JPWO2013011913A1 - スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

太陽電池（１１）の出力電圧が印加される電力ライン（ＰＬ）と電池部（１２）との間に主スイッチ回路（１３）を設ける。保護回路（１９）は、電池部（１２）の電圧（ＶＢＡＴ）が上限電圧以上であるとき、電池部（１２）を過充電から保護すべく主スイッチ回路（１３）をオフにする。電池部（１２）を上限電圧まで充電可能なように、太陽電池（１１）の出力電圧を上限電圧よりも高く設定する。制御部（１８）は、充電オン指令信号を受けると、まず副スイッチ回路（１４）のみをオンにし、太陽電池（１１）からの電流を並列回路（１５）に引き込むことで電力ライン（ＰＬ）の電圧（ＶＰＬ）を上限電圧未満にまで低下させ、その後、主スイッチ回路（１３）をオンする。

Description

本発明は、電気的なスイッチングを行うスイッチング装置に関する。

図５は、太陽電池９１１の出力電力にて二次電池から成る電池部９１２を充電可能な、従来の蓄電システムの構成図である。太陽電池９１１及び電池部９１２間にはスイッチ回路９１３が設けられる。コントローラ９１４の制御の下でスイッチ回路９１３のオン又はオフが切り替えられ、これにより、太陽電池９１１の出力電力による電池部９１２の充電が実行又は禁止される。尚、図５には示してないが、電池部９１２の蓄積電力は、図示されない負荷に対して放電されうる。

この種のシステムでは、電池部９１２を過充電から保護するための保護回路９１５が設けられていることが多い（例えば下記特許文献１参照）。保護回路９１５は、電池部９１２の出力電圧（電池部９１２への印加電圧）Ｖ１が所定の第１基準電圧（上限電圧）Ｖ_Ｈ以上であるとき強制オフ信号を出力する。保護回路９１５から強制オフ信号が出力されている場合、コントローラ９１４からスイッチ回路９１３に出力される信号の如何に関わらず、常にスイッチ回路９１３はオフとされる。保護回路９１５は、強制オフ信号を一旦出力すると、出力電圧Ｖ１が第１基準電圧Ｖ_Ｈよりも低く設定された第２基準電圧Ｖ_Ｌ以下になるまで強制オフ信号の出力を維持し、出力電圧Ｖ１が第２基準電圧Ｖ_Ｌ以下になると強制オフ信号の出力を停止する。基準電圧が１つの電圧（閾値電圧）のみから構成される場合において、出力電圧Ｖ１が閾値電圧付近にあるときに出力電圧Ｖ１がノイズの影響により閾値電圧を跨いでバタつく（細かく変動する）と、それに応じて強制オフ信号の出力もバタつく（強制オフ信号が出力される状態と強制オフ信号が出力されない状態が細かく入れ替わる）。それを防止するために第１基準電圧Ｖ_Ｈと第２基準電圧Ｖ_Ｌを設定し、保護回路９１５による強制オフ信号の出力開始及び出力停止にヒステリシス特性を持たせている。第２基準電圧Ｖ_Ｌと第１基準電圧Ｖ_Ｈの間の電圧範囲を不感範囲と呼ぶ。

強制オフ信号の出力が停止された時点において、コントローラ９１４から充電オン指令信号が出力されている場合には、スイッチ回路９１３がオフからオンに切り替えられる。また、電池部９１２を第１基準電圧Ｖ_Ｈまで充電することができるように、太陽電池９１１の出力電圧は第１基準電圧Ｖ_Ｈよりも高く設定されている。

図６を参照して、図５の蓄電システムにおける充電動作の一例を説明する。タイミングｔ_１以前においてスイッチ回路９１３がオフしていると共に出力電圧Ｖ１が第２基準電圧Ｖ_Ｌより低いことを想定する。これらの想定の下、タイミングｔ_１においてコントローラ９１４が充電オン指令信号をスイッチ回路９１３に供給することでスイッチ回路９１３がオフからオンに切り替わると、電圧Ｖ１は一時的に太陽電池９１１の出力電圧に近い電圧レベルまで急峻に上昇し、結果、一時的にではあるが、電圧Ｖ１が第１基準電圧Ｖ_Ｈを超える。このため、タイミングｔ₂において、保護回路９１５によりスイッチ回路９１３が強制的にオフされる。

強制オフ後、電圧Ｖ１はタイミングｔ_１以前の電圧レベル、即ち、第２基準電圧Ｖ_Ｌより低い電圧レベルまで低下しようとする。このため、タイミングｔ_２より後のタイミングｔ_３において、保護回路９１５による強制オフは解除されてスイッチ回路９１３は再びオフからオンに切り替えられる。タイミングｔ_１直後における太陽電池９１１の電流出力により、タイミングｔ_３における太陽電池９１１の出力電圧は、タイミングｔ_１におけるそれよりも低下しているため、タイミングｔ_３以後において、電圧Ｖ１は第１基準電圧Ｖ_Ｈを超えず、過渡的な電圧変動を経て第２基準電圧Ｖ_Ｌ以下の電圧レベルに収束する。結果、タイミングｔ_３以降、スイッチ回路９１３がオンに維持されて、所望の充電が成される。

特開平９−２３３７１３号公報

しかしながら、このような所望の充電動作が成されないケースも存在する。これを、図７及び図８を参照して説明する。本ケースでは、タイミングｔ_１’以前において、保護回路９１５による保護機能がオフとなっていると共に出力電圧Ｖ１が不感範囲内に属している（出力電圧Ｖ１が満充電電圧に比較的近い）。保護機能がオフのとき強制オフ信号は出力されず、保護機能がオンのとき強制オフ信号が出力される。図８は、保護回路９１５の保護機能に関する状態遷移図である。図８の点９３１は、タイミングｔ_１’以前の状態に対応する。タイミングｔ_１’以前において保護機能はオフであるが、コントローラ９１４の指示に従いタイミングｔ_１’以前においてスイッチ回路９１３はオフになっている。

これらの想定の下、タイミングｔ_１’においてコントローラ９１４が充電オン指令信号をスイッチ回路９１３に供給することでスイッチ回路９１３がオフからオンに切り替わると、電圧Ｖ１は一時的に太陽電池９１１の出力電圧に近い電圧レベルまで急峻に上昇し、結果、一時的にではあるが、電圧Ｖ１が第１基準電圧Ｖ_Ｈを超える。このため、タイミングｔ₂’において、保護回路９１５によりスイッチ回路９１３が強制的にオフされる。強制オフ後、電圧Ｖ１はタイミングｔ_１’以前の電圧レベルまで低下しようとするが、そのレベルは不感範囲に属するため、保護回路９１５による強制オフが解除されない。保護回路９１５の状態が、図８の点９３１に対応する状態から点９３２に対応する状態へ遷移するからである。結果、図７のケースでは、電池部９１２を安全に充電できるのにも関わらず、充電が保護回路９１５の保護機能により禁止される。

タイミングｔ_１’以降の電圧変動は、充電開始用のスイッチングに伴う過渡的なものであって、電池部９１２の劣化又は破損を招く可能性は低いが、図７に対応するような、保護回路９１５の動作は回避されるべきである。

そこで本発明は、過渡的な電圧変動に基づく不要な保護動作を抑制可能なスイッチング装置を提供することを目的とする。

本発明に係るスイッチング装置は、電力源の直流出力電圧を受ける電力ラインと、前記電力ラインと受電部との間に直列に介在する主スイッチ回路と、前記主スイッチ回路のオン又はオフを制御する制御部と、前記受電部への入力電圧が所定の上限電圧以上であるとき前記主スイッチ回路を強制的にオフする保護部と、前記電力ラインに接続された抑制回路と、を備え、前記制御部は、前記主スイッチ回路をオフからオンに切り替えるのに先立ち、前記抑制回路を用いて前記電力ラインへの印加電圧を前記上限電圧未満に抑制することを特徴とする。

本発明によれば、過渡的な電圧変動に基づく不要な保護動作を抑制可能なスイッチング装置を提供することが可能である。

本発明の実施形態に係る蓄電システムの一部構成図である。 図１の蓄電システムの一部のブロック図である。 図１の蓄電システムの充電処理動作を表すグラフである。 本発明の実施形態に係る蓄電システムの一部の変形構成図である。 従来の蓄電システムの構成図である。 従来の第１充電処理動作を表すグラフである。 従来の第２充電処理動作を表すグラフである。 従来の第２充電処理動作を説明するための状態遷移図である。

以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、物理量、状態量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって該記号又は符号に対応する情報、物理量、状態量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。

図１は、本発明の実施形態に係る蓄電システム１の概略的な一部構成図であって、蓄電システム１における太陽電池及び二次電池間の充電部の構成が図１に示されている。蓄電システムを太陽電池システムと読み替えても良い。蓄電システム１は、図１に示される各部位（符号１１〜２０及びＰＬによって参照される部位）の全てを備えていると考えても良いし、図１に示される部位の内、幾つかの任意の部位のみが蓄電システム１に含まれていると考えても良い。

太陽電池１１は、太陽光に基づく発電を行い、発電によって得られた直流電力を出力する。電力ラインＰＬは、太陽電池１１からの直流出力電力を伝播するための配線であり、太陽電池１１の発電に基づく太陽電池１１の直流出力電圧を受ける（即ち、太陽電池１１の直流出力電圧が電力ラインＰＬに印加される）。本明細書において、電圧とは、特に記述なき限り、基準電位を有する基準電位点から見た電圧であるとする。電力ラインＰＬに印加される電圧を記号Ｖ_ＰＬによって表す。

電池部１２は、１以上の二次電池から成る。電池部１２を形成する二次電池は、任意の種類の二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。電池部１２に含まれる二次電池の一部又は全部は、互いに直列又は並列接続される。電池部１２の負側端子１２_Ｂ及び正側端子１２_Ａ間に発生する電圧、即ち、電池部１２の出力電圧を記号Ｖ_ＢＡＴによって表す。ここでは、電池部１２が直列接続された複数の二次電池から成るものとする。最も低電位側に位置する二次電池の負極が負側端子１２_Ｂに接続され、最も高電位側に位置する二次電池の正極が正側端子１２_Ａに接続される。負側端子１２_Ｂは基準電位点に接続される。

主スイッチ回路１３及び副スイッチ回路１４の夫々は、半導体スイッチング素子又は機械式リレー等から成る。半導体スイッチング素子は、例えば、金属酸化膜型電界効果トランジスタ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチ回路１３及び１４の夫々は、第１及び第２導通端子を有する（更に後述の制御端子も有する）。スイッチ回路１３及び１４の夫々の第１導通端子は電力ラインＰＬに接続されている。主スイッチ回路１３の第２導通端子は、電池部１２の正側端子１２_Ａに接続されている。副スイッチ回路１４の第２導通端子は、コンデンサ１６及び抵抗素子１７を並列接続して形成された並列回路１５に接続され、並列回路１５を介して基準電位点に接続されている（より具体的には、副スイッチ回路１４の第２導通端子は、コンデンサ１６を介して基準電位点に接続されていると共に抵抗素子１７を介しても基準電位点に接続されている）。このように、主スイッチ回路１３は電力ラインＰＬと電池部１２との間に直列に介在し、副スイッチ回路１４は電力ラインＰＬと並列回路１５との間に直列に介在する。

制御部１８は、マイクロコンピュータ又は論理回路等を用いて形成され、ホストコントローラ２０から供給される充電オン指令信号又は充電オフ指令信号に基づいて、主スイッチ回路１３をオンさせるための第１オン制御信号又は主スイッチ回路１３をオフさせるための第１オフ制御信号を主スイッチ回路１３に出力すると共に、副スイッチ回路１４をオンさせるための第２オン制御信号又は副スイッチ回路１４をオフさせるための第２オフ制御信号を副スイッチ回路１４に出力する。第１オン制御信号及び第１オフ制御信号は、主スイッチ回路１３の制御端子に入力され、第２オン制御信号及び第２オフ制御信号は、副スイッチ回路１４の制御端子に入力される。但し、保護回路１９の働きにより、第１オン制御信号は、主スイッチ回路１３の制御端子に入力されないこともある（詳細は後述）。

主スイッチ回路１３がオンであるとき、主スイッチ回路１３の第１及び第２導通端子間は導通状態となり、結果、電力ラインＰＬと正側端子１２_Ａが接続されて電圧Ｖ_ＰＬが電池部１２に印加される（即ち、負側端子１２_Ｂ及び正側端子１２_Ａ間に電圧Ｖ_ＰＬが印加される）。従って、主スイッチ回路１３がオンであるとき、太陽電池１１の出力電流にて電池部１２を充電することが可能となる。主スイッチ回路１３がオフであるとき、主スイッチ回路１３の第１及び第２導通端子間は遮断状態となり、結果、電力ラインＰＬと正側端子１２_Ａは非接続となる（遮断される）。尚、本実施形態では、説明の簡略化上、主スイッチ回路１３がオンであるときの主スイッチ回路１３の電圧降下を無視する（副スイッチ回路１４についても同様）。

副スイッチ回路１４がオンであるとき、副スイッチ回路１４の第１及び第２導通端子間は導通状態となり、結果、電力ラインＰＬと並列回路１５が接続されて電圧Ｖ_ＰＬが並列回路１５に印加される。副スイッチ回路１４がオフであるとき、副スイッチ回路１４の第１及び第２導通端子間は遮断状態となり、結果、電力ラインＰＬと並列回路１５は非接続となる（遮断される）。

ホストコントローラ２０は、太陽電池１１の出力電力による電池部１２の充電を行いたいときに充電オン指令信号を制御部１８に出力し、太陽電池１１の出力電力による電池部１２の充電を禁止又は停止させたいときに充電オフ指令信号を制御部１８に出力する。ホストコントローラ２０は、電池部１２の出力電圧Ｖ_ＢＡＴに基づき、充電オン指令信号又は充電オフ指令信号を制御部１８に出力することができる。尚、図１には特に示していないが、太陽電池１１の出力電力又は電池部１２の放電電力を負荷に供給することも可能である。

保護回路（保護部）１９は、電池部１２の出力電圧Ｖ_ＢＡＴを検出及び監視する。出力電圧Ｖ_ＢＡＴの検出は電池部１２で行われても良い。保護回路１９は、電池部１２を過充電から保護するべく、出力電圧Ｖ_ＢＡＴが所定の第１基準電圧（上限電圧）Ｖ_ＲＥＦＨ以上であるとき強制オフ信号を出力する。保護回路１９から強制オフ信号が出力されている場合、制御部１８から主スイッチ回路１３に出力される信号の如何に関わらず、常に主スイッチ回路１３はオフとされる。従って、保護回路１９は、電池部１２の出力電圧Ｖ_ＢＡＴが第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨ以上であるとき、主スイッチ回路１３を強制的にオフにすることで電力ラインＰＬ及び電池部１２間を遮断する機能を持つ、と言える。尚、電池部１２の充電に注目した場合、電池部１２の出力電圧Ｖ_ＢＡＴは、電力ラインＰＬから電池部１２への入力電圧であるとも言える。

保護回路１９は、強制オフ信号を一旦出力すると、出力電圧Ｖ_ＢＡＴが所定の第２基準電圧Ｖ_ＲＥＦＬ以下になるまで強制オフ信号の出力を維持し、出力電圧Ｖ_ＢＡＴが第２基準電圧Ｖ_ＲＥＦＬ以下になると強制オフ信号の出力を停止する。強制オフ信号の出力が停止された時点において、制御部１８から第１オン制御信号が出力されている場合には、第１オン制御信号が主スイッチ回路１３の制御端子に入力されて主スイッチ回路１３がオンとなる。出力電圧Ｖ_ＢＡＴが第２基準電圧Ｖ_ＲＥＦＬ以下になったとき、制御部１８から第１オン制御信号が出力されているという条件の下で、保護回路１９は主スイッチ回路１３を強制的にオンにするための強制オン信号を出力する、と考えてもよい。

保護回路１９による強制オフ信号の出力開始及び出力停止にヒステリシス特性を持たせるべく、蓄電システム１では、不等式“０＜Ｖ_ＲＥＦＬ＜Ｖ_ＲＥＦＨ”を成立させる。第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨを、電池部１２の満充電電圧を元に定めておくことができる。第２基準電圧Ｖ_ＲＥＦＬよりも大きいが第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨよりも小さい電圧範囲を不感範囲と呼ぶ（後述の図３参照）。出力電圧Ｖ_ＢＡＴが不感範囲内に収まっている限り、電圧Ｖ_ＢＡＴが如何に変化しても保護回路１９の出力信号の状態は変化しない。

例えば、図２に示すような論理回路２１を図１の蓄電システム１に設けておくと良い。論理回路２１は保護回路１９の構成要素に含まれる、と考えてもよい。論理回路２１は、制御部１８から主スイッチ回路１３への制御信号３０１を伝播する配線上に設けられ、制御信号３０１と保護回路１９の出力信号３０２とを入力信号として受ける。制御信号３０１は、第１オン制御信号又は第１オフ制御信号である。論理回路２１は、保護回路１９から強制オフ信号が出力されていないときには（即ち出力信号３０２が強制オフ信号ではないときには）制御部１８から出力された第１オン制御信号を、そのまま論理回路２１の出力信号３０３として主スイッチ回路１３の制御端子に供給する。一方、論理回路２１は、保護回路１９から強制オフ信号が出力されているときには（即ち出力信号３０２が強制オフ信号であるときには）主スイッチ回路１３をオフするための信号を論理回路２１の出力信号３０３として主スイッチ回路１３の制御端子に供給する。尚、論理回路２１は、制御信号３０１が第１オフ制御信号である場合には、第１オフ制御信号をそのまま論理回路２１の出力信号３０３として主スイッチ回路１３の制御端子に供給する。

制御部１８が第１オン制御信号を出力したときの動作の典型例として、以下のような動作が考えられる。制御部１８が第１オン制御信号を出力することによって主スイッチ回路１３がオフからオンに切り替えられ、電池部１２の充電により電圧Ｖ_ＢＡＴが第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨまで増加すると保護回路１９からの強制オフ信号の出力によって主スイッチ回路１３がオフとされる。

以上のように構成された蓄電システム１において、電池部１２の充電開始時における動作を、図３を参照して詳細に説明する。タイミング又は時刻を表す記号として“Ｔ_ｉ”を導入する（ｉは整数）。タイミングＴ_ｉ＋１は、タイミングＴ_ｉよりも後のタイミングである。図３において、実線折れ線３１１は電圧Ｖ_ＰＬの信号波形を表し、破線折れ線３１２は電圧Ｖ_ＢＡＴの信号波形を表している。タイミングＴ_２以降では、実線折れ線３１１と破線折れ線３１２が重なっている。

太陽電池１１の発電状態にも依存するが、基本的に、太陽電池１１の出力電圧は第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨよりも高い。ここにおける太陽電池１１の出力電圧とは、スイッチ回路１３及び１４が共にオフであるときの電圧Ｖ_ＰＬに相当する。故に、太陽電池１１の出力電圧にて電池部１２を第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨまで充電することが可能である。太陽電池１１の出力を電池部１２に直結したときに安全に電池部１２を第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨにまで充電することができるように、電池部１２の二次電池の直列数を設定することができるし、二次電池の出力電圧を決定した後、それに合わせて太陽電池の直列数を設定することもできる。

タイミングＴ_１直前において、スイッチ回路１３及び１４が共にオフとされており、電力ラインＰＬにおける電圧Ｖ_ＰＬは第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨよりも高いものとする。また、タイミングＴ_１直前において、不等式“Ｖ_ＲＥＦＬ＜Ｖ_ＢＡＴ＜Ｖ_ＲＥＦＨ”が満たされているとする。但し、タイミングＴ_１直前における電圧Ｖ_ＢＡＴは、第２基準電圧Ｖ_ＲＥＦＬ以下であっても構わない。更に、タイミングＴ_１直前においてコンデンサ１６の両極間電圧は十分に低い（例えばゼロである）と仮定する。

図３の動作例では、タイミングＴ_１において、ホストコントローラ２０が制御部１８に対して充電オン指令信号を出力し、これを受け、制御部１８は第２オン制御信号を出力する（充電オン指令信号の出力は、タイミングＴ_１以降も継続されても良い）。但し、この段階では、制御部１８は第１オン制御信号を出力せず、タイミングＴ_２において初めて第１オン制御信号を出力する。即ち、タイミングＴ_１及びＴ_２間において、制御部１８は、第２オン制御信号を副スイッチ回路１４に出力する一方で第１オフ制御信号を主スイッチ回路１３に出力する。このため、タイミングＴ_１及びＴ_２間において、主スイッチ回路１３はオフに維持される一方で、副スイッチ回路１４はオンに維持される。

タイミングＴ_１において副スイッチ回路１４がオフからオンに切り替えられると、太陽電池１１の出力電流が並列回路１５に流れる。太陽電池１１の等価回路は、出力抵抗がゼロの理想電源と内部抵抗との直列回路と考えられるため、太陽電池１１の出力電流が並列回路１５に流れると、太陽電池１１の出力電圧、即ち、電力ラインＰＬの電圧Ｖ_ＰＬは低下する。特に、タイミングＴ_１直後においてはコンデンサ１６を介して比較的大きな電流が流れるため、電圧Ｖ_ＰＬは大きく低下する。図３の例では、タイミングＴ_１及びＴａ間において、電圧Ｖ_ＰＬが第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨより大きな電圧から第２基準電圧Ｖ_ＲＥＦＬより小さな電圧まで低下し、その後、タイミングＴａ及びＴ_２間において、電圧Ｖ_ＰＬが第２基準電圧Ｖ_ＲＥＦＬより小さな電圧から不感範囲内の電圧まで増加している。タイミングＴａ及びＴ_２間における電圧Ｖ_ＰＬの増加は、コンデンサ１６の両端子電圧の上昇に起因するものである。タイミングＴａは、タイミングＴ_１より後であってタイミングＴ_２より前のタイミングである。

タイミングＴ_２において、電圧Ｖ_ＰＬが不感範囲内の電圧になると、制御部１８は、主スイッチ回路１３に対して第１オン制御信号を出力することで主スイッチ回路１３をオフからオンに切り替える。ホストコントローラ２０からの充電オン指令信号の出力が継続されている限り（或いは、ホストコントローラ２０が充電オフ指令信号を出力しない限り）、制御部１８による第１オン制御信号の出力はタイミングＴ_２以降も継続する。図３の例では、タイミングＴ_２以降、継続して第１オン制御信号が出力されて主スイッチ回路１３のオンが維持されていている。

タイミングＴ_２における電圧Ｖ_ＰＬは不感範囲内の電圧であるため、主スイッチ回路１３がオフからオンに切り替えられた直後においても、電池部１２の電圧Ｖ_ＢＡＴは第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨを上回らず、電圧Ｖ_ＰＬは速やかにタイミングＴ_２以前の電圧Ｖ_ＢＡＴと一致するようになる。図３では、タイミングＴ_２直後、電圧Ｖ_ＢＡＴに一時的且つ若干の増加が見られるが、このような増加は発生しないこともある。

タイミングＴ_２において主スイッチ回路１３をオフからオンに切り替えてから所定時間が経過したタイミング、即ち、タイミングＴ_３において、制御部１８は第２オフ制御信号を副スイッチ回路１４に出力することにより副スイッチ回路１４をオンからオフに切り替える。主スイッチ回路１３のオン後、並列回路１５に電流を流すことは不要又は無駄である。故に、主スイッチ回路１３をオンした後、副スイッチ回路１４をオフにする。副スイッチ回路１４のオフ状態は、タイミングＴ_３以後、新たに充電の開始が指示されるまで維持され（例えば、充電オフ指令信号の出力を経てホストコントローラ２０から新たに充電オン指令信号が出力されるまで維持され）、この過程で、コンデンサ１６の蓄積電荷が抵抗素子１７を介して放電される。

上述の如く、主スイッチ回路１３をオフからオンに切り替えるのに先立ち、制御部１８は、一時的に副スイッチ回路１４をオンにして太陽電池１１から電流を並列回路１５に引き込ませ（即ち、太陽電池１１からの電流を並列回路１５に流し）、これによって電圧Ｖ_ＰＬを第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨ未満に抑制する（即ち、タイミングＴ_１以前に第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨ以上であった電圧Ｖ_ＰＬをタイミングＴ_１以降において第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨ未満にまで低下させる）。この抑制が成されている状態において、制御部１８は、主スイッチ回路１３をオフからオンに切り替え、その後、副スイッチ回路１４をオンからオフに切り替える。このような構成及び信号制御を採用することにより、主スイッチ回路１３をオフからオンに切り替えるタイミング直後において電圧Ｖ_ＢＡＴが第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨを上回って強制オフ信号が出力されるおそれがなくなり、所望どおりの充電を実現できる。つまり、過渡的な電圧変動に基づく不要な保護動作（主スイッチ回路１３の強制オフ動作）を抑制することが可能となり、結果、電力源の直流出力を意図通りに電池部１２に供給することが可能となる。

制御部１８は、主スイッチ回路１３に対して第１オン制御信号を出力するタイミング、即ちタイミングＴ_２を、電圧Ｖ_ＰＬの検出結果に基づいて定めることができる。即ち、電力ラインＰＬの電圧Ｖ_ＰＬを検出する電圧検出器（不図示）を蓄電システム１（例えば制御部１８）内に設けておき、制御部１８は、検出電圧Ｖ_ＰＬと、不感範囲内の所定電圧Ｖ_ＴＧと比較する（従って、Ｖ_ＲＥＦＬ＜Ｖ_ＴＧ＜Ｖ_ＲＥＦＨ）。そして、制御部１８は、検出電圧Ｖ_ＰＬの増加過程において検出電圧Ｖ_ＰＬが電圧Ｖ_ＴＧと一致したタイミングをタイミングＴ_２として捉えて、当該タイミングに第１オン制御信号を出力する（即ち、主スイッチ回路１３をオフからオンに切り替える）とよい。

尚、制御部１８は、タイミングＴ_１直前、タイミングＴ_１そのもの、又は、タイミングＴ_２直前における電圧Ｖ_ＢＡＴに基づき、電圧Ｖ_ＴＧを設定しても良い。また、電圧Ｖ_ＴＧは第２基準電圧Ｖ_ＲＥＦＬ以下の電圧であってもよい。電圧Ｖ_ＴＧが第２基準電圧Ｖ_ＲＥＦＬ以下の電圧である場合、電圧Ｖ_ＰＬが第２基準電圧Ｖ_ＲＥＦＬ以下の状態において、主スイッチ回路１３がオフからオンに切り替えられることになる。また、制御部１８は、検出電圧Ｖ_ＰＬの減少過程において検出電圧Ｖ_ＰＬが電圧Ｖ_ＴＧと一致したタイミングをタイミングＴ_２として捉えて、第１オン制御信号を出力してもよい。何れにせよ、主スイッチ回路１３をオフからオンに切り替えるタイミング直後において電圧Ｖ_ＢＡＴが第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨ以上になることが回避される。

或いは、制御部１８は、タイミングＴ_１にて副スイッチ回路１４をオフからオンに切り替えてから所定の基準時間が経過したタイミングをタイミングＴ_２として捉えて、当該タイミングに第１オン制御信号を出力する（即ち、主スイッチ回路１３をオフからオンに切り替える）ようにしてもよい。タイミングＴ_１にて副スイッチ回路１４をオフからオンに切り替えてから所定の基準時間が経過したタイミングにおいて、電圧Ｖ_ＰＬが不感範囲内の電圧となるように又は第２基準電圧Ｖ_ＲＥＦＬ以下の電圧となるように、実験等を介して、上記の基準時間を予め定めておくと良い。

本実施形態において、副スイッチ回路１４及び並列回路１５を備えた回路は、制御部１８と協働して、電力ラインＰＬの印加電圧Ｖ_ＰＬを第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨ未満に抑制する抑制回路の例であり、並列回路１５は、副スイッチ回路１４がオンのときに太陽電池１１から電流を引き込む電流引込回路の例である。制御部１８も抑制回路の構成要素に含まれる、と考えても良い。副スイッチ回路１４がオンのときに太陽電池１１から電流を引き込み、これによって印加電圧Ｖ_ＰＬを第１基準電圧Ｖ_ＲＥＦＨ未満に抑制することができる任意の回路を電流引込回路として採用することができる。

例えば、並列回路１５の代わりに、図４に示す如く、正の温度特性を有する抵抗素子（換言すれば、正の温度係数を有する抵抗素子）３１を用いることができる。抵抗素子３１の一端はスイッチ回路１４の第２導通端子に接続され、抵抗素子３１の他端は基準電位点ンに接続される。このため、スイッチ回路１４がオンのとき、電力ラインＰＬの電圧Ｖ_ＰＬが抵抗素子３１に加わる。

抵抗素子３１は、特に例えば、ＰＴＣ（positive temperature coefficient）サーミスタに分類される抵抗素子であってもよい。ＰＴＣサーミスタは、正の温度特性を有するサーミスタ（換言すれば、正の温度係数を有するサーミスタ）である。周知の如く、一定の抵抗値を得ることを目的とした通常の抵抗素子（炭素皮膜抵抗など）と比べて、サーミスタにおける抵抗値は、温度変化に対して比較的大きく変化する。ＰＴＣサーミスタでは、自身の温度が増加するにつれて、自身の抵抗値が増大する。結果、ＰＴＣサーミスタとしての抵抗素子３１を電流引込回路として用いた場合にも、図３を参照して上述したような波形３１１及び３１２が得られる。タイミングＴ_１直後は抵抗素子３１の抵抗値が比較的小さく、タイミングＴ_１から或る程度の時間が経過すると自己発熱によって抵抗素子３１の抵抗値が増大してゆくからである。これにより、簡素な回路構成にて電力ラインＰＬへの印加電圧を上限電圧未満に抑制することができる。

この他、トランジスタやツェナーダイオードなどを用いて、電流引込回路を形成するようにしてもよい。

尚、蓄電システム１から副スイッチ回路１４及び並列回路１５を割愛し、その代わりに、電圧Ｖ_ＢＡＴの検出値をローパスフィルタを介して保護回路１９に供給するという方策も考えられる。ローパスフィルタの時定数を適切に設定すれば、タイミングＴ_１において、いきなり主スイッチ回路１３をオフからオンに切り替えても、保護回路１９は強制オフ信号を出力しないからである。しかしながら、このようなローパスフィルタを保護回路１９の前段に設けると、電池部１２への印加が真に保護されるべき高電圧が主スイッチ回路１３を介して正側端子１２_Ａに加わった際に、主スイッチ回路１３をオフするタイミングが遅れる。従って、副スイッチ回路１４等を設けた上述の構成の方が望ましい。

＜＜変形等＞＞
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態に適用可能な注釈事項として、以下に、注釈１〜注釈３を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。

［注釈１］
上述の実施形態では、電力ラインＰＬに直流電圧を出力する電力源の例として太陽電池１１を挙げたが、電力ラインＰＬに直流電圧を出力する電力源は、勿論、太陽電池１１以外の電力源（例えば、風力又は燃料電池の発電による電力源）でもよい。同様に、電力ラインＰＬ及び主スイッチ回路１３を介して電力源から電力を受ける受電部は、電池部１２以外でも良い。

［注釈２］
図１の蓄電システム１は、スイッチング装置を内包していると考えることができる。スイッチング装置は、蓄電システム１の構成要素の一部を備えており、例えば、電力ラインＰＬと、主スイッチ回路１３と、副スイッチ回路１４と、並列回路１５（又は抵抗素子３１）と、制御部１８と、保護回路１９とを備え、更にホストコントローラ２０を備えうる。蓄電システムを、充電システム又は電力システムなどに読み替えても良い。

［注釈３］
蓄電システム１又はスイッチング装置を、電池部１２の放電電力を用いて駆動する移動体（電動車両、船、航空機、エレベータ、歩行ロボット等）又は電子機器（パーソナルコンピュータ、携帯端末等）に搭載しても良いし、家屋や工場の電力システムに組み込んでも良い。

１ 蓄電システム
１１ 太陽電池
１２ 電池部
１３ 主スイッチ回路
１４ 副スイッチ回路
１５ 並列回路
１８ 制御部
１９ 保護回路

Claims (8)

1. 電力源の直流出力電圧を受ける電力ラインと、
   前記電力ラインと受電部との間に直列に介在する主スイッチ回路と、
   前記主スイッチ回路のオン又はオフを制御する制御部と、
   前記受電部への入力電圧が所定の上限電圧以上であるとき前記主スイッチ回路を強制的にオフする保護部と、
   前記電力ラインに接続された抑制回路と、を備え、
   前記制御部は、前記主スイッチ回路をオフからオンに切り替えるのに先立ち、前記抑制回路を用いて前記電力ラインへの印加電圧を前記上限電圧未満に抑制する
   ことを特徴とするスイッチング装置。
2. 前記抑制回路は、前記制御部によってオン又はオフが制御され且つ前記電力ラインに接続された副スイッチ回路と、前記副スイッチ回路がオンのときに前記電力源から電流を引き込む電流引込回路と、を備え、
   前記制御部は、前記主スイッチ回路をオフからオンに切り替えるのに先立ち、一時的に前記副スイッチ回路をオンにして前記電力源からの電流を前記電流引込回路に引き込ませることで前記電力ラインへの印加電圧を前記上限電圧未満に抑制する
   ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチング装置。
3. 前記制御部は、前記電力ラインへの印加電圧が前記上限電圧未満に抑制されている状態において前記主スイッチ回路をオフからオンに切り替え、その後、前記副スイッチ回路をオンからオフに切り替える
   ことを特徴とする請求項２に記載のスイッチング装置。
4. 前記制御部は、前記電力ラインへの印加電圧を検出し、検出電圧が前記上限電圧未満に抑制されている状態において前記主スイッチ回路をオフからオンに切り替え、その後、前記副スイッチ回路をオンからオフに切り替える
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のスイッチング装置。
5. 前記制御部は、前記主スイッチ回路をオフからオンに切り替えるのに先立ち、前記副スイッチ回路をオフからオンに切り替えてから所定時間の経過後、前記主スイッチ回路をオフからオンに切り替え、その後、前記副スイッチ回路をオンからオフに切り替える
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のスイッチング装置。
6. 前記電流引込回路は、容量素子及び抵抗素子の並列回路を含み、
   前記副スイッチ回路がオンのとき、前記電力ラインにおける電圧が前記並列回路に加わる
   ことを特徴とする請求項２〜請求項５の何れかに記載のスイッチング装置。
7. 前記電流引込回路は、正の温度特性を有する抵抗素子を含み、
   前記副スイッチ回路がオンのとき、前記電力ラインにおける電圧が前記抵抗素子に加わる
   ことを特徴とする請求項２〜請求項５の何れかに記載のスイッチング装置。
8. 前記主スイッチ回路及び前記副スイッチ回路がオフであるとき、前記電力ラインにおける電圧は前記上限電圧よりも高い
   ことを特徴とする請求項２〜請求項７の何れかに記載のスイッチング装置。

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