WO2015045226A1 - 電源切替装置及び蓄電池システム - Google Patents

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WO2015045226A1
WO2015045226A1 PCT/JP2014/003344 JP2014003344W WO2015045226A1 WO 2015045226 A1 WO2015045226 A1 WO 2015045226A1 JP 2014003344 W JP2014003344 W JP 2014003344W WO 2015045226 A1 WO2015045226 A1 WO 2015045226A1
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relay
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power supply
switching
power source
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PCT/JP2014/003344
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倉貫　正明
久保　昌彦
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc

Definitions

  • the present invention relates to a power supply switching device and a storage battery system.
  • a storage battery system equipped with a power switching device that selects one of output power from a commercial AC power source and output power from an auxiliary AC power source configured by a storage battery and an inverter and supplies the selected power to a load is known.
  • a power switching device that selects one of output power from a commercial AC power source and output power from an auxiliary AC power source configured by a storage battery and an inverter and supplies the selected power to a load.
  • the above-mentioned conventional method may be able to switch the AC power supply while suppressing damage to the equipment due to arc discharge, the relay cannot be cut off until the current flowing on the feeder line becomes zero. For this reason, the AC power source cannot be switched until the current flowing on the feeder line becomes zero, and as a result, the time required for switching the AC power source may not be shortened. In addition, it is necessary to detect zero current, and the AC power supply switching process becomes complicated.
  • an object of the present invention is to provide a power supply switching device and a storage battery system capable of shortening the time required for switching an AC power supply while suppressing breakage of equipment due to arc discharge.
  • the power supply switching device switches the output of the first AC power source output via the first relay and the output of the second AC power source output via the second relay and supplies the load to the load.
  • 3 relay a welding detection unit for detecting welding of the first relay, and when switching from the output of the first AC power supply to the output of the second AC power supply and supplying the load to the load, the first relay is brought into a closed state.
  • the second relay A power control unit that prohibits switching the relay from the open state to the closed state.
  • the present invention it is possible to provide a power supply switching device and a storage battery system that can shorten the time required for switching an AC power supply while suppressing breakage of equipment due to arc discharge.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a storage battery system 30 according to an embodiment of the present invention.
  • the storage battery system 30 is connected to the commercial AC power supply 10 and supplies AC power to the load 20.
  • the storage battery system 30 includes a battery module 100, a converter 110, an inverter 120, a power supply switching unit 130, and a control unit 160.
  • the storage battery system 30 also includes a power switching device 40 having a power switching unit 130 and a power switching control unit 162 described later.
  • the battery module 100 includes one or more storage batteries (also referred to as secondary batteries).
  • the storage battery included in the battery module 100 is, for example, a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery.
  • the battery module 100 is configured by a plurality of storage batteries connected in series, but the number of storage batteries constituting the battery module 100 may be one. Some or all of the storage batteries included in the battery module 100 may be connected in parallel to each other.
  • discharging and charging mean discharging and charging of the battery module 100 unless otherwise specified.
  • the converter 110 converts AC power supplied from the commercial AC power supply 10 into DC power in accordance with an instruction from the control unit 160, supplies the DC power to the battery module 100, and charges the battery module 100. Further, when charging, converter 110 manages the charging voltage and charging current in accordance with instructions from control unit 160.
  • the inverter 120 discharges the battery module 100 in accordance with an instruction from the control unit 160, converts the DC power supplied from the battery module 100 into AC power, and supplies the AC power to the power supply switching unit 130. Further, when discharging, the inverter 120 manages the discharge voltage and the discharge current in accordance with an instruction from the control unit 160.
  • the power supply switching unit 130 is supplied with AC power from the commercial AC power supply 10 via the line 140 and the line 142. Further, the power supply switching unit 130 receives supply of AC power from the inverter 120 via the line 144 and the line 146. Further, the power supply switching unit 130 selects either one of the AC power supplied from the commercial AC power supply 10 and the AC power supplied from the inverter 120 in accordance with an instruction from the control unit 160, the line 148, the line The load 20 is supplied via 150.
  • the control unit 160 manages the entire storage battery system 30. First, the control unit 160 manages the state of the battery module 100 such as SOC (State Of Charge) and temperature. Control unit 160 causes converter 110 to execute charge control or causes inverter 120 to execute discharge control due to a user operation. Further, the control unit 160 includes a power supply switching control unit 162. The power supply switching control unit 162 controls the power supply switching unit 130 to execute switching control between the AC power supplied from the commercial AC power supply 10 and the AC power supplied from the inverter 120. For example, when the commercial AC power supply 10 is abnormal such as a power failure, the power supply switching control unit 162 instructs the power supply switching unit 130 to switch the AC power supplied to the load 20 to the AC power supplied from the inverter 120. In addition, when the commercial AC power supply 10 is restored, the power supply switching control unit 162 instructs the power supply switching unit 130 to switch the AC power supplied to the load 20 to the AC power supplied from the commercial AC power supply 10.
  • SOC State Of Charge
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the power supply switching unit 130 according to the embodiment of the present invention.
  • the power supply switching unit 130 mainly includes a relay 200, a relay 210, a relay 220, and a welding detection unit 230.
  • the relay 200 is provided between the commercial AC power supply 10 and the relay 220, and is controlled to be in a closed state or an open state according to an instruction from the power supply switching control unit 162.
  • the relay 200 includes a relay 200a and a relay 200b.
  • the relay 200a is provided on the line 140
  • the relay 200b is provided on the line 142. Since the relay 200a and the relay 200b are controlled in conjunction with each other, unless otherwise specified, the relay 200 being in the closed state means that the relay 200a and the relay 200b are in the closed state. Similarly, the relay 200 being in the open state means that the relay 200a and the relay 200b are in the open state.
  • the relay 210 is provided between the inverter 120 and the relay 220 and is controlled to be in a closed state or an open state according to an instruction from the power supply switching control unit 162.
  • the relay 210 includes a relay 210a and a relay 210b.
  • the relay 210 a is provided on the line 144, and the relay 210 b is provided on the line 146. Since the relays 210a and 210b are controlled in conjunction with each other, unless otherwise specified, the relay 210 being closed means that the relays 210a and 210b are closed. Similarly, the relay 210 being in the open state means that the relay 210a and the relay 210b are in the open state.
  • the relay 220 receives a first contact on the side that selects the output of the relay 200 (upper contact in FIG. 2) and a second contact on the side that selects the output of the relay 210 (FIG. 2).
  • the lower contact point) is controlled to be connected to either one of them. That is, the relay 220 selects one of the output of the commercial AC power supply 10 output via the first relay 200 and the output of the inverter 120 output via the second relay 210 to the load 20. Supply.
  • the relay 220 includes a relay 220a and a relay 220b.
  • the first contact side of the relay 220a is connected to one end of the relay 200a
  • the second contact side is connected to one end of the relay 210a.
  • the first contact side of the relay 220b is connected to one end of the relay 200b, and the second contact side is connected to one end of the relay 210b. Since the relay 220a and the relay 220b are controlled in conjunction with each other, unless otherwise specified, the state where the relay 220 is connected to the first contact side is the state where the relay 220a and the relay 220b are connected to the first contact side. It means that there is. Similarly, the state where the relay 220 is connected to the second contact side means the state where the relay 220a and the relay 220b are connected to the second contact side.
  • the welding detection unit 230 detects the welding of the relay 200 or the relay 210.
  • the welding detection unit 230 includes a first welding detection unit 230a and a second welding detection unit 230b.
  • the first welding detection unit 230 a is provided between the line 140 and the line 142 and detects welding of the relay 200.
  • the second welding detection unit 230b is provided between the line 144 and the line 146, and detects welding of the relay 210.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the first welding detection unit 230a according to the embodiment of the present invention.
  • the 2nd welding detection part 230b can also be made to be the same as that of the structural example shown in FIG.
  • the first welding detection unit 230a mainly includes a full-wave rectification circuit 300, a voltage dividing circuit 310, and a welding detection circuit 320.
  • the full-wave rectifier circuit 300 is provided between the line 140 and the line 142, and includes a diode D1, a diode D2, a diode D3, and a diode D4.
  • the cathode terminal of the diode D1 is connected to the cathode terminal of the diode D2 (hereinafter, the contact between the cathode terminal of the diode D1 and the cathode terminal of the diode D2 is also referred to as a contact X).
  • the anode terminal of the diode D1 is connected to the cathode terminal of the diode D3 and the line 140.
  • the anode terminal of the diode D3 is connected to the anode terminal of the diode D4 (hereinafter, the contact between the anode terminal of the diode D3 and the anode terminal of the diode D4 is also referred to as a contact Y).
  • the cathode terminal of the diode D4 is connected to the anode terminal of the diode D2 and the line 142.
  • the diodes D1 to D4 are switched between conductive and non-conductive states in accordance with the positive / negative of the alternating current input via the line 140 and the line 142.
  • full-wave rectification circuit 300 realizes full-wave rectification by switching the conduction / non-conduction states of diodes D1 to D4.
  • the voltage dividing circuit 310 includes a resistance element R1, a resistance element R2, and a resistance element R3. One end of the resistance element R1 is connected to the contact X, and the other end of the resistance element R1 is connected to one end of the resistance element R2. The other end of the resistance element R2 is connected to one end of the resistance element R3. The other end of the resistance element R3 is connected to the contact Y. That is, the resistance elements R1 to R3 are connected in series between the contact X and the contact Y in this order.
  • the voltage dividing circuit 310 divides the output voltage of the full-wave rectifier circuit 300 by a voltage dividing ratio (R3 / (R1 + R2 + R3)) and outputs the obtained divided voltage (Vd) to the welding detection circuit.
  • One end of the capacitive element C1 is connected to the cathode terminal of the diode D5 (hereinafter, the contact between the one end of the capacitive element C1 and the diode D5 is also referred to as a contact Z), and the other end of the capacitive element C1 is connected to the contact Y.
  • the anode terminal of the diode D5 is connected to the contact X.
  • the capacitive element C1 receives the output current output from the full-wave rectifier circuit 300 via the diode D5, smoothes it, and supplies it to the welding detection circuit 320.
  • the diode D5 prevents the current supplied from the capacitive element C1 from flowing backward to the full-wave rectifier circuit 300 side.
  • the welding detection circuit 320 mainly includes a resistance element R4, a photocoupler PC, and a switching element Q1.
  • the photocoupler PC has a light emitting element D6 and a light receiving element Q2.
  • an n-type MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • GaN transistor GaN transistor
  • SiC transistor SiC transistor
  • One end of the resistance element R4 is connected to the contact Z, and the other end of the resistance element R4 is connected to the anode terminal of the light emitting element D6 of the photocoupler.
  • the resistor element R4 prevents an overcurrent from flowing through the photocoupler PC.
  • the cathode terminal of the light emitting element D6 of the photocoupler PC is connected to the drain terminal of the switching element Q1.
  • the emitter terminal of the light receiving element Q2 of the photocoupler PC is connected to the ground to which the power supply switching control unit 162 is grounded.
  • the collector terminal of the light receiving element Q ⁇ b> 2 is connected to the drive power supply of the power supply switching control unit 162 and the power supply switching control unit 162 via a resistance element (not shown).
  • the photocoupler PC outputs an H level signal to the power supply switching control unit 162.
  • the fact that the photocoupler PC outputs an L level signal when the relay 200 is controlled to be in an open state means that the output from the commercial AC power supply 10 cannot be interrupted by the relay 200, that is, the relay 200 is welded.
  • the power supply switching control part 162 can detect welding of the relay 200 according to the light emission state of the light emitting element D6. Specifically, the output signal of the photocoupler PC after a predetermined time has elapsed after controlling the relay 200 to the open state, and the power supply switching control unit 162 detects welding of the relay 200.
  • the source terminal of the switching element Q1 is connected to the contact Y.
  • the gate terminal of the switching element Q1 is connected to the contact point between the resistance element R2 and the resistance element R3 of the voltage dividing circuit 310.
  • the cathode terminal of the Zener diode D7 and one end of the capacitive element C2 are connected to the gate terminal of the switching element, and the anode terminal of the Zener diode D7 and the other end of the capacitive element C2 are connected to the contact Y. That is, the Zener diode D7 and the capacitive element C2 are connected in parallel between the gate terminal of the switching element Q1 and the contact Y.
  • the divided voltage output from the voltage dividing circuit 310 is stabilized by the Zener diode D7 and applied to the gate terminal of the switching element Q1.
  • the switching element Q1 becomes conductive when a voltage equal to or higher than the first threshold voltage (Vth) is applied to the gate terminal, and a predetermined current flows from the source terminal to the drain terminal.
  • Vth first threshold voltage
  • the voltage dividing circuit 310 outputs a divided voltage Vd as shown in FIG. FIG. 4 shows a period T0 in which the divided voltage Vd is lower than the first threshold voltage Vth.
  • the switching element Q1 does not conduct and the light emitting element D6 cannot emit light. Since the power supply switching control unit 162 detects the welding of the relay 200 according to the light emitting state of the light emitting element D6, the welding of the relay 200 cannot be detected in the period T0.
  • the capacitive element C2 is connected in parallel between the gate terminal of the switching element Q1 and the contact Y, and the electric charge stored in the capacitive element C2 is discharged through the resistive element R3 in the period T0. To do.
  • the divided voltage can be prevented from becoming smaller than the first threshold voltage Vth, and the attachment of the relay 200 can be reliably detected even during the period T0.
  • the divided voltage Vd is limited to the Zener voltage (Vz) by the Zener diode D7, the following (1) needs to be satisfied in order to detect the welding of the relay 200 even in the period T0.
  • Equation (1) represents an exponential function.
  • the peak voltage of the pulsating voltage output from the full-wave rectifier circuit 300 is Vp, and is equal to the first threshold voltage Vth when the pulsating voltage divided by the voltage dividing circuit 310 is applied to the switching element Q1.
  • V0 the pulsating voltage
  • the period T0 can be expressed by the following equation (2).
  • arcsin in equation (2) represents an arc sine function. Further, the following equation (3) is established between the first threshold voltage Vth, the second threshold voltage V0, and the voltage division ratio.
  • the capacitance of the capacitive element C2 can be obtained using the above equations (1) to (3).
  • Vp 141 V
  • ⁇ 2 ⁇ ⁇ 50 Hz
  • Vth 4 V
  • Vz 10 V
  • C2 0.022 uF can be obtained as the capacitance of the capacitive element C2.
  • the switching source AC power source is also referred to as a first AC power source
  • the switching destination AC power source is also referred to as a second AC power source.
  • the AC power supplied from the first AC power supply is also referred to as the output of the first AC power supply
  • the AC power supplied from the second AC power supply is also referred to as the output of the second AC power supply.
  • a pair of wirings that supply the output of the first AC power source to the power source switching unit 130 is also referred to as a first line and a second line
  • a pair of wirings that supply the output of the second AC power source to the power source switching unit 130 is a third line. Also called the fourth track.
  • a relay provided on the first line and the second line is also referred to as a first relay
  • a relay provided on the third line and the fourth line is also referred to as a second relay
  • a relay that switches the output of the first AC power source output via the first relay and the output of the second AC power source output via the second relay and supplies the output to the load 20 is also referred to as a third relay.
  • first or second welding detection unit provided between the first line and the second line is also simply referred to as a welding detection unit.
  • the first AC power source is the commercial AC power source 10
  • the second AC power source is the inverter 120
  • the first line is the line 140
  • the second line is the line 142
  • the third The line corresponds to the line 144
  • the fourth line corresponds to the line 146
  • the first relay corresponds to the relay 200
  • the second relay corresponds to the relay 210
  • the welding detection unit corresponds to the first welding detection unit.
  • the first AC power source is the inverter 120
  • the second AC power source is the commercial AC power source 10
  • the first line is the line 144
  • the second line is the line.
  • the third line corresponds to the line 140
  • the fourth line corresponds to the line 142
  • the first relay corresponds to the relay 210
  • the second relay corresponds to the relay 200
  • the welding detection unit corresponds to the second welding detection unit.
  • the relay 220 corresponds to the third relay.
  • the power supply switching control unit 162 controls the first relay to switch from the closed state to the open state, and controls the third relay to switch from the contact on the first relay side to the connection on the second relay side.
  • the first relay and the third relay are controlled at the same time by switching the first relay and the third relay in parallel, thereby switching between the first relay and the third relay. This is to shorten the time.
  • the power supply switching control unit 162 cannot switch the third relay, and the first relay The time required for switching the third relay may become longer.
  • the power supply switching control unit 162 switches the first relay and the third relay in parallel regardless of whether or not the output of the first AC power supply becomes 0V.
  • the time required for switching between the first relay and the third relay can be shortened.
  • the power supply switching control unit 162 acquires the maximum switching required time in order to execute control for switching the second relay after the required time for switching between the first relay and the third relay (hereinafter also referred to as the maximum switching required time) has elapsed. ing.
  • the power supply switching control unit 162 stores table data representing the correspondence relationship between the relay contact configuration and state (operation state or return state), ambient temperature, and the like and the required switching time in a storage unit (not shown). .
  • the power supply switching control unit 162 refers to this table data, compares the required switching times of the first relay and the third relay, and can obtain the maximum required switching time as the maximum required switching time.
  • both the first relay and the third relay are switched, but the power switching control unit 162 does not immediately execute the switching control of the second relay. Even if the first relay is not welded until the period corresponding to the time constant of the CR circuit composed of the capacitive element C2 and the resistive element R3 (hereinafter also referred to as a delay time) has elapsed, the switching is performed. Element Q1 is conducting. For this reason, the light emitting element D6 may emit light due to the discharge from the capacitive element C1, and the welding detection unit may erroneously detect the welding of the first relay.
  • the power supply switching control unit 162 has a period from the timing at which the maximum required switching time has elapsed (hereinafter also referred to as the first timing) to the timing at which the delay time has elapsed (hereinafter also referred to as the second timing). Prohibit relay switching control. Then, the power supply switching control unit 162 refers to the result of the first relay welding detection process of the welding detection unit at the second timing, and when the first relay is not welded, the second relay is changed from the open state to the closed state. Execute switching control. Thereby, even if an arc current is generated in the third relay due to welding of the first relay, it can be reliably prevented from propagating to the second AC power source side via the second relay.
  • the process for prohibiting the switching control of the second relay may be executed by the software described above, and a switching control signal (hereinafter also referred to as a second relay control signal) input to the second relay. May be processed by hardware.
  • the second relay control signal is, for example, a signal that instructs the second relay to switch from the open state to the closed state when it is at the H level.
  • the power supply switching control unit 162 includes a second relay control signal generation circuit that generates a second relay control signal by a logical operation with the output signal of the photocoupler PC.
  • the power supply switching control unit 162 instructs the second relay control signal generation circuit to generate the second relay control signal.
  • the second relay control signal generation circuit generates an original signal that becomes H level at the first timing.
  • the second relay control generation circuit calculates a logical product of the generated original signal and the output signal of the photocoupler PC, generates a second relay control signal, and outputs the second relay control signal to the second relay.
  • the output signal of the photocoupler PC is a signal that is at the L level while the light emitting element D6 emits light. Therefore, even if the light emitting element D6 emits light by the discharge from the capacitive element C1 until the delay time elapses, the second relay control signal becomes L level, and the switching control of the second relay is prohibited. Further, since the second relay control signal is at the L level while the light emitting element D6 is emitting light, it can be said that the switching control of the second relay is prohibited even when the first relay is welded. Thereby, the certainty of prevention of propagation of the arc current can be further increased.
  • FIG. 5 is an operation flowchart relating to switching of the AC power supply according to the embodiment of the present invention.
  • the power supply switching control unit 162 instructs the first relay to switch from the closed state to the open state.
  • the power supply switching control unit 162 instructs the third relay to switch the connection from the contact side of the first relay to the contact side of the second relay (S10).
  • the power supply switching control unit 162 refers to table data stored in a storage unit (not shown) and acquires the maximum required switching time.
  • the power supply switching control unit 162 checks whether or not the maximum required switching time has elapsed since the first relay and the third relay were instructed to switch (S11).
  • the power supply switching control unit 162 checks whether or not the delay time in the welding detection unit has elapsed (S12). When the delay time has elapsed (Y in S12), the power supply switching control unit 162 refers to the result of the first relay welding detection process of the welding detection unit (S13). When welding of the first relay is not detected by the welding detection unit (N in S13), the second relay is instructed to switch from the open state to the closed state (S14). When welding of the first relay is detected by the welding detection unit (Y in S13), the user is notified through the display unit (not shown) that the first relay is welding (S15).
  • the power supply switching control unit 162 switches the first relay and the third relay in parallel, and switches the second relay until the first relay welding detection process of the welding detection unit is completed. Since it prohibits, the time required for switching the first relay and the third relay can be shortened, and the second relay can be switched safely. As a result, switching from the first AC power source to the second AC power source can be performed safely and in a short time. Since the welding detection part is provided between the 1st track
  • the welding detection unit includes the light emitting element D6 and detects the welding of the first relay according to the light emitting state of the light emitting element D6, there is little influence of noise and the like, and the welding of the first relay can be detected stably. it can. Since the welding detection unit includes a switching element Q1 and a capacitive element C2, the light emitting element D6 is connected to the second line via the switching element Q1, and the capacitive element C2 is connected in parallel to the gate terminal of the switching element Q1, It is possible to detect the welding of the first relay without limiting the detectable period. As a result, the welding of the first relay can be detected with high accuracy.
  • the relay 200 has the relay 200a and the relay 200b
  • the relay 210 has the relay 210a and the relay 210b
  • the relay 220 has the relay 220a and the relay 220b. You may comprise with one relay.
  • the relay 200 is provided on the line 140, and the relay 210 is provided on the line 144.
  • the first contact side of the relay 220 is connected to one end of the relay 200, and the second contact side is connected to one end of the relay 210.
  • the line 142 and the line 146 are directly connected to the line 150.
  • the switching process of the alternating current power supply of embodiment of this invention is applicable.
  • the number of relays can be reduced, and the cost reduction of the power storage switching device can be realized.
  • the welding detection unit 230 detects the welding of the relay 200 or the relay 210.
  • the input side terminal block also referred to as an input terminal
  • the output side terminal block that the main body of the storage battery system 30 has. (It is also called an output terminal) may be mistakenly connected and wiring may be detected.
  • the main body of the storage battery system 30 is provided with an input-side terminal block for connection to the commercial AC power supply 10 by wiring.
  • the main body of the storage battery system 30 includes an output side terminal block for connecting to a distribution board, a distribution board, or the like by wiring. That is, the storage battery system 30 is connected to the commercial AC power supply 10 via the input terminal block, and supplies AC power to the load 20 via the output terminal block.
  • Input-side terminal blocks and output-side terminal blocks use terminal blocks with the same shape, and incorrect connection may occur when the input-side terminals and output-side terminals are mistaken for wiring. Therefore, in the second modification, this erroneous connection is detected using the welding detection unit 230 of the embodiment of the invention.
  • the timing of detecting an erroneous connection is, for example, when the storage battery system 30 is started up when the power supply of the storage battery system 30 is turned off with the input side or output side wiring connected thereto.
  • FIG. 6 is an operation flowchart relating to detection of erroneous connection.
  • the control unit 160 performs an initialization process. Specifically, when the relay 200 or the relay 210 is in the closed state, the power supply switching control unit 162 instructs to switch from the closed state to the open state (S16). The initialization process may be omitted when the process of switching the relay 200 and the relay 210 to the open state at the time of the previous shutdown is performed.
  • the control unit 160 confirms whether welding is detected by either the first welding detection unit 230a or the second welding detection unit 230b. (S17) When welding is not detected from either the first welding detection unit 230a or the second welding detection unit 230b (S17N), the control unit 160 determines that an appropriate connection is made and ends the operation flow. . Note that the control unit 160 may move to the next activation procedure after the operation flow for detecting an erroneous connection is completed, or may temporarily move the operation flow for detecting an erroneous connection to move to the next activation process. It is good.
  • the first welding detection unit 230a or the second welding detection unit 230b receives a current from the load 20 through the relay 220. Since the current flows through 230b, the control unit 160 determines that the connection is incorrect, and displays an indication that the connection is incorrect or displays an alarm warning to the operator and makes an incorrect connection to the operator. Notice. (S18)
  • the power source switching control unit 162 is configured to connect the input side terminal block and the output side terminal block when the welding is detected by the welding detection unit 230 while the relay 200 and the relay 210 are open. It can be determined that the connection is incorrect.
  • the welding detection unit 230 is used for erroneous connection detection, it is not necessary to provide a new erroneous connection detection unit as hardware, so that both the safety improvement and cost reduction of the storage battery system 30 can be achieved.
  • a third relay that switches between an output of the first AC power source output via the first relay and an output of the second AC power source output via the second relay and supplies the load to the load; and A welding detection unit that detects welding, and when switching from the output of the first AC power source to the output of the second AC power source and supplying the load to the load, the first relay is switched from a closed state to an open state, and the second relay After switching the third relay to select and output the output of the AC power supply, the second relay is switched from the open state to the closed state until the first relay welding detection process in the welding detector is completed. And a power supply switching device that prohibits the power supply switching control unit.
  • the first AC power source and the third relay are connected by a first line and a second line via a first relay, and the welding detection unit is provided between the first line and the second line.
  • the power supply switching device according to Item 1 wherein [Item 3]
  • the welding detector further includes a switching element and a capacitive element, the light emitting element is connected to the second line through the switching element, and the control terminal of the switching element and the second line are between Item 4.
  • the power supply switching device according to Item 3 which is connected via a capacitive element.
  • a battery, a first power converter that converts the output of the first AC power source into a direct current and outputs it to the battery, and the second AC power source are configured together with the battery, and the output of the battery is converted into an alternating current and output.
  • a storage battery system comprising: a second power exchanging device that includes the power switching device according to any one of items 1 to 4.
  • the first AC power source is a commercial AC power source, and an input terminal connected to the first AC power source; An output terminal connected to the load, wherein the power switching device is connected to the output terminal when the welding detection unit detects welding of the first relay when the storage battery system is activated. 6.
  • the power switching device according to the present invention is useful for a backup power source and an electric vehicle as a power switching device with a welding detection function.

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Abstract

第３リレーは、第１リレーを介して出力される第１交流電源の出力と、第２リレーを介して出力される第２交流電源の出力とを切り替えて負荷に供給する。溶着検出部は、第１リレーの溶着を検出する。第１交流電源の出力から第２交流電源の出力に切り替えて負荷に供給する場合、電源切替制御部は、第１リレーを閉状態から開状態に切り替えるとともに、第２交流電源の出力を選択して出力するように第３リレーを切り替えた後、溶着検出部での第１リレー溶着検出処理が完了するまで、第２リレーを開状態から閉状態に切り替えることを禁止する。

Description

電源切替装置及び蓄電池システム
　本発明は、電源切替装置及び蓄電池システムに関する。
　商用交流電源からの出力電力と、蓄電池とインバータで構成した補助交流電源からの出力電力とのうち、いずれか一方を選択して負荷に供給する電源切替装置を搭載した蓄電池システムが知られている。従来のある方法では、アーク放電の発生を抑制するため、給電線上に設けたリレーを介して負荷に電力を供給している場合、負荷への電力供給を中止する際に、給電線上に流れる電流がゼロになるまで待ってからリレーを遮断状態にしている（下記特許文献１参照）。
特開２００６－１５５９１５号公報
　上記従来方法によって、アーク放電による機器の破損を抑制しながら交流電源を切り替えることができるかもしれないが、給電線上に流れる電流がゼロになるまでリレーを遮断状態にすることができない。このため、給電線上に流れる電流がゼロになるまで交流電源を切り替えることができず、結果として、交流電源の切り替え所要時間を短縮化できないことがある。また、電流ゼロを検出する必要があり、交流電源の切り替え処理が複雑化する。
　そこで本発明は、アーク放電による機器の破損を抑制しつつ、交流電源の切り替え所要時間を短縮化可能な電源切替装置及び蓄電池システムを提供することを目的とする。
　本発明に係る電源切替装置は、　第１リレーを介して出力される第１交流電源の出力と、第２リレーを介して出力される第２交流電源の出力とを切り替えて負荷に供給する第３リレーと、前記第１リレーの溶着を検出する溶着検出部と、前記第１交流電源の出力から前記第２交流電源の出力に切り替えて負荷に供給する場合、前記第１リレーを閉状態から開状態に切り替えるとともに、前記第２交流電源の出力を選択して出力するように前記第３リレーを切り替えた後、前記溶着検出部での第１リレー溶着検出処理が完了するまで、前記第２リレーを開状態から閉状態に切り替えることを禁止する電源制御部と、を備える。
　本発明によれば、アーク放電による機器の破損を抑制しつつ、交流電源の切り替え所要時間を短縮化可能な電源切替装置及び蓄電池システム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池システムを説明するための図である。 本発明の実施形態に係る電源切替部の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る第１溶着検出部の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る全波整流回路の出力電圧を示す図である。 本発明の実施形態の交流電源の切り替えに関わる動作フローチャートである。 本発明の実施形態の第２変形例の誤接続検出に関わる動作フローチャートである。
　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。
　図１は、本発明の実施形態に係る蓄電池システム３０を説明するための図である。本実施の形態では、蓄電池システム３０は商用交流電源１０と接続され、負荷２０に交流電力を供給しているシステムを想定する。蓄電池システム３０は、電池モジュール１００、コンバータ１１０、インバータ１２０、電源切替部１３０および制御部１６０を備える。なお、蓄電池システム３０は、電源切替部１３０と後述する電源切替制御部１６２を有する電源切替装置４０を備えているとも言う。
　電池モジュール１００は、１つ以上の蓄電池（二次電池とも言う）から構成される。電池モジュール１００に含まれる蓄電池は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。図１では、直列接続された複数の蓄電池にて電池モジュール１００が構成されているが、電池モジュール１００を構成する蓄電池の個数は１つでも良い。電池モジュール１００に含まれる蓄電池の一部又は全部は、互いに並列接続されていても良い。本実施の形態において、放電及び充電は、特に説明がない限り電池モジュール１００の放電及び充電を意味する。
　コンバータ１１０は、制御部１６０からの指示に従い、商用交流電源１０から供給される交流電力を直流電力に変換して電池モジュール１００に供給し、電池モジュール１００を充電する。また、充電する際、コンバータ１１０は、制御部１６０からの指示に従い、充電電圧および充電電流を管理する。
　インバータ１２０は、制御部１６０からの指示に従い、電池モジュール１００を放電させ、電池モジュール１００から供給される直流電力を交流電力に変換して電源切替部１３０に供給する。また、放電する際、インバータ１２０は、制御部１６０からの指示に従い、放電電圧および放電電流を管理する。
　電源切替部１３０は、線路１４０と線路１４２を介して商用交流電源１０から交流電力の供給を受ける。また、電源切替部１３０は、線路１４４と線路１４６を介して、インバータ１２０から交流電力の供給を受ける。さらに、電源切替部１３０は、制御部１６０からの指示に従い、商用交流電源１０から供給される交流電力と、インバータ１２０から供給される交流電力とのうちいずれか一方を選択し、線路１４８、線路１５０を介して負荷２０に供給する。
　制御部１６０は、蓄電池システム３０全体を管理する。まず、制御部１６０はＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）、温度などの電池モジュール１００の状態を管理する。また、制御部１６０は、ユーザ操作に起因してコンバータ１１０に充電制御を実行させ、あるいはインバータ１２０に放電制御を実行させる。さらに、制御部１６０は、電源切替制御部１６２を備える。電源切替制御部１６２は、電源切替部１３０を制御し、商用交流電源１０から供給される交流電力とインバータ１２０から供給される交流電力との切替制御を実行させる。例えば、商用交流電源１０が停電等の異常時に、電源切替制御部１６２は、負荷２０に供給する交流電力を、インバータ１２０から供給される交流電力へ切り替えるよう電源切替部１３０に指示する。また、商用交流電源１０の復旧時に、電源切替制
御部１６２は、負荷２０に供給する交流電力を、商用交流電源１０から供給される交流電力に切り替えるよう電源切替部１３０に指示する。
　図２は、本発明の実施形態に係る電源切替部１３０の構成例を示す図である。電源切替部１３０は、主に、リレー２００、リレー２１０、リレー２２０および溶着検出部２３０を備える。
　リレー２００は、商用交流電源１０とリレー２２０の間に設けられ、電源切替制御部１６２の指示により、閉状態あるいは開状態に制御される。リレー２００はリレー２００ａとリレー２００ｂを有する。リレー２００ａは線路１４０に設けられ、リレー２００ｂは線路１４２に設けられる。リレー２００ａとリレー２００ｂは連動的に制御されるため、特に説明がない限り、リレー２００が閉状態とはリレー２００ａとリレー２００ｂが閉状態であることを意味する。同様に、リレー２００が開状態とはリレー２００ａとリレー２００ｂが開状態であることを意味する。
　リレー２１０は、インバータ１２０とリレー２２０の間に設けられ、電源切替制御部１６２の指示により、閉状態あるいは開状態に制御される。リレー２１０はリレー２１０ａとリレー２１０ｂを有する。リレー２１０ａは線路１４４に設けられ、リレー２１０ｂは線路１４６に設けられる。リレー２１０ａとリレー２１０ｂは連動的に制御されるため、特に説明がない限り、リレー２１０が閉状態とはリレー２１０ａとリレー２１０ｂが閉状態であることを意味する。同様に、リレー２１０が開状態とはリレー２１０ａとリレー２１０ｂが開状態であることを意味する。
　リレー２２０は、電源切替制御部１６２の指示により、リレー２００の出力を選択する側の第１接点（図２の上側の接点）と、リレー２１０の出力を選択する側の第２接点（図２の下側の接点）とのいずれか一方に接続するように制御される。つまりリレー２２０は、第１リレー２００を介して出力される商用交流電源１０の出力と、第２リレー２１０を介して出力されるインバータ１２０の出力とのうちいずれか一方を選択して負荷２０に供給する。リレー２２０はリレー２２０ａとリレー２２０ｂを有する。リレー２２０ａの第１接点側はリレー２００ａの一端に接続され、第２接点側はリレー２１０ａの一端に接続される。また、リレー２２０ｂの第１接点側はリレー２００ｂの一端に接続され、第２接点側はリレー２１０ｂの一端に接続される。リレー２２０ａとリレー２２０ｂは連動的に制御されるため、特に説明がない限り、リレー２２０が第１接点側に接続された状態とはリレー２２０ａとリレー２２０ｂが第１接点側に接続された状態であることを意味する。同様に、リレー２２０が第２接点側に接続された状態とはリレー２２０ａとリレー２２０ｂが第２接点側に接続された状態を意味する。
　溶着検出部２３０は、リレー２００あるいはリレー２１０の溶着を検出する。溶着検出部２３０は、第１溶着検出部２３０ａと第２溶着検出部２３０ｂを有する。第１溶着検出部２３０ａは、線路１４０と線路１４２との間に設けられ、リレー２００の溶着を検出する。また、第２溶着検出部２３０ｂは、線路１４４と線路１４６との間に設けられ、リレー２１０の溶着を検出する。
　図３は、本発明の実施形態に係る第１溶着検出部２３０ａの構成例を示す図である。なお、第２溶着検出部２３０ｂも図３に示す構成例と同様にすることができる。第１溶着検出部２３０ａは、主に全波整流回路３００、分圧回路３１０および溶着検出回路３２０を備える。
　全波整流回路３００は、線路１４０と線路１４２の間に設けられ、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、ダイオードＤ３およびダイオードＤ４を有する。ダイオードＤ１のカソー
ド端子は、ダイオードＤ２のカソード端子に接続される（以下、ダイオードＤ１のカソード端子とダイオードＤ２のカソード端子との接点を接点Ｘとも言う）。ダイオードＤ１のアノード端子は、ダイオードＤ３のカソード端子と線路１４０に接続される。ダイオードＤ３のアノード端子は、ダイオードＤ４のアノード端子と接続される（以下、ダイオードＤ３のアノード端子とダイオードＤ４のアノード端子との接点を接点Ｙとも言う）。ダイオードＤ４のカソード端子は、ダイオードＤ２のアノード端子と線路１４２に接続される。線路１４０および線路１４２を介して入力された交流電流の正負に応じて、ダイオードＤ１～Ｄ４の導通・非導通状態が切り替わる。具体的には、交流電流が正の場合、ダイオードＤ１とダイオードＤ４は導通状態となり、ダイオードＤ２とダイオードＤ３は非導通状態となる。一方、交流電流が負の場合、ダイオードＤ１とダイオードＤ４は非導通状態となり、ダイオードＤ２とダイオードＤ３は導通状態となる。このようにダイオードＤ１～Ｄ４の導通・非導通状態が切り替わることで、全波整流回路３００は、全波整流を実現する。
　分圧回路３１０は、抵抗素子Ｒ１、抵抗素子Ｒ２および抵抗素子Ｒ３を有する。抵抗素子Ｒ１の一端は、接点Ｘに接続され、抵抗素子Ｒ１の他端は、抵抗素子Ｒ２の一端に接続される。抵抗素子Ｒ２の他端は、抵抗素子Ｒ３の一端に接続される。抵抗素子Ｒ３の他端は、接点Ｙに接続される。すなわち、抵抗素子Ｒ１～Ｒ３は、この順に接点Ｘと接点Ｙの間に直列接続される。分圧回路３１０は、全波整流回路３００の出力電圧を分圧比（Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３））で分圧し、得られた分圧電圧（Ｖｄ）を溶着検出回路に出力する。
　容量素子Ｃ１の一端は、ダイオードＤ５のカソード端子に接続され（以下、容量素子Ｃ１の一端とダイオードＤ５の接点を接点Ｚとも言う）、容量素子Ｃ１の他端は、接点Ｙに接続される。また、ダイオードＤ５のアノード端子は、接点Ｘに接続される。容量素子Ｃ１は、全波整流回路３００からダイオードＤ５を介して出力された出力電流を受け取り、平滑化して溶着検出回路３２０に供給する。また、ダイオードＤ５は、容量素子Ｃ１から供給される電流が全波整流回路３００側への逆流することを防止する。
　溶着検出回路３２０は、主に抵抗素子Ｒ４、フォトカプラＰＣおよびスイッチング素子Ｑ１を備える。フォトカプラＰＣは、発光素子Ｄ６と受光素子Ｑ２を有する。本発明の実施形態では、スイッチング素子に半導体スイッチの一つであるｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)を用いる例を説明する。なお、ｎ型ＭＯＳＦＥＴの代わりにＩＧＢＴ（Ｉｎ
ｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧａＮトランジス
タ、ＳｉＣトランジスタなどを用いてもよい。
　抵抗素子Ｒ４の一端は、接点Ｚに接続され、抵抗素子Ｒ４の他端は、フォトカプラの発光素子Ｄ６のアノード端子に接続される。抵抗素子Ｒ４は、フォトカプラＰＣに過電流が流れることを防止する。
　フォトカプラＰＣの発光素子Ｄ６のカソード端子は、スイッチング素子Ｑ１のドレイン端子に接続される。また、フォトカプラＰＣの受光素子Ｑ２のエミッタ端子は、電源切替制御部１６２が接地されるグランドに接続される。さらに、受光素子Ｑ２のコレクタ端子は、図示しない抵抗素子を介して電源切替制御部１６２の駆動電源に接続されるとともに、電源切替制御部１６２に接続される。容量素子Ｃ１から電流の供給がある場合、つまり、線路１４０および線路１４２を介して交流電流が入力されている場合、発光素子Ｄ６が発光して受光素子Ｑ２が導通し、フォトカプラＰＣは、電源切替制御部１６２にＬレベルの信号を出力する。
　一方、容量素子Ｃ１から電流の供給がない場合、つまり、線路１４０および線路１４２を介して交流電流が入力されていない場合、発光素子Ｄ６は発光せず、受光素子Ｑ２が非導通となり、フォトカプラＰＣは、電源切替制御部１６２にＨレベルの信号を出力する。リレー２００が開状態に制御されたときにフォトカプラＰＣがＬレベルの信号を出力することは、商用交流電源１０からの出力をリレー２００で遮断できてないこと、つまり、リレー２００が溶着していること意味する。これにより、電源切替制御部１６２は、発光素子Ｄ６の発光状態に応じてリレー２００の溶着を検出することができる。具体的には、リレー２００を開状態に制御してから所定時間経過後のフォトカプラＰＣの出力信号を確認し、電源切替制御部１６２は、リレー２００の溶着を検出する。
　スイッチング素子Ｑ１のソース端子は、接点Ｙに接続される。また、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子は、分圧回路３１０の抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３との接点に接続される。さらに、スイッチング素子のゲート端子には、ツェナーダイオードＤ７のカソード端子と容量素子Ｃ２の一端が接続され、ツェナーダイオードＤ７のアノード端子と容量素子Ｃ２の他端は、接点Ｙに接続される。つまり、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子と接点Ｙの間には、ツェナーダイオードＤ７と容量素子Ｃ２が並列接続される。分圧回路３１０から出力された分圧電圧は、ツェナーダイオードＤ７により安定化され、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子に印加される。スイッチング素子Ｑ１は、ゲート端子に第１しきい値電圧（Ｖｔｈ）以上の電圧が印加されると導通し、ソース端子からドレイン端子に向けて所定の電流が流れる。スイッチング素子Ｑ１を導通させることにより、発光素子Ｄ６の発光状態を安定化させることができ、溶着検出回路３２０の溶着検出精度を向上させることができる。
　ここで、分圧回路３１０は、図４に示すような分圧電圧Ｖｄを出力する。図４に分圧電圧Ｖｄが第１しきい値電圧Ｖｔｈより小さくなる期間をＴ０で示す。期間Ｔ０では、スイッチング素子Ｑ１が導通せず、発光素子Ｄ６は発光できなくなる。電源切替制御部１６２は、発光素子Ｄ６の発光状態に応じてリレー２００の溶着を検出するため、期間Ｔ０では、リレー２００の溶着が検出できなくなる。
　そこで、本発明の実施形態では、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子と接点Ｙの間に容量素子Ｃ２を並列接続し、期間Ｔ０において、容量素子Ｃ２に蓄電された電荷を、抵抗素子Ｒ３を介して放電する。これにより、分圧電圧が第１しきい値電圧Ｖｔｈより小さくなることを防止することができ、期間Ｔ０においてもリレー２００の容着を確実に検出することできる。
　ところで、分圧電圧Ｖｄは、ツェナーダイオードＤ７によりツェナー電圧（Ｖｚ）に制限されるので、期間Ｔ０でもリレー２００の溶着を検出するためには、下記（１）が成り立つ必要がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、（１）式のｅは指数関数を表わす。また、全波整流回路３００が出力する脈流電圧のピーク電圧をＶｐ、分圧回路３１０で分圧された脈流電圧がスイッチング素子Ｑ１に印加されたときに第１しきい値電圧Ｖｔｈと等しくなる脈流電圧（以下、第２しきい値電圧とも言う）をＶ０で表わすと、期間Ｔ０は、下記（２）式で表わすことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　　ここで、（２）式のａｒｃｓｉｎは逆正弦関数を表わす。さらに、第１しきい値電圧Ｖｔｈ、第２しきい値電圧Ｖ０および分圧比の間には、下記（３）式が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　以上の（１）～（３）式を用いて容量素子Ｃ２の容量を求めることができる。例えば、商用交流電源１０から１００Ｖの５０Ｈｚの交流電流が供給されている場合、Ｖｐ＝１４１Ｖ、ω＝２π×５０Ｈｚとなり、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝１００ｋΩ、Ｖｔｈ＝４Ｖ、Ｖｚ＝１０Ｖとすると、（２）および（３）式よりＴ０＝１．３６ｍｓが求まる。これを（１）式に代入し、容量素子Ｃ２の容量としてＣ２＝０．０２２ｕＦを求めることができる。
　次に、電源切替部１３０の交流電力の切り替え処理について説明する。以下、説明の便宜上、切り替え元の交流電源を第１交流電源とも言い、切り替え先の交流電源を第２交流電源とも言う。第１交流電源から供給される交流電力を第１交流電源の出力とも言い、第２交流電源から供給される交流電力を第２交流電源の出力とも言う。第１交流電源の出力を電源切替部１３０に供給する一対の配線を第１線路と第２線路とも言い、第２交流電源の出力を電源切替部１３０に供給する一対の配線を第３線路と第４線路とも言う。
　また、第１線路と第２線路に設けられるリレーを第１リレーとも言い、第３線路と第４線路に設けられるリレーを第２リレーとも言う。第１リレーを介して出力される第１交流電源の出力と、第２リレーを介して出力される第２交流電源の出力とを切り替えて負荷２０に供給するリレーを第３リレーとも言う。
　さらに、第１線路と第２線路の間に設けられている第１あるいは第２溶着検出部を単に溶着検出部とも言う。
　インバータ１２０から供給される交流電力へ切り替える場合、第１交流電源は商用交流電源１０に、第２交流電源はインバータ１２０に、第１線路は線路１４０に、第２線路は線路１４２に、第３線路は線路１４４に、第４線路は線路１４６に、第１リレーはリレー２００に、第２リレーはリレー２１０に、溶着検出部は第１溶着検出部に、それぞれ対応する。
　逆に、商用交流電源１０から供給される交流電力へ切り替える場合、第１交流電源はインバータ１２０に、第２交流電源は商用交流電源１０に、第１線路は線路１４４に、第２線路は線路１４６に、第３線路は線路１４０に、第４線路は線路１４２に、第１リレーはリレー２１０に、第２リレーはリレー２００に、溶着検出部は第２溶着検出部に、それぞれ対応する。なお、いずれの場合も、第３リレーはリレー２２０が対応する。
　電源切替制御部１６２は、第１リレーを閉状態から開状態へ切り替えるよう制御するとともに、第３リレーを第１リレー側の接点から第２リレー側の接点への接続に切り替えるよう制御する。ここで、第１リレーと第３リレーの制御を同時に行うのは、第１リレーの切り替えと第３リレーの切り替えを並行して実行することにより、第１リレーと第３リレ
ーを切り替えるための所要時間を短縮化するためである。
　なお、第１リレーが溶着している可能性を考慮すると、第１交流電源の出力が０Ｖになるタイミングで第３リレーを切り替えることが考えられる。この場合、最大で第１交流電源の出力の半周期に相当する期間、アークが持続する可能性があるため、電源切替制御部１６２は、第３リレーを切り替えることができず、第１リレーと第３リレーを切り替えるための所要時間が長くなることもある。
　それに対し、本発明の実施形態の電源切替制御部１６２は、第１交流電源の出力が０Ｖになるタイミングであるか否かに関わらず、第１リレーと第３リレーを並行して切り替えるので、第１リレーと第３リレーを切り替えるための所要時間を短縮化できる。また、第１交流電源の出力が０Ｖになるタイミングを検出する必要がなく、交流電力の切り替え処理を容易に実現できる。さらに、インバータ１２０を商用交流電源１０と同期させる必要がなく、インバータ１２０の構成や制御を簡略化できる。
　電源切替制御部１６２は、第１リレーおよび第３リレーを切り替えるための所要時間（以下、最大切替所要時間とも言う）経過後に第２リレーを切り替える制御を実行するため、最大切替所要時間を取得している。例えば、電源切替制御部１６２は、リレーの接点構成や状態（動作状態あるいは復帰状態）や雰囲気温度等と、切替所要時間との対応関係を表わすテーブルデータを、図示しない記憶部に記憶している。電源切替制御部１６２は、このテーブルデータを参照し、第１リレーと第３リレーのそれぞれの切替所要時間を比較し、切替所要時間が大きいものを最大切替所要時間として取得することができる。
　最大切替所要時間経過後は、第１リレーおよび第３リレーは共に切り替えられているが、電源切替制御部１６２は、直ちに第２リレーの切り替え制御を実行しない。これは、上述した容量素子Ｃ２と抵抗素子Ｒ３で構成されるＣＲ回路の時定数に相当する期間（以下、遅延時間とも言う）を経過するまで、第１リレーが溶着していなくても、スイッチング素子Ｑ１は、導通している。このため、容量素子Ｃ１からの放電により発光素子Ｄ６が発光することがあり、溶着検出部は第１リレーの溶着を誤検出することがあるためである。
　そこで、電源切替制御部１６２は、最大切替所要時間を経過したタイミング（以下、第１タイミングとも言う）から、さらに遅延時間を経過するタイミング（以下、第２タイミングとも言う）までの期間、第２リレーの切り替え制御を禁止する。そして、電源切替制御部１６２は、第２タイミングにおいて、溶着検出部の第１リレー溶着検出処理の結果を参照し、第１リレーが溶着していない場合、第２リレーを開状態から閉状態へ切り替える制御を実行する。これにより、第１リレーの溶着により第３リレーにアーク電流が発生したとしても、それが第２リレーを介して第２交流電源側に伝搬することを確実に防止できる。なお、第２リレーの切り替え制御を禁止する処理は、これまで述べた処理をソフトウェアで実行してもよく、第２リレーに入力される切り替え制御の信号（以下、第２リレー制御信号とも言う）に対してハードウェアで処理してもよい。ここで、第２リレー制御信号は、例えば、Ｈレベルのとき、開状態から閉状態へ切り替えるよう第２リレーに指示する信号である。具体的には、電源切替制御部１６２は、フォトカプラＰＣの出力信号との論理演算により第２リレー制御信号を生成する第２リレー制御信号生成回路を有する。電源切替制御部１６２は、第２リレー制御信号生成回路に第２リレー制御信号の生成を指示する。第２リレー制御信号生成回路は、例えば、第１タイミングでＨレベルとなる元信号を生成する。第２リレー制御生成回路は、生成した元信号とフォトカプラＰＣの出力信号の論理積を演算して第２リレー制御信号を生成し、第２リレーに出力する。フォトカプラＰＣの出力信号は、上述したように、発光素子Ｄ６が発光している間、Ｌレベルとなる信号である。よって、遅延時間を経過するまで、容量素子Ｃ１からの放電により発光素子Ｄ６が発光していたとしても、第２リレー制御信号はＬレベルとなり、第２リレーの切り替
え制御は禁止される。また、発光素子Ｄ６が発光している間は、第２リレー制御信号はＬレベルになるので、第１リレーが溶着している場合も、第２リレーの切り替え制御は禁止されるとも言える。これにより、アーク電流の伝搬防止の確実性をより高めることができる。
　図５は、本発明の実施形態の交流電源の切り替えに関わる動作フローチャートである。電源切替制御部１６２は、第１リレーに対し、閉状態から開状態へ切り替わるよう指示する。同時に電源切替制御部１６２は、第３リレーに対し、第１リレーの接点側から第２リレーの接点側へ接続を切り替えるよう指示する（Ｓ１０）。電源切替制御部１６２は、図示しない記憶部に記憶されたテーブルデータを参照し、最大切替所要時間を取得する。電源切替制御部１６２は、第１リレーおよび第３リレーに切り替えの指示を行ってから最大切替所要時間を経過したか否か確認する（Ｓ１１）。最大切替所要時間を経過した場合（Ｓ１１のＹ）、電源切替制御部１６２は、溶着検出部での遅延時間を経過したか否か確認する（Ｓ１２）。遅延時間を経過した場合（Ｓ１２のＹ）、電源切替制御部１６２は、溶着検出部の第１リレー溶着検出処理の結果を参照する（Ｓ１３）。溶着検出部で第１リレーの溶着が検出されなかった場合（Ｓ１３のＮ）、第２リレーに対し、開状態から閉状態へ切り替わるよう指示する（Ｓ１４）。溶着検出部で第１リレーの溶着が検出された場合（Ｓ１３のＹ）、第１リレーが溶着している旨を、図示しない表示部を介してユーザに通知する（Ｓ１５）。
　本発明の実施形態によれば、電源切替制御部１６２は、第１リレーと第３リレーを並行して切り替えるとともに、溶着検出部の第１リレー溶着検出処理が完了するまで第２リレーの切り替えを禁止するので、第１リレーと第３リレーを切り替えるための所要時間を短縮化でき、第２リレーを安全に切り替えることができる。結果として、第１交流電源から第２交流電源への切り替えを、安全かつ短時間で行うことができる。溶着検出部は、第１線路と第２線路の間に設けられているので、第１リレーの溶着を確実に検出することができる。溶着検出部は、発光素子Ｄ６を含み、発光素子Ｄ６の発光状態に応じて第１リレーの溶着を検出するので、ノイズ等の影響が少なく、第１リレーの溶着を安定的に検出することができる。溶着検出部は、スイッチング素子Ｑ１と容量素子Ｃ２を含み、発光素子Ｄ６はスイッチング素子Ｑ１を介して第２線路に接続され、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子に容量素子Ｃ２が並列接続されているので、検出可能期間を限定されることがなく、第１リレーの溶着を検出することができる。結果として、第１リレーの溶着を精度良く検出することができる。
　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
（第１変形例）
　例えば、本発明の実施の形態において、リレー２００はリレー２００ａとリレー２００ｂを有し、リレー２１０はリレー２１０ａとリレー２１０ｂを有し、リレー２２０はリレー２２０ａとリレー２２０ｂを有すると説明したが、それぞれ１つのリレーで構成してもよい。
　具体的に説明すると、リレー２００は線路１４０に設けられ、リレー２１０は線路１４４に設けられる。リレー２２０の第１接点側はリレー２００の一端に接続され、第２接点側はリレー２１０の一端に接続される。線路１４２と線路１４６は、直接、線路１５０に接続される。リレー２００が閉状態の場合、線路１４０、リレー２００、リレー２２０、線路１４８、負荷２０、線路１５０および線路１４２からなる経路が形成されるので商用交流電源１０から負荷２０に交流電力が供給される。一方、リレー２００が開状態の場合、この経路が形成されなくなり、商用交流電源１０から負荷２０に交流電力は供給されな
くなる。同様に、リレー２１０が閉状態の場合、インバータ１２０から負荷２０に交流電力が供給され、リレー２１０が開状態の場合、インバータ１２０から負荷２０に交流電力が供給されなくなる。このため、リレー２００、リレー２１０およびリレー２２０が、それぞれ１つのリレーで構成されている場合でも、本発明の実施形態の交流電源の切り替え処理を適用することができる。本第１変形例によれば、リレーの個数を減らすことができ、蓄電切替装置の低コスト化を実現できる。
（第２変形例）
　本発明の実施の形態において、溶着検出部２３０は、リレー２００あるいはリレー２１０の溶着を検出すると説明したが、蓄電池システム３０の本体が有する入力側端子台（入力端子とも言う）と出力側端子台（出力端子とも言う）とを取り違えて配線する誤接続を検出してもよい。
　具体的に説明すると、蓄電池システム３０の本体には、商用交流電源１０と配線によって接続するための入力側端子台を備える。また、蓄電池システム３０は、停電時に電灯・蛍光灯等へ電力供給することやピークシフトに使用する機器へ電力供給することが想定される。そのため、蓄電池システム３０の本体には、分電盤や配電盤等と配線によって接続するための出力側端子台を備える。すなわち、蓄電池システム３０は、入力端子台を介して商用交流電源１０と接続され、出力端子台を介して負荷２０に交流電力を供給している。
　入力側端子台と出力側端子台とは、同形状の端子台が用いられ、入力側の端子と出力側の端子とを取り違えて配線する誤接続が発生することがある。そこで、本第２変形例では、発明の実施形態の溶着検出部２３０を用いてこの誤接続を検出する。
　誤接続の検知のタイミングは、例えば蓄電池システム３０の電源がオフ状態で入力側もしくは出力側の配線が接続され蓄電池システム３０の電源をオン状態にした際の蓄電池システム３０の起動時である。
　図６は、誤接続の検知に関わる動作フローチャートである。制御部１６０は、初期化処理を行う。具体的には、電源切替制御部１６２は、リレー２００もしくはリレー２１０が閉状態である場合、閉状態から開状態へ切り替えの指示を行う（Ｓ１６）。なお、初期化処理は、前回シャットダウン時にリレー２００とリレー２１０を開状態に切り替える処理を行っている場合は、この動作を省略してもよい。
　制御部１６０は、第１溶着検出部２３０ａと第２溶着検出部２３０ｂのどちらかで溶着が検出されたか否か確認する。（Ｓ１７）第１溶着検出部２３０ａと第２溶着検出部２３０ｂのどちらからも溶着が検出されない場合（Ｓ１７Ｎ）、制御部１６０は適切な接続がされていると判定して、動作フローを終了する。なお、制御部１６０は、誤接続の検知の動作フロー終了後に次の起動手順に移行してもよいし、誤接続の検知の動作フローを一旦終了して、次の起動プロセスへの移行を可能としてもよい。一方、第１溶着検出部２３０ａと第２溶着検出部２３０ｂのどちらからで溶着が検出された場合（Ｓ１７Ｙ）、負荷２０側から電流がリレー２２０を通して第１溶着検出部２３０ａもしくは第２溶着検出部２３０ｂに電流が流れているため、制御部１６０は誤接続がされていると判定して、図示しない表示部に誤接続されている旨の表示や、アラーム警報を鳴らして作業者に誤接続を通知する。（Ｓ１８）
　第２変形例によれば、電源切替制御部１６２は、リレー２００とリレー２１０とが開状態において、溶着検出部２３０で溶着が検出されると入力側端子台と出力側端子台との配線が誤接続されていることを判定することができる。また、溶着検出部２３０を誤接続検出に用いることで、別段新たな誤接続検出部をハードウェアとして設ける必要がないため
、蓄電池システム３０の安全性向上と低コスト化を両立することができる。
　なお、本実施の形態に係る発明は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。
［項目１］
　第１リレーを介して出力される第１交流電源の出力と、第２リレーを介して出力される第２交流電源の出力とを切り替えて負荷に供給する第３リレーと、前記第１リレーの溶着を検出する溶着検出部と、前記第１交流電源の出力から前記第２交流電源の出力に切り替えて負荷に供給する場合、前記第１リレーを閉状態から開状態に切り替えるとともに、前記第２交流電源の出力を選択して出力するように前記第３リレーを切り替えた後、前記溶着検出部での第１リレー溶着検出処理が完了するまで、前記第２リレーを開状態から閉状態に切り替えることを禁止する電源切替制御部と、を備えた電源切替装置。
［項目２］
　前記第１交流電源と前記第３リレーは、第１リレーを介して第１線路及び第２線路で接続されており、　前記溶着検出部は、前記第１線路と前記第２線路の間に設けられている、項目１に記載の電源切替装置。
［項目３］
　前記溶着検出部は、発光素子を含み、前記発光素子の発光状態に応じて前記第１リレーの溶着を検出する、項目２に記載の電源切替装置。
［項目４］
　前記溶着検出部は、スイッチング素子と容量素子をさらに含み、前記発光素子は前記スイッチング素子を介して第２線路に接続されており、前記スイッチング素子の制御端子と前記第２線路との間は前記容量素子を介して接続されている、項目３に記載の電源切替装置。
［項目５］
　電池と、前記第１交流電源の出力を直流に変換し前記電池に出力する第１電力変換装置と、前記電池とともに前記第２交流電源を構成し、前記電池の出力を交流に変換して出力する第２電力交換装置と、項目１～項目４の何れかに記載の電源切替装置と、を備えた蓄電池システム。
［項目６］
　前記第１交流電源は商用交流電源であり、前記第１交流電源と接続される入力端子と、
　前記負荷と接続される出力端子と、をさらに備え、前記電源切替装置は、前記蓄電池システムの起動時に前記溶着検出部が前記第１リレーの溶着を検出した場合に前記出力端子に前記第１交流電源が誤接続されていると判定する、項目５に記載の蓄電池システム。
　本発明に係る電源切替装置は、溶着検出機能付き付き電源切替装置として、バックアップ電源、電動車両に有用である。
　　１０　　商用交流電源
　　２０　　負荷
　　３０　　蓄電池システム
　　４０　　電源切替装置
　１００　　電池モジュール
　１１０　　コンバータ
　１２０　　インバータ
　１６０　　制御部
　１６２　　電源切替制御部
　２００　　リレー
　２００ａ　リレー
　２００ｂ　リレー
　２１０　　リレー
　２１０ａ　リレー
　２１０ｂ　リレー
　２２０　　リレー
　２２０ａ　リレー
　２２０ｂ　リレー
　２３０　　溶着検出部
　２３０ａ　溶着検出部
　２３０ｂ　溶着検出部

Claims (6)

  1. 　第１リレーを介して出力される第１交流電源の出力と、第２リレーを介して出力される第２交流電源の出力とを切り替えて負荷に供給する第３リレーと、
    　前記第１リレーの溶着を検出する溶着検出部と、
    　前記第１交流電源の出力から前記第２交流電源の出力に切り替えて負荷に供給する場合、前記第１リレーを閉状態から開状態に切り替えるとともに、前記第２交流電源の出力を選択して出力するように前記第３リレーを切り替えた後、前記溶着検出部での第１リレー溶着検出処理が完了するまで、前記第２リレーを開状態から閉状態に切り替えることを禁止する電源切替制御部と、を備えた電源切替装置。
  2. 　前記第１交流電源と前記第３リレーは、第１リレーを介して第１線路及び第２線路で接続されており、
    　前記溶着検出部は、前記第１線路と前記第２線路の間に設けられている、
    　請求項１に記載の電源切替装置。
  3. 　前記溶着検出部は、発光素子を含み、前記発光素子の発光状態に応じて前記第１リレーの溶着を検出する、
    　請求項２に記載の電源切替装置。
  4. 　前記溶着検出部は、スイッチング素子と容量素子をさらに含み、
    　前記発光素子は前記スイッチング素子を介して第２線路に接続されており、前記スイッチング素子の制御端子と前記第２線路との間は前記容量素子を介して接続されている、
    　請求項３に記載の電源切替装置。
  5. 　電池と、
    　前記第１交流電源の出力を直流に変換し前記電池に出力する第１電力変換装置と、
    　前記電池とともに前記第２交流電源を構成し、前記電池の出力を交流に変換して出力する第２電力交換装置と、
    　請求項１～請求項４の何れかに記載の電源切替装置と、を備えた蓄電池システム。
  6. 　前記第１交流電源は商用交流電源であり、
    　前記第１交流電源と接続される入力端子と、
    　前記負荷と接続される出力端子と、をさらに備え、
    　前記電源切替装置は、前記蓄電池システムの起動時に前記溶着検出部が前記第１リレーの溶着を検出した場合に前記出力端子に前記第１交流電源が誤接続されていると判定する、
    　請求項５に記載の蓄電池システム。
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