JP2001045680A - 蓄電電気機器制御装置および蓄電電気機器制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充電用プリチャージ回路と放電用プリチャー
ジ回路とを兼用して構成を簡単化するとともに、コスト
ダウンを達成する。 【解決手段】 充電動作、放電動作に先だって三相交流
入力ラインから主回路コンデンサ３６に対するプリチャ
ージを行う充放電プリチャージスイッチ３１を設けると
ともに、主回路コンデンサ３６の端子間電圧および交流
電流センサ４により検出される交流電流値を入力として
充放電プリチャージスイッチ３１を制御する蓄電ユニッ
ト制御部３９とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は蓄電電気機器制御
装置および蓄電電気機器制御方法に関し、さらに詳細に
いえば、電力需要の小さい時間帯において二次電池に対
する充電を行い、電力需要の大きい時間帯において二次
電池からの放電を行って電力負荷の平準化を実現するた
めの蓄電電気機器を制御するための装置および方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電力需要の小さい時間帯（例
えば、夜間の時間帯）において二次電池に対する充電を
行い、電力需要の大きい時間帯（例えば、昼間の時間
帯）において二次電池からの放電を行って電力負荷の平
準化を実現するための、蓄電電気機器の一種である蓄電
空気調和機（蓄電エアコン）が提案されている。

【０００３】インバータ駆動の圧縮機を持つ空気調和機
（室外機）はインバータ回路の前段にＡＣ／ＤＣ変換回
路（整流回路）があって、ここで商用ＡＣ電圧を一旦直
流電圧に変換している（ＡＣラインが３相２００Ｖの場
合には、主回路直流電圧は約２８０Ｖになる）。したが
って、二次電池電圧をチョッパーなどを用いて上記主回
路電圧に合わせ込んでここへ重畳することで、二次電池
から室外機へ駆動電力を供給することが可能になる。

【０００４】一方、二次電池への充電は商用ＡＣ電圧を
整流してチョッパーで二次電池電圧に電圧を合わせ込ん
で行うが、充電回路としては、室外機側のＡＣ入力部を
流用する構成（図３参照）と、蓄電ユニット側で独立に
ＡＣ入力回路を設ける構成（図４参照）とが考えられ
る。

【０００５】図３に示す蓄電空気調和機システムは、三
相交流電源６１に対して、空気調和機メインスイッチ６
２、ＡＣ／ＤＣ変換回路６３、インバータ回路６４およ
び圧縮機６５をこの順に接続している。そして、ＡＣ／
ＤＣ変換回路６３とインバータ回路６４との途中部に対
して、充放電主回路スイッチ６６と、抵抗６７、充放電
プリチャージ用スイッチ６８の直列回路とを互いに並列
接続し、この並列接続回路に対して主回路コンデンサ６
９を直列接続し、この主回路コンデンサ６９の端子間
に、双方向コンバータ７０と二次電池７１とを直列接続
している。また、主回路電圧（主回路コンデンサ６９の
電圧）を検出して、空気調和機メインスイッチ６２、充
放電主回路スイッチ６６、充放電プリチャージ用スイッ
チ６８を制御する蓄電ユニット制御部７２を設けてい
る。

【０００６】図４に示す蓄電空気調和機システムは、三
相交流電源８１に対して、空気調和機メインスイッチ８
２、ＡＣ／ＤＣ変換回路８３、インバータ回路８４およ
び圧縮機８５をこの順に接続している。そして、三相交
流電源８１に対して、充電メインスイッチ８６と充電用
プリチャージスイッチ８７、抵抗８８の直列回路との並
列接続回路、ＡＣ／ＤＣ変換回路８９、主回路コンデン
サ９０をこの順に接続している。また、この主回路コン
デンサ９０の端子間に、双方向コンバータ９１と二次電
池９２とを直列接続している。さらに、ＡＣ／ＤＣ変換
回路８３とインバータ回路８４との途中部と主回路コン
デンサ９０との間に、放電主回路スイッチ９３と、抵抗
９４、放電用プリチャージスイッチ９５の直列回路との
並列接続回路を接続している。さらにまた、主回路電圧
（主回路コンデンサ９０の電圧）を検出して、充電メイ
ンスイッチ８６、充電用プリチャージスイッチ８７、放
電主回路スイッチ９３、放電用プリチャージスイッチ９
５を制御するとともに、双方向コンバータ９１のチョッ
パー制御を行う蓄電ユニット制御部９６を設けている。

【０００７】図３に示す蓄電空気調和機システムを採用
する場合には、空気調和機が稼働状態（ユーザーが空気
調和機のスイッチをオンにした状態）でないと二次電池
７１に対する充電を行うことができない。また、圧縮機
６５が回転している時に同時に二次電池７１に対する充
電を行うと、既存の空気調和機の回路をそのまま流用し
た場合には、ＡＣ入力部の許容電流容量をオーバーする
可能性があるので、室外機側の改造を行うことが必要に
なってしまう。したがって、改造を行うことなく、既存
の空気調和機に蓄電ユニットを組み合わせて蓄電空気調
和機システムを構成する場合には、図４に示すように、
充電回路を蓄電ユニットに独立して持たせる構成を採用
することが一般的である。

【０００８】上記の蓄電空気調和機システムを採用した
場合には、二次電池９２から室外機に送り込む放電電力
が１ｋＷ以上にもなるので、主回路コンデンサ９０とし
て大容量（１０００μＦ以上）のものが採用される。そ
して、主回路コンデンサ９０の容量が大きいと充放電開
始時のコンデンサのラッシュカレント（短絡電流）でパ
ワーデバイスが破壊されるのを防止するために、充放電
開始前には予め主回路コンデンサ９０にプリチャージ
（チョッパー動作前に所定の主回路電圧まで充電）する
ことが必要になる。

【０００９】そして、図４に示す構成の蓄電空気調和機
システムを採用した場合には、二次電池９２に対する充
電を行うに当たって、図５に示すように、充電用プリチ
ャージスイッチ８７をオンにして三相交流電源８１から
主回路コンデンサ９０に対するプリチャージを行い、プ
リチャージ完了後、充電メインスイッチ８６をオンにし
て二次電池９２に対する充電を行う。逆に、二次電池９
２からの放電を行うに当たっては、図５に示すように、
室外機の主回路ラインに放電電力を供給（室外機からの
電力と二次電池からの電力が合算した形になる）するた
めに、室外機の主回路ラインに圧縮機駆動用の電力（電
圧）が供給されていることを確認しなければならず、こ
の確認を達成するために、放電用プリチャージスイッチ
９５をオンにして室外機主回路ラインから主回路コンデ
ンサ９０に対するプリチャージを行い、プリチャージ完
了後、放電主回路スイッチ９３をオンにして二次電池９
２からの放電を行う。したがって、充放電開始時のコン
デンサのラッシュカレント（短絡電流）でパワーデバイ
スが破壊されるという不都合の発生を防止することがで
き、しかも電力負荷の平準化を達成することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示す蓄
電空気調和機システムにおいては、放電可能状態の確認
（主回路電圧の確認）をプリチャージ後の主回路コンデ
ンサ９０の端子間電圧の検出によって行っているので、
必ず空気調和機主回路側からのプリチャージが必要であ
り、この結果、充電用プリチャージ回路と放電用プリチ
ャージ回路とを別回路として設けることが必要であり、
構成が複雑化してしまう。また、空気調和機主回路側か
らのプリチャージは直流ループにより行われるので、高
価なｐｈｏｔｏ−ｍｏｓリレーなど直流専用のＯＮ／Ｏ
ＦＦデバイスが必要であり、コストアップを招いてしま
う。

【００１１】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、充電用プリチャージ回路と放電用プリチ
ャージ回路とを兼用して構成を簡単化するとともに、コ
ストダウンを達成できる蓄電電気機器制御装置および蓄
電電気機器制御方法を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の蓄電電気機器
制御装置は、交流電源に対して電気機器と、二次電池を
含む蓄電ユニットとを接続し、しかも、蓄電ユニットと
電気機器とを接続して二次電池からの放電電力を電気機
器に供給するように構成したものであって、交流電源か
ら電気機器に供給される交流電流を検出する交流電流検
出手段と、該交流電流検出手段により検出された交流電
流に応答して、蓄電ユニットの主回路コンデンサへのプ
リチャージを制御するプリチャージ制御手段とを含むも
のである。

【００１３】請求項２の蓄電電気機器制御装置は、前記
蓄電ユニットとして、充電電圧を二次電池に適合させる
とともに、放電電圧を電気機器に適合させる昇降圧用チ
ョッパー回路と、チョッパー用の主回路コンデンサと、
充電動作、放電動作に先だって交流入力ラインから主回
路コンデンサに対するプリチャージを行わせるための充
放電プリチャージスイッチとを含むものを採用し、前記
プリチャージ制御手段として、充電動作、放電動作の前
に、交流電流検出手段により検出された交流電流に応答
して交流入力ラインから主回路コンデンサに対するプリ
チャージを行わせるべく充放電プリチャージスイッチを
制御するものを採用するものである。

【００１４】請求項３の蓄電電気機器制御装置は、前記
電気機器として空気調和機を採用するものである。

【００１５】請求項４の蓄電電気機器制御方法は、交流
電源に対して電気機器と、二次電池を含む蓄電ユニット
とを接続し、しかも、蓄電ユニットと電気機器とを接続
して二次電池からの放電電力を電気機器に供給するよう
に構成した蓄電電気機器において、交流電源から電気機
器に供給される交流電流を検出し、検出された交流電流
に応答して、蓄電ユニットの主回路コンデンサへのプリ
チャージを制御する方法である。

【００１６】

【作用】請求項１の蓄電空気調和機制御装置であれば、
交流電源に対して空気調和機と、二次電池を含む蓄電ユ
ニットとを接続し、しかも、蓄電ユニットと空気調和機
とを接続して二次電池からの放電電力を空気調和機に供
給するように構成することによって電力負荷の平準化に
貢献する場合において、交流電流検出手段によって交流
電源から電気機器に供給される交流電流を検出し、該交
流電流検出手段により検出された交流電流に応答して、
プリチャージ制御手段によって蓄電ユニットの主回路コ
ンデンサへのプリチャージを制御することができる。

【００１７】したがって、交流電流の検出によって、電
気機器が動作しているか停止しているかを判定すること
ができ、この判定結果に応答して、充電動作、放電動作
に先だって主回路コンデンサに対するプリチャージを行
わせることができる。この結果、充放電開始時のコンデ
ンサのラッシュカレント（短絡電流）でパワーデバイス
が破壊されるという不都合の発生を防止することができ
る。

【００１８】請求項２の蓄電電気機器制御装置であれ
ば、前記蓄電ユニットとして、充電電圧を二次電池に適
合させるとともに、放電電圧を電気機器に適合させる昇
降圧用チョッパー回路と、チョッパー用の主回路コンデ
ンサと、充電動作、放電動作に先だって交流入力ライン
から主回路コンデンサに対するプリチャージを行わせる
ための充放電プリチャージスイッチとを含むものを採用
し、前記プリチャージ制御手段として、充電動作、放電
動作の前に、交流電流検出手段により検出された交流電
流に応答して交流入力ラインから主回路コンデンサに対
するプリチャージを行わせるべく充放電プリチャージス
イッチを制御するものを採用しているので、充放電動作
に先だって主回路コンデンサに対するプリチャージを行
うことによって、充放電開始時のコンデンサのラッシュ
カレント（短絡電流）でパワーデバイスが破壊されると
いう不都合の発生を防止することができる。そして、放
電動作に先だってプリチャージを行うに当たって、交流
電流検出手段により交流電源から電気機器に供給される
交流電流を検出することによって、電気機器が動作して
いるか停止しているかを判定することができるので、充
電動作に先だってプリチャージを行う場合と同様に、交
流入力ラインから主回路コンデンサに対するプリチャー
ジを行わせることができる。

【００１９】したがって、主回路コンデンサに対するプ
リチャージ回路を１回路のみに簡単化することができ
る。そして、このプリチャージ回路は直流ループではな
いので、プリチャージスイッチとして安価なＡＣリレー
などを採用することができる。これらの結果、コストダ
ウンを達成することができる。

【００２０】請求項３の蓄電電気機器制御装置であれ
ば、前記電気機器として空気調和機を採用しているの
で、空気調和機の圧縮機が回転しているか停止している
かを判定することができ、この判定結果に応答して充放
電動作に先立つ主回路コンデンサのプリチャージを制御
することができる。

【００２１】したがって、電力負荷が大きい時間帯に運
転されることが多い空気調和機を二次電池からの放電電
力を利用して運転することにより電力負荷平準化効果を
高めることができ、しかも、充放電動作に先だって主回
路コンデンサに対するプリチャージを行うことによっ
て、充放電開始時のコンデンサのラッシュカレント（短
絡電流）でパワーデバイスが破壊されるという不都合の
発生を防止することができる。

【００２２】請求項４の蓄電電気機器制御方法であれ
ば、交流電源に対して空気調和機と、二次電池を含む蓄
電ユニットとを接続し、しかも、蓄電ユニットと空気調
和機とを接続して二次電池からの放電電力を空気調和機
に供給するように構成することによって電力負荷の平準
化に貢献する場合において、交流電源から電気機器に供
給される交流電流を検出し、検出された交流電流に応答
して、蓄電ユニットの主回路コンデンサへのプリチャー
ジを制御するのであるから、交流電流の検出によって、
電気機器が動作しているか停止しているかを判定するこ
とができ、この判定結果に応答して、充電動作、放電動
作に先だって主回路コンデンサに対するプリチャージを
行わせることができ、この結果、充放電開始時のコンデ
ンサのラッシュカレント（短絡電流）でパワーデバイス
が破壊されるという不都合の発生を防止することができ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、この
発明の蓄電空気調和機制御装置の実施の態様を詳細に説
明する。

【００２４】図１はこの発明の蓄電空気調和機制御装置
が組み込まれた蓄電空気調和機システムの構成を概略的
に示すブロック図である。

【００２５】この蓄電空気調和機システムは、三相交流
電源１に対して空気調和機２を接続しているとともに、
蓄電ユニット３を接続している。そして、空気調和機２
と蓄電ユニット３とを放電経路によって接続している。
また、三相交流電源１と空気調和機２との間に交流電流
センサ（例えば、カレントトランス）４を設けている。

【００２６】前記空気調和機２は、室外機のみを示して
おり、三相交流電圧の供給、供給停止を制御する空気調
和機メインスイッチ２１と、空気調和機用ＡＣ／ＤＣ変
換器（例えば、整流回路）２２と、空気調和機用ＡＣ／
ＤＣ変換器２２から出力される直流電圧を入力とするイ
ンバータ部２３と、インバータ部２３から出力される交
流電圧を入力とする圧縮機２４とを有している。また、
前記放電経路は、空気調和機用ＡＣ／ＤＣ変換器２２と
インバータ部２３との間に接続されている。

【００２７】前記蓄電ユニット３は、充放電プリチャー
ジスイッチ３１と抵抗３２との直列回路と、この直列回
路と並列に接続された充電メインスイッチ３３と、蓄電
ユニット用ＡＣ／ＤＣ変換器（例えば、整流回路）３４
と、双方向コンバータ部３５と、チョッパー用の主回路
コンデンサ３６と、二次電池３７と、前記放電経路に設
けられた放電メインスイッチ３８と、主回路電圧（主回
路コンデンサ３６の端子間電圧）および交流電流センサ
４により検出される交流電流値を入力として充放電プリ
チャージスイッチ３１、充電メインスイッチ３３、放電
メインスイッチ３８を制御するとともに、双方向コンバ
ータ部３５をチョッパー制御する蓄電ユニット制御部３
９とを有している。

【００２８】前記双方向コンバータ部３５は、例えば、
主回路コンデンサ３６の両端子間に１対のパワー素子
（例えば、昇降圧チョッパー用ＩＧＢＴ）を直列接続す
るとともに、各パワー素子と並列に保護用ダイオードを
接続し、下アームのパワー素子（主回路コンデンサ３６
の負端子側に接続されたパワー素子）の両端子間に二次
電池３７を接続し、直列接続された１対のパワー素子の
両端子を放電電力出力端子としている。そして、充電動
作時には、上アームのパワー素子をチョッパー制御し、
放電動作時には、下アームのパワー素子をチョッパー制
御する。

【００２９】上記の構成の蓄電空気調和機システムの作
用を、図２に示すタイミングチャートを参照して説明す
る。

【００３０】二次電池３７に対する充電動作を行う場合
には、空気調和機２が運転中であるか否かに拘わらず、
電力需要が少ない時間帯になったことを条件として充放
電プリチャージスイッチ３１をＯＮにして主回路コンデ
ンサ３６に対するプリチャージを行う。このプリチャー
ジ期間においては、充放電プリチャージスイッチ３１と
直列接続された抵抗３２の存在に起因して、フラッシュ
カレントの発生を防止し、パワーデバイスの破壊を未然
に防止することができる。

【００３１】そして、主回路コンデンサ３６に対するプ
リチャージが行われれば、主回路電圧は所定の時定数で
上昇し、主回路電圧が所定電圧（例えば、三相２００Ｖ
電源の場合には２８０Ｖ）に達したことを条件として充
放電プリチャージスイッチ３１をＯＦＦにし、充電メイ
ンスイッチ３３をＯＮにして二次電池３７に対する充電
動作を行う。

【００３２】逆に、二次電池３７からの放電動作を行う
場合には、電力需要が大きい時間帯になったことを条件
として充放電プリチャージスイッチ３１をＯＮにして主
回路コンデンサ３６に対するプリチャージを行う。この
プリチャージ期間においては、充放電プリチャージスイ
ッチ３１と直列接続された抵抗３２の存在に起因して、
フラッシュカレントの発生を防止し、パワーデバイスの
破壊を未然に防止することができる。

【００３３】そして、主回路コンデンサ３６に対するプ
リチャージが行われれば、主回路電圧は所定の時定数で
上昇し、主回路電圧が所定電圧（例えば、三相２００Ｖ
電源の場合には２８０Ｖ）に達したことおよび交流電流
センサ４により検出される交流電流が所定の電流値より
も大きいこと（換言すれば、圧縮機２４が回転している
こと）を条件として充放電プリチャージスイッチ３１を
ＯＦＦにし、放電メインスイッチ３８をＯＮにして二次
電池３７からの放電動作を行う。

【００３４】さらに説明する。

【００３５】二次電池３７からの放電を行うに当たって
は圧縮機２４が回転していることが必要である。そし
て、三相交流電源１から空気調和機２に供給される交流
電流は、圧縮機２４が回転している時と停止している時
とで約１００倍以上の差があるので、所定の電流値を適
宜設定することにより、圧縮機２４が回転しているか停
止しているかを正確に判定することができる。したがっ
て、空気調和機２の主回路側からのプリチャージを行わ
なくてもよく、三相交流電源１からのプリチャージを行
うことができるので、充電時のプリチャージ経路と放電
時のプリチャージ経路とを共通にすることができる。ま
た、放電時のプリチャージ経路が直流ループでなくなる
ので、高価なＰｈｏｔｏ−ｍｏｓリレーなど直流専用の
ＯＮ／ＯＦＦデバイスを用いる必要がなくなり、安価な
ＡＣリレーを採用することができる。これらの結果、大
幅なコストダウンを達成することができる。

【００３６】また、空気調和機２と蓄電ユニット３との
間でデータ通信を行う必要がないので、蓄電ユニット３
と組み合わせることができる空気調和機２の種類の制限
を排除することができる。

【００３７】

【発明の効果】請求項１の発明は、交流電流の検出によ
って、電気機器が動作しているか停止しているかを判定
することができ、この判定結果に応答して、充電動作、
放電動作に先だって主回路コンデンサに対するプリチャ
ージを行わせることができ、この結果、充放電開始時の
コンデンサのラッシュカレント（短絡電流）でパワーデ
バイスが破壊されるという不都合の発生を防止すること
ができるという特有の効果を奏する。

【００３８】請求項２の発明は、主回路コンデンサに対
するプリチャージ回路を１回路のみに簡単化することが
できるとともに、このプリチャージ回路は直流ループで
はないので、プリチャージスイッチとして安価なＡＣリ
レーなどを採用することができ、ひいては、コストダウ
ンを達成することができるという特有の効果を奏する。

【００３９】請求項３の発明は、電力負荷が大きい時間
帯に運転されることが多い空気調和機を二次電池からの
放電電力を利用して運転することにより電力負荷平準化
効果を高めることができ、しかも、充放電動作に先だっ
て主回路コンデンサに対するプリチャージを行うことに
よって、充放電開始時のコンデンサのラッシュカレント
（短絡電流）でパワーデバイスが破壊されるという不都
合の発生を防止することができるという特有の効果を奏
する。

【００４０】請求項４の発明は、交流電流の検出によっ
て、電気機器が動作しているか停止しているかを判定す
ることができ、この判定結果に応答して、充電動作、放
電動作に先だって主回路コンデンサに対するプリチャー
ジを行わせることができ、この結果、充放電開始時のコ
ンデンサのラッシュカレント（短絡電流）でパワーデバ
イスが破壊されるという不都合の発生を防止することが
できるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の蓄電空気調和機制御装置が組み込ま
れた蓄電空気調和機システムの構成を概略的に示すブロ
ック図である。

【図２】図１の蓄電空気調和機システムにおけるタイミ
ングチャートである。

【図３】従来の蓄電空気調和機システムの一構成例を示
すブロック図である。

【図４】従来の蓄電空気調和機システムの他の構成例を
示すブロック図である。

【図５】図４の蓄電空気調和機システムにおける充電動
作、放電動作を説明するタイミングチャートである。

【符号の説明】

１ 三相交流電源 ２ 空気調和機 ３ 蓄電ユニット ４ 交流電流センサ ３１ 充放電プリチャージスイッチ ３５ 双方向コ
ンバータ部 ３６ 主回路コンデンサ ３７ 二次電池 ３９ 蓄電ユニット制御部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源（１）に対して電気機器（２）
   と、二次電池（３７）を含む蓄電ユニット（３）とを接
   続し、しかも、蓄電ユニット（３）と電気機器（２）と
   を接続して二次電池（３７）からの放電電力を電気機器
   （２）に供給するように構成した蓄電電気機器におい
   て、 交流電源（１４）から電気機器（２）に供給される交流
   電流を検出する交流電流検出手段（４）と、 該交流電流検出手段（４）により検出された交流電流に
   応答して、蓄電ユニット（３）の主回路コンデンサ（３
   ６）へのプリチャージを制御するプリチャージ制御手段
   （３９）とを含むことを特徴とする蓄電電気機器制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記蓄電ユニット（３）は、充電電圧を
   二次電池（３７）に適合させるとともに、放電電圧を電
   気機器（２）に適合させる昇降圧用チョッパー回路（３
   ５）と、チョッパー用の主回路コンデンサ（３６）と、
   充電動作、放電動作に先だって交流入力ラインから主回
   路コンデンサ（３６）に対するプリチャージを行わせる
   ための充放電プリチャージスイッチ（３１）とを含み、
   前記プリチャージ制御手段（３９）は、充電動作、放電
   動作の前に、交流電流検出手段（４）により検出された
   交流電流に応答して交流入力ラインから主回路コンデン
   サ（３６）に対するプリチャージを行わせるべく充放電
   プリチャージスイッチ（３１）を制御するものである請
   求項１に記載の蓄電電気機器制御装置。
3. 【請求項３】 前記電気機器（２）は空気調和機（２）
   である請求項１または請求項２に記載の蓄電電気機器制
   御装置。
4. 【請求項４】 交流電源（１）に対して電気機器（２）
   と、二次電池（３７）を含む蓄電ユニット（３）とを接
   続し、しかも、蓄電ユニット（３）と電気機器（２）と
   を接続して二次電池（３７）からの放電電力を電気機器
   （２）に供給するように構成した蓄電電気機器におい
   て、 交流電源（１４）から電気機器（２）に供給される交流
   電流を検出し、 検出された交流電流に応答して、蓄電ユニット（３）の
   主回路コンデンサ（３６）へのプリチャージを制御する
   ことを特徴とする蓄電電気機器制御方法。