JP2007312558A - Discharger and power supply system using same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は放電器およびこれを用いた電源システムに関し、特に、直流電源が出力する電力を負荷へ供給する、放電器およびこれを用いた電源システムに関する。 The present invention relates to a discharger and a power supply system using the same, and more particularly to a discharger for supplying power output from a DC power supply to a load and a power supply system using the same.
ニッケル水素蓄電池は、鉛蓄電池に比べてエネルギー密度が大きく、電池寿命の長さや環境負荷の少ないことが特長である。軽量、小型で持ち運びが便利であるため、車載バッテリーや災害対策用電源として近年急速に普及しつつある。 Nickel metal hydride storage batteries have a higher energy density than lead storage batteries and are characterized by long battery life and low environmental impact. Since it is lightweight, compact and convenient to carry, it has been rapidly spreading in recent years as an in-vehicle battery and a disaster countermeasure power source.
ニッケル水素蓄電池を電源として用いる場合には、例えば、単セルと呼ばれる1本(平均電圧1.2V、容量95Ah)を10直列にしたものを1単位(以降1モジュールと称する)とし、4モジュールを直列接続したものを2つ並列接続して用いる。 When using a nickel-metal hydride storage battery as a power source, for example, one unit (average voltage 1.2 V, capacity 95 Ah) of 10 units called a single cell is used as one unit (hereinafter referred to as one module), and four modules are used. Two connected in series are used in parallel.
下記特許文献1、2、3には、複数の組電池と、充電制御手段と、放電制御手段とを備えた電源装置が記載され、特許文献1には、組電池の製造日付に基づいて組電池使用可能期間を算出して組電池交換日付を表示することが記載され、特許文献2には、組電池の放電容量試験を実行する電池監視手段を設けることが記載され、特許文献3には、前記電池監視手段が組電池の残存容量を算出し、その結果に基づいて当該組電池の補充電時期を決定することが記載されている。
昨今の通信設備の電力需要増に対応するためには、電池系列を並列接続することにより大容量化を図るため、例えば、出力30kWhのニッケル水素蓄電池システムが必要である。このようなシステムにおいては、例えば、定格1.2Vのセルを10本直列し、これを1モジュールとしてさらに4モジュールを直列して、これを1系(下記組電池に相当)とし、6系を搭載する。さらに、間欠充電を行うための充電器、電池電圧を負荷の電圧許容範囲に収めるための放電器、および制御部を備える。図5に上記システムの構成図を示す。 In order to cope with the recent increase in power demand of communication facilities, for example, a nickel-metal hydride storage battery system with an output of 30 kWh is required in order to increase the capacity by connecting battery series in parallel. In such a system, for example, 10 cells with a rating of 1.2 V are connected in series, this is taken as 1 module, and 4 modules are further connected in series, making this 1 system (corresponding to the following assembled battery), and 6 systems. Mount. Furthermore, a charger for performing intermittent charging, a discharger for keeping the battery voltage within the allowable voltage range of the load, and a control unit are provided. FIG. 5 shows a configuration diagram of the system.
図5において、複数の組電池10が、充電器12を介して整流器11の出力によって充電され、複数の放電器13を介して負荷14へ電力を供給するようになっている。複数の放電器13が、その出力点で電気的に接続される構成であり、放電器13および組電池10を増設することによってシステムの拡張が可能となる。
In FIG. 5, the plurality of assembled
放電器13は、電池電圧が負荷の電圧許容範囲を上回るときはコンバータによる降圧を行い(降圧モード)、許容電圧範囲内のときは電池出力をコンバータ非経由でバイパスし(バイパスモード)、許容範囲を下回るときはコンバータによる昇圧を行う(昇圧モード)。 The discharger 13 performs step-down by a converter when the battery voltage exceeds the allowable voltage range of the load (step-down mode), and bypasses the battery output without passing through the converter (bypass mode) when within the allowable voltage range. When the voltage is lower than the value, the voltage is boosted by the converter (boost mode).
さらに、上記の30kWhシステムを実現させ、そのシステムを3台並列することで、100kWh級のシステムを実現させることができる。 Furthermore, a 100 kWh class system can be realized by realizing the 30 kWh system described above and paralleling three such systems.
しかし、この30kWhニッケル水素蓄電池システムでは、3台の放電器13がそれぞれ昇圧、バイパスおよび降圧の判断を行っているため、各系の組電池10のわずかな容量ばらつきが放電器13の出力電圧の差となって現れ、放電器13が降圧モードからバイパスモードへ切り替わるタイミングが異なる。先にバイパスモードに入った放電器13の出力電圧は、未だ降圧モードにある他の放電器13の出力電圧より高くなるため、負荷14への電力供給の多くを先にバイパスモードに入った放電器13が担うことになる。従って、先にバイパスモードに入った放電器13の配下にある電池系列は他よりも著しく容量低下が早い。その放電器13の系列は先に切り離された後、残りの系列の負担が大きくなり出力容量を超えるため残りの系列も切り離され、結果として電池に蓄積された放電可能なエネルギーの一部を残したまま負荷への給電が停止し、停電時に負荷へ給電できる時間が短くなり、余分に蓄電池を増設する必要性が生じ、設置スペースやシステム構築にかかる費用を増大させる問題が生じる。
However, in this 30 kWh nickel-metal hydride storage battery system, since the three dischargers 13 make determinations of boosting, bypassing, and stepping down, slight capacity variations of the assembled
放電器間のモード切替のタイミングのずれを回避するため、降圧からバイパス、バイパスから昇圧への移行のタイミングを全ての放電器で一斉に行うように制御する方法も可能である。電池電圧、負荷電圧を監視しながら、所定の電圧値に到達した時点でシステム上の全ての放電器に対して移行命令を与える方法である。この方法により、移行のタイミングのずれは解消することが可能であるが、放電器を並列構成するシステムでは、放電器間に通信線を敷設し、一斉制御を行うための論理制御回路を追加する必要があるため、費用が増加する問題と、一斉制御を行うための論理制御回路の追加により故障率が上昇する問題が発生する。 In order to avoid a shift in mode switching timing between the dischargers, it is possible to perform control so that the timing of the transition from step-down to bypass and from bypass to step-up is performed simultaneously for all the dischargers. This is a method of giving a transition command to all the dischargers on the system when a predetermined voltage value is reached while monitoring the battery voltage and the load voltage. This method can eliminate the shift in the timing of transition, but in a system in which the dischargers are configured in parallel, a communication line is laid between the dischargers and a logic control circuit for performing simultaneous control is added. Therefore, there is a problem that the cost increases and a failure rate increases due to the addition of a logic control circuit for performing simultaneous control.
なお、前記の動作モード間の移行のタイミングがずれ、その結果として、電池の余力を残したままシステムの放電が停止するという問題は、ニッケル水素蓄電池システムの場合に限らず、リチウムイオン電池などの二次電池を組み合わせてなる組電池を複数個有し、前記組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する二次電池システム、さらには、一次電池を含めて、複数の電池を組合わせてなる複数の組電池が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する電池システム、さらには、電力貯蔵用キャパシタを含めて、複数の直流電源を組合わせてなる複数の電源が出力する電力を複数のコンバータを介して負荷に供給する電源システムにおいても生じる問題である。 Note that the timing of transition between the operation modes is shifted, and as a result, the problem that the discharge of the system stops while leaving the remaining capacity of the battery is not limited to the case of the nickel metal hydride storage battery system, such as a lithium ion battery. A secondary battery system that has a plurality of assembled batteries formed by combining secondary batteries and supplies the power output from the assembled battery to a load via a plurality of converters, and further includes a plurality of batteries including a primary battery. A battery system that supplies power output from a plurality of assembled batteries to a load via a plurality of converters, and further includes a plurality of DC power supplies including a power storage capacitor. This is a problem that also occurs in a power supply system that supplies power output from the power supply to a load via a plurality of converters.
本発明は前記の、動作モード間の移行のタイミングがずれ、その結果として、電池の余力を残したままシステムの放電が停止するという問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、並列電源間の容量低下のばらつきを回避し、電源の能力を有効活用しながら電力供給をする放電器およびこれを用いた電源システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problem that the timing of transition between operation modes is shifted, and as a result, the discharge of the system stops while leaving the remaining capacity of the battery. An object of the present invention is to provide a discharger that supplies power while avoiding variations in capacity reduction between parallel power supplies and effectively utilizing the power supply capability, and a power supply system using the same.
前記課題を解決するために、本発明においては、請求項1に記載のように、
リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とからなり、直流電力を昇圧して、または、そのまま出力する昇圧回路を有し、入力される直流電力を前記昇圧回路を介して出力する放電器において、前記直流電力の電圧が第1の設定値以上第2の設定値以下で変動するとき、前記昇圧回路の出力電圧が、前記第1の設定値よりも大きく前記第2の設定値よりも小さい第3の設定値を下回らないように前記スイッチング素子が動作することを特徴とする放電器を構成する。
In order to solve the above problem, in the present invention, as described in
In the discharger comprising a reactor, a diode, a capacitor, and a switching element, and having a booster circuit that boosts or directly outputs DC power, and outputs the input DC power via the booster circuit, When the voltage of the electric power fluctuates between the first set value and the second set value, the output voltage of the booster circuit is larger than the first set value and smaller than the second set value. The discharge element is configured such that the switching element operates so as not to fall below a set value.
また、本発明においては、請求項2に記載のように、
リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とからなり、直流電力を降圧して、または、そのまま出力する降圧回路を有し、入力される直流電力を前記降圧回路を介して出力する放電器において、前記直流電力の電圧が第4の設定値以上第5の設定値以下で変動するとき、前記降圧回路の出力電圧が、前記第4の設定値よりも大きく前記第5の設定値よりも小さい第6の設定値を上回らないように前記スイッチング素子が動作することを特徴とする放電器を構成する。
In the present invention, as described in
A discharger comprising a reactor, a diode, a capacitor, and a switching element, and having a step-down circuit that steps down or directly outputs DC power, and outputs the input DC power through the step-down circuit. When the voltage of the power fluctuates between the fourth set value and the fifth set value, the output voltage of the step-down circuit is larger than the fourth set value and smaller than the fifth set value. The discharge element is configured such that the switching element operates so as not to exceed a set value.
また、本発明においては、請求項3に記載のように、
リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とからなり、直流電力を昇圧して、または、そのまま出力する昇圧回路と、リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とからなり、直流電力を降圧して、または、そのまま出力する降圧回路とを有し、入力される直流電力を前記昇圧回路に入力し、前記昇圧回路が出力する電力を前記降圧回路を介して出力する放電器において、前記直流電力の電圧が第7の設定値以上第8の設定値以下で変動するとき、前記昇圧回路の出力電圧が、前記第7の設定値よりも大きく前記第8の設定値よりも小さい第9の設定値を下回らないように前記昇圧回路のスイッチング素子が動作し、前記降圧回路の出力電圧が、前記第7の設定値よりも大きく前記第8の設定値よりも小さく、かつ、前記第9の設定値よりも大きい第10の設定値を上回らないように前記降圧回路のスイッチング素子が動作することを特徴とする放電器を構成する。
In the present invention, as described in
Consists of a reactor, a diode, a capacitor, and a switching element, and includes a booster circuit that boosts or outputs DC power, and a reactor, a diode, a capacitor, and a switching element, and steps down DC power or as it is And a step-down circuit that outputs the input DC power to the step-up circuit, and outputs the power output from the step-up circuit through the step-down circuit. So that the output voltage of the booster circuit does not fall below the ninth set value that is larger than the seventh set value and smaller than the eighth set value. And the switching element of the booster circuit operates, and the output voltage of the step-down circuit is larger than the seventh set value and smaller than the eighth set value. , Constitutes a discharger, wherein the switching elements of the ninth step-down circuit so as not to exceed the greater tenth set value than the set value of the works.
また、本発明においては、請求項4に記載のように、
リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とからなり、直流電力を降圧して、または、そのまま出力する降圧回路と、リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とからなり、直流電力を昇圧して、または、そのまま出力する昇圧回路とを有し、入力される直流電力を前記降圧回路に入力し、前記降圧回路が出力する電力を前記昇圧回路を介して出力する放電器において、前記直流電力の電圧が第11の設定値以上第12の設定値以下で変動するとき、前記降圧回路の出力電圧が、前記第11の設定値よりも大きく前記第12の設定値よりも小さい第13の設定値を上回らないように前記降圧回路のスイッチング素子が動作し、前記昇圧回路の出力電圧が、前記第11の設定値よりも大きく前記第12の設定値よりも小さく、かつ、前記第13の設定値よりも小さい第14の設定値を下回らないように前記昇圧回路のスイッチング素子が動作することを特徴とする放電器を構成する。
In the present invention, as described in
Consists of a reactor, a diode, a capacitor, and a switching element, and includes a step-down circuit that steps down DC power or outputs it as it is, and a reactor, a diode, a capacitor, and a switching element, boosts DC power, or And a step-up circuit that outputs the input DC power to the step-down circuit and outputs the electric power output from the step-down circuit through the step-up circuit. So that the output voltage of the step-down circuit does not exceed the thirteenth set value that is greater than the eleventh set value and smaller than the twelfth set value. The switching element of the step-down circuit operates, and the output voltage of the step-up circuit is greater than the eleventh set value and the twelfth set value. It is small, and constitutes a discharger, wherein the switching elements of the first 13 the boosting circuit so as not to fall below the lower 14th set value than the set value of the works.
また、本発明においては、請求項5に記載のように、
前記昇圧回路において、正側入力端子は前記リアクトルの第1の端に接続し、前記リアクトルの第2の端は、入力側から出力側に向かう方向を順方向とする前記ダイオードを介して正側出力端子に接続し、負側入力端子は導線によって負側出力端子に接続し、前記リアクトルの第2の端は前記スイッチング素子を介して前記導線に接続し、正側出力端子は前記コンデンサを介して負側出力端子に接続し、前記降圧回路において、正側入力端子は前記スイッチング素子の第1の端に接続し、前記スイッチング素子の第2の端は前記リアクトルを介して正側出力端子に接続し、負側入力端子は導線によって負側出力端子に接続し、前記スイッチング素子の第2の端は、正側から負側に向かう方向を逆方向とする前記ダイオードを介して前記導線に接続し、正側出力端子は前記コンデンサを介して負側出力端子に接続することを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載の放電器を構成する。
In the present invention, as described in
In the step-up circuit, the positive input terminal is connected to the first end of the reactor, and the second end of the reactor is connected to the positive side via the diode whose forward direction is from the input side to the output side. Connected to the output terminal, the negative input terminal is connected to the negative output terminal via a conductor, the second end of the reactor is connected to the conductor via the switching element, and the positive output terminal is connected to the capacitor. To the negative output terminal, and in the step-down circuit, the positive input terminal is connected to the first end of the switching element, and the second end of the switching element is connected to the positive output terminal via the reactor. The negative input terminal is connected to the negative output terminal by a conductive wire, and the second end of the switching element is connected to the conductive wire via the diode with the direction from the positive side to the negative side being the reverse direction. It continued, and the positive output terminal is characterized in that connected to the negative output terminal through the capacitor, constituting a discharger according to any one of
また、本発明においては、請求項6に記載のように、
直流電源と放電器とを有し、前記直流電源が出力する直流電力を前記放電器を介して負荷に供給する電源システムにおいて、前記放電器が請求項1ないし5のいずれかに記載の放電器であることを特徴とする電源システムを構成する。
In the present invention, as described in claim 6,
6. The discharger according to
また、本発明においては、請求項7に記載のように、
前記直流電源が電池であることを特徴とする請求項6記載の電源システムを構成する。
In the present invention, as described in
The power supply system according to claim 6, wherein the DC power supply is a battery.
また、本発明においては、請求項8に記載のように、
前記電池が二次電池であることを特徴とする請求項7記載の電源システムを構成する。
In the present invention, as described in claim 8,
The power supply system according to
また、本発明においては、請求項9に記載のように、
整流器と、複数の充電器と、複数の組電池と、複数の放電器とを有し、前記組電池が前記充電器を介して前記整流器の出力によって充電され、前記放電器を介して負荷へ電力を供給する電源システムにおいて、前記放電器が請求項1ないし5のいずれかに記載の放電器であることを特徴とする電源システムを構成する。
In the present invention, as described in
A rectifier, a plurality of chargers, a plurality of battery packs, and a plurality of dischargers, wherein the battery pack is charged by the output of the rectifier through the charger and to the load through the discharger In the power supply system which supplies electric power, the said discharger is the discharger in any one of
また、本発明においては、請求項10に記載のように、
前記二次電池または組電池がニッケル水素蓄電池であることを特徴とする請求項8または9記載の電源システムを構成する。
In the present invention, as described in
The power supply system according to
請求項1、2、3、4または5に記載の放電器、もしくは、請求項6、7、8、9または10に記載の電源システムを構成することによって、並列電源間の容量低下のばらつきを回避し、電源の能力を有効活用しながら電力供給をする放電器およびこれを用いた電源システムを提供することが可能となる。
By configuring the discharge device according to
すなわち、本発明に係る放電器を並列構成するとき、放電器はモード切替時(降圧動作からバイパス動作への移行時、バイパス動作から昇圧動作への移行時)に出力電圧が連続となるため、放電器間で切替のタイミングが異なるとしても、直流電源が有限の放電容量を有する場合には、出力電圧は上昇せずに連続変化するので、出力電圧の上昇による過度の放電が起こらず、放電器間の能力をバランスさせる方向で、自然に切替のタイミングが揃う。特定の放電器に電流が集中することはなく、放電残容量が大きい直流電源に大きな放電電流が分担され、放電が進むに従って、自然に各直流電源の放電残容量が等しくなる。その後、各直流電源は残容量が同じ状態のまま残容量が減少し、全ての直流電源が同時に放電終止電圧に達して放電が停止するため、直流電源に蓄積された放電可能なエネルギーは全て負荷へ供給される。 That is, when the discharger according to the present invention is configured in parallel, the output voltage is continuous at the time of mode switching (when switching from the step-down operation to the bypass operation, or from the bypass operation to the step-up operation), Even if the switching timing differs between the dischargers, if the DC power supply has a finite discharge capacity, the output voltage continuously changes without increasing. The timing of switching naturally aligns in a direction that balances the ability between electrical appliances. A current does not concentrate on a specific discharger, and a large discharge current is shared by a DC power supply having a large discharge remaining capacity. As the discharge progresses, the discharge discharge capacity of each DC power supply naturally becomes equal. After that, the remaining capacity of each DC power supply decreases with the same remaining capacity, and all the DC power supplies reach the discharge end voltage at the same time and the discharge stops, so that all the dischargeable energy stored in the DC power supply is loaded. Supplied to.
また外部からの信号線を与えることなく放電制御が行われるため並列によるシステム増築が容易になる。 In addition, since the discharge control is performed without applying an external signal line, it is easy to extend the system in parallel.
(昇圧回路の一例)
本発明に係る放電器における昇圧回路の一例を図1に示す。図において、直流電力が左側から昇圧回路に入力され、昇圧回路の右側から出力される。昇圧回路はリアクトル5とコンデンサ6とダイオード7とスイッチング素子8(電界効果トランジスタとして表す)とからなり、正側入力端子はリアクトル5の第1の端に接続し、リアクトル5の第2の端は、入力側から出力側に向かう方向を順方向とするダイオード7を介して正側出力端子に接続し、負側入力端子は導線によって負側出力端子に接続し、リアクトル5の第2の端はスイッチング素子8を介して前記導線に接続し、正側出力端子はコンデンサ6を介して負側出力端子に接続する。
(Example of booster circuit)
An example of a booster circuit in a discharger according to the present invention is shown in FIG. In the figure, DC power is input to the booster circuit from the left side and output from the right side of the booster circuit. The booster circuit includes a
昇圧動作は、スイッチング素子8がオン−オフ動作を周期的に繰り返すことによって行われる。スイッチング素子8におけるオン−オフ動作1周期中のオン時間をTON、オフ時間をTOFFとすれば、昇圧回路の出力電圧VOUTは昇圧回路の入力電圧VINの(1+TON/TOFF)倍となり、昇圧が行われる。 The step-up operation is performed by the switching element 8 periodically repeating the on-off operation. When the ON time in one cycle of the ON-OFF operation in the switching element 8 is T ON and the OFF time is T OFF , the output voltage VOUT of the booster circuit is (1 + T ON / T OFF ) of the input voltage VIN of the booster circuit. Doubled and boosted.
なお、スイッチング素子8がオフ状態を保てば、昇圧回路は入力電力を、そのまま出力する。この場合に、昇圧回路はバイパス動作と同等の動作をしていることになるので、この動作を単にバイパス動作と呼ぶ。 If the switching element 8 is kept off, the booster circuit outputs the input power as it is. In this case, since the booster circuit performs an operation equivalent to the bypass operation, this operation is simply referred to as a bypass operation.
図1に示した昇圧回路において、入力電圧VINが第1の設定値V1以上第2の設定値V2以下で変動するとき、昇圧回路の出力電圧VOUTが、V1よりも大きくV2よりも小さい第3の設定値V3を下回らないようにスイッチング素子8が動作する。 In the booster circuit shown in FIG. 1, when the input voltage V IN is varied at the first set value V 1 or the second set value V 2 less, increase the output voltage V OUT of the step-up circuit, than V 1 V The switching element 8 operates so as not to fall below the third set value V 3 smaller than 2 .
設定値V1、V2が同一の直流電源と、設定値V3が同一の上記の放電器とを組合わせたものを複数組並列接続して用いた場合に、異なる組が異なる時間に、バイパス動作から昇圧動作へ移行しても、出力電圧VOUTは動作移行時点での電圧V3に維持されるのみであるので、特定の放電器に電流が集中することはなく、直流電源が有限の放電容量を有する場合には、直流電源から放電器を介しての電力供給は、自然に各直流電源の放電残容量が等しくなる方向に推移する。 When a plurality of combinations of a DC power source having the same set values V 1 and V 2 and the above-described discharger having the same set value V 3 are used in parallel connection, different sets have different times. be shifted from the bypass operation to the step-up operation, the output voltage V OUT is only maintained at a voltage V 3 at the operation proceeds time, no current is concentrated on particular discharger, DC power Co. In the case of having the discharge capacity, the power supply from the DC power supply via the discharger naturally shifts in the direction in which the remaining discharge capacity of each DC power supply becomes equal.
直流電源と放電器とを有し、前記直流電源が出力する直流電力を前記放電器を介して負荷に供給する電源システムにおいて、前記放電器が、図1に示され、スイッチング素子8が上記の動作を行う昇圧回路を有する放電器であることを特徴とする電源システムを構成することができる。 In a power supply system having a DC power supply and a discharger and supplying DC power output from the DC power supply to a load via the discharger, the discharger is shown in FIG. A power supply system characterized by being a discharger having a booster circuit that operates can be configured.
(降圧回路の一例)
本発明に係る放電器における降圧回路の一例を図2に示す。図において、直流電力が左側から降圧回路に入力され、降圧回路の右側から出力される。降圧回路はリアクトル5とコンデンサ6とダイオード7とスイッチング素子9(電界効果トランジスタとして表す)とからなり、正側入力端子はスイッチング素子9の第1の端に接続し、スイッチング素子9の第2の端はリアクトル5を介して正側出力端子に接続し、負側入力端子は導線によって負側出力端子に接続し、スイッチング素子の第2の端は、正側から負側に向かう方向を逆方向とするダイオード7を介して前記導線に接続し、正側出力端子はコンデンサ6を介して負側出力端子に接続する。
(Example of step-down circuit)
An example of the step-down circuit in the discharger according to the present invention is shown in FIG. In the figure, DC power is input to the step-down circuit from the left side and output from the right side of the step-down circuit. The step-down circuit includes a
降圧動作は、スイッチング素子9がオン−オフ動作を周期的に繰り返すことによって行われる。スイッチング素子9におけるオン−オフ動作1周期中のオン時間をTON、オフ時間をTOFFとすれば、降圧回路の出力電圧VOUTは降圧回路の入力電圧VINのTON/(TON+TOFF)倍となり、降圧が行われる。
The step-down operation is performed by the switching
なお、スイッチング素子9がオン状態を保てば、降圧回路は入力電力を、そのまま出力する。この場合に、降圧回路はバイパス動作と同等の動作をしていることになるので、この動作を単にバイパス動作と呼ぶ。
If the
図2に示した降圧回路において、入力電圧VINが第4の設定値V4以上第5の設定値V5以下で変動するとき、出力電圧VOUTが、V4よりも大きくV5よりも小さい第6の設定値V6を上回らないようにスイッチング素子9が動作する。
In the step-down circuit shown in FIG. 2, when the input voltage V IN is varied in the fifth set value V 5 following the fourth set value V 4 higher, the output voltage V OUT, even greater than V 5 than V 4 small
設定値V4、V5が同一の直流電源と、設定値V6が同一の上記の放電器とを組合わせたものを複数組並列接続して用いた場合に、異なる組が異なる時間に、降圧動作からバイパス動作へ移行しても、出力電圧VOUTは動作移行時点での電圧V6から連続低下するのみであるので、特定の放電器に電流が集中することはなく、直流電源が有限の放電容量を有する場合には、直流電源から放電器を介しての電力供給は、自然に各直流電源の放電残容量が等しくなる方向に推移する。 When a plurality of combinations of DC power sources having the same set values V 4 and V 5 and the above-described dischargers having the same set value V 6 are used in parallel, different sets are used at different times. also shifts from the step-down operation to the bypass operation, since the output voltage V OUT only decreases continuously from the voltage V 6 at operation transition time, no current is concentrated on particular discharger, DC power Co. In the case of having the discharge capacity, the power supply from the DC power supply via the discharger naturally shifts in the direction in which the remaining discharge capacity of each DC power supply becomes equal.
直流電源と放電器とを有し、前記直流電源が出力する直流電力を前記放電器を介して負荷に供給する電源システムにおいて、前記放電器が、図2に示され、スイッチング素子9が上記の動作を行う降圧回路を有する放電器であることを特徴とする電源システムを構成することができる。 In a power supply system having a DC power supply and a discharger and supplying DC power output from the DC power supply to a load via the discharger, the discharger is shown in FIG. A power supply system characterized by being a discharger having a step-down circuit that operates can be configured.
(放電器の一例)
本発明に係る放電器の一例を図3に示す。図において、放電器は、昇圧回路2と降圧回路3とを有し、ニッケル水素蓄電池1が出力する直流電力を昇圧回路2に入力し、昇圧回路2が出力する電力を降圧回路3を介して負荷4に供給する。
(Example of discharger)
An example of a discharger according to the present invention is shown in FIG. In the figure, the discharger has a step-up
昇圧回路2の構成は、図1に示した昇圧回路の構成と同じであり、降圧回路3の構成は、図2に示した降圧回路の構成と同じである。
The configuration of the step-up
この放電器が昇圧動作を行うときには、スイッチング素子9がオン状態を保ち、降圧回路3がバイパス動作状態となり、スイッチング素子8のオン−オフ動作によって昇圧回路2が昇圧動作を行う。
When this discharger performs the boosting operation, the switching
この放電器が降圧動作を行うときには、スイッチング素子8がオフ状態を保ち、昇圧回路2がバイパス動作状態となり、スイッチング素子9のオン−オフ動作によって降圧回路3が降圧動作を行う。
When this discharger performs a step-down operation, the switching element 8 remains off, the step-up
この放電器がバイパス動作を行うときには、スイッチング素子8がオフ状態を保ち、スイッチング素子9がオン状態を保つ。
When the discharger performs a bypass operation, the switching element 8 is kept off and the
なお、下記の動作条件下では、スイッチング素子8とスイッチング素子9とが同時にオン−オフ動作をすることはない。
Note that under the following operating conditions, the switching element 8 and the
図3に示した放電器において、入力電圧VINすなわちニッケル水素蓄電池1の電圧が第7の設定値V7以上第8の設定値V8以下で変動するとき、昇圧回路2の出力電圧VMが、V7よりも大きくV8よりも小さい第9の設定値V9を下回らないようにスイッチング素子8が動作する。
In the discharge device shown in FIG. 3, when the voltage of the input voltage V IN That nickel-metal
また、図3に示した放電器において、降圧回路3の出力電圧VOUTが、V7よりも大きくV8よりも小さく、かつ、V9よりも大きい第10の設定値V10を上回らないようにスイッチング素子9が動作する。
In the discharger shown in FIG. 3, the output voltage V OUT of the step-down
上記のようなスイッチング素子8、9の動作によって、放電器の出力電圧VOUTはV9以上V10以下となり、ニッケル水素蓄電池1の放電残容量の減少と共に、一定であるか、あるいは連続低下し、上昇することはない。
By the operation of the
設定値V7、V8が同一のニッケル水素蓄電池1と、設定値V9、V10が同一の上記の放電器とを組合わせたものを複数組並列接続して用いた場合に、異なる組が異なる時間に、降圧動作からバイパス動作への移行、あるいは、バイパス動作から昇圧動作への移行を行ったとしても、出力電圧VOUTはV9以上V10以下の電圧範囲内で、上昇することはなく連続変化するので、特定の放電器に電流が集中することはなく、負荷4への電力供給は、自然に各ニッケル水素蓄電池1の放電残容量が等しくなる方向に推移する。
When a plurality of combinations of nickel
直流電源と放電器とを有し、前記直流電源が出力する直流電力を前記放電器を介して負荷に供給する電源システムにおいて、前記放電器が、図3に示され、スイッチング素子8、9が上記の動作を行う放電器であることを特徴とする電源システムを構成することができる。図3には、上記直流電源がニッケル水素蓄電池1である、電源システムが示されている。
In a power supply system having a DC power supply and a discharger and supplying DC power output from the DC power supply to a load via the discharger, the discharger is shown in FIG. A power supply system characterized by being a discharger that performs the above-described operation can be configured. FIG. 3 shows a power supply system in which the DC power supply is a nickel metal
このような電源システムにおいては、動作間移行時における放電器の出力電圧が連続となり、放電器を複数台並列構成する電源システムにおける前記の問題点、すなわち、動作間移行のタイミングがずれ、その結果として、電池の余力を残したままシステムの放電が停止するという問題点が解消される。 In such a power supply system, the output voltage of the discharger at the time of transition between operations becomes continuous, the above-mentioned problem in the power supply system in which a plurality of dischargers are configured in parallel, that is, the timing of transition between operations is shifted, and as a result As described above, the problem that the discharge of the system stops while leaving the remaining capacity of the battery is solved.
(放電器の他の例)
図3における昇圧回路2と、降圧回路3の位置を入れ替えて直列接続する構成としてもよい。そのような構成を図4に示す。図4に示した放電器についての説明のうち、図3に示した放電器についての説明と重複する部分は省略する。
(Other examples of discharger)
The
図4に示した放電器において、入力電圧VINすなわちニッケル水素蓄電池1の電圧が第11の設定値V11以上第12の設定値V12以下で変動するとき、降圧回路3の出力電圧VMが、V11よりも大きくV12よりも小さい第13の設定値V13を上回らないようにスイッチング素子9が動作する。
In the discharge device shown in FIG. 4, when the voltage of the input voltage V IN That nickel-metal
また、図4に示した放電器において、昇圧回路2の出力電圧VOUTが、V11よりも大きくV12よりも小さく、かつ、V13よりも小さい第14の設定値V14を下回らないようにスイッチング素子8が動作する。
Further, in the discharge device shown in FIG. 4, the output voltage V OUT of the step-up
上記のようなスイッチング素子8、9の動作によって、放電器の出力電圧VOUTはV14以上V13以下となり、ニッケル水素蓄電池1の放電残容量の減少と共に、一定であるか、あるいは連続低下し、上昇することはない。
The operation of the
設定値V11、V12が同一のニッケル水素蓄電池1と、設定値V13、V14が同一の上記の放電器とを組合わせたものを複数組並列接続して用いた場合に、異なる組が異なる時間に、降圧動作からバイパス動作への移行、あるいは、バイパス動作から昇圧動作への移行を行ったとしても、出力電圧VOUTはV14以上V13以下の電圧範囲内で、上昇することはなく連続変化するので、特定の放電器に電流が集中することはなく、負荷4への電力供給は、自然に各ニッケル水素蓄電池1の放電残容量が等しくなる方向に推移する。
Different sets are used when a plurality of combinations of the nickel
直流電源と放電器とを有し、前記直流電源が出力する直流電力を前記放電器を介して負荷に供給する電源システムにおいて、前記放電器が、図4に示され、スイッチング素子8、9が上記の動作を行う放電器であることを特徴とする電源システムを構成することができる。図4には、上記直流電源がニッケル水素蓄電池1である、電源システムが示されている。
In a power supply system having a DC power supply and a discharger and supplying DC power output from the DC power supply to a load via the discharger, the discharger is shown in FIG. A power supply system characterized by being a discharger that performs the above-described operation can be configured. FIG. 4 shows a power supply system in which the DC power supply is a nickel metal
このような電源システムにおいては、動作間移行時における放電器の出力電圧が連続となり、放電器を複数台並列構成する電源システムにおける前記の問題点、すなわち、動作間移行のタイミングがずれ、その結果として、電池の余力を残したままシステムの放電が停止するという問題点が解消される。 In such a power supply system, the output voltage of the discharger at the time of transition between operations becomes continuous, the above-mentioned problem in the power supply system in which a plurality of dischargers are configured in parallel, that is, the timing of transition between operations is shifted, and as a result As described above, the problem that the discharge of the system stops while leaving the remaining capacity of the battery is solved.
以上、本発明の実施の形態について、直流電源がニッケル水素蓄電池である場合を例として説明したが、本発明はこれに限られるものではない。 As described above, the embodiment of the present invention has been described by taking the case where the DC power source is a nickel hydride storage battery as an example, but the present invention is not limited to this.
一般に、図5に例示した電源システムにおいて、放電器が本発明に係る放電器であることを特徴とする電源システムを構成することができる。すなわち、整流器と、複数の充電器と、複数の組電池と、複数の放電器とを有し、前記組電池が前記充電器を介して前記整流器の出力によって充電され、前記放電器を介して負荷へ電力を供給する電源システムにおいて、前記放電器が本発明に係る放電器であることを特徴とする電源システムを構成することができる。 In general, in the power supply system illustrated in FIG. 5, it is possible to configure a power supply system characterized in that the discharger is a discharger according to the present invention. That is, it has a rectifier, a plurality of chargers, a plurality of assembled batteries, and a plurality of dischargers, and the assembled batteries are charged by the output of the rectifier through the chargers, and through the dischargers In the power supply system for supplying power to a load, the power discharge system according to the present invention can be configured as the discharger.
以下に、本発明によって生じる効果について説明する。 Below, the effect produced by this invention is demonstrated.
(1)放電器出力点で並列構成するシステムでは、電池系列間に容量偏差があるとき降圧や昇圧に入るタイミングが放電器によって異なるため、放電器のモード切替時の出力電圧不連続性により、容量が少ない電池系列を持つ放電器に電流が集中し、放電終了時は他の電池系列は余力を残すことになる。 (1) In a system configured in parallel at the discharger output point, when there is a capacity deviation between battery series, the timing to enter step-down or step-up differs depending on the discharger. Therefore, due to the output voltage discontinuity when switching the mode of the discharger, The current concentrates on the discharger having the battery series with a small capacity, and the remaining battery series has a surplus power at the end of the discharge.
本発明により、放電器を並列構成するとき、放電器はモード切替時に出力電圧が連続となるため、放電器間で切替のタイミングが異なるとしても、直流電源が有限の放電容量を有する場合には、出力電圧は上昇せずに連続変化するので、出力電圧の上昇による過度の放電が起こらず、放電器間の能力をバランスさせる方向で、自然に切替のタイミングが揃う。特定の放電器に電流が集中することはなく、放電残容量が大きい直流電源に大きな放電電流が分担され、自然に各系列の放電残容量が揃うようになる。電源の能力を有効に引き出し、かつ並列構成によりシステム容量を増やすことが可能となる。 According to the present invention, when the discharge devices are configured in parallel, the output voltage of the discharge devices is continuous at the time of mode switching. Therefore, even if the switching timing differs between the discharge devices, the DC power supply has a finite discharge capacity. Since the output voltage continuously changes without increasing, excessive discharge due to the increase of the output voltage does not occur, and the switching timing is naturally aligned in the direction of balancing the capabilities between the dischargers. The current does not concentrate on a specific discharger, and a large discharge current is shared by the DC power supply having a large discharge remaining capacity, so that the remaining discharge capacities of each series are naturally aligned. It is possible to effectively draw out the power supply capacity and increase the system capacity by the parallel configuration.
(2)複数の放電器を一斉動作させるための一斉制御を追加することは、一斉制御を行うための論理制御回路を追加するための費用が増加する問題と、一斉制御を行うための論理制御回路の追加により故障率が上昇する問題が発生する。 (2) The addition of simultaneous control for operating a plurality of dischargers at the same time increases the cost for adding a logic control circuit for performing simultaneous control, and logic control for performing simultaneous control. There is a problem that the failure rate increases due to the addition of circuits.
本発明により、外部からの信号線を与えることなく放電制御が行われるため並列によるシステム増築が容易になる。 According to the present invention, since the discharge control is performed without applying an external signal line, it is easy to extend the system in parallel.
(3)電池電圧や負荷電圧を計測しながら強制的に電路や動作モードを切り替える方式では、モード切替時の出力電圧変動は避けられず、これにより並列放電器間で急激な負荷変動が起こり、負荷設備側への電力供給が不安定になることがある。 (3) In the method of forcibly switching the electric circuit and the operation mode while measuring the battery voltage and the load voltage, the output voltage fluctuation at the time of mode switching is unavoidable, and this causes a sudden load fluctuation between the parallel dischargers, The power supply to the load equipment may become unstable.
本発明では、電池電圧もしくは負荷電圧の計測により強制的に電路を切り替える方式をとらないので、切替時の電圧変動が全くない。モード移行時の出力電圧が上昇も下降もしないため、並列放電器間で負荷の急激な変動が起きない。よって負荷設備への電源供給の給電品質が向上する。 In the present invention, the method of forcibly switching the electric circuit by measuring the battery voltage or the load voltage is not used, so there is no voltage fluctuation at the time of switching. Since the output voltage at the time of mode transition does not rise or fall, there is no sudden fluctuation of the load between the parallel dischargers. Therefore, the power supply quality of the power supply to the load facility is improved.
1:ニッケル水素蓄電池、2:昇圧回路、3:降圧回路、4:負荷、5:リアクトル、6:コンデンサ、7:ダイオード、8、9:スイッチング素子、10:組電池、11:整流器、12:充電器、13:放電器。 1: nickel hydride storage battery, 2: booster circuit, 3: step-down circuit, 4: load, 5: reactor, 6: capacitor, 7: diode, 8, 9: switching element, 10: battery pack, 11: rectifier, 12: Charger, 13: Discharger.
Claims (10)
前記直流電力の電圧が第1の設定値以上第2の設定値以下で変動するとき、前記昇圧回路の出力電圧が、前記第1の設定値よりも大きく前記第2の設定値よりも小さい第3の設定値を下回らないように前記スイッチング素子が動作することを特徴とする放電器。 In a discharger comprising a reactor, a diode, a capacitor, and a switching element, having a booster circuit that boosts DC power or outputs the DC power as it is, and that outputs the input DC power via the booster circuit,
When the voltage of the DC power fluctuates between a first set value and a second set value, an output voltage of the booster circuit is larger than the first set value and smaller than the second set value. A discharger in which the switching element operates so as not to fall below a set value of 3.
前記直流電力の電圧が第4の設定値以上第5の設定値以下で変動するとき、前記降圧回路の出力電圧が、前記第4の設定値よりも大きく前記第5の設定値よりも小さい第6の設定値を上回らないように前記スイッチング素子が動作することを特徴とする放電器。 In a discharger that consists of a reactor, a diode, a capacitor, and a switching element, has a step-down circuit that steps down DC power or outputs it as it is, and outputs input DC power through the step-down circuit.
When the voltage of the DC power fluctuates between the fourth set value and the fifth set value, the output voltage of the step-down circuit is larger than the fourth set value and smaller than the fifth set value. The discharge element is characterized in that the switching element operates so as not to exceed a set value of 6.
前記直流電力の電圧が第7の設定値以上第8の設定値以下で変動するとき、
前記昇圧回路の出力電圧が、前記第7の設定値よりも大きく前記第8の設定値よりも小さい第9の設定値を下回らないように前記昇圧回路のスイッチング素子が動作し、
前記降圧回路の出力電圧が、前記第7の設定値よりも大きく前記第8の設定値よりも小さく、かつ、前記第9の設定値よりも大きい第10の設定値を上回らないように前記降圧回路のスイッチング素子が動作することを特徴とする放電器。 Consists of a reactor, a diode, a capacitor, and a switching element, and includes a booster circuit that boosts or outputs DC power, and a reactor, a diode, a capacitor, and a switching element, and steps down DC power or as it is In a discharger having an output voltage step-down circuit, inputting input DC power to the step-up circuit, and outputting electric power output from the step-up circuit through the step-down circuit,
When the voltage of the DC power fluctuates between the seventh set value and the eighth set value,
The switching element of the booster circuit operates so that the output voltage of the booster circuit does not fall below a ninth set value that is larger than the seventh set value and smaller than the eighth set value,
The step-down circuit so that the output voltage of the step-down circuit is larger than the seventh set value and smaller than the eighth set value and does not exceed the tenth set value larger than the ninth set value. A discharger in which a switching element of a circuit operates.
前記直流電力の電圧が第11の設定値以上第12の設定値以下で変動するとき、
前記降圧回路の出力電圧が、前記第11の設定値よりも大きく前記第12の設定値よりも小さい第13の設定値を上回らないように前記降圧回路のスイッチング素子が動作し、
前記昇圧回路の出力電圧が、前記第11の設定値よりも大きく前記第12の設定値よりも小さく、かつ、前記第13の設定値よりも小さい第14の設定値を下回らないように前記昇圧回路のスイッチング素子が動作することを特徴とする放電器。 Consists of a reactor, a diode, a capacitor, and a switching element, and includes a step-down circuit that steps down DC power or outputs it as it is, and a reactor, a diode, a capacitor, and a switching element, boosts DC power, or In a discharger having a booster circuit for outputting, inputting input DC power to the step-down circuit, and outputting power output from the step-down circuit via the step-up circuit,
When the voltage of the DC power fluctuates between the eleventh set value and the twelfth set value,
The switching element of the step-down circuit operates so that the output voltage of the step-down circuit does not exceed the thirteenth set value that is larger than the eleventh set value and smaller than the twelfth set value,
The boosting voltage is set so that an output voltage of the boosting circuit does not fall below a fourteenth set value that is larger than the eleventh set value and smaller than the twelfth set value and smaller than the thirteenth set value. A discharger in which a switching element of a circuit operates.
前記降圧回路において、正側入力端子は前記スイッチング素子の第1の端に接続し、前記スイッチング素子の第2の端は前記リアクトルを介して正側出力端子に接続し、負側入力端子は導線によって負側出力端子に接続し、前記スイッチング素子の第2の端は、正側から負側に向かう方向を逆方向とする前記ダイオードを介して前記導線に接続し、正側出力端子は前記コンデンサを介して負側出力端子に接続することを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載の放電器。 In the step-up circuit, the positive input terminal is connected to the first end of the reactor, and the second end of the reactor is connected to the positive side via the diode whose forward direction is from the input side to the output side. Connected to the output terminal, the negative input terminal is connected to the negative output terminal via a conductor, the second end of the reactor is connected to the conductor via the switching element, and the positive output terminal is connected to the capacitor. Connect to the negative output terminal
In the step-down circuit, the positive input terminal is connected to the first end of the switching element, the second end of the switching element is connected to the positive output terminal via the reactor, and the negative input terminal is a conductor. To the negative output terminal, the second end of the switching element is connected to the conductor via the diode with the direction from the positive side to the negative side being the reverse direction, and the positive output terminal is the capacitor The discharger according to any one of claims 1 to 4, wherein the discharger is connected to a negative output terminal via a terminal.
前記放電器が請求項1ないし5のいずれかに記載の放電器であることを特徴とする電源システム。 In a power supply system having a DC power supply and a discharger, and supplying DC power output from the DC power supply to a load via the discharger,
A power supply system, wherein the discharger is the discharger according to any one of claims 1 to 5.
前記放電器が請求項1ないし5のいずれかに記載の放電器であることを特徴とする電源システム。 A rectifier, a plurality of chargers, a plurality of battery packs, and a plurality of dischargers, wherein the battery pack is charged by the output of the rectifier through the charger and to the load through the discharger In a power supply system that supplies power,
A power supply system, wherein the discharger is the discharger according to any one of claims 1 to 5.
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