JP2013121207A - Auxiliary power unit and power supply method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源による通電を補う補助電源装置および負荷に電力を供給する方法に関する。 The present invention relates to an auxiliary power supply device that supplements energization by a power source and a method for supplying power to a load.
コンデンサー(キャパシタ)や蓄電池といった蓄電デバイスを用いて一時的に大きな電流を負荷に流す技術がある(特許文献1、2)。負荷に流す電流が小さいときには、主電源から負荷へ電力を供給するとともに蓄電デバイスを充電しておき、大きな電流を流すときには、蓄電デバイスを放電させて主電源および蓄電デバイスから負荷へ電力を供給する。このピーク補償と呼ばれる手法によれば、主電源の定格電流を超える大きな電流(突入電流)が一時的に流れるモーター、ソレノイド、ランプといった各種の負荷を主電源から供給される電力のピーク値を大きくすることなく駆動することができ、主電源の小型軽量化を図ることができる。
There is a technique of temporarily flowing a large current to a load using an electricity storage device such as a capacitor (capacitor) or a storage battery (
蓄電デバイスから負荷への通電に際して昇圧が行なわれる。蓄電デバイスの充電可能な電圧(耐電圧)が負荷に加えるべき電圧よりも低い場合、複数の蓄電デバイスを直列接続して放電電圧を高めることは可能である。しかし、直列に接続すると蓄電の容量が減少するので、全体として容量を減少させないためには、直列接続した蓄電デバイスの列を複数個並列に接続する必要がある。つまり、直列数の倍以上の蓄電デバイスが必要となり、そのために電源装置の製造コストが上昇してしまう。そこで、蓄電デバイスの放電電圧を主電源の電圧と同等の電圧に高める昇圧回路が用いられる。 Boosting is performed when power is supplied from the power storage device to the load. When the chargeable voltage (withstand voltage) of the electricity storage device is lower than the voltage to be applied to the load, it is possible to increase the discharge voltage by connecting a plurality of electricity storage devices in series. However, since the capacity of power storage decreases when connected in series, it is necessary to connect a plurality of columns of power storage devices connected in series in parallel in order not to decrease the capacity as a whole. That is, power storage devices more than twice the number in series are required, which increases the manufacturing cost of the power supply device. Therefore, a booster circuit that increases the discharge voltage of the electricity storage device to a voltage equivalent to the voltage of the main power supply is used.
蓄電デバイスの放電電力を昇圧する電力供給に関して、第1蓄電素子と第2蓄電素子とを有する非常用電源装置が特許文献3において開示されている。この非常用電源装置において、第1蓄電素子および第2蓄電素子は、主電源の電圧が既定値以下になったときに、電力を負荷に供給する。第1蓄電素子からの電力は昇圧コンバーターを介して負荷に供給される。これに対して、第2蓄電素子は負荷の駆動が可能な電圧を出力することができるので、第2蓄電素子からの電力は応答遅れの生じる昇圧コンバーターを介さずに負荷に供給される。 Regarding power supply for boosting the discharge power of an electricity storage device, Patent Document 3 discloses an emergency power supply device having a first electricity storage element and a second electricity storage element. In this emergency power supply device, the first power storage element and the second power storage element supply power to the load when the voltage of the main power source becomes a predetermined value or less. The electric power from the first power storage element is supplied to the load via the boost converter. In contrast, since the second power storage element can output a voltage capable of driving the load, the power from the second power storage element is supplied to the load without passing through the boost converter in which a response delay occurs.
昇圧回路を用いる場合、蓄電デバイスから負荷への電力供給に遅れが生じる。この遅れの長さは、昇圧回路における蓄電デバイスからの電力の入力から昇圧された電力の出力が始まるまでの立上り時間に依存する。遅れが生じても負荷の動作に支障がないようにする方法として、主電源の出力可能な電流の上限値(例えば定格電流値)よりも負荷電流が十分に小さい段階で蓄電デバイスを充電から放電に切替えるようにする方法がある。しかし、この方法には、充放電の切替え回数が増えて蓄電デバイスの劣化が進み易く、蓄電デバイスの交換頻度が高くなってメンテナンスコスト(維持費)が上昇するという問題がある。 When the booster circuit is used, a delay occurs in power supply from the power storage device to the load. The length of this delay depends on the rise time from the input of power from the power storage device in the booster circuit until the output of the boosted power starts. As a method of preventing the load from operating even if a delay occurs, the storage device is discharged from charging when the load current is sufficiently smaller than the upper limit of the current that can be output from the main power supply (for example, the rated current value). There is a method to switch to. However, this method has a problem in that the number of charge / discharge switchings increases and deterioration of the power storage device is likely to proceed, and the replacement frequency of the power storage device increases and maintenance costs (maintenance costs) increase.
なお、上述した特許文献3の開示のように、昇圧回路が立ち上がるまで昇圧せずに所定電圧の電力を供給する蓄電デバイスを設けると、相応の数の蓄電デバイスを直列接続しなければならず、使用する蓄電デバイスの個数が多くなって部品コストが上昇してしまう。 In addition, as disclosed in Patent Document 3 described above, when a power storage device that supplies power of a predetermined voltage without boosting until the booster circuit starts up, a corresponding number of power storage devices must be connected in series, As the number of power storage devices used increases, the cost of parts increases.
本発明は、このような事情に鑑み、蓄電デバイスの放電電力を昇圧して負荷に供給する装置における蓄電デバイスのメンテナンスコストを低減することを目的としている。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to reduce the maintenance cost of an electricity storage device in an apparatus that boosts the discharge power of the electricity storage device and supplies it to a load.
上記目的を達成する装置は、電源から負荷への通電の電流不足を補う補助電源装置であって、第1の蓄電デバイスと、第2の蓄電デバイスと、前記電源によって前記第1の蓄電デバイスおよび前記第2の蓄電デバイスを充電する充電回路と、前記第1の蓄電デバイスの放電電力および前記第2の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路と、前記第1の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と前記第1の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第1のスイッチと、前記第2の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第2の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第2のスイッチと、前記負荷へ流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出される電流値が第1の閾値よりも小さい第2の閾値になるまで増加したときに、前記第1の蓄電デバイスおよび前記第2の蓄電デバイスのうちの一方の蓄電デバイスのみを放電状態とし、その後に前記電流検出部によって検出される電流値が前記第1の閾値になるまで増加したときに、他方の蓄電デバイスを放電状態とするように、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを制御する制御部と、を備える。 An apparatus that achieves the above object is an auxiliary power supply device that compensates for a current shortage in energization from a power supply to a load. The first power storage device, the second power storage device, and the first power storage device and the power source A charging circuit that charges the second power storage device; a booster circuit that boosts the discharge power of the first power storage device and the discharge power of the second power storage device and supplies the boosted power to the load; and the first power storage A first switch for switching between a charging state in which a device is rechargeably connected to the charging circuit and a discharging state in which the first power storage device is removably connected to the booster circuit; and the second power storage A second switch for switching between a charging state in which the device is connected to the charging circuit in a chargeable manner and a discharging state in which the second power storage device is connected to the boosting circuit in a dischargeable manner; A current detector that detects a current flowing to the load; and when the current value detected by the current detector increases to a second threshold that is smaller than the first threshold, the first power storage device and When only one power storage device of the second power storage devices is in a discharged state, and then the current value detected by the current detection unit increases until the first threshold value is reached, the other power storage device is A control unit that controls the first switch and the second switch so as to be in a discharged state.
本発明によれば、昇圧の遅れがあるにもかかわらず負荷に必要な電力を遅滞なく供給することができ、なおかつ充放電の切替えによる蓄電デバイスの劣化を最小限に抑えて蓄電デバイスのメンテナンスコストを低減することができる。 According to the present invention, it is possible to supply electric power necessary for a load without delay even though there is a delay in boosting, and to minimize deterioration of the electricity storage device due to switching between charge and discharge, thereby maintaining the maintenance cost of the electricity storage device. Can be reduced.
電動の負荷を有する各種の機器において蓄電デバイスによるピーク補償を行うことができる。例えば、用紙に画像を印刷する画像形成装置はそのような機器の一つである。プリンターやMFP(Multi-functional Peripheral)といった画像形成装置は、モーター、ソレノイド、ヒーターなどの瞬間的に大きな電流が流れる負荷を有している。これら負荷の駆動において電源による電力供給(通電)の電流不足を補うピーク補償を行うことにより、定格電流値の小さい安価な回路部品によって電源を構成することができる。
〔第1実施形態〕
図1において、補助電源装置1が接続される電源10は、例えば10〜30ボルト程度の比較的に低い電圧の電力を供給するLV(Low Voltage)電源ラインである。電源10は、商用交流を変圧して定電圧化する図示しない電源ユニットに接続されており、電源ユニットの仕様で決まる所定値以下の大きさの電流を負荷30に流すことができる。なお、補助電源装置1を備える機器に対して直流給電が行なわれる場合、電源10は直流給電用の電源ユニットから電力供給を受ける。
Peak compensation by an electricity storage device can be performed in various devices having an electric load. For example, an image forming apparatus that prints an image on a sheet is one of such devices. Image forming apparatuses such as printers and MFPs (Multi-functional Peripherals) have loads such as motors, solenoids, and heaters through which a large current flows instantaneously. By performing peak compensation to compensate for the current shortage of power supply (energization) by the power supply in driving these loads, the power supply can be configured with inexpensive circuit components having a small rated current value.
[First Embodiment]
In FIG. 1, a
補助電源装置1は、第1蓄電デバイスC1、第2蓄電デバイスC2、充電回路12、昇圧回路14、二つの切替えスイッチ15,16、電流検出部17、および制御部21を有している。この補助電源装置1によって、電源10から負荷30への電力供給の電流不足が補われる。
The auxiliary
第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2は、電源10による電力供給の電流不足が生じたときに負荷30に供給すべき不足分の電力を蓄えておくために設けられている。第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2は、電源10から充電回路12を介して流れ込む電流によって充電される。第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2をそれぞれ構成する蓄電部品の個数を少なくするため、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2の充電可能な電圧は、電源10の出力電圧よりも低い電圧に選定されている。このため、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2の片方または両方から負荷30への電力供給に際して、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2のそれぞれの放電電力が昇圧回路14によって電源10の出力電圧と同程度の電圧に昇圧される。第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2を構成する蓄電部品は、電気二重層キャパシタまたは他のキャパシタであってもよいし、リチウムイオン電池または他の二次電池であってもよい。
The first power storage device C <b> 1 and the second power storage device C <b> 2 are provided for storing a shortage of power to be supplied to the
昇圧回路14として、インダクタへの通電を高速に断続させる回路、またはスイッチトキャパシタ回路の一種であるチャージポンプといった各種のDC/DCコンバーターを用いることができる。昇圧回路14は、昇圧すべき電力が入力されてから目標電圧に昇圧した電力を出力するまでに所定の立上り時間を要する。
As the step-
切替えスイッチ15は、第1蓄電デバイスC1が充電回路12に充電可能に接続される充電状態と、第1蓄電デバイスC1が昇圧回路14に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための手段である。また、切替えスイッチ16は、第2蓄電デバイスC2が充電回路12に充電可能に接続される充電状態と、第2蓄電デバイスC2が昇圧回路14に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための手段である。これら切替えスイッチ15,16の状態は制御部21によって制御される。両方の切替えスイッチ15,16が放電を選択するように制御されると、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2は負荷30に対して並列に接続されることになる。このような切替えスイッチ15,16としては、バイポーラトランジスタやFET(Field Effect Transistor)といった半導体スイッチが応答性に優れているので好ましい。ただし、リレーのようなメカニカルスイッチでもよい。図示では充電と放電との二者択一のスイッチとして模式化されているが、充電状態でもなく放電状態でもない第3の中間状態の選択が可能なスイッチとしてもよい。
The
電流検出部17は、補助電源装置1から負荷30へ流れる負荷電流Ixの電流値を検出する。負荷電流Ixは、電源10からの電流と昇圧回路14からの電流とを合わせた電流である。電流検出部17によって検出された電流値に基づいて、制御部21によって切替えスイッチ15,16の切替え制御が行なわれる。電流検出部17は、電流値を定量的に示す手段であればよく、例えばシャント抵抗器やホール素子センサーといった電流測定用デバイスを用いて構成される。
The
制御部21は、制御プログラムを実行するCPU(central processing unit)を備えており、制御プログラムに従って切替えスイッチ15,16を制御する。基本的な制御として、制御部21は負荷電流Ixが増大して電流不足を補う必要が生じたときに第1蓄電デバイスC1を放電状態とし、負荷電流Ixが減少して電流不足を補う必要がなくなったときに第1蓄電デバイスC1を充電状態とする。そして、特徴的な制御として、制御部21は、第1蓄電デバイスC1を放電状態とするのに先立って、電流不足が生じる前に昇圧回路14の立上りが完了するように予め定められたタイミングで第2蓄電デバイスC2を放電状態とする。
The
以下、補助電源装置1の動作をさらに詳しく説明する。
Hereinafter, the operation of the auxiliary
図2は負荷電流Ixの変化の一例を示している。例示の負荷電流Ixは周期的に大きくなる。このような負荷電流Ixを負荷30へ流す場合、補助電源装置1は断続的にピーク補償を行う。補助電源装置1では、ピーク補償に関わる二つの閾値、すなわち第1閾値Ith1および第2閾値Ith2が設定されている。
FIG. 2 shows an example of a change in the load current Ix. The exemplary load current Ix increases periodically. When such a load current Ix flows to the
第1閾値Ith1は、第1蓄電デバイスC1を放電させるタイミングに関わる。第1閾値Ith1は、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2の容量と昇圧回路14の仕様(入力電圧範囲、効率など)から算出される放電電力量などに基づいて設定される。第1閾値Ith1は、例えば第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2によってピーク補償が行なわれるときの電源10から負荷30へ流れる電流の値と等しい値に設定される。電源10の定格電流値を第1閾値Ith1とすることもできる。
The first threshold value Ith1 relates to the timing for discharging the first power storage device C1. The first threshold value Ith1 is set based on the amount of discharge power calculated from the capacities of the first power storage device C1 and the second power storage device C2 and the specifications (input voltage range, efficiency, etc.) of the
第2閾値Ith2は、第2蓄電デバイスC2を放電させるタイミングに関わり、第1閾値Ith1よりも小さい値である。第2閾値Ith2は、負荷電流Ixが増大する場合において、負荷電流Ixの値が第1閾値Ith1になる時点以前に昇圧回路14が立ち上がるように、負荷30の電力消費特性と昇圧回路14の立上り時間とを考慮して設定される。すなわち、第2閾値Ith2は、充放電の切替えに要する時間と昇圧回路14の立上り時間と合わせた遅延期間(Td)における負荷電流Ixの変化分を第1閾値Ith1から差し引いた値であり、一例として以下の式で近似的に表すことができる。
The second threshold value Ith2 is related to the timing of discharging the second power storage device C2, and is a value smaller than the first threshold value Ith1. When the load current Ix increases, the second threshold value Ith2 is such that the power consumption characteristics of the
Ith2≦Ith1−(ΔI×Td)
ただし、ΔIは負荷電流Ixが増大し始めたときの単位時間当りの増加量であり、負荷30の仕様によって決まる。負荷30が複数の駆動対象の組合せである場合、同時に駆動される駆動対象の数が最も多いときの単位時間当りの増加量がΔIとされる。
Ith2 ≦ Ith1- (ΔI × Td)
However, ΔI is an increase amount per unit time when the load current Ix starts to increase, and is determined by the specification of the
図3は第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2の充放電の切替えのタイミングを示している。負荷電流Ixが増大し始める時点t0において、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2は充電状態である。負荷電流Ixの値が第2閾値Ith2になるまで増大した時点t1において切替えスイッチ16に対する切替え制御が行なわれ、時点t1から切替え遅れ時間Td1が経過した時点で第2蓄電デバイスC2が充電状態から放電状態に切り替わる。第2蓄電デバイスC2からの放電電力の入力に呼応して、それまでOFF状態であった昇圧回路14において昇圧動作が始まり、立上り時間Td2が経過した時点で昇圧回路14は昇圧した電力を出力するON状態になる。この昇圧回路14の立上りが完了したことにより、ピーク補償の準備が整ったことになる。その後、負荷電流Ixの値が第1閾値Ith1になるまで増大した時点t2において切替えスイッチ15に対する切替え制御が行なわれ、時点t2から切替え遅れ時間Td1が経過した時点で第1蓄電デバイスC1が充電状態から放電状態に切り替わる。すなわち、第1蓄電デバイスC1によるピーク補償が始まる。本例では第2蓄電デバイスC2が放電状態とされたままであるので、第2蓄電デバイスC2の放電電力もピーク補償に用いられる。
FIG. 3 shows the charge / discharge switching timing of the first power storage device C1 and the second power storage device C2. At time t0 when the load current Ix starts to increase, the first power storage device C1 and the second power storage device C2 are in a charged state. At time t1 when the load current Ix increases to the second threshold value Ith2, switching control is performed on the
ピーク補償は負荷電流Ixの値が第1閾値Ith1よりも大きい期間にわたって行なわれる。負荷電流Ixの値がピーク値まで増大した後に第1閾値Ith1になるまで減少すれば、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2を放電させる必要がなくなる。したがって、負荷電流Ixの値が第1閾値Ith1になるまで減少した時点t3から所定の待ち時間が経過した時点t4で、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2が放電状態から充電状態に切り替えられる。第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2は次回のピーク補償に備えて蓄電する。 The peak compensation is performed over a period when the value of the load current Ix is larger than the first threshold value Ith1. If the value of the load current Ix increases to the peak value and then decreases to the first threshold value Ith1, it is not necessary to discharge the first power storage device C1 and the second power storage device C2. Accordingly, the first power storage device C1 and the second power storage device C2 are switched from the discharge state to the charge state at a time t4 when a predetermined waiting time has elapsed from the time t3 when the value of the load current Ix decreases until reaching the first threshold value Ith1. It is done. The first power storage device C1 and the second power storage device C2 store power for the next peak compensation.
ここで、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2の容量の合計は、時点t2から時点t3まで負荷30に対して電源10による電力供給の電流の不足分を流すことができる値であればよい。かつ、第2蓄電デバイスC2の容量は、第2蓄電デバイスC2が放電状態に切り替わってから第1蓄電デバイスC1が放電状態に切り替わるまでに空にならない値であればよい。
Here, the sum of the capacities of the first power storage device C1 and the second power storage device C2 is a value that allows a shortage of the current supplied by the
第2閾値Ith2については、負荷電流Ixの値が第2閾値Ith2から第1閾値Ith1まで増大するのに要する時間Txが、切替え遅れ時間Td1と立上り時間Td2とを合わせた遅延期間Tdよりも長くなるように設定すればよい。 As for the second threshold value Ith2, the time Tx required for the load current Ix to increase from the second threshold value Ith2 to the first threshold value Ith1 is longer than the delay period Td that combines the switching delay time Td1 and the rise time Td2. What is necessary is just to set.
第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2の充電状態への切替えについては、第1閾値Ith1および第2閾値Ith2を用いてタイミングを定めてもよいし、他の閾値やタイマーを用いてタイミングを定めてもよい。また、第2蓄電デバイスC2については、第1蓄電デバイスC1が放電状態に切り替わった時点t21または時点t21から時点t3までの間の任意の時点t22で放電状態から充電状態へ切り替えるようにしてもよい。 For switching to the charged state of the first power storage device C1 and the second power storage device C2, the timing may be determined using the first threshold value Ith1 and the second threshold value Ith2, or the timing may be determined using another threshold value or a timer. It may be determined. The second power storage device C2 may be switched from the discharged state to the charged state at the time t21 when the first power storage device C1 is switched to the discharged state or at any time t22 between the time t21 and the time t3. .
図4は補助電源装置1の動作を示すフローチャートである。電流検出部17が負荷電流Ixの値を検出する(S101)。検出された負荷電流Ixの値が第2閾値Ith2以上であれば(S102でYES)、制御部21が第2蓄電デバイスC2を充電状態から放電状態に切り替える(S103)。改めて電流検出部17は負荷電流Ixの値を検出し(S104)、その値が第1閾値Ith1以上であれば(S105でYES)、制御部21は第1蓄電デバイスC1を充電状態から放電状態に切り替える(S106)。その後、負荷電流Ixの値が所定値まで減少するか予め定められた切替え時期が到来すれば(S107でYES)、制御部21は第2蓄電デバイスC2および第1蓄電デバイスC1を放電状態から充電状態に切り替える(S108)。
〔第2実施形態〕
図5に示される補助電源装置2の基本的な構成は図1の補助電源装置1の構成と同様である。補助電源装置2の特徴は、切替えスイッチ15,16を制御する制御部22が閾値設定テーブル221に従って第2閾値Ith2の設定を適宜変更することである。閾値設定テーブル221は負荷電流Ixの増大の度合いと設定すべき第2閾値Ith2とを対応付ける制御データであり、制御部22内の図示しない不揮発性メモリに格納されている。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the auxiliary
[Second Embodiment]
The basic configuration of the
負荷30が独立にオンオフされる複数の駆動対象で構成されていたり、動作環境によって負荷30の電力消費特性が変わったりする場合、第2閾値Ith2を可変にすることで第2蓄電デバイスC2の充放電の切替え回数を最小限に抑えることができる。つまり、負荷電流Ixの増大が緩やかな場合には、増大が始まって第1閾値Ith1になるまでの時間が比較的に長い。したがって、増大が急峻な場合と比べて第2閾値Ith2を大きくして昇圧回路14の立上げ開始を遅くしても昇圧回路14の立上りがピーク補償に間に合う。第2閾値Ith2を大きくすれば、結果的に負荷電流Ixが第1閾値Ith1まで増大しないにもかかわらず第2蓄電デバイスC2を放電させてしまうという無駄な切替えを少なくすることができる。
When the
図6は負荷電流Ixの増加量と第2閾値Ith2との関係を示している。図6(A)に示される第2閾値Ith20は、負荷電流Ixの単位時間Δt当りの増加量ΔI0に対応する第2閾値Ith2である。図6(B)における負荷電流Ixの単位時間Δt当りの増加量ΔI1は、図6(A)の増加量ΔI0よりも大きい。すなわち、図6(B)における負荷電流Ixの増大は比較的に急峻である。この場合に設定される第2閾値Ith2Lは、図6(A)の場合の第2閾値Ith20よりも小さい。一方、図6(C)における負荷電流Ixの単位時間Δt当りの増加量ΔI2は、図6(A)の増加量ΔI0よりも小さい。すなわち、図6(C)における負荷電流Ixの増大は比較的に緩やかである。この場合に設定される第2閾値Ith2Hは、図6(A)の場合の第2閾値Ith20よりも大きい。 FIG. 6 shows the relationship between the increase amount of the load current Ix and the second threshold value Ith2. FIG 6 (A) second threshold Ith2 0 shown in is the second threshold Ith2 corresponding to the increase amount [Delta] I 0 per unit time Δt of the load current Ix. The increase amount ΔI 1 per unit time Δt of the load current Ix in FIG. 6B is larger than the increase amount ΔI 0 in FIG. That is, the increase in the load current Ix in FIG. 6B is relatively steep. The second threshold value Ith2 L set in this case is smaller than the second threshold value Ith2 0 in the case of FIG. On the other hand, the increase amount ΔI 2 per unit time Δt of the load current Ix in FIG. 6C is smaller than the increase amount ΔI 0 in FIG. That is, the increase in the load current Ix in FIG. 6C is relatively gradual. The second threshold value Ith2 H set in this case is larger than the second threshold value Ith2 0 in the case of FIG.
図7は補助電源装置2の動作を示すフローチャートである。電流検出部17が負荷電流Ixの値を検出し(S201)、その値を制御部22が記憶する(S202)。前回の検出から微小時間が経過した時点で再び電流検出部17が負荷電流Ixの値を検出し(S203)、制御部22が前回の検出値と今回の検出値との差分である増加量ΔIを求める(S204)。そして、制御部22は閾値設定テーブル221を参照して増加量ΔIに対応付けられている値を第2閾値Ith2として設定する(S205)。以降のステップS206〜S212の処理の流れは、図4のステップS102〜S108の処理の流れと同様である。
〔第3実施形態〕
図8に示される補助電源装置3の基本的な構成は図1の補助電源装置1の構成と同様である。補助電源装置3の特徴は、切替えスイッチ15,16を制御する制御部23が負荷30の起動状態に応じて第2閾値Ith2の設定を変更することである。制御部23には、負荷30を構成する複数の駆動対象がそれぞれ起動されたことを示す多値または2値の起動信号S30が入力される。信号数には制限なく、少なくともモーターのようにピーク電流値の大きい駆動対象の信号が入力されればよい。制御部23は、起動された駆動対象と設定すべき第2閾値Ith2とを対応付ける閾値設定テーブル231に従って第2閾値Ith2を設定する。閾値設定テーブル231は制御部23内の図示しない不揮発性メモリに格納されている。
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the auxiliary
[Third Embodiment]
The basic configuration of the auxiliary power supply 3 shown in FIG. 8 is the same as the configuration of the
負荷30に流す負荷電流Ixのピーク値はどの駆動対象が起動されたかによって変わる。言い換えれば、起動された駆動対象が分かれば、各駆動対象の仕様に基づいてピーク値を予測することができる。一般にピーク値が大きいほど負荷電流Ixが急激に増大する。したがって、予測されるピーク値(すなわち負荷電流Ixの増大の度合いの予測値)に応じて第2閾値Ith2を可変にすることにより、上述の第2実施形態と同様に第2蓄電デバイスC2の充放電の切替え回数を最小限に抑えることができる。つまり、予測されるピーク値が比較的に大きい場合には第2閾値Ith2を小さくし、逆に予測されるピーク値が比較的に小さい場合には第2閾値Ith2を大きくすればよい。ただし、いずれの場合も第2閾値Ith2は第1閾値Ith1よりも小さい値でなければならない。
The peak value of the load current Ix flowing through the
図9は補助電源装置3の動作を示すフローチャートである。まず、制御部23は起動信号S30に基づいて負荷30の起動状態を検出する(S301)。次に、制御部23は閾値設定テーブル231を参照して負荷30の起動状態に対応付けられている値を第2閾値Ith2として設定する(S302)。以降のステップS303〜S310の処理の流れは、図4のステップS101〜S108の処理の流れと同様である。
〔第4実施形態〕
図10に示される補助電源装置4の基本的な構成は図1の補助電源装置1の構成と同様である。補助電源装置3の特徴は、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2の蓄電量を検出する蓄電量検出部19を備えていることである。例示の蓄電量検出部19は、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2のそれぞれの端子間電圧を蓄電量として検出する。検出値を示す検出信号S19は、切替えスイッチ15,16を制御する制御部24に入力される。制御部24は、検出された蓄電量に応じて第1閾値Ith1および第2閾値Ith2の設定を変更する。
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the auxiliary power supply 3. First, the
[Fourth Embodiment]
The basic configuration of the auxiliary power supply 4 shown in FIG. 10 is the same as the configuration of the
負荷電流Ixが頻繁に大きく増減する場合のように、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2が満充電になっていなくてもピーク補償を行なわなくてはならない場合がある。このような場合において、第1閾値Ith1および第2閾値Ith2を大きくすることにより、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2がより満充電に近づいた時点で放電の開始させることができる。放電量(すなわち放電開始時の蓄電量)が多いほどピーク補償をより確実に成し得ることができる。制御部24は、前回の放電の直前の蓄電量よりも現在の蓄電量の方が少ないならば、第1閾値Ith1および第2閾値Ith2を大きくする。逆に、現在の蓄電量の方が多いならば、第1閾値Ith1および第2閾値Ith2を小さくする。閾値の変更に際して、以前の蓄電量と現在の蓄電量との差分に応じた閾値変更幅を示すテーブルを用いることができる。閾値変更幅を第1閾値Ith1と第2閾値Ith2とについて個別に定めてもよいし、共通にしてもよい。
As in the case where the load current Ix frequently increases or decreases frequently, peak compensation may have to be performed even if the first power storage device C1 and the second power storage device C2 are not fully charged. In such a case, by increasing the first threshold value Ith1 and the second threshold value Ith2, discharge can be started when the first power storage device C1 and the second power storage device C2 are closer to full charge. Peak compensation can be performed more reliably as the discharge amount (that is, the charged amount at the start of discharge) is larger. The
図11は補助電源装置4の動作を示すフローチャートである。まず、制御部24は検出信号S19に基づいて第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2の充電状態を検出する(S401)。次に、制御部24は、記憶している前回の放電時の蓄電量と現在の蓄電量との差分に応じて、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2を設定する(S402)。以降のステップS403〜S410の処理の流れは、図4のステップS101〜S108の処理の流れと同様である。
〔第5実施形態〕
図12に示される補助電源装置5の基本的な構成は図1の補助電源装置1の構成と同様である。補助電源装置5の特徴は、制御部25が切替えスイッチ15,16の制御において、第1閾値Ith1および第2閾値Ith2と第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2との関係を入れ替えることである。制御部25は、充放電の切替え回数をカウントする切替え回数カウンタ251を有しており、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2の間で充放電の切替え回数の累積が均等化されるように、切替えスイッチ15,16を制御する。本例において、切替え回数カウンタ251は第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2のうち、ピーク補償を行う場合に先に放電させる蓄電デバイス(これを蓄電デバイスCFという)の充電から放電への切替えの回数をカウントする。
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the auxiliary power supply 4. First, the
[Fifth Embodiment]
The basic configuration of the
上述の第1から第4までの実施形態では第1閾値Ith1および第2閾値Ith2と第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2との関係が固定であった。すなわち、負荷電流Ixの値が二つの閾値のうちの小さい方の第2閾値Ith2になったときに、第2蓄電デバイスC2を放電させる制御が行なわれる。負荷電流Ixの値が第2閾値Ith2まで増大しても第1閾値Ith1までは増大しない場合があるので、第2蓄電デバイスC2の充放電回数の累積が第1蓄電デバイスC1の充放電回数の累積と比べて多くなる。このことは、第2蓄電デバイスC2の方が第1蓄電デバイスC1よりも劣化が進み易く、第2蓄電デバイスC2の交換時期の早まることを意味する。そこで、第5実施形態では、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2における充放電の切替え回数の偏りが低減される。これにより、部品交換によるメンテナンスコストが低減される。 In the first to fourth embodiments described above, the relationship between the first threshold value Ith1 and the second threshold value Ith2 and the first power storage device C1 and the second power storage device C2 is fixed. That is, when the value of the load current Ix becomes the second threshold value Ith2 which is the smaller of the two threshold values, control for discharging the second power storage device C2 is performed. Even if the value of the load current Ix increases to the second threshold value Ith2, it may not increase to the first threshold value Ith1, so the cumulative number of times of charging / discharging of the second power storage device C2 is the number of times of charging / discharging of the first power storage device C1. More than cumulative. This means that the second power storage device C2 is more easily deteriorated than the first power storage device C1, and the replacement time of the second power storage device C2 is advanced. Therefore, in the fifth embodiment, the bias in the number of charge / discharge switchings in the first power storage device C1 and the second power storage device C2 is reduced. Thereby, the maintenance cost by component replacement is reduced.
図13は補助電源装置5の動作を示すフローチャートである。制御部25は切替え回数カウンタ251のカウント値を取得し(S501)、続いて、先に放電させる蓄電デバイスCFを決める処理を実行する(S502)。以降のステップS503〜S510の処理の流れは、図4のステップS101〜S108の処理の流れと同様である。
FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the auxiliary
図14は図13中のステップS502の先に放電させる蓄電デバイスを決める処理のフローチャートである。制御部25は、切替え回数カウンタ251のカウント値が所定値以上かどうかをチェックする(S521)。カウント値が所定値未満であれば(S521でNO)、処理の流れはそのまま図13の流れにリターンする。カウント値が所定値以上である場合(S521でYES)、制御部25は先に放電させる蓄電デバイスCFを変更する(S522)。すなわち、変更前の蓄電デバイスCFが第2蓄電デバイスC2であったならばそれを第1蓄電デバイスC1に変更し、逆に変更前の蓄電デバイスCFが第1蓄電デバイスC1であったならばそれを第2蓄電デバイスC2に変更する。これにより、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2の間の切替え回数の累積の差をほぼ当該設定値以内に抑え、切替え回数の累積が均等化することができる。蓄電デバイスCFを変更すると、制御部25は切替え回数カウンタ251のカウント値をリセットする(S523)。
FIG. 14 is a flowchart of processing for determining an electricity storage device to be discharged before step S502 in FIG. The
なお、第1蓄電デバイスC1および第2蓄電デバイスC2のそれぞれについて充放電の切替え回数をカウントし、両者のカウント値がほぼ等しくなるように、より厳密に蓄電デバイスCFの入替えを行なってもよい。
〔第6実施形態〕
図15に示される補助電源装置6の基本的な構成は図1の補助電源装置1の構成と同様である。補助電源装置6の特徴は、第2実施形態、第3実施形態および第4実施形態と同様に閾値の設定を変更する機能と、第5実施形態と同様に先に放電させる蓄電デバイスCFを入れ替える機能とを有することである。補助電源装置6は第4実施形態の補助電源装置4と同様に蓄電量検出部19を備えている。切替えスイッチ15,16を制御する制御部26は、第2実施形態と同様の閾値設定テーブル221、第3実施形態と同様の閾値設定テーブル231、および第5実施形態と同様の切替え回数カウンタ251を有している。
In addition, the number of charge / discharge switchings may be counted for each of the first power storage device C1 and the second power storage device C2, and the power storage device CF may be replaced more strictly so that the count values of both are substantially equal.
[Sixth Embodiment]
The basic configuration of the auxiliary
補助電源装置6では、負荷電流Ixの増加量に応じた第2閾値Ith2の設定、負荷30に関わる起動信号S30に応じた第2閾値Ith2の設定、および蓄電量の検出信号S19に応じた第1閾値Ith1および第2閾値Ith2の設定について、優先順位が定められている。これらの設定の間で矛盾が生じるときには、優先順位の上位の設定が適用される。優先順位については、蓄電量に応じた設定が他の設定より上位であってもよいし、そうでなくてもよい。優先順位は、蓄電の容量、充電回路12の能力、電源10の定格電流、負荷30の電力消費特性などの動作条件を考慮して定められる。
In the
上述の第1から第4までの実施形態においては、ピーク補償に必要な電力が、負荷30に対して並列に接続される二つの蓄電デバイス(C1,C2)によって蓄えられる。そして、両方の蓄電デバイスを放電させる以前に、一方の蓄電デバイス(C2)を放電させて昇圧回路14に電力を入力する。これにより、昇圧回路14の応答遅れがあっても遅れのないピーク補償を実現することができる。ここで、仮に単一の蓄電デバイスによってピーク補償を行う場合であっても、例えば負荷電流Ixが増大し始めて直ぐに充電から放電に切替えれば、遅れのないピーク補償を実現することができる。しかし、そうすると、負荷電流Ixが小さい増減幅で頻繁に変動する場合、必要容量分の蓄電部品の全体が頻繁に充放電を繰り返すことになる。これに対して、上述の第1から第4までの実施形態においては、頻繁に充放電を繰り返すのは必要容量分の蓄電部品の一部である。したがって、充放電の反復による劣化のために部品交換が必要になったとしても、蓄電部品の一部(すなわち、第2蓄電デバイスC2)を交換すればよく、部品交換によるメンテナンスコストは低く抑えられる。
In the first to fourth embodiments described above, the power necessary for peak compensation is stored by the two power storage devices (C1, C2) connected in parallel to the
以上の実施形態において、回路構成、使用する部品、電源10の仕様、負荷30の種類などは例示のものに限らない。例えば、補助電源装置5,6の切替え回数カウンタ251を制御部25,26とは別のコントローラーや外部装置に設け、制御部25,26が外部からカウント値を取得するようにしてもよい。また、各蓄電デバイスの容量や耐久性に応じて第1蓄電デバイスC1または第2蓄電デバイスC2を優先的に先に放電させる蓄電デバイスCFとして選択するようにしてもよい。
In the above embodiment, the circuit configuration, the parts to be used, the specifications of the
補助電源装置1〜6は画像形成装置以外の任意の機器に組入れることができる。必ずしも補助電源装置1〜6を電源10と一体に組み付ける必要はなく、負荷30となる駆動対象と一体に組み付ける必要もない。本発明の趣旨に沿う範囲内で補助電源装置1〜6の構成を適宜変更することができる。
The auxiliary
1,2,3,4,5,6 補助電源装置
10 電源
30 負荷
C1 第1蓄電デバイス(第1の蓄電デバイス)
C2 第2蓄電デバイス(第2の蓄電デバイス)
12 充電回路
14 昇圧回路
15 切替えスイッチ(第1のスイッチ)
16 切替えスイッチ(第2のスイッチ)
17 電流検出部
19 蓄電量検出部
21,22,23,24,25,26 制御部
Ith1 第1閾値(第1の閾値)
Ith2 第2閾値(第2の閾値)
1, 2, 3, 4, 5, 6
C2 Second power storage device (second power storage device)
12 charging
16 Changeover switch (second switch)
17
Ith2 second threshold (second threshold)
Claims (6)
第1の蓄電デバイスと、
第2の蓄電デバイスと、
前記電源によって前記第1の蓄電デバイスおよび前記第2の蓄電デバイスを充電する充電回路と、
前記第1の蓄電デバイスの放電電力および前記第2の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路と、
前記第1の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第1の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第1のスイッチと、
前記第2の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第2の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第2のスイッチと、
前記負荷へ流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出される電流値が第1の閾値よりも小さい第2の閾値になるまで増加したときに、前記第1の蓄電デバイスおよび前記第2の蓄電デバイスのうちの一方の蓄電デバイスのみを放電状態とし、その後に前記電流検出部によって検出される電流値が前記第1の閾値になるまで増加したときに、他方の蓄電デバイスを放電状態とするように、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする補助電源装置。 An auxiliary power supply device that compensates for a shortage of current from the power supply to the load,
A first power storage device;
A second power storage device;
A charging circuit for charging the first power storage device and the second power storage device by the power source;
A booster circuit that boosts the discharge power of the first power storage device and the discharge power of the second power storage device and supplies the boosted power to the load;
A first switch for switching between a charging state in which the first power storage device is rechargeably connected to the charging circuit and a discharging state in which the first power storage device is removably connected to the booster circuit; ,
A second switch for switching between a charge state in which the second power storage device is connected to the charging circuit in a chargeable manner and a discharge state in which the second power storage device is connected to the booster circuit in a dischargeable manner; ,
A current detector for detecting a current flowing to the load;
One of the first power storage device and the second power storage device when the current value detected by the current detection unit increases to a second threshold value that is smaller than the first threshold value. Only the first switch and the other storage device when the current value detected by the current detector increases until reaching the first threshold value. And a control unit that controls the second switch.
請求項1記載の補助電源装置。 In the control of the first switch and the second switch, the control unit is configured to equalize accumulation of the number of charge / discharge switchings between the first power storage device and the second power storage device. The auxiliary power supply apparatus according to claim 1, wherein the one power storage device and the other power storage device are interchanged.
請求項1または2記載の補助電源装置。 The control unit detects an increase amount of the current flowing to the load based on current values at a plurality of time points detected by the current detection unit, and the second threshold value is decreased as the increase amount increases. The auxiliary power supply device according to claim 1, wherein the auxiliary power supply device is set.
請求項1または2記載の補助電源装置。 The auxiliary unit according to claim 1 or 2, wherein the control unit sets the second threshold value to a smaller value as the expected peak value of the current flowing to the load is larger based on control data indicating the power consumption characteristics of the load. Power supply.
前記制御部は、前記蓄電量検出部によって検出された前記蓄電量が所定量よりも少ない場合、当該蓄電量が当該所定値よりも多い場合と比べて、前記第1の閾値および前記第2の閾値を大きい値に設定する
請求項1ないし4のいずれかに記載の補助電源装置。 A power storage amount detection unit for detecting a power storage amount of each of the first power storage device and the second power storage device;
The control unit, when the power storage amount detected by the power storage amount detection unit is smaller than a predetermined amount, compared to the case where the power storage amount is larger than the predetermined value, the first threshold and the second The auxiliary power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the threshold value is set to a large value.
前記電源の出力電圧よりも放電電圧が低い第1の蓄電デバイスおよび第2の蓄電デバイスを、前記電源によって充電しておき、
前記電源から前記負荷へ流れる電流の値が第1の閾値よりも小さい第2の閾値になるまで増加したときに、前記第2の蓄電デバイスのみを放電させ、それによって、前記第1の蓄電デバイスの放電電力および前記第2の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路への通電を開始し、
その後に、前記負荷へ流れる電流の値が前記第1の閾値になるまで増加したときに、前記第1の蓄電デバイスを放電させ、その放電電力を前記昇圧回路によって昇圧して前記負荷へ供給する
ことを特徴とする電力供給方法。 A power supply method for supplying power from a power source to a load,
The first power storage device and the second power storage device whose discharge voltage is lower than the output voltage of the power source are charged by the power source,
When the value of the current flowing from the power source to the load increases to a second threshold value that is smaller than the first threshold value, only the second power storage device is discharged, whereby the first power storage device And starts energizing the booster circuit that boosts the discharge power of the second power storage device and the discharge power of the second power storage device and supplies the boosted power to the load,
Thereafter, when the value of the current flowing to the load increases until reaching the first threshold value, the first power storage device is discharged, and the discharge power is boosted by the booster circuit and supplied to the load. The power supply method characterized by the above-mentioned.
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