JP2014030289A - 蓄電充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バスライン電圧が系統電圧より例えば極端に低いようなときでも、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ内部の回路素子が破壊されることなく、蓄電池に充電できる蓄電充電装置を提供する。
【解決手段】系統側１から電池モジュール１４までの間に系統接続リレー４、ＡＣ／ＤＣインバータ６、バスライン９、およびＤＣ／ＤＣコンバータ１２がこの順序で接続された充電系統（本来の充電系統）を有し、バスライン電圧が系統電圧より低いときに電池モジュール１４を充電するときは、系統接続リレー４をＯＦＦにし、系統側１の充電電流を前記本来の充電系統とは別の充電系統５を介してＡＣ／ＤＣインバータ６からバスライン９に流し、バスライン電圧が系統電圧より高い所定電圧以上に高くなると、別の充電系統５をＯＦＦにし、系統接続リレー４をＯＮにして、電池モジュール１４への充電系統を本来の充電系統に切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、系統側の電圧を双方向等のＡＣ／ＤＣインバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータを介して電池モジュール等の蓄電池に充電する蓄電充電装置に関する。

従来の蓄電充電装置には、ＡＣ／ＤＣインバータのＡＣ側に系統側を接続し、このＡＣ／ＤＣインバータのＤＣ側をバスラインに接続すると共に、このバスラインに双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側を接続し、この双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの二次側に電池モジュールを接続し、バスラインにはコンデンサを接続して構成したものがある。

そして、系統側の電圧（系統電圧：例えば２００Ｖ）を電池モジュールに充電する際は、その系統電圧をＡＣ／ＤＣインバータによりＡＣ／ＤＣ変換したうえで、バスラインのコンデンサを充電し、このバスラインの電圧が系統電圧より同等以上の電圧、例えば２４０Ｖになると、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを介して電池モジュールに充電するようになっている。

特開２０１２−０５６４６２号公報

このような蓄電充電装置において、系統電圧を電池モジュールに充電するときに、バスライン電圧が系統電圧より例えば極端に低いような場合には、系統側からＡＣ／ＤＣインバータには過大な電流が流れ込み、ＡＣ／ＤＣインバータ内部の回路素子が破壊されてしまう虞れが高い。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、系統電圧を電池モジュール等の蓄電池に充電するときに、バスライン電圧が系統電圧より低くても、ＡＣ／ＤＣインバータ内部の回路素子が破壊されることなく、電池モジュール等の蓄電池に充電できる蓄電充電装置を提供することを目的としている。

本発明は、系統側から蓄電池までの間に系統接続リレー、ＡＣ／ＤＣインバータ、バスライン、およびＤＣ／ＤＣコンバータがこの順序で接続された充電系統（本来の充電系統）を有した蓄電充電装置であって、前記バスラインの電圧（バスライン電圧）が前記系統側の電圧（系統電圧）より低いときに前記蓄電池を充電するときは、前記系統接続リレーをＯＦＦにし、前記系統側の充電電流を前記本来の充電系統とは別の充電系統を介して前記ＡＣ／ＤＣインバータから前記バスラインに流し、前記バスライン電圧が前記充電電流により前記系統電圧より高い所定電圧以上に高くなると、前記別の充電系統をＯＦＦにし、前記系統接続リレーをＯＮにして、前記蓄電池への充電系統を前記本来の充電系統に切り替えることを特徴とする。

好ましくは、前記本来の充電系統は、前記系統側と前記ＡＣ／ＤＣインバータとの間に系統接続リレーを含み、前記別の充電系統は、前記系統接続リレーに並列に接続されたバスラインプリチャージ回路を含み、前記バスラインプリチャージ回路は、電流制限抵抗と過大電流突入防止リレーとの直列回路を含むと共に、前記蓄電池に充電するときに前記バスライン電圧が前記系統電圧より低いときに、前記過大電流突入防止リレーをＯＮに制御する。

好ましくは、前記ＡＣ／ＤＣインバータは、双方向ＡＣ／ＤＣインバータである。

好ましくは、前記電流制限抵抗は、負温度係数のサーミスタである。

本発明によれば、系統電圧をＡＣ／ＤＣインバータ、バスライン、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して電池モジュール等の蓄電池に充電するために、前記ＡＣ／ＤＣインバータを起動するとき、系統側の電圧がバスライン電圧より低いときは、系統接続リレーをＯＦＦにし、かつ、前記系統接続リレーに並列のバスラインプリチャージ回路内のスイッチをＯＮにし、かつ、前記系統側側から前記ＡＣ／ＤＣインバータにはバスラインプリチャージ回路内の抵抗を介して突入電流が流れる。そのため、ＡＣ／ＤＣインバータの起動時には、前記抵抗により前記突入電流は減衰される。その結果、ＡＣ／ＤＣインバータ内の回路素子は、前記突入電流により破壊されることはなくなる。

なお、本発明において、前記抵抗を負温度係数のサーミスタで構成すると、突入電流が流れ続けることでサーミスタの抵抗値が減少し、これにより、通常の抵抗を接続した場合と比較して、電力損失が低減される。

図１は、本発明の実施形態に係る蓄電充電装置のブロック回路図である。 図２は、図１の蓄電充電装置の動作説明に供するタイミングチャートである。 図３は、図１の蓄電充電装置の動作説明に供するフローチャートである。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る蓄電充電装置を説明する。

図１を参照して、蓄電充電装置全体の構成を説明すると、１は系統側、２は家庭内負荷、３はＡＣブレーカ、４は系統接続リレー、５はバスラインプリチャージ回路、６は双方向のＡＣ／ＤＣインバータ、７は制御電源、８は制御部、９はバスライン、１０はコンデンサ、１１は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ用の電源、１２は双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ、１３は接続リレー、１４は蓄電池モジュールである。

バスラインプリチャージ回路５は、制御部８によりＯＮ／ＯＦＦ制御される過大電流突入防止リレー５ａと、過大電流の突入防止用抵抗として負温度係数を有するサーミスタ５ｂとから構成される。

ＡＣ／ＤＣインバータ６は、双方向にＡＣ／ＤＣ変換が可能なインバータ回路部６ａと、制御部８と通信してインバータ回路部６ａの動作を制御するインバータ制御部６ｂとを有する。インバータ回路部６ａは、例えば４つのＩＧＢＴがフルブリッジ接続され、各ＩＧＢＴに逆並列にダイオードが接続された構成を有する。

制御電源７は、系統側１の電圧を直流電圧に変換し、この変換した直流電圧を蓄電充電装置全体を制御する制御部８にその作動電源として供給するか、または、バスライン９の直流電圧を別の直流電圧に変換し、この変換した直流電圧を制御部８にその作動電源として供給する。

制御部８は、バスラインプリチャージ回路５、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ６のインバータ制御部６ｂ、および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１２と通信してそれらを制御する。

コンデンサ１０は、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ６と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２とで共用されるコンデンサである。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ用電源１１は、バスライン電圧を用いて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１２に電源を供給する。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、一次側がバスライン９に接続され、二次側が蓄電池モジュール４に接続され、制御部８の指令に応答してバスライン９の直流電圧をＤＣ／ＤＣ変換し、ＤＣ／ＤＣ変換した直流電圧を二次側から蓄電池モジュール４に出力し、また、制御部８の指令に応答して二次側に入力した蓄電池モジュール４の充電電圧をＤＣ／ＤＣ変換し、ＤＣ／ＤＣ変換した充電電圧を一次側からバスライン９に出力する。

蓄電池モジュール４は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の二次側から出力される直流電圧を充電し、また、その充電電圧を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の二次側に入力する。

以上の構成において、実施形態の蓄電充電装置は、系統側１から電池モジュール１４までの間に、ＡＣブレーカ３、系統接続リレー４、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ６、バスライン９、および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２がこの順序で接続された充電系統（以下、本来の充電系統）を有している。

実施形態の蓄電充電装置は、バスライン電圧が系統電圧より低いときに電池モジュール１４を充電するときは、系統接続リレー４をＯＦＦにする。そして、バスラインプリチャージ回路５の過大電流突入防止リレー５ａをＯＮにすることで、系統側１の充電電流を本来の充電系統とは別の充電系統であるバスラインプリチャージ回路５を介して、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ６からバスライン９に流す。これによりバスライン電圧は上昇してくる。

次いで、バスライン電圧が系統電圧より高い所定電圧以上に高くなると、バスラインプリチャージ回路５の過大電流突入防止リレー５ａをＯＦＦにし、また系統接続リレー４をＯＮにして、電池モジュール１４への充電系統を本来の充電系統に切り替えるようにしている。

以下、さらに、図２のタイミングチャート、および図３のフローチャートに従って、本実施形態の蓄電充電装置の動作を説明する。

ＡＣブレーカ３が図２（ａ）の時刻ｔ０でＯＮする（ステップｎ１）。

ＡＣブレーカ３がＯＮすると、制御電源７に系統電圧が印加され、制御電源７から制御部８と双方向ＡＣ／ＤＣインバータ６のインバータ制御部６ｂに電源が供給される。これにより、インバータ制御部６ｂが図２（ｂ）の時刻ｔ１で起動する（ステップｎ２）。

インバータ制御部６ｂは、バスライン９の電圧をモニタしており、このモニタした電圧の情報を制御部８に通信する。

制御部８は、モニタしたバスライン８の電圧の情報に基づいて、バスライン８の電圧（バスライン電圧）が２４０Ｖ以上か否かを判定する（ステップｎ３）。

この場合、系統側１の電圧は２００Ｖである。

制御部８は、バスライン８の電圧が２４０Ｖ以下であると判定すると、図２（ｃ）の時刻ｔ２でバスラインプリチャージ回路５の過大電流突入防止リレー５ａをＯＮにする（ステップｎ４）。

なお、この状態で系統接続リレー４はＯＦＦしている。

バスラインプリチャージ回路５の過大電流突入防止リレー５ａがＯＮすると、系統電圧がＡＣブレーカ３、バスラインプリチャージ回路５、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ６を介して、バスライン９のコンデンサ１０が充電され、バスライン電圧が上昇する。

この場合、バスラインプリチャージ回路５には、サーミスタ５ｂが電流制限抵抗として設けられているので、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ６に、過大電流は流れない。

その結果、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ６内の回路素子は、過大電流が突入されることによる破壊から防止される。サーミスタ５ｂは、温度が低いときの抵抗値は高いので、系統側１からの電流が双方向ＡＣ／ＤＣインバータ６に流れ込むことを制限する一方、電流が流れると温度が上昇し、抵抗値が減少する。その結果、系統側１からの電流の制限量が減少し、電力損失が低減する。

こうして系統側１からの電流が、バスラインプリチャージ回路５、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ６を介してバスライン９に流れる。その結果、バスライン電圧が上昇する。バスライン電圧が上昇すると、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ用電源１１から電源が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１２に供給され、図２（ｄ）の時刻ｔ３で双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ装置１２が起動される（ステップｎ５）。

バスライン９のコンデンサ１０が充電されると、図２（ｃ）の時刻ｔ４でバスラインプリチャージ回路５の過大電流突入防止リレー５ａがＯＦＦする（ステップｎ６）。

そして、時刻ｔ５で双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２がバスライン９に放電を開始し、バスライン電圧が３６０Ｖ以上に維持される（ステップｎ７）。

インバータ制御部６ｂは、バスライン電圧が３６０Ｖ以上に維持され、図示略のリモコンからの運転開始のための手動運転信号を時刻ｔ６で受信すると（ステップｎ８）、図２（ｅ）の時刻ｔ６で系統接続リレー４をＯＮにさせる（ステップｎ９）。

こうして系統接続リレー４をＯＮにすると、本来の充電系統に切り替わり、系統側１の電圧を系統接続リレー４、双方向ＡＣ／ＤＣインバータ６、バスライン９、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、接続リレー１３を介して、電池モジュール１４に充電させることができる。

１ 系統側
２ 家庭内負荷
３ ＡＣブレーカ
４ 系統接続リレー
５ バスラインプリチャージ回路
５ａ 過大電流突入防止リレー
５ｂ サーミスタ
６ 双方向ＡＣ／ＤＣインバータ
７ 制御電源
８ 制御部
９ バスライン
１０ コンデンサ
１１ 電源
１２ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３ 接続リレー
１４ 電池モジュール

Claims (4)

1. 系統側から蓄電池までの間に系統接続リレー、ＡＣ／ＤＣインバータ、バスライン、およびＤＣ／ＤＣコンバータがこの順序で接続された充電系統（本来の充電系統）を有した蓄電充電装置であって、
   前記バスラインの電圧（バスライン電圧）が前記系統側の電圧（系統電圧）より低いときに前記蓄電池を充電するときは、前記系統接続リレーをＯＦＦにし、前記系統側の充電電流を前記本来の充電系統とは別の充電系統を介して前記ＡＣ／ＤＣインバータから前記バスラインに流し、前記バスライン電圧が前記充電電流により前記系統電圧より高い所定電圧以上に高くなると、前記別の充電系統をＯＦＦにし、前記系統接続リレーをＯＮにして、前記蓄電池への充電系統を前記本来の充電系統に切り替えることを特徴とする、蓄電充電装置。
2. 前記別の充電系統は、前記系統接続リレーに並列に接続されたバスラインプリチャージ回路を含み、前記バスラインプリチャージ回路は、電流制限抵抗と過大電流突入防止リレーとの直列回路を含むと共に、前記バスライン電圧が前記系統電圧より低いときに前記蓄電池に充電するときは、前記過大電流突入防止リレーをＯＮに制御する請求項１に記載の蓄電充電装置。
3. 前記ＡＣ／ＤＣインバータは、双方向ＡＣ／ＤＣインバータである請求項１または２に記載の蓄電充電装置。
4. 前記電流制限抵抗は、負温度係数のサーミスタである請求項１ないし３のいずれかに記載の蓄電充電装置。

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