JP2015042067A - Device for charge/discharge control of electrical storage battery having bidirectional isolated dc-dc converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電池への充放電を適切に遂行し得る双方向絶縁型DC−DCコンバータを備える蓄電用バッテリーの充放電制御装置及びそれを備える無線システムに関する。 The present invention relates to a storage battery charge / discharge control device including a bidirectional insulated DC-DC converter that can appropriately perform charge / discharge of a storage battery, and a wireless system including the same.
直流電力の変換を行う電力変換装置は、通常はDC/DCコンバータと称され、非絶縁型のものと絶縁型のものが知られている。絶縁型のDC/DCコンバータは、例えば変圧器(以下、適宜トランスと称する)と、トランスの一次側に接続されて直流電力を交流電力に変換する第1変換器と、トランスの二次側に接続されて交流電力を直流電力に変換する第2変換器とを備える。 A power conversion device that converts DC power is generally called a DC / DC converter, and a non-insulated type and an insulated type are known. The insulated DC / DC converter includes, for example, a transformer (hereinafter referred to as a transformer as appropriate), a first converter connected to the primary side of the transformer and converting DC power into AC power, and a secondary side of the transformer. And a second converter connected to convert AC power into DC power.
また、トランスの一次側から二次側へ直流電力を伝送するとともに、トランスの二次側から一次側に直流電力を伝送することが可能な双方向絶縁型DC/DCコンバータが知られている。 In addition, there is known a bidirectional insulated DC / DC converter capable of transmitting DC power from the primary side to the secondary side of the transformer and transmitting DC power from the secondary side of the transformer to the primary side.
双方向絶縁型DC/DCコンバータは、トランスの一次側及び二次側の双方にスイッチング回路(ブリッジ回路)が設けられており、トランスの一次側に設けられたスイッチング回路を駆動するタイミングと、トランスの二次側に設けられたスイッチング回路を駆動するタイミングとを変えることで、一次側から二次側への直流電力の伝送、或いは、二次側から一次側への直流電力の伝送が可能である。 In the bidirectional insulated DC / DC converter, a switching circuit (bridge circuit) is provided on both the primary side and the secondary side of the transformer, the timing for driving the switching circuit provided on the primary side of the transformer, By changing the timing to drive the switching circuit provided on the secondary side, it is possible to transmit DC power from the primary side to the secondary side or DC power from the secondary side to the primary side. is there.
また、双方向絶縁型DC/DCコンバータを用いることで、例えば二次側に設けられたリチウムイオンバッテリ等の二次電池を必要に応じて充電するとともに、当該二次電池に充電されている直流電力を必要に応じて一次側に取り出すことが可能な充電装置を実現することができる。 Further, by using a bidirectional insulated DC / DC converter, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery provided on the secondary side is charged as necessary, and the secondary battery is charged with a direct current. A charging device that can extract electric power to the primary side as needed can be realized.
また、上述のように、直流電力の変換を行う電力変換装置及び当該装置を備える充電装置に関する発明であって、広い電圧範囲に亘って出力電圧が可変である電力変換装置、及び当該装置を備えることにより広い電圧範囲に亘って効率良く充電を行うことが可能な充電装置を提供することを目的とし、直流電力の入出力が行われる一次側入出力端(T11、T12)と二次側入出力端(T21、T22)との間に設けられた高周波トランス(22)と、前記一次側入出力端と前記高周波トランスとの間に設けられて直流電力と交流電力との変換を行う第1電力変換回路(21)と、前記二次側入出力端と前記高周波トランスとの間に設けられて直流電力と交流電力との変換を行う第2電力変換回路(23)とを備え、直流電力の変換を行う電力変換装置(13、50)において、前記一次側入出力端及び前記二次側入出力端に対する前記高周波トランスの一次側と二次側との配置を入れ替え可能な入替回路(25a、25b)を備える電力変換装置とする技術思想が、下記特許文献1に開示されている。
In addition, as described above, the invention relates to a power conversion device that converts DC power and a charging device including the device, and includes a power conversion device whose output voltage is variable over a wide voltage range, and the device. The primary side input / output terminals (T11, T12) and the secondary side input for DC power input / output are provided for the purpose of providing a charging device that can efficiently charge over a wide voltage range. A high-frequency transformer (22) provided between output terminals (T21, T22) and a first converter provided between the primary-side input / output terminal and the high-frequency transformer for converting DC power and AC power. A power conversion circuit (21) and a second power conversion circuit (23) provided between the secondary input / output terminal and the high-frequency transformer for converting DC power and AC power; To convert The conversion device (13, 50) includes a replacement circuit (25a, 25b) capable of switching the arrangement of the primary side and the secondary side of the high-frequency transformer with respect to the primary side input / output end and the secondary side input / output end. A technical idea of a power conversion device is disclosed in
また、このような構成に基づいて特許文献1には、電力変換装置の一次側入出力端及び二次側入出力端に対する高周波トランスの一次側と二次側との配置を入れ替え可能な入替回路を設けているため、広い電圧範囲に亘って出力電圧を可変にすることができるという効果がある。これにより、充電装置においては、広い電圧範囲に亘って効率良く充電を行うことが可能であるという効果があることが記載されている。
Further, based on such a configuration,
また、図9は、バックアップ蓄電池を備える従来の電源装置の構成を説明する図である。図9に示すように、従来、電源障害がない通常時に蓄電池に充電するための充電用電源ユニットと、電源障害発生時に蓄電池から放電させてバックアップするための放電用電源ユニットと、を別個独立にそれぞれ備えた構成が知られている。 Moreover, FIG. 9 is a figure explaining the structure of the conventional power supply device provided with a backup storage battery. As shown in FIG. 9, conventionally, a charging power supply unit for charging a storage battery in a normal state without a power failure and a discharging power supply unit for discharging and backing up from the storage battery when a power failure occurs are separately and independently provided. Each configuration is known.
従来公知の双方向絶縁型DC−DCコンバータを用いた蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、蓄電用バッテリーの放電開始時の電圧(以下、適宜満充電電圧と称する)と、放電に伴い低減された放電終止時の蓄電用バッテリーの電圧(以下、適宜放電終止電圧と称する)との電圧差に対応することができなかった。 A conventional storage battery charge / discharge control device using a bi-directional insulated DC-DC converter is known to reduce the voltage at the start of discharge of the storage battery (hereinafter referred to as full charge voltage as appropriate) and discharge. The voltage difference from the voltage of the storage battery at the end of the discharge (hereinafter referred to as the discharge end voltage as appropriate) could not be dealt with.
例えば、蓄電用バッテリーの放電時に放電終止電圧近傍の比較的低い蓄電用バッテリーの電圧値の場合でも、負荷に供給する所望の出力電圧を出力できるように双方向絶縁型DC−DCコンバータのトランス巻線比を設定すると、蓄電用バッテリーの充電時には当該比較的低い電圧値が蓄電用バッテリーに供給されることとなり、蓄電用バッテリーを満充電電圧にまでフル充電することが極めて困難となる。 For example, a transformer winding of a bidirectional insulated DC-DC converter can output a desired output voltage to be supplied to a load even when the voltage of the storage battery is relatively low near the discharge end voltage when the storage battery is discharged. When the line ratio is set, the relatively low voltage value is supplied to the storage battery when the storage battery is charged, and it is extremely difficult to fully charge the storage battery to the full charge voltage.
他方、蓄電用バッテリーの充電時に満充電電圧にまでフル充電が可能なように比較的高い電圧値が蓄電用バッテリーに供給されるように双方向絶縁型DC−DCコンバータのトランス巻線比を設定すると、蓄電用バッテリーの放電時に放電終止電圧近傍の比較的低い蓄電用バッテリーの電圧値となった場合に、電圧不足により負荷に供給する所望の出力電圧を出力することが極めて困難となる。 On the other hand, the transformer winding ratio of the bidirectional insulated DC-DC converter is set so that a relatively high voltage value is supplied to the storage battery so that it can be fully charged to the full charge voltage when the storage battery is charged. Then, when the voltage of the battery for storage is relatively low near the discharge end voltage when discharging the battery for storage, it becomes extremely difficult to output a desired output voltage to be supplied to the load due to insufficient voltage.
本発明は、上述した問題点に鑑み為された発明であって、放電に伴う蓄電用バッテリーの電圧低下があっても、充放電を適切に遂行し得る双方向絶縁型DC−DCコンバータを備える蓄電用バッテリーの充放電制御装置及び無線システムを実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and includes a bidirectional insulation type DC-DC converter that can appropriately perform charging and discharging even when there is a voltage drop in a storage battery accompanying discharge. It is an object of the present invention to realize a charge / discharge control device and a wireless system for a storage battery.
本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、蓄電用バッテリーへ充放電する双方向絶縁型DC−DCコンバータを備える蓄電用バッテリーの充放電制御装置であって、蓄電用バッテリーへの充電時に双方向絶縁型DC−DCコンバータからの充電電圧を嵩上げするように、双方向絶縁型DC−DCコンバータと入力側が並列に接続されて出力側が直列に接続されたステップダウンDC−DCコンバータを備えることを特徴とする。 The charge / discharge control device for a storage battery according to the present invention is a charge / discharge control device for a storage battery including a bidirectional insulation type DC-DC converter that charges and discharges the storage battery. A step-down DC-DC converter having a bidirectional insulation type DC-DC converter and an input side connected in parallel and an output side connected in series so as to increase the charging voltage from the direction insulation type DC-DC converter. Features.
放電に伴う蓄電用バッテリーの電圧低下があっても、充放電を適切に遂行し得る双方向絶縁型DC−DCコンバータを備える蓄電用バッテリーの充放電制御装置及び無線システムを実現できる。 Even if there is a voltage drop in the storage battery due to discharge, it is possible to realize a storage battery charge / discharge control device and a wireless system including a bidirectional insulation type DC-DC converter capable of appropriately performing charge / discharge.
本実施形態で例示する蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、放電時用コンバータと蓄電時用コンバータとを兼備えた双方向絶縁型DC−DCコンバータを備える。そして、放電時には、双方向絶縁型DC−DCコンバータの二次側のスイッチング素子を駆動して、当該二次側に接続されたリチウムイオン電池等の二次電池(蓄電用バッテリー)の電力を、絶縁型トランスで負荷に適切な電圧(例えば48V)に変換した後、負荷に供給する。 The charge / discharge control device for a storage battery exemplified in this embodiment includes a bidirectional insulated DC-DC converter having both a discharge converter and a storage converter. And at the time of discharge, the secondary side switching element of the bidirectional insulation type DC-DC converter is driven, and the power of the secondary battery (storage battery) such as a lithium ion battery connected to the secondary side, The voltage is converted to a voltage suitable for the load (for example, 48V) by an insulating transformer and then supplied to the load.
また、蓄電用バッテリーの電圧は、放電処理の進行に伴い次第に低下することが知られている。このため、蓄電用バッテリーの電圧が放電開始時の満充電電圧(例えば54V)の時のみならず、その後にある程度電圧低下して放電を取りやめる放電終止電圧(例えば38V)となるまでの間は放電処理が継続できるように、絶縁型トランスの一次側と二次側との巻線比(例えば48:38)が決められている。 In addition, it is known that the voltage of the storage battery gradually decreases as the discharge process proceeds. Therefore, not only when the voltage of the battery for storage is at the full charge voltage (for example, 54 V) at the start of discharge, but also until the discharge end voltage (for example, 38 V) at which the voltage drops to a certain extent and then stops discharge. The winding ratio (for example, 48:38) between the primary side and the secondary side of the insulated transformer is determined so that the processing can be continued.
一方、商用電源に何らの障害がなく(すなわち正常時)、商用電源から負荷へ電力が供給されるとともに当該商用電源から蓄電用バッテリーへの充電が遂行される充電時には、双方向絶縁型DC−DCコンバータの一次側のスイッチング素子を駆動して、充電電圧を生成する。 On the other hand, at the time of charging in which the commercial power supply has no trouble (that is, when it is normal) and power is supplied from the commercial power supply to the load and charging from the commercial power supply to the storage battery is performed, the bidirectional insulated DC− The switching element on the primary side of the DC converter is driven to generate a charging voltage.
ここで、双方向絶縁型DC−DCコンバータが備える絶縁型トランスの一次側と二次側との巻線比は、上述のように放電時に放電終止電圧を負荷供給電圧に昇圧可能なように設定されているため、その逆方向である充電時においては、負荷供給電圧(例えば48V)に接続された双方向絶縁型DC−DCコンバータが、放電終止電圧(例えば38V)に相当する充電電圧しか生成できない。 Here, the winding ratio between the primary side and the secondary side of the insulation transformer included in the bidirectional insulation type DC-DC converter is set so that the discharge end voltage can be boosted to the load supply voltage during discharge as described above. Therefore, at the time of charging in the opposite direction, the bidirectional insulated DC-DC converter connected to the load supply voltage (for example, 48V) generates only the charging voltage corresponding to the discharge end voltage (for example, 38V). Can not.
このため、本実施形態で例示する蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、蓄電用バッテリーを満充電電圧(例えば54V)にまで充電するためにさらに必要となる、嵩上げ電圧(54V−38V=16V)を生成するステップダウンDC−DCコンバータを備える。 For this reason, the charging / discharging control device for the storage battery exemplified in the present embodiment is further required to charge the storage battery to a full charge voltage (for example, 54V), and a raised voltage (54V−38V = 16V). A step-down DC-DC converter is generated.
ステップダウンDC−DCコンバータは、双方向絶縁型DC−DCコンバータと入力が並列に接続される一方、出力が直列に接続されることで双方の出力電圧が加算される配線構成とする。また、ステップダウンDC−DCコンバータは、双方向絶縁型DC−DCコンバータと同様に商用電源から負荷への電力供給ラインに接続されて、負荷供給電圧(例えば48V)に基づいて、嵩上げ電圧(例えば16V)を生成する。 The step-down DC-DC converter has a wiring configuration in which the bidirectional output type DC-DC converter and the input are connected in parallel while the outputs are connected in series so that both output voltages are added. Further, the step-down DC-DC converter is connected to the power supply line from the commercial power source to the load in the same manner as the bidirectional insulation type DC-DC converter, and is based on the load supply voltage (for example, 48V), and raises the voltage (for example, 16V).
これにより、放電時に蓄電用バッテリーの電圧低下が生じる場合においても、所定の放電終止電圧までの間は放電継続して長時間のバックアップ機能を発揮させるとともに、充電時には適切に満充電電圧にまで蓄電用バッテリーを充電させることが可能な蓄電用バッテリーの充放電制御装置を実現することができる。そこで、以下図面に基づいてさらに詳細に説明する。 As a result, even when the voltage of the storage battery drops during discharge, the battery continues to discharge until the specified discharge end voltage and exhibits a long-time backup function, and is charged to the full charge voltage appropriately during charging. It is possible to realize a charge / discharge control device for a storage battery capable of charging a storage battery. Therefore, further detailed description will be given below based on the drawings.
(第一の実施形態)
図1は、第一の実施形態の蓄電用バッテリーの充放電制御装置1500を備える無線システム1000の構成概要を説明する図である。図1においては、負荷の典型例として無線装置1300を例示して示しているが、負荷は任意であってよく無線装置1300に限定されるものではない。一方、無線装置1300は、商用電源1100に障害が発生するような不測の事態や自然災害発生時等においても、被災者等の連絡手段としてその運用・稼働が強く求められる重要なインフラの代表的な典型例である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration outline of a
図1から理解できるように、無線システム1000は、商用電源1100と商用電源1100からの電力を無線装置1300への入力に対応した適切な電力に変換する電源ユニット1200とを備える。電源ユニット1200は、例えばAC−DCコンバータ等で構成してもよい。
As can be understood from FIG. 1, the
また、電源ユニット1200から無線装置1300に電力を供給する配線には、電源ユニット1200から電力供給が途絶えた場合にこれに代わってバックアップ電力を供給できるように、蓄電用バッテリーの充放電制御装置1500が接続される。また、蓄電用バッテリーの充放電制御装置1500には、障害発生時のバックアップ電源となる蓄電用バッテリー1400が接続される。蓄電用バッテリー1400は、無線装置1300等の消費電力に対応した所望の電気的特性や容量となるように、リチウムイオン電池等の複数の二次電池が並列または/および直列に接続された構成としてもよい。
In addition, in the wiring for supplying power from the
また、蓄電用バッテリーの充放電制御装置1500は、障害発生時に、蓄電用バッテリー1400の電力を無線装置1300に適した電力へと変換してバックアップ電力として供給する双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510を備える。
In addition, the storage battery charge /
また、蓄電用バッテリーの充放電制御装置1500は、蓄電用バッテリー1400への充電時(通常時)に、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510で生成する充電電圧に追加して、蓄電用バッテリー1400の満充電電圧にまで嵩上げするための充電電圧を生成するステップダウンDC−DCコンバータ1520を備える。ステップダウンDC−DCコンバータ1520は非絶縁型とすることができる。また、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510は、その一次側と二次側とに各々ブリッジ回路(典型的にはフルブリッジ回路)が配された絶縁型トランス1511を備える。
In addition, the storage battery charge /
図2は、充電時における、図1に示す蓄電用バッテリーの充放電制御装置1500のさらに詳細な構成概念を説明する図である。図2においては、図1と同一の箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。また、図2においては説明の便宜上、蓄電用バッテリー1400も掲載している。
FIG. 2 is a diagram illustrating a more detailed configuration concept of charge /
図2に示すように、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510は、充電時に駆動される一次側の四つのスイッチング素子1512(1)、スイッチング素子1512(2)、スイッチング素子1512(3)、スイッチング素子1512(4)を備える。
As shown in FIG. 2, the bidirectional insulation type DC-
図2から理解できるように、四つのスイッチング素子1512(1)、スイッチング素子1512(2)、スイッチング素子1512(3)、スイッチング素子1512(4)はブリッジを構成し、対角の位置にあるスイッチング素子1512(1)、スイッチング素子1512(4)と、スイッチング素子1512(2)、スイッチング素子1512(3)と、が各々ペアとなって、同期してオンオフ駆動されて、無線装置1300への電源供給ラインの電圧から充電電圧を生成する。
As can be understood from FIG. 2, the four switching elements 1512 (1), 1512 (2), 1512 (3), and 1512 (4) form a bridge and are switched at diagonal positions. The element 1512 (1), the switching element 1512 (4), the switching element 1512 (2), and the switching element 1512 (3) are each paired and driven on and off synchronously to supply power to the
四つのスイッチング素子1512(1)、スイッチング素子1512(2)、スイッチング素子1512(3)、スイッチング素子1512(4)は、充電用ブリッジ制御回路2100により、図2に示すように、スイッチング素子1512(1)、スイッチング素子1512(4)を一組とし、スイッチング素子1512(2)、スイッチング素子1512(3)を他の一組として交互に排他的にオンオフ制御される。 The four switching elements 1512 (1), switching element 1512 (2), switching element 1512 (3), and switching element 1512 (4) are switched by the charging bridge control circuit 2100 as shown in FIG. 1) The switching element 1512 (4) is set as one set, and the switching element 1512 (2) and the switching element 1512 (3) are set as another set, and the on / off control is performed alternately.
また、図2において、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510は、四つのスイッチング素子1512(1)、スイッチング素子1512(2)、スイッチング素子1512(3)、スイッチング素子1512(4)の蓄電用バッテリー1400側に、絶縁型トランス1511を備える。絶縁型トランス1511を介して一次側(商用電源1100側)から二次側(蓄電用バッテリー1400側)に伝達される電圧は、絶縁型トランス1511の巻線比に依存し、通常は、蓄電用バッテリー1400の満充電電圧よりも低い電圧値である。
In FIG. 2, a bidirectional insulated DC-
また、蓄電用バッテリー1400の放電可能時間を比較的長時間としてバックアップ電源として機能可能な期間を比較的長く維持するために、蓄電用バッテリー1400の電圧が放電によりある程度低下しても、蓄電用バッテリー1400の電力が残存する間は利用可能とするように、絶縁型トランス1511の巻線比が決定される。
Further, in order to maintain the dischargeable time of the
すなわち、蓄電用バッテリー1400の電圧が満充電電圧(例えば54V)から放電を停止させる放電終止電圧(例えば36V)となるまでの間は、無線装置1300への電力供給(例えば48V)が可能なように、絶縁型トランス1511の巻線比は例えば48:36と設定される。
That is, it is possible to supply power (for example, 48 V) to the
このため、充電時に双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510の一次側に供給される例えば48Vの負荷供給電圧に基づいて、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510が二次側の蓄電用バッテリー1400に供給可能な電圧は、一般には36V(図2におけるV1)となる。一方、蓄電用バッテリー1400が万一に備え、バックアップ機能を不足なく十二分に発揮するように準備しておくためには、満充電電圧(例えば54V)まで充電されることが求められる。
For this reason, based on a load supply voltage of, for example, 48 V supplied to the primary side of the bidirectional insulated DC-
このため、蓄電用バッテリーの充放電制御装置1500は、例えば48Vの負荷供給電圧に基づいて、蓄電用バッテリー1400の満充電電圧(例えば54V)と双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510が二次側に供給可能な電圧(例えば36V)との差(例えば18Vであり、図2におけるV2)を補填して嵩上げするステップダウンDC−DCコンバータ1520を設ける構成とする。
For this reason, the charge /
ステップダウンDC−DCコンバータ1520が備えるスイッチング素子1521は、充電時に、充電用ブリッジ制御回路2100により、所望の嵩上げ電圧となるようにオンオフ制御される。また、例えば生成するべき嵩上げ電圧が比較的小さくてよい場合には、充電用ブリッジ制御回路2100は、スイッチング素子1521のオン期間を比較的短くしスイッチング素子1521のオフ期間を比較的長くしてもよい。
The
また、例えば生成するべき嵩上げ電圧が比較的大きい場合には、充電用ブリッジ制御回路2100は、スイッチング素子1521のオン期間を比較的長くしスイッチング素子1521のオフ期間を比較的短くしてもよい。
Further, for example, when the raised voltage to be generated is relatively large, the charging bridge control circuit 2100 may make the ON period of the
また、図2に示すように、ステップダウンDC−DCコンバータ1520の出力端に設けられたスイッチ素子2300は、充電時には、後述する放電用ブリッジ制御回路2200によりオフ(開放)とされる。これにより、ステップダウンDC−DCコンバータ1520の出力端が、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510の出力端に対して直列に接続されて、各々の生成電圧が加算されて、蓄電用バッテリー1400を満充電電圧にまで充電するために必要充分な電圧が供給される。
Further, as shown in FIG. 2, the
また、図3は、放電時における、図1に示す蓄電用バッテリーの充放電制御装置1500のさらに詳細な構成概念を説明する図である。図3においては、図1及び図2と同一の箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。また、図3においては説明の便宜上、蓄電用バッテリー1400も掲載している。
FIG. 3 is a diagram for explaining a more detailed configuration concept of the storage battery charge /
図3に示すように、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510は、放電時に駆動される二次側の四つのスイッチング素子1513(1)、スイッチング素子1513(2)、スイッチング素子1513(3)、スイッチング素子1513(4)を備える。
As shown in FIG. 3, the bidirectionally insulated DC-
図3から理解できるように、四つのスイッチング素子1513(1)、スイッチング素子1513(2)、スイッチング素子1513(3)、スイッチング素子1513(4)はブリッジを構成する。また、電源障害発生時には、対角の位置にあるスイッチング素子1513(1)、スイッチング素子1513(4)と、スイッチング素子1513(2)、スイッチング素子1513(3)と、が各々ペアとなって、同期してオンオフ駆動されて、蓄電用バッテリー1400の電圧(例えば54V乃至36V)から無線装置1300への供給電圧(例えば48V)を生成する。
As can be understood from FIG. 3, the four switching elements 1513 (1), the switching element 1513 (2), the switching element 1513 (3), and the switching element 1513 (4) form a bridge. When a power failure occurs, the switching element 1513 (1), the switching element 1513 (4), the switching element 1513 (2), and the switching element 1513 (3) at the diagonal positions are paired, The power is turned on and off in synchronization with each other, and a supply voltage (for example, 48 V) to the
四つのスイッチング素子1513(1)、スイッチング素子1513(2)、スイッチング素子1513(3)、スイッチング素子1513(4)は、放電用ブリッジ制御回路2200により、スイッチング素子1513(1)、スイッチング素子1513(4)を一組として図3の信号bにより駆動され、スイッチング素子1513(2)、スイッチング素子1513(3)を他の一組として図3の信号aにより駆動される。図3に示す信号aと信号bとは、交互に排他的に対応するスイッチング素子をオンオフ制御する。
The four switching elements 1513 (1), switching element 1513 (2), switching element 1513 (3), and switching element 1513 (4) are switched by the discharge
なお、蓄電用バッテリー1400の放電時には、四つのスイッチング素子1512(1)、スイッチング素子1512(2)、スイッチング素子1512(3)、スイッチング素子1512(4)及びスイッチング素子1521を駆動する必要がないので、充電用ブリッジ制御回路2100は停止またはスリープされてもよい。
Note that when the
また、例えば図3に示すように、放電用ブリッジ制御回路2200からの指示に基づいて充電用ブリッジ制御回路2100の駆動信号を放電時には遮断する遮断部2110を設けてもよい。遮断部2110を設けた場合には、充電用ブリッジ制御回路2100を停止またはスリープさせる必要はないが、省電力の観点からは充電用ブリッジ制御回路2100を放電時に停止またはスリープさせることが好ましい。バックアップ電源からの放電による電力供給が必要となる場面は、一般には電力資源が不足していると考えられることから、無駄な消費電力は極力抑制することが望ましいといえる。
For example, as shown in FIG. 3, a
また、図3において、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510は、四つのスイッチング素子1513(1)、スイッチング素子1513(2)、スイッチング素子1513(3)、スイッチング素子1513(4)の無線装置1300側に、絶縁型トランス1511を備える。絶縁型トランス1511を介して二次側(蓄電用バッテリー1400側)から一次側(無線装置1300側)に伝達される電圧は、絶縁型トランス1511の巻線比に依存し、通常は蓄電用バッテリー1400の放電終止電圧時においても無線装置1300の稼働に必要とされる電圧を伝達できるような巻線比(例えば48:36)に設定される。
In FIG. 3, the bidirectional insulated DC-
また、図3に示すように、放電用ブリッジ制御回路2200は、ステップダウンDC−DCコンバータ1520の出力端に設けられたスイッチ素子2300を、放電時にはオン(短絡)とする。これにより、ステップダウンDC−DCコンバータ1520の出力端が短絡接続されて、蓄電用バッテリー1400への放電用の還流電流経路が形成される。なお、図2及び図3に示すように、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510は、いわゆる回生コンバータであってもよい。
Also, as shown in FIG. 3, the discharge
図4は、蓄電用バッテリー1400への充電時と蓄電用バッテリー1400の放電時との蓄電用バッテリーの充放電制御装置1500の電気的特性を説明する図であり、(a)が充電時の電気的特性を示し、(b)が放電時の電気的特性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the electrical characteristics of the storage battery charge /
図4(a)に示すように、蓄電用バッテリー1400への充電時には、負荷供給電圧に基づいて双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510が生成した充電電圧(V1)と、負荷供給電圧に基づいてステップダウンDC−DCコンバータ1520が生成した充電電圧(V2)とが、加算された電圧((V1+V2)例えば54V)が、蓄電用バッテリー1400へ印加される。
As shown in FIG. 4A, when charging the
また、図4(b)に示すように、蓄電用バッテリー1400の放電時には、蓄電用バッテリー1400の電圧が満充電電圧から放電終止電圧(<満充電電圧)までの間において、放電によるバックアップが可能となる。また、蓄電用バッテリー1400の放電時には、蓄電用バッテリー1400の電圧が満充電電圧から放電終止電圧まで変化したとしても、当該変化した蓄電用バッテリー1400の電圧に基づいて、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510が、無線装置1300の稼働に必要な電圧(例えば48V)を供給可能である。
Further, as shown in FIG. 4B, when the
図5は、蓄電用バッテリーの充放電制御装置1500の作動状況の本発明に関連する部分について説明するフローチャートである。そこで、図5に示す各ステップに基づいて、蓄電用バッテリーの充放電制御装置1500の作動状況の本発明に関連する部分について以下に順次説明する。
FIG. 5 is a flowchart for explaining a portion related to the present invention of the operating state of the charge /
(ステップS510)
商用電源1100及び電源ユニット1200に異常がないか否か無線システム1000が判断する。このため、無線システム1000は、無線装置1300へ所望の電力が正常に供給されているか否かを判断する電力供給監視部を備えていてもよい。また、大規模自然災害等による電力供給障害の典型例は商用電源1100からの電力供給が途絶えるものであると思われるが、例えば落雷等により電源ユニット1200が障害を受けた場合にも無線装置1300が継続稼働できるようにバックアップ可能であることが好ましい。
(Step S510)
The
商用電源1100及び電源ユニット1200に異常がないと無線システム1000が判断した場合には、ステップS520へと進み、商用電源1100及び電源ユニット1200に異常がないと無線システム1000が判断した場合でなければ、ステップS550へと進む。
If the
(ステップS520)
充電用ブリッジ制御回路2100が、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510の一次側の四つのスイッチング素子1512(1)、スイッチング素子1512(2)、スイッチング素子1512(3)、スイッチング素子1512(4)を駆動して、蓄電用バッテリー1400の充電電圧(V1)を生成する。
(Step S520)
The charging bridge control circuit 2100 includes four switching elements 1512 (1), a switching element 1512 (2), a switching element 1512 (3), and a switching element 1512 (4) on the primary side of the bidirectional insulated DC-
(ステップS530)
充電用ブリッジ制御回路2100が、ステップダウンDC−DCコンバータ1520のスイッチング素子1521を駆動して、蓄電用バッテリー1400の充電電圧(V2)を生成する。ステップS520とステップS530とは、同時に進行されることができる。
(Step S530)
The charging bridge control circuit 2100 drives the
(ステップS540)
ステップダウンDC−DCコンバータ1520の出力端に設けられたスイッチ素子2300が、放電用ブリッジ制御回路2200によりオフ(開放)とされて、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510が生成した充電電圧(V1)と、ステップダウンDC−DCコンバータ1520が生成した充電電圧(V2)と、が加算されて蓄電用バッテリー1400へ印加される。
(Step S540)
The
これにより、蓄電用バッテリー1400は、満充電電圧にまで必要充分に充電されるものとなる。なお、蓄電用バッテリー1400の定格充電量等がある場合には必ずしも満充電である必要はなく、バックアップ準備として適切な蓄電用バッテリー1400の電気的特性となる充電状態や充電電圧にまで充電するものとできる。
As a result, the
(ステップS550)
放電用ブリッジ制御回路2200が、双方向絶縁型DC−DCコンバータ1510の二次側の四つのスイッチング素子1513(1)、スイッチング素子1513(2)、スイッチング素子1513(3)、スイッチング素子1513(4)を駆動して、蓄電用バッテリー1400の電圧から無線装置1300への供給電圧を生成する。
(Step S550)
The discharge
(ステップS560)
放電用ブリッジ制御回路2200が、ステップダウンDC−DCコンバータ1520の出力端に設けられたスイッチ素子2300をオン(短絡)とし、蓄電用バッテリー1400に環流する電流経路を形成する。ステップS550とステップS560とは、同時に進行されることができる。
(Step S560)
The discharge
(ステップS570)
無線システム1000は、蓄電用バッテリー1400の電圧が放電を取り止めるべき所定の放電終止電圧以下となっているか否かを判断する。このため、無線システム1000は、蓄電用バッテリー1400の出力電圧監視部を備えていてもよい。
(Step S570)
無線システム1000が、蓄電用バッテリー1400の電圧が放電を取り止めるべき所定の放電終止電圧以下となっていると判断した場合には、ステップS580へと進む。また、無線システム1000が、蓄電用バッテリー1400の電圧が放電を取り止めるべき所定の放電終止電圧以下となっていると判断した場合でなければ、ステップS570で待機して放電によるバックアップを継続する。
When
なお、この待機の間等に、商用電源1100等の復旧が為されて通常の電力供給が再開された場合については図5に示していないが、この場合には図5に示すフローチャートのステップ位置に拘わらず、速やかに蓄電用バッテリー1400からのバックアップ供給を停止することができる。
Note that the case where the
(ステップS580)
蓄電用バッテリー1400の電圧が放電を取り止めるべき所定の放電終止電圧以下となれば、蓄電用バッテリー1400によるバックアップ放電を終了する。なお、この場合には、第二の蓄電用バッテリーの充放電制御装置または/および第二の蓄電用バッテリーへと切り替えて引き続き電源バックアップを継続して遂行可能なように構成してもよい。また、第三の蓄電用バッテリー、第四の蓄電用バッテリー・・と複数の蓄電用バッテリーを備える構成とし、バックアップ継続時間をさらに長時間としてもよい。
(Step S580)
When the voltage of
図6は、蓄電用バッテリーの充放電制御装置1500の充電時における構成概念をさらに理解容易となるように説明する図である。図6から理解できるように、ステップダウンDC−DCコンバータ1520を図6においては、直感的に理解できるようにチョッパ回路として説明している。図6の詳細な説明については、図2に関する上述の説明と重複するので、ここでは省略する。
FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration concept during charging of the storage battery charge /
(第二の実施形態)
図7は、第二の実施形態の蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500を備える正電圧給電方式の無線システム7000の構成概要を説明する図である。図7においては、負荷の典型例として無線装置7300を例示して示しているが、負荷は任意であってよく無線装置7300に限定されるものではない。一方、無線装置7300は、商用電源7100に障害が発生するような不測の事態や自然災害発生時等においても、被災者等の連絡手段としてその運用・稼働が強く求められる重要なインフラの代表的な典型例である。
(Second embodiment)
FIG. 7 is a diagram for explaining an outline of the configuration of a positive voltage power supply
図7から理解できるように、無線システム7000は、商用電源7100と商用電源7100からの電力を無線装置7300への入力に対応した適切な電力に変換する電源ユニット7200とを備える。電源ユニット7200は、例えばAC−DCコンバータ等で構成してもよい。
As can be understood from FIG. 7, the
また、電源ユニット7200から無線装置7300に電力を供給する配線には、電源ユニット7200から電力供給が途絶えた場合にこれに代わってバックアップ電力を供給できるように、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(1)が接続される。
In addition, in the wiring for supplying power from the
また、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(1)には、障害発生時のバックアップ電源となる蓄電用バッテリー7400が接続される。蓄電用バッテリー7400は、無線装置7300等の消費電力に対応した所望の電気的特性や容量となるように、リチウムイオン電池等の複数の二次電池が並列または/および直列に接続された構成としてもよい。
The storage battery charge / discharge control device 7500 (1) is connected to a
また、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(1)は、障害発生時に、蓄電用バッテリー7400の電力を無線装置7300に適した電力へと変換してバックアップ電力として供給する双方向絶縁型DC−DCコンバータ7510を備える。
In addition, the storage battery charge / discharge control device 7500 (1) converts the power of the
また、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(1)は、蓄電用バッテリー7400への充電時(通常時)に、双方向絶縁型DC−DCコンバータ7510で生成する充電電圧に追加して、蓄電用バッテリー7400の満充電電圧にまで嵩上げするための充電電圧を生成するステップダウンDC−DCコンバータ7520を備える。ステップダウンDC−DCコンバータ7520は非絶縁型とすることができる。また、双方向絶縁型DC−DCコンバータ7510は、その一次側と二次側とに各々ブリッジ回路が配された絶縁型トランス7511を備える。
In addition, the storage battery charge / discharge control device 7500 (1) adds the charge voltage generated by the bidirectional insulated DC-
また、図7から理解できるように、無線システム7000は、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(1)と並列接続とされた蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(2)を備える。図7において、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(2)は、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(1)とともに、蓄電用バッテリー7400の電力を放電させることができる。なお、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(2)の詳細な構成内容は、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(1)の構成内容と同じであってもよいので、ここでは説明を省略する。
As can be understood from FIG. 7, the
このため、無線システム7000は、より短時間で効率的に蓄電用バッテリー7400を放電させることが可能となり、より大きな消費電力の無線装置7300に対しても必要充分な電力を供給できるものとなる。
For this reason, the
但し、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(1)と蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(2)との二経路で、蓄電用バッテリー7400を放電させることにより、蓄電用バッテリー7400の放電は比較的急速に遂行されるのでバックアップ可能時間は比較的短いものとなる。
However, by discharging the
図7においては、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(1)と蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(2)との二つを例示して示したが、三つ以上の蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500を備えた無線システムとして構成してもよい。
In FIG. 7, two examples of the storage battery charge / discharge control device 7500 (1) and the storage battery charge / discharge control device 7500 (2) are shown as examples. You may comprise as a wireless system provided with the charging / discharging
また、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(1)と蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(2)とは、各々蓄電用バッテリー7400等を備えていてもよい。すなわち、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(1)と蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(2)とは、出力側(無線装置7300側)が互いに並列に接続されて、入力側(蓄電用バッテリー側)がそれぞれ対応する個別の蓄電用バッテリーに接続される構成としてもよい。
Further, the storage battery charge / discharge control device 7500 (1) and the storage battery charge / discharge control device 7500 (2) may each include a
このように、蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(1)と蓄電用バッテリーの充放電制御装置7500(2)とが、各々対応する個別の蓄電用バッテリーに接続される場合には、第一の実施形態に対して放電期間の低減を招来することなく、放電電力を増大させることが可能となる。 In this way, when the storage battery charge / discharge control device 7500 (1) and the storage battery charge / discharge control device 7500 (2) are connected to the corresponding individual storage batteries, the first The discharge power can be increased without incurring a reduction in the discharge period with respect to the embodiment.
(第三の実施形態)
図8は、第三の実施形態の蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500を備える負電圧給電方式の無線システム8000の構成概要を説明する図である。図8においては、負荷の典型例として無線装置8300を例示して示しているが、負荷は任意であってよく無線装置8300に限定されるものではない。一方、無線装置8300は、商用電源8100に障害が発生するような不測の事態や自然災害発生時等においても、被災者等の連絡手段としてその運用・稼働が強く求められる重要なインフラの代表的な典型例である。負電圧給電方式は、固定電話等への給電方式として広く用いられている。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration outline of a negative voltage power feeding type wireless system 8000 including the charge /
図8から理解できるように、無線システム8000は、商用電源8100と商用電源8100からの電力を無線装置8300への入力に対応した適切な電力に変換する電源ユニット8200とを備える。電源ユニット8200は、例えばAC−DCコンバータ等で構成してもよく、負電圧を供給する。
As can be understood from FIG. 8, the wireless system 8000 includes a
また、電源ユニット8200から無線装置8300に電力を供給する配線には、電源ユニット8200から電力供給が途絶えた場合にこれに代わってバックアップ電力を供給できるように、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(1)が接続される。
In addition, in the wiring for supplying power from the
また、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(1)には、障害発生時のバックアップ電源となる蓄電用バッテリー8400が接続される。蓄電用バッテリー8400は、無線装置8300等の消費電力に対応した所望の電気的特性や容量となるように、リチウムイオン電池等の複数の二次電池が並列または/および直列に接続された構成としてもよい。
The storage battery charge / discharge control device 8500 (1) is connected to a
また、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(1)は、障害発生時に、蓄電用バッテリー8400の電力を無線装置8300に適した電力へと変換してバックアップ電力として負電圧で供給する双方向絶縁型DC−DCコンバータ8510を備える。
In addition, the storage battery charge / discharge control device 8500 (1) converts the power of the
また、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(1)は、蓄電用バッテリー8400への充電時(通常時)に、双方向絶縁型DC−DCコンバータ8510で生成する充電電圧に追加して、蓄電用バッテリー8400の満充電電圧にまで嵩上げするための充電電圧を生成するステップダウンDC−DCコンバータ8520を備える。ステップダウンDC−DCコンバータ8520は非絶縁型とすることができる。また、双方向絶縁型DC−DCコンバータ8510は、その一次側と二次側とに各々ブリッジ回路が配された絶縁型トランス8511を備える。
In addition, the storage battery charge / discharge control device 8500 (1) adds the charging voltage generated by the bidirectional insulated DC-
また、図8から理解できるように、無線システム8000は、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(1)と並列接続とされた蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(2)を備える。図8において、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(2)は、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(1)とともに、蓄電用バッテリー8400の電力を放電させることができる。なお、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(2)の詳細な構成内容は、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(1)の構成内容と同じであってもよいので、ここでは説明を省略する。
As can be understood from FIG. 8, the wireless system 8000 includes a storage battery charge / discharge control device 8500 (2) connected in parallel to the storage battery charge / discharge control device 8500 (1). In FIG. 8, the storage battery charge / discharge control device 8500 (2) can discharge the power of the
このため、無線システム8000は、より短時間で効率的に蓄電用バッテリー8400を放電させることが可能となり、より大きな消費電力の無線装置8300に対しても必要充分な電力を供給できるものとなる。
Therefore, the wireless system 8000 can efficiently discharge the
但し、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(1)と蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(2)との二経路で、蓄電用バッテリー8400を放電させることにより、蓄電用バッテリー8400の放電は比較的急速に遂行されるのでバックアップ可能時間は比較的短いものとなる。
However, by discharging the
また、図8においては、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(1)と蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(2)との二つを例示して示したが、三つ以上の蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500を備えた無線システムとして構成してもよい。
FIG. 8 shows two examples of the storage battery charge / discharge control device 8500 (1) and the storage battery charge / discharge control device 8500 (2). You may comprise as a wireless system provided with the charging / discharging
また、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(1)と蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(2)とは、各々蓄電用バッテリー8400等を備えていてもよい。すなわち、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(1)と蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(2)とは、出力側(無線装置8300側)が互いに並列に接続されて、入力側(蓄電用バッテリー側)がそれぞれ個別の蓄電用バッテリーに接続される構成としてもよい。
The storage battery charge / discharge control device 8500 (1) and the storage battery charge / discharge control device 8500 (2) may each include a
このように、蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(1)と蓄電用バッテリーの充放電制御装置8500(2)とが、各々個別の蓄電用バッテリーに接続される場合には、第一の実施形態に対して放電期間の低減を招来することなく放電電力を増大させることが可能となる。 As described above, when the storage battery charge / discharge control device 8500 (1) and the storage battery charge / discharge control device 8500 (2) are respectively connected to individual storage batteries, the first implementation is performed. The discharge power can be increased without causing a reduction in the discharge period with respect to the form.
本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、蓄電用バッテリーへ充放電する双方向絶縁型DC−DCコンバータを備える蓄電用バッテリーの充放電制御装置において、蓄電用バッテリーへの充電時に双方向絶縁型DC−DCコンバータからの充電電圧を嵩上げするように、双方向絶縁型DC−DCコンバータと入力側が並列に接続されて出力側が直列に接続されたステップダウンDC−DCコンバータを備えることを特徴とする。 A charge / discharge control device for a storage battery according to the present invention is a charge / discharge control device for a storage battery comprising a bidirectional insulation type DC-DC converter for charging / discharging the storage battery. A step-down DC-DC converter having a bidirectional insulation type DC-DC converter and an input side connected in parallel and an output side connected in series so as to increase the charging voltage from the DC-DC converter To do.
これにより、双方向絶縁型DC−DCコンバータのトランスの巻線比が、蓄電用バッテリーの放電時に蓄電用バッテリーの電圧低下に対応して設定されている場合であっても、負荷に対する供給電圧に基づいて適切な蓄電用バッテリーの充電電圧を生成して充電動作を遂行することが可能となる。 As a result, even if the winding ratio of the transformer of the bidirectional insulated DC-DC converter is set corresponding to the voltage drop of the storage battery when the storage battery is discharged, the supply voltage to the load is reduced. Based on this, it is possible to perform a charging operation by generating an appropriate charging voltage for the storage battery.
例えば、放電時の蓄電用バッテリーの放電終止電圧が36Vである場合でも負荷への供給電圧が48Vとなるように、双方向絶縁型DC−DCコンバータのトランスの巻線比が4:3で設けられている場合には、充電時においても負荷への供給電圧が48Vに基づいて生成される双方向絶縁型DC−DCコンバータからの充電電圧は36Vとなる。 For example, the transformer turns ratio of the bidirectional insulated DC-DC converter is set to 4: 3 so that the supply voltage to the load is 48V even when the discharge end voltage of the storage battery during discharge is 36V. In this case, the charging voltage from the bidirectional insulated DC-DC converter, which is generated based on 48V as the supply voltage to the load even during charging, is 36V.
一方、蓄電用バッテリーの満充電電圧は例えば54Vであって、負荷への供給電圧が48Vに基づいて生成される双方向絶縁型DC−DCコンバータからの充電電圧36Vでは、蓄電用バッテリーを満充電電圧にまでフル充電することはできない。
On the other hand, the full charge voltage of the storage battery is 54 V, for example, and the storage battery is fully charged with the
本願発明においては、蓄電用バッテリーを満充電電圧にまでフル充電するために不足する少なくとも18V(=54V−36V)の電圧を、双方向絶縁型DC−DCコンバータと入力側が並列に接続されたステップダウンDC−DCコンバータが、負荷への供給電圧が48Vに基づいて生成する。 In the present invention, at least a voltage of at least 18V (= 54V-36V), which is insufficient to fully charge the storage battery to the full charge voltage, is connected in parallel between the bidirectional insulated DC-DC converter and the input side. The down DC-DC converter generates the supply voltage to the load based on 48V.
そして、ステップダウンDC−DCコンバータにより生成された電圧は、当該ステップダウンDC−DCコンバータと出力側が直列に接続された双方向絶縁型DC−DCコンバータの出力に加算された上で、充電電圧として蓄電用バッテリーに供給されるものとなる。 Then, the voltage generated by the step-down DC-DC converter is added to the output of the bidirectionally-insulated DC-DC converter in which the step-down DC-DC converter and the output side are connected in series, and then as a charging voltage. It will be supplied to the battery for power storage.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、好ましくは双方向絶縁型DC−DCコンバータが回生コンバータであることを特徴とする。これにより、余剰電力を適切に蓄電用バッテリーへと回生させて、電力ロスが低減された省電力な蓄電用バッテリーの充放電制御装置を実現することができる。 In the storage battery charge / discharge control device according to the present invention, the bidirectional insulation type DC-DC converter is preferably a regenerative converter. Thereby, surplus power can be appropriately regenerated to the storage battery, and a power-saving storage battery charge / discharge control device with reduced power loss can be realized.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくはステップダウンDC−DCコンバータの蓄電用バッテリー側の出力端子において、蓄電用バッテリーの放電時に短絡されて電流経路を形成するスイッチ素子を備えることを特徴とする。これにより、蓄電用バッテリーの放電時に電流経路が迅速に形成されて遅滞なく適切な放電処理が可能となる。 The charge / discharge control device for a storage battery according to the present invention is more preferably a switch element that is short-circuited at the output terminal on the storage battery side of the step-down DC-DC converter to form a current path when the storage battery is discharged. It is characterized by providing. As a result, a current path is quickly formed when the storage battery is discharged, and appropriate discharge processing can be performed without delay.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくはスイッチ素子が、蓄電用バッテリーの放電時には短絡され蓄電用バッテリーの充電時には開放されることを特徴とする。これにより、充電時の充電電圧の嵩上げ処理と、放電時の電流経路の形成とをスムースに切り替えることが可能となり、電源異常等が発生して負荷への電力供給が滞ることが懸念される場合でも、速やかに切り替えてバックアップ電源から電力供給することが可能となる。 In the storage battery charge / discharge control device according to the present invention, more preferably, the switch element is short-circuited when the storage battery is discharged and opened when the storage battery is charged. This makes it possible to smoothly switch between the charging voltage raising process during charging and the formation of a current path during discharging, and there is a concern that power supply abnormalities may occur and the supply of power to the load may be delayed. However, it is possible to quickly switch and supply power from the backup power source.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくは蓄電用バッテリーが、正常時に使用する商用電源から負荷への電力供給が滞った場合に、商用電源に替えて負荷に電力を供給するバックアップ電源であることを特徴とする。これにより、電源に障害が発生した場合でも負荷に電力を供給し続けることが可能となるので、例えば大規模な災害発生時等において特に必要とされる災害用インフラ等の稼働維持に好適な充放電制御装置を実現できる。 In the storage battery charge / discharge control device according to the present invention, more preferably, the storage battery supplies power to the load instead of the commercial power supply when the power supply from the commercial power supply used during normal operation is delayed. It is a backup power supply to supply. This makes it possible to continue supplying power to the load even when a power failure occurs. For example, it is suitable for maintaining operation of disaster infrastructure, which is particularly necessary when a large-scale disaster occurs. A discharge control device can be realized.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくは双方向絶縁型DC−DCコンバータが備える絶縁型トランスの巻線比が、蓄電用バッテリーの放電終止電圧においても蓄電用バッテリーから負荷に所望の電圧が供給可能な巻線比であることを特徴とする。これにより、蓄電用バッテリーの出力電圧が満充電電圧(例えば54V)から放電に伴い次第に低下した場合でも、所定の放電終止電圧(例えば36V)まではバックアップ電源として利用することが可能となる。このため、蓄電用バッテリーの蓄電電力をバックアップ電源として充分に余すことなく利用することが可能となり、バックアップ可能時間も蓄電用バッテリーの電気的性能に対応して最大限引き伸ばすことが可能となる。 Further, in the charge / discharge control device for a storage battery according to the present invention, more preferably, the winding ratio of the insulation transformer provided in the bidirectional insulation type DC-DC converter is different from the storage battery even at the discharge end voltage of the storage battery. The winding ratio is such that a desired voltage can be supplied to the load. As a result, even when the output voltage of the storage battery gradually decreases from the fully charged voltage (for example, 54V) with discharge, it can be used as a backup power source up to a predetermined discharge end voltage (for example, 36V). For this reason, it is possible to fully use the stored power of the storage battery as a backup power source, and the backup possible time can be extended to the maximum according to the electrical performance of the storage battery.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくは双方向絶縁型DC−DCコンバータが、充電時にオンオフ駆動される四つのスイッチング素子で構成されたブリッジ回路をトランスの商用電源側に備えることを特徴とする。また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくはトランスの商用電源側に備えられたブリッジ回路を構成する四つのスイッチング素子を駆動する充電用ブリッジ制御回路を備えることを特徴とする。 In the storage battery charge / discharge control device according to the present invention, more preferably, the bidirectionally insulated DC-DC converter has a bridge circuit composed of four switching elements that are turned on and off at the time of charging. It prepares for. Further, the charge / discharge control device for a storage battery according to the present invention is characterized by further comprising a charging bridge control circuit for driving four switching elements constituting a bridge circuit provided on the commercial power supply side of the transformer. To do.
これにより、蓄電用バッテリーの充電時に、ブリッジ回路が備える四つのスイッチング素子を適切に駆動させて、蓄電用バッテリーに対応する所望の充電特性において充電動作を遂行することが可能となる。また、充電に使用する電力は、負荷に供給されている電力供給ラインから並列分岐させて得ることができるので、負荷に供給される電圧(例えば48V)に基づいて充電に必要な電圧の全部または一部を、双方向絶縁型DC−DCコンバータが生成できるものとなる。 As a result, when the storage battery is charged, the four switching elements included in the bridge circuit are appropriately driven, and the charging operation can be performed with desired charging characteristics corresponding to the storage battery. In addition, since the electric power used for charging can be obtained by branching in parallel from the power supply line supplied to the load, all of the voltage required for charging based on the voltage (for example, 48V) supplied to the load or A part of the bidirectional insulation type DC-DC converter can be generated.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくは充電用ブリッジ制御回路が、蓄電用バッテリーへの充電時に、ステップダウンDC−DCコンバータのスイッチング素子を所望の嵩上げ電圧が生成されるようにオンオフ制御することを特徴とする。 Further, in the storage battery charge / discharge control device according to the present invention, more preferably, the charging bridge control circuit generates a desired raised voltage for the switching element of the step-down DC-DC converter when charging the storage battery. On / off control is performed as described above.
これにより、蓄電用バッテリーへの充電時に、ステップダウンDC−DCコンバータが嵩上げする電圧(例えば、54V−36V=18V)を生成することが可能となる。ステップダウンDC−DCコンバータは、双方向絶縁型DC−DCコンバータ生成分のみでは不足する蓄電用バッテリーへ満充電するための充電電圧を、負荷に供給される電圧(例えば48V)に基づいて、生成することができる。 As a result, it is possible to generate a voltage (for example, 54V-36V = 18V) that increases the step-down DC-DC converter when charging the storage battery. The step-down DC-DC converter generates a charging voltage for fully charging the storage battery, which is insufficient only by the bi-directional insulation type DC-DC converter generation, based on the voltage (for example, 48V) supplied to the load. can do.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくは所望の嵩上げ電圧は、蓄電用バッテリーの放電終止電圧と満充電電圧との差よりも大きいことを特徴とする。これにより、双方向絶縁型DC−DCコンバータ生成分の電圧にステップダウンDC−DCコンバータが生成分の電圧を加算して、蓄電用バッテリーへ満充電するための必要かつ充分な充電電圧とすることが可能となる。 Further, the charge / discharge control device for a storage battery according to the present invention is more preferably characterized in that a desired raised voltage is larger than a difference between a discharge end voltage and a full charge voltage of the storage battery. Thereby, the voltage generated by the step-down DC-DC converter is added to the voltage generated by the bidirectional insulation type DC-DC converter to obtain a necessary and sufficient charging voltage for fully charging the storage battery. Is possible.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくは充電用ブリッジ制御回路が、蓄電用バッテリーの放電時には停止されることを特徴とする。これにより、充電時と放電時との制御回路切り替えがスムースに遂行されて、かつ不要な制御回路が不要な電力を消費することを回避できるので、省電力かつ省エネルギーな制御を実現できる。 In the storage battery charge / discharge control device according to the present invention, more preferably, the charging bridge control circuit is stopped when the storage battery is discharged. Thus, control circuit switching between charging and discharging is smoothly performed, and unnecessary power consumption of unnecessary control circuits can be avoided, so that power-saving and energy-saving control can be realized.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくは双方向絶縁型DC−DCコンバータが、放電時にオンオフ駆動される四つのスイッチング素子で構成されたブリッジ回路をトランスの蓄電用バッテリー側に備えることを特徴とする。また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくはトランスの蓄電用バッテリー側に備えられたブリッジ回路を構成する四つのスイッチング素子を駆動する放電用ブリッジ制御回路を備えることを特徴とする。 In the storage battery charge / discharge control device according to the present invention, more preferably, the bidirectionally isolated DC-DC converter has a bridge circuit composed of four switching elements driven on and off at the time of discharge. It is provided on the side. The charge / discharge control apparatus for a storage battery according to the present invention further includes a discharge bridge control circuit for driving four switching elements constituting a bridge circuit provided on the storage battery side of the transformer. And
これにより、蓄電用バッテリーの放電時に、ブリッジ回路が備える四つのスイッチング素子を適切に駆動させて、負荷に対応する所望の電気特性に合致するように蓄電用バッテリーの放電動作を遂行することが可能となる。また、蓄電用バッテリーの電圧は、トランスの巻線比に対応するように昇圧されて出力されるので、蓄電用バッテリーの電圧が放電に伴い低下したとしても、放電終止電圧までは双方向絶縁型DC−DCコンバータが負荷に供給される電圧(例えば48V)を生成できるものとなる。 As a result, when the storage battery is discharged, the four switching elements included in the bridge circuit can be appropriately driven to perform the discharge operation of the storage battery so as to match the desired electrical characteristics corresponding to the load. It becomes. In addition, since the voltage of the battery for storage is boosted and output so as to correspond to the winding ratio of the transformer, even if the voltage of the battery for storage decreases as a result of discharge, the bidirectional insulation type is used until the discharge end voltage The DC-DC converter can generate a voltage (for example, 48V) supplied to the load.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくは放電用ブリッジ制御回路が、ステップダウンDC−DCコンバータの蓄電用バッテリー側の出力端子間に配置されたスイッチ素子を、蓄電用バッテリーからの放電時に短絡することを特徴とする。これにより、蓄電用バッテリーへ還流する電流経路が形成されるので、スムースな放電動作が可能となる。 Further, in the storage battery charge / discharge control device according to the present invention, more preferably, the discharge bridge control circuit includes a switch element disposed between the output terminals on the storage battery side of the step-down DC-DC converter. It is characterized by short-circuiting when discharging from the battery. As a result, a current path that circulates to the storage battery is formed, and a smooth discharge operation is possible.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくは放電用ブリッジ制御回路が、スイッチ素子を、蓄電用バッテリーの充電時に開放することを特徴とする。これにより、蓄電用バッテリーの充電時には、ステップダウンDC−DCコンバータの蓄電用バッテリー側の出力端子間が短絡されることなく、高圧側が双方向絶縁型DC−DCコンバータの低圧側に直列接続されるので、確実かつ安定した充電電圧の嵩上げ処理が遂行可能となる。 The storage battery charge / discharge control device according to the present invention is more preferably characterized in that the discharge bridge control circuit opens the switch element when the storage battery is charged. Thus, when charging the storage battery, the high voltage side is connected in series to the low voltage side of the bidirectional insulated DC-DC converter without short-circuiting the output terminals on the storage battery side of the step-down DC-DC converter. Therefore, a reliable and stable charge voltage raising process can be performed.
また、本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、さらに好ましくは蓄電用バッテリーが、無線装置に電力を供給するためのバックアップ電源であることを特徴とする。無線装置は代表的な災害時インフラの一つであり、電源障害が発生するような大規模な災害発生時には、特にその安定した稼働が強く求められる負荷の一つである。このため、バックアップ電源としての蓄電用バッテリーに対して、安定的かつ遅滞なく省資源で充電処理及び放電処理を遂行できる本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置にとりわけ好適である。 In the charge / discharge control device for a storage battery according to the present invention, more preferably, the storage battery is a backup power source for supplying power to the wireless device. A wireless device is one of the typical disaster infrastructures, and is one of the loads in which stable operation is strongly required particularly when a large-scale disaster occurs in which a power failure occurs. Therefore, the present invention is particularly suitable for the charge / discharge control device for a storage battery according to the present invention, which can perform a charging process and a discharging process stably and without resource delay on a storage battery as a backup power source.
上述の各実施形態で例示した無線システム1000,7000,8000等は、実施形態での説明に限定されるものではなく、実施形態で説明する技術思想の範囲内かつ自明な範囲内で、適宜その構成や動作及び動作方法等を変更することができる。また、説明の便宜上実施形態においては個別に説明した事項であっても、その構成を自明な範囲内で適宜組み合わせて適用し、またその動作も適宜組み合わせてアレンジしてもよい。
The
本発明の蓄電用バッテリーの充放電制御装置は、リチウムイオン電池などの各種二次電池に充放電を遂行する双方向絶縁型DC−DCコンバータを備える蓄電用バッテリーの充放電制御装置として幅広く適用できる。 The storage battery charge / discharge control device according to the present invention can be widely applied as a storage battery charge / discharge control device including a bidirectional insulation type DC-DC converter for charging / discharging various secondary batteries such as lithium ion batteries. .
1000・・無線システム、1100・・商用電源、1200・・電源ユニット、1300・・無線装置、1400・・蓄電用バッテリー、1500・・蓄電用バッテリーの充放電制御装置、1510・・双方向絶縁型DC−DCコンバータ、1511・・絶縁型トランス、1520・・ステップダウンDC−DCコンバータ。 1000 ... Wireless system, 1100 ... Commercial power supply, 1200 ... Power supply unit, 1300 ... Wireless device, 1400 ... Battery for storage, 1500 ... Charge / discharge control device for battery, 1510 ... Bidirectional insulation type DC-DC converter, 1511 .. Insulated transformer, 1520 .. Step-down DC-DC converter.
Claims (8)
前記蓄電用バッテリーへの充電時に前記双方向絶縁型DC−DCコンバータからの充電電圧を嵩上げするように、前記双方向絶縁型DC−DCコンバータと入力側が並列に接続されて出力側が直列に接続されたステップダウンDC−DCコンバータを備える
ことを特徴とする蓄電用バッテリーの充放電制御装置。 In a storage battery charge / discharge control device comprising a bidirectional insulated DC-DC converter that charges and discharges to and from a storage battery,
The bidirectional insulation type DC-DC converter and the input side are connected in parallel and the output side is connected in series so as to increase the charging voltage from the bidirectional insulation type DC-DC converter when charging the storage battery. A charge-discharge control device for a storage battery, comprising: a step-down DC-DC converter.
前記ステップダウンDC−DCコンバータの前記蓄電用バッテリー側の出力端子において、前記蓄電用バッテリーの放電時に短絡されて電流経路を形成するスイッチ素子を備え、
前記スイッチ素子は、前記蓄電用バッテリーの放電時には短絡され前記蓄電用バッテリーの充電時には開放される
ことを特徴とする蓄電用バッテリーの充放電制御装置。 The charge / discharge control device for a storage battery according to claim 1,
The output terminal on the power storage battery side of the step-down DC-DC converter includes a switch element that is short-circuited when the power storage battery is discharged to form a current path,
The charge / discharge control device for a storage battery, wherein the switch element is short-circuited when the storage battery is discharged and opened when the storage battery is charged.
前記双方向絶縁型DC−DCコンバータが備える絶縁型トランスの巻線比は、前記蓄電用バッテリーの放電終止電圧においても前記蓄電用バッテリーから負荷に所望の電圧が供給可能な巻線比である
ことを特徴とする蓄電用バッテリーの充放電制御装置。 In the charging / discharging control apparatus of the battery for electrical storage as described in any one of Claim 1 or Claim 2,
The winding ratio of the insulating transformer included in the bidirectional insulating DC-DC converter is a winding ratio that can supply a desired voltage from the storage battery to the load even at the final discharge voltage of the storage battery. A charge / discharge control device for a storage battery characterized by the above.
前記双方向絶縁型DC−DCコンバータは、トランスの商用電源側に配置され、充電時にオンオフ駆動される四つのスイッチング素子で構成されたブリッジ回路と、
前記トランスの商用電源側に備えられたブリッジ回路を構成する四つのスイッチング素子を駆動する充電用ブリッジ制御回路とを備え、
前記充電用ブリッジ制御回路は、前記蓄電用バッテリーへの充電時に、前記ステップダウンDC−DCコンバータのスイッチング素子を所望の嵩上げ電圧が生成されるようにオンオフ制御する
ことを特徴とする蓄電用バッテリーの充放電制御装置。 The charge / discharge control device for a storage battery according to any one of claims 1 to 3,
The bidirectional insulation type DC-DC converter is disposed on the commercial power supply side of the transformer, and includes a bridge circuit composed of four switching elements that are driven on and off during charging.
A charging bridge control circuit for driving four switching elements constituting a bridge circuit provided on the commercial power supply side of the transformer,
The charging bridge control circuit controls on / off of the switching element of the step-down DC-DC converter so that a desired raised voltage is generated when charging the storage battery. Charge / discharge control device.
前記所望の嵩上げ電圧は、前記蓄電用バッテリーの放電終止電圧と満充電電圧との差よりも大きく、
前記充電用ブリッジ制御回路は、前記蓄電用バッテリーの放電時には停止される
ことを特徴とする蓄電用バッテリーの充放電制御装置。 The charge / discharge control device for a storage battery according to claim 4,
The desired raised voltage is greater than a difference between a discharge end voltage and a full charge voltage of the battery for storage,
The charging bridge control circuit is stopped when the power storage battery is discharged.
前記双方向絶縁型DC−DCコンバータは、トランスの前記蓄電用バッテリー側に配され、放電時にオンオフ駆動される四つのスイッチング素子で構成されたブリッジ回路と、
前記トランスの蓄電用バッテリー側に備えられたブリッジ回路を構成する四つのスイッチング素子を駆動する放電用ブリッジ制御回路とを備える
ことを特徴とする蓄電用バッテリーの充放電制御装置。 The charge / discharge control device for a storage battery according to any one of claims 1 to 5,
The bi-directional insulation type DC-DC converter is disposed on the power storage battery side of a transformer, and includes a bridge circuit composed of four switching elements that are driven on and off during discharge.
A charge / discharge control device for a storage battery, comprising: a discharge bridge control circuit for driving four switching elements that constitute a bridge circuit provided on the storage battery side of the transformer.
前記放電用ブリッジ制御回路は、前記ステップダウンDC−DCコンバータの前記蓄電用バッテリー側の出力端子間に配置されたスイッチ素子を、前記蓄電用バッテリーからの放電時に短絡し、
前記放電用ブリッジ制御回路は、前記スイッチ素子を、前記蓄電用バッテリーの充電時に開放する
ことを特徴とする蓄電用バッテリーの充放電制御装置。 In the charging / discharging control apparatus of the battery for electrical storage according to claim 6,
The discharge bridge control circuit short-circuits a switch element disposed between output terminals on the power storage battery side of the step-down DC-DC converter when discharging from the power storage battery,
The discharge bridge control circuit opens the switch element when the storage battery is charged. A charge / discharge control device for a storage battery.
ことを特徴とする無線システム。
A power supply unit that generates a voltage to be supplied to a wireless device from a commercial power supply, and a charge / discharge control device for a storage battery according to claim 7, wherein a primary side is connected between the power supply unit and the wireless device, and the power storage And a storage battery connected to the secondary side of the battery charge / discharge control device.
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