JP2016032335A - バッテリ充電回路、電源装置、コージェネレーションシステムおよびバッテリ充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリに対する負担を軽減し、バッテリ充電の適正化を実現する。
【解決手段】 バッテリ（４）を充電するバッテリ充電回路（２）であって、バッテリ（４）の充電電圧を検出し（たとえば、電圧検出部１０−１）、該検出電圧によって前記バッテリへの印加電圧を制御する電圧制御部（たとえば、電圧制御回路１０、電圧制御部１０−２）と、前記バッテリの充電電流を検出し（たとえば、電流検出部１２−１）、該検出電流によって前記充電電流を制御する電流制御部（たとえば、電流制御回路１２、電流制御部１２−２）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明はたとえば、コージェネレーションシステムに搭載されるバッテリなどの充電技術に関する。

コージェネレーションシステムには、系統電源のブラックアウト（停電）時に発電に必要な電気を蓄えるバッテリが搭載されている。このバッテリは系統電源または発電機出力によって充電される。

このバッテリの充電に関し、バッテリに流れる充電電流に応じてバッテリに対する印加電圧を制御し、バッテリの端子間電圧を定電圧化することが知られている（たとえば、特許文献１）。安定化直流電源装置では、トランスにより降圧した交流電圧を整流して得られた直流電圧を基準値と比較し、その比較結果に応じてトランスのタップ切替えにより安定化直流出力を得ることが知られている（たとえば、特許文献２）。バッテリ充電回路に関し、発電機の出力交流電圧を整流して得られる電圧でバッテリを充電し、バッテリの充電電圧が所定電圧以上になった際にスイッチを切り替えて発電機を短絡させることが知られている（たとえば、特許文献３）。

特開平７−９５７３３号公報 特開平１１−１１００５４号公報 特開２００９−１８９１６０号公報

ところで、バッテリを充電するバッテリ充電回路には電圧制御方式が用いられる。この電圧制御方式では、充電電圧に応じてバッテリに流す充電電流を制御する。充電電圧が低い段階では充電に必要な大きな充電電流を供給すればよいが、バッテリの充電が進み、充電電圧が高くなれば、バッテリに流す充電電流を減少させればよい。しかし、充電電圧の検出に応じた充電電流の制御では、弱電流での充電が困難であり、バッテリ充電の安全性が低下するといった課題がある。しかも、バッテリや充電回路の耐久性を低下させ、充電回路の構成部品を小型化できないという課題もある。また、充電電圧が高くなった段階でバッテリに大電流を流すと、バッテリの負担が大きく、バッテリ寿命を低下させるという課題もある。

そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、バッテリに対する負担を軽減し、バッテリ充電の適正化を実現することにある。

上記目的を達成するため、本発明のバッテリ充電回路の一側面によれば、バッテリを充電するバッテリ充電回路であって、前記バッテリの充電電圧を検出し、該検出電圧によって前記バッテリへの印加電圧を制御する電圧制御部と、前記バッテリの充電電流を検出し、該検出電流によって前記充電電流を制御する電流制御部とを備える。

上記目的を達成するため、本発明のバッテリ充電回路の一側面によれば、バッテリを充電するバッテリ充電回路であって、前記バッテリの充電電圧に応じて前記バッテリに対する給電出力が制御されるスイッチング電源回路と、前記バッテリに流れる充電電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部の検出電流により前記スイッチング電源回路の前記給電出力を制御する電流制御部とを備えてもよい。

上記バッテリ充電回路において、前記バッテリの側路に制御電流素子を備え、前記バッテリの検出電圧に応じて前記制御電流素子を制御し、前記バッテリの充電電流の一部を前記側路に流すことにより、前記バッテリの充電電圧を制御してもよい。

上記バッテリ充電回路において、前記バッテリの側路に制御電流素子を備え、前記バッテリの充電電流に応じて前記制御電流素子を制御し、前記バッテリの充電電流の一部を前記側路に流すことにより、前記バッテリの充電電流を制御してもよい。

上記バッテリ充電回路において、前記電流制御部は、前記電流検出部の検出電流に応じて前記電圧検出部の前記検出電圧を調整し、前記電圧制御部を通して前記バッテリに付与される前記電流を制御してもよい。

上記バッテリ充電回路において、前記電流検出部は、電流検出抵抗を備え、前記バッテリに流れる電流を電圧に変換して検出してもよい。

上記バッテリ充電回路において、前記スイッチング電源は、前記電圧検出部または前記電流検出部のいずれか一方または双方の制御情報を受け、前記バッテリに付与される前記電圧および前記電流が前記制御情報によって制御される制御電源部を備えてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の電源装置の一側面によれば、バッテリを備えまたは前記バッテリに接続された電源装置であって、前記バッテリに充電電流を流し、前記バッテリを充電するバッテリ充電回路を備え、前記バッテリ充電回路が、前記バッテリの充電電圧を検出し、該検出電圧によって前記バッテリへの印加電圧を制御する電圧制御部と、前記バッテリの充電電流を検出し、該検出電流によって前記充電電流を制御する電流制御部とを備える。

上記目的を達成するため、本発明の電源装置の一側面によれば、バッテリを備えまたは前記バッテリに接続された電源装置であって、前記バッテリに充電電流を流し、前記バッテリを充電するバッテリ充電回路を備え、前記バッテリ充電回路が、前記バッテリの充電電圧に応じて前記バッテリに対する給電出力が制御されるスイッチング電源回路と、前記バッテリに流れる充電電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部の検出電流により前記スイッチング電源回路の前記給電出力を制御する電流制御部とを備えてもよい。

上記目的を達成するため、本発明のコージェネレーションシステムの一側面によれば、系統電源の停電時、負荷に給電するバッテリと、前記系統電源の正常時、バッテリに充電電流を流し、前記バッテリを充電するバッテリ充電回路とを備え、前記バッテリ充電回路が、前記バッテリの充電電圧を検出し、該検出電圧によって前記バッテリへの印加電圧を制御する電圧制御回路と、前記バッテリの充電電流を検出し、該検出電流によって前記充電電流を制御する電流制御回路とを備える。

上記目的を達成するため、本発明のコージェネレーションシステムの一側面によれば、系統電源の停電時、負荷に給電するバッテリと、前記系統電源の正常時、バッテリに充電電流を流し、前記バッテリを充電するバッテリ充電回路とを備え、前記バッテリ充電回路が、前記バッテリの充電電圧に応じて前記バッテリに対する給電出力が制御されるスイッチング電源回路と、前記バッテリに流れる充電電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部の検出電流により前記スイッチング電源回路の前記給電出力を制御する電流制御部とを備えてもよい。

上記目的を達成するため、本発明のバッテリ充電方法の一側面によれば、充電するバッテリに制御電流素子を備える側路を形成し、前記バッテリの充電電圧または充電電流の何れか一方または双方を検出し、前記充電電圧または前記充電電流の何れか一方または双方で前記制御電流素子により前記側路に流れる電流を制御し、前記バッテリの前記充電電圧または前記充電電流の一方または双方を制御する。

本発明によれば、次のいずれかの効果が得られる。

(1) バッテリの充電電圧が低ければ、電流制御により充電し、充電電圧が所定電圧に到達すれば、電圧制御により適正に充電することができる。

(2) 弱電流の回路での充電が可能となり、バッテリ充電の安全性を高めることができる。

(3) 充電回路の耐久性が高くなり、充電回路の構成部品を小型化できる。

(4) バッテリの負担を低減でき、バッテリの長時間に亘る使用が可能となる。

第１の実施の形態に係るバッテリ充電回路、またはバッテリの充電方法の一例を示す図である。 バッテリ充電回路の動作を示す図である。 第２の実施の形態に係る電源装置の一例を示す図である。 電源装置の一例を示す回路図である。 電源装置の動作を示す図である。 電圧制御および電流制御を説明するための図である。 第３の実施の形態に係るコージェネレーションシステムの一例を示す図である。 バッテリ充電回路を搭載した電源装置の実験結果を示す図である。

〔第１の実施の形態〕

図１は、第１の実施の形態に係るバッテリ充電回路、およびバッテリの充電方法を示している。図１に示す構成は一例であり、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。

このバッテリ充電回路２はバッテリ４を充電する。バッテリ４にはたとえば、小型制御弁式鉛蓄電池が用いられる。このバッテリ充電回路２の充電対象は、他の鉛蓄電池、リチウムイオン電池などの充放電が可能な二次電池であってもよい。

このバッテリ充電回路２には電圧制御機能を備えるスイッチング電源回路５が備えられ、このスイッチング電源回路５には制御電源部６が備えられる。このスイッチング電源回路５では制御電源部６からバッテリ４に対し、充電に必要な電圧Ｖｃおよび電流Ｉｃが付与される。制御電源部６はたとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータで構成すればよく、系統電源７からの給電を整流してバッテリ４の充電に供する直流出力を生成するとともに、制御情報８によって電圧Ｖｃまたは電流Ｉｃのいずれか一方、または双方が制御可能である。

このバッテリ充電回路２にはバッテリ４の充電を制御する電圧制御回路１０および電流制御回路１２が備えられる。バッテリ４には並列に電圧制御回路１０の電圧検出部１０−１が備えられ、この電圧検出部１０−１でバッテリ４の端子間電圧に現れる充電電圧が検出される。この電圧検出部１０−１は、バッテリ４の端子間電圧を分圧して検出してもよいし、非分圧で端子間電圧を検出してもよい。

この電圧検出部１０−１の検出電圧が電圧制御部１０−２に提供される。この電圧制御部１０−２は、該検出電圧に応じてバッテリ４の印加電圧である電圧Ｖｃを制御する。つまり、電圧制御部１０−２が該検出電圧に応じて電圧制御情報８−１を出力し、制御電源部６に提供する。これにより、バッテリ４の印加電圧である電圧Ｖｃが制御される。

バッテリ４にはその負極側に直列に電流検出部１２−１が接続され、この電流検出部１２−１でバッテリ４の充電電流を検出する。この電流検出部１２−１は、バッテリ４の負極側から流れる電流を直接検出してもよいし、カレントトランスなどで間接的に検出してもよい。

この電流検出部１２−１の検出電流が電流制御部１２−２に提供される。この電流制御部１２−２は、該検出電流に応じてバッテリ４の充電電流を制御する。つまり、電流制御部１２−２が該検出電流に応じて電流制御情報８−２を出力し、制御電源部６に提供する。これにより、バッテリ４の充電電流である電流Ｉｃが制御される。

図２は、バッテリ充電回路２の動作の一例を示している。図２において、Ａは充電電圧の推移、Ｂは充電電圧に対応した充電電流の推移を示している。

この動作例では、図示しない充電リレーを備えることにより、バッテリ４の充電の開始および終了が一定時間Ｔｍに規制されている。一定時間Ｔｍはバッテリ４の容量などを考慮したとえば、２４〔時間〕に設定される。

時点ｔ１で充電リレーを導通させ、バッテリ４の充電が開始される。この時点ｔ１では充電電圧はバッテリ４の最低電圧Ｖｍｉｎ〔Ｖ〕の状態であり、時点ｔ１の直前まで充電電流ＩｃはＩｃ＝０〔Ａ〕の状態である。この時点ｔ１から充電を開始、つまり、制御電源部６からバッテリ４に電圧Ｖｃおよび電流Ｉｃが付与される。これにより、充電が開始され、時点ｔ１から充電終了の時点ｔ２の間の時点ｔｎを境に、ｔ１ないしｔｎ：定電流制御期間Ｔ１、ｔｎないしｔ２：定電圧制御期間Ｔ２が設定される。

バッテリ４の端子間電圧は、時点ｔ１において、Ｖｍｉｎ〔Ｖ〕からＶｎ〔Ｖ〕に僅かに上昇し、このＶｎ〔Ｖ〕から定電流制御期間Ｔ１の定電流制御を経て時点ｔｎで最大電圧Ｖｍａｘ〔Ｖ〕に到達する。この最大電圧Ｖｍａｘ〔Ｖ〕は、時点ｔｎから時点ｔ２の間の定電圧制御期間Ｔ２で一定に維持される。

バッテリ４の充電電流Ｉｃは、時点ｔ１からＩｃ＝０〔Ａ〕から定電流Ｉｍａｘに立ち上がり、この定電流Ｉｍａｘが定電流制御により一定に維持され、定電流制御期間Ｔ１を経て時点ｔｎで徐々に下降し、時点ｔ２で最低電流Ｉｍｉｎ〔Ａ〕となる。

このようにバッテリ４は電圧制御回路１０による電圧制御と電流制御回路１２による電流制御により、所定の充電電圧に充電される。

＜第１の実施の形態の効果＞

以上説明したバッテリ充電回路２、バッテリ充電方法には次のような機能および効果が得られる。

(1) 制御電源部６にはたとえば、小型のスイッチング電源を使用すればよく、電圧制御回路１０の電圧制御機能および電流制御回路１２の電流制御機能の併用により、定電圧制御および定電流制御でバッテリ４を充電することができる。

(2) 充電電圧が低い場合には、電流制御によりバッテリ４を充電し、充電電圧が所定電圧に到達すれば、電圧制御によりバッテリ４を充電することができる。

(3) このようなバッテリ充電回路２によれば、弱電流の回路での充電が可能となり、バッテリ充電の安全性を高められる。

(4) バッテリ４やバッテリ充電回路２の耐久性を高めることができ、バッテリ充電回路２の構成部品の小型化が可能となる。

(5) バッテリ４の負担を低減でき、バッテリ４の長寿命化に資する。

〔第２の実施の形態〕

図３は、第２の実施の形態に係る電源装置２０を示している。この電源装置２０は、本発明の電源装置の一例であり、既述のバッテリ充電回路２を包含している。図３において、図１と同一部分には同一符号を付してある。

バッテリ４にはバッテリ充電回路２が接続され、このバッテリ充電回路２には充電リレー２１が含まれる。バッテリ４の充電時、充電リレー２１が導通し、バッテリ充電回路２の出力がバッテリ４に付与される。

バッテリ充電回路２には、直流をスイッチングによって交流に変換するスイッチング（ＳＷ）電源部２２が含まれる。このＳＷ電源部２２は制御電源部６の一例である。このＳＷ電源部２２の交流出力はトランス２４を介して整流部２６に加えられて整流される。この整流部２６の整流出力は平滑部２８により平滑され、電圧制御回路１０および電流制御回路１２に加えられる。整流部２６はたとえば、ダイオード整流回路を用いればよい。この場合、一例として電圧制御回路１０はバッテリ４に一定の充電電圧を印加する定電圧制御回路であり、同様に電流制御回路１２はバッテリ４に一定電流を流す定電流制御回路である。

これら電圧制御回路１０および電流制御回路１２で得られる制御情報８は、フォトカプラ３０を介してＳＷ電源部２２に加えられている。

ＳＷ電源部２２の入力側には系統電源７またはインバータ電源３４が備えられ、これらの整流出力のいずれかが加えられている。系統電源７はたとえば、商用交流電源ＡＣ１００〔Ｖ〕であればよい。インバータ電源３４はたとえば、系統電源７に代えて用いられるＡＣ１００〔Ｖ〕の電源であればよい。これら系統電源７またはインバータ電源３４は、切替手段の一例であるＡＣ切替リレー３６によって切り替えられる。ＡＣ切替リレー３６で選択された系統電源７またはインバータ電源３４は、整流部３８により整流された後、ＳＷ電源部２２に給電される。

図４は、この電源装置２０の回路構成例を示している。図４において、図１および図３と同一部分には同一符号を付してある。図４の電源回路２０では、既述の充電リレー２１およびＡＣ切替リレー３６が省略されて記載されている。

バッテリ４の充電電圧を検出する電圧検出部１０−１は抵抗４０、４２からなる直列抵抗回路で構成し、この直列抵抗回路をバッテリ４に並列に接続している。バッテリ４の充電電圧が抵抗４０、４２の抵抗比によって分圧されて検出される。この検出電圧は三端子レギュレータ４４の制御入力となっている。三端子レギュレータ４４は電圧制御部１０−２の一例である電圧制御素子を構成する。この三端子レギュレータ４４は、抵抗４６およびフォトカプラ３０のフォトダイオード３０−１と直列に接続され、これら直列回路がバッテリ４と並列に接続されている。このため、三端子レギュレータ４４を含む直列回路がバッテリ４に並列に接続されて充電電流を分流する側路を構成する。したがって、バッテリ４の検出電圧に応じた電流が三端子レギュレータ４４に流れ、この電流がフォトダイオード３０−１および抵抗４６に流れる。これにより、フォトダイオード３０−１は発光し、抵抗４６に電圧降下を生ずる。

バッテリ４の充電電流を検出する電流検出部１２−１には抵抗４８が用いられる。この抵抗４８はバッテリ４の負極側に直列に接続されている。抵抗４８には充電電流が流れ、電圧降下を生ずる。この電圧降下の値は抵抗４８の抵抗値と充電電流の積に比例する。したがって、抵抗値をたとえば、１〔Ω〕とすれば、その電圧降下の値が検出電流値となる。

この抵抗４８で検出された検出電流を表す電圧は、電流制御部１２−２に提供される。この電流制御部１２−２には、演算増幅器５０および三端子レギュレータ５２が備えられている。演算増幅器５０は電圧比較器の一例である。この演算増幅器５０の非反転入力端子（＋）には、抵抗４８のバッテリ負極側電圧が抵抗５４を介して入力されているとともに、基準電源５６の基準電圧Ｖｒｅｆが抵抗５８を介して入力されている。この演算増幅器５０の反転入力端子（−）には、抵抗４８のトランス側電圧が抵抗６０を介して入力されているとともに、出力が抵抗６２を介して帰還されている。したがって、演算増幅器５０の出力側には抵抗４８に生じる電圧の多寡に応じて出力電流が得られる。

演算増幅器５０の出力側には抵抗６４、６６の直列回路が接続されている。抵抗６４、６６の接続点には演算増幅器５０の出力電流に応じた出力電圧が得られる。この出力電圧が三端子レギュレータ５２の制御電圧となっている。この三端子レギュレータ５２はフォトダイオード３０−１と三端子レギュレータ４４の接続点と、基準電位点（接地）との間に接続され、この三端子レギュレータ５２には抵抗４８の検出電流に応じた電流がフォトダイオード３０−１から引き込まれる。これによってフォトダイオード３０−１の電流が制御される。

ＳＷ電源部２２にはスイッチング（ＳＷ）ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）６８およびスイッチング（ＳＷ）素子７０が含まれる。ＳＷＩＣ６８は、ＳＷ素子７０のスイッチングを制御する。ＳＷ素子７０にはたとえば、ＦＥＴ（Ｆield Effect Transister：電界効果トランジスタ）を用いればよい。ＳＷ素子７０はＳＷＩＣ６８のスイッチング出力によってスイッチングする。

ＳＷＩＣ６８にはフォトカプラ３０のフォトトランジスタ３０−２で検出された電流が制御情報８として加えられ、これにより、ＳＷＩＣ６８のスイッチングバルスのデューティが制御される。これにより、ＳＷ素子７０のスイッチングが制御される。

ＳＷＩＣ６８は、トランス２４の二次コイル２４−３の出力によりスイッチング動作を生じる。トランス２４の二次コイル２４−３の出力は抵抗７２を介してダイオード７４−１、７４−２によって整流され、ダイオード７４−１の整流出力はキャパシタ７６で平滑された後、ＳＷＩＣ６８に加えられている。また、ダイオード７４−２の出力は抵抗７８、８０で分圧された後、ＳＷＩＣ６８に加えられている。

この実施の形態では、系統電源７からの交流入力が整流部３８により全波整流され、キャパシタ８２により平滑されてトランス２４の一次コイル２４−１を介してＳＷ素子７０に加えられている。整流部３８にはたとえば、ダイオードブリッジ回路を用いればよい。

トランス２４の一次コイル２４−１には、ＳＷ素子７０および抵抗８４を介して整流部３８の出力が接続されている。ＳＷ素子７０のスイッチングにより、一次コイル２４−１には断続電流が流れる。したがって、二次コイル２４−２、２４−３には一次コイル２４−１との巻数比に応じた誘起電圧および誘起電流が流れる。二次コイル２４−２に発生した電圧および電流は、整流部２６のダイオード８６により整流され、平滑部２８のキャパシタ８８により平滑されてバッテリ４に供給される。

図５は、電源装置２０によるバッテリ４の充電動作を示している。

図５のＡは、バッテリ４の充電電圧の推移を示している。時点ｔ１で充電リレー２１が導通し、バッテリ４の充電が開始され、定電流制御期間Ｔ１に入る。時点ｔ１から定電流制御の開始により、図５のＢに示すように、一定の定電流Ｉｃｃが流れる。

充電が時点ｔｎで定電圧制御に移行すると、定電流Ｉｃｃは下降し、バッテリ４の充電電圧が所定の最大電圧Ｖｍａｘに到達した時点からＩｃｃ＝０〔Ａ〕になっている。

このように、定電流制御期間Ｔ１では定電流Ｉｃｃの一定電流で充電し、定電圧制御期間Ｔ２では充電電流を下降させ、所定の充電電圧Ｖｍａｘに到達した時点で充電電流が解除される。

これに対し、電流制御回路１２による定電流制御を行わない場合には、図５のＣに示すように、充電開始時点から大電流が流れる結果となり、バッテリ４に対する負担が大きくなる。このような充電形態を取れば、バッテリ４に悪影響を及ぼすばかりか、充電回路の安全性などに問題が生じることは既述の通りである。

＜第２の実施の形態の効果＞

以上説明したバッテリ充電方法およびバッテリ充電回路２を備える電源装置２０には次のような機能および効果が得られる。

(1) バッテリ４の充電を電圧制御回路１０による電圧制御と、電流制御回路１２による電流制御とを併用して行うことができる。

図６に示すように、バッテリ充電回路２および電源装置２０では、バッテリ４の側路に三端子レギュレータ４４、フォトカプラ３０のフォトダイオード３０−１および抵抗４６の直列回路が並列に接続され、この側路に電流制御素子である三端子レギュレータ４４が含まれている。バッテリ４の充電電圧が電圧検出部１０−１で検出され、この検出電圧で三端子レギュレータ４４に流れる電流が制御される。これにより、バッテリ４の充電電流の一部が側路に流れることにより、バッテリ４の充電電流が制御され、充電電圧が制御される。

バッテリ４の側路には三端子レギュレータ４４が接続され、側路を流れる電流Ｉｂは、三端子レギュレータ４４に流れる電流Ｉｂ１と、三端子レギュレータ５２に流れる電流Ｉｂ２に分流される。この場合、バッテリ４の充電電流Ｉｃが電流検出部１２−１で検出され、電流検出抵抗４８に発生した電圧が電圧変換部９０で変換され、その出力電圧が三端子レギュレータ５２の制御電圧となっている。したがって、バッテリ４の充電電流に応じて三端子レギュレータ５２に流れる電流Ｉｂ２が制御され、フォトダイオード３０−１に流れる電流Ｉｂの一部が三端子レギュレータ５２に引き込まれる。この結果、ＳＷ電源部２２からバッテリ４に付与される充電電流が制御される。上記実施の形態では、電圧変換部９０が演算増幅器５０を用いて構成したが、これは一例であって、電流検出用の抵抗４８で検出された電圧を三端子レギュレータ５２の制御電圧に変換する回路であればよい。

(2) 上記実施の形態では、バッテリ４の充電開始から所定時間を定電流制御期間Ｔ１によって定電流制御を行い、定電流制御期間Ｔ１の後、定電圧制御期間Ｔ２によって定電圧制御を行うことにより、バッテリ４の充電を所定の充電電圧に充電することができる。

(3) バッテリ４の充電電圧が定電流制御によって所定電圧に到達した後、定電圧制御によって弱電流により、バッテリ４の充電が行えるので、バッテリ４に対する充電の負担を軽減でき、バッテリ充電の安全性を高められる。

(4) バッテリ４やバッテリ充電回路２の耐久性を高めることができ、バッテリ充電回路２の構成部品の小型化が可能となる。

(5) バッテリ４の負担低減により、バッテリ４の耐久性が維持され、長寿命化に寄与する。

〔第３の実施の形態〕

図７は第３の実施の形態に係るコージェネレーションシステムを示している。このコージェネレーションシステム１００は、本発明のバッテリ充電回路、電源装置またはコージェネレーションシステムの一例であり、既述のバッテリ充電回路２を包含している。図７において、図３と同一部分には同一符号を付してある。

このコージェネレーションシステム（以下単に「システム」と称する）１００は既述の電源装置２０の一例である。

このシステム１００には、分電盤１０２、発電ユニット１０４、ブラックアウトユニット１０６および貯湯ユニット１０８が備えられる。分電盤１０２は、系統電源７を発電ユニット１０４などに分電し給電する。発電ユニット１０４は、系統電源７またはブラックアウトユニット１０６からの給電により発電する。ブラックアウトユニット１０６は系統電源７の停電時、非常用電源出力を生ずる。貯湯ユニット１０８は、発電ユニット１０４の排熱で加熱された湯を貯湯する。

分電盤１０２に接続された系統電源７にはたとえば、商用電源の単相３線式１００〔Ｖ〕または２００〔Ｖ〕などの交流を用いればよい。この分電盤１０２から一般負荷１１０に給電されるとともに、コージェネ専用ブレーカ１１２を介して発電ユニット１０４や、ブラックアウトユニット１０６に給電される。

発電ユニット１０４には電力制御部（Power Control Unit、以下「ＰＣＵ」と称する）１１４、発電制御部（Electricity generation Control Unit 、以下「ＥＣＵ」と称する）１１６−１、発電機１１８、余剰電力ヒータ１２０が備えられる。ＰＣＵ１１４は発電ユニット１０４の発電、系統電源７の停電時の給電切替え、系統電源７の停電時に備えるバッテリチェックなどを実行し、ＥＣＵ１１６−１がこれらの制御を実行する。

系統電源７の正常時、ＰＣＵ１１４には漏電リレー１２２およびフィルタ１２４を介して系統電源７が給電される。漏電リレー１２２は、系統電源７に接続された主幹回路の漏電を検知し、漏電時、系統電源７の給電を解除する。フィルタ１２４は交流入力に含まれるたとえば、高周波ノイズや歪波を除く。

ＰＣＵ１１４には、昇圧回路１２６、ブリッジ回路１２８、系統連系リレー１３０、電源リレー１３２、モータインバータ回路１３４、ヒータ制御回路１３６が含まれる。系統連系リレー１３０は、給電切替部の一例であり、系統電源７が正常時、主幹回路側にブリッジ回路１２８を接続する。系統電源７が停電時、ブリッジ回路１２８が主幹回路側から切り離される。ブリッジ回路１２８は交流を直流に変換する整流回路の一例であり、複数の整流素子をブリッジ接続して構成すればよい。このブリッジ回路１２８の整流出力は昇圧回路１２６で昇圧されてモータインバータ回路１３４およびヒータ制御回路１３６に加えられる。

電源リレー１３２は給電切替部の一例である。この電源リレー１３２では系統電源７の給電により出力を生じる。系統電源７の正常時、この電源リレー１３２がＯＮ状態となり、系統電源７からＰＣＵ１１４に給電され、ＰＣＵ１１４が動作状態となる。

モータインバータ回路１３４は、発電機１１８にインバータ出力を供給する。発電機１１８は、エンジン１３８の回転により駆動され、発電する。ヒータ制御回路１３６には余剰電力ヒータ１２０に余剰電力を供給する。バッテリチェック時、バッテリ４によりモータインバータ回路１３４を駆動し、このモータインバータ回路１３４の出力を発電機１１８に供給し、この発電機１１８をエンジン１３８のスターターとして使用する。つまり、エンジン１３８の起動後、発電機１１８が本来の機能である発電機として動作する。

ブラックアウトユニット１０６にはバッテリ４、既述のバッテリ充電回路２、連系リレー１４０、系統電圧検出部１４２、ブラックアウト制御部（Blackout Control Unit：以下「ＢＣＵ」と称する）１１６−２などの複数の機能部が含まれる。

バッテリ４は二次電池の一例である。バッテリ充電回路２は系統電源７の正常時、系統電源７の整流出力によりバッテリ４を充電する。連系リレー１４０は、系統側接点ａ、バッテリ側接点ｂおよび可動接点を備え、系統電源７の正常時、系統側接点ａを閉じ、系統電源７の停電時、バッテリ側接点ｂを閉じる。系統電圧検出部１４２は、系統電源７の監視手段の一例であり、系統電圧の電圧値を検出し、その検出出力がＢＣＵ１１６−２に取り込まれる。

ＢＣＵ１１６−２は制御部の一例であり、ブラックアウトユニット１０６の制御やシステム通信部１４４を通じて他のユニットとの連係動作を実行する。

このブラックアウトユニット１０６には次のような機能が含まれる。

ａ）系統電源７の正常時、バッテリ４が充電状態となる。

ｂ）系統電源７の停電時、バッテリ４の出力が発電ユニット１０４および貯湯ユニット１０８側に給電される。つまり、発電機１１８の発電出力が昇圧回路１２６、ブリッジ回路１２８および系統連系リレー１３０より出力される。

ｃ）バッテリチェックなどの基準時点からの一定時間Ｔの経過後、たとえば、３０日経過後、系統電源７が正常であって、発電機１１８の起動時、バッテリチェックのため、バッテリ４の出力が発電ユニット１０４に給電される。これにより、動作チェックが行われる。

系統電源７の正常時、バッテリ４には系統電源７の整流出力が加えられる。系統電源７の系統電圧は系統電圧検出部１４２によって検出される。この系統電圧は整流回路の一例であるダイオード１４６によって整流され、この整流出力が基板電源１４８およびバッテリ充電回路２に加えられる。バッテリ充電回路２の出力は既述の充電リレー２１を介してバッテリ４に供給される。充電リレー２１は充電時にＯＮ状態となる。

系統電源７の停電時、連系リレー１４０は系統側接点ａからバッテリ側接点ｂに切り替えられ、バッテリ４が放電状態となる。バッテリ４の出力はヒューズ１５０を介して昇圧回路１５２に加えられる。この昇圧回路１５２の出力はブリッジ回路１５４から連系リレー１４０のバッテリ側接点ｂ側より貯湯ユニット１０８に出力されるとともに、コンセントリレー１５６を介して非常用コンセント１５８に出力される。コンセントリレー１５６は、ブリッジ回路１５４の出力時、非常用コンセント１５８側に閉じられる。

＜第３の実施の形態の効果＞

以上説明したバッテリ充電回路２を含むシステム１００には次のような機能および効果が得られる。

(1) システム１００のバッテリ充電に既述のバッテリ充電回路２または電源装置２０を利用でき、バッテリ充電回路２または電源装置２０が有する既述の利点をシステム１００に活用することができる。

(2) バッテリ充電回路２または電源装置２０が小型化できるので、システム１００の装備の軽量化や小型化に寄与する。

(3) システム１００におけるバッテリ４の充電の負担を軽減でき、耐久性を高めることができるので、システム１００の信頼性が高められる。

＜試験結果＞

既述の電源装置２０におけるバッテリ充電回路２によるバッテリ４の充電試験の結果を図８に示す。

この充電試験では、充電リレー２１をＯＮして充電を開始し、充電開始直後の電圧および電流波形を観測した。電流の異常は観測されなかったので、図８のＡは、充電開始直後の電圧波形のみ示している。この電圧波形について、波形形態を観測するため、図８のＢは、時点ｔａ〜ｔｂ間を拡大して示している。

この試験結果から、充電開始時点で、電圧の上昇があるものの、その電圧レベルは小さいことが確認された。しかも、電流異常は観測されなかった。

また、バッテリ４の充電を３０時間継続した場合の充電結果を図８のＣに示す。図８のＣにおいて、電流Ｉは、充電開始の時点ｔ１から５時間経過の時点ｔ２で所定の充電電流が維持された後、３０時間経過の時点ｔ３に指数関数的な下降が生じている。これに対し、電圧Ｖは時点ｔ１から１０時間経過まで指数関数的な増加傾向を呈し、その後、時点ｔ３に到達するまで、安定したほぼ一定値となっている。

このような実験結果から、上記バッテリ充電回路２ないし電源装置２０では、安定したバッテリ充電が行え、信頼性の高い充電特性が得られることが確認された。

〔他の実施の形態〕

(1) 上記実施の形態では、バッテリ充電回路２の利用形態として電源装置２０やコージェネレーションシステム１００を例示したが、これらに限定されない。リチウムイオン電池など、充電可能なバッテリを備える各種の電源におけるバッテリの充電に広く用いることができる。

(2) 上記の実施の形態では、電流制御回路１２で電圧制御回路１０の電流制御を行う回路形態を例示したが、電圧制御回路１０で電流制御回路１２の電圧制御を行う形式で、制御電源部６を制御する構成としてもよい。

(3) 上記実施の形態では、単一のフォトカプラ３０を備えて、電圧制御回路１０および電流制御回路１２の制御情報８を制御電源部６に通知する形態を採用しているが、電圧制御回路１０および電流制御回路１２のそれぞれの制御情報を個別にたとえば、フォトカプラ３０で制御電源部６に伝達して制御電源部６の出力を制御してもよい。

(4) 上記実施の形態では、充電電流の検出素子に抵抗４８を用いたが、電流検出可能なトランジスタやダイオードなどの能動素子を用いてもよく、能動素子で検出された電流を直接制御情報として充電電流を制御してもよい。

(5) 上記実施の形態では、電圧制御部１０−２にある三端子レギュレータ４４に流れる電流を電流制御部１２−２で制御する構成としたが、電流制御部１２−２と三端子レギュレータ４４とに別個に電流を流すように三端子レギュレータを備えて、バッテリ４の充電電流を制御してもよい。上記実施の形態のように三端子レギュレータを共用させれば、構成部品を省略でき、構成の簡略化に資する。

以上説明したように、本発明の技術の最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明によれば、電圧制御回路による電圧制御と、電流制御回路による電流制御とを併用してバッテリを充電し、またはバッテリの充電電圧に応じてバッテリに対する給電出力が制御されるスイッチング電源回路からの給電出力を制御してバッテリを充電するので、バッテリに対する充電による負担を軽減でき、充電の安全性や軽量化などを図ることができ有益である。

２ バッテリ充電回路
４ バッテリ
５ スイッチング電源回路
６ 制御電源部
７ 系統電源
８ 制御情報
８−１ 電圧制御情報
８−２ 電流制御情報
１０ 電圧制御回路
１０−１ 電圧検出部
１０−２ 電圧制御部
１２ 電流制御回路
１２−１ 電流検出部
１２−２ 電流制御部
２０ 電源装置
２１ 充電リレー
２２ スイッチング（ＳＷ）電源部
２４ トランス
２４−１ 一次コイル
２４−２、２４−３ 二次コイル
２６ 整流部
２８ 平滑部
３０ フォトカプラ
３０−１ フォトダイオード
３４ インバータ電源
３６ ＡＣ切替リレー
３８ 整流部
４０、４２ 抵抗
４４ 三端子レギュレータ
４６ 抵抗
４８ 抵抗
５０ 演算増幅器
５２ 三端子レギュレータ
５４ 抵抗
５６ 基準電源
５８ 抵抗
６０ 抵抗
６２ 抵抗
６４、６６ 抵抗
６８ スイッチング（ＳＷ）ＩＣ
７０ スイッチング（ＳＷ）素子
７２ 抵抗
７４−１、７４−２ ダイオード
７６ キャパシタ
７８、８０ 抵抗
８２ キャパシタ
８４ 抵抗
８６ ダイオード
８８ キャパシタ
９０ 電圧変換部
１００ コージェネレーションシステム
１０２ 分電盤
１０４ 発電ユニット
１０６ ブラックアウトユニット
１０８ 貯湯ユニット
１１０ 一般負荷
１１２ コージェネ専用ブレーカ
１１４ 電力制御部（ＰＣＵ）
１１６−１ 発電制御部（ＥＣＵ）
１１６−２ ブラックアウト制御部（ＢＣＵ）
１１８ 発電機
１２０ 余剰電力ヒータ
１２２ 漏電リレー
１２４ フィルタ
１２６ 昇圧回路
１２８ ブリッジ回路
１３０ 系統連系リレー
１３２ 電源リレー
１３４ モータインバータ回路
１３６ ヒータ制御回路
１３８ エンジン
１４０ 連系リレー
１４２ 系統電圧検出部
１４４ システム通信部
１４６ ダイオード
１４８ 基板電源
１５０ ヒューズ
１５２ 昇圧回路
１５４ ブリッジ回路
１５６ コンセントリレー
１５８ 非常用コンセント

Claims (12)

1. バッテリを充電するバッテリ充電回路であって、
   前記バッテリの充電電圧を検出し、該検出電圧によって前記バッテリへの印加電圧を制御する電圧制御部と、
   前記バッテリの充電電流を検出し、該検出電流によって前記充電電流を制御する電流制御部と、
   を備えることを特徴とするバッテリ充電回路。
2. バッテリを充電するバッテリ充電回路であって、
   前記バッテリの充電電圧に応じて前記バッテリに対する給電出力が制御されるスイッチング電源回路と、
   前記バッテリに流れる充電電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部の検出電流により前記スイッチング電源回路の前記給電出力を制御する電流制御部と、
   を備えることを特徴とするバッテリ充電回路。
3. 前記バッテリの側路に制御電流素子を備え、前記バッテリの検出電圧に応じて前記制御電流素子を制御し、前記バッテリの充電電流の一部を前記側路に流すことにより、前記バッテリの充電電圧を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリ充電回路。
4. 前記バッテリの側路に制御電流素子を備え、前記バッテリの充電電流に応じて前記制御電流素子を制御し、前記バッテリの充電電流の一部を前記側路に流すことにより、前記バッテリの充電電流を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリ充電回路。
5. 前記電流制御部は、前記電流検出部の検出電流に応じて前記電圧検出部の前記検出電圧を調整し、前記電圧制御部を通して前記バッテリに付与される前記電流を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリ充電回路。
6. 前記電流検出部は、電流検出抵抗を備え、前記バッテリに流れる電流を電圧に変換して検出することを特徴とする請求項２ないし請求項４に記載のバッテリ充電回路。
7. 前記スイッチング電源は、前記電圧検出部または前記電流検出部のいずれか一方または双方の制御情報を受け、前記バッテリに付与される前記電圧および前記電流が前記制御情報によって制御される制御電源部を備えることを特徴とする請求項３ないし６に記載のバッテリ充電回路。
8. バッテリを備えまたは前記バッテリに接続された電源装置であって、
   前記バッテリに充電電流を流し、前記バッテリを充電するバッテリ充電回路を備え、
   前記バッテリ充電回路が、
   前記バッテリの充電電圧を検出し、該検出電圧によって前記バッテリへの印加電圧を制御する電圧制御部と、
   前記バッテリの充電電流を検出し、該検出電流によって前記充電電流を制御する電流制御部と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
9. バッテリを備えまたは前記バッテリに接続された電源装置であって、
   前記バッテリに充電電流を流し、前記バッテリを充電するバッテリ充電回路を備え、
   前記バッテリ充電回路が、
   前記バッテリの充電電圧に応じて前記バッテリに対する給電出力が制御されるスイッチング電源回路と、
   前記バッテリに流れる充電電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部の検出電流により前記スイッチング電源回路の前記給電出力を制御する電流制御部と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
10. 系統電源の停電時、負荷に給電するバッテリと、
    前記系統電源の正常時、バッテリに充電電流を流し、前記バッテリを充電するバッテリ充電回路とを備え、
    前記バッテリ充電回路が、
    前記バッテリの充電電圧を検出し、該検出電圧によって前記バッテリへの印加電圧を制御する電圧制御回路と、
    前記バッテリの充電電流を検出し、該検出電流によって前記充電電流を制御する電流制御回路と、
    を備えることを特徴とするコージェネレーションシステム。
11. 系統電源の停電時、負荷に給電するバッテリと、
    前記系統電源の正常時、バッテリに充電電流を流し、前記バッテリを充電するバッテリ充電回路とを備え、
    前記バッテリ充電回路が、
    前記バッテリの充電電圧に応じて前記バッテリに対する給電出力が制御されるスイッチング電源回路と、
    前記バッテリに流れる充電電流を検出する電流検出部と、
    前記電流検出部の検出電流により前記スイッチング電源回路の前記給電出力を制御する電流制御部と、
    を備えることを特徴とするコージェネレーションシステム。
12. バッテリの充電方法であって、
    充電するバッテリに制御電流素子を備える側路を形成し、
    前記バッテリの充電電圧または充電電流の何れか一方または双方を検出し、
    前記充電電圧または前記充電電流の何れか一方または双方で前記制御電流素子により前記側路に流れる電流を制御し、
    前記バッテリの前記充電電圧または前記充電電流の一方または双方を制御することを特徴とするバッテリの充電方法。
    
    

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