JP2017099136A - 充電器制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの充電動作を適正に管理して、非常用発電装置に用いる充電器が充電するバッテリに働いた過電圧保護から円滑に復帰させる。【解決手段】非常用発電装置１０に用いる充電器１２を制御する充電器制御回路Ｃであって、充電器１２からバッテリ１３へ供給される出力電力を監視する出力電力監視部１７と、商用電源１１または発電機１５から充電器１２へ供給される入力電力を監視して制御する入力電力制御部１６と、を備え、入力電力が充電器１２へ供給されている状態において、出力電力監視部１７が出力電力を検出しなくなった場合には、入力電力の供給を所定期間停止した後、再開する。【選択図】図１

Description

本発明は、商用電源の停電時にエンジン駆動発電機を作動させて負荷に電力を供給する非常用発電装置に関し、エンジン駆動発電機のエンジンを始動するためのバッテリを充電する充電器の充電器制御回路の技術に関する。

停電等の非常時にエンジンを駆動して発電機を作動させ、負荷に電力を供給する非常用発電装置として、例えば、特許文献１に開示される「非常用発電装置」がある。非常用発電装置は、デパート、ホテル、病院、工場、銀行、学校、各種プラントなどの施設や家屋で予期せぬ停電が発生した場合、各種負荷に非常用の電力を供給するものとして知られている。特に、火災等の停電時に必要となる消火栓ポンプやスプリンクラーを作動させるための防災用の非常用発電装置は、所定の消防用設備等に電力が確実に供給されるように始動の安定性が求められている。

非常用発電装置のバッテリ（例えば、蓄電池）を充電する充電器は、一般的には浮動式充電器である。浮動式充電器には、スイッチング電源が使用されている。このスイッチング電源で使用されているスイッチングレギュレータは、雷などのサージを受けたときや、電源内部部品の故障などにより、出力側（直流側。ＤＣ（Direct Current）側。）にて過電圧を検出すると、過電圧保護回路による過電圧保護が自動的に働いて、ＤＣ出力を停止して電源を遮断したままにして、バッテリを保護することができる。

特開２００８−１９３８２４号公報

しかし、何らかの要因により過電圧保護回路が電源を遮断しているにもかかわらず、過電圧保護を解除せずに長時間放置すると、バッテリは過放電状態になり劣化してしまう。その結果、商用電源の停電時にエンジンを始動することができず発電ができなくなったり、劣化し使用できなくなったバッテリを新品に交換するため多額の費用が発生したりする、といった問題が生じる。
このため、使用者が日常の定期点検等によってバッテリの充電状態や動作確認を実施して、過電圧保護回路によって電源が遮断されている場合には、速やかに入力電源を再投入して復帰させなければならないが、復帰が遅延してバッテリが劣化してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みて、バッテリの充電動作を適正に管理して、非常用発電装置に用いる充電器が充電するバッテリに働いた過電圧保護から円滑に復帰させることを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、非常用発電装置に用いる充電器を制御する充電器制御回路であって、前記充電器からバッテリへ供給される出力電力を監視する出力電力監視部と、商用電源またはエンジン駆動発電機から前記充電器へ供給される入力電力を監視して制御する入力電力制御部と、を備え、前記入力電力が前記充電器へ供給されている状態において、前記出力電力監視部が前記出力電力を検出しなくなった場合には、前記入力電力の供給を所定期間停止した後、再開する、ことを特徴とする。
その他の手段は、後記する。

本発明によれば、バッテリの充電動作を適正に管理して、非常用発電装置に用いる充電器が充電するバッテリに働いた過電圧保護から円滑に復帰させることができる。

本実施形態の非常用発電装置の充電器制御回路の回路図である。 本実施形態の充電器制御回路にて実行される処理を示すフローチャートである。 フリッカオフスタートによる入力電力供給に関するタイムチャートである。

本発明を実施するための形態（実施形態）について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（構成）
図１に示す本実施形態の非常用発電装置１０は、商用電源１１の停電時にエンジン（図示せず）で駆動する発電機１５を始動して負荷（図示せず）に電力を供給する発電装置である。非常用発電装置１０は、充電器１２と、バッテリ１３と、切替器１９と、充電器制御回路Ｃとを備える。また、非常用発電装置１０は、充電器１２の出力側で検出された過電圧からバッテリ１３を保護するための周知の過電圧保護回路（図示せず）を備える。

充電器１２は、例えば、浮動式充電器であり、スイッチング電源が使用されている。スイッチング電源には、スイッチングレギュレータが使用されている。充電器１２は、商用電源１１または発電機１５から供給される交流電力（ＡＣ入力）を入力電力として供給されると、直流に変換して、直流電力（ＤＣ出力）を出力電力としてバッテリ１３に供給してバッテリ１３を充電する。

バッテリ１３は、発電機１５を駆動するエンジンを始動するための電源となる。バッテリ１３の充電は、通常は商用電源１１からの電力供給によって実現され、停電中は発電機１５からの電力供給によって実現される。

発電機１５は、本実施形態ではオルタネータを備えないエンジンで駆動するものとし、停電時に交流電力を負荷に供給するとともに、バッテリ１３を充電することができる。ただし、エンジンはオルタネータを備えていてもよく、この場合、オルタネータがバッテリ１３を充電することができる。

切替器１９は、負荷に交流電力を供給する供給源を、停電時は商用電源１１から発電機１５に切り替え、通常時は発電機１５から商用電源１１に切り替える。切替器１９は、例えば、ダブルスローとすることができる。なお、停電の検出は、例えば、非常用発電装置１０が備える自動始動発電機盤（図示せず。）のＧＡＣ（全自動コントローラ）が行う。

充電器制御回路Ｃは、充電器１２に入力される入力電力、および、充電器１２から出力される出力電力を監視および制御する。充電器制御回路Ｃは、マイコン１４と、入力電力制御部１６と、出力電力監視部１７と、警報出力部１８とを備える。マイコン１４と、入力電力制御部１６と、出力電力監視部１７と、警報出力部１８は、充電器制御回路Ｃの外部にある素子とは絶縁している。

マイコン１４は、充電器制御回路Ｃに実装されているさまざまな素子の動作を制御する。

入力電力制御部１６は、商用電源１１または発電機１５から充電器１２へ供給される入力電力（交流）を監視して制御する。入力電力制御部１６は、リレー接点１６ａと、リレーコイル１６ｂとを備えている。
リレー接点１６ａは、商用電源１１および発電機１５と、充電器１２との接続をオンオフするＢ接点（ブレーク接点）である。リレーコイル１６ｂが非導通にあるとき、リレー接点１６ａは閉じており、商用電源１１または発電機１５からの入力電力を、充電器制御回路ＣのＶＬコネクタを経由して充電器１２に供給することができる。
リレーコイル１６ｂは、マイコン１４に接続しており、入力電力制御部１６がマイコン１４からの制御信号に基づいてリレー接点１６ａを開閉できるようにする。

出力電力監視部１７は、充電器１２からバッテリ１３へ供給される出力電力（直流）を監視する。出力電力監視部１７は、発光ダイオード１７ａと、フォトトランジスタ１７ｂとを備えている。
発光ダイオード１７ａは、充電器１２から所定値以上の出力電力が入力されると発光する。なお、充電器１２からの出力電力は、充電器制御回路ＣのＸＡコネクタを経由して発光ダイオード１７ａに入力される。
フォトトランジスタ１７ｂは、発光ダイオード１７ａからの光によってマイコン１４に電流を出力する。

警報出力部１８は、過電圧保護からの復帰のため、入力電力制御部１６が入力電力の供給を再開しても出力電力監視部１７が出力電力を検出しなかった場合、警報を出力する。警報出力部１８は、リレー接点１８ａと、リレーコイル１８ｂとを備えている。
リレー接点１８ａは、充電器制御回路Ｃと、非常用発電装置１０が備える自動始動発電機盤のＧＡＣに備えた警報手段との接続をオンオフするＡ接点（メーク接点）である。リレーコイル１８ｂが導通にあるとき、リレー接点１８ａは閉じており、マイコン１４からの制御信号（例：機器の異常信号）を、充電器制御回路ＣのＸＡコネクタを経由してＧＡＣに出力することができる。ＧＡＣの警報手段は、例えば、モニタ表示、ベルやブザーなどによる音響出力、回転灯や表示灯などによる照明出力、通信回線などを経由したセンタへの発報など、さまざまな態様があげられるがこれらに限定されない。なお、自動始動発電機盤は、バッテリ１３を電源として始動する。
リレーコイル１８ｂは、マイコン１４に接続しており、出力電力監視部１７がマイコン１４からの制御信号に基づいてリレー接点１８ａを開閉できるようにする。

非常用発電装置１０は、常時制御電源を流しており、非停電時であっても、充電器１２が機能して、商用電源１１からバッテリ１３を充電している。充電器１２のスイッチング電源に使用されているスイッチングレギュレータは、雷などのサージを受けたときや、電源内部部品の故障などにより、出力側にて過電圧を検出すると、過電圧保護回路による過電圧保護が自動的に働いて、出力電力を停止してバッテリ１３を保護する。

過電圧保護から復帰させるためには、入力電力の供給を所定期間停止し、コンデンサの放電を達成した後、入力電力の供給を再開する必要がある。この所定期間とは、コンデンサ放電時間に相当し、非常用発電装置１０の仕様にもよるが、例えば、２〜３分間である。また、充電器制御回路Ｃは、出力電力監視部１７にて出力電力を検出しなくなった場合、その要因が、過電圧保護であるのか、過電圧保護以外であるのかを判定してから、バッテリ１３への出力電力の供給に向けた措置をとる。

（動作）
図２に示すように、出力電力監視部１７が、充電器１２からバッテリ１３へ供給される出力電力を検出しなくなった場合、充電器制御回路Ｃのマイコン１４は、以下の処理をステップＳ１から開始する。
ステップＳ１にて、マイコン１４は、入力電力制御部１６を機能させて、商用電源１１または発電機１５から充電器１２へ入力される入力電力の供給があるか否かを判定する。入力電力制御部１６のリレー接点１６ａが閉じており、商用電源１１または発電機１５からの入力電力が充電器１２に供給されていれば、マイコン１４は、リレーコイル１６ｂで検出した制御信号を取得することができ、入力電力の供給があると決定することができる。入力電力の供給があれば（ステップＳ１でＹｅｓ）、ステップＳ２に進み、入力電力の供給が無ければ（ステップＳ１でＮｏ）、図２の処理を終了する。入力電力の供給が無い場合、例えば、非常用発電装置１０の電源がオフになっていることを意味し、出力電力監視部１７が出力電力を検出しないのは当然であり、特に問題でないと判断することができる。

ステップＳ２にて、マイコン１４は、出力電力監視部１７を機能させて、出力電力の検出無しの状態が一定時間以上継続したか否かを判定する。マイコン１４は、出力電力監視部１７用のタイマとして出力監視タイマを備えており、出力電力を検出しなくなった時点で出力監視タイマが作動する。前記一定時間は、例えば、数秒とすることができるが、これに限定されない。一定時間以上継続した場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、出力電力の検出無しが確定し、ステップＳ３に進み、一定時間以上継続しなかった場合（ステップＳ２でＮｏ）、図２の処理を終了する。一定時間以上継続しなかった場合には、程なくして出力電力を検出することができたことを意味し、偶発的に出力電力を検出できなかっただけであり、非常用発電装置１０に特に問題はないとみなす。ステップＳ２が完了すると出力監視タイマは停止する。
なお、ステップＳ２は、省略してもよい。この場合、入力電力の供給があれば（ステップＳ１でＹｅｓ）、出力電力の検出無しが確定し、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３にて、マイコン１４は、入力電力制御部１６を機能させて、入力電力供給のフリッカオフスタート（Ｂモード）を実行する。マイコン１４は、入力電力制御部１６用のタイマとして入力制御タイマを備えており、出力電力の検出無しが確定した時点で入力制御タイマが作動する。入力制御タイマはフリッカ機能を有しており、入力電力制御部１６は、入力制御タイマに合わせてリレー接点１６ａの開閉を所定回数繰り返す。

図３に示すように、マイコン１４は、入力電力制御部１６を機能させて、入力電力の出力をオフにする期間（オフ期間）とオンにする期間（オン期間）を交互に出現させるようにリレー接点１６ａの開閉を制御する。各オフ期間（図３中、時刻ｔ０〜時刻ｔ１、時刻ｔ２〜時刻ｔ３、時刻ｔ４〜時刻ｔ５）、および、各オン期間（図３中、時刻ｔ１〜時刻ｔ２、時刻ｔ３〜時刻ｔ４、時刻ｔ５〜時刻ｔ６）は、例えば、２分間とすることができるがこれに限定されない。また、オフ期間およびオン期間を繰り返す回数は、例えば、３回とすることができるが、これに限定されず、２回以下でもよいし、４回以上でもよい。ステップＳ３を実行することにより、過電圧保護からの復帰に必要となる入力電力の供給停止およびコンデンサの放電の機会を確保することができる。なお、入力制御タイマが作動する期間を「フリッカ機能実行期間」と称する場合がある。図３を参照すると、フリッカ機能実行期間は、時刻ｔ０〜時刻ｔ６の期間に相当する。
また、マイコン１４は、警報出力部１８用のタイマとして警報出力タイマを備えており、出力電力の検出無しが確定した時点で入力制御タイマが作動する。警報出力タイマがフリッカ機能実行期間だけ作動した場合、マイコン１４は、警報出力部１８に警報を発報させる。
ステップＳ３の後、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４にて、マイコン１４は、出力電力監視部１７を機能させて、出力電力監視部１７による出力電力の検出があったか否かを判定する。この判定は、フリッカ機能実行期間中に行われる。フリッカ機能実行期間中に出力電力の検出があった場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、図２の処理を終了する。この場合、出力電力の検出無しの状態が発生したのは、過電圧保護が働いたからであり、入力電力の供給を停止したことによって、コンデンサの放電が達成され、その後の入力電力の供給を再開したことに応じて出力電力が検出され、過電圧保護から復帰したとみなすことができる。このとき、マイコン１４は、警報出力タイマを停止する。一方、フリッカ機能実行期間中に出力電力の検出がなかった場合（ステップＳ４でＮｏ）、ステップＳ５に進む。

図３を参照すると、オフ期間（時刻ｔ０〜時刻ｔ１）経過後の、オン期間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）の間に出力電力の検出があった場合、その検出の時点でステップＳ４を終了し、図２の処理を終了する。オン期間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）の間に出力電力の検出が無かった場合、過電圧保護からの復帰が十分に達成されていない可能性があり、その後のオフ期間（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）経過後の、オン期間（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）の間に出力電力の検出があった場合、その検出の時点でステップＳ４を終了し、図２の処理を終了する。オン期間（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）の間に出力電力の検出が無かった場合、過電圧保護からの復帰が十分に達成されていない可能性があり、その後のオフ期間（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）経過後の、オン期間（時刻ｔ５〜時刻ｔ６）の間に出力電力の検出があった場合、その検出の時点でステップＳ４を終了し、図２の処理を終了する。

ステップＳ５にて、マイコン１４は、入力電力の供給再開が３回目であるか否かを判定する。具体的には、図３において、３回目のオン期間（時刻ｔ５〜時刻ｔ６）を迎えているか否かを判定する。入力電力の供給再開が３回目であった場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、オン期間（時刻ｔ５〜時刻ｔ６）を経過しても出力電力が検出されなかったことを意味し、ステップＳ６に進む。この場合、マイコン１４は、出力電力の検出無しの状態が発生したのは、過電圧保護が働いたからではなく、別の要因による故障が発生したからであり、過電圧がもともと入力されていなかったと判断する。

一方、入力電力の供給再開が３回目でなかった場合（ステップＳ５でＮｏ）、１回目のオン期間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）中、または、２回目のオン期間（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）中であることを意味し、ステップＳ４に戻り、２回目のオフ期間（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）、または、３回目のオフ期間（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）に突入し、過電圧保護からの復帰動作を試みる。

ステップＳ６にて、マイコン１４は、警報出力部１８による警報出力を実行する。具体的には、３回目のオフ期間（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）の経過後、マイコン１４は、警報出力部１８のリレー接点１８ａを閉じるように制御する。これにより、マイコン１４は、ＧＡＣの警報手段に制御信号を出力し、所定の態様の警報を発報することができる。ステップＳ６の後、図２の処理を終了する。

以上の説明から、本実施形態によれば、充電器制御回路Ｃは、入力電力が充電器１２へ供給されている状態において、出力電力監視部１７が出力電力を検出しなくなった場合には、入力電力の供給を所定期間停止した後、再開する。このため、過電圧保護が働いて出力電力が検出されなくなった場合には、入力電力の供給の停止によって、過電圧保護からの復帰に必要となるコンデンサの放電の機会を確実に確保することができる。
したがって、バッテリの充電動作を適正に管理して、非常用発電装置に用いる充電器が充電するバッテリに働いた過電圧保護から円滑に復帰させることができる。
その結果、バッテリの過放電状態による劣化を速やかに回避することができる。また、劣化したバッテリを新品のものに交換する必要性が低減し、交換費用を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、充電器制御回路Ｃが警報出力部１８を備えることによって、過電圧保護以外の要因で出力電圧を検出できなかったことを使用者に確実に報知し、事後対応を迅速にとらせることができる。

また、本実施形態によれば、充電器制御回路Ｃが、入力電力の供給の停止および再開を所定回数繰り返すことで、入力電力の供給の停止および再開を１度しか行わない場合と比較して、出力電力が検出されなくなった理由は過電圧保護が働いたためであるという判断を確実に行うことができる。

また、本実施形態によれば、入力電力制御部１６は、フリッカオフスタートで動作することで、過電圧保護からの復帰に必要となる入力電力の供給の停止を、過電圧保護からの復帰動作の開始時点で行うための回路構成を簡易に設計することができる。

（変形例）
本実施形態では、入力電力供給のフリッカオフスタートを実行するための入力制御タイマを用いて、入力電力の出力をオフにする期間（オフ期間）とオンにする期間（オン期間）を交互に出現させるようにした（図３参照）。しかし、入力制御タイマを複数用意して、オン期間をオフ期間よりも短くするように設定することができる（ダブルタイマ）。これにより、出力電力の検出なしの状態が発生した理由が、過電圧保護であるのか過電圧保護以外であるのかの判定に要する時間をより短縮することができる。なお、オフ期間をオン期間よりも短くするように設定することもできる。

なお、本実施形態で説明した技術を組み合わせた技術を実現できる。
その他、本発明の装置を構成する部材の形状、配置などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更できる。

Ｃ 充電器制御回路
１０ 非常用発電装置
１１ 商用電源
１２ 充電器
１３ バッテリ
１４ マイコン
１５ 発電機（エンジン駆動発電機）
１６ 入力電力制御部
１７ 出力電力監視部
１８ 警報出力部
１９ 切替器

Claims (4)

1. 非常用発電装置に用いる充電器を制御する充電器制御回路であって、
   前記充電器からバッテリへ供給される出力電力を監視する出力電力監視部と、
   商用電源またはエンジン駆動発電機から前記充電器へ供給される入力電力を監視して制御する入力電力制御部と、を備え、
   前記入力電力が前記充電器へ供給されている状態において、前記出力電力監視部が前記出力電力を検出しなくなった場合には、前記入力電力の供給を所定期間停止した後、再開する、
   ことを特徴とする充電器制御回路。
2. 前記入力電力の供給を再開しても前記出力電力監視部が前記出力電力を検出しなかった場合、警報を出力する警報出力部、をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の充電器制御回路。
3. 前記入力電力の供給の停止および再開を所定回数繰り返す、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充電器制御回路。
4. 前記入力電力制御部は、フリッカオフスタートで動作する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の充電器制御回路。

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