JP2022165653A - Power supply stabilization device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源安定化装置に関する。 The present invention relates to a power stabilizing device.
電気機器によっては使用方法により出力変動が大きく、定格電圧の変化が大きい機器がある。例えば溶接機などである。出力の小さいまたは不安定である電源をこのような機器に使用すると、出力の低下により機器の商品性悪化を招く。
この問題を解決する方法として一次電源の近くのコンセントを使用する、または、電源の出力を上げるといった方法が考えられる。しかし、一次電源近くのコンセントを使用する必要がある場合、機器を使用できる領域が制限される。また、電源の出力を上げる場合は多くの費用を要することがある。
Some electrical devices have large output fluctuations depending on how they are used, and large changes in rated voltage. For example, a welding machine or the like. If a power supply with a small or unstable output is used in such a device, the drop in output will result in deterioration of the marketability of the device.
Possible solutions to this problem include using an outlet near the primary power supply or increasing the output of the power supply. However, if it is necessary to use an outlet near the primary power source, the area in which the equipment can be used is limited. Also, increasing the output of the power supply may require a lot of expense.
また、AC電源に接続される充電器であって、AC電源の出力と内蔵した二次電池の出力のうち、高い出力を供給するという充電器がある(特許文献1)。 In addition, there is a charger that is connected to an AC power supply and supplies a higher output out of the output of the AC power supply and the output of a built-in secondary battery (Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載の充電器は、直流に対応するものであり、交流を使用する機器には対応していない。また、上記充電器は定格電圧の変動に対応することは考慮されていない。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、二次電池を用いた安定化電源装置を提供することを目的の一つとする。
However, the charger described in
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of such circumstances, and one of its objects is to provide a stabilized power supply device using a secondary battery.
この発明に係る電源安定化装置は、以下の構成を採用した。
(1):この発明の一態様に係る電源安定化装置は、交流電源と電気機器の間に接続され、交流側が前記交流電源に接続され、交流を直流に変換する第1変換器と、交流側が前記電気機器に接続され、直流を交流に変換する第2変換器と、前記第2変換器の出力電圧を測定する出力測定部と、二次電池を着脱可能な端子部と、前記第1変換器の直流側と、前記第2変換器の直流側とを接続する直流リンクに接続され、前記端子部に装着された二次電池の蓄える電力を前記直流リンクに供給するか否かを切り替える切換装置と、前記端子部に装着された二次電池の充電量を測定する充電量測定部と、前記出力測定部及び前記充電量測定部による測定結果に基づいて、前記切換装置を制御する制御部と、を備える。
A power stabilizing device according to the present invention employs the following configuration.
(1): A power supply stabilizing device according to one aspect of the present invention includes a first converter connected between an AC power supply and an electric device, the AC side of which is connected to the AC power supply, and which converts AC to DC; side is connected to the electrical equipment, a second converter that converts direct current to alternating current, an output measurement unit that measures the output voltage of the second converter, a terminal part that can attach and detach a secondary battery, and the first It is connected to a DC link that connects the DC side of the converter and the DC side of the second converter, and switches whether to supply the power stored in the secondary battery attached to the terminal portion to the DC link. A control for controlling the switching device based on measurement results obtained by a switching device, a charge amount measuring unit that measures the charge amount of the secondary battery attached to the terminal unit, and the output measuring unit and the charge amount measuring unit. and
(2):上記(1)の態様において、前記端子部に装着される二次電池と、を備える。 (2): In the aspect of (1) above, a secondary battery attached to the terminal portion is provided.
(3):上記(1)または(2)の態様において、前記切換装置は、一方の端子が前記端子部に接続されるDC/DCコンバータであり、前記二次電池の蓄える電力を前記直流リンクに供給する場合に、他方の端子の出力電圧を前記直流リンクの電圧よりも高くする。 (3): In the aspect (1) or (2) above, the switching device is a DC/DC converter having one terminal connected to the terminal section, and the power stored in the secondary battery is transferred to the DC link. , the output voltage of the other terminal is made higher than the voltage of the DC link.
(4):上記(1)から(3)のいずれかの態様において、前記第2変換器の出力の設定電圧を変更可能なスイッチを備え、前記制御部は、前記設定電圧に基づいて前記切換装置を制御する。 (4): In any one of the above aspects (1) to (3), a switch capable of changing the set voltage of the output of the second converter is provided, and the control unit controls the switching based on the set voltage. control the device.
(5):上記(1)から(4)のいずれかの態様において、前記出力測定部により測定される前記電気機器に供給される交流電力が、増加して所定の電力に近づき、前記充電量測定部により測定される前記二次電池の充電量が所定の量以上であるときに、前記制御部は、前記切換装置を制御し、前記二次電池から前記第2変換器に電力が供給されるようにする。 (5): In any one of the above (1) to (4), the AC power supplied to the electrical device measured by the output measuring unit increases and approaches a predetermined power, and the charging amount When the charge amount of the secondary battery measured by the measurement unit is equal to or greater than a predetermined amount, the control unit controls the switching device so that power is supplied from the secondary battery to the second converter. make it
(6):上記(1)から(5)のいずれかの態様において、前記第1変換器は、直流電流を前記二次電池に供給し、前記切換装置は前記第1変換器から前記二次電池に供給される電力を調整する。 (6): In any one of the aspects (1) to (5) above, the first converter supplies direct current to the secondary battery, and the switching device switches from the first converter to the secondary battery. Regulates the power supplied to the battery.
(7):上記(1)から(6)のいずれかの態様において、前記充電量測定部が、前記二次電池の充電量を測定できないとき、前記制御部は、前記端子部から前記第2変換器に及び前記第1変換器から前記端子部に電力が供給されないように、前記切換装置を制御する。 (7): In any one of the aspects (1) to (6) above, when the charge amount measuring section cannot measure the charge amount of the secondary battery, the control section controls the second charge amount from the terminal section. The switching device is controlled such that no power is supplied to the converter and from the first converter to the terminals.
(8):上記(1)から(7)のいずれかの態様において、前記出力測定部は、前記電気機器と前記第2変換器が接続されているか否かを検出し、前記出力測定部が、前記電気機器と前記第2変換器が接続されていないことを検出する場合、前記制御部は、前記第1変換器から前記二次電池に電力が供給されるように、前記切換装置を制御する。 (8): In any one of the aspects (1) to (7) above, the output measurement unit detects whether or not the electrical device and the second converter are connected, and the output measurement unit and when detecting that the electric device and the second converter are not connected, the control unit controls the switching device so that power is supplied from the first converter to the secondary battery. do.
(1)~(5)の態様によれば、出力電圧の値及び二次電池の充電量に基づき、二次電池から電力を供給することにより、AC電源の電圧の増加を抑制することができる。
(6)及び(8)の態様によれば、出力電圧の値及び二次電池の充電量に基づき、AC電源から二次電池に電力を供給することにより、二次電池を充電することができる。
(7)の態様によれば、二次電池から電力が供給できない場合に、通常のAC電源に接続したのと実質同じである電力を供給することができる。
According to aspects (1) to (5), it is possible to suppress an increase in the voltage of the AC power supply by supplying power from the secondary battery based on the value of the output voltage and the amount of charge in the secondary battery. .
According to aspects (6) and (8), the secondary battery can be charged by supplying power from the AC power source to the secondary battery based on the value of the output voltage and the amount of charge in the secondary battery. .
According to the aspect (7), even if power cannot be supplied from the secondary battery, it is possible to supply substantially the same power as when connected to a normal AC power supply.
以下、図面を参照し、本発明の電源安定化装置の実施形態について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a power supply stabilizing device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[全体構成]
<第1実施形態>
図1は、第1の実施形態に係る電源安定化装置1の構成を示す図である。
電源安定化装置1は、第1変換器10、直流リンク11、第2変換器12、出力測定部14、直流リンク電圧測定部15、充電量測定部16、端子部18、二次電池19、切換装置20及び制御部22を備える。電源安定化装置1は入力端子と出力端子を備える。入力端子はAC電源100と接続される。出力端子は電気機器200と接続される。
[overall structure]
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a
The power
第1変換器10は、入力端子を介してAC電源100から供給される交流電力を直流電力に変換し、直流リンク11に供給する。第1変換器10は例えば、AC/DCコンバータである。直流リンク11は、第1変換器10、第2変換器12及び切換装置20とを接続する。
The
第2変換器12は、第1変換器10または切換装置20から直流リンク11を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、出力端子を介して電気機器200に供給する。第2変換器12は例えば、DC/ACインバータである。第2変換器12が電気機器200に供給する電力の電圧(以下、設定電圧)は、AC電源100が供給する電力の電圧と同じ電圧に限られない。例えば、AC電源100が100Vの電圧の電力を供給するとき、電源安定化装置1は200Vの電圧の電力を電気機器200に供給してもよい。
また、設定電圧は、外部の入力により変化してもよい。例えば、電源安定化装置1は設定電圧を100Vまたは200Vにするスイッチを有し、スイッチを切り替えることで設定電圧が変化する。
The
Also, the set voltage may be changed by an external input. For example, the
出力測定部14は電気機器200に供給される交流の電力を測定する。出力測定部14は、例えば第2変換器12及び電気機器200の間に設けられる。出力測定部14は、例えば電流センサ及び計算部を備える。計算部は、電流センサにより測定される電流の大きさに第2変換器12の設定電圧を乗算することで出力電力を計算する。出力測定部14は、計算部による計算の結果を出力電力とする。
The
直流リンク電圧測定部15は、接地に対する直流リンク11の電圧を測定する。
A DC link
充電量測定部16は、端子部18に装着される二次電池19の充電量を測定する。二次電池19は、端子部18に対して着脱可能であり、充電することで繰り返し使用することができる。
The charge
切換装置20は、端子部18と第2変換器12との間に設けられる。切換装置20は例えば、昇降圧DC/DCコンバータである。切換装置20は、第1端子31及び第2端子32を備える。第1端子31は端子部18と接続され、第2端子32は直流リンク11と接続される。切換装置20は、第1端子31から出力する電圧を調整する。
例えば、切換装置20は、第2端子32に出力する電圧を、直流リンク11の電圧(第1変換器10の出力電圧)よりも高くすることで、二次電池19から直流リンク11に電力が供給されるようにする。
また、例えば、切換装置20は、第2端子32に出力する電圧を、直流リンク11の電圧(第1変換器10の出力電圧)よりも低くすることで、二次電池19から直流リンク11に電力が供給されないようにする。
A
For example, the
Further, for example, the switching
制御部22は、出力測定部14により測定された交流の電圧、充電量測定部16により測定された端子部18に装着される二次電池19の充電量及び直流リンク電圧測定部15により測定された直流リンク11の電圧に基づいて切換装置20を制御する。制御部22は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのハードウェアプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)などのハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めHDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリなどの記憶装置(非一過性の記憶媒体を備える記憶装置)に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROMなどの着脱可能な記憶媒体(非一過性の記憶媒体)に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。
The
例えば、制御部22は、端子部18に装着される二次電池19の充電量が所定の量以上であり、出力測定部14により測定される電力の値が増加し電力しきい値に近づいたときに、切換装置20を制御し、二次電池19から第2変換器12に電力が供給されるようにする。電力しきい値は、例えば、AC電源100の定格電力である。ここで二次電池19から第2変換器12に供給される電力は、直流リンク11の電圧により変化する。
For example, the
図2は、第1の実施形態に係る制御部22の動作を示すフローチャートである。
初めに制御部22は、出力測定部14により測定される電力の値が切換しきい値より大きくなっているか否かを判定する(ステップS102)。切換しきい値は、電力しきい値より所定の値(P1)小さい値である。例えばP1は、定格電力の1%相当の電力である。つまり、本実施形態では出力測定部14により測定される電力の値が切換しきい値より大きくなっているか否かを判定することで、電力の値が増加し電力しきい値に近づいたか否かを判定する。出力電力が切換しきい値より大きくなっていた場合、制御部22は、充電量測定部16により測定される二次電池19の充電量が所定量より大きくなっているか否かを判定する(ステップS104)。二次電池19の充電量が所定量より大きくなっている場合、制御部22は二次電池19の電力が第2変換器12に供給されるように切換装置20を制御する(ステップS106)。
FIG. 2 is a flow chart showing the operation of the
First, the
制御部22は、出力測定部14により測定される電力の値が切換しきい値以下であるとき、または、充電量測定部16により測定される二次電池19の充電量が所定量以下であるときに、切換装置20を制御し、二次電池19の電力が第2変換器12に供給されないようにしてもよい。
The
図3は、制御部22が切換装置20を制御するときのタイミングチャートの一例である。
電気機器200の使用を開始すると、電気機器200に供給される交流電力が増加する。制御部22は、時刻T1までの間は、出力電力が切換しきい値(電力しきい値より所定の値(P1)小さい値)より小さい値であるため、切換装置20をOFFに維持する。時刻T1において出力電力が切換しきい値となったとき、制御部22は、出力電力の増加を緩和するために切換装置20を制御する。これにより、切換装置20がOFFからONになり、動作を始める。切換装置20が端子部18に装着される二次電池19から第2変換器12に電力を供給することで、出力電力は切換装置20がONになってから一定時間後に一定に保たれ、電力しきい値を超えるのが防止される。時刻T1以降二次電池19から電力が供給されるため、二次電池19の充電率は減少する。また、時刻T1以降二次電池19から電力が供給されるため、AC電源100の出力は変化しないまたは減少する。
FIG. 3 is an example of a timing chart when the
When the
これにより、電気機器200に供給される電力が増加して電力しきい値と近い値となったときに、AC電源100から第1変換器10に供給される電力の増加は抑制され、AC電源100から供給される電力が定格電力を超えることを防ぐことができる。
As a result, when the power supplied to the
<第2実施形態>
図4は、第2の実施形態に係る電源安定化装置1の構成を示す図である。
第2の実施形態に係る制御部22は、第1の実施形態に係る制御部22に加え、出力測定部14により測定された電力の値及び充電量測定部16により測定された端子部18に装着される二次電池19の充電量に基づいて切換装置20を制御する。例えば、制御部22は、端子部18に装着される二次電池19の充電量が所定の量以下であり、出力測定部14により測定される電力の値が所定値よりも小さいときに、切換装置20を制御し、第1変換器10から端子部18に電力が供給されるようにする。
<Second embodiment>
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the
In addition to the
第2の実施形態において、電気機器200により消費される電力は、AC電源100が供給可能な電力よりも少ない。切換装置20は第2端子32から出力する電圧を直流リンク11の電圧よりも低い電圧にすることで第1変換器10から端子部18に電力が供給されるようにする。
In the second embodiment, the power consumed by the
これにより、電気機器200への出力が少なく、二次電池19の充電量が少ないときに、端子部18に電力が供給され二次電池19を充電することができる。そのため、二次電池19を取り出して充電をする必要がなくなる。
As a result, when the output to the
<他の実施形態>
出力測定部14は、電流の値から電力の値を算出したが、これに限られない。出力測定部14は、例えば電流の値を測定し、制御部22が測定された電流の値に基づいて切換装置20を制御してもよい。出力測定部14は電流値及び電圧値の両方を測定し、電力を算出してもよい。
<Other embodiments>
Although the
充電量測定部16が、端子部18に装着される二次電池19の充電量を測定できないとき、制御部22は、端子部18から第2変換器12に電力が供給されないように及び第1変換器10から端子部18に電力が供給されないように、切換装置20を制御してもよい。充電量測定部16が、端子部18に装着される二次電池19の充電量を測定できないときは、例えば二次電池19が端子部18から取り外されているとき又は端子部18に装着される二次電池19が故障しているときである。制御部22による切換装置20の制御により、AC電源100から供給された電力は第1変換器10により変換され、第2変換器12により変換され電気機器200に供給される。つまり、AC電源100から供給される電力と実質的に同じ電力が電気機器200に供給される。
When the charge
電源安定化装置1は、端子部18に二次電池19に取り付けられているか否かを判定する機能を有してもよい。二次電池19が端子部18から取り外されていると判定されるとき、制御部22は切換装置20を制御し、AC電源100から供給される電力は第1変換器10により変換され、第2変換器12により変換され電気機器200に供給されるようにする。
The
出力測定部14が、電気機器200へ供給される電力を測定できないとき、制御部22は、第1変換器10から端子部18に電力が供給されるように、切換装置20を制御してもよい。出力測定部14が、電気機器200へ供給される電力を測定できないときは、例えば電気機器200が第2変換器12と接続されていないときである。制御部22による切換装置20の制御により、AC電源から供給された電力は第1変換器10により変換され、切換装置20により変換され、端子部18に供給される。これにより端子部18に装着される二次電池19はAC電源100により供給される電力により充電される。
When the
また、電源安定化装置1は電気機器200が電源安定化装置1と接続しているか否かを判定する機能を有してもよい。電気機器200が電源安定化装置1と接続していないと判定されるとき、制御部22は切換装置20を制御し、第1変換器10から二次電池19に電力が供給されるようにする。
Moreover, the
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。 As described above, the mode for carrying out the present invention has been described using the embodiments, but the present invention is not limited to such embodiments at all, and various modifications and replacements can be made without departing from the scope of the present invention. can be added.
1 電源安定化装置
10 第1変換器
11 直流リンク
12 第2変換器
14 出力測定部
16 充電量測定部
18 端子部
19 二次電池
20 切換装置
22 制御部
31 第1端子
32 第2端子
100 AC電源
200 電気機器
1 Power
Claims (8)
交流側が前記交流電源に接続され、交流を直流に変換する第1変換器と、
交流側が前記電気機器に接続され、直流を交流に変換する第2変換器と、
前記第2変換器の出力電圧を測定する出力測定部と、
二次電池を着脱可能な端子部と、
前記第1変換器の直流側と、前記第2変換器の直流側とを接続する直流リンクに接続され、前記端子部に装着された二次電池の蓄える電力を前記直流リンクに供給するか否かを切り替える切換装置と、
前記端子部に装着された二次電池の充電量を測定する充電量測定部と、
前記出力測定部及び前記充電量測定部による測定結果に基づいて、前記切換装置を制御する制御部と、
を備える電源安定化装置。 A power stabilizing device connected between an AC power supply and an electrical device,
a first converter whose AC side is connected to the AC power supply and converts AC to DC;
a second converter whose AC side is connected to the electrical equipment and converts direct current to alternating current;
an output measuring unit that measures the output voltage of the second converter;
a terminal section to which a secondary battery can be attached and detached;
Whether the power stored in the secondary battery connected to the DC link connecting the DC side of the first converter and the DC side of the second converter and attached to the terminal portion is supplied to the DC link a switching device for switching between
a charge amount measuring unit that measures the charge amount of the secondary battery attached to the terminal unit;
a control unit that controls the switching device based on the measurement results of the output measurement unit and the charge amount measurement unit;
power stabilizer.
を備える請求項1に記載の電源安定化装置。 a secondary battery attached to the terminal portion;
The power stabilizing device according to claim 1, comprising:
請求項1又は2に記載の電源安定化装置。 When the switching device is a DC/DC converter having a first terminal connected to the terminal unit and a second terminal connected to the DC link, the electric power stored in the secondary battery is supplied to the DC link. , making the output voltage of the second terminal higher than the voltage of the DC link;
The power stabilizing device according to claim 1 or 2.
前記制御部は、前記設定電圧に基づいて前記切換装置を制御する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の電源安定化装置。 A switch capable of changing the set voltage output by the second converter,
The control unit controls the switching device based on the set voltage.
The power stabilizing device according to any one of claims 1 to 3.
前記充電量測定部により測定される前記二次電池の充電量が所定の量以上であるときに、
前記制御部は、前記二次電池から前記第2変換器に電力が供給されるように、前記切り替え装置を制御する、
請求項1から4のいずれか一項に記載の電源安定化装置。 AC power supplied to the electrical device measured by the output measuring unit increases and approaches a predetermined power,
When the charge amount of the secondary battery measured by the charge amount measuring unit is equal to or greater than a predetermined amount,
The control unit controls the switching device so that power is supplied from the secondary battery to the second converter.
The power stabilizing device according to any one of claims 1 to 4.
前記充電量測定部により測定される前記二次電池の充電量が所定の量以下であるときに、
前記制御部は、前記直流リンクから前記二次電池に電力が供給されるように、前記切り替え装置を制御する、
請求項1から5のいずれか一項に記載の電源安定化装置。 the value of the AC power supplied to the electrical device measured by the output measuring unit is smaller than a predetermined power;
When the charge amount of the secondary battery measured by the charge amount measuring unit is equal to or less than a predetermined amount,
The control unit controls the switching device so that power is supplied from the DC link to the secondary battery.
The power stabilizing device according to any one of claims 1 to 5.
前記制御部は、前記端子部から前記第2変換器に及び前記第1変換器から前記端子部に電力が供給されないように、前記切換装置を制御する、
請求項1から6のいずれか一項に記載の電源安定化装置。 When the charge amount measuring unit cannot measure the charge amount of the secondary battery,
The control unit controls the switching device so that power is not supplied from the terminal unit to the second converter and from the first converter to the terminal unit.
The power stabilizing device according to any one of claims 1 to 6.
前記出力測定部が、前記電気機器と前記第2変換器が接続されていないことを検出する場合、
前記制御部は、前記第1変換器から前記二次電池に電力が供給されるように、前記切換装置を制御する、
請求項1から7のいずれか一項に記載の電源安定化装置。 The output measuring unit detects whether the electrical device and the second converter are connected,
When the output measurement unit detects that the electrical device and the second converter are not connected,
The control unit controls the switching device so that power is supplied from the first converter to the secondary battery.
The power stabilizing device according to any one of claims 1 to 7.
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2021
- 2021-04-20 JP JP2021071080A patent/JP2022165653A/en active Pending
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