JP3188629B2 - 独立電源システムの主回路制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、補完電源のない独立し
た単一の電源システム（例えば太陽光発電電源設備等）
の主回路を開閉制御する独立電源システムの主回路制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、多くの制御装置は、その定格
に適合した電源と、その電源の品質保証によって、その
機能を正確に維持するように設計されている。特に、近
年においては、電子制御技術の発達により、各種の制御
装置の内部に、機能制御用電子回路と主回路用の強電回
路とが、同一の装置内に組み込まれている。

【０００３】このような状況下において、所要の制御装
置に供給される電源の品質が、許容限度を越えて変動す
ると、その制御装置は、その影響を受けて、場合によっ
てはその制御機能の一部に誤動作を生じ、ひいては制御
装置全体の制御機能を消失させてしまう難点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特に、補完電源のない
独立した単一の電源システムの場合において、電源変動
を生じた際に、電子制御回路を誤動作させることが多
く、この電子制御回路によって制御される各種の制御装
置を、常に正常な状態で作動させるためのメンテナンス
作業に莫大な経費を要する等の難点がある。

【０００５】例えば、太陽光発電を利用した発電システ
ムにおいては、太陽電池と蓄電池とを組合せてそれぞれ
充・放電制御を円滑に行うことが重要である。この場
合、前記蓄電池の充・放電制御を行う電子制御回路を設
けて、指定される電圧の検出を行うことが重要となる。
そこで、この蓄電池の性能を維持するための充放電電圧
の検出に際しては、一般に半導体素子の１つであるツェ
ナーダイオード（定電圧ダイオード）とオペアンプ（演
算増幅器）を使用し、標準電圧（特定のツェナー電圧）
と被検出電圧との対比を行う検出方式が適用されてい
る。

【０００６】このような指定電圧の検出方式において、
例えばツェナー電圧を発生させる主電源が、負荷への電
力供給と共用の場合、主電源の電圧降下が標準電圧の許
容範囲を逸脱して低下すると、標準電圧は低下した状態
の標準電圧となり、これと対比される被検出電圧も低下
した状態の被検出電圧として検出され、この電圧は誤っ
た比較結果として所要のＩＣ回路によって検知される結
果となる。

【０００７】このような、前記主電源の電圧降下は、蓄
電池機能維持の限度外の電圧降下を招来することにな
り、主電源としての機能復帰を殆ど不能とする電圧に至
ることが多い。

【０００８】このような理由から、従来の太陽電池と蓄
電池とを組合せた電源システムにおいては、過充電・過
放電防止機能付きの制御器（チャージコントローラ）の
誤動作を生じ、この電源システムは機能不全という結果
を生じることが多い。

【０００９】さらに、各種の制御装置に利用される電子
制御回路の電圧レベルが主回路と同一であっても、その
電流は、主回路（強電回路）の１／１０から１／２０程
度の小勢力の大きさに過ぎない。

【００１０】このため、例えば制御装置に供給される電
源が蓄電池による場合であれば、直流１２Ｖで、主回路
に直流１２Ｖ／１２０Ｗの負荷を接続すると、負荷電流
は１０Ａとなる。そこで、もしも蓄電池の電荷の残量が
少ない場合、蓄電池の供給電圧は、短時間経過で直流１
２Ｖの電圧が７０〜８０％に降下する。しかし、負荷の
接続を解除すれば、電圧は即刻に原状の電圧（直流１２
Ｖ）まで復帰する。

【００１１】このように、独立した単一電源システムの
場合、従来の電圧変化の検出方式を適用して、前記のよ
うな状態の検出を行うと、小勢力の負荷としての検出回
路の消費電流はきわめて小さい（数１００ｍＡ）ため、
電荷残量の殆どない蓄電池でも、電圧降下は生じること
なく、検出回路は「使用に差支えなし」との誤判定を行
う結果が多くなる。

【００１２】そこで、本発明の目的は、電源の変動に対
して主回路の動作を常に安定に維持し、簡単な構成でし
かも低コストでの製作の実現が可能な独立電源システム
の主回路制御装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る独立電源システムの主回路制御装置
は、補完電源のない独立した単一の電源システムの主回
路に電磁開閉器の開閉接点を接続配置し、この開閉接点
により前記主回路を開閉制御する独立電源システムの主
回路制御装置において、前記電磁開閉器の付勢コイルと
直列にその負担電圧を調節するための可変抵抗器と前記
電磁開閉器の開閉接点のハンチングを抑制するためのイ
ンダクタンスの作用をするコイルとを接続し、これら付
勢コイルと可変抵抗器とインダクタンスの作用をするコ
イルとの直列接続回路と並列にコンデンサを接続したこ
とを特徴とする。

【００１４】この場合、前記単一の電源システムは、主
回路を第１の主回路と第２の主回路とから構成すると共
に、前記第１の主回路に太陽電池を接続し、前記第２の
主回路に蓄電池を接続してなる太陽光発電設備として構
成し、前記第１の主回路に接続される電磁開閉器の開閉
接点を過充電防止用開閉接点として構成すると共に、前
記第２の主回路に接続される電磁開閉器の開閉接点を過
放電防止用開閉接点として構成することができる。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【実施例】次に、本発明に係る独立電源システムの主回
路制御装置の実施例につき、添付図面を参照しながら以
下詳細に説明する。

【００１９】基本回路 図１は、本発明に係る独立電源システムの主回路制御装
置（以下、本装置という）の基本原理を示す概略結線図
である。すなわち、図１において、参照符号Ａ、Ｂは所
要の独立電源システムからなる本装置を作動させるため
の主回路の接続端子を示し、また参照符号Ａ１、Ｂ１は
前記主回路の開閉制御を行うための電磁開閉器ＭＧ１を
接続した本装置の接続端子をそれぞれ示す。なお、前記
主回路の接続端子Ａ、Ｂ間には、前記電磁開閉器ＭＧ１
によって開閉操作される開閉接点（常開接点）ａが接続
される。

【００２０】ここで、前記本装置の接続端子Ａ１、Ｂ１
間には、前記電磁開閉器ＭＧ１と直列に、可変抵抗器Ｖ
Ｒ１と過渡状態におけるハンチング防止用のインダクタ
ンスの作用をするコイルＬ１が接続され、これらの直列
接続回路と並列に電圧変動を安定化するための所要定格
のコンデンサＣ１が接続され、さらにこれらの直・並列
接続回路と直列に電流方向を規定するためのダイオード
ＩＳＤが適宜接続されている。

【００２１】前記本装置において、電磁開閉器ＭＧ１の
定格電圧をＥ１として、本装置の接続端子Ａ１、Ｂ１間
に電圧Ｅ１を印加する。この時、電磁開閉器ＭＧ１は付
勢されて、その開閉接点ａを閉じて主回路を閉路する。
次いで、可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値を増加させると、電
磁開閉器ＭＧ１の付勢コイルの負担電圧は次第に低下
し、これに伴い前記付勢コイルの電磁吸引力が低下す
る。そして、前記付勢コイルの電磁吸引力が、電磁石と
しての接点閉路維持限界電圧（Ｅ１−α）に達すると、
電磁石の鉄片開放により開閉接点ａを開いて、主回路を
開路する。

【００２２】この場合、前記接点閉路維持限界電圧（Ｅ
1 −α）は、開放限界電圧接近により、開閉接点ａがハ
ンチング（接触不良ビート現象）を生じるが、コンデン
サＣ1 およびコイルＬ1 の作用により抑制することがで
きる。

【００２３】以上の現象は、電磁開閉器ＭＧ1 に対する
定格外電圧増加（Ｅ＋α）の場合においても、同一の作
用および効果が得られる。

【００２４】次に、本装置における過充電防止制御回路
と過放電防止制御回路の具体例について説明する。

【００２５】過充電防止制御回路への応用 図２は、過充電防止制御回路の概略構成を示す。すなわ
ち、図２において、参照符号１０は過充電防止制御回路
の接続端子Ａ１、Ｂ１間に接続された過充電防止制御回
路の制御部を示す。また、前記制御部１０と並列に、所
要定格電圧の電磁開閉器ＭＧ１と可変抵抗器ＶＲ１との
直列接続回路が接続される。そして、前記電磁開閉器Ｍ
Ｇ１によって開閉操作される開閉接点（常閉接点）ｂ１
が、主回路の接続端子Ａ、Ｂ間に接続される。

【００２６】この場合、過充電防止制御回路の接続端子
Ａ１、Ｂ１間に所要の電圧Ｖ０１（＝ＶＭ１＋ＶＲ１）
を印加し、可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値を調節して電磁開
閉器ＭＧ１の付勢コイルの負担電圧（ＶＭ１）を調整
し、電磁開閉器ＭＧ１の定格電圧範囲外の上方電圧（Ｅ
１＋α１）における開閉動作を検出して、主回路の開閉
操作に利用することができる。

【００２７】因みに、本実施例において、例えば過充電
防止電圧Ｖ01を、電磁開閉器Ｍｇ1の定格電圧範囲外の
上方電圧Ｖ01＝１４．５Ｖとした場合、可変抵抗器ＶＲ
1 の抵抗値を適当な値に設定して、例えば可変抵抗器Ｖ
Ｒ1 の負担電圧ＶR1を７．７Ｖ、電磁開閉器Ｍｇ1 の付
勢コイルの負担電圧ＶM1を６．８Ｖと設定することによ
り、主回路の電圧が１４．５Ｖを越えた際に、この電磁
開閉器Ｍｇ1 の開閉接点ｂ1 を開放操作することができ
た。

【００２８】過放電防止制御回路への応用 図３は、過放電防止制御回路の概略構成を示す。すなわ
ち、図３において、参照符号１２は過放電防止制御回路
の接続端子Ａ２、Ｂ２間に接続された過放電防止制御回
路の制御部を示す。また、前記制御部１２と並列に、所
要定格電圧の電磁開閉器ＭＧ２と可変抵抗器ＶＲ２との
直列接続回路が接続される。そして、前記電磁開閉器Ｍ
Ｇ２によって開閉操作される開閉接点（常開接点）ａ２
が、主回路の接続端子Ａ′、Ｂ′間に接続される。

【００２９】この場合、過放電防止制御回路の接続端子
Ａ２、Ｂ２間に所要の電圧Ｖ０２（＝ＶＭ２＋ＶＲ２）
を印加し、可変抵抗器ＶＲ２の抵抗値を調節して電磁開
閉器ＭＧ２の付勢コイルの負担電圧（ＶＭ２）を調整
し、電磁開閉器ＭＧ２の定格電圧範囲外の下方電圧（Ｅ
２−α２）における開閉動作を検出して、主回路の開閉
操作に利用することができる。

【００３０】因みに、本実施例において、例えば過放電
防止電圧Ｖ02を、定格電圧範囲外の下方電圧Ｖ02＝１
０．５Ｖとした場合、可変抵抗器ＶＲ2 の抵抗値を適当
な値に設定して、例えば可変抵抗器ＶＲ2 の負担電圧Ｖ
R2を４．８Ｖ、電磁開閉器Ｍｇ2 の付勢コイルの負担電
圧ＶM2を５．７Ｖと設定することにより、主回路の電圧
が１０．５Ｖ以下となった際に、この電磁開閉器Ｍｇ2
の開閉接点ａ2 を開放操作することができた。

【００３１】図４は、太陽電池と蓄電池とを併用した太
陽光発電設備における本装置（過充電防止用開閉接点と
過放電防止用開閉接点との接続配置）の応用例を示すも
のである。すなわち、本実施例においては、太陽電池２
０に接続される第１の主回路２１の接続端子Ｐｓ、Ｎｓ
と、蓄電池２２に接続される第２の主回路２３の接続端
子ＰＢ、ＮＢとを有する。

【００３２】しかるに、第１の主回路２１には、過充電
防止用開閉接点（常閉接点）１０ｂと太陽電池電圧検出
器ＤS1とその開閉接点（常開接点）ａs1が適宜接続配置
されると共に、負荷接続端子ＰL 、ＮL が設けられてい
る。また、第２の主回路２３には、過放電防止用開閉接
点（常開接点）１２ａが適宜接続配置されると共に、前
記第１の主回路２１に設けられた負荷接続端子ＰL 、Ｎ
L に接続されている。

【００３３】なお、前記第１の主回路２１には、さらに
太陽電池電圧検出器ＤＳ２とその開閉接点ａｓ２（常開
接点）およびｂｓ２（常閉接点）を設け、前記開閉接点
ａｓ２を日出・入検出信号を出力する出力端子Ａ１、Ａ
１′およびＡ２、Ａ２′に接続する。また、前記開閉接
点ｂｓ２は、前記一方の負荷接続端子ＮＬと導通接続さ
せて、別の負荷接続端子ＮＬ′（夜間専用）を設ける。

【００３４】次に、前記構成からなる太陽光発電設備の
動作について、図５を参照しながら説明する。すなわ
ち、図４に示すシステム構成においては、日中におい
て、第１の主回路２１における太陽電池２０により所要
の電気エネルギが出力されると、この電気エネルギを第
２の主回路２３における蓄電池２２に充電しておき、夜
間になると、前記蓄電池２２に充電された電気エネルギ
により、前記主回路の負荷接続端子ＰL 、ＮL ′間に接
続された所要の負荷（夜間照明器具等）を付勢するよう
に構成される。勿論、昼間は、浮動充電方式であるた
め、負荷接続端子ＰL、ＮL に負荷を接続して、使用す
ることができる。

【００３５】ここで、まず夏季の日の出時刻（後述する
太陽電池電圧検出器の動作後における蓄電池充電エネル
ギが発生する時刻：例えば午前８時）から日の入り時刻
（前記蓄電池充電エネルギが消滅する時刻：例えば午後
７時）までの間において、日の出の開始と共に太陽電池
に誘起される電圧を、太陽電池電圧検出器ＤS1、ＤS2に
より検出し、前記誘起電圧が予め設定した所定電圧を超
えた際に、第１の主回路２１の常開接点ａs1を閉じて、
これを閉回路とする。なお、この時、前記太陽電池電圧
検出器ＤS1によって、その常開接点ａs1を閉じることに
より、第２の主回路２３も閉回路となり、太陽電池２０
に誘起される電気エネルギによる蓄電池２２の充電が開
始される。

【００３６】また、前記太陽電池電圧検出器ＤＳ２によ
って、その常開接点ａｓ２を閉じることにより、所定の
出力端子Ａ１、Ａ１′およびＡ２、Ａ２′から日出・入
検出信号が出力される。そこで、例えば前記日出・入検
出信号に基づいて、過放電防止制御回路の制御部１２
（図３）を作動させて、電磁開閉器（Ｍｇ２）を適宜補
助電源により付勢し、投入するように構成することがで
きる。この補助電源による前記電磁開閉器（Ｍｇ２）の
所定のタイミングでの付勢投入に伴い、過放電防止用開
閉接点１２ａが閉じられて、この過放電防止用開閉接点
１２ａを含む第２の主回路２３が形成される。

【００３７】このようにして、第１の主回路２１の太陽
電池電圧検出器ＤS1が閉回路となることにより、太陽電
池２０に誘起される電気エネルギは、蓄電池２２に充電
されて、その充電電圧は次第に高められていく。

【００３８】そこで、例えば蓄電池２２の充電電圧が１
４．５Ｖを超えると、過充電防止制御回路の制御部１０
（図２）の電磁開閉器（Ｍｇ１）を付勢して、過充電防
止用開閉接点１０ｂを開き、第１の主回路２１を開回路
とする。なお、この場合、タイマを動作させて、第１の
主回路２１の開回路状態を一定時間遅延保持させる。

【００３９】その後、蓄電池２２の充電電圧が１４．５
Ｖ以下であれば、再度第１の主回路２１を閉回路とし
て、蓄電池２２の充電を行い、夕方の日の入りまで前記
操作を繰り返す。

【００４０】そして、日の入りに至ると、太陽電池電圧
検出器ＤＳ１、ＤＳ２からの出力信号が遮断され、第１
の主回路２１の常開接点ａｓ１が開いて、第１の主回路
２１を開回路とし、蓄電池２２への充電操作を終了す
る。この場合、過放電防止制御回路の制御部１２（図
３）の電磁開閉器（Ｍｇ２）の閉路を維持するための電
源は、蓄電池２２に切り替えられており、そのまま投入
が維持され、過放電防止用開閉接点１２ａは閉じたまま
第２の主回路２３を閉回路に維持する。

【００４１】そこで、前記太陽電池電圧検出器ＤS2から
の出力信号が遮断され、その常開接点ａs2が開き、常閉
接点ｂs2が閉じることにより、夜間専用の負荷接続端子
ＮL′が負荷接続端子ＮL と導通接続されることによ
り、前記夜間専用の負荷接続端子ＮL ′と負荷接続端子
ＰL との間に接続されている夜間照明器具等の負荷に対
し、蓄電池２２に充電されている電圧を印加することが
できる。

【００４２】その後、蓄電池２２の放電による消耗によ
り、充電電圧が１０．５Ｖ以下になると、過放電防止制
御回路の制御部１２（図３）の電磁開閉器（Ｍｇ２）の
付勢動作が解除され、過放電防止用開閉接点１２ａを開
き、第２の主回路２３を開回路とする。これにより、前
記負荷に対する電源を遮断して、蓄電池２２の過放電を
防止することができる。

【００４３】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更
をなし得ることは勿論である。

【００４４】

【発明の効果】前述した実施例から明らかなように、本
発明に係る独立電源システムの主回路制御装置は、電磁
開閉器の付勢コイルと直列にその負担電圧を調節するた
めの可変抵抗器と前記電磁開閉器の開閉接点のハンチン
グを抑制するためのインダクタンスの作用をするコイル
とを接続し、これら付勢コイルと可変抵抗器とインダク
タンスの作用をするコイルとの直列接続回路と並列にコ
ンデンサを接続したことにより、補完電源のない独立し
た単一電源システム、例えば太陽光発電設備等におい
て、電源の変動に対してその主回路の動作を常に安定に
維持することができる。

【００４５】また、本発明に係る前記主回路制御装置
は、極めて簡単な構成でしかも低コストで製造すること
ができる等の利点がある。

【００４６】従って、本発明によれば、一般商用電源の
ない場所に設置される太陽光発電設備等の独立した電源
システムにおいて、特に蓄電池等を含む主回路制御装置
を使用する場合、その充・放電サイクルの寿命を長期間
に亘って保証するには、前記構成からなる本発明の主回
路制御装置は、極めて有効かつ適切な効果を発揮させる
ことができる。

【００４７】本発明の主回路制御装置は、例えば太陽電
池と蓄電池とを組合せた独立した単一電源システムとし
ての利用であって、具体的には道路標識装置、山間部や
僻地における照明装置、海上等に設置する航路標識、固
定無線局等の電源システムに、極めて有効に適用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る独立電源システムの主回路制御装
置の基本原理を示す概略結線図である。

【図２】過充電防止制御回路に適用した場合の本発明に
係る主回路制御装置の回路図である。

【図３】過放電防止制御回路に適用した場合の本発明に
係る主回路制御装置の回路図である。

【図４】太陽光発電設備に適用した場合における本発明
に係る主回路制御装置の回路図である。

【図５】図４に示す主回路制御装置の動作状態の一実施
例を示すタイムチャート図である。

【符号の説明】

１０ 過充電防止制御回路の制御部 １０ｂ 過充電防止用開閉接点 １２ 過放電防止制御回路の制御部 １２ａ 過放電防止用開閉接点 ２０ 太陽電池 ２１ 第１の主回路 ２２ 蓄電池 ２３ 第２の主回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 補完電源のない独立した単一の電源シス
   テムの主回路に電磁開閉器の開閉接点を接続配置し、こ
   の開閉接点により前記主回路を開閉制御する独立電源シ
   ステムの主回路制御装置において、 前記電磁開閉器の付勢コイルと直列にその負担電圧を調
   節するための可変抵抗器と前記電磁開閉器の開閉接点の
   ハンチングを抑制するためのインダクタンスの作用をす
   るコイルとを接続し、これら付勢コイルと可変抵抗器と
   インダクタンスの作用をするコイルとの直列接続回路と
   並列にコンデンサを接続したことを特徴とする独立電源
   システムの主回路制御装置。
2. 【請求項２】 前記単一の電源システムは、主回路を第
   １の主回路と第２の主回路とから構成すると共に、前記
   第１の主回路に太陽電池を接続し、前記第２の主回路に
   蓄電池を接続してなる太陽光発電設備として構成し、前
   記第１の主回路に接続される電磁開閉器の開閉接点を過
   充電防止用開閉接点として構成すると共に、前記第２の
   主回路に接続される電磁開閉器の開閉接点を過放電防止
   用開閉接点として構成することを特徴とする請求項１記
   載の独立電源システムの主回路制御装置。