JP3190329B2 - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電源装置に関し、特に複数個のバッテリを
負荷に対して直列に接続している場合の、該各バッテリ
の充電方法の改善に関する。
〔従来の技術〕
バッテリと発電機を有し、その両方から負荷に電力を
供給するようにした電源装置があり、このような装置と
して、従来、例えば、第9図に示すものがある。この従
来の電源装置1は、負荷2に対して直列に接続されたバ
ッテリ4〜7と、該負荷2に電力を供給するとともに、
上記各バッテリ4〜7を充電する燃料電池(発電機)3
とから構成されている。
なお、8は逆流防止用ダイオードである。また上記燃
料電池の代わりにエンジン駆動式の発電機を採用する場
合もある。
この従来装置1では、負荷2に対して直列のバッテリ
4〜7及び燃料電池3の両方から電力が供給される。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで上記従来の電源装置1では、負荷に電力を充
分に供給できるように、複数個のバッテリを負荷に対し
て直列に接続して全体としての電圧を高くしている訳で
あるが、このような直列に接続されたバッテリの充電を
可能にするには、上記高電圧に見合った出力の発電機を
採用するか、又はコンバータ等を用いて昇圧する必要が
ある。特に発電機に燃料電池を採用している場合に出力
電圧を上げるには、該燃料電池のセルスタックの段数を
増やす必要があり、それだけ該燃料電池の信頼性が低下
する問題がある。またエンジン駆動式発電機を採用して
いる場合は、発電機が大型化する問題がある。一方、昇
圧する場合はコンバータの追加が必要であるうえに、一
般にコンバータは変換効率が悪い為に電気的ロスが大き
くなる問題がある。
本発明は上記従来の状況に鑑みてなされたもので、発
電機の信頼性の低下,大型化を防止でき、かつコンバー
タ等の昇圧手段も必要でない電源装置を提供することを
目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、負荷に対して直列に接続された複数個のバ
ッテリと、該バッテリを充電する発電機とを備えた電源
装置において、上記発電機に上記各バッテリ又は複数個
毎のバッテリを並列に接続し、上記各バッテリ又は複数
個毎のバッテリと上記発電機とを接断するスイッチング
手段と、該全てのスイッチング手段がオフした時に上記
発電機が開放されるのを防止するコンデンサと、上記各
バッテリ及び負荷への電流値が零の時点での上記各バッ
テリ又は複数個毎のバッテリの電圧を検出する電圧検出
手段と、上記各電圧検出手段で検出された電圧値の差が
所定値より小さいときには上記各バッテリ又は複数個毎
のバッテリが時分割的にかつ同一時間ずつ充電され、ま
た上記差が所定値より大きいときには上記各バッテリ又
は複数個毎のバッテリが時分割的にかつ検出電圧値の最
も低いバッテリが他のバッテリより長時間充電され、そ
の他のバッテリは通常時間で充電されるように上記各ス
イッチング手段の接断を制御する制御手段とを備えたこ
とを特徴としている。
ここで本発明において時分割的に充電するとは、各バ
ッテリを短時間づつ順次充電し、これを繰り返す場合だ
けでなく、各バッテリを所定電圧値になるまで充電し、
順次別個のバッテリを充電していく場合も含む。
〔作 用〕 本発明に係る電源装置によれば、バッテリの充電は、
上記発電機に対して並列に接続されている各バッテリ又
は、複数個毎のバッテリを一単位として行われる。従っ
て発電機は、各バッテリ単独の電圧又は複数個毎のバッ
テリの電圧に見合った出力電圧を有するものであればよ
い。その結果、発電機として燃料電池を採用した場合は
セルスタックの段数が少なくて済み、それだけ信頼性が
高くなり、またエンジン駆動式発電機を採用した場合は
小型のもので済む。またコンバータ等の昇圧手段も不要
である。
また、バッテリ,負荷の何れにも電流が供給されてい
ない時点でバッテリ電圧を検出するようにしたので、バ
ッテリ電圧を確実に検出できる。
さらにまた発電機が開放されるのを防止するコンデン
サを設けたので、全てのスイッチング手段をオフにして
も直ちに発電機の発電状態に悪影響が生じることがな
い。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第1図ないし第3図は本発明の第1成立過程例による
電源装置を説明するための図であり、第1図は電源装置
の回路図、第2図は制御装置のブロック構成図、第3図
は駆動パルスの波形図である。
図において、9は第1成立過程例の電源装置であり、
負荷2に対してバッテリ4〜7が直列に接続されてい
る。またこの各バッテリ4〜7は燃料電池3に対して並
列に接続されている。そして上記バッテリ4〜7の各々
と燃料電池3との各正端子間にはトランジスタ17a〜20a
が、各負端子間にはトランジスタ21a〜24aがそれぞれ介
設されている。また上記トランジスタ21a〜24aのベース
にはドライブ回路17b〜24bが接続され、これにより各バ
ッテリと燃料電池とを接断するスイッチング回路17〜24
が構成されている。
なお、8a,8bは逆流防止用ダイオード、10はコンデン
サであり、このコンデンサ10は上記スイッチング回路17
〜24の開閉時に生じるノイズを吸収するとともに、上記
各スイッチング回路17〜24が全てオフした状態でも上記
燃料電池3が開放にならないようにするためのものであ
る。
36は上記スイッチング回路17〜24による接断動作を制
御する制御回路であり、これは所定の基準パルスを出力
する発振器35と、該基準パルスからパルス幅1〜120sec
の駆動パルスa〜dを作成出力するリングカウンタ34
と、上記駆動パルスa〜dを貯留するとともに、フォト
カプラ37を介して上記各ドライブ回路17b〜24bに出力す
るバッファ33とから構成されている。
次に第1成立過程例の作用効果について説明する。
第1成立過程例の電源装置9では、負荷2への電力供
給は、直列のバッテリ4〜7から行われ、各バッテリの
充電は、時分割的に行われる。即ち制御回路36の発振器
35が作動し、リングカウンタ34から駆動パルスa〜dが
出力され、これによりまずスイッチング回路17及び21の
みがTsecオンし、この時間だけバッテリ4の充電が行わ
れる。同様にしてバッテリ5〜7がそれぞれTsecづつ順
次充電され、この動作の繰り返しによって充電が行われ
る。
このように第1成立過程例の装置では、上記発電機3
に対して上記各バッテリ4〜7を並列に接続するととも
に、スイッチング回路17〜24を設けたので、上記各バッ
テリ4〜7を1個づつ充電することができる。これによ
り直列に接続された4個のバッテリをそのまま充電する
従来装置に比べて、1/4の出力電圧の燃料電池3で充電
が可能である。その結果燃料電池3のセルスタックの段
数を少なくでき、それだけ燃料電池3の信頼性が高くな
る。また、コンバータ等の昇圧手段を設ける必要がない
ので、コンバータを採用した場合のような変換効率が悪
いことによる電気ロスが生じない。
第4図は本発明の第2成立過程例を示し、図中、第1
図ないし第3図と同一符号は同一又は相当部分を示す。
第2成立過程例では、バッテリ4とバッテリ5との直
列接続体,及びバッテリ6とバッテリ7との直列接続体
を燃料電池3に対して並列に接続し、上記燃料電池3と
各直列接続体との各正端子間にスイッチング回路17,18
を各負端子間にスイッチング回路19,20をそれぞれ介設
している。
第2成立過程例では2つのバッテリの直列接続体を燃
料電池3に対して並列に接続したので、燃料電池3がバ
ッテリ2つ分の電圧を発生するものであればよく、バッ
テリが4つとも直列に接続された従来の場合に比べてセ
ルスタック段数が1/2で済み、それだけ信頼性を向上で
きる。
第5図ないし第8図は本発明の一実施例を示し、図
中、第1図ないし第3図と同一符号は同一又は相当部分
を示す。
本実施例では、各バッテリ4〜7の電圧を検出する電
圧検出器42〜45を付加しており、各バッテリ及び負荷へ
の電流が零の場合のバッテリ電圧を該電圧検出器42〜45
で検出し、該検出値を絶縁アンプ46aを介してコントロ
ーラ46に入力するように構成されている。なお、2aは負
荷2とバッテリ直列体との間に介設されたスイッチであ
り、また上記コントローラ46は、第7図に示すようにV/
Fコンバータ47,フォトカプラ48,CPU49で構成しても良
い。
本実施例では、各バッテリ4〜7及び負荷2への電流
値が零の時点、つまり正側,負側の全てのスイッチング
回路17〜24及びスイッチ2aがオフの時点でのバッテリ電
圧を上記電圧検出器42〜45が検出し、該検出した値が上
記コントローラ46に入力される。そして上記コントロー
ラ46において、各検出電圧値の差が所定の基準電圧値よ
り小さい場合は、いずれのバッテリについても同一時間
づつ充電される。一方、上記差電圧が基準値より大きい
場合は、検出電圧値の最も低いバッテリの充電時間が他
のバッテリより長く設定される。例えばバッテリ5の検
出値が低い場合は、第8図に示すように、バッテリ4,6,
7はT1sec,バッテリ5はT1より長いT2secとなるよう時間
振り分けをして充電する。
このように本実施例では、各々のバッテリの電圧値を
検出し、該検出値に応じて充電時間の長さを設定してい
るので、充電のロスを防止でき、全体としての充電時間
を最小にできる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明に係る電源装置によれば、各バッ
テリ又は複数個毎のバッテリを発電機に対して並列に接
続したので、バッテリを低電圧で充電でき、発電機の信
頼性を向上できるとともに、大型化を回避できる効果が
あり、コンバータ等の昇圧手段を追加する必要もない。
またバッテリ,負荷の何れにも電流が供給されていない
時点でバッテリ電圧を検出するようにしたので、バッテ
リ電圧を確実に検出でき、発電機が開放されるのを防止
するコンデンサを設けたので、全てのスイッチング手段
をオフにしても直ちに発電機の発電状態に悪影響が生じ
ることがない。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の第1成立過程例による電
源装置を説明するための図であり、第1図は電源装置の
ブロック構成図、第2図は制御装置のブロック構成図、
第3図は駆動バルスの波形図、第4図は本発明の第2成
立過程例を説明するためのブロック構成図、第5図ない
し第8図は本発明の一実施例を説明するための図であ
り、第5図は電源装置の配線図、第6図は部分構成図、
第7図は部分構成図、第8図はタイムチャート図であ
り、第9図は従来の電源装置のブロック構成図である。 図において、1は電源装置、2は負荷、3は発電機、4
〜7はバッテリ、17〜24はスイッチング回路(スイッチ
ング手段)、36は制御回路(制御手段)である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−217930(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/00 - 7/10 H02J 7/34 - 7/35

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】負荷に対して直列に接続された複数個のバ
    ッテリと、該バッテリを充電する発電機とを備えた電源
    装置において、上記発電機に上記各バッテリ又は複数個
    毎のバッテリを並列に接続し、上記各バッテリ又は複数
    個毎のバッテリと上記発電機とを接断するスイッチング
    手段と、該全てのスイッチング手段がオフした時に上記
    発電機が開放されるのを防止するコンデンサと、上記各
    バッテリ及び負荷への電流値が零の時点での上記各バッ
    テリ又は複数個毎のバッテリの電圧を検出する電圧検出
    手段と、上記各電圧検出手段で検出された電圧値の差が
    所定値より小さいときには上記各バッテリ又は複数個毎
    のバッテリが時分割的にかつ同一時間ずつ充電され、ま
    た上記差が所定値より大きいときには上記各バッテリ又
    は複数個毎のバッテリが時分割的にかつ検出電圧値の最
    も低いバッテリが他のバッテリより長時間充電され、そ
    の他のバッテリは通常の時間で充電されるように上記各
    スイッチング手段の接断を制御する制御手段とを備えた
    ことを特徴とする電源装置。
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