JP3909260B2 - 充電回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はバッテリの充電回路に関し、特にノーヒューズ遮断器を備えた電源設備によりバッテリ充電を行う充電回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
比較的大容量のバッテリを充電する場合、急速充電とも呼ばれる充電制御が行われる。急速充電では大容量、低損失を目的として主回路パワーデバイスとしてサイリスタ・モジュールが適用される例が多い。しかしながら、サイリスタ・モジュールは自己消弧機能を持たず、逆バイアスまたは通電電流を保持電流以下にすることによりターンオフするという特性を持つため電流と電圧の位相がずれることになり、原理的に入力力率が悪化する。このため充電回路の入力電流が増大し、ノーヒューズ遮断器等の入力電源遮断装置(以降、ノーヒューズ遮断器と呼ぶ)がトリップするという問題を引き起こす。
【0003】
図3は、これまでのサイリスタ・モジュールを利用した充電回路を示す。図3において、入力電源31からの電力をトランス32を通してSCRスタック33に与え、このSCRスタック33をドライバ34で制御することによりバッテリ30を充電する。SCRスタック33とバッテリ30との間の回路には電流検出器35が設けられる。電流検出器35で検出された充電電流検出値Ichと充電電流指令値Ich*との偏差が演算器36で検出され、この偏差は充電電流偏差アンプ37で増幅されてドライバ34に与えられる。ドライバ34はこの偏差に基づいてSCRスタック33を制御する。38は比例・積分回路である。また、入力電源31とトランス32との間の電源ラインにはノーヒューズ遮断器39が設けられているが、これは電源設備側に含まれるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この充電回路の場合、SCRを利用しているため入力力率が悪く、充電中に入力電流が増加する。これにより受電容量の小さい電源設備の場合、ノーヒューズ遮断器39はその定格電流が小さいためトリップすることがある。
【0005】
これを防止するため、一般的に、充電回路において設定される充電電流指令値Ich*は電源設備の容量に関わらず、ノーヒューズ遮断器39がトリップしないようある程度余裕を持った小さな電流値に設定せざるを得なかった。
【0006】
このため、このような充電回路を、容量の充分に大きい電源設備を持った客先に設置した場合、ノーヒューズ遮断器39の定格電流値が大きいにも関わらず、充電電流指令値Ich*の設定値は小さくされているので、急速充電の利点を生かせずにいた。
【0007】
この問題を解決するために従来は、客先別に充電電流指令値Ich*を特殊設定した充電回路を出荷納入することで対応してきた。
【0008】
この方法によれば、客先毎の電源設備に応じて緻密に対応できるものの、少量多品種の在庫が必要となり、サービス性、メンテナンス性を犠牲とせざるを得ない。また、客先毎に個別に充電電流指令値Ich*を設定する場合でも、力率を実測しない限り正確に入力電流は分からない。加えて、電源力率は工場内の電源の利用状況などにも左右され、時間帯により変動するという問題もあるため、結局は余裕を持った充電電流指令値Ich*、すなわち余裕を持たせて小さくした値に設定せざるを得なかった。
【0009】
そこで、本発明の課題は、納入先の電源設備の大小にかかわらずに、ノーヒューズ遮断器のトリップを防止する電流調整機能を有する汎用性の高い充電回路を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ノーヒューズ遮断器を備えた電源設備によりバッテリ充電を行う充電回路であって前記電源設備からの電力を前記ノーヒューズ遮断器を通して受け、前記バッテリへの通電状態を制御するためのSCRスタックを含む充電回路において、該充電回路に流れる電流を、前記ノーヒューズ遮断器の定格電流で規定される所定の値に制限する回路手段を備え、該回路手段は、前記SCRスタックへの入力電流を検出する検出部と、あらかじめ設定される入力電流指令値と検出された入力電流とを比較して偏差を出力する比較部と、前記比較部の出力が正の値の場合は0にリミットし、負の値の場合はあらかじめ定められた値でリミットをかけたうえで出力する0リミット処理を行う0リミット処理回路とを含み、所定の充電電流指令ノミナル値と前記0リミット処理回路の出力とを加算して充電電流指令値として出力する補正部とを含むことを特徴とする。
【0011】
本充電回路は更に、前記SCRスタックからの充電電流を検出する第1の電流検出器と、前記充電電流指令値と検出された充電電流とを比較して第1の偏差を出力する第1の演算器と、前記第1の偏差を増幅する第1の偏差アンプと、該第1の偏差アンプの出力に基づいて前記SCRスタックを制御するドライバとを含む。
【0013】
本充電回路における前記検出部は、前記入力電流を検出する第2の電流検出器と、検出された入力電流を絶対値処理して絶対値を出力する絶対値処理回路と、該絶対値処理回路の出力に対して一次遅れ処理を行い、前記検出された入力電流として出力する第1の一次遅れ処理回路とを含む。
【0014】
本充電回路における前記比較部は、前記あらかじめ設定される入力電流指令値と前記検出された入力電流とを比較して第2の偏差を前記偏差として出力する第2の演算器と、前記第2の偏差を増幅する第2の偏差アンプとを含む。
【0015】
本充電回路における前記補正部は、前記所定の充電電流指令ノミナル値と前記0リミット処理回路の出力とを加算する第3の演算器と、該第3の演算器の加算出力に対して一次遅れ処理を行って前記充電電流指令値として出力する第2の一次遅れ処理回路とを含む。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明による充電回路は、充電回路に流れる電流を電源設備に備えられるノーヒューズ遮断器の定格電流で規定される所定の値に制限する回路手段を備えることにより、入力力率に起因した電流増加によるノーヒューズ遮断器のトリップを防ぐようにした回路である。
【0018】
図1を参照して、上記の回路手段を備えた充電回路の実施の形態について説明する。図3で説明した充電回路と同様に、本充電回路においても、入力電源11からの電力をトランス12を通してSCRスタック13に与え、このSCRスタック13をドライバ14で制御することによりバッテリ10を充電する。SCRスタック13とバッテリ10との間の回路には電流検出器(第1の電流検出器)15が設けられる。電流検出器15で検出された充電電流検出値Ichと充電電流指令値Ich*との偏差が演算器(第1の演算器)16で検出され、この偏差は充電電流偏差アンプ(第1の偏差アンプ)17で増幅されてドライバ14に与えられる。ドライバ14はこの偏差に基づいてSCRスタック13を制御する。18は比例・積分回路である。入力電源11とトランス12との間の電源ラインにはノーヒューズ遮断器19が設けられているが、これは電源設備側に含まれるものである。
【0019】
入力力率に起因した電流増加によるノーヒューズ遮断器19のトリップを防ぐための回路手段は、トランス12とSCRスタック12との間の回路に設けられた電流検出器(第2の電流検出器)21、絶対値回路22、一次遅れ処理回路(第1の一次遅れ処理回路)23、演算器(第2の演算器)24、入力電流偏差アンプ(第2の偏差アンプ)25、0リミット回路26、演算器(第3の演算器)27、一次遅れ処理回路(第2の一次遅れ処理回路)28を含む。29は比例積分回路である。
【0020】
絶対値回路22は、電流検出器21の検出信号に対して絶対値処理を行い、検出値の絶対値を出力する。一次遅れ処理回路23は、絶対値回路22からの絶対値に対して一次遅れ処理を行い、平滑化された入力電流検出値Iinを出力する。演算器24はあらかじめ設定される入力電流指令Ich*と入力電流検出値Iinとの偏差を演算し、入力電流偏差アンプ25はこの偏差を増幅する。0リミット回路26は、入力電流偏差アンプ25の出力に対し、正の値の場合は0にリミットし、負の値の場合は充電電流指令ノミナル値Ichn*の逆極性の値でリミットをかけたうえで0リミット出力ΔIinとして出力するという0リミット動作を実行する。演算器27は、あらかじめ与えられる所定の充電電流指令ノミナル値Ichn*と0リミット出力ΔIinとを加算し、この加算値を入力電流指令Ich*として出力する。一次遅れ処理回路28は、演算器27からの入力電流指令Ich*に対して一次遅れ処理を行い、平滑化された入力電流指令を出力する。
【0021】
次に、本充電回路の動作について説明する。
【0022】
1.電流検出器15、21により充電電流、入力電流をそれぞれ検出する。
【0023】
2.入力電流の検出値は絶対値回路22で絶対値処理されると共に一次遅れ処理回路23で一次遅れ処理され、処理された値は演算器24により入力電流指令値Iin*と比較される。
【0024】
3.比較結果としての偏差は入力電流偏差アンプ25により増幅される。
【0025】
4.0リミット回路26は入力電流偏差アンプ25の出力が正極性の場合、0リミット処理する。
【0026】
5.0リミット回路26は入力電流偏差アンプ25の出力が負極性の場合、充電電流指令ノミナル値Ichn*の逆極性の値でリミット処理する。
【0027】
6.リミット処理された入力電流偏差アンプ25の出力ΔIinは演算器27により充電電流ノミナル値Ichn*と加算され、充電電流指令値Ich*となる。
【0028】
7.充電電流指令値Ich*は一次遅れ処理回路28で一次遅れ処理される。
【0029】
8.一次遅れ処理された結果は演算器16により充電電流検出値Ichと比較される。
【0030】
9.比較結果としての偏差は充電電流偏差アンプ17により増幅される。
【0031】
10.充電電流偏差アンプ17により増幅された結果は、バッテリ充電電圧指令となり、信号増幅回路としてのドライバ14に入力される。
【0032】
11.ドライバ14で増幅された信号はSCRスタック13をドライブし、バッテリ充電電圧指令に応じた電圧を出力し、充電電流指令値Ich*に等しい充電電流が流れる。
【0033】
従って、入力電流指令値Iin*をノーヒューズ遮断器19の定格電流よりやや小さめに設定しておけば、力率の悪い電源設備であっても急速充電により充電電流が増加してしまうことはなく、ノーヒューズ遮断器19がトリップすることはなくなる。
【0034】
つまり、図2をも参照して説明すると、本充電回路は以下のように作用する。
【0035】
1.本充電回路は、充電開始により充電電流指令ノミナル値Ichn*をランプ状に出力することを開始する。
【0036】
2.それに伴い入力電流が徐々に上昇するが、入力電流設定値I0、つまり入力電流指令値Iin*に到達するまでは充電電流に従った入力電流が流れる。勿論、入力電流設定値I0はノーヒューズ遮断器19の定格電流値よりやや小さめに設定されている。
【0037】
3.入力電流が入力電流設定値I0に到達するまでは、充電電流指令値Ich*に対して入力電流検出値Iinが小さいため、入力電流偏差アンプ25は正極性に飽和している。
【0038】
4.このため0リミット回路26にて0リミット出力ΔIinは0を保持している。
【0039】
5.充電電流指令値Ich*は、充電電流指令ノミナル値Ichn*と0リミット出力ΔIinの加算結果なので、0リミット出力が0であることより充電電流指令値Ich*は充電電流指令ノミナル値Ichn*と一致する。
【0040】
6.入力電流検出値Iinが入力電流設定値I0に到達すると入力電流偏差アンプ25の出力が徐々に飽和より低下し、最終的には負極性となる。
【0041】
7.これにより0リミット出力として負極性のΔIinが出力される。これは入力電流設定値I0と入力電流検出値Iinの差分に他ならない。
【0042】
8.0リミット出力ΔIinが出力されることにより充電電流指令値Ich*が補正され、減衰する。
【0043】
9.なお、このままだと充電電流の変動が大きいため一次遅れ処理回路28による一次遅れ処理にてフィルタ処理をする。
【0044】
10.説明を簡易にするために実際の充電電流と一次遅れ処理後の充電電流指令値Ich*が一致しているものとすると、充電電流が減衰すると共に入力電流も同期して減衰する。
【0045】
11.この閉ループ制御により最終的に入力電流は入力電流設定値I0に一致する。
【0046】
この時、0リミット出力ΔIinは電流値I3に、充電電流指令値Ich*及び充電電流はI4に収束する。特に、一次遅れ処理回路を付加していることで速やかな収束が実現される。充電電流指令ノミナル値Ichn*をI1とすると、I4=I1−I3の関係が成り立つ。
【0047】
なお、図1においては、入力電流偏差アンプ17、充電電流偏差アンプ25にそれぞれ比例・積分回路18、29を付加することで比例・積分アンプとして機能するようにし、偏差を0にできるという効果を持たせているが、比例・積分回路18、19は省略されても良い。
【0048】
【発明の効果】
本発明による充電回路の効果は以下の通りである。
【0049】
1.急速充電では充電電流が大きくなるため、力率の悪い電源設備の場合、ノーヒューズ遮断器がトリップすることがある。しかし、本発明では充電電流を自動的に調整(オートチューニング)することによりノーヒューズ遮断器のトリップを防ぐことができる。
【0050】
2.電源の力率は同じ電源設備であっても時間帯など様々な条件により変動する。このため従来では最悪状態を想定して余裕を持たせた充電電流値を設定する必要があった。しかし、本発明では力率の変動があっても動的に対応するため力率を考慮する必要が無い。
【0051】
3.一般的には無人状態(夜中など)にて充電されるため、従来方式ではノーヒューズ遮断器がトリップしたことによりバッテリがまったく充電されないままとなり、稼働に支障が出ることがあった。しかし、本発明では充電電流を制限する分だけ充電時間が長くなって所望の時間内に満充電まで至らない可能性が生じるが、従来と異なり、まったく充電ができていない状態とはならないので稼働に大きな支障が出ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による充電回路を電源設備に組み合わせた構成を示したブロック図である。
【図2】図1の充電回路の動作を説明するための波形図である。
【図3】従来の充電回路を電源設備に組み合わせた構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
10、30 バッテリ
11、31 入力電源
12、32 トランス
13、33 SCRスタック
14、34 ドライバ
15、21、35 電流検出器
17、37 充電電流偏差アンプ
18、38 比例・積分回路
19、39 ノーヒューズ遮断器
22 絶対値回路
23、28 一次遅れ処理回路
25 入力電流偏差アンプ
26 0リミット回路
Claims (5)
- ノーヒューズ遮断器を備えた電源設備によりバッテリ充電を行う充電回路であって前記電源設備からの電力を前記ノーヒューズ遮断器を通して受け、前記バッテリへの通電状態を制御するためのSCRスタックを含む充電回路において、
該充電回路に流れる電流を、前記ノーヒューズ遮断器の定格電流で規定される所定の値に制限する回路手段を備え、
該回路手段は、
前記SCRスタックへの入力電流を検出する検出部と、
あらかじめ設定される入力電流指令値と検出された入力電流とを比較して偏差を出力する比較部と、
前記比較部の出力が正の値の場合は0にリミットし、負の値の場合はあらかじめ定められた値でリミットをかけたうえで出力する0リミット処理を行う0リミット処理回路を含み、
所定の充電電流指令ノミナル値と前記0リミット処理回路の出力とを加算して充電電流指令値として出力する補正部とを含むことを特徴とする充電回路。 - 請求項1に記載の充電回路において、
該充電回路は更に、
前記SCRスタックからの充電電流を検出する第1の電流検出器と、
前記充電電流指令値と検出された充電電流とを比較して第1の偏差を出力する第1の演算器と、
前記第1の偏差を増幅する第1の偏差アンプと、
該第1の偏差アンプの出力に基づいて前記SCRスタックを制御するドライバとを含むことを特徴とする充電回路。 - 請求項1あるいは2に記載の充電回路において、
前記検出部は、
前記入力電流を検出する第2の電流検出器と、
検出された入力電流を絶対値処理して絶対値を出力する絶対値処理回路と、
該絶対値処理回路の出力に対して一次遅れ処理を行い、前記検出された入力電流として出力する第1の一次遅れ処理回路とを含むことを特徴とする充電回路。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の充電回路において、
前記比較部は、
前記あらかじめ設定される入力電流指令値と前記検出された入力電流とを比較して第2の偏差を前記偏差として出力する第2の演算器と、
前記第2の偏差を増幅する第2の偏差アンプとを含むことを特徴とする充電回路。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の充電回路において、
前記補正部は、
前記所定の充電電流指令ノミナル値と前記0リミット処理回路の出力とを加算する第3の演算器と、
該第3の演算器の加算出力に対して一次遅れ処理を行って前記充電電流指令値として出力する第2の一次遅れ処理回路とを含むことを特徴とする充電回路。
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