JP4261446B2 - 直流電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電力を負荷に供給する直流電源装置に関する。

直流電源装置は、直流電力を負荷に供給する。

図１３は、従来の直流電源装置の一例を示す回路図である。

この従来の直流電源装置１は、交流電源２からの交流電力を直流電力に変換し、直流電力を短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４とに供給する。

交流電源２の交流電力は、直流電源装置１のサイリスタ整流器５によって交流電力から直流電力に変換される。サイリスタ整流器５の電流流出側（出力側）は、電流検出器６、リアクトル７、ダイオード８経由で、短時間大電力負荷３の一端と長時間小電力負荷４の一端と接続される。短時間大電力負荷３の他端と長時間小電力負荷４の他端とは、サイリスタ整流器５の電流流入側（入力側）と接続される。

直流コンデンサ９と二次電池１０とは並列に接続されている。直流コンデンサ９の一端及び二次電池１０のプラス側は、リアクトル７とダイオード８との間に接続されている。すなわち、直流コンデンサ９の一端及び二次電池１０のプラス側は、ダイオード８を介して短時間大電力負荷３の一端及び長時間小電力負荷４の一端と接続されている。直流コンデンサ９の他端及び二次電池１０のマイナス側は、短時間大電力負荷３の他端及び長時間小電力負荷４の他端と、サイリスタ整流器５の電流流入側との間に接続されている。

交流電源２の交流電力は、サイリスタ整流器５によって交流電力から直流電力に変換される。また、この直流電力は、リアクトル７及び直流コンデンサ９により平滑化される。

制御回路１１は、電流検出器６の電流信号を受け付け、サイリスタ整流器５から流出される電流が設定電流以上にならないように、サイリスタ整流器５から流出される電流を制御する。

サイリスタ整流器５は、交流電源２が正常な場合に、短時間大電力負荷３及び長時間小電力負荷４に電力を供給するとともに、二次電池１０に電力を供給し、二次電池１０を充電する。

交流電源２について停電が発生した場合、サイリスタ整流器５から短時間大電力負荷３及び長時間小電力負荷４への電力供給は停止する。

その一方で、交流電源２について停電が発生した場合には、二次電池１０に蓄えられた電力がダイオード８を介して短時間大電力負荷３及び長時間小電力負荷４に供給される。このため、交流電源２の停電中であっても、短時間大電力負荷３及び長時間小電力負荷４への電力供給を継続することが可能である（例えば、非特許文献１参照）。
電気学会「電気工学ハンドブック（第６版）」、第１２９５頁、オーム社、２００２年２月２０日

例えば開閉器などのような短時間大電力負荷３を動作させるためには、短時間大電力負荷３への電力供給時間は、長時間小電力負荷４への電力供給時間よりも短くてよい。しかしながら、短時間大電力負荷３への電力供給量は、長時間小電力負荷４への電力供給量よりも多い必要がある。

このため、上記のような従来の直流電源装置１において、停電の発生した直後に短時間大電力負荷３を動作させるためには、短時間大電力負荷３の動作に十分な電力を蓄積可能な電気エネルギー量の大きい二次電池１０を備える必要がある。

しかしながら、蓄積される電気エネルギー量の大きい二次電池１０を備えるとすると、直流電源装置及び二次電池のコスト及び設置スペースの低減が困難となる。また、停電が発生してから所定時間経過すると、長時間小電力負荷４のみを動作させればよい状態となる場合が多く、この場合において蓄積される電気エネルギー量の大きい二次電池１０を用いるのは効率的でない。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、常用電源の異常発生後に、キャパシタと二次電池とにより負荷に対して電力を供給することにより、二次電池の蓄電容量及び大きさの削減可能とし、負荷に対して効率的に電力供給を行う直流電源装置を提供することを目的とする。

本発明の態様によれば、常用電源として使用される交流電源からの交流電力を直流電力に変換し、交流電源に異常が発生した後の初期段階に動作する第１の負荷と、継続的に動作する第２の負荷とに、直流電力を供給する直流電源装置において、交流電源の交流電力を前記直流電力に変換し、電流流出側が、電流検出器、リアクトル、ダイオード経由で、第１の負荷の一端及び第２の負荷の一端と接続されており、電流流入側が、第１の負荷の他端及び第２の負荷の他端と接続されているサイリスタ整流器と、電流検出器の電流信号を受け付け、サイリスタ整流器から流出される電流が設定電流以上にならないように、サイリスタ整流器から流出される電流を制御する制御回路と、一端が、リアクトルとダイオードとの間に接続されており、他端が、第１の負荷の他端及び第２の負荷の他端とサイリスタ整流器の電流流入側との間に接続されている直流コンデンサと、一端が、リアクトルとダイオードとの間に接続されており、他端が、第１の負荷の他端及び第２の負荷の他端とサイリスタ整流器の電流流入側との間に接続されているキャパシタと、プラス側が、リアクトルとダイオードとの間に接続されており、マイナス側が、第１の負荷の他端及び第２の負荷の他端とサイリスタ整流器の電流流入側との間に接続されている二次電池とを具備する直流電源装置が提供される。

本発明においては、常用電源の異常発生後に、キャパシタと二次電池とにより負荷に対して電力が供給され、二次電池の蓄電容量及び大きさを削減でき、負荷に対する効率的な電力供給を実現できる。

以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。なお、以下の説明において同一の要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

（第１の実施の形態）
本実施の形態では、二次電池と蓄電用の電気二重層キャパシタとを並列に接続し、短時間大電力負荷３に対しては主に電気二重層キャパシタからの電力を提供し、長時間小電力負荷４に対しては主に二次電池からの電力を提供する直流電源装置について説明する。

図１は、本実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図である。

本実施の形態に係る直流電源装置１２は、常用電源として使用される交流電源２からの交流電力を直流電力に変換し、直流電力を短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４とに供給する。

短時間大電力負荷３は、例えば、遮断機、開閉器などであり、交流電源２の停電後（常用電源に異常が発生した場合の一例）の初期段階において動作する装置である。短時間大電力負荷３は、直流電圧から給電を受け、短時間に大電力を消費する。

長時間小電力負荷４は、例えば、計算機（コンピュータ）などであり、停電発生前であっても後であっても継続動作を実現させる必要がある装置である。長時間小電力負荷４は、直流電圧から給電を受け、長時間で小電力を消費する。

短時間大電力負荷３は、交流電源２の停電時における動作において、電力を供給される時間が長時間小電力負荷４よりも短くてよい特徴を持つ。また、短時間大電力負荷３の動作に必要な電力は、長時間小電力負荷４よりも大きいという特徴がある。

逆に、長時間小電力負荷４は、交流電源２の停電時に、短時間大電力負荷３よりも長い時間電力を供給されることが必要であり、長時間小電力負荷４の動作に必要な電力は短時間大電力負荷３の場合よりも小さくてよいという特徴がある。

直流電源装置１２は、サイリスタ整流器５、電流検出器６、リアクトル７、ダイオード８、直流コンデンサ９、制御回路１１、二次電池１３、電気二重層キャパシタ１４を具備する。

サイリスタ整流器５は、交流電力を直流電力に変換する。リアクトル７は、サイリスタ整流器５の出力電流リプルを低減する。直流コンデンサ９は、直流電圧を平滑化する。ダイオード８は、短時間大電力負荷３から二次電池１３への電流の流入を阻止するとともに、長時間小電力負荷４から二次電池１３への電流の流入を阻止する。

直流コンデンサ９と二次電池１３と電気二重層キャパシタ１４とは、並列に接続されている。

二次電池１３のプラス側、電気二重層キャパシタ１４の一端は、リアクトル７とダイオード８との間に接続されている。すなわち、直流コンデンサ９の一端、二次電池１０のプラス側、電気二重層キャパシタ１４の一端は、ダイオード８を介して短時間大電力負荷３の一端及び長時間小電力負荷４の一端と接続されている。

二次電池１３のマイナス側、電気二重層キャパシタ１４の他端は、短時間大電力負荷３の他端及び長時間小電力負荷４の他端と、サイリスタ整流器５の電流流入側との間に接続されている。

直流電源装置１２は、正常時において、サイリスタ整流器５の出力電流を制御し、短時間大電力負荷３、長時間小電力負荷４、二次電池１３、電気二重層キャパシタ１４に電力を供給する。

また、直流電源装置１２は、停電発生時において、二次電池１３及び電気二重層キャパシタ１４から、短時間大電力負荷３及び長時間小電力負荷４に、電力を供給する。

図２は、二次電池１３の等価回路の一例を示す図である。

二次電池１３は、内部抵抗１３ａとエネルギー蓄積部１３ｂとを直列に接続して表すことができる。内部抵抗１３ａは、エネルギー蓄積部１３ｂのプラス側に接続されている。

図３は、電気二重層キャパシタ１４の等価回路の一例を示す図である。

電気二重層キャパシタ１４は、内部抵抗１４ａとエネルギー蓄積部１４ｂとを直列に接続して表すことができる。内部抵抗１４ａは、エネルギー蓄積部１４ｂのプラス側に接続されている。

本実施の形態において、二次電池１３の内部抵抗１３ａは、電気二重層キャパシタ１４の内部抵抗１４ａより大きいとする。

以下に、直流電源装置１２の動作について説明する。

交流電源２が正常な場合、サイリスタ整流器５は、電流検出器６、リアクトル７、ダイオード８を介して、短時間大電力負荷３及び長時間小電力負荷４に電力を供給するともに、二次電池１３及び電気二重層キャパシタ１４に電力を供給し、二次電池１３及び電気二重層キャパシタ１４を充電する。

交流電源２の停電が発生すると、二次電池１３及び電気二重層キャパシタ１４からの電力は、ダイオード８経由で、短時間大電力負荷３及び長時間小電力負荷４に供給される。

短時間大電力負荷３は、主に交流電源２の停電発生直後に動作する。

本実施の形態では、二次電池１３の内部抵抗１３ａが電気二重層キャパシタ１４の内部抵抗１４ａより大きい。このため、交流電源２の停電発生直後においては、短時間大電力負荷３を動作させるために必要とされる電力の多くが、電気二重層キャパシタ１４から短時間大電力負荷３に供給される。

その後においては、長時間小電力負荷４を動作させるために必要とされる電力が二次電池１３から長時間小電力負荷４に供給される。

以下に、本実施の形態に係る直流電源装置１２と上記図１３に示す従来の直流電源装置１との比較について説明する。

本実施の形態に係る直流電源装置１２と上記図１３に示す従来の直流電源装置１とは、短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４とが混在する設備に対して適用される。

短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４とは、交流電源２の停電時であっても動作させる直流負荷である。

上記図１３の直流電源装置１では、短時間大電力負荷３に電力を供給するために、蓄電容量の大きな二次電池１０が用いられている。

これに対して、直流電源装置１２は、二次電池１３と電気二重層キャパシタ１４とを併用して、交流電源２の停電時のバックアップ電源としている。

直流電源装置１２では、短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４とに対して、二次電池１３と電気二重層キャパシタ１４との双方が並列の状態となるように接続されている。

二次電池１３の内部抵抗１３ａは、電気二重層キャパシタ１４の内部抵抗１４ａより大きい。このため、内部抵抗１３ａ，１４ａによる電流分担作用により、短時間大電力負荷３には、主に電気二重層キャパシタ１４から電力が供給される。

短時間大電力負荷３の動作が停止し、長時間小電力負荷４のみを動作させる場合には、直流負荷による消費電力が減少し、主に二次電池１３からの電力が長時間小電力負荷４に供給される。

上記図１３の直流電源装置１のように、二次電池１０のみをバックアップ電源とする場合よりも、本実施の形態に係る直流電源装置１２のように、二次電池１３と電気二重層キャパシタ１４とを並列に備えた場合の方が、トータルの蓄積容量を低減させることができる。

以上説明した本実施の形態では、二次電池１３は長時間小電力負荷４で必要とされる量の電力を蓄積できればよい。このため、二次電池１３の蓄電容量を低減させることができ、直流電源装置１及び二次電池１３を小型化でき、直流電源装置１及び二次電池１３の導入コストを低減させることができ、直流電源装置１及び二次電池１３の設置スペースを縮小できる。

また、本実施の形態では、短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４との動作に必要な電力を、短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４とに対して効率的に供給することができる。

また、本実施の形態に係る直流電源装置１は、二次電池１３と電気二重層キャパシタ１４とを並列に接続させればよいため、導入容易であり、メンテナンスの労力を軽減できる。

なお、本実施の形態では、電気二重層キャパシタ１４が用いられている。しかしながら、短時間大電力負荷３で必要とされる電力を蓄電可能であれば他種類の電力蓄積用キャパシタを用いるとしてもよい。

（第２の実施の形態）
本実施の形態においては、上記第１の実施の形態の変形例について説明する。

図４は、本実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図である。

本実施の形態に係る直流電源装置１５では、二次電池１３のプラス側に抵抗１６が接続されている。二次電池１３と抵抗１６との組み合わせと、電気二重層キャパシタ１４とは、並列に接続されている。

二次電池１３と抵抗１６との組み合わせは、短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４とに対して並列の状態となるように接続されている。本実施の形態では、二次電池１３のプラス側は、抵抗１６を介してリアクトル７とダイオード８との間に接続されている。

本実施の形態のように、二次電池１３と抵抗１６とを直列に接続することにより、二次電池１３について内部抵抗１３ａが増加した場合と同様の効果が得られる。

すなわち、二次電池１３と抵抗１６とを直列に接続することにより、二次電池１３と電気二重層キャパシタ１４との出力分担を変化させることが可能となる。

この結果、二次電池１３から短時間大電力負荷３への電力の供給を抑制することができ、電気二重層キャパシタ１４から短時間大電力負荷３への電力の供給を増加させることができる。

本実施の形態では、二次電池１３と電気二重層キャパシタ１４との蓄積エネルギーを負荷の構成に応じて最適設計することができ、二次電池１３の蓄電容量の削減及び最適化、直流電源装置１５及び二次電池１３のサイズの小型化、電気二重層キャパシタ１４の蓄電容量の最適化、直流電源装置１５及び二次電池１３の設置スペースの縮小化、メンテナンス労力の軽減を実現できる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態においては、上記第１の実施の形態の変形例について説明する。なお、上記第２の実施の形態においても同様の変形を行うことが可能である。

図５は、本実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図である。

本実施の形態に係る直流電源装置１７では、電気二重層キャパシタ１４の一端側に充電リミット回路１８が直列に接続されている。電気二重層キャパシタ１４と充電リミット回路１８との組み合わせと、二次電池１３とは、並列に接続されている。

電気二重層キャパシタ１４と充電リミット回路１８との組み合わせは、短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４とに対して並列の状態となるように接続されている。

本実施の形態において、電気二重層キャパシタ１４の一端は、充電リミット回路１８経由でリアクトル７とダイオード８との間に接続されている。

充電リミット回路１８は、ダイオード１８ａと抵抗１８ｂとを具備する。ダイオード１８ａと抵抗１８ｂとは、並列に接続されている。

ダイオード１８ａは、交流電源２の停電時に、電気二重層キャパシタ１４の一端側から受け付けた電流を、ダイオード８経由で短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４とに供給する。

抵抗１８ｂは、交流電源２の停電時に、二次電池１３からの電流が電気二重層キャパシタ１４に供給され、二次電池１３からの電力により電気二重層キャパシタ１４が充電されることを防止する。

充電リミット回路１８の抵抗１８ｂは、電気二重層キャパシタ１４への充電電流を制限する。充電リミット回路１８は、電気二重層キャパシタ１４の放電時において、電気二重層キャパシタ１４からの電流をダイオード１８ａ経由で、短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４とに供給する。

交流電源２の停電時に、短時間大電力負荷３の動作が終了し、電気二重層キャパシタ１４からの放電電流が急激に減少すると二次電池１３の内部抵抗１３ａと電気二重層キャパシタ１４の内部抵抗１４ａとに生じていた電圧降下は解消される。

充電リミット回路１８が備えられていない場合には、二次電池１３から電気二重層キャパシタ１４に、電気二重層キャパシタ１４を充電しようとする電流が流れる。しかしながら、この充電リミット回路１８を備えた場合、抵抗１８ｂによって電気二重層キャパシタ１４に大きな充電電流が供給されることが抑制される。

交流電源２の停電が解消された後においては、再び電気二重層キャパシタ１４は充電される。

以上説明した本実施の形態では、二次電池１３から電気二重層キャパシタ１４に大きな充電電流が供給されることを防止でき、二次電池１３から長時間小電力負荷４に対して効率よく電力を供給できる。また、本実施の形態では、長時間小電力負荷４で必要とされる電気エネルギーに応じて二次電池１３を設計できる。

したがって、二次電池１３の蓄電容量の低下及び最適化、直流電源装置１７及び二次電池１３のサイズの小型化、電気二重層キャパシタ１４の蓄電容量の最適化、直流電源装置１７及び二次電池１３の設置スペースの縮小化、メンテナンス労力の軽減を実現できる。

（第４の実施の形態）
本実施の形態においては、上記第１の実施の形態の変形例について説明する。なお、上記第２又は第３の実施の形態においても同様の変形を行うことが可能である。

図６は、本実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図である。

本実施の形態に係る直流電源装置１９において、電圧検出器２０は、交流電源２の電圧を検出する。

図７は、スイッチ制御回路２１の一例を示すブロック図である。

スイッチ制御回路２１は、停電判定回路２１ａとオンディレー回路２１ｂとを具備する。

スイッチ制御回路２１の停電判定回路２１ａは、電圧検出器２０による交流電源２の電圧検出結果に基づいて、交流電源２の停電が発生したか否か判定する。

スイッチ制御回路２１のオンディレー回路２１ｂは、交流電源２の停電が発生した場合に、短時間大電力負荷３の動作が終了し、電気二重層キャパシタ１４からの放電電流が急激に減少する時間を表す所定の遅れ時間（異常発生後の初期段階）が経過した後、切替え回路２２のスイッチ２２ａをＯＮ状態とする。

本実施の形態に係る直流電源装置１９では、二次電池１３のプラス側に切替え回路２２が直列に接続されている。二次電池１３と切替え回路２２との組み合わせと電気二重層キャパシタ１４とは、並列に接続されている。

二次電池１３と切替え回路２２との組み合わせは、短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４とに対して並列の状態となるように接続されている。

本実施の形態において、二次電池１３のプラス側は、切替え回路２２経由でリアクトル７とダイオード８との間に接続されている。

切替え回路２２は、スイッチ２２ａと抵抗２２ｂとを具備する。スイッチ２２ａと抵抗２２ｂとは、並列に接続されている。

スイッチ２２ａは、スイッチ制御回路２１によりＯＮ・ＯＦＦの制御が行われる。

以下に、直流電源装置１９の動作について説明する。

電圧検出器２０は、交流電源２の電圧を検出する。停電判定回路２１ａは、交流電源２の電圧の検出結果に基づいて、交流電源２が停電状態か否か判定する。交流電源２が停電状態の場合、オンディレー回路２１ｂは、設定されている遅れ時間経過後、スイッチ２２ａをＯＮ状態とする。

交流電源２が正常であり停電が発生していない場合、スイッチ２２ａはＯＦＦ状態であり、二次電池１３は、抵抗２２ｂを介して充電される。

交流電源２に停電が発生しても、オンディレー回路２１ｂにおける遅れ時間が経過するまでは、スイッチ２２ａはＯＦＦ状態を維持する。

したがって、交流電源２の停電が発生した場合において、短時間大電力負荷３に供給される電力のほとんどは、電気二重層キャパシタ１４からの電力となる。

本実施の形態では、オンディレー回路２１ｂにおける遅れ時間は交流電源２の停電後における短時間大電力負荷３の動作終了時間より長い。このため、短時間大電力負荷３の動作終了後に、二次電池１３からの電力がスイッチ２２ａ経由で長時間小電力負荷４に供給される。

したがって、二次電池１３に蓄えられた電力を長時間小電力負荷４の動作に対してのみ用いることができる。

以上説明した本実施の形態では、長時間小電力負荷４の動作に必要とされる電力に応じて二次電池１３を設計することが可能となり、二次電池１３の蓄電容量の最適化、直流電源装置及び二次電池１３のサイズの小型化、電気二重層キャパシタ１４の蓄電容量の最適化、直流電源装置１９及び二次電池１３の設置スペースの縮小化、メンテナンス労力の軽減を実現できる。

（第５の実施の形態）
本実施の形態においては、上記第４の実施の形態の変形例について説明する。

図８は、本実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図である。

本実施の形態に係る直流電源装置２３において、電流検出器２４は、短時間大電力負荷３と長時間小電力負荷４とに供給される負荷電流の電流値を検出し、検出された電流値をスイッチ制御回路２５に与える。

切替え回路２２のスイッチ２２ａは、スイッチ制御回路２５によりＯＮ・ＯＦが制御される。

図９は、スイッチ制御回路２５の一例を示すブロック図である。

スイッチ制御回路２５は、レベル判定回路２５ａを具備する。レベル判定回路２５ａは、電流検出器２４によって検出された負荷電流の大きさが電流設定値よりも小さくなった場合に、切替え回路２２のスイッチをＯＮ状態とする。

設定電流値は、短時間大電力負荷３に必要とされる電流値よりも小さく、長時間小電力負荷４に必要とされる電流値よりも大きい値であり、短時間大電力負荷３の動作が終了した旨を検出可能な電流値とする。

本実施の形態に係る直流電源装置２３において、電流検出器２４は、短時間大電力負荷３及び長時間小電力負荷４の負荷電流を検出し、スイッチ制御回路２５のレベル判定回路２５ａは、検出された負荷電流と設定電流値との大きさを比較する。

図１０に示すように、負荷電流の立ち下がり（減少）において、検出された負荷電流が設定電流値を下回った場合、切替え回路２２のスイッチ２２ａは、スイッチ制御回路２５による制御にしたがってＯＮ状態となる。これにより、短時間大電力負荷３の動作終了と同時に二次電池１３を投入することが可能となる。

以上説明した本実施の形態では、電気二重層キャパシタ１４の設計において短時間大電力負荷３に適した設計を行うことができ、二次電池１３の設計において長時間小電力負荷４に適した設計を行うことができ、二次電池１３の小型化及び最適化、電気二重層キャパシタ１４の最適化を行うことができる。また、二次電池１３、電気二重層キャパシタ１４、直流電源装置２３の設置スペースを縮小させることができ、メンテナンスの労力を軽減できる。

（第６の実施の形態）
本実施の形態においては、上記第５の実施の形態の変形例について説明する。

図１１は、本実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図である。

本実施の形態に係る直流電源装置２６において、電流検出器２７は、二次電池１３及び電気二重層キャパシタ１４の出力電流を検出し、検出された電流値をスイッチ制御回路２８に与える。

切替え回路２２のスイッチ２２ａは、スイッチ制御回路２８によりＯＮ・ＯＦが制御される。

スイッチ制御回路２８は、電流検出器２７によって検出された二次電池１３及び電気二重層キャパシタ１４からの出力電流の大きさが電流設定値よりも小さくなった場合に、切替え回路２２のスイッチをＯＮ状態とする。

設定電流値は、上記第５の実施の形態の場合と同様に、短時間大電力負荷３に必要とされる電流値よりも小さく、長時間小電力負荷４に必要とされる電流値よりも大きい値であり、短時間大電力負荷３の動作が終了した旨を検出可能な電流値とする。

本実施の形態に係る直流電源装置２６において、電流検出器２７は、二次電池１３及び電気二重層キャパシタ１４からの出力電流を検出し、スイッチ制御回路２８は、検出された二次電池１３及び電気二重層キャパシタ１４からの出力電流と設定電流値との大きさを比較する。

二次電池１３及び電気二重層キャパシタ１４からの出力電流の立ち下がり（減少）において、二次電池１３及び電気二重層キャパシタ１４からの出力電流が設定電流値を下回った場合、切替え回路２２のスイッチ２２ａは、スイッチ制御回路２８による制御にしたがってＯＮ状態となる。

これにより、短時間大電力負荷３の動作終了と同時に二次電池１３を投入することが可能となる。そして、本実施の形態では、上記第５の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第７の実施の形態）
本実施の形態においては、上記第５又は第６の実施の形態の変形例について説明する。

図１２は、本実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図である。

本実施の形態に係る直流電源装置２９において、電流検出器３０は、電気二重層キャパシタ１４の出力電流を検出し、検出された電流値をスイッチ制御回路３１に与える。

切替え回路２２のスイッチ２２ａは、スイッチ制御回路３１によりＯＮ・ＯＦが制御される。

スイッチ制御回路３１は、電流検出器３０によって検出された電気二重層キャパシタ１４からの出力電流の大きさが電流設定値よりも小さくなった場合に、切替え回路２２のスイッチをＯＮ状態とする。

設定電流値は、上記第５又は第６の実施の形態の場合と同様に、短時間大電力負荷３に必要とされる電流値よりも小さく、長時間小電力負荷４に必要とされる電流値よりも大きい値であり、短時間大電力負荷３の動作が終了した旨を検出可能な電流値とする。

本実施の形態に係る直流電源装置２９において、電流検出器３０は、電気二重層キャパシタ１４からの出力電流を検出し、スイッチ制御回路３１は、検出された電気二重層キャパシタ１４からの出力電流と設定電流値との大きさを比較する。

電気二重層キャパシタ１４からの出力電流の立ち下がり（減少）において、電気二重層キャパシタ１４からの出力電流が設定電流値を下回った場合、切替え回路２２のスイッチ２２ａは、スイッチ制御回路３１による制御にしたがってＯＮ状態となる。

これにより、短時間大電力負荷３の動作終了と同時に二次電池１３を投入することが可能となる。そして、本実施の形態では、上記第５又は第６の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記各実施の形態において、各構成要素は同様の動作を実現可能であれば配置を変更させてもよく、また各構成要素を自由に組み合わせてもよく、各構成要素を自由に分割してもよく、いくつかの構成要素を削除してもよい。すなわち、上記各実施の形態については、上記の構成そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、電気二重層キャパシタセルの電圧が例えば３Ｖ程度と小さい場合、電気二重層キャパシタセルを複数個直列に接続し、この直列の電気二重層キャパシタセルの両端に直流電圧が印加されるとしてもよい。

また、例えば、電気二重層キャパシタ１４に蓄積したい電気エネルギーが大きい場合、電気二重層キャパシタ１４を並列に接続し、蓄積可能な電気エネルギーの容量を大きくするとしてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図。 二次電池の等価回路の一例を示す図。 電気二重層キャパシタの等価回路の一例を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図。 本発明の第３の実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図。 本発明の第４の実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図。 同実施の形態に係るスイッチ制御回路の一例を示すブロック図。 本発明の第５の実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図。 同実施の形態に係るスイッチ制御回路の一例を示すブロック図。 本発明の第６の実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図。 検出された電流値の立ち下がり特性とスイッチの状態との関係の一例を示すグラフ。 本発明の第７の実施の形態に係る直流電源装置の一例を示す回路図。 従来の直流電源装置の一例を示す回路図。

符号の説明

１，１２，１５，１７，１９，２３，２６，２９…直流電源装置、２…交流電源、３…短時間大電力負荷、４…長時間小電力負荷、５…サイリスタ整流器、６…電流検出器、７…リアクトル、８，１８ａ…ダイオード、９…直流コンデンサ、１０，１３…二次電池、１１…制御回路、１３ａ，１４ａ…内部抵抗、１３ｂ，１４ｂ…エネルギー蓄積部、１４…電気二重層キャパシタ、１６，１８ｂ，２２ｂ…抵抗、１８…充電リミット回路、２０…電圧検出器、２１，２５，２８，３１…スイッチ制御回路、２１ａ…停電判定回路、２１ｂ…オンディレー回路、２２…切替え回路、２２ａ…スイッチ、２４，２７，３０…電流検出器、２５ａ…レベル判定回路

Claims (12)

1. 常用電源として使用される交流電源からの交流電力を直流電力に変換し、前記交流電源に異常が発生した後の初期段階に動作する第１の負荷と、継続的に動作する第２の負荷とに、前記直流電力を供給する直流電源装置において、
   前記交流電源の交流電力を前記直流電力に変換し、電流流出側が、電流検出器、リアクトル、ダイオード経由で、前記第１の負荷の一端及び前記第２の負荷の一端と接続されており、電流流入側が、前記第１の負荷の他端及び前記第２の負荷の他端と接続されているサイリスタ整流器と、
   前記電流検出器の電流信号を受け付け、前記サイリスタ整流器から流出される電流が設定電流以上にならないように、前記サイリスタ整流器から流出される電流を制御する制御回路と、
   一端が、前記リアクトルと前記ダイオードとの間に接続されており、他端が、前記第１の負荷の他端及び前記第２の負荷の他端と前記サイリスタ整流器の電流流入側との間に接続されている直流コンデンサと、
   一端が、前記リアクトルと前記ダイオードとの間に接続されており、他端が、前記第１の負荷の他端及び前記第２の負荷の他端と前記サイリスタ整流器の電流流入側との間に接続されているキャパシタと、
   プラス側が、前記リアクトルと前記ダイオードとの間に接続されており、マイナス側が、前記第１の負荷の他端及び前記第２の負荷の他端と前記サイリスタ整流器の電流流入側との間に接続されている二次電池と
   を具備する直流電源装置。
2. 請求項１記載の直流電源装置において、
   前記キャパシタは、電気二重層キャパシタであることを特徴とする直流電源装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の直流電源装置において、
   前記第１の負荷の動作には、前記第２の負荷の動作よりも大きい電力が必要とされることを特徴とする直流電源装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の直流電源装置において、
   前記二次電池の内部抵抗の抵抗値は、前記キャパシタの内部抵抗の抵抗値よりも大きいことを特徴とする直流電源装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の直流電源装置において、
   前記二次電池のプラス側に接続されており、前記二次電池から前記第１の負荷に電力が供給されることを抑制する抵抗をさらに具備し、
   前記二次電池と前記抵抗とを直列接続した組み合わせは、前記キャパシタと並列になるように接続されており、
   前記二次電池と前記抵抗とを直列接続した組み合わせは、前記第１の負荷及び前記第２の負荷と並列になるように接続されている
   ことを特徴とする直流電源装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の直流電源装置において、
   並列に接続された充電リミット回路用ダイオードと充電リミット回路用抵抗とを具備しており、前記二次電池からの電力によって前記キャパシタが充電されることを抑制する充電リミット回路をさらに具備し、
   前記キャパシタと前記充電リミット回路とを直列接続した組み合わせは、前記二次電池と並列になるように接続されており、
   前記キャパシタと前記充電リミット回路とを直列接続した組み合わせは、前記第１の負荷及び前記第２の負荷と並列になるように接続されている
   ことを特徴とする直流電源装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の直流電源装置において、
   前記キャパシタは、前記初期段階において前記第１の負荷と前記第２の負荷とに電力を供給し、
   前記交流電源の電圧値を検出する手段と、
   前記電圧値に基づいて前記交流電源が停電状態か否か判定することにより、前記異常が発生したか否かを判定する異常判定手段と、
   前記異常が発生した場合に、前記初期段階の終了後に前記二次電池から前記第２の負荷への電力の供給を許可する許可手段と、
   前記二次電池と前記第２の負荷との間に備えられており、前記二次電池から前記第２の負荷への電力の供給が許可されるまではＯＦＦ状態であり、前記二次電池から前記第２の負荷への電力の供給が許可された場合にＯＮ状態となるスイッチと、前記スイッチと並列に接続されており前記二次電池のプラス側に備えられている切替え回路用抵抗とを含む切替え回路と
   をさらに具備し、
   前記二次電池は、前記交流電源が正常な場合に、前記切替え回路用抵抗経由で電力の充電を行い、前記異常が発生した場合に、主に前記スイッチ経由で前記第２の負荷に電力を供給する
   ことを特徴とする直流電源装置。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の直流電源装置において、
   前記キャパシタは、前記第１の負荷の動作終了まで前記第１の負荷と前記第２の負荷とに電力を供給し、
   前記第１の負荷と前記第２の負荷とに供給される電流の電流値を検出する手段と、
   前記電流値と動作終了判定用設定電流値とを比較し、前記電流値の減少特性において、前記電流値が前記動作終了判定用設定電流値を下回った場合に、前記第１の負荷の動作が終了したと判定する手段と、
   前記第１の負荷の動作が終了したと判定された場合に、前記二次電池から前記第２の負荷への電力の供給を許可する手段と、
   前記二次電池と前記第２の負荷との間に備えられており、前記二次電池から前記第２の負荷への電力の供給が許可されるまではＯＦＦ状態であり、前記二次電池から前記第２の負荷への電力の供給が許可された場合にＯＮ状態となるスイッチと、前記スイッチと並列に接続されており前記二次電池のプラス側に備えられている切替え回路用抵抗とを含む切替え回路と
   をさらに具備し、
   前記二次電池は、前記交流電源が正常な場合に、前記切替え回路用抵抗経由で電力の充電を行い、前記異常が発生した場合に、主に前記スイッチ経由で前記第２の負荷に電力を供給する
   ことを特徴とする直流電源装置。
9. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の直流電源装置において、
   前記キャパシタは、前記第１の負荷の動作終了まで前記第１の負荷と前記第２の負荷とに電力を供給し、
   前記キャパシタと前記二次電池とから前記第１の負荷と前記第２の負荷とに供給される電流の電流値を検出する手段と、
   前記電流値と動作終了判定用設定電流値とを比較し、前記電流の減少特性において、前記電流値が前記動作終了判定用設定電流値を下回った場合に、前記第１の負荷の動作が終了したと判定する手段と、
   前記第１の負荷の動作が終了したと判定された場合に、前記二次電池から前記第２の負荷への電力の供給を許可する手段と、
   前記二次電池と前記第２の負荷との間に備えられており、前記二次電池から前記第２の負荷への電力の供給が許可されるまではＯＦＦ状態であり、前記二次電池から前記第２の負荷への電力の供給が許可された場合にＯＮ状態となるスイッチと、前記スイッチと並列に接続されており前記二次電池のプラス側に備えられている切替え回路用抵抗とを含む切替え回路と
   をさらに具備し、
   前記二次電池は、前記交流電源が正常な場合に、前記切替え回路用抵抗経由で電力の充電を行い、前記異常が発生した場合に、主に前記スイッチ経由で前記第２の負荷に電力を供給する
   ことを特徴とする直流電源装置。
10. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の直流電源装置において、
    前記キャパシタは、前記第１の負荷の動作終了まで前記第１の負荷と前記第２の負荷とに電力を供給し、
    前記キャパシタから前記第１の負荷と前記第２の負荷とに供給される電流の電流値を検出する手段と、
    前記電流値と動作終了判定用設定電流値とを比較し、前記電流値の減少特性において、前記電流値が前記動作終了判定用設定電流値を下回った場合に、前記第１の負荷の動作が終了したと判定する手段と、
    前記第１の負荷の動作が終了したと判定された場合に、前記二次電池から前記第２の負荷への電力の供給を許可する手段と、
    前記二次電池と前記第２の負荷との間に備えられており、前記二次電池から前記第２の負荷への電力の供給が許可されるまではＯＦＦ状態であり、前記二次電池から前記第２の負荷への電力の供給が許可された場合にＯＮ状態となるスイッチと、前記スイッチと並列に接続されており前記二次電池のプラス側に備えられている切替え回路用抵抗とを含む切替え回路と
    をさらに具備し、
    前記二次電池は、前記交流電源が正常な場合に、前記切替え回路用抵抗経由で電力の充電を行い、前記異常が発生した場合に、主に前記スイッチ経由で前記第２の負荷に電力を供給する
    ことを特徴とする直流電源装置。
11. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の直流電源装置において、
    前記サイリスタ整流器は、前記交流電源が正常な場合、前記電流検出器、リアクトル、ダイオードを介して、前記第１の負荷及び前記第２の負荷に電力を供給するとともに、前記二次電池と前記キャパシタに電力を供給し、前記二次電池及び前記キャパシタを充電し、
    前記二次電池及び前記キャパシタは、前記交流電源に異常が発生した後の初期段階に、前記二次電池及び前記キャパシタからの電力を、前記ダイオード経由で、前記第１の負荷及び前記第２の負荷に電力を供給し、
    前記二次電池は、前記交流電源に異常が発生した後の初期段階の後に、前記ダイオード経由で、前記第２の負荷に電力を供給する
    ことを特徴とする直流電源装置。
12. 請求項７記載の直流電源装置において、
    前記異常判定手段は、停電判定回路であり、
    前記許可手段は、オンディレー回路である
    ことを特徴とする直流電源装置。

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