JP4689643B2 - 過放電防止装置および蓄電装置 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の過放電防止装置は、蓄電装置の過放電防止装置において、前記蓄電装置から出力される電流の導通および遮断を行う第1のスイッチ手段と、前記蓄電装置の電圧が第1の電圧以下になったときに前記第1のスイッチ手段を開状態にする信号を出力し、前記蓄電装置の電圧が第1の電圧以下である第2の電圧以
下のときに入力電流を遮断する第2のスイッチ手段を備えるスイッチ制御手段と、を備える。
また、本発明の過放電防止装置は、前記第1のスイッチ手段は、電界効果トランジスタであることが望ましい。
また、本発明の過放電防止装置は、前記スイッチ制御手段は前記蓄電装置の電圧が前記第1の電圧より高い第3の電圧以上になったときに前記第1のスイッチ手段を閉状態にする信号を出力し、前記第2のスイッチ手段は前記蓄電装置の電圧が第2の電圧より高いときに前記スイッチ制御手段への電流を導通することが望ましい。
また、本発明の過放電防止装置は、前記スイッチ制御手段は、NPN型の第1のトランジスタおよびPNP型の第2のトランジスタを備え、前記電界効果トランジスタは前記蓄電装置の蓄電部の負極と出力端子との間に接続され、前記ツェナーダイオードのアノードは抵抗を介して前記蓄電部の負極に接続され、カソードは前記蓄電部の正極に接続され、前記第1のトランジスタのベースは前記ツェナーダイオードのアノードと前記抵抗との間に接続され、前記第1のトランジスタのコレクタは前記第2トランジスタのベースと前記蓄電部の正極に接続され、前記第1のトランジスタのエミッタは前記蓄電部の負極と前記電界効果トランジスタのソースとの間に接続され、前記第2のトランジスタのエミッタは前記蓄電部の正極に接続され、前記第2のトランジスタのコレクタは前記電界効果トランジスタのゲートに接続されていることが望ましい。
また、本発明の蓄電装置は、過充電防止装置をさらに備えることが望ましい。
また、本発明の蓄電装置は、外部から前記第1のスイッチ手段のオンオフ制御を行う外部制御手段をさらに備えることが望ましい。
また、本発明の蓄電装置は、前記蓄電部は、リチウムイオンキャパシタであることが望ましい。
図1は、第1の本発明の実施の形態に係る蓄電装置を用いた発電システムのブロック図である。
蓄電装置103は、蓄電部105および過放電防止部106を備える。
発電装置102は、例えば風力発電機であり、負荷104および蓄電装置103への電力の供給を行う。
過放電防止部106は、蓄電部105の電圧を検出し、該電圧に応じて蓄電装置105から供給される電流の導通および遮断を行う。スイッチ制御部107は、蓄電部105の電圧に応じた信号をMOSFET108のゲートに出力する。MOSFET108は、nチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、ソースは蓄電部105の負極、ゲートはスイッチ制御部107、ドレインは負荷に接続しており、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加される電圧に応じて、蓄電部105の出力電流の導通および遮断を行う。
以下、発電システム101の動作を説明する。
また、MOSFET108は、ボディダイオード109を備えており、MOSFET108がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。したがって、MOSFET108がオフ、すなわち蓄電部105が所定の電圧以下であっても、発電装置102から蓄電装置103へ電力を供給し、蓄電装置103の充電を行うことが可能である。ボディダイオード109は、ドレインからソース方向、すなわち放電方向には電流が流れないので、MOSFET108がオフであればボディダイオード109により放電し、蓄電部105の電圧が下がることは無い。
本発明の第2の実施の形態に係る蓄電装置201は、蓄電部202および過放電防止部203を備える。また、蓄電装置201は、一対の端子204aおよび204bを介して不図示の負荷および発電装置に接続し、一対の端子205aおよび205bを介して外部スイッチ206と接続している。なお、端子204aは正極、端子204bは負極である。
過放電防止部203は、スイッチ制御部207およびMOSFET208を備える。
MOSFET208は、nチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET208のソースは蓄電部202の負極、ゲートはコンパレータ209の出力端子、ドレインは端子204bに接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部202の出力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET208は、ボディダイオード214を備えており、MOSFET208がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。
抵抗211は、ツェナーダイオード210と蓄電部202の負極との間に接続されている。
電源213は、所定の基準電圧をコンパレータ209の反転入力端子に印加する。
尚、最初、外部スイッチ206はオンになっており、蓄電部202は十分に充電されているものとする。
電圧より高いため、コンパレータ209の出力はHとなり、MOSFET208がオンとなる。
蓄電装置201を使用すると蓄電部202の電圧が下がる。するとコンパレータ209の非反転入力端子の入力電圧は反転入力端子に入力される基準電圧より低くなるため、コンパレータ209の出力はLとなり、MOSFET208がオフとなる。
図3のグラフは縦軸が電圧、横軸が時間である。
グラフ301は、蓄電部202の出力電圧であり、グラフ302はコンパレータ209の非反転入力端子の入力電圧である。
時間Bにおいて、蓄電部202の電圧が所定の電圧以下となると、コンパレータ209の非反転入力端子の電圧は、反転入力端子の電圧Vr以下となり、コンパレータ209の出力がHからLとなる。するとMOSFET208は遮断状態となり、蓄電装置201から負荷に電力が供給されなくなる。
本発明の第3の実施の形態に係る蓄電装置401は、蓄電部402および過放電防止部403を備える。また、蓄電装置401は、一対の端子404aおよび404bを介して不図示の負荷および発電装置と接続している。また、端子404aは正極、端子404bは負極である。
過放電防止部403は、スイッチ制御部405およびMOSFET406を備える。
MOSFET406は、nチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET406のソースは蓄電部402の負極、ゲートは抵抗415、ドレインは端子404bに接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部402の出力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET406は、ボディダイオード417を備えており、MOSFET406がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。
抵抗410は、ツェナーダイオード409と蓄電部402の負極の間に接続されている。
抵抗412は、トランジスタ407のコレクタとトランジスタ408のベースとの間に接続されている。
抵抗414は、トランジスタ408のコレクタと蓄電部402の負極との間に接続されている。
抵抗416は、抵抗411と抵抗415との間に接続されている。
尚、最初、蓄電部402は十分に充電されているものとする。
蓄電部402は十分に充電されているので、蓄電部402の電圧はツェナーダイオード409の降伏電圧以上であるため、ツェナーダイオード409には逆方向に電流が流れる。
すると、MOSFET406のゲートに電圧が印加されるので、MOSFET406はオンとなる。
蓄電装置401を使用すると蓄電部402の電圧が下がる。蓄電部402の電圧が下がると、トランジスタ407のベース−エミッタ間電圧も下がり、所定の電圧以下でトランジスタ407はオフとなる。トランジスタ407がオフとなると、トランジスタ408もオフとなり、ゲートの電位とソースの電位は等しくなるため、MOSFET406はオフとなる。
本発明の第4の実施の形態に係る蓄電装置501は、蓄電部502および過放電防止部503を備える。また、蓄電装置501は、一対の端子504aおよび504bを介して不図示の負荷および発電装置と接続している。また、端子504aは正極、端子504bは負極である。
スイッチ制御部505は、トランジスタ507、508、電圧検出IC509、ツェナーダイオード510〜512、抵抗513〜520、キャパシタ521〜524を備える。
抵抗516、エミッタは蓄電部502の負極に接続されている。また、トランジスタ408のベースは抵抗517、エミッタは蓄電部502の正極、コレクタは抵抗518に接続されている。
ツェナーダイオード511のアノードは蓄電部502の負極、カソードは電圧検出IC509の入力端子に接続されている。
抵抗513は、ツェナーダイオード510と電圧検出IC509の入力端子との間に接続されている。
抵抗515は、電圧検出IC509の入力端子と電圧検出IC509の出力端子との間に接続されている。
抵抗517は、トランジスタ508のベースとトランジスタ507のコレクタとの間に接続されている。
抵抗519は、トランジスタ508のコレクタと抵抗520との間に接続されている。
抵抗513〜520の抵抗はそれぞれ、1kΩ、47kΩ、100kΩ、330kΩ、100kΩ、330kΩ、220kΩ、150Ωである。
キャパシタ522は、電圧検出IC509の入力端子と蓄電部502の負極と間に接続されている。
キャパシタ524は、ツェナーダイオード512と並列に接続されている。
以下、蓄電装置501の動作を説明する。
尚、蓄電部502は十分に充電されているものとする。
放電保護復帰電圧は23.7V、負荷運転開始電圧は25.0V、最大許容電圧は38.0Vである。
電圧検出IC509の出力がHの場合、トランジスタ507はオンになり、トランジスタ508もオンとなる。
MOSFET506がオンの場合、MOSFET506は導通状態となり、ドレインからソースに電流が流れる。したがって、蓄電装置501から負荷に電力が供給される。
場合は蓄電部502の電圧が過放電保護電圧である23.5V未満となると電圧検出IC509の出力はLとなり、電圧検出IC509の出力がLの場合は蓄電部502の電圧が過放電保護復帰電圧である23.7V以上となると電圧検出IC509の出力はHとなる。電圧検出IC509の出力がHからLになるときの蓄電部502の電圧とLからHになるときの蓄電部502の電圧の差、すなわちヒステリシス電圧は抵抗515の抵抗値を変えることにより任意の値に設定することが可能である。
図6は、本発明の第5の実施の形態に係る蓄電装置の構成を示す図である。
過放電防止部603は、過放電防止スイッチ制御部606およびMOSFET607を備える。
MOSFET607は、nチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET607のソースは蓄電部602の負極、ゲートは抵抗612と介してコンパレータ608の出力端子、ドレインは過充電防止部604を介して端子605bに接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部602の出力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET607は、ボディダイオード614を備えており、MOSFET607がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。すなわち、充電方向に電流を流し、蓄電部602の充電が可能である。
抵抗610は、ツェナーダイオード609と蓄電部602の負極との間に接続されている。
抵抗612は、コンパレータ608の出力端子とMOSFET607のゲートとの間に接続されている。
過充電防止部604は、過充電防止スイッチ制御部615およびMOSFET616を備える。
MOSFET616は、nチャネルエンハンスメント型MOSFETであり、MOSFET616のソースは端子605b、ゲートはトランジスタ627のコレクタ、ドレインは過放電防止部603を介して蓄電部602の負極に接続され、電流の導通および遮断を行うスイッチとして動作する。具体的にはゲートに印加されている電圧に応じて、蓄電部602への入力電流の導通および遮断を行う。また、MOSFET616は、ボディダイオード625を備えており、MOSFET616がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。すなわち、放電方向に電流を流し、負荷に電力を供給することが可能である。
抵抗620は、ツェナーダイオード619と蓄電部602の負極との間に接続されている。
抵抗622は、コンパレータ618の出力端子と発光ダイオード626のカソードとの間に接続されている。
電源624は、所定の基準電圧Vr2をコンパレータ618の非反転入力端子に印加する。
尚、最初、蓄電部602は十分に充電されているものとする。但し、蓄電部602の電圧はツェナーダイオード619の降伏電圧Vz2以下である。
、発光ダイオード626のカソードの電位はアノードの電位以上となるので、発光ダイオード626に電流は流れない。したがって、フォトトランジスタ627はオフとなり、MOSFET616のゲートには電圧が印加され、MOSFET616はオンとなる。
また、MOSFET616は、ボディダイオード625を備えているので、MOSFET616がオフであってもソースからドレイン方向への電流を流すことが可能である。すなわち放電方向に電流を流し、負荷に電力を供給することが可能である。
102 発電装置
103 蓄電装置
104 負荷
105 蓄電部
106 過放電防止部
107 スイッチ制御部
108 MOSFET
201 蓄電装置
202 蓄電部
203 過放電防止部
204a,204b,205a,205b 端子
206 外部スイッチ
207 スイッチ制御部
208 MOSFET
209 コンパレータ
210 ツェナーダイオード
211,212 抵抗
213 電源
214 ボディダイオード
401 蓄電装置
402 蓄電部
403 過放電防止部
404a,404b 端子
405 スイッチ制御部
406 MOSFET
407,408 トランジスタ
409 ツェナーダイオード
410〜416 抵抗
417 ボディダイオード
501 蓄電装置
502 蓄電部
502’ リチウムイオンキャパシタ
503 過放電防止部
504a,504b 端子
505 スイッチ制御部
506 MOSFET
507,508 トランジスタ
509 電圧検出IC
510〜512 ツェナーダイオード
513〜520 抵抗
521〜524 キャパシタ
525 ボディダイオード
601 蓄電装置
602 蓄電部
603 過放電防止部
604 過充電防止部
605a,605b 端子
606 過放電防止スイッチ制御部
607 MOSFET
608 コンパレータ
609 ツェナーダイオード
610〜612 抵抗
613 電源
614 ボディダイオード
615 過充電防止スイッチ制御部
616 MOSFET
617 フォトカプラ
618 コンパレータ
619 ツェナーダイオード
620〜623 抵抗
624 電源
625 ボディダイオード
626 発光ダイオード
627 フォトトランジスタ
Claims (9)
- 蓄電装置の過放電防止装置において、
前記蓄電装置から出力される電流の導通および遮断を行う第1のスイッチ手段と、
前記蓄電装置の電圧が第1の電圧以下になったときに前記第1のスイッチ手段を開状態にする信号を出力し、前記蓄電装置の電圧が第1の電圧以下である第2の電圧以下のときに入力電流を遮断する第2のスイッチ手段を備えるスイッチ制御手段と、
を備え、
前記第2のスイッチ手段は、ツェナーダイオードであり、
前記第1のスイッチ手段は、電界効果トランジスタであり、
前記スイッチ制御手段は、NPN型の第1のトランジスタおよびPNP型の第2のトランジスタを備え、
前記電界効果トランジスタは前記蓄電装置の蓄電部の負極と出力端子との間に接続され、
前記ツェナーダイオードのアノードは抵抗を介して前記蓄電部の負極に接続され、カソードは前記蓄電部の正極に接続され、
前記第1のトランジスタのベースは前記ツェナーダイオードのアノードと前記抵抗との間に接続され、前記第1のトランジスタのコレクタは前記第2トランジスタのベースと前記蓄電部の正極に接続され、前記第1のトランジスタのエミッタは前記蓄電部の負極と前記電界効果トランジスタのソースとの間に接続され、
前記第2のトランジスタのエミッタは前記蓄電部の正極に接続され、前記第2のトランジスタのコレクタは前記電界効果トランジスタのゲートに接続されていることを特徴とする過放電防止装置。 - 前記電界効果トランジスタは、ボディダイオードを備えることを特徴とする請求項1記載の過放電防止装置。
- 前記スイッチ制御手段は、前記蓄電装置の電圧が前記第1の電圧より高い第3の電圧以上になったときに前記第1のスイッチ手段を閉状態にする信号を出力し、
前記第2のスイッチ手段は、前記蓄電装置の電圧が第2の電圧より高いときに前記スイッチ制御手段への電流を導通することを特徴とする請求項1または2に記載の過放電防止装置。 - 前記第1の電圧および前記第2の電圧を設定するヒステリシス電圧設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項3記載の過放電防止装置。
- 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の過放電防止装置を備えることを特徴とする蓄電装置。
- 過充電防止装置をさらに備えることを特徴とする請求項5記載の蓄電装置。
- 外部から前記第1のスイッチ手段のオンオフ制御を行う外部制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項5または6に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電装置の蓄電部は、充電可能なキャパシタあるいは電池を1個以上備えることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電部は、リチウムイオンキャパシタであることを特徴とする請求項8記載の蓄電装置。
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