JP5730438B2

JP5730438B2 - 蓄電装置

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Publication number: JP5730438B2
Application number: JP2014505901A
Authority: JP
Inventors: 新膳　健裕; 健裕新膳; 善則神田; 英優尾木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2015-06-10
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Description

本発明は、蓄電装置に関する。

従来から、電源から負荷に供給する電力に余剰分が生じたときに余剰分の電力を蓄積し、電源から負荷に供給する電力に不足分が生じたときにその蓄積した電力を供給するための装置が存在する。

特許文献１には、搬送車に非接触で給電するための非接触給電設備が記載されている。具体的には、非接触給電設備において、給電線から搬送車の受電回路のピックアップコイルへ電磁誘導により給電する。そして、搬送車において、受電回路で受けた電力を平滑・整流回路で整流・平滑化し負荷に供給する際、受電回路の給電能力に対して負荷の消費電力が少ない場合にその余剰電力を充電回路経由でキャパシタに充電し、負荷の消費電力が受電回路の給電能力を上回った場合にキャパシタから昇圧コンバータ経由で負荷側へ放電することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、非接触給電設備の能力内で負荷を平準化することにより受電容量を下げることができ、受電コイルの小型化を図ることができるとされている。

特開２００２−３６９４１５号公報

特許文献１に記載の技術では、受電・平滑・整流回路（電源装置）と負荷（負荷装置）とを接続する経路に対して充放電回路が分岐して接続されることが前提となっているため、電源装置と負荷装置との間にユニット的に挿入されて接続される蓄電装置に関する記載が一切ない。

一方、電源装置と負荷装置との間に蓄電装置がユニット的に接続される場合、各装置間の設置位置の位置関係によっては、各装置間の配線距離が長く、かつ、複雑になる可能性がある。つまり、電源装置、蓄電装置、負荷装置をそれぞれ独立のユニットとして構成し、蓄電装置の両端に接続端子を設けた場合、これらユニットの設置位置の位置関係が蓄電装置の設計時に予定されたものと逆になると、配線を引き回して、蓄電装置における各ユニットの設置位置と逆側の接続端子に接続することになり、各ユニット間の配線距離が長くなる可能性がある。配線距離が長くなると、直流母線のインピーダンスが増大し、母線電圧の跳ね上がり現象などの望ましくない現象が生じてしまう。また、各ユニットを逆側の接続端子に接続する場合、配線が複雑となり、誤配線の可能性が増大する可能性もある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電源装置と負荷装置との間に蓄電装置がユニット的に接続される場合に各装置間の配線距離を短くすることに適した蓄電装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる蓄電装置は、直流電力を供給する電源装置と負荷装置との間に接続される蓄電装置であって、前記電源装置及び前記負荷装置の一方が接続される第１の接続端子と、前記電源装置及び前記負荷装置の他方が接続される第２の接続端子と、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子とを接続する母線と、前記母線を介して供給された電力が充電される蓄電部と、前記母線と前記蓄電部との間に接続された充放電部と、前記充放電部の動作を制御する制御部と、前記第１の接続端子から前記母線へ流入する第１の電流と、前記第２の接続端子から前記母線へ流入する第２の電流と、前記母線から前記充放電部に流入する第３の電流とのうち、少なくとも２つを検出する電流検出部と、前記第１の接続端子に前記電源装置及び前記負荷装置のいずれが接続されているかを判定する接続方向判定部とを備え、前記充放電部は、前記第１の接続端子又は前記第２の接続端子から前記母線を介して供給された電力を前記蓄電部に充電する充電動作と、前記蓄電部に充電された電力を前記母線を介して前記第１の接続端子又は前記第２の接続端子に放電する放電動作とを排他的に行い、前記制御部は、前記接続方向判定部の判定結果と前記電流検出部による検出結果とに基づいて、前記充電動作と前記放電動作とを切り換えるように前記充放電部を制御することを特徴とする。

本発明によれば、電源装置及び負荷装置の接続方向に応じて動作を切り換えることができるので、電源装置と負荷装置とを第１の接続端子と第２の接続端子のどちらに接続しても正しく動作させることが可能となる。このため、電源装置と負荷装置を蓄電装置の左右どちらに設置しても、短い距離の配線で各装置を接続することができる。すなわち、電源装置と負荷装置との間に蓄電装置がユニット的に接続される場合に各装置間の配線距離を短くすることに適した蓄電装置を提供できる。

図１は、実施の形態１にかかる蓄電装置の構成を示す図である。図２は、実施の形態１における電源装置の構成例を示す回路図である。図３は、実施の形態１における負荷装置の構成例を示す回路図である。図４は、実施の形態１における接続方向の判定手順を示すフローチャートである。図５は、実施の形態１における予備充電時の電流の流れを示す図である。図６は、実施の形態１における予備充電時の電流の流れを示す図である。図７は、実施の形態１における充放電回路の構成例を示す回路図である。図８は、実施の形態２にかかる蓄電装置の構成を示す図である。図９は、実施の形態２の変形例にかかる蓄電装置の構成を示す図である。図１０は、基本の形態にかかる蓄電装置の構成を示す図である。図１１は、基本の形態にかかる蓄電装置への他の装置の接続状態を示す図である。図１２は、基本の形態にかかる蓄電装置への他の装置の接続状態を示す図である。

以下に、本発明にかかる蓄電装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
実施の形態１にかかる蓄電装置１００について説明する前に、基本の形態にかかる蓄電装置の構成について図１０を用いて説明する。図１０は、基本の形態にかかる蓄電装置１の構成を示す図である。

蓄電装置１は、電源装置２と負荷装置３との間に接続される。すなわち、電源装置２、蓄電装置１、及び負荷装置３は、互いに独立したユニットとして構成されており、この順にシリアルに接続される。すなわち、電源装置２、蓄電装置１、及び負荷装置３を有するシステム４において、蓄電装置１は、電源装置２と負荷装置３との間にユニット的に挿入されて接続される。

電源装置２は、直流電力を蓄電装置１へ供給する。電源装置２は、例えば３相交流電源３１（図２参照）及びＡＣ−ＤＣコンバータを有し、ＡＣ−ＤＣコンバータは、例えば、図２に示すように、ダイオードブリッジによる整流回路３２、及び平滑コンデンサ３３を有する。電源装置２は、３相交流電源３１で交流電力を発生させ、ＡＣ−ＤＣコンバータを用いて交流電力を直流電力へ変換し、変換された直流電力を蓄電装置１へ供給する。

負荷装置３は、蓄電装置１を介して直流電力を受け、直流電力に対する負荷となる。負荷装置３は、電源装置２から蓄電装置１を介して供給される直流電力によって駆動されるものである。負荷装置３は、例えば、図３に示すように、（例えば３相交流の）モータ３４と、モータ３４を駆動するインバータ回路３５とを有し、直流電力を蓄電装置１から受けたら、インバータ回路３５を用いて直流電力を交流電力へ変換し、変換された交流電力をモータ３４に供給することで、モータ３４を駆動する。

蓄電装置１は、電源装置２から供給された直流電力を負荷装置３へ供給する。このとき、蓄電装置１は、負荷装置３へ供給する直流電力に余剰分が生じたときに余剰分の電力を蓄積する。蓄電装置１００は、例えば、モータを駆動するような負荷装置３においてモータの回生エネルギが生じた場合に、その回生エネルギを受け取って蓄電する。また、蓄電装置１００は、負荷装置３へ供給する直流電力に不足分が生じたときにその蓄積した電力を負荷装置３へ供給する。

具体的には、蓄電装置１は、電源接続端子１１、負荷接続端子１２、母線Ｌ１ｐ、Ｌ１ｎ、接続線ＣＬ１ｐ、ＣＬ１ｎ、電流検出部１５、接続線ＣＬ１１ｐ、ＣＬ１１ｎ、蓄電部１３、充放電部１４、及び制御部１６を備える。

電源接続端子１１は、電源装置２が接続されるように設計された端子である。負荷接続端子１２は、負荷装置３が接続されるように設計された端子である。電源接続端子１１は、Ｐ側端子１１ｐ及びＮ側端子１１ｎを有し、Ｐ側端子１１ｐ及びＮ側端子１１ｎのそれぞれは、例えば、電源装置２が接続されるようにカスタマイズされた形状や仕様を有する。負荷接続端子１２は、Ｐ側端子１２ｐ及びＮ側端子１２ｎを有し、Ｐ側端子１２ｐ及びＮ側端子１２ｎのそれぞれは、例えば、負荷装置３が接続されるようにカスタマイズされた形状や仕様を有する。

母線Ｌ１ｐ、Ｌ１ｎは、電源接続端子１１と負荷接続端子１２とを接続する。すなわち、Ｐ側母線Ｌ１ｐは、Ｐ側端子１１ｐとＰ側端子１２ｐとを接続する。Ｎ側母線Ｌ１ｎは、Ｎ側端子１１ｎとＮ側端子１２ｎとを接続する。また、母線Ｌ１ｐ、Ｌ１ｎは、接続ノードＣＮ１ｐ、ＣＮ１ｎで接続線ＣＬ１ｐ、ＣＬ１ｎに接続されている。すなわち、Ｐ側母線Ｌ１ｐは、Ｐ側接続ノードＣＮ１ｐでＰ側接続線ＣＬ１ｐに接続されている。Ｎ側母線Ｌ１ｎは、Ｎ側接続ノードＣＮ１ｎでＰ側接続線ＣＬ１ｎに接続されている。

接続線ＣＬ１ｐ、ＣＬ１ｎは、一端が接続ノードＣＮ１ｐ、ＣＮ１ｎに接続され、他端が充放電部１４に接続されている。すなわち、Ｐ側接続線ＣＬ１ｐは、一端がＰ側接続ノードＣＮ１ｐに接続され、他端が充放電部１４に接続されている。Ｎ側接続線ＣＬ１ｎは、一端がＮ側接続ノードＣＮ１ｎに接続され、他端が充放電部１４に接続されている。

電流検出部１５は、負荷装置３に流入する電流の値を検出する。電流検出部１５は、例えば電流検出器１５ａ（例えば、カレントトランス）を有し、電流検出器１５ａは、例えば、Ｐ側母線Ｌ１ｐにおけるＰ側接続ノードＣＮ１ｐとＰ側端子１２ｐとの間に設けられる。電流検出器１５ａは、例えば、Ｐ側接続ノードＣＮ１ｐからＰ側端子１２ｐへ向う方向が正の値になるように設けられる。すなわち、電流検出器１５ａは、電流の大きさを検出するだけでなく、電流の向きも検出する。電流検出部１５は、検出結果を制御部１６へ供給する。

接続線ＣＬ１１ｐ、ＣＬ１１ｎは、一端が充放電部１４に接続され、他端が蓄電部１３に接続されている。

蓄電部１３は、母線Ｌ１ｐ、Ｌ１ｎ、接続線ＣＬ１ｐ、ＣＬ１ｎ、充放電部１４、及び接続線ＣＬ１１ｐ、ＣＬ１１ｎを介して供給された電力が充電され、充電された電力を蓄積する。また、蓄電部１３に蓄積された電力は、充放電部１４により放電される。蓄電部１３は、例えば、コンデンサ１３ａ（図７参照）を有する。

充放電部１４は、母線Ｌ１ｐ、Ｌ１ｎと蓄電部１３との間に接続されている。すなわち、充放電部１４は、接続線ＣＬ１ｐ、ＣＬ１ｎを介して母線Ｌ１ｐ、Ｌ１ｎに接続されているとともに、接続線ＣＬ１１ｐ、ＣＬ１１ｎを介して蓄電部１３に接続されている。充放電部１４は、制御部１６による制御のもと、充電動作と放電動作とを排他的に行う。充電動作は、電源接続端子１１から母線Ｌ１ｐ、Ｌ１ｎを介して供給された電力を蓄電部１３に充電する動作である。放電動作は、蓄電部１３に充電された電力を、母線Ｌ１ｐ、Ｌ１ｎを介して負荷接続端子１２に放電する動作である。

充放電部１４は、例えば、昇降圧チョッパを有し、昇降圧チョッパは、例えば図７に示すように、直列に接続された２つのスイッチング素子４１、４２とこれらに逆並列に接続されたダイオード４３、４４、および、インダクタンス４５とを有する。

制御部１６は、充電動作と放電動作とを切り換えるように充放電部１４を制御する。

例えば、制御部１６は、スイッチング素子４２をオフ状態に維持しながらスイッチング素子４１をオンオフすることで、充放電部１４を降圧チョッパとして動作させ、蓄電部１３に電力を充電する充電動作を行わせる。すなわち、制御部１６は、スイッチング素子４２をオフ状態に維持しながらスイッチング素子４１をオンすることで接続線ＣＬ１ｐからインダクタンス４５に電流が流れ込むようにし、電流に応じたエネルギーをインダクタンス４５に蓄える。制御部１６は、スイッチング素子４２をオフ状態に維持しながらスイッチング素子４１をオフすることで、インダクタンス４５が電流を保とうとして起電力を発生させ、インダクタンス４５からコンデンサ１３ａへ向かう誘導電流を流し、インダクタンス４５に蓄えられたエネルギーをコンデンサ１３ａに充電する。

例えば、制御部１６は、スイッチング素子４１をオフ状態に維持しながらスイッチング素子４２をオンオフすることで、充放電部１４を昇圧チョッパとして動作させ、蓄電部１３に充電された電力を放電する放電動作を行わせる。すなわち、制御部１６は、スイッチング素子４１をオフ状態に維持しながらスイッチング素子４２をオンすることでコンデンサ１３ａからインダクタンス４５に電流が流れ込むようにし、電流に応じたエネルギーをインダクタンス４５に蓄える。制御部１６は、スイッチング素子４１をオフ状態に維持しながらスイッチング素子４２をオフすることで、インダクタンス４５が電流を保とうとして起電力を発生させ、インダクタンス４５から接続線ＣＬ１ｐへ向かう誘導電流を流し、インダクタンス４５に蓄えられたエネルギーを接続線ＣＬ１ｐに放電する。

また、制御部１６は、このような制御、すなわち充電動作と放電動作とを切り換えるように充放電部１４を制御することを、電流検出部１５による検出結果に基づいて行う。

例えば、制御部１６は、電流検出部１５による検出結果、すなわち負荷装置３に流入する電流（負荷電流ＩＬ）の検出値が、電源装置２の電源容量に対応した閾値Ｉｔｈより小さい場合、すなわち、電源容量に余裕がある負荷状態の場合に、電源装置２から供給される電気エネルギーの一部を蓄電部１３に充電するように充放電部１４を制御する。逆に、例えば、制御部１６は、負荷装置３に流入する電流（負荷電流ＩＬ）の検出値が閾値Ｉｔｈより大きくなり、電源装置２の電源容量が不足する場合に、蓄電部１３に充電された電気エネルギーを放電するように充放電部１４を制御し、電源装置２の容量不足分を補う。これにより、電源容量に余裕のある時に充電した電力を高負荷時に放電して電源容量不足を補うことが可能となる。このため、電源から見た負荷変動を平準化することができ、電源容量の低減が可能となる。

また、負荷装置３が回生動作している場合には、電流検出部１５で検出される負荷電流ＩＬの方向に基づいて回生動作中であることを検出して、回生電力を蓄電部１３に充電するように充放電部１４を制御する。蓄電した回生電力を力行時に負荷装置３に供給することで、回生電力を有効に使用することができ、電源装置２からの供給電力量を低減させることが可能となる。このように、変動する負荷状態を負荷電流ＩＬの大きさで検出し負荷状態に応じて蓄電部１３の充放電を制御することにより、電源容量の低減や回生電力の有効利用が可能となる。

図１１は、このような電源装置２、蓄電装置１、及び負荷装置３をそれぞれ独立のユニットとして構成し、これらを横に並べて設置した場合の配置関係の一例を示す図である。図１１に示す場合、蓄電装置１の筐体１ａ上において、電源装置２が接続されるための電源接続端子１１が電源装置２側に配され、負荷装置３が接続されるための負荷接続端子１２が負荷装置３側に配されている。すなわち、電源装置２が、蓄電装置１における電源接続端子１１側（図１１中左側）に位置し、負荷装置３が、蓄電装置１における負荷接続端子１２側（図１１中右側）に位置している。このため、図１１に示すように、電源装置２を蓄電装置１に接続するための配線Ｌ２ｐ、Ｌ２ｎを短くでき、負荷装置３を蓄電装置１に接続するための配線Ｌ３ｐ、Ｌ３ｎを短くできる。

一方、図１１における電源装置２と負荷装置３との設置位置を入れ替えた場合の配置関係の一例を図１２に示す。図１２に示す場合、蓄電装置１の筐体１ａ上において、電源装置２が接続されるための電源接続端子１１が負荷装置３側に配され、負荷装置３が接続されるための負荷接続端子１２が電源装置２側に配されている。すなわち、電源装置２が、蓄電装置１における電源接続端子１１の反対側（図１１中右側）に位置し、負荷装置３が、蓄電装置１における負荷接続端子１２の反対側（図１１中左側）に位置している。このため、図１２に示すように、電源装置２を蓄電装置１に接続するための配線Ｌ２ｐ’、Ｌ２ｎ’が長くなり、負荷装置３を蓄電装置１に接続するための配線Ｌ３ｐ’、Ｌ３ｎ’が長くなる傾向にある。

つまり、電源装置２、蓄電装置１、負荷装置３をそれぞれ独立のユニットとして構成し、蓄電装置１の両端に接続端子１１、１２を設けた場合、これらユニットの設置位置の位置関係が蓄電装置１の設計時に予定されたものと逆になると、配線Ｌ２ｐ’、Ｌ２ｎ’、Ｌ３ｐ’、Ｌ３ｎ’を引き回して、蓄電装置１における各ユニットの設置位置と逆側の接続端子に接続することになり、各ユニット間の配線距離が長くなる可能性がある。配線距離が長くなると、直流母線のインピーダンスが増大し、母線電圧の跳ね上がり現象などの望ましくない現象が生じてしまう。

また、図１２に示すように、電源装置２を蓄電装置１に接続するための配線Ｌ２ｐ’、Ｌ２ｎ’と負荷装置３を蓄電装置１に接続するための配線Ｌ３ｐ’、Ｌ３ｎ’とが互に入り組んだ複雑なものになってしまう。すなわち、各ユニットを逆側の接続端子に接続することから、配線が複雑となり、誤配線の可能性も増大する。

仮に、電源装置２、蓄電装置１、負荷装置３の設置位置が図１２に示す位置である場合に、電源装置２を負荷接続端子１２に接続し、負荷装置３を電源接続端子１１に接続してしまうと、電流検出部１５による検出値を正しく認識できないことなどにより蓄電装置１の充放電制御が逆になるなど、システム４を正常に運転できなくなる可能性がある。

そこで、実施の形態１では、かかる問題点を解決するために、蓄電装置１００の両端の接続端子１１１、１１２を電源装置２及び負荷装置３のどちらでも接続できるようにし、接続端子１１１、１１２への電源装置２及び負荷装置３の接続方向を判定して、判定結果に応じて蓄電装置１の充放電制御を行う。以下、実施の形態１にかかる蓄電装置１００について、基本の形態にかかる蓄電装置と異なる点を中心に説明する。

具体的には、図１に示すように、蓄電装置１００は、電源接続端子１１及び負荷接続端子１２（図１０参照）に代えて第１の接続端子１１１及び第２の接続端子１１２を備える。

第１の接続端子１１１には、電源装置２及び負荷装置３のいずれか一方が接続され、第２の接続端子１１２には、電源装置２及び負荷装置３の他方が接続される。図１では、第１の接続端子１１１に電源装置２が接続され、第２の接続端子１１２に負荷装置３が接続される場合が例示的に示されている。

例えば、第１の接続端子１１１は、Ｐ側端子１１１ｐ及びＮ側端子１１１ｎを有し、Ｐ側端子１１１ｐ及びＮ側端子１１１ｎのそれぞれは、例えば、電源装置２及び負荷装置３のいずれもが接続されるように共通化された形状や仕様を有する。第２の接続端子１１２は、Ｐ側端子１１２ｐ及びＮ側端子１１２ｎを有し、Ｐ側端子１１２ｐ及びＮ側端子１１２ｎのそれぞれは、例えば、電源装置２及び負荷装置３のいずれもが接続されるように共通化された形状や仕様を有する。

また、蓄電装置１００は、電流検出部１５（図１０参照）に代えて電流検出部１１５を備える。電流検出部１１５は、第１の電流Ｉ１と第２の電流Ｉ２と第３の電流Ｉ３とのうち、少なくとも２つを検出する。第１の電流Ｉ１は、第１の接続端子１１１から母線Ｌ１０１ｐへ流入する電流である。第２の電流Ｉ２は、第２の接続端子１１２から母線Ｌ１０１ｐへ流入する電流である。第３の電流Ｉ３は、母線Ｌ１０１ｐから充放電部１４に流入する電流である。

例えば、電流検出部１１５は、第１の電流検出器１１５ａと第２の電流検出器１１５ｂと第３の電流検出器１１５ｃとを有する。

第１の電流検出器１１５ａは、母線Ｌ１０１ｐにおける第１の接続端子１１１と接続ノードＣＮ１０１ｐとの間に設けられている。第１の電流検出器１１５ａは、第１の接続端子１１１から母線Ｌ１０１ｐへ流入する第１の電流Ｉ１の値を検出する。第１の電流検出器１１５ａは、Ｐ側端子１１１ｐから接続ノードＣＮ１０１ｐへ向う方向が正の値になるように設けられる。すなわち、第１の電流検出器１１５ａは、電流の大きさを検出するだけでなく、電流の向きも検出する。第１の電流検出器１１５ａは、検出結果を制御部１１６へ供給する。

第２の電流検出器１１５ｂは、母線Ｌ１０１ｐにおける第２の接続端子１１２と接続ノードＣＮ１０１ｐとの間に設けられている。第２の電流検出器１１５ｂは、第２の接続端子１１２から母線Ｌ１０１ｐへ流入する第２の電流Ｉ２の値を検出する。第２の電流検出器１１５ｂは、Ｐ側端子１１２ｐから接続ノードＣＮ１０１ｐへ向う方向が正の値になるように設けられる。すなわち、第２の電流検出器１１５ｂは、電流の大きさを検出するだけでなく、電流の向きも検出する。第２の電流検出器１１５ｂは、検出結果を制御部１１６へ供給する。

第３の電流検出器１１５ｃは、接続線ＣＬ１ｐに設けられている。第３の電流検出器１１５ｃは、母線Ｌ１０１ｐから充放電部１４に流入する第３の電流Ｉ３を検出する。第３の電流検出器１１５ｃは、接続ノードＣＮ１０１ｐから充放電部１４へ向う方向が正の値になるように設けられる。すなわち、第３の電流検出器１１５ｃは、電流の大きさを検出するだけでなく、電流の向きも検出する。第３の電流検出器１１５ｃは、検出結果を制御部１１６へ供給する。

なお、第１の電流検出器１１５ａで検出された第１の電流Ｉ１の値をＩａ、第２の電流検出器１１５ｂで検出された第２の電流Ｉ２の値をＩｂ、第３の電流検出器１１５ｃで検出された第３の電流Ｉ３の値をＩｃとすると、下記の数式１の関係がある。
Ｉａ＋Ｉｂ＝Ｉｃ・・・数式１

このため、第１の電流Ｉ１と第２の電流Ｉ２と第３の電流Ｉ３とのうち２つが測定できれば、残りの１つを数式１で求めることができる。すなわち、本実施の形態では電流検出器を３個用いているが、必ずしも３個必要なわけではなく、３個中の任意の２個で電流検出部１１５を構成することも可能である。

また、蓄電装置１００は、制御部１６（図１０参照）に代えて制御部１１６を備え、接続方向判定部１１７をさらに備える。制御部１１６は、その制御内容が制御部１６と異なる。すなわち、システム１０４の電源投入時には、蓄電装置１００に蓄えられた電気エネルギーの残量が空の場合、蓄電装置１００から放電することができない可能性がある。そこで、制御部１１６は、電源投入後の初期化時に蓄電部１３を予備的に充電する予備充電を行う。そして、電流検出部１１５は、予備充電時における第１の電流Ｉ１、第２の電流Ｉ２、及び第３の電流Ｉ３の少なくとも２つを検出する。接続方向判定部１１７は、予備充電時における第１の電流Ｉ１、第２の電流Ｉ２、及び第３の電流Ｉ３の少なくとも２つに基づいて、第１の接続端子１１１及び第２の接続端子１１２のいずれから母線Ｌ１０１ｐ、Ｌ１０１ｎへ電流が流入しているかを判定する。そして、接続方向判定部１１７は、第１の接続端子１１１及び第２の接続端子１１２のうち母線Ｌ１０１ｐ、Ｌ１０１ｎへ電流が流入していると判定された方の端子に電源装置２が接続されていると判定する。

具体的には、蓄電装置１００におけるこれらの動作は、図４に示すように行われる。図４は、第１の接続端子１１１及び第２の接続端子１１２への電源装置２及び負荷装置３の接続方向の判定手順を示すフローチャートである。

まず、蓄電装置１００に電源が投入されると、ステップＳ１において、制御部１１６は、充放電部１４が充電動作するように制御し、蓄電部１３に予備充電する。

ステップＳ２において、接続方向判定部１１７は、第１の電流検出器１１５ａ及び第２の電流検出器１１５ｂにより検出される電流値を監視する。すなわち、接続方向判定部１１７は、第１の電流Ｉ１及び第２の電流Ｉ２のそれぞれの大きさ及び方向を監視する。

ステップＳ３において、接続方向判定部１１７は、予備充電のための充電電流（第１の電流Ｉ１）が第１の電流検出器１１５ａにより検出されるかどうかを判断する。接続方向判定部１１７は、第１の電流検出器１１５ａで充電電流が検出された場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、処理をステップＳ４に進め、第１の電流検出器１１５ａで充電電流が検出されなかった場合（ステップＳ３でＮｏ）、処理をステップＳ５に進める。

ステップＳ４において、接続方向判定部１１７は、第１の電流検出器１１５ａで充電電流が検出されたので、第１の接続端子１１１に電源装置２が接続されている（図５参照）と判定する。接続方向判定部１１７は、判定結果を制御部１１６へ供給する。これにより、制御部１１６は、第１の接続端子１１１に電源装置２が接続されており、第２の接続端子１１２に負荷装置３が接続されていることを認識できる。

ステップＳ５において、接続方向判定部１１７は、第１の電流検出器１１５ａで充電電流が検出されなかったので、すなわち、第２の電流検出器１１５ｂで充電電流が検出されたので、第２の接続端子１１２に電源装置２が接続されている（図６参照）と判定する。接続方向判定部１１７は、判定結果を制御部１１６へ供給する。これにより、制御部１１６は、第２の接続端子１１２に電源装置２が接続されており、第１の接続端子１１１に負荷装置３が接続されていることを認識できる。

次に、予備充電時の電流の流れについて説明する。

図５に示すように、第１の接続端子１１１に電源装置２が接続され第２の接続端子１１２に負荷装置３が接続された場合、電源装置２からの充電電流は、白抜き矢印のように、第１の接続端子１１１から蓄電装置１００に流入し、第１の電流検出器１１５ａ、第３の電流検出器１１５ｃを通って充放電部１４に流れる。

一方、図６に示すように、第２の接続端子１１２に電源装置２が接続され第１の接続端子１１１に負荷装置３が接続された場合、電源装置２からの充電電流は、白抜き矢印のように、第２の接続端子１１２から蓄電装置１００に流入し、第２の電流検出器１１５ｂ、第３の電流検出器１１５ｃを通って充放電部１４に流れる。

図５及び図６を比較することで理解されるように、予備充電時の充電電流が第１の電流検出器１１５ａと第２の電流検出器１１５ｂのいずれで検出されるかを調べることによって、第１の接続端子１１１と第２の接続端子１１２のいずれに電源装置２が接続されているかを判定することができる。

このようにして、接続方向判定部１１７で第１の接続端子１１１と第２の接続端子１１２のどちらに電源装置２が接続されているかが判定されると、その判定結果と電流検出部１１５で検出される電流値とに基づいて、制御部１１６は充放電部の制御を行う。

例えば、図５で示すように第１の接続端子１１１に電源装置２が接続され第２の接続端子１１２に負荷装置３が接続されている場合、制御部１１６は、第２の電流検出器１１５ｂで検出される電流を負荷電流ＩＬと見做して、以下のように充放電部１４を制御する。すなわち、制御部１１６は、第２の電流検出器１１５ｂで検出される負荷電流ＩＬが電源装置２の電源容量に対応した閾値Ｉｔｈよりも小さい場合は、充放電部１４を充電動作するように制御し、電源装置２から供給される電気エネルギの一部を蓄電部１３に充電する。

また、制御部１１６は、第２の電流検出器１１５ｂで検出される負荷電流ＩＬの方向から負荷装置３が回生モードで動作しているか否かを判断し、回生モードで動作している場合、充放電部１４に充電動作させ、負荷装置３から供給される回生電流を蓄電部１３に充電する。

一方、制御部１１６は、第２の電流検出器１１５ｂで検出される負荷電流ＩＬが電源装置２の電源容量に対応した閾値Ｉｔｈよりも大きい場合、充放電部１４を放電動作するように制御し、電源装置２の電源容量の不足分を蓄電部１３の放電電流で補うように動作させる。

例えば、図６で示すように第２の接続端子１１２に電源装置２が接続され第１の接続端子１１１に負荷装置３が接続されている場合、制御部１１６は、第１の電流検出器１１５ａで検出される電流を負荷電流ＩＬと見做して、以下のように充放電部１４を制御する。すなわち、制御部１１６は、第１の電流検出器１１５ａで検出される負荷電流ＩＬが電源装置２の電源容量に対応した閾値Ｉｔｈよりも小さい場合は、充放電部１４を充電動作するように制御し、電源装置２から供給される電気エネルギーの一部を蓄電部１３に充電する。

また、制御部１１６は、第１の電流検出器１１５ａで検出される負荷電流ＩＬの方向から負荷装置３が回生モードで動作しているか否かを判断し、回生モードで動作している場合、充放電部１４に充電動作させ、負荷装置３から供給される回生電流を蓄電部１３に充電する。

一方、制御部１１６は、第１の電流検出器１１５ａで検出される負荷電流ＩＬが電源装置２の電源容量に対応した閾値Ｉｔｈよりも大きい場合、充放電部１４を放電動作するように制御し、電源装置２の電源容量の不足分を蓄電部１３の放電電流で補うように動作させる。

以上のように、実施の形態１では、蓄電装置１００において、第１の接続端子１１１が電源装置２及び負荷装置３の一方が接続されるように構成され、第２の接続端子１１２が電源装置２及び負荷装置３の他方が接続されるように構成されている。そして、接続方向判定部１１７は、第１の接続端子１１１に電源装置２及び負荷装置３のいずれが接続されているかを判定する。制御部１１６は、接続方向判定部１１７による判定結果と電流検出部１１５による検出結果とに基づいて、充電動作と放電動作とを切り換えるように充放電部１４を制御する。これにより、電源装置２及び負荷装置３の接続方向に応じて動作を切り換えることができるので、電源装置２と負荷装置３とを第１の接続端子１１１と第２の接続端子１１２のどちらに接続しても正しく動作させることが可能となる。すなわち、電源装置２と負荷装置３との間に蓄電装置１００がユニット的に接続される場合に各装置間の配線距離を短くすることに適した蓄電装置１００を提供できる。

また、実施の形態１では、電源装置２と負荷装置３とを第１の接続端子１１１と第２の接続端子１１２のどちらに接続しても正しく動作させることが可能となるので、各ユニットを逆側の接続端子に接続するなどの複雑な配線（図１２参照）が不要となり、誤配線の可能性を減らすことができる。

また、実施の形態１では、蓄電装置１００において、第１の接続端子１１１が電源装置２及び負荷装置３の一方が接続されるように構成され、第２の接続端子１１２が電源装置２及び負荷装置３の他方が接続されるように構成されている。例えば、第１の接続端子１１１は、Ｐ側端子１１１ｐ及びＮ側端子１１１ｎを有し、Ｐ側端子１１１ｐ及びＮ側端子１１１ｎのそれぞれは、例えば、電源装置２及び負荷装置３のいずれもが接続されるように共通化された形状や仕様を有する。第２の接続端子１１２は、Ｐ側端子１１２ｐ及びＮ側端子１１２ｎを有し、Ｐ側端子１１２ｐ及びＮ側端子１１２ｎのそれぞれは、例えば、電源装置２及び負荷装置３のいずれもが接続されるように共通化された形状や仕様を有する。

また、実施の形態１では、電流検出部１１５が、第１の接続端子１１１から母線Ｌ１０１ｐへ流入する第１の電流Ｉ１と、第２の接続端子１１２から母線Ｌ１０１ｐへ流入する第２の電流Ｉ２と、母線Ｌ１０１ｐから充放電部１４に流入する第３の電流Ｉ３とのうち、少なくとも２つを検出する。これにより、電源装置２と負荷装置３とを第１の接続端子１１１と第２の接続端子１１２のどちらに接続した場合でも、負荷装置３に流入する負荷電流を検出でき、制御部１１６に供給でき、制御部１１６による充電動作と放電動作との切り替え制御が適正に行われるようにすることができる。

また、実施の形態１では、電流検出部１１５が、母線Ｌ１０１ｐにおける第１の接続端子１１１と接続ノードＣＮ１０１ｐとの間に設けられた第１の電流検出器１１５ａと、母線Ｌ１０１ｐにおける第２の接続端子１１２と接続ノードＣＮ１０１ｐとの間に設けられた第２の電流検出器１１５ｂと、接続線ＣＬ１ｐに設けられた第３の電流検出器１１５ｃとのうち少なくとも２つの電流検出器を有する。これにより、第１の接続端子１１１から母線Ｌ１０１ｐへ流入する第１の電流Ｉ１と、第２の接続端子１１２から母線Ｌ１０１ｐへ流入する第２の電流Ｉ２と、母線Ｌ１０１ｐから充放電部１４に流入する第３の電流Ｉ３とのうち、少なくとも２つを検出することができる。

また、実施の形態１では、制御部１１６が、電源投入後の初期化時に蓄電部１３を予備的に充電する予備充電を行う。電流検出部１１５は、予備充電時における第１の電流Ｉ１、第２の電流Ｉ２、及び第３の電流Ｉ３の少なくとも２つを検出する。接続方向判定部１１７は、予備充電時における第１の電流Ｉ１、第２の電流Ｉ２、及び第３の電流Ｉ３の少なくとも２つに基づいて、第１の接続端子１１１及び第２の接続端子１１２のいずれから母線Ｌ１０１ｐへ電流が流入しているかを判定し、第１の接続端子１１１及び第２の接続端子１１２のうち母線Ｌ１０１ｐへ電流が流入していると判定された方の端子に電源装置２が接続されていると判定する。これにより、第１の接続端子１１１及び第２の接続端子１１２への電源装置２及び負荷装置３の接続方向を自動で判定することができる。この結果、電源装置２と負荷装置３との間に蓄電装置１００がユニット的に接続される場合に、各装置の接続構成を設定することなく、システム４の運転を開始することができるので、ユーザの設定項目を削減でき、ユーザの利便性を向上できる。また、ユーザによる誤設定を防止できるので、システム４の運用の安全性を向上できる。

また、実施の形態１では、システム４の電源投入直後に蓄電装置１００へ予備充電を行うので、例えば、負荷装置３の運転開始１回目から蓄電装置１００による負荷装置３への放電を行うことができ、システム４の運用の利便性を向上できる。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる蓄電装置１００ｉについて説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態１では、電源投入時に予備充電を行い、接続方向判定部１１７が電流検出部１１５で検出される予備充電電流に基づいて接続方向を判定しているが、実施の形態２では、接続方向を設定するパラメータ値を予め記憶しておき、このパラメータ値を読み込むことで接続方向を判定する。

具体的には、蓄電装置１００ｉは、図８に示すように、操作部１１８ｉ及び記憶部１１９ｉをさらに備える。操作部１１８ｉは、第１の接続端子１１１及び第２の接続端子１１２への電源装置２及び負荷装置３の接続方向を目視したユーザ又は作業者から、接続方向を設定するパラメータ値の入力を受け付ける。操作部１１８ｉは、例えば第１の接続端子１１１に電源装置２が接続されていることを目視したユーザ又は作業者から、第１のパラメータ値の入力を受け付ける。操作部１１８ｉは、例えば第２の接続端子１１２に電源装置２が接続されていることを目視したユーザ又は作業者から、第２のパラメータ値の入力を受け付ける。操作部１１８ｉは、受け付けたパラメータ値を記憶部１１９ｉに記憶しておく。

接続方向判定部１１７は、記憶部１１９ｉを参照し、パラメータ値を取得する。接続方向判定部１１７は、そのパラメータ値に基づいて、第１の接続端子１１１に電源装置２と負荷装置３とのいずれが接続されているかを判定する。接続方向判定部１１７は、取得したのが第１のパラメータ値である場合、第１の接続端子１１１に電源装置２が接続されていると判定し、取得したのが第２のパラメータ値である場合、第１の接続端子１１１に負荷装置３が接続されていると判定する。

このように、実施の形態２では、電源投入後の初期化時以外のタイミングなど、ユーザ又は作業者が意図したタイミングで接続方向の判定を行うことができる。

なお、蓄電装置１００ｊは、図９に示すように、記憶部１１９ｉに代えてスイッチ１１９ｊを備えてもよい。この場合、操作部１１８ｊ（例えば、ボタン又はツマミなど）は、例えば第１の接続端子１１１に電源装置２が接続されていることを目視したユーザ又は作業者から、第１の位置に操作される。操作部１１８ｊは、例えば第２の接続端子１１２に電源装置２が接続されていることを目視したユーザ又は作業者から、第２の位置に操作される。例えば、スイッチ１１９ｊは、操作部１１８ｊが第１の位置にあることを認識したら、例えば第１の接続端子１１１に電源装置２が接続されていることを示す第１の状態に設定し、操作部１１８ｊが第２の位置にあることを認識したら、例えば第２の接続端子１１２に電源装置２が接続されていることを示す第２の状態に設定する。接続方向判定部１１７は、スイッチ１１９ｊの設定状態に基づいて、第１の接続端子１１１に電源装置２と負荷装置３とのいずれが接続されているかを判定する。接続方向判定部１１７は、スイッチ１１９ｊが第１の状態に設定されている場合、第１の接続端子１１１に電源装置２が接続されていると判定し、スイッチ１１９ｊが第２の状態に設定されている場合、第２の接続端子１１２に電源装置２が接続されていると判定する。

この場合も、電源投入後の初期化時以外のタイミングなど、ユーザ又は作業者が意図したタイミングで接続方向の判定を行うことができる。

以上のように、本発明にかかる蓄電装置は、負荷装置への電力の供給に有用である。

１蓄電装置
２電源装置
３負荷装置
１１電源接続端子
１２負荷接続端子
１３蓄電部
１４充放電部
１５電流検出部
１６制御部
３１３相交流電源
３２整流回路
３３平滑コンデンサ
３４モータ
３５インバータ回路
４１スイッチング素子
４２スイッチング素子
４３ダイオード
４４ダイオード
４５インダクタンス
１００蓄電装置
１００ｉ蓄電装置
１１１第１の接続端子
１１２第２の接続端子
１１５電流検出部
１１５ａ第１の電流検出器
１１５ｂ第２の電流検出器
１１５ｃ第３の電流検出器
１１６制御部
１１７接続方向判定部
１１８ｉ操作部
１１８ｊ操作部
１１９ｉ記憶部
１１９ｊスイッチ
ＣＮ１０１ｐ接続ノード
ＣＮ１０１ｎ接続ノード
Ｌ１０１ｐ母線
Ｌ１０１ｎ母線

Claims

直流電力を供給する電源装置と負荷装置との間に接続される蓄電装置であって、
前記電源装置及び前記負荷装置の一方が接続される第１の接続端子と、
前記電源装置及び前記負荷装置の他方が接続される第２の接続端子と、
前記第１の接続端子と前記第２の接続端子とを接続する母線と、
前記母線を介して供給された電力が充電される蓄電部と、
前記母線と前記蓄電部との間に接続された充放電部と、
前記充放電部の動作を制御する制御部と、
前記第１の接続端子から前記母線へ流入する第１の電流と、前記第２の接続端子から前記母線へ流入する第２の電流と、前記母線から前記充放電部に流入する第３の電流とのうち、少なくとも２つの電流の大きさと向きを検出する電流検出部と、
前記少なくとも２つの電流の大きさと向きに基づいて前記第１の接続端子および前記第２の接続端子のうちのいずれに前記電源装置が接続されているかを判定する接続方向判定部と、
を備え、
前記充放電部は、前記第１の接続端子又は前記第２の接続端子から前記母線を介して供給された電力を前記蓄電部に充電する充電動作と、前記蓄電部に充電された電力を前記母線を介して前記第１の接続端子又は前記第２の接続端子に放電する放電動作とを排他的に行い、
前記制御部は、前記接続方向判定部による判定結果と前記電流検出部による検出結果とに基づいて、前記充電動作と前記放電動作とを切り換えるように前記充放電部を制御する
ことを特徴とする蓄電装置。
一端が前記母線における接続ノードに接続され、他端が前記充放電部に接続された接続線をさらに備え、
前記電流検出部は、
前記母線における前記第１の接続端子と前記接続ノードとの間に設けられた第１の電流検出器と、
前記母線における前記第２の接続端子と前記接続ノードとの間に設けられた第２の電流検出器と、
前記接続線に設けられた第３の電流検出器と、
のうち少なくとも２つの電流検出器を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記第１の接続端子に接続すべき装置が前記電源装置または前記負荷装置のいずれであるかを設定するためのパラメータ値を記憶する記憶部をさらに備え、
前記接続方向判定部は、前記記憶されたパラメータ値に基づいて、前記第１の接続端子に前記電源装置と前記負荷装置とのいずれが接続されているかを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記第１の接続端子に接続すべき装置を設定するためのスイッチをさらに備え、
前記接続方向判定部は、前記スイッチの設定状態に基づいて、前記第１の接続端子に前記電源装置と前記負荷装置とのいずれが接続されているかを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。