JP5842582B2

JP5842582B2 - 補助電源装置および電力供給方法

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Publication number: JP5842582B2
Application number: JP2011266867A
Authority: JP
Inventors: 敏明田中; 康弘石原; 孝輔佐々木
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: JP2013121207A

Description

本発明は、電源による通電を補う補助電源装置および負荷に電力を供給する方法に関する。

コンデンサー（キャパシタ）や蓄電池といった蓄電デバイスを用いて一時的に大きな電流を負荷に流す技術がある（特許文献１、２）。負荷に流す電流が小さいときには、主電源から負荷へ電力を供給するとともに蓄電デバイスを充電しておき、大きな電流を流すときには、蓄電デバイスを放電させて主電源および蓄電デバイスから負荷へ電力を供給する。このピーク補償と呼ばれる手法によれば、主電源の定格電流を超える大きな電流（突入電流）が一時的に流れるモーター、ソレノイド、ランプといった各種の負荷を主電源から供給される電力のピーク値を大きくすることなく駆動することができ、主電源の小型軽量化を図ることができる。

蓄電デバイスから負荷への通電に際して昇圧が行なわれる。蓄電デバイスの充電可能な電圧（耐電圧）が負荷に加えるべき電圧よりも低い場合、複数の蓄電デバイスを直列接続して放電電圧を高めることは可能である。しかし、直列に接続すると蓄電の容量が減少するので、全体として容量を減少させないためには、直列接続した蓄電デバイスの列を複数個並列に接続する必要がある。つまり、直列数の倍以上の蓄電デバイスが必要となり、そのために電源装置の製造コストが上昇してしまう。そこで、蓄電デバイスの放電電圧を主電源の電圧と同等の電圧に高める昇圧回路が用いられる。

蓄電デバイスの放電電力を昇圧する電力供給に関して、第１蓄電素子と第２蓄電素子とを有する非常用電源装置が特許文献３において開示されている。この非常用電源装置において、第１蓄電素子および第２蓄電素子は、主電源の電圧が既定値以下になったときに、電力を負荷に供給する。第１蓄電素子からの電力は昇圧コンバーターを介して負荷に供給される。これに対して、第２蓄電素子は負荷の駆動が可能な電圧を出力することができるので、第２蓄電素子からの電力は応答遅れの生じる昇圧コンバーターを介さずに負荷に供給される。

特開２００５−２２１９００号公報特開２００７−６０８４７号公報特開２００７−３２５３８１号公報

昇圧回路を用いる場合、蓄電デバイスから負荷への電力供給に遅れが生じる。この遅れの長さは、昇圧回路における蓄電デバイスからの電力の入力から昇圧された電力の出力が始まるまでの立上り時間に依存する。遅れが生じても負荷の動作に支障がないようにする方法として、主電源の出力可能な電流の上限値（例えば定格電流値）よりも負荷電流が十分に小さい段階で蓄電デバイスを充電から放電に切替えるようにする方法がある。しかし、この方法には、充放電の切替え回数が増えて蓄電デバイスの劣化が進み易く、蓄電デバイスの交換頻度が高くなってメンテナンスコスト（維持費）が上昇するという問題がある。

なお、上述した特許文献３の開示のように、昇圧回路が立ち上がるまで昇圧せずに所定電圧の電力を供給する蓄電デバイスを設けると、相応の数の蓄電デバイスを直列接続しなければならず、使用する蓄電デバイスの個数が多くなって部品コストが上昇してしまう。

本発明は、このような事情に鑑み、蓄電デバイスの放電電力を昇圧して負荷に供給する装置における蓄電デバイスのメンテナンスコストを低減することを目的としている。

上記目的を達成する装置は、電源から負荷への通電の電流不足を補う補助電源装置であって、第１の蓄電デバイスと、第２の蓄電デバイスと、前記電源によって前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスを充電する充電回路と、前記第１の蓄電デバイスの放電電力および前記第２の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路と、前記第１の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と前記第１の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第１のスイッチと、前記第２の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第２の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第２のスイッチと、前記負荷へ流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出される電流値が第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで増加したときに、前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスのうちの一方の蓄電デバイスのみを放電状態とし、その後に前記電流検出部によって検出される電流値が前記第１の閾値になるまで増加したときに、他方の蓄電デバイスを放電状態とするように、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電流検出部によって検出された複数の時点の電流値に基づいて、前記負荷へ流れる電流の増加量を検知し、当該増加量が多いほど前記第２の閾値を小さい値に設定する。

本発明によれば、昇圧の遅れがあるにもかかわらず負荷に必要な電力を遅滞なく供給することができ、なおかつ充放電の切替えによる蓄電デバイスの劣化を最小限に抑えて蓄電デバイスのメンテナンスコストを低減することができる。

第１実施形態に係る補助電源装置の構成を示すブロック図である。負荷電流の変化の一例を示す電流波形図である。充放電の切替えのタイミングチャートである。第１実施形態に係る補助電源装置の動作を示すフローチャートである。第２実施形態に係る補助電源装置の構成を示すブロック図である。負荷電流の増加量と第２閾値との関係を示す図である。第２実施形態に係る補助電源装置の動作を示すフローチャートである。第３実施形態に係る補助電源装置の構成を示すブロック図である。第３実施形態に係る補助電源装置の動作を示すフローチャートである。第４実施形態に係る補助電源装置の構成を示すブロック図である。第４実施形態に係る補助電源装置の動作を示すフローチャートである。第５実施形態に係る補助電源装置の構成を示すブロック図である。第５実施形態に係る補助電源装置の動作を示すフローチャートである。図１３中の先に放電させる蓄電デバイスを決める処理のフローチャートである。第６実施形態に係る補助電源装置の構成を示すブロック図である。

電動の負荷を有する各種の機器において蓄電デバイスによるピーク補償を行うことができる。例えば、用紙に画像を印刷する画像形成装置はそのような機器の一つである。プリンターやＭＦＰ（Multi-functional Peripheral）といった画像形成装置は、モーター、ソレノイド、ヒーターなどの瞬間的に大きな電流が流れる負荷を有している。これら負荷の駆動において電源による電力供給（通電）の電流不足を補うピーク補償を行うことにより、定格電流値の小さい安価な回路部品によって電源を構成することができる。
〔第１実施形態〕
図１において、補助電源装置１が接続される電源１０は、例えば１０〜３０ボルト程度の比較的に低い電圧の電力を供給するＬＶ（Low Voltage）電源ラインである。電源１０は、商用交流を変圧して定電圧化する図示しない電源ユニットに接続されており、電源ユニットの仕様で決まる所定値以下の大きさの電流を負荷３０に流すことができる。なお、補助電源装置１を備える機器に対して直流給電が行なわれる場合、電源１０は直流給電用の電源ユニットから電力供給を受ける。

補助電源装置１は、第１蓄電デバイスＣ１、第２蓄電デバイスＣ２、充電回路１２、昇圧回路１４、二つの切替えスイッチ１５，１６、電流検出部１７、および制御部２１を有している。この補助電源装置１によって、電源１０から負荷３０への電力供給の電流不足が補われる。

第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２は、電源１０による電力供給の電流不足が生じたときに負荷３０に供給すべき不足分の電力を蓄えておくために設けられている。第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２は、電源１０から充電回路１２を介して流れ込む電流によって充電される。第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２をそれぞれ構成する蓄電部品の個数を少なくするため、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の充電可能な電圧は、電源１０の出力電圧よりも低い電圧に選定されている。このため、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の片方または両方から負荷３０への電力供給に際して、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２のそれぞれの放電電力が昇圧回路１４によって電源１０の出力電圧と同程度の電圧に昇圧される。第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２を構成する蓄電部品は、電気二重層キャパシタまたは他のキャパシタであってもよいし、リチウムイオン電池または他の二次電池であってもよい。

昇圧回路１４として、インダクタへの通電を高速に断続させる回路、またはスイッチトキャパシタ回路の一種であるチャージポンプといった各種のＤＣ／ＤＣコンバーターを用いることができる。昇圧回路１４は、昇圧すべき電力が入力されてから目標電圧に昇圧した電力を出力するまでに所定の立上り時間を要する。

切替えスイッチ１５は、第１蓄電デバイスＣ１が充電回路１２に充電可能に接続される充電状態と、第１蓄電デバイスＣ１が昇圧回路１４に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための手段である。また、切替えスイッチ１６は、第２蓄電デバイスＣ２が充電回路１２に充電可能に接続される充電状態と、第２蓄電デバイスＣ２が昇圧回路１４に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための手段である。これら切替えスイッチ１５，１６の状態は制御部２１によって制御される。両方の切替えスイッチ１５，１６が放電を選択するように制御されると、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２は負荷３０に対して並列に接続されることになる。このような切替えスイッチ１５，１６としては、バイポーラトランジスタやＦＥＴ（Field Effect Transistor）といった半導体スイッチが応答性に優れているので好ましい。ただし、リレーのようなメカニカルスイッチでもよい。図示では充電と放電との二者択一のスイッチとして模式化されているが、充電状態でもなく放電状態でもない第３の中間状態の選択が可能なスイッチとしてもよい。

電流検出部１７は、補助電源装置１から負荷３０へ流れる負荷電流Ｉｘの電流値を検出する。負荷電流Ｉｘは、電源１０からの電流と昇圧回路１４からの電流とを合わせた電流である。電流検出部１７によって検出された電流値に基づいて、制御部２１によって切替えスイッチ１５，１６の切替え制御が行なわれる。電流検出部１７は、電流値を定量的に示す手段であればよく、例えばシャント抵抗器やホール素子センサーといった電流測定用デバイスを用いて構成される。

制御部２１は、制御プログラムを実行するＣＰＵ（central processing unit）を備えており、制御プログラムに従って切替えスイッチ１５，１６を制御する。基本的な制御として、制御部２１は負荷電流Ｉｘが増大して電流不足を補う必要が生じたときに第１蓄電デバイスＣ１を放電状態とし、負荷電流Ｉｘが減少して電流不足を補う必要がなくなったときに第１蓄電デバイスＣ１を充電状態とする。そして、特徴的な制御として、制御部２１は、第１蓄電デバイスＣ１を放電状態とするのに先立って、電流不足が生じる前に昇圧回路１４の立上りが完了するように予め定められたタイミングで第２蓄電デバイスＣ２を放電状態とする。

以下、補助電源装置１の動作をさらに詳しく説明する。

図２は負荷電流Ｉｘの変化の一例を示している。例示の負荷電流Ｉｘは周期的に大きくなる。このような負荷電流Ｉｘを負荷３０へ流す場合、補助電源装置１は断続的にピーク補償を行う。補助電源装置１では、ピーク補償に関わる二つの閾値、すなわち第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２が設定されている。

第１閾値Ｉｔｈ１は、第１蓄電デバイスＣ１を放電させるタイミングに関わる。第１閾値Ｉｔｈ１は、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の容量と昇圧回路１４の仕様（入力電圧範囲、効率など）から算出される放電電力量などに基づいて設定される。第１閾値Ｉｔｈ１は、例えば第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２によってピーク補償が行なわれるときの電源１０から負荷３０へ流れる電流の値と等しい値に設定される。電源１０の定格電流値を第１閾値Ｉｔｈ１とすることもできる。

第２閾値Ｉｔｈ２は、第２蓄電デバイスＣ２を放電させるタイミングに関わり、第１閾値Ｉｔｈ１よりも小さい値である。第２閾値Ｉｔｈ２は、負荷電流Ｉｘが増大する場合において、負荷電流Ｉｘの値が第１閾値Ｉｔｈ１になる時点以前に昇圧回路１４が立ち上がるように、負荷３０の電力消費特性と昇圧回路１４の立上り時間とを考慮して設定される。すなわち、第２閾値Ｉｔｈ２は、充放電の切替えに要する時間と昇圧回路１４の立上り時間と合わせた遅延期間（Ｔｄ）における負荷電流Ｉｘの変化分を第１閾値Ｉｔｈ１から差し引いた値であり、一例として以下の式で近似的に表すことができる。

Ｉｔｈ２≦Ｉｔｈ１−（ΔＩ×Ｔｄ）
ただし、ΔＩは負荷電流Ｉｘが増大し始めたときの単位時間当りの増加量であり、負荷３０の仕様によって決まる。負荷３０が複数の駆動対象の組合せである場合、同時に駆動される駆動対象の数が最も多いときの単位時間当りの増加量がΔＩとされる。

図３は第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の充放電の切替えのタイミングを示している。負荷電流Ｉｘが増大し始める時点ｔ０において、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２は充電状態である。負荷電流Ｉｘの値が第２閾値Ｉｔｈ２になるまで増大した時点ｔ１において切替えスイッチ１６に対する切替え制御が行なわれ、時点ｔ１から切替え遅れ時間Ｔｄ１が経過した時点で第２蓄電デバイスＣ２が充電状態から放電状態に切り替わる。第２蓄電デバイスＣ２からの放電電力の入力に呼応して、それまでＯＦＦ状態であった昇圧回路１４において昇圧動作が始まり、立上り時間Ｔｄ２が経過した時点で昇圧回路１４は昇圧した電力を出力するＯＮ状態になる。この昇圧回路１４の立上りが完了したことにより、ピーク補償の準備が整ったことになる。その後、負荷電流Ｉｘの値が第１閾値Ｉｔｈ１になるまで増大した時点ｔ２において切替えスイッチ１５に対する切替え制御が行なわれ、時点ｔ２から切替え遅れ時間Ｔｄ１が経過した時点で第１蓄電デバイスＣ１が充電状態から放電状態に切り替わる。すなわち、第１蓄電デバイスＣ１によるピーク補償が始まる。本例では第２蓄電デバイスＣ２が放電状態とされたままであるので、第２蓄電デバイスＣ２の放電電力もピーク補償に用いられる。

ピーク補償は負荷電流Ｉｘの値が第１閾値Ｉｔｈ１よりも大きい期間にわたって行なわれる。負荷電流Ｉｘの値がピーク値まで増大した後に第１閾値Ｉｔｈ１になるまで減少すれば、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２を放電させる必要がなくなる。したがって、負荷電流Ｉｘの値が第１閾値Ｉｔｈ１になるまで減少した時点ｔ３から所定の待ち時間が経過した時点ｔ４で、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２が放電状態から充電状態に切り替えられる。第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２は次回のピーク補償に備えて蓄電する。

ここで、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の容量の合計は、時点ｔ２から時点ｔ３まで負荷３０に対して電源１０による電力供給の電流の不足分を流すことができる値であればよい。かつ、第２蓄電デバイスＣ２の容量は、第２蓄電デバイスＣ２が放電状態に切り替わってから第１蓄電デバイスＣ１が放電状態に切り替わるまでに空にならない値であればよい。

第２閾値Ｉｔｈ２については、負荷電流Ｉｘの値が第２閾値Ｉｔｈ２から第１閾値Ｉｔｈ１まで増大するのに要する時間Ｔｘが、切替え遅れ時間Ｔｄ１と立上り時間Ｔｄ２とを合わせた遅延期間Ｔｄよりも長くなるように設定すればよい。

第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の充電状態への切替えについては、第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２を用いてタイミングを定めてもよいし、他の閾値やタイマーを用いてタイミングを定めてもよい。また、第２蓄電デバイスＣ２については、第１蓄電デバイスＣ１が放電状態に切り替わった時点ｔ２１または時点ｔ２１から時点ｔ３までの間の任意の時点ｔ２２で放電状態から充電状態へ切り替えるようにしてもよい。

図４は補助電源装置１の動作を示すフローチャートである。電流検出部１７が負荷電流Ｉｘの値を検出する（Ｓ１０１）。検出された負荷電流Ｉｘの値が第２閾値Ｉｔｈ２以上であれば（Ｓ１０２でＹＥＳ）、制御部２１が第２蓄電デバイスＣ２を充電状態から放電状態に切り替える（Ｓ１０３）。改めて電流検出部１７は負荷電流Ｉｘの値を検出し（Ｓ１０４）、その値が第１閾値Ｉｔｈ１以上であれば（Ｓ１０５でＹＥＳ）、制御部２１は第１蓄電デバイスＣ１を充電状態から放電状態に切り替える（Ｓ１０６）。その後、負荷電流Ｉｘの値が所定値まで減少するか予め定められた切替え時期が到来すれば（Ｓ１０７でＹＥＳ）、制御部２１は第２蓄電デバイスＣ２および第１蓄電デバイスＣ１を放電状態から充電状態に切り替える（Ｓ１０８）。
〔第２実施形態〕
図５に示される補助電源装置２の基本的な構成は図１の補助電源装置１の構成と同様である。補助電源装置２の特徴は、切替えスイッチ１５，１６を制御する制御部２２が閾値設定テーブル２２１に従って第２閾値Ｉｔｈ２の設定を適宜変更することである。閾値設定テーブル２２１は負荷電流Ｉｘの増大の度合いと設定すべき第２閾値Ｉｔｈ２とを対応付ける制御データであり、制御部２２内の図示しない不揮発性メモリに格納されている。

負荷３０が独立にオンオフされる複数の駆動対象で構成されていたり、動作環境によって負荷３０の電力消費特性が変わったりする場合、第２閾値Ｉｔｈ２を可変にすることで第２蓄電デバイスＣ２の充放電の切替え回数を最小限に抑えることができる。つまり、負荷電流Ｉｘの増大が緩やかな場合には、増大が始まって第１閾値Ｉｔｈ１になるまでの時間が比較的に長い。したがって、増大が急峻な場合と比べて第２閾値Ｉｔｈ２を大きくして昇圧回路１４の立上げ開始を遅くしても昇圧回路１４の立上りがピーク補償に間に合う。第２閾値Ｉｔｈ２を大きくすれば、結果的に負荷電流Ｉｘが第１閾値Ｉｔｈ１まで増大しないにもかかわらず第２蓄電デバイスＣ２を放電させてしまうという無駄な切替えを少なくすることができる。

図６は負荷電流Ｉｘの増加量と第２閾値Ｉｔｈ２との関係を示している。図６（Ａ）に示される第２閾値Ｉｔｈ２₀は、負荷電流Ｉｘの単位時間Δｔ当りの増加量ΔＩ₀に対応する第２閾値Ｉｔｈ２である。図６（Ｂ）における負荷電流Ｉｘの単位時間Δｔ当りの増加量ΔＩ₁は、図６（Ａ）の増加量ΔＩ₀よりも大きい。すなわち、図６（Ｂ）における負荷電流Ｉｘの増大は比較的に急峻である。この場合に設定される第２閾値Ｉｔｈ２_Lは、図６（Ａ）の場合の第２閾値Ｉｔｈ２₀よりも小さい。一方、図６（Ｃ）における負荷電流Ｉｘの単位時間Δｔ当りの増加量ΔＩ₂は、図６（Ａ）の増加量ΔＩ₀よりも小さい。すなわち、図６（Ｃ）における負荷電流Ｉｘの増大は比較的に緩やかである。この場合に設定される第２閾値Ｉｔｈ２_Hは、図６（Ａ）の場合の第２閾値Ｉｔｈ２₀よりも大きい。

図７は補助電源装置２の動作を示すフローチャートである。電流検出部１７が負荷電流Ｉｘの値を検出し（Ｓ２０１）、その値を制御部２２が記憶する（Ｓ２０２）。前回の検出から微小時間が経過した時点で再び電流検出部１７が負荷電流Ｉｘの値を検出し（Ｓ２０３）、制御部２２が前回の検出値と今回の検出値との差分である増加量ΔＩを求める（Ｓ２０４）。そして、制御部２２は閾値設定テーブル２２１を参照して増加量ΔＩに対応付けられている値を第２閾値Ｉｔｈ２として設定する（Ｓ２０５）。以降のステップＳ２０６〜Ｓ２１２の処理の流れは、図４のステップＳ１０２〜Ｓ１０８の処理の流れと同様である。
〔第３実施形態〕
図８に示される補助電源装置３の基本的な構成は図１の補助電源装置１の構成と同様である。補助電源装置３の特徴は、切替えスイッチ１５，１６を制御する制御部２３が負荷３０の起動状態に応じて第２閾値Ｉｔｈ２の設定を変更することである。制御部２３には、負荷３０を構成する複数の駆動対象がそれぞれ起動されたことを示す多値または２値の起動信号Ｓ３０が入力される。信号数には制限なく、少なくともモーターのようにピーク電流値の大きい駆動対象の信号が入力されればよい。制御部２３は、起動された駆動対象と設定すべき第２閾値Ｉｔｈ２とを対応付ける閾値設定テーブル２３１に従って第２閾値Ｉｔｈ２を設定する。閾値設定テーブル２３１は制御部２３内の図示しない不揮発性メモリに格納されている。

負荷３０に流す負荷電流Ｉｘのピーク値はどの駆動対象が起動されたかによって変わる。言い換えれば、起動された駆動対象が分かれば、各駆動対象の仕様に基づいてピーク値を予測することができる。一般にピーク値が大きいほど負荷電流Ｉｘが急激に増大する。したがって、予測されるピーク値（すなわち負荷電流Ｉｘの増大の度合いの予測値）に応じて第２閾値Ｉｔｈ２を可変にすることにより、上述の第２実施形態と同様に第２蓄電デバイスＣ２の充放電の切替え回数を最小限に抑えることができる。つまり、予測されるピーク値が比較的に大きい場合には第２閾値Ｉｔｈ２を小さくし、逆に予測されるピーク値が比較的に小さい場合には第２閾値Ｉｔｈ２を大きくすればよい。ただし、いずれの場合も第２閾値Ｉｔｈ２は第１閾値Ｉｔｈ１よりも小さい値でなければならない。

図９は補助電源装置３の動作を示すフローチャートである。まず、制御部２３は起動信号Ｓ３０に基づいて負荷３０の起動状態を検出する（Ｓ３０１）。次に、制御部２３は閾値設定テーブル２３１を参照して負荷３０の起動状態に対応付けられている値を第２閾値Ｉｔｈ２として設定する（Ｓ３０２）。以降のステップＳ３０３〜Ｓ３１０の処理の流れは、図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理の流れと同様である。
〔第４実施形態〕
図１０に示される補助電源装置４の基本的な構成は図１の補助電源装置１の構成と同様である。補助電源装置３の特徴は、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の蓄電量を検出する蓄電量検出部１９を備えていることである。例示の蓄電量検出部１９は、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２のそれぞれの端子間電圧を蓄電量として検出する。検出値を示す検出信号Ｓ１９は、切替えスイッチ１５，１６を制御する制御部２４に入力される。制御部２４は、検出された蓄電量に応じて第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２の設定を変更する。

負荷電流Ｉｘが頻繁に大きく増減する場合のように、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２が満充電になっていなくてもピーク補償を行なわなくてはならない場合がある。このような場合において、第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２を大きくすることにより、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２がより満充電に近づいた時点で放電を開始させることができる。放電量（すなわち放電開始時の蓄電量）が多いほどピーク補償をより確実に成し得ることができる。制御部２４は、前回の放電の直前の蓄電量よりも現在の蓄電量の方が少ないならば、第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２を大きくする。逆に、現在の蓄電量の方が多いならば、第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２を小さくする。閾値の変更に際して、以前の蓄電量と現在の蓄電量との差分に応じた閾値変更幅を示すテーブルを用いることができる。閾値変更幅を第１閾値Ｉｔｈ１と第２閾値Ｉｔｈ２とについて個別に定めてもよいし、共通にしてもよい。

図１１は補助電源装置４の動作を示すフローチャートである。まず、制御部２４は検出信号Ｓ１９に基づいて第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の充電状態を検出する（Ｓ４０１）。次に、制御部２４は、記憶している前回の放電時の蓄電量と現在の蓄電量との差分に応じて、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２を設定する（Ｓ４０２）。以降のステップＳ４０３〜Ｓ４１０の処理の流れは、図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理の流れと同様である。
〔第５実施形態〕
図１２に示される補助電源装置５の基本的な構成は図１の補助電源装置１の構成と同様である。補助電源装置５の特徴は、制御部２５が切替えスイッチ１５，１６の制御において、第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２と第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２との関係を入れ替えることである。制御部２５は、充放電の切替え回数をカウントする切替え回数カウンタ２５１を有しており、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の間で充放電の切替え回数の累積が均等化されるように、切替えスイッチ１５，１６を制御する。本例において、切替え回数カウンタ２５１は第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２のうち、ピーク補償を行う場合に先に放電させる蓄電デバイス（これを蓄電デバイスＣＦという）の充電から放電への切替えの回数をカウントする。

上述の第１から第４までの実施形態では第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２と第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２との関係が固定であった。すなわち、負荷電流Ｉｘの値が二つの閾値のうちの小さい方の第２閾値Ｉｔｈ２になったときに、第２蓄電デバイスＣ２を放電させる制御が行なわれる。負荷電流Ｉｘの値が第２閾値Ｉｔｈ２まで増大しても第１閾値Ｉｔｈ１までは増大しない場合があるので、第２蓄電デバイスＣ２の充放電回数の累積が第１蓄電デバイスＣ１の充放電回数の累積と比べて多くなる。このことは、第２蓄電デバイスＣ２の方が第１蓄電デバイスＣ１よりも劣化が進み易く、第２蓄電デバイスＣ２の交換時期の早まることを意味する。そこで、第５実施形態では、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２における充放電の切替え回数の偏りが低減される。これにより、部品交換によるメンテナンスコストが低減される。

図１３は補助電源装置５の動作を示すフローチャートである。制御部２５は切替え回数カウンタ２５１のカウント値を取得し（Ｓ５０１）、続いて、先に放電させる蓄電デバイスＣＦを決める処理を実行する（Ｓ５０２）。以降のステップＳ５０３〜Ｓ５１０の処理の流れは、図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理の流れと同様である。

図１４は図１３中のステップＳ５０２の先に放電させる蓄電デバイスを決める処理のフローチャートである。制御部２５は、切替え回数カウンタ２５１のカウント値が所定値以上かどうかをチェックする（Ｓ５２１）。カウント値が所定値未満であれば（Ｓ５２１でＮＯ）、処理の流れはそのまま図１３の流れにリターンする。カウント値が所定値以上である場合（Ｓ５２１でＹＥＳ）、制御部２５は先に放電させる蓄電デバイスＣＦを変更する（Ｓ５２２）。すなわち、変更前の蓄電デバイスＣＦが第２蓄電デバイスＣ２であったならばそれを第１蓄電デバイスＣ１に変更し、逆に変更前の蓄電デバイスＣＦが第１蓄電デバイスＣ１であったならばそれを第２蓄電デバイスＣ２に変更する。これにより、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２の間の切替え回数の累積の差をほぼ当該設定値以内に抑え、切替え回数の累積が均等化することができる。蓄電デバイスＣＦを変更すると、制御部２５は切替え回数カウンタ２５１のカウント値をリセットする（Ｓ５２３）。

なお、第１蓄電デバイスＣ１および第２蓄電デバイスＣ２のそれぞれについて充放電の切替え回数をカウントし、両者のカウント値がほぼ等しくなるように、より厳密に蓄電デバイスＣＦの入替えを行なってもよい。
〔第６実施形態〕
図１５に示される補助電源装置６の基本的な構成は図１の補助電源装置１の構成と同様である。補助電源装置６の特徴は、第２実施形態、第３実施形態および第４実施形態と同様に閾値の設定を変更する機能と、第５実施形態と同様に先に放電させる蓄電デバイスＣＦを入れ替える機能とを有することである。補助電源装置６は第４実施形態の補助電源装置４と同様に蓄電量検出部１９を備えている。切替えスイッチ１５，１６を制御する制御部２６は、第２実施形態と同様の閾値設定テーブル２２１、第３実施形態と同様の閾値設定テーブル２３１、および第５実施形態と同様の切替え回数カウンタ２５１を有している。

補助電源装置６では、負荷電流Ｉｘの増加量に応じた第２閾値Ｉｔｈ２の設定、負荷３０に関わる起動信号Ｓ３０に応じた第２閾値Ｉｔｈ２の設定、および蓄電量の検出信号Ｓ１９に応じた第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２の設定について、優先順位が定められている。これらの設定の間で矛盾が生じるときには、優先順位の上位の設定が適用される。優先順位については、蓄電量に応じた設定が他の設定より上位であってもよいし、そうでなくてもよい。優先順位は、蓄電の容量、充電回路１２の能力、電源１０の定格電流、負荷３０の電力消費特性などの動作条件を考慮して定められる。

上述の第１から第４までの実施形態においては、ピーク補償に必要な電力が、負荷３０に対して並列に接続される二つの蓄電デバイス（Ｃ１，Ｃ２）によって蓄えられる。そして、両方の蓄電デバイスを放電させる以前に、一方の蓄電デバイス（Ｃ２）を放電させて昇圧回路１４に電力を入力する。これにより、昇圧回路１４の応答遅れがあっても遅れのないピーク補償を実現することができる。ここで、仮に単一の蓄電デバイスによってピーク補償を行う場合であっても、例えば負荷電流Ｉｘが増大し始めて直ぐに充電から放電に切替えれば、遅れのないピーク補償を実現することができる。しかし、そうすると、負荷電流Ｉｘが小さい増減幅で頻繁に変動する場合、必要容量分の蓄電部品の全体が頻繁に充放電を繰り返すことになる。これに対して、上述の第１から第４までの実施形態においては、頻繁に充放電を繰り返すのは必要容量分の蓄電部品の一部である。したがって、充放電の反復による劣化のために部品交換が必要になったとしても、蓄電部品の一部（すなわち、第２蓄電デバイスＣ２）を交換すればよく、部品交換によるメンテナンスコストは低く抑えられる。

以上の実施形態において、回路構成、使用する部品、電源１０の仕様、負荷３０の種類などは例示のものに限らない。例えば、補助電源装置５，６の切替え回数カウンタ２５１を制御部２５，２６とは別のコントローラーや外部装置に設け、制御部２５，２６が外部からカウント値を取得するようにしてもよい。また、各蓄電デバイスの容量や耐久性に応じて第１蓄電デバイスＣ１または第２蓄電デバイスＣ２を優先的に先に放電させる蓄電デバイスＣＦとして選択するようにしてもよい。

補助電源装置１〜６は画像形成装置以外の任意の機器に組入れることができる。必ずしも補助電源装置１〜６を電源１０と一体に組み付ける必要はなく、負荷３０となる駆動対象と一体に組み付ける必要もない。本発明の趣旨に沿う範囲内で補助電源装置１〜６の構成を適宜変更することができる。

１，２，３，４，５，６補助電源装置
１０電源
３０負荷
Ｃ１第１蓄電デバイス（第１の蓄電デバイス）
Ｃ２第２蓄電デバイス（第２の蓄電デバイス）
１２充電回路
１４昇圧回路
１５切替えスイッチ（第１のスイッチ）
１６切替えスイッチ（第２のスイッチ）
１７電流検出部
１９蓄電量検出部
２１，２２，２３，２４，２５，２６制御部
Ｉｔｈ１第１閾値（第１の閾値）
Ｉｔｈ２第２閾値（第２の閾値）

Claims

電源から負荷への通電の電流不足を補う補助電源装置であって、
第１の蓄電デバイスと、
第２の蓄電デバイスと、
前記電源によって前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスを充電する充電回路と、
前記第１の蓄電デバイスの放電電力および前記第２の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路と、
前記第１の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第１の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第１のスイッチと、
前記第２の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第２の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第２のスイッチと、
前記負荷へ流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出される電流値が第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで増加したときに、前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスのうちの一方の蓄電デバイスのみを放電状態とし、その後に前記電流検出部によって検出される電流値が前記第１の閾値になるまで増加したときに、他方の蓄電デバイスを放電状態とするように、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電流検出部によって検出された複数の時点の電流値に基づいて、前記負荷へ流れる電流の増加量を検知し、当該増加量が多いほど前記第２の閾値を小さい値に設定する
ことを特徴とする補助電源装置。
電源から負荷への通電の電流不足を補う補助電源装置であって、
第１の蓄電デバイスと、
第２の蓄電デバイスと、
前記電源によって前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスを充電する充電回路と、
前記第１の蓄電デバイスの放電電力および前記第２の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路と、
前記第１の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第１の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第１のスイッチと、
前記第２の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第２の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第２のスイッチと、
前記負荷へ流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出される電流値が第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで増加したときに、前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスのうちの一方の蓄電デバイスのみを放電状態とし、その後に前記電流検出部によって検出される電流値が前記第１の閾値になるまで増加したときに、他方の蓄電デバイスを放電状態とするように、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記負荷の電力消費特性を示す制御データに基づいて、前記負荷へ流れる電流の予想ピーク値が大きいほど前記第２の閾値を小さい値に設定する
ことを特徴とする補助電源装置。
電源から負荷への通電の電流不足を補う補助電源装置であって、
第１の蓄電デバイスと、
第２の蓄電デバイスと、
前記電源によって前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスを充電する充電回路と、
前記第１の蓄電デバイスの放電電力および前記第２の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路と、
前記第１の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第１の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第１のスイッチと、
前記第２の蓄電デバイスが前記充電回路に充電可能に接続される充電状態と、前記第２の蓄電デバイスが前記昇圧回路に放電可能に接続される放電状態とを切替えるための第２のスイッチと、
前記負荷へ流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出される電流値が第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで増加したときに、前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスのうちの一方の蓄電デバイスのみを放電状態とし、その後に前記電流検出部によって検出される電流値が前記第１の閾値になるまで増加したときに、他方の蓄電デバイスを放電状態とするように、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを制御する制御部と、
前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスのそれぞれの蓄電量を検出する蓄電量検出部と、を備え、
前記制御部は、前記蓄電量検出部によって検出された前記蓄電量が所定量よりも少ない場合、当該蓄電量が当該所定量よりも多い場合と比べて、前記第１の閾値および前記第２の閾値を大きい値に設定する
ことを特徴とする補助電源装置。
前記制御部は、前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスの間で充放電の切替え回数の累積が均等化されるように、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの制御において、前記一方の蓄電デバイスと前記他方の蓄電デバイスとを入れ替える
請求項１ないし３のいずれかに記載の補助電源装置。
電源から負荷へ電力を供給する電力供給方法であって、
前記電源の出力電圧よりも放電電圧が低い第１の蓄電デバイスおよび第２の蓄電デバイスを、前記電源によって充電しておき、
前記電源から前記負荷へ流れる電流の値が第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで増加したときに、前記第２の蓄電デバイスのみを放電させ、それによって、前記第２の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路への通電を開始し、
その後に、前記負荷へ流れる電流の値が前記第１の閾値になるまで増加したときに、前記第１の蓄電デバイスを放電させ、その放電電力を前記昇圧回路によって昇圧して前記負荷へ供給するものであり、
前記負荷へ流れる電流の複数の時点の電流値に基づいて、前記負荷へ流れる電流の増加量を検知し、当該増加量が多いほど前記第２の閾値を小さい値に設定する
ことを特徴とする電力供給方法。
電源から負荷へ電力を供給する電力供給方法であって、
前記電源の出力電圧よりも放電電圧が低い第１の蓄電デバイスおよび第２の蓄電デバイスを、前記電源によって充電しておき、
前記電源から前記負荷へ流れる電流の値が第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで増加したときに、前記第２の蓄電デバイスのみを放電させ、それによって、前記第２の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路への通電を開始し、
その後に、前記負荷へ流れる電流の値が前記第１の閾値になるまで増加したときに、前記第１の蓄電デバイスを放電させ、その放電電力を前記昇圧回路によって昇圧して前記負荷へ供給するものであり、
前記負荷の電力消費特性を示す制御データに基づいて、前記負荷へ流れる電流の予想ピーク値が大きいほど前記第２の閾値を小さい値に設定する
ことを特徴とする電力供給方法。
電源から負荷へ電力を供給する電力供給方法であって、
前記電源の出力電圧よりも放電電圧が低い第１の蓄電デバイスおよび第２の蓄電デバイスを、前記電源によって充電しておき、
前記電源から前記負荷へ流れる電流の値が第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで増加したときに、前記第２の蓄電デバイスのみを放電させ、それによって、前記第２の蓄電デバイスの放電電力を昇圧して前記負荷に供給する昇圧回路への通電を開始し、
その後に、前記負荷へ流れる電流の値が前記第１の閾値になるまで増加したときに、前記第１の蓄電デバイスを放電させ、その放電電力を前記昇圧回路によって昇圧して前記負荷へ供給するものであり、
前記第１の蓄電デバイスおよび前記第２の蓄電デバイスのそれぞれの蓄電量を検出し、検出された前記蓄電量が所定量よりも少ない場合、当該蓄電量が当該所定量よりも多い場合と比べて、前記第１の閾値および前記第２の閾値を大きい値に設定する
ことを特徴とする電力供給方法。