JP6096825B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電力供給システムに関する。

交流電源である商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電力供給システムでは、停電等により商用電源からの電力供給が途絶えた時（以下「停電時」と称する）、商用電源から切り離された場合に備えたバックアップ用の電源として、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等の二次電池を用いたものがある。このような電力供給システムとしては、例えば、商用電源から正常に電力が供給されているとき（以下「通常時」または「非停電時」と称する）に、電力供給システム内の制御回路を含む負荷に対して電力を供給する直流出力装置の他に、二次電池を充電するための充電電源部を設け、停電時で直流出力供給装置の出力電圧が低下したときには、二次電池であるリチウムイオン電池から負荷に対して電力を供給するものがある（例えば、下記特許文献１）。

特開２００６−２２３０５０号公報

しかしながら、上記従来技術では、停電後一定時間経過して二次電池の電池容量（State Of Charge：ＳＯＣ）が低下した場合、電力供給システム自体が電力を喪失してしまうという課題があった。一旦システムを維持する電力が喪失した場合、再びシステムを起動させるには、系統の電力が復帰するのを待つか、またはシステム内の二次電池を交換しなければならなかった。

二次電池の蓄電可能な容量（以下「蓄電容量」と称する）を大きくすることも考えられるが、二次電池の蓄電容量を大きくすれば、その分停電時に供給可能な電力量は増加するものの、二次電池のサイズおよびコストが増大するといった問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、システム内の二次電池の容量を増大させることなくバックアップ時の供給電力量を増大させることが可能な電力供給システムを提供す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、本発明に係る電力供給システムは、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電力供給システムであって、交流電源の出力電圧を整流する整流回路と、整流回路の出力を第１の電圧に変換して負荷に直流電力を供給する第１の電力変換部と、整流回路の出力を第１の電圧よりも小さい第２の電圧に変換する第２の電力変換部と、第２の電圧により充電されると共に、第１の電力変換部からの電流を阻止する第１の一方向性素子を介して負荷に直流電力を供給する内蔵バッテリと、を備える。また、電力供給システムの筐体には、負荷にシステム外から給電可能な外部電源接続用端子が設けられている。

本発明によれば、電力供給システムに内蔵するバッテリのサイズを増大させることなくバックアップ時間を増加させることができる、という効果を奏する。

実施の形態に係る電力供給システムの一構成例を示す図 実施の形態に係る電力供給システムの非停電時における電流経路を示す図 実施の形態に係る電力供給システムの停電時における車載バッテリからの電流経路を示す図 実施の形態に係る電力供給システムの停電時における内蔵バッテリからの電流経路を示す図

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電力供給システムについて説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、実施の形態に係る電力供給システムの一構成例を示す図である。図１に示す例では、商用電源１から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷８に供給する例を示している。実施の形態１に係る電力供給システム１００は、商用電源１から正常に電力が供給されている非停電時と、商用電源１の停電等により商用電源１からの電力供給が途絶えている停電時とで、異なる動作を行う。なお、商用電源１の停電検出は、公知の技術を用いて行えばよく、この商用電源１の停電検出手法により本発明が限定されるものではない。

図１に示すように、実施の形態１に係る電力供給システム１００は、商用電源１の出力電圧を整流する整流回路２と、整流回路２の出力を第１の電圧Ｖａに変換し、変換によって得られた直流電力を負荷８に供給する第１の電力変換部３と、整流回路２の出力を第１の電圧Ｖａよりも小さい第２の電圧Ｖｂに変換する第２の電力変換部４と、第２の電圧Ｖｂにより充電されると共に、第１の電力変換部３からの電流を阻止する第１の一方向性素子であるダイオード６，７と、ダイオード６，７を介して負荷８に電力を供給するシステム内のバッテリ（以下「内蔵バッテリ」と称する）５と、第１の電力変換部３および第２の電力変換部４の出力をＯＮまたはＯＦＦに制御可能に構成される制御回路９と、を備えている。ここで、第１の電力変換部３から電圧が出力されている状態がＯＮであり、第１の電力変換部３から電圧が出力されていない状態がＯＦＦである。第２の電力変換部４においても同様である。なお、第１の電力変換部３および第２の電力変換部４ならびに、これらの第１の電力変換部３および第２の電力変換部４を制御する制御回路９の構成は公知であり、ここでの詳細な説明は省略する。

また、図１において、第１の電力変換部３と負荷８とを結ぶ電力供給線１５にダイオード６のカソード側が接続される接続点をノードＮａとする。ノードＮａには、ダイオード１０を介して外部電源接続用端子１２が接続されている。電力供給システム１００の筐体には外部電源接続用端子１２が設置されている。外部電源接続用端子１２は、システム外から給電可能な外部電源接続用の端子であり、一方向性素子であるダイオード１０を介してノードＮａに電気的に接続されている。

外部電源接続用端子１２には、例えば自動車１０１に内蔵された外部電源としての車載バッテリ１３に接続される。車載バッテリ１３は、自動車１０１に搭載された図示しないエンジンまたはモータの起動により、同じく自動車１０１に搭載された図示しない充電器により充電が行われる。一般的に国内メーカの車載バッテリ１３の電圧は１２Ｖであり、外部電源接続用端子１２は車載バッテリ１３の出力電圧Ｖｂをダイオード１０のアノードに印加する。なお、車載バッテリ１３の出力端に、ダイオード１０に相当する一方向性素子が設けられている場合には、ダイオード１０を省略してもよい。

内蔵バッテリ５は、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン電池等の二次電池である。内蔵バッテリ５の充電電流の上限値はＩｍａｘで規定されているものとする。したがって、第２の電力変換部４は、出力電流Ｉｂが内蔵バッテリ５の充電電流上限値Ｉｍａｘ以下となるように構成されている（Ｉｂ≦Ｉｍａｘ）。

また、実施の形態１では、第１の電圧Ｖａおよび第２の電圧Ｖｂの大小関係をＶｂ＜Ｖａとする。この関係により、第１の電力変換部３の出力がＯＮに制御されている場合には、第１の電力変換部３から負荷８に直流電力が供給され、第１の電力変換部３の出力がＯＦＦに制御されている場合には、内蔵バッテリ５および第２の電力変換部４からダイオード６および７を介して負荷８に直流電力が供給される。

つぎに、上述した構成における電力供給システムの動作について、図２から図４の各図面を参照して説明する。図２は、実施の形態１に係る電力供給システムの非停電時における電流経路を示す図である。また、図３は、実施の形態１に係る電力供給システムの停電時における車載バッテリからの電流経路を示す図である。また、図４は、実施の形態１に係る電力供給システムの停電時における内蔵バッテリからの電流経路を示す図である。

まず、非停電時には、図２に示すように、制御回路９の制御により第１の電力変換部３および第２の電力変換部４の出力がＯＮに制御される。このとき、図２において整流回路２の出力が第１の電力変換部３により第１の電圧Ｖａに変換されて負荷８に印加され、破線矢印で示す経路の電流が負荷８に流れ込む。また、図２において、整流回路２の出力が第２の電力変換部４により第２の電圧Ｖｂに変換されて内蔵バッテリ５に印加され、一点鎖線矢印で示す経路の電流Ｉｂが流れ、内蔵バッテリ５が充電される。

また、停電時には、図３に示すように、制御回路９により第１の電力変換部３および第２の電力変換部４の出力がＯＦＦに制御される。このとき、第１の電力変換部３および第２の電力変換部４の出力電圧は零となり、第１の電力変換部３および第２の電力変換部４から負荷８および内蔵バッテリ５への電力供給は行われない。一方、外部電源接続用端子１２には車載バッテリ１３が接続されており、内蔵バッテリ５および車載バッテリ１３は、共に電圧Ｖｂに充電されている。ここで、内蔵バッテリ５はダイオード６，７という２つのダイオードを介して負荷８に接続されているのに対し、車載バッテリ１３は単一のダイオード１０を介して負荷８に接続されている。そのため、内蔵バッテリ５の印加電圧よりも車載バッテリ１３の印加電圧の方が、ダイオード１つ分だけ電圧降下が小さくなり、ダイオード６，７は逆バイアスされる。その結果、外部電源接続用端子１２に車載バッテリ１３が接続されている場合は、車載バッテリ１３の出力が優先され、車載バッテリ１３からの電力が負荷８に供給されることになる。

なお、上記の説明において、ダイオード６，７およびダイオード１０の順方向電圧降下は同一もしくは同等であることを前提とする説明であるが、必ずしも同一もしくは同等である必要はない。ダイオードによる順方向電圧降下よりも、ダイオード６，７による順方向電圧降下の方が大きければよい。この条件が満たされれば、ダイオード６，７のうちの何れか１つを省略してもよい。例えばダイオード７を省略した場合、ダイオード７による順方向電圧降下の方がダイオード１０による順方向電圧降下よりも大きければよい。

一方、同じ停電時でも、図４に示すように、車載バッテリ１３が外部電源接続用端子１２に接続されていない場合には、一点鎖線矢印で示す経路で電流が流れ、内蔵バッテリ５からの電力が負荷８に供給される。

以上説明したように、本実施の形態に係る電力供給システムによれば、外部電源接続用端子を設け、外部電源接続用端子に接続された外部電源からの電力を、ダイオードを介して負荷に供給する構成としているので、電力供給システム内の内蔵バッテリのサイズを増大させることなく、バックアップ時間を増加させることができる。

また、本実施の形態では、外部から接続された電源から優先的に負荷に対して電力供給を行う構成としたので、外部電源接続用端子から外部電源を取り外した際にも、電力供給システム内の内蔵バッテリに極力電力が残る構成となり、システムの電力が喪失する可能性を従来に比して小さくすることができる。

また、制御回路が第１の電力変換部および第２の電力変換部を制御する機能は、図示を省略したプロセッサが制御プログラムを実行することで実現され得る。本実施の形態の電力供給システムでは、システム内の内蔵バッテリによる電力供給と外部から接続された外部電源による電力供給とを、制御プログラムを介さずに一方向性素子のみで選択的に行うことができるので、制御プログラムの改修は不要となる。その結果、本実施の形態に係る電力供給システムによれば、システム内の内蔵バッテリの容量を増大させることなく、バックアップ時の供給電力量を増大させることを、製造コストおよび管理コストの増加を回避しつつ、実現することが可能となる。

なお、本実施の形態では、外部電源は自動車に搭載される車載バッテリとしたが、自動車等には搭載されない単体のバッテリを外部電源接続用端子に接続する構成としてもよく、車載バッテリの場合と同等の効果を得ることができる。

１ 商用電源、２ 整流回路、３ 第１の電力変換部、４ 第２の電力変換部、５ 内蔵バッテリ、６，７ ダイオード（第１の一方向性素子）、１０ ダイオード（第２の一方向性素子）、８ 負荷、９ 制御回路、１２ 外部電源接続用端子、１３ 車載バッテリ、１５ 電力供給線、１００ 電力供給システム、１０１ 自動車。

Claims (1)

1. 交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電力供給システムであって、
   前記交流電源からの電力が供給されている非停電時に、前記交流電源の出力電圧を整流する整流回路と、
   前記非停電時に、前記整流回路の出力を第１の電圧に変換して前記負荷に直流電力を供給する第１の電力変換部と、
   前記非停電時に、前記整流回路の出力を前記第１の電圧よりも小さい第２の電圧に変換する第２の電力変換部と、
   前記非停電時に、前記第２の電圧により充電されると共に、前記交流電源からの電力供給が途絶えている停電時に、前記第１の電力変換部からの電流を阻止する第１の一方向性素子を介して前記負荷に直流電力を供給する内蔵バッテリと、を備え
   前記電力供給システムの筐体には、前記負荷にシステム外から給電可能な外部電源接続用端子が設けられ、
   前記外部電源接続用端子は、第２の一方向性素子を介して前記負荷に接続され、
   前記第２の一方向性素子による順方向電圧降下よりも前記第１の一方向性素子による順方向電圧降下の方が大きい
   電力供給システム。

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