JP6414894B2

JP6414894B2 - 蓄電システムに備えられた電源装置

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Publication number: JP6414894B2
Application number: JP2015129710A
Authority: JP
Inventors: 岡本　直久; 直久岡本; 靖久岡部
Original assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Current assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2035-06-29
Also published as: JP2017017797A

Description

本発明は、系統電圧、蓄電池の放電電圧および太陽電池の発電電圧のいずれかを負荷に供給する蓄電システムにおいて、蓄電システムを制御する制御部に所定の電源電圧を供給する電源装置に関する。

近年、安価な深夜電力で充電しておいた蓄電池を電力需要が大きい昼間に放電させることで、電力需要の平準化と電気料金の低減とを図った蓄電システムの利用が進められている。図５に、従来の蓄電システムの一例として、特許文献１に開示された蓄電システム２０を示す。蓄電システム２０は、主に、系統Ｇからの系統電力を直流化して蓄電池Ｂを充電する機能と、蓄電池Ｂの放電電力を交流化して逆潮流しないように負荷Ｒに供給する機能とを有する双方向電力変換部２１と、双方向電力変換部２１を制御する制御部２２と、制御部２２に電源電圧を供給する電源装置２３とを備えている。

電源装置２３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５と、スイッチ手段２６とを有する。系統Ｇに停電が発生していない通常時において、スイッチ手段２６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４とＤＣ／ＤＣコンバータ２５とを接続する。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４から供給される系統電力由来の電力に基づいて制御部２２に電源電圧を供給する。一方、系統Ｇに停電が発生している停電時において、スイッチ手段２６は、蓄電池ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ２５とを接続する。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、蓄電池Ｂの放電電力に基づいて制御部２２に電源電圧を供給する。

この蓄電システム２０によれば、停電時においても制御部２２に電源電圧を供給し続けて双方向電力変換部２１を作動させることができる。

しかしながら、停電が発生したことを検知してスイッチ手段２６を切り替えるにはある程度の時間を要する。このため、この蓄電システム２０では、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４内に設けた大容量コンデンサによってＡＣ／ＤＣコンバータ２４の出力保持時間を長くしておかないと、スイッチ手段２６が蓄電池ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ２５とを接続して放電電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２５に供給され始める前にＡＣ／ＤＣコンバータ２４からの電力供給が途絶え、制御部２２に供給する電源電圧に空白期間が生じるおそれがある。

この問題を解決し得る電源装置として、出願人は、特願２０１４−０５５２２５号において図６に示す電源装置３０を提案している。同図に示すように、電源装置３０は、系統Ｇの系統電圧から生成した第１直流電圧を出力する第１電源部３１と、第２直流電圧を出力する第２電源部３２と、第１電源部３１および第２電源部３２の双方に接続され、第１直流電圧および第２直流電圧のうちの大きい方をスイッチングするスイッチング部３３と、不図示の双方向電力変換部を制御する第１制御部３５ａおよび第２制御部３５ｂに電源電圧を供給する第１電源電圧生成部３４ａおよび第２電源電圧生成部３４ｂとを備えている。

第１電源部３１は、整流ダイオードＤ５および平滑コンデンサＣ１を含む。第１電源部３１は、これらにより系統電圧を整流平滑して第１直流電圧を生成する。系統電圧がＡＣ２００［Ｖ］の場合、第１直流電圧は２００［Ｖ］×√２≒２８３［Ｖ］となる。ただし、系統電圧は±２０％の範囲内で変動することがある。このため、第１直流電圧も１６０［Ｖ］×√２≒２２６［Ｖ］と２４０［Ｖ］×√２≒３３９［Ｖ］の範囲内で変動することがある。

第２電源部３２は、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、第１トランスＴ１、第１スイッチング素子Ｑ１、整流ダイオードＤ４および平滑コンデンサＣ１を含む。平滑コンデンサＣ１は、第１電源部３１の構成要素でもある。蓄電池Ｂの放電電圧が後述する代替電圧よりも大きい場合、第１トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１および第１スイッチング素子Ｑ１からなる直列回路には、ダイオードＤ１を通じて放電電圧が印加される。一方、蓄電池Ｂの放電電圧が代替電圧よりも小さい場合、上記直列回路には、ダイオードＤ２を通じて代替電圧が印加される。

第１スイッチング素子Ｑ１がオン／オフを繰り返すと、放電電圧または代替電圧がスイッチングされ、第１トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２に交流電圧が誘起される。そして、第２電源部３２は、整流ダイオードＤ４および平滑コンデンサＣ１によりこの交流電圧を整流平滑して、第１直流電圧よりも小さい第２直流電圧を生成する。系統電圧がＡＣ２００［Ｖ］の場合、第２直流電圧は、例えば、第１直流電圧の下限値である２２６［Ｖ］よりも小さい１８０［Ｖ］に設定される。

通常時においては、第１直流電圧と第２直流電圧のうちの大きい方、すなわち、第１直流電圧が平滑コンデンサＣ１の両端に現れる。このとき、第２電源部３は、無負荷で動作していると言える。一方、停電時においては、第１直流電圧および第２直流電圧の大小関係が逆転し、第２直流電圧が平滑コンデンサＣ１の両端に現れる。

スイッチング部３３は、第２トランスＴ２の一次巻線Ｔ２１および第２スイッチング素子Ｑ２からなる直列回路を含む。第２スイッチング素子Ｑ２がオン／オフを繰り返すと、平滑コンデンサＣ１の両端に現れた第１直流電圧または第２直流電圧がスイッチングされ、第２トランスＴ２の他の巻線、すなわち、一次巻線Ｔ２１ａ、Ｔ２１ｂおよび二次巻線Ｔ２２に交流電圧が誘起される。

第２電源部３２は、一次巻線Ｔ２１ａ、整流ダイオードＤ６、平滑コンデンサＣ２およびシリーズレギュレータ３６をさらに含む。整流ダイオードＤ６および平滑コンデンサＣ２は、一次巻線Ｔ２１ａに誘起された交流電圧を整流平滑する。シリーズレギュレータ３６は、この整流平滑後の電圧から蓄電池Ｂの放電電圧よりも大きい代替電圧を生成する。蓄電池Ｂの満充電時の放電電圧が１９０［Ｖ］の場合、代替電圧は、例えば、２００［Ｖ］に設定される。

シリーズレギュレータ３６は、過電流保護機能を有する。過電流保護機能は、停電により第１直流電圧と第２直流電圧の大小関係が逆転し、第２電源部３２が無負荷ではなく負荷有りの状態で動作し始め、これにより、シリーズレギュレータ６の出力電流が予め定められた作動閾値を超えると作動する。過電流保護機能が作動すると、代替電圧は低下する。このため、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に印加される電圧は、代替電圧から蓄電池Ｂの放電電圧に切り替わる。

シリーズレギュレータ３６は、例えば、図７に示す構成を有する。シリーズレギュレータ３６は、過電流保護機能が作動していないとき、すなわち、抵抗Ｒ２を流れる電流が作動閾値未満の微小電流であるとき、ツェナダイオードＺＤの設定電圧よりもＮＰＮトランジスタＱ３のベース−エミッタ間電圧と抵抗Ｒ２の電圧降下の分だけ小さい電圧を代替電圧として出力する。一方、抵抗Ｒ２を流れる電流が作動閾値を超えて過電流保護機能が作動すると、ＮＰＮトランジスタＱ４がオンし、抵抗Ｒ１からツェナダイオードＺＤおよびＮＰＮトランジスタＱ３のベースに向かって流れていた電流の多くがＮＰＮトランジスタＱ４に奪われる。そして、その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３は定電圧動作ができず、代替電圧は低下する。

上記電源装置３０では、ダイオードの整流作用により第１直流電圧および第２直流電圧のうちの大きい方が選択される。このため、この電源装置３０によれば、大容量コンデンサを設けなくても、スイッチングする対象を第１直流電圧から第２直流電圧に、または第２直流電圧から第１直流電圧に切り替える際に、空白期間が生じることはない。また、電源装置３０によれば、代替電圧が蓄電池Ｂの放電電圧よりも大きく設定されているので、通常時に蓄電池Ｂが消耗するのを防ぐこともできる。

特開２０１２−１７５８０１号公報

蓄電システムは、さらに太陽電池Ｓを備えている場合もある。この場合、太陽電池Ｓは、図８に示す電源装置３０’のように、ダイオードＤ３を介して第１トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に接続される。

電源装置３０’の動作を整理すると、以下の通りとなる。

（条件１）停電なし，発電電圧＞代替電圧＞放電電圧
・スイッチング部３３は、第１直流電圧をスイッチングする。
・トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に、発電電圧が印加される。
・第２電源部３２’は、無負荷で動作する。

（条件２）停電なし，代替電圧＞発電電圧＞放電電圧
（条件３）停電なし，代替電圧＞放電電圧＞発電電圧
・スイッチング部３３は、第１直流電圧をスイッチングする。
・トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に、代替電圧が印加される。
・第２電源部３２’は、無負荷で動作する。

（条件４）停電あり，発電電圧＞代替電圧＞放電電圧
・スイッチング部３３は、第２直流電圧をスイッチングする。
・トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に、発電電圧が印加される。
・シリーズレギュレータ３６の過電流保護機能は、作動しない。
・第２電源部３２’は、負荷有りの状態で動作する。

（条件５）停電あり，代替電圧＞発電電圧＞放電電圧
・スイッチング部３３は、第２直流電圧をスイッチングする。
・トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に、代替電圧が印加される。
・シリーズレギュレータ３６の過電流保護機能が作動し、代替電圧が低下する。
・代替電圧の低下により発電電圧と代替電圧の大小関係が逆転すると、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に、発電電圧が印加される。
・第２電源部３２’は、負荷有りの状態で動作する。

（条件６）停電あり，代替電圧＞放電電圧＞発電電圧
・スイッチング部３３は、第２直流電圧をスイッチングする。
・トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に、代替電圧が印加される。
・シリーズレギュレータ３６の過電流保護機能が作動し、代替電圧が低下する。
・代替電圧の低下により放電電圧と代替電圧の大小関係が逆転すると、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に、放電電圧が印加される。
・第２電源部３２’は、負荷有りの状態で動作する。

一般に、太陽電池Ｓの発電電圧の下限値（例えば、５０［Ｖ］）は、蓄電池Ｂの放電電圧の下限値（例えば、１４０［Ｖ］）よりも小さい。また、蓄電池Ｂには、通常、過放電を防ぐためのリレーが設けられており、放電電圧が１４０［Ｖ］に近付くと該リレーが作動することにより、蓄電池Ｂが第２電源部３２’から切り離されるようになっている。

このため、従来の電源装置３０’では、上記条件６において、過放電が近付いたために蓄電池Ｂが切り離され、かつ日照条件が悪いために太陽電池Ｓの発電電圧が下限値である５０［Ｖ］に近い場合（この場合、代替電圧は発電電圧と同程度になるまで低下する）に、ＮＰＮトランジスタＱ３のコレクタ−エミッタ間電圧が大きい状態で、ＮＰＮトランジスタＱ３に作動閾値を超える比較的大きな電流が流れ続け、その結果、ＮＰＮトランジスタＱ３の発熱が大きくなるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、停電発生時においても制御部に電源電圧を途切れることなく供給し続けることができ、しかも、代替電圧を出力する代替電圧生成部（シリーズレギュレータ）の発熱が大きくなるのを防ぐことができる電源装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電源装置は、系統電圧、蓄電池の放電電圧および太陽電池の発電電圧のいずれかを負荷に供給する蓄電システムにおいて、前記蓄電システムを制御する制御部に所定の電源電圧を供給する電源装置であって、前記系統電圧から生成した第１直流電圧を出力する第１電源部と、前記第１直流電圧よりも小さく設定された第２直流電圧を出力する第２電源部と、前記第１電源部および前記第２電源部の双方に接続され、ダイオードの整流作用を利用して選択した前記第１直流電圧および前記第２直流電圧のうちの大きい方をスイッチングする、スイッチング素子およびトランスの一次巻線からなるスイッチング部と、前記スイッチングにより前記トランスの他の巻線に誘起された電圧から前記電源電圧を生成する少なくとも１つの電源電圧生成部とを備え、前記第２電源部は、前記蓄電池に直列接続された該蓄電池の過放電を防ぐためのリレーと、前記トランスの別の他の巻線に誘起された電圧から前記放電電圧よりも大きく設定された代替電圧を生成する代替電圧生成部とを含み、ダイオードの整流作用を利用して選択した前記代替電圧、前記放電電圧および前記発電電圧のうちの最も大きなものから前記第２直流電圧を生成するように構成され、前記代替電圧生成部は、前記リレーによって前記蓄電池が前記第２電源部から切り離されると、前記代替電圧の出力を停止するよう構成されていることを特徴とする。

この構成では、スイッチング部が、ダイオードの整流作用を利用して第１直流電圧および第２直流電圧のうちの大きい方を選択する。このため、この構成によれば、大容量コンデンサを設けなくても、スイッチングする対象を第１直流電圧から第２直流電圧に、または第２直流電圧から第１直流電圧に切り替える際に、空白期間が生じることはない。

また、この構成では、過放電を防ぐためのリレーが作動して蓄電池が第２電源部から切り離されると、代替電圧生成部が代替電圧の出力を停止する。このため、この構成によれば、蓄電池の放電電圧の下限値よりも低い電圧まで代替電圧が低下することによる代替電圧生成部の発熱を防ぐことができる。

「リレーによって蓄電池が第２電源部から切り離されると、代替電圧生成部が代替電圧の出力を停止する」との構成を実現するために、上記電源装置の第２電源部は、前記リレーの開閉状態に関する開閉信号を出力する開閉検出部をさらに含むことが好ましい。

上記電源装置の代替電圧生成部は、例えば、前記別の他の巻線に誘起された電圧を整流平滑するダイオードおよびコンデンサと、前記整流平滑後の電圧を定電圧化することにより前記代替電圧を生成するシリーズレギュレータとによって構成することができる。この場合、前記開閉信号は、前記シリーズレギュレータに入力される。

「スイッチング部が代替電圧から生成された第２直流電圧をスイッチングし始めると、代替電圧が低下する」との構成を実現するために、前記シリーズレギュレータは、過電流保護機能を有していることが好ましい。この場合、前記過電流保護機能の作動閾値は、前記スイッチング部が前記代替電圧から生成された前記第２直流電圧をスイッチングし始めると該過電流保護機能が作動するように設定すればよい。

上記電源装置のリレーは、例えば、前記発電電圧が前記放電電圧よりも小さいときに、前記系統電圧の低下により前記第１直流電圧が前記第２直流電圧を下回り、前記スイッチング部が前記代替電圧から生成された前記第２直流電圧をスイッチングし始め、前記過電流保護機能の作動により前記代替電圧が低下し、前記第２電源部が前記放電電圧から前記第２直流電圧を生成し始め、前記放電電圧が低下して前記蓄電池が過放電に近付いた場合に、前記蓄電池を前記第２電源部から切り離し、前記代替電圧の出力を停止させる。

本発明によれば、停電発生時においても制御部に電源電圧を途切れることなく供給し続けることができ、しかも、代替電圧を出力する代替電圧生成部の発熱が大きくなるのを防ぐことができる電源装置を提供することができる。

本発明に係る電源装置を備えた蓄電システムのブロック図である。本発明の第１実施例に係る電源装置の回路図である。第１実施例に係る電源装置の一部の詳細な回路図である。本発明の第２実施例に係る電源装置の一部の詳細な回路図である。従来の電源装置を備えた蓄電システムのブロック図である。従来の別の電源装置の回路図である。従来の電源装置に含まれるシリーズレギュレータの一例を示す回路図である。従来のさらに別の電源装置の回路図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る電源装置の実施例について説明する。

［第１実施例］
図１に、本発明の第１実施例に係る電源装置１Ａを備えた蓄電システム１０を示す。蓄電システム１０は、双方向電力変換部１１と、双方向電力変換部１１を制御する制御部１２と、制御部１２に電源電圧を供給する電源装置１Ａとを備えている。双方向電力変換部１１は、系統Ｇからの系統電力を直流化して蓄電池Ｂを充電する機能と、蓄電池Ｂの放電電力を交流化して逆潮流しないように負荷Ｒに供給する機能と、太陽電池Ｓの発電電力によって蓄電池Ｂを充電する機能と、太陽電池Ｓの発電電力を負荷Ｒに供給する機能とを有する。電源装置１Ａには、系統Ｇの系統電圧、蓄電池Ｂの放電電圧および太陽電池Ｓの発電電圧が入力される。また、制御部１２は、後述する第１制御部１２ａおよび第２制御部１２ｂからなる。

図２に示すように、本実施例に係る電源装置１Ａは、系統Ｇの系統電圧を直流化してなる第１直流電圧を出力する第１電源部２と、第２直流電圧を出力する第２電源部３と、第１電源部２および第２電源部３の双方に接続され、第１直流電圧および第２直流電圧のうちの大きい方をスイッチングするスイッチング部４と、第１制御部１２ａに電源電圧を供給する第１電源電圧生成部５ａと、第２制御部１２ｂに電源電圧を供給する第２電源電圧生成部５ｂとを備えている。

第１電源部２は、整流ダイオードＤ５および平滑コンデンサＣ１を含む。第１電源部２は、これらにより系統電圧を整流平滑して第１直流電圧を生成する。本実施例では、系統電圧がＡＣ２００［Ｖ］である。このため、第１直流電圧は２２６〜３３９［Ｖ］の範囲内で変動することがある。

第２電源部３は、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３、第１トランスＴ１、第１スイッチング素子Ｑ１、整流ダイオードＤ４および平滑コンデンサＣ１を含む。なお、平滑コンデンサＣ１は、第１電源部２の構成要素でもある。

第１トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１および第１スイッチング素子Ｑ１からなる直列回路には、蓄電池Ｂの放電電圧、太陽電池Ｓの発電電圧および後述する代替電圧のうち、最も大きいものが印加される。具体的には、発電電圧が最も大きい場合は、該発電電圧がダイオードＤ３を介して印加され、代替電圧が最も大きい場合は、該代替電圧がダイオードＤ２を介して印加され、放電電圧が最も大きい場合は、該放電電圧がダイオードＤ１を介して印加される。

第１スイッチング素子Ｑ１がオン／オフを繰り返すと、放電電圧、発電電圧または代替電圧がスイッチングされ、第１トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２に交流電圧が誘起される。そして、第２電源部３は、整流ダイオードＤ４および平滑コンデンサＣ１によりこの交流電圧を整流平滑して、第１直流電圧よりも小さい第２直流電圧を生成する。本実施例では、第１直流電圧の下限値が２２６［Ｖ］であることを考慮して、第２直流電圧が１８０［Ｖ］に設定されている。ただし、１８０［Ｖ］は単なる一例である。

系統Ｇに停電が発生していない通常時においては、第１直流電圧と第２直流電圧のうちの大きい方、すなわち、第１直流電圧が平滑コンデンサＣ１の両端に現れる。このとき、第２電源部３は、無負荷で動作していると言える。一方、系統Ｇに停電が発生している停電時においては、第１直流電圧および第２直流電圧の大小関係が逆転し、第２直流電圧が平滑コンデンサＣ１の両端に現れる。このとき、第２電源部３は、負荷有りの状態で動作していると言える。

スイッチング部４は、第２トランスＴ２の一次巻線Ｔ２１および第２スイッチング素子Ｑ２からなる直列回路を含む。第２スイッチング素子Ｑ２がオン／オフを繰り返すと、平滑コンデンサＣ１の両端に現れた第１直流電圧または第２直流電圧がスイッチングされ、第２トランスＴ２の他の巻線、すなわち、一次巻線Ｔ２１ａ，Ｔ２１ｂおよび二次巻線Ｔ２２に交流電圧が誘起される。

第１電源電圧生成部５ａは、一次巻線Ｔ２１ｂ、整流ダイオードＤ７および平滑コンデンサＣ３を含む。整流ダイオードＤ７および平滑コンデンサＣ３は、第２スイッチング素子Ｑ２のスイッチングにより一次巻線Ｔ２１ｂに誘起された交流電圧を整流平滑する。そして、これにより得られた直流電圧は、第１制御部１２ａに電源電圧として供給される。

同様に、第２電源電圧生成部５ｂは、二次巻線Ｔ２２、整流ダイオードＤ８および平滑コンデンサＣ４を含む。整流ダイオードＤ８および平滑コンデンサＣ４は、第２スイッチング素子Ｑ２のスイッチングにより二次巻線Ｔ２２に誘起された交流電圧を整流平滑する。そして、これにより得られた直流電圧は、第２制御部１２ｂに電源電圧として供給される。

第２電源部３は、一次巻線Ｔ２１ａ、整流ダイオードＤ６、平滑コンデンサＣ２およびシリーズレギュレータ６Ａをさらに含む。整流ダイオードＤ６および平滑コンデンサＣ２は、一次巻線Ｔ２１ａに誘起された交流電圧を整流平滑する。シリーズレギュレータ６Ａは、この整流平滑後の電圧から、蓄電池Ｂの放電電圧よりも大きい代替電圧を生成する。本実施例では、蓄電池Ｂの満充電時の放電電圧が１９６．８［Ｖ］であることを考慮して、代替電圧が２０５［Ｖ］に設定されている。ただし、上記１９６．８［Ｖ］および２０５［Ｖ］は単なる一例である。

整流ダイオードＤ６、平滑コンデンサＣ２およびシリーズレギュレータ６Ａは、本発明の「代替電圧生成部」に相当する。

シリーズレギュレータ６Ａは、過電流保護機能を有する。過電流保護機能は、シリーズレギュレータ６Ａの出力電流が予め定められた作動閾値を超えると作動する。過電流保護機能が作動すると、代替電圧は、蓄電池Ｂの放電電圧および太陽電池Ｓの発電電圧のうちの大きい方まで低下する。

第２電源部３は、蓄電池Ｂに直列接続されたリレーＲＬ、およびリレーＲＬの開閉状態に関する開閉信号を出力する開閉検出部７Ａをさらに含む。リレーＲＬは、蓄電池Ｂの過放電を防ぐためのものである。本実施例では、蓄電池Ｂの放電電圧が１４４［Ｖ］まで低下すると、リレーＲＬが開き、第２電源部３から蓄電池Ｂが切り離される。

図３を参照しつつ、シリーズレギュレータ６Ａおよび開閉検出部７Ａの構成について、さらに詳しく説明する。

開閉検出部７Ａは、抵抗Ｒ５およびフォトダイオードＰＤの直列回路からなる。リレーＲＬが閉じている場合、開閉検出部７Ａには蓄電池Ｂの放電電圧（１４４〜１９６．８［Ｖ］）が印加される。これにより、フォトダイオードＰＤは発光する。一方、リレーＲＬが開いている場合は、放電電圧が印加されないため、フォトダイオードＰＤは発光しない。このように、本実施例では、発光の有無が開閉信号となる。

シリーズレギュレータ６Ａは、整流ダイオードＤ６および平滑コンデンサＣ２による整流平滑後の電圧から所定（本実施例では、２０５［Ｖ］）の代替電圧を生成するための抵抗Ｒ１、ツェナダイオードＺＤおよびＮＰＮトランジスタＱ３と、代替電圧を安定させるためのコンデンサＣ５と、過電流保護機能を実現するための抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４およびＮＰＮトランジスタＱ４と、代替電圧の出力を停止させるためのフォトトランジスタＰＴｒとを含む。

フォトトランジスタＰＴｒは、リレーＲＬが閉じていることを開閉信号が示しているとき、すなわち、フォトダイオードＰＤが発光しているときにオンする。一方、フォトトランジスタＰＴｒは、リレーＲＬが開いていることを開閉信号が示しているとき、すなわち、フォトダイオードＰＤが発光していないときにオフする。

抵抗Ｒ１は、一端が平滑コンデンサＣ２の高電位側端部およびＮＰＮトランジスタＱ３のコレクタに接続され、他端がフォトトランジスタＰＴｒのコレクタに接続されている。フォトトランジスタＰＴｒは、エミッタがＮＰＮトランジスタＱ３のベース、ＮＰＮトランジスタＱ４のコレクタおよびツェナダイオードＺＤのカソードに接続されている。また、ツェナダイオードＺＤは、アノードが平滑コンデンサＣ２の低電位側端部に接続されている。

ＮＰＮトランジスタＱ３は、エミッタが抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ３の一端に接続されている。抵抗Ｒ２は、他端が抵抗Ｒ４の一端およびＮＰＮトランジスタＱ４のエミッタに接続されており、抵抗Ｒ３は、他端が抵抗Ｒ４の他端およびＮＰＮトランジスタＱ４のベースに接続されている。また、コンデンサＣ５は、高電位側端部がＮＰＮトランジスタＱ４のエミッタおよびダイオードＤ２のアノードに接続され、低電位側端部が平滑コンデンサＣ２の低電位側端部に接続されている。

本実施例では、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の抵抗値が、２７ｋ［Ω］，６８［Ω］，１．５［ｋΩ］，１２［ｋΩ］であり、ツェナダイオードＺＤの設定電圧が２０６．１［Ｖ］である。また、本実施例では、第２電源部３が無負荷で動作している場合、第１トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１における消費電力が１．５［Ｗ］である。この１．５［Ｗ］をシリーズレギュレータ６Ａが負担している場合、すなわち、ダイオードＤ２を介して代替電圧が第１トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に印加されている場合、抵抗Ｒ２を流れる電流は、１．５［Ｗ］／２０５［Ｖ］≒７．３［ｍＡ］である。ただし、これらの具体的数値は単なる一例である。

停電が発生していない通常時において、代替電圧は、ＮＰＮトランジスタＱ３のベースに入力されるツェナダイオードＺＤの設定電圧（２０６．１［Ｖ］）から、ＮＰＮトランジスタＱ３のベース−エミッタ間電圧（約０．６［Ｖ］）と抵抗Ｒ２の電圧降下（７．３［ｍＡ］×６８［Ω］≒０．５［Ｖ］）とを引いた、２０５［Ｖ］となる。このとき、ＮＰＮトランジスタＱ４はオンしていない。

停電が発生し、かつ第１トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１における１．５［Ｗ］よりも大きな消費電力をシリーズレギュレータ６Ａが負担することになり、抵抗Ｒ２を流れる電流が作動閾値である１０［ｍＡ］を超えると、抵抗Ｒ４に０．６［Ｖ］以上の電圧が発生するとともにＮＰＮトランジスタＱ４がオンする。すなわち、過電流保護機能が作動する。過電流保護機能が作動すると、代替電圧は、蓄電池Ｂの放電電圧および太陽電池Ｓの発電電圧のうちの大きい方まで低下する。

過電流保護機能が作動しているときにリレーＲＬが開き、フォトトランジスタＰＴｒがオフすると、ＮＰＮトランジスタＱ３へのベース電流の供給が止まり、ＮＰＮトランジスタＱ３はオフする。ＮＰＮトランジスタＱ３がオフすると、ＮＰＮトランジスタＱ３、抵抗Ｒ２等に電流が流れなくなり、代替電圧の出力は停止する。

続いて、本実施例に係る電源装置１Ａの動作の一例として、代替電圧が２０５［Ｖ］、放電電圧が１９６．８［Ｖ］、発電電圧が５０［Ｖ］という状態で、停電が発生した場合について説明する。

停電が発生すると、スイッチング部４が、第１直流電圧ではなく第２直流電圧のスイッチングを開始し、第２電源部３が負荷有りの状態で動作するようになる。そして、１．５［Ｗ］を超える一次巻線Ｔ１１の消費電力を負担するために、シリーズレギュレータ６の出力電流（抵抗Ｒ２を流れる電流）が増加し、過電流保護機能が作動する。過電流保護機能が作動すると、代替電圧は、放電電圧および発電電圧のうちの大きい方、すなわち、本実施例では放電電圧である１９６．８［Ｖ］まで低下し、これ以降、蓄電池Ｂが一次巻線Ｔ１１の消費電力を負担する。

停電している間、蓄電池Ｂの放電電圧は１９６．８［Ｖ］から徐々に低下していく。そして、放電電圧が１４４［Ｖ］に達すると、蓄電池Ｂの過放電を防ぐためにリレーＲＬが開き、これにより、蓄電池Ｂは第２電源部３から切り離される。また、これと同時に、フォトダイオードＰＤが発光を停止する。

フォトダイオードＰＤが発光を停止すると、フォトトランジスタＰＴｒはオフする。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３へのベース電流の供給が止まり、ＮＰＮトランジスタＱ３がオフし、代替電圧の出力は停止する。

蓄電池Ｂが第２電源部３から切り離されると、これ以降は、太陽電池Ｓが一次巻線Ｔ１１の消費電力を負担する。

蓄電池Ｂが第２電源部３から切り離されても代替電圧の出力が停止されない従来の電源装置３０’（図８参照）では、太陽電池Ｓが一次巻線Ｔ１１の消費電力を負担し始めると、代替電圧が太陽電池Ｓの発電電圧（本実施例では、５０［Ｖ］）まで低下する。そして、これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３のコレクタ−エミッタ間電圧が大きくなり、ＮＰＮトランジスタＱ３の発熱が大きくなる。一方、本実施例に係る電源装置１Ａでは、蓄電池Ｂが第２電源部３から切り離されると、ＮＰＮトランジスタＱ３がオフし、代替電圧の出力が停止されるので、ＮＰＮトランジスタＱ３の発熱の問題は起こらない。

［第２実施例］
本発明の第２実施例に係る電源装置１Ｂは、図４に示すように、シリーズレギュレータ６Ａの代わりにシリーズレギュレータ６Ｂを備えている点と、開閉検出部７Ａの代わりに開閉検出部７Ｂを備えている点において第１実施例に係る電源装置１Ａと相違するが、他の点においては電源装置１Ａと構成が共通している。

開閉検出部７Ｂは、抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ９の直列回路からなる。リレーＲＬが閉じている場合、開閉検出部７Ａには蓄電池Ｂの放電電圧（１４４〜１９６．８［Ｖ］）が印加される。このとき、開閉検出部７Ｂは、放電電圧を抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ９で分圧してなる電圧を出力する。一方、リレーＲＬが開いている場合は、放電電圧が印加されないため、開閉検出部７Ｂの出力電圧は０［Ｖ］となる。このように、本実施例では、抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ９の接続点から出力される電圧が開閉信号となる。

シリーズレギュレータ６Ｂは、整流ダイオードＤ６および平滑コンデンサＣ２による整流平滑後の電圧から所定の代替電圧を生成するための抵抗Ｒ１、ツェナダイオードＺＤおよびＮＰＮトランジスタＱ３と、代替電圧を安定させるためのコンデンサＣ５と、過電流保護機能を実現するための抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４およびＮＰＮトランジスタＱ４と、代替電圧の出力を停止させるための抵抗Ｒ６，Ｒ７、ＰＮＰトランジスタＱ５およびＮＰＮトランジスタＱ６とを含む。

ＰＮＰトランジスタＱ５は、エミッタが平滑コンデンサＣ２の高電位側端部およびＮＰＮトランジスタＱ３のコレクタに接続され、コレクタが抵抗Ｒ１の一端に接続されている。抵抗Ｒ１は、他端がＮＰＮトランジスタＱ３のベース、ＮＰＮトランジスタＱ４のコレクタおよびツェナダイオードＺＤのカソードに接続されている。また、ツェナダイオードＺＤは、アノードが平滑コンデンサＣ２の低電位側端部に接続されている。

抵抗Ｒ６は、一端がＰＮＰトランジスタＱ５のエミッタに接続され、他端がＰＮＰトランジスタＱ５のベースに接続されている。抵抗Ｒ７は、一端が抵抗Ｒ６の他端に接続され、他端がＮＰＮトランジスタＱ６のコレクタに接続されている。また、ＮＰＮトランジスタＱ６は、エミッタが平滑コンデンサＣ２の低電位側端部に接続され、ベースが抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ９の接続点に接続されている。

リレーＲＬが閉じているとき、開閉検出部７Ｂは、０．６［Ｖ］以上の電圧を出力する。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ６がオンし、抵抗Ｒ６に電流が流れ、ＰＮＰトランジスタＱ５のベース−エミッタ間電圧が０．６［Ｖ］以上となり、ＰＮＰトランジスタＱ５がオンする。ＰＮＰトランジスタＱ５がオンすると、第１実施例と同様、シリーズレギュレータ６Ｂは代替電圧を出力する。

一方、リレーＲＬが開いているとき、開閉検出部７Ｂが出力する電圧は０［Ｖ］である。このため、ＮＰＮトランジスタＱ６、ＰＮＰトランジスタＱ５およびＮＰＮトランジスタＱ３は全てオフとなり、代替電圧の出力は停止する。

本実施例に係る電源装置１Ｂによっても、第１実施例と同様の作用効果が得られる。すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ３の発熱を防ぐことができる。

以上、本発明に係る電源装置の実施例について説明してきたが、本発明の構成はこの実施例に限定されるものではない。

例えば、電源装置１Ａ，１Ｂは、２つの電源電圧生成部（第１電源電圧生成部５ａおよび第２電源電圧生成部５ｂ）を備えているが、電源電圧生成部の数は制御すべき制御部の数に応じて適宜増減してもよい。

また、シリーズレギュレータおよび開閉検出部の構成は、各実施例の構成に限定されない。シリーズレギュレータは、シリーズレギュレータ６Ａ，６Ｂと同等の機能を有する限りにおいて、任意の構成をとり得る。また、開閉検出部は、開閉検出部７Ａ，７Ｂと同等の機能を有する限りにおいて、任意の構成をとり得る。

１Ａ，１Ｂ電源装置
２第１電源部
３第２電源部
４スイッチング部
５ａ第１電源電圧生成部
５ｂ第２電源電圧生成部
６Ａ，６Ｂシリーズレギュレータ
７Ａ，７Ｂ開閉検出部
１０蓄電システム
１１双方向電力変換部
１２制御部
１２ａ第１制御部
１２ｂ第２制御部
Ｂ蓄電池
Ｇ系統
Ｓ太陽電池
Ｒ負荷
ＲＬリレー

Claims

系統電圧、蓄電池の放電電圧および太陽電池の発電電圧のいずれかを負荷に供給する蓄電システムにおいて、前記蓄電システムを制御する制御部に所定の電源電圧を供給する電源装置であって、
前記系統電圧から生成した第１直流電圧を出力する第１電源部と、
前記第１直流電圧よりも小さく設定された第２直流電圧を出力する第２電源部と、
前記第１電源部および前記第２電源部の双方に接続され、ダイオードの整流作用を利用して選択した前記第１直流電圧および前記第２直流電圧のうちの大きい方をスイッチングする、スイッチング素子およびトランスの一次巻線からなるスイッチング部と、
前記スイッチングにより前記トランスの他の巻線に誘起された電圧から前記電源電圧を生成する少なくとも１つの電源電圧生成部と、
を備え、
前記第２電源部は、前記蓄電池に直列接続された該蓄電池の過放電を防ぐためのリレーと、前記トランスの別の他の巻線に誘起された電圧から前記放電電圧よりも大きく設定された代替電圧を生成する代替電圧生成部とを含み、ダイオードの整流作用を利用して選択した前記代替電圧、前記放電電圧および前記発電電圧のうちの最も大きなものから前記第２直流電圧を生成するように構成され、
前記代替電圧生成部は、前記リレーによって前記蓄電池が前記第２電源部から切り離されると、前記代替電圧の出力を停止するよう構成されている
ことを特徴とする電源装置。
前記第２電源部は、前記リレーの開閉状態に関する開閉信号を出力する開閉検出部をさらに含み、
前記代替電圧生成部は、前記開閉信号が、前記リレーが開いていることを示している場合に前記代替電圧の出力を停止する
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記代替電圧生成部は、前記別の他の巻線に誘起された電圧を整流平滑するダイオードおよびコンデンサと、前記整流平滑後の電圧を定電圧化することにより前記代替電圧を生成するシリーズレギュレータとを含み、
前記開閉信号は、前記シリーズレギュレータに入力される
ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
前記シリーズレギュレータが過電流保護機能を有し、
前記過電流保護機能の作動閾値は、前記スイッチング部が前記代替電圧から生成された前記第２直流電圧をスイッチングし始めると該過電流保護機能が作動するように設定されており、
前記過電流保護機能が作動すると、前記代替電圧が低下する
ことを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
前記発電電圧が前記放電電圧よりも小さいときに、前記系統電圧の低下により前記第１直流電圧が前記第２直流電圧を下回り、前記スイッチング部が前記代替電圧から生成された前記第２直流電圧をスイッチングし始めると、前記過電流保護機能の作動により前記代替電圧が低下し、前記第２電源部が前記放電電圧から前記第２直流電圧を生成し始め、前記放電電圧が低下して前記蓄電池の過放電を防ぐために前記リレーによって前記蓄電池が前記第２電源部から切り離されると、前記代替電圧生成部が前記代替電圧の出力を停止することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。