JP6571886B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1に係る、直流電源21と負荷12に接続される電源装置20について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る電源装置20、直流電源21、及び負荷12を備えた電源システムの概略構成図である。
まず、電源システムの回路構成について説明する。電源装置20は、直流電力を充電及び放電可能な第1蓄電デバイス10と、直流電力を充電及び放電可能な第2蓄電デバイス11とを備えている。電源装置20は、複数のスイッチを備えており、直流電源21と、負荷12と、第1蓄電デバイス10と、第2蓄電デバイス11との間の接続を切り換え可能な切換回路9を備えている。電源装置20は、複数のスイッチのそれぞれをオン又はオフに制御することにより、切換回路9の接続状態を切り換える制御回路13を備えている。
次に、制御回路13について詳細に説明する。制御回路13は、切換回路9の接続状態を切り換えるために、各スイッチをオン又はオフに駆動制御する処理回路を備えている。制御回路13の処理回路は、演算処理装置、記憶装置等のデジタル電子回路により構成されてもよいし、コンパレータ、オペアンプ、差動増幅回路等のアナログ電子回路から構成されてもよいし、デジタル電子回路及びアナログ電子回路の双方により構成されてもよい。制御回路13は、各スイッチをオン又はオフする駆動信号を生成し、各スイッチに出力する。
本実施の形態では、制御回路13は、第1接続状態にする場合は、図2及び以下に示すように、第1スイッチ5をオンに、第2スイッチ6をオフに、第3スイッチ7をオフに、第4スイッチ8をオンに制御する。
・第1スイッチ5:オン
・第2スイッチ6:オフ
・第3スイッチ7:オフ
・第4スイッチ8:オン
本実施の形態では、制御回路13は、第2接続状態にする場合は、図3及び以下に示すように、第1スイッチ5をオフに、第2スイッチ6をオンに、第3スイッチ7をオンに、第4スイッチ8をオフに制御する。
・第1スイッチ5:オフ
・第2スイッチ6:オン
・第3スイッチ7:オン
・第4スイッチ8:オフ
負荷12に接続されている蓄電デバイスのSOCが0%に近づくと、負荷12に供給される電圧、電力が低下し、負荷12が正常動作しなくなるため、蓄電デバイスを切り換える必要がある。そこで、制御回路13は、第1及び第2電圧センサの出力信号に基づいて、第1蓄電デバイス10の端子電圧VPbB1、及び第2蓄電デバイス11の端子電圧VPbB2を検出する。制御回路13は、第1及び第2蓄電デバイス10、11の内、負荷12に接続されている方の蓄電デバイスの端子電圧が、予め設定された切換判定電圧以下になった場合に、第1接続状態と第2接続状態とを切り換える基本切換制御を実行する。切換判定電圧は、0%のSOCに対応する端子電圧(本例では10.5)以上の電圧に予め設定されており、例えば、11Vに設定されている。
しかし、負荷12の消費電力が増加する場合には、基本切換制御のように、負荷接続蓄電デバイスの端子電圧が0%のSOCに応じた切換判定電圧以下に低下してから切り換えを行っていたのでは、負荷12に供給する供給電力が不足するおそれがある。例えば、負荷接続蓄電デバイスのSOCが0%に近づいた状態で、負荷12の消費電力が増加すると、その後直ぐに切換えを行う必要があるが、切換えに要するタイムラグの間、負荷12に供給する供給電力が不足するおそれがある。また、蓄電デバイスのSOCが0%に近づくと、蓄電デバイスが放電可能な最大放電電力が低下するため、この状態で負荷12の消費電力が増加すると、負荷12に供給する供給電力が不足するおそれがある。
以上で説明した、制御回路13に係る基本切換制御及び電力増加切換制御の処理を、図5に示すフローチャートのように構成することができる。図5のフローチャートの処理は、演算処理装置が記憶装置に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行することにより、一定の演算周期毎に繰り返し実行される。
図6に切換制御の挙動を示す。時刻T01までは、大消費電力負荷である電動パワーステアリングが動作しておらず、大消費電力負荷よりも消費電力が低い負荷12が動作している。そのため、基本切換制御による第1接続状態と第2接続状態との切換えが行われている。時刻T01で、電動パワーステアリングの動作が開始し、制御回路13は、負荷12の消費電力が切換判定電力以上に増加すると判定している(時刻T01から時刻T02)。この時、負荷接続蓄電デバイスとなっている第2蓄電デバイス11の端子電圧VPbB2が、電源接続蓄電デバイスとなっている第1蓄電デバイス10の端子電圧VPbB1よりも、オフセット電圧ΔV以上低いので、第1接続状態から第2接続状態に切り換えられ、SOCが高い第1蓄電デバイス10が負荷12に接続される。よって、消費電力の増加時に、負荷接続蓄電デバイスの端子電圧が切換判定電圧以下に低下する前に、予め、SOCが高い方の蓄電デバイスを負荷12に切換え接続できており、負荷12の供給電力の不足を抑制できている。時刻T02で、電動パワーステアリングの動作が終了し、制御回路13は、負荷12の消費電力が切換判定電力以上に増加しないと判定し、電力増加切換制御による切換えを終了している。
制御回路13は、第1及び第2蓄電デバイス10、11のいずれかが故障したと判定した場合は、故障した蓄電デバイスを負荷12及び直流電源21から切断すると共に、故障していない蓄電デバイスを負荷12及び直流電源21に接続する。この構成によれば、故障した蓄電デバイスを電源システムから完全に切り離すことができ、安全を確保することができる。また、故障していない蓄電デバイスを負荷12及び直流電源21に接続し、負荷12の動作継続を維持することができ、電源システムの信頼性を向上させることができる。
実施の形態2に係る電源装置20について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電源装置20の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、電源システムが、FA(Factory Automation)用の電源システムとされており、それに伴って各部の構成が異なっている。図7は、本実施の形態に係る電源装置20、直流電源21、及び負荷12を備えた電源システムの概略構成図である。
実施の形態3に係る電源装置20について説明する。上記の実施の形態2と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電源システムは、実施の形態2と同様に、FA(Factory Automation)用の電源システムとされているが、直流電源21に設けられたAC/DCコンバータ19が、双方向に電力を変換可能にされている点が異なる。すなわち、AC/DCコンバータ19は、交流安定化電源14から供給された交流電力を直流電力に変換して切換回路9に出力可能であり、切換回路9から供給された直流電力を交流電力に変換して交流安定化電源14に出力可能である。AC/DCコンバータ19は、ダイオード等の整流素子、半導体スイッチ素子を備えており、半導体スイッチ素子は制御回路によりオンオフ制御される。図8は、本実施の形態に係る電源装置20、直流電源21、及び負荷12を備えた電源システムの概略構成図である。
実施の形態4に係る電源装置20について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略し、本実施の形態に係る電源システムと実施の形態1との差異について説明する。
実施の形態5に係る電源装置20について説明する。上記の実施の形態4と同様の構成部分は説明を省略し、本実施の形態に係る電源システムと実施の形態4との差異について説明する。
実施の形態6に係る電源装置20について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略し、本実施の形態に係る電源システムと実施の形態1との差異について説明する。
実施の形態7に係る電源装置20について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略し、本実施の形態に係る電源システムと実施の形態1との差異について説明する。
Claims (18)
- 直流電源と負荷に接続される電源装置であって、
直流電力を充電及び放電可能な第1蓄電デバイスと、
直流電力を充電及び放電可能な第2蓄電デバイスと、
複数のスイッチを備え、前記直流電源と、前記負荷と、前記第1蓄電デバイスと、前記第2蓄電デバイスとの間の接続を切り換え可能な切換回路と、
前記複数のスイッチのそれぞれをオン又はオフに制御することにより、前記切換回路の接続状態を切り換える制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記負荷の消費電力が増加するタイミングに合わせて、前記直流電源と前記第1蓄電デバイスとを接続すると共に前記負荷と前記第2蓄電デバイスと接続する第1接続状態と、前記直流電源と前記第2蓄電デバイスとを接続すると共に前記負荷と前記第1蓄電デバイスと接続する第2接続状態とを切り換える電源装置。 - 前記制御回路は、前記負荷の動作状態に応じて、前記第1接続状態と前記第2接続状態とを切り替える請求項1に記載の電源装置。
- 前記制御回路は、前記負荷の消費電力が予め設定された切換判定電力以上に増加すると判定し、且つ、前記第1及び第2蓄電デバイスの内、前記負荷に接続されている方の蓄電デバイスの端子電圧が、前記直流電源に接続されている方の蓄電デバイスの端子電圧よりも低いと判定した場合に、前記第1接続状態と前記第2接続状態とを切り換える請求項1又は2に記載の電源装置。
- 前記負荷は、前記切換判定電力以上に消費電力が増加する負荷である大消費電力負荷を含み、
前記制御回路は、前記大消費電力負荷の動作情報に基づいて、前記負荷の消費電力が前記切換判定電力以上に増加するか否かを判定する請求項3に記載の電源装置。 - 前記制御回路は、前記負荷に供給される供給電力を検出し、前記供給電力の検出値に基づいて、前記負荷の消費電力が前記切換判定電力以上に増加するか否かを判定する請求項3に記載の電源装置。
- 前記切換判定電力は、前記直流電源が供給可能な最大供給電力に応じた電力に設定されている請求項3から5のいずれか一項に記載の電源装置。
- 前記直流電源は、直流電力を充電及び放電可能な電源蓄電デバイスと、前記電源蓄電デバイスから供給された直流電力を異なる電圧の直流電力に変換して、前記切換回路に出力するDC/DCコンバータと、を備え、
前記切換判定電力は、前記DC/DCコンバータが変換可能な最大変換電力に応じた電力に設定されている請求項3から6のいずれか一項に記載の電源装置。 - 前記直流電源は、交流安定化電源と、前記交流安定化電源から供給された交流電力を直流電力に変換して、前記切換回路に出力するAC/DCコンバータと、を備えている請求項1から6のいずれか一項に記載の電源装置。
- 前記AC/DCコンバータは、双方向に電力を変換可能である請求項8に記載の電源装置。
- 前記制御回路は、前記第1及び第2蓄電デバイスから前記負荷に、予め設定された判定休止期間以上電力を供給しない場合に、前記第1及び第2蓄電デバイスのいずれか一方である放電対象蓄電デバイスを前記AC/DCコンバータに接続し、前記AC/DCコンバータによって前記放電対象蓄電デバイスから前記交流安定化電源に電力を変換させて、前記放電対象蓄電デバイスの蓄電電力を低くする請求項9に記載の電源装置。
- 前記切換回路は、前記直流電源の正極側に接続される第1スイッチと前記負荷の正極側に接続される第2スイッチとが直列接続された第1直列回路と、前記直流電源の正極側に接続される第3スイッチと前記負荷の正極側に接続される第4スイッチとが直列接続された第2直列回路と、を備え、前記第1スイッチと前記第2スイッチの接続点が前記第1蓄電デバイスの正極側に接続され、前記第3スイッチと前記第4スイッチの接続点が前記第2蓄電デバイスの正極側に接続され、
前記制御回路は、前記第1接続状態にする場合は、前記第1スイッチをオンに、前記第2スイッチをオフに、前記第3スイッチをオフに、前記第4スイッチをオンに制御し、
前記第2接続状態にする場合は、前記第1スイッチをオフに、前記第2スイッチをオンに、前記第3スイッチをオンに、前記第4スイッチをオフに制御する請求項1から10のいずれか一項に記載の電源装置。 - 前記複数のスイッチは、電動アクチュエータにより開閉する接点を有する機械式のスイッチとされている請求項1から11のいずれか一項に記載の電源装置。
- 前記複数のスイッチは、半導体スイッチ素子とされている請求項1から11のいずれか一項に記載の電源装置。
- 前記第1蓄電デバイスの充電容量は、前記第2蓄電デバイスの充電容量よりも小さい請求項1から13のいずれか一項に記載の電源装置。
- 前記制御回路は、前記第1蓄電デバイスの端子電圧の最大値と前記第2蓄電デバイスの端子電圧の最小値との範囲の電圧を前記負荷に供給するように、前記第1接続状態と前記第2接続状態とを切り替える基本切換制御を実行する請求項14に記載の電源装置。
- 前記制御回路は、前記第1接続状態において前記負荷に接続されている前記第2蓄電デバイスの端子電圧が、切換判定電圧以下になった場合に、前記第1接続状態から前記第2接続状態に切り換え、前記第2接続状態において前記負荷に接続されている前記第1蓄電デバイスの端子電圧が、切換判定電圧に到達する前の周期で、前記第2接続状態から前記第1接続状態に切り換える基本切換制御を実行する請求項14又は15に記載の電源装置。
- 前記制御回路は、前記第1蓄電デバイス及び前記第2蓄電デバイスの内、前記負荷に接続されている方の蓄電デバイスの端子電圧が、切換判定電圧以下になった場合に、前記第1接続状態と前記第2接続状態とを切り換える基本切換制御を実行し、
前記負荷の消費電力が増加した場合に、前記切換判定電圧を増加させる請求項1から14のいずれか一項に記載の電源装置。 - 前記制御回路は、前記負荷の消費電力の増加状態が予め設定された特定増加状態になった場合に、前記直流電源と前記第1蓄電デバイス及び前記第2蓄電デバイスとを接続すると共に前記負荷と前記第1蓄電デバイス及び前記第2蓄電デバイスとを接続する第3接続状態に切り替える請求項1から17のいずれか一項に記載の電源装置。
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