JP7227411B1

JP7227411B1 - 自動車連携バックアップ装置

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Publication number: JP7227411B1
Application number: JP2022036932A
Authority: JP
Inventors: 篤史齊藤; 卓也須藤
Original assignee: Origin Co Ltd
Current assignee: Origin Co Ltd
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2042-03-10
Also published as: JP2023131917A

Abstract

【課題】交流電力の供給が必要な負荷に対してＶ２Ｘを行うことができる自動車連携バックアップ装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る自動車連携バックアップ装置は、系統１０からの交流を負荷５０に供給するとともに、直流に変換して蓄電池２１に充電し、系統１０が遮断されたときに蓄電池１１からの直流を変換器２２で交流に変換して負荷５０へ供給する無停電電源装置２０と、走行用バッテリー３１を搭載する自動車３０と、着脱可能に走行用バッテリー３１を蓄電池２３と並列に接続する充放電器４０と、を備え、系統１０が遮断されたとき、且つ走行用バッテリー３１を蓄電池２３と並列に接続されたときに、走行用バッテリー３１からの直流で蓄電池２３を充電すること、及び走行用バッテリー３１からの直流を変換器２２に供給すること、の少なくとも一方を電力バックアップとして行うことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本開示は、無停電電源装置（ＵＰＳ）に関する。

電気自動車などの大容量バッテリーを搭載する電動車から、家電機器などに直流の給電を行うこと（Ｖ２Ｘ）が検討されている。このＶ２ＸとＵＰＳとを組み合わせて、系統が遮断されたときに負荷への給電時間の延長と、消費電力の大きな負荷に対しても適正な直流電力の供給を可能とすることも開示される（例えば、特許文献１を参照。）。
なお、Ｖ２Ｘとは、Ｖ２Ｌ（ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＬｏａｄ）、Ｖ２Ｈ（ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＨｏｍｅ）、Ｖ２Ｇ（ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＧｒｉｄ）、Ｖ２Ｖ（ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＶｅｈｉｃｌｅ）などの総称である。

特開２０２０－１０２９１６号公報

しかし、バックアップが必要な負荷は交流電力を要求するものもある。特許文献１のようなシステムは、出力が直流であり、交流電力の供給が必要な負荷に対してＶ２Ｘを行うことができなかった。そこで、本発明は、交流電力の供給が必要な負荷に対してＶ２Ｘを行うことができる自動車連携バックアップ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る自動車連携バックアップ装置は、充放電器で自動車の走行用バッテリーの電力をＵＰＳに供給でき、且つＵＰＳで直流を交流に変換して給電することとした。

具体的には、本発明に係る自動車連携バックアップ装置は、
系統からの交流を負荷に供給するとともに、直流に変換して蓄電池に充電し、前記系統が遮断されたときに前記蓄電池からの直流を変換器で交流に変換して前記負荷へ供給する無停電電源装置と、
走行用バッテリーを搭載する自動車と、
前記走行用バッテリーを前記蓄電池と並列に接続する充放電器と、
を備え、
任意時に、前記充放電器を介して前記走行用バッテリーを前記蓄電池と並列に接続することと、前記走行用バッテリーを前記蓄電池から切り離すことが可能であり、
前記系統が遮断されたとき、且つ前記走行用バッテリーを前記蓄電池と並列に接続されたときに、前記走行用バッテリーからの直流で前記蓄電池を充電すること、及び前記走行用バッテリーからの直流を前記変換器に供給すること、の少なくとも一方を電力バックアップとして行うことを特徴とする。

本自動車連携バックアップ装置は、交流出力のＵＰＳの蓄電池に充放電器を介して自動車の走行用バッテリーを接続する。従って、本発明は、交流電力の供給が必要な負荷に対してＶ２Ｘを行うことができる自動車連携バックアップ装置を提供することができる。

本発明は、交流電力の供給が必要な負荷に対してＶ２Ｘを行うことができる自動車連携バックアップ装置を提供することができる。

本発明に係る自動車連携バックアップ装置を説明する図である。関連する自動車連携バックアップ装置を説明する図である。本発明に係る自動車連携バックアップ装置が備える変換器を説明する図である。本発明に係る自動車連携バックアップ装置が備える放電器を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

図１は、本実施形態の自動車連携バックアップ装置を説明する図である。本自動車連携バックアップ装置は、
系統１０からの交流を負荷５０に供給するとともに、直流に変換して蓄電池２３に充電し、系統１０が遮断されたときに蓄電池２３からの直流を変換器２２で交流に変換して負荷５０へ供給する無停電電源装置２０と、
走行用バッテリー３１を搭載する自動車３０と、
着脱可能に走行用バッテリー３１を蓄電池２３と並列に接続する充放電器４０と、
を備え、
系統１０が遮断されたとき、且つ走行用バッテリー３１を蓄電池２３と並列に接続されたときに、走行用バッテリー３１からの直流で蓄電池２３を充電すること、及び走行用バッテリー３１からの直流を変換器２２に供給すること、の少なくとも一方を電力バックアップとして行うことを特徴とする。

系統１０は、例えば商用の交流電源である。系統１０の相数、電圧、及び周波数は任意である。
負荷５０は、交流電力を要求する機器である。

無停電電源装置（ＵＰＳ）２０は、整流器２１、変換器２２、蓄電池２３、切替器２４、及びバイパス経路２６を有する。バイパス経路２６に備わるＭＣＣＢは遮断機である。ここで、整流器２１、変換器２２及び蓄電池２３の３方を接続している経路を「ＤＣバス２７」と呼ぶ。ＵＰＳ２０は、外部の直流電源とＤＣバス２７と接続する接続端２８をさらに備える。接続端２８とＤＣバス２７との間には、安全用のスイッチ２５が配置される。スイッチ２５は、充放電器４０を接続する際の活線接続の回避およびＤＣバス２７の短絡等による異常時の保護協調の役割がある。但し、スイッチ２５は必須ではない。

切替器２４は、通常時にはバイパス経路２６を選択しており、系統１０の交流を直接的に負荷５０に供給する。切替器２４は、系統１０に異常が発生して停電した場合（非常時）、変換器２２側に切り替える。整流器２１は、通常時に系統１０の交流を直流に変換してＤＣバス２７を介して蓄電池２３に電力を供給する。

蓄電池２３は、通常時に整流器２１からの直流電力を蓄積しておき、非常時に蓄積した電力を放電する。また、蓄電池２３は、接続端２８に外部の直流電源が接続されたときには、外部の直流電源からも直流電力を蓄積することができる。変換器２２は、蓄電池２３が放電した直流や接続端２８から入力された外部の直流電源からの直流がＤＣバス２７を介して入力され、これを交流に変換して負荷５０へ供給する。

図１のＵＰＳ２０は常時商用給電方式であるが、ＵＰＳ２０の方式は常時ＩＮＶ給電やラインインタラクティブでもよい。

充放電器４０は、自動車３０の走行用バッテリー３１に接続できるインターフェース（例えば、ＣＨＡｄｅＭＯ）を備える。充放電器４０は、走行用バッテリー３１の直流電圧を変換器２２が要求する入力電圧に変換する。自動車３０、走行用バッテリー３１、及び充放電器４０は前記外部の直流電源である。なお、充放電器４０は、自動車３０とともに可搬できる型であってもよいし、ＵＰＳ２０内部（接続端２８とスイッチ２５との間）に配置された埋め込み型でもよい。

本自動車連携バックアップ装置は、次のような特徴がある。
本自動車連携バックアップ装置は、バックアップ電源装置において自動車３０の蓄電能力を活用してバックアップの長時間化を可能とすることができる。自動車３０の走行用バッテリー３１の電圧をＵＰＳ２０内の蓄電池２３の電圧（ＤＣバス２７の電圧）に変換する充放電器４０を介し、走行用バッテリー３１の電力をＵＰＳ２０に給電する。

ＵＰＳ２０の蓄電池２３は、非常時に拠点からＵＰＳ２０まで自動車３０で駆け付ける時間で決定すれば良いので蓄電容量を小さくできてＵＰＳ２０のコストを下げる効果がある。また、蓄電池２３の容積も小さくでき、ＵＰＳ２０の小型化と軽量化を図ることができる。自動車３０が移動手段を兼ね備えた蓄電池のため、一緒に持ち運ぶ充放電器４０は、ＵＰＳ２０の設置数より少ない台数で運用が可能である。充放電器４０の出力電力を負荷５０の電力とＵＰＳ２０内の蓄電池２３の充電電力以上にすることで、負荷５０に給電しながら蓄電池２３にも充電が可能である。

特許文献１のシステムの場合、系統と直流との絶縁が低周波トランスであり、システムが大型化する。一方、本自動車連携バックアップ装置は、整流器２１が有する高周波トランスで系統と直流とを絶縁するため、ＵＰＳ２０の小型化が可能である。
また、通常、走行用バッテリー３１と蓄電池２３とで大きな電圧差がある場合などの異常時の保護機能を別途設ける必要があるが、本自動車連携バックアップ装置は、整流器２１、変換器２２、及び充放電器４０の全てで高周波トランスを備え、絶縁されているため、異常時の保護機能を別途設ける必要がない。

次に、本自動車連携バックアップ装置が自動車３０の走行用バッテリー３１と充放電器４０を備える有利な点を説明する。
（１）接続端２８に太陽光発電装置や風力発電装置を接続する場合
ＵＰＳ２０に接続する２次電池を太陽光発電あるいは風力発電とした場合、ＵＰＳ２０内の蓄電池２３の蓄電容量が枯渇した際、日中や晴天、あるいは風量が十分でないと発電量が負荷５０の要求電力を上回らず、バックアップを維持することができない。また、太陽光パネルや風車は大型で搬送することが困難のため、ＵＰＳ毎に設置が必要となり、設備が大型となる。本自動車連携バックアップ装置の場合、天候に関わらずバックアップを行うことができ、可搬性があるため充放電器４０や走行用バッテリー３１をＵＰＳ毎に設置が不要である。
（２）充放電器がＡＣ出力である場合（従来のＶ２Ｘ装置）
図２は、従来のＶ２Ｘ装置を利用する構成を説明する図である。ＵＰＳに接続する充放電器４５をＤＣ／ＡＣタイプにした場合、ＵＰＳ２０の出力部に手動切替えスイッチ５１を追加する必要がある。このため、ＵＰＳ２０から自動車３０の走行用バッテリー３１からの電力に切替するときに瞬断が発生してしまう。系統１０が復旧した際も同様である。本自動車連携バックアップ装置の場合、手動切替えスイッチが不要で瞬断は発生しない。
（３）発動発電機の場合
本システムは、図２のシステムブロック図の充放電器４５が発動発電機に置き換わった構成である。本システムの場合、上記（２）の他に、騒音や二酸化炭素の排出量が増えて環境に悪いというデメリットもある。本自動車連携バックアップ装置の場合、手動切替えスイッチが不要で瞬断は発生しない上、バックアップ中には騒音や二酸化炭素の排出はない。

図３は、変換器２２の構造を説明する図である。変換器２２は、蓄電池２３又は走行用バッテリー３１側のＤＣ／ＤＣ回路２２ａ、及び負荷５０側のＤＣ／ＡＣ回路２２ｂを有し、ＤＣ／ＤＣ回路２２ａの出力がＤＣ／ＡＣ回路２２ｂに入力される構造である。ＤＣ／ＤＣ回路２２ａは、変換器２２に入力する直流電流に重畳する負荷５０に起因する脈動電流を低減する。

前述のように変換器２２は直流を交流に変換する。直流から交流への変換により交流周波数の２倍の周波数の脈動電流がインバータに入力される直流に重畳される。直流側が蓄電池２３のみの場合、放電電流に制限がないため脈動電流があっても問題にならないが、図１の様にＵＰＳ２０に走行用バッテリー３１を接続する場合、この脈動電流を許容できる電力供給能力を持つ充放電器４０が必要となり、充放電器４０のサイズが大型化する。適切な電力供給能力として小型化するためにはインバータで発生する脈動電流を低減する必要がある。

変換器２２は、インバータであるＤＣ／ＡＣ回路２２ｂの入力電流をＤＣ／ＤＣ回路２２ａで直流化することで脈動電流を低減する。具体的な手法としては、ＤＣ／ＤＣ回路２２ａの前段又は後段に容量の大きい平滑コンデンサ２２ｃを配置すること、及び／又は直流入力電圧２２ｅを用いてＤＣ／ＤＣ回路２２ａの脈動改善制御を行う脈動改善回路２２ｄを有すること、等が挙げられる。このように、変換器２２は、脈動電流を低減する機能を有するため、接続する充放電器４０は負荷５０の電力供給能力で良いため、サイズを小型化でき、可搬性を担保できる。

充放電器４０として、双方向のＤＣ／ＤＣコンバータを利用することができる。また、充放電器４０の代替として図４のような放電器４１も利用することができる。
図４の放電器４１は、ＤＣ／ＤＣ電力変換器であって、
少なくとも１つのスイッチング素子ＳＷを有し、直流電圧源からの入力電圧Ｖｉｎを直流のリンク電圧Ｖｌｉｎｋに昇圧し、ＵＰＳ２０に出力電圧Ｖｏｕｔを供給する絶縁型コンバータ１１１にリンク電圧Ｖｌｉｎｋを入力する昇圧回路１１０と、
入力電圧Ｖｉｎ、リンク電圧Ｖｌｉｎｋ、及び前記直流電圧源から昇圧回路１１０に入力される直流電流Ｉｉｎを検出し、出力電圧ＶｏｕｔをＵＰＳ２０が要求する電圧値（設定出力電圧）Ｖｏｒｅｆに近づける前記リンク電圧の目標値である目標リンク電圧値Ｖｒｅｆを生成し、目標リンク電圧値Ｖｒｅｆを入力電圧Ｖｉｎで除算した昇圧比αと直流電流Ｉｉｎに基づいて、検出した出力電圧Ｖｏｕｔが目標リンク電圧値Ｖｒｅｆに近づくように昇圧回路１１０のスイッチング素子ＳＷに駆動信号を供給する制御回路１２０と、
を備える。

放電器４１の入力端子Ｔ１には、自動車３０の走行用バッテリー３１が直流電源として接続される。このようなバッテリーは、電気自動車の種類や蓄電量により出力される電圧値が大きく異なる。また、充放電器４０の出力端子Ｔ３は、ＵＰＳ２０の接続端２８に接続される。出力端子Ｔ３から出力する出力電圧Ｖｏｕｔは、接続するＵＰＳ２０の仕様やＵＰＳ２０内の蓄電池２３の出力電圧により変更する必要がある。つまり、充放電器４０には、変動幅の大きな入力電圧Ｖｉｎ、且つＵＰＳ２０の要求に応じて変動幅の大きな出力電圧Ｖｏｕｔを許容することが求められる。

放電器４１は、制御回路１２０が昇圧回路１１０内のスイッチング素子ＳＷの動作を制御することで、変動幅の大きな入力電圧Ｖｉｎ、且つＵＰＳ２０の要求に応じて変動幅の大きな出力電圧Ｖｏｕｔを許容する。

昇圧回路１１０は、一般的な昇圧回路である。図１の昇圧回路は、一例であり、インダクタＬ、スイッチング素子ＳＷ、ダイオードＤ、コンデンサＣで構成される。制御回路１２０からの駆動信号により、昇圧回路１１０のスイッチング素子ＳＷがオンオフ制御される。駆動信号は、パルス幅制御、周波数制御、その他の制御方法に基づくものであってもよい。

絶縁型コンバータ１１１は、入力される直流のリンク電圧Ｖｌｉｎｋを直流の出力電圧Ｖｏｕｔに変換し、この出力電圧Ｖｏｕｔが、ＵＰＳ２０が要求する電圧値Ｖｏｒｅｆに近づくように動作する。しかし、入力電圧Ｖｉｎや設定出力電圧Ｖｏｒｅｆの範囲が広い場合、絶縁型コンバータ１１１の回路構成ないし動作によっては、ＵＰＳ２０が要求する電圧値Ｖｏｒｅｆを安定して出力することが難しい場合がある。放電器４１は、絶縁型コンバータ１１１に入力される直流のリンク電圧Ｖｌｉｎｋを昇圧回路１１０で制御する。このことにより、絶縁型コンバータ１１１は、入力電圧Ｖｉｎや設定出力電圧Ｖｏｒｅｆの範囲が広い場合であっても、回路構成ないし動作の制限無く、最適な動作を実現することができる。なお、「最適な動作」とは次を意味する。
絶縁型コンバータには、入力される入力電圧（図１の場合、リンク電圧Ｖｌｉｎｋ）と出力する出力電圧により変換効率が変動する。この変換効率が高くなる入力電圧と出力電圧で動作させることを「最適な動作」という。

制御回路１２０には、入力電圧Ｖｉｎ、入力電流Ｉｉｎ及びリンク電圧Ｖｌｉｎｋについてのそれぞれ検出値が入力される。なお、入力電流Ｉｉｎを検出する箇所は、リンク端子Ｔ２より入力端子Ｔ１側であれば図１に示した場所に限らない。また、入力電圧Ｖｉｎ、入力電流Ｉｉｎ及びリンク電圧Ｖｌｉｎｋの検出値は、検出値そのものではなく、例えば検出した値に係数を乗算等した演算値であってもよい。
以下に制御回路１２０の動作について説明する。

制御回路１２０は、
リンク電圧演算部１２１、昇圧比演算部１２２、リンク電圧可変制御部１２３、入力電流安定化制御部１２４、及びパルス生成部１２５を有しており、
リンク電圧演算部１２１は、少なくとも誤差演算係数αを用いてリンク電圧Ｖｌｉｎｋが目標リンク電圧値Ｖｒｅｆに近づく制御信号Ｓｉｇ１を生成すること、
昇圧比演算部１２２は、目標リンク電圧値Ｖｒｅｆを入力電圧Ｖｉｎで除算して昇圧比αを演算し、昇圧比αを誤差演算係数とすること、
リンク電圧可変制御部１２３は、絶縁型コンバータ１１１の変換率及びＵＰＳ２０が要求する電圧値Ｖｏｒｅｆから目標リンク電圧値Ｖｒｅｆを生成すること、
入力電流安定化制御部１２４は、所定の関数ｆ（Ｉｉｎ）に入力電流Ｉｉｎの値を入力して電流安定化係数βを算出し、誤差演算係数αと電流安定化係数βとの乗算値を用いて入力電流Ｉｉｎの値が制御信号Ｓｉｇ１の値に近づく操作量Ｓｉｇ２を生成すること、及び
パルス生成部１２５は、操作量Ｓｉｇ２から前記駆動信号を生成すること、
を特徴とする。

つまり、従来のＤＣ／ＤＣ電力変換器に対し、本実施形態の放電器４１は、昇圧比演算部１２２、リンク電圧可変制御部１２３、及び入力電流安定化制御部１２４を新たに有している。

（ｉ）リンク電圧演算部１２１
リンク電圧演算部１２１は、昇圧回路１１０の出力電圧であるリンク電圧Ｖｌｉｎｋの検出値が目標リンク電圧値Ｖｒｅｆに近づくようにフィードバック制御する。リンク電圧Ｖｌｉｎｋは、ＵＰＳ２０が要求する電圧値Ｖｏｒｅｆに幅があるため、それに応じて可変対応できる必要がある。つまり、絶縁型コンバータ１１１の回路構成や動作に関わらず、絶縁型コンバータ１１１に入力される直流のリンク電圧Ｖｌｉｎｋを、昇圧回路１１０によって、絶縁型コンバータ１１１にとって最適に動作させるように制御する。

リンク電圧演算部１２１は、フィードバック機能部である。

一例として、図４では、リンク電圧演算部１２１は、ゲイン演算回路１２１ｂで所定ゲインＫ１、Ｋ２、Ｋ３にそれぞれαを乗算してゲインＫｐ１、Ｋｉ１、Ｋｄ１を求め、リンク電圧誤差演算回路１２１ａでリンク電圧Ｖｌｉｎｋと目標リンク電圧値Ｖｒｅｆとの差分及びゲインＫｐ１、Ｋｉ１、Ｋｄ１を用いてＰＩＤ制御を行い、制御信号Ｓｉｇ１を生成している。リンク電圧演算部１２１は、誤差演算係数αをフィードバック制御に用いるため、入力電圧Ｖｉｎが大きく変動してもそれに追従してゲインを変更できる。つまり、本実施形態の放電器４１は、変動幅の大きな入力電圧Ｖｉｎを許容することができる。

なお、リンク電圧演算部１２１は、従来のＤＣ／ＤＣ電力変換器のリンク電圧誤差演算部と異なり、リンク電圧Ｖｌｉｎｋを検出して目標リンク電圧値Ｖｒｅｆとの差分から制御信号Ｓｉｇ１を生成し、これを後述する入力電流安定化制御部１２４に入力している。つまり、リンク電圧演算部１２１は、入力電流Ｉｉｎが目標電流値に近づくような制御信号Ｓｉｇ１を出力する必要があり、その制御信号Ｓｉｇ１となるようにゲイン演算回路１２１ｂの誤差演算ゲインを設定している。

（ｉｉ）昇圧比演算部１２２
昇圧比演算部１２２は、入力電圧Ｖｉｎを検出し、目標リンク電圧値Ｖｒｅｆとの比率である誤差演算係数αを計算する。つまり
α＝Ｖｒｅｆ／Ｖｉｎ
である。
入力電圧Ｖｉｎは、昇圧回路１１０の入力端子Ｔ１に接続される走行用バッテリー３１によって異なり、さらにバッテリー状態によって変動（放電すれば電圧が下がる）する。誤差演算係数αは、入力電圧Ｖｉｎが高ければ小さな値となり、入力電圧Ｖｉｎが下がれば大きな値となる。つまり、本実施形態の放電器４１は、入力電圧Ｖｉｎにより昇圧回路１１０の昇圧比を可変することができる。

（ｉｉｉ）リンク電圧可変制御部１２３
放電器４１は、絶縁型コンバータ１１１をＵＰＳ２０側に備える。上述の通り、絶縁型コンバータ１１１の回路構成や動作によっては、ＵＰＳ２０が要求するすべての電圧値Ｖｏｒｅｆに対応しきれない場合がある。そこで、放電器４１は、絶縁型コンバータ１１１に入力される直流のリンク電圧Ｖｌｉｎｋを、昇圧回路１１０によって、絶縁型コンバータ１１１が対応可能な値になるよう制御することにより、絶縁型コンバータ１１１の回路構成や動作に制限を与えることなく、入力電圧や出力電圧の範囲が広い場合であっても、適切な制御を実現することができる。

そこで、放電器４１は、ＵＰＳ２０が要求する電圧値Ｖｏｒｅｆで絶縁型コンバータ１１１が最適に動作できるように、ＵＰＳ２０が要求する電圧値Ｖｏｒｅｆに応じて昇圧回路１１０が出力するリンク電圧Ｖｌｉｎｋを変化させる制御を行う。なお、例えば、電圧値Ｖｏｒｅｆは、放電器４１を接続端２８に接続した時にＵＰＳ２０から通知される。

当該制御はリンク電圧可変制御部１２３が目標リンク電圧値Ｖｒｅｆを生成することで実現される。リンク電圧可変制御部１２３は次の計算を行って目標リンク電圧値Ｖｒｅｆを生成する。
ＵＰＳ２０が要求する出力電圧の最小値から最大値に応じたリンク電圧の最小値から最大値の間においては、所定の絶縁型コンバータ１１１の変換率（リンク電圧／出力電圧）を用いて目標リンク電圧値Ｖｒｅｆを求めることができる。例えば、Ｖｌｉｎｋ_ｍｉｎを最小リンク電圧、Ｖｏｒｅｆ_ｍｉｎを最小設定出力電圧、ＶｏｒｅｆをＵＰＳ２０が要求する電圧値（設定出力電圧）とした場合は、以下となる。
Ｖｒｅｆ
＝Ｖｌｉｎｋ_ｍｉｎ／Ｖｏｒｅｆ_ｍｉｎ×Ｖｏｒｅｆ
“Ｖｌｉｎｋ_ｍｉｎ／Ｖｏｒｅｆ_ｍｉｎ”が、本例の絶縁型コンバータ１１１の変換率である。

ここで、最小設定出力電圧とは、ＵＰＳ２０が要求する出力電圧値の中で最小の電圧値であり、最小リンク電圧とは、最小設定出力電圧値のときに絶縁型コンバータ１１１に入力するリンク電圧の最小値のことである。同様に、最大リンク電圧とは、最大設定出力電圧値のときに絶縁型コンバータ１１１に入力するリンク電圧の最大値のことであり、最大設定出力電圧とは、ＵＰＳ２０が要求する出力電圧値の中で最大の電圧値のことである。なお、絶縁型コンバータの変換率（リンク電圧／出力電圧）は、上記の例では、最小値を用いているが、最小リンク電圧から最大リンク電圧の間における、所定の設定出力電圧及びこれに対応するリンク電圧から求めることできる。なお、最小リンク電圧と最小設定出力電圧は、放電器４１の仕様で予め定められた値である。

放電器４１は、ＵＰＳ２０に応じて出力電圧Ｖｏｕｔを変更することを、リンク電圧誤差演算部１２１で基準となる目標リンク電圧値Ｖｒｅｆを変更することで実現する。つまり、本実施形態の放電器４１は、ＵＰＳ２０に接続した時の変動幅の大きな出力電圧Ｖｏｕｔを許容することができる。

（ｉｖ）入力電流安定化制御部１２４
昇圧回路１１０の出力であるリンク電圧Ｖｌｉｎｋの応答を高速化するため、リンク電圧演算部１２１のゲイン演算回路１２１ｂによって得られるゲインを上げると、入力電流Ｉｉｎの変動も大きくなり動作が不安定となる。一方、リンク電圧ゲイン演算回路１２１ｂによって得られるゲインを下げ、入力電流Ｉｉｎおよびリンク電圧Ｖｌｉｎｋを安定化させようとすると、リンク電圧Ｖｌｉｎｋの応答が遅くなり、ＵＰＳ２０の要求に対応ができなくなる。

そこで、本実施形態の放電器４１は、リンク電圧Ｖｌｉｎｋの応答の高速化と入力電流Ｉｉｎおよびリンク電圧Ｖｌｉｎｋの安定化を両立するために、検出した入力電流Ｉｉｎを利用してリンク電圧誤差演算部１２１の制御信号Ｓｉｇ１の変動を入力電流安定化制御部１２４で緩衝することとした。

入力電流安定化制御部１２４は、入力電流Ｉｉｎ、制御信号Ｓｉｇ１及び昇圧比演算部１２２によって演算された誤差演算係数αが入力され、入力電流Ｉｉｎ、及び補正関数１２４ｃで演算した電流安定化係数βを用いて、パルス生成部１２５へ入力する操作量Ｓｉｇ２を生成する。一例として、図１では、入力電流安定化制御部１２４は、入力電流安定化誤差演算回路１２４ａ、ゲイン演算回路１２４ｂ、及び補正関数１２４ｃを有する。ゲイン演算回路１２４ｂは、所定のゲインＫ４、Ｋ５、Ｋ６、昇圧比演算部１２２が算出した誤差演算係数α及び補正関数１２４ｃで計算した電流安定化係数βを乗算したゲインＫｐ２、Ｋｉ２、Ｋｄ２を求める。入力電流安定化誤差演算回路１２４ａは、制御信号Ｓｉｇ１と入力電流Ｉｉｎとの差分及びゲインＫｐ２、Ｋｉ２、Ｋｄ２を用いてＰＩＤ制御を行い、操作量Ｓｉｇ２を生成する。補正関数１２４ｃは、入力電流Ｉｉｎの関数ｆ（Ｉｉｎ）である。例えば、
ｆ（Ｉｉｎ）＝１／（Ｉｉｎ）^２
である。

入力電流安定化制御部１２４は、誤差演算係数αとともに電流安定化係数βをフィードバック制御に用いるため、入力電圧Ｖｉｎや入力電流Ｉｉｎが大きく変動してもそれに追従してゲインを変更できる。つまり、本実施形態の放電器４１は、リンク電圧Ｖｌｉｎｋの応答の高速化と入力電流Ｉｉｎおよびリンク電圧Ｖｌｉｎｋの安定化を両立することができる。

（ｖ）パルス生成部１２５
入力電流安定化制御部１２４が出力する操作量Ｓｉｇ２に基づき、昇圧回路１１０内のスイッチング素子ＳＷの駆動信号を生成する。

充放電器４０は、走行用バッテリー３１の残量を把握し、前記残量が閾値を下回ったときに前記電力バックアップを停止する機能を備えていてもよい。例えば、自動車３０は走行用バッテリー３１の残量を把握する手段を有しており、制御回路１２０は、自動車３０との通信で当該残量を把握することができる。また、制御回路１２０は、走行用バッテリー３１の電圧をモニタしており、当該電圧から走行用バッテリー３１の残量を把握してもよい。制御回路１２０は、自動車３０が拠点へ戻れる分の電池容量を計算して絶縁型コンバータ１１１の動作を停止し、出力端子Ｔ３からの出力をＯＦＦする。自動車３０が拠点へ戻る途中で電欠による走行不能に陥ることを防止できる。

（他の実施形態）
本実施形態では、ＵＰＳ２０の出力容量が充放電器４０の出力容量より大きく、充放電器４０（走行用バッテリー３１）の電力だけでは負荷５０に十分な電力を供給できない場合を説明する。
この場合、本自動車連携バックアップ装置は、前記電力バックアップとして、充放電器４０を定電力制御で動作させ、走行用バッテリー３１からの直流と蓄電池２３からの直流とを協調させて変換器２２に供給することをさらに行うことを特徴とする。

ここで、例えば、作業者などにより、充放電器４０の出力電圧を蓄電池２３の電圧より高くしておく。初期段階として、充放電器４０（走行用バッテリー３１）から電流が変換器２２に供給される。しかし、ＵＰＳ２０の出力容量が充放電器４０の出力容量より大きい場合、充放電器４０が定電力制御で動作することになり、垂下特性により充放電器４０の出力電圧が下がる。そして、充放電器４０の出力電圧が蓄電池２３の電圧と同じになると、充放電器４０は設定された定電力で給電し、残りの電力を蓄電池２３が給電する状態で安定する。蓄電池２３と充放電器４０とが直流を並列に変換器２２に給電するので、電力バックアップの延長が可能となる。

１０：系統
２０：ＵＰＳ
２１：整流器
２２：変換器
２２ａ：ＤＣ／ＤＣ回路
２２ｂ：ＤＣ／ＡＣ回路
２２ｃ：平滑コンデンサ
２２ｄ：脈動改善回路
２２ｅ：直流入力電圧
２３：蓄電池
２４：切替器
２５：スイッチ
２６：バイパス経路
２７：ＤＣバス
２８：接続端
３０：自動車
３１：走行用バッテリー
４０：充放電器
４５：充放電器
５０：負荷
５１：手動切替えスイッチ
１１０：昇圧回路
１１１：絶縁型コンバータ
１２０：制御回路
１２１：リンク電圧演算部
１２１ａ：リンク電圧誤差演算回路
１２１ｂ：リンク電圧ゲイン演算回路
１２２：昇圧比演算部
１２３：リンク電圧可変制御部
１２４：入力電流安定化制御部
１２４ａ：入力電流安定化誤差演算回路
１２４ｂ：入力電流安定化ゲイン演算回路
１２４ｃ：補正関数
１２５：パルス生成部

Claims

系統からの交流を負荷に供給するとともに、直流に変換して蓄電池に充電し、前記系統が遮断されたときに前記蓄電池からの直流を変換器で交流に変換して前記負荷へ供給する無停電電源装置と、
走行用バッテリーを搭載する自動車と、
前記系統の交流から変換されて前記蓄電池を充電する直流、及び前記変換器へ供給される、前記蓄電池が放電した直流が流れるＤＣバスに、前記走行用バッテリーの電圧を前記蓄電池の電圧に変換して前記走行用バッテリーを接続する充放電器と、
を備え、
前記充放電器は、前記自動車とともに持ち運び可能であり、
任意時に、前記充放電器を介して前記走行用バッテリーを前記蓄電池と並列に接続することと、前記走行用バッテリーを前記蓄電池から切り離すことが可能であり、
前記系統が遮断されたとき、且つ前記走行用バッテリーを前記蓄電池と並列に接続されたときに、前記走行用バッテリーからの直流で前記蓄電池を充電すること、及び前記走行用バッテリーからの直流を前記変換器に供給すること、の少なくとも一方を電力バックアップとして行うことを特徴とする自動車連携バックアップ装置。
前記変換器は、前記蓄電池又は前記走行用バッテリー側のＤＣ／ＤＣ回路、及び前記負荷側のＤＣ／ＡＣ回路を有し、前記ＤＣ／ＤＣ回路の出力が前記ＤＣ／ＡＣ回路に入力される構造であり、
前記ＤＣ／ＤＣ回路は、前記変換器に入力する直流電流に重畳する前記負荷に起因する脈動電流を低減することを特徴とする請求項１に記載の自動車連携バックアップ装置。
前記充放電器は、前記走行用バッテリーの残量を把握し、前記残量が閾値を下回ったときに前記電力バックアップを停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車連携バックアップ装置。
前記電力バックアップとして、前記充放電器を定電力制御で動作させ、前記走行用バッテリーからの直流と前記蓄電池からの直流とを協調させて前記変換器に供給することをさらに行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の自動車連携バックアップ装置。