JPH06327171A - Electric-power storage apparatus - Google Patents

Electric-power storage apparatus

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JPH06327171A
JPH06327171A JP5108050A JP10805093A JPH06327171A JP H06327171 A JPH06327171 A JP H06327171A JP 5108050 A JP5108050 A JP 5108050A JP 10805093 A JP10805093 A JP 10805093A JP H06327171 A JPH06327171 A JP H06327171A
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JP
Japan
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current
capacitor
superconducting coil
voltage drop
chopper circuit
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JP5108050A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Yoneda
修 米田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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Abstract

PURPOSE:To increase the amount of a persistent current by a method wherein a voltage-drop element is installed in a route reaching a capacitor from a power supply, a voltage drop is caused here, a current from the capacitor is added to the current of a battery and a superconducting coil is charged. CONSTITUTION:When switches S1, S2 in a chopper circuit 16 are turned on, a current flows in a route from the switch S1 through a superconducting coil 18 up to the switch S2, and the coil 18 is charged. At this time, since a prescribed voltage drop is caused in a voltage-drop element 20, the potential on the power-supply side of a capacitor 14 becomes higher than the potential on the downstream side of the voltage-drop element 20, and the capacitor 14 is discharged. Consequently, its discharge current is added to the charging current of the coil 18. Then, when the switch S1 or S2 is turned off, the coil 18 is separated from a battery 10, a current flowing to the voltage-drop element 20 is reduced, and the capacitor 14 is charged by a current from the battery 10 until it becomes the same voltage.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電力を超電導コイルに
貯蔵する電力貯蔵装置、特に超電導コイルに流れる永久
電流量の増加に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power storage device for storing power in a superconducting coil, and more particularly to an increase in the amount of permanent current flowing in the superconducting coil.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、エネルギー貯蔵装置として、
超電導コイルの利用が研究されている。すなわち、超電
導コイルは、電気抵抗が0であるため、ここに永久電流
を流している間には、エネルギーの損失がない。また、
電気抵抗が0であるため、電線自体は細くてよく、大電
流を流しても装置を大型化しなくてよい。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an energy storage device,
The use of superconducting coils has been studied. That is, since the superconducting coil has an electric resistance of 0, there is no energy loss while a permanent current is flowing through it. Also,
Since the electric resistance is 0, the electric wire itself may be thin, and it is not necessary to upsize the device even when a large current is applied.

【0003】そこで、この超電導コイルをエネルギー貯
蔵装置に利用することが考えられている。例えば、特開
昭63−80730号公報には、出力の変動に弱い燃料
バッテリにより大きな出力変動に対応するため、超電導
コイルを利用することが示されている。
Therefore, it is considered to use this superconducting coil in an energy storage device. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-80730 discloses that a superconducting coil is used in order to cope with a large output fluctuation by a fuel battery that is weak against the output fluctuation.

【0004】この例では、電源から負荷に対し、電力を
供給するが、この負荷に対し並列して超電導コイルを含
む電力貯蔵部を接続する。この電力貯蔵部は、チョッパ
回路と超電導コイルからなっている。そこで、負荷の消
費電力が大きく変化した時に、チョッパ回路を動作さ
せ、超電導コイルに所定量の電流を出入りさせて、負荷
側の消費電力の変化を鈍らせている。このようにして、
出力変動に弱い燃料バッテリを大きな出力変動の負荷に
適応できるようにしている。
In this example, electric power is supplied from a power source to a load, and an electric power storage unit including a superconducting coil is connected in parallel to the load. This power storage unit includes a chopper circuit and a superconducting coil. Therefore, when the power consumption of the load changes significantly, the chopper circuit is operated to allow a predetermined amount of current to flow in and out of the superconducting coil, thereby slowing down the change in the power consumption on the load side. In this way
The fuel battery, which is vulnerable to output fluctuations, can be adapted to a load with large output fluctuations.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このような超電導コイ
ルを利用した電力貯蔵装置では、電力貯蔵量は超電導コ
イルに流れる永久電流量である。このため、電力貯蔵装
置からの電力供給量を大きくするためには、超電導コイ
ルにおける永久電流量を大きくしなければならない。そ
こで、永久電流量をなるべく大きくしたいという要求が
ある。ところが、一般的に電源の電流供給能力には、上
限がある。特に、バッテリ電源では、その内部抵抗がか
なり大きいため、最大出力電流があまり大きくない。そ
こで、超電導コイルに流れる永久電流を大きくできない
という問題点があった。
In the power storage device using such a superconducting coil, the power storage amount is the amount of permanent current flowing in the superconducting coil. Therefore, in order to increase the amount of power supplied from the power storage device, the amount of permanent current in the superconducting coil must be increased. Therefore, there is a demand for increasing the amount of permanent current as much as possible. However, there is generally an upper limit to the current supply capability of the power supply. Particularly, in a battery power supply, the maximum output current is not so large because its internal resistance is quite large. Therefore, there is a problem that the permanent current flowing through the superconducting coil cannot be increased.

【0006】また、電力貯蔵装置の電流の出入りはチョ
ッパ回路のチョップ制御によって行われ、このチョップ
制御により放電電流には、脈動が生じる。そして、これ
を抑制するためには、チョップ周波数を大きくするか、
コンデンサによって平滑することが考えれる。しかし、
素子のスイッチングはそれほど早くできないためチョッ
プ周波数はそれほど大きくできない。一方、コンデンサ
によって十分な平滑を行おうとすると、コンデンサの容
量が非常に大きくなり、装置が大形化するという問題点
があった。
Further, the input / output of the electric current of the power storage device is performed by the chop control of the chopper circuit, and the chopping control causes the discharge current to pulsate. And to suppress this, increase the chop frequency or
It may be possible to smooth it with a capacitor. But,
Since the switching of the device cannot be performed so fast, the chop frequency cannot be increased so much. On the other hand, if a capacitor is used to perform sufficient smoothing, the capacity of the capacitor becomes very large, and the size of the device becomes large.

【0007】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、永久電流量を大きくでき、また脈動を小さく抑制
することができる電力貯蔵装置を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electric power storage device capable of increasing the amount of permanent current and suppressing pulsation.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係る電力貯蔵装
置は、一端が電源の一端に接続された電圧降下素子と、
一端が電圧降下素子の他端に接続され他端が電源の他端
に接続されたコンデンサと、このコンデンサに並列接続
され、内蔵されたスイッチングの素子のスイッチングに
より電流の流通を制御するチョッパ回路と、このチョッ
パ回路によって制御された電流を受け入れる超電導コイ
ルと、を備え、チョッパ回路のスイッチング素子のスイ
ッチングにより、電圧降下素子を介し供給される電流に
よってコンデンサを充放電させて超電導コイルの貯蔵電
流を増加させることを特徴とする。
A power storage device according to the present invention includes a voltage drop element having one end connected to one end of a power supply,
A capacitor whose one end is connected to the other end of the voltage drop element and whose other end is connected to the other end of the power supply; and a chopper circuit that is connected in parallel to this capacitor and controls the flow of current by switching the built-in switching element. , A superconducting coil that receives a current controlled by this chopper circuit, and by switching the switching element of the chopper circuit, the current supplied through the voltage drop element charges and discharges the capacitor to increase the storage current of the superconducting coil. It is characterized by

【0009】また、一端が電源の一端に接続された電圧
降下素子と、一端が電圧降下素子の他端に接続され他端
が電源の他端に接続されたコンデンサと、このコンデン
サに並列接続され、内蔵されたスイッチングの素子のス
イッチングにより電流の流通を制御するチョッパ回路
と、このチョッパ回路によって制御された電流を受け入
れる超電導コイルと、チョッパ回路から電源の他端に至
る経路に挿入配置されたトランジスタと、を備え、チョ
ッパ回路のスイッチング素子のスイッチングにより、電
圧降下素子を介し供給される電流によってコンデンサを
充放電させて超電導コイルの貯蔵電流を増加させること
を特徴とする。
A voltage drop element having one end connected to one end of the power source, a capacitor having one end connected to the other end of the voltage drop element and the other end connected to the other end of the power source, and the capacitor connected in parallel to the capacitor. , A chopper circuit that controls the flow of current by switching the built-in switching element, a superconducting coil that receives the current controlled by this chopper circuit, and a transistor that is inserted and arranged in the path from the chopper circuit to the other end of the power supply. And, by switching the switching element of the chopper circuit, the storage current of the superconducting coil is increased by charging and discharging the capacitor with the current supplied through the voltage drop element.

【0010】[0010]

【作用】本発明では、チョッパ回路の制御によって、超
電導コイルに対する充電を行うが、チョッパ回路によっ
て超電導コイルを電源と切り離した状態で、コンデンサ
に対する充電が行われる。そして、電圧降下素子が電源
とコンデンサの間に設けているため、ここに電流が流れ
る際に電圧降下が生じる。そこで、チョッパ回路によっ
て、超電導コイルと電源を接続した状態で、電源からの
電流にコンデンサからの電流を付加して、超電導コイル
の充電が行える。このため、電源の最大通電電流を越え
た電流を超電導コイルに流すことができ、効果的な電力
貯蔵を行うことができる。
In the present invention, the superconducting coil is charged by the control of the chopper circuit, but the capacitor is charged with the superconducting coil disconnected from the power supply by the chopper circuit. Since the voltage drop element is provided between the power supply and the capacitor, a voltage drop occurs when a current flows there. Therefore, the chopper circuit can charge the superconducting coil by adding the current from the capacitor to the current from the power source while the superconducting coil and the power source are connected. Therefore, a current exceeding the maximum energization current of the power source can be passed through the superconducting coil, and effective power storage can be performed.

【0011】さらに、電源とコンデンサとの電流経路に
トランジスタを配置することによって、所定量以上の電
流に対する電圧降下を選択的に大きくすることができ、
コンデンサによる脈動抑制を効果的に行うことができ
る。
Further, by disposing the transistor in the current path between the power source and the capacitor, it is possible to selectively increase the voltage drop with respect to the current of a predetermined amount or more,
Pulsation can be effectively suppressed by the condenser.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】実施例1 図1は、実施例の全体構成を示す回路図であり、バッテ
リ10には、モータ12が接続されており、バッテリ1
0からの電力によってモータ12が駆動される。一方、
バッテリ10には、コンデンサ14、チョッパ回路16
を介し、超電導コイル18が接続されている。そして、
チョッパ回路16の制御によって、超電導コイル18を
バッテリ10に接続し超電導コイルに電流を供給したり
ここから電流を放出したりする状態と、超電導コイル1
8をバッテリから切り離し電力を貯蔵する状態とに切り
換える。また、スイッチS1、S2のオンオフは、制御
部22によって制御される。
First Embodiment FIG. 1 is a circuit diagram showing the overall configuration of the first embodiment, in which a motor 12 is connected to a battery 10 and the battery 1
The electric power from 0 drives the motor 12. on the other hand,
The battery 10 includes a capacitor 14 and a chopper circuit 16
The superconducting coil 18 is connected via. And
Under the control of the chopper circuit 16, the state in which the superconducting coil 18 is connected to the battery 10 to supply the electric current to the superconducting coil or discharge the electric current from the superconducting coil 18 and the superconducting coil 1
8 is disconnected from the battery and switched to a state for storing electric power. The control unit 22 controls on / off of the switches S1 and S2.

【0014】このために、チョッパ回路16はアース側
から電源電位側に電流を流すダイオードD1〜D4を有
しており、ダイオードD1、D2と、ダイオードD3、
D4がそれぞれ直列接続されており、ダイオードD1お
よびダイオードD4と並列にスイッチS1およびスイッ
チS2が配置されている。そして、ダイオードD1、D
2の接続部およびダイオードD3、D3の接続部に超電
導コイル18の両端がそれぞれ接続されている。
To this end, the chopper circuit 16 has diodes D1 to D4 for flowing a current from the ground side to the power supply potential side, and the diodes D1 and D2 and the diode D3,
D4 are respectively connected in series, and a switch S1 and a switch S2 are arranged in parallel with the diode D1 and the diode D4. And the diodes D1 and D
Both ends of the superconducting coil 18 are connected to the connection portion of No. 2 and the connection portion of the diodes D3 and D3, respectively.

【0015】本実施例では、バッテリ10とコンデンサ
14の電源電位側の導通路に電圧降下素子20が配置さ
れている。このため、ここに電流が流れた場合に電圧降
下が生じる。そして、超電導コイル18に充電する場合
には、スイッチS1、S2をオンする。これによって、
スイッチS1→超伝導コイル18→スイッチS2という
経路で電流が流れ、超電導コイル18が充電される。そ
して、この際に電圧降下素子20において、所定の電圧
降下が生じる。このため、コンデンサ14の電源側電位
の方が電圧降下素子20の下流側電位より高くなり、コ
ンデンサ14からの放電が起こる。そこで、この放電電
流が超電導コイル18の充電電流に加算される。また、
スイッチS1またはS2をオフすれば、超電導コイル1
8は切り離され、電圧降下素子20に流れる電流が減少
し、バッテリ10からの電流によってコンデンサ14が
同電圧になるまで充電される。従って、スイッチS1
(またはS2)をオンした状態でスイッチS2(または
S1)のオンオフを繰り返すことにより、バッテリ10
からの電流およびコンデンサ14からの電流による超電
導コイル18の充電、コンデンサ14の充電が繰り返し
行われることになる。そして、超電導コイル18の充電
電流は、バッテリ10およびコンデンサ14の放電電流
の加算されたものであり、バッテリ10の最大電流(定
格電流)より大きな電流を超電導コイル18に供給する
ことができる。
In this embodiment, the voltage drop element 20 is arranged in the conduction path on the power supply potential side of the battery 10 and the capacitor 14. Therefore, when a current flows there, a voltage drop occurs. Then, when charging the superconducting coil 18, the switches S1 and S2 are turned on. by this,
A current flows through the path of switch S1 → superconducting coil 18 → switch S2, and superconducting coil 18 is charged. Then, at this time, a predetermined voltage drop occurs in the voltage drop element 20. Therefore, the potential of the capacitor 14 on the power supply side becomes higher than the potential on the downstream side of the voltage drop element 20, and the capacitor 14 is discharged. Therefore, this discharge current is added to the charging current of the superconducting coil 18. Also,
If the switch S1 or S2 is turned off, the superconducting coil 1
8 is disconnected, the current flowing through the voltage drop element 20 decreases, and the capacitor 14 is charged by the current from the battery 10 until the same voltage is reached. Therefore, the switch S1
(Or S2) is turned on, the switch S2 (or S1) is repeatedly turned on and off, so that the battery 10
The charging of the superconducting coil 18 and the charging of the capacitor 14 with the current from the capacitor 14 and the current from the capacitor 14 are repeated. The charging current of superconducting coil 18 is the sum of the discharging currents of battery 10 and capacitor 14, and a current larger than the maximum current (rated current) of battery 10 can be supplied to superconducting coil 18.

【0016】すなわち、図2に示すように、最初はスイ
ッチS1、S2をオンした状態で、超電導コイル18に
電流を供給する。この際の傾きは、超電導コイル18の
両端電圧を超電導コイル18のリアクタンスで除算した
大きさになる。そして、超電導コイル18における電流
量がバッテリ10の定格電流に至った場合には、超電導
コイル18に流れる電流が一定になる。
That is, as shown in FIG. 2, initially, the switches S1 and S2 are turned on to supply a current to the superconducting coil 18. The inclination at this time is a magnitude obtained by dividing the voltage across the superconducting coil 18 by the reactance of the superconducting coil 18. Then, when the amount of current in the superconducting coil 18 reaches the rated current of the battery 10, the current flowing in the superconducting coil 18 becomes constant.

【0017】このスイッチS1(またはS2)をオンし
た状態で、スイッチS2(またはS1)をデューティ比
50%でオンオフすると、上述のように、バッテリ10
からの電流とコンデンサ14からの電流により超電導コ
イル18の永久電流はさらに上昇する。この際、バッテ
リ10の電流は超電導コイル18に流れる電流のほぼ1
/2であり、この電流が定格電流になるまで、超電導コ
イル18に流れる電流を上昇できる。このため、この例
では、超電導コイル18に流れる電流をバッテリ10の
定格電流の2倍程度にまで上昇することができる。
When the switch S2 (or S1) is turned on / off at a duty ratio of 50% while the switch S1 (or S2) is turned on, the battery 10 is charged as described above.
The permanent current of the superconducting coil 18 is further increased by the current from the capacitor 14 and the current from the capacitor 14. At this time, the current of the battery 10 is almost 1 of the current flowing through the superconducting coil 18.
/ 2, and the current flowing through the superconducting coil 18 can be increased until this current reaches the rated current. Therefore, in this example, the current flowing through the superconducting coil 18 can be increased to about twice the rated current of the battery 10.

【0018】このように、本実施例では、バッテリ10
に通電可能な電流より大きな電流で超電導コイル18に
通電が可能であり、ここに大きなエネルギーを貯蔵する
ことができる。ここで、超電導コイル18の貯蔵エネル
ギーは、超電導コイル18のリアクタンスをL、ここに
流れる電流をIとした場合、LI2 /2である。なお、
スイッチングの際のデューティ比を小さくすれば、永久
電流の量をさらに上昇できる。また、デューティ比を当
初大きく、その後徐々に小さく変更することも好適であ
る。
Thus, in this embodiment, the battery 10
The superconducting coil 18 can be energized with a current larger than the current that can be energized, and a large amount of energy can be stored therein. Here, the stored energy of the superconducting coil 18, when the reactance of the superconducting coil 18 L, the current flowing here was I, a LI 2/2. In addition,
By reducing the duty ratio during switching, the amount of permanent current can be further increased. It is also preferable that the duty ratio is initially increased and then gradually decreased.

【0019】次に、超電導コイル18から放電する場合
には、スイッチS1、S2の両方をオフする。これによ
って超電導コイル18の両端がダイオードD2、D3を
介し、負荷12に接続されることになり、超電導コイル
18からの電流によって負荷12を駆動することができ
る。
Next, when discharging from the superconducting coil 18, both the switches S1 and S2 are turned off. As a result, both ends of the superconducting coil 18 are connected to the load 12 via the diodes D2 and D3, and the load 12 can be driven by the current from the superconducting coil 18.

【0020】ここで、スイッチS1、S2の両方をオフ
すると、超電導コイル18の電流が負荷12に流れるこ
とになるが、この電流量を調整するために、チョッパ回
路16におけるスイッチS1(またはS2)をオンオフ
する。これによって、負荷12に供給する電流量を調整
することができる。ここで、本実施例では、電圧降下素
子22が電流経路に配置されている。そこで、負荷12
に電流が流れる際に、ここで電圧降下が生じる。このた
め、スイッチS1のオンオフに応じてコンデンサ14が
充電放電を繰り返し、負荷12の電流における脈動を小
さくすることができる。そこで、負荷12、例えばモー
タの駆動による騒音の発生を小さくすることができる。
Here, when both the switches S1 and S2 are turned off, the current of the superconducting coil 18 flows into the load 12. In order to adjust the amount of this current, the switch S1 (or S2) in the chopper circuit 16 is adjusted. Turn on and off. Thereby, the amount of current supplied to the load 12 can be adjusted. Here, in this embodiment, the voltage drop element 22 is arranged in the current path. Therefore, the load 12
A voltage drop occurs here when a current flows through. Therefore, the capacitor 14 repeats charging / discharging according to ON / OFF of the switch S1, and pulsation in the current of the load 12 can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the generation of noise caused by driving the load 12, for example, the motor.

【0021】すなわち、電圧降下素子20がない場合に
は、超電導コイル18からの電流がそのまま負荷12に
供給されることになる。このため、この電流をスイッチ
S1(またはS2)のスイッチングにより制御すると、
負荷12に流れる電流は、0と所定の電流値を繰り返す
パルス状のものになり、このパルス電流による負荷12
の駆動によって、大きな騒音が発生することになる。
That is, when the voltage drop element 20 is not provided, the current from the superconducting coil 18 is directly supplied to the load 12. Therefore, if this current is controlled by switching the switch S1 (or S2),
The current flowing through the load 12 is in the form of a pulse that repeats 0 and a predetermined current value.
Driving causes a large amount of noise.

【0022】このように、電圧降下素子20としてイン
ダクタンスを利用することにより、放電時の脈動を減少
し、効果的な放電を行うことができる。このように、負
荷12に対する電流供給を平準化できるため、バッテリ
10と超電導コイル18からの電流供給の分担をマップ
等で割り振るのが比較的容易になる。
As described above, by utilizing the inductance as the voltage drop element 20, the pulsation at the time of discharge can be reduced and effective discharge can be performed. As described above, since the current supply to the load 12 can be leveled, it becomes relatively easy to allocate the distribution of the current supply from the battery 10 and the superconducting coil 18 using a map or the like.

【0023】ここで、超電導コイル18における充放電
の具体例について説明する。超電導コイル18のインダ
クタンスを10Hとし、ここに100Aの電流が流れて
いると、貯蔵エネルギーは(1/2)×10(100)
2 =50kJである。この状態からバッテリ10側に3
kW(VB =300V)放電するには電圧降下素子20
を左向きに流れる電流IRBは平均10Aとする必要があ
る。単純にS1 、S2をOFFにすると、電圧降下素子
20を流れる電流IRBは図3のようになる。そこで、通
常S1 をONにしS2 をデューティ比Dでチョップ制御
する。
Here, a specific example of charging and discharging in the superconducting coil 18 will be described. When the superconducting coil 18 has an inductance of 10H and a current of 100A flows through it, the stored energy is (1/2) × 10 (100).
2 = 50 kJ. 3 from this state to the battery 10 side
To discharge kW (V B = 300 V), voltage drop element 20
The current I RB flowing to the left in the direction should be 10 A on average. When S 1 and S 2 are simply turned off, the current I RB flowing through the voltage drop element 20 becomes as shown in FIG. Therefore, normally, S 1 is turned on and S 2 is chopped with the duty ratio D.

【0024】このデューティ比Dは、超電導コイル18
の電流ILSC 、バッテリ10の放電希望電流をIB とし
た場合に、おおむね D(t)=IB /ILSC となるように決定する。
This duty ratio D is determined by the superconducting coil 18
Of the current I LSC and the discharge desired current of the battery 10 is I B , it is determined so that D (t) = I B / I LSC .

【0025】上記制御を施した電流波形を図4に示す。
このように安定領域において電流は派動する。この派動
はノイズの発生及び電力ロスの増大等の問題を起すた
め、この脈動を低減する必要がある。電流変動の幅ΔI
をIB で規格化したΔI/IBを脈動の大きさとする
と、この脈動の大きさは、電圧降下素子20を抵抗値R
Bの抵抗とした場合に、おおむね ΔI/IB (%)=(1−D)/C・RB ・f で表される。ここで、fはチョップ周波数、Cはコンデ
ンサ14の静電容量である。なお、安定するまでの時間
τはほぼCRB である。
FIG. 4 shows a current waveform subjected to the above control.
In this way, the current fluctuates in the stable region. This pulsation causes problems such as generation of noise and increase in power loss, so it is necessary to reduce this pulsation. Current fluctuation width ΔI
The When the magnitude of the pulsating [Delta] I / I B normalized by I B, the magnitude of this pulsation, resistance voltage dropping element 20 R
When the resistance of B, represented by approximately ΔI / I B (%) = (1-D) / C · R B · f. Here, f is the chop frequency, and C is the capacitance of the capacitor 14. The time τ until stabilization is almost CR B.

【0026】例えば、f=1KHz、C=50mF、D
=0.5(ILSC =20Aであり、IB は10Aにな
る)とすると、抵抗値R=0.1Ωにおいて、脈動の大
きさは、10%となる。そこで、脈動の大きさを1%以
下に抑えるためには、1Ωの抵抗が必要である。しか
し、1Ωの抵抗を入れると、IB 2 R=102 ×1=1
00Wになり電力ロスが10倍となる。また、周波数f
を10KHzにするのは、素子のスイッチング性能との
関係で限界となる。また、コンデンサ14の容量を0.
5Fとすると、装置が大型化してしまう。そこで、本発
明では電圧降下素子20としてインダクタを挿入する。
For example, f = 1 KHz, C = 50 mF, D
= 0.5 (I LSC = 20 A and I B is 10 A), the pulsation magnitude is 10% at the resistance value R = 0.1Ω. Therefore, in order to suppress the magnitude of pulsation to 1% or less, a resistance of 1Ω is necessary. However, if a resistance of 1Ω is inserted, I B 2 R = 10 2 × 1 = 1
It becomes 00W and the power loss becomes 10 times. Also, the frequency f
Is limited to 10 KHz in relation to the switching performance of the element. Further, the capacitance of the capacitor 14 is set to 0.
If it is set to 5F, the device becomes large. Therefore, in the present invention, an inductor is inserted as the voltage drop element 20.

【0027】このインダクタの大きさには制限があり、 L=0.5mH>>(RB 2 /4)Cの場合 図5ののようにオーバーシュートを起こし指令電流に
おちつくのに時間がかかる。
[0027] There is a limit to the size of the inductor, L = 0.5mH >> (R B 2/4) times as to settle down to the command current cause overshoot as the case Figure 5 C is applied .

【0028】L=0.03mH<<(RB 2 /4)Cの
場合 図5ののようにオーバーシュートはないが派動の低減
効果が小さい。すなわち、電流の変動幅ΔI=3Aとな
る。
[0028] L = 0.03mH << (R B 2 /4) overshoot as in the case of C Figure 5 although not small effect of reducing Hado. That is, the current fluctuation width ΔI = 3A.

【0029】そして、図5のに示すように、インダク
タの大きさが、ほぼL=0.125mH=(RB 2
4)Cのとき最も良好な結果が得られる。すなわち、電
流変動幅ΔI=1A程度になり、オーバーシュートもな
い。そこで、電圧降下素子20として、L=(RB 2
4)C程度のインダクタが好適であることが理解され
る。
As shown in FIG. 5, the size of the inductor is approximately L = 0.125 mH = (R B 2 /
4) When C, the best result is obtained. That is, the current fluctuation width ΔI = 1A, and there is no overshoot. Therefore, as the voltage drop element 20, L = (R B 2 /
4) It will be appreciated that inductors of the order of C are suitable.

【0030】なお、L=0.001mHのように、イン
ダクタを非常に小さくした場合には、図5のに示すよ
うに、脈動がほとんど低減されない。
When the inductor is made extremely small such as L = 0.001 mH, the pulsation is hardly reduced as shown in FIG.

【0031】ここで、このインダクタには、電流容量3
00Aが必要である。このため、これを通常の銅線で構
成すると、大変大型化するとともに、ここに電気抵抗が
生じるため設計が難しい。そこで、超電導線を用いるこ
とで簡単に構成できる。すなわち、0.125nHのイ
ンダクタであれば、直径φ20mm、長さl=20mm
で十分構成でできる。なお、この際のIB =300Aで
あり、空心とする。
Here, the inductor has a current capacity of 3
00A is required. For this reason, if it is made of a normal copper wire, it becomes very large in size and electrical resistance is generated there, which makes it difficult to design. Therefore, it can be easily constructed by using a superconducting wire. That is, if the inductor is 0.125 nH, the diameter φ20 mm and the length l = 20 mm.
Can be configured with enough. At this time, I B = 300 A, which is an empty core.

【0032】実施例2 次に、実施例2の構成を図6に示す。このように、本実
施例ではバッテリ10とコンデンサ14を結ぶ経路にト
ランジスタ30を有している。そして、このトランジス
タ30は、そのコレクタ電流が飽和する動作点で電流を
規制する。これによって、電圧降下素子20に抵抗値の
小さな抵抗をしようしても、このトランジスタ30の作
用によって効果的に電流の脈動を抑制することができ
る。なお、基準バッテリ32は、トランジスタ30のベ
ース電流を決定するものである。
Second Embodiment Next, the configuration of the second embodiment is shown in FIG. Thus, in this embodiment, the transistor 30 is provided in the path connecting the battery 10 and the capacitor 14. The transistor 30 regulates the current at the operating point where the collector current is saturated. As a result, even if a resistor having a small resistance value is used for the voltage drop element 20, the pulsation of current can be effectively suppressed by the action of the transistor 30. The reference battery 32 determines the base current of the transistor 30.

【0033】すなわち、トランジスタ30は、図7に示
すように、コレクタエミッタ間電圧VCEに応じて変化す
る。そして、トランジスタ30のベース電流を一定値I
TRBとすると、トランジスタ30が飽和するまではVCE
に応じて、コレクタ電流ICが増加するが、その後はVC
Eの上昇しても、余り増加しなくなる。従って、屈曲点
Pが生じることになる。
That is, the transistor 30 changes in accordance with the collector-emitter voltage VCE, as shown in FIG. Then, the base current of the transistor 30 is set to a constant value I
If TRB , VCE
The collector current I C increases according to the
Even if E rises, it does not increase much. Therefore, the bending point P is generated.

【0034】そして、この屈曲点Pの近辺でバッテリ電
流IB が変化するように、トランジスタ30のベース電
流を調整する。すると、電流IB が脈動した場合に、電
流IB が所定値(屈曲点P)を越えた場合に、トランジ
スタ30による電圧降下が急激に大きくなる。そこで、
コンデンサ14の能力V・2ΔV・Cが大きく生かさ
れ、脈動を効果的に抑えることができる。なお、このト
ランジスタ30を設けず、電圧降下素子(抵抗)20に
よって、コンデンサ14に同様の能力を発揮させると、
電圧降下素子20における電力消費が大きくなってしま
う。すなわち、本実施例のようにトランジスタ30の屈
曲点P近辺を用いると、電流量が少ない場合において電
圧降下を小さくでき、通常使用時における電力消費を抑
えることができる。なお、トランジスタ30における電
力消費量はIC ・VCEである。
Then, the base current of the transistor 30 is adjusted so that the battery current I B changes in the vicinity of the bending point P. Then, when the current I B pulsates and the current I B exceeds a predetermined value (the inflection point P), the voltage drop due to the transistor 30 rapidly increases. Therefore,
The capacity V · 2ΔV · C of the capacitor 14 is greatly utilized, and the pulsation can be effectively suppressed. If the transistor 14 is not provided and the capacitor 14 is caused to exhibit the same capability by the voltage drop element (resistor) 20,
The power consumption of the voltage drop element 20 will increase. That is, if the vicinity of the bending point P of the transistor 30 is used as in the present embodiment, the voltage drop can be reduced when the amount of current is small, and the power consumption during normal use can be suppressed. The power consumption of the transistor 30 is I C · V CE .

【0035】また、上述の例では、電流IB を固定とし
た場合に、トランジスタ30のベース電流も一定として
いた。なお、温度ドリフトの補償は、行う必要がある。
しかし、図8のように、チョッパ回路16のスイッチS
1(またはS2)のオンオフに同期して、トランジスタ
30のベース電流ITRB を変更し、屈曲点を移動させる
とよい。すなわち、超電導コイル18の放電時におい
て、S1をオンし超電導コイル18を切り離した時に、
トランジスタ30のベース電流ITRB を減少し、ここで
の抵抗を大きくしている。従って、コンデンサ14によ
って、効果的に脈動を防止できる。なお、ベース電流の
制御は、基準バッテリ32の調整により行うことができ
る。
In the above example, the base current of the transistor 30 is also constant when the current I B is fixed. It should be noted that the temperature drift must be compensated.
However, as shown in FIG. 8, the switch S of the chopper circuit 16 is
It is preferable to change the base current I TRB of the transistor 30 and move the inflection point in synchronization with ON / OFF of 1 (or S2). That is, at the time of discharging the superconducting coil 18, when S1 is turned on and the superconducting coil 18 is disconnected,
The base current I TRB of the transistor 30 is reduced and the resistance here is increased. Therefore, the capacitor 14 can effectively prevent pulsation. The base current can be controlled by adjusting the reference battery 32.

【0036】このように、本実施例によれば、脈動の発
生を効果的に抑制できる。ここで、脈動の大きさを第1
実施例と同様にΔI/IB で表し、C=50mF、デュ
ーティ比=0.5、f=1kHz、ILSC =200A、
B =100Aとすると、脈動の大きさおよび電力ロス
は次のようになる。
As described above, according to this embodiment, the occurrence of pulsation can be effectively suppressed. Here, the pulsation magnitude is first
As in the example, it is represented by ΔI / I B , C = 50 mF, duty ratio = 0.5, f = 1 kHz, I LSC = 200 A,
When I B = 100 A, the magnitude of pulsation and power loss are as follows.

【0037】(1)トランジスタ30がなく、電圧降下
素子20の抵抗値RB を0.1Ωとした場合、 ΔI/IB =10%、電力ロス1.2kW となる。
(1) If there is no transistor 30 and the resistance value R B of the voltage drop element 20 is 0.1Ω, ΔI / I B = 10% and power loss is 1.2 kW.

【0038】(2)トランジスタ30を配置し、電圧降
下素子20の抵抗値RB を0.1Ωとした場合、 ΔI/IB =3%、電力ロス1.1kW となる。
(2) When the transistor 30 is arranged and the resistance value R B of the voltage drop element 20 is 0.1Ω, ΔI / I B = 3% and power loss is 1.1 kW.

【0039】(3)トランジスタ30を配置し、電圧降
下素子20の抵抗値RB を0Ωとした場合、 ΔI/IB =4%、電力ロス400W となる。なお、この例では、トランジスタ30のベース
電流は一定とした。このように、トランジスタ30を配
置することによって、電力ロスを小さくして脈動を効果
的に抑制できる。
(3) When the transistor 30 is arranged and the resistance value R B of the voltage drop element 20 is 0Ω, ΔI / I B = 4% and power loss is 400 W. In this example, the base current of the transistor 30 is constant. By disposing the transistor 30 in this manner, power loss can be reduced and pulsation can be effectively suppressed.

【0040】上述の例では、NPN型のトランジスタ3
0を用いたが、PNP型のトランジスタを用いてもよ
い。この場合、図9に示すように電圧降下素子20と直
列にトランジスタ30を配置することになる。
In the above example, the NPN type transistor 3 is used.
Although 0 is used, a PNP type transistor may be used. In this case, the transistor 30 is arranged in series with the voltage drop element 20 as shown in FIG.

【0041】また、トランジスタ30に代えて、FET
(電圧効果トランジスタ)、IGBT等も使用すること
ができる。
Further, instead of the transistor 30, a FET
(Voltage effect transistor), IGBT, etc. can also be used.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電力
貯蔵装置によれば、電圧降下素子を電源からコンデンサ
に至る経路に設けた。このため、ここでの電圧降下に起
因して、バッテリの電流にコンデンサからの電流を付加
して、超電導コイルの充電が行える。このため、電源の
最大通電電流を越えた電流を超電導コイルに流すことが
でき、効果的な電力貯蔵を行うことができる。
As described above, according to the power storage device of the present invention, the voltage drop element is provided in the path from the power source to the capacitor. Therefore, due to the voltage drop here, the current from the capacitor can be added to the current of the battery to charge the superconducting coil. Therefore, a current exceeding the maximum energization current of the power source can be passed through the superconducting coil, and effective power storage can be performed.

【0043】さらに、電源とコンデンサとの電流経路に
トランジスタを配置することによって、所定量以上の電
流にたいし電圧降下を選択的に大きくすることができ、
コンデンサによる脈動抑制を効果的に行うことができ
る。
Further, by disposing a transistor in the current path between the power source and the capacitor, the voltage drop can be selectively increased for a current of a predetermined amount or more,
Pulsation can be effectively suppressed by the condenser.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1実施例の構成を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment.

【図2】同実施例の電流の状態を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a current state of the example.

【図3】同実施例における電圧降下素子に流れる電流を
示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a current flowing through a voltage drop element in the example.

【図4】同実施例におけるチョッパ回路16のチョップ
制御と電圧降下素子に流れる電流の関係を示す特性図で
ある。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the chop control of the chopper circuit 16 and the current flowing through the voltage drop element in the embodiment.

【図5】同実施例における電圧降下素子(インダクタ)
の大きさと超電導コイルの電流の関係を示す特性図であ
る。
FIG. 5 is a voltage drop element (inductor) according to the embodiment.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the size of the current and the current of the superconducting coil.

【図6】第2実施例の構成を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a second embodiment.

【図7】トランジスタのVCEとコレクタ電流IC の関係
を示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between VCE and collector current IC of a transistor.

【図8】同実施例におけるトランジスタのベース電流制
御の例を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing an example of base current control of a transistor in the example.

【図9】トランジスタの他の配置例を示す回路図であ
る。
FIG. 9 is a circuit diagram showing another arrangement example of transistors.

【符号の説明】 10 バッテリ 12 負荷 14 コンデンサ 16 チョッパ回路 18 超電導コイル 20 電圧降下素子 30 トランジスタ[Explanation of Codes] 10 Battery 12 Load 14 Capacitor 16 Chopper Circuit 18 Superconducting Coil 20 Voltage Drop Element 30 Transistor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一端が電源の一端に接続された電圧降下
素子と、 一端が電圧降下素子の他端に接続され他端が電源の他端
に接続されたコンデンサと、 このコンデンサに並列接続され、内蔵されたスイッチン
グの素子のスイッチングにより電流の流通を制御するチ
ョッパ回路と、 このチョッパ回路によって制御された電流を受け入れる
超電導コイルと、 を備え、 チョッパ回路のスイッチング素子のスイッチングによ
り、電圧降下素子を介し供給される電流によってコンデ
ンサを充放電させて超電導コイルの貯蔵電流を増加させ
ることを特徴とする電力貯蔵装置。
1. A voltage drop element having one end connected to one end of a power supply, a capacitor having one end connected to the other end of the voltage drop element and the other end connected to the other end of the power supply, and connected in parallel to the capacitor. , A chopper circuit that controls the flow of current by switching the built-in switching element, and a superconducting coil that receives the current controlled by this chopper circuit, and a voltage drop element is switched by switching the switching element of the chopper circuit. An electric power storage device, characterized in that a storage current of a superconducting coil is increased by charging and discharging a capacitor by an electric current supplied through the electric storage device.
【請求項2】 一端が電源の一端に接続された電圧降下
素子と、 一端が電圧降下素子の他端に接続され他端が電源の他端
に接続されたコンデンサと、 このコンデンサに並列接続され、内蔵されたスイッチン
グの素子のスイッチングにより電流の流通を制御するチ
ョッパ回路と、 このチョッパ回路によって制御された電流を受け入れる
超電導コイルと、 チョッパ回路から電源の他端に至る経路に挿入配置され
たトランジスタと、 を備え、 チョッパ回路のスイッチング素子のスイッチングによ
り、電圧降下素子を介し供給される電流によってコンデ
ンサを充放電させて超電導コイルの貯蔵電流を増加させ
ることを特徴とする電力貯蔵装置。
2. A voltage drop element having one end connected to one end of a power supply, a capacitor having one end connected to the other end of the voltage drop element and the other end connected to the other end of the power supply, and connected in parallel to the capacitor. , A chopper circuit that controls the flow of current by switching the built-in switching element, a superconducting coil that receives the current controlled by this chopper circuit, and a transistor that is inserted and arranged in the path from the chopper circuit to the other end of the power supply. An electric power storage device comprising: a switching element of a chopper circuit for switching a switching element of a chopper circuit to charge and discharge a capacitor by a current supplied through a voltage drop element to increase a storage current of a superconducting coil.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN100337386C (en) * 2004-08-10 2007-09-12 国电自动化研究院 Two-way power controller for superconducting energy-storage
WO2012176338A1 (en) * 2011-06-24 2012-12-27 株式会社MERSTech Electrical power conversion device, electrical power conversion control device, electrical power conversion method, and program
JP2016149891A (en) * 2015-02-13 2016-08-18 徐 夫子HSU Fu−Tzu Magnetoelectric device
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