JPH1080067A - 蓄電池の充放電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は交流入力を整流して蓄電池に充電し
た電力を、放電時に交流入力側に回生する蓄電池の充放
電装置に関し、簡易な構成であっても蓄電池の充放電の
各動作に対して出来るだけ共通素子を使用することによ
り小型化して且つ利用率を向上した装置を提供すること
を目的とする。 【手段】 交流入力を一旦コンバータにより直流に変換
し、その後チョッパを介して得た直流により蓄電池を充
電する回路と、充電後の蓄電池からの直流出力をインバ
ータを介して交流出力を得る回路とで構成した蓄電池の
充放電装置において、チョッパは直列接続されたスイッ
チ制御型半導体素子２個と、該半導体素子直列接続回路
と並列接続され、且つ直列接続された２個の一方向性導
通素子とを具備して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は交流入力を整流して
蓄電池に充電した電力を、放電時に交流入力側に回生す
る蓄電池の充放電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大容量の蓄電池について十分に充電して
おけば、放電時において交流入力側に所謂回生出力を与
えることができる。そのような回路構成は特開平２−２
６１０２０号公報或いは特開平７−２２２３６９号公報
などに記載されている。即ち、蓄電池の充電時には交流
入力源からの直流はコンバータと蓄電池充電回路とを介
して蓄電池を充電する。次に充電済の蓄電池からの直流
は蓄電池放電回路とインバータとにより交流に変換され
て交流入力側に回生される。

【０００３】図６は前記特開平７−２２３６９号公報記
載の蓄電池充放電制御装置の主要構成を示す回路図であ
る。同図において、５はチョッパ、１０は交流入力源、
１１は蓄電池、１２はコンバータ、１３はインバータ、
２１は電源変圧器、５０は分圧器、５１はインダクタン
ス、５２はコンデンサ、５３，５４はダイオード、５５
は切換スイッチ、５６はトランジスタ、５７，５８はダ
イオード、５９は切換スイッチ、６０はダイオード、７
０はインダクタンス、７１はコンデンサを示す。７２は
分流器で、蓄電池１１に対して電流が充電方向・放電方
向の何れであるかを検出するもの、７３，７４，７５は
制御回路、７６は切換スイッチ、７７はインバータ・コ
ンバータの動作指令信号印加端子、７８は基準電圧信号
印加端子、７９は整流・平滑回路を示す。

【０００４】上記の装置は簡単に言えば、交流入力源１
０から印加される交流を、コンバータ１２により直流と
して蓄電池１１を充電し、蓄電池１１が放電するときイ
ンバータ１３により直流を交流に変換して、交流入力源
１０に回生するものである。

【０００５】上記装置の動作は次の通りである。蓄電池
１１の充放電に際して、トランジスタ５６、ダイオード
５３，５４，５７，５８，６０及び切換スイッチ５５，
５９により構成されたチョッパ５が電流制御を行う。こ
の電流制御は、分流器７２により検出された蓄電池１１
への流入、若しくは蓄電池１１からの流出電流に応じて
制御回路７３が行う。そして蓄電池１１は上記電流の流
入のとき充電動作となり、電流の流出のとき放電動作と
なる。チョッパ５の出力が蓄電池１１を充電するとき、
インダクタンス７０とコンデンサ７１とから成る平滑回
路を介して行う。

【０００６】上記の装置において、チョッパ５は、切換
スイッチ５５，５９を図の実線側に倒せば蓄電池１１を
充電するように、切換スイッチ５５，５９を破線側に倒
せば蓄電池１１から放電するように接続されている。こ
のときスイッチ７６も切換え接続され、コンバータ１２
とインバータ１３とを選択的に切換える。切換えられた
スイッチ７６を介して指令信号７７により制御回路７４
はコンバータ１２を、制御回路７５はインバータ１３
を、選択的に動作させる。

【０００７】蓄電池１１が充電状態に制御されるとき、
制御回路７３・コンバータ１２が動作しチョッパ５は所
謂「降圧チョッパ」となる。即ち、チョッパ５につい
て、ダイオード５３、トランジスタ５６、ダイオード５
８、ダイオード６０、インダクタンス７０、コンデンサ
７１が動作状態になって、蓄電池１１に供給される電流
が分流器７２で検出され、制御回路７３で基準電圧信号
端子７８からの電圧と比較される。比較結果に応じてト
ランジスタ５６のオン・オフが制御されるから、蓄電池
１１に与えられるチョッパ５の出力電圧は、チョッパ５
の入力電圧と比較して低く「降圧チョッパ」である。こ
のとき制御回路７５、整流・平滑回路７９、インバータ
１３、ダイオード５４，５７は動作に関与していない。

【０００８】次に蓄電池１１に対する充電が完了し放電
状態に制御されるとき、チョッパ５は「昇圧チョッパ」
として動作する。即ち、トランジスタ５６のオン・オフ
に応じてインダクタンス７０に蓄積されたエネルギーが
ダイオード５７，５４を介してコンデンサ５２に移行す
る。同時に整流・平滑回路７９による電圧のためコンデ
ンサ５２の両端の電圧は、充電された蓄電池１１の端子
電圧より高い状態となる。そのためコンデンサ５２の両
端の電圧はインバータ１３を介して交流に変換され、入
力交流側に回生される。このときチョッパ５内のダイオ
ード５３，５８は動作に関与しない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置におい
て、蓄電池１１の充放電回路は、蓄電池の充電時と放電
時において全ての回路・素子が動作することは無く、上
述の通り動作に関与しない回路・素子が各場合に存在し
ている。そのため、装置全体として設置のためのスペー
スを広く必要とし、且つ構成が複雑であり、そのための
費用が高くなるなどの欠点が生じた。

【００１０】本発明の目的は前述の欠点を改善し、構成
を簡単にし、且つ簡易な構成であっても、蓄電池の充放
電の各動作に対して出来るだけ共通素子を使用すること
により、小型化して且つ利用率を向上した装置を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来の課
題を解決し、上記の目的を達成した蓄電池の充放電装置
を提供するもので、交流入力を一旦コンバータにより直
流に変換し、その後チョッパを介して得た直流により蓄
電池を充電する回路と、充電後の蓄電池からの直流出力
をインバータを介して交流出力を得る回路とで構成した
蓄電池の充放電装置において、前記チョッパは、直列接
続されたスイッチ制御型半導体素子２個と、該半導体素
子直列接続回路と並列接続され、且つ直列接続された２
個の一方向性導通素子とを具備し、尚、該チョッパ内の
各２個の直列接続したスイッチ制御型半導体素子・一方
向性導通素子の中間接続点及び前記直列接続の一方端を
前記蓄電池と接続して構成することを特徴とする。更に
本発明は、蓄電池の充放電装置において、インバータに
代えて、コンバータとチョッパ間に挿入された接続切換
回路を具備し、該接続切換回路はコンバータから蓄電池
を充電する電流と、蓄電池から放電しコンバータへ入力
する電流との方向を切換えるように制御されることを特
徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を添付
図面につき、詳述する。図１は請求項１に係る発明の基
本構成を示す回路構成図である。図１において、３，４
は本発明における蓄電池充放電装置の基本電位線と接地
電位線、５はチョッパ、１０は交流入力源、１１は蓄電
池、１２はコンバータ、１３はインバータ、１４，１５
は直列接続回路を構成する夫々のスイッチ制御型半導体
素子、６はこの直列接続回路の中間接続点、７は同じ直
列接続回路の一方端、１６，１７は他の直列接続回路を
構成する夫々の一方向性導通素子、８は他の直列接続回
路の中間接続点、９は同直列接続回路の一方端、１８，
１９は上記各半導体素子を制御するための制御信号線、
２０は制御回路を示す。交流入力源１０を一旦コンバー
タ１２により直流に変換し、その後チョッパ５を介して
得た直流により蓄電池１１を充電する回路と、充電後の
蓄電池１１からの直流出力をインバータ１３を介して交
流出力を得る回路とで構成した蓄電池１１の充放電装置
において、上述の目的を達成するため請求項１記載の発
明は下記の構成とする。即ち、前記チョッパ５は、直列
接続されたスイッチ制御型半導体素子２個１４，１５
と、該半導体素子直列接続回路と並列接続され、且つ直
列接続された２個の一方向性導通素子１６，１７とを具
備し、尚、該チョッパ５内の各２個の直列接続したスイ
ッチ制御型半導体素子・一方向性導通素子の中間接続点
６，８及び前記直列接続回路の一方端７，９を前記蓄電
池１１と接続して構成することである。茲でスイッチ制
御型半導体素子とは、外部からの制御信号により半導体
素子を通過する電流が機械式スイッチのように、明確に
オンオフ制御される半導体素子をいう。

【００１３】又、請求項２記載の発明は、請求項１記載
のインバータに代えて、コンバータとチョッパ間に挿入
された接続切換回路を具備し、該接続切換回路はコンバ
ータから蓄電池を充電する電流と、蓄電池から放電しコ
ンバータへ入力する電流との方向を切換えるように制御
されることで構成する。

【００１４】図１に示す蓄電池の充放電装置の動作につ
いてその概略を説明する。交流入力源１０からの交流は
コンバータ１２により直流に変換され、基本電位線３を
介してチョッパ５に供給される。チョッパ５において制
御回路２０からの制御信号１８によりスイッチ制御型半
導体素子１４が動作し、直流は接続点６，８を経て蓄電
池１１を充電する。この場合、半導体素子１４が不導通
となったときは、一方向性導通素子は１７のみが動作し
て蓄電池１１を充電する。このとき電流は蓄電池負性端
子、接地電位線４、一方向性導通素子１７の一方端９、
一方向性導通素子１７、接続点８を経て流れる。

【００１５】蓄電池１１が放電するときは、制御回路２
０の制御により、チョッパ５内のスイッチ制御型半導体
素子１５と一方向性導通素子１６が動作して、直流をイ
ンバータ１３に与える。制御回路２０から前記半導体素
子１５に対し制御信号１９を与えて動作させている。イ
ンバータ１３において直流を交流に変換し、交流電力を
交流入力源１０側に回生する。このとき一方向性導通素
子１７は動作しない。

【００１６】図２及び図３は上記の構成に係る更に詳細
な本発明の装置の充放電装置の構成と動作を示す図であ
る。図２はチョッパ５内の一方向性導通素子として通常
のダイオードを、同じくチョッパ内５のスイッチ制御型
半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラト
ランジスタ）を、夫々使用して蓄電池１１を充電する場
合を示す。図２において、２１は交流に対する変圧器、
２４，２５は上記ＩＧＢＴを示し、以下トランジスタと
略記する。２８，２９はインダクタンス、３０は変流
器、３１は電圧測定端子、３４は蓄電池充電時に電力が
右方向に流れることを示す矢印、３５はトランジスタ２
４がオン動作しているときの直流電流の流れる方向を示
す矢印、３６はトランジスタ２４がオフ動作中の直流電
流の流れる方向を示す矢印、その他の符号は図１に示す
符号と同様の回路・素子を示している。

【００１７】図２により蓄電池１１を充電する場合の動
作を説明する。制御回路２０は当初コンバータ１２を動
作、インバータ１３を非動作、トランジスタ２４をオ
ン、トランジスタ２５をオフとするように制御信号を与
える。そのため交流入力源１０からの交流は変圧器２１
により所定電圧に変換され、コンバータ１２により直流
となる。トランジスタ２４がオン動作中は直流は矢印３
５に示す方向に流れる。そしてインダクタンス２９を介
して蓄電池１１を充電する。インダクタンス２９にはエ
ネルギーが蓄積され、蓄電池１１の充電電流は変流器３
０により測定され、測定値は制御回路２０に印加され
る。蓄電池１１の充電電圧は端子３１において測定さ
れ、測定値は制御回路２０に印加される。

【００１８】所定のとき制御回路２０はトランジスタ２
４をオフするように制御するので、直流３５は遮断され
る。インダクタンス２９内の蓄積エネルギーのため、直
流がダイオード１７を介して点線矢印３６の方向に流れ
て蓄電池１１の充電を続ける。次にトランジスタ２４を
オンとして矢印３５の方向に直流を流すことを、端子３
１において充電完了電圧値を測定するまで繰り返す。充
電動作の過程において、電力は矢印３４に示す通り、図
２の右方向に流れる。

【００１９】図３は充電完了後の蓄電池１１が放電する
場合を示す図である。矢印４０は放電時に電力が左方向
に流れることを示し、矢印４１はトランジスタ２５がオ
ンとなるとき直流が流れる方向を示す矢印、点線矢印４
２はトランジスタ２５がオフしたとき直流が流れる方向
を示す矢印、コンデンサ５２は電圧保持用のものを示
す。即ち、蓄電池１１が放電するとき制御回路２０は、
コンバータ１２を非動作、インバータ１３を動作、トラ
ンジスタ２４をオフ、トランジスタ２５をオンとするよ
うに制御信号を与える。

【００２０】蓄電池１１からの直流はインダクタンス２
９とトランジスタ２５とを経て矢印４１の方向に流れ、
インダクタンス２９にエネルギーを蓄積する。所定の
時、制御回路２０によりトランジスタ２５をオフにする
と、前記蓄積されたエネルギーは点線矢印４２の方向に
流れ、ダイオード１６を経てコンデンサ５２に移動す
る。コンデンサ５２の両端の電圧は蓄電池１１の充電電
圧よりも高い値となる。それは前記インダクタンス２９
において蓄積されたエネルギーが蓄電池１１の充電電圧
に重畳されるからである。コンデンサ５２の両端の直流
電圧は次でインバータ１３によって交流に変換されるか
ら、変圧器２１を介して交流入力源１０の側において交
流電力を回生し、取り出すことができる。図３において
は、矢印４０に示すように蓄電池１１の放電時には、蓄
電池１１の有していた電力を交流入力源１０の側で交流
電力として回生することができるのである。

【００２１】次に図４・図５は請求項２に係る発明に係
る実施の形態を示す図である。図４は蓄電池１１を充電
する場合を示す。図４において、４５は接続切換回路で
あって、図２に示すインバータ１３に代えてコンバータ
１２とチョッパ５との間に挿入されたものである。４
６，４７は蓄電池１１を充電するときの直流電流の流れ
る方向を示す矢印である。また図４において、４４は接
続切換回路４５の接続状態を切換えるための制御信号を
示し、制御回路２０から与えられる。他の符号は図２と
同様である。

【００２２】接続切換回路４５は図４に示す位置におい
て、コンバータ１２から矢印４６に示す方向に直流が流
れるように切換えられている。矢印４６に沿って流れた
直流は、図２の場合と同様にトランジスタ２４・ダイオ
ード１７の動作により蓄電池１１を充電する。

【００２３】図５は蓄電池１１が放電する場合を示す図
である。図５において、４５は接続切換回路であって、
図４の場合と同様に、インバータ１３に代えてコンバー
タ１２とチョッパ５との間に挿入されている。図５にお
いて、４８，４９は蓄電池１１から放電するときの直流
電流の流れる方向を示す矢印である。制御回路２０によ
り与えられる制御信号４４により、接続切換回路４５が
図５の実線に示す位置に切換えられているとき、蓄電池
１１からの放電直流は矢印４８，４９の方向に沿ってコ
ンバータ１２に与えられる。コンバータ１２の出力は変
圧器２１を介して交流入力源１０の側において交流電力
を取り出すことができる。

【００２４】図２乃至図５において、図１に示すスイッ
チ制御型半導体素子としてＩＧＢＴを使用しているが、
他の種類の半導体素子を使用することで差し支えない。
他の種類の半導体素子は例えばＭＯＳ型などである。

【００２５】

【発明の効果】このように本発明によれば、蓄電池に対
する充電時・放電時に主として使用するスイッチ制御型
半導体素子として直列接続した素子を片方ずつ区分して
使用すること、従来技術と比較して回路構成上、切換ス
イッチを使用せずダイオードのような一方向性導通素子
を直列接続し、この方も片方ずつ区分して使用するこ
と、また従来技術と比較して切換スイッチを使用せずダ
イオードを共用した回路としたため、チョッパが簡易と
なったこと、またチョッパのコンバータ側・チョッパの
蓄電池側の回路が蓄電池の充放電に対し同じ回路である
から、装置が全体として簡潔で且つ小型化になり、従っ
て素子の利用率が向上するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 請求項１に係る発明の実施の形態の基本構成
を示す回路構成図である。

【図２】 図１に示す本発明の装置において、蓄電池を
充電する場合の動作を説明する図である。

【図３】 図１に示す本発明の装置の蓄電池が放電する
場合の動作を説明する図である。

【図４】 請求項２に係る本発明の実施の形態におい
て、蓄電池を充電する場合を説明する図である。

【図５】 請求項２に係る本発明の実施の形態におい
て、蓄電池を放電する場合を説明する図である。

【図６】 従来の蓄電池充放電制御装置の例を示す図で
ある。

【符号の説明】

５ チョッパ １０ 交流入力
源 １１ 蓄電池 １２ コンバー
タ １３ インバータ １４，１５ スイッチ制御型半導体素子 ６，８ 直列接続回路の中間接続点 ７，９ 直列接
続回路の一方端 １６，１７ 一方向性導通素子 １８，１９ 制
御信号線 ２０ 制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流入力を一旦コンバータにより直流に
   変換し、その後チョッパを介して得た直流により蓄電池
   を充電する回路と、充電後の蓄電池からの直流出力をイ
   ンバータを介して交流出力を得る回路とで構成した蓄電
   池の充放電装置において、前記チョッパは、直列接続さ
   れたスイッチ制御型半導体素子２個と、該半導体素子直
   列接続回路と並列接続され、且つ直列接続された２個の
   一方向性導通素子とを具備し、更に該チョッパ内の各２
   個の直列接続したスイッチ制御型半導体素子・一方向性
   導通素子の中間接続点及び前記直列接続の一方端を前記
   蓄電池と接続して構成することを特徴とする蓄電池の充
   放電装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインバータに代えて、コ
   ンバータとチョッパ間に挿入された接続切換回路を具備
   し、該接続切換回路はコンバータから蓄電池を充電する
   電流と、蓄電池から放電しコンバータへ入力する電流と
   の方向を切換えるように制御されることを特徴とする蓄
   電池の充放電装置。