WO2005025030A1 - 電源装置 - Google Patents

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WO2005025030A1 PCT/JP2004/009564 JP2004009564W WO2005025030A1 WO 2005025030 A1 WO2005025030 A1 WO 2005025030A1 JP 2004009564 W JP2004009564 W JP 2004009564W WO 2005025030 A1 WO2005025030 A1 WO 2005025030A1
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power
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generator
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Inventor
Motohiro Shimizu
Hiroyuki Eguchi
Original Assignee
Honda Motor Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply device, and more particularly, to a power supply device having a generator driven by an engine and capable of performing efficient operation even in a light load region.
  • Patent Document 1 Patent No. 2740567
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-102200
  • Patent Document 3 Japanese Patent Publication No. 8-11073
  • the present invention provides a generator driven by an engine, a rectifier circuit for rectifying the output of the generator, and converting the output of the rectifier circuit into AC power of a predetermined frequency.
  • the power supply device includes an inverter that outputs the power to the load side, a battery as a power source, and a DC-DC converter that supplies the power of the battery to the input side of the inverter.
  • a first feature is that power is supplied from the battery to a load without using the output of the generator.
  • the engine when the load current is equal to or less than a predetermined value, the engine is stopped, and when the power supply capability of the battery is insufficient, the engine is automatically started to start the battery.
  • the second feature is that the battery is configured to be charged.
  • a third feature of the present invention is that the present invention is configured to detect whether the power supply capacity of the battery is insufficient based on a decrease in terminal voltage, current, or remaining capacity of the battery.
  • a fourth feature of the present invention is that the DC-DC converter is a bidirectional DC-DC converter.
  • the present invention also provides a regulator between the rectifier and the inverter, and further comprises the bidirectional DC-DC between a connection point between the rectifier circuit and the regulator and the battery.
  • the fifth feature is that a converter is provided.
  • the present invention provides a battery as a power source, and a method of converting the power of the battery into an alternating current having a predetermined frequency.
  • a power supply device having an inverter that converts the power to electric power and outputs the electric power to a load side, when the power supply capability of the battery is insufficient, an engine generator is automatically started to charge the battery. Is the sixth feature.
  • the present invention is configured to detect whether or not the power supply capability of the battery is insufficient based on a decrease in a terminal voltage, a current, or a remaining capacity of the battery. This is the seventh feature.
  • the present invention is configured such that the rectified output of the engine generator can be converted into AC power of a predetermined frequency via the inverter, and when the load current exceeds a predetermined value, the engine generator
  • An eighth feature is that power is supplied from the power supply to the load side.
  • the engine is started when its capacity becomes insufficient due to continuation of power supply from the battery, and the engine is operated intermittently to cope with light load. Operation efficiency under load can be increased.
  • control of starting and stopping of the engine can be simply and appropriately performed.
  • the engine generator when the load is light, power is supplied to the load from the notebook, and when the battery power is insufficient due to continuation of the supply of battery power, the engine generator is started to start the battery generator. Since the engine generator is operated intermittently by charging, the operating efficiency at light load can be improved.
  • the power supply device having the sixth feature can be used to start the engine. Movement and stop control can be performed easily and appropriately.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the concept of a power supply device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining an operation in the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing output-engine speed characteristics according to the present invention and a conventional technique.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit of the power supply device according to the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the concept of a power supply device according to the present invention.
  • a generator 1 is composed of, for example, a three-phase multipole magnet generator.
  • the generator 1 is an engine-driven generator that is connected to the engine 2 and driven by the engine 2, and is a dual-purpose generator that can also operate as a motor for starting the engine.
  • the rectifier circuit 3 constitutes a drive inverter that rectifies the output of the generator 1 and converts a DC voltage on the output side into a three-phase AC voltage and applies the AC voltage to the generator 1.
  • the power converter 4 has a DC regulator 4-1 and an inverter 4-2, and converts the output of the rectifier circuit 3 into AC power of a predetermined frequency and outputs the AC power to the load side.
  • the DC regulator 411 of the power conversion unit 4 is not always necessary, but if provided, the output fluctuation of the bidirectional DC-DC converter 5 described later does not reach the inverter 4-2. It can be done as follows.
  • the bidirectional DC-DC converter 5 boosts the voltage of the battery 6 and outputs the boosted DC voltage to the output side of the rectifying circuit 3. When a sufficient voltage is output from the rectifier circuit 3 and the remaining capacity of the battery 6 is small, the bidirectional DC-DC converter 5 supplies the output of the rectifier circuit 3 to the battery 6 and Charge.
  • the battery 6 side of the bidirectional DC-DC converter 5 may be referred to as a primary side, and the rectifier circuit 3 side may be referred to as a secondary side.
  • the battery 6 is, for example, a 12V battery generally used as a cell starter.
  • the operation of FIG. 1 will be described.
  • power supply to the load by the generator 1 driven by the engine 2 is referred to as “generator power generation”
  • power supply to the load by the battery 6 is referred to as “battery power generation”.
  • the bidirectional DC-DC converter 5 the primary side and the secondary side are driven in perfect synchronization, that is, driven by the same drive signal. With this driving mode, the bidirectional DC-DC converter 5 performs bidirectional power conversion based on the relative voltage difference between the primary side and the secondary side based on the winding ratio of the transformer.
  • the DC voltage of the battery 6 is changed based on the relative voltage difference between the primary side and the secondary side based on the winding ratio of the transformer of the bidirectional DC-DC converter 5.
  • the boosted DC voltage is supplied to the driving inverter (rectifier circuit) 3.
  • the driving inverter 3 is switched and driven by a start command, and this DC voltage is converted into a three-phase AC voltage and supplied to the generator 1.
  • the generator 1 is started as an engine starting motor.
  • the generator 1 When the engine 2 starts, the generator 1 is driven by the engine 2.
  • the driving inverter 3 stops the switching operation and forms a rectifier circuit.
  • the output of the generator 1 is rectified by the rectifier circuit (drive inverter) 3, adjusted by the DC regulator 4_1 of the power converter 4, further converted into AC power of a predetermined frequency by the inverter 4_2, and output to the load side.
  • the battery 6 Since the bidirectional DC-DC converter 5 is connected to the output side of the rectifier circuit 3, the battery 6 is connected to the rectifier circuit 3 through the bidirectional DC-DC converter 5 if its remaining capacity is small. Charged at output. That is, if the conversion output of the battery 6 is lower than the output voltage of the rectifier circuit 3, the battery 6 is determined based on the relative voltage difference between the primary side and the secondary side based on the winding ratio of the transformer of the bidirectional DC-DC converter 5. Is converted by the output of the rectifier circuit 3.
  • the engine 2 At a light load, if the remaining capacity of the battery 6 is equal to or more than the specified value, the engine 2 is stopped, and the battery 6 is mainly generated by the battery 6.
  • the engine 2 if the power supply capacity to the load is insufficient due to a decrease in the remaining capacity of the battery 6, the engine 2 is started and switched to generator power generation.
  • the battery 6 is charged by the output of the generator power generation.
  • the engine 2 is stopped, and the operation shifts to battery power generation again.
  • the battery 6 is mainly generated by the battery 6 and the engine 2 is operated intermittently as the power supply capacity of the battery 6 decreases.
  • the decrease in the power supply capacity of the battery 6 is a result of continuous accumulation of power supply to the load, and the engine 2 is operated intermittently according to the accumulated load state.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation in the present invention.
  • the solid line indicates the operation based on the judgment on the power conversion unit 4 side
  • the broken line indicates the operation based on the judgment on the bidirectional DC-DC converter 5 side.
  • the remaining capacity of the battery 6 is equal to or greater than a specified value.
  • the generator 1 When the load is not light and the DDC current exceeds a specified value (S3), the generator 1 is driven as an engine start motor to perform cranking. Thus, the engine start operation is started while the battery is being generated.
  • the DDC current is continuously detected (S5). After the engine is started, both battery power generation and generator power generation (ALT power generation) are performed, and the rotation speed of the engine 2 is controlled to the optimal target value rotation speed according to the load at that time (S6). .
  • the output of the rectifier circuit 3 becomes sufficient, so that the function of the bidirectional DC-DC converter 4 substantially stops battery power generation.
  • the target rotation speed of the engine 2 is changed accordingly, and electric power corresponding to the load is supplied by the generator power.
  • the battery 6 is charged by the output of the rectifier circuit 3. Normally, operation in this state is continued.
  • the engine 2 When the load is light and the DDC current is equal to or less than a predetermined value, the engine 2 is intermittently driven as described below, and generator power generation is performed intermittently. At a light load, if the remaining capacity of the battery 6 is equal to or more than the specified value (S7), the power supply capacity for the load of the battery 6 is sufficient, and the battery power generation is continued. At this time, engine 2 is not driven, and no generator power is generated.
  • the generator 1 When the power supply from the battery 6 to the load is continued and the remaining capacity of the battery 6 becomes less than the specified value (S8), the generator 1 is driven as an engine starting motor to perform cranking. Thus, the engine starting operation is started while the battery is being generated. The remaining capacity of the battery 6 is continuously detected (S9). After the engine is started, both battery power generation and generator power generation are performed, and the rotation speed of the engine 2 is controlled to an optimal target value rotation speed at light load (S6).
  • the output of the rectifier circuit 3 becomes sufficient, so that the function of the bidirectional DC-DC converter 4 substantially stops battery power generation. At this time, the battery 6 is charged by the output generated by the generator.
  • the remaining capacity of the battery 6 is equal to or more than the specified value at the time of starting. However, when the remaining capacity of the battery 6 is less than the specified value and the engine 2 cannot be started, first, the engine 2 is disconnected. The battery 6 may be charged by manually starting the generator 6 to generate electric power.
  • FIG. 3 is a diagram showing output-engine speed characteristics according to the present invention and the prior art.
  • the output-engine speed characteristic according to the present invention can be switched between “0” and the target speed R in a light load region below a specified value, as shown in FIG. As a result, Engine 2
  • the engine is operated intermittently in the light load range.
  • the engine is operated at the optimum engine speed that is linked to the load.
  • the engine is always operated at a minimum speed even in a light load region, and is not operated intermittently.
  • the overload state is not particularly distinguished, and the power is supplied by the generator power generation even in the overload state.
  • the output of the rectifier circuit 3 is reduced in the overload state, and the generator power generation is supported. If this is not possible, power can be supplied in combination with knot power generation.
  • This can be realized by using a bidirectional DC-DC converter that supplies power to the load in a form in which the converted output of the battery 6 is superimposed on the output of the generator power generation.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit of the power supply device according to the present invention, and the same or equivalent parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the three-phase generator 1 is connected to an engine (not shown).
  • the output side of the generator 1 is connected to a rectifier circuit (drive inverter) 3.
  • Each rectifier element (diode) of the rectifier circuit 3 is connected in parallel with a switching element such as an FET (hereinafter, referred to as an FET) 3-1-3-6.
  • FET FET
  • the rectifying element included in the rectifying circuit 3 may be a junction diode separately connected by a parasitic diode of a switching element such as an FET.
  • the DC regulator 4-1 of the power conversion unit 4 includes, for example, a FET, a choke coil, a capacitor, and a diode, and performs SPWM modulation of the FET power to smooth the output of the rectifier circuit 3.
  • the inverter 4-2 is configured by, for example, bridge-connecting four FETs 4-2-1-1-4_2_4.
  • the bidirectional DC-DC converter 5 exchanges electric power bidirectionally between the battery 6 and the output side of the rectifier circuit 3, and has a low voltage side winding 5-11 on the primary side. Secondary high-side winding 5_
  • transformer 5-1 with 1-2 The step-up ratio of the bidirectional DC-DC converter 5 is determined by the winding ratio of the low-voltage side winding 5-1-1 and the high-voltage side winding 5-1-2.
  • the low voltage side switching unit 5_2 is inserted into the low voltage side winding 5-1-11 side, and the high voltage side switching unit 5-3 is inserted into the high voltage side winding 5-1-2.
  • the low-voltage side switching section 5-2 is, for example, configured by connecting four FETs 5-2-1-5-2-4 in a bridge, and the high-voltage side switching section 5-3 is also similarly connected with four FETs 5-3-1-1- It is composed of 5-3-4.
  • Rectifiers such as diodes are connected in parallel to 2-4, 5_3_1—5_3_4. These rectifiers may be junction diodes separately connected by parasitic diodes of FETs. If the rectifiers connected in parallel are combined, the low-voltage switching unit 5-2 and the high-voltage switching unit 5-3 can each be considered as a switching / rectifying unit.
  • An LC resonance circuit 5-4 is inserted into the high-voltage side winding 5-1-2 of the transformer 5-1.
  • the LC resonance circuit 5-4 makes the current flowing when at least one of the low-voltage switching section 5-2 and the high-voltage switching section 5-3 is driven sinusoidal, reduces switching loss, and increases Functions to prevent FET breakdown due to current. This is because the FET can be turned on and off near the zero crossing point of the sinusoidal current.
  • the LC resonance circuit 5-4 may be provided on the primary side instead of the secondary side.
  • the FET 5-2-1--5_2_4 of the low-voltage side switching unit 5-2 and the FET 5-3-1-5--3--4 of the high-voltage side switching unit 5-3 are control circuits (not shown) such as a CPU that also have power.
  • the switching control is performed by the switch.
  • the capacitors 7 and 8 connected to the primary side and the secondary side are output smoothing capacitors.
  • the low-voltage switching unit 5_2 and the high-voltage switching unit 5_3 perform bidirectional power conversion. As described above, they are driven in perfect synchronization, that is, with the same drive signal.
  • the pair of FETs 5-2-1 and 5-2-4 and the pair of FETs 5-2-2 and 5_2_3 are turned on and off alternately as In the side switching section 5-3, this is done by alternately turning on and off the pair of FET5-3-1 and 5-3-4 and the pair of FET5-3-2 and 5-3-3.
  • the generator 1 can be operated as a motor for starting the engine.
  • the FET 3-1-3-6 can be driven synchronously without sensor by performing phase discrimination using the fact that the current distribution changes with the back electromotive voltage according to the movement of the generator (motor) 1. If the FET3-1-3-6 is not driven, the drive inverter will operate as a rectifier circuit for the output of the generator 1.
  • the DDC current can be detected by a current detection resistor 5_5 provided in the bidirectional DC-DC converter 5, and the connection between the rectifier circuit (drive inverter) 3 and the high-voltage side switching unit 5-3. It can also be detected by arranging a current transformer or the like.
  • the remaining capacity of the battery 6 can be detected by a decrease in the terminal voltage, current, or remaining capacity of the battery 6, and based on the internal resistance value estimated from the temperature and current of the battery 6, or based on the current fluctuation. It can also be detected by estimating the electromotive voltage from the voltage change.
  • the low-voltage side switching section 5-2 and the high-voltage side switching section 5-3 are selectively driven by driving them selectively, without driving them completely synchronously.
  • the power conversion from the side to the secondary side or from the secondary side to the primary side may be appropriately performed.
  • the output voltage of the rectifier circuit 3 is monitored, and when it is determined that the voltage has dropped below a predetermined value, that is, when it is determined that an overload state has occurred, the driving of the low-voltage side switching unit 5-2 is started. Can also be configured.
  • a configuration may be adopted in which the state of charge of the battery 5 is monitored based on the voltage and current of the battery 5 and the drive of the high voltage side switching unit 5-3 is stopped when it is determined that the battery 5 is in an overcharged state. It can also be configured to stop driving the low-voltage side switching unit 5-2 when it is determined that overdischarge has occurred. Wear. Thereby, the charge state of the battery 6 can be favorably maintained.

Abstract

　エンジンで駆動される発電機を有する電源装置において、軽負荷領域でも効率のよい運転を行うことができるようにすること。 　発電機１はエンジンで駆動される。発電機１の出力は整流回路２および電力変換部４（ＤＣレギュレータ４−１とインバータ４−２）により所定周波数の交流電力に変換されて負荷側へ出力される。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ５は、バッテリ６の電力を電力変換部４の入力側へ供給する。負荷電流が所定値以下の時には、バッテリ６よるバッテリ発電の出力で負荷への給電を行い、発電機１によるジェネレータ発電の出力は使用しない。バッテリ６の給電能力が低下したときにはジェネレータ発電の出力で負荷への給電を行うとともに、バッテリ６を充電する。

Description

明 細 書
電源装置
技術分野
[0001] 本発明は、電源装置に関し、特に、エンジンで駆動される発電機を有し、軽負荷領 域でも効率のよい運転を行うことができる電源装置に関するものである。 背景技術
[0002] エンジン駆動式発電機などの発電装置は、携帯用力 非常用までさまざまな用途 の電源装置として普及している。比較的小出力の電源装置では、例えば、水銀灯負 荷とか電動機負荷などの、起動時に一時的に大電流が流れる負荷が接続された場 合、一時的に過負荷状態が発生し、エンジンおよび発電機の回転数が低下し、スト ール (エンスト）が起こることがある。すなわち、一時的な過負荷状態が発生すると、ェ ンジンの回転数が低下し、この低下により発電機の出力が低下し、さらなる過負荷状 態に陥るという悪循環によりストールが起こる。
[0003] これに対処するため、エンジンが最大出力運転状態を維持できる範囲に負荷を制 限し、できるだけ速やかに過負荷状態を解消し、負荷を立ち上げることが提案されて いる。例えば、下記文献 1には、エンジンへの燃料供給量が略最大であると判別され ているにもかかわらず、エンジン回転数が所定値以上の変化率で上昇していると判 別されないときは、負荷を低減することによりエンジンを略最大出力状態に維持制御 するエンジン回転数制御装置が記載されている。
[0004] また、下記文献 2には、一時的な過負荷に対して不足電力分をバッテリから融通す る技術が記載されており、下記文献 3には、軽負荷領域での省エネ運転を図るため に、軽負荷状態においてエンジンの回転数を低下させる技術が記載されている。 特許文献 1：特許第 2740567号明細書
特許文献 2：特開 2003 - 102200号公報
特許文献 3：実公平 8 - 11073号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0005] 上記文献 1 , 2に記載されているように、一時的な過負荷についてはいろいろと対策 が講じられるようになってきている力 軽負荷領域で効率的な運転を行うことについて は十分な対策が講じられていない。すなわち、上記文献 3に記載の技術は、軽負荷 領域においてエンジンの回転数を低下させて省エネ運転を図るものであるものの、ご く軽負荷であってもエンジンの最低回転数を確保する必要があり、軽負荷領域で効 率の悪い運転を行わざるを得ない。
[0006] 本発明は、上記課題を解決し、エンジンで駆動される発電機を有する電源装置に おいて、軽負荷領域でも効率のよい運転を行うことができるようにすることを目的とす る。
課題を解決するための手段
[0007] 上記課題を解決するために、本発明は、エンジンで駆動される発電機と、該発電機 の出力を整流する整流回路と、該整流回路の出力を所定周波数の交流電力に変換 して負荷側へ出力するインバータと、電力源としてのバッテリと、該バッテリの電力を 前記インバータの入力側へ供給する DC— DCコンバータとを有する電源装置におい て、負荷電流が所定値以下の時には、前記発電機の出力を使用せずに、前記バッ テリより負荷へ電力を供給するように構成したことを第 1の特徴とする。
[0008] また、本発明は、負荷電流が所定値以下の時には、前記エンジンを停止させてお き、前記バッテリの給電能力が不足した時には、前記エンジンを自動的に始動して前 記バッテリを充電するように構成したことを第 2の特徴とする。
[0009] また、本発明は、前記バッテリの給電能力が不足するか否かを、該バッテリの端子 電圧、電流もしくは残容量の低下に基づいて検出するように構成したことを第 3の特 徴とする。
[0010] また、本発明は、前記 DC—DCコンバータは、双方向 DC—DCコンバータであること を第 4の特徴とする。
[0011] また、本発明は、前記整流素子と前記インバータとの間にレギユレータを設けるとと もに、前記整流回路と前記レギユレータとの接続点と前記バッテリとの間に前記双方 向 DC—DCコンバータを設けたことを第 5の特徴とする。
[0012] また、本発明は、電力源としてのバッテリと、該バッテリの電力を所定周波数の交流 電力に変換して負荷側へ出力するインバータとを有する電源装置において、前記バ ッテリの給電能力が不足した時には、エンジン発電機を自動的に始動して前記バッ テリを充電するように構成したことを第 6の特徴とする。
[0013] また、本発明は、上記第 6の特徴において、前記バッテリの給電能力が不足するか 否かを、該バッテリの端子電圧、電流もしくは残容量の低下に基づいて検出するよう に構成したことを第 7の特徴とする。
[0014] さらに、本発明は、前記エンジン発電機の整流出力は、前記インバータを介して所 定周波数の交流電力に変換可能に構成され、負荷電流が所定値を超えた時には前 記エンジン発電機から負荷側へ給電を行うように構成したことを第 8の特徴とする。 発明の効果
[0015] 本発明の第 1の特徴によれば、軽負荷時、エンジンで駆動される発電機の出力を 使用せずに、エンジンを停止させた状態で負荷に電力を供給することができるので、 全体として効率のょレ、運転が可能になる。
[0016] また、第 2の特徴によれば、軽負荷時、バッテリからの給電の継続によりその能力が 不足した時にはエンジンが始動され、エンジンの間欠的運転で軽負荷に対応するの で、軽負荷時の運転効率を高めることができる。
[0017] また、第 3の特徴によれば、エンジンの始動、停止の制御を簡単、適切に行うことが できる。
[0018] また、第 4の特徴によれば、バッテリからの電力の出し入れ、すなわち、バッテリから の電力の取り出しと発電機の出力によるバッテリの充電とを同一回路で簡単、確実に 行うことができる。
[0019] また、第 5の特徴によれば、双方向 DC— DCコンバータの 2次側出力の変動をレギ ユレータで吸収し、その変動がインバータ側に影響しないようにすることができる。
[0020] また、第 6の特徴によれば、軽負荷時、ノ ノテリから電力を負荷に供給し、バッテリ 力 の給電の継続によりその能力が不足した時にはエンジン発電機を始動してバッ テリの充電を行うようにして、エンジン発電機を間欠的に運転するので、軽負荷時の 運転効率を高めることができる。
[0021] また、第 7の特徴によれば、第 6の特徴を有する電源装置にぉレ、て、エンジンの始 動、停止の制御を簡単、適切に行うことができる。
[0022] さらに、第 8の特徴によれば、負荷量が増えた時には、従来通り、エンジンで駆動さ れる発電機を主電力源とした高効率の運転が可能になる。
図面の簡単な説明
[0023] [図 1]本発明に係る電源装置の概念を示すブロック構成図である。
[図 2]本発明における動作を説明するためのフロー図である。
[図 3]本発明と従来技術による出力-エンジン回転数特性を示す図である。
[図 4]本発明に係る電源装置の具体的回路の一例を示す回路図である。
符号の説明
[0024] 1···発電機、 2· "エンジン、 3···整流回路（駆動用インバータ）、 3-1-3-6, 4-1 —4-4, 5-2-1— 5-2-4, 5— 3— 1 5— 3— 4· · 'FET、 4· · ·電力変換部、 4— 1 · · · DCレギユレータ、 4—2···インバータ、 5···双方向 DC—DCコンバータ、 5—1· "トラ ンス、 5-1-1 · · ·低圧側卷線、 5_1_2· · ·高圧側卷線、 5—2· · ·低圧側スィッチング 部、 5—3· ··高圧側スイッチング部、 5— 4· · 'LC共振回路、 5-5·· 'DDC電流検出 用抵抗、 6···バッテリ、 7, 8···平滑用コンデンサ
発明を実施するための最良の形態
[0025] 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図 1は、本発明に係る電源装置 の概念を示すブロック構成図である。同図において、発電機 1は、例えば 3相の多極 磁石発電機からなる。発電機 1は、エンジン 2に連結され、エンジン 2により駆動される エンジン駆動式発電機であり、エンジン始動用電動機として動作することもできる電 動機兼用発電機である。
[0026] 整流回路 3は、発電機 1の出力を整流し、また、その出力側の DC電圧を 3相の AC 電圧に変換して発電機 1に印加する駆動用インバータを構成している。
[0027] 電力変換部 4は、 DCレギユレータ 4—1とインバータ 4—2とを有し、整流回路 3の出 力を所定周波数の交流電力に変換して負荷側へ出力する。なお、電力変換部 4の D Cレギユレータ 4一 1は必ずしも必要なものでなレ、が、これを設ければ、後述する双方 向 DC—DCコンバータ 5の出力変動がインバータ 4—2に及ばないようにようにすること ができる。 [0028] 双方向 DC-DCコンバータ 5は、バッテリ 6の電圧を昇圧し、昇圧した DC電圧を整 流回路 3の出力側に出力する。また、双方向 DC— DCコンバータ 5は、整流回路 3か ら十分な電圧が出力されており、バッテリ 6の残容量が少ないときに、整流回路 3の出 力をバッテリ 6に供給し、それを充電する。以下では、双方向 DC— DCコンバータ 5の バッテリ 6側を一次側、整流回路 3側を二次側と呼ぶことがある。バッテリ 6は、例えば 、セルスタータとして一般的に使用されている 12Vのバッテリである。
[0029] 次に、図 1の動作を説明する。以下では、エンジン 2で駆動される発電機 1による負 荷への給電を「ジェネレータ発電」と称し、バッテリ 6による負荷への給電を「バッテリ 発電」と称する。双方向 DC— DCコンバータ 5は、一次側と二次側とを完全同期で、 すなわち同一の駆動信号で駆動される。この駆動形態により双方向 DC— DCコンパ ータ 5は、トランスの卷線比による一次側と二次側の相対電圧差に基づいて双方向で 電力変換を行うものとなる。
[0030] エンジン 2の始動時、双方向 DC—DCコンバータ 5のトランスの卷線比による一次側 と二次側の相対電圧差に基づいて、バッテリ 6の DC電圧が双方向 DC— DCコンバー タ 5で昇圧され、昇圧された DC電圧が駆動用インバータ (整流回路） 3に与えられる 。駆動用インバータ 3は、始動指令によってスイッチング駆動され、この DC電圧が 3 相の AC電圧に変換されて発電機 1に与えられる。これにより、発電機 1はエンジン始 動用電動機として起動される。
[0031] エンジン 2が始動すると、発電機 1はエンジン 2により駆動される。駆動用インバータ 3は、スィッチング動作を停止して整流回路となる。発電機 1の出力は、整流回路 (駆 動用インバータ） 3で整流され、電力変換部 4の DCレギユレータ 4_1で調整され、さら にインバータ 4_2で所定周波数の交流電力に変換されて負荷側へ出力される。
[0032] 軽負荷時を除く通常運転時には、発電機 1を主体としたジェネレータ発電が行われ る。エンジン 2の回転数は、負荷電流に応じてエンジン 2のスロットル制御量を制御す る電子ガバナで制御される。この結果、エンジン 2の回転数は負荷量に連動し、負荷 に最適なものとなり、整流回路 3からは負荷に対する十分な出力が得られる。
[0033] 双方向 DC—DCコンバータ 5は整流回路 3の出力側に接続されているため、バッテ リ 6はその残容量が少なければ、双方向 DC—DCコンバータ 5を通して整流回路 3の 出力で充電される。すなわち、バッテリ 6の変換出力が整流回路 3の出力電圧より低 ければ、双方向 DC— DCコンバータ 5のトランスの卷線比による一次側と二次側の相 対電圧差に基づいて、バッテリ 6が整流回路 3の出力で充電されるように電力変換が 行われる。
[0034] 軽負荷時、バッテリ 6の残容量が規定値以上あればエンジン 2が停止され、バッテリ 6を主体としたバッテリ発電が行われる。ここで、バッテリ 6の残容量低下などで負荷 に対する給電能力が不足すると、エンジン 2が起動され、ジェネレータ発電に切り換 えられる。同時に、ジェネレータ発電の出力でバッテリ 6が充電される。バッテリ 6の充 電が完了すればエンジン 2は停止され、再度バッテリ発電に移行される。
[0035] このように、軽負荷時にはバッテリ 6を主体としたバッテリ発電が行われるとともに、 バッテリ 6の給電能力の低下に従ってエンジン 2が間欠運転される。この場合、バッテ リ 6の給電能力の低下は、負荷に対する給電が継続して累積された結果であり、累積 された負荷状態に応じてエンジン 2が間欠的に運転されることになる。
[0036] 図 2は、本発明における動作を説明するためのフロー図である。同図において、実 線は電力変換部 4側での判断による動作を示し、破線は双方向 DC— DCコンバータ 5側での判断による動作を示している。ここでは、まず、バッテリ 6の残容量が規定値 以上あるとする。
[0037] コンビネーションスィッチを操作して電源オンにする（S1)と、バッテリ発電（Batt発 電）が行われる。この時、負荷電流、つまり、双方向 DC-DCコンバータ 5から負荷側 に取り出される電流（以下、 DDC電流と称する。）が規定値以下の軽負荷である（S2 )ならば、ノくッテリ 6の残容量が規定値以上で、バッテリ 6の負荷に対する給電能力は 十分であるので、ノ ッテリ発電が継続される。
[0038] 軽負荷でなくて DDC電流が規定値を超える時（S3)には、発電機 1がエンジン始動 用電動機として駆動されてクランキングが行われる。これにより、バッテリ発電が行わ れつつエンジン始動動作が開始される。
[0039] なお、エンジン始動動作を開始する際に、ガソリンなしゃオイルなしなどで、ェンジ ン 2の起動に失敗してエラーとなった場合（S4)には、 自動的にバッテリ発電出力を 停止する。このエラーの解除は、コンビネーションスィッチを一旦オフにし、再度コン ビネーシヨンスィッチをオンにしてリセットすればよレ、。なお、このリセット操作を行う場 合にはエラーを解消するための処置、例えばガソリンの補給などが必要である。
[0040] DDC電流は継続して検出される（S5)。エンジン始動後は、バッテリ発電とジヱネレ ータ発電 (ALT発電）の双方が行われ、エンジン 2の回転数は、その時の負荷量に応 じた最適な目標値回転数に制御される（S6)。
[0041] エンジン 2の回転数が目標回転数に到達すると、整流回路 3の出力が十分となるの で、双方向 DC—DCコンバータ 4の機能によりバッテリ発電は実質的に停止される。 負荷量が変化した場合、エンジン 2の目標回転数がそれに応じて変えられ、ジエネレ ータ発電により負荷量に応じた電力が供給される。また、この時、バッテリ 6は、満充 電でなければ整流回路 3の出力で充電される。通常はこの状態での運転が継続され る。
[0042] 軽負荷であって DDC電流が所定値以下の時には、以下のようにしてエンジン 2が 間欠的に駆動され、ジェネレータ発電が間欠的に行われる。軽負荷時、バッテリ 6の 残容量が規定値以上であれば（S7)、バッテリ 6の負荷に対する給電能力は十分で あるので、バッテリ発電が継続される。この時、エンジン 2は駆動されず、ジェネレータ 発電は行われない。
[0043] バッテリ 6から負荷への給電が継続されて、バッテリ 6の残容量が規定値未満になる と（S8)、発電機 1がエンジン始動用電動機として駆動されてクランキングが行われる 。これにより、バッテリ発電が行われつつエンジン始動動作が開始される。バッテリ 6 の残容量は継続して検出される（S9)。エンジン始動後は、バッテリ発電とジエネレー タ発電の双方が行われ、エンジン 2の回転数は、軽負荷時に最適な目標値回転数に 制御される（S6)。
[0044] エンジン 2の回転数が目標回転数に到達すると、整流回路 3の出力が十分となるの で、双方向 DC—DCコンバータ 4の機能によりバッテリ発電は実質的に停止される。こ の時、バッテリ 6は、ジェネレータ発電による出力で充電される。
[0045] バッテリ 6の充電が完了して充電完了信号（S10)が出力され、同時に負荷が規定 値以下、例えば 400W以下（S11)であることが検出されると、バッテリ発電への切換 指示が出力される（S12)。これにより、エンジン 2が停止されてジェネレータ発電は停 止され、バッテリ発電に切り換えられる。軽負荷時には、以上のような動作が繰り返さ れてエンジン 2が間欠的に駆動され、ジェネレータ発電が間欠的に行われる。
[0046] なお、以上の説明では、始動時にバッテリ 6の残容量が規定値以上あるとしたが、 バッテリ 6の残容量が規定値未満で、エンジン 2を起動できない時には、まず、ェンジ ン 2を手動で起動し、ジェネレータ発電を行わせてバッテリ 6を充電するようにすれば よい。
[0047] 図 3は、本発明と従来技術による出力—エンジン回転数特性を示す図である。本発 明による出力—エンジン回転数特性は、同図（a)に示すように、規定値以下の軽負荷 領域で、回転数が「0」と目標回転数 Rとで切り換えられる。これにより、エンジン 2は
T
軽負荷領域では間欠運転され、軽負荷領域を超えると負荷量に連動した最適なェン ジン回転数で運転される。一方、従来技術による出力-エンジン回転数特性は、同図 (b)に示すように、エンジンは軽負荷領域でも最低回転数が常に確保されて運転さ れ、間欠運転されない。
[0048] 以上では、過負荷状態を特に区別せず、過負荷状態でもジェネレータ発電で給電 を行うものとして説明したが、過負荷状態で整流回路 3の出力が低下し、ジエネレー タ発電で対応しきれない場合には、ノ ッテリ発電を併用した形で給電を行うようにす ることもできる。これは、ジェネレータ発電の出力にバッテリ 6の変換出力を重畳した 形で負荷へ給電を行うようにすればよぐ双方向 DC— DCコンバータを用いることによ り実現できる。
[0049] 図 4は、本発明に係る電源装置の具体的回路の一例を示す回路図であり、図 1と同 一あるいは同等部分には同じ番号を付してある。 3相の発電機 1は、エンジン（図示 せず）に連結される。発電機 1の出力側は、整流回路 (駆動用インバータ） 3に接続さ れる。整流回路 3の各整流素子 (ダイオード）には FETなどのスイッチング素子（以下 、 FETと記す。）3—1— 3—6が並列接続されており、これらの FET3—1— 3—6は、そ のオン、オフにより DC電圧を 3相の AC電圧に変換して発電機 1に印加する駆動用ィ ンバータを構成している。
[0050] なお、整流回路 3を構成する整流素子は、 FETなどのスイッチング素子の寄生ダイ オードでよぐ別途接続した接合ダイオードでもよい。 [0051] 電力変換部 4の DCレギユレータ 4—1は、例えば FET、チョークコイル、コンデンサ、 ダイオードなどを含み、 FET力 SPWM変調されて整流回路 3の出力を平滑 '調整する 。インバータ 4—2は、例えば 4つの FET4—2—1— 4_2_4をブリッジ接続して構成さ れる。
[0052] 双方向 DC—DCコンバータ 5は、バッテリ 6と整流回路 3の出力側との間で双方向に 電力を融通するものであり、一次側の低圧側卷線 5— 1一 1と二次側の高圧側卷線 5_
1— 2を備えるトランス 5—1含む。この双方向 DC—DCコンバータ 5の昇圧比は、低圧 側卷線 5—1-1と高圧側卷線 5—1-2の卷線比により決定される。
[0053] 低圧側スイッチング部 5_2は、低圧側卷線 5— 1一 1側に挿入され、高圧側スィッチン グ部 5—3は、高圧側卷線 5—1— 2側に挿入される。低圧側スイッチング部 5—2は、例 えば、 4つの FET5—2—1 5—2—4をブリッジ接続して構成され、高圧側スイッチング 部 5—3も同様に 4つの FET5—3—1— 5—3—4で構成される。
[0054] 低圧側スイッチング部 5— 2および高圧側スイッチング部 5— 3の各 FET5— 2— 1一 5_
2- 4, 5_3_1— 5_3_4にはダイオードなどの整流素子が並列接続される。これらの 整流素子も FETの寄生ダイオードでよぐ別途接続した接合ダイオードでもよい。並 列接続された整流素子を合わせれば、低圧側スイッチング部 5— 2および高圧側スィ ツチング部 5— 3はそれぞれ、スイッチング ·整流部と考えることができる。
[0055] トランス 5-1の高圧側卷線 5— 1-2側には LC共振回路 5— 4が挿入される。 LC共振 回路 5— 4は、低圧側スイッチング部 5— 2および高圧側スイッチング部 5— 3の少なくと も一方が駆動されたときに流れる電流を正弦波状にし、スイッチング損失を低減し、 また、大電流による FET破壊を招かないように機能する。これは、正弦波状の電流の 零クロス点付近で FETをオン、オフさせることができるからである。なお、 LC共振回 路 5-4は、二次側ではなく一次側に設けてもよい。
[0056] 低圧側スイッチング部 5—2の FET5—2—1— 5_2_4および高圧側スイッチング部 5 — 3の FET5— 3— 1 5— 3— 4は、 CPUなど力もなる制御回路（図示せず）によりスイツ チング制御される。なお、一次側および二次側に接続されているコンデンサ 7、 8は、 出力平滑用コンデンサである。
[0057] 低圧側スイッチング部 5_2と高圧側スイッチング部 5_3は、双方向で電力変換を行 うように、完全同期で、すなわち同一の駆動信号で駆動される。この駆動は、周知の ように、低圧側スイッチング部 5—2においては FET5—2—1と 5—2—4のペア、 FET5— 2—2と 5_2_3のペアを交互にオン、オフし、高圧側スイッチング部 5—3においては F ET5—3—1と 5—3—4のペア、 FET5—3—2と 5—3—3のペアを交互にオン、オフするこ とで行われる。
[0058] 駆動用インバータ 3の FET3—1 3—6を周知のように PWM駆動すれば、発電機 1 をエンジン始動用電動機として動作させることができる。この際、発電機 (電動機） 1の 動きに従って逆起電圧で電流分配が変化することを利用して位相判別することにより 、センサレスで FET3—1 3— 6を同期駆動することができる。 FET3— 1 3— 6を駆 動しなければ、駆動用インバータ部分は発電機 1の出力の整流回路として動作する ようになる。
[0059] DDC電流は、双方向 DC—DCコンバータ 5に配設した電流検出用抵抗 5_5によつ て検出でき、整流回路 (駆動用インバータ） 3と高圧側スイッチング部 5-3との接続部 に変流器などを配設することによつても検出できる。また、バッテリ 6の残容量は、バッ テリ 6の端子電圧、電流もしくは残容量の低下により検出でき、ノくッテリ 6の温度と電 流から推定される内部抵抗値に基づいて、あるいは電流変動と電圧変化から起電圧 を推定することによつても検出できる。
[0060] 以上、実施形態について説明したが、本発明においては、低圧側スイッチング部 5 -2と高圧側スイッチング部 5-3とを完全同期で駆動することなぐそれらを選択的に 駆動して一次側から二次側、あるいは二次側から一次側への電力変換を適宜行わ せるように構成することもできる。例えば、エンジン始動時には、双方向 DC—DCコン バータ 5をその一次側から二次側へ電力変換が行われるように駆動すれば十分であ る。また、例えば、整流回路 3の出力電圧を監視し、所定値よりも低下したと判断され た時、すなわち過負荷状態になったと判断された時に低圧側スイッチング部 5— 2の 駆動を開始するように構成することもできる。また、例えば、バッテリ 5の電圧、電流な どに基づいてその充電状態を監視し、過充電状態であると判別されたときに高圧側 スイッチング部 5— 3の駆動を停止させるように構成することができ、過放電であると判 定されたときに低圧側スイッチング部 5— 2の駆動を停止させるように構成することもで きる。これによりバッテリ 6の充電状態を良好に維持することができる。

Claims

請求の範囲
[1] エンジンで駆動される発電機と、該発電機の出力を整流する整流回路と、該整流回 路の出力を所定周波数の交流電力に変換して負荷側へ出力するインバータと、電力 源としてのバッテリと、該バッテリの電力を前記インバータの入力側へ供給する DC—
DCコンバータとを有する電源装置において、
負荷電流が所定値以下の時には、前記発電機の出力を使用せずに、前記バッテリ より負荷へ電力を供給するように構成したことを特徴とする電源装置。
[2] 負荷電流が所定値以下の時には、前記エンジンを停止させておき、前記バッテリの 給電能力が不足した時には、前記エンジンを自動的に始動して前記バッテリを充電 するように構成したことを特徴とする請求項 1に記載の電源装置。
[3] 前記バッテリの給電能力が不足するか否かを、該バッテリの端子電圧、電流もしくは 残容量の低下に基づいて検出するように構成したことを特徴とする請求項 1または 2 に記載の電源装置。
[4] 前記 DC—DCコンバータは、双方向 DC—DCコンバータであることを特徴とする請求 項 2に記載の電源装置。
[5] 前記整流素子と前記インバータとの間にレギユレータを設けるとともに、前記整流回 路と前記レギユレータとの接続点と前記バッテリとの間に前記双方向 DC—DCコンパ ータを設けたことを特徴とする請求項 4に記載の電源装置。
[6] 電力源としてのバッテリと、該バッテリの電力を所定周波数の交流電力に変換して負 荷側へ出力するインバータとを有する電源装置において、
前記バッテリの給電能力が不足した時には、エンジン発電機を自動的に始動して 前記バッテリを充電するように構成したことを特徴とする電源装置。
[7] 前記バッテリの給電能力が不足するか否かを、該バッテリの端子電圧、電流もしくは 残容量の低下に基づいて検出するように構成したことを特徴とする請求項 6に記載の 電源装置。
[8] 前記エンジン発電機の整流出力は、前記インバータを介して所定周波数の交流電 力に変換可能に構成され、負荷電流が所定値を超えた時には前記エンジン発電機 力 負荷側へ給電を行うように構成したことを特徴とする請求項 6または 7に記載の電
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