JP2009148110A - Charger/discharger and power supply device using the same - Google Patents

Charger/discharger and power supply device using the same Download PDF

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利一 北野
Takahisa Masashiro
尊久 正代
Akihiro Miyasaka
明宏 宮坂
Akira Yamashita
明 山下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charger/discharger that reduces cost and footprint, and a power supply device using the charger/discharger. <P>SOLUTION: The power supply device includes a rectifier 2 which converts ac power input from a commercial power supply 1 into dc power, to be supplied to a load 5, and the charger/discharger 4 composed of a step-down circuit 6 and a switching circuit 7. The charger/discharger 4 receives power output from the rectifier 2 to charge a battery pack 3 when the commercial power supply 1 is enabled, or receives power output from the battery pack 3 to supply power to the load 5 when the commercial power supply 1 fails. The step-down circuit 6 is composed of a switching element 10, a reactor 11, a capacitor 12, a diode 13, and a control unit 14. The step-down circuit 6 steps down input power to output the stepped down power through a switching operation caused by a PWM (Pulse Width Modulation) signal sent from the control unit 14 to the switching element 10. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は充放電器とこれを用いた電源装置に関し、特に、交流電力を直流電力へ変換して負荷へ供給する、蓄電池を備えて停電時のバックアップとする直流バックアップ電源システムに関する。   The present invention relates to a charger / discharger and a power supply device using the charger / discharger, and more particularly to a DC backup power supply system including a storage battery that converts AC power into DC power and supplies the power to a load and serves as a backup during a power failure.

一般に、直流負荷装置へ電力を供給する電源システムでは、商用交流電力を受け、直流４８Ｖなどの直流電力を出力する整流器が用いられている。さらに、商用電力が停電した場合でも負荷装置への給電を継続するために、整流器の出力に蓄電池と、蓄電池を充電するための充電器を備えている。蓄電池を直流電源システムに適用する場合には、通常、単セルと呼ばれる１本の蓄電池を複数個直列にしたものを１つ以上並列接続した組電池を用いる。   In general, a power supply system that supplies power to a DC load device uses a rectifier that receives commercial AC power and outputs DC power such as DC 48V. Further, in order to continue power supply to the load device even when the commercial power is interrupted, a storage battery and a charger for charging the storage battery are provided at the output of the rectifier. When a storage battery is applied to a DC power supply system, an assembled battery in which one or more storage batteries called single cells are connected in parallel is used.

下記特許文献１、２には、複数の組電池が出力する電力を放電器を介して負荷に供給する電池システムが記載され、特許文献１には、組電池と放電器中のコンバータとの間の電路が共通導線によって互いに電気的に接続されていることが記載され、特許文献２には、放電器の各動作を、制御部が発信する同一の動作信号に基づいて行わせることが記載されている。
特開２００７−１４３２６６号公報 特開２００７−１４３２９１号公報 Patent Documents 1 and 2 below describe a battery system that supplies power output from a plurality of assembled batteries to a load via a discharger. Patent Document 1 describes a battery system and a converter in the discharger. Are described as being electrically connected to each other by a common conductor, and Patent Document 2 describes that each operation of the discharger is performed based on the same operation signal transmitted by the control unit. ing.
JP 2007-143266 A JP 2007-143291 A

整流装置、蓄電池、充電器および放電器を組み合わせた直流バックアップ電源システムを図５に示す。図において、商用電源１の交流電力は整流器２に供給され、整流器２は交流電力を所定の直流電力に変換して負荷５へ供給している。組電池３は、商用電源１が有効であるときは充電器１６を介して充電され、商用電源１の停電時に放電器１７を介して負荷５への放電を行う。負荷５は直流負荷である。商用電源１が有効であるときは整流器２から負荷５への給電が行われ、商用電源１の停電時に組電池３から放電器１７を介して負荷５へ給電を行う。   FIG. 5 shows a DC backup power supply system in which a rectifier, a storage battery, a charger and a discharger are combined. In the figure, the AC power of the commercial power source 1 is supplied to the rectifier 2, and the rectifier 2 converts the AC power into predetermined DC power and supplies it to the load 5. The assembled battery 3 is charged via the charger 16 when the commercial power source 1 is active, and discharges to the load 5 via the discharger 17 when the commercial power source 1 is interrupted. The load 5 is a DC load. When the commercial power source 1 is effective, power is supplied from the rectifier 2 to the load 5, and when the commercial power source 1 is powered down, power is supplied from the assembled battery 3 to the load 5 via the discharger 17.

整流器２の出力電圧を５５Ｖ、組電池３を鉛蓄電池セル（定格２．０Ｖ、２００Ａｈ）を２５セル直列接続してなる組電池（定格５０Ｖ、２００Ａｈ）とする。この鉛蓄電池セルの満充電電圧は２．２Ｖであり、組電池３の満充電電圧は５５Ｖである。充電器１６は、整流器２から入力した電力で組電池３を充電するが、充電電流が過剰にならないように、出力電流を制限する機能を持つ。つまり、充電電流の制限を行うため、このシステムでは専用の充電器が必要となっている。   The output voltage of the rectifier 2 is 55 V, and the assembled battery 3 is an assembled battery (rated 50 V, 200 Ah) formed by connecting 25 lead-acid battery cells (rated 2.0 V, 200 Ah) in series. The full charge voltage of the lead storage battery cell is 2.2V, and the full charge voltage of the assembled battery 3 is 55V. The charger 16 charges the assembled battery 3 with the electric power input from the rectifier 2, but has a function of limiting the output current so that the charging current does not become excessive. In other words, in order to limit the charging current, this system requires a dedicated charger.

放電器１７は、整流器２の停止時に組電池３から電力を負荷５へ出力するが、出力電流が過剰にならないように、出力電流の制限を行い、また組電池３が最低使用電圧に達したときは、過放電による劣化を防ぐため組電池３からの放電を停止させる機能を持つ。つまり、放電電流を制限し、組電池３の過放電を防ぐため、このシステムでは放電器が必要である。   The discharger 17 outputs power from the assembled battery 3 to the load 5 when the rectifier 2 is stopped, but limits the output current so that the output current does not become excessive, and the assembled battery 3 reaches the minimum operating voltage. In some cases, it has a function of stopping discharge from the assembled battery 3 in order to prevent deterioration due to overdischarge. That is, in order to limit the discharge current and prevent the battery pack 3 from being overdischarged, this system requires a discharger.

以上のように、充電器と放電器とを両方を搭載することによるコストと設置スペースの増加という問題がある。   As described above, there is a problem of an increase in cost and installation space due to mounting both a charger and a discharger.

前記の問題は、鉛蓄電池システムの場合に限らず、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン電池などの二次電池を組み合わせてなる組電池を有する直流バックアップ電源システムにおいても生じる問題である。   The above problem is not limited to the case of a lead storage battery system, but also occurs in a DC backup power supply system having an assembled battery formed by combining secondary batteries such as a nickel hydride storage battery and a lithium ion battery.

本発明は前記の、充電器と放電器とを両方搭載することにより、コストと設置スペースが増加するという問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、コストと設置スペースを節約する充放電器とこれを用いた電源装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the problem that the cost and installation space are increased by mounting both the charger and the discharger, and the problems to be solved by the present invention are cost and installation. It is an object to provide a charger / discharger that saves space and a power supply device using the same.

本発明においては、上記課題を解決するために、請求項１に記載のように、
降圧手段と、充電時と放電時とで接続を切替える切替手段とを具備する充放電器であって、充電時には、整流器が交流電力を直流電力に変換して出力する電力を、前記降圧手段を介して、１つ以上の蓄電池を組合わせてなる組電池へ供給して該組電池を充電するように前記切替手段が接続を切替え、放電時には、前記組電池が出力する電力を前記降圧手段を介して負荷へ供給するように前記切替手段が接続を切替えることを特徴とする充放電器を構成する。 In the present invention, in order to solve the above problem, as described in claim 1,
A charger / discharger comprising a step-down means and a switching means for switching connection between charging and discharging, and at the time of charging, the rectifier converts the AC power into DC power and outputs the output power to the step-down means. The switching means switches the connection so as to charge and charge the assembled battery by supplying one or more storage batteries to the assembled battery, and the electric power output from the assembled battery at the time of discharging is supplied to the step-down means. The charging / discharging device is characterized in that the switching means switches the connection so as to supply the load to the load.

また、本発明においては、請求項２に記載のように、
請求項１に記載の充放電器において、前記降圧手段は、パルス幅変調信号によってスイッチング動作を行うスイッチング素子と、前記降圧手段のプラス側の電路とマイナス側の電路との間にマイナス側の電路からプラス側の電路へ電流を流す向きに挿入されたダイオードと、リアクトルと、前記プラス側の電路と前記マイナス側の電路との間に挿入されたコンデンサと、出力電流が流れる向きに接続されたダイオードとが、この順に接続されて構成され、入力される電力を降圧制御して出力することを特徴とする充放電器を構成する。 In the present invention, as described in claim 2,
2. The charger / discharger according to claim 1, wherein the step-down means includes a switching element that performs a switching operation by a pulse width modulation signal, and a negative-side electric circuit between a positive-side electric circuit and a negative-side electric circuit of the step-down means. A diode inserted in a direction in which a current flows from a positive circuit to a positive circuit, a reactor, a capacitor inserted between the positive circuit and the negative circuit, and a direction in which an output current flows A diode is connected and configured in this order, and configures a charger / discharger that performs step-down control on input power and outputs the power.

また、本発明においては、請求項３に記載のように、
請求項１または２に記載の充放電器において、前記切替手段による接続の切替は、スイッチング素子によって行われることを特徴とする充放電器を構成する。 In the present invention, as described in claim 3,
3. The charger / discharger according to claim 1, wherein the switching of the connection by the switching unit is performed by a switching element.

また、本発明においては、請求項４に記載のように、
請求項３に記載の充放電器において、前記接続の切替に用いられるスイッチング素子であって、他のスイッチング素子を介さずに前記降圧手段の入力端に接続するスイッチング素子が、前記パルス幅変調信号によるスイッチング動作を行うスイッチング素子の役割を兼ねることを特徴とする充放電器を構成する。 In the present invention, as described in claim 4,
4. The charging / discharging device according to claim 3, wherein the switching element used for switching the connection is connected to the input terminal of the step-down means without passing through another switching element. The charge / discharge device is also characterized in that it also serves as a switching element that performs the switching operation according to.

また、本発明においては、請求項５に記載のように、
請求項１ないし４のいずれかに記載の充放電器において、前記降圧手段は、放電時には、出力電流をあらかじめ定められた第１の電流値以下に制限し、充電時には、出力電流をあらかじめ定められた第２の電流値以下に制限することを特徴とする充放電器を構成する。 In the present invention, as described in claim 5,
5. The charger / discharger according to claim 1, wherein the step-down means limits an output current to a predetermined first current value or less during discharging and sets an output current in advance during charging. The charger / discharger is limited to a second current value or less.

また、本発明においては、請求項６に記載のように、
請求項１ないし５のいずれかに記載の充放電器において、外部信号である充電指令信号を受信しているとき、前記切替手段は充電時の接続状態にあり、前記充電指令信号を受信していないとき、前記切替手段は放電時の接続状態にあることを特徴とする充放電器を構成する。 In the present invention, as described in claim 6,
6. The charger / discharger according to claim 1, wherein when the charging command signal which is an external signal is received, the switching means is in a connection state at the time of charging and receives the charging command signal. When not present, the switching means is in a connected state at the time of discharging, and constitutes a charger / discharger.

また、本発明においては、請求項７に記載のように、
請求項１ないし５のいずれかに記載の充放電器において、前記切替手段が充電時の接続状態にあるときに、外部信号である停電検知信号を受信した場合に、前記切替手段は充電時の接続状態から放電時の接続状態に切替えられることを特徴とする充放電器を構成する。 In the present invention, as described in claim 7,
The charger / discharger according to any one of claims 1 to 5, wherein when the switching unit is in a connected state at the time of charging, when the power failure detection signal which is an external signal is received, the switching unit is at the time of charging. The charger / discharger is configured to be switched from a connected state to a connected state at the time of discharging.

また、本発明においては、請求項８に記載のように、
請求項１ないし７のいずれかに記載の充放電器において、前記組電池の電圧が、放電終止電圧を下回ったとき、前記降圧手段は前記組電池からの電力出力を停止することを特徴とする充放電器を構成する。 In the present invention, as described in claim 8,
8. The charger / discharger according to claim 1, wherein when the voltage of the assembled battery falls below a discharge end voltage, the step-down means stops power output from the assembled battery. Configure the charger / discharger.

また、本発明においては、請求項９に記載のように、
交流電力を直流電力に変換して出力する整流器と、１つ以上の蓄電池を組合わせてなる組電池と、充放電器とを具備し、前記交流電力が有効であるときは前記整流器の出力を負荷に供給する電源装置であって、前記充放電器が請求項１ないし８のいずれかに記載の充放電器であることを特徴とする、充放電器を用いた電源装置を構成する。 In the present invention, as described in claim 9,
It comprises a rectifier that converts AC power into DC power and outputs it, an assembled battery that is a combination of one or more storage batteries, and a charger / discharger, and outputs the rectifier when the AC power is valid. It is a power supply device supplied to load, Comprising: The said charger / discharger is the charger / discharger in any one of Claim 1 thru | or 8, The power supply device using a charger / discharger is comprised.

また、本発明においては、請求項１０に記載のように、
請求項９に記載の、充放電器を用いた電源装置において、複数の前記組電池が、それぞれに対となる前記充放電器を介して、前記整流器から前記負荷への電力供給ラインに並列接続されることを特徴とする、充放電器を用いた電源装置を構成する。 In the present invention, as described in claim 10,
The power supply device using a charger / discharger according to claim 9, wherein a plurality of the assembled batteries are connected in parallel to a power supply line from the rectifier to the load via the pair of chargers / dischargers. The power supply device using the charger / discharger is configured.

本発明に係る充放電器とこれを用いた電源装置によれば、以下のごとき効果を奏することができる。   According to the charger / discharger and the power supply device using the same according to the present invention, the following effects can be obtained.

１つの変換回路が充電器と放電器との両方の機能を持つため、充電器と放電器をそれぞれ搭載する必要がなく、コストとスペースを節約することが可能となる。   Since one conversion circuit has both functions of a charger and a discharger, it is not necessary to mount a charger and a discharger, respectively, and it is possible to save cost and space.

本発明に係る充放電器とこれを用いた電源装置においては、例えば、リアクトル、コンデンサ、ダイオード、スイッチング素子により降圧手段である降圧回路を構成し、充電時には降圧回路の入力を整流器出力とし、出力を組電池へ供給し、放電時には降圧回路の入力を組電池出力とし、出力を負荷へ供給する。   In the charger / discharger and the power supply device using the same according to the present invention, for example, a step-down circuit that is a step-down unit is configured by a reactor, a capacitor, a diode, and a switching element. Is supplied to the assembled battery, and when discharging, the input of the step-down circuit is used as the assembled battery output, and the output is supplied to the load.

以下に、本発明の実施の形態について、蓄電池がニッケル水素蓄電池あるいは鉛蓄電池である場合を例として説明するが、本発明はこれに限られるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by taking as an example a case where the storage battery is a nickel hydride storage battery or a lead storage battery, but the present invention is not limited to this.

図１は、本発明の実施の形態例を説明する図である。図１において、整流器２は商用電源１から入力した交流電力を直流電力に変換して直流５６Ｖを出力し、負荷５へ給電する。組電池３は、鉛蓄電池セル（定格電圧２．０Ｖ、定格容量２００Ａ）を２５セル直列接続して構成した組電池（定格電圧５０Ｖ、定格容量２００Ａ）である。組電池３は、充電されると電圧が上昇するが、鉛蓄電池セルの満充電電圧は２．２Ｖであるから、組電池３の満充電電圧は５５．０Ｖである。また、組電池３は放電すると電圧が低下するが、放電終止電圧として設定された電圧を下回って放電を継続すると蓄電池が劣化する。この鉛蓄電池セルの放電終止電圧は１．７Ｖであるから、組電池３の放電終止電圧は４２．５Ｖである。   FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the rectifier 2 converts AC power input from the commercial power supply 1 into DC power, outputs DC 56 V, and supplies power to the load 5. The assembled battery 3 is an assembled battery (rated voltage 50 V, rated capacity 200 A) in which 25 lead-acid battery cells (rated voltage 2.0 V, rated capacity 200 A) are connected in series. When the battery pack 3 is charged, the voltage rises. However, since the full charge voltage of the lead storage battery cell is 2.2V, the battery pack 3 has a full charge voltage of 55.0V. Further, when the battery pack 3 is discharged, the voltage decreases, but when the discharge is continued below the voltage set as the discharge end voltage, the storage battery deteriorates. Since the end-of-discharge voltage of this lead storage battery cell is 1.7V, the end-of-discharge voltage of the assembled battery 3 is 42.5V.

充放電器４は、整流器２が出力する電力を入力して組電池３を充電し、あるいは、組電池３が出力する電力を入力して負荷５へ給電する。   The charger / discharger 4 inputs power output from the rectifier 2 to charge the assembled battery 3, or inputs power output from the assembled battery 3 to supply power to the load 5.

商用電源１が有効であるとき、整流器２が出力する電力が負荷５へ供給され、必要に応じて、充放電器４の動作により組電池３が充電される。   When the commercial power source 1 is valid, the power output from the rectifier 2 is supplied to the load 5 and the assembled battery 3 is charged by the operation of the charger / discharger 4 as necessary.

商用電源１の停電時には、組電池３が充放電器４を介して放電し、負荷５への電力供給を継続する。   At the time of a power failure of the commercial power source 1, the assembled battery 3 is discharged via the charger / discharger 4, and the power supply to the load 5 is continued.

充放電器４は、降圧回路６と切替回路７から構成される。   The charger / discharger 4 includes a step-down circuit 6 and a switching circuit 7.

降圧回路６は、スイッチング素子１０、リアクトル１１、コンデンサ１２、ダイオード１３、制御部１４により構成され、制御部１４からスイッチング素子１０へのＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号によるスイッチング動作により、入力した電力を降圧して出力する。   The step-down circuit 6 includes a switching element 10, a reactor 11, a capacitor 12, a diode 13, and a control unit 14, and by a switching operation using a PWM (Pulse Width Modulation) signal from the control unit 14 to the switching element 10, The input power is stepped down and output.

すなわち、降圧手段である降圧回路６は、パルス幅変調信号によってスイッチング動作を行うスイッチング素子１０と、前記降圧手段のプラス側の電路とマイナス側の電路との間にマイナス側の電路からプラス側の電路へ電流を流す向きに挿入されたダイオード１３と、リアクトル１１と、前記プラス側の電路と前記マイナス側の電路との間に挿入されたコンデンサ１２と、出力電流が流れる向きに接続されたダイオード１３とが、この順に接続されて構成され、入力される電力を降圧制御して出力する。   That is, the step-down circuit 6 that is a step-down means includes a switching element 10 that performs a switching operation by a pulse width modulation signal, and a plus-side electric circuit to a plus-side electric circuit between the plus-side electric circuit and the minus-side electric circuit. A diode 13 inserted in a direction in which a current flows through the electric circuit, a reactor 11, a capacitor 12 inserted between the positive-side electric circuit and the negative-side electric circuit, and a diode connected in a direction in which an output current flows 13 are connected in this order, and the input power is step-down controlled and output.

ＰＷＭ信号のＯＮ時間の比率はデューティー比と呼ばれ、デューティー比を下げる（ＯＦＦ時間の比率を上げる）ことにより出力電圧は低下し、デューティー比を上げる（ＯＮ時間の比率を上げる）ことにより出力電圧は上昇する。ただし、デューティー比は最高でも１００％にしかならず、このときスイッチング素子１０は短絡の状態であるため出力電圧は入力電圧からダイオード１３などの回路素子の電圧降下分（１．０Ｖ）だけ低い値となる。つまり、この回路は降圧するのみであるので、出力電圧は入力電圧より必ず低い。   The ratio of the ON time of the PWM signal is called the duty ratio, and the output voltage decreases by decreasing the duty ratio (increasing the ratio of OFF time), and the output voltage by increasing the duty ratio (increasing the ratio of ON time). Will rise. However, the maximum duty ratio is only 100%. At this time, the switching element 10 is in a short-circuited state, so that the output voltage is lower than the input voltage by a voltage drop (1.0 V) of a circuit element such as the diode 13. . That is, since this circuit only steps down, the output voltage is always lower than the input voltage.

切替回路７は、降圧回路６の入力、出力を、整流器２から負荷５への給電線と、組電池３のいずれかへ接続する。すなわち、充電時には、整流器２の出力を降圧回路６の入力とし、降圧回路６の出力を組電池３の入力として組電池３を充電し、放電時には、組電池３の出力を降圧回路６の入力とし、降圧回路６の出力を負荷５へ供給する。   The switching circuit 7 connects the input and output of the step-down circuit 6 to either the power supply line from the rectifier 2 to the load 5 or the assembled battery 3. That is, during charging, the output of the rectifier 2 is input to the step-down circuit 6 and the output of the step-down circuit 6 is used as the input of the assembled battery 3 to charge the assembled battery 3. And the output of the step-down circuit 6 is supplied to the load 5.

整流器２から負荷５への給電線（＋）を降圧回路６の入力（＋）に接続し、組電池３（＋）を出力（＋）に接続するとき、整流器２から組電池３を充電することができるから、これを充電時の接続８とする。   When the power supply line (+) from the rectifier 2 to the load 5 is connected to the input (+) of the step-down circuit 6 and the assembled battery 3 (+) is connected to the output (+), the assembled battery 3 is charged from the rectifier 2. Since this is possible, this is referred to as connection 8 during charging.

また、組電池３（＋）を降圧回路６の入力（＋）に接続し、整流器２から負荷５への給電線（＋）を出力（＋）に接続するとき、組電池３は負荷５へ放電することができるから、これを放電時の接続９とする。   Further, when the assembled battery 3 (+) is connected to the input (+) of the step-down circuit 6 and the power supply line (+) from the rectifier 2 to the load 5 is connected to the output (+), the assembled battery 3 is connected to the load 5. Since it can be discharged, this is referred to as connection 9 during discharge.

降圧回路６のマイナス側では入出力の切替を行っていないのは、降圧回路６内のマイナス側給電線には回路素子がなく、入出力の反転が必要ないからである。つまり、切替回路７において、充電時の接続８であるとき充放電器４は充電モードであり、放電時の接続９であるとき放電モードである。   The reason why the input / output is not switched on the minus side of the step-down circuit 6 is that there is no circuit element in the minus-side power supply line in the step-down circuit 6 and it is not necessary to invert the input / output. That is, in the switching circuit 7, the charger / discharger 4 is in the charging mode when the connection 8 is in charging, and the discharging mode is in the connection 9 in discharging.

さらに、切替回路７の切替機能は、例えば図２に示すように、スイッチング素子１５を使って構成することができる。充電時の接続８のとき、スイッチング素子１５ａ、１５ｂを閉成、１５ｃ、１５ｄを開放とし、放電時の接続９のとき、スイッチング素子１５ａ、１５ｂを開放、１５ｃ、１５ｄを閉成とすればよい。ここで、スイッチング素子１５の開閉操作は、制御部１４がスィッチング素子１５の制御用電極へ信号を生成したり消去したりすることにより可能である。   Further, the switching function of the switching circuit 7 can be configured using a switching element 15 as shown in FIG. When the connection is 8 during charging, the switching elements 15a and 15b are closed and 15c and 15d are opened. When the connection is 9 during discharging, the switching elements 15a and 15b are opened and 15c and 15d are closed. . Here, the switching operation of the switching element 15 can be performed by the control unit 14 generating or erasing a signal to the control electrode of the switching element 15.

切替回路７の切替動作は、例えば、外部信号である充電指令信号の有無に応じて行わる。すなわち、充放電器４が充電指令信号を受信しているとき、整流器２が出力する電力を、降圧回路６を介して組電池３へ供給して組電池３を充電し、充電指令信号を受信していないとき、組電池３が出力する電力を、降圧回路６を介して負荷５へ供給しうる状態とする。ただし、商用電源１が有効である間は、降圧回路６の出力電圧は整流器２の出力電圧よりも低いから、組電池３が電力を出力することはない。   The switching operation of the switching circuit 7 is performed according to the presence or absence of a charge command signal that is an external signal, for example. That is, when the charger / discharger 4 is receiving the charging command signal, the power output from the rectifier 2 is supplied to the assembled battery 3 via the step-down circuit 6 to charge the assembled battery 3 and receive the charging command signal. When not, the power output from the assembled battery 3 is in a state where it can be supplied to the load 5 via the step-down circuit 6. However, since the output voltage of the step-down circuit 6 is lower than the output voltage of the rectifier 2 while the commercial power source 1 is valid, the assembled battery 3 does not output power.

（放電モードの動作）
放電モードにおいて、組電池３が出力する電力は、充放電器４を介して負荷５へ供給される。ここで、降圧回路６のスイッチング素子１０が短絡のままであると、負荷５が要求する電力によっては放電電流が過剰になる場合があり、放電可能な電流を超えて電池を劣化させる要因となるため、スイッチング素子１０をスイッチング動作させることにより電流を制限する。制御部１４は、降圧回路６の出力電流を監視し、出力電流が６０Ａ（Ｉ１、あらかじめ定められた第１の電流値）を超えるときデューティー比を下げて出力電圧を急激に垂下させ、６０Ａ（Ｉ１、第１の電流値）以下のときはデューティー比を上げて出力電圧を上昇させる。これによって、充放電器４の出力電流をあらかじめ定められた第１の電流値以下に制限することができる。 (Discharge mode operation)
In the discharge mode, the power output from the assembled battery 3 is supplied to the load 5 through the charger / discharger 4. Here, if the switching element 10 of the step-down circuit 6 remains short-circuited, the discharge current may become excessive depending on the power required by the load 5, which causes the battery to deteriorate beyond the current that can be discharged. Therefore, the current is limited by switching the switching element 10. The control unit 14 monitors the output current of the step-down circuit 6, and when the output current exceeds 60 A (I 1 , a predetermined first current value), the duty ratio is decreased to drastically drop the output voltage, and 60 A When (I 1 , first current value) or less, the duty ratio is increased to increase the output voltage. As a result, the output current of the charger / discharger 4 can be limited to a predetermined first current value or less.

降圧回路６の出力電流が６０Ａ（Ｉ１、第１の電流値）以下であるときは、デューティー比が１００％まで上昇してスイッチング素子１０は短絡の状態となり、組電池３の電圧から充放電器４の電圧降下分（１．０Ｖ）を差し引いた電圧が負荷５へ印加される。組電池３の満充電電圧は５５Ｖであるから、負荷５への印加電圧は５４Ｖ以下である。 When the output current of the step-down circuit 6 is 60 A (I 1 , the first current value) or less, the duty ratio is increased to 100%, the switching element 10 is short-circuited, and charging / discharging from the voltage of the assembled battery 3 A voltage obtained by subtracting the voltage drop (1.0 V) of the electric appliance 4 is applied to the load 5. Since the fully charged voltage of the assembled battery 3 is 55V, the voltage applied to the load 5 is 54V or less.

降圧回路６の出力電流が６０Ａ（Ｉｌ、第１の電流値）を超えるとき、垂下により出力電圧が急激に低下し、放電電流が減少して組電池３からの過電流出力が防止される。 When the output current of the step-down circuit 6 exceeds 60 A (I l , the first current value), the output voltage rapidly decreases due to drooping, the discharge current is reduced, and overcurrent output from the assembled battery 3 is prevented. .

また、組電池３の電圧が４２．５Ｖ（放電終止電圧）を下回ったとき、スイッチング素子１０へのＰＷＭ信号のデューティー比を０として（スイッチング素子１０は開放となる）、組電池３の放電を停止させる（組電池３からの電力出力を停止させる）ことができる。   Further, when the voltage of the assembled battery 3 falls below 42.5 V (discharge end voltage), the duty ratio of the PWM signal to the switching element 10 is set to 0 (the switching element 10 is opened), and the assembled battery 3 is discharged. It is possible to stop (the power output from the assembled battery 3 is stopped).

（充電モードの動作）
切替回路７の制御部１４が外部信号を受けることにより、充電モードとなる。充電モードにおいて、組電池３は、整流器２が出力する電力により充放電器４を介して充電される。ここで、降圧回路６のスイッチング素子１０が短絡のままであると、充電電流が過剰になり電池を劣化させる要因となるため、スイッチング素子１０をスイッチング動作させることにより電流を制限する。制御部１４は、降圧回路６の出力電流を監視し、出力電流が２０Ａ（Ｉ２、あらかじめ定められた第２の電流値）を超えるときデューティー比を下げて出力電圧を急激に垂下させ、２０Ａ（Ｉ２、第２の電流値）以下のときはデューティー比を上げて出力電圧を上昇させるため、組電池３の電圧が低いとき（充電の初期）、出力電流は２０Ａ（Ｉ２、第２の電流値）に維持される。 (Charge mode operation)
When the control unit 14 of the switching circuit 7 receives an external signal, the charging mode is set. In the charging mode, the assembled battery 3 is charged via the charger / discharger 4 with the power output from the rectifier 2. Here, if the switching element 10 of the step-down circuit 6 is short-circuited, the charging current becomes excessive and causes deterioration of the battery. Therefore, the current is limited by switching the switching element 10. The control unit 14 monitors the output current of the step-down circuit 6, and when the output current exceeds 20A (I 2 , a predetermined second current value), the duty ratio is lowered to drastically drop the output voltage, and 20A In order to increase the output voltage by increasing the duty ratio when (I 2 , second current value) or less, when the voltage of the assembled battery 3 is low (initial charge), the output current is 20 A (I 2 , second current value) Current value).

このように、充電電流が２０Ａ（Ｉ２、第２の電流値）に維持されながら組電池３は充電されるが、組電池３の電圧は充電に伴って電圧が上昇する。整流器２の出力電圧（５６Ｖ）から充放電器４の最低電圧降下（１．０Ｖ）を差し引いた値（５５Ｖ）が最高充電電圧（組電池３の満充電電圧に一致させている）であり、組電池３の電圧がこの値に達するとき、充電電流が２０Ａを超えなくなり、デューティー比は１００％まで上昇してスイッチング素子１０は短絡の状態となる。このようにして、充放電器４の出力電流をあらかじめ定められた第２の電流値以下に制限することができる。このまま充電を継続すると、充電電流が低下し、満充電電圧に達したとき自然に充電が停止するが、外部信号がリセットされることにより充電モードが終了して放電モードに戻る。 As described above, the assembled battery 3 is charged while the charging current is maintained at 20 A (I 2 , the second current value), but the voltage of the assembled battery 3 increases with charging. A value (55 V) obtained by subtracting the minimum voltage drop (1.0 V) of the charger / discharger 4 from the output voltage (56 V) of the rectifier 2 is the maximum charging voltage (matched with the full charging voltage of the assembled battery 3). When the voltage of the assembled battery 3 reaches this value, the charging current does not exceed 20 A, the duty ratio increases to 100%, and the switching element 10 enters a short circuit state. In this way, the output current of the charger / discharger 4 can be limited to a predetermined second current value or less. If the charging is continued as it is, the charging current decreases, and the charging stops spontaneously when the full charging voltage is reached. However, when the external signal is reset, the charging mode ends and the discharging mode returns.

組電池３の電圧が一定値に達した場合、一定時間が経過した場合、組電池３の温度が上昇した場合など、充電を停止させる必要があるとき、充電を指令する信号をリセットすることにより、充電を停止し放電モードに戻すことができる。   When the voltage of the assembled battery 3 reaches a certain value, when a certain time elapses, when the temperature of the assembled battery 3 rises, etc., when it is necessary to stop charging, by resetting the signal that instructs charging , Can stop charging and return to discharge mode.

以上に説明したように、図１は、本発明に係る、充放電器を用いた電源装置の実施の形態例を示しており、この電源装置は、交流電力を直流電力に変換して出力する整流器２と、１つ以上の蓄電池を組合わせてなる組電池３と、充放電器４とを具備し、前記交流電力が有効であるときは整流器２の出力を負荷５に供給する電源装置であり、
本発明に係る充放電器である充放電器４は、降圧手段である降圧回路６と、充電時と放電時とで接続を切替える切替手段である切替回路７とを具備し、充電時には、整流器２が出力する電力を、降圧回路６を介して組電池３へ供給して組電池３を充電するように切替回路７が接続を切替え、放電時には、組電池３が出力する電力を降圧回路６を介して負荷５へ供給するように切替回路７が接続を切替える。 As described above, FIG. 1 shows an embodiment of a power supply device using a charger / discharger according to the present invention, and this power supply device converts AC power into DC power and outputs it. A power supply device comprising a rectifier 2, an assembled battery 3 formed by combining one or more storage batteries, and a charger / discharger 4, and supplying the output of the rectifier 2 to a load 5 when the AC power is valid. Yes,
A charger / discharger 4 which is a charger / discharger according to the present invention includes a step-down circuit 6 which is a step-down unit and a switching circuit 7 which is a switching unit which switches connection between charging and discharging. The switching circuit 7 switches the connection so that the power output from the battery 2 is supplied to the assembled battery 3 via the step-down circuit 6 to charge the assembled battery 3, and the power output from the assembled battery 3 is reduced during the discharging. The switching circuit 7 switches the connection so as to be supplied to the load 5 via the.

以上のように、充放電器４内の降圧回路６の入出力を入れ替えることにより、組電池３の充電と放電を共通の回路で行うことができ、充電器と放電器をそれぞれ備える必要がなく、コストと設置スペースを節約することができる。   As described above, by switching the input / output of the step-down circuit 6 in the charger / discharger 4, charging and discharging of the assembled battery 3 can be performed by a common circuit, and there is no need to provide a charger and a discharger, respectively. Cost and installation space can be saved.

本実施の形態例においては、降圧回路６を、図１に示すスイッチング素子、リアクトル、コンデンサ、ダイオードにより構成される回路としたが、降圧機能と出力電流を一定に保つ機能を有する回路であれば別の回路であってもよい。   In the present embodiment, the step-down circuit 6 is a circuit composed of a switching element, a reactor, a capacitor, and a diode shown in FIG. 1, but any circuit having a step-down function and a function of keeping the output current constant can be used. Another circuit may be used.

また、本実施の形態例においては、充放電器４、組電池３を１つずつ有するシステムに適用しているが、充放電器４、組電池３を複数組搭載したシステム（図３）においても適用可能である。６組の組電池３を、それぞれに対となる本発明の充放電器４を介して並列接続し、整流器２から負荷５への給電線に並列接続すればよい。組電池３（充放電器４）の並列数により容易にバックアップ容量を調整することができる。さらに、全ての充放電器４を同時に充電モードにするのではなく、一部だけを充電モードとし、残りを放電モードのままにすることによって、充電中に停電が発生して整流器２が停止した場合でも、充電モードにあった充放電器４を放電モードヘ戻す間は元から放電モードであった充放電器４が負荷５への給電を担うことで、一時的な供給断も防ぐことが可能である。   In this embodiment, the present invention is applied to a system having one charger / discharger 4 and one assembled battery 3, but in a system (FIG. 3) in which a plurality of sets of charger / discharger 4 and assembled battery 3 are mounted. Is also applicable. Six sets of assembled batteries 3 may be connected in parallel via the charger / discharger 4 of the present invention, which is paired with each other, and connected in parallel to the power supply line from the rectifier 2 to the load 5. The backup capacity can be easily adjusted by the parallel number of the assembled batteries 3 (chargers / dischargers 4). Furthermore, not all the chargers / dischargers 4 are set to the charging mode at the same time, but only a part is set to the charging mode and the rest is left in the discharging mode, so that a power failure occurs during charging and the rectifier 2 is stopped. Even in this case, while the charger / discharger 4 in the charge mode is returned to the discharge mode, the charger / discharger 4 that was originally in the discharge mode can supply power to the load 5 to prevent temporary supply interruption. It is.

また、一組の組電池の場合も含めて、充電中に停電が発生した場合、停電検知信号（図１の外部信号の具体例）を受けて、制御部１４が、充電モードから放電モードへの切替えを行うこともできる。   In addition, when a power failure occurs during charging, including the case of a set of assembled batteries, the control unit 14 switches from the charging mode to the discharging mode in response to a power failure detection signal (a specific example of the external signal in FIG. 1). Can also be switched.

本実施の形態例においては、切替回路７を、スイッチング素子１５により構成しているが、充電モードのときは充電時の接続８、放電モードのときは放電時の接続９とできれば、必ずしもスイッチング素子を用いる必要はない。別の方法としては、例えば継電器（リレー）を用いる方法がある。   In this embodiment, the switching circuit 7 is constituted by the switching element 15. However, if the connection 8 at the time of charging is in the charging mode and the connection 9 at the discharging is in the discharging mode, the switching element 7 is not necessarily required. There is no need to use. As another method, for example, there is a method using a relay.

本実施の形態例においては、降圧回路６と切替回路７がそれぞれスイッチング素子１０、１５を持つが、切替回路７のスイッチング素子１５の一部が降圧回路６のスイッチング素子１０の機能を兼ねることによりスイッチング素子１０を省略することも可能である。すなわち、図４に示すように、降圧回路６内のスイッチング素子１０を省略し、その代わりにパルス幅変調信号によるスイッチング動作を、充電モードにあってはスイッチング素子１５ａが、放電モードにあってはスイッチング素子１５ｃが担うようにすればよい。スイッチング素子１５ａ、１５ｃは、他のスイッチング素子を介さずに降圧回路６の入力端に接続するスイッチング素子である。ここで、スイッチング素子１５ｂは充電モードで閉成、放電モードで開放であり、スイッチング素子１５ｄは充電モードで開放、放電モードで閉成である。   In the present embodiment, the step-down circuit 6 and the switching circuit 7 have switching elements 10 and 15, respectively. However, a part of the switching element 15 of the switching circuit 7 also functions as the switching element 10 of the step-down circuit 6. It is also possible to omit the switching element 10. That is, as shown in FIG. 4, the switching element 10 in the step-down circuit 6 is omitted, and instead the switching operation by the pulse width modulation signal is performed. In the charging mode, the switching element 15 a is in the discharging mode. What is necessary is just to make it the switching element 15c bear. The switching elements 15a and 15c are switching elements that are connected to the input terminal of the step-down circuit 6 without passing through other switching elements. Here, the switching element 15b is closed in the charging mode and opened in the discharging mode, and the switching element 15d is opened in the charging mode and closed in the discharging mode.

さらに、本実施の形態例においては、降圧回路６内の回路素子はプラス側（＋）に接続されているため、切替回路７もプラス側でのみ構成しているが、降圧回路６内の回路素子をマイナス側（−）に接続し、切替回路７もマイナス側でのみ構成する方法も可能である。   Further, in the present embodiment, since the circuit elements in the step-down circuit 6 are connected to the plus side (+), the switching circuit 7 is also configured only on the plus side. It is also possible to connect the element to the minus side (−) and to configure the switching circuit 7 only on the minus side.

なお、本発明に係る充放電器は、本願ではバックアップ電源装置に組み込む使用形態としたが、高電圧装置からの給電をバッファリングしながら段階的に低電圧出力に変換する電力系統システムや、所要電圧の異なる異種の電源系を電圧整合させて系統連携することなどにも適用することができる。   Although the charger / discharger according to the present invention is used in a backup power supply device in the present application, a power system system that converts the power supply from the high voltage device into a low voltage output step by step while buffering the power supply, and required The present invention can also be applied to system coordination by voltage matching of different types of power supply systems having different voltages.

以下に、本発明によって生じる効果について説明する。   Below, the effect produced by this invention is demonstrated.

蓄電池の充放電を行うシステムでは、充電時の過剰な充電電流を防止するための充電器が必要であり、放電時の過剰な放電電流の防止と放電停止機能のための放電器が必要であるため、充電器と放電器とを両方搭載することによるコストと設置スペースの増加という問題がある。   In a system for charging and discharging a storage battery, a charger for preventing excessive charging current during charging is required, and a discharging device for preventing excessive discharging current during discharging and for discharging stop function is required. Therefore, there is a problem that the cost and the installation space are increased by mounting both the charger and the discharger.

本発明の実施により、１つの変換回路が充電器と放電器との両方の機能を持つため、充電器と放電器をそれぞれ搭載する必要がなく、コストとスペースを節約することが可能となる。   By implementing the present invention, since one conversion circuit has both functions of a charger and a discharger, it is not necessary to mount a charger and a discharger, respectively, and it is possible to save cost and space.

本発明の実施の形態例を説明する図である。It is a figure explaining the example of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態例を説明する図である。It is a figure explaining the example of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態例を説明する図である。It is a figure explaining the example of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態例を説明する図である。It is a figure explaining the example of embodiment of this invention. 充電器と放電器とを両方搭載する直流バックアップ電源システムの構成図である。It is a block diagram of the direct-current backup power supply system which mounts both a charger and a discharger.

符号の説明Explanation of symbols

１：商用電源、２：整流器、３：組電池、４：充放電器、５：負荷、６：降圧回路、７：切替回路、８：充電時の接続、９：放電時の接続、１０：スイッチング素子、１１：リアクトル、１２：コンデンサ、１３：ダイオード、１４：制御部、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ：スイッチング素子、１６：充電器、１７：放電器。 1: commercial power supply, 2: rectifier, 3: assembled battery, 4: charger / discharger, 5: load, 6: step-down circuit, 7: switching circuit, 8: connection at charging, 9: connection at discharging, 10: Switching element, 11: Reactor, 12: Capacitor, 13: Diode, 14: Control unit, 15, 15a, 15b, 15c, 15d: Switching element, 16: Charger, 17: Discharger.

Claims (10)

降圧手段と、充電時と放電時とで接続を切替える切替手段とを具備する充放電器であって、
充電時には、整流器が交流電力を直流電力に変換して出力する電力を、前記降圧手段を介して、１つ以上の蓄電池を組合わせてなる組電池へ供給して該組電池を充電するように前記切替手段が接続を切替え、
放電時には、前記組電池が出力する電力を前記降圧手段を介して負荷へ供給するように前記切替手段が接続を切替えることを特徴とする充放電器。 A charger / discharger comprising step-down means and switching means for switching connection between charging and discharging,
At the time of charging, the power output from the rectifier by converting AC power to DC power is supplied to the assembled battery formed by combining one or more storage batteries via the step-down means to charge the assembled battery. The switching means switches the connection;
At the time of discharging, the charger / discharger is characterized in that the switching means switches the connection so that the power output from the assembled battery is supplied to the load via the step-down means. 請求項１に記載の充放電器において、
前記降圧手段は、パルス幅変調信号によってスイッチング動作を行うスイッチング素子と、前記降圧手段のプラス側の電路とマイナス側の電路との間にマイナス側の電路からプラス側の電路へ電流を流す向きに挿入されたダイオードと、リアクトルと、前記プラス側の電路と前記マイナス側の電路との間に挿入されたコンデンサと、出力電流が流れる向きに接続されたダイオードとが、この順に接続されて構成され、
入力される電力を降圧制御して出力することを特徴とする充放電器。 The charger / discharger according to claim 1,
The step-down means causes a current to flow from a minus-side electric circuit to a plus-side electric circuit between a switching element that performs a switching operation by a pulse width modulation signal and a plus-side electric circuit and a minus-side electric circuit of the step-down means. An inserted diode, a reactor, a capacitor inserted between the plus-side circuit and the minus-side circuit, and a diode connected in the direction in which the output current flows are configured in this order. ,
A charger / discharger that performs step-down control on input power and outputs the power. 請求項１または２に記載の充放電器において、
前記切替手段による接続の切替は、スイッチング素子によって行われることを特徴とする充放電器。 The charger / discharger according to claim 1 or 2,
Switching of connection by the switching means is performed by a switching element. 請求項３に記載の充放電器において、
前記接続の切替に用いられるスイッチング素子であって、他のスイッチング素子を介さずに前記降圧手段の入力端に接続するスイッチング素子が、前記パルス幅変調信号によるスイッチング動作を行うスイッチング素子の役割を兼ねることを特徴とする充放電器。 The charger / discharger according to claim 3, wherein
A switching element used for switching the connection, the switching element connected to the input terminal of the step-down means without passing through another switching element also serves as a switching element for performing a switching operation by the pulse width modulation signal. Charger / discharger characterized by that. 請求項１ないし４のいずれかに記載の充放電器において、
前記降圧手段は、
放電時には、出力電流をあらかじめ定められた第１の電流値以下に制限し、
充電時には、出力電流をあらかじめ定められた第２の電流値以下に制限することを特徴とする充放電器。 The charger / discharger according to any one of claims 1 to 4,
The step-down means is
At the time of discharging, the output current is limited to a predetermined first current value or less,
A charging / discharging device that limits an output current to a predetermined second current value or less during charging. 請求項１ないし５のいずれかに記載の充放電器において、
外部信号である充電指令信号を受信しているとき、前記切替手段は充電時の接続状態にあり、
前記充電指令信号を受信していないとき、前記切替手段は放電時の接続状態にあることを特徴とする充放電器。 The charger / discharger according to any one of claims 1 to 5,
When receiving a charge command signal that is an external signal, the switching means is in a connection state during charging,
When the charge command signal is not received, the switching means is in a connected state at the time of discharging. 請求項１ないし５のいずれかに記載の充放電器において、
前記切替手段が充電時の接続状態にあるときに、外部信号である停電検知信号を受信した場合に、前記切替手段は充電時の接続状態から放電時の接続状態に切替えられることを特徴とする充放電器。 The charger / discharger according to any one of claims 1 to 5,
When the switching means is in a connection state at the time of charging, when the power failure detection signal that is an external signal is received, the switching means is switched from the connection state at the time of charging to the connection state at the time of discharging. Charger / discharger. 請求項１ないし７のいずれかに記載の充放電器において、
前記組電池の電圧が、放電終止電圧を下回ったとき、前記降圧手段は前記組電池からの電力出力を停止することを特徴とする充放電器。 The charger / discharger according to any one of claims 1 to 7,
The charger / discharger is characterized in that when the voltage of the assembled battery falls below a discharge end voltage, the step-down means stops power output from the assembled battery. 交流電力を直流電力に変換して出力する整流器と、１つ以上の蓄電池を組合わせてなる組電池と、充放電器とを具備し、前記交流電力が有効であるときは前記整流器の出力を負荷に供給する電源装置であって、
前記充放電器が請求項１ないし８のいずれかに記載の充放電器であることを特徴とする、充放電器を用いた電源装置。 It comprises a rectifier that converts AC power into DC power and outputs it, an assembled battery that is a combination of one or more storage batteries, and a charger / discharger, and outputs the rectifier when the AC power is valid. A power supply for supplying a load,
A power supply device using a charger / discharger, wherein the charger / discharger is the charger / discharger according to any one of claims 1 to 8. 請求項９に記載の、充放電器を用いた電源装置において、
複数の前記組電池が、それぞれに対となる前記充放電器を介して、前記整流器から前記負荷への電力供給ラインに並列接続されることを特徴とする、充放電器を用いた電源装置。 The power supply device using a charger / discharger according to claim 9,
A power supply apparatus using a charger / discharger, wherein the plurality of assembled batteries are connected in parallel to a power supply line from the rectifier to the load via the charger / discharger paired with each other.
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