(57)【要約】【課題】発電機と充電池を組み合わせた電源装置の軽負荷時の効率向上を図り、発電機の燃費向上を図る。【解決手段】発電機が発生した交流電力を、充電器で直流電力に変換し、蓄電池に充電する。蓄電池の直流電圧をＤＣ／ＡＣインバータで、交流電圧に変換する。発電機の出力をモニタし、出力電流か閾値電流内かどうかに基づき、充電器による蓄電池の充電を制御するようにした。【選択図】図１
2015023690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を発生する発電機と、
前記交流電力を、直流電力に変換する充電器と、
前記直流電力を充電する蓄電池と、
前記蓄電池の直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、
前記発電機の出力電力に応じて、前記充電器による前記蓄電池の充電量を制御する制御回路と、を備えた電源装置。
【請求項２】
前記ＤＣ／ＡＣインバータの出力と前記発電機の出力は、スイッチを介して選択的に負荷に供給した、請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記スイッチは、前記制御回路の制御信号に基づき切り換えた、請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
前記スイッチは、手動により切り換えた、請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
前記蓄電池に蓄えられたエネルギーは、予め設定された時間帯に基づき、前記ＤＣ／ＡＣインバータを介して負荷に供給した、請求項１記載の電源装置。
【請求項６】
前記制御回路は、予め設定された閾値電流より負荷電流が低い場合に、前記発電機から前記充電池に充電を行った、請求項１記載の電源装置。
【請求項７】
前記発電機の電圧情報および前記充電器の電圧情報は、表示を通して確認可能とした、請求項１記載の電源装置。
【請求項８】
前記発電機の電圧情報および前記充電器の電圧情報は、音声を通して確認可能とした、請求項１記載の電源装置。
【請求項９】
前記発電機の電圧情報および前記充電器の電圧情報は、表示および音声を通して確認可能とした、請求項１記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、例えば車両搭載のように商用電源を使用しない電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電機を電源として用いた場合の発電機の容量は、負荷の最大電力の積算により選定される。一般的な負荷の場合は、最大電力と定格電力の差に３〜５倍程度の開きがある。よって、最大電力の積算値で決定した発電機の発電容量と実際に消費される電力には大きな開きがある。発電機は、軽負荷時の効率が悪く、燃費が悪くなるばかりか、騒音が大きく、夜間等の静かな環境が要求されるような条件下での使用は難しくなる。
【０００３】
そこで、商用電源と発電機を組み合わせた電源装置も考えられている。このような電源装置では、商用電源は蓄電池に充電するのみに使用する提案がされているが、発電機自体の効率性についての運用は考慮されておらず、軽負荷時の効率が悪く、燃費が悪くなる等の課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１３６０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の目的は、発電機と充電池を軽負荷時の効率向上を図り、発電機の燃費の向上を図る電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の電源装置は、交流電力を発生する発電機と、前記交流電力を、直流電力に変換する充電器と、前記直流電力を充電する蓄電池と、前記蓄電池の直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、前記発電機の出力電力に応じて、前記充電器による前記蓄電池の充電量を制御する制御回路と、を備えた。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】電源装置に関する一実施形態について説明するための回路構成図である。
【図２】一実施形態の動作について説明するための説明図である。
【図３】一実施形態の制御処理について説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００９】
図１は、電源装置に関する一実施形態について説明するための回路構成図である。
【００１０】
電源装置１００は、発電機１１、充電器１２、蓄電池１３、ＤＣ／ＡＣインバータ１４、制御回路１５、電流検出回路１６、電圧検出回路１７，１８、スイッチ１９、表示部２０等から構成されている。電源装置１００の出力は、負荷２１に供給されている。
【００１１】
発電機１１は、交流電力を出力する例えばエンジンによる発電機能を有する。
【００１２】
充電器１２は、例えばＡＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータから構成されている。ＡＣ／ＤＣコンバータは、発電機１１からの交流電力を直流電力に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＡＣ／ＤＣコンバータからの直流電力の電圧を変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、充電する蓄電池１３の特性に合わせて指定電圧に調整した直流電力に変換する。充電器１２は、蓄電池１３に直流電力を充電する。
【００１３】
蓄電池１３は、二次電池のニカド、ニッケル水素、リチウムイオン等を用いることが可能である。電力用の場合には、充電容量並びに充放電回数の優れたリチウムイオンが適している。
【００１４】
ＤＣ／ＡＣインバータ１４は、蓄電池１３から放電された直流電力を、交流電力に変換する。
【００１５】
制御回路１５は、演算処理部（例えばＣＰＵ（Central Processing Unit））であるプロセッサ１５１、揮発性、不揮発性の記憶部で構成される記憶部１５２が含まれる。プロセッサ１５１は、電源装置１００における各種処理を行う役割を担っている。また、プロセッサ１５１は、記憶部１５２に格納されているプログラムを実行することにより種々の機能を実現する役割も担っている。記憶部１５２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＶＲＡＭ（Video RAM）、ＨＤＤ（Hard disk drive）等から構成する。
【００１６】
電流検出回路１６は、発電機１１から出力される交流電流を検出し、検出結果を制御回路１５に供給する。なお、電流検出回路１６は電力検出回路であってもよい。
【００１７】
電圧検出回路１７は、発電機１１から出力される交流電圧を検出し、検出結果を制御回路１５に供給する。また、電圧検出回路１８は、ＤＣ／ＡＣインバータ１４から出力される交流電圧を検出し、検出結果を制御回路１５に供給する。
【００１８】
スイッチ１９は、制御回路１５から出力される制御信号に基づき、発電機１１の出力を出力するか、ＤＣ／ＡＣインバータ１４の出力を出力するかを選択する。スイッチ１９は、リレーによる電磁的な切り換えでもよいし、スイッチング素子による電子的な切り換えでもよい。
【００１９】
表示部２０は、制御回路１５からの表示情報に基づき表示を行う。表示部２０は、例えば、電流検出回路１６で検出された電流情報や電圧検出回路１７，１８で検出された電圧情報などを表示する。表示部２０は、例えば、電子ペーパ、ＬＣＤ（Liquid crystal display）、ＥＬ（Electronic Luminescence）などから構成することができる。
【００２０】
負荷２１は、発電機１１あるいは蓄電池１３の電力に基づき駆動される、たとえば、車両や住宅の電化製品である。なお。電流検出回路１６で検出される電流は、負荷２１を流れる負荷電流Ｉｌである。また、電圧検出回路１７，１８で検出される電圧は、負荷２１に印加される電圧である。
【００２１】
図２を参照し、電源装置１００の動作について説明する。図２は、電流検出回路１６が発電機１１の出力電流の状態を表す。縦は電流軸、横は時間軸を表す。
【００２２】
電流軸のＩｔｈは、充電器１２をオンするか、オフするかの判定のため予め設定された閾値電流である。なお、閾値電流Ｉｔｈは、記憶部１５２に記憶されている。また、時間軸のｔ１は、蓄電池１３の充電が完了した時間である。時間軸の時間０からｔ２の機関は、発電機１１から負荷２１に給電したときの状態を表す。時間ｔ２以降は、蓄電池１３のエネルギーをＤＣ／ＡＣインバータ１４を介して給電したときの状態を表す。なお、時間ｔ１，ｔ２は、例えば予め時計の時間予約により設定することができる。
【００２３】
図２中の太線で示す電流は、負荷電流Ｉｌを表す。時間０からｔ１期間に示している右斜線部分は、発電機１１から充電器１２を介して蓄電池１３に充電する充電電流Ｉｃを表す。時間ｔ２以降の左斜線部は、蓄電池１３のエネルギーをＤＣ／ＡＣインバータ１４を介して給電する放電電流Ｉｄを表す。
【００２４】
時間０からｔ１の期間は、発電機１１から負荷２１に給電すると同時に、充電器１２を介して蓄電池１３を充電する状態である。このとき、電流検出回路１６により、発電機１１から負荷２１に流れる電流をモニタし、制御回路１５に送られる。制御回路１５は、送られた電流値と閾値電流Ｉｔｈと比較し、モニタした電流値が閾値電流Ｉｔｈより低く、かつ、蓄電池１３の充電が完了していない場合は、充電器１２の充電を許可する。モニタした電流値が閾値電流Ｉｔｈより高い場合は、充電器１２の充電を停止する。
【００２５】
時間ｔ１からｔ２の期間は、蓄電池１３の充電が完了した期間である。従って、この期間は、モニタした電流値が閾値電流Ｉｔｈより低い場合でも、充電を許可しないようにしている。
【００２６】
時間ｔ２以降は、蓄電池１３のエネルギーをＤＣ／ＡＣインバータ１４を介して給電する期間である。発電機１１は停止しているため、騒音は低く抑えられて、夜間等の静かな環境が要求されるような時間帯でも負荷２１に給電が可能となる。
【００２７】
発電機１１の電圧は、電圧検出回路１７でモニタし、制御回路１５に送られる。ＤＣ／ＡＣインバータ１４の電圧は、電圧検出回路１８でモニタし、制御回路１５に送られる。制御回路１５は送られたモニタ電圧値が、予め設定された基準電圧Ｖｒｅｆ内に入っているかを確認し、発電機１１の系統からＤＣ／ＡＣインバータ１４の系統、またはＤＣ／ＡＣインバータ１４の系統あるいは発電機１１の系統に切り換えるかの許可を判断し、任意の系統にスイッチ１９により切り換える。これにより、切り換え時も安定した給電が可能となる。
【００２８】
このように、発電機１１が軽負荷、つまり、負荷電流が閾値電流Ｉｔｈ以下の場合には、蓄電池１３への充電を行うようにした。これにより、発電機１１の軽負荷での効率の悪化分を軽減できる。また、軽負荷時にしか充電をしないために、発電機１１の出力容量を必要以上に大きくする必要がなくなる。
【００２９】
ここで、図３の制御回路１５の制御処理例についてフローチャートとともに、さらに説明する。
【００３０】
制御回路１５は、図２の時間０からｔ１の期間と判断した場合、発電機１１を選択し、発電機１１から負荷２１に給電すると同時に、充電器１２を介して蓄電池１３を充電する（Ｓ１）。このとき、制御回路１５は電流検出回路１６により、発電機１１から負荷２１に流れる負荷電流Ｉｌをモニタし、その値を受け取る。
【００３１】
制御回路１５は、発電機１１の出力電圧が電圧検出回路１７で検出した電圧と記憶部１５２に記憶された基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、発電機１１の出力電圧が規定内かを判断する（Ｓ２）。制御回路１５は、発電機１１の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより低く、かつ、蓄電池１３の充電が完了していないと判断した場合は、充電器１２の充電を許可し、発電機１１より充電中であることを表示部２０に表示する（Ｓ３）。
【００３２】
発電機１１の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより高いと判断した場合は、充電器１２の充電を停止し（Ｓ４）、充電を停止したことを表示部２０に表示する（Ｓ５）。制御回路１５は、スイッチ１９を発電機１１側に切り換え、負荷２１に発電機１１の電力を供給する（Ｓ６）。
【００３３】
次に、制御回路１５は、電圧検出回路１８が検出した電圧値に基づき、蓄電池１３が満充電かどうかを判断する（Ｓ７）。
【００３４】
ステップＳ７において、制御回路１５は、蓄電池１３が満充電と判断した場合、充電器１２をオフし（Ｓ８）、その後ステップＳ１に移行する。蓄電池１３が未充電と判断した場合は、ステップＳ９に移行する。
【００３５】
ステップＳ９では、電流検出回路１６が検出した発電機１１の出力電流が記憶部１５２に記憶された閾値電流Ｉｔｈより高いかどうかを判断する（Ｓ９）。
【００３６】
ステップＳ９において、制御回路１５は、出力電流が閾値電流Ｉｔｈより高いと判断した場合、ステップＳ８に移行して充電器１２をオフする。制御回路１５は、出力電流が閾値電流Ｉｔｈより低いと判断した場合、ステップＳ１０に移行し、充電器１２をオンし、その後、ステップＳ１に移行する。
【００３７】
ステップＳ１において、ＤＣ／ＡＣインバータ１４を選択した場合の制御回路１５は、蓄電池１３の充電状態を判断する（Ｓ１１）。
【００３８】
ステップＳ１１において、制御回路１５が蓄電池１３に充電が不足している判断した場合は、充電池１３の充電量が不足していることを表示部２０に表示する（Ｓ１２）。そして、制御回路１５は、充電器１２をオフし（Ｓ１３）、ステップＳ１に移行する。ステップＳ１１において、蓄電池１３の充電が充分と判断した場合の制御回路１５は、表示部２０に充電量良好である旨の表示を行い（Ｓ１４）、ステップＳ１５に移行する。
【００３９】
ステップＳ１５において制御回路１５は、ＤＣ／ＡＣインバータ１４をオンし（Ｓ１１）、ステップＳ１６に移行する。
【００４０】
ステップＳ１６で制御回路１５は、電圧検出回路１８で検出した電圧と記憶部１５２に記憶された基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。そして、制御回路１５は、ＤＣ／ＡＣインバータ１４の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ内かを判断する。
【００４１】
制御回路１５は、ステップＳ１６において、ＤＣ／ＡＣインバータ１４の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより高いと判断した場合、基準電圧Ｖｒｅｆより高いとの情報を表示部２０に表示し（Ｓ１７）、ステップＳ１３に移行する。
【００４２】
ステップＳ１６において、ＤＣ／ＡＣインバータ１４の出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ内と判断した場合は、基準電圧Ｖｒｅｆ内であることを表示部２０に表示し（Ｓ１８）、ステップＳ１９に移行する。
【００４３】
ステップＳ１９において制御回路１５は、スイッチ１９をＤＣ／ＡＣインバータ１４側に切り換え、負荷２１にＤＣ／ＡＣインバータ１４の出力を供給し、ステップＳ１に移行する。
【００４４】
このような制御を行うことにより、発電機１１は負荷電流Ｉｌが閾値電流Ｉｔｈ以下の軽負荷時には、蓄電池１３への充電を行い、発電機１１の効率を向上させることができる。また、軽負荷時にしか充電しないようにしたため、発電機１１の出力容量を抑えることが可能となる。
【００４５】
この実施形態では、発電機１１の出力電力に応じて、充電器１２による蓄電池１３の充電量を制御することにより、発電機１１の軽負荷運転を抑え、発電機１１の高効率運転が可能となる。また、夜間等の静かな環境が要求されるような時間帯は、蓄えられた充電器１２のエネルギーをＤＣ／ＡＣインバータ１４を介して出力することにより、低騒音にすることが可能となる。
【００４６】
上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、スイッチ１９を手動で切り換える場合には、電圧検出回路１７，１８は必要ない。この手動切り換えは、表示部２０の情報を確認しながら切り換えのタイミングを図ることにより、効率的な運用を図ることが可能となる。
【００４７】
蓄電池１３の充電状態や発電機１１およびＤＣ／ＡＣインバータ１４の出力電圧の状態は、表示部２０を通して確認できるようにした。表示部２０に表示される情報の全てあるいは一部は音声を合わせて報知してもよい。また、表示部２０に替えて音声のみによる報知でも構わない。
【００４８】
さらに、発電機１１、充電器１２、蓄電池１３、ＤＣ／ＡＣインバータ１４、スイッチ１９、負荷２１間の接続に、保護、分電等で電磁開閉器、ヒューズ等を挿入しても構わない。
【００４９】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１００  電源装置
１１  発電機
１２  充電器
１３  蓄電池
１４  ＤＣ／ＡＣインバータ
１５  制御回路
１６  電流検出回路
１７，１８  電圧検出回路
１９  スイッチ
２０  表示部
２１  負荷
【図１】
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【図２】
2015023690.tif 000004
【図３】
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