(57)【要約】【課題】電源電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで電圧変換して出力する電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータの効率改善及び消費電力軽減を実現した電源装置を提供する。【解決手段】直流電源５よりの電圧を受けて電圧変換出力するＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａに加え、直流電源５の電圧を並列入力する二次電池２を備え、この二次電池２の出力をＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの出力に直列接続することにより両出力を加算出力し、出力端子３ａ，３ｂより出力するようにした。二次電池２の出力分担によりＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの出力分を分担軽減し、結果として、ＤＣ／ＤＣコンバータの高効率化、消費電力軽減、小型化を実現した。【選択図】      図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電源よりの電力を受けて、変換出力するＤＣ／ＤＣコンバータ又はＡＣ／ＤＣコンバータと、電源よりの電力を受けて充電される二次電池とから構成され、前記二次電池の出力がＤＣ／ＤＣコンバータ又はＡＣ／ＤＣコンバータの出力に加算されて出力されるように直列接続されてなるものであることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記二次電池は、リチューム電池であることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記電源は、直流電源であり、この直流電源よりの直流電圧値を変換する変換器を備え、この変換器よりの出力を前記二次電池に出力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
前記電源は、交流電源と直流電源を備えるものであり、前記交流電源よりの電力を前記ＡＣ／ＤＣコンバータに入力するものであり、前記直流電源よりの電力を前記二次電池に充電するものであることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、直流電源又は交流電源の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ又はＡＣ／ＤＣコンバータで電圧変換して出力する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、テレビ、ラジオ、ＣＤラジカセ、その他の電子機器、電導工具等の電気機器に電源電圧を供給する電源装置としては、図７に示すように直流電源（又は交流電源）１０と、この直流電源（又は交流電源）１０からの直流電圧（又は交流電圧）を受けて変換出力するＤＣ／ＤＣコンバータ（又はＡＣ／ＤＣコンバータ）１１とから構成され、その出力電圧を電子機器、電気機器等に供給する電源装置が知られている〔例えば特許文献１参照〕。
【０００３】
また、家庭用の非常時用電源装置としては、図８に示すように、電源１０からの電力供給を受けて電力変換する変換器１２と、この変換器１２からの電圧入力により充電される二次電池１３と、この二次電池１３からの電圧を受けて、電圧変換して機器に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ１１とから構成される電源装置１４が知られている。この電源装置１４は、機器への電力供給不要時に、電源１０より変換器１２を経て二次電池１３へ充電がなされ、機器への電力供給必要時には、二次電池１３よりＤＣ／ＤＣコンバータ１１を経て、電子機器、電気機器等に電力供給される。
【０００４】
また、電気自動車、電動バス、電動列車用等の電源装置としては、図９に示すように、電源１０からの電力供給を受けて、電力変換する変換器１２と、この変換器１２からの出力により、二次電池１３を充電するとともに、電源１０が接続されない非充電時に、二時電池１３よりの出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１１で出力変換され、車載機に供給されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０４０３２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来のＤＣ／ＤＣコンバータ（又はＡＣ／ＤＣコンバータ）を含む電源装置では、大なる電力供給を必要としない小型の装置においては、それほど問題とならないが、大電力供給が必要となると所定の電力を得るためには、その分、より大型化せざるを得ないという不具合が生じる。ＤＣ／ＤＣコンバータ等変換器自体の効率が問題となり、また大電力供給が必要となると、応じてその分消費電力が大となるという問題がある。
【０００７】
また、例えば図８に示す電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の効率をη１、二次電池２の効率をη２、変換器３の効率をη３とすると、電源装置１４の全体効率η０は、η０＝η１×η２×η３で算出される。効率η１〜η３の各値は９０％〜９８％であり、全体効率η０は８０％程度となり、この点効率改善を要するという問題がある。
【０００８】
本考案は、上記問題点に着目してなされたものであって、従来よりも高効率な電源装置を提供するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ（又はＡＣ／ＤＣコンバータ）の消費電力を軽減し、小型化、安価にすることにより、全体として小型化、及びコストダウンを実現できる電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本考案の電源装置は、電源よりの電力を受けて、変換出力するＤＣ／ＤＣコンバータ又はＡＣ／ＤＣコンバータと、電源よりの電力を受けて充電される二次電池とから構成され、前記二次電池の出力がＤＣ／ＤＣコンバータ又はＡＣ／ＤＣコンバータの出力に加算されて出力されるように直列接続されてなるものであることを特徴とする。
【００１０】
また、本考案において、前記二次電池は、リチューム電池であることが望ましい。
【００１１】
また、本考案において、前記電源は、直流電源であり、この直流電源よりの直流電圧値を変換する変換器を備え、この変換器よりの出力を前記二次電池に出力するようにすると良い。
【００１２】
また、本考案において、前記電源は、交流電源と直流電源を備えるものであり、前記交流電源よりの電力を前記ＡＣ／ＤＣコンバータに入力するものであり、前記直流電源よりの電力を前記二次電池に充電するものであるとしても良い。
【考案の効果】
【００１３】
本考案によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ又はＡＣ／ＤＣコンバータの出力に二次電池の出力を直列接続して、電源装置全体の出力を出しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ又はＡＣ／ＤＣコンバータの出力分を高効率に二次電池で分担出力しているので、従来の電源装置に比し、大幅に効率を向上させることができた。
【００１４】
また、本考案における電源装置全体の出力はＤＣ／ＤＣコンバータの出力と二次電池の出力の総和となるので、ＤＣ／ＤＣコンバータは分担出力が従来に比べて減らせるので、電力消費が軽減出来、かつ小型化出来る。その上、小型化によるコストダウンを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本考案の実施形態１に係る電源装置の回路構成を示す回路ブロック図である。
【図２】同実施形電源装置のＤＣ／ＤＣコンバータの具体的な回路接続を示す回路図である。
【図３】同実施形態電源装置の総合効率η０を算出するための説明に使用する回路模型図である。
【図４】同実施形態電源装置の総合効率η０の実数値を算出するための説明に使用する回路模型図である。
【図５】本考案の実施形態２に係る電源装置の回路構成を示す回路ブロック図である。
【図６】本考案の実施形態３に係る電源装置の回路構成を示す回路ブロック図である。
【図７】従来の電源装置の回路構成の一例を示す回路ブロック図である。
【図８】従来の電源装置の回路構成の他の一例を示す回路ブロック図である。
【図９】従来の電源装置の回路構成のさらに他の一例を示す回路ブロック図である。
【考案を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施の形態により、本考案をさらに詳細に説明する。
〔実施形態１〕
図１は、本考案の実施形態１に係る蓄電池付き電源装置の回路構成を示す回路ブロック図である。
【００１７】
図１に示す電源装置は、直流電源５からの直流電圧を直流／直流電圧変換部４で電圧変換して出力端子３ａ、３ｂより電子機器、電気機器等に電力供給する装置である。そして、直流／直流電圧変換部４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａと、二次電池２とから構成され、前記直流電源５からの電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａと２次電池２に並列に入力するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの出力と二次電池２の出力とを直列接続して加算出力しており、その加算出力を出力端子３ａ、３ｂから出力し、電子機器、電気機器等に電力供給するようにしている。
【００１８】
なお、直流電源５よりの入力がＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａと二次電池２に並列に入力され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａと二次電池２の両出力が直列接続して導出可能なように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、図２に示す回路、つまり入力と出力が絶縁されるタイプのものを使用している。また、二次電池２は、ここでは、充電／放電効率の良い、リチューム電池を用いているが、本考案においては、もちろんリチューム電池に限ることなく、その二次電池の効率η２が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａと二次電池２との合成効率η０がＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの効率η１以上より充分に大となる程度の高効率のものであれば、他の二次電池を使用しても良い。
【００１９】
本実施形態電源装置は、変換部が、ＤＣ／ＤＣコンバータのみで構成される従来装置に比し、変換器全体としての効率が改善される。この点について、図３，図４を参照して説明する。
【００２０】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの効率をη１、二次電池（リチューム電池）の効率をη２とする。また、図３に示すようにＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの出力をＶ・Ｉとし、二次電池２の出力をｎ・Ｖ・Ｉとする。この場合、直流電源５からのＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａへの入力は（１／η１）・Ｖ・Ｉであり、二次電池２への入力は（ｎ／η２）・Ｖ・Ｉである。
【００２１】
そのため、改良ＤＣ／ＤＣコンバータに相当する本実施形態の直流／直流変換部４の効率η０は、
η０＝（１＋ｎ）・Ｖ・Ｉ／｛（１／η１）・Ｖ・Ｉ＋（ｎ／η２）・Ｖ・Ｉ｝＝（１＋ｎ）・η１・η２／（ｎ・η１＋η２）・・・（１）
となる。
【００２２】
そこで、具体例として、図４に示すように、二次電池（リチュウム電池）２の効率η２＝０．９８、ＤＣ／Ｄコンバータ１Ａの効率η１＝０．９０とし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａと二次電池２の電圧比１：３（ｎ＝３）とすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａ及び二次電池２の入出力は、図４に示すようになる。これから、本実施形態の直流／直流変換部４の効率η０は、
η０＝（１＋ｎ）・η１・η２／（ｎ・η１＋η２）＝（４×０．９×０．９８）／（３×０．９＋０．９８）＝０．９６
となる。これより、本実施形態装置の直流／直流変換部４（改良ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ）の効率が、従来より改善されることがわかる。
〔実施形態２〕
次に、図５に示す実施形態２の電源装置について説明する。この実施形態電源装置は、直流／直流変換部４として、図１に示す電源装置におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａと二次電池２の入力側と電源５との間に変換器６を設けたものである。この変換器６自体は、電源５から二次電池２に充電するための充分なあるいは適正な直流電圧を得るために設けたものである。それゆえ、電源５は、直流電源のほか、交流電源であっても良い。
【００２３】
もっとも、この実施形態装置においても、図１の実施形態装置と同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの他に二次電池２を備え、これらＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａ及び二次電池２には、直流電力を入力に受け、かつ出力はＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの出力に二次電池２の出力を直列接続して出力するものであり、やはり上記実施形態装置の場合と同様に変換効率を大とすることが出来る。
【００２４】
この点について具体例を挙げて説明する。図８に示す従来装置では、電源装置１０から変換器１２を通して、二次電池１３に充電し、その二次電池１３の充電電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１１で電圧変換して電力を出力するものであり、この電源装置では、全体としての変換効率η０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の効率η１、二次電池１３の効率η２、変換器１２の効率η３とすると、η０＝η１×η２×η３となる。そのため、η１＝９０％、η２＝９８％、η３＝９０％とすると、全体効率η０は７９％程度である。これに対し、本実施形態装置では、上記式（１）のη０にη３を乗じた
η０＝｛（１＋ｎ）・η１・η２／（ｎ・η１＋η２）｝×η３・・・（２）
が全体効率となる。
【００２５】
一方、変換器６から二次電池２を充電するために４８Ｖの電圧が出力され、二次電池２には最高４８Ｖが充電され、出力端３ａ、３ｂからは、二次電池２の４８ＶとＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａの出力０〜１２Ｖが直列出力で合算されて４８Ｖが出力されるとすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａからは平均６Ｖとし、二次電池２からは４２Ｖが出力される。それで（１＋ｎ）・Ｖ＝４８〔ｖ〕となり、そのためＶ＝６で、ｎ＝７となり、上記η１、η２、η３、ｎ及び上記（２）式より
η０＝｛（１＋７）×０．９×０．９８／（７×０．９＋０．９８）｝×０．９８＝０．８７
となり、つまり、全体効率η０＝８７％となり、従来に比べて、効率が改善されていると認められる。
【００２６】
また、出力電流をＩ＝２０〔Ａ〕とすると、図８の従来装置のＤＣ／ＤＣコンバータ１１の容量は、４８〔Ｖ〕×２０〔Ａ〕＝９６０〔Ｗ〕であるに対し、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａでは、出力をＭＡＸ１２〔Ｖ〕（通常６〜１２〔Ｖ〕）として、その容量は１２〔Ｖ〕×２０〔Ａ〕＝２４０〔Ｗ〕であり、従来のものに比し、小型小容量のＤＣ／ＤＣコンバータとして使用できる。これにより、従来のものより小型で、低コストの電源装置を市場に提供することができる。
〔実施形態３〕
次に、図６に示す、実施形態３の電源装置について、説明する。この実施形態電源装置は、交流電源７からの交流電圧を交流／直流変換部９で電圧変換して、出力端子３ａ、３ｂより電子機器、電気機器等に電力を供給するものである。
【００２７】
交流／直流変換部９は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１Ｂと、二次電池２とから構成され、交流電源７からの電力をＡＣ／ＤＣコンバータ１Ｂの入力に受けるとともに、交流電源７とは別の直流電源８からの直流電圧を二次電池２に入力して充電するとともに、ＡＣ／ＤＣコンバータ１Ｂと二次電池２の出力を直列接続して、その直流電力を出力端子３ａ、３ｂから出力するようにしている。
【００２８】
本実施形態電源装置は、図１に示す電源装置では、直流電源５よりの入力をＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａで電圧変換して出力するものであるに対し、交流電源７よりの入力をＡＣ／ＤＣコンバータ１Ｂで電圧変換して出力する点で相違し、また、そのため二次電池２への充電用電源として、別に設ける直流電源８を設ける点で相違するが、ＡＣ／ＤＣコンバータ１Ｂの出力を二次電池２の出力電圧と直列接続する態様で出力している点で、図１の実施形態電源装置と同じであり、本実施形態電源装置においても、図１の実施形態電源装置で、従来のＤＣ／ＤＣコンバータのみの場合に比べて効率が改善され、かつＤＣ／ＤＣコンバータでの消費電力を小さくできるのと同様に、従来のＡＣ／ＤＣコンバータ１Ｂのみの場合に比べて効率が改善され、かつＡＣ／ＤＣコンバータ１Ｂでの消費電力を小さくでき、その分ＡＣ／ＤＣコンバータ１Ｂを小型のものとすることができ、電源装置全体を小型化できる。
【符号の説明】
【００２９】
１Ａ          ＤＣ／ＤＣコンバータ
１Ｂ          ＡＣ／ＤＣコンバータ
２            二次電池
３ａ、３ｂ    出力端子
４            直流／直流変換部
５、          直流電源
６            変換器
７            交流電源
８            直流電源
９            交流／直流変換部            
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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