(57)【要約】【課題】電気二重層キャパシタの安定した高速充電ができる。【解決手段】電気二重層キャパシタを充電する充電制御装置は、比例積分演算部１１により充電電力指令値と充電電力検出値との偏差を比例積分（ＰＩ）演算してインバータのＰＷＭ出力指令を発生し、比例積分演算部１２により充電電圧指令値とその電圧検出値との偏差を比例積分演算して充電電力指令値を補正する。スイッチ１６は、電気二重層キャパシタの充電電圧が満充電電圧に達したときにオン制御され、比例積分演算部１２の出力を充電電力指令値を下げる補正信号として出力する。  補正した充電電力指令値が負極性になって電気二重層キャパシタからの放電制御になるのを防止するリミッタを含む。【選択図】図１
2008092720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の瞬時電圧低下または瞬時停電時に、電気二重層キャパシタを蓄電体として負荷への給電を補償する瞬低補償装置において、
前記補償後に前記電気二重層キャパシタを充電する充電装置は、
前記電気二重層キャパシタの充電電力指令値と充電電力検出値との偏差を比例積分（ＰＩ）演算して該電気二重層キャパシタの充電電力出力手段の充電電力出力指令を発生する第１の比例積分演算部と、
前記電気二重層キャパシタの充電電圧指令値とその電圧検出値との偏差を比例積分演算して前記充電電力指令値の補正信号を発生する第２の比例積分演算部と、
前記電気二重層キャパシタの充電電圧が満充電電圧に達したときにオン制御され、前記第２の比例積分演算部の出力を前記充電電力指令値を下げる補正信号として出力するスイッチを備えたことを特徴とする瞬低補償装置の充電装置。
【請求項２】
前記補正した充電電力指令値が負極性になって前記電気二重層キャパシタからの放電制御になるのを防止するリミッタを備えたことを特徴とする請求項１に記載の瞬低補償装置の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落雷・事故等による系統の瞬低（瞬時電圧低下および瞬時停電）時に、電気二重層キャパシタを蓄電体として負荷への給電を補償する瞬低補償装置に係り、特に瞬低補償動作後の電気二重層キャパシタの回復充電に関する。
【背景技術】
【０００２】
系統の停電時に負荷への給電を補償する装置として、無停電電源装置が多く提案されているこの種の無停電電源装置は、図２に構成例を示すように、商用電源１から切換スイッチ２を介して負荷３への電力供給路を形成し、これとは別に、蓄電池などの蓄電体４からの直流電力をインバータ５で交流電力に変換し、出力トランス６を介して負荷３への電力供給路を形成しておく。
【０００３】
この構成において、通常時は商用電源１から負荷３に電力供給を行い、商用電源１の停電時には切換スイッチ２を開放すると共に、一般負荷を切り離して重要負荷のみとし、制御装置７による制御開始でインバータ５から負荷３への電力供給に切り替える。
【０００４】
以上のように構成される無停電電源装置において、瞬低補償装置としての機能構成は、蓄電体４として、蓄電池に比べて蓄積電力量が少ないが、小型で高速応答ができる電気二重層キャパシタを使用し、商用電源の瞬時電圧低下のみを補償する。また、瞬低の復帰後に、次回の瞬低に備えて、電気二重層キャパシタを速やかに充電しておく充電装置８を設ける。
【０００５】
ここで、充電装置８には、インバータと昇圧トランスおよび整流器で構成する充電器またはＤＣ−ＤＣコンバータ（昇降圧チョッパ）を使用し、電源電圧よりも高い電圧まで電気二重層キャパシタを充電しておき、瞬低補償時に放電できる電力量を高める。また、充電方式としては、充電初期には電気二重層キャパシタを定電力充電し、一定電圧に達したときに電圧一定制御に切り替えること、さらには充電電流を絞ることで、電気二重層キャパシタの過電圧充電を防止する（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図３は従来の充電装置の制御ブロック図を示し、充電電力変換手段としてのインバータをＰＷＭ制御し、初期には定電力充電し、終期には定電圧充電する場合である。ＰＩ演算部１１は電気二重層キャパシタの充電電力指令値と充電電力検出値との偏差を比例積分（ＰＩ）演算してインバータの出力電圧指令を発生する。ＰＩ演算部１２は電気二重層キャパシタの直流電圧指令値と直流電圧検出値との偏差を比例積分演算してインバータの出力電圧指令を発生する。切替器１３は電気二重層キャパシタの充電電圧が満充電電圧に達したときにＰＩ演算部１１の出力からＰＩ演算部１２の出力に切替える。ＰＷＭ変調部１４は、切替器１３からの出力電圧指令とベース電圧との偏差に応じてＰＷＭ変調波を得、これをインバータのゲート信号にする。ベース電圧（１ｐ．ｕ）は直流電圧検出値からベース電圧演算部１５で演算する。
【０００７】
上記の充電制御ブロック図による実際の制御として、回復充電電力７５ｋＷ、待機電圧６４０Ｖ、電気二重層キャパシタの内部抵抗０．３Ωとし、まず、７５ｋＷで定電力充電を行い、キャパシタ電圧が６７３Ｖに達したら直流電圧一定制御に切り替える。待機電圧よりも高い電圧まで充電するのは、キャパシタの内部抵抗を考慮してのことである。
【０００８】
例えば、７５ｋＷで６４０Ｖまで定電力充電した場合、キャパシタ電圧が６４０Ｖに達した時に流れる電流は７５０００［Ｗ］÷６４０［Ｖ］＝１１７［Ａ］である。内部抵抗が０．３［Ω］とすると、１１７［Ａ］×０．３［Ω］＝３５．１［Ｖ］より、３５Ｖ程度の電圧は内部抵抗にかかっており、実際にキャパシタにかかっている電圧は６０５［Ｖ］程度となる。この状態から直流電圧一定制御を行ってしまうと、充電電流が小さくなるため充電時間がかかってしまう。
【０００９】
そのため、キャパシタ電圧を６７３Ｖまで定電力で充電を行う。７５ｋＷで６７３Ｖまで定電力充電した場合、キャパシタ電圧が６７３Ｖに達した時に流れる電流は７５０００［Ｗ］÷６７３［Ｖ］＝１１１［Ａ］である。内部抵抗が０．３［Ω］とすると、１１１［Ａ］×０．３［Ω］＝３３．３［Ｖ］より、実際にキャパシタにかかっている電圧は６３９．７［Ｖ］程度となり、満充電の状態にすることができる。
【特許文献１】特開２００３−１９９３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の充電方式では、キャパシタ電圧が６７３［Ｖ］に達した後、充電電力一定制御から直流電圧一定制御に切り替えるため、ＰＷＭ指令値がステップ的に変化し、充電制御が不安定になる可能性がある。
【００１１】
また、電圧一定制御では、直流電圧検出値が６４０［Ｖ］以上の場合、充電電流を小さくするように働くため、充電電力を負極性（マイナス）にしてしまい、電気二重層キャパシタに蓄えられた電力を放電してしまう恐れがあるし、充電時間が延びる恐れがある。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題を解決した瞬低補償装置の充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記の課題を解決するため、電気二重層キャパシタの満充電までは充電電力指令値と検出値による比例積分演算部によって定電力充電制御し、満充電に達したときに直流電圧指令値と検出値による比例積分演算部によって充電電力指令値を補正制御するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１４】
（１）電源の瞬時電圧低下または瞬時停電時に、電気二重層キャパシタを蓄電体として負荷への給電を補償する瞬低補償装置において、
前記補償後に前記電気二重層キャパシタを充電する充電装置は、
前記電気二重層キャパシタの充電電力指令値と充電電力検出値との偏差を比例積分（ＰＩ）演算して該電気二重層キャパシタの充電電力出力手段の充電電力出力指令を発生する第１の比例積分演算部と、
前記電気二重層キャパシタの充電電圧指令値とその電圧検出値との偏差を比例積分演算して前記充電電力指令値の補正信号を発生する第２の比例積分演算部と、
前記電気二重層キャパシタの充電電圧が満充電電圧に達したときにオン制御され、前記第２の比例積分演算部の出力を前記充電電力指令値を下げる補正信号として出力するスイッチを備えたことを特徴とする。
【００１５】
（２）前記補正した充電電力指令値が負極性になって前記電気二重層キャパシタからの放電制御になるのを防止するリミッタを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のとおり、本発明によれば、電気二重層キャパシタの満充電までは充電電力指令値と検出値による比例積分演算部によって定電力充電制御し、満充電に達したときに直流電圧指令値と検出値による比例積分演算部によって充電電力指令値を補正制御するようにしたため、以下の効果がある。
【００１７】
・従来の直流電圧一定制御への切り替えによる充電に比べて高速充電ができる。
【００１８】
・充電電流は連続的に変化するため、安定した制御を行うことができる。
【００１９】
・充電電力指令値が負極性になるのを抑制するリミッタを設けることで、電気二重層キャパシタからの放電をなくし、充電時間も短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の実施形態を示す充電装置の制御ブロック図である。ＰＩ演算部１１は充電電力指令と充電電力検出値との偏差を比例積分（ＰＩ）演算してインバータの出力電圧指令を発生する。ＰＩ演算部１２は直流電圧指令と直流電圧検出値との偏差を比例積分演算して充電電力指令値の補正信号を発生する。スイッチ１６は、電気二重層キャパシタの充電電圧が満充電電圧に達したときにオン制御され、ＰＩ演算部１２の出力で充電電力指令値を下げる補正信号として出力する。
【００２１】
ＰＷＭ変調部１４は、ＰＩ演算部１１からの出力電圧指令とベース電圧との偏差に応じてＰＷＭ変調波を得、これをインバータのゲート信号にする。ベース電圧（１ｐ．ｕ）は直流電圧検出値からベース電圧演算部１５で演算する。
【００２２】
以上の制御回路構成によれば、電気二重層キャパシタの充電初期には、スイッチ１６をオフ制御しておき、ＰＩ演算部１１により電気二重層キャパシタを定電力充電する。その後、電気二重層キャパシタが満充電電圧（例えば、前記の例では６７３Ｖ）まで充電されたときにスイッチ１６をオン制御する。
【００２３】
これにより、電気二重層キャパシタの直流電圧がその指令値に達するまではその偏差が大きいほど充電電力指令値を大きく絞った充電電力の垂下制御になり、従来の直流電圧一定制御への切り替えによる充電に比べて高速充電ができる。
【００２４】
また、定電力充電状態から充電電力指令値の補正に移行するとき、制御スイッチ１６のオン制御で充電電力指令値がステップ的に変化することが予測されるが、ＰＩ演算部１１による積分動作によってＰＷＭ指令値が滑らかに変化する。すなわち、ＰＷＭ指令値は連続的に変化し、安定した制御を行うことができる。
【００２５】
なお、充電電力指令値を補正した補正出力にリミッタ回路を追加することにより、電流指令値がマイナスにならないように（放電しないように）することができ、電気二重層キャパシタに蓄えられた電力を放電してしまうことはない。
【００２６】
なお、実施形態ではインバータによる充電電力制御の場合を示したが，ＤＣ−ＤＣコンバータなどの他の充電回路による充電電力制御に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示す充電装置の制御ブロック図。
【図２】無停電電源装置の構成例。
【図３】従来の充電装置の制御ブロック図。
【符号の説明】
【００２８】
１１  ＰＩ演算部
１２  ＰＩ演算部
１３  切替スイッチ
１４  ＰＷＭ変調部
１５  ベース電圧演算部
１６  スイッチ
【図１】
2008092720.tif 000003
【図２】
2008092720.tif 000004
【図３】
2008092720.tif 000005