(57)【要約】【課題】並直列切り換え時のデッドタイムを除去するとともに、強制転流回路も除去することができる電力貯蔵装置を提供する。【解決手段】電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２をＩＧＢＴ１１、１２、１３、１４を用いたスイッチ手段ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３を介して接続する一方、前記ＩＧＢＴのオン／オフを制御して、前記電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２相互を並列又は直列に接続するとともに各電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の充電又は放電を可能にする一方、並列接続モードから直列接続モードへの切り換え、又は逆モードへの切り換えの際には、少なくともこのときの切り換えによりオン状態となるＩＧＢＴ１１、１２、１３、１４はそのゲート電圧を漸増させて所定のオン電圧に至るアクティブゲート制御を行うようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャパシタを複数のスイッチ手段を介して接続する一方、前記スイッチ手段のオン／オフを制御して、前記キャパシタ相互を並列又は直列に接続するとともに各キャパシタの充電又は放電を可能にした電力貯蔵装置において、
前記スイッチ手段を自己消弧型素子で形成するとともに、並列接続モードから直列接続モードへの切り換え、又は直列接続モードから並列接続モードへの切り換えの際には、少なくともこのときの切り換えによりオン状態となるスイッチ手段はそのゲート電圧を漸増させて所定のオン電圧に至るアクティブゲート制御を行うように構成したことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項２】
請求項１に記載する電力貯蔵装置において、
スイッチ手段である自己消弧型素子は、ＩＧＢＴで構成したことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項３】
請求項１に記載する電力貯蔵装置において、
スイッチ手段である自己消弧型素子は、ＦＥＴで構成したことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する電力貯蔵装置において、
各キャパシタを並列接続するための自己消弧型素子は、これに流れる電流が同じ向きになるように接続したことを特徴とする電力貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力貯蔵装置に関し、特に電力を貯蔵するキャパシタの充放電を行うに際し、複数のキャパシタの相互接続を切り換える場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
商用電源の停電時の電力の供給及び不足電力の供給等のため、電力貯蔵装置が利用されている。図３は、従来技術に係る電力貯蔵装置を示すブロック図である。同図に示すように、当該電力貯蔵装置は、２個の電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２を有しており、これら電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の並列乃至直列接続を可能にするように、スイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３が接続してある。すなわち、図４（ａ）に示すように、スイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２が同時にオン状態で、且つスイッチ手段ＳＷ３がオフ状態のとき、並列に接続される。また、同図（ｂ）に示すように、スイッチ手段ＳＷ３がオン状態で、且つスイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２が同時にオフ状態のとき、直列に接続される。
【０００３】
ここで、各スイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３は、２個のサイリスタ（１，２）、（３，４）、（５、６）をそれぞれ逆並列に接続してなる。これは、電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２に充電を行うモードと、放電を行わせるモードとに対処するためである。すなわち、充電時には、サイリスタ１、３又はサイリスタ５がオン状態とされ、放電時には、サイリスタ２、４又はサイリスタ６がオン状態とされる。
【０００４】
また、当該電力貯蔵装置は、充電時には、例えば商用電源で駆動するインバータ７を介して直流電力が供給され、前記商用電源の停電時等、放電時には、前記インバータ７の駆動電源として機能してこのインバータ７に直流電力を供給する。
【０００５】
そして、当該電力貯蔵装置が、前記インバータ７に直流電力を供給する直流電源として機能する場合、通常は、スイッチ手段ＳＷ１のサイリスタ２、ＳＷ２のサイリスタ４をオン状態、スイッチ手段ＳＷ３をオフ状態として電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２を並列に接続、すなわち図４（ａ）に示すように接続して必要な電力を供給する。かくして、電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２に蓄積した電力の放電が進み、当該電力貯蔵装置の出力電圧が低下して設定値以下になった場合には、スイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を切り換えて図４（ｂ）に示す直列状態とする。すなわち、スイッチ手段ＳＷ１の，ＳＷ２をオフ状態とし、スイッチ手段ＳＷ３のサイリスタ６をオン状態とする。ここで、並列接続から直列接続への切り換えはインバータ７の許容最低動作電圧を考慮して決定する。なお、図中、Ｃは平滑用の電解コンデンサで、インバータ７に対して並列に接続してある。
【０００６】
上述の如く当該電力貯蔵装置において並列接続から直列接続に切り換える際、スイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２及びスイッチ手段ＳＷ３の切り換えのタイミングが重複した場合には回路が短絡されて有害な大電流が流れるので、図５に示すように、スイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフを制御するスイッチングパルスＰ１、Ｐ２の立ち下がり時点に対してスイッチ手段ＳＷ３のオン／オフを制御するスイッチングパルスＰ３の立ち上がり時点を若干遅延させている。すなわち、デッドタイムｔｄを設けている。このデッドタイムｔｄを設けたことにより当該電力貯蔵装置からの電力の供給が瞬断する。
【０００７】
かかる瞬断の影響を除去するため、上記電力貯蔵装置においては、電解コンデンサＣの容量を大きくすることで対処している。すなわち、瞬断期間の電力を電解コンデンサＣで補充するようしている。
【０００８】
なお、この種の電力貯蔵装置に関する公知技術として特許文献１（特開平８−２０５３９８号）、特許文献２（特開平１０−１０８３６０号）、特許文献３（特開２０００−２５３５７２号）、特許文献４（特開２０００−３２４７１０号）及び特許文献５（特開２００１−０３７０７７号）がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−２０５３９８号
【００１０】
【特許文献２】
特開平１０−１０８３６０号
【００１１】
【特許文献３】
特開２０００−２５３５７２号
【００１２】
【特許文献４】
特開２０００−３２４７１０号
【００１３】
【特許文献５】
特開２００１−０３７０７７号
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来技術に係る電力貯蔵装置においては、その電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の並直列の切り換えの際にデッドタイムｔｄを設けているので、その間の電力を補充すべく平滑用の電解コンデンサＣの容量を大きくする必要があるという問題を有する。また、スイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をサイリスタ１乃至６で構成している。このため、このままでは電流が遮断されるまでオフ状態とすることができないので、所定の迅速なスイッチング動作を確保すべく強制転流回路が必要になるという問題もある。
【００１５】
本発明は、上記従来技術に鑑み、並直列切り換え時のデッドタイムをなくしてインバータの平滑用のコンデンサの容量を可及的に低減するとともに、強制転流回路も除去することができる電力貯蔵装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。
【００１７】
１）  複数のキャパシタを複数のスイッチ手段を介して接続する一方、前記スイッチ手段のオン／オフを制御して、前記キャパシタ相互を並列又は直列に接続するとともに各キャパシタの充電又は放電を可能にした電力貯蔵装置において、
前記スイッチ手段を自己消弧型素子で形成するとともに、並列接続モードから直列接続モードへの切り換え、又は直列接続モードから並列接続モードへの切り換えの際には、少なくともこのときの切り換えによりオン状態となるスイッチ手段はそのゲート電圧を漸増させて所定のオン電圧に至るアクティブゲート制御を行うように構成したこと。
【００１８】
２）  上記１）に記載する電力貯蔵装置において、
スイッチ手段である自己消弧型素子は、ＩＧＢＴで構成したこと。
【００１９】
３）  上記１）に記載する電力貯蔵装置において、
スイッチ手段である自己消弧型素子は、ＦＥＴで構成したこと。
【００２０】
４）  上記１）乃至３）の何れか一つに記載する電力貯蔵装置において、
各キャパシタを並列接続するための自己消弧型素子は、これに流れる電流が同じ向きになるように接続したこと。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施の形態に係る電力貯蔵装置を示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る電力貯蔵装置は、図３に示すスイッチ手段ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を構成するサイリスタ１乃至６をＩＧＢＴ１１、１２、１３、１４とダイオード１５、１６、１７、１８とで構成したスイッチ手段ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３、１４で置換したものである。すなわち、スイッチ手段ＳＷ１乃至ＳＷ１４のオン／オフの切り換えにより電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２を並列又は直列に接続し得るように構成してある。また、同様に平滑コンデンサＣを有するインバータ７に接続してある。
【００２３】
ここで、スイッチ手段ＳＷ１１、ＳＷ１２はこれを流れる電流の向きが同じになるように接続してある。これは、次の理由による。一般に、ＩＧＢＴには、逆並列に寄生ダイオードが形成される。このため、ＩＧＢＴを用いて双方向のスイッチを構成する場合には、スイッチ手段ＳＷ１３、ＳＷ１４のように２個を逆向きに接続する必要がある。ところが、上述の如くスイッチ手段ＳＷ１１、ＳＷ１２を同じ向きに接続することにより環流を遮断することができる。したがって、上述の如くスイッチ手段ＳＷ１１、ＳＷ１２を接続した場合には、ＩＧＢＴ１１、１２に逆向きに接続する素子を省略することができ、その分素子数を低減することができるからである。
【００２４】
なお、ダイオード１５乃至１８はＩＧＢＴ１１乃至１４の寄生ダイオードである。
【００２５】
当該電力貯蔵装置における電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の直並列の接続の変換の際にはアクティブゲート制御を行う。すなわち、少なくとも切り換えによりオン状態となるＩＧＢＴ１１乃至１４のゲート電圧を漸増させて所定のオン電圧に至らせる。このことにより、ＩＧＢＴ１１乃至１４を不活性領域で動作させて動作抵抗を大きくすることにより短絡電流を低減するので、デッドタイムを設ける必要がない。
【００２６】
ここで、電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の並列接続から直列接続への変換時を例に採り、ＩＧＢＴ１１、１２、１３（１４）のスイッチングを制御するゲートパルスであるスイッチングパルスＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３を詳言に説明しておく。このとき、ＩＧＢＴ１１、１２のスイッチングパルスＰ１１、Ｐ１２は、オン状態の＋１５Ｖからオフ状態の−１５Ｖに瞬時に立ち下がる。これに対し、ＩＧＢＴ１３（又は１４）のスイッチングパルスＰ１３は、スイッチングパルスＰ１１、Ｐ１２の立ち下がり時点でオフ状態の−１５Ｖから直線的にその電圧値を漸増させてオン状態の＋１５Ｖに至る。いわゆるアクティブゲート制御を行う。
ここで、ＩＧＢＴ１３（１４）はスイッチング素子であるため、ゲート電圧が＋２Ｖ以上で飽和領域となり完全にオン状態となるが、０Ｖから＋２Ｖの間では、不飽和領域であり導通抵抗が大きくなる。この領域をオンする短時間だけ＋２Ｖ以下にする。かかる過渡期間は通常数１０μｓｅｃである。すなわち、導通抵抗が大きい前記過渡期間では素子の損失が大きくなるが、この期間は前述の如く数１０μｓｅｃと短時間であるので、熱的な不都合を生起することはない。
【００２７】
なお、上記実施の形態では、自己消弧型素子としてＩＧＢＴを用いたが、他の自己消弧型素子であるＦＥＴをＩＧＢＴ１１、１２、１３、１４の代わりに用いても同様の作用・効果を得る。
【００２８】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、本発明によれば、スイッチ手段にＩＧＢＴ等の自己消弧型素子を用い、並列／直列の切り換え時には、アクティブゲート制御によりスイッチングを行うようにしたので、強制転流回路を除去し得るばかりでなく、モード切り換え時の短絡電流を抑制し、デッドタイムを除去することにより、直流側コンデンサの容量を従来よりも小容量のものとすることができる。
【００２９】
さらに、並列部の素子の向きを同じにすることにより、素子数の削減も可能となり、当該電力貯蔵装置のコストの低減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力貯蔵装置を示すブロック図である。
【図２】図１の各スイッチ手段に供給するスイッチングパルスを示す波形図である。
【図３】従来技術に係る電力貯蔵装置を示すブロック図である。
【図４】図３に示す電力貯蔵装置におけるスイッチ手段の切り換えに伴う接続状態を示す回路図である。
【図５】図３の各スイッチ手段に供給するスイッチングパルスを示す波形図である。
【符号の説明】
ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３、ＳＷ１４        スイッチ手段
１１、１２、１３、１４        ＩＧＢＴ
１５、１６、１７、１８        ダイオード
【図１】
2005057836.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005057836.tif 000005
【図４】
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【図５】
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