(57)【要約】      （修正有）【課題】夜間電力を無制御かつ全自動において二次電池を充電し、昼間時に充電を停止させる装置の提供。【解決手段】第１入力端、第２入力端及び出力端を有する電位比較部と、外部の交流電源を入力し整流直流電位を出力する交流直流変換部と、制御端を有し電流路の一端及び他端を有する半導体素子とを備え、交流直流変換部は、交流電源電圧に比例する整流直流電位を発生させるべく構成され、第１入力端には整流直流電位が伝達されるべく構成され、第２入力端には比較基準電位を発生させるべく手段を備え、電位比較部は整流直流電位と比較基準電位とを比較し、整流直流電位が比較基準電位を超えるとき、電位比較部は出力端に発生する電位を変化させ、整流直流電位が比較基準電位以下のとき、電位比較部は出力端に発生する電位を変化させないで、出力端の電位が伝達される制御端の電位により半導体素子の電流路を導通又は非導通とする。【選択図】図１
2012249413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１入力端、第２入力端及び出力端を有する電位比較部と、外部の交流電源を入力し整流直流電位を出力する交流直流変換部と、制御端を有し電流路の一端及び他端を有する半導体素子と、を備え、
前記交流直流変換部は、外部の交流電源電圧に比例する整流直流電位を発生させるべく構成され、
前記第１入力端には前記整流直流電位が伝達されるべく構成され、
前記第２入力端には比較基準電位を発生させるべく手段を備え、
前記電位比較部は、前記整流直流電位と前記比較基準電位とを比較し、該整流直流電位が該比較基準電位を超えるとき、該電位比較部は前記出力端に発生する電位を変化させ、該整流直流電位が該比較基準電位以下のとき、該電位比較部は該出力端に発生する電位を変化させないで、該出力端の電位が伝達される前記制御端の電位により前記半導体素子の電流路を導通又は非導通とすることを特徴とする電位検出開閉装置。
【請求項２】
前記電位比較部が前記出力端に発生する電位を変化させたとき前記電流路は導通し、該電位比較部が該出力端に発生する電位を変化させないとき該電流路は導通しないことを特徴とする請求項１に記載の電位検出開閉装置。
【請求項３】
さらに、二次電池を備え、前記電流路が導通したとき、前記整流直流電位により該二次電池を充電することを特徴とする請求項１又は２に記載の電位検出充電装置。
【請求項４】
さらに、二次電池を備え、前記電流路が導通しないとき、該二次電池は放電し外部の負荷に電力を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の電位検出放電装置。
【請求項５】
前記整流直流電位は脈流を含むことが許容される平均電位であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電位検出開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力料金の安い夜間電力を無制御かつ全自動において二次電池を充電し、電力料金の高い昼間時に充電を停止させ、二次電池の電力を使用する装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来から、夜間電力を利用して二次電池を充電する技術が開示されているが、これを実行するためのある程度のロジックを有する制御手段を必要とする。
【０００３】
そのためには、一般的にコンピュータによる制御が必要であり、特許文献１の段落「０００６」には以下の制御を行なう記載がある。
【０００４】
「バッテリー２に充電するための手動スイッチ３をオンにする（１８時）。バッテリー２の残りの充電容量を検知する残量センサー４から送信された情報を踏まえて、充電必要時間計算手段５が充電に必要な時間（たとえば１１時間）を算出する。充電必要時間計算手段５から送信された充電必要時間（１１時間）と、手動スイッチ３がオンにされた時間（１８時）の情報を踏まえて、充電時間配分計算手段６が充電必要時間（１１時間）を電気料金が最も安い夜間の８時間（２３時〜翌日７時）とその前の３時間（２０時〜２３時）に分ける時間配分を算出する。制御部８から２０時に送られる信号を踏まえてスイッチ７が２０時に自動的にオンになる。２０時に充電が開始されたあと１１時間充電され、翌朝７時に自動的に充電が終了する。」
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−３０４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の各手段には、少なくとも自動計算を実行するマイクロプロセッサを使用せざるを得ず、そのためソフトウェア開発も必要であり、装置そのものも高価となる。
【０００７】
特許文献１では、各制御手段を必要とする他、人間のオペレーションも必要とする。
【０００８】
上記の現状に鑑み、本発明は、人間の手を煩わすこともなく、半導体素子を含む回路構成そのもので、自動的に夜間電力の有効利用を実現する。
【０００９】
本発明は、夜間と昼間との系統電圧（商用電源電圧）の差を検出し、合理的に夜間に充電することを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を実現するべく本発明は以下の構成とする。
（１）請求項１に係る電位検出開閉装置は、
第１入力端、第２入力端及び出力端を有する電位比較部と、外部の交流電源を入力し整流直流電位を出力する交流直流変換部と、制御端を有し電流路の一端及び他端を有する半導体素子と、を備え、
前記交流直流変換部は、外部の交流電源電圧に比例する整流直流電位を発生させるべく構成され、
前記第１入力端には前記整流直流電位が伝達されるべく構成され、
前記第２入力端には比較基準電位を発生させるべく手段を備え、
前記電位比較部は、前記整流直流電位と前記比較基準電位とを比較し、該整流直流電位が該比較基準電位を超えるとき、該電位比較部は前記出力端に発生する電位を変化させ、該整流直流電位が該比較基準電位以下のとき、該電位比較部は該出力端に発生する電位を変化させないで、該出力端の電位が伝達される前記制御端の電位により前記半導体素子の電流路を導通又は非導通とすることを特徴とする。
（２）請求項２に係る電位検出開閉装置は、請求項１において、
前記電位比較部が前記出力端に発生する電位を変化させたとき前記電流路は導通し、該電位比較部が該出力端に発生する電位を変化させないとき該電流路は導通しないことを特徴とする。
（３）請求項３に係る電位検出充電装置は、請求項１又は２において、
さらに、二次電池を備え、前記電流路が導通したとき、前記整流直流電位により該二次電池を充電することを特徴とする。
（４）請求項４に係る電位検出放電装置は、請求項１又は２において、
さらに、二次電池を備え、前記電流路が導通しないとき、該二次電池は放電し外部の負荷に電力を供給することを特徴とする。
（５）請求項５に係る電位検出開閉装置は、請求項１又は２において、
前記整流直流電位は脈流を含むことが許容される平均電位であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
（Ａ）本発明は、夜間と昼間の系統電圧（商用電源電圧）の差を検出し、合理的に夜間電力を利用することを可能とする。
（Ｂ）本発明は、シーケンスシャル制御を実行するマイクロプロセッサ等を使用する必要がなく制御が容易で廉価である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】は、本発明による電位検出開閉装置及び電位検出充放電装置の実施の形態を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（１）実施の形態
（１−１）回路構成
図１に示す１点破線に囲まれたＥＤＴＣは、本発明による実施の形態の一部である電位検出装置ＥＤＴＣであり、図１に示す２点破線に囲まれたＳＷは、電位検出装置ＥＤＴＣと連動して動作する開閉器部のみを示す開閉器ＳＷである。
電位検出装置ＥＤＴＣ及び開閉器ＳＷを合成して、本発明による実施の形態である電位検出開閉装置を示す。
【００１４】
図１に示す破線に囲まれたＳＴＲＧは、本発明による実施の形態の一部である蓄電部ＳＴＲＧであり、この蓄電部ＳＴＲＧと電位検出開閉装置とを合成して電位検出開閉装置及び電位検出充放電装置を構成する。
【００１５】
以下、図１を参照して本発明の実施の形態の回路構成を説明する。
ＣＶは、交流直流変換部ＣＶであり、コンバータＣＶとも称し、交流電源から整流直流電位を生成する。交流直流変換部ＣＶは、交流入力端ｉｎ１、ｉｎ２、整流直流電位出力端ｏｕｔ１、ｏｕｔ２を有する。
ＯＰは、電位比較部ＯＰであり、差動増幅器（演算増幅器（ａ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ））で構成され、コンパレータＯＰとも称す。
電位比較部ＯＰは、第１入力端である非反転入力部（１）、第２入力端である反転入力部（２）、出力端を有する。
Ｚｅは、定電圧素子Ｚｅであり、ツェナーダイオードＺｅとも称し、比較基準電位を生成する。
Ｑ１は、半導体素子Ｑ１であり、ＮチャネルＦＥＴ（ａ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成され、ＦＥＴＱ１と称す。
ＦＥＴＱ１は図１では、Ｎチャネル型であるがこれに限定する必要もない。たとえば、Ｐチャネル型ＦＥＴ、バイポーラトランジスタでもよい。
ＣＨＧは、充電装置であり、充電装置ＣＨＧと称す。
Ｂａは、二次電池Ｂａであり、バッテリーＢａとも称す。
【００１６】
コンバータＣＶの入力端（ｉｎ１、ｉｎ２）は、端子Ｔ１、端子Ｔ２に接続され、外部の交流電源を供給され、出力端（ｏｕｔ１、ｏｕｔ２）から整流直流電位を出力する。
外部の交流電源は主として系統すなわち商用電源である。
【００１７】
図の例において、ｏｕｔ１は、正極電位を出力し、ｏｕｔ２は、負極電位を出力する。ｏｕｔ２の電位を基準とすると、ｏｕｔ２は０電位で、ｏｕｔ１は正極電位である。
【００１８】
ｏｕｔ１には、抵抗素子Ｒ１、抵抗素子Ｒ２の一端及び整流素子であるダイオードＤ１のアノードが接続され、抵抗素子Ｒ１の他端は、可変抵抗器ＶＲの一端及びコンパレータＯＰの非反転入力部（１）に接続され、可変抵抗器ＶＲの他端は、ｏｕｔ２に接続される。
【００１９】
ｏｕｔ２は、定電圧素子であるツェナーダイオードＺｅのアノード、抵抗素子Ｒ３の他端及びＦＥＴＱ１のソースＳに接続される。
【００２０】
コンパレータＯＰの反転入力部（２）には、ツェナーダイオードＺｅのカソード及び抵抗素子Ｒ２の他端が接続される。ツェナーダイオードＺｅのカソードには、抵抗素子Ｒ２を介して整流直流電位が印加され、ツェナーダイオードＺｅのカソードには比較基準電位が発生する。
【００２１】
コンパレータＯＰの出力端には、制御端を有し電流路の一端及び他端を有する半導体素子であるＦＥＴＱ１の制御端であるゲートＧ及び抵抗素子Ｒ３の一端に接続される。
【００２２】
ダイオードＤ１のカソードは、充電装置ＣＨＧの一端であるＩＮ、ダイオードＤ２のカソード、ダイオードＤ３のカソード及び端子Ｔ５に接続される。
【００２３】
充電装置ＣＨＧの他端であるＯＵＴには、ダイオードＤ３のアノード及びバッテリーＢａの正極に接続される。
【００２４】
ＦＥＴＱ１のドレインＤには、バッテリーＢａの負極、端子Ｔ４及び端子Ｔ６に接続される。
【００２５】
端子Ｔ３には、ダイオードＤ２のアノードが接続される。
【００２６】
端子Ｔ３、端子Ｔ４には、外部の直流電位が印加される構成であり、端子Ｔ３が正極、端子Ｔ４が負極である。外部の直流電位の発生源は、たとえば太陽光発電パネルである。
【００２７】
端子Ｔ５、端子Ｔ６は、直流電位を出力し、端子Ｔ５は正極、端子Ｔ６は負極である。端子Ｔ５、端子Ｔ６間には外部の負荷が接続され給電される。
【００２８】
（１−２）回路動作
図１を参照して本発明の実施の形態である電位検出開閉装置及び電位検出充放電装置の動作を説明する。
【００２９】
端子Ｔ１、端子Ｔ２間に外部の交流電源が接続されると、コンバータＣＶの入力端、ｉｎ１、ｉｎ２間に交流電圧が印加され、ｏｕｔ１、ｏｕｔ２間に整流直流電位が出力される。
【００３０】
ｏｕｔ１には正極電位、ｏｕｔ２には負極電位（すなわち、０電位）が出力され、抵抗素子Ｒ１と可変抵抗器ＶＲにより分圧され、分圧された正極電位がコンパレータＯＰの非反転入力部（１）に入力される。可変抵抗器ＶＲにより、コンパレータＯＰの非反転入力部（１）に印加される電位を調整できる。
【００３１】
コンパレータＯＰの反転入力部（２）には、ツェナーダイオードＺｅのカソードの電位が印加され、この電位がコンパレータＯＰの出力電位を制御する比較基準電位となる。
コンパレータＯＰの非反転入力部（１）電位＞反転入力部（２）の電位のとき、コンパレータＯＰの出力端の電位は正極電位であり、
コンパレータＯＰの非反転入力部（１）電位≦反転入力部（２）の電位のとき、コンパレータＯＰの出力端の電位は、ｏｕｔ２の電位であり、０電位である。
すなわち、コンパレータＯＰの出力端の電位は、整流直流電位＞比較基準電位のとき、正極電位が出力され、
逆に、整流直流電位≦比較基準電位のとき、コンパレータＯＰの出力端の電位は０である。これは、コンパレータＯＰの出力端の電位に変化はないことを意味する。出力端ｏｕｔ２が接地されていれば、コンパレータＯＰの出力端の電位は接地電位である。
【００３２】
コンバータＣＶのｏｕｔ１、ｏｕｔ２から出力される電位が、抵抗素子Ｒ２を介してツェナーダイオードＺｅに印加され、ツェナーダイオードＺｅのカソードは一定の電位を保持する。
比較基準電位は、一定電位に保持されている。したがって、系統電圧が変動した場合、コンパレータＯＰの非反転入力部（１）に印加される電位は変化するが、反転入力部（２）に印加されている電位は一定であるので、コンパレータＯＰは、非反転入力部（１）の電位と反転入力部（２）の電位の高低関係により、出力端の電位を変化させることができる。したがって、コンパレータＯＰはＦＥＴＱ１の導通／非導通を系統電圧により制御できる。
【００３３】
たとえば、系統電圧が実効値１００Ｖで、コンバータＣＶが直流電位１６Ｖを発生するとする。これは、需要者の設定の問題であり、１６Ｖは一例であるが。
抵抗素子Ｒ２から電位を印加されるツェナーダイオードＺｅのツェナー電圧が５Ｖであるとする。
【００３４】
ツェナーダイオードＺｅのカソード電位は、５Ｖで変化しない。すなわち、コンパレータＯＰの反転入力部（２）の電位は５Ｖで変化しない。系統電圧は、夜間昼間で変化する。
【００３５】
系統電圧が変化すると、コンバータＣＶが出力する整流直流電位は、それに応じて比例し変化する。抵抗素子Ｒ１と可変抵抗器ＶＲで分圧された電位を印加されるコンパレータＯＰの非反転入力部（１）の電位は、それに応じて変化する。
【００３６】
コンバータＣＶは、ｏｕｔ１、ｏｕｔ２に出力する電位を制御しない。すなわち、電位を制御するフィードバックをかけていない。よって、コンバータＣＶは、系統電圧の変動をそのまま、ｏｕｔ１、ｏｕｔ２に出力する電位に比例させる。
【００３７】
したがって、コンパレータＯＰの非反転入力部（１）に印加される整流直流電位は系統電圧の変動に比例したものとなる。
【００３８】
たとえば、コンバータＣＶが直流１６Ｖを出力すると、コンパレータＯＰの非反転入力部（１）に印加される電位を５Ｖ程度となるように設定しておく。すると、コンパレータＯＰの非反転入力部（１）に印加される電位は、昼間で５Ｖ未満乃至５Ｖ、夜間で５Ｖ超となる。電位は一例であるが、このように設定する。
【００３９】
コンパレータＯＰは、反転入力部（２）に印加される比較基準電位（たとえば、５Ｖ）と、非反転入力部（１）に印加される電位を比較し、非反転入力部（１）の電位が反転入力部（２）の電位を超えると、コンパレータＯＰの出力端に正極電位を出力する。これを、コンパレータＯＰの出力端の電位が変化したと定義する。
逆に、非反転入力部（１）の電位が反転入力部（２）の電位を超えないと、コンパレータＯＰの出力端に０電位を出力する。これを、コンパレータＯＰの出力端の電位が変化しないと定義する。
【００４０】
コンパレータＯＰの出力端の電位が変化したとき、この電位が印加されるＦＥＴＱ１は導通し、バッテリーＢａを充電する。充電電流路は、コンバータＣＶのｏｕｔ１、ダイオードＤ１、充電装置ＣＨＧ、バッテリーＢａ、ＦＥＴＱ１のドレイン、ＦＥＴＱ１のソース、コンバータＣＶのｏｕｔ２となる。
【００４１】
夜間は、昼間よりも電力需要が少ないため、一般に系統電圧が少し上昇する。したがって、この回路により、複雑な制御を必要とせず、夜間電力を有効に利用できる。
【００４２】
なお、充電装置ＣＨＧ及びダイオードＤ３は必ずしも必要でなく、バッテリーＢａは、端子Ｔ５と端子Ｔ６に直結でもよい。
または、充電装置ＣＨＧを抵抗素子に代替し、ダイオードＤ３は使用してもよい。
【００４３】
二次電池として、バッテリーＢａを鉛蓄電池とし、本発明の電位検出充放電装置が１２Ｖ直流電源を出力する場合、バッテリーＢａのセルあたりの充電電位は、２．２３Ｖ程度で、バッテリーＢａを６個直列接続する場合、充電電位は、１３．３８Ｖとなる。
【００４４】
したがって、夜間、バッテリーＢａを充電するとき、コンバータＣＶは、１３．３８Ｖ＋０．６Ｖ（ダイオードＤ１の順方向電圧降下）を略平均とする整流直流電位を出力すればよい。この例は、充電装置ＣＨＧとダイオードＤ３を使用しないで、バッテリーＢａを端子Ｔ５、端子Ｔ６に直結する場合である。
【００４５】
充電装置ＣＨＧを使用する場合は、端子Ｔ６の電位を基準として端子Ｔ５の電位を１５Ｖ程度する。このとき、コンバータＣＶの出力する整流直流電位の平均電位は１６Ｖ程度が好ましい。
【００４６】
コンバータＣＶ内に整流電位を平滑する容量素子であるコンデンサを含んでもよい。又は、コンバータＣＶのｏｕｔ１、ｏｕｔ２の出力端にコンデンサを並列接続してもよい。又は、コンパレータＯＰの非反転入力部（１）とｏｕｔ２間にコンデンサを接続してもよい。
【００４７】
整流電位の平滑は、脈流のない直流とする必要はなく、リップル電圧を含んでもよい。コンパレータＯＰの非反転入力部（１）には、リップル電圧を含む電位が印加されてもよい。
【００４８】
コンパレータＯＰの非反転入力部（１）にリップル電位が印加されると、コンパレータＯＰの出力端には、出力電位の有無（正極又は０電位）を繰り返すことになるが、ＦＥＴＱ１をスイッチングするのみで、バッテリーＢａへの充電には問題がない。
【００４９】
要するに、夜間、昼間の電位差で、夜間にコンパレータＯＰの出力端から電位（正極）が出力され、昼間はコンパレータＯＰの出力端から電位が出力されなければよい。
なお、コンパレータＯＰの出力端から出力される電位を負極とし、これでＦＥＴＱ１が導通する全ての極性を反転した回路を構成してもよい。
【００５０】
コンパレータＯＰの非反転入力部（１）には、おおよそ、リップル電位の平均電位が印加される程度でもよいが、必ずしも、リップル電位の平均である必要もなく、分、時間単位の平均電位でもかまわない。夜間、昼間の電位差により、夜間、バッテリーＢａへの充電がなされればよい。
【符号の説明】
【００５１】
ＥＤＴＣ                電位検出装置ＥＤＴＣ
ＳＷ                    開閉器ＳＷ
ＯＰ                    電位比較部ＯＰ（差動増幅器（コンパレータＯＰ））
ＣＶ                    交流直流変換部ＣＶ（コンバータＣＶ）
Ｑ１                    半導体素子（ＦＥＴＱ１）
Ｚｅ                    定電圧素子（ツェナーダイオードＺｅ）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３        抵抗素子
ＶＲ                    可変抵抗器ＶＲ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３        整流素子（ダイオード）
ＳＴＲＧ                蓄電部ＳＴＲＧ
Ｂａ                    二次電池Ｂａ（バッテリーＢａ）
ＣＨＧ                  充電装置ＣＨＧ
Ｔ１〜Ｔ６              端子
【図１】
2012249413.tif 000003