(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノーヒューズ遮断器を備えた電源設備によりバッテリ充電を行う充電回路であって前記電源設備からの電力を前記ノーヒューズ遮断器を通して受け、前記バッテリへの通電状態を制御するためのＳＣＲスタックを含む充電回路において、
該充電回路に流れる電流を、前記ノーヒューズ遮断器の定格電流で規定される所定の値に制限する回路手段を備え、
該回路手段は、
前記ＳＣＲスタックへの入力電流を検出する検出部と、
あらかじめ設定される入力電流指令値と検出された入力電流とを比較して偏差を出力する比較部と、
前記比較部の出力が正の値の場合は０にリミットし、負の値の場合はあらかじめ定められた値でリミットをかけたうえで出力する０リミット処理を行う０リミット処理回路を含み、
所定の充電電流指令ノミナル値と前記０リミット処理回路の出力とを加算して充電電流指令値として出力する補正部とを含むことを特徴とする充電回路。
【請求項２】
請求項１に記載の充電回路において、
該充電回路は更に、
前記ＳＣＲスタックからの充電電流を検出する第１の電流検出器と、
前記充電電流指令値と検出された充電電流とを比較して第１の偏差を出力する第１の演算器と、
前記第１の偏差を増幅する第１の偏差アンプと、
該第１の偏差アンプの出力に基づいて前記ＳＣＲスタックを制御するドライバとを含むことを特徴とする充電回路。
【請求項３】
請求項１あるいは２に記載の充電回路において、
前記検出部は、
前記入力電流を検出する第２の電流検出器と、
検出された入力電流を絶対値処理して絶対値を出力する絶対値処理回路と、
該絶対値処理回路の出力に対して一次遅れ処理を行い、前記検出された入力電流として出力する第１の一次遅れ処理回路とを含むことを特徴とする充電回路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の充電回路において、
前記比較部は、
前記あらかじめ設定される入力電流指令値と前記検出された入力電流とを比較して第２の偏差を前記偏差として出力する第２の演算器と、
前記第２の偏差を増幅する第２の偏差アンプとを含むことを特徴とする充電回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の充電回路において、
前記補正部は、
前記所定の充電電流指令ノミナル値と前記０リミット処理回路の出力とを加算する第３の演算器と、
該第３の演算器の加算出力に対して一次遅れ処理を行って前記充電電流指令値として出力する第２の一次遅れ処理回路とを含むことを特徴とする充電回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバッテリの充電回路に関し、特にノーヒューズ遮断器を備えた電源設備によりバッテリ充電を行う充電回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
比較的大容量のバッテリを充電する場合、急速充電とも呼ばれる充電制御が行われる。急速充電では大容量、低損失を目的として主回路パワーデバイスとしてサイリスタ・モジュールが適用される例が多い。しかしながら、サイリスタ・モジュールは自己消弧機能を持たず、逆バイアスまたは通電電流を保持電流以下にすることによりターンオフするという特性を持つため電流と電圧の位相がずれることになり、原理的に入力力率が悪化する。このため充電回路の入力電流が増大し、ノーヒューズ遮断器等の入力電源遮断装置（以降、ノーヒューズ遮断器と呼ぶ）がトリップするという問題を引き起こす。
【０００３】
図３は、これまでのサイリスタ・モジュールを利用した充電回路を示す。図３において、入力電源３１からの電力をトランス３２を通してＳＣＲスタック３３に与え、このＳＣＲスタック３３をドライバ３４で制御することによりバッテリ３０を充電する。ＳＣＲスタック３３とバッテリ３０との間の回路には電流検出器３５が設けられる。電流検出器３５で検出された充電電流検出値Ｉｃｈと充電電流指令値Ｉｃｈ＊との偏差が演算器３６で検出され、この偏差は充電電流偏差アンプ３７で増幅されてドライバ３４に与えられる。ドライバ３４はこの偏差に基づいてＳＣＲスタック３３を制御する。３８は比例・積分回路である。また、入力電源３１とトランス３２との間の電源ラインにはノーヒューズ遮断器３９が設けられているが、これは電源設備側に含まれるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この充電回路の場合、ＳＣＲを利用しているため入力力率が悪く、充電中に入力電流が増加する。これにより受電容量の小さい電源設備の場合、ノーヒューズ遮断器３９はその定格電流が小さいためトリップすることがある。
【０００５】
これを防止するため、一般的に、充電回路において設定される充電電流指令値Ｉｃｈ＊は電源設備の容量に関わらず、ノーヒューズ遮断器３９がトリップしないようある程度余裕を持った小さな電流値に設定せざるを得なかった。
【０００６】
このため、このような充電回路を、容量の充分に大きい電源設備を持った客先に設置した場合、ノーヒューズ遮断器３９の定格電流値が大きいにも関わらず、充電電流指令値Ｉｃｈ＊の設定値は小さくされているので、急速充電の利点を生かせずにいた。
【０００７】
この問題を解決するために従来は、客先別に充電電流指令値Ｉｃｈ＊を特殊設定した充電回路を出荷納入することで対応してきた。
【０００８】
この方法によれば、客先毎の電源設備に応じて緻密に対応できるものの、少量多品種の在庫が必要となり、サービス性、メンテナンス性を犠牲とせざるを得ない。また、客先毎に個別に充電電流指令値Ｉｃｈ＊を設定する場合でも、力率を実測しない限り正確に入力電流は分からない。加えて、電源力率は工場内の電源の利用状況などにも左右され、時間帯により変動するという問題もあるため、結局は余裕を持った充電電流指令値Ｉｃｈ＊、すなわち余裕を持たせて小さくした値に設定せざるを得なかった。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、納入先の電源設備の大小にかかわらずに、ノーヒューズ遮断器のトリップを防止する電流調整機能を有する汎用性の高い充電回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ノーヒューズ遮断器を備えた電源設備によりバッテリ充電を行う充電回路であって前記電源設備からの電力を前記ノーヒューズ遮断器を通して受け、前記バッテリへの通電状態を制御するためのＳＣＲスタックを含む充電回路において、該充電回路に流れる電流を、前記ノーヒューズ遮断器の定格電流で規定される所定の値に制限する回路手段を備え、該回路手段は、前記ＳＣＲスタックへの入力電流を検出する検出部と、あらかじめ設定される入力電流指令値と検出された入力電流とを比較して偏差を出力する比較部と、前記比較部の出力が正の値の場合は０にリミットし、負の値の場合はあらかじめ定められた値でリミットをかけたうえで出力する０リミット処理を行う０リミット処理回路とを含み、所定の充電電流指令ノミナル値と前記０リミット処理回路の出力とを加算して充電電流指令値として出力する補正部とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本充電回路は更に、前記ＳＣＲスタックからの充電電流を検出する第１の電流検出器と、前記充電電流指令値と検出された充電電流とを比較して第１の偏差を出力する第１の演算器と、前記第１の偏差を増幅する第１の偏差アンプと、該第１の偏差アンプの出力に基づいて前記ＳＣＲスタックを制御するドライバとを含む。
【００１３】
本充電回路における前記検出部は、前記入力電流を検出する第２の電流検出器と、検出された入力電流を絶対値処理して絶対値を出力する絶対値処理回路と、該絶対値処理回路の出力に対して一次遅れ処理を行い、前記検出された入力電流として出力する第１の一次遅れ処理回路とを含む。
【００１４】
本充電回路における前記比較部は、前記あらかじめ設定される入力電流指令値と前記検出された入力電流とを比較して第２の偏差を前記偏差として出力する第２の演算器と、前記第２の偏差を増幅する第２の偏差アンプとを含む。
【００１５】
本充電回路における前記補正部は、前記所定の充電電流指令ノミナル値と前記０リミット処理回路の出力とを加算する第３の演算器と、該第３の演算器の加算出力に対して一次遅れ処理を行って前記充電電流指令値として出力する第２の一次遅れ処理回路とを含む。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明による充電回路は、充電回路に流れる電流を電源設備に備えられるノーヒューズ遮断器の定格電流で規定される所定の値に制限する回路手段を備えることにより、入力力率に起因した電流増加によるノーヒューズ遮断器のトリップを防ぐようにした回路である。
【００１８】
図１を参照して、上記の回路手段を備えた充電回路の実施の形態について説明する。図３で説明した充電回路と同様に、本充電回路においても、入力電源１１からの電力をトランス１２を通してＳＣＲスタック１３に与え、このＳＣＲスタック１３をドライバ１４で制御することによりバッテリ１０を充電する。ＳＣＲスタック１３とバッテリ１０との間の回路には電流検出器（第１の電流検出器）１５が設けられる。電流検出器１５で検出された充電電流検出値Ｉｃｈと充電電流指令値Ｉｃｈ＊との偏差が演算器（第１の演算器）１６で検出され、この偏差は充電電流偏差アンプ（第１の偏差アンプ）１７で増幅されてドライバ１４に与えられる。ドライバ１４はこの偏差に基づいてＳＣＲスタック１３を制御する。１８は比例・積分回路である。入力電源１１とトランス１２との間の電源ラインにはノーヒューズ遮断器１９が設けられているが、これは電源設備側に含まれるものである。
【００１９】
入力力率に起因した電流増加によるノーヒューズ遮断器１９のトリップを防ぐための回路手段は、トランス１２とＳＣＲスタック１２との間の回路に設けられた電流検出器（第２の電流検出器）２１、絶対値回路２２、一次遅れ処理回路（第１の一次遅れ処理回路）２３、演算器（第２の演算器）２４、入力電流偏差アンプ（第２の偏差アンプ）２５、０リミット回路２６、演算器（第３の演算器）２７、一次遅れ処理回路（第２の一次遅れ処理回路）２８を含む。２９は比例積分回路である。
【００２０】
絶対値回路２２は、電流検出器２１の検出信号に対して絶対値処理を行い、検出値の絶対値を出力する。一次遅れ処理回路２３は、絶対値回路２２からの絶対値に対して一次遅れ処理を行い、平滑化された入力電流検出値Ｉｉｎを出力する。演算器２４はあらかじめ設定される入力電流指令Ｉｃｈ＊と入力電流検出値Ｉｉｎとの偏差を演算し、入力電流偏差アンプ２５はこの偏差を増幅する。０リミット回路２６は、入力電流偏差アンプ２５の出力に対し、正の値の場合は０にリミットし、負の値の場合は充電電流指令ノミナル値Ｉｃｈｎ＊の逆極性の値でリミットをかけたうえで０リミット出力ΔＩｉｎとして出力するという０リミット動作を実行する。演算器２７は、あらかじめ与えられる所定の充電電流指令ノミナル値Ｉｃｈｎ＊と０リミット出力ΔＩｉｎとを加算し、この加算値を入力電流指令Ｉｃｈ＊として出力する。一次遅れ処理回路２８は、演算器２７からの入力電流指令Ｉｃｈ＊に対して一次遅れ処理を行い、平滑化された入力電流指令を出力する。
【００２１】
次に、本充電回路の動作について説明する。
【００２２】
１．電流検出器１５、２１により充電電流、入力電流をそれぞれ検出する。
【００２３】
２．入力電流の検出値は絶対値回路２２で絶対値処理されると共に一次遅れ処理回路２３で一次遅れ処理され、処理された値は演算器２４により入力電流指令値Ｉｉｎ＊と比較される。
【００２４】
３．比較結果としての偏差は入力電流偏差アンプ２５により増幅される。
【００２５】
４．０リミット回路２６は入力電流偏差アンプ２５の出力が正極性の場合、０リミット処理する。
【００２６】
５．０リミット回路２６は入力電流偏差アンプ２５の出力が負極性の場合、充電電流指令ノミナル値Ｉｃｈｎ＊の逆極性の値でリミット処理する。
【００２７】
６．リミット処理された入力電流偏差アンプ２５の出力ΔＩｉｎは演算器２７により充電電流ノミナル値Ｉｃｈｎ＊と加算され、充電電流指令値Ｉｃｈ＊となる。
【００２８】
７．充電電流指令値Ｉｃｈ＊は一次遅れ処理回路２８で一次遅れ処理される。
【００２９】
８．一次遅れ処理された結果は演算器１６により充電電流検出値Ｉｃｈと比較される。
【００３０】
９．比較結果としての偏差は充電電流偏差アンプ１７により増幅される。
【００３１】
１０．充電電流偏差アンプ１７により増幅された結果は、バッテリ充電電圧指令となり、信号増幅回路としてのドライバ１４に入力される。
【００３２】
１１．ドライバ１４で増幅された信号はＳＣＲスタック１３をドライブし、バッテリ充電電圧指令に応じた電圧を出力し、充電電流指令値Ｉｃｈ＊に等しい充電電流が流れる。
【００３３】
従って、入力電流指令値Ｉｉｎ＊をノーヒューズ遮断器１９の定格電流よりやや小さめに設定しておけば、力率の悪い電源設備であっても急速充電により充電電流が増加してしまうことはなく、ノーヒューズ遮断器１９がトリップすることはなくなる。
【００３４】
つまり、図２をも参照して説明すると、本充電回路は以下のように作用する。
【００３５】
１．本充電回路は、充電開始により充電電流指令ノミナル値Ｉｃｈｎ＊をランプ状に出力することを開始する。
【００３６】
２．それに伴い入力電流が徐々に上昇するが、入力電流設定値Ｉ０、つまり入力電流指令値Ｉｉｎ＊に到達するまでは充電電流に従った入力電流が流れる。勿論、入力電流設定値Ｉ０はノーヒューズ遮断器１９の定格電流値よりやや小さめに設定されている。
【００３７】
３．入力電流が入力電流設定値Ｉ０に到達するまでは、充電電流指令値Ｉｃｈ＊に対して入力電流検出値Ｉｉｎが小さいため、入力電流偏差アンプ２５は正極性に飽和している。
【００３８】
４．このため０リミット回路２６にて０リミット出力ΔＩｉｎは０を保持している。
【００３９】
５．充電電流指令値Ｉｃｈ＊は、充電電流指令ノミナル値Ｉｃｈｎ＊と０リミット出力ΔＩｉｎの加算結果なので、０リミット出力が０であることより充電電流指令値Ｉｃｈ＊は充電電流指令ノミナル値Ｉｃｈｎ＊と一致する。
【００４０】
６．入力電流検出値Ｉｉｎが入力電流設定値Ｉ０に到達すると入力電流偏差アンプ２５の出力が徐々に飽和より低下し、最終的には負極性となる。
【００４１】
７．これにより０リミット出力として負極性のΔＩｉｎが出力される。これは入力電流設定値Ｉ０と入力電流検出値Ｉｉｎの差分に他ならない。
【００４２】
８．０リミット出力ΔＩｉｎが出力されることにより充電電流指令値Ｉｃｈ＊が補正され、減衰する。
【００４３】
９．なお、このままだと充電電流の変動が大きいため一次遅れ処理回路２８による一次遅れ処理にてフィルタ処理をする。
【００４４】
１０．説明を簡易にするために実際の充電電流と一次遅れ処理後の充電電流指令値Ｉｃｈ＊が一致しているものとすると、充電電流が減衰すると共に入力電流も同期して減衰する。
【００４５】
１１．この閉ループ制御により最終的に入力電流は入力電流設定値Ｉ０に一致する。
【００４６】
この時、０リミット出力ΔＩｉｎは電流値Ｉ３に、充電電流指令値Ｉｃｈ＊及び充電電流はＩ４に収束する。特に、一次遅れ処理回路を付加していることで速やかな収束が実現される。充電電流指令ノミナル値Ｉｃｈｎ＊をＩ１とすると、Ｉ４＝Ｉ１−Ｉ３の関係が成り立つ。
【００４７】
なお、図１においては、入力電流偏差アンプ１７、充電電流偏差アンプ２５にそれぞれ比例・積分回路１８、２９を付加することで比例・積分アンプとして機能するようにし、偏差を０にできるという効果を持たせているが、比例・積分回路１８、１９は省略されても良い。
【００４８】
【発明の効果】
本発明による充電回路の効果は以下の通りである。
【００４９】
１．急速充電では充電電流が大きくなるため、力率の悪い電源設備の場合、ノーヒューズ遮断器がトリップすることがある。しかし、本発明では充電電流を自動的に調整（オートチューニング）することによりノーヒューズ遮断器のトリップを防ぐことができる。
【００５０】
２．電源の力率は同じ電源設備であっても時間帯など様々な条件により変動する。このため従来では最悪状態を想定して余裕を持たせた充電電流値を設定する必要があった。しかし、本発明では力率の変動があっても動的に対応するため力率を考慮する必要が無い。
【００５１】
３．一般的には無人状態（夜中など）にて充電されるため、従来方式ではノーヒューズ遮断器がトリップしたことによりバッテリがまったく充電されないままとなり、稼働に支障が出ることがあった。しかし、本発明では充電電流を制限する分だけ充電時間が長くなって所望の時間内に満充電まで至らない可能性が生じるが、従来と異なり、まったく充電ができていない状態とはならないので稼働に大きな支障が出ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による充電回路を電源設備に組み合わせた構成を示したブロック図である。
【図２】図１の充電回路の動作を説明するための波形図である。
【図３】従来の充電回路を電源設備に組み合わせた構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１０、３０    バッテリ
１１、３１    入力電源
１２、３２    トランス
１３、３３    ＳＣＲスタック
１４、３４    ドライバ
１５、２１、３５    電流検出器
１７、３７    充電電流偏差アンプ
１８、３８    比例・積分回路
１９、３９    ノーヒューズ遮断器
２２    絶対値回路
２３、２８    一次遅れ処理回路
２５    入力電流偏差アンプ
２６    ０リミット回路
【図１】
0003909260.tif 000002
【図２】
0003909260.tif 000003
【図３】
0003909260.tif 000004