(57)【要約】【課題】  電池充電時に、充電器からの充電電流が過剰にならないように抑制できる蓄電装置を提供すること。【解決手段】  本発明の蓄電装置は、電源が入力される電力変換回路、第１のスイッチを介して負荷と接続され、第２のスイッチを介して前記電力変換回路と接続される電池、前記電力変換回路及び前記第１、第２のスイッチを制御する制御回路を備えた蓄電装置であって、前記蓄電装置は検出回路を備え、前記検出回路が前記第１のスイッチをoffさせる制御信号を検出したときは、前記第１のスイッチがoffするより前に前記電力変換回路の制御を開始することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源が入力される電力変換回路、第１のスイッチを介して負荷と接続され、第２のスイッチを介して前記電力変換回路と接続される電池、前記電力変換回路及び前記第１、第２のスイッチを制御する制御回路を備えた蓄電装置であって、
前記蓄電装置は検出回路を備え、前記検出回路が前記第１のスイッチをoffさせる制御信号を検出したときは、前記第１のスイッチがoffするより前に前記電力変換回路の制御を開始することを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記開始する電力変換回路の制御は、前記制御回路が前記電力変換回路の出力電流を前記電池の上限電流値以下に制限することである請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記制御回路は前記第１のスイッチをoffさせる制御信号を前記第１のスイッチと前記検出回路の両方に送信する請求項１または２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記検出回路は前記制御回路に内蔵されている請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記蓄電装置は前記負荷を駆動する放電モードと、前記電池を充電する充電モードとを有し、前記第１のスイッチがoffするより前に前記電力変換回路の制御を開始するのは、前記放電モードから前記充電モードに変わる時である請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記放電モードの時、前記負荷に流す駆動電流が前記電力変換回路の上限電流値以下の場合は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチをonして前記電力変換回路から前記負荷に駆動電流を供給し、前記負荷に流す駆動電流が前記電力変換回路の上限電流値を超えている場合は超えた分の駆動電流は前記電池から供給し、
前記充電モードの時は、前記第１のスイッチをoffし、前記第２のスイッチをonして前記電力変換回路から前記電池を充電する、
請求項５に記載の蓄電装置。
【請求項７】
前記放電モードの時、前記負荷に流す駆動電流が前記電力変換回路の上限電流値以下の場合は、前記電力変換回路の出力電圧を前記電池の出力電圧以上にする請求項５または６に記載の蓄電装置。
【請求項８】
前記電力変換回路の上限電流値は前記電池の上限電流値よりも大きい請求項１から７のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【請求項９】
前記放電モードと前記充電モードを切り替える信号を検知し、前記電力変換回路のPWMの変調率を制御して前記電力変換回路の出力電流を切り換えることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、充放電の切り替え信号を受信する充放電制御回路と、前記充放電制御回路からの制御信号を受けて前記第１、第２のスイッチのon/offを制御する充放電スイッチ制御回路と、前記充放電制御回路からの制御信号を受けるon/off検出回路と、前記on/off検出回路からの制御信号を受けて前記電力変換回路の出力を制御する回路を有すること特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置に関し、特に充電器と電池の両方から負荷に電流を流すことができる蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、さまざまな機器にリチウムイオン電池を初めとする2次電池が搭載され、家庭内においても蓄電装置が普及しはじめている。この蓄電装置の普及に伴い、装置の低コスト化が求められるようになっているが、蓄電装置の低コスト化には、コスト割合が高い電池自体のコストを減らすことが有効である。電池自体のコストを低減させるには、電池に求められるスペックを緩和する方法が考えられるが、充電器が電池と並列に接続されている場合、負荷駆動時に充電器と電池の両方から負荷に電力を供給すれば、電池から供給しなければならない電力が少なくて済む。そのため、求められるスペックが低くなり、電池の低コスト化が可能となる。このため、負荷駆動時に充電器から出力する電力は充電器が出力可能な上限値に設計することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2011-151943号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電池の充電電流の上限値と比較し、充電器が出力可能な電流の上限値が大きい場合、電池の充電時に電池に流す電流の大きさが、上限を超えてしまい、その結果電池に過電流が流れ電池劣化を促進してしまう。充電器の上限電流値が電池の上限電流値より大きいと、例えば特許文献１のように、充電と放電を短時間で切り替えるような場合に特に問題となる。充電と放電を短時間で切り替えると、上限値を超えた電流が何度も電池に流れて、電池の劣化がより促進される。電池（特にリチウムイオン電池）は仕様で充電回数が決められているように、たとえ上限値を超えなくても、何度も充放電すると劣化していく。上限値を超えた電流が流れると劣化はさらに加速する。
【０００５】
そのため、負荷駆動時と電池充電時でそれぞれの電流制限値を高速に切り換えれば良いが、現状の充電器には、電池充電時と負荷駆動時を検出する機能がない。そのため高速に電流制限値を切り換えることができず、充電時の電流値が過剰になるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電池充電時に、充電器からの充電電流が過剰にならないように抑制できる蓄電装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電源が入力される電力変換回路、第１のスイッチを介して負荷と接続され、第２のスイッチを介して前記電力変換回路と接続される電池、前記電力変換回路及び前記第１、第２のスイッチを制御する制御回路を備えた蓄電装置であって、
前記蓄電装置は検出回路を備え、前記検出回路が前記第１のスイッチをoffさせる制御信号を検出したときは、前記第１のスイッチがoffするより前に前記電力変換回路の制御を開始することを特徴とする蓄電装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池充電時に充電器からの充電電流が過剰にならないように抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の蓄電装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の蓄電装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態で用いるAC-DCコンバータ回路を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態で用いるDC-DCコンバータ回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図１を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態である蓄電装置１０の構成を示す構成図である。本実施形態の蓄電装置１０は、電力変換回路２０、スイッチ１、スイッチ２、制御回路３０、on/off検出回路３５及び電池４０を備えている。この蓄電装置１０に負荷５０が接続されている。
【００１１】
電力変換回路１０はスイッチ２を介して、電池４０と接続される。電池４０は、スイッチ１を介して、負荷５０と接続される。制御回路３０は、スイッチ１、スイッチ２のon/offと電力変換回路２０を制御する。また、制御回路３０は、スイッチ１とスイッチ２がon/offの制御信号を出力したかどうかを監視するon/off検出回路３５を内蔵している。
【００１２】
次に、図１の蓄電回路１０の動作について説明する。
【００１３】
まず初めに、電力変換回路２０と電池４０から負荷５０に電力を供給する放電モードの場合の動作について説明する。負荷５０に放電を開始する前は、スイッチ１とスイッチ２がoffしているものとする。この状態から、スイッチ１とスイッチ２を同時にonして放電を開始する。このとき、制御回路３０からスイッチ１とスイッチ２をonするように制御する。
【００１４】
また、制御回路３０内にあるon/off検出回路３５は、制御回路３０がスイッチ１とスイッチ２のon/offを制御する制御信号３３Ｓ１と３３Ｓ２が出力されたことを検出し、電力変換回路２０の動作モードを放電モードに切り替える。ここで、放電モードの場合に電力変換回路２０に流す電流の上限電流値をIAとし、放電モードの上限値とする。電力変換回路２０に流れる電流がIAになるまで、制御回路３０が電力変換回路２０の出力電圧を制御し、負荷５０に電力を供給する。
【００１５】
蓄電装置１０の出力電圧をVO、負荷５０の抵抗値をRZとすると、負荷に流れる電流はVO/RZである。負荷５０がそれほど大きな電力を消費しない等の理由で、負荷電流VO/RZの値が上限値IA以下の場合には、電流は電力変換回路２０からのみ供給される。制御回路３０は電力変換回路２０の出力電圧を電池４０の出力電圧VB以上になるように制御する。このように制御すれば、電力変換回路からだけ電流が負荷に供給されている場合に、電池４０から電流が供給されることがない。
【００１６】
またVO/RZの値がIAより大きい場合には、VO/RZからIAを引いた残りの電流は電池４０から供給される。つまりIAより大きい場合は、電池４０と電力変換回路２０の両方から電流を負荷に供給する。電力変換回路２０からの電流が上限値IAまで流れるように制御回路３０で制御しているので、電池４０を制御しなくても、電池４０からは自動的に前述の残りの電流が流れる。
【００１７】
次に、電池５０と電力変換回路２０から負荷５０に電力を供給している状態（放電モード）から、電池４０に充電する動作（充電モード）に切り替える場合を説明する。
【００１８】
最初は放電しているので、スイッチ１とスイッチ２ともにonの状態である。この状態からスイッチ１をoffして、充電モードに切り替える。充電モードの場合に電力変換回路２０に流す電流の上限電流値をIBとする。放電モードの上限電流値IAと充電モードの上限電流値IBの関係は、IA>IBである。制御回路３０からの制御信号３３Ｓ１によりスイッチ１をoffするが、単にoffするだけで検出回路がないと、電力変換回路２０は充電モードになったことを検出できない。すると電力変換回路２０はIAの電流を流し続けようとする。前述のようにIA>IBなので充電モードにおいては、IAは過電流となってしまう。
【００１９】
また、スイッチ１をoffしたことによって配線の電圧が上昇し、過電圧や過電流の原因となる。電圧が上昇する原因は、配線やスイッチなどの部品に、寄生のインダクタ成分があるためである。スイッチ１をoffした瞬間に、そのインダクタ成分が電流を流し続けようとするので、電圧が上昇してしまう。
【００２０】
そこで本実施形態では、制御回路３０内にon/off検出回路３５を設けてスイッチ1がoffすることを事前に検出し、電力変換回路２０を制御する。制御回路３０は、スイッチ１をoffさせる制御信号３３Ｓ１を、スイッチ１とon/off検出回路３５の両方に送出する。それを受けたon/off検出回路３５は、電力変換回路２０に対して制御信号３０Ｓを送出して、スイッチ１がoffする前に電力変換回路２０の出力電流（電池４０への充電電流）の上限値を、電池４０を充電する充電電流の上限値またはそれ以下に制限するように制御する。
【００２１】
このようにすれば、スイッチ１がoffするより前に、電力変換回路２０の出力電流制御を開始できるため、IAがIBより大きいことによって電池４０に流れてしまう過電流を抑制できる。また、スイッチ１がoffすることによる過電圧や過電流も抑制できるため、電池劣化をより低減することが可能となる。
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態の蓄電装置２００の構成図である。本実施形態では、スイッチ１、２としてIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用い、電力変換回路としてAC-DCコンバータ回路を用いている。更に、制御回路３０をより具体的に示している。
【００２２】
電力変換回路として交流から直流に変換するAC-DCコンバータ回路２１を用いる。AC-DCコンバータ回路２１はスイッチ２を介して、電池４０と接続される。電池４０には例えばリチウムイオン二次電池を用いることができる。電池４０はスイッチ１を介して、負荷５０と接続される。負荷５０としてはヒーターを用いる。なお本実施形態ではスイッチ１、２として、図２に示すようにIGBTにダイオードを並列接続したものを用いる。
【００２３】
制御回路３０は、充放電制御回路３１、充放電スイッチ制御回路３３、on/off検出回路３５及びAC-DCコンバータ制御回路３７を内蔵する。
【００２４】
充放電制御回路３１は充放電の切り換え信号を外部から受信する。充放電スイッチ制御回路３３は充放電制御回路３１から制御信号３１Ｓ１を受け取り、スイッチ１とスイッチ２のon/offを制御する。on/off検出回路３５は充放電制御回路３１から制御信号３１Ｓ２を受け取り、スイッチ１とスイッチ２のon/offを検出する。AC-DCコンバータ制御回路３７はon/off検出回路３５から制御信号３５Ｓを受け取り、AC-DCコンバータ回路２１を制御する。
【００２５】
放電モードから充電モードに切り替える場合の動作について説明する。まず、放電モードから充電モードに切り替える信号（図２の“入力信号“）が制御回路３０に入力される。その切り替え信号を充放電制御回路３１が受信し、充放電スイッチ制御回路３３とon/off検出回路３５に、充電モードに切り替わることを伝える制御信号３１Ｓ１、３１Ｓ２をそれぞれ送信する。
【００２６】
On/off検出回路３５は、充電モードになる信号を受信すると、AC-DCコンバータ制御回路３７に、AC-DCコンバータ回路３７の出力電流の上限値を、充電モードの上限電流値つまり電池４０充電時の充電電流の上限値に設定する制御信号３５Ｓを送信する。AC-DCコンバータ制御回路３７は上限電流値の設定を放電モードから充電モードに変更し、AC-DCコンバータ回路２１のPWM(Pulse Width Modulation)変調率を制御し、電圧および電流値を変化させる。PWM変調率を制御すると同時に、充放電スイッチ制御回路３３が充電モードとなるようにつまりスイッチ１をoffするように制御する。スイッチ２はonのままである。
【００２７】
本実施形態のAC-DCコンバータ回路２１はPWM変調率を制御するので、例えばスイッチング方式のAC-DCコンバータ回路を用いる。図３はその既知の一例である。図３中の制御回路でスイッチング素子をon/offすることで一次側のDC電圧をチョッピングし、高周波トランスを介して二次側（整流ダイオードとコンデンサ側）にパルス電圧を出力する。その出力を整流ダイオードとコンデンサで平滑化してDC電圧を得る。図３のスイッチング素子によるon/off比の制御がPWM変調率に対応する。なおスイッチング方式のAC-DCコンバータ回路は他にもあり、図３は一例である。
【００２８】
このように、切り換え信号が制御回路３０に入力された時点で、AC-DCコンバータ回路２１のPWM変調率を制御することができるため、遅延時間の短縮が可能となり、スイッチ１がoffする前に電流値を制御することができる。
【００２９】
なお、本実施形態では電力変換回路として交流から直流に変換するAC-DCコンバータ２１を用いて説明したが、電源は直流でも構わない。その場合は直流から直流の変換器（DC-DCコンバータ）などを用いればよい。図４は既知のDC-DCコンバータの一例を示す概略的な回路図である。図４中のスイッチＳ１とＳ２のon、offの比率を制御することで、PWMの変調率を制御している。
【００３０】
また上記の実施形態ではon/off検出回路３５は制御回路３０に内蔵されていた。しかしスイッチ１がoffするより前に、on/off検出回路３５が電力変換回路２０の出力電流を下げる制御を開始できるのであれば、制御回路３０に内蔵されている必要はない。また、それ以外の回路についても同様の動作が可能な回路であれば上記の回路に限らない。
【符号の説明】
【００３１】
１、２    スイッチ
１０、２００    蓄電装置
２０    電力変換回路
２１    AC-DCコンバータ回路
３０    制御回路
３０Ｓ    制御信号
３１    充放電制御回路
３１Ｓ１、３１Ｓ２    制御信号
３５    on/off検出回路
３５Ｓ    制御信号
３７    AC-DCコンバータ制御回路
４０    電池
５０    負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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