(57)【要約】【課題】ヒートシンクを共用した充電用および放電用の各半導体ゲート素子を、蓄電池から負荷への電力供給を継続した状態で熱暴走や熱破壊から保護できる充放電制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】蓄電池の充電経路上の充電用半導体ゲート素子および蓄電池の放電経路上の放電用半導体ゲート素子をヒートシンクに設置し、前記ヒートシンクに設けられた温度センサの検出出力に基づいて算出される温度に応じて制御回路により前記充電用半導体ゲート素子および前記放電用半導体ゲート素子を制御する。前記温度センサにより検出される温度があらかじめ設定した上限温度に到達した際に前記放電経路の許容する放電電流が維持されるように導通状態を継続すると共に、前記充電経路の許容する充電電流が小さくなるように減流素子を制御するようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池と、
前記蓄電池に充電電流を供給する充電経路と、
前記蓄電池から出力される放電電流を流す放電経路と、
前記充電経路に設けられ、充電電流を低下させるための減流素子と、
前記充電経路に設けられた充電用半導体ゲート素子と、
前記放電経路に設けられた放電用半導体ゲート素子と、
前記充電用半導体ゲート素子および放電用半導体ゲート素子が設置されたヒートシンクと、
前記ヒートシンクの温度に基づく検出出力を発生する温度センサと、
前記温度センサの検出出力に基づいて検出される温度に応じて前記充電用半導体ゲート素子および前記放電用半導体ゲート素子を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記温度センサの検出出力に基づいて検出される温度があらかじめ設定した上限温度に到達した際に前記放電経路の許容する放電電流が維持されるように導通状態を継続すると共に、前記充電経路の許容する充電電流が小さくなるように前記減流素子を制御することを特徴とする充放電制御装置。
【請求項２】
蓄電池と、
前記蓄電池に充電電流を供給する充電経路と、
前記蓄電池から出力される放電電流を流す放電経路と、
前記充電経路に設けられた充電用半導体ゲート素子と、
前記放電経路に設けられた放電用半導体ゲート素子と、
前記充電用半導体ゲート素子および放電用半導体ゲート素子が設置されたヒートシンクと、
前記ヒートシンクの温度に基づく検出出力を発生する温度センサと、
前記温度センサの検出出力に基づいて検出される温度に応じて前記充電用半導体ゲート素子および前記放電用半導体ゲート素子を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、少なくとも前記充電経路を単独で導通状態にする充電単独状態と前記充電経路および前記放電経路を同時に導通状態にする充放電状態とに制御し、前記充電単独状態に対応させてあらかじめ設定した充電系上限温度と前記充放電状態に対応させてあらかじめ設定した充放電系上限温度とを前記充電系上限温度より前記充放電系上限温度が低くなるように設定し、前記充電単独状態において前記温度センサの検出出力に基づいて検出される温度が前記充電系上限温度に到達した際に前記充電経路の許容する充電電流が小さくなるように導通状態を制御し、前記充放電状態において前記温度センサの検出出力に基づいて検出される温度が前記充放電系上限温度に到達した際に、前記放電経路の許容する放電電流が維持されるように導通状態を継続するべく制御すると共に、前記充電経路の許容する充電電流が小さくなるように導通状態を制御することを特徴とする充放電制御装置。
【請求項３】
前記充電経路および前記放電経路は、それぞれ並列に接続された複数の半導体ゲート素子により形成されたことを特徴とする請求項１あるいは２記載の充放電制御装置。
【請求項４】
商用交流電力を前記蓄電池の充電に適した直流電力に変換する充電器と、
前記蓄電池の電力を交流電力に変換して外部負荷に供給する出力電力に変換するインバータと、
を更に備え、
前記充電経路は、前記充電器から前記蓄電池および前記充電用半導体ゲート素子を介し
て前記充電器に戻る経路であり、
前記放電経路は、前記蓄電池から前記放電用半導体ゲート素子および前記インバータを介して前記蓄電池に戻る経路であることを特徴とする請求項１あるいは２記載の充放電制御装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記温度センサの検出出力に基づく検出温度が前記上限温度に到達した際に前記充電経路を遮断するべく前記充電用半導体ゲート素子を制御することを特徴とする請求項１記載の充放電制御装置。
【請求項６】
前記上限温度は少なくとも充電用半導体ゲート素子の導通状態を制限する第１の充電系上限温度および第２の充電系上限温度に設定され、前記制御回路は、前記第２の充電系上限温度より低い前記第１の充電系上限温度に達すると充電経路に流す電流を減少させると共に、第２の充電系上限温度に達すると充電経路を遮断するように充電用半導体ゲート素子の導通状態を制御することを特徴とする請求項１記載の充放電制御装置。
【請求項７】
前記上限温度より高いと共に、放電用半導体ゲート素子の導通状態を制限する放電系上限温度を設定し、前記制御回路は、前記温度センサの検出出力に基づく検出温度が前記放電系上限温度に到達した際に前記放電経路を遮断するべく前記放電用半導体ゲート素子を制御することを特徴とする請求項１記載の充放電制御装置。
【請求項８】
前記温度センサは、前記ヒートシンクの前記充電用半導体ゲート素子より前記放電用半導体ゲート素子に近い位置に設置され、前記制御回路は前記温度センサの検出出力に基づいて前記充電用半導体ゲート素子より前記放電用半導体ゲート素子の温度の影響が大きくなる位置における前記ヒートシンクの温度を検出することを特徴とする請求項１あるいは２記載の充放電制御装置。
【請求項９】
前記制御回路は、前記温度センサの検出出力に基づいて前記放電用半導体ゲート素子および前記充電用半導体ゲート素子の温度を検出することを特徴とする請求項８記載の充放電制御装置。
【請求項１０】
前記温度センサとは別の第２の温度センサを前記ヒートシンクに設け、前記第２の温度センサは、前記ヒートシンクの前記放電用半導体ゲート素子より前記充電用半導体ゲート素子に近い位置に設置され、前記制御回路は、前記第２の温度センサの検出出力に基づいて前記放電用半導体ゲート素子より前記充電用半導体ゲート素子の温度の影響が大きくなる位置における前記ヒートシンクの温度を検出することを特徴とする請求項８記載の充放電制御装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記ヒートシンクの前記充電用半導体ゲート素子より前記放電用半導体ゲート素子に近い位置に設定される前記温度センサの検出出力に基づいて前記放電用半導体ゲート素子の温度を検出すると共に、前記ヒートシンクの前記放電用半導体ゲート素子より前記充電用半導体ゲート素子に近い位置に設定される前記第２の温度センサの検出出力に基づいて前記充電用半導体ゲート素子の温度を検出することを特徴とする請求項１０記載の充放電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池に対して充放電を制御する充放電制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蓄電池を用いた電源装置を備える蓄電システムが知られている。この蓄電システムは、蓄電池に充電することにより深夜電力を深夜以外の時間帯に活用したり、停電時の電力確保に用いられたり、あるいは太陽光発電設備との連係により省電力化を図ることに用いられる。
【０００３】
このような蓄電システムは、蓄電池を充電する充電回路と、蓄電池の電力を交流に変換し接続された負荷を駆動する放電回路（インバータ）を持ち、主に深夜時間帯に蓄えた電池電力を昼間のピーク時に放電するピークシフト機能を持つ事が多い。
【０００４】
このような蓄電システムにおいて充放電制御装置は、例えば深夜時間を使い長時間ゆっくり蓄電池を充電し、昼間の電力使用ピーク時に負荷となる家電製品に十分な電力を供給するための放電能力を必要とする。そのため、このような充放電制御装置は、許容する充電電流と放電電流の大きさが相違し、充電電流が小さく、放電電流が大きいケースが多い。
【０００５】
充電経路および放電経路には、主にＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体ゲート素子を用いて形成され、これらの半導体ゲート素子の駆動により導通状態が切り替えられる。導通状態の制御は、蓄電池の電圧、電流および温度を監視しながら蓄電池の充放電を制御する機能を有する制御回路により行われる。
【０００６】
ところで、充放電制御装置において蓄電池に対して充電または放電が行われると、蓄電システム内部部品の温度が許容値に達するなどの熱的な要因により、充電または放電を停止する必要がある事がある。また、充電回路と放電回路が同時に導通していると、蓄電池の残量低下が抑えられ負荷への電力供給可能時間を延ばす事ができるメリットがあるが、この場合も蓄電システム内部部品の温度が許容値に達すると、充電もしくは放電の一方、あるいは両方を停止する必要が生じる。
【０００７】
蓄電池に対して充電および放電の両方あるいは一方を熱的な要因で停止する充放電制御装置に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１５３２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、充放電制御装置の充電経路および放電経路を形成する半導体ゲート素子は、充電電流あるいは放電電流を流すことにより発熱するので、その発熱が部品の許容値を超えることが想定される場合、ヒートシンクなどの放熱器に密着させて設置することにより放熱を促進させることが行われる。
【００１０】
ヒートシンクは、充電経路の充電用半導体ゲート素子および放電経路の放電用半導体ゲート素子とで共用されることが考えられる。充電用および放電用の各半導体ゲート素子で
ヒートシンクを共用することは、充電用および放電用の各半導体ゲート素子をそれぞれ独立したヒートシンクを用いる場合に比べて、コスト、設置面積および全体の放熱容量の点で有利である。
【００１１】
ヒートシンクに温度センサを設置し、温度センサにより検出される温度に基づいて半導体ゲート素子に流れる電流を制御することにより半導体ゲート素子を熱暴走防止および熱破壊などの熱的な異常状態から保護することができる。
【００１２】
しかしながら、充電用および放電用の各半導体ゲート素子でヒートシンクを共用すると、充電回路と放電回路が同時に導通しているとき、ヒートシンクは充電用半導体ゲート素子および放電用半導体ゲート素子の両方により温度上昇する。
【００１３】
そのため、充電回路または放電回路の一方であればヒートシンクの温度が、各半導体ゲート素子を熱的に保護するためにあらかじめ設定した上限温度に到達しない状態であっても、充電回路と放電回路が同時に導通している動作モードにおいてヒートシンクの温度が前記上限温度に到達し、充電および放電の両方、あるいは一方を停止する必要が生じた。
【００１４】
なお、特許文献１には、携帯端末の充電中に通信を行っている場合にケースの温度が閾値を超えると、充電を停止し、通話状態を継続することが示されている。この特許文献１に示される充放電制御装置は、携帯端末のケースの温度を監視するもので、充電用および放電用の各半導体ゲート素子を熱的に保護することを目的とするものではない。
【００１５】
本発明は、このような事情を鑑み、充電用および放電用の各半導体ゲート素子でヒートシンクを共用する場合において、充電用および放電用の各半導体ゲート素子を熱的に保護しながら、製品の用途に合わせて効果的に制御する充放電制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明は、充電経路に充電電流を低下させるための減流素子を設け、充電経路の充電用半導体ゲート素子および放電経路の放電用半導体ゲート素子をヒートシンクに設置し、制御回路により前記充電用半導体ゲート素子および前記放電用半導体ゲート素子を制御する事で充電および放電を制御し、前記ヒートシンクに設けられた温度センサの検出出力に基づいて算出される温度があらかじめ設定した上限温度に到達した際に、前記充電経路に流れる充電電流が小さくなるように前記減流素子を制御するようにしている。
【００１７】
また、本発明は、蓄電池に対する充電経路の充電用半導体ゲート素子および蓄電池に対する放電経路の放電用半導体ゲート素子をヒートシンクに設置し、制御回路により前記充電用半導体ゲート素子および前記放電用半導体ゲート素子を制御する事で少なくとも前記充電経路を単独で導通状態にする充電単独状態と前記充電経路および前記放電経路を同時に導通状態にする充放電状態とに制御し、前記充電単独状態に対応させてあらかじめ設定した充電系上限温度と前記充放電状態に対応させてあらかじめ設定した充放電系上限温度とを前記充電系上限温度より前記充放電系上限温度が低くなるように設定し、前記充電単独状態において前記温度センサの検出出力に基づいて検出される温度が前記充電系上限温度に到達した際に前記充電経路の許容する充電電流が小さくなるように導通状態を制御し、前記充放電状態において前記温度センサの検出出力に基づいて検出される温度が前記充放電系上限温度に到達した際に、前記放電経路の許容する放電電流が維持されるように導通状態を継続するべく制御すると共に、前記充電経路の許容する充電電流が小さくなるように導通状態を制御するようにしている。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明によれば、充電経路と放電経路とが別経路により形成されると共に、充電用および放電用の各半導体ゲート素子でヒートシンクを共用する場合において、ヒートシンクに設置される温度センサによる検出温度があらかじめ設定した上限温度に到達した際に前記放電用半導体ゲート素子を前記放電経路の導通状態を維持すると共に、前記充電経路の充電電流を小さくしている。
【００１９】
そのため、蓄電池から負荷への電力供給を継続した状態で、温度センサによる検出温度を前記上限温度より低くすることが可能となり、充電用および放電用の各半導体ゲート素子を熱暴走や熱破壊などの熱的な異常状態から保護できる。この場合、負荷への電力供給を継続した状態とするので、ヒートシンクの前記充電用半導体ゲート素子より前記放電用半導体ゲート素子に近い位置に設置されている温度センサを用いて前記ヒートシンクの温度を検出することが好適である。
【００２０】
また、温度センサの検出出力に基づいて制御回路により検出算出される上限温度を２つ以上設定し、充電電流が小さくなるように減流素子を制御する第１の充電系上限温度および第２の充電系上限温度の少なくとも２段階に設定しても良い。この場合、前記第２の充電系上限温度より低い前記第１の充電系上限温度に達した際に充電電流を減少させると共に、第２の充電系上限温度に達した際に充電経路を遮断するように減流素子を制御することにより、充電を完全に停止させない状態おいて充電用および放電用の各半導体ゲート素子を熱的な異常状態から保護する期間を設けることができる。
【００２１】
また、放電用半導体ゲート素子の導通状態を制限する放電系上限温度に到達した際に前記充電経路を遮断するべく前記減流素子を制御するようにしているので、蓄電池から負荷への電力供給を継続した状態を維持する期間を長くした上で充電用および放電用の各半導体ゲート素子が熱的な異常状態から保護される、という有利な効果が得られる。
【００２２】
また、充電経路を単独で導通状態にする充電単独状態に対応させてあらかじめ設定した充電系上限温度と充電経路および放電経路を同時に導通状態にする充放電状態に対応させてあらかじめ設定した充放電系上限温度とを前記充電系上限温度より前記充放電系上限温度が低くなるように設定しているので、充電用および放電用の各半導体ゲート素子でヒートシンクを共用する場合の充放電状態時であっても充電用および放電用の各半導体ゲート素子を熱暴走や熱破壊などの熱的な異常状態から保護するのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態による第１の実施例の充放電制御装置を示す回路ブロック図。
【図２】充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａがヒートシンク１６に取付けられた状態を示す説明図。
【図３】放電経路のみ導通状態にあるときの、放電用ＦＥＴ１２Ａの制御の一例を示すタイムチャート。
【図４】充電経路のみ導通状態にあるときの、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの制御の一例を示すタイムチャート。
【図５】放電優先設定における充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａの導通状態の制御の一例を示すタイムチャート。
【図６】本発明の実施の形態による第２の実施例の充放電制御装置を示す回路ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態による第１の実施例の充放電制御装置について、図１に示す
回路ブロック図を用いて説明する。
（実施の形態）
図１は、蓄電システムの電源装置における充放電制御装置１を示しており、充放電制御装置１は商用交流電源に接続される電源プラグ３および負荷となる家電製品などの外部電気機器の電源プラグが接続されるソケット４を備えている。
【００２５】
充放電制御装置１は充電器５、充放電回路６、蓄電池７、インバータ８、および制御回路１０を備えている。充電器５は電源プラグ３に供給された交流電力を蓄電池７の充電に適した直流電力に変換する。充放電回路６は蓄電池７に対し充電を行う充電経路および放電を行う放電経路を独立して形成している。
【００２６】
充放電回路６は充電経路上に設けられた充電用半導体ゲート素子となる充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電経路上に設けられた放電用半導体ゲート素子となる放電用ＦＥＴ１２Ａにより形成される。
【００２７】
充電経路は、充電器５から蓄電池７および充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂを介して充電器５に戻る経路により構成されている。また放電経路は、蓄電池７から放電用ＦＥＴ１２Ａおよびインバータ８を介して蓄電池７に戻る経路により構成されている。本実施例において充電経路には抵抗値を変化させて充電電流を減少させる減流素子１８が介在されている。
【００２８】
充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂは互いに直列接続され、充電用ＦＥＴ１１Ａの寄生ダイオードによる蓄電池７からの逆流電流を防止している。また充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａはそれぞれ並列に複数接続され、経路に流れる電流容量の許容値を大きくしている。想定する充電電流値と放電電流値が大きく違う場合、充電経路と放電経路を別々に構成することで、充電ＦＥＴと放電ＦＥＴの数量をそれぞれの電流値に適した数量で構成する事ができる。
【００２９】
充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂは充電用ゲート回路１３により駆動され、導通状態が制御される。放電用ＦＥＴ１２Ａは放電用ゲート回路１４により駆動され、導通状態が制御される。充電用ゲート回路１３および放電用ゲート回路１４は、制御回路１０内に有するゲート制御部１０Ｂにより制御される。
【００３０】
充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａは、図２に示される如く、充電用ゲート回路１３および放電用ゲート回路１４が形成されるプリント配線基板２０に半田付け固定され、プリント配線基板２０に固定される同一のヒートシンク１６に取付けられている。充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａは、シリコングリースなどの絶縁性熱伝導材を介在させることによりヒートシンク１６に密着させて固定される。
【００３１】
ヒートシンク１６にはサーミスタやリニア抵抗器、白金測温抵抗体等により構成される温度センサ１７Ａ、１７Ｂが設置され、温度センサ１７Ａ、１７Ｂの検出出力は制御回路１０により監視される。
【００３２】
蓄電池７は、例えばリチウムイオン、リチウムポリマーやニッケル水素などの二次電池セルを複数個の並列、直列、あるいは複数個の並列および直列の組合わせて接続した電池モジュール７Ａを複数直列に接続した組電池により構成されている。
【００３３】
制御回路１０は、蓄電池７の充放電電流、電池モジュール７Ａの各電圧および所定の電池モジュール７Ａの温度にそれぞれ基づく各検出信号を監視し、蓄電池７を管理する電池管理機能部１０Ａを有している。また、制御回路１０は温度センサ１７Ａ、１７Ｂの検出
出力に基づいてヒートシンク１６の温度により間接的に充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａの温度を検出する。
【００３４】
制御回路１０のゲート制御部１０Ｂは、充電用ゲート回路１３および放電用ゲート回路１４を介し、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａの導通状態を制御する。電池管理機能部１０Ａにより蓄電池７の異常が判断されると、ゲート制御部１０Ｂにより蓄電池７への充放電が停止される。
【００３５】
また、制御回路１０は充電器５およびインバータ８の動作を制御し、充電経路を遮断状態にする際には充電器５を停止させ、放電経路を遮断状態にする際にはインバータ８の動作を停止させる。
【００３６】
次に、充放電回路６の充電経路を形成する充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電経路を形成する放電用ＦＥＴ１２Ａの動作について詳細に説明する。
【００３７】
充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａは、図２に示される如く、同一のヒートシンク１６に設置されて熱結合されている。ヒートシンク１６は、例えばアルミ板を断面Ｌ字状に曲げられて形成され、アルミ板の曲げられた面がプリント配線基板２０上に設置されて固定される。
【００３８】
ヒートシンク１６の上端には、２つの温度センサ１７Ａ、１７Ｂが互いに離間して設置されている。温度センサ１７Ａは充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂより放電用ＦＥＴ１２Ａに近い位置に設置される。制御回路１０は、温度センサ１７Ａの検出出力に基づいて充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂより放電用ＦＥＴ１２Ａの温度の影響が大きくなる位置におけるヒートシンク１６の温度（以下、放電系検出温度と称す）を算出する。
【００３９】
一方、温度センサ１７Ｂは放電用ＦＥＴ１２Ａより充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂに近い位置に設置される。制御回路１０は、温度センサ１７Ｂの検出出力に基づいて放電用ＦＥＴ１２Ａより充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの温度の影響が大きくなる位置におけるヒートシンク１６の温度（以下、充電系検出温度と称す）を算出する。
【００４０】
すなわち、制御回路１０は、温度センサ１７Ａの検出出力に基づいて放電用ＦＥＴ１２Ａの温度を間接的に検出し、温度センサ１７Ｂの検出出力に基づいて充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの温度を間接的に検出している。
【００４１】
制御回路１０は、温度センサ１７Ａの検出出力に基づいて検出される放電系検出温度、および温度センサ１７Ｂの検出出力に基づいて検出される充電系検出温度に応じて充電用ゲート回路１３および放電用ゲート回路１４を制御し、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａの導通状態を制御する。
【００４２】
充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａの導通状態の制御は、例えば通常設定と放電優先設定を有している。
【００４３】
まず、通常設定における充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａの導通状態の制御について説明する。
【００４４】
放電経路のみ導通状態にある放電単独状態のときの、放電用ＦＥＴ１２Ａの制御の一例を図３に示す。
【００４５】
図３は、放電単独状態の放電停止と放電復帰に対応するタイムチャートである。横軸に
時間を示し、縦軸に、紙面の上段から下段に向かって、放電系検出温度、放電用ＦＥＴ１２Ａの動作状態を示している。
【００４６】
温度センサ１７Ａに基づいて検出される放電系検出温度が、放電用ＦＥＴ１２Ａの動作保証温度に応じてあらかじめ設定される放電系上限温度ＴDLに達することにより、放電用ＦＥＴ１２Ａはオフ状態となり遮断される。すなわち、放電用ＦＥＴ１２Ａは時刻ｔ1までオン状態になっており、時刻ｔ1に放電系上限温度ＴDLに達すると、放電用ＦＥＴ１２Ａはオフ状態となる。この放電用ＦＥＴ１２Ａの遮断（オフ状態）は、放電電流を停止させることを意味する。
【００４７】
放電用ＦＥＴ１２Ａがオフ状態となり放電電流が停止されることにより、温度センサ１７Ａの検出出力に基づいて検出される放電系検出温度は低下する。放電系検出温度があらかじめ設定される放電系制限解除温度ＴDRまで低下すると、制御回路１０は放電用ＦＥＴ１２Ａを再びオン状態に動作させ、放電経路を導通状態に復帰させる。すなわち、オフ状態になっていた放電用ＦＥＴ１２Ａは、時刻ｔ2で放電系制限解除温度ＴDRまで低下することによりはオン状態となる。
【００４８】
一方、充電経路のみ導通状態にある充電単独状態のときの、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの制御の一例を図４に示す。
【００４９】
図４は、充電単独状態の充電停止と充電復帰に対応するタイムチャートである。横軸に時間を示し、縦軸に、紙面の上段から下段に向かって、充電系検出温度、充電経路の充電電流、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの動作状態を示している。
【００５０】
温度センサ１７Ｂに基づいて検出される充電系検出温度が、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの動作保証温度に応じてあらかじめ設定される充電系上限温度ＴCLに達することにより、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂはオフ状態になり充電経路は遮断される。この充電経路の遮断は、充電電流を停止させることを意味する。
【００５１】
なお充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの導通状態を制限する充電系上限温度は、少なくとも２段階の第１の充電系上限温度ＴCL1および第２の充電系上限温度ＴCL2に設定されても良い。図４は、充電系上限温度を２段階の第１の充電系上限温度ＴCL1および第２の充電系上限温度ＴCL2に設定した場合を示している。この場合、時刻ｔ3に第２の充電系上限温度ＴCL2より低い第１の充電系上限温度ＴCL1に達すると、制御回路１０は、減流素子１８を制御し充電電流を減少させると共に、時刻ｔ4に第２の充電系上限温度ＴCL2に達すると充電電流を停止させるように充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂをオフ状態にする。
【００５２】
充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの導通状態を制限する充電系上限温度が１段階の場合、充電系上限温度が２段階の場合の第２の充電系上限温度ＴCL2に相当する充電系上限温度ＴCLに達すると、充電電流を停止するように充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂをオフ状態にする制御を行う。この場合、減流素子１８を必要としない。
【００５３】
充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂをオフ状態により充電電流を停止するように、あるいは減流素子１８を充電電流が小さくなるように制御することにより、温度センサ１７Ｂの検出出力に基づいて検出される充電系検出温度があらかじめ設定される充電系制限解除温度まで低下すると、制御回路１０は充電経路の導通状態の制限を解除する。
【００５４】
充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの導通状態を制限する充電系上限温度が２段階の第１の充電系上限温度ＴCL1および第２の充電系上限温度ＴCL2に設定されている場合、充電系制限解除温度は２段階の第１の充電系制限解除温度ＴCR1および第２の充電系制限解除温度ＴC
R2に設定されている。第１の充電系制限解除温度ＴCR1は減流素子１８による充電電流を減少させる制御を解除するために設定され、第２の充電系制限解除温度ＴCR2は減流素子１８による充電電流を減少させる制御を継続した状態で充電電流の停止を解除すると共に、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの導通状態の遮断を解除するために設定される。
【００５５】
図４においては、時刻ｔ4に第２の充電系上限温度ＴCL2に達して充電電流を停止させることにより時刻ｔ5に第２の充電系制限解除温度ＴCR2に達し、減流素子１８による充電電流を減少させる状態で充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂをオン状態にして充電を再開したことを示している。
【００５６】
以上のように、充電経路の導通状態の制御および放電経路の導通状態の制御をすることにより充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａは熱暴走や熱破壊などの熱的な異常状態から保護される。
【００５７】
なお、放電経路には減流素子を設けない。放電電流は、ソケット４に接続される負荷およびインバータ８の性能により決まるもので、減流すると負荷が停止してしまうからである。
【００５８】
また、充電系上限温度および放電系上限温度は同一の温度であっても良いし、相違しても良い。また、放電系制限解除温度および充電系制限解除温度は同一の温度であっても良いし、相違しても良い。ただし前述のように、第１の充電系上限温度ＴCL1は、第２の充電系上限温度ＴCL2より低く設定される。
【００５９】
次に、放電優先設定における充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａの導通状態の制御の一例を図５に示す。本設定は充電経路と放電経路が同時に導通状態にある充放電状態に適用される。放電経路のみ導通状態にあるときと比較すると蓄電池７からの放電可能時間を延ばすことができるメリットがある。
【００６０】
図５は、充放電状態に対応するタイムチャートである。横軸に時間を示し、縦軸に、紙面の上段から下段に向かって、温度センサ１７Ａに基づいて検出される放電系検出温度、放電用ＦＥＴ１２Ａの動作状態、充電経路の充電電流、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの動作状態を示している。
【００６１】
図５において、充電経路と放電経路が同時に導通状態にある充放電状態のとき、充放電系上限温度として２段階の第１充放電系上限温度ＴCDL1および第２充放電系上限温度ＴCDL2を設定している。この場合、制御回路１０は、温度センサ１７Ａに基づいて検出される放電系検出温度が第２充放電系上限温度ＴCDL2より低い第１充放電系上限温度ＴCDL1に達すると減流素子１８を制御し充電経路に流す電流を減少させると共に、第２充放電系上限温度ＴCDL2に達すると充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂがオフ状態となり充電経路の充電電流を停止させる。このように２段階の第１充放電系上限温度ＴCDL1および第２充放電系上限温度ＴCDL2を設定すると、充電を完全に停止させない状態おいて充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａを熱的な異常状態から保護する期間を設けた上で、負荷への電力供給可能時間を延ばすことができる。
【００６２】
図５は、時刻ｔ6に第１充放電系上限温度ＴCDL1に達し、減流素子１８による充電電流を減少させる状態になり、時刻ｔ7に第２充放電系上限温度ＴCDL2に達し、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂがオフ状態になり充電が停止された状態を示す。
【００６３】
充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂのオフ状態により充電を停止させても更にヒートシンク１６の温度上昇により放電系検出温度が時刻ｔ8に放電系上限温度ＴDLに達すると、放電用
ＦＥＴ１２Ａがオフ状態となり放電が停止される。
【００６４】
放電が停止されることにより放電系検出温度が低下し時刻ｔ9に放電系制限解除温度ＴDRに達すると、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂのオフ状態を保持して充電を停止した状態で放電用ＦＥＴ１２Ａがオン状態となり放電が再開される。
【００６５】
以上の動作は、充電経路が導通しているときに温度センサ１７Ｂに基づいて制御回路１０により算出される充電系検出温度が、温度センサ１７Ａに基づいて制御回路１０により算出される放電系検出温度より低い場合に限定される。逆に、充電経路が導通しているときに温度センサ１７Ｂに基づいて制御回路１０により算出される充電系検出温度が、温度センサ１７Ａに基づいて制御回路１０により算出される放電系検出温度より高い場合、充電系検出温度に基づき充電電流の制限および遮断が行われる。すなわち、充電経路は、充電系検出温度が充電系上限温度に達するか、充放電系検出温度が充放電系上限温度に達するかの少なくとも一方の条件が満たされると充電電流の制限もしくは遮断が行われる。
【００６６】
一方、充放電系上限温度が１つの場合、制御回路１０は、温度センサ１７Ａの検出出力に基づく温度が充放電系上限温度に達すると充電経路を遮断するように充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂをオフ状態にすることが好ましい。また、温度センサ１７Ａの検出出力に基づく温度が上限温度に達する前に温度センサ１７Ｂの検出温度が充電系上限温度に達する場合は、その時点で充電経路を遮断するように充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂをオフ状態にする。
【００６７】
なお、充電経路が遮断される際には同時に充電器５の動作が停止される。そのため、充電器５の動作が停止されることにより充電器５の発熱が停止し、放電系検出温度および充電系検出温度が上昇することが抑制される。
【００６８】
充電経路の電流を遮断しても放電系検出温度が低下せずに充放電系上限温度よりも高い放電系上限温度が検出されると、制御回路１０は放電用ＦＥＴ１２Ａを停止して放電経路を遮断する。放電経路が遮断される際には同時にインバータ８の動作が停止される。
【００６９】
以上のように充電経路の導通状態および放電経路の導通状態が制限されることにより充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａの発熱が抑制され、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａは熱暴走や熱破壊などの熱的な異常状態から保護される。この場合、充電経路を遮断して放電経路の導通状態を維持する期間が設けられており、外部負荷への蓄電池７からの電力供給を維持可能な期間を長くした上で充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａは熱的な異常状態から保護されることになる。
【００７０】
図５においては充放電系上限温度を２段階に設定したが、３段階もしくはそれ以上に細かく設定してもよいし、１つの充放電系上限温度としてもよい。
【００７１】
なお、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂによる充電経路の導通状態の制限解除は、温度センサ１７Ａの検出出力に基づいて検出される放電系検出温度があらかじめ設定される充放電系制限解除温度まで低下すると、制御回路１０は充電経路の導通状態の制限を解除する。
【００７２】
充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの導通状態を制限する充放電系上限温度が２段階の第１充放電系上限温度ＴCDL1および第２充放電系上限温度ＴCDL2に設定されている場合、充放電系制限解除温度は２段階の第１充放電系制限解除温度ＴCDR1および第２充放電系制限解除温度ＴCDR2に設定されている。第１充放電系制限解除温度ＴCDR1は減流素子１８による充電電流を減少させる制御を解除するために設定され、第２充放電系制限解除温度ＴCDR2は
減流素子１８による充電電流を減少させる制御を継続した状態で充電の停止を解除するべく充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂを導通状態にするために設定される。
【００７３】
なお、充放電系上限温度は温度センサ１７Ａの検出出力に基づく放電系検出温度から算出した実施例を示したが、温度センサ１７Ｂの検出出力に基づく充電系検出温度から算出されても良い。
【００７４】
本発明の実施の形態による第２の実施例の充放電制御装置を図６に示す。図６において、図１と同一の構成要素には同一の図番を付している。図６に示す充放電制御装置は、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂの導通状態を制限する充電系上限温度を１段階にした場合に対応し、充電経路に充電電流を減少させる減流素子１８（図１参照）を有していない。充電系上限温度に達すると、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂは充電電流を遮断するようにオフ状態に制御される。
【００７５】
また、本実施例の充放電制御装置は、電源プラグからの入力電圧をそのままソケット４へ出力するバイパス経路を持ち、バイパス経路とインバータ出力を選択的にソケット４へ出力する切替回路９を備えている。切替回路９は第１スイッチ９Ａ、第２スイッチ９Ｂおよび第３スイッチ９Ｃを有しており、制御回路１０の指令に従いバイパス経路とインバータ出力が切り替えられる構成である。また各ＦＥＴの並列数を一例として、放電ＦＥＴ１２Ａは５個、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂは各１個としている。
【００７６】
以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施の形態により説明した充放電制御装置１を構成する各構成要素は種々変更可能であり、実施の形態において、充電経路を充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂにより構成し、放電経路を放電用ＦＥＴ１２Ａにより構成したが、これに限定されるものではなく、使用する半導体ゲート素子は設計的な事項で変更可能である。
【００７７】
また、実施の形態において、充電用ＦＥＴ１１Ａ、１１Ｂおよび放電用ＦＥＴ１２Ａの導通状態の制御は、通常設定と放電優先設定を有しており、これらの設定を選択できるようになっているが、これに限定されるものではなく、少なくとも放電優先設定のみを有していれば良い。
【００７８】
本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明による充放電制御装置は、蓄電システムの電源装置に用いて好適であり、蓄電池を電源とすると共に、蓄電池に対する充電経路と放電経路とが別経路に形成された電気製品に有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１  充放電制御装置
３  電源プラグ
４  ソケット
５  充電器
６  充放電回路
７  蓄電池
８  インバータ
９  切替回路
１０  制御回路
１１Ａ、１１Ｂ  充電用ＦＥＴ
１２Ａ  放電用ＦＥＴ
１３  充電用ゲート回路
１４  放電用ゲート回路
１０Ｂ  ゲート制御部
１６  ヒートシンク
１７Ａ，１７Ｂ  温度センサ
１８  減流素子
２０  プリント配線基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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