(57)【要約】【課題】コストと設置スペースを節約し、負荷装置の故障を回避し、電力損失を低減する、充電器とその充電方法および電源システムを提供すること。【解決手段】整流器２は、商用電源１から入力した交流電力を直流電力に変換して負荷６へ給電し、充電器５は、整流器２が出力する電力を入力として組電池３を充電し、商用電源１が有効であるときは、整流器２が出力する電力が負荷６へ供給され、商用電源１の停電時には、組電池３が放電方向にのみ電力を通す放電用ダイオード４を介して放電し、負荷６への電力供給を継続する電源システムであって、充電器５が、整流器２の出力電力を入力電力とする電流制限機能を持つ降圧コンバータ（図示せず）を構成要素とし、該降圧コンバータの出力電力によって前記組電池を、あらかじめ設定された電流値で定電流充電することを特徴とする電源システムを構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換する整流器と、１つ以上の蓄電池を組み合わせてなる組電池と、出力電流値があらかじめ設定された電流値になるよう制御される降圧コンバータを有する充電器と、放電用ダイオードとを具備し、前記整流器あるいは前記組電池が出力する電力を負荷へ供給する電源システムであって、
前記降圧コンバータは前記整流器が出力する電力を入力電力とし、
前記充電器は、前記降圧コンバータの出力電力によって、前記組電池を、前記あらかじめ設定された電流値で定電流充電し、
前記組電池は、前記整流器から前記負荷への給電線に、前記組電池の放電方向にのみ電力を通すように接続された前記放電用ダイオードを介して並列接続されることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源システムにおいて、
前記降圧コンバータは、入力電流をスイッチング動作で制御するスイッチング素子と、リアクトル、コンデンサおよびダイオードからなる平滑・逆流防止回路とを構成要素とすることを特徴とする電源システム。
【請求項３】
交流電力を直流電力に変換する整流器と、１つ以上の蓄電池を組み合わせてなる組電池と、前記組電池を充電する充電器とを有し、前記整流器が出力する電力あるいは前記組電池が放電用ダイオードを介して出力する電力を負荷へ供給する電源システムにおける前記充電器が前記組電池を充電する、充電器の充電方法であって、
前記充電器は、前記整流器の出力電力を入力電力とする降圧コンバータの出力電力によって、前記組電池をあらかじめ設定された電流値で定電流充電することを特徴とする充電器の充電方法。
【請求項４】
請求項３に記載の充電器の充電方法において、
前記降圧コンバータは、入力電流をスイッチング動作で制御するスイッチング素子と、リアクトル、コンデンサおよびダイオードからなる平滑・逆流防止回路とを構成要素とすることを特徴とする充電器の充電方法。
【請求項５】
請求項４に記載の充電器の充電方法において、
前記スイッチング動作はパルス幅変調方式で行われるスイッチング動作であることを特徴とする充電器の充電方法。
【請求項６】
請求項３、４または５に記載の充電器の充電方法において、
前記組電池の定電流充電中に、前記充電器の降圧動作が停止したとき、あるいは前記組電池の時間あたりの温度上昇が第１の設定値を超えたとき、あるいは前記定電流充電開始から第１の時間が経過したとき、前記定電流充電を終了することを特徴とする充電器の充電方法。
【請求項７】
請求項６に記載の充電器の充電方法において、
前記定電流充電終了後、前記あらかじめ設定された電流値よりも小さく設定された電流値での追加定電流充電を開始し、その後、
前記充電器の降圧動作が停止したとき、あるいは前記組電池の時間あたりの温度上昇が第２の設定値を超えたとき、あるいは前記追加定電流充電開始から第２の時間が経過したとき、前記追加定電流充電を終了することを特徴とする充電器の充電方法。
【請求項８】
請求項３、４または５に記載の充電器の充電方法において、
前記充電器の降圧動作が停止した後も、前記充電器は前記あらかじめ設定された電流値以下の電流値で前記組電池を充電することを特徴とする充電器の充電方法。
【請求項９】
請求項１または２に記載の電源システムにおいて、
複数の前記組電池がそれぞれ前記放電用ダイオードを介して前記整流器から前記負荷への給電線に並列接続され、
前記組電池にはそれぞれ前記充電器が接続されていることを特徴とする電源システム。
【請求項１０】
交流電力を直流電力に変換する整流器と、１つ以上の蓄電池を組み合わせてなる組電池とを有し、前記整流器が出力する電力あるいは前記組電池が放電用ダイオードを介して出力する電力を負荷へ供給する電源システムにおける前記組電池を充電する充電器であって、
前記整流器の出力電力を入力電力とする降圧コンバータの出力電力によって、前記組電池を、あらかじめ設定された電流値で定電流充電することを特徴とする充電器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の充電器において、
前記降圧コンバータは、入力電流をスイッチング動作で制御するスイッチング素子と、リアクトル、コンデンサおよびダイオードからなる平滑・逆流防止回路とを構成要素とすることを特徴とする充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は充電器とその充電方法および電源システムに関し、特に、交流電力を直流電力ヘ変換して負荷へ供給する、蓄電池を備えて停電時のバックアップとする直流バックアップ電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、直流負荷装置へ電力を供給する電源システムでは、商用交流電力を受け、直流４８Ｖなどの直流電力を出力する整流器が用いられている。さらに、商用電力が停電した場合でも負荷装置への給電を継続するために、整流器の出力側に、蓄電池と、蓄電池を充電するための充電器を備えている。蓄電池を直流電源システムに適用する場合には、通常、単セルと呼ばれる１本の蓄電池を複数個直列にしたものを１つ以上並列接続した組電池を用いる。
【０００３】
下記特許文献１、２には、複数の組電池が出力する電力を放電器を介して負荷に供給する電池システムが記載され、特許文献１には、組電池と放電器中のコンバータとの間の電路が共通導線によって互いに電気的に接続されていることが記載され、特許文献２には、放電器の各動作を、制御部が発信する同一の動作信号に基づいて行わせることが記載されている。
【特許文献１】特開２００７−１４３２６６号公報
【特許文献２】特開２００７−１４３２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
整流装置と蓄電池および充電器を組み合わせた直流バックアップ電源システムを図６に示す。図６において、商用電源１の交流電力は整流器２に供給され、整流器２は交流電力を所定の直流電力に変換して負荷６へ供給している。組電池３は、商用電源１が有効であるときは充電器５を介して充電され、商用電源１の停電時に放電器１２を介して負荷への放電を行う。負荷６は、例えば、直流４８Ｖ負荷であり、電圧許容範囲は５７Ｖ〜４０．５Ｖである。この範囲を越える電圧が印加されると負荷装置が故障する可能性があり、また許容範囲を下回ると負荷装置の動作が停止する。このため、整流器２および放電器１２は負荷６が許容する電圧を出力する必要がある。商用電源１が有効であるときは整流器２から負荷６への給電が行われ、商用電源１の停電時に組電池３から放電器１２を介して負荷６へ給電を行うため、放電器１２の出力電圧は整流器２の出力電圧よりも低く設定される。
【０００５】
整流器２の出力電圧を５６Ｖ、組電池３をニッケル水素蓄電池セル（定格１．２Ｖ、１００Ａｈ）を４０セル直列接続してなる組電池（定格４８Ｖ、１００Ａｈ）とする。充電器５は、充電時に一定電流（２０Ａ）を出力し、満充電を検知して出力を停止する、いわゆる間欠充電を行っている。放電器１２は、出力電圧が５５Ｖを上回ろうとするときは降圧動作により出力電圧を５５Ｖに維持し、５５Ｖ以下であるときは入力電圧をそのまま出力する。充電器５が２０Ａ定電流充電を行うとき、組電池３の電圧は充電末期（満充電時）に６４Ｖに達する。組電池３の電圧が整流器２の出力電圧より高い充電末期においても、放電器１２の出力電圧が整流器２の出力電圧より低いため、組電池３が放電することはない。組電池３は充電されていないときであっても、満充電に近い状態では５８Ｖであり、放電器１２の降圧動作により商用給電時の組電池３からの放電を防いでいる。
【０００６】
このように組電池３の電圧を降圧する必要から放電器１２が必要であり、放電器１２を搭載することによるコストと設置スペースの増加という問題がある。
【０００７】
また、放電器１２の故障状態として、入力された電圧がそのまま出力される、すなわち組電池３の電圧がそのまま負荷６へ出力される状態があり、負荷６へ上限である５７Ｖを上回る電圧が印加されることにより負荷装置が故障するという問題がある。
【０００８】
さらに、放電器１２は組電池３の電圧が負荷６の許容範囲を超えるときに降圧動作を行い、組電池３の電圧が許容範囲内で降圧動作がない場合であっても、出力電圧を監視するため放電器１２内の制御回路の駆動電力が必要であり、これらの要因により電力損失が発生し、結果として、システムに搭載される蓄電池の容量を増やさなければならないという問題がある。
【０００９】
以上のように、放電器を搭載することにより、コストと設置スペースの増加、放電器故障時の負荷装置故障、電力損失という問題が生じる。
【００１０】
前記の問題は、ニッケル水素蓄電池システムの場合に限らず、鉛蓄電池やリチウムイオン電池などの二次電池を組み合わせてなる組電池を有する直流バックアップ電源システムにおいても生じる問題である。
【００１１】
本発明は前記の、放電器を搭載することにより、コストと設置スペースの増加、放電器故障時の負荷装置故障、電力損失があるという問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、コストと設置スペースを節約し、負荷装置の故障を回避し、電力損失を低減する、充電器とその充電方法および電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載のように、
交流電力を直流電力に変換する整流器と、１つ以上の蓄電池を組み合わせてなる組電池と、出力電流値があらかじめ設定された電流値になるよう制御される降圧コンバータを有する充電器と、放電用ダイオードとを具備し、前記整流器あるいは前記組電池が出力する電力を負荷へ供給する電源システムであって、前記降圧コンバータは前記整流器が出力する電力を入力電力とし、前記充電器は、前記降圧コンバータの出力電力によって、前記組電池を、前記あらかじめ設定された電流値で定電流充電し、前記組電池は、前記整流器から前記負荷への給電線に、前記組電池の放電方向にのみ電力を通すように接続された前記放電用ダイオードを介して並列接続されることを特徴とする電源システムを構成する。
【００１３】
また、本発明においては、請求項２に記載のように、
請求項１に記載の電源システムにおいて、前記降圧コンバータは、入力電流をスイッチング動作で制御するスイッチング素子と、リアクトル、コンデンサおよびダイオードからなる平滑・逆流防止回路とを構成要素とすることを特徴とする電源システムを構成する。
【００１４】
また、本発明においては、請求項３に記載のように、
交流電力を直流電力に変換する整流器と、１つ以上の蓄電池を組み合わせてなる組電池と、前記組電池を充電する充電器とを有し、前記整流器が出力する電力あるいは前記組電池が放電用ダイオードを介して出力する電力を負荷へ供給する電源システムにおける前記充電器が前記組電池を充電する、充電器の充電方法であって、前記充電器は、前記整流器の出力電力を入力電力とする降圧コンバータの出力電力によって、前記組電池をあらかじめ設定された電流値で定電流充電することを特徴とする充電器の充電方法を構成する。
【００１５】
また、本発明においては、請求項４に記載のように、
請求項３に記載の充電器の充電方法において、前記降圧コンバータは、入力電流をスイッチング動作で制御するスイッチング素子と、リアクトル、コンデンサおよびダイオードからなる平滑・逆流防止回路とを構成要素とすることを特徴とする充電器の充電方法を構成する。
【００１６】
また、本発明においては、請求項５に記載のように、
請求項４に記載の充電器の充電方法において、前記スイッチング動作はパルス幅変調方式で行われるスイッチング動作であることを特徴とする充電器の充電方法を構成する。
【００１７】
また、本発明においては、請求項６に記載のように、
請求項３、４または５に記載の充電器の充電方法において、前記組電池の定電流充電中に、前記充電器の降圧動作が停止したとき、あるいは前記組電池の時間あたりの温度上昇が第１の設定値を超えたとき、あるいは前記定電流充電開始から第１の時間が経過したとき、前記定電流充電を終了することを特徴とする充電器の充電方法を構成する。
【００１８】
また、本発明においては、請求項７に記載のように、
請求項６に記載の充電器の充電方法において、前記定電流充電終了後、前記あらかじめ設定された電流値よりも小さく設定された電流値での追加定電流充電を開始し、その後、前記充電器の降圧動作が停止したとき、あるいは前記組電池の時間あたりの温度上昇が第２の設定値を超えたとき、あるいは前記追加定電流充電開始から第２の時間が経過したとき、前記追加定電流充電を終了することを特徴とする充電器の充電方法を構成する。
【００１９】
また、本発明においては、請求項８に記載のように、
請求項３、４または５に記載の充電器の充電方法において、前記充電器の降圧動作が停止した後も、前記充電器は前記あらかじめ設定された電流値以下の電流値で前記組電池を充電することを特徴とする充電器の充電方法を構成する。
【００２０】
また、本発明においては、請求項９に記載のように、
請求項１または２に記載の電源システムにおいて、複数の前記組電池がそれぞれ前記放電用ダイオードを介して前記整流器から前記負荷への給電線に並列接続され、前記組電池にはそれぞれ前記充電器が接続されていることを特徴とする電源システムを構成する。
【００２１】
また、本発明においては、請求項１０に記載のように、
交流電力を直流電力に変換する整流器と、１つ以上の蓄電池を組み合わせてなる組電池とを有し、前記整流器が出力する電力あるいは前記組電池が放電用ダイオードを介して出力する電力を負荷へ供給する電源システムにおける前記組電池を充電する充電器であって、前記整流器の出力電力を入力電力とする降圧コンバータの出力電力によって、前記組電池を、あらかじめ設定された電流値で定電流充電することを特徴とする充電器を構成する。
【００２２】
また、本発明においては、請求項１１に記載のように、
請求項１０に記載の充電器において、前記降圧コンバータは、入力電流をスイッチング動作で制御するスイッチング素子と、リアクトル、コンデンサおよびダイオードからなる平滑・逆流防止回路とを構成要素とすることを特徴とする充電器を構成する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の電源システムによれば、コストと設置スペースを節約し、負荷装置の故障を回避し、電力損失を低減する、充電器とその充電方法および電源システムを提供することが可能となり、以下のごとき効果を奏することができる。
【００２４】
整流器と蓄電池と充電器を組み合わせて構成される電源システムにおいて、放電器が不要となるため、コストとスペースを節約し、放電器の故障による負荷装置への悪影響を回避し、かつ放電器分の電力損失を低減することが可能となる。また、充電器は降圧機能だけを有するため、蓄電池の充電電圧は必ず整流器出力電圧より低くなり、整流器と充電器の出力電圧精度を考慮して充電電圧を下げる必要がなく、結果として充電電圧を高くすることができるので蓄電池の蓄電能力を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る電源システムにおいては、整流器が出力する直流電力を入力とする充電器が蓄電池を充電し、蓄電池の出力に放電方向のみに電力を通すダイオードを介挿して整流器から負荷への給電線に並列接続し、充電器を、電流制限機能を持つ降圧コンバータにより構成する。
【００２６】
以下に、本発明の実施の形態について、蓄電池がニッケル水素蓄電池あるいは鉛蓄電池である直流バックアップ電源システムを例として説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
【００２７】
＜実施の形態例１＞
図１は、本発明に係る電源システムの実施の形態例を説明する図である。図において、整流器２は商用電源１から入力した交流電力を直流電力に変換して直流５６Ｖを出力し、負荷６へ給電する。組電池３は、ニッケル水素蓄電池セル（定格電圧１．２Ｖ、定格容量１００Ａｈ）を４０セル直列接続して構成した組電池（定格電圧４８Ｖ、定格容量１００Ａｈ）である。組電池３は、整流器２から負荷６への給電線に、組電池の放電方向にのみ電力を通す放電用ダイオード４を介して並列接続される。充電器５は、整流器２が出力する電力を入力とし、組電池３を充電する。商用電源１が有効であるときは、整流器２が出力する電力が負荷６へ供給されるが、商用電源１の停電時には、組電池３が放電方向にのみ電力を通す放電用ダイオード４を介して放電し、負荷６への電力供給を継続する。
【００２８】
図２に、本発明に係る充電器５が、降圧コンバータである降圧コンバータ回路の一例を具備する場合の実施の形態例を示す。充電器５は、制御部７、スイッチング素子８、リアクトル９、コンデンサ１０、ダイオード１１により構成され、制御部７からスイッチング素子８へ送り出されるＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation：パルス幅変調）信号によるスイッチング動作により、入力した電力を降圧して出力する。この場合、リアクトル９、コンデンサ１０、ダイオード１１は平滑・逆流防止回路を構成している。
【００２９】
ＰＷＭ信号のＯＮ時間の比率はデューティー比と呼ばれ、デューティー比を下げる（ＯＦＦ時間の比率を上げる）ことにより出力電圧は低下し、デューティー比を上げる（ＯＮ時間の比率を上げる）ことにより出力電圧は上昇する。ただし、デューティー比は最高でも１００％にしかならず、このときスイッチング素子８は短絡の状態であるため出力電圧は入力電圧からダイオード１１などの回路素子の電圧降下分だけ低い値（５５．３Ｖ程度）となる。つまり、この回路は降圧するのみであるので、出力に接続されている組電池３の電圧は整流器２の出力電圧より必ず低い。
【００３０】
組電池３は充電器５によって充電されるが、スイッチング素子８が短絡のままであると、充電電流が過剰になり電池を劣化させる要因となるため、スイッチング素子８をスイッチング動作させることにより電流を制限する。制御部７は、充電器５の出力電流を監視し、出力電流が、あらかじめ設定された電流値である１０Ａを超えるときはデューティー比を下げて出力電圧を急激に垂下させ、１０Ａを下回るときはデューティー比を上げて出力電圧を上昇させるため、デューティー比が１００％よりも小である間は、出力電流は１０Ａに維持される。
【００３１】
このように、充電電流が１０Ａに維持されながら組電池３は定電流充電されるが、組電池３の電圧は充電に伴って電圧が上昇する。組電池３の電圧が充電器５の最高出力電圧（５５．３Ｖ程度）に達するとき、充電電流が１０Ａを超えなくなり、デューティー比は１００％まで上昇してスイッチング素子８は短絡の状態となる。このまま充電を継続すると、充電電流が低下するが、ニッケル水素蓄電池では微小電流による充電が劣化を促進するため、デューティー比が１００％に達し、充電器５の降圧動作が停止した段階で、デューティー比を０とし、スイッチング素子８を開放として充電を終了する。また、制御部７が、組電池３の時間あたりの温度上昇が設定値（第１の設定値）を超えたことを検知した場合、あるいは、充電開始から１２時間（第１の時間）が経過した場合も充電を終了する。
【００３２】
スイッチング素子８の制御は、制御部７により行われる。図３は、制御部７による充電動作を説明するフローチャートである。充電を行っていないとき（初期状態）、制御部７はＰＷＭ信号を生成せず、スイッチング素子８は制御用電極が無電圧であるため開放である。
【００３３】
充電を開始すると、一定電流制御と充電終了判定との２つの処理が実行される。
【００３４】
一定電流制御では、ステップ３１（Ｓ３１で表す、以下同様）において充電器５の出力電流（充電電流、Ｉｃ）が、あらかじめ設定された電流値である第１の電流値（１０Ａ、Ｉｍａｘ）を超えている場合は、スイッチング素子８へ送り出すＰＷＭ信号のデューティー比を減少させ（ステップ３２）、そうでない場合はデューティー比を増加させ（ステップ３３）、充電終了判定ステップであるステップ３４に進む。
【００３５】
充電終了判定ステップであるステップ３４において、デューティー比が１００％に到達して、充電器５の降圧動作が停止しているか、組電池３の時間あたりの温度上昇（dT/dt）が第１の設定値（０．２℃／分、α）を超えているか、充電開始から第１の時間（１２時間、Ｔ１）が経過した場合はステップ３５へ進み、そうでない場合はステップ３１に戻る。
【００３６】
ステップ３５において、スイッチング素子８を開放し（デューティー比を０として一定電流制御の処理を停止させ）充電を終了する。
【００３７】
図３に示す充電過程が終了した後、充電電流を下げて３Ａ（あらかじめ設定された電流値（第１の電流値）よりも小さく設定された電流値である第２の電流値）とし、追加定電流充電を行うことも可能である。出力電流が３Ａを超えるときデューティー比を下げて出力電圧を急激に垂下させ、３Ａ以下のときはデューティー比を上げて出力電圧が上昇するようにして、出力電流を３Ａに維持する。１０Ａ（第１の電流値）充電時よりも充電電流が低いため、最初の充電で最高出力電圧に達していても、組電池３の充電電圧が低くなり、引き続き降圧による充電を継続することができる。この充電の制御は、図３のフローチャートに基づいて、例えば、αとして第２の設定値である０．２℃／分（第１の設定値と同じ）を、Ｉｍａｘとして第２の電流値である３Ａを、Ｔ１として第２の時間である２ｈを、それぞれ用いればよい。
【００３８】
ニッケル水素蓄電池では、満充電に達したとき充電電流を遮断するため、遮断後の充電再開の判断が必要である。例えば、満充電からの時間経過と単位時間あたりの自己放電量の積から求められる自己放電量と、停電による放電電気量の合計が一定の容量に達したときに充電を開始すればよい。また、組電池３の交換時など充電が必要であるときは、充電器５に外部から充電開始信号を与えて充電を開始させることも可能である。
【００３９】
以上説明したように、組電池３の電圧は充電、放電の状態にかかわらず常に整流器２の出力電圧以下であるから、整流器２の出力が優先され、かつ放電器を必要としない電源システムとすることができる。
【００４０】
本実施の形態例においては、充電器５の降圧コンバータを、図２のようなスイッチング素子８、リアクトル９、コンデンサ１０、ダイオード１１により構成される回路としたが、降圧機能と出力電流を一定に保つ機能を有する回路であれば別の回路であっても、それを降圧コンバータとして使うことができる。
【００４１】
また、本実施の形態例においては、充電器５、組電池３および放電用ダイオード４を１つずつ有するシステムに適用しているが、組電池３を複数組搭載したシステム（図４）においても適用可能である。図４において、６組の組電池３が、放電用ダイオード４を介して並列接続され負荷６へ放電することができ、各組電池３に前述の充電器５が接続される。組電池３の並列数により容易にバックアップ容量を調整することができる。
【００４２】
＜実施の形態例２＞
本発明に係る電源システムの他の実施の形態例を、実施の形態例１と同じく、図１、図２によって説明するが、本実施の形態例は、蓄電池として、ニッケル水素蓄電池ではなく、鉛蓄電池を用いた場合の例である。
【００４３】
図１は、本発明の実施の形態例を説明する図である。図において、整流器２は商用電源１から入力した交流電力を直流電力に変換し、負荷６へ給電する。組電池３は、鉛蓄電池セル（定格電圧２．０Ｖ、定格容量２００Ａｈ）を２４セル直列接続して構成した組電池（定格電圧４８Ｖ、定格容量２００Ａｈ）である。充電器５は、整流器２が出力する電力を入力とし、組電池３を充電する。商用電源１が有効であるときは整流器２が出力する電力が負荷６へ供給されるが、商用電源１の停電時には、組電池３が放電方向にのみ電力を通す放電用ダイオード４を介して放電し、負荷６への電力供給を継続する。
【００４４】
商用電源１が有効であるときは整流器２からの給電を優先するため、整流器２の出力電圧が、組電池３の放電用ダイオード４を介した出力電圧より高いことが必要である。組電池３は充電器５によって充電されるため、組電池３の電圧は充電器５の出力電圧より高くなることはない。よって、充電器５の出力電圧を整流器２の出力電圧より低く設定することにより組電池３の電圧が整流器２の出力電圧を上回らないようにすることができる。したがって、充電器５を、降圧コンバータにより構成する。
【００４５】
図２に、本発明に係る充電器５が、降圧コンバータである降圧コンバータ回路の一例を具備する場合の実施の形態例を示す。充電器５は、制御部７、スイッチング素子８、リアクトル９、コンデンサ１０、ダイオード１１により構成され、制御部７からスイッチング素子８へ送り出されるＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation：パルス幅変調）信号によるスイッチング動作により、入力した電力を降圧して出力する。この場合、リアクトル９、コンデンサ１０、ダイオード１１は平滑・逆流防止回路を構成している。
【００４６】
ＰＷＭ信号のＯＮ時間の比率はデューティー比と呼ばれ、デューティー比を下げる（ＯＦＦ時間の比率を上げる）ことにより出力電圧は低下し、デューティー比を上げる（ＯＮ時間の比率を上げる）ことにより出力電圧は上昇する。ただし、デューティー比は最高でも１００％にしかならず、このときスイッチング素子８は短絡の状態であるため出力電圧は入力電圧からダイオード１１などの回路素子の電圧降下分だけ低い値となる。つまり、この回路は降圧するのみであるので、出力に接続されている組電池３の電圧は整流器２の出力電圧より必ず低い。
【００４７】
鉛蓄電池セルの満充電電圧は２．２Ｖであり、組電池３の満充電電圧は５２．８Ｖである。よって、充電器５の最高出力電圧が５２．８Ｖとなるように、スイッチング素子８短絡時の充電器５内の電圧降下分（０．７Ｖ）を考慮し、整流器２の出力電圧を５３．５Ｖに設定する。
【００４８】
組電池３の充電時、スイッチング素子８が短絡のままであると、充電電流が過剰になり電池を劣化させる要因となるため、スイッチング素子８をスイッチング動作させることにより電流を制限する。制御部７は、充電器５の出力電流を監視し、出力電流が、あらかじめ設定された電流値である１０Ａ（第１の電流値）を超えるときデューティー比を下げて出力電圧を急激に垂下させ、そうでないときはデューティー比を上げて出力電圧を上昇させるため、デューティー比が１００％よりも小である間は、出力電流は１０Ａに維持される。
【００４９】
このように、充電電流が１０Ａに維持されながら組電池３は定電流充電され、組電池３の電圧は充電に伴って電圧が上昇する。組電池３の電圧が充電器５の最高出力電圧（５２．８Ｖ）に達するとき、充電電流が１０Ａを超えなくなり、デューティー比は１００％まで上昇してスイッチング素子８は短絡の状態となる。このまま充電を継続すると、充電電流が低下するが、ニッケル水素蓄電池とは異なり鉛蓄電池ではそのまま充電を継続させてもよいので、ニッケル水素蓄電池の場合のような処置をせずに、満充電電圧に達した後は自己放電分を補う微小な電流により充電が続くようにしてよい。すなわち、デューティー比が１００％に到達して、充電器５の降圧動作が停止した後も、充電器５は１０Ａ以下の電流値で組電池３を充電していてもよい。
【００５０】
スイッチング素子８の制御は、制御部７により行われる。図５は、制御部７による充電動作を説明するフローチャートである。充電を開始前（初期状態）は、制御部７はＰＷＭ信号を生成せず、スイッチング素子８は制御用電極が無電圧であるため開放である。
【００５１】
充電を開始すると、ステップ５１において充電器５の出力電流（充電電流、Ｉｃ）が第１の電流値（１０Ａ、Ｉｍａｘ）を超えている場合はスイッチング素子８へ送り出すＰＷＭ信号のデューティー比を減少させ（ステツプ５２）、そうでない場合はデューティー比を増加させ（ステツプ５３）、ステップ５１に戻る。鉛蓄電池では、満充電後も満充電電圧による自己放電分を補う微小電流充電が行われてもよいため、充電器５の出力を停止しない。停電により組電池３が放電した後は復電により自動的に充電が開始され再び満充電状態に戻る。
【００５２】
以上で説明したように、組電池３の電圧は充電、放電の状態にかかわらず常に整流器２の出力電圧以下であるから、整流器２の出力が優先され、かつ放電器を必要としない電源システムとすることができる。本実施の形態例においては、充電器５の降圧コンバータを、図２のようなスイッチング素子８、リアクトル９、コンデンサ１０、ダイオード１１により構成される回路としたが、降圧機能と出力電流を一定に保つ機能を有する回路であれば別の回路であっても、それを降圧コンバータとして使うことができる。
【００５３】
また、本実施の形態例においては、充電器５、組電池３および放電用ダイオード４を１つずつ有するシステムに適用しているが、組電池３を複数組搭載したシステム（図４）においても適用可能である。６組の組電池３が、放電用ダイオード４を介して並列接続され負荷６へ放電することができ、各組電池３に前述の充電器５が接続される。組電池３の並列数により容易にバックアップ容量を調整することができる。
【００５４】
さらに、本実施の形態例においては、組電池３の電圧が充電器５の最高出力電圧に達した後も微小な電流による充電を継続しているが、実施の形態例１に準じて充電を終了させることも可能である。鉛蓄電池であっても、満充電に達した段階で充電電流を完全に遮断する方が電池の劣化を抑制し、寿命を延伸することができる。
【００５５】
本発明の各実施形態においては、図１、図２、図４に示すように、充電器５を構成する回路素子や放電用ダイオード４をマイナス側に接続しているが、プラス側に接続することも可能である。この場合、放電用ダイオード４をプラス側に組電池３の放電方向にのみ電力を通すように介挿し、スイッチング素子８、リアクトル９、ダイオード１１（逆流防止）をプラス側に接続し、ダイオード１１の向きを、組電池３の充電が可能な方向とすればよい。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について、蓄電池がニッケル水素蓄電池あるいは鉛蓄電池である直流バックアップ電源システムを例として説明したが、本発明はこれに限られるものではない。
【００５７】
以下に、本発明によって生じる効果について説明する。
【００５８】
（１）整流装置と蓄電池および充電器を組み合わせた直流バックアップ電源システムにおいては、放電器を搭載することにより、コストと設置スペースの増加、放電器故障にともなう負荷装置故障、電力損失という問題がある。
【００５９】
本発明により、蓄電池の電圧が負荷の許容電圧範囲を上回ることがなく、蓄電池と負荷の間で降圧する必要がないため、放電器を省くことができ、コストと設置スペースを節約し、負荷装置の故障を回避し電力損失を低減する直流バックアップ電源システムを提供することが可能となる。
【００６０】
（２）昇降圧型については、例えば昇圧コンバータと降圧コンバータを直列に繋いだものがある。充電器が商用電源を入力とする場合や昇降圧型である場合、充電器出力電圧は整流器出力電圧以下である必要があるが、出力電圧が上下に変動する精度を考慮して充電器出力電圧設定を下げるため、充電電圧が低下し蓄電池に蓄積できるエネルギーが減少するという問題がある。
【００６１】
本発明により、充電器は降圧機能だけであるため、蓄電池の充電電圧は必ず整流器出力電圧より低くなり、整流器と充電器の出力電圧精度を考慮する必要がなく、結果として充電電圧を高くすることができるので蓄電池の蓄電能力を高めることができる。
【００６２】
（３）組電池ごとに充電器を備えるのではなく、複数の組電池をすべて並列接続して充電する場合、組電池が故障により急激に電圧が低下したとき全体に分配されるべき充電電流が全て故障した組電池に集中し、配線や電池が過熱したり負荷への供給電力が不足したりするという問題がある。
【００６３】
本発明により、充電器が充電電流を制限するので、電池が故障して電圧が低下しても過電流は流れず、また負荷への給電に悪影響を与えない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態例を説明する図である。
【図２】本発明の実施の、充電器の降圧コンバータ回路の例を含めた形態例を説明する図である。
【図３】本発明の充電器の制御フローチャートを説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態例を説明する図である。
【図５】本発明の充電器の制御フローチャートを説明する図である。
【図６】整流器、組電池、充電器および放電器により構成される直流バックアップ電源システムの構成図である。
【符号の説明】
【００６５】
１：商用電源、２：整流器、３：組電池、４：放電用ダイオード、５：充電器、６：負荷、７：制御部、８：スイッチング素子、９：リアクトル、１０：コンデンサ、１１：ダイオード、１２：放電器。
【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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