特許 6179167 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6179167

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/00 20060101AFI20170807BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/00 R

【請求項の数】6

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-85807(P2013-85807)

(22)【出願日】2013年4月16日

(65)【公開番号】特開2014-209814(P2014-209814A)

(43)【公開日】2014年11月6日

【審査請求日】2016年2月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】平尾 俊幸

(72)【発明者】

【氏名】真島 隆司

(72)【発明者】

【氏名】今久保 知史

【審査官】 宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−００５２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０６９７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２０１６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１００６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３０８２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２１５３４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ７／００−７／１２、

７／３４−７／３６

Ｈ０２Ｍ１／００−３／４４、

７／００−７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池の出力を電力変換回路で電力変換して外部に出力する電源装置であって、
前記電池と前記電力変換回路との間に設けられたインダクタに、
当該インダクタの端子間電圧を制限する電圧制限回路が並列接続され、
前記電圧制限回路は抵抗器であり、
前記抵抗器の一端と前記電池の出力端とを択一的に選択して前記インダクタの一端に接続する第１の選択スイッチが設けられることを特徴とする電源装置。

【請求項2】

前記抵抗器には開閉スイッチが直列接続されることを特徴とする請求項１記載の電源装置。

【請求項3】

前記抵抗器の他端と前記電力変換回路の入力端とを択一的に選択して前記インダクタの他端に接続する第２の選択スイッチが設けられることを特徴とする請求項１記載の電源装置。

【請求項4】

電池の出力を電力変換回路で電力変換して外部に出力する電源装置であって、
前記電池と前記電力変換回路との間に設けられたインダクタに、
当該インダクタの端子間電圧を制限する電圧制限回路が並列接続され、
前記電圧制限回路は、アノード同士が接続された一対のダイオードであり、
前記一対のダイオードの一端と前記電池の出力端とを択一的に選択して前記インダクタの一端に接続する第１の選択スイッチが設けられることを特徴とする電源装置。

【請求項5】

前記一対のダイオードは定電圧ダイオードであることを特徴とする請求項４記載の電源装置。

【請求項6】

電池の出力を電力変換回路で電力変換して外部に出力する電源装置であって、
前記電池と前記電力変換回路との間に設けられたインダクタに、
当該インダクタの端子間電圧を制限する電圧制限回路が並列接続され、
前記電圧制限回路は、開閉スイッチであり、
前記開閉スイッチの一端と前記電池の出力端とを択一的に選択して前記インダクタの一端に接続する第１の選択スイッチが設けられることを特徴とする電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電池の出力を電力変換回路で電力変換して外部に出力する電源装置においては、電池と電力変換回路との間にインダクタ（例えばチョークコイル）を挿入することにより、電池電圧の変動に対して電力変換回路（例えばコンバータ）の入力電圧（直流電圧）を安定化させることが行われている。例えば下記特許文献１には、電池から出力される直流電圧をインバータで交流電圧に変換して出力する電源装置において、電池とインバータとの間にインダクタを挿入すること（図１参照）、また電池から出力される直流電圧をＤＣ-ＤＣコンバータで変圧して出力する電源装置において電池とＤＣ-ＤＣコンバータとの間にインダクタを挿入すること（図３参照）が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−０３７８５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、例えばメンテナンスの必要から電池を電源装置から切り離す必要が生じた場合、インダクタの一端が電池に接続された状態から解放状態になる際にインダクタに蓄積されたエネルギ（電磁気的なエネルギ）の関係でインダクタの両端に高電圧が発生する。そして、この高電圧によってインダクタが破壊する場合がある。

【0005】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、インダクタの切り離し時における損傷を防止することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、電池の出力を電力変換回路で電力変換して外部に出力する電源装置であって、前記電池と前記電力変換回路との間に設けられたインダクタに、当該インダクタの端子間電圧を制限する電圧制限回路が並列接続される、という手段を採用する。

【0007】

本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記電圧制限回路は抵抗器である、という手段を採用する。

【0008】

本発明では、第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記抵抗器の一端と前記電池の出力端とを択一的に選択して前記インダクタの一端に接続する第１の選択スイッチが設けられる、という手段を採用する。

【0009】

本発明では、第４の解決手段として、上記第２または第３の解決手段において、前記抵抗器には開閉スイッチが直列接続される、という手段を採用する。

【0010】

本発明では、第５の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記抵抗器の他端と前記電力変換回路の入力端とを択一的に選択して前記インダクタの他端に接続する第２の選択スイッチが設けられる、という手段を採用する。

【0011】

本発明では、第６の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記電圧制限回路は、アノード同士が接続された一対のダイオードである、という手段を採用する。

【0012】

本発明では、第７の解決手段として、上記第６の解決手段において、前記一対のダイオードは定電圧ダイオードである、という手段を採用する。

【0013】

本発明では、第８の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記電圧制限回路は開閉スイッチである、という手段を採用する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、電池と電力変換回路との間に設けられたインダクタに、当該インダクタの端子間電圧を制限する電圧制限回路が並列接続されるので、インダクタの切り離し時における損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態に係る直流電源装置の第１の回路図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る直流電源装置の第２の回路図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る直流電源装置の第３の回路図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る直流電源装置の第４の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態は、直流電力を外部の負荷に供給する直流電源装置に関するものであり、図１に示すように、畜電池Ｅ、開閉スイッチＳ1〜Ｓ3、チョークコイルＬ（インダクタ）、抵抗器Ｒ、コンデンサＣ及びＤＣ−ＤＣコンバータＨによって構成されている。

【0017】

畜電池Ｅは、図示するように複数のセル電池が直接接続されたものであり、正極端子と負極端子とを備えている。このような畜電池Ｅは、直流電力を出力する電池、例えばリチウムイオン電池である。開閉スイッチＳ1は、一端が畜電池Ｅの正極端子に接続され、また他端がチョークコイルＬの一端及び抵抗器の一端に接続されている。チョークコイルＬは、一端が上記開閉スイッチＳ1の他端に接続され、また他端が開閉スイッチＳ2の一端及び開閉スイッチＳ3の一端並びにＤＣ−ＤＣコンバータＨの一方の入力端に接続されている。

【0018】

抵抗器Ｒは、一端が上記開閉スイッチＳ1の他端に接続され、また他端が上記開閉スイッチＳ2の他端に接続されている。開閉スイッチＳ2は、抵抗器Ｒに直列接続されており、一端が上記チョークコイルＬの他端に接続され、また他端が上記抵抗器Ｒの他端に接続されている。コンデンサＣは、一端が上記開閉スイッチＳ3の他端に接続され、また他端が上記畜電池Ｅの負極端子及び上記ＤＣ−ＤＣコンバータＨの他方の入力端に接続されている。開閉スイッチＳ3は、一端が上記開閉スイッチＳ2の一端及びチョークコイルＬの他端並びにＤＣ−ＤＣコンバータＨの一方の入力端に接続されている。なお、上記抵抗器Ｒ及び開閉スイッチＳ2は、本実施形態における電圧制限回路を構成している。

【0019】

ＤＣ−ＤＣコンバータＨは、一方の入力端が、上記開閉スイッチＳ2の一端及びチョークコイルＬの他端並びに開閉スイッチＳ3の一端に接続され、また他方の入力端が上記コンデンサＣの他端及び上記畜電池Ｅの負極端子に接続されている。また、このＤＣ−ＤＣコンバータＨは、一方の出力端と他方の出力端との間に負荷が接続されている。このようなＤＣ−ＤＣコンバータＨは、一対の入力端に入力された所定電圧の直流電力を異なる電圧の直流電力に電力変換して一対の出力端から出力する電力変換回路である。

【0020】

次に、このように構成された直流電源装置の動作について詳しく説明する。

【0021】

本直流電源装置の通常動作状態では、開閉スイッチＳ1，Ｓ3が閉状態かつ開閉スイッチＳ2が開状態に設定される。すなわち、通常動作状態では、チョークコイルＬ及びコンデンサＣだけが所望の回路素子機能を発揮するように畜電池ＥとＤＣ−ＤＣコンバータＨとの間に介装され、抵抗器Ｒは所望の回路素子機能を発揮する状態にはない。

【0022】

また、通常動作状態では、チョークコイルＬ及びコンデンサＣは、ＬＣフィルタ（ローパスフィルタ）を構成しており、畜電池Ｅから入力される高周波成分を除去し、低周波成分のみをＤＣ−ＤＣコンバータＨに出力する機能を奏する。このようなチョークコイルＬ及びコンデンサＣによるフィルタ機能により、畜電池ＥからＤＣ−ＤＣコンバータＨに入力される直流電力の電圧変動が抑制されるので、この結果として、ＤＣ−ＤＣコンバータＨから負荷に供給される直流電力の電圧変動も抑制される。

【0023】

このような直流電源装置では、メンテナンス等のために畜電池Ｅを切り離す必要がある関係で２つの開閉スイッチＳ1，Ｓ3が設けられている。すなわち、畜電池Ｅを切り離す場合には、２つの開閉スイッチＳ1，Ｓ3を閉状態から開状態に切り替えるが、チョークコイルＬの一端は、開閉スイッチＳ1を閉状態から開状態となることにより、内部インピーダンスが比較的小さい畜電池Ｅに接続された状態から解放状態に移行する。そして、このように接続状態が変化する際に、チョークコイルＬに蓄積されたエネルギ（電磁気的なエネルギ）に起因してチョークコイルＬの一端と他端との間の電圧（端子間電圧）が極端に上昇してチョークコイルＬを破壊あるいは劣化させる場合がある。

【0024】

しかしながら、本直流電源装置では、２つの開閉スイッチＳ1，Ｓ3を閉状態から開状態に切り替えると同時に、もう１つの開閉スイッチＳ2を開状態から閉状態に切り替える。すなわち、チョークコイルＬの一端を畜電池Ｅに接続された状態から解放状態に移行させると同時にチョークコイルＬに抵抗器Ｒを並列接続させ、この抵抗器ＲにチョークコイルＬに蓄積されたエネルギ（電磁気的なエネルギ）を消費させることによって、チョークコイルＬの端子間電圧の上昇を抑制する。このような本直流電源装置では、チョークコイルＬの劣化や破壊を効果的に防止することができる。

【0025】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。

【0026】

（１）上記実施形態では、開閉スイッチＳ1，Ｓ2を備える構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。図１（ｂ）に示すように、開閉スイッチＳ1，Ｓ2に代えて選択スイッチＳ4を備える構成を採用してもよい。すなわち、この選択スイッチＳ4は、抵抗器Ｒの一端と畜電池Ｅの正極端子とを択一的に選択してチョークコイルＬの一端に接続するスイッチ（第１の選択スイッチ）である。このような選択スイッチＳ4を設けることにより、チョークコイルＬの一端と畜電池Ｅの正極端子との接続を切り離すと同時に、チョークコイルＬの両端に抵抗器Ｒを並列接続することができる。

【0027】

（２）上記実施形態では、開閉スイッチＳ1を備える構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。図２（ａ）に示すように、開閉スイッチＳ1に代えて選択スイッチＳ4を備える構成を採用してもよい。このような選択スイッチＳ4を設けることにより、チョークコイルＬの一端と畜電池Ｅの正極端子との接続を切り離すと同時に、チョークコイルＬの両端に抵抗器Ｒを並列接続することができる。

【0028】

（３）上記実施形態では、開閉スイッチＳ1，Ｓ2を備える構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。図２（ｂ）に示すように、開閉スイッチＳ1に代えて選択スイッチＳ4を備え、また開閉スイッチＳ2に代えて選択スイッチＳ5を備える構成を採用してもよい。上記選択スイッチＳ5は、抵抗器Ｒの他端とＤＣ−ＤＣコンバータＨの一方の入力端とを択一的に選択してチョークコイルＬの他端に接続するスイッチ（第２の選択スイッチ）である。

【0029】

この選択スイッチＳ5は、通常動作状態では、ＤＣ−ＤＣコンバータＨの一方の入力端を選択するが、チョークコイルＬの一端と畜電池Ｅの正極端子との接続を切り離す場合には、開閉スイッチＳ2と同時に動作すると共にＤＣ−ＤＣコンバータＨの一方の入力端に代えて抵抗器Ｒの他端を選択する。このような選択スイッチＳ4，Ｓ5を設けることにより、チョークコイルＬの一端と畜電池Ｅの正極端子との接続を切り離すと同時に、チョークコイルＬの両端に抵抗器Ｒを並列接続することができる。

【0030】

（４）上記実施形態では、開閉スイッチＳ2を備える構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。図３（ａ）に示すように、開閉スイッチＳ2を削除してもよい。この場合には、抵抗器Ｒが常にチョークコイルＬに並列接続された状態となるが、チョークコイルＬの端子間電圧の上昇を抑制することができる。

【0031】

（５）上記実施形態では、抵抗器ＲをチョークコイルＬに並列接続させる構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。図３（ｂ）に示すように、抵抗器Ｒに代えてアノード同士が接続された一対の定電圧ダイオードＤ1，Ｄ2を用いてもよい。このような一対の定電圧ダイオードＤ1，Ｄ2によれば、チョークコイルＬの端子間電圧を定電圧ダイオードＤ1のクランプ電圧Ｖ1と定電圧ダイオードＤ2のクランプ電圧Ｖ2との和電圧（Ｖ1＋Ｖ2）以下に強制的に制限されるので、チョークコイルＬの劣化や破壊を効果的に防止することができる。なお、定電圧ダイオードＤ1，Ｄ2に代えて一般的なダイオードを用いてもよい。

【0032】

（６）さらに、図４に示すように、抵抗器Ｒを削除して開閉スイッチＳ2のみをチョークコイルＬに並列接続させてもよい。すなわち、この場合には、チョークコイルＬの一端と畜電池Ｅの正極端子との接続を切り離すと同時にチョークコイルＬの両端を短絡させる。

【0033】

（７）最後に、上記実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータＨを電力変換回路として採用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。ＤＣ−ＤＣコンバータＨに代えてインバータを採用してもよい。すなわち、本願発明は直流電力を負荷に供給する直流電源装置に限定されるものではなく、交流電力を負荷に供給する交流電源装置にも適用可能である。

【符号の説明】

【0034】

Ｅ 畜電池
Ｓ1〜Ｓ3 開閉スイッチ
Ｌ チョークコイル（インダクタ）
Ｒ 抵抗器
Ｃ コンデンサ
Ｈ ＤＣ−ＤＣコンバータ（電力変換回路）
Ｓ4，Ｓ5 選択スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】