JP6552202B2 - 給電制御システム - Google Patents

Description

本発明は、外部給電機能を持つ給電装置から負荷に給電するために使用される給電制御システムに関するものである。

蓄電池、燃料電池のような外部給電機能を持つ給電装置から、停電時に住宅側の負荷に給電するシステムが従来から使用されており、その一例が特許文献１に記載されている。

このような外部給電機能を持つ給電装置から住宅側への給電を行なう場合には、給電装置側で発生したノイズやサージ電圧が負荷側に伝わらないように、給電装置と負荷との間に絶縁トランスを配置することが好ましい。しかし給電開始時にそれまで使用していない状態の絶縁トランスに電圧が印加された瞬間に、変圧器鉄心を励磁するための大きい励磁突入電流が流れ、その電流値が絶縁トランスの定格電流の数倍に達することがある。

従来のシステムにおいては、給電元（給電装置側）から順に開閉器を投入して行くことにより、過大な励磁突入電流の発生を防止している。しかし家庭で使用する際には必ずしもこの投入手順が守られるとは限らず、例えば開閉器を全て投入した状態で充電プラグを給電装置に差し込むことも考えられる。この場合には、過大な励磁突入電流と負荷装置の突入電流の重畳が給電装置側に流れ、給電装置の電源回路を故障させる原因となる。またこの故障を防止するために、給電が停止されることがある。

特開２０１４−７９１８号公報

本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、外部給電機能を持つ給電装置と住宅等の負荷との間に絶縁トランスを配置した場合にも、給電開始時における過大な励磁突入電流と負荷装置の突入電流の重畳による給電装置側への悪影響を軽減、及び配線用遮断器の不要トリップを防止することを目的とした給電制御システムを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、外部給電機能を備えた給電装置と、給電対象となる負荷装置を備え、絶縁トランスを介して給電装置から負荷装置へ電力を供給する給電制御システムであって、給電装置と絶縁トランスとの間に設けられ電路を開閉する給電側開閉部と、絶縁トランスと負荷装置との間に設けられ電路を開閉する負荷側開閉部と、給電側開閉部を閉路し、給電装置から絶縁トランスを励磁させるとともに、絶縁トランスの突入電流が減衰した後に、負荷側開閉部を閉路する制御装置とを備え、前記負荷側開閉部は電磁接触器または継電器となる開閉器と、漏電や過電流を検出して電路を遮断する配線用遮断器とを直列に接続したものであり、配線用遮断器は閉路しておき、前記制御装置は開閉器を開閉することを特徴とするものである。

好ましい実施形態においては、前記制御装置は、給電側開閉部の一次側の電圧を検出したときに給電側開閉部を閉路させる制御を行なうものである。また前記制御装置は、負荷側開閉部を開路させた後、または、負荷側開閉部の開路を確認した後に、給電側開閉部を閉路させる制御を行なうものである。

本発明の給電制御システムを用いれば、制御装置が給電側開閉部と負荷側開閉部を順次開閉するため、過大な励磁突入電流と負荷装置の突入電流が重畳して給電装置側に流れることを防止でき、安全に給電可能である。このためユーザーの操作方法を限定する必要がない。

給電側開閉部の一次側の電圧を検出したときに給電側開閉部を閉路させる制御を行なうようにすれば、ユーザーは接続手順を考慮する必要がなく、単に給電装置を動作させるだけでよい。

制御装置は、負荷側開閉部を開路させた後、または、負荷側開閉部の開路を確認した後に、給電側開閉部を閉路させる制御を行なうようにすれば、給電システムの安全性を高めることができる。

給電側開閉部もしくは負荷側開閉部を、電路の開閉を行なう開閉器と、過電流または漏電を検出したとき回路を遮断する配線用遮断器とからなるものとし、制御装置は開閉器の開閉動作制御を行なうようにすれば、頻繁に行われる開閉操作は開閉器により行い、短絡時や漏電時には配線用遮断器を動作させることができる。特に電磁接触器・継電器は電磁石によって電路を開閉する機構であるため摩耗が少なく、開閉操作を繰り返しても故障が発生しない利点がある。

本発明の実施形態を示す回路説明図である。 本発明の動作ステップの説明図である。 本発明の動作ステップの説明図である。 本発明の動作ステップの説明図である。 他の実施形態の筐体を示す正面図である。

以下に本発明の実施形態を示す。
図１は本発明の実施形態を示す回路説明図であり、１は外部給電機能を備えた給電装置、２は給電対象となる負荷装置、３は制御用機器が収納された筐体である。

外部給電機能を備えた給電装置１としては、燃料電池、太陽電池や商用電源により充電された蓄電池などを例示することができる。本実施形態では、給電装置１は蓄電池である。負荷装置２は住宅の非常用電灯や冷蔵庫などの、停電時にも動作を継続させることが望まれる負荷を例示することができる。

筐体３の内部には、絶縁トランス４と、給電側開閉部５と、負荷側開閉部６と、制御装置７が収納されている。絶縁トランス４は給電装置１と負荷装置２との間に設置され、発生したノイズやサージ電圧が他方に伝わることを防止する機能を持つ装置である。

給電側開閉部５は給電装置１と絶縁トランス４との間に配置されるもので、電磁接触器や継電器などの開閉器８と、過電流または漏電を検出したとき回路を遮断する配線用遮断器９とからなる。負荷側開閉部６は絶縁トランス４と負荷装置２との間に配置されるもので、電磁接触器や継電器などの開閉器１０と、過電流または漏電を検出したとき回路を遮断する配線用遮断器１１とからなる。しかし必ずしも開閉器と配線用遮断器とを必要とするものではなく、何れか一方とすることもできる。制御装置７はこれらの給電側開閉部５と負荷側開閉部６との開閉制御を行なう機器であり、その詳細は後述する。

図１に示すように、本実施形態では筐体３は絶縁トランス４のほか、給電側開閉部５、負荷側開閉部６、制御装置７等を収納され、その他、給電装置１に接続するためのケーブル１２の巻取り部１３を収納し、ケーブル１２の余長収納用の空間とすることも可能である。ただし給電側開閉部５や負荷側開閉部６は筐体３の外部に設けることもできるし、一方の開閉部のみを筐体３内に配置するものであっても良い。

前記したように、絶縁トランス４を使用していない状態、且つ、給電側開閉部５と負荷側開閉部６が閉路した状態において給電装置１から負荷装置２への給電を開始すると、過大な励磁突入電流と、負荷装置２の突入電流が重畳して給電装置１の電源回路を故障させる問題があった。これを避けるために本発明では制御装置７により、給電側開閉部５の閉路を検出した後に負荷側開閉部６を閉路する制御を行なう。すなわち、まず給電側開閉部５のみを閉路して絶縁トランス４を励磁する。その後に、負荷側開閉部６を閉路して負荷装置２への給電を開始するものである。このように、制御装置７が給電側開閉部５と負荷側開閉部６を順次開閉するため、過大な励磁突入電流と負荷装置２の突入電流の重畳を防止することができ給電装置１への悪影響を防止する。なお、制御装置７により給電側開閉部５と負荷側開閉部６の開閉制御を行うため、ユーザーの操作方法を限定する必要がない。

詳細な動作ステップは次の通りである。
（１）ユーザーがケーブル１２を筐体３から引出し、ケーブル先端のプラグ１４を給電装置１に接続する。
（２）制御装置７は給電側開閉部５の一次側の電圧を検出し、給電装置１への接続を確認する。（図２）
（３）一次側の電圧を検出したのち、給電側開閉部５のみを閉路する。
（４）絶縁トランス４が励磁される。（図３）
（５）励磁突入電流の減衰を検出したのち、制御装置７は負荷側開閉部６を閉路する。
（６）負荷装置２への給電が開始される。（図４）
（７）給電終了後には、負荷側開閉部６を開路したうえで給電側開閉部５を開路し、給電を終了する。

上記の（２）のステップにおける給電側開閉部５の一次側の電圧検出は、制御装置７の一次側の動作検出部により、配線用遮断器９の一次側端子部の電圧、もしくはプラグ１４の電圧を検出すればよい。

（３）の給電側開閉部５の閉路は、制御装置７の二次側の動作検出部により、負荷側開閉部６が開路されていることを検出するか、負荷側開閉部６を開路させた後に行なうものとし、給電システムの安全性を高めることが望ましい。または、制御装置７は給電側開閉部５が開路されている場合には、負荷側開閉部６も開路するように制御するものであっても良い。なお、給電側開閉部５は常に閉路されている場合があり、この場合にはプラグ１４を給電装置１に接続することや、給電装置１のＯＮ動作が絶縁トランス４の励磁の始まりとなる。給電側開閉部５は常に閉路されている場合には、給電装置１が動作していない状態もしくは、給電側開閉部５の電圧を検出しない場合では制御装置７は負荷側開閉部６を開路させておく制御を行なう。

（４）で絶縁トランス４の電圧が確立した後に（５）で制御装置７は負荷側開閉部６を閉路するのであるが、絶縁トランス４の励磁電流は数百ミリ秒で減衰するので、制御装置７は給電側開閉部５を閉路した後、所定時間経過後に負荷側開閉部６を閉路する制御を行なうこともできる。

この実施形態では、負荷側開閉部６を開閉器１０と配線用遮断器１１とからなるものとしたが、図５に示すように、配線用遮断器１１のみとすることもできる。しかし上記したように負荷側開閉部６は何度も開閉動作を行うため、回路の開閉動作に優れた電磁接触器・継電器となる開閉器１０を組み込むことが好ましい。特に電磁接触器・継電器として、電磁石の吸引によって電路を開閉する機構を用いる場合、配線用遮断器１１のように機械的に電路を開閉する構造よりも機械的な摩耗が少ない利点がある。ただし電磁接触器・継電器は短絡電流等の保護機能を有しないので、漏電や過電流を検出して電路を遮断する配線用遮断器１１を接続し、短絡事故対策を行うことが好ましい。この配線用遮断器１１は常に閉路しておけばよい。

給電側開閉部５は配線用遮断器９のみとしてもよいが、負荷側開閉部６と同様に開閉器８と配線用遮断器９との組み合わせとすることが好ましい。負荷側開閉部６の配線用遮断器９は、何らかの理由で短絡電流や漏電が発生したときなどに、給電装置１を保護することができる。

以上に説明したように、本発明によれば、給電開始時における過大な励磁突入電流と負荷装置２の突入電流による給電装置側への悪影響を軽減することができる。

１ 給電装置
２ 負荷装置
３ 筐体
４ 絶縁トランス
５ 給電側開閉部
６ 負荷側開閉部
７ 制御装置
８ 開閉器
９ 配線用遮断器
１０ 開閉器
１１ 配線用遮断器
１２ ケーブル
１３ 巻取り部
１４ プラグ

Claims (3)

1. 外部給電機能を備えた給電装置と、給電対象となる負荷装置を備え、絶縁トランスを介して給電装置から負荷装置へ電力を供給する給電制御システムであって、
   給電装置と絶縁トランスとの間に設けられ電路を開閉する給電側開閉部と、絶縁トランスと負荷装置との間に設けられ電路を開閉する負荷側開閉部と、給電側開閉部を閉路し、給電装置から絶縁トランスを励磁させるとともに、絶縁トランスの突入電流が減衰した後に、負荷側開閉部を閉路する制御装置とを備え、
   前記負荷側開閉部は電磁接触器または継電器となる開閉器と、漏電や過電流を検出して電路を遮断する配線用遮断器とを直列に接続したものであり、配線用遮断器は閉路しておき、前記制御装置は開閉器を開閉することを特徴とする給電制御システム。
2. 前記制御装置は、給電側開閉部の一次側の電圧を検出したときに、負荷側開閉部及び給電側開閉部を閉路させる制御を行なうものであることを特徴とする請求項１記載の給電制御システム。
3. 前記制御装置は、負荷側開閉部を開路させた後、または、負荷側開閉部の開路を確認した後に、給電側開閉部を閉路させる制御を行なうものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の給電制御システム。

Images