JP6557600B2 - 電源装置、その制御方法および制御プログラム - Google Patents

Description

本発明はたとえば、ガスエンジン発電機や系統電源などの２系統から給電される電源装置およびその制御技術に関する。

ガスエンジン発電機では、エンジンの起動時などに給電するバッテリが備えられる。このバッテリの充電には商用交流電源などの系統電源または発電機出力が用いられる。

このようなバッテリの充電に関し、系統電源および発電機を用いてバッテリを充電する電源装置が知られている（たとえば、特許文献１）。この電源装置では、２系統の電源を切り替えるためリレー接点が備えられ、発電機の運転時、リレー接点を閉じてエンジン発電機からバッテリに給電し、発電機の運転停止時、リレー接点を開いて系統電源からバッテリに給電する。

特開平２−２３０３９号公報

系統電源のみでバッテリの充電を行う充電システムでは系統電源の停電時間が長くなると、その間に発電機の運転でバッテリが消費されるので、発電機の運転時間がバッテリ容量に依存し、長時間に亘って発電機を運転することができない。

発電機出力のみでバッテリの充電を行う充電システムでは、発電機の停止時間が長くなると、バッテリが自然放電により消耗し、発電機を起動できないおそれがある。

これに対し、系統電源または発電機出力の双方でバッテリ充電が可能なハイブリッド充電システムでは、発電機の運転時、発電機出力で充電することによりバッテリの消費を抑制できるので、発電機の長時間運転が可能である。また、発電機の停止時間が長くなっても、系統電源で充電してバッテリの自然放電分を補填できるし、バッテリを満充電状態に維持することができる。

ところで、このような２系統からの充電が可能なハイブリッド充電システムでは、２系統の給電切替えが必要となる。たとえば、系統正常時には、エンジン始動モードから発電モードへの移行時点、発電モードから待機モードへの移行時点、始動モード中の停電発生時点、系統停電時には発電モードから待機モードへの移行時点、始動モード中には系統復帰時点などで給電が切替えられる。

このような給電切替えにはリレーが用いられ、しかも、系統電源や発電機出力で充電電力を得る電源回路が備えられている。この電源回路には系統電源や発電機出力の給電時に充電される複数のコンデンサが含まれる。給電切替えにおいて、コンデンサが放電状態（無電荷状態ないし低電荷状態）から急激に充電状態に移行すると、コンデンサの端子間に電位差が生じるとともに、充電に伴う過大な突入電流が流れる。給電切替えにおいても、給電状態から無給電状態、コンデンサが放電状態になる場合には突入電流は流れないし、コンデンサの放電電流は問題にならない。

突入電流が生じた場合には、閉状態となるリレー接点には、接点間に放電を生じ、過大な突入電流が数十アンペアに達し、接点電極を溶着させるという課題がある。

このような接点溶着を回避するため、切替え容量の大きいリレーを用いると、リレーが大型化し、低コスト化を妨げるという課題がある。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、給電切替え時の突入電流を抑制し、リレーの大型化を防止し、設備コストを低減することにある。

上記目的を達成するため、本発明の電源装置の一側面によれば、エンジンの駆動力を受けて発電する発電機と、少なくとも前記エンジンに電力を供給するバッテリと、前記バッテリに給電される第１の電力を出力する第１の電源回路と、前記エンジンに給電される第２の電力を出力する第２の電源回路とを備える電源部と、前記電源部と系統電源との接続または前記電源部と前記発電機との接続のいずれかに切替える第１の切替え手段と、前記バッテリと前記第１の電源回路との接続または前記バッテリと前記第２の電源回路との接続のいずれかに切替える第２の切替え手段と、前記第１の切替え手段と前記第２の切替え手段の制御を行う切替え制御部とを備え、前記切替え制御部は、前記系統電源の正常時、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続にし、前記第２の切替え手段を前記バッテリと前記第２の電源回路との接続とすることで、前記系統電源と前記バッテリからの給電により前記エンジンを起動させて前記発電機を始動させ、前記発電機の発電出力が安定状態に移行するまで前記電源部に対する給電を前記系統電源で維持し、前記安定状態に移行した際に、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記発電機との接続に切替えて前記電源部に対する給電を前記系統電源から前記発電機に切り替え、前記発電機の発電を終了させる際、前記発電機の発電電圧が低下する前に、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続に切替えて、前記電源部に対する給電を前記発電機から前記系統電源に切り替え、または、系統電源の停電時、該停電の検知時点で、前記第２の切替え手段を前記バッテリと前記第２の電源回路との接続に切替えて、前記バッテリからの給電によって前記エンジンを起動させて前記発電機の発電を開始させ、前記第１の切替え手段を前記発電機からの給電に切替えて、前記電源部に対する給電を前記系統電源から前記発電機に切り替えればよい。

上記電源装置において、前記電源部は、入力側または出力側の少なくとも一方または双方に前記系統電源または前記発電機の出力を受けた際に充電電流が流れる蓄電素子を備えてよい。

上記目的を達成するため、本発明の電源装置の制御方法の一側面によれば、系統電源から給電され、エンジンの駆動力を受けて発電する発電機を含む電源装置の制御方法であって、バッテリから少なくとも前記エンジンに電力を供給する工程と、電源部の第１の電源回路から前記バッテリに給電される第１の電力、または前記電源部の第２の電源回路から前記エンジンに給電される第２の電力のいずれか一方または双方を出力する工程と、系統電源の正常時、前記電源部と前記系統電源との接続または前記電源部と前記発電機との接続のいずれかに切替える第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続にするとともに、前記バッテリと前記第１の電源回路との接続または前記バッテリと前記第２の電源回路との接続のいずれかに切替える第２の切替え手段を前記バッテリと前記第２の電源回路との接続とすることで、前記系統電源と前記バッテリからの給電によって前記エンジンを起動させて前記発電機を始動させ、前記発電機の発電出力が安定状態に移行するまで前記電源部に対する給電を前記系統電源で維持し、前記安定状態に移行した際に、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続から前記電源部と前記発電機との接続に切替えて前記電源部に対する給電を前記系統電源から前記発電機に切り替え、前記発電機の発電を終了させた際、前記発電機の発電電圧が低下する前に、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記発電機との接続から前記電源部と前記系統電源との接続に切替えて、前記電源部に対する給電を前記発電機から前記系統電源に切り替え、または、系統電源の停電時、該停電の検知時点で、前記第２の切替え手段を前記バッテリと前記第２の電源回路との接続に切替えて、前記バッテリからの給電によって前記エンジンを起動させて前記発電機の発電を開始させ、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続から前記電源部と前記発電機との接続に切替えて前記電源部に対する給電を前記系統電源から前記発電機に切り替える、いずれかの工程またはこれらの工程から選択された２以上の工程とを含んでよい。

上記目的を達成するため、本発明の電源装置の制御プログラムの一側面によれば、系統電源から給電され、エンジンの駆動力を受けて発電する発電機を含む電源装置に搭載されたコンピュータに実行させる制御プログラムであって、バッテリから少なくとも前記エンジンに電力を供給させる機能と、電源部の第１の電源回路により前記バッテリに給電される第１の電力、または前記電源部の第２の電源回路から前記エンジンに給電される第２の電力のいずれか一方または双方を出力させる機能と、系統電源の正常時、前記電源部と前記系統電源との接続または前記電源部と前記発電機との接続のいずれかに切替える第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続にするとともに、前記バッテリと前記第１の電源回路との接続または前記バッテリと前記第２の電源回路との接続のいずれかに切替える第２の切替え手段を前記バッテリと前記第２の電源回路との接続とすることで、前記系統電源と前記バッテリからの給電によって前記エンジンを起動させて前記発電機を始動させ、前記発電機の発電出力が安定状態に移行するまで前記電源部に対する給電を前記系統電源で維持し、前記安定状態に移行した際に、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続から前記電源部と前記発電機との接続に切替えて前記電源部に対する給電を前記系統電源から前記発電機に切り替え、前記発電機の発電を終了させた際、前記発電機の発電電圧が低下する前に、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記発電機との接続から前記電源部と前記系統電源との接続に切替えて、前記電源部に対する給電を前記発電機から前記系統電源に切り替え、または、系統電源の停電時、該停電の検知時点で、前記第２の切替え手段を前記バッテリと前記第２の電源回路との接続に切替えて、前記バッテリからの給電によって前記エンジンを起動させて前記発電機の発電を開始させ、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続から前記電源部と前記発電機との接続に切替えて前記電源部に対する給電を前記系統電源から前記発電機に切り替えさせる、いずれかの機能またはこれらの機能から選択された２以上の機能とを備えればよい。

本発明によれば、次のような効果が得られる。

(1) 給電切替えによる突入電流を回避できる。

(2) 切替え手段に電流容量の小さいリレー設定を用いて、溶着などの不都合を回避できそる。

(3) 電源装置の製造コストやメンテナンスコストを低減できる。

本発明の第１の実施の形態に係る電源装置および電源部の一例を示す図である。 給電切替えの手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る電源装置の一例を示す図である。 電源部の一例を示す図である。 電源装置の待機モードおよび始動モードを説明するための図である。 電源装置の発電モードおよび系統電源による充電モードを説明するための図である。 電源装置の待機モードおよび発電モードを説明するための図である。 電源制御の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施例に係る電源装置を示す図である。 電源装置の電気系統の一例を示す図である。 負荷の給電切替え系統を示す図である。 制御部の一例を示す図である。 動作モードの遷移および接続切替えを示す図である。 始動制御の処理手順を示すフローチャートである。 系統電源の停電チェックの処理手順を示すフローチャートである。 発電機の発電停止の処理手順を示すフローチャートである。 系統電源の正常時の第１の待機モードを説明するための図である。 系統電源の正常時の第１の始動モードを説明するための図である。 系統電源の正常時の発電モードの動作を説明するための図である。 系統電源の正常時の系統充電モードを説明するための図である。 系統電源の停電時の第２の待機モードを説明するための図である。 系統電源の停電時の第２の始動モードを説明するための図である。 系統電源の停電時の発電モードを説明するための図である。 系統電源正常時の非常停止モードを説明するための図である。 節電モードを説明するための図である。

〔第１の実施の形態〕

図１のＡは、第１の実施の形態に係る電源装置を示している。図１のＡに係る構成は本発明の電源装置の一例であり、本発明が係る構成に限定されるものではない。

この電源装置２には第１の電源として系統電源４が接続され、この系統電源４の停電時または正常時に用いられる第２の電源として発電機６が備えられる。系統電源４はたとえば、定格電圧１００〔Ｖ〕または２００〔Ｖ〕の単相三線式の商用交流電源であり、発電機６は同様の交流出力を発電する。この発電機６はたとえば、エンジン発電機であり、エンジン発電機には駆動源としてエンジン８が備えられる。

系統電源４および発電機６には負荷１０が接続されている。この負荷１０はいわゆるユーザ負荷であり、主として系統電源４の正常時に給電する負荷１０−１、主として系統電源４の停電時に給電する負荷１０−２が含まれる。負荷１０−２はたとえば、非常灯などの系統電源４の停電時に不可欠な負荷であればよい。

この電源装置２には第３の電源としてバッテリ１２、第４の電源として電源部１４、切替え手段１６が備えられる。このバッテリ１２は系統電源４の停電時、非常電源として少なくともエンジン８に電力を給電する。このエンジン８の駆動力が発電機６に付与され、発電が行われる。バッテリ１２は、エンジン８に対して起動用電力を供給する充放電可能な電池であればよい。電源部１４は、系統電源４または発電機６の出力を受け、第１および第２の電力を出力する。

切替え手段１６は電源部１４に対する給電を系統電源４または発電機６の発電出力を状況に応じて切り替える。この給電切替えには、次の切替えパターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３のいずれかひとつまたは２以上が含まれる。
Ｐ１： 系統電源の正常時、発電機６を始動させた際、発電機６の発電出力が安定状態に移行するまで電源部１４に対する給電を系統電源４で維持し、安定状態に移行した際に、電源部１４に対する給電を系統電源４から発電機６に切り替える。
Ｐ２： 系統電源４の正常時、発電機６の発電を終了させた際、発電機６の発電電圧が低下する前に電源部１４に対する給電を発電機６から系統電源４に切り替える。
Ｐ３： 系統電源４の停電時、該停電の検知時点で、電源部１４に対する給電を系統電源４から発電機６に切り替える。

切替え手段１６には第１のスイッチ１６−１が備えられ、このスイッチ１６−１はたとえば、リレー接点であり、切替え制御部１７によって切り替えられる。スイッチ１６−１は、待機時、系統側接点ａに切り替えられ、発電機６の運転時、発電側接点ｂに切り替えられ、系統電源４の正常時、電源部１４には系統電源４から給電され、発電機６の運転時、発電機６から給電される。

切替え制御部１７はたとえば、コンピュータで構成し、システムの状態に応じてスイッチ１６−１の切り替えなどの制御を行う。系統電源４の停電の検出には、停電検出回路を備えて系統電源４が正常か停電かを判断すればよい。電源部１４は、単一の電源回路で構成して第１および第２の電力を出力してもよいし、二以上の電源回路を備えて第１および第２の電力を出力させてもよい。

そして、エンジン８には、エンジン稼動部１８−１、エンジンＡＳＳＹ１８−２が備えられる。エンジン稼動部１８−１は燃料ガスを燃焼させて回転し、発電機６を稼働する。エンジンＡＳＳＹ１８−２は、駆動回路やセンサ類などを備え、エンジン稼動部１８−１に組み付けられる。このエンジンＡＳＳＹ１８−２は、電源部１４およびバッテリ１２から給電される系統・発電・バッテリ負荷部１８−２１と、バッテリ１２のみから給電されるバッテリ負荷部１８−２２を含む。

電源部１４のバッテリ出力側（第１の電力側）には第２のスイッチ１６−２が備えられる。スイッチ１６−２はバッテリ１２の充電時に閉じられる。このとき、電源部１４の出力でバッテリ１２が充電状態となる。

電源部１４の負荷出力側（第２の電力側）とバッテリ１２との間には逆流阻止手段２０が備えられる。この逆流阻止手段２０は、スイッチ１６−２が開かれて、電源部１４から第２の電力がエンジンＡＳＳＹ１８−２側への給電される際、電源部１４からバッテリ１２への逆流を阻止する。この逆流阻止手段２０には電流の逆流を阻止する回路や素子であればよく、電流方向を一方向に規制するたとえばダイオードを用いればよい。

図１のＢは、電源部１４に用いられる電源回路の一例を示している。この電源回路１４０では、系統電源４または発電機６の発電出力を変圧し、所定の直流出力を生成する。第１の整流部２２では系統電源４または発電機６の出力が整流される。平滑部２４は蓄電素子の一例としてコンデンサ２８を備え、整流部２２の出力を平滑し、その出力がＤＣＤＣコンバータ（以下「ＤＣ／ＤＣ」と称する）２６に加えられる。

ＤＣ／ＤＣ２６は直流入力を交流に変換して変圧した後、直流に変換する。すなわち、スイッチング部３０では平滑部２４からの入力をスイッチングして交流に変換する。変圧部３２は交流を所望の電圧に変圧する。第２の整流部３４は変圧部３２の出力を整流する。平滑部３６は、蓄電素子の一例であるコンデンサ３８を備えて変圧部３２の出力を平滑することにより、バッテリ１２の充電や系統・発電・バッテリ負荷部１８−２１の駆動に適した直流出力を生成する。

図２は、電源部１４に対する給電切替え処理の手順の一例を示している。この手順は、切替え制御部１７に搭載されたコンピュータによって実行すればよいが、シーケンサなどで実行してもよい。

この手順では、系統電源４が正常時かを判断する（Ｓ１０１）。系統電源４の正常時であれば（Ｓ１０１のＹＥＳ）、発電機６が始動かを判断する（Ｓ１０２）。

発電機６の発電出力を監視し（Ｓ１０３）、発電機６の発電出力が安定状態に移行したかを判断する（Ｓ１０４）。発電機６の発電出力が安定状態に移行していなければ（Ｓ１０４のＮＯ）、電源部１４に対する給電を系統電源４で維持する（Ｓ１０５）。発電機６の発電出力が安定状態に移行すれば（Ｓ１０４のＹＥＳ）、電源部１４に対する給電を系統電源４から発電機６の発電出力に切り替える（Ｓ１０６）。発電機６の発電を監視し（Ｓ１０７）、発電機６の発電終了かを判断する（Ｓ１０８）。

発電機６の発電の終了であれば（Ｓ１０８のＹＥＳ）、電源部１４への給電を発電機６から系統電源４へ切替えかを判断する（Ｓ１０９）。電源部１４への給電を発電機６から系統電源４へ切替えであれば（Ｓ１０９のＹＥＳ）、発電機６の発電電圧が低下する前に電源部１４に対する給電を発電機６から系統電源４に切り替える（Ｓ１１０）。

そして、系統電源の停電時であれば（Ｓ１０１のＮＯ）、該停電の検知時点で、電源部１４に対する給電を系統電源４側から発電機６に切り替える（Ｓ１１１）。

この手順において、Ｓ１０１〜Ｓ１０７は切替えパターンＰ１の一例であり、Ｓ１０８〜Ｓ１１０は切替えパターンＰ２の一例であり、また、Ｓ１１１は切替えパターンＰ３の一例である。この手順では、これら切替えパターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３のいずれかまたは２以上を備える処理としてもよい。

＜第１の実施の形態の効果＞

この第１の実施の形態によれば、次のような効果が得られる。

(1) バッテリ１２の充電に用いられる電源部１４に給電する際、電源部１４に含まれるコンデンサ２８、３８の端子間に電位差による突入電流を回避でき、従前の突入電流による接点間融着を回避できる。この結果、切替え手段１６のスイッチ１６−１に電流容量の小さいリレー接点を用いることができ、スイッチ１６−１のコスト低減化を図ることができる。

(2) 系統電源４の停電時などに備えるバッテリ１２を系統電源４および発電機６の２系統電源からの選択的な給電でバッテリ１２を充電でき、非常時などに備えることができる。つまり、系統電源４のみの充電や、発電出力のみの充電による不都合を回避でき、２系統電源による利点を確保しつつ、スイッチ１６−１に用いるＡＣ切替えリレーなどの切替え接点を防護でき、信頼性の高い電源装置を提供できる。

〔第２の実施の形態〕

図３は、第２の実施の形態に係る電源装置を示している。図３において、図１と同一部分には、同一符号を付してある。

この実施の形態の電源部１４では、第１の電源回路１４−１と、第２の電源回路１４−２が備えられる。ここで、第１および第２の電源回路１４−１、１２−２は電源部１４が二つの電源回路を備えることを限定するものではなく、三つ以上の電源回路を備えてよい。第１の電源回路１４−１は、既述の第１の電力として、バッテリ１２に充電用電力を供給する充電用回路である。この電源回路１４−１には系統電源４の正常時、系統電源４から給電され、発電機６の運転時、発電機６から給電される。

電源回路１４−２は、電源回路１４−１と別個に設置され、系統電源４の正常時、系統電源４から給電し、発電機６の運転時、発電機６から給電することにより、既述の第２の電力として、エンジンＡＳＳＹ１８−２に含まれる系統・発電・バッテリ負荷部１８−２１などに電力を供給する負荷用電源回路である。この実施の形態では、電源部１４に第１および第２の電源回路１４−１、１２−２を備えて２つの電力を生成させて取り出しているが、単一の電源回路を備えて、第１および第２の電力を取り出してもよい。

スイッチ１６−１は、第１の切替え手段として電源回路１４−１、１２−２の入力側に設置され、切替え制御部１７により切り替えられる。このスイッチ１６−１は待機時、系統側接点ａに切り替えられ、発電機６の運転時、発電側接点ｂに切り替えられる。これにより、系統電源４の正常時、電源回路１４−１、１４−２には系統電源４が給電され、発電機６の運転時、発電機６から給電される。

この実施の形態では、既述のスイッチ１６−２（図１）に代え、第２の切替え手段としてスイッチ１６−３が備えられる。スイッチ１６−３では電源回路１４−１側接点ｃおよび電源回路１４−２側接点ｄの２接点を備えるとともに、スイッチ１６−１と同様に切替え制御部１７により制御される。電源回路１４−１の電力によるバッテリ１２の充電時に電源回路１４−１側接点ｃに切り替えられ、それ以外の場合に電源回路１４−２側接点ｄに切り替えられる。

逆流阻止手段２０は、スイッチ１６−３が電源回路１４−２側接点ｄ側に切り替られた際、バッテリ１２からエンジンＡＳＳＹ１８−２への給電に対し、電源回路１４−２の出力がバッテリ１２側に逆流するのを阻止する。

切替え制御部１７は第１の実施の形態と同様にたとえば、コンピュータで構成し、システムの状態に応じてスイッチ１６−１、１６−３の双方の切り替えなどの制御を行う。

図４は、スイッチ１６−１および電源回路１４−１、１４−２の構成例を示している。スイッチ１６−１は２組のスイッチ１６−１１、１６−１２で構成され、共に系統側接点ａおよび発電側接点ｂが備えられる。スイッチ１６−１１、１６−１２はリレーで構成でき、１６０は接点切替え用の操作コイルである。

電源回路１４−１は、図１のＢに示す電源回路１４と同様に、整流部２２−１、平滑部２４−１、ＤＣ／ＤＣ２６−１、コンデンサ２８−１、スイッチング部３０−１、変圧部３２−１、整流部３４−１、平滑部３６−１およびコンデンサ３８−１を備え、系統電源４または発電機６の発電出力を受け、所定の直流電力を生成する。電源回路１４−２は、既述の電源回路１４と同様に、整流部２２−２、平滑部２４−２、ＤＣ／ＤＣ２６−２、コンデンサ２８−２、スイッチング部３０−２、変圧部３２−２、整流部３４−２、平滑部３６−２およびコンデンサ３８−２を備え、系統電源４または発電機６の発電出力を受け、所定の直流電力を生成する。

そして、電源装置２の動作には、待機モードおよび始動モード（図５）、発電モード（図６のＡ）、系統電源４による充電モード（図６のＢ）、系統電源４の停電時の待機モードおよび始動モード（図７のＡ）、発電モード（図７のＢ）が含まれる。

(1) 系統電源４の正常時の動作

系統電源４の正常時、図５に示すように、負荷１０−１に系統電源４が給電されるとともに、電源回路１４−１、１４−２にも系統電源４が給電される。エンジンＡＳＳＹ１８−２には、電源回路１４−２およびバッテリ１２が接続されるが、バッテリ１２の出力電圧より電源回路１４−２の出力電圧が高くバッテリ１２から電流が流れないため、バッテリ１２は消費されない。

系統電源４の正常時、エンジン稼動部１８−１を起動する場合、図５に示すように、スイッチ１６−３は電源回路１４−２側接点ｄに切り替えられ、バッテリ１２の充電を停止し、放電状態に移行させる。エンジンＡＳＳＹ１８−２にはバッテリ１２および電源回路１４−２が接続されているので、系統電源４の正常時であっても、エンジン稼動部１８−１を起動させることができる。

図６のＡに示すように、エンジン稼動部１８−１が駆動状態となり、発電機６が発電を開始した後、スイッチ１６−１を発電側接点ｂに切り替えると、発電出力が電源回路１４−１、１４−２に給電される。これにより、発電出力で電源回路１４−１、１４−２の出力が生成される。スイッチ１６−３は電源回路１４−１側接点ｃに切替えられる。電源回路１４−１から出力される充電用電力により、バッテリ１２が充電される。

発電機６から発電出力が得られれば、この発電出力は負荷１０−２に給電される。これにより、負荷１０−２を駆動することができる。また、破線で示すように、発電出力を系統電源４に代え、負荷１０−１に給電することも可能である。

系統電源４の正常時、バッテリ電圧が低下した際には図６のＢに示すように、エンジン停止中でも、スイッチ１６−１は系統側接点ａに切替えられ、スイッチ１６−３は電源回路１４−１側接点ｃに切替えられる。負荷１０−１に系統電源４が給電されるとともに、電源回路１４−１、１４−２にも系統電源４が給電される。電源回路１４−１から出力される充電用電力により、バッテリ１２が充電される。

(2) 系統電源４の停電時の動作

系統電源４の停電時、図７のＡに示すように、スイッチ１６−１は系統側接点a に切り替えられ、スイッチ１６−３は電源回路１４−２側接点ｄに切り替えられる。バッテリ１２の出力は電源回路１４−２の出力側からエンジンＡＳＳＹ１８−２に給電され、エンジンＡＳＳＹ１８−２によりエンジン稼動部１８−１が起動される。このエンジン稼動部１８−１の起動により、発電機６の発電が開始される。

発電出力は負荷１０−２に給電されるが、場合によっては負荷１０−１にも給電してよい。

図７のＢに示すように、スイッチ１６−１を発電側接点ｂに切替えると、発電出力が電源回路１４−１、１２−２に給電される。スイッチ１６−３を接点ｃに切替えると、電源回路１４−１から出力される充電用電力により、バッテリ１２が充電される。

図８は、電源装置２の電源制御の処理手順の一例を示している。この処理手順は、電源装置の制御方法または制御プログラムの一例を示している。

この処理手順は、系統電源４の正常時、発電機６を起動させる場合の手順である。発電機６の起動指示があるかを判断する（Ｓ２０１）。発電機６の起動指示があれば（Ｓ２０１のＹＥＳ）、スイッチ１６−１を系統側接点ａの状態でスイッチ１６−３を電源回路１４−２側接点ｄに切り替える（Ｓ２０２）。

エンジン稼動部１８−１が起動し、発電機６が発電を開始する（Ｓ２０３）。エンジンＡＳＳＹ１８−２には常時通電され、所定の手順によりエンジン８を始動させることができる。

スイッチ１６−１を発電側接点ｂに切り替える（Ｓ２０４）。この発電機６の発電出力が電源回路１４−１、１２−２に給電される（Ｓ２０５）。

発電機６の発電時、切替え制御部１７によりスイッチ１６−３が電源回路１４−１側接点ｃに切り替えられ（Ｓ２０６）、バッテリ１２が電源回路１４−１の出力により充電される（Ｓ２０７）。

そして、この第２の実施の形態においても、既述の第１の実施の形態と同様の処理手順（図２）の制御動作を行えば、給電切替えによる突入電流が生成されるのを阻止することができる。

＜第２の実施の形態の効果＞

斯かる構成によれば、次のような効果が得られる。

(1) 斯かる構成においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

(2) 発電機６の出力または系統電源４の給電によりバッテリ１２に充電用電力を出力する第１の電源回路１４−１と別個に、発電機６の出力または系統電源４の給電により充電用電力以外の負荷用電力を出力する第２の電源回路１４−２を備える。これにより、系統電源４または発電機６の出力の何れからもバッテリ１２を充電でき、バッテリ１２を常に発電機６の起動に必要な充電状態に維持することができる。この結果、電源装置２の多様性を高めることができる。

(3) 系統電源４の正常時、バッテリ１２の出力を用いてエンジン稼動部１８−１を起動し、発電機６に発電させることができる。

上記実施の形態では、バッテリ１２の負荷としてエンジンＡＳＳＹ１８−２を一例として記載しているが、エンジン稼動部１８−１に供給する燃料電磁弁などのエンジンＡＳＳＹ１８−２以外の負荷を含んでもよい。

図９は、一実施例に係る電源装置を示している。図９において、図３と同一部分には同一符号を付してある。

この電源装置２は装置筐体４２を備え、この装置筐体４２には発電機６、エンジン稼動部１８−１、エンジンＡＳＳＹ１８−２（図１０）、発電制御ユニット（ＧＣＵ）４４などが備えられている。

発電機６には自動電圧調整器（Automatic Voltage Regulator ：ＡＶＲ）４６が備えられ、このＡＶＲ４６は、発電出力を一定電圧に調整する。

エンジン８は、たとえば、水冷エンジンである。このエンジン８には、燃料供給部４８、吸気部５０、ミキサー５２、点火部５４、スタータ５６、クーラント部５８および排気部６０が備えられる。燃料供給部４８は燃料電磁弁６２（図１０）を構成する電磁弁（ＭＶ）６２−１、電磁弁（ＳＶ）６２−２およびガスレギュレータ６４を備えて燃料ガスＧをエンジン８のミキサー５２に供給する。吸気部５０は装置筐体４２の壁面部から空気Ａｒを取込み、ミキサー５２に供給する。ミキサー５２はミキサー駆動部６６によって駆動し、燃料ガスＧと空気Ａｒから混合気を生成し、エンジン稼動部１８−１に供給する。点火部５４は複数のスパークプラグ６８−１、６８−２、６８−３、点火コイル７０−１、７０−２、７０−３およびイグナイタ７２を備え、点火動作を行う。スタータ５６は、バッテリ１２を電源として回転し、エンジン稼動部１８−１を始動させる。クーラント部５８はウォーターポンプ７４、ラジエータ７６、ラジエータファン７８を備えて冷却水を循環させ、この冷却水によりエンジン８を冷却する。排気部６０にはマフラー８０を備え、マフラー８０からエンジン排気（ＥＧ）を行う。

冷却水温度は温度センサ８２−１で検出され、エンジン稼動部１８−１の回転速度は速度センサ８２−２で検出され、カム位置はカムポジションセンサ８２−３で検出され、エンジン稼動部１８−１のオイル圧力が正常か異常かを油圧スイッチ８２−４で検出する。

エンジンＡＳＳＹ１８−２は、エンジン稼動部１８−１の起動に用いられる機能部およびその部品である。

ＧＣＵ４４には発電機６の発電出力が給電されるとともに、サージ吸収回路８４を介して系統電源４が給電される。サージ吸収回路８４は、系統電源４からのサージを吸収する。ＧＣＵ４４は、系統電源４が正常か停電かを監視し、発電機６の発電制御などを行う。このＧＣＵ４４には操作パネル４５が併設されており、この操作パネル４５では運転開始、運転停止、運転情報などの情報表示を行う。

この例では、自動切替えスイッチ（ＡＴＳ：Auto Transfer Switch) ８６が備えられ、系統電源４の正常時、負荷１０−１にはＡＴＳ８６を介して系統電源４が給電される。系統電源４の停電時、負荷１０−１にはＡＴＳ８６を介して発電機６の出力が給電され、同時に負荷１０−２に電磁接触器８８を介して発電機６の出力が給電される。なお、ＧＣＵ４４では系統電源４の正常時、発電機６を動作させ、発電を可能にしている。

＜制御系統＞

図１０は、電源装置２の制御系統を示している。ＧＣＵ４４にはフィルタ９０、停電検出回路９２、充電電源回路９４、負荷電源回路９６、第１の電圧測定回路９８−１、第２の電圧測定回路９８−２、電流測定回路１００、制御部１０２、制御電源回路１０４およびＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２が含まれる。

フィルタ９０は、系統電源４からの交流入力から不要周波信号を除去する。停電検出回路９２は系統電源４の停電を検出し、系統電源４が正常か、停電かを表す検出出力を制御部１０２に入力する。

充電電源回路９４は既述の電源部１４の第１の電源回路１４−１の一例であり、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２を介して系統電源４および発電機６に接続されており、バッテリ１２に対する充電用出力を生成する。この充電用出力が、充電リレー１０８およびバッテリ接続スイッチ１１０を介してバッテリ１２の正極（＋）側に供給される。充電リレー１０８は充電時、接点ｃ側に閉じられ、バッテリ１２の放電時、接点ｄ側に閉じられる。このとき、バッテリ１２の出力は、バッテリ接続スイッチ１１０、充電リレー１０８およびダイオード１１２を介してエンジンＡＳＳＹ１８−２および燃料電磁弁６２側に給電される。ダイオード１１２は、既述の逆流阻止手段２０の一例である。バッテリ接続スイッチ１１０はバッテリ１２の接続時、常に閉状態で維持される。

負荷電源回路９６は既述の第１の電源回路１４−２の一例であり、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２を介して系統電源４および発電機６に接続されており、エンジンＡＳＳＹ１８−２や燃料電磁弁６２に対する給電出力を生成する。この負荷電源回路９６の出力は非常停止スイッチ１１４−１を介して燃料電磁弁６２に供給されるとともに、非常停止スイッチ１１４−２を介してエンジンＡＳＳＹ１８−２側に供給される。

電圧測定回路９８−１は、発電機６の発電時、発電電圧を測定し、この測定結果を制御部１０２に提供する。また、電圧測定回路９８−２は、バッテリ１２の出力電圧を測定し、この測定結果を制御部１０２に提供する。

電流測定回路１００は、発電機６の出力のＲ相、Ｔ相に設置されているカレントトランスＣＴの出力を受け、負荷１０−１、１０−２側に流れる電流を測定し、この測定結果を制御部１０２に提供する。

制御電源回路１０４は、バッテリ１２または負荷電源回路９６からの給電によりＧＣＵ４４に対する給電出力を生成する。

制御部１０２はたとえば、コンピュータで構成され、制御電源回路１０４からの給電、停電検出回路９２、電圧測定回路９８−１、９８−２、電流測定回路１００、エンジンＡＳＳＹ１８−２、筐体内温度センサ１１６の検出出力を受け、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、８６−１２、充電リレー１０８、電磁接触器制御リレー１１８などを制御する。電磁接触器制御リレー１１８は、制御部１０２の制御により電磁接触器８８の開閉を制御する。筐体内温度センサ１１６は、電源装置２の筐体内の温度を検出し、制御部１０２に提供する。

エンジンＡＳＳＹ１８−２には油圧スイッチ８２−４、速度センサ８２−２、温度センサ８２−１、点火コイル７０−１、７０−２、７０−３、イグナイタ制御部１２８、スタータ５６、ニードルモータ１３０、スロットルモータ１３２などが含まれる。イグナイタ制御部１２８はカムポジションセンサ８２−３で検出されるカムポジションに応じてイグナイタ７２に動作電流を流す。

スタータ５６および点火コイル７０−１、７０−２、７０−３にはバッテリ１２が接続されており、系統電源４の正常時または停電時の如何に拘らず、バッテリ１２から給電されている。速度センサ８２−２、イグナイタ制御部１２８、ニードルモータ１３０、スロットルモータ１３２および燃料電磁弁６２には、バッテリ１２または負荷電源回路９６から給電される。

図１１は、負荷の給電切替え系統の一例を示している。ＡＴＳ８６には、Ｕ相、Ｎ相、Ｖ相のそれぞれに切替えスイッチ８６−１、８６−２、８６−３が備えられる。切替えスイッチ８６−１、８６−２、８６−３の系統側接点ｅには系統電源４、その発電側接点ｆには電磁接触器８８を介して発電機６が接続されている。

電磁接触器８８には接点８８−１、８８−２、８８−３が備えられ、これら接点８８−１、８８−２、８８−３を開閉する操作コイル８８−４が備えられる。操作コイル８８−４は、電磁接触器制御リレー１１８を介して発電機６の出力であるＲ相およびＴ相間に接続されている。

系統電源４の正常時、切替えスイッチ８６−１、８６−２、８６−３は系統側接点ｅに切り替えられ、負荷１０−１に系統電源４が給電される。

系統電源４の停電時、切替えスイッチ８６−１、８６−２、８６−３は発電側接点ｆに切り替えられる。発電機６が発電を開始すると、この発電出力が電圧測定回路９８−１で検出される。この発電機６の出力電圧が所定電圧に到達したことを電圧測定回路９８−１が検出したとき、電磁接触器制御リレー１１８を動作させ、接点８８−１、８８−２、８８−３が閉じる。これにより、発電機６の発電出力が電磁接触器８８を通して負荷１０−２に給電される。このとき、切替えスイッチ８６−１、８６−２、８６−３は発電側接点ｆに切り替えられているので、負荷１０−２に発電出力が給電される。

発電機６から負荷１０−１、１０−２側に流れる電流は電流測定回路１００の測定値により制御部１０２で監視される。

なお、系統電源４が正常時であっても、発電機６を動作させれば、負荷１０−２に発電出力を給電し、このとき、ＡＴＳ８６の切替えスイッチ８６−１、８６−２、８６−３を発電側接点ｆに切り替えれば、発電出力を負荷１０−２側に給電することができる。

＜制御部１０２＞

図１２は、制御部１０２の構成例を示している。制御部１０２はコンピュータで構成し、プロセッサ１３６、記憶部１３８、通信部１４２、入出力部（Ｉ／Ｏ）１４４が備えられる。プロセッサ１３６は、記憶部１３８にあるＯＳ（Operating System）や発電制御プログラムなどの各種プログラムを実行し、制御出力を生成する。記憶部１３８は記憶素子としてたとえば、ＲＯＭ（Read-Only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）を備え、既述のＯＳや発電制御プログラムなどの各種のプログラムを格納している。ＲＯＭとしてたとえば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ）１４６を備え、プログラムの他、各種データを記憶する。ＲＡＭは情報処理のワークエリアとして用いられる。

通信部１４２は、外部機器の制御部と有線または無線によりデータの授受を行う。Ｉ／Ｏ１４４は検出信号の入力や制御信号の出力に用いられる。このＩ／Ｏ１４４には操作パネル４５上の素子、エンジンＡＳＳＹ１８−２、燃料電磁弁４２、停電検出回路９２、充電電源回路９４、負荷電源回路９６、電圧測定回路９８−１、９８−２、電流測定回路１００、ディップスイッチ１４７が接続されている。ディップスイッチ１４７はデフォルト値の設定などに用いられる。

操作パネル４５にはユーザにより操作される各種スイッチボタンやデータ提示手段としての表示器が備えられる。この操作パネル４５には、非常停止スイッチ１１４−１、１１４−２、表示切替えスイッチ１４８、状態表示素子１５０、運転／停止スイッチ１５２、セグメント表示部１５４、単位表示部１５６などが備えられる。非常停止スイッチ１１４−１、１１４−２は、非常時、ユーザ操作により閉状態から開状態に切り替えられる。

＜動作モードの遷移とＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２の切替え＞

図１３のＡは、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２の切替えを示している。ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２には、それぞれ系統側接点ａと発電側接点ｂを備え、双方向の矢印で示すように、いずれか一方に選択的に切り替える。系統側接点ａに切り替えると系統接続となり、系統電源４が正常であれば、系統電源４からの給電が有効となる。また、発電側接点ｂに切り替えると発電機接続となり、発電機６が発電状態であれば、発電機６の出力からの給電が有効となる。

図１３のＢは、電源装置２の動作モード（状態）の遷移を示している。この動作モードには、電源ＯＦＦの状態Ｍ０、系統電源４が正常時の第１の待機モードＭ１、充電モードＭ２、始動モードＭ３、発電モードＭ４、系統電源４の停電時の第２の待機モードＭ５、始動モードＭ６、発電モードＭ７が含まれる。各モードＭ０〜Ｍ７はＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２の接点切替え状態、つまり、系統側接点ａへの切り替えであれば既述の系統接続であり、発電側接点ｂへの切り替えであれば、発電機接続となる。

電源ＯＦＦの状態Ｍ０から系統電源４の正常時、または非常停止スイッチ１１４−１、１１４−２のＯＮからＯＦＦへの遷移により待機モードＭ１、系統電源４の停電時、または非常停止スイッチ１１４−１、１１４−２のＯＮからＯＦＦへの遷移により待機モードＭ５に遷移する。待機モードＭ１では、バッテリ電圧の低下により充電モードＭ２に遷移し、充電時間が経過すると、充電モードＭ２から待機モードＭ１に遷移する。充電モードＭ２において、系統電源４が正常から停電に移行すると、待機モードＭ５に遷移する。

待機モードＭ１で運転／停止スイッチ１５２をＯＦＦからＯＮに切り替えると、始動モードＭ３に遷移し、この始動モードＭ３から発電モードＭ４に自動的に遷移する。この発電モードＭ４で運転／停止スイッチ１５２をＯＮからＯＦＦに切り替えると、待機モードＭ１に遷移する。

待機モードＭ５で運転／停止スイッチ１５２をＯＦＦからＯＮに切り替えると、始動モードＭ６に遷移し、この始動モードＭ６から発電モードＭ７に自動的に遷移する。この発電モードＭ７で運転／停止スイッチ１５２をＯＮからＯＦＦに切り替えると、待機モードＭ５に遷移する。

待機モードＭ１−Ｍ５間、始動モードＭ３−Ｍ６間、また、発電モードＭ４−Ｍ７間では、系統電源４が正常か停電かで切り替えられる。

これらモードＭ０〜Ｍ７において、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２の切替えが生起するのは次のいずれかのパターンである。

Ａ．系統電源４の正常時、エンジン始動モードＭ３から発電モードＭ４への移行時
Ｂ．系統電源４の正常時、発電モードＭ４から待機モードＭ１への移行時
Ｃ．始動モードＭ３、Ｍ６中の停電発生時
Ｄ．系統電源４の停電中、発電モードＭ７から待機モードＭ５への移行時
Ｅ．始動モードＭ３、Ｍ６中、系統電源４の復帰

そこで、これらのパターンについて、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２の切替えを次のように制御する。

パターンＡ：発電機６の発電出力が安定状態に移行した後、切替えを行う。これにより、接点融着を防止できる。

パターンＢ：発電機６の発電終了を検知し、発電電圧を監視し、その低下前に切り替えを行う。これにより、コンデンサ２８−１、３８−１またはコンデンサ２８−２、３８−２の放電による電圧低下を回避すれば、端子間電位差の発生を防止でき、接点融着を防止できる。

パターンＣ：系統電源４の停電を検知すれば、瞬時に切替えを行う。これにより、コンデンサ２８−１、３８−１またはコンデンサ２８−２、３８−２の放電による電圧低下を回避でき、端子間電位差の発生を防止できるので、接点融着を防止できる。

パターンＤ：給電が無い状態への切替えである。このため、接点融着は生じない。

パターンＥ：ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２の切替えを回避する。これにより、接点融着を防止できる。

＜始動制御＞

図１４は、エンジン８の始動制御の処理手順を示している。この処理手順では、運転／停止スイッチ１５２がＯＮかを判断する（Ｓ３０１）。運転／停止スイッチ１５２がＯＦＦであれば（Ｓ３０１のＮＯ）、ＯＦＦ状態つまり待機状態を維持し、運転／停止スイッチ１５２がＯＮであれば（Ｓ３０１のＹＥＳ）、充電リレー１０８を充電ＯＦＦ側（接点ｄ側）に切り替え（Ｓ３０２）、エンジン原点チェックを行う（Ｓ３０３）。このエンジン原点チェックでは、ニードルバルブおよびスロットルを原点位置にあるかをチェックする。エンジン原点チェックで原点位置になければ、ニードルバルブおよびスロットルの初期位置への移動（Ｓ３０４）、燃料ガスＧの供給開始（Ｓ３０５）、クランキングを開始する（Ｓ３０６）。

クランキングの後、エンジン回転数がクランキング停止回転数のたとえば、８００〔ｒｐｍ〕以上であるかを判断する（Ｓ３０７）。エンジン回転数≧８００〔ｒｐｍ〕でなければ（Ｓ３０７のＮＯ）、エンジン回転数を監視する待機状態となる。

エンジン回転数≧８００〔ｒｐｍ〕であれば（Ｓ３０７のＹＥＳ）、クランキングの停止となり（Ｓ３０８）、エンジン回転数を目標回転数にする制御を開始する（Ｓ３０９）。

エンジン回転数が目標回転数の近傍で安定しているかを判断する（Ｓ３１０）。エンジン回転数が目標回転数の近傍で安定していなければ（Ｓ３１０のＮＯ）、エンジン回転数を監視する待機状態となる。

エンジン回転数が目標回転数の近傍で安定していれば（Ｓ３１０のＹＥＳ）、電圧測定回路９８−１、９８−２で発電電圧の測定を行い（Ｓ３１１）、測定された電圧が異常であるかを判断する（Ｓ３１２）。電圧が正常でなければ（Ｓ３１２のＮＯ）、継続して電圧測定回路９８−１、９８−２の測定値を監視する。

電圧が正常であれば（Ｓ３１２のＹＥＳ）、電磁接触器８８をＯＮさせ、負荷１０−２に発電電力の供給を開始する（Ｓ３１３）。この場合、ＡＴＳ８６が発電側に切り替えられていれば、負荷１０−１にも発電電力が供給される。

そして、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２を発電側（接点ｂ側）に切り替える（Ｓ３１４）。この場合、系統電源４が正常であれば、発電電圧が安定した後、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２を発電側に切り替え、突入電流を回避する。

このタイミングで、充電リレー１０８を充電側（接点ｃ側）に切り替え（Ｓ３１５）、バッテリ１２を発電電力による充電状態にする。

この処理手順において、Ｓ３０３〜Ｓ３１２の処理Ｐ４の期間を停電チェック期間とし、この期間で系統電源４の停電をチェックする。

図１５は、系統電源４の停電チェックの処理手順を示している。この停電チェックでは、系統電源４が停電したかを判断する（Ｓ４０１）。この停電チェックは、停電検出回路９２の出力により行えばよい。

系統電源４が停電すれば（Ｓ４０１のＹＥＳ）、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２を発電側接点ｂに切り替え（Ｓ４０２）、始動制御の手順にリターンする。また、系統電源４が停電していなければ（Ｓ４０１のＮＯ）、Ｓ４０２をスキップし、始動制御の手順にリターンする。

図１６は、発電停止の処理手順を示している。この発電停止の処理手順では、運転／停止スイッチ１５２がＯＮかを判定する（Ｓ５０１）。運転／停止スイッチ１５２がＯＮでなければ（Ｓ５０１のＮＯ）、異常発生かを判定する（Ｓ５０２）。この場合、異常はａ) たとえば、発電機６の発電能力を超える負荷などの過負荷、ｂ）油圧スイッチや温度センサなどの各種センサの異常、ｃ）発電機６の発電電圧が補正範囲を超えるなどの電圧不安定などである。

異常発生がなければ（Ｓ５０２のＮＯ）、Ｓ５０１に戻り、運転／停止スイッチ１５２がＯＮでなければ（Ｓ５０１のＮＯ）、異常発生を監視する。

また、運転スイッチ１５２がＯＮであれば（Ｓ５０１のＹＥＳ）、Ｓ５０２をスキップし、充電リレー１０８を充電ＯＦＦ側（接点ｄ側）に切り替え（Ｓ５０３）、ＡＣ切り替えリレー１０６−１１、１０６−１２を系統側接点ａに切り替える（Ｓ５０４）。この系統側接点ａへの切替えは、系統電源４の正常時、発電機８の発電が有効なうちに行うこととし、系統電源４の停電中は系統電源４からの給電がないため、系統側接点ａへの切替えは自由であるとすればよい。

電磁接触器８８をＯＦＦ（遮断状態）とし、負荷１０−２に対する電力供給を停止する（Ｓ５０５）。燃料ガスＧの供給を停止し（Ｓ５０６）、エンジン８の回転数を目標回転数に維持する制御を停止する（Ｓ５０７）。

エンジン８の原点移動を行う（Ｓ５０８）。この原点移動はニードルおよびスロットルの位置を原点に復帰させる操作である。

そして、エンジン８が停止したかを判断し（Ｓ５０９）、エンジン８の停止を監視し、エンジン８が停止すれば（Ｓ５０９のＹＥＳ）、発電停止となる。

＜動作モード＞

この電源装置２の動作モードには、後述のように、系統電源４の正常時に第１の待機モード（図１７）、始動モード（図１８）、発電モード（図１９）、系統充電モード（図２０）の動作モードがあり、系統電源４の停電時に第２の待機モード（図２１）、始動モード（図２２）、発電モード（図２３）があり、さらに、系統電源の正常時または停電時に非常停止モード（図２４）、節電モード（図２５）がある。

(1) 第１の待機モード（系統電源４の正常時）

図１７は、第１の待機モードを示している。この待機モードでは、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２を系統側接点ａに切り替える。これにより、系統電源４が充電電源回路９４および負荷電源回路９６に給電される。

この待機モードでは、充電リレー１０８が負荷電源回路９６側接点ｄに切り替えられるので、バッテリ１２が充電電源回路９４から切り離され、負荷側に接続される。しかし、負荷電源回路９６の出力電圧はバッテリ電圧より高いので、負荷電源回路９６の出力が優先し、速度センサ８２−２、イグナイタ制御部１２８、ニードルモータ１３０、スロットルモータ１３２、燃料電磁弁６２には負荷電源回路９６の出力が給電される。

このとき、点火コイル７０−１、７０−２、７０−３、スタータ５６にはバッテリ１２が直結されており、バッテリ出力が給電される。ただし、待機中、点火コイルやスタータはほとんど電力を必要としないので、これらに給電してもバッテリ１２の消費はない。

この場合、系統電源４が正常であるから、負荷１０−１にはＡＴＳ８６を通して系統電源４が給電される。

(2) 第１の始動モード（系統電源４の正常時）

図１８は、第１の始動モードを示している。この始動モードでは、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２を系統側接点ａに切り替える。これにより、系統電源４が充電電源回路９４および負荷電源回路９６に給電される。

この始動モードでは、充電リレー１０８が負荷電源回路９６側接点ｄに切り替えられるので、バッテリ１２が充電電源回路９４から切り離され、負荷側に接続される。しかし、負荷電源回路９６の出力電圧はバッテリ電圧より高いので、負荷電源回路９６の出力が優先し、速度センサ８２−２、イグナイタ制御部１２８、ニードルモータ１３０、スロットルモータ１３２、燃料電磁弁６２には負荷電源回路９６の出力が給電される。

このとき、点火コイル７０−１、７０−２、７０−３、スタータ５６にはバッテリ１２が直結されており、バッテリ出力が給電される。

この場合、系統電源４が正常であるから、負荷１０−１にはＡＴＳ８６を通して系統電源４が給電される。

(3) 発電モード（系統電源４の正常時）

図１９は、発電モードを示している。この発電モードでは、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２を発電側接点ｂに切り替える。これにより、系統電源４が充電電源回路９４および負荷電源回路９６から切り離され、充電電源回路９４および負荷電源回路９６にはＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２の発電側接点ｂより発電出力が給電される。

この発電モードでは、充電リレー１０８が充電電源回路側接点ｃに切り替えられ、バッテリ１２は発電出力を受けた充電電源回路９４の出力により充電状態となる。

バッテリ１２は、充電リレー１０８が充電電源回路側接点ｃに切り替えられ、負荷電源回路９６側から切り離されている。したがって、速度センサ８２−２、イグナイタ制御部１２８、ニードルモータ１３０、スロットルモータ１３２、燃料電磁弁６２には負荷電源回路９６の出力が給電される。

この場合、点火コイル７０−１、７０−２、７０−３およびスタータ５６には直結されたバッテリ１２からバッテリ出力が給電される点は他のモードと同様である。

発電機６が始動しても、発電電圧が定格電圧に上昇しない時点では、電磁接触器８８の接点８８−１、８８−２、８８−３が閉状態に切り替えられないので、発電電圧は負荷１０−２に給電されない。

(4) 系統充電モード（系統電源４の正常時）

図２０は、系統充電モードを示している。この系統充電モードは、系統電源４側の給電によりバッテリ１２が充電される動作である。

この系統充電モードでは、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２が系統側接点ａに切り替えられる。これにより、充電電源回路９４および負荷電源回路９６が系統電源４からの給電状態となる。

このとき、充電リレー１０８は充電電源回路側接点ｃに切り替えられ、充電電源回路９４の出力がバッテリ１２に給電される。この結果、バッテリ１２は系統電源４側の電力により充電される。

このとき、負荷電源回路９６には負荷側への供給電力が系統電源４により得られる。そこで、速度センサ８２−２、イグナイタ制御部１２８、ニードルモータ１３０、スロットルモータ１３２、燃料電磁弁６２には系統電源４からの出力を受けている負荷電源回路９６の出力が給電される。点火コイル７０−１、７０−２、７０−３およびスタータ５６には直結されたバッテリ１２からバッテリ出力が給電される。

(5) 第２の待機モード（系統電源４の停電時）

図２１は、待機モードを示している。系統電源４の停電時に、この待機モードでは、系統電源４の給電はなく、充電リレー１０８が負荷電源回路側接点ｄに切り替えられる。

この場合、バッテリ１２からの給電のみが行われる。速度センサ８２−２、イグナイタ制御部１２８、ニードルモータ１３０、スロットルモータ１３２、燃料電磁弁６２、点火コイル７０−１、７０−２、７０−３、スタータ５６にバッテリ１２からバッテリ出力が給電される。

(6) 第２の始動モード（系統電源４の停電時）

図２２は、第２の始動モードを示している。この始動時点では、系統電源４の正常時と同様にＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２は系統側接点ａにある。

充電リレー１０８は、負荷電源回路側接点ｄに切り替えられ、バッテリ１２の出力がダイオード１１２を介して速度センサ８２−２、イグナイタ制御部１２８、ニードルモータ１３０、スロットルモータ１３２、燃料電磁弁６２に給電される。このとき、点火コイル７０−１、７０−２、７０−３およびスタータ５６には直結されたバッテリ１２からバッテリ出力が給電される。これにより、発電機６が始動する。

(7) 発電モード（系統電源４の停電時）

図２３は、発電モードを示している。この発電モードでは、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２が発電側接点ｂに切り替えられる。これにより、発電機６の発電出力が充電電源回路９４および負荷電源回路９６に給電される。つまり、始動モードから発電モードに移行する。

発電機６が発電状態となれば、その発電出力が充電電源回路９４および負荷電源回路９６に給電される。負荷電源回路９６の出力電圧は、バッテリ１２の出力電圧より高く設定されているので、速度センサ８２−２、イグナイタ制御部１２８、ニードルモータ１３０、スロットルモータ１３２、電磁弁６２−１、６２−２に対する給電は負荷電源回路９６の出力が支配的となる。点火コイル７０−１、７０−２、７０−３およびスタータ５６には直結されたバッテリ１２からバッテリ出力が給電されるが、発電出力を用いて発電機６の発電が維持される。

(8) 非常停止モード（系統電源４の正常時）

図２４は、系統電源４の正常時の非常停止モードを示している。非常時、非常停止スイッチ１１４−１、１１４−２を操作して開くと、速度センサ８２−２、イグナイタ制御部１２８、ニードルモータ１３０、スロットルモータ１３２、電磁弁６２−１、６２−２への給電が解除される。発電機６の起動前であれば、発電機６の起動が阻止され、また、駆動中であればその駆動が停止状態に移行する。

この場合、制御電源回路１０４、速度センサ８２−２、イグナイタ７２、ニードルモータ１３０、スロットルモータ１３２への通電が遮断され、これらによる待機電力が少なくなる。点火コイル７０−１、７０−２、７０−３およびスタータ５６へのバッテリ１２からの給電は維持されるが、これらの負荷は待機電力を消費しない。

(9) 節電モード（系統電源４の正常時または停電時）

図２５は、節電モードを示している。節電モードは、バッテリ接続スイッチ１１０を開状態にし、バッテリ１２の給電を解除する。

バッテリ１２には点火コイル７０−１、７０−２、７０−３およびスタータ５６が直結されているが、これらの負荷は待機電力を消費しないため、バッテリ接続スイッチ１１０が開となれば、バッテリ１２が無負荷状態に維持され、待機電力の消費を防止できる。

(10)始動モードからバッテリ充電までの動作

運転／停止スイッチ１５２がＯＦＦからＯＮに切り替えられると、バッテリ充電を停止するため、充電リレー１０８を接点ｄに切り替える。原点チェックとして、ニードル、スロットルの原点位置への移動完了を待ち、ニードル、スロットルを初期位置へ移動させる。ガス弁を開けて、エンジン８に燃料ガスを供給する。

クランキング動作に移行し、スタータモータをＯＮにすると、モータの回転力でエンジンの回転が開始される。エンジン８が回転すると、イグナイタ７２が点火動作を開始する。エンジン回転数がクランキング停止回転数（たとえば、８００〔ｒｐｍ〕）を超えたら、ニードル、スロットル制御（＝回転数制御）を開始し、クランキングを停止する。

クランキング開始から所定時間が経過してもクランキング停止回転数に到達しなければ、クランキング動作を停止し、原点チェックを開始し、所定時間たとえば、５〔秒〕の経過を待って、クランキングを再開する。

このような始動動作を所定回数として、たとえば、３回行っても、クランキング停止回転数に到達しなければ、異常判定とし、アラームを出力する。

エンジン８が回転すればストール監視を開始し、エンジン回転数の目標回転数を初期目標回転数（たとえば、１０００〔ｒｐｍ〕）から、徐々に上昇させ、最終目標回転数にする。この場合、設定周波数が５０〔Ｈｚ〕であれば、最終目標回転数はたとえば、１５００〔ｒｐｍ〕、６０〔Ｈｚ〕であれば、最終目標回転数は、たとえば、１８００〔ｒｐｍ〕とすればよい。

エンジン回転数が、所定時間としてたとえば、３〔秒〕連続で最終目標回転数±100 〔ｒｐｍ〕の範囲内に到達するまで待機する。つまり、回転数の安定化待ち時間だけ待機する。

クランキング停止回転数を超えてから所定時間たとえば、２０〔秒〕経過しても既述の条件が成立しない場合には、異常判定を行い、アラームを出力する。

そして、不足電圧監視を開始し、電圧異常がないことを確認し、過電圧は常時監視する。電圧確立確認時間として、所定時間たとえば、２秒後、電磁接触器８８をＯＦＦからＯＮに切り替え、ＡＣ切替えリレー１０６−１１、１０６−１２を発電側接点ｂに切り替えて発電機６の出力より給電する。所定時間としてたとえば、１０秒後、充電リレー１０８を接点ｃに切り替えてバッテリ充電を開始する。

＜一実施例の効果＞

上記実施例によれば、次のような効果が得られる。

(1) 電源回路１４−１、１４−２に対する給電を系統電源４から発電機６へ切替え、または発電機６から系統電源４に切り替える際、電源部１４に含まれるコンデンサ２８、３８の端子間に電位差による突入電流を回避でき、従前の突入電流による接点間融着を回避できる。

(2) 系統電源４のみの充電や、発電出力のみの充電による不都合を回避でき、２系統電源による利点を確保しつつ、スイッチ１６−１に用いるＡＣ切替えリレーなどの切替え接点を防護でき、信頼性の高い電源装置を提供できる。

(3) 系統電源４および発電機６の両方からバッテリ１２を充電できるので、バッテリ充電の自由度が高く、電源装置２および電源装置２を含む各種システムとして利便性を向上させることができる。系統電源４の停電時の待機電力を抑制でき、バッテリ１２の待機放電を抑制でき、バッテリ１２の寿命を延長できる。系統電源４の正常時、系統電源４からバッテリ１２を充電し、発電機６の運転時、発電機６からバッテリ１２を充電でき、バッテリ１２のハイブリッド充電システムを構築できる。

(4) 系統電源４のみからバッテリ１２を充電し、系統電源４の停電時、発電機６の発電のためにバッテリ１２を放電させる場合には、バッテリ１２が消費し、発電機６の運転時間がバッテリ１２の消耗に依存することになり、発電機６を長時間運転することができない不都合がある。また、発電機６のみからバッテリ１２を充電する場合、長期間に亘って発電機６を運転しないと、バッテリ１２が自然放電によって消耗し、エンジン稼動部１８−１の始動が困難になる。これに対し、上記実施例のハイブリッド充電によれば、バッテリ１２の消耗が抑えられ、長時間に亘ってバッテリ１２を利用でき、エンジン稼動部１８−１を運転することができる。

(5) バッテリ１２を系統電源４または発電機６の２系統からの充電が可能となっているが、発電機６が停止状態で、系統電源４の停電時、ＧＣＵ４４側に待機電流が流れ、バッテリ１２を消費する場合がある。そこで、発電機６の発電停止中、給電が必要な回路と不要な回路を切り分けたので、発電停止中のバッテリ１２の消費を抑えることができる。この結果、系統電源４の給電中、系統電源４の消費電力を抑制できる。

(6) 充電電源回路９４と負荷電源回路９６に目的別に電源回路を分離、独立させたので、系統電源４の正常時、その停電時のエンジン起動時のそれぞれにおいて、バッテリ１２に接続される負荷を分散し、低減できる。

〔他の実施の形態〕

ａ）上記実施の形態では、バッテリ接続スイッチ１１０と非常停止スイッチ１１４−１、１１４−２を別個に構成したが、これらを兼用させる構成としてもよい。

ｂ）上記実施の形態では、スイッチ１６−１、１６−２の一例としてリレーを例示したが、リレー以外の切替え手段を用いてもよい。

ｃ）第１の実施の形態、第２の実施の形態で逆流阻止手段２０を記載しているが省略してもよく、たとえば、電源部１４側に逆流防止対策を備えてもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明は、コージェネレーションシステムなどに搭載されるエンジン発電機に給電するバッテリの充電に用いられる電源装置の制御技術において、給電切り替えによる切替え接点の突入電流による融着を防止し、リレーの低電流化など、接点融着を防止した信頼性の高い電源装置を実現でき、有用である。

２ 電源装置
４ 系統電源
６ 発電機
８ エンジン
１０、１０−１、１０−２ 負荷
１２ バッテリ
１４ 電源部
１４−１ 第１の電源回路
１４−２ 第２の電源回路
１６ 切替え手段
１６−１ 第１のスイッチ
ａ 系統側接点
ｂ 発電側接点
１６−１１、１６−１２、１６−２１、１６−２２ スイッチ
１６−２、１６−３ 第２のスイッチ
１７ 切替え制御部
１８−１ エンジン稼動部
１８−２ エンジンＡＳＳＹ
１８−２１ 系統・発電・バッテリ負荷部
１８−２２ バッテリ負荷部
２０ 逆流防止手段
２２、２２−１、２２−２ 整流部
２４、２４−１、２４−２ 平滑部
２６、２６−１、２６−２ ＤＣＤＣコンバータ
２８、２８−１、２８−２ コンデンサ
３０、３０−１、３０−２ スイッチング部
３２、３２−１、３２−２ 変圧部
３４、３４−１、３４−２ 整流部
３６、３６−１、３６−２ 平滑部
３８、３８−１、３８−２ コンデンサ
４２ 装置筐体
４４ 発電制御ユニット（ＧＣＵ）
４５ 操作パネル
４６ 自動電圧調整器（ＡＶＲ）
４８ 燃料供給部
５０ 吸気部
５２ ミキサー
５４ 点火部
５６ スタータ
５８ クーラント部
６０ 排気部
６２ 燃料電磁弁
６２−１ 電磁弁（ＭＶ）
６２−２ 電磁弁（ＳＶ）
６４ ガスレギュレータ
６６ ミキサー駆動部
６８−１、６８−２、６８−３ スパークプラグ
７０−１、７０−２、７０−３ 点火コイル
７２ イグナイタ
７４ ウォーターポンプ
７６ ラジエータ
７８ ラジエータファン
８０ マフラー
８２−１ 温度センサ
８２−２ 速度センサ
８２−３ カムポジションセンサ
８２−４ 油圧スイッチ
８４ サージ吸収回路
８６ 自動切替えスイッチ（ＡＴＳ）
８８ 電磁接触器
８８−１、８８−２、８８−３ 接点
８８−４ 操作コイル
９０ フィルタ
９２ 停電検出回路
９４ 充電電源回路
９６ 負荷電源回路
９８−１、９８−２ 電圧測定回路
１００ 電流測定回路
１０２ 制御部
１０４ 制御電源回路
１０６−１１、１０６−１２ ＡＣ切替えリレー
１０８ 充電リレー
１１０ バッテリ接続スイッチ
１１２ ダイオード
１１４−１、１１４−２ 非常停止スイッチ
１１６ 筐体内温度センサ
１１８ 電磁接触器制御リレー
１２８ イグナイタ制御部
１３０ ニードルモータ
１３２ スロットルモータ
１３６ プロセッサ
１３８ 記憶部
１４０ 電源回路
１４２ 通信部
１４４ 入出力部（Ｉ／Ｏ）
１４６ ＥＥＰＲＯＭ
１４８ 表示切替えスイッチ
１５０ 状態表示素子
１５２ 運転／停止スイッチ
１５４ セグメント表示部
１５６ 単位表示部
１６０ 操作コイル

Claims (4)

1. エンジンの駆動力を受けて発電する発電機と、
   少なくとも前記エンジンに電力を供給するバッテリと、
   前記バッテリに給電される第１の電力を出力する第１の電源回路と、前記エンジンに給電される第２の電力を出力する第２の電源回路とを備える電源部と、
   前記電源部と系統電源との接続または前記電源部と前記発電機との接続のいずれかに切替える第１の切替え手段と、
   前記バッテリと前記第１の電源回路との接続または前記バッテリと前記第２の電源回路との接続のいずれかに切替える第２の切替え手段と、
   前記第１の切替え手段と前記第２の切替え手段の制御を行う切替え制御部と、
   を備え、前記切替え制御部は、
   前記系統電源の正常時、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続にし、前記第２の切替え手段を前記バッテリと前記第２の電源回路との接続とすることで、前記系統電源と前記バッテリからの給電により前記エンジンを起動させて前記発電機を始動させ、前記発電機の発電出力が安定状態に移行するまで前記電源部に対する給電を前記系統電源で維持し、前記安定状態に移行した際に、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記発電機との接続に切替えて前記電源部に対する給電を前記系統電源から前記発電機に切り替え、
   前記発電機の発電を終了させる際、前記発電機の発電電圧が低下する前に、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続に切替えて、前記電源部に対する給電を前記発電機から前記系統電源に切り替え、
   または、系統電源の停電時、該停電の検知時点で、前記第２の切替え手段を前記バッテリと前記第２の電源回路との接続に切替えて、前記バッテリからの給電によって前記エンジンを起動させて前記発電機の発電を開始させ、前記第１の切替え手段を前記発電機からの給電に切替えて、前記電源部に対する給電を前記系統電源から前記発電機に切り替えることを特徴とする電源装置。
2. 前記電源部は、入力側または出力側の少なくとも一方または双方に前記系統電源または前記発電機の出力を受けた際に充電電流が流れる蓄電素子を備える請求項１に記載の電源装置。
3. 系統電源から給電され、エンジンの駆動力を受けて発電する発電機を含む電源装置の制御方法であって、
   バッテリから少なくとも前記エンジンに電力を供給する工程と、
   電源部の第１の電源回路から前記バッテリに給電される第１の電力、または前記電源部の第２の電源回路から前記エンジンに給電される第２の電力のいずれか一方または双方を出力する工程と、
   系統電源の正常時、前記電源部と前記系統電源との接続または前記電源部と前記発電機との接続のいずれかに切替える第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続にするとともに、前記バッテリと前記第１の電源回路との接続または前記バッテリと前記第２の電源回路との接続のいずれかに切替える第２の切替え手段を前記バッテリと前記第２の電源回路との接続とすることで、前記系統電源と前記バッテリからの給電によって前記エンジンを起動させて前記発電機を始動させ、前記発電機の発電出力が安定状態に移行するまで前記電源部に対する給電を前記系統電源で維持し、前記安定状態に移行した際に、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続から前記電源部と前記発電機との接続に切替えて前記電源部に対する給電を前記系統電源から前記発電機に切り替え、
   前記発電機の発電を終了させた際、前記発電機の発電電圧が低下する前に、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記発電機との接続から前記電源部と前記系統電源との接続に切替えて、前記電源部に対する給電を前記発電機から前記系統電源に切り替え、
   または、系統電源の停電時、該停電の検知時点で、前記第２の切替え手段を前記バッテリと前記第２の電源回路との接続に切替えて、前記バッテリからの給電によって前記エンジンを起動させて前記発電機の発電を開始させ、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続から前記電源部と前記発電機との接続に切替えて前記電源部に対する給電を前記系統電源から前記発電機に切り替える、いずれかの工程またはこれらの工程から選択された２以上の工程と、
   を含むことを特徴とする電源装置の制御方法。
4. 系統電源から給電され、エンジンの駆動力を受けて発電する発電機を含む電源装置に搭載されたコンピュータに実行させる制御プログラムであって、
   バッテリから少なくとも前記エンジンに電力を供給させる機能と、
   電源部の第１の電源回路により前記バッテリに給電される第１の電力、または前記電源部の第２の電源回路から前記エンジンに給電される第２の電力のいずれか一方または双方を出力させる機能と、
   系統電源の正常時、前記電源部と前記系統電源との接続または前記電源部と前記発電機との接続のいずれかに切替える第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続にするとともに、前記バッテリと前記第１の電源回路との接続または前記バッテリと前記第２の電源回路との接続のいずれかに切替える第２の切替え手段を前記バッテリと前記第２の電源回路との接続とすることで、前記系統電源と前記バッテリからの給電によって前記エンジンを起動させて前記発電機を始動させ、前記発電機の発電出力が安定状態に移行するまで前記電源部に対する給電を前記系統電源で維持し、前記安定状態に移行した際に、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続から前記電源部と前記発電機との接続に切替えて前記電源部に対する給電を前記系統電源から前記発電機に切り替え、
   前記発電機の発電を終了させた際、前記発電機の発電電圧が低下する前に、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記発電機との接続から前記電源部と前記系統電源との接続に切替えて、前記電源部に対する給電を前記発電機から前記系統電源に切り替え、
   または、系統電源の停電時、該停電の検知時点で、前記第２の切替え手段を前記バッテリと前記第２の電源回路との接続に切替えて、前記バッテリからの給電によって前記エンジンを起動させて前記発電機の発電を開始させ、前記第１の切替え手段を前記電源部と前記系統電源との接続から前記電源部と前記発電機との接続に切替えて前記電源部に対する給電を前記系統電源から前記発電機に切り替えさせる、いずれかの機能またはこれらの機能から選択された２以上の機能と、
   を前記コンピュータに実行させるための、電源装置の制御プログラム。