JPH07147738A

JPH07147738A - 逆流防止装置及び太陽電池保護装置

Info

Publication number: JPH07147738A
Application number: JP5314000A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Minamino; 郁夫南野; Hideaki Tsuji; 秀明辻
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1995-06-06
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: JP3214201B2

Abstract

(57)【要約】【目的】逆流状態を確実に検出して逆流防止でき、し
かもエネルギー損失を可及的に抑えることのできる逆流
防止装置を提供すること【構成】太陽電池１と蓄電池２との間に直列に実装さ
れる逆流防止装置５は、逆流防止ダイオード６に対し、
常開の接点７を並列に接続し、その接点を開閉制御する
電流コイル８を逆流防止ダイオードに直接に接続する。
さらに、この電流コイルにダイオード１０を並列接続す
る。このダイオードの向きは、逆流時に電流が流れるよ
うにする。これにより、太陽電池から蓄電池に電流が流
れている時（順方向）は、コイルに通電され（ここでの
電力消費量は小さい）て接点が閉じ、その接点に電流が
流れる。逆流時は、接点が開き逆流防止ダイオードによ
り確実に逆流が阻止される。順方向から逆流するように
急激な変動があっても、ダイオードによりその変化が抑
制され、確実に接点が開く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、逆流防止装置及び太陽
電池保護装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常太陽光発電を行う場合には、光エネ
ルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池を電源と
し、そこにおいて発生する電力を負荷に供給するように
なっている。さらに、係る負荷と並列に蓄電池を接続
し、昼間は太陽光発電を行い負荷に電力を供給しつつそ
の蓄電池を充電して電力を蓄えるようになっている。と
ころで朝夕の日照量が少ない時や夜間の日照量のない時
には、太陽電池群の出力電圧が蓄電池の端子電圧より低
くなる。すると充電処理ができなくなるので、蓄電池に
蓄えた電力を用いて負荷に電力を供給するようにするの
であるが、この時、蓄電池から流れ出た電流が太陽電池
側に流れ込むのを防止するため、太陽電池と蓄電池との
間に逆流防止用のダイオードを直列に接続し、太陽電池
の保護を図るとともに蓄電池の電気エネルギーが負荷側
に供給されるようにしている。

【０００３】しかし、上記した従来の装置では、太陽光
発電を行っている日中の太陽電池からの電力供給時に、
太陽電池から流れ出る電流が必ずダイオードを通過する
ため、そのダイオードにおける電圧降下（０．５Ｖ）に
よるエネルギー損失が常時発生してしまい、発電効率の
低下の一因となる。

【０００４】また、このようにダイオードは、上記太陽
電池の保護装置に限ることなく、機械的劣化がないこと
から、種々の電気回路中の逆流防止素子として使用され
ているが、上記と同様の理由から順方向に電流が流れて
いる時には、その電流に上記電圧降下分を掛けた値の電
力損失が常時発生しており、近年の低電圧化等にともな
い、その損失の与える影響が大きくなるという問題を有
している。

【０００５】係る問題を解決するため、例えば、特開平
２−１６８８１９号公報に開示される直流電源装置があ
る。この発明は、逆流防止ダイオードと並列に常閉接点
を有するリレースイッチを設け、順方向に電流が流れて
いる通常時は接点を閉じて逆流防止ダイオードの両端を
短絡し、この逆流防止ダイオードをバイパスさせ、そこ
における無駄な電力消費の発生を抑止している。

【０００６】そして、電流が逆方向に流れようとした場
合には、前記リレーを構成するコイルに通電して接点を
開き、逆流防止ダイオードにより電流の逆流を抑制する
ようになっている。そして、係る逆流状態は、一次側電
源の停電や瞬停により生じることに着目し、一次側電源
の出力電圧を監視し、それが低下したのを検出した場合
に上記コイルへの通電を行うようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の装置では、以下の理由により逆流防止機能を十
分に発揮することができなかった。すなわち、電圧が低
下することを検出しているため、電流の逆流状態を正確
に検出することは困難であり、誤差動を生じるおそれが
ある。そして、この従来の装置を太陽光発電システムに
実装して蓄電池から太陽電池への逆流防止を図ろうとす
ると、太陽電池の出力電圧は、明るさに関係なくほぼ一
定となるので、上記電圧の低下を検出することが極めて
困難となる。

【０００８】また、瞬停，停電時に接点を開くために、
コイルに対し瞬断検出回路，ダイオードを介して通電し
ているため、そのダイオード等で新たな電力損失を招
く。そして、逆流を防止するためには、コイルに電流を
流し続ける必要があるので、そのダイオードでの損失の
積算量は無視できない。特に、太陽電池の場合には、夜
間はもちろんのこと日照量の少ない昼間等、逆流防止機
能を発揮させる（接点を開いておく）時間が長くなるの
で、上記損失の問題は顕著となる。

【０００９】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、順方向に電流が流れ
ている時に発生する損失を可及的に抑えることができ、
しかも、逆流状態を確実に検出して所望の時に逆流防止
機能を発揮するとともに、係る逆流を抑制しているとき
の電力消費をも可及的に抑えることのできる逆流防止装
置及び太陽電池保護装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る逆流防止装置では、コイルと、こ
のコイルに一定方向に電流が流れた時に閉状態となる接
点とを直列に接続するとともに、前記接点に順方向にダ
イオードを並列接続し、さらに電流が逆方向に反転した
際に前記コイルに流れる電流を抑制するコイル電流抑制
回路を設けた。そして好ましくは、前記コイル電流抑制
回路が、前記コイルに並列かつ逆方向に接続されたダイ
オードから構成することである。また、コンデンサまた
はダイオードと、前記コイルとは逆方向の磁界を発生さ
せる補助コイルとからなる直列回路を、前記コイルに並
列接続することによりコイル電流抑制回路を構成するこ
ともできる。さらに他の方式としては、前記コイルと直
列にインダクタンスを接続するようにしても良い。

【００１１】一方、本発明に係る太陽電池保護装置で
は、太陽電池と、蓄電池との間に前記逆流防止回路を配
置し、前記蓄電池から前記太陽電池に向けて流れる電流
を阻止するようにすることである。

【００１２】

【作用】例えば太陽電池と蓄電池の間に逆流防止装置を
実装する（太陽電池から蓄電池側に流れる電流を順方向
とする）と、太陽電池の出力電圧が蓄電池のバッテリー
電圧より高くなると、太陽電池から蓄電池側に向けて電
流が流れる。すると、その電流がコイルに流れ、接点が
閉じる。そして、上記電流は接点を通って蓄電池に至り
充電される。この時、コイル内を電流が流れることによ
り接点の閉状態が維持される。そして、接点における電
圧降下はほとんどなく、またコイルも接点を閉状態に保
つだけのエネルギーがあればよいため、そこに流す電流
は非常に少ない。よって、本装置で発生するエネルギー
損失はほとんどない。また、太陽電池から発生する電圧
が蓄電池のバッテリー電圧以下となると、蓄電池から太
陽電池側に電流が流れようとする。その途中で電流が０
或いは０に近い低電流値になるため、コイルにより発生
する磁界が弱く、接点を閉状態に維持するに必要な保持
力が得られない。よって、接点が開き、逆流防止ダイオ
ードによる逆流防止機能が働く。

【００１３】ところで、順方向に流れている電流が反転
して逆方向に急に流れようとした場合には、コイルに流
れる電流（絶対値）が短時間だけ０付近となり、すぐに
大きくなる。すると、リレーの機械的遅れにより上記保
持力が低下して接点が開こうとしても、実際に開かれる
前に逆方向の電流が大きく流れると、それにより発生す
る磁界により接点が閉じた状態を維持するおそれがあ
る。しかし、本例ではコイル電流抑制回路により、逆方
向に流れる電流の急激な変動や、その変動量を抑えるた
め、たとえリレーの機械的遅れを生じても逆流時には確
実に接点が開かれ、逆流防止を行う。

【００１４】また、接点が閉じた瞬間に逆流防止回路の
抵抗値が低下するため電流値が上昇し、接点がより強固
に閉じることになり、逆に電流値が下がり接点を保持で
きなくなった場合には、接点が開くが、この時逆流防止
回路の抵抗値が上昇するため電流値が減少し、電磁力が
より低下する。よって、接点のチャタリングが生じな
い。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係る逆流防止装置及び太陽電
池保護装置の好適な実施例を添付図面を参照にして詳述
する。図１は本発明の第１実施例を示している。本例で
は、逆流防止装置を太陽電池保護装置として用いた例を
示している。同図に示すように、太陽電池１に、蓄電池
２並びに負荷３を並列接続し、太陽電池１で発電された
電力を蓄電池２に供給して充電するとともに負荷３に供
給するようにしている。さらに本例では、太陽電池１の
両端子間にスイッチング素子４を連結し、所定のタイミ
ングでその両端子間を短絡できるようにしている。具体
的には、図示省略の短絡制御回路により、蓄電池２が満
充電になったならそれを検知してスイッチング素子４を
オンにして導通させ、太陽電池１からの電力供給を遮断
し、蓄電池２が過充電状態になるのを抑制している。そ
して太陽電池１と蓄電池２との間に、本発明に係る逆流
防止装置（保護装置）５が直列に配置する。なお、蓄電
池２は、内部抵抗を有しており、その抵抗値は例えば
０．１８Ω程度である。

【００１６】ここで逆流防止装置５は、逆流防止ダイオ
ード６を設けるとともに、この逆流防止ダイオード６の
両端子間に接点（常開）７を並列接続している。そし
て、これら逆流防止ダイオード６と、接点７で形成され
る並列回路に対して直列にコイル８を配置している。こ
のコイル８は、例えば抵抗値が０．００２Ωのように非
常に小さい巻線を用いて形成している。そして、前記接
点７は、コイル８に所定量の電流が流れることにより閉
じるようになっている。すなわち、接点７とコイル８と
で電流リレーが構成される。逆流防止ダイオード６の定
格は、本例では１．０Ｖのものを用いている。

【００１７】さらに、上記コイル８と並列かつ逆向き
に、コイル電流抑制回路たるダイオード１０を設置して
いる。これにより、システム全体における順方向電流が
流れている（太陽電池１から蓄電池２，負荷３へ電流が
流れる）ときは、ダイオード１０にとっては逆方向であ
るので電流が流れず、コイル８に流れる。すなわち、係
る時はこの逆流防止装置５は、ダイオード１０を設置し
ないものと等価となる。一方、システム全体における逆
方向電流が流れる場合には、上記ダイオード１０にも電
流が流れるが、その両端の端子間電圧、すなわちコイル
８にかかる電圧は−０．５Ｖとなる。なお、本例では、
このダイオード１０の定格を逆料防止ダイオードのそれ
よりも小さくしたが、本発明は必ずしも小さくする必要
はなく、同一でも或いは逆に大きくても良い。但し、ダ
イオード１０の定格は小さくした方が、逆流時にコイル
８に係る電圧を低く抑えることができ、確実に接点を閉
じることができるので好ましい。

【００１８】そして、この電流リレーの特性は、定格電
流が１０Ａとすると、コイル８に流れる電流値が７Ａ程
度で接点７が閉じ、一度閉じると１Ａ程度に下がったと
きに接点が開くような所定のヒステリシス特性を有して
いる。したがって、図２（Ａ）に示すように、電流値に
対するエネルギー損失は、逆流防止ダイオードに電流が
流れ続けるとすると損失は電流値に比例するため、同図
中実線で示すような特性となる。また、同様に電流値に
対するコイル８で生じる損失は、電流の２乗に比例する
ため同図中破線（接点閉）で示すような特性となる（Ｉ
²Ｒより）。但し、図から明らかなように、コイル８の
抵抗値がもともと非常に小さいためダイオードの損失に
比し極めて小さい。そして、逆流防止装置全体の損失
は、上記ダイオード６での損失とコイル８での損失の和
となる。

【００１９】従って、接点７が閉じる７Ａまでは、両者
の損失の和となるが、７Ａになり接点７が閉じるとその
瞬間に損失は、ほぼコイル８によるものとなり非常に小
さくなる。そしてこの接点が閉じた瞬間に逆流防止回路
の抵抗値が低下するため図中矢印で示すように電流値が
上昇し、接点がより強固に閉じる方向に力が働く。な
お、本例では、電流リレーがヒステリシスを有している
ため、一度接点７が閉じたなら、その後電流値が減少し
て７Ａ以下となっても直ぐに接点が開くことはなく、本
例では１Ａ以下になって始めて接点が開く。よって、そ
れまでの間は、基本的にコイル８における損失分だけと
なる。

【００２０】また、１Ａ以下になって接点７が開くと、
逆流防止ダイオード６を介して電流が流れるようになる
ので、やはり図中矢印で示すように逆流防止回路の抵抗
値が上昇して電流値が減少するので、より接点が開く方
向に力が働く。よって、この接点の開閉時に生じる抵抗
値の変動現象によりチャタリングの発生が抑制され、し
かも本例ではヒステリシスを設けたため、上記効果がよ
り顕著となる。そして、このことは、蓄電池２が満充電
に近くなり、太陽電池１から流れ込む電流量が減少して
来た場合にも同様のことが言える。

【００２１】そして、仮に１日の日照が同図（Ｂ）に示
すように正午を境に対象に増減すると、それによる太陽
電池１の発電量（電流値）は、同図（Ｃ）中破線で示す
ようになるが、計算の簡略化のために三角形に近似する
と実線で示すようになる。よって、従来のダイオードの
みの場合には常時ダイオードに電流が流れて損失を生じ
るため５０Ｗｈのエネルギー損失があったのに対し（図
（Ｄ）中ハッチングで示す）、本例では発電開始当初
は、ダイオード単独よりも僅かながら損失分が大きい
が、その後はほとんどなくなるため、結局その損失はほ
ぼ同図中ハッチングの重複部分で示すものとなり１３．
７Ｗｈに減少する。さらに、接点が閉じる電流値を下げ
ることにより損失分のさらなる減少を図ることができ
る。

【００２２】そして本実施例では、逆流防止ダイオード
に流れる電流値は、定格よりも小さい（上記の例では７
０％）ため、従来のものに比し容量の小さなもの（小型
でかつ安価）を用いることができ、その結果、ダイオー
ドでの発熱量等も抑制することができ、放熱手段が不要
或いは縮小することができる等、付随的な効果も発揮す
る。

【００２３】次に、電流の流れる向きが急に反転するよ
うな場合を考える。図２に示すように、通常の場合、電
流が零になると、上述のごとく保持力が小さくなり接点
が開くが、図３中破線で示すように、逆方向に急に大き
な電流が流れると接点７が開く前にコイル８に流れる電
流値（絶対値）が大きくなり、その逆流した電流により
接点７への保持力が発生し、接点７が閉じたまま（逆流
防止ダイオード６の両端が短絡されている）の状態とな
り、逆流防止機能が発揮しなくなるおそれがある。しか
し本例では、ダイオード１０により電流の変化を遅くさ
せるとともに、コイル８に印加される電圧を−０．５Ｖ
をリミットとしたため、同図中実線で示すように電流変
化がゆっくりでしかもその変化量も小さくなる。よっ
て、確実に接点７が開くことになる。そして、一旦開く
と逆流防止ダイオード６により逆方向電流が遮断される
ため、コイル８へ電流が流れないので、接点７は開状態
を維持する。

【００２４】図４は本発明の第２実施例を示している。
同図に示すように、本例では、上記ダイオード１０に替
えて、直列接続したコンデンサ１１と補助コイル１２と
からなるコイル電流抑制回路を設けている。そして、上
記補助コイル１２から発生する磁界は、上記コイル８に
より発生する磁界と逆向き、すなわち、接点７を開く方
向に力が働くように調整されている。

【００２５】これにより、逆流時に電流が正から負に急
激に変化するような場合には、コンデンサ１１を介して
補助コイル１２に電流が流れ、それにともない生じる磁
界により、コイル８により発生する磁界を相殺し、接点
７を閉じようとする力を瞬間的に小さくし、確実に外れ
るようにした。すなわち、図５に示すように、逆流時に
コイル８に流れる電流により発生する磁束が同図中破線
で示すようになっているとすると、実際に接点７に加わ
る磁束は補助コイル１２により発生する磁束分だけ減少
し、同図中実線で示すように小さなものとなる。これに
より、接点７が確実に開く。そしてコイル８により発生
する磁界の強さと、補助コイル１２により発生する磁界
の強さは必ずしも等しくする必要はなく、要は、逆流時
に確実に接点が開くようになっていれば良い。なお、通
常の安定状態（順方向に一定の電流が流れる）では、直
流成分はコンデンサ１１により絶縁され、補助コイル１
２には通電されない。なおまた、その他の構成並びに作
用効果は上記した実施例と同様であるため、その説明を
省略する。

【００２６】図６は本発明の第３実施例を示している。
この実施例では、上記した第２実施例と動作原理等はほ
ぼ同じ（第１実施例と第２実施例を組み合わせたもの）
で、コンデンサ１１の替わりにダイオード１５を設け、
このダイオード１５を逆向き（逆流電流が流れる方向）
に設定した。

【００２７】係る構成にすることにより、順方向に電流
が流れている時は、ダイオード１５により補助コイル１
２に電流が流れるのが抑制され、一方逆流時には上記と
は逆に補助コイル１２に電流が流れ、接点７を確実に開
かせることになる。なお、本例におけるダイオード１５
は、上記した第１実施例におけるダイオード１０と同様
の機能も発揮する。なおその他の構成並びに作用効果は
上記した実施例と同様であるため、その説明を省略す
る。

【００２８】図７は本発明の第４実施例を示している。
この実施例では、上記した各実施例と相違して、コイル
８と直列にインダクタンス１６を設けている。これによ
り、電流の変化を鈍らせ、逆流時の正から負への急激な
電流変化を生じても、そのインダクタンス１６（本例で
はトロイダルコアに巻線を施して形成した）によりその
変化の度合いを小さくし、確実に接点が開くようにし
た。

【００２９】すなわち、図８中破線で示すように、たと
え電流の流れる方向の反転に伴う急激な電流変動があっ
たとしても、インダクタンス１６を設けたことにより、
実際にコイル８に流れる電流は同図中実線で示すように
その変化がなだらかとなり、確実に接点７を開くことが
できる。なおその他の構成並びに作用効果は上記した実
施例と同様であるため、その説明を省略する。

【００３０】なお、上記した各実施例では、電流の流れ
る向き並びにその大きさに基づいて接点の開閉制御が行
われるため、太陽電池や蓄電池の端子電圧（定格）に関
係なく適用することができ、汎用性が高い。

【００３１】なおまた、上記した各実施例では、いずれ
も太陽電池の保護装置として用いた例について説明した
が、本発明はこれに限ることはなく、種々の逆流防止装
置として使用することができるのはもちろんである。ま
た、太陽光発電システムに実装する場合であっても、上
記した各実施例の構成（短絡用のスイッチング素子を設
置したもの）に限らず、種々のシステムに実装できるの
はいうまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る逆流防止装
置及び太陽電池保護装置では、電圧降下のほとんどない
リレーを用いたため、順方向に流れる電流により生じる
エネルギー損失が可及的に抑制される。また、逆流防止
ダイオードと接点とを並列接続するとともに、その並列
回路に直列にコイルを接続し順方向電流をコイルに通電
して接点を閉じるようにしたため、逆流時はコイルに通
電されず逆流防止ダイオードにより電力損失なく逆流防
止が行える。よって、稼働時全体を見ても、総エネルギ
ー損失を可及的に減少することができる。さらに、接点
のチャタリングの発生も抑制できる。しかも、急に逆流
状態となりしかも逆流電流の電流値が大きくなるような
場合であっても、コイル電流抑制回路により急激な変動
や、その変動幅が抑制されるので、仮にコイルと接点で
構成されるリレーの機械的遅れがあっても、逆流時に確
実に接点を開くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図である。

【図２】第１実施例の動作原理を示す図である。

【図３】第１実施例の動作原理を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す図である。

【図５】第２実施例の動作原理を示す図である。

【図６】本発明の第３実施例を示す図である。

【図７】本発明の第４実施例を示す図である。

【図８】第４実施例の動作原理を示す図である。

【符号の説明】

１太陽電池２蓄電池５逆流防止装置６逆流防止ダイオード７接点８コイル１０ダイオード（コイル電流抑制回路）１１コンデンサ（コイル電流抑制回路）１２補助コイル（コイル電流抑制回路）１５ダイオード（コイル電流抑制回路）１６インダクタンス（コイル電流抑制回路）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コイルと、このコイルに一定方向に電流
が流れた時に閉状態となる接点とを直列に接続するとと
もに、前記接点に順方向にダイオードを並列接続し、さらに前記電流が逆方向に反転した際に前記コイルに流
れる電流を抑制するコイル電流抑制回路を設けたことを
特徴とする逆流防止装置。
【請求項２】前記コイル電流抑制回路が、前記コイル
に並列かつ逆方向に接続されたダイオードからなること
を特徴とする請求項１に記載の逆流防止装置。
【請求項３】前記コイル電流抑制回路が、コンデンサ
またはダイオードと、前記接点に対し前記コイルにより
発生する磁界と逆方向の磁界を発生させる補助コイルと
からなる直列回路を、前記コイルに並列接続して構成さ
れることを特徴とする請求項１に記載の逆流防止装置。
【請求項４】前記コイル電流抑制回路が、前記コイル
と直列に接続されるインダクタンスからなることを特徴
とする請求項１に記載の逆流防止装置。
【請求項５】太陽電池と、蓄電池との間に前記請求項
１〜４のいずれか１項に記載の逆流防止回路を配置し、
前記蓄電池から前記太陽電池に向けて流れる電流を阻止
するようにした太陽電池保護装置。