JP2012125122A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】点検や交換のために単電池が切り離される場合でも、停電時のバックアップ給電を行うこと。
【解決手段】電源システム１０は、組電池２と、整流器１と、充電器４とを有する。組電池２は、ｎ＋ｍ（ｎ、ｍは自然数）個の複数の単電池８を有し、交流電源５の停電時に負荷６へ直流電力を供給する。整流器１は、交流電源５から出力される交流電力を直流電力に変換して負荷６へ供給する。充電器４は、交流電源５から出力される交流電力を用いて複数の単電池８それぞれを充電する。そして、組電池２は、複数の単電池８のうち任意に選択されたｎ個の単電池８を直列に接続して得られる。また、整流器１は、出力電圧が組電池２の満充電電圧以上に設定される。また、充電器４は、出力電圧が充電対象の単電池８の満充電電圧に設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源システムに関する。

従来、交流電源から出力される交流電力を直流電力に変換して負荷へ供給する電源システムがある。図４は、従来の電源システムの一例を示す図である。図４に示すように、例えば、従来の電源システム２０は、整流器１１と、組電池１２とを有する。整流器１１は、交流電源１５から出力される交流電力を直流電力に変換して負荷１６へ供給する。組電池１２は、複数の単電池１７を直列に接続して構成される。また、組電池１２は、整流器１１から出力される直流電力により充電され、交流電源１５の停電時に負荷１６へ直流電力を供給する。このように、交流電源１５の停電時に組電池１２が負荷１６へ直流電力を供給することをバックアップ給電と呼ぶ。

特開２００８−１４８４８５号公報 特開２００８−２１１９３５号公報 特開２００８−２７８６６８号公報

しかしながら、上述した従来の電源システムでは、点検や交換のために単電池が切り離される場合に、停電時のバックアップ給電を行うことができないという課題があった。

例えば、図４に示す電源システム２０では、交流電源１５が有効である限りは、組電池１２は常に充電される状態にある。また、組電池１２の印加電圧（組電池１２に印加される電圧）すなわち整流器１１の出力電圧は、単電池１７の満充電電圧と単電池１７の直列数との積に設定される。そのため、交流電源１５の停電時には、並列接続された組電池１２により瞬断なく負荷１６への給電が継続される。

このような電源システム２０では、長期間の運用によって、組電池１２を構成する一部の単電池１７について点検や交換が必要になる場合がある。この場合には、点検又は交換の対象となる単電池１７が組電池１２から切り離され、充放電試験や交換作業が行われる。そして、この点検又は交換が行われている間は、単電池１７や組電池１２の接続が切り離されるため、停電発生時のバックアップ給電が不可能になる。このように、単電池を複数直列接続して構成した組電池による直流バックアップ電源システムでは、点検や交換のために単電池１７が切り離される場合に、停電時のバックアップ給電を行うことができなくなってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、点検や交換のために単電池が切り離される場合でも、停電時のバックアップ給電を行うことが可能な電源システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電源システムは、交流電源から出力される交流電力を直流電力に変換して負荷へ供給する整流器と、ｎ＋ｍ（ｎ、ｍは自然数）個の複数の蓄電池を有し、前記交流電源の停電時に前記負荷へ直流電力を供給する組電池と、前記交流電源から出力される交流電力を用いて前記複数の蓄電池それぞれを充電する充電器とを有し、前記組電池は、前記複数の蓄電池の中から任意に選択されたｎ個の蓄電池を直列に接続して得られる電圧を出力し、前記整流器の出力電圧は、前記組電池の満充電電圧以上に設定され、前記充電器の出力電圧は、充電対象の前記蓄電池の満充電電圧に設定されることを特徴とする。

本発明によれば、点検や交換のために単電池が切り離される場合でも、停電時のバックアップ給電を行うことが可能になるという効果を奏する。

図１は、本実施例に係る電源システムの構成例を示す図である。 図２は、本実施例に係るバイパス付単電池を示す図である。 図３は、本実施例に係る電源システムにおける単電池の点検又は交換を説明するための図である。 図４は、従来の電源システムの一例を示す図である。

以下に、本発明に係る電源システムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施例では、交流電源から出力される交流電源を負荷へ供給する電源システムに本発明を適用した場合について説明するが、この実施例により本発明が限定されるものではない。

まず、図１を用いて、本実施例に係る電源システムの構成例について説明する。本実施例に係る電源システムは、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力を負荷に供給する。図１は、本実施例に係る電源システムの構成例を示す図である。図１に示すように、本実施例に係る電源システム１０は、整流器１と、組電池２と、ダイオード３と、充電器４とを備える。

整流器１は、交流電源５から出力される交流電力を直流電力に変換して負荷６へ供給する。

組電池２は、ｎ＋ｍ（ｎ、ｍは自然数）個の複数のバイパス付単電池７を有し、交流電源５の停電時に負荷６へ直流電力を供給する。本実施例では、負荷６への給電は、整流器１の出力と組電池２との並列接続により行なわれる。そのため、交流電源５の停電等により整流器１の出力が停止した場合には、組電池２が出力する電力が負荷６へ供給される。

バイパス付単電池７は、単電池８と、単極双投スイッチ９とを有する。単電池８は、蓄電池である。本実施例では、単電池８として、定格電圧が２．０［Ｖ（ボルト）］、満充電電圧が２．２［Ｖ］、定格容量が２００［Ａｈ（アンペアアワー）］の鉛蓄電池が用いられる。単極双投スイッチ９は、第１の極を第２の極及び第３の極のいずれか一方に接続する。ここで、単極双投スイッチ９は、第２の極が蓄電池の一方の極に直列接続され、第３の極が該蓄電池の他方の極に接続される。

図２は、本実施例に係るバイパス付単電池７を示す図である。図２に示すように、例えば、単極双投スイッチ９は、第１の極として極Ａを有し、第２の極として極Ｂを有し、第３の極として極Ｃを有する。そして、単極双投スイッチ９は、極Ａと極Ｂとの接続、及び、極Ａと極Ｃとの接続のいずれか一方を行うように構成されており、極Ｂと極Ｃとの接続は行わない。

ここで、単極双投スイッチ９の極Ａは、隣接する他のバイパス付単電池７が有する単電池８のマイナス極に接続される。また、極Ｂは、単電池８のプラス極に接続され、極Ｃは、単電池８のマイナス極に接続される。ただし、組電池２の出力端に位置するバイパス付単電池７については、極Ａがダイオード３のアノードに接続される。

すなわち、バイパス付単電池７は、単極双投スイッチ９の極Ａと極Ｂとが接続されることにより、単電池８が組電池２に接続された状態となる。一方、バイパス付単電池７は、単極双投スイッチ９の極Ａと極Ｃとが接続されることにより、単電池８が組電池２から電気的に切り離された状態となる。このように、バイパス付単電池７には、２つの接続状態がある。

ここで、任意に選択されたｎ個のバイパス付単電池７において、単電池８が組電池２に接続された状態となった場合には、ｎ個のバイパス付単電池７が直列に接続された状態となる。この結果、組電池２の出力電圧は１２．０［Ｖ］のｎ倍となる。例えば、全てのバイパス付単電池７について単電池８が接続された状態となった場合には、７個のバイパス付単電池７が直列に接続される。この場合には、組電池２の出力電圧は、１４．０［Ｖ］となる。

なお、本実施例では、７個の単電池８のうち１個の単電池８が点検又は交換時の予備として用いられることとする。例えば、図１に示すように、７個のバイパス付単電池７のうち６個のバイパス付単電池（図１に示す上から２〜７番目のバイパス付単電池７）について、単電池８が接続された状態となる。この場合には、６個の単電池８が直列に接続された状態となるので、組電池２の出力電圧は１２．０［Ｖ］となる。すなわち、この状態では、組電池２は、定格電圧が１２．０［Ｖ］、満充電電圧が１３．２［Ｖ］、定格容量が２００［Ａｈ］となる。そして、図１に示すように、７個のバイパス付単電池７のうち残り１個のバイパス付単電池７（図１に示す上から１番目のバイパス付単電池７）については、単電池８がバイパスされた状態となっている。この単電池８が、点検又は交換時の予備として用いられる。

図１の説明にもどって、ダイオード３は、組電池２から出力される電力を負荷６へ供給する。具体的には、ダイオード３は、アノードが組電池２の出力に接続され、カソードが負荷６の入力端に接続される。

充電器４は、交流電源５から出力される交流電力を用いて、複数の単電池８それぞれを充電する。本実施例では、充電器４と整流器１とは交流電源５に並列に接続される。そのため、交流電源５が有効である場合には、交流電源５から出力される交流電力が整流器１及び充電器４それぞれに供給される。すなわち、交流電源５が有効である場合には、負荷６への給電と組電池２の充電とが並列に行われる。

このような構成のもと、本実施例に係る電源システム１０では、組電池２は、複数の単電池８の中から任意に選択されたｎ個の単電池８を直列に接続して得られる電圧を出力する。そして、本実施例では、負荷６の最低動作電圧は、単電池８の最低使用電圧とｎとの積より低いこととする。

また、整流器１の出力電圧は、組電池２の満充電電圧以上に設定される。本実施例では、７個の単電池８のうち１個の単電池８が点検又は交換時の予備として用いられるので、整流器１の出力電圧は１３．２［Ｖ］以上に設定される。本実施例では、整流器１は、交流電源５から入力した電力を直流電力に変換して１４．０［Ｖ］の電圧を出力することとする。負荷６への給電は、整流器１と組電池２とから並列に行われる。なお、組電池２の出力にはダイオード３のアノードが接続されているため、組電池２は放電のみ可能であり、整流器１から充電されることはない。

また、充電器４の出力電圧は、充電対象の単電池８の満充電電圧に設定される。本実施例では、単電池８と同じ数だけ充電器４が設けられる。そして、各充電器４は、複数の単電池８それぞれに接続され、交流電源５から入力した電力を直流電力に変換して２．２［Ｖ］の電圧を出力し、単電池８の充電を行う。

ここで、本実施例では、７個の単電池８のうち１個の単電池８が点検又は交換時の予備として用いられるので、組電池２の出力電圧は、最高でも満充電電圧の１３．２［Ｖ］である。したがって、組電池２の出力電圧は整流器１の出力電圧（１４．０［０］）より低くなるので、整流器１から出力される電力が優先して負荷６へ供給されることになる。すなわち、交流電源５が有効である限りは、各単電池８は、組電池２に接続されているかどうかに関わらず充電器４により充電され、満充電後も充電器４の出力（２．２Ｖ）により電圧が維持される。

例えば、いずれかの単電池８について点検や交換が必要になった場合には、対象の単電池８が組電池２から切離され、替わりに、接続されていない単電池８が組電池２に接続される。切離された単電池８は出力に接続されていないため、取り外されても交流電源５の停電時のバックアップ能力に影響はない。

図３は、本実施例に係る電源システム１０における単電池の点検又は交換を説明するための図である。図３に示すように、例えば、組電池２の上から２番目の単電池８の点検又は交換を行なう際には、予備としていた上から１番目の単電池８を組電池２に接続された状態にし、替わりに、上から２番目の単電池８を組電池２から切り離された状態とすればよい。このように、本実施例では、組電池２には常に必要な数の単電池８が接続されながらも、単電池８の切り離しが可能になる。したがって、単電池８の点検や交換に際しても停電時のバックアップ給電が可能になる。

上述したように、本実施例に係る電源システム１０は、整流器１と、組電池２と、充電器４とを有する。整流器１は、交流電源５から出力される交流電力を直流電力に変換して負荷６へ供給する。組電池２は、ｎ＋ｍ（ｎ、ｍは自然数）個の複数の単電池８を有し、交流電源５の停電時に負荷６へ直流電力を供給する。充電器４は、交流電源５から出力される交流電力を用いて複数の単電池８それぞれを充電する。そして、組電池２は、複数の単電池８のうち任意に選択されたｎ個の単電池８を直列に接続して得られる電圧を出力する。また、整流器１は、出力電圧が組電池２の満充電電圧以上に設定される。また、充電器４は、出力電圧が充電対象の単電池８の満充電電圧に設定される。

すなわち、本実施例では、点検又は交換の対象となる単電池８を切り離す替わりに、予備の単電池８を接続することで、必要な数の単電池８を常に組電池２に接続しつつ、単電池８の点検又は交換を行うことができる。したがって、本実施例によれば、点検や交換のために単電池８が切り離される場合でも、停電時のバックアップ給電を行うことが可能になる。

また、本実施例では、負荷６の最低動作電圧は、単電池８の最低使用電圧とｎとの積より低いこととした。したがって、本実施例によれば、負荷６の正常な動作を損なうことなく、停電時のバックアップ給電を行うことが可能になる。

また、本実施例では、組電池２は、第１の単電池８と第２の単電池とを直列に接続する単極双投スイッチ９を有する。単極双投スイッチ９は、極Ａを極Ｂ及び極Ｃのいずれか一方に接続する構成であって、極Ａが第１の単電池８に接続され、極Ｂが第２の単電池８のプラス極に接続され、第３の極が第１の単電池８のマイナス極に接続される。したがって、本実施例によれば、操作者が単極双投スイッチ９の極を切り換えることで、交換又は点検の対象の単電池８を組電池２から容易に切り離すことができる。また、交換又は点検が完了した単電池８を組電池２に容易に接続することができる。

なお、本実施例では、単電池８として鉛蓄電池を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、リチウムイオン蓄電池などの他の２次電池を単電池８として用いる場合でも、本発明を同様に適用することが可能である。

１０ 電源システム
１ 整流器
２ 組電池
３ ダイオード
４ 充電器
５ 交流電源
６ 負荷
７ バイパス付単電池
８ 単電池
９ 単極双投スイッチ

Claims (3)

1. 交流電源から出力される交流電力を直流電力に変換して負荷へ供給する整流器と、
   ｎ＋ｍ（ｎ、ｍは自然数）個の複数の蓄電池を有し、前記交流電源の停電時に前記負荷へ直流電力を供給する組電池と、
   前記交流電源から出力される交流電力を用いて前記複数の蓄電池それぞれを充電する充電器とを有し、
   前記組電池は、前記複数の蓄電池の中から任意に選択されたｎ個の蓄電池を直列に接続して得られる電圧を出力し、
   前記整流器の出力電圧は、前記組電池の満充電電圧以上に設定され、
   前記充電器の出力電圧は、充電対象の前記蓄電池の満充電電圧に設定される
   ことを特徴とする電源システム。
2. 前記負荷の最低動作電圧は、前記蓄電池の最低使用電圧とｎとの積より低いことを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
3. 前記組電池は、第１の蓄電池と第２の蓄電池とを直列に接続する単極双投スイッチを有し、
   前記単極双投スイッチは、第１の極を第２の極及び第３の極のいずれか一方に接続する構成であって、前記第１の極が前記第１の蓄電池に接続され、前記第２の極が第２の蓄電池の一方の極に接続され、前記第３の極が第１の蓄電池の他方の極に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源システム。

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