JPH10112942A - 直流電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 並列運転中の一つの蓄電池についてその容量
を測定することにより、蓄電池の信頼性を高め予防保全
性を良好とし、全体として小型化・高能率の直流電源装
置を提供することを目的とする。 【解決手段】 交流整流回路部１１５・蓄電池１１３・
直流−直流変換部１１６とで構成された回路を１個のユ
ニットとし、複数のユニット１１，１２，１３…を並列
接続して負荷２０に電力を供給する直流電源装置におい
て、各ユニットは運転停止手段１１７・電圧測定手段１
１８・出力電圧可変指令手段１１９を具備し，前記交流
整流回路部１１５・直流−直流変換部１１６との間に指
令信号が送受できる構成としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は並列運転中の一つの
蓄電池についてその容量を測定することのできる直流電
源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】据え置き型通信機器用の直流電源装置と
して、従来は、蓄電池と直流−直流変換器を組み合わせ
てユニット化することと、そのユニット化した電源回路
を複数個並列接続することが、小型化・高信頼性の観点
から使用することが考えられる。このユニット化すると
言う考えは、例えば交流無停電電源装置として、実開平
４−３９０３９号公報、特開平５−２７６６８９号公
報、特開平６−１８９４６９号公報を挙げることが出来
る。

【０００３】図７に示す直流電源装置は上記公報の内、
特開平５−２７６６８９号公報を直流電源に適用した場
合の構成を示すものである。図７において、１０は交流
電力源、１１，１２，１３，…は並列接続された直流電
源ユニット、２０は負荷を示す。直流電源ユニット１１
などはそれぞれ同一の内部構成を具備し、それらは入力
交流を整流・平滑する直流を出力する整流平滑回路１１
１と、上記直流を定電圧に安定化する直流−直流変換器
１１２と、上記変換器出力により浮動充電される蓄電池
１１３と、直流−直流変換器１１２と蓄電池１１３から
入力される直流電力を負荷２０に供給するとき供給電圧
を安定化するための負荷電圧安定回路１１４である。

【０００４】直流−直流変換器１１２は小型化・高性能
の要求を満足し、入出力間の絶縁を保つため周知のスイ
ッチング電源を使用している。交流電源が正常であると
きの動作としては、整流・平滑回路１１１からの直流入
力を定電圧に安定化し、蓄電池１１３を浮動充電しなが
ら、直流電圧安定回路１１４に電圧を印加している。

【０００５】蓄電池１１３は交流電源が停電したとき負
荷２０に電力を供給する。そのため端子電圧が負荷２０
の定格電圧と略等しくなるように、必要な個数の蓄電池
を直列接続している。例えば定格電圧が４８Ｖの負荷に
対しては二拾数個の蓄電池セルを直列接続する。

【０００６】負荷電圧安定回路１１４は、蓄電池１１３
の電圧が充電時と放電時とで異なり、その差電圧が負荷
の端子電圧許容範囲を超えているので、電圧安定化のた
め設けている。浮動充電中でその電圧が負荷端子定格電
圧より高い場合は降圧のためシリコンドロッパを用い
る。若し浮動充電電圧がその負荷電圧より低いときは昇
圧のためブースタコンバータを用いる。

【０００７】直流電源ユニット１１，１２，１３，…は
夫々が比較的小容量に構成されていて、互いに並列接続
して負荷２０に対し電力を分担しながら供給している。
そのように冗長性を持たせることで、直流電源ユニット
部の故障のためシステム全体がダウンすることを防止
し、装置の信頼性を持たせている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記電源装置において
蓄電池１１３以外は使用時間が経過しても、それらの特
性に変化が殆ど起こらないが、蓄電池１１３は所謂消耗
品であり、使用中は充電容量を確実に把握しておく必要
がある。最近は鉛蓄電池が密閉型となって保守性は良好
になったが、前記のように２０個以上直列接続した蓄電
池について、その内の１個でも他と比較して特性が不良
となっている場合は、蓄電池としての良好な動作が維持
できない。そのような場合は、交流電源が停電となって
蓄電池からの給電に切り換えたとき、時間経過と共に蓄
電池両端の電圧が異常に早く低下し、他のユニットによ
り動作のカバーが出来ないことが生じるからである。

【０００９】一般に、蓄電池についてその充電容量を最
も確実に求める手段は、蓄電池を実際に放電させながら
放電終了までの時間を調べて容量を確認することであ
る。図７に示す直流電源装置において、直流電源ユニッ
ト１１のみを交流入力停電状態とし、蓄電池１１３によ
る負荷への給電を行って、蓄電池１１３の容量確認を行
うことが適切であるが、そのとき蓄電池１１３が全く不
良であって、他の直流電源ユニット１２，１３，…から
の給電によっては、負荷２０に対し充分な給電ができな
い場合が生じる。そのため停電状態とする直流電源ユニ
ット以外の特性が完全で、上記のような１個の電源ユニ
ットをテストするときも、充分に動作カバーができるこ
とを確認して置くなど事前の準備が必要である。

【００１０】上記の容量確認以外では面倒な手段が採ら
れていた。それは所定の電源ユニットを停電状態とせず
に、被測定蓄電池のみをユニットから取り外し、代わり
に仮設蓄電池を接続しておき、取り外した外部において
放電抵抗を接続して放電試験を行うという面倒な手段で
あった。そのため従来は装置が運用中となれば、放電試
験によって蓄電池の容量判定を行うことが困難であった
から、所謂予防保全が出来ず、蓄電池は標準使用年数が
経過したとき、その良・不良にかかわらず交換してい
た。そのため装置の維持・保守費用が高価になる欠点が
あった。

【００１１】また、図７に示す整流平滑回路１１１とし
て、従来は構成の簡単なコンデンサ入力型平滑回路を使
用していた。コンデンサ入力型平滑回路は、回路１１１
の出力電流に高調波を多く含み、波形が歪む欠点がある
ため、最近では平滑回路の部分に「高力率コンバータ」
を用いることが多くなった。若し、高力率コンバータを
用いると、次段の直流−直流変換器１１３のコンバータ
と、負荷電圧安定回路１１４のブースタコンバータを含
み、１つの直流電源ユニット内に３個のコンバータを使
用することとなる。その場合は装置が大型化し、電力利
用効率も当然低下するという欠点があった。

【００１２】本発明の目的は、前述の欠点を改善するた
め、装置運用中でも蓄電池の容量を測定することによ
り、蓄電池の信頼性を高め予防保全性を良好にし、全体
として小型化・高効率の直流電源装置を提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
め、入力交流に対する整流・平滑回路と定電圧充電回路
とを有する交流整流回路部と、該交流整流回路部出力に
よって充電される蓄電池と、前記交流整流回路部出力と
蓄電池出力が入力される直流−直流変換部とで構成され
た直流電源回路を１個のユニットとし、複数のユニット
を並列接続して負荷に供給する構成の直流電源装置にお
いて、本発明は下記の構成を採用する。即ち、請求項１
に係る発明は、前記各ユニットには、各ユニットの交流
整流回路部に対する運転停止指令手段と、各ユニットの
蓄電池に対する電圧測定手段と、各ユニットの直流−直
流変換部に対する出力電圧可変の指令手段とを具備し、
且つ、各ユニットの交流整流回路部は、前記運転指令手
段からの指令信号を受信する信号入力端子と、対応して
運転を停止するための回路とを設け、各ユニットの蓄電
池は前記電圧測定手段との接続端子を設け、各ユニット
の直流−直流変換部は前記出力電圧可変の指令手段から
の指令信号を受信する信号入力端子と、対応して出力電
圧を可変するための回路とを設けたことを特徴とする。

【００１４】請求項２に係る発明は、請求項１記載の運
転停止手段・電圧測定手段・出力電圧可変の指令手段に
対し、それら手段への一斉動作を指令する統合指令手段
と、前記蓄電池電圧測定手段の測定電圧を処理して蓄電
池の充電容量を求める蓄電池容量演算手段とを具備する
ことを特徴とする。

【００１５】請求項３に係る発明は、請求項１又は請求
項２記載の蓄電池の電圧測定手段により測定した値に基
づく蓄電池の容量が規定値以下であったとき、当該ユニ
ットにおける蓄電池の劣化と判断し、交換を促す警報を
出力する警報手段を具備する事を特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は請求項１に係る発明の実施
の１例を示す図で、入力交流１０に対する交流整流回路
部１１５と、該交流整流回路部１１５の出力によって充
電される蓄電池１１３と、交流整流回路部１１５出力と
蓄電池１１３出力が入力される直流−直流変換部１１６
とで構成された直流電源回路１１を１個のユニットと
し、複数のユニット１１，１２，１３，…を互いに並列
接続して負荷２０に供給する構成とした直流電源装置を
示している。

【００１７】図１に示す各ユニット１１，１２，１３，
…には、各ユニットの交流整流回路部に対する運転停止
指令手段１１７と、各ユニットの蓄電池に対する電圧測
定手段１１８と、各ユニットの直流−直流変換部に対す
る出力電圧可変の指令手段１１９とを具備している。且
つ各ユニットの交流整流回路部１１５は、運転停止指令
手段１１７からの指令信号を受信する信号入力端子と、
対応して運転を停止するための回路を設け、各ユニット
の直流−直流変換部１１６は出力電圧可変の指令手段１
１９からの指令信号を受信する信号入力端子と、対応し
て出力電圧を可変するための回路とを設けている。

【００１８】図１に示す直流電源装置は、入力交流１０
が正常で、各ユニット１１，１２，１３，…も正常であ
るとき、各ユニットの蓄電池例えば第１ユニットの蓄電
池１１３は所謂浮動充電されていて、略充電完了状態に
なっている。そして各ユニットの直流−直流変換部１１
４の出力電圧は負荷２０に対する規定電圧となるように
調整され、負荷２０に対する電流は各ユニットが略均等
に分担している。

【００１９】若し、入力交流１０が停電となったとき、
各ユニットの蓄電池は放電状態に入り、各ユニットの直
流−直流変換部を介して上記正常状態と同様な電圧と電
流を負荷２０に供給する。従って通常は、蓄電池特性が
正常であれば、蓄電池が放電状態になるまでの間は負荷
の動作も正常である。

【００２０】入力交流１０が正常のとき、各ユニットの
蓄電池について放電試験を行うことが出来れば、直流電
源装置の保守性が格段に向上する。そのため図１に示す
各ユニットにはその目的の動作指令手段を具備してい
る。例えば図１に示す各ユニットについて試験を行う場
合について以下説明する。交流整流回路部１１５に対す
る運転停止手段１１７は先ず交流整流回路部１１５に対
する運転停止指令を発して第１ユニットについて停電状
態を発生させる。蓄電池１１３の端子電圧を電圧測定手
段１１８により測定して、端子電圧が全くの異常状態で
あれば、即刻放電試験を停止し、蓄電池の接続を取り外
し、正常の蓄電池を交換接続する。次で交流整流回路部
の動作を復旧させる。蓄電池の端子電圧が異常でないと
き、以下の動作を行う。

【００２１】このとき出力電圧可変指令手段１１９が直
流−直流変換部１１６に対し出力電圧を僅かに高くする
ように指令を発する。その指令は直流−直流変換部１１
６における出力電圧可変指令手段１１９との端子に到達
する。直流−直流変換部１１６は蓄電池１１３から入力
した直流電力を規定の電圧に変換すると同時に従前より
僅かに昇圧して負荷２０に対し給電する。このとき当該
ユニットが負荷電流を他のユニットと比較して大量に負
担するので、出力電流値は増大し、遂に当該ユニットの
垂下点まで達する。その電流値によりユニットの出力電
圧は他のユニットと同じ電圧まで降下する。この「垂下
点」については後述する。

【００２２】従って、このときユニットの出力電流値が
最大で出力電圧も同値であるから、ユニットは最大出力
状態となっていて、その状態は負荷の大きさに関係しな
い。そして蓄電池１１３からは直流−直流変換部１１６
に対して「放電」しているが、直流−直流変換部１１６
が最大出力を発生しているので、その入力電力即ち蓄電
池１１３の放電電力は略一定であり、一定条件の下で放
電試験が行われている。蓄電池１１３の端子電圧を電圧
測定手段１１８において監視していて、放電所定電圧へ
低下するまでの時間を測定すれば、その時間の長短によ
り蓄電池の容量を正確に求めることが出来る。

【００２３】次に図２は、図１に示す直流−直流変換部
１１６についての具体的構成を示す図である。図２にお
いて、２１は蓄電池からの電流入力端子、２２はＦＥＴ
による直流開閉器、２３は変圧器、２４は整流ダイオー
ド、２５は平滑回路、２６は検流器、２７はＦＥＴに対
する流通角制御部（出力電圧を可変するための回路を含
む）、２８は出力電流検出器、２９は直流−直流変換部
から負荷２０への電流出力端子、４０はヒューズを示
す。

【００２４】端子２１から端子２９までの出力容量は、
直流−直流変換部１１６の特性として予め定められてい
るから、出力電流検出器２８が検流器２６の出力につき
検出していて、図１に示す出力電圧可変指令手段１１９
からの指令信号を直流−直流変換部１１６に設けた信号
入力端子を介して受信したとき、最大出力状態とするた
めのＦＥＴに対する流通角の制御量が判断できる。その
量の制御をＦＥＴ２２に印加することにより端子２９の
電流は最大値になる。端子２９が他のユニットと並列接
続されているから、端子２９の出力電圧は共通で安定化
する。

【００２５】図３は、図１に示すユニット１１と１２に
ついてそれらの出力電圧と出力電流の変化を示す図であ
る。図３（Ａ）は第１ユニット１１、図３（Ｂ）は第２
ユニット１２の夫々出力を示し、各図の横軸の時刻ｔｔ
において、蓄電池の放電試験を開始する。時刻ｔｔにお
いて、前述の通り第１ユニットの出力電圧は僅かに高く
なり（例えば５％）出力電流は大きく増大して、以後継
続する。第２ユニット以下の出力電流は第２ユニット以
下の並列ユニット数に対応して減少する。例えば第３ユ
ニットまで並列接続しているときは、第１ユニットの増
加電流分の半分の値だけ第２・第３ユニットの出力電流
が減少する。第１ユニットの出力電圧はその後徐々に減
少し、他のユニットと同一電圧にまで達した以後はその
電圧で安定化する。

【００２６】次に図４は直流−直流変換部１１６の垂下
特性を説明する図である。直流−直流変換部１１６のよ
うに電源装置は固有の定格容量があり、その容量を超え
る駆動を要求する負荷を接続すると、電源装置は破壊す
るので、常時出力電流を監視し、上記定格の１１０％ま
では出力電圧一定の制御（定電圧制御）を行っている。
定電圧をＶｏと示す。若し定格の１１０％以上の出力電
流となる場合はその大電流を流さないように定電流制御
に切り換える。この定電流制御に移ったことを垂下動作
と呼び、定電圧領域から定電流領域へ切り換わる点を垂
下点という。垂下点を超えて定電流領域で動作すること
を垂下動作という。定電流領域に入った装置の出力電圧
は、本発明の場合各ユニットが並列接続されているか
ら、垂下動作してない装置（ユニット）の出力電圧とな
る。垂下動作している出力電流値Ｉｏは最大で出力電圧
も大きいから、このユニットは最大出力で動作している
こととなる。

【００２７】図１に示す運転停止指令手段１１７は、交
流整流回路部１１５内の動作素子であるＩＧＢＴに対す
る駆動を停止する指令を発する。交流整流回路部１１５
においては上記指令を受信する信号入力端子を設けてい
て、その指令信号を受信したとき素子の動作が停止す
る。

【００２８】電圧測定手段１１８は周知の手段を採用す
る。蓄電池の端子電圧について常時測定監視している。
図５は放電試験開始後の蓄電池の電圧を時間経過と共に
示す図である。蓄電池の端子電圧は放電回路のときＶｔ
であったが、時間経過と共に右下りに低下する。放電終
了電圧Ｖｂを例えば１．９Ｖ／セルのようにその蓄電池
種類毎に定めておくことで、Ｖｂまで低下するに要した
時間を測定する。Ｖｂに達する標準時間をｔｒのように
定めておく。所定の蓄電池がＶｂまで低下した時間を測
定してｔ１のように長時間であれば、その経過線Ｂａを
示す蓄電池は放電容量に余裕があることを示す。放電時
間がｔ２のように短時間で電圧がＶｂに達した蓄電池
は、経過線Ｂｄであって、容量は不足している。電圧測
定手段１１８は警報を発するなどにより早急に交換を要
することを報知することが望ましい。

【００２９】次に図６は請求項２に係る発明の実施の１
例を示す。図６は図１に示す各ユニットに対し統合的に
指令を発したり、試験結果を表示することのできる集中
監視部３０のブロック構成図を示している。集中監視部
３０は特定ユニットの蓄電池を指定し、その蓄電池に対
し放電試験を実施する指令を発する指令部３１と、上述
のような試験を行って試験データが得られたとき、その
データに基づき良否を判定する試験データ演算部３３
と、該演算部３３の出力３６が入力される蓄電池放電試
験結果の出力表示を行う表示部３２と、図１に示す各手
段に対し指令を送信する通信線３４と、図１に示す各部
から試験データを受け取る通信線３５を具備する。被試
験蓄電池は所定期間毎にサイクリックに設定することが
必要である。

【００３０】請求項３に係る発明の実施の１例は、蓄電
池の容量が規定値以下であることが判ったとき、蓄電池
について交換を促す警報が出力されるので、一旦、ＦＥ
Ｔの駆動を停止し、そのユニットから負荷への給電を停
止させて、蓄電池を交換する。その操作を行わないと直
流−直流変換部は低容量に低下した蓄電池からの給電に
より全体として無理な動作となるからである。

【００３１】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、並列接続
された電源ユニット内部の蓄電池について、負荷２０に
対し運用稼働中であっても放電試験を行うことが出来る
ので、蓄電池に対する予防保全性が良好となる効果を奏
する。そのとき被試験蓄電池をシステムから取り外した
り、仮設蓄電池を必要とすることが無く、試験のための
新設設備が殆ど不要であって、且つ試験が定期的に実行
できる。そして放電電流を最大値に一定に保持できるた
め、それを他ユニットに対しても同様に適用するから、
試験の精度が極めて向上できる。また従来は、コンバー
タ３台をカスケード接続するようなことがあったが、本
発明によれば交流整流回路部にコンバータを用いること
があっても、最大２台までを使用することで良いから、
装置の設備スペースが狭くて良い。

【００３２】請求項２に係る発明によれば、放電試験を
定期的に実行することを指令したり、結果を表示するこ
とが出来るので、設備の活用が有効に出来る。請求項３
に係る発明によれば、放電試験の結果、不良蓄電池が発
見されたとき早急に交換することができるから、実際の
停電時には、安定して負荷への給電を継続することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 請求項１に係る発明の実施の１例を示す図で
ある。

【図２】 図１に示す直流−直流変換部についての具体
的構成を示す図である。

【図３】 図１に示すユニット１１，１２について電圧
・電流の変化を示す図である。

【図４】 直流−直流変換部の垂下特性を説明する図で
ある。

【図５】 放電試験開始後の蓄電池の電圧を時間経過と
共に示す図である。

【図６】 請求項２に係る発明の実施の１例を示す図で
ある。

【図７】 従来の直流電源装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ 入力交流 １１，１２，１
３，… ユニット ２０ 負荷 ２１ 蓄電池か
らの電流入力端子 ２２ ＦＥＴによる直流開閉器 ２７ 流通角制
御部 ２８ 出力電流検出器 ３０ 集中監視
部 １１３ 蓄電池 １１５ 交流整
流回路部 １１６ 直流−直流変換部 １１７ 運転停
止指令手段 １１８ 電圧測定手段 １１９ 出力電
圧可変指令手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｍ 3/00 Ｈ０２Ｍ 3/00 Ｗ (72)発明者 唄代 正弘 栃木県今市市荊沢字上原597 古河電池株 式会社今市事業所内 (72)発明者 堀内 勝広 栃木県今市市荊沢字上原597 古河電池株 式会社今市事業所内 (72)発明者 三木 邦雄 東京都千代田区六番町六番地 日本移動通 信株式会社内 (72)発明者 森山 栄治 東京都港区芝浦４丁目８番33号 株式会社 関電工内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力交流に対する整流・平滑回路と定電
   圧充電回路とを有する交流整流回路部と、該交流整流回
   路部出力によって充電される蓄電池と、前記交流整流回
   路部出力と蓄電池出力が入力される直流−直流変換部と
   で構成された直流電源回路を１個のユニットとし、複数
   のユニットを並列接続して負荷に供給する構成の直流電
   源装置において、前記各ユニットには、各ユニットの交
   流整流回路部に対する運転停止指令手段と、各ユニット
   の蓄電池に対する電圧測定手段と、各ユニットの直流−
   直流変換部に対する出力電圧可変の指令手段とを具備
   し、且つ、各ユニットの交流整流回路部は、前記運転指
   令手段からの指令信号を受信する信号入力端子と、対応
   して運転を停止するための回路とを設け、各ユニットの
   蓄電池は前記電圧測定手段との接続端子を設け、各ユニ
   ットの直流−直流変換部は前記出力電圧可変の指令手段
   からの指令信号を受信する信号入力端子と、対応して出
   力電圧を可変するための回路とを設けたことを特徴とす
   る直流電源装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の運転停止手段・電圧測定
   手段・出力電圧可変の指令手段に対し、それら手段への
   一斉動作を指令する統合指令手段と、前記蓄電池電圧測
   定手段の測定電圧を処理して蓄電池の充電容量を求める
   蓄電池容量演算手段と、それら各手段との連絡通信線と
   を具備することを特徴とする請求項１記載の直流電源装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の蓄電池の電
   圧測定手段により測定した値に基づく蓄電池の容量が規
   定値以下であったとき、当該ユニットにおける蓄電池の
   劣化と判断し、交換を促す警報を出力する警報手段を具
   備する事を特徴とする直流電源装置。