CN109075606A

CN109075606A - 停电时备用电源装置

Info

Publication number: CN109075606A
Application number: CN201680085328.5A
Authority: CN
Inventors: 渡边泰生
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2036-05-12
Also published as: WO2017195322A1; CN109075606B

Abstract

停电时备用电源装置具有充放电控制部(11)，当商用电源(1)从停电恢复时，充放电控制部(11)根据由电流测定部(14)计测出的放电电流值和由计时部(15a)计测出的放电时间，求出在停电期间电池(12)释放的放电容量，并根据放电容量，利用充电部(13)以第1充电电流值对电池(12)进行第1充电，在第1充电后，以小于第1充电电流值的第2充电电流值对电池(12)进行第2充电，其中，充放电控制部(11)在第1充电后或第2充电的期间中，在给定时间的期间中断对电池(12)的充电，在中断后，根据由电压测定部(16)测定出的电池(12)的电压求出电池(12)的不足容量，根据不足容量，利用充电部(13)以大于第2充电电流值的第3充电电流值对电池(12)进行第3充电。

Description

停电时备用电源装置

技术领域

本发明涉及停电时备用电源装置，特别涉及在电梯系统中使用的停电时备用电源装置。

背景技术

在电梯控制装置中设有停电时备用电源装置作为用于在停电时使轿厢运转的紧急用电源(例如，参照专利文献1和2)。

停电时备用电源装置使用铅蓄电池(以下作为电池)。由于电池作为标准装备设置在全部的电梯控制装置中，因此选定价格低廉且具有最佳容量的电池。

此外，电池还用作停电时轿厢内的应急灯的电源和内线电话的电源。在停电时，轿厢内的乘客可以经由内线电话与建筑物的管理人员或维护公司进行通话。

电池进行基于化学变化的充放电而能够反复使用。因此，内阻的上升随使用时间而发展。其结果是，电池的容量从开始使用时的容量起逐渐降低。因此，即使利用充电装置进行与放电量对应的快速充电，剩余容量也不会返回到100％。

通过在快速充电后进行涓流充电(trickle charge)一周以上，电池的剩余容量接近100％。涓流充电是指，使用由蓄电池的规格决定的电流值以下的电流缓慢充电。因此，涓流充电进行充电花费的时间较长。因此，当在一周以内再次发生停电时，电池将从剩余容量低于100％的状态开始放电。在该情况下，无法供给电池的100％容量的电力。考虑到该情况，为了满足停电时救援运转的制约条件，必须必要程度以上地预估较大的容量作为电池的保有容量。

此外，未达到充满电的状态下的放电将加速作为电池内部的结构部件的极板的劣化，因此对于电池的寿命也会产生影响。因此，在专利文献1中，当在停电时的救援运转中电池的电压变为阈值以下时，在降低救援运转的速度、抑制电池的电压降低的情况下继续救援运转。

此外，在专利文献2中，提出了为了使电池快速充满电而根据从停电恢复时的电池的剩余容量来选择是进行涓流充电还是快速充电的方案。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-169658号公报

专利文献2：日本特开2011-126617号公报

发明内容

发明要解决的课题

如上所述，由于未达到充满电的状态下的放电会加速作为电池内部的结构部件的极板的劣化，因此对电池的寿命也会产生影响。因此，在专利文献1中，当在救援运转中电池的电压变为阈值以下时，在降低救援运转速度、抑制电池的电压降低的情况下继续救援运转。因此，在专利文献1中，存在在停电频繁发生时等，救援运转速度总是变慢，无法进行良好的停电时救援运转的问题。

此外，在专利文献2中，为了使电池快速充满电，根据从停电恢复时的电池的剩余容量来选择是进行涓流充电还是快速充电。然而，在专利文献2的方法中存在当下一次停电意外地较快发生时有可能来不及充电的问题。或者，存在当停电频繁发生时，总是进行快速充电，给电池带来负担，从而缩短了电池寿命的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种即使在短时间内发生多次停电的情况下也能够在停电时良好地驱动驱动对象的停电时备用电源装置。

用于解决课题的手段

本发明是一种停电时备用电源装置，该停电时备用电源装置具备：电力转换器，其将从商用电源供给的交流电转换为直流电并供给至驱动对象；电池，其被从所述商用电源供给的所述交流电所充电，并且当所述商用电源停电时，该电池对所述驱动对象释放电力；以及充放电控制部，其控制所述电池的充电和放电，所述充放电控制部具有：充电部，其使用从所述商用电源供给的所述交流电对所述电池进行充电；电流测定部，其测定所述电池在放电时的放电电流值；计时部，其计测所述电池的放电时间；以及电压测定部，其测定所述电池的电压，所述充放电控制部在所述商用电源已从停电恢复时，根据由所述电流测定部计测出的放电电流值和由所述计时部计测出的所述放电时间，求出所述电池在所述停电的期间释放的放电容量，并根据所述放电容量，利用所述充电部以第1充电电流值对所述电池进行第1充电，在所述第1充电后，以小于所述第1充电电流值的第2充电电流值对所述电池进行第2充电，其中，所述充放电控制部在所述第1充电后或所述第2充电的期间中，在给定时间的期间中断对所述电池的充电，在所述中断后，根据由所述电压测定部测定出的所述电池的电压来求出所述电池的不足容量，并根据所述不足容量，利用所述充电部以大于所述第2充电电流值的第3充电电流值对所述电池进行第3充电。

发明效果

本发明是一种停电时备用电源装置，该停电时备用电源装置在以第1充电电流值进行的第1充电后，以小于第1充电电流值的第2充电电流值进行第2充电，其中，在第1充电后或第2充电的期间中，在给定时间的期间中断对电池的充电，在中断后，根据由电压测定部测定出的电池的电压求出电池的不足容量，根据不足容量，利用充电部以大于第2充电电流值的第3充电电流值对电池进行第3充电，因此，能够缩短充电花费的时间并且能够将电池充电至充满电的状态，因此，即使在短时间内发生多次停电的情况下，也能够良好地驱动驱动对象。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的停电时备用电源装置的结构的结构图。

图2是示出本发明的实施方式1的停电时备用电源装置中的、来自备用时电池的放电电流与时间之间的关系的图。

图3是示出通过现有的充电方法实现的、恢复供电后的流向电池的充电电流与时间之间的关系的图。

图4是示出通过现有的充电方法实现的、充电时的电池容量与时间之间的关系的图。

图5是示出本发明的实施方式1的停电时备用电源装置中的、充电时的电池容量与时间之间的关系的图。

图6是示出本发明的实施方式1的停电时备用电源装置中的、充电时的电池的充电电流与时间之间的关系的图。

图7是示出在本发明的实施方式1的停电时备用电源装置中使用的、确定电池的剩余容量与电压之间的对应关系的查阅表的一例的图。

图8是示出设置于本发明的实施方式1的停电时备用电源装置中的充放电控制部的控制部的硬件结构的框图。

图9是示出本发明的实施方式1的停电时备用电源装置的处理流程的流程图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1的停电时备用电源装置的结构的图。

如图1所示，本实施方式的停电时备用电源装置由电磁接触器触点2、换流器3、平滑电容器4、逆变器5、充放电控制部11和电池12构成。

如图1所示，停电时备用电源装置经由电磁接触器触点2与商用电源1连接。商用电源1是三相交流电源。在电梯的通常行驶时，电磁接触器触点2闭合。

电磁接触器触点2与换流器3连接。换流器3是交流侧与电磁接触器触点2连接、将从商用电源1供给的交流电压转换为直流电压的电力变换器。换流器3的直流侧与平滑电容器4连接。平滑电容器4对来自换流器3的输出电压进行平滑。

平滑电容器4的两端与逆变器5连接。逆变器5将由平滑电容器4平滑后的输出电压转换为可变电压/可变频率的三相交流电压。

电梯驱动用的电动机6与逆变器5的交流侧连接。电动机6由三相感应电动机构成。驱动绳轮7与电动机6连接。电动机6被施加逆变器5输出的三相交流电压。电动机6利用该三相交流电压驱动驱动绳轮7。曳引绳索8绕挂在驱动绳轮7上。曳引绳索8的一端与电梯的轿厢9连接。此外，曳引绳索8的另一端与对重10连接。轿厢9和对重10由曳引绳索8悬吊于井道内。通过电动机6驱动驱动绳轮7而使得轿厢9和对重10在井道内升降。

换流器3的直流侧经由充放电控制部11与电池12连接。电池12由铅蓄电池构成。当从商用电源1供给电力时，电池12被该电力充电。另一方面，当商用电源1停电时，将用于驱动轿厢9的电力供给至电动机6。

充放电控制部11中设有充电部13、电流测定部14、控制部15、电压测定部16、常闭触点17和常开触点18。

常闭触点17在通常时、即从商用电源1供给电力时闭合。另一方面，当商用电源1停电时断开。

常开触点18在通常时、即从商用电源1供给电力时断开。另一方面，当商用电源1停电时闭合。

当从商用电源1供给电力时，充电部13利用该电力经由常闭触点17对电池12进行充电。

电流测定部14测定电池12放电时的放电电流值。

控制部15控制充电部13、常闭触点17和常开触点18。在控制部15的内部具有计时部15a。计时部15a计测电池12的放电时间。此外，计时部15a计测充电部13对电池12充电的时间。

电压测定部16测定电池12的电压。

当商用电源1停电时，电池12经由常开触点18释放用于驱动轿厢9的电力，经由平滑电容器4和逆变器5向电动机6施加三相交流电压。

充放电控制部11如上所述地构成，当商用电源1已从停电恢复时，根据由电流测定部14计测出的放电电流值和由计时部15a计测出的放电时间求出在停电期间中电池12释放的放电容量。于是，为了充电该放电容量的量，如图6所示，以第1充电电流值来进行对电池12的第1充电。第1充电中的充电方式是快速充电。在第1充电后，充放电控制部11以小于第1充电电流值的第2充电电流值对电池12进行第2充电。第2充电中的充电方式是涓流充电。在本实施方式中，如图6所示，在第1充电后或在第2充电的期间中，在给定时间的期间中断对电池12的充电，在中断后，以大于第2充电电流值的第3充电电流值对电池12进行第3充电。

图8示出充放电控制部11的控制部15的硬件结构。如图8所示，控制部15由被输入信号的输入装置100、处理器101、存储器102和输出信号的输出装置103构成。控制部15是通过处理器101执行存储在存储器102中的程序来实现的。此外，多个处理器和多个存储器也可以协作执行上述功能。

以下对充放电控制部11的动作详细地进行说明。

图2是示出商用电源1停电期间的电池12的情况的图。图2示出在停电时进行放电时的电池12的放电电流值与时间之间的关系。在图2中，横轴是时间，纵轴是放电电流值。

如图2所示，在放电时间T1的期间，电池12以恒定的放电电流I1进行放电。该情况下，来自电池12的放电容量为I1×T1(A·sec)。

图3是示出商用电源1已从停电恢复时的电池12的情况的图。图3示出对电池12进行充电时的电池12的充电电流值与时间之间的关系。在图3中，横轴是时间，纵轴是充电电流值。

但是，图3是用于与图6所示的本实施方式的充电方法进行比较的图。图3示出通过现有的一般方法对电池12进行充电的情况。在图3中，在规定时间T2的期间，以恒定的规定充电电流I2对电池12进行充电。规定充电电流I2是根据电池12的电池容量确定的值。即，设电池容量为C时，规定充电电流I2通常被设定为0.3×C(A)左右。规定充电电流I2是对电池12的最大充电电流。当以最大充电电流以下的电流对电池12充电时，电池12的负担较小，不易发生电池12的劣化。

如使用图2所述的那样，假设停电时来自电池12的放电容量是I1×T1(A·sec)。这时，如下式(1)所示，将该放电容量(I1×T1)除以规定充电电流I2时，可以得到放电容量的量的充电所需的规定时间T2。

T2＝(I1×T1)/I2 (1)

这样，在图3中，在规定时间T2的期间，以规定充电电流I2进行快速充电。在该情况下，对电池12的充电容量为I2×T2＝I1×T1(A·sec)，理论上，电池12成为充满电的状态。然而，在电池12中，由于电池12进行自放电，因此，电池12的剩余容量相对于充满电产生不足量。因此，需要通过涓流充电来补充该不足量。因此，如图3所示，在经过规定时间T2的时刻，将充电方式从快速充电切换为涓流充电。在涓流充电中，以涓流充电电流It继续充电直到电池12充满电。涓流充电电流It是根据电池12的电池容量确定的值。即，在设电池容量为C时，涓流充电电流It通常被设定为(1/1000)×C(A)左右。在涓流充电中，直到充满电通常要花费一周以上。

图4的(a)是示出通过图3所示的现有的方式进行充电时的电池12的剩余容量的变化的图。但是，在图3中，示出了电池12尚未劣化的初始状态，在图4的(a)中，示出了电池12已劣化的情况。为了示出与图3的对比，图4的(b)示出与图3对应的图。

在图4中，通过与图3中进行了说明的一般充电方法相同的方法对电池12进行充电。即，在规定时间T2的期间，以规定充电电流I2对电池12进行充电。这时，由于电池12已劣化，因此，如图4所示，假设在规定时间T2的期间仅可以充电电池容量C的80％左右。在该情况下，在经过了规定时间T2的时刻，将充电方式从快速充电切换为涓流充电时，由于电池12尚未达到充满电，因此直到充满电的时间有可能要花费一个月以上。

因此，在本实施方式的停电时备用电源装置中，通过图5和图6所示的充电方法对电池12进行充电。

图5和图6示出通过本实施方式的充电方法对发生了劣化的电池12进行充电的情况。

图6示出在商用电源1恢复供电时对电池12进行充电时的电池12的充电电流与时间之间的关系。在图6中，横轴是时间，纵轴是充电电流值。在图6中，也与图3同样，对电池12进行第1充电和第2充电。但是，在图6中，在第1充电后、或在第2充电期间暂时中断充电而进行第3充电。在这方面，图6的充电方法与图3的充电方法不同。

图5是示出通过图6的充电方法进行充电时的电池12的剩余容量(state ofcharge)的变化的图。在图5中，横轴是时间，纵轴是电池12的剩余容量。

如图5和图6所示，在本实施方式中，在充放电控制部11中，首先，控制部15对充电部13指示以开始充电。由此，充电部13使用来自商用电源1的电力对电池12进行充电。这时，常闭触点17闭合。此外，该充电被称为第1充电。在第1充电中，在规定时间T2的期间，充电部13以规定充电电流I2对电池12进行快速充电。在设电池容量为C时，规定充电电流I2被设定为0.3×C(A)。如上式(1)所示，根据放电容量求出规定时间T2。此外，控制部15根据计时部15a的计时结果判定是否经过了规定时间T2。理论上，通过第1充电，电池12应该成为充满电的状态。然而，在图5和图6的示例中，由于电池12已劣化，因此，假设如图5所示在从充电开始经过了规定时间T2的时刻t1的时刻仅可以充电电池容量C的80％左右。

这时，在本实施方式中，在经过规定时间T2后，如图5和图6所示，在给定时间的期间中断充电。在以下内容中，该给定时间被称为容量计测期间T3。容量计测期间T3是预先设定的给定时间，以12小时～24小时为基准。在图5和图6中，从时刻t1到时刻t2的时间为容量计测期间T3。在容量计测期间T3中，首先，在时刻t1，充放电控制部11的控制部15使常闭触点17处于打开状态而断开充电部13与电池12之间的连接。这样，使电池12成为开路状态。开路状态意味着电池12无充电并且无放电的状态。控制部15根据计时部15a的计时结果判定从时刻t1起是否经过了容量计测期间T3。如果判定为在时刻t2经过了容量计测期间T3，则控制部15从电压测定部16取得电池12的开路电压。

在控制部15中设有图8所示的存储器102。在存储器102中保存有查阅表，该查阅表预先确定了电池12的开路电压与电池12的剩余容量之间的对应关系。图7示出该查阅表的一例。在图7中，横轴是电池12的剩余容量(％)。纵轴是电池12的开路电压(V)。控制部15可以依照图7的查阅表求出与从电压测定部16取得的电池12的开路电压对应的剩余容量(％)。控制部15根据与电池12的剩余容量(％)之差，根据下述(2)式求出直到电池12充满电的不足容量C_shortage。这里，C是电池12的电池容量。

不足容量C_shortage＝C×(100(％)-剩余容量(％)) (2)

控制部15使用下式(3)，根据不足容量C_shortage求出补充充电时间T4。补充充电时间T4是为了充电不足容量C_shortage所需的时间。在图5和图6的示例中，从时刻t2到时刻t3的期间是补充充电时间T4。在下式(3)中，I2是上述的规定充电电流。

T4＝C_shortage/I2 (3)

在补充充电时间T4中，控制部15首先使常闭触点17处于闭合状态，以连接充电部13和电池12。接下来，控制部15对充电部13指示开始充电。充电部13接受该指示，使用来自商用电源1的电力对电池12进行充电。具体而言，在补充充电时间T4的期间，充电部13以规定充电电流I2对电池12进行快速充电。该充电被称为第3充电。由此，在时刻t3，电池12成为充满电的状态。

在时刻t3，控制部15将充电方式从快速充电切换为涓流充电。在涓流充电中，以涓流充电电流It继续充电直到电池12充满电。该充电被称为第2充电。涓流充电电流It被设定为(1/1000)×C(A)。在涓流充电中，补充电池12的自放电的量。

图9是示出本实施方式的停电时备用电源装置的动作流程的流程图。

如图9所示，在本实施方式中，充放电控制部11的控制部15判定商用电源1是否已从停电恢复(步骤S1)。

控制部15在判定为商用电源1已恢复时，根据由电流测定部14计测出的放电电流I1和由计时部15a计测出的放电时间T1求出在停电时电池12释放的放电容量(步骤S2)。

接下来，控制部15通过将放电容量除以规定充电电流I2求出进行放电容量的量的充电所需的规定充电时间T2。在规定充电时间T2的期间，充电部13以规定充电电流I2对电池12进行快速充电(步骤S3)。该快速充电是上述第1充电。

接下来，控制部15判定快速充电是否已结束(步骤S4)。即，控制部15根据计时部15a的计时结果判定是否经过了规定充电时间T2。

控制部15在判定为快速充电已结束时，为了中断充电，使常闭触点17成为打开状态，以断开充电部13与电池12之间的连接。于是，在容量计测期间T3的期间，电池12处于开路状态(步骤S5)。

控制部15根据计时部15a的计时结果判定是否经过了容量计测期间T3。当判定为经过了容量计测期间T3时，控制部15从电压测定部16取得电池12的开路电压(步骤S6)。

接下来，控制部15根据开路电压的值，依照存储在图7所示的存储器102中的查阅表求出电池12的剩余容量，并求出直到充满电的不足容量C_shortage(步骤S7)。

控制部15通过将不足容量C_shortage除以规定充电电流I2求出进行不足容量的量的充电所需的补充充电时间T4。这样，控制部15再次闭合常闭触点17，在补充充电时间T4的期间，以规定充电电流I2对电池12进行补充充电(步骤S8)。该补充充电是上述第3充电。

控制部15根据计时部15a的计时结果判定是否经过了预测充电时间T4。当判定为经过了补充充电时间T4时，控制部15将充电方式从快速充电切换为涓流充电，以涓流电流值It对电池12进行涓流充电(步骤S9)。该涓流电流是上述第2充电。

如上所述，在本实施方式中，在快速充电后暂时中断充电，在经过给定时间后计测电池12的开路电压，并根据该开路电压计算电池12的不足容量，并且再次开始快速充电，进行不足容量的量的充电。由此，即使在电池12已劣化的情况下，也能够将电池12充电至充满电。此外，由于通过快速充电而不是涓流充电来补充不足容量的量的充电，因此能够大幅缩短充电花费的时间。因此，即使在短时间内发生多次停电的情况下，电池12的剩余容量也不会处于不足倾向，从而总是能够进行良好的电梯停电时救援运转。

另外，在上述说明中，说明了如图6所示在经过规定时间T2后设置容量计测期间T3和第3充电(补充充电时间T4)，但是不限于该情况，也可以在涓流充电时间T5期间设置容量计测期间T3和第3充电(补充充电时间T4)。

此外，在上述说明中，说明了使规定时间T2的第1充电电流值和补充充电时间T4的第3充电电流值相同，但不限于该情况，也可以根据由电压测定部16测定出的电压使第3充电电流值成为小于第1充电电流值的值。

另外，当使第1充电电流值和第3充电电流值相同时，充电部13只要仅具有规定充电电流I2和涓流电流值It这两种电流值即可，因此能够简化充电部13的结构。

另一方面，当使第3充电电流值成为小于第1充电电流值的值时，能够减少第3充电期间中对电池12的负担，因此能够延长电池12的寿命。

此外，在本实施方式中，也可以在电梯的运转停止期间内设定充电中断(容量计测期间T3)和第3充电(补充充电时间T4)。由于在电梯的运转停止期间内无需进行停电时救援运转，因此能够可靠地进行充电中断和第3充电。此外，在办公楼等中，预计在深夜时间段不会使用电梯，因此，也可以将充电中断和第3充电设定为夜晚时间段。

产业上的可利用性

本发明的停电时备用电源装置可以用作即使由于电力情况而频繁发生停电可靠性仍较高的救援运转装置。此外，当然，本发明也可以适用于电梯以外的其它装置。

标号说明

1：商用电源；2：电磁接触器触点；3：换流器；4：平滑电容器；5：逆变器；6：电动机；7：驱动绳轮7；8：曳引绳索；9：轿厢；10：对重；11：充放电控制部；12：电池；13：充电部；14：电流测定部；15：控制部；16：电压测定部；17：常闭触点；18：常开触点。

Claims

1.一种停电时备用电源装置，该停电时备用电源装置具备：

电力转换器，其将从商用电源供给的交流电转换为直流电并供给至驱动对象；

电池，其被从所述商用电源供给的所述交流电所充电，并且当所述商用电源停电时，该电池对所述驱动对象释放电力；以及

充放电控制部，其控制所述电池的充电和放电，

所述充放电控制部具有：

充电部，其使用从所述商用电源供给的所述交流电对所述电池进行充电；

电流测定部，其测定所述电池在放电时的放电电流值；

计时部，其计测所述电池的放电时间；以及

电压测定部，其测定所述电池的电压，

所述充放电控制部在所述商用电源已从停电恢复时，根据由所述电流测定部计测出的放电电流值和由所述计时部计测出的所述放电时间，求出所述电池在所述停电的期间释放的放电容量，并根据所述放电容量，利用所述充电部以第1充电电流值对所述电池进行第1充电，在所述第1充电后，以小于所述第1充电电流值的第2充电电流值对所述电池进行第2充电，其中，

所述充放电控制部在所述第1充电后或所述第2充电的期间中，在给定时间的期间中断对所述电池的充电，在所述中断后，根据由所述电压测定部测定出的所述电池的电压来求出所述电池的不足容量，并根据所述不足容量，利用所述充电部以大于所述第2充电电流值的第3充电电流值对所述电池进行第3充电。

2.根据权利要求1所述的停电时备用电源装置，其中，

所述给定时间被设定在所述驱动对象的运转停止期间内。

3.根据权利要求1或2所述的停电时备用电源装置，其中，

所述第3充电电流值与所述第1充电电流值相同。

4.根据权利要求1或2所述的停电时备用电源装置，其中，

所述第3充电电流值小于所述第1充电电流值。