JP2004120857A - 電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高容量化や省スペース化、長寿命化を図ると共に、電力需要を平準化して電力コストを削減した電源装置を提供する。
【解決手段】電池ＥＣＵ７は、演算した第１の組電池４１および第２の組電池４２の残存容量がいずれも充電開始閾値以下になった場合、深夜の所定時刻になるのを待って、第１の組電池４１および第２の組電池４２のうち１つの組電池のみに対する充電開始要求を発して充電制御手段５に該当組電池への補充電を開始させる。
【選択図】 図１
【解決手段】電池ＥＣＵ７は、演算した第１の組電池４１および第２の組電池４２の残存容量がいずれも充電開始閾値以下になった場合、深夜の所定時刻になるのを待って、第１の組電池４１および第２の組電池４２のうち１つの組電池のみに対する充電開始要求を発して充電制御手段５に該当組電池への補充電を開始させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置に関し、特に無線通信の基地局等に設置され、停電時等のバックアップ用電源としてニッケル−水素二次電池が塔載された通信用直流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話等の基地局に設置される通信用直流電源装置には、停電時や保守時等のバックアップ用電源として、鉛蓄電池が使用されてきた（例えば、特許文献１参照）。この鉛蓄電池は、商用電源の交流電圧を整流器により整流した直流電圧によりフロート充電され、特に充電制御は行われていなかった。
【０００３】
また、通信用直流電源装置のバックアップ用電源として、複数系統の鉛蓄電池を設けることで、１系統の鉛蓄電池が劣化していたとしても、他系統の鉛蓄電池をバックアップに用いることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３１５０１５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、通信用直流電源装置に対する電力需要が増大しており、またその設置スペースも限られている。しかしながら、通信用直流電源装置のバックアップ用電源として鉛蓄電池を用いた場合、高容量化や省スペース化の点で問題があり、また、経年劣化による寿命も短く、保守・点検等によりコストが増大するという問題もある。これは、複数系統の鉛蓄電池を用いた場合に、大きな問題となる。
【０００６】
また、複数系統の鉛蓄電池を用いた場合、複数系統の鉛蓄電池が常にフロート充電されているため、通信用設備等の稼動時における電力コストが高くなり、また温度上昇により電池劣化の進行が早いという問題もある。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉛蓄電池に代えてニッケル−水素二次電池を用いることで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図るとともに、電力需要の平準化を図って電力コストを削減した電源装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る電源装置は、ニッケル−水素二次電池を複数個直列に接続して成る組電池が複数個並列に接続された複数の組電池と、商用電源からの交流電力を整流して例えば通信機器を含む負荷および複数の組電池に対して直流電力を供給する整流器と、整流器からの直流電力を受けて複数の組電池に対する電気量の充電を制御する充電制御手段と、複数の組電池に充電された電気量の放電を制御する放電制御手段と、複数の組電池の電圧情報（Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４；Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４）、電流情報（Ｉ１；Ｉ２）、および温度情報（Ｔｂ１；Ｔｂ２）に基づいて、少なくとも複数の組電池の残存容量（ＳＯＣ１；ＳＯＣ２）を演算し、複数の組電池の状態を監視する電池監視手段（電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ））とを備え、電池監視手段は、演算した複数の組電池のうち少なくとも２つ以上の組電池の残存容量が充電開始閾値（第１の残存容量値：ＳＯＣｔ１）以下になった場合、充電開始閾値となった複数の組電池のうち１つの組電池のみに対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１；ＣＳＴＡＲＴ２）を発して充電制御手段に該当組電池への充電（補充電）を開始させることを特徴とする。
【０００９】
この場合、充電制御手段は、整流器からの直流電力を受ける１つの充電器と、充電器から複数の組電池までの充電経路に配設され、複数の組電池のいずれかに対応して充電経路を切り換える切換手段とを備えることが好ましい。
【００１０】
上記の構成によれば、鉛蓄電池に代えてニッケル−水素二次電池を用いることで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図ることができる。また、演算した複数の組電池の残存容量が充電開始閾値以下になった場合、複数の組電池のすべてを同時に充電するのではなく、複数の組電池のうち１つの組電池のみを充電するように制御する（排他制御を行う）ことで、充電制御手段には、１つの組電池に対する充電能力を有する充電器を設けるだけで済むので、電源装置をさらに小型化することができる。
【００１１】
本発明に係る電源装置において、電池監視手段は、深夜の所定時刻になるのを待って、充電開始要求を発することが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、深夜の所定時刻（例えば、２時）から充電を開始することで、電力需要の少なくかつ電池の温度上昇の低い時間帯の商用電力を使用することができ、その結果、電力需要の平準化を図って電力コストを削減することができ、また充電時における電池温度の上昇を抑えて電池寿命をさらに延ばすことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置の一構成例を示すブロック図である。図１において、１は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源、２は商用電源１の交流電力を整流して直流電力（例えば、公称電圧ＶＣＣ＝−４８Ｖ）を生成する整流器、３は通信機器等を含む負荷（電流定格としては、例えば６０Ａ）である。
【００１５】
４１はニッケル−水素二次電池からなる単位電池（例えば、電池モジュール）が４つ直列に接続された第１の組電池（例えば、容量１００Ａｈ）、４２はニッケル−水素二次電池からなる単位電池（例えば、電池モジュール）が４つ直列に接続され、第１の組電池４１と並列に接続された第２の組電池である。なお、図１には、２つの組電池が並列に接続された場合を例示しているが、必要に応じて３つ以上であってもよいことは言うまでもない。
【００１６】
５は整流器２からの直流電力を受けて第１の組電池４１および第２の組電池４２に対する電気量の充電を制御する充電制御手段である。充電制御手段５は、１つの充電器５１と、充電器５１から第１の組電池４１および第２の組電池４２までの充電経路に配設され、第１の組電池４１または第２の組電池４２に対応して充電経路を切り換える切換手段５２とを含んで構成される。
【００１７】
６は第１の組電池４１および第２の組電池４２に充電された電気量の放電を制御する放電制御手段である。放電制御手段６は、第１の組電池４１および第２の組電池４２に対応して、２組のパワースイッチ素子および逆流防止用ダイオードを含んで構成される。
【００１８】
７は、電池監視手段（電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ））であり、第１の組電池４１の電圧情報（Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４）、第１の組電池４１の電流情報（Ｉ１）、および第１の組電池４１の温度情報（Ｔｂ１）に基づいて、少なくとも第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１を演算し、また第２の組電池４２の電圧情報（Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４）、第２の組電池４２の電流情報（Ｉ２）、および第２の組電池４２の温度情報（Ｔｂ２）に基づいて、少なくとも第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２を演算し、第１の組電池４１および第２の組電池４２の状態を監視する。
【００１９】
８１は第１の組電池４１に流れる充放電電流を検出する電流センサ、８２は第２の組電池４２に流れる充放電電流を検出する電流センサである。
【００２０】
９は、昇圧手段であり、停電時や電池の放電容量試験時など整流器２からの直流電圧が低下しており、また放電末期で第１の組電池４１と第２の組電池４２の電圧が第１の電圧値（負荷３の動作保証電圧の下限値よりも高い電池電圧値、例えば４６ボルト）を下回った場合に、負荷３に供給する電圧を昇圧して第１の電圧値に維持する働きをする。
【００２１】
１０は、監視制御部（ＭＰＵ）であり、第１の組電池４１および第２の組電池４２の放電容量試験時において、整流器２からの出力電圧を制御したり、電池ＥＣＵ７からの指示（充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ）、充電停止要求（ＣＳＴＯＰ）、放電開始要求（ＤＳＴＡＲＴ）、放電停止要求（ＤＳＴＯＰ）など）に応じて、充電制御手段５および放電制御手段６による充放電動作を制御する。
【００２２】
なお、特許請求の範囲における電池監視部は、本実施形態においては、機能別に電池監視手段７と監視制御部１０とに分けた構成としている。
【００２３】
次に、このように構成された電源装置の充放電動作について、図１に加えて、図２、図３、図４Ａ、図４Ｂおよび図５を参照して説明する。
【００２４】
図２は、図１の電源装置における基本的な充放電動作を示す図で、図３は、図１の電源装置における充電中断が発生した場合の充放電動作を示す図である。なお、図２および図３の上側は、充放電による第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１の時間変化および第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２の時間変化を示し、図２および図３の下側は、各種要求および状態を指示するフラグを示す。
【００２５】
図４Ａは、放電容量試験中における各部電圧の時間変化を示す図で、図４Ｂは、放電電流（Ｉ）および放電電気量（Ｑ）の時間変化を示す図である。なお、図４Ａにおいて、期間Ｔ３１は定常状態の期間、期間Ｔ３２は回路動作を確認するために整流器２の出力電圧ＶＲを少しだけ低下させる期間、期間Ｔ３３は待機期間、期間Ｔ３４は電池電圧ＶＢが低下していく放電期間でかつ昇圧手段９が非動作中の期間、期間Ｔ３５は電池電圧ＶＢが低下していく放電期間でかつ昇圧手段９が動作中の期間を示す。また、ＶＬは負荷２に供給される電圧を、ＶＯは負荷２が動作可能である電圧範囲を示す。
【００２６】
図５は、時刻に対する気温（Ｔａ）および電池温度（Ｔｂ）の変化を日射量（Ｓ）の変化とともに示す図である。
【００２７】
図２において、期間Ｔ１（初期充電期間）の開始時（電池交換時）に、電池ＥＣＵ７が、第１の組電池４１に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を発すると、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の切換手段５２を制御して充電経路を第１の組電池４１側に切り換え、充電器５１から第１の組電池４１に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００２８】
次に、電池ＥＣＵ７が第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ１を発して、充電器５１に、第１の組電池４１に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を解除する。この状態で、第１の組電池４１はバックアップ用電源としての待機状態に入る。
【００２９】
同時に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の切換手段５２を制御して充電経路を第２の組電池４２側に切り換え、充電器５１から第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３０】
次に、電池ＥＣＵ７が第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、充電器５１に、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。この状態で、第２の組電池４２はバックアップ用電源としての待機状態に入る。
【００３１】
第１の組電池４１および第２の組電池４２が待機状態にある期間Ｔ２において、組電池の自己放電に起因して、残存容量ＳＯＣ１、ＳＯＣ２が低下する。第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が第１の残存容量値（所定の充電開始閾値）ＳＯＣｔ１（例えば、８０％）まで低下すると、電池ＥＣＵ７は、図５に示すように、日射量Ｓがなく、気温Ｔａの低下に遅れて電池温度Ｔｂが低下する深夜の所定時刻（例えば、２時）になるのを待って、第１の組電池４１に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の切換手段５２を制御して充電経路を第１の組電池４１側に切り換え、充電器５１から第１の組電池４１に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３２】
次に、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ１を発して、充電器５１に、第１の組電池４１に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を解除する。これにより、第１の組電池４１に対して補充電が行われる。
【００３３】
また、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が第１の残存容量値（所定の充電開始閾値）ＳＯＣｔ１（例えば、８０％）まで低下すると、電池ＥＣＵ７は、やはり深夜の所定時刻（例えば、２時）になるのを待って、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の切換手段５２を制御して充電経路を第２の組電池４２側に切り換え、充電器５１から第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３４】
次に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、充電器５１に、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。これにより、第２の組電池４２に対して補充電が行われる。
【００３５】
このようにして、期間Ｔ２では、第１の組電池４１および第２の組電池４２の自己放電と、それによる残存容量の低下を補償するための深夜からの補充電とが繰り返し行われる。
【００３６】
期間Ｔ３では、電池の劣化状態を判定するために、ＭＰＵ１０により、例えば交換時から６ヶ月毎に電池の放電容量試験が実施される。ここでは、第２の組電池４２に対する放電容量試験を例にとって説明する。まず、試験待機中フラグ（ＷＡＩＴ）が立てられ、所定時間経過した後、試験待機中フラグ（ＷＡＩＴ）が下げられると同時に、試験充電中フラグ（ＴＣＳ）が立てられる。電池ＥＣＵ７は、ＭＰＵ１０からの試験要求を受けて、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の切換手段５２を制御して充電経路を第２の組電池４２側に切り換え、充電器５１から第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３７】
次に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、充電器５１に、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。
【００３８】
同時に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する放電容量試験中に停電などが発生し、また放電容量試験の結果、劣化判定対象である第２の組電池４２が劣化している、または寿命であると判定された場合に備えて、バックアップ用の第１の組電池４１に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の切換手段５２を制御して充電経路を第１の組電池４１側に切り換え、充電器５１から第１の組電池４１に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３９】
次に、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ１を発して、充電器５１に、第１の組電池４１に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を解除する。
【００４０】
これにより、試験充電中フラグ（ＴＣＳ）が下げられ、試験充電終了フラグ（ＴＣＥ）が所定時間立てられる。
【００４１】
試験充電終了フラグ（ＴＣＥ）が下げられると、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１に対する放電停止要求（ＤＳＴＯＰ１）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、放電制御手段６の対応するパワースイッチ素子をオフ状態に制御し、第１の組電池４１からの放電を禁止する。この後、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する放電開始要求（ＤＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、試験中フラグＴＥＳＴを立て、放電制御手段６の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御するとともに、整流器２を制御してその出力電圧ＶＲを第２の電圧値（例えば、４５ボルト）にまで低下させて（図４Ａの期間Ｔ３４）、第２の組電池４２からの試験放電が開始される。
【００４２】
ここで、整流器２の出力電圧ＶＲが下がり、第２の組電池４２からの放電により電池電圧ＶＢが低下して、負荷に供給される電圧ＶＬが第１の電圧値（例えば、４６ボルト）に達する（図４Ａの期間Ｔ３４）と、昇圧手段９が動作し、電池電圧ＶＢを昇圧して、負荷３に供給する電圧ＶＬを第１の電圧値（例えば、４６ボルト）に維持する（図４Ａの期間Ｔ３５）。これにより、負荷３に動作保証電圧を供給することができる。
【００４３】
次に、電池ＥＣＵ７は、電圧情報Ｖ１１〜Ｖ１４、Ｖ２１〜Ｖ２４から電池電圧が放電下限電圧値に相当する第３の電圧値（例えば、４３ボルト）に達したことを検出すると、試験終了をＭＰＵ１０に通知する。これを受けて、ＭＰＵ１０は、試験終了フラグ（ＴＥＮＤ）を立てる。このとき、電池ＥＣＵ７は、図４Ｂに示すように、放電電流Ｉから放電終了時の放電電気量Ｑを算出し、放電電気量Ｑが第１の閾値（例えば、電池の定格容量の８０％に相当する８０Ａｈ）以上であるか否かを判定する。判定した結果、放電電気量Ｑが第１の閾値以上である場合、蓄電能力の劣化が無く正常であるとして、放電電気量Ｑが第１の閾値未満でかつ第２の閾値（例えば、７０Ａｈ）以上である場合、蓄電能力の劣化有りとして、放電電気量Ｑが第２の閾値未満である場合、第２の組電池４２は寿命であるとして、電池ＥＣＵ７は、ＭＰＵ１０に試験結果を報告する。
【００４４】
このようにして放電容量試験が終了すると、期間Ｔ４において、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１に対する放電停止要求（ＤＳＴＯＰ１）を解除するとともに、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００４５】
次に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。
【００４６】
以降の期間Ｔ５では、期間Ｔ２と同様に、第１の組電池４１および第２の組電池４２の自己放電と、それによる残存容量の低下を補償するための補充電とが繰り返し行われる。
【００４７】
図３は、図１の電源装置における充電中断が発生した場合の充放電動作を示す図であるが、期間Ｔ２およびＴ４は、図２のそれらと同様である。図３が図２と異なる点は、初期充電期間である期間Ｔ１において、第２の組電池４２に対して初期充電の中断が発生し、また電池容量試験期間である期間Ｔ３において、第１の組電池４１に対して補充電の中断が発生している点にある。
【００４８】
図３の期間Ｔ１において、第２の組電池４２への初期充電中に、電池ＥＣＵ７が、温度情報Ｔｂ２から第２の組電池４２の温度が所定温度（例えば、６０℃）以上になったことを検出した場合、高温により充電効率が低下しているため、立ち上げていた充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を一旦解除して、充電を中断する。
【００４９】
充電の中断により、第２の組電池４２の温度が所定温度（例えば、６０℃）未満にまで低下した場合、電池ＥＣＵ７は、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を再度発して、第２の組電池４２への充電を再開する。
【００５０】
また、図３の期間Ｔ３において、第１の組電池４１への補充電中に、電池ＥＣＵ７が、温度情報Ｔｂ１から第１の組電池４１の温度が所定温度（例えば、６０℃）以上になったことを検出した場合、高温により充電効率が低下しているため、立ち上げていた充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を一旦解除して、充電を中断する。
【００５１】
充電の中断により、第１の組電池４１の温度が所定温度（例えば、６０℃）未満にまで低下した場合、電池ＥＣＵ７は、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を再度発して、第１の組電池４１への充電を再開する。
【００５２】
以上のように、本実施形態によれば、演算した複数の組電池の残存容量が充電開始閾値以下になった場合、複数の組電池のすべてを同時に充電するのではなく、複数の組電池のうち１つの組電池のみを充電するように制御する（排他制御を行う）ことで、充電制御手段には、１つの組電池に対する充電能力を有する充電器を設けるだけで済むので、電源装置をさらに小型化することができる。
【００５３】
例として、図１に示す通り電源装置が２つの組電池からなり、２つの組電池ともに残存容量が充電開始閾値以下になった場合には、電池監視手段７は第１の組電池４１のみに対する充電開始要求を発して充電制御手段５に第１の組電池４１への充電を開始させ、第１の組電池４１への充電終了後に第２の組電池に対する充電開始要求を発して充電制御手段５に第２の組電池４２への充電を開始させるように排他制御を行う。
【００５４】
また、深夜の所定時刻から補充電を開始することで、電力需要の少なくかつ電池の温度上昇の低い時間帯の商用電力を使用することができ、その結果、電力需要の平準化を図って電力コストを削減することができ、また充電時における電池温度の上昇を抑えて電池寿命をさらに延ばすことができる。
【００５５】
図５に示す通り、時期場所にもよるが、日射量（Ｓ）の変化に合わせて気温（Ｔａ）が変化し、気温（Ｔａ）が１２時から１４時頃ピーク温度となることはよく知られているが、ニッケル−水素二次電池はそれに約４時間程遅れて、１７時から１８時頃にピーク温度となる。その後、徐々に電池温度は低下して深夜の１時から６時頃に最も低くなる。
【００５６】
一方、電力需要は産業用需要の多い日中の時間帯以外に、近年は個人のインターネット等の活用による需要が激増しており、その活用時間帯は２２時から２４時頃に集中している。
【００５７】
そして、１つの組電池に対する充電時間が約２時間要すると考えると、電源装置が１つの組電池からなる場合には、深夜０時から５時の間に補充電を開始することが望ましい。特に深夜２時から４時の間に補充電を開始することが望ましい。
【００５８】
次に、電源装置が２つの組電池からなる場合には、２つの組電池を順次補充電を行うことが考えられるので、比較的電池温度の低い時間内に補充電が完了する深夜０時から４時の間に補充電を開始することが望ましい。深夜１時から３時の間に補充電を開始すると、最も電池温度が低くなっている深夜１時から６時の間に補充電が全て完了するので、特に望ましい。
【００５９】
同様に、電源装置が３つの組電池からなる場合には、３つの組電池を順次補充電を行うことが考えられるので、比較的電池温度の低い時間内に補充電が完了する２３時から２時の間に補充電を開始することが望ましい。深夜０時から１時の間に補充電を開始すると、最も電池温度が低くなっている深夜１時から６時の間に補充電がほぼ完了するので、特に望ましい。
【００６０】
また、電源装置が４つ以上の組電池からなる場合には、最も充電に適している深夜１時から６時の間に４つの組電池の充電を全て完了できないが、全ての補充電を完了させる必要性も低いので、例えば２つの組電池のみの補充電を行い、他の２つの組電池は翌深夜に行うようにしても良い。
【００６１】
なお、本実施形態において、放電制御手段６が降圧手段としての機能を兼ねることもできる。満充電に近い状態において電池電圧が上昇して第４の電圧値（例えば、５５ボルト）に達した場合、降圧手段が動作し、電池電圧を降圧して、負荷３に供給する電圧を第４の電圧値（例えば、５５ボルト）に維持する。これにより、負荷３に動作保証電圧を供給することができる。
【００６２】
また、本実施形態において、放電制御手段６が過放電防止手段としての機能を兼ねることもできる。電池ＥＣＵ７は、電池電圧が放電終端電圧値にまで低下したことにより深放電を検出した場合、放電停止要求を発して、放電制御手段６に組電池からの放電を停止させる。これにより、過放電を容易に防止することができる。
【００６３】
また、本実施形態において、電源装置が組電池に対する冷却手段（例えば、冷却ファン）を備えてもよい。この場合、電池ＥＣＵ７は、組電池への充電を行っている間、また充電終了後も電池温度が高ければ、冷却ファンをオンにし、組電池を冷却させる。これにより、組電池の充電効率の低下を抑えて、最適な充電制御を行うことができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エネルギー密度が高く（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）、出力密度も高いニッケル−水素二次電池を用いて、その残存容量に応じて充放電制御を行うことで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図ったバックアップ用電源を塔載した電源装置を実現することができる。
【００６５】
また、演算した複数の組電池の残存容量が充電開始閾値以下になった場合、複数の組電池のすべてを同時に充電するのではなく、複数の組電池のうち１つの組電池のみを充電するように制御する（排他制御を行う）ことで、充電制御手段には、１つの組電池に対する充電能力を有する充電器を設けるだけで済むので、電源装置をさらに小型化することができる。
【００６６】
さらに、深夜の所定時刻から補充電を開始することで、電力需要の少なくかつ電池の温度上昇の低い時間帯の商用電力を使用することができ、その結果、電力需要の平準化を図って電力コストを削減することができ、また充電時における電池温度の上昇を抑えて電池寿命をさらに延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源装置の構成例を示すブロック図
【図２】図１の電源装置における基本的な充放電動作を示す図
【図３】図１の電源装置における充電中断が発生した場合の充放電動作を示す図
【図４Ａ】放電容量試験中における各部電圧の時間変化を示す図
【図４Ｂ】放電電流（Ｉ）および放電電気量（Ｑ）の時間変化を示す図
【図５】時刻に対する気温（Ｔａ）および電池温度（Ｔｂ）の変化を日射量（Ｓ）の変化とともに示す図
【符号の説明】
１ 商用電源
２ 整流器
３ 負荷
４１ 第１の組電池
４２ 第２の組電池
５ 充電制御手段
５１ 充電器
５２ 切換手段
６ 放電制御手段
７ 電池監視手段（電池ＥＣＵ）
８１、８２ 電流センサ
９ 昇圧手段
１０ 監視制御部（ＭＰＵ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置に関し、特に無線通信の基地局等に設置され、停電時等のバックアップ用電源としてニッケル−水素二次電池が塔載された通信用直流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話等の基地局に設置される通信用直流電源装置には、停電時や保守時等のバックアップ用電源として、鉛蓄電池が使用されてきた（例えば、特許文献１参照）。この鉛蓄電池は、商用電源の交流電圧を整流器により整流した直流電圧によりフロート充電され、特に充電制御は行われていなかった。
【０００３】
また、通信用直流電源装置のバックアップ用電源として、複数系統の鉛蓄電池を設けることで、１系統の鉛蓄電池が劣化していたとしても、他系統の鉛蓄電池をバックアップに用いることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３１５０１５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、通信用直流電源装置に対する電力需要が増大しており、またその設置スペースも限られている。しかしながら、通信用直流電源装置のバックアップ用電源として鉛蓄電池を用いた場合、高容量化や省スペース化の点で問題があり、また、経年劣化による寿命も短く、保守・点検等によりコストが増大するという問題もある。これは、複数系統の鉛蓄電池を用いた場合に、大きな問題となる。
【０００６】
また、複数系統の鉛蓄電池を用いた場合、複数系統の鉛蓄電池が常にフロート充電されているため、通信用設備等の稼動時における電力コストが高くなり、また温度上昇により電池劣化の進行が早いという問題もある。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉛蓄電池に代えてニッケル−水素二次電池を用いることで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図るとともに、電力需要の平準化を図って電力コストを削減した電源装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る電源装置は、ニッケル−水素二次電池を複数個直列に接続して成る組電池が複数個並列に接続された複数の組電池と、商用電源からの交流電力を整流して例えば通信機器を含む負荷および複数の組電池に対して直流電力を供給する整流器と、整流器からの直流電力を受けて複数の組電池に対する電気量の充電を制御する充電制御手段と、複数の組電池に充電された電気量の放電を制御する放電制御手段と、複数の組電池の電圧情報（Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４；Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４）、電流情報（Ｉ１；Ｉ２）、および温度情報（Ｔｂ１；Ｔｂ２）に基づいて、少なくとも複数の組電池の残存容量（ＳＯＣ１；ＳＯＣ２）を演算し、複数の組電池の状態を監視する電池監視手段（電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ））とを備え、電池監視手段は、演算した複数の組電池のうち少なくとも２つ以上の組電池の残存容量が充電開始閾値（第１の残存容量値：ＳＯＣｔ１）以下になった場合、充電開始閾値となった複数の組電池のうち１つの組電池のみに対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１；ＣＳＴＡＲＴ２）を発して充電制御手段に該当組電池への充電（補充電）を開始させることを特徴とする。
【０００９】
この場合、充電制御手段は、整流器からの直流電力を受ける１つの充電器と、充電器から複数の組電池までの充電経路に配設され、複数の組電池のいずれかに対応して充電経路を切り換える切換手段とを備えることが好ましい。
【００１０】
上記の構成によれば、鉛蓄電池に代えてニッケル−水素二次電池を用いることで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図ることができる。また、演算した複数の組電池の残存容量が充電開始閾値以下になった場合、複数の組電池のすべてを同時に充電するのではなく、複数の組電池のうち１つの組電池のみを充電するように制御する（排他制御を行う）ことで、充電制御手段には、１つの組電池に対する充電能力を有する充電器を設けるだけで済むので、電源装置をさらに小型化することができる。
【００１１】
本発明に係る電源装置において、電池監視手段は、深夜の所定時刻になるのを待って、充電開始要求を発することが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、深夜の所定時刻（例えば、２時）から充電を開始することで、電力需要の少なくかつ電池の温度上昇の低い時間帯の商用電力を使用することができ、その結果、電力需要の平準化を図って電力コストを削減することができ、また充電時における電池温度の上昇を抑えて電池寿命をさらに延ばすことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置の一構成例を示すブロック図である。図１において、１は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源、２は商用電源１の交流電力を整流して直流電力（例えば、公称電圧ＶＣＣ＝−４８Ｖ）を生成する整流器、３は通信機器等を含む負荷（電流定格としては、例えば６０Ａ）である。
【００１５】
４１はニッケル−水素二次電池からなる単位電池（例えば、電池モジュール）が４つ直列に接続された第１の組電池（例えば、容量１００Ａｈ）、４２はニッケル−水素二次電池からなる単位電池（例えば、電池モジュール）が４つ直列に接続され、第１の組電池４１と並列に接続された第２の組電池である。なお、図１には、２つの組電池が並列に接続された場合を例示しているが、必要に応じて３つ以上であってもよいことは言うまでもない。
【００１６】
５は整流器２からの直流電力を受けて第１の組電池４１および第２の組電池４２に対する電気量の充電を制御する充電制御手段である。充電制御手段５は、１つの充電器５１と、充電器５１から第１の組電池４１および第２の組電池４２までの充電経路に配設され、第１の組電池４１または第２の組電池４２に対応して充電経路を切り換える切換手段５２とを含んで構成される。
【００１７】
６は第１の組電池４１および第２の組電池４２に充電された電気量の放電を制御する放電制御手段である。放電制御手段６は、第１の組電池４１および第２の組電池４２に対応して、２組のパワースイッチ素子および逆流防止用ダイオードを含んで構成される。
【００１８】
７は、電池監視手段（電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ））であり、第１の組電池４１の電圧情報（Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４）、第１の組電池４１の電流情報（Ｉ１）、および第１の組電池４１の温度情報（Ｔｂ１）に基づいて、少なくとも第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１を演算し、また第２の組電池４２の電圧情報（Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４）、第２の組電池４２の電流情報（Ｉ２）、および第２の組電池４２の温度情報（Ｔｂ２）に基づいて、少なくとも第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２を演算し、第１の組電池４１および第２の組電池４２の状態を監視する。
【００１９】
８１は第１の組電池４１に流れる充放電電流を検出する電流センサ、８２は第２の組電池４２に流れる充放電電流を検出する電流センサである。
【００２０】
９は、昇圧手段であり、停電時や電池の放電容量試験時など整流器２からの直流電圧が低下しており、また放電末期で第１の組電池４１と第２の組電池４２の電圧が第１の電圧値（負荷３の動作保証電圧の下限値よりも高い電池電圧値、例えば４６ボルト）を下回った場合に、負荷３に供給する電圧を昇圧して第１の電圧値に維持する働きをする。
【００２１】
１０は、監視制御部（ＭＰＵ）であり、第１の組電池４１および第２の組電池４２の放電容量試験時において、整流器２からの出力電圧を制御したり、電池ＥＣＵ７からの指示（充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ）、充電停止要求（ＣＳＴＯＰ）、放電開始要求（ＤＳＴＡＲＴ）、放電停止要求（ＤＳＴＯＰ）など）に応じて、充電制御手段５および放電制御手段６による充放電動作を制御する。
【００２２】
なお、特許請求の範囲における電池監視部は、本実施形態においては、機能別に電池監視手段７と監視制御部１０とに分けた構成としている。
【００２３】
次に、このように構成された電源装置の充放電動作について、図１に加えて、図２、図３、図４Ａ、図４Ｂおよび図５を参照して説明する。
【００２４】
図２は、図１の電源装置における基本的な充放電動作を示す図で、図３は、図１の電源装置における充電中断が発生した場合の充放電動作を示す図である。なお、図２および図３の上側は、充放電による第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１の時間変化および第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２の時間変化を示し、図２および図３の下側は、各種要求および状態を指示するフラグを示す。
【００２５】
図４Ａは、放電容量試験中における各部電圧の時間変化を示す図で、図４Ｂは、放電電流（Ｉ）および放電電気量（Ｑ）の時間変化を示す図である。なお、図４Ａにおいて、期間Ｔ３１は定常状態の期間、期間Ｔ３２は回路動作を確認するために整流器２の出力電圧ＶＲを少しだけ低下させる期間、期間Ｔ３３は待機期間、期間Ｔ３４は電池電圧ＶＢが低下していく放電期間でかつ昇圧手段９が非動作中の期間、期間Ｔ３５は電池電圧ＶＢが低下していく放電期間でかつ昇圧手段９が動作中の期間を示す。また、ＶＬは負荷２に供給される電圧を、ＶＯは負荷２が動作可能である電圧範囲を示す。
【００２６】
図５は、時刻に対する気温（Ｔａ）および電池温度（Ｔｂ）の変化を日射量（Ｓ）の変化とともに示す図である。
【００２７】
図２において、期間Ｔ１（初期充電期間）の開始時（電池交換時）に、電池ＥＣＵ７が、第１の組電池４１に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を発すると、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の切換手段５２を制御して充電経路を第１の組電池４１側に切り換え、充電器５１から第１の組電池４１に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００２８】
次に、電池ＥＣＵ７が第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ１を発して、充電器５１に、第１の組電池４１に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を解除する。この状態で、第１の組電池４１はバックアップ用電源としての待機状態に入る。
【００２９】
同時に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の切換手段５２を制御して充電経路を第２の組電池４２側に切り換え、充電器５１から第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３０】
次に、電池ＥＣＵ７が第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、充電器５１に、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。この状態で、第２の組電池４２はバックアップ用電源としての待機状態に入る。
【００３１】
第１の組電池４１および第２の組電池４２が待機状態にある期間Ｔ２において、組電池の自己放電に起因して、残存容量ＳＯＣ１、ＳＯＣ２が低下する。第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が第１の残存容量値（所定の充電開始閾値）ＳＯＣｔ１（例えば、８０％）まで低下すると、電池ＥＣＵ７は、図５に示すように、日射量Ｓがなく、気温Ｔａの低下に遅れて電池温度Ｔｂが低下する深夜の所定時刻（例えば、２時）になるのを待って、第１の組電池４１に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の切換手段５２を制御して充電経路を第１の組電池４１側に切り換え、充電器５１から第１の組電池４１に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３２】
次に、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ１を発して、充電器５１に、第１の組電池４１に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を解除する。これにより、第１の組電池４１に対して補充電が行われる。
【００３３】
また、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が第１の残存容量値（所定の充電開始閾値）ＳＯＣｔ１（例えば、８０％）まで低下すると、電池ＥＣＵ７は、やはり深夜の所定時刻（例えば、２時）になるのを待って、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の切換手段５２を制御して充電経路を第２の組電池４２側に切り換え、充電器５１から第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３４】
次に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、充電器５１に、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。これにより、第２の組電池４２に対して補充電が行われる。
【００３５】
このようにして、期間Ｔ２では、第１の組電池４１および第２の組電池４２の自己放電と、それによる残存容量の低下を補償するための深夜からの補充電とが繰り返し行われる。
【００３６】
期間Ｔ３では、電池の劣化状態を判定するために、ＭＰＵ１０により、例えば交換時から６ヶ月毎に電池の放電容量試験が実施される。ここでは、第２の組電池４２に対する放電容量試験を例にとって説明する。まず、試験待機中フラグ（ＷＡＩＴ）が立てられ、所定時間経過した後、試験待機中フラグ（ＷＡＩＴ）が下げられると同時に、試験充電中フラグ（ＴＣＳ）が立てられる。電池ＥＣＵ７は、ＭＰＵ１０からの試験要求を受けて、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の切換手段５２を制御して充電経路を第２の組電池４２側に切り換え、充電器５１から第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３７】
次に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、充電器５１に、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。
【００３８】
同時に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する放電容量試験中に停電などが発生し、また放電容量試験の結果、劣化判定対象である第２の組電池４２が劣化している、または寿命であると判定された場合に備えて、バックアップ用の第１の組電池４１に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の切換手段５２を制御して充電経路を第１の組電池４１側に切り換え、充電器５１から第１の組電池４１に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３９】
次に、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ１を発して、充電器５１に、第１の組電池４１に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を解除する。
【００４０】
これにより、試験充電中フラグ（ＴＣＳ）が下げられ、試験充電終了フラグ（ＴＣＥ）が所定時間立てられる。
【００４１】
試験充電終了フラグ（ＴＣＥ）が下げられると、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１に対する放電停止要求（ＤＳＴＯＰ１）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、放電制御手段６の対応するパワースイッチ素子をオフ状態に制御し、第１の組電池４１からの放電を禁止する。この後、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する放電開始要求（ＤＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、試験中フラグＴＥＳＴを立て、放電制御手段６の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御するとともに、整流器２を制御してその出力電圧ＶＲを第２の電圧値（例えば、４５ボルト）にまで低下させて（図４Ａの期間Ｔ３４）、第２の組電池４２からの試験放電が開始される。
【００４２】
ここで、整流器２の出力電圧ＶＲが下がり、第２の組電池４２からの放電により電池電圧ＶＢが低下して、負荷に供給される電圧ＶＬが第１の電圧値（例えば、４６ボルト）に達する（図４Ａの期間Ｔ３４）と、昇圧手段９が動作し、電池電圧ＶＢを昇圧して、負荷３に供給する電圧ＶＬを第１の電圧値（例えば、４６ボルト）に維持する（図４Ａの期間Ｔ３５）。これにより、負荷３に動作保証電圧を供給することができる。
【００４３】
次に、電池ＥＣＵ７は、電圧情報Ｖ１１〜Ｖ１４、Ｖ２１〜Ｖ２４から電池電圧が放電下限電圧値に相当する第３の電圧値（例えば、４３ボルト）に達したことを検出すると、試験終了をＭＰＵ１０に通知する。これを受けて、ＭＰＵ１０は、試験終了フラグ（ＴＥＮＤ）を立てる。このとき、電池ＥＣＵ７は、図４Ｂに示すように、放電電流Ｉから放電終了時の放電電気量Ｑを算出し、放電電気量Ｑが第１の閾値（例えば、電池の定格容量の８０％に相当する８０Ａｈ）以上であるか否かを判定する。判定した結果、放電電気量Ｑが第１の閾値以上である場合、蓄電能力の劣化が無く正常であるとして、放電電気量Ｑが第１の閾値未満でかつ第２の閾値（例えば、７０Ａｈ）以上である場合、蓄電能力の劣化有りとして、放電電気量Ｑが第２の閾値未満である場合、第２の組電池４２は寿命であるとして、電池ＥＣＵ７は、ＭＰＵ１０に試験結果を報告する。
【００４４】
このようにして放電容量試験が終了すると、期間Ｔ４において、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１に対する放電停止要求（ＤＳＴＯＰ１）を解除するとともに、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００４５】
次に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。
【００４６】
以降の期間Ｔ５では、期間Ｔ２と同様に、第１の組電池４１および第２の組電池４２の自己放電と、それによる残存容量の低下を補償するための補充電とが繰り返し行われる。
【００４７】
図３は、図１の電源装置における充電中断が発生した場合の充放電動作を示す図であるが、期間Ｔ２およびＴ４は、図２のそれらと同様である。図３が図２と異なる点は、初期充電期間である期間Ｔ１において、第２の組電池４２に対して初期充電の中断が発生し、また電池容量試験期間である期間Ｔ３において、第１の組電池４１に対して補充電の中断が発生している点にある。
【００４８】
図３の期間Ｔ１において、第２の組電池４２への初期充電中に、電池ＥＣＵ７が、温度情報Ｔｂ２から第２の組電池４２の温度が所定温度（例えば、６０℃）以上になったことを検出した場合、高温により充電効率が低下しているため、立ち上げていた充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を一旦解除して、充電を中断する。
【００４９】
充電の中断により、第２の組電池４２の温度が所定温度（例えば、６０℃）未満にまで低下した場合、電池ＥＣＵ７は、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を再度発して、第２の組電池４２への充電を再開する。
【００５０】
また、図３の期間Ｔ３において、第１の組電池４１への補充電中に、電池ＥＣＵ７が、温度情報Ｔｂ１から第１の組電池４１の温度が所定温度（例えば、６０℃）以上になったことを検出した場合、高温により充電効率が低下しているため、立ち上げていた充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を一旦解除して、充電を中断する。
【００５１】
充電の中断により、第１の組電池４１の温度が所定温度（例えば、６０℃）未満にまで低下した場合、電池ＥＣＵ７は、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を再度発して、第１の組電池４１への充電を再開する。
【００５２】
以上のように、本実施形態によれば、演算した複数の組電池の残存容量が充電開始閾値以下になった場合、複数の組電池のすべてを同時に充電するのではなく、複数の組電池のうち１つの組電池のみを充電するように制御する（排他制御を行う）ことで、充電制御手段には、１つの組電池に対する充電能力を有する充電器を設けるだけで済むので、電源装置をさらに小型化することができる。
【００５３】
例として、図１に示す通り電源装置が２つの組電池からなり、２つの組電池ともに残存容量が充電開始閾値以下になった場合には、電池監視手段７は第１の組電池４１のみに対する充電開始要求を発して充電制御手段５に第１の組電池４１への充電を開始させ、第１の組電池４１への充電終了後に第２の組電池に対する充電開始要求を発して充電制御手段５に第２の組電池４２への充電を開始させるように排他制御を行う。
【００５４】
また、深夜の所定時刻から補充電を開始することで、電力需要の少なくかつ電池の温度上昇の低い時間帯の商用電力を使用することができ、その結果、電力需要の平準化を図って電力コストを削減することができ、また充電時における電池温度の上昇を抑えて電池寿命をさらに延ばすことができる。
【００５５】
図５に示す通り、時期場所にもよるが、日射量（Ｓ）の変化に合わせて気温（Ｔａ）が変化し、気温（Ｔａ）が１２時から１４時頃ピーク温度となることはよく知られているが、ニッケル−水素二次電池はそれに約４時間程遅れて、１７時から１８時頃にピーク温度となる。その後、徐々に電池温度は低下して深夜の１時から６時頃に最も低くなる。
【００５６】
一方、電力需要は産業用需要の多い日中の時間帯以外に、近年は個人のインターネット等の活用による需要が激増しており、その活用時間帯は２２時から２４時頃に集中している。
【００５７】
そして、１つの組電池に対する充電時間が約２時間要すると考えると、電源装置が１つの組電池からなる場合には、深夜０時から５時の間に補充電を開始することが望ましい。特に深夜２時から４時の間に補充電を開始することが望ましい。
【００５８】
次に、電源装置が２つの組電池からなる場合には、２つの組電池を順次補充電を行うことが考えられるので、比較的電池温度の低い時間内に補充電が完了する深夜０時から４時の間に補充電を開始することが望ましい。深夜１時から３時の間に補充電を開始すると、最も電池温度が低くなっている深夜１時から６時の間に補充電が全て完了するので、特に望ましい。
【００５９】
同様に、電源装置が３つの組電池からなる場合には、３つの組電池を順次補充電を行うことが考えられるので、比較的電池温度の低い時間内に補充電が完了する２３時から２時の間に補充電を開始することが望ましい。深夜０時から１時の間に補充電を開始すると、最も電池温度が低くなっている深夜１時から６時の間に補充電がほぼ完了するので、特に望ましい。
【００６０】
また、電源装置が４つ以上の組電池からなる場合には、最も充電に適している深夜１時から６時の間に４つの組電池の充電を全て完了できないが、全ての補充電を完了させる必要性も低いので、例えば２つの組電池のみの補充電を行い、他の２つの組電池は翌深夜に行うようにしても良い。
【００６１】
なお、本実施形態において、放電制御手段６が降圧手段としての機能を兼ねることもできる。満充電に近い状態において電池電圧が上昇して第４の電圧値（例えば、５５ボルト）に達した場合、降圧手段が動作し、電池電圧を降圧して、負荷３に供給する電圧を第４の電圧値（例えば、５５ボルト）に維持する。これにより、負荷３に動作保証電圧を供給することができる。
【００６２】
また、本実施形態において、放電制御手段６が過放電防止手段としての機能を兼ねることもできる。電池ＥＣＵ７は、電池電圧が放電終端電圧値にまで低下したことにより深放電を検出した場合、放電停止要求を発して、放電制御手段６に組電池からの放電を停止させる。これにより、過放電を容易に防止することができる。
【００６３】
また、本実施形態において、電源装置が組電池に対する冷却手段（例えば、冷却ファン）を備えてもよい。この場合、電池ＥＣＵ７は、組電池への充電を行っている間、また充電終了後も電池温度が高ければ、冷却ファンをオンにし、組電池を冷却させる。これにより、組電池の充電効率の低下を抑えて、最適な充電制御を行うことができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エネルギー密度が高く（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）、出力密度も高いニッケル−水素二次電池を用いて、その残存容量に応じて充放電制御を行うことで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図ったバックアップ用電源を塔載した電源装置を実現することができる。
【００６５】
また、演算した複数の組電池の残存容量が充電開始閾値以下になった場合、複数の組電池のすべてを同時に充電するのではなく、複数の組電池のうち１つの組電池のみを充電するように制御する（排他制御を行う）ことで、充電制御手段には、１つの組電池に対する充電能力を有する充電器を設けるだけで済むので、電源装置をさらに小型化することができる。
【００６６】
さらに、深夜の所定時刻から補充電を開始することで、電力需要の少なくかつ電池の温度上昇の低い時間帯の商用電力を使用することができ、その結果、電力需要の平準化を図って電力コストを削減することができ、また充電時における電池温度の上昇を抑えて電池寿命をさらに延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源装置の構成例を示すブロック図
【図２】図１の電源装置における基本的な充放電動作を示す図
【図３】図１の電源装置における充電中断が発生した場合の充放電動作を示す図
【図４Ａ】放電容量試験中における各部電圧の時間変化を示す図
【図４Ｂ】放電電流（Ｉ）および放電電気量（Ｑ）の時間変化を示す図
【図５】時刻に対する気温（Ｔａ）および電池温度（Ｔｂ）の変化を日射量（Ｓ）の変化とともに示す図
【符号の説明】
１ 商用電源
２ 整流器
３ 負荷
４１ 第１の組電池
４２ 第２の組電池
５ 充電制御手段
５１ 充電器
５２ 切換手段
６ 放電制御手段
７ 電池監視手段（電池ＥＣＵ）
８１、８２ 電流センサ
９ 昇圧手段
１０ 監視制御部（ＭＰＵ）
Claims (6)
- ニッケル−水素二次電池を複数個直列に接続して成る組電池が複数個並列に接続された複数の組電池と、
商用電源からの交流電力を整流して負荷および前記複数の組電池に対して直流電力を供給する整流器と、
前記整流器からの直流電力を受けて前記複数の組電池に対する電気量の充電を制御する充電制御手段と、
前記複数の組電池の電圧情報、電流情報、および温度情報に基づいて、少なくとも前記複数の組電池の残存容量を演算し、前記複数の組電池の状態を監視する電池監視部とを備え、
前記電池監視部は、演算した前記複数の組電池のうち少なくとも２つ以上の組電池の残存容量が充電開始閾値以下になった場合、前記充電開始閾値以下となった組電池のうち１つの組電池のみに対する充電開始要求を発して前記充電制御手段に該当組電池への充電を開始させることを特徴とする電源装置。 - ニッケル−水素二次電池を複数個直列に接続して成る組電池が複数個並列に接続された複数の組電池と、
商用電源からの交流電力を整流して負荷および前記複数の組電池に対して直流電力を供給する整流器と、
前記整流器からの直流電力を受けて前記複数の組電池に対する電気量の充電を制御する充電制御手段と、
前記複数の組電池の電圧情報、電流情報、および温度情報に基づいて、少なくとも前記複数の組電池の残存容量を演算し、前記複数の組電池の状態を監視する電池監視部とを備え、
前記電池監視部は、演算した前記複数の組電池のうち少なくとも２つ以上の組電池の残存容量が充電開始閾値以下になった場合、前記充電開始閾値以下となった第１の組電池のみに対する充電開始要求を発して前記充電制御手段に前記第１の組電池への充電を開始させ、前記第１の組電池への充電終了後に第２の組電池への充電開始要求を発して前記充電制御手段に前記第２の組電池への充電を開始させることを特徴とする電源装置。 - ニッケル−水素二次電池を複数個直列に接続して成る組電池が複数個並列に接続された複数の組電池と、
商用電源からの交流電力を整流して負荷および前記複数の組電池に対して直流電力を供給する整流器と、
前記整流器からの直流電力を受けて前記複数の組電池に対する電気量の充電を制御する充電制御手段と、
前記複数の組電池の電圧情報、電流情報、および温度情報に基づいて、少なくとも前記複数の組電池の残存容量を演算し、前記複数の組電池の状態を監視する電池監視部とを備え、
前記電池監視部は、演算した前記複数の組電池のうち少なくとも１つの組電池の残存容量が充電開始閾値以下になった場合、深夜の所定時刻になるのを待って充電開始要求を発して前記充電制御手段に該当組電池への充電を開始させることを特徴とする電源装置。 - 前記電池監視部は、深夜の所定時刻になるのを待って、前記充電開始要求を発することを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
- 前記充電制御手段は、前記整流器からの直流電力を受ける１つの充電器と、前記充電器から前記複数の組電池までの充電経路に配設され、前記複数の組電池のいずれかに対応して充電経路を切り換える切換手段とを備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の電源装置。
- 前記負荷は、通信機器を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の電源装置。
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