JP2006351311A - バックアップ電源システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 電力量が変わったときなどにも設計費が増大するのを防止し、またニッケル水素電池の交換を容易に行なう。
【解決手段】 架台に装着された電池ユニット12の電池箱13内に10本のニッケル水素電池16を有する電池モジュール17を載置し、電池箱13の裏面および表面に通気穴19、20を設け、電池箱13の裏面の内側に冷却ファン21を取り付け、電池箱13の裏面にコネクタ22を取り付け、架台により電池ユニット12を直列または並列に電気的に接続し、ニッケル水素電池16の温度を測定する温度センサーを設け、温度センサーをコネクタ22に接続し、電池箱13の裏面にガイド23を取り付け、電池箱13の表面に取手24を取り付け、架台に充放電装置および制御装置を装着する。
【選択図】 図2

Description

本発明は電力を供給するためのバックアップ電源システム、たとえば通信用機器のバックアップ電源システムに関するものである。
図11は従来のバックアップ電源システム(特許文献1)を示す斜視図、図12は図11に示したバックアップ電源システムの電池棚を示す斜視図である。図に示すように、架台1内にニッケル水素電池を搭載した電池箱2が設置され、架台1内にニッケル水素電池の充電放電を行なうための充放電装置3が設置され、架台1内にファンの駆動制御、ニッケル水素電池からの電流制御およびニッケル水素電池の温度監視を行なう制御装置4が設置されている。また、電池箱2の内部を恒温に保つ機能を持つ温度制御装置5が設けられ、温度制御装置5と電池箱2とは風循環機6によって接続され、風循環機6を介して冷却の空気が温度制御装置5から電池箱2に送られる。また、電池箱2内に電池棚7が設置されており、電池棚7にはニッケル水素電池を保持するための孔が作られており、ニッケル水素電池を電池棚7の孔にはめ込む状態で固定している。
このようなバックアップ電源システムは、バックアップ時間や容量が大きくなれば、搭載するニッケル水素電池の容量も増大させなければならず、現在使用されているニッケル水素電池1本あたりの電流容量には限度があるため、ニッケル水素電池の本数を増やすことによって電力容量増大に対処している。そして、図6にバックアップ電源システムでは、100本以上のニッケル水素電池を搭載することができる。また、ニッケル水素電池は充放電時に発熱が生ずるが、温度制御装置5が設けられているから、ニッケル水素電池を冷却することができる。さらに、バックアップ電源システムではニッケル水素電池の性能を十分に引き出すために、充放電装置3が搭載され、充放電装置3の制御を行なうのに電池温度が測定される。
特開平11−176484号公報
しかし、ニッケル水素電池を搭載したバックアップ電源システムは、バックアップの電力容量を増大すると、ニッケル水素電池の本数も増大する。そのため、電池棚7や電池箱2の寸法を大きくして対処していた。また、ニッケル水素電池の本数が増すと、ニッケル水素電池からの総発熱量も増大するため、ニッケル水素電池を冷却する装置も複雑な構造、構成にならざるを得なくなる。特に、冷却ファンを用いる場合には、温度制御の対象となるニッケル水素電池の搭載部の通風抵抗を考慮しなければならず、これに応じたファンの種類、風量、配置を決定する必要があった。しかし、これらの決定までの手順は複雑であり、様々な種類の解析モデルを作成し、さらに詳細には実験で確認をしなければならなかった。したがって、バックアップ電源システムから出力させる電力量が変わったときなど、ニッケル水素電池の本数や配置を変える際には、冷却の設計をやり直さなければならない問題が生じ、それには設計や実験などを含めた時間が掛かり、かつ設計費が増大するという問題があった。
また、バックアップ電源システムを稼動させている状況で、特定のニッケル水素電池の不具合が生じた場合に、ニッケル水素電池を交換する際には、バックアップ電源システム全体を停止させ、電池棚7をバックアップ電源システムから取り出してニッケル水素電池を交換しなければならない。したがって、バックアップ電源システム全体を停止させて、分解するという作業が必要になり、ニッケル水素電池の交換には時間が掛かるという問題があった。
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、バックアップ電源システムから出力させる電力量が変わったときなどにも、設計費が増大することがなく、またニッケル水素電池の交換を容易に行なうことができるバックアップ電源システムを提供することを目的とする。
この目的を達成するため、本発明においては、架台に電池を有する電池ユニットを装着し、上記電池ユニットに冷却ファンを取り付け、上記電池ユニットに上記電池に接続されたコネクタを取り付ける。
この場合、上記電池ユニットに直列に接続された複数の上記電池を設けてもよい。
これらの場合、上記電池ユニットの電池箱に上記冷却ファンを取り付け、上記電池箱に上記コネクタを取り付けてもよい。
これらの場合、上記架台に上記電池の充放電を制御する充放電装置を装着し、上記架台に上記冷却ファンの駆動制御、上記電池ユニットの電流制御および上記電池ユニットの温度監視を行なう制御装置を装着してもよい。
これらの場合、上記架台に電圧値を変換する電圧変換装置または直流から交流に変換する電圧変換装置を装着してもよい。
これらの場合、上記冷却ファンを駆動するための信号線および電源線を上記コネクタに接続してもよい。
これらの場合、上記架台により上記電池ユニットを直列または並列に電気的に接続してもよい。
これらの場合、上記電池の温度を測定する温度センサーを設け、上記温度センサーを上記コネクタに接続してもよい。
これらの場合、上記電池箱、上記架台に上記電池ユニットを上記架台に装着する際の案内手段を設けてもよい。
本発明に係るバックアップ電源システムにおいては、電池ユニットで独立した熱制御を行なうことができるから、熱設計は電池ユニットのみで検討すればよく、バックアップ電源システム全体の熱設計を行なう必要がなくなるので、設計費が増大することがない。また、故障した電池を有する電池ユニットを架台から引き出せば、故障した電池を交換することができるから、バックアップ電源システム全体を停止させることなく、しかも容易に電池の交換を行なうことができる。
また、架台に電圧値を変換する電圧変換装置または直流から交流に変換する電圧変換装置を装着したときには、停電時などに家庭や職場における機器のバックアップ電源として使用することができる。
また、冷却ファンを駆動するための信号線および電源線をコネクタに接続したときには、冷却ファンの電源として電池を用い、冷却ファンの制御手段として制御装置を用いることができる。
また、電池の温度を測定する温度センサーを設け、温度センサーをコネクタに接続したときには、電池の満充電判定を行なうことができる。さらに、温度センサーを有する電池ユニットでは、製造バラツキや充放電によって生じる残存電力容量のバラツキなどが原因で、ある特定の電池ユニットのみが温度上昇したときに、冷却ファンを駆動する上限温度を設定することによって、高温となった電池ユニットだけを冷却することができる。
また、電池箱、架台に電池ユニットを架台に装着する際の案内手段を設けたときには、電池の交換作業を容易に行なうことができる。
図1は本発明に係るバックアップ電源システムを示す図、図2は図1に示したバックアップ電源システムの電池ユニットを示す平断面図、図3は図1に示したバックアップ電源システムの電池ユニットを示す正断面図である。図に示すように、架台11に電池ユニット12が装着され、電池ユニット12の電池箱13内の下部に板14が設けられ、板14上に電池モジュール17が載置され、電池モジュール17の2枚の支持板15に10本のニッケル水素電池16が取り付けられ、10本のニッケル水素電池16は直列に接続されている。また、電池モジュール17の上に板18が設けられ、電池箱13の裏面および表面に通気穴19、20が設けられ、電池箱13の裏面の内側に冷却ファン(空冷ファン)21が取り付けられている。冷却ファン21の種類や寸法は、ニッケル水素電池16の配置状態により求めることができる。すなわち、通風抵抗が比較的に大きく、冷却ファン21を小さくしたい場合には、シロッコファンなどを用いることになり、通風抵抗がそれほど大きくなく、かつニッケル水素電池16全体をできるだけ冷却したい場合には、軸流ファンを使用するなどの選択を行なう。また、電池箱13の裏面にはコネクタ22が取り付けられ、コネクタ22には直列に接続した端のニッケル水素電池16の正極と逆端のニッケル水素電池16の負極とが接続され、また冷却ファン21を駆動するための信号線および電源線も接続している。また、架台11により電池ユニット12が直列または並列に電気的に接続されている。また、ニッケル水素電池16の温度を測定するサーミスタ、熱電対、測温抵抗体等の温度センサー(図示せず)が設けられ、温度センサーがコネクタ22に接続されている。また、電池箱13の裏面にはガイド23が取り付けられ、架台11にガイド23を挿入することができる挿入穴(図示せず)が設けられ、ガイド23および挿入穴により電池ユニット12を架台11に装着する際の案内手段が構成されている。また、電池箱13の表面には取手24が取り付けられている。また、架台11にはニッケル水素電池16の充放電を制御する充放電装置25および冷却ファン21の駆動制御、電池ユニット12の電流制御および電池ユニット12の温度監視を行なう制御装置26が装着されている。
このバックアップ電源システムにおいては、冷却ファン21を作動させることによって、電池箱13の外気を取り込み、その空気によってニッケル水素電池16を冷却し、ニッケル水素電池16からの発熱によって暖められた空気を外部へ放出する。また、冷却ファン21を駆動する電力はニッケル水素電池16から供給され、冷却ファン21の駆動制御は制御装置26によって行なわれる。また、架台11に電池ユニット12を入れて押し込むだけで、コネクタ22が架台11側のコネクタ(図示せず)と嵌合して、ニッケル水素電池16等と充放電装置25、制御装置26等とが接続され、また温度センサーの出力がコネクタ22を介して制御装置26に入力される。そして、電池ユニット12に電流容量が100Ahのニッケル水素電池16を10本直列に入れ、電池ユニット12を、横に4個直列に接続し、さらに縦に6並列に接続すれば、30kWh程度の出力可能なバックアップ電源システムになる。
このようなバックアップ電源システムにおいては、電池ユニット12に冷却ファン21が設けられているから、電池ユニット12で独立した熱制御を行なうことができる。したがって、電池ユニット12が複数個集合したとしても、電池ユニット12の温度は全てほとんど同じになり、電池ユニット12間の伝熱は非常に小さくなるから、熱設計は電池ユニット12のみで検討すればよく、バックアップ電源システム全体の熱設計を行なう必要がなくなる。このため、バックアップ電源システムから出力させる電力量が変わったときなどにも、設計費が増大することがない。また、特定の電池ユニット12などに電流集中などの不具合が生じた場合にも、予め冷却ファン21が駆動する電池温度やファン風量を決定しておくことによって十分に対処が可能となる。また、バックアップ電源システムを稼動させている状況で、特定のニッケル水素電池16の故障が生じた場合に、故障したニッケル水素電池16を有する電池ユニット12を架台11から引き出せば、故障したニッケル水素電池16を交換することができるから、バックアップ電源システム全体を停止させることなく、しかも容易にニッケル水素電池16の交換を行なうことができる。また、電池箱13に取り付けたコネクタ22にニッケル水素電池16と冷却ファン21の信号線および電源線とが接続されているから、冷却ファン21の電源としてニッケル水素電池16を用い、冷却ファン21の制御手段として制御装置26を用いることができる。また、温度センサーによりニッケル水素電池16の温度を測定することができるから、ニッケル水素電池16の満充電判定(最新実用二次ニッケル水素電池pp.110、日刊工業新聞社)を行なうことができる。さらに、温度センサーを有する電池ユニット12では、製造バラツキや充放電によって生じる残存電力容量のバラツキなどが原因で、ある特定の電池ユニット12のみが温度上昇したときに、冷却ファン21を駆動する上限温度を設定することによって、上記上限温度を越えて高温となった電池ユニット12の冷却ファン21だけを駆動することにより、高温となった電池ユニット12だけを冷却することができる。また、電池ユニット12を架台11に装着する際の案内手段が設けられているから、電池ユニット12を架台11に容易に装着することができるので、ニッケル水素電池16が故障したときなどのニッケル水素電池16の交換作業を容易に行なうことができ、さらに架台11から電池ユニット12を引き出す際に、多少の外力が引き出す方向以外に働いたとしても、電池箱13、コネクタ22が損傷することない。さらに、電池ユニット12を架台11に挿入するときにコネクタ22と架台11側のコネクタとが自動的に嵌合する配置になっているから、電池ユニット12と架台11で極性の接続間違えを排除することができ、作業の安全性を向上することができる。
図4、図5は本発明に係る他のバックアップ電源システムを示す図である。図4に示したバックアップ電源システムにおいては、架台30に1つの電池ユニット12が装着され、図5に示したバックアップ電源システムにおいては、架台40に4つの電池ユニット12が装着されている。このように、バックアップ電源システムの電池ユニット12の数を変えれば、バックアップの出力を変えることができる。例えば、図4に示すバックアップ電源システムでは150Wの電力で6時間程度使用が可能であり、ディスクトップパソコンの電力を賄うことができる。また、図5に示すバックアップ電源システムでは500Wで8時間程度と複数のパソコンやサーバのバックアップ電力を賄うことができる。また、小型になれば可搬型にもでき、緊急時や一時的なバックアップ電源システムとしても利用可能となる。
このように、電池ユニット12の数を増減するだけで所望の電力量を供給可能となり、これまで不可欠であった熱設計を不要とすることができ、所望の電力量を得ることができるバックアップ電源システムを容易に構築することができる。したがって、要求される電力量が明らかになれば、迅速、かつ信頼性の高いバックアップ電源システムを構成できる。また、ニッケル水素電池16の交換など、バックアップ電源システムからニッケル水素電池全体を外すことなく、所定の電池ユニット12を容易に脱着することができるから、作業性の高いバックアップ電源システムが実現できる。
図6は本発明に係る他のバックアップ電源システムを示す図である。図に示すように、架台50に8つの電池ユニット12が装着され、4個の電池ユニット12が直列に接続され、これらが2並列に接続され、1つの電池ユニット12からは12Vを出力し、8つの電池ユニット12全体からは48V、200Ahを出力する。また、電圧値を変換し、かつ直流から交流に変換する電圧変換装置51が架台50に装着され、電圧変換装置51はDC−DCコンバータ機能により48Vを100Vに変換し、さらにインバータ機能により直流から交流に変換する。
このバックアップ電源システムにおいては、停電時などに家庭や職場における機器のバックアップ電源として使用することができる。
図7は本発明に係る他のバックアップ電源システムを示す図である。図に示すように、架台60に20個の電池ユニット12が装着され、これらの電池ユニット12の全てが直列に接続されており、1つの電池ユニット12からは12Vを出力し、全ての電池ユニット12全体からは240Vを出力する。
このバックアップ電源システムにおいては、実験機器などの高電圧用として使用することができる。
図8は本発明に係る他のバックアップ電源システムを示す分解斜視図、図9は図8に示したバックアップ電源システムを示す平面図、図10は図8に示したバックアップ電源システムを示す正面図である。図に示すように、架台70に凹状ガイド71が設けられ、電池ユニット12に凸状ガイド72が設けられ、凸状ガイド72が凹状ガイド71に係合した状態で、4つの電池ユニット12が架台70に平面状に装着されている。そして、凹状ガイド71、凸状ガイド72により電池ユニット12を架台70に装着する際の案内手段が構成されている。また、架台70にコネクタ73が設けられ、電池ユニット12が架台70に装着された状態でコネクタ22とコネクタ73とが構造的および電気的に嵌合している。また、架台70内には電池ユニット12を直列または配列に接続する配線が施されている。
このバックアップ電源システムにおいては、凸状ガイド72を凹状ガイド71に係合させた状態で、電池ユニット12を架台70上でスライドさせることによって、コネクタ22とコネクタ73とを自動的に嵌合することができる。
このようなバックアップ電源システムにおいては、高さを抑えた平置用の電力源として使用することができる。
なお、上述実施の形態においては、電池ユニット12が複数のニッケル水素電池16を有する場合について説明したが、電池ユニットが1つの電池を有する場合にも本発明を適用することができる。また、上述実施の形態においては、電池ユニット12が10本のニッケル水素電池16を有する場合について説明したが、直列に接続するニッケル水素電池16の本数は、所望のバックアップ電力量、電池箱13の寸法、ニッケル水素電池16の発熱量、冷却ファン21の種類や寸法、バックアップ電源システムへの適合性などから決定する。また、上述実施の形態においては、電池ユニット12を架台11に装着する際の案内手段として電池箱13にガイド23を取り付け、架台11に挿入穴を設けたが、電池箱に挿入穴を設け、架台にガイドを取り付けてもよい。また、上述実施の形態においては、電圧値を変換し、かつ直流から交流に変換する電圧変換装置51を架台50に装着したが、電圧値を変換する電圧変換装置を架台に装着してもよく、また直流から交流に変換する電圧変換装置を架台に装着してもよい。
本発明に係るバックアップ電源システムを示す図である。 図1に示したバックアップ電源システムの電池ユニットを示す平断面図である。 図1に示したバックアップ電源システムの電池ユニットを示す正断面図である。 本発明に係る他のバックアップ電源システムを示す図である。 本発明に係る他のバックアップ電源システムを示す図である。 本発明に係る他のバックアップ電源システムを示す図である。 本発明に係る他のバックアップ電源システムを示す図である。 本発明に係る他のバックアップ電源システムを示す分解斜視図である。 図8に示したバックアップ電源システムを示す平面図である。 図8に示したバックアップ電源システムを示す正面図である。 従来のバックアップ電源システムを示す斜視図である。 図11に示したバックアップ電源システムの電池棚を示す斜視図である。
符号の説明
11…架台
12…電池ユニット
13…電池箱
16…ニッケル水素電池
21…冷却ファン
22…コネクタ
23…ガイド
25…充放電装置
26…制御装置
30…架台
40…架台
50…架台
51…電圧変換装置
60…架台
70…架台
71…凹状ガイド
72…凸状ガイド

Claims (9)

  1. 架台に電池を有する電池ユニットを装着し、上記電池ユニットに冷却ファンを取り付け、上記電池ユニットに上記電池に接続されたコネクタを取り付けたことを特徴とするバックアップ電源システム。
  2. 上記電池ユニットに直列に接続された複数の上記電池を設けたことを特徴とする請求項1に記載のバックアップ電源システム。
  3. 上記電池ユニットの電池箱に上記冷却ファンを取り付け、上記電池箱に上記コネクタを取り付けたことを特徴とする請求項1または2に記載のバックアップ電源システム。
  4. 上記架台に上記電池の充放電を制御する充放電装置を装着し、上記架台に上記冷却ファンの駆動制御、上記電池ユニットの電流制御および上記電池ユニットの温度監視を行なう制御装置を装着したことを特徴とする請求項1、2または3に記載のバックアップ電源システム。
  5. 上記架台に電圧値を変換する電圧変換装置または直流から交流に変換する電圧変換装置を装着したことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のバックアップ電源システム。
  6. 上記冷却ファンを駆動するための信号線および電源線を上記コネクタに接続したことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のバックアップ電源システム。
  7. 上記架台により上記電池ユニットを直列または並列に電気的に接続したことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のバックアップ電源システム。
  8. 上記電池の温度を測定する温度センサーを設け、上記温度センサーを上記コネクタに接続したことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載のバックアップ電源システム。
  9. 上記電池箱、上記架台に上記電池ユニットを上記架台に装着する際の案内手段を設けたことを特徴とする請求項3ないし8のいずれかに記載のバックアップ電源システム。
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