JP2007323828A

JP2007323828A - 電源設計方法

Info

Publication number: JP2007323828A
Application number: JP2006149327A
Authority: JP
Inventors: Takao Goto; 隆雄後藤; Masahiro Hamaogi; 昌弘濱荻; Yoshihide Takahashi; 芳秀高橋
Original assignee: Hitachi Computer Peripherals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Information and Telecommunication Engineering Ltd
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】電源設計時の支援。
【解決手段】電池の安全弁の時間的経緯に対応する安全弁動作電流値の変位を開弁特性として格納する開弁特性テーブル２０１と、過電流により回路を切断する保護部品が確実に動作する確実動作電流値の時間的遂移特性並びに該保護部品が動作する可能性がある可能性動作電流値の時間的遂移特性を格納する保護部品特性テーブル２０２と、電池の接続形態に応じた電池最大放電電流乃至電池最小放電電流の時間的遂移特性を格納した最大電流特性テーブル２０３とに格納した各特性を比較し、前記各特性が重複しない範囲の電流値を、適正な過電流保護設定領域４０として算出する電源設計方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、接続するバッテリボックス構成に応じた最適な電源設計を行うことができる電源設計方法に係り、特に電源装置を構成する各種部品の寿命や耐性等の特性を考慮して電源設計を支援することができる電源設計方法に関する。

近年のコンピュータシステム等に接続される電源装置２は、例えば図２（ａ）に示す如く交流電源１からの交流電流を直流に変換して負荷装置４に供給すると共に、前記交流電源１からの交流電流の一部を基にバッテリボックス３内の電池の充電を行い、前記交流電源１に停電等の障害が発生した場合、バッテリボックス３に蓄電した電力を負荷装置４に供給する様に構成されている。

また前記電源装置２は、図２（ｂ）に示す如く、複数のバッテリボックス３ａ〜３ｃが接続され、該バッテリボックス３ａ〜３ｃに対する充電及び障害時のバッテリボックス３ａ〜３ｃからの電力供給（放電）を制御する様に構成されている。

また前記電源装置２は、その電源装置を構成するトランス／整流素子／スイッチング素子等の各種部品の規定を越える過電流により前記各種部品が破壊されるのを防止するため、内部に流れる電流値を監視し、この過電流を検出したときに回路を切断する保護部品、具体的には電流ヒューズや温度ヒューズを備えている。また当該電源装置２は、図２に示した様に接続されるバッテリボックスの各容量や数量によって、負荷に供給すべき電流値が変化し、本明細書においては、前記図２（ａ）に示した１台のバッテリボックス構成の際の規定電流値を電池最小放電電流値と呼び、図２（ｂ）の如く複数のバッテリボックスを接続した際の規定電流値を規定最小電流値と呼ぶ。

また、前記バッテリボックス３の電池は、電池自身が異常過大電流により電池内圧が増大して破損することを防止するため、前記異常過大電流が流れたときに内部のガスを放出する安全弁を備えている。

尚、前記負荷装置に電力を供給し且つバッテリボックスが接続された電源装置に関する技術が記載された文献としては下記特許文献が挙げられる。
特開２００２−９９３６０号公報

前述した様に電源装置は、各種部品によって構成されると共に接続するバッテリボックスの容量や数量によって設計条件が異なるものであった。また図２（ｂ）に示した如く複数のバッテリボックス３ａ〜３ｃを接続した場合、各バッテリボックス３ａ〜３ｃから放電する電流が、個々のバッテリボックスの出力ラインの抵抗成分差／各電池の充電電気量差／温度差／新旧機器による劣化度合い差等によってアンバランスが生じる特性がある。

前記電池の充電電気量差は、各バッテリボックスが独立して電池充電を制御しているために発生し、劣化度合い差は、例えば複数の当初はバッテボックスから構成したシステムのうち、１台を故障により交換した際に発生するものである。

この様に構成した電源装置は、前記各バッテリボックス３ａ〜３ｃからの放電流がアンバランスなことを考慮し、図２（ａ）の如く１台のバッテリボックス３から電流を供給する場合より停電等の障害発生時のバッテリボックスからの放電電流値を高く設定して設計する必要がある。

しかしながら電源装置は、バッテリボックスの故障による電池からの大電流放電の発生による発熱／漏液／発火等の危険性があるため、前述の放電電流値の設定は設計上困難であり、特に保護部品の定格電流値やバッテリボックスから供給する放電電流値の設定が極めて困難であると言う不具合があった。

本発明の目的は、前記従来技術による不具合を解決するためであり、バッテリボックスの使用形態／部品構成の寿命や発熱等の耐性を考慮した最適な電源設計を行うことができる電源設計方法を提供することである。

前記目的を達成するために本発明は、異常過電流によりガスを放出する安全弁を備える電池を接続し、規定外の過電流により回路を切断する保護部品を備え、電池の接続形態に応じた電池最大放電電流乃至電池最小放電電流を電池から放電する電源装置の設計を支援する処理装置による電源設計方法において、前記電池の異常過電流によりガスを放出する安全弁の時間的経緯と共に変化する安全弁動作電流値の変位を開弁特性として格納する開弁特性テーブルと、前記電池の異常電流より低い電流値である過電流により回路を切断する保護部品が確実に動作する確実動作電流値の時間的遂移特性並びに該保護部品が動作する可能性がある可能性動作電流値の時間的遂移特性を格納する保護部品特性テーブルと、前記電池の接続形態に応じた電池最大放電電流乃至電池最小放電電流の時間的遂移特性を格納した最大電流特性テーブルと、前記開弁特性テーブルと保護部品特性テーブルと最大電流特性テーブルに格納した各特性を参照して得た過電流保護部品の設定範囲を格納する過電流特性テーブルとから成る部品特性データベースを設け、前記処理装置が、前記保護部品特性テーブルに格納した保護部品が動作する可能性がある可能性動作電流値の時間的遂移特性と、最大電流特性テーブルに格納した電池最大放電電流の時間的遂移特性とを比較し、前記両特性が重複しない範囲の電流値を、前記過電流特性テーブルの過電流保護部品の設定範囲として格納することを特徴とする。

本発明による電源設計方法は、処理装置が、バッテリボックスの電池や保護部品等の特性を格納する部品特性データベースを参照して前記各特性を得、電源設計に用いる最適な保護部品の定格電流値範囲を容易に算出することができ、これによって電源設計の支援を行うことができる。

以下、本発明による電源設計方法の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施形態による電源設計方法を実現するためのコンピュータシステムを示す図、図２は本実施形態の対象となる電源装置の使用形態を示す図、図３は電池・保護部品・バッテリボックス構成による電流値の特性を説明するための図、図４は本実施形態により得られた電源装置に要求される過電流特性を説明するための図、図５は前記図３〜図４の各特性のまとめを示す図、図６はヒューズの経年劣化による特性変化を説明するための図、図７はヒューズの周辺温度劣化による特性変化を説明するための図である。

本実施形態による電源設計方法を実現するためのコンピュータシステムは、図１に示す如く、バッテリボックスの電池や保護部品等の特性を格納する部品特性データベース２００と、該部品特性データベース２００から各種部品の特性等を入力として電源設計に用いる最適な電流値等を演算する処理装置１００と、該処理装置１００による最適な電流値に対応した部品表等を印字するためのプリンタ３００とを備える。

前記部品特性データベース２００は、電池の異常過電流によりガスを放出する安全弁の時間的経緯と共に変化する安全弁動作電流値の変位を開弁特性として格納する開弁特性テーブル２０１と、前記電池の異常電流より低い電流値である過電流により回路を切断する保護部品（ヒューズ）が確実に動作する確実動作電流値の時間的遂移特性並びに該保護部品が動作する可能性がある可能性動作電流値の時間的遂移特性を格納する保護部品特性テーブル２０２と、前記電池の接続形態に応じた電池最大放電電流乃至電池最小放電電流の時間的遂移特性を格納した最大電流特性テーブル２０３と、前記開弁特性テーブル２０１と保護部品特性テーブル２０２と最大電流特性テーブル２０３に格納した各特性を参照して得た過電流保護部品の設定範囲を格納する過電流特性テーブル２０４とを備える。

前記開弁特性テーブル２０１に格納した開弁特性とは、図３（ａ）に示す如く、縦軸を電流値、横軸を経過時間とし、電池の異常過電流によりガスを放出する安全弁動作電流値の変位であり、開弁動作範囲３０と開弁非動作範囲３２間の動作ライン３１の如く、経年変化によって電池の安全弁が開く電流値が徐々に低下する特性を示している。

また前記保護部品特性テーブル２０２に格納する保護部品（ヒューズ）の動作の時間的遂移特性とは、図３（ｂ）に示す如く、前記電池の弁が開いて電池が開弁により漏液する以前に動作させるため前記異常過電流の動作ライン３１より低い電流値であって、保護部品が確実に動作する確実動作電流値の時間的遂移特性である確実動作ライン３３と、保護部品が動作する可能性がある可能性動作電流値の時間的遂移特性である動作可能性ライン３４であり、図示の如く、これら確実動作ライン３３及び動作可能性ライン３４共に時間的経緯と共に動作電流値が低下する特性を示している。

更に前記最大電流特性テーブル２０３に格納した電池の接続形態に応じた電池最大放電電流乃至電池最小放電電流の時間的遂移特性とは、例えば図２（ａ）に示した如くバッテリボックスが１台の接続状態の場合は比較的低く且つ均一な電流値である最大電流値ライン３６如く推移し、図２（ｂ）に示した如く複数のバッテリボックスを接続した状態においては前記１台接続に比して大電流となり前述した抵抗成分／充電量差／劣化度合い等を考慮した時間推移と共に低下する特性を持つ最大電流値ライン３６の如く遂移する特性である。

さて、本実施形態による電源設計方法を実現するためのコンピュータシステムの処理装置１００は、前記部品特性データベース２００の各特性テーブル２０１〜２０３から前記図３〜図４に示した各特性を呼び出して比較することにより、図５に示す如く、異常過電流による弁の動作ライン３１、保護部品の確実動作ライン３３、保護部品の動作可能性ライン３４、バッテリボックスの接続状態による最大電流値ライン３５及び３６の順に並ぶことを算出し、電源装置のバッテリボックスの各部品素子が、異常過電流により開弁しない事、保護部品が誤動作により回路を遮断しない事、保護部品が過電流時に確実に動作する事、バッテリボックスの構成状態による最大電流値以上を満たす事、並びに各特性の時間的経年的変化（劣化）の各条件を満たす電流値が図示した過電流保護設定領域４０であることを算出する。この算出は、経過時間と共に変化する各特性の座標を比較することによって算出するが、この手法に限られるものではない。

本実施形態に示した各特性の場合の過電流保護設定領域４０は、図４に示す如く、結果的には保護部品の動作可能性ライン３４と最大電流値ライン３５間の両特性が電流値を示すＸ軸上座標において重複しない範囲となる。

この様にして得られた過電流保護設定領域４０は電源装置を構成する保護部品の定格溶断電流値を選定する際に使用され、ヒューズディレーティング係数を考慮したバッテリボックスの放電電流値を設定する際に使用される。

前記ヒューズディレーティング係数について説明すると、該係数は、ヒューズメーカにより開示されている特性を基に算出され、［1］経年劣化、［2］ヒューズ接続方法、［3］製造のばらつき、［4］周辺温度の各ファクターによって得られ、前記［1］経年劣化によるヒューズディレーティング係数は、図６に示す如く、メーカから開示された使用期間が一万時間の場合に９５％、［2］ヒューズ接続方法によるヒューズディレーティング係数は、半田接続／クリップ接続等の差異によって接触抵抗による溶断電流値が低下するものであり、半田接続の場合は１００％である。

また前記［3］製造のばらつきによるヒューズディレーティング係数は、製造時のバラツキにより溶断電流が変化することを表し、例えば８０％として設定され、前記［4］周辺温度によるヒューズディレーティング係数は、図７に示す如く、例えば周辺温度が４０度としたとき９５％と設定される。

本実施形態においては、前記［1］経年劣化／［2］ヒューズ接続方法／［3］製造のばらつき／［4］周辺温度の各ファクターのヒューズディレーティング係数を乗算することによって例えば７２％［＝９５％×１００％×８０％×９５％］として算出される。

従って、例えば使用するヒューズの前述した過電流保護設定領域４０内において選定したヒューズの定格溶断電流値を２０Ａとした場合、溶断してしまう可能性のある電流値は２０Ａ×７２％＝１４．４Ａとなり、このため通常使用時のバッテリボックスからの放電電流を１４．４Ａ以下に設定することが望ましいことが算出される。

この様に本実施形態による電源設計方法は、処理装置１００が、バッテリボックスの電池や保護部品等の特性を格納する部品特性データベース２００を参照して前記各特性を得、電源設計に用いる最適な保護部品の定格電流値範囲並びにバッテリボックスの放電電流値を容易に算出することができ、これをプリンタ３００に印字又は処理装置１００に含まれる表示部に表示することによって電源設計の支援を行うことができる。

本発明の一実施形態による電源設計方法を実現するためのコンピュータシステムを示す図。本実施形態の対象となる電源装置の使用形態を示す図。電池・保護部品・バッテリボックス構成による規定電流値の特性を説明するための図。本実施形態により得られた電源装置に要求される過電流特性を説明するための図。前記図３〜図４の各特性のまとめを示す図。ヒューズの経年劣化による特性変化を説明するための図。ヒューズの周辺温度劣化による特性変化を説明するための図。

符号の説明

３０：開弁動作範囲、３１：動作ライン、３２：開弁非動作範囲、３３：確実動作ライン、３４：動作可能性ライン、３５：最大電流値ライン、３６：最大電流値、４０：過電流保護設定領域、１００：処理装置、２００：部品特性データベース、２０１：各特性テーブル、２０１：開弁特性テーブル、２０２：保護部品特性テーブル、２０３：最大電流特性テーブル、２０４：過電流特性テーブル、３００：プリンタ

Claims

異常過電流によりガスを放出する安全弁を備える電池を接続し、規定外の過電流により回路を切断する保護部品を備え、電池の接続形態に応じた電池最大放電電流乃至電池最小放電電流を電池から放電する電源装置の設計を支援する処理装置による電源設計方法であって、
前記電池の異常過電流によりガスを放出する安全弁の時間的経緯と共に変化する安全弁動作電流値の変位を開弁特性として格納する開弁特性テーブルと、前記電池の異常電流より低い電流値である過電流により回路を切断する保護部品が確実に動作する確実動作電流値の時間的遂移特性並びに該保護部品が動作する可能性がある可能性動作電流値の時間的遂移特性を格納する保護部品特性テーブルと、前記電池の接続形態に応じた電池最大放電電流乃至電池最小放電電流の時間的遂移特性を格納した最大電流特性テーブルと、前記開弁特性テーブルと保護部品特性テーブルと最大電流特性テーブルに格納した各特性を参照して得た過電流保護部品の設定範囲を格納する過電流特性テーブルとから成る部品特性データベースを設け、前記処理装置が、前記保護部品特性テーブルに格納した保護部品が動作する可能性がある可能性動作電流値の時間的遂移特性と、最大電流特性テーブルに格納した電池最大放電電流の時間的遂移特性とを比較し、前記両特性が重複しない範囲の電流値を、前記過電流特性テーブルの過電流保護部品の設定範囲として格納することを特徴とする電源設計方法。