JP2008092768A - 放電器、放電制御方法、放電制御プログラム並びにプログラム記録媒体 - Google Patents

放電器、放電制御方法、放電制御プログラム並びにプログラム記録媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】電池過放電の防止、過電圧からの負荷設備の保護、外部からの切離しおよび放電動作への復帰が可能で、かつ、電力損失の低減、電池寿命の延伸が可能な放電器を提供する。
【解決手段】放電停止を指示する外部信号または過放電防止用の第１の設定値以下の入力電圧または過電圧出力防止用の第３の設定値以上の出力電圧のいずれかの検知時、制御部１２は、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂを開放し、負荷４０への放電を停止させる。また、前記外部信号のリセット時または前記第１の設定値よりも大きい第２の設定値以上の入力電圧の検知時、制御部１２は、スイッチング素子４ｂをスイッチング動作状態または短絡とし、負荷４０への放電を再開する。さらに、制御部１２への電力を、放電器１０の出力側のみならず、手動スイッチ１３の操作時は放電器１０の入力側からも供給可能とし、かつ、制御部１２の停電時は、スイッチング素子４ｂの開放状態を維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電器、放電制御方法、放電制御プログラム並びにプログラム記録媒体に関し、特に、直流電源システムとして、複数の組電池からなる電池システムを用いる場合について、負荷に供給する直流電源の出力を制御する放電器、放電制御方法、放電制御プログラム並びにプログラム記録媒体に関する。
直流電源に用いられるニッケル水素蓄電池は、鉛蓄電池に比べて、エネルギー密度が大きく、電池寿命の長さや環境への負担が少ないことが特徴であり、さらには、小型・軽量で、持ち運びに便利であるため、車載用バッテリーや災害対策用電源として、近年、急速に普及しつつある。
また、昨今の通信設備の電力需要の急速な増加に対応するためには、直流電源の大容量化を図るべく、ニッケル水素蓄電池などの電池系列を並列接続して、例えば出力３０ｋＷｈなどの大容量の電源システム（電池システム）を構成することが必要となってきている。一般に、電源システムの高容量化や長寿命化を図るためには、ニッケル水素蓄電池を電源として用いる場合、例えば、単セルと呼ばれる単一のニッケル水素蓄電池（平均電圧１．２Ｖ、電流容量９５Ａｈ）をｋ本直列に接続したものを１単位（以降、１モジュールと称する）とし、さらに、このモジュールをｍ個分直列に接続したものを組電池とし、さらに、ｎ個の組電池を並列接続して、大容量のニッケル水素蓄電池システムを構成するようにしている。
このような大容量の電池システムにおいて負荷に対する電力の供給能力を管理するための仕組みについても、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１の特開２００４−１１９１１２号公報「電源装置」、特許文献２の特開２００４−１２０８５６号公報「電源装置」、あるいは、特許文献３の特開２００４−１２０８５７号公報「電源装置」などには、並列接続した複数の組電池と、充電制御手段と、放電制御手段と、を備えた電源システムにおける管理手法が記載されている。
前記特許文献１には、保守・点検時における組電池の寿命の推定を容易にするために、組電池の製造日付を内部に保存して、保存した組電池の製造日付に基づいて、所定の電力を供給可能な使用可能期間を算出して組電池交換日付を表示することが記載されている。
また、前記特許文献２には、組電池の劣化判定用に放電容量試験を実行中に停電等が発生したとしても、負荷側への給電を可能とするために、劣化判定対象の或る組電池の放電容量試験を実行する際に、当該組電池を満充電まで充電させるのみならず、劣化判定対象外の組電池も満充電まで充電させた上で、放電容量試験を実行する電池監視手段を設けることが記載されている。
また、前記特許文献３には、電力需要を平準化して電力コストを削減可能とするために、組電池の残存容量が充電開始閾値以下になったか否かを監視し、該充電開始閾値以下になった場合には、電力の利用が少ない深夜の所定時刻になるのを待って、当該組電池への補充電を開始させる電池監視手段を設けることが記載されている。
特開２００４−１１９１１２号公報 特開２００４−１２０８５６号公報 特開２００４−１２０８５７号公報
前述のように、例えばニッケル水素蓄電池を用いて出力３０ｋＷｈの電池システムを実現する場合においては、定格１．２Ｖのニッケル水素蓄電池セル（平均電圧１．２Ｖ、電流容量９５Ａｈ）を１０本直列接続し、これを１モジュールとし、さらに、４モジュール分を直列接続して、これを１系統の組電池（出力５ｋＷｈ）とし、さらに、図３に示すように、６系統の組電池を並列接続した形に構成する。図３は、複数の組電池と複数の放電器とを用いて構成する電池システムの構成図であり、組電池を充電するための充電器も含めて示している。
すなわち、図３に示す構成例においては、複数の組電池を用いる電池システムとして、１系組電池３０１、２系組電池３０２、３系組電池３０３、４系組電池３０４、５系組電池３０５、６系組電池３０６、の６系統の組電池が並列接続されている。さらに、６系統の組電池それぞれから出力される電池電圧を負荷４０の許容電圧範囲内に収めるように昇降圧させるための放電器１０（図３の場合、１系組電池３０１、２系組電池３０２用として放電器１ １０１、３系組電池３０３、４系組電池３０４用として放電器２ １０２、５系組電池３０５、６系組電池３０６用として放電器３ １０３）と、整流器５０から複数の組電池３０それぞれに間欠充電を行うための充電器２０（図３の場合、１系組電池３０１、２系組電池３０２用として充電器１ ２０１、３系組電池３０３、４系組電池３０４用として充電器２ ２０２、５系組電池３０５、６系組電池３０６用として充電器３ ２０３）と、放電器１０、充電器２０を含む電池システム全体の動作を制御する電源制御部６０とを備えている。
図３の電池システムにおいては、電源制御部６０の制御に応じて、それぞれの組電池３０（３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６）が、対応する充電器２０（２０１，２０２，２０３）を介して整流器５０の出力によって充電され、それぞれの放電器１０（１０１，１０２，１０３）を介して負荷４０へ電力を供給するように構成されている。ここで、複数の放電器１０は、その出力側で電気的に接続されて、負荷４０に接続され、また、複数の充電器２０は、その入力側で電気的に接続され、整流器５０に接続される構成であり、放電器１０、充電器２０および組電池３０を増設することによって、電池システムの拡張が可能となっている。例えば、図３に示す３０ｋＷｈ電池システムを３台並列接続することによって、１００ｋＷｈ級の電池システムを実現させることができる。
放電器１０（１０１，１０２，１０３）は、対応する組電池３０（３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６）それぞれが出力する電池電圧が、負荷４０の許容電圧範囲を上回るときはＤＣ−ＤＣコンバータによる降圧を行い（降圧モード）、負荷４０の許容電圧範囲内でかつ動作電圧範囲の範囲内にあるときは電池出力をＤＣ−ＤＣコンバータ非経由でバイパスし（バイパスモード）、負荷４０の動作電圧範囲を下回るときはＤＣ−ＤＣコンバータによる昇圧を行う（昇圧モード）ように動作する。
つまり、図３に示す３０ｋＷｈ電池システムに搭載されている放電器１０（１０１，１０２，１０３）それぞれは、図４に示すように、昇圧部１１ａおよび降圧部１１ｂを含んで構成される。図４は、放電器に搭載される昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成の一例を示す回路図であり、昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータを構成する昇圧部１１ａと降圧部１１ｂとの回路構成の一例を示している。図４の放電器１０Ａに示すように、昇圧部１１ａと降圧部１１ｂとは、ほぼ同様に回路構成素子からなっており、昇圧部１１ａは、リアクトル１ａ、ダイオード２ａ、コンデンサ３ａおよびスイッチング素子４ａからなり、降圧部１１ｂは、リアクトル１ｂ、ダイオード２ｂ、コンデンサ３ｂおよびスイッチング素子４ｂからなっている。
昇圧部１１ａは、組電池３０から負荷４０へ供給される電圧が負荷４０の動作電圧範囲を下回る場合に、スイッチング素子４ａを制御して昇圧動作を行うものであり、降圧部１１ｂは、組電池３０から負荷４０へ供給される電圧が負荷４０の許容電圧範囲を上回る場合に、スイッチング素子４ｂを制御して降圧動作を行うものである。
しかし、図４のような放電器１０Ａの構成では、放電動作が継続して組電池３０の電圧が低下して過放電電圧に達した後であっても、放電動作がそのまま継続されてしまうため、電池の劣化が加速されるという問題が発生する。また、放電器１０Ａの故障等により、放電器１０Ａの出力として過大な電圧が出力され、負荷４０の許容電圧範囲を上回ってしまった場合、負荷設備を故障させてしまうという問題も発生する。さらには、何らかの事由によって放電器１０Ａの放電を停止させる必要がある場合にも、負荷４０側への放電動作を外部から停止させるための手段がないという問題もある。
図４の放電器１０Ａにおける前述のような問題の解決法の一つとして、放電動作を停止させる切離し部を放電器１０Ａに追加する方法がある。図５は、放電器に搭載される昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータに切離し部を追加した場合の回路構成の一例を示す回路図であり、昇圧部１１ａ、降圧部１１ｂにさらに放電動作停止用の切離し部１１ｃを追加して備えている場合を示している。
図５の放電器１０Ｂにおいて、昇圧部１１ａ、降圧部１１ｂの回路構成は、図４の放電器１０Ａと全く同様であるが、昇圧部１１ａ側には切離し部１１ｃがさらに接続されている。切離し部１１ｃは、ダイオード２ｃおよび切離しスイッチ４ｃによって構成される。この切離し部１１ｃの切離しスイッチ４ｃを制御することによって、放電器１０Ｂの負荷４０側への放電動作を継続させたり、停止させたりすることが可能である。
ただし、切離し部１１ｃの機能として、前述したような、過放電防止機能、過電圧防止機能、外部信号による外部からの切離し機能をすべて具備し、かつ、切離し状態から復帰するための復帰条件が成立した際に、負荷４０側への放電動作に復帰させるという回復機能を具備する必要があるという問題が残っている。
また、過放電防止用の電圧値としてあらかじめ定めた閾値を用いて過放電の発生を検出して切離し部１１ｃを動作させて切離しを行い、負荷４０への給電動作を停止させた場合、切離しを行った後においては、一般に、組電池３０の電池電圧は自然に回復する特性を有しているため、切離しからの復帰条件についても前記閾値を用い、該閾値のみに基づいて切離し部１１ｃを動作させるか復旧させるかを決定するような場合には、切離しと復帰とを繰り返してしまって、電池の過放電保護として機能していない状態になる。
さらに、図５の放電器１０Ｂの構成では、昇圧部１１ａおよび降圧部１１ｂに、さらに、切離し部１１ｃが追加挿入された形で、直列接続されており、それぞれの回路に、ダイオード２ａ，２ｃ、切離しスイッチ４ｃといった電圧降下をもたらす回路素子が含まれているため、バイパスモードで動作させようとしても、放電器１０Ｂの入力と出力との間にさらなる電圧差が生じ、電池システムの出力能力を低下させるという問題も引き起こす。
また、昇圧部１１ａ、降圧部１１ｂおよび切離し部１１ｃのそれぞれのダイオード２（２ａ，２ｂ，２ｃ）による電圧降下は、電力損失の増加を生じさせ、さらに、放電器１０Ｂの発熱量を増大させる。結果として、組電池３０に蓄積された放電可能なエネルギーの一部は損失となり、電池システムから負荷４０へ給電することができる時間が短くなり、組電池３０（蓄電池）を余分に増設する必要性が生じてしまう。さらに、発熱量の増加により、放電器１０Ｂの寸法を大きくする必要性と空調設備を増設する必要性とが生じ、電源システムを構成する電池システムの設置スペースや構築に要する費用を増大させるという問題も生じる。
また、切離し部１１ｃは、切離し動作を行った後に、放電器１０Ｂの回路切離し状態を維持するために電力の消費を必要としている。電池システムが複数の放電器１０Ｂから構成されているような場合、電池システムに搭載されるすべての放電器１０Ｂの切離し動作を行った後においても、それぞれの放電器１０Ｂの切離し状態を維持することが必要であるため、それぞれの切離し部１１ｃへ給電する電力を、切離し状態では無電圧となる放電器１０Ｂの出力側から供給するわけにはいかず、放電器１０Ｂの入力側の組電池３０から供給することが必要である。したがって、商用電源による給電中であるか否かを問わず、如何なる状態にあっても、組電池３０は、常時、放電器１０Ｂの切離し部１１ｃに対する給電動作を継続するため、組電池３０の容量低下が早くなって、充放電サイクルが増加し、組電池３０の電池寿命の低下につながるという問題が発生する。
なお、図４の放電器１０Ａや図５の放電器１０Ｂにおける前述したような問題、すなわち、放電継続による組電池３０の劣化の早期化、負荷４０への過電圧の誤出力、放電器１０Ａの外部からの切離し手段がないといった問題、また、切離し部１１ｃの切離し動作条件および切離しからの復帰条件に関する問題、ダイオード２（２ａ，２ｃ）、切離しスイッチ４ｃの挿入による電圧降下の増大に伴う設置スペースや電池システム構築に要する費用を増大させるという問題、さらに、切離し部１１ｃへの電力が組電池３０から給電されることにより組電池３０の寿命が低下するといった問題は、複数のニッケル水素蓄電池を組合わせてなる組電池を複数個有し、かかる組電池が出力する電力を、それぞれの昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータを介して負荷に供給する電池システムの場合のみに限るものではない。
例えば、リチウムイオン電池などニッケル水素蓄電池以外の二次電池を組合わせてなる組電池を複数個有し、該組電池が出力する電力を、それぞれの昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータを介して負荷に供給する二次電池システム、さらには、一次電池を含めて、複数の電池を組合わせてなる複数の組電池が出力する電力を、それぞれの昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータを介して負荷に供給する電池システム、さらには、電力貯蔵用キャパシタを含めて、複数の直流電圧源を組合わせてなる複数の電源が出力する電力を、それぞれの昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータを介して負荷に供給する電源システムにおいても生じる問題である。
本発明は、以上のような問題、すなわち、放電の継続による組電池劣化の早期化、負荷への過電圧の誤出力、外部からの放電切離し手段がないことなどの問題、また、放電器を負荷から切離す切離し部の動作条件および切離しからの復帰条件に関する問題、切離し用のダイオード挿入による電圧降下の増大により設置スペースや電池システム構築に要する費用を増大させるという問題、さらに、前記切離し部の電力が組電池から常時給電されることにより組電池の寿命が低下するといった問題に鑑みてなされたものである。
すなわち、本発明が解決しようとする課題は、直流電源となる電池の過放電を防止可能とし、かつ、負荷設備を過電圧から保護可能とし、かつ、外部からの切離しが可能であり、さらに、あらかじめ定めた所定の条件により負荷に対する放電動作の切離しの実施と切離しからの復帰とを適切に実行することが可能であり、かつ、放電器内の電圧降下を低減可能とし、かつ、放電器への電池からの常時給電を不要とし、電池寿命を延伸することが可能な放電器、放電制御方法、放電制御プログラム並びにプログラム記録媒体を提供することにある。
本発明は、前述の課題を解決するために、以下のごとき各技術手段から構成されている。
第１の技術手段は、リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とを少なくとも含み、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態とすることにより、直流電源から入力される電圧を降圧して、または、そのまま、出力する降圧手段と、前記スイッチング素子の動作を少なくとも制御する制御手段と、を少なくとも備え、前記直流電源からの電力を、前記降圧手段を介して負荷側に出力する放電器において、前記制御手段は、前記負荷側への出力の停止を指示する外部信号を外部から受信した際に、前記スイッチング素子を開放状態に設定して、負荷側への電力の出力を停止させることを特徴とする。
第２の技術手段は、前記第１の技術手段に記載の放電器において、前記制御手段は、前記外部信号の受信により前記スイッチング素子を開放した状態に設定した後、前記外部信号がリセットされたことを検知した際に、前記スイッチング素子をスイッチング状態または短絡状態に設定し、負荷側へ電力を出力させることを特徴とする。
第３の技術手段は、リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とを少なくとも含み、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態とすることにより、直流電源から入力される電圧を降圧して、または、そのまま、出力する降圧手段と、前記スイッチング素子の動作を少なくとも制御する制御手段と、を少なくとも備え、前記直流電源からの電力を、前記降圧手段を介して負荷側に出力する放電器において、前記制御手段は、当該放電器の入力電圧が、あらかじめ定めた第１の設定値以下になったことを検知した際に、前記スイッチング素子を開放状態に設定して、負荷側への電力の出力を停止させることを特徴とする。
第４の技術手段は、前記第３の技術手段に記載の放電器において、前記制御手段は、当該放電器の入力電圧が前記第１の設定値以下になったことを検知することにより前記スイッチング素子を開放した状態に設定した後、当該放電器の入力電圧が、前記第１の設定値よりも大きい値としてあらかじめ定めた第２の設定値以上になったことを検知した際に、前記スイッチング素子をスイッチング状態または短絡状態に設定し、負荷側へ電力を出力させることを特徴とする。
第５の技術手段は、リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とを少なくとも含み、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態とすることにより、直流電源から入力される電圧を降圧して、または、そのまま、出力する降圧手段と、前記スイッチング素子の動作を少なくとも制御する制御手段と、を少なくとも備え、前記直流電源からの電力を、前記降圧手段を介して負荷側に出力する放電器において、前記制御手段は、当該放電器の出力電圧が、あらかじめ定めた第３の設定値以上になったことを検知した際に、前記スイッチング素子を開放状態に設定して、負荷側への電力の出力を停止させることを特徴とする。
第６の技術手段は、前記第１ないし第５の技術手段のいずれかに記載の放電器において、前記制御手段への電力を、当該放電器の出力側から供給するか、あるいは、利用者が操作可能な手動スイッチを備え、前記手動スイッチを操作した場合には、当該放電器の入力側から供給することを特徴とする。
第７の技術手段は、前記第１ないし第６の技術手段のいずれかに記載の放電器において、前記制御手段への電力が供給されない状態にある期間中は、前記スイッチング素子を開放状態に維持することを特徴とする。
第８の技術手段は、リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とを少なくとも含み、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態とすることにより、直流電源から入力される電圧を降圧して、または、そのまま、出力する降圧手段を少なくとも備え、前記直流電源からの電力を、前記降圧手段を介して負荷側に出力する放電器の放電動作を制御する放電制御方法であって、前記負荷側への出力の停止を指示する外部信号を外部から受信した際に、前記スイッチング素子を開放状態に設定して、負荷側への電力の出力を停止させる手続きを有していることを特徴とする。
第９の技術手段は、前記第８の技術手段に記載の放電制御方法において、前記外部信号の受信により前記スイッチング素子を開放した状態に設定した後、前記外部信号がリセットされたことを検知した際に、前記スイッチング素子をスイッチング状態または短絡状態に設定し、負荷側へ電力を出力させる手続きを有していることを特徴とする。
第１０の技術手段は、リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とを少なくとも含み、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態とすることにより、直流電源から入力される電圧を降圧して、または、そのまま、出力する降圧手段を少なくとも備え、前記直流電源からの電力を、前記降圧手段を介して負荷側に出力する放電器の放電動作を制御する放電制御方法であって、前記放電器の入力電圧が、あらかじめ定めた第１の設定値以下になったことを検知した際に、前記スイッチング素子を開放状態に設定して、負荷側への電力の出力を停止させる手続きを有していることを特徴とする。
第１１の技術手段は、前記第１０の技術手段に記載の放電制御方法において、前記放電器の入力電圧が前記第１の設定値以下になったことを検知することにより前記スイッチング素子を開放した状態に設定した後、当該放電器の入力電圧が、前記第１の設定値よりも大きい値としてあらかじめ定めた第２の設定値以上になったことを検知した際に、前記スイッチング素子をスイッチング状態または短絡状態に設定し、負荷側へ電力を出力させる手続きを有していることを特徴とする。
第１２の技術手段は、リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とを少なくとも含み、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態とすることにより、直流電源から入力される電圧を降圧して、または、そのまま、出力する降圧手段を少なくとも備え、前記直流電源からの電力を、前記降圧手段を介して負荷側に出力する放電器の放電動作を制御する放電制御方法であって、前記放電器の出力電圧が、あらかじめ定めた第３の設定値以上になったことを検知した際に、前記スイッチング素子を開放状態に設定して、負荷側への電力の出力を停止させる手続きを有していることを特徴とする。
第１３の技術手段は、前記第８ないし第１２の技術手段のいずれかに記載の放電制御方法の前記手続きを、コンピュータにより実行可能なプログラムとして実施している放電制御プログラムとすることを特徴とする。
第１４の技術手段は、前記第１３の技術手段に記載の放電制御プログラムを、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録しているプログラム記録媒体とすることを特徴とする。
本発明の放電器、放電制御方法、放電制御プログラム並びにプログラム記録媒体によれば、以下のごとき効果を奏することができる。
放電器は、外部からの外部信号により制御可能な切離し機能を備えているので、必要に応じて、外部から指示することにより、負荷に対する放電動作を停止させることが可能である。例えば、電池の過放電状態や放電器の故障等が検出された場合、放電動作の停止を指示する前記外部信号を放電器に入力して、負荷への給電動作を停止させることができるので、電池の過放電が防止され、放電器の故障等により負荷に過電圧が印加される危険性を防止することができる。さらに、放電動作の停止状態が解除された際に、外部から入力していた前記外部信号をリセットすることにより、放電器の放電動作を容易に再開させることができる。
また、放電器の入出力電圧条件としてあらかじめ定めた所定の切離し条件が成立した際には、放電動作が切り離され、しかる後、切離しからの復帰条件が成立した際には、放電動作への復帰動作が適切に行われるので、自動的に、電池の過放電が防止され、また、放電器の故障等により放電器の出力に異常な高電圧が現れた場合にも、自動的に、負荷への放電動作を停止することができ、負荷に過電圧が印加される事態を防止し、負荷設備の保護に寄与することができる。
さらに、負荷に対する放電を停止するための放電切離し機能が、降圧手段に設けられたスイッチング素子によって兼用される形態で実現されるため、放電器として、従来のように、専用の切離し部を新たに設ける必要はなく、電力損失を低減することができ、発熱量を低減することが可能である。この結果、電池に蓄積された電力を負荷に対して効率的に放電することができ、かつ、電源システムを構成する電池システムの構築に要するスペースや費用を抑制することができる。
さらに、専用の切離し部を省略することができるとともに、切離しを制御する制御手段への電力も、通常状態では、電池から供給するのではなく、放電器の出力側から供給されるので、電池の余分な消耗を抑えることができるため、電池の充放電頻度を少なくすることができ、電池寿命を延伸することが可能となる。
また、電源システムを構成する電池システムとして、負荷に対して並列接続されている複数台の放電器すべてが放電停止となる場合であっても、それぞれの放電器に入力される電池のうち、いずれか１つ以上の電池について、電池交換を行い、対応する放電器に設けられている手動スイッチを操作することによって、交換した電池すなわち放電器の入力側から当該放電器の制御手段に対する給電を再開することを可能としているので、負荷に対する放電動作を再開することができ、放電動作が再開された以降は、放電器の出力側からの電力により複数台の放電器すべての制御手段への給電も可能となり、電池システムの負荷に対する放電動作を簡単に始動させたり、再開させたりすることが可能となる。
さらに、放電器の制御手段に対する電力が供給されなくなってしまった場合は、降圧手段のスイッチング素子は開放状態を維持することができるので、負荷に対する放電動作を停止させた状態を維持することが可能であり、放電器の制御が不可能になって、負荷の許容電圧範囲よりも高い電池電圧が負荷側へ出力されるような事態が生じることも確実に防止することができる。
以下に、本発明に係る放電器、放電制御方法、放電制御プログラム並びにプログラム記録媒体の最良の実施形態について、その一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明においては、電源システムとして、直流電源が複数のニッケル水素蓄電池の組合わせからなるニッケル水素蓄電池システム（電池システム）によって構成する場合を例にとって説明することとするが、本発明は、かかる場合のみに限られるものではない。例えば、複数のリチウムイオン電池など、ニッケル水素蓄電池以外の二次電池の組合わせからなる二次電池システム、一次電池を含め、複数の電池の組合わせからなる電池システム、あるいは、電力貯蔵用キャパシタを含め、複数の直流電圧源の組合わせからなる電源システムであっても、適用することができる。
（発明の概要）
まず、本発明の概要について説明する。本発明は、電源システムを構成する放電器の放電動作に関するものであり、特に、ニッケル水素蓄電池システムなどを用いた大容量・長寿命の電池システムに有効に適用可能とするものである。本発明は、放電器に、降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータとして搭載されたスイッチング素子を、負荷へ供給する電力を降圧させるために適当なスイッチング周波数でスイッチング動作させたり、あるいは、短絡させたりするばかりでなく、当該スイッチング素子を開放させる制御を行うことによって、負荷に対する放電動作を停止させることをも可能にしている点に、その特徴がある。
つまり、本発明に係る放電器においては、当該放電器の制御部が、例えば、放電停止を指示する外部信号を受信した場合や、あるいは、放電器の入出力電圧があらかじめ定めた所定の放電動作可能条件の範囲を超えたことを検知した場合には、前記スイッチング素子を開放状態に設定し、負荷への放電動作を停止させることを可能とし、また、外部信号のリセットを検知した場合や、あるいは、放電器の入出力電圧が、切離し状態から復帰するためにあらかじめ定めた所定の復帰条件を満たしたことを検知した場合には、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態に復帰させることを可能としている。而して、電池の過放電や負荷への過電圧の誤出力等を効果的に防止可能とするという効果を得ることができる。
さらに説明すれば、本発明に係る放電器においては、負荷への放電動作を停止して、電池の消耗や負荷への過電圧の誤出力を防止するとともに、負荷への放電動作の始動を可能とする放電切離し機能を具備することによって、放電器へ入力される電池電圧条件、放電器から出力される出力電圧条件、あるいは、放電動作の停止や再開を外部から指示可能とする外部信号のいずれかに基づいて、放電動作の切離しおよび放電動作への復帰を実行させることを可能としている。ここで、該放電切離し機能を、放電器の降圧部において降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータの構成要素として設けられたスイッチング素子に兼用させるように構成している。
かくのごとく、降圧部のスイッチング素子に放電切離し機能を兼用させるために、例えば、放電器に昇圧部と降圧部との双方が備えられている場合は、前記昇圧部を直流電源側例えば複数の組電池からなる直流電源すなわち電池側に配置し、また、前記降圧部を負荷側に配置して、直列接続するようにし、直流電源例えば電池が出力する電力を前記昇圧部、前記降圧部を介して負荷へ供給するように構成する。
かかる回路構成の放電器において、放電器の入出力電圧条件や外部信号に基づいて、放電器の制御部は、前記降圧部に設けられたスイッチング素子を開放状態に設定することにより、負荷側への放電動作を停止させ、一方、前記スイッチング素子の開放状態からの復帰条件が成立した際に、放電器の前記制御部は、前記スイッチング素子を前記降圧部におけるＤＣ−ＤＣコンバータ機能としてのスイッチング動作状態あるいは短絡状態に設定することにより、負荷側への放電動作を再開させるように制御する。
さらに、前記制御部の電源用の電力は、通常時は、放電器の出力側から給電され、利用者からの手動スイッチの押下操作があった際には、放電器の入力側すなわち直流電源例えば電池から給電されるように構成する。また、前記制御部の電源用の電力が供給されない状況に陥った場合は、前記降圧部のスイッチング素子を開放状態に維持させて、負荷側への放電動作を停止するように構成する。
このように構成することにより、直流電源から放電器へ余分の電力を供給する必要もなく、かつ、放電器の出力側からの前記制御部への電力供給が停止した場合には、放電器の入力側の直流電源から電力を供給することにより、放電器の動作を再開させることができる。
（実施例の構成）
次に、本発明に係る放電器の構成の一例について、図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る放電器の構成の一例を説明するための回路図であり、昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータ機能と、放電器の入出力電圧条件や外部信号による放電動作の切離し機構および復帰機構とを兼ね備えている回路構成の一例を示している。
図１の放電器１０においては、放電器１０へ電力を入力する直流電源として、複数のニッケル水素蓄電池からなる組電池３０が用いられ、図４の放電器１０Ａに示した回路構成の場合と同様に、直流電源からの入力電圧を昇圧またはそのまま出力する昇圧手段である昇圧部１１ａと、直流電源からの入力電圧を降圧またはそのまま出力する降圧手段である降圧部１１ｂとの双方を介して、出力電圧値を制御して、負荷４０へ電力を供給するように構成されている。ここで、放電器１０の昇圧部１１ａ、降圧部１１ｂは、それぞれ、リアクトル１ａ，１ｂ、ダイオード２ａ，２ｂ、コンデンサ３ａ，３ｂ、スイッチング素子４ａ，４ｂを、少なくとも備えて構成されている。
放電器１０は、スイッチング素子４ａ，４ｂの動作を含め、当該放電器１０全体の動作を制御する制御手段である制御部１２からの制御に基づいて、スイッチング素子４（４ａ，４ｂ）を適当なスイッチング周波数でスイッチング動作させることにより、組電池３０からの入力電圧Ｖｉｎを所望の電圧にまで昇圧動作または降圧動作を行って、負荷４０への出力電圧Ｖｏｕｔとして出力したり、あるいは、制御部１２からの制御に基づいて、スイッチング素子４ａを開放し、スイッチング素子４ｂを短絡することにより、組電池３０からの入力電圧Ｖｉｎを、そのまま、負荷４０への出力電圧Ｖｏｕｔとして出力したり、あるいは、スイッチング素子４ｂを開放することにより、負荷４０に対する放電動作を停止させたりする動作を行う。
ここで、制御部１２は、負荷４０への出力電圧Ｖｏｕｔを負荷４０の動作電圧範囲内に収めるために、昇圧部１１ａ、降圧部１１ｂそれぞれの出力電圧を監視し、昇圧部１１ａの出力電圧があらかじめ定めた第４の設定値Ｖ４を下回らないように、また、降圧部１１ｂの出力電圧があらかじめ定めた第５の設定値Ｖ５を上回らないように、スイッチング素子４（４ａ，４ｂ）のスイッチング周波数を制御している。
組電池３０が出力する電力は、前述のように、スイッチング素子４（４ａ，４ｂ）のスイッチング周波数に基づいて、昇圧部１１ａ、降圧部１１ｂによって昇圧または降圧された後、負荷４０へ供給されるか、あるいは、昇圧部１１ａ側のスイッチング素子４ａを開放とし、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂを短絡とすることによって、昇圧部１１ａ、降圧部１１ｂの昇降圧動作を抑止して、そのまま、負荷４０へ供給されるか、あるいは、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂを開放とすることによって、負荷４０への供給動作が停止される。
ここで、制御部１２は、放電器１０の入力電圧Ｖｉｎすなわち組電池３０からの入力電圧、放電器１０の出力電圧Ｖｏｕｔすなわち負荷４０側への出力電圧を常時監視しており、放電動作停止用としてあらかじめ設定された入出力電圧条件が成立している場合、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂを開放状態に設定することによって、負荷４０側への放電動作を停止させる。しかる後、放電動作の再開用としてあらかじめ設定された入出力電圧条件が成立した場合には、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂをスイッチング動作状態あるいは短絡状態に設定することによって、負荷４０側への放電動作を再開させる。
さらに、制御部１２は、負荷４０への放電動作の停止を外部から指示する外部信号の入力を常時監視しており、該外部信号が受信された場合は、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂを開放状態に設定することによって、負荷４０側への放電動作を停止させる。しかる後、該外部信号がリセットされたことを検出した場合には、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂをスイッチング動作状態あるいは短絡状態に設定することによって、負荷４０側への放電動作を再開させる。
なお、制御部１２への電源電力は、通常時は、放電器１０の出力側すなわち負荷４０との接続点側から供給されているが、手動スイッチ１３の押下操作時には、放電器１０の入力側すなわち組電池３０から供給することが可能となっている。なお、手動スイッチ１３は、押下操作によって、スイッチを閉成させるタイプのものに限るものではなく、回転操作させるタイプであっても良いし、如何なるタイプのものであってもかまわない。
また、本実施例においては、制御部１２は、ハードウェア論理によって構成される場合を例示しているが、本発明は、かかる場合のみに限るものではない。例えば、制御部１２として、プログラム（放電制御プログラム）の実行が可能なコンピュータによって構成して、プログラム論理によって放電器１０の放電動作を制御するようにしても良い。コンピュータによって構成する場合は、放電器１０の放電動作を制御する放電制御プログラムを該コンピュータによって読み取り可能なＲＯＭやフラッシュメモリなどの記録媒体に記録して、制御部１２のコンピュータの動作を行わせるようにしても良い。
なお、本実施例では、放電器１０の昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータとして、昇圧部１１ａと降圧部１１ｂとの双方を備えている場合を示しているが、例えば、降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータ機能のみを提供する放電器として構成すれば良い場合には、降圧部１１ｂのみによって構成するようにしても良い。
また、昇圧部１１ａ、降圧部１１ｂは、前述のように、それぞれ、リアクトル１ａ，１ｂ、ダイオード２ａ，２ｂ、コンデンサ３ａ，３ｂ、スイッチング素子４ａ，４ｂを少なくとも備えている場合を示しているが、例えば、出力電圧を安定化させるための電圧安定化回路などをさらに備えて構成していても良い。
（実施例の動作）
次に、図１に示す放電器１０の制御部１２の制御動作の一例について、本発明に係る放電制御方法の一例を示す図２のフローチャートに基づいて説明する。ここに、図２は、本発明に係る放電器の制御部における制御動作の一例を説明するためのフローチャートであり、特に、図１に示す放電器１０において、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂに対する制御部１２の制御動作の一例を中心に示している。
ここで、図２に示すような放電器１０の放電動作の制御方法（放電制御方法）は、前述したように、ハードウェア論理だけではなく、プログラム論理として放電制御プログラムを実行することにより実施しても良いし、あるいは、該放電制御プログラムを記録したプログラム記録媒体から該放電制御プログラムを読み取って実施するようにしても良い。放電制御プログラムを記録するプログラム記録媒体としては、制御部１２に組み込み可能なＲＯＭやフラッシュメモリとしても良いし、あるいは、制御部１２に外付け可能なＲＯＭやフラッシュメモリとしても良いし、あるいは、制御部１２がＵＳＢメモリやメモリカードやＦＤＤやＣＤやＤＶＤなどの可搬型記録媒体に関する読み取り機能を備えている場合には、かかる可搬型記録媒体に記録するようにしても良い。
図２のフローチャートにおいて、制御部１２の制御動作の開始直後においては、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂは、降圧部１１ｂの出力電圧Ｖｏｕｔの監視結果に基づいて、適切なスイッチング周波数によるスイッチング動作を行わせるか、または、短絡させるかのいずれかにより、出力電圧Ｖｏｕｔ（すなわち負荷４０に給電する電源電圧）を、あらかじめ定めた第５の設定値Ｖ５以下の所要の電圧値に維持する（ステップＳ１）。
ここで、制御部１２が、放電動作の停止を指示する外部信号（外部信号ＯＮ）を受信すると（ステップＳ２のＹＥＳ）、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂを開放状態に設定し、負荷４０への放電動作を停止させる（ステップＳ３）。
しかる後、放電動作の停止を指示する該外部信号がリセット（外部信号ＯＦＦ）したことを制御部１２が検出すると（ステップＳ４のＹＥＳ）、ステップＳ１に戻って、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂをスイッチング動作または短絡とする状態に復帰して、負荷４０への放電動作を再開させる。
前記外部信号（外部信号ＯＮ）を受信していない場合であって（ステップＳ２のＮＯ）、かつ、放電器１０の入力電圧Ｖｉｎが、組電池３０の過放電防止用としてあらかじめ定めた第１の設定値Ｖ１（例えば４０Ｖ）以下となったことを制御部１２が検知すると（ステップＳ５のＹＥＳ）、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂを開放状態に設定し、負荷４０への放電動作を停止させる（ステップＳ６）。
しかる後、当該組電池３０の電池交換等により、放電器１０の入力電圧Ｖｉｎが回復して、前記第１の設定値Ｖ１よりも大きい電圧値としてあらかじめ定めた第２の設定値Ｖ２（例えば５０Ｖ）以上となったことを制御部１２が検知すると（ステップＳ７のＹＥＳ）、ステップＳ１に戻って、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂをスイッチング動作または短絡とする状態に復帰して、負荷４０への放電動作を再開させる。
ここに、放電動作への復帰条件として設けられた第２の設定値Ｖ２(例えば５０Ｖ)は、放電停止後においては組電池３０の電池電圧が自然回復するという特性によって、放電停止と復帰とが繰り返されることを防止することも考慮して、前述のように、第１の設定値Ｖ１（例えば４０Ｖ）よりも大きな値に設定されている。
また、放電器１０の入力電圧Ｖｉｎ（組電池３０から出力される電池電圧）の範囲は、あらかじめ定めた電圧範囲であり、例えば４０Ｖ〜６４Ｖの電圧範囲である。このため、放電器１０は、入力電圧Ｖｉｎを昇降圧してまたはそのまま出力することによって、負荷４０へ放電する放電器１０の出力電圧Ｖｏｕｔが、負荷４０の許容電圧範囲内の所望の動作電圧範囲に収まるように動作している。しかし、放電器１０の故障等によってリアクトル１ｂの短絡等が発生した場合には、放電器１０の出力電圧Ｖｏｕｔが異常に上昇してしまうことがあり、場合によっては、負荷４０の許容電圧範囲を越えた過電圧になって、負荷設備を故障させる恐れがある。
このため、負荷設備を過電圧から保護する必要性から、放電器１０の出力電圧Ｖｏｕｔが、負荷４０に対する過電圧出力防止用としてあらかじめ定めた第３の設定値Ｖ３例えば５３Ｖ以上となったことを制御部１２が検知すると（ステップＳ８のＹＥＳ）、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂを開放状態に設定し、負荷４０への放電を停止させる（ステップＳ９）。しかる後は、過電圧を引き起こした放電器１０の故障等の原因を除去する修復作業を実施することが必要となる。
また、放電器１０の出力電圧Ｖｏｕｔが第３の設定値Ｖ３例えば５３Ｖよりも小さい場合は（ステップＳ８のＮＯ）、正常な出力電圧Ｖｏｕｔが維持されている状態であり、ステップＳ２に戻って、放電動作の停止を指示する外部信号（外部信号ＯＮ）を受信していないか、放電器１０への入力電圧Ｖｉｎが第１の設定値Ｖ１よりも大きいか、さらには、放電器１０の出力電圧Ｖｏｕｔが第３の設定値Ｖ３よりも小さいか否かについて、順次、チェックする動作を繰り返す。
なお、過電圧出力防止用として設けられた第３の設定値Ｖ３例えば５３Ｖとは、負荷設備の安全性を考慮に入れて、負荷４０が許容する許容電圧範囲の上限値以下に設定される値である。すなわち、第３の設定値Ｖ３は、負荷４０の許容電圧範囲に基づいて決定される値であり、組電池３０から出力される電池電圧の変動範囲には依存しない値である。組電池３０を構成するニッケル水素蓄電池の直列接続個数の如何によっては、前述のように、例えば、４０〜６４Ｖの変動範囲内の電源電圧となり、第３の設定値Ｖ３は、組電池３０の過放電防止用の電圧値を示す第１の設定値Ｖ１（例えば４０Ｖ）よりも低い値、すなわち、正常な組電池３０が出力すべき電池電圧の下限値よりも低い値となる用途もあり得る。
また、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂを、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いて構成し、このＦＥＴのゲート端子を制御部１２の制御用出力端子に接続して、該制御用出力端子の電圧により、ＦＥＴのゲート電位を制御するように構成した場合、該制御用出力端子の電圧の有無により、ＦＥＴのオン・オフさせることができ、降圧部１１ｂの降圧動作を制御することができる。したがって、スイッチング素子４ｂの制御部１２との接続をかかる構成とした場合には、制御部１２への電力が供給されなくなった場合、スイッチング素子４ｂすなわちＦＥＴのゲート電位もゼロの状態に設定されることになり、スイッチング素子４ｂは自動的に開放状態に設定される。このため、制御部１２への電力が供給されなくなった場合には、スイッチング素子４ｂは自動的に開放となり、負荷４０への放電動作が強制的に停止される。この結果、制御部１２への電力供給断により放電器１０が制御不可能な状態になったとしても、放電器１０から負荷４０への異常な過電圧が出力されることを防止することができる。
また、制御部１２の電源は、放電器１０の出力側から電力が供給されるように配線されている。したがって、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂが開放されたとしても、図３に示したように、他に放電中の放電器が当該放電器１０の出力側と並列に接続されて負荷４０に対する放電動作を行う構成であれば、他の放電器から当該放電器１０の制御部１２への給電が継続され、当該放電器１０の制御部１２は制御動作を継続することができる。ただし、放電器１０が１台のみの場合は、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂの開放と同時に、当該放電器１０の制御部１２の電源は電力供給断の状態に陥り、動作しなくなるが、このような場合であっても、スイッチング素子４ｂとなるＦＥＴのような素子と制御部１２の制御用出力端子との接続状態を、前述のような構成としておけば、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂは開放のままの状態を維持することができる。
さらに、複数台の放電器１０を出力側で並列接続する図３のような電池システムを使用する用途において、すべての放電器１０について降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂが開放となった場合は、出力電圧Ｖｏｕｔが無電圧となるため、すべての放電器１０の制御部１２に、電力が供給されなくなり、すべての放電器１０の制御部１２の制御動作が停止し、放電器１０すべての動作が完全に停止する。
このような場合に、放電器１０の制御部１２を再び起動させるためには、例えば、図３のような電池システムにおいては、停電状態にあった商用給電が回復して、整流器５０が出力を再開することが必要であり、商用給電が回復することによって、放電器１０へも整流器５０から電力が供給されるようになれば、以降、放電器１０の制御部１２の動作は起動され、放電器１０の制御動作を行うことが可能になる。
また、停電状態にあった商用給電の回復による復旧動作ではなく、組電池３０の電池交換により、放電器１０の制御部１２の動作を再度起動しようとする場合は、図１に備えられている手動スイッチ１３を押下操作することにより、放電器１０の負荷４０への放電を再開させることが可能である。すなわち、手動スイッチ１３の押下操作中は、制御部１２は、放電器１０の出力側だけでなく、放電器１０の入力側の組電池３０からの電力供給用の電路も形成されることになるので、制御部１２は、電池交換した組電池３０からの電力によって起動されて、降圧部１１ｂ側のスイッチング素子４ｂのスイッチング動作または短絡の状態に復帰して、負荷４０への放電が再開される。
さらに、図３のような複数台の放電器１０を出力側で並列接続している電池システムの場合、或る放電器１０が負荷４０への放電動作を再開すれば、並列で接続されている他の放電器１０の制御部１２に対しても、放電器１０の出力線を介して給電が開始される。したがって、正常な電池電圧を出力可能な有効な組電池３０がいずれか１台の放電器１０に接続されれば、負荷４０への放電が再開されるので、並列接続した複数台の放電器１０のうち、有効な組電池３０を接続した１台の当該放電器１０の手動スイッチ１３のみを押下操作すれば良い。ここに、制御部１２は、組電池３０の電池電圧の変動範囲と放電器１０の出力電圧の変動範囲とのすべての電圧値で動作可能であることを前提としている。
以上に詳細に説明したように、本発明の実施例を示す放電器１０の特徴は、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂに、負荷４０に対する放電動作の切離し機能をも兼用させる形態で備えている点にある。
例えば、放電器１０の制御部１２は、外部から放電動作の停止を指示する外部信号を受信した場合には、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂを開放させて、負荷４０への放電を停止させ、しかる後に、該外部信号がリセットされたことを検知した場合には、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂをスイッチング動作させたり短絡させたりする状態に復帰させることにより、負荷４０への電力の供給を再開させるように制御する。
また、放電器１０の制御部１２は、放電器１０の入力電圧Ｖｉｎが、組電池３０の過放電防止用としてあらかじめ定めた第１の設定値Ｖ１以下に低下したことを検知した場合には、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂを開放させて、負荷４０への放電を停止させ、しかる後に、組電池３０の電池交換等によって、放電器１０の入力電圧Ｖｉｎが、第１の設定値Ｖ１よりも大きい値としてあらかじめ定めた第２の設定値Ｖ２以上になったことを検知した場合には、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂをスイッチング動作させたり短絡させたりする状態に復帰させることにより、負荷４０への電力の供給を再開させるように制御する。
さらに、放電器１０の制御部１２は、放電器１０の出力電圧Ｖｏｕｔが、負荷４０に対する過電圧出力防止用としてあらかじめ定めた第３の設定値Ｖ３以上になったことを検知した場合には、負荷設備への過電圧の印加を防ぐために、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂを開放させて、負荷４０への放電を停止させるように制御する。
また、制御部１２の電源用の電力は、手動スイッチ１３が押下操作されていない通常時には、放電器１０の出力側から供給され、一方、手動スイッチ１３が押下操作された場合には、放電器１０の入力側からも供給可能とされ、かつ、制御部１２の電源用の電力を供給することができない状態に陥っている場合には、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂを開放させた状態に維持するように構成している。
なお、前述した実施例については、組電池３０を構成する電池がニッケル水素蓄電池とした場合を例として説明したが、前述したように、本発明は、かかる場合のみに限られるものではない。
以上のような特徴を具備することによって、放電器１０の入出力電圧に応じて、放電動作を停止して、組電池３０の過放電を防止可能とし、かつ、負荷４０を過電圧から保護可能とし、かつ、外部からの制御によっても放電停止を可能とするとともに、放電停止状態（負荷４０の切離し状態）からの復帰も適切に行われる。
さらに、放電切離し機能すなわち負荷４０の切離し機能を放電器１０に備える構成として、該切離し機能を降圧部１１ｂに設けられるスイッチング素子４ｂと兼用することによって、切離し機能専用の新たな切離し部を給電系統に追加して挿入する必要はない。したがって、新たな切離し部を追加挿入した場合のような電圧降下の増大に伴う電力損失や発熱量の増加がないので、設置スペースや電池システム構築に要する費用を増大させることもないし、切離し部に組電池３０から常時給電する必要もなく、放電器１０への常時給電により、電池寿命が低下するという従来の問題も解消することができる。
また、複数個の放電器１０を出力側で並列接続した電池システムの場合に、たとえ、複数個の放電器１０がすべて放電停止となった後であっても、整流器を介して復旧した商用電源を供給再開することにより、あるいは、複数の組電池３０のうちいずれかの組電池３０について電池交換して、手動スイッチ１３を操作することにより、電池システムを始動させることが可能である。
（本発明の実施例における効果）
次に、本発明の実施例によって得られる効果について、さらに、説明する。
まず、第１に、直流電源とする電池システムとして放電器を備えている場合、電池の過放電を防止し、かつ、負荷設備に対する過電圧の保護を行い、かつ、負荷への放電動作を外部から停止させることを可能とするためには、負荷への放電動作を適切に停止させ、かつ、復帰させる手段を放電器として備えていることが必要である。
本発明の実施例においては、放電器１０は、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂに、負荷４０の切離し機能をも兼ね備える形態としているので、放電器１０の入力電圧Ｖｉｎを監視している制御部１２の制御によって、スイッチング素子４ｂを開放状態に設定することにより、組電池３０の過放電の防止が可能であり、かつ、放電器１０の出力電圧Ｖｏｕｔを監視している制御部１２の制御によって、スイッチング素子４ｂを開放状態に設定することにより、過電圧の誤出力から負荷設備を保護することが可能であり、かつ、放電動作の停止を外部から指示する外部信号の受信を監視している制御部１２の制御によって、スイッチング素子４ｂを開放状態に設定することにより、外部から放電停止を制御することが可能である。さらには、負荷４０に対する切離し状態からの復帰条件が成立した際に、かかる復帰条件を監視している制御部１２の制御によって、スイッチング素子４ｂをスイッチング動作状態や短絡状態に復帰することにより、負荷４０への放電動作を適切に再開させることができる。
第２に、昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータ部とは別個に、負荷を切離すための切離し部を備えるような放電器においては、切離し部を構成するダイオードなどの回路素子を給電線に追加挿入するために電圧降下が生じ、放電器における電力損失の増加とこれに伴う発熱の増加とを引き起こす。このため、放電器の寸法を大きくする必要があること、発熱量の増加に伴う空調設備の増設が必要となること、さらには、放電器における電力損失分を補うための電池の余分な設置が必要となることにより、電池システムの構築に要するスペースと費用とを増大させる。
本発明の実施例においては、前述のように、放電器１０の切離し機能を降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂによって兼用しているため、新たな切離し部の追加は不要であり、放電器１０の電力損失と発熱との増加を抑制することができる。これに伴い、放電器１０の放熱対策の検討も容易になり、放電器１０の寸法を小さくすることができ、また、発熱量の増加の抑制は、空調設備の増設も不要とすることができる。さらに、組電池３０から出力される電力が効率良く負荷４０へ供給されるため、余分に、電池を追加する必要もなくなる。而して、電池システム（電源システム）の構築に要するスペースと費用とを節約することができる。
第３に、負荷を切離す切離し部の動作電源を電池から供給するような放電器の場合、常時、切離し部に電池から給電を行う仕組みとなっているため、電池の消耗が加速され、電池の充電頻度の増加をもたらし、電池の充放電サイクルを増加させ、電池の劣化を加速する結果を招く。
本発明の実施例においては、前述のように、切離し機能は降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂによって兼用され、スイッチング素子４ｂを含め降圧部１１ｂを動作させる電源は、放電器１０の出力側（すなわち負荷４０に供給する出力電力側）から給電されるため、電池の消耗は抑制され、その結果、電池の充電頻度が減少し、電池寿命を延伸させることができる。
第４に、放電器には、一般に、制御部が備えられており、降圧部のスイッチング素子のスイッチング動作を該制御部によって制御するが、該制御部が電源断となった場合に降圧部のスイッチング素子が短絡状態になってしまうと、降圧されない過電圧が負荷側に対して誤出力される場合も生じ、負荷設備に支障をもたらす恐れがある。
本発明の実施例においては、制御部１２に電力が供給されなくなった場合には、降圧部１１ｂのスイッチング素子４ｂが開放状態に維持されるため、負荷４０に対する放電は停止され、負荷設備を安全な状態に置くことが可能である。
第５に、放電器の制御部への電力を放電器の出力側から供給する場合、放電が停止したときに、制御部への電力供給も断状態となり、放電器の放電動作を復帰させようとしても、放電器の出力側への放電動作が回復するまで、放電器自体は動作不能の状態に陥ってしまう。このため、例えば停電状態から復旧した商用電源から整流器を介して充電器や放電器に電力を給電する形態が必須となってしまう。
本発明の実施例においては、手動スイッチ１３の操作により、放電器１０の出力側からではなく、放電器１０の入力側の組電池３０からも、制御部１２への電力を供給する電路を備え、この組電池３０からの電力により放電動作を起動させることができるため、組電池３０の電池交換をした後、手動スイッチ１３を操作することにより、放電器１０の動作を立ち上げることが可能であり、商用電源からの給電再開動作とは、別個の再開手段を提供することも可能である。
本発明に係る放電器の構成の一例を説明するための回路図である。 本発明に係る放電器における制御部の制御動作の一例を説明するためのフローチャートである。 複数の組電池と複数の放電器とを用いて構成する電池システムの構成図である。 放電器に搭載される昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成の一例を示す回路図である。 放電器に搭載される昇降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータに切離し部を追加した場合の回路構成の一例を示す回路図である。
符号の説明
１ａ，１ｂ…リアクトル、２ａ，２ｂ，２ｃ…ダイオード、３ａ，３ｂ…コンデンサ、４ａ，４ｂ…スイッチング素子、４ｃ…切離しスイッチ、１０，１０Ａ，１０Ｂ…放電器、１０１…放電器１、１０２…放電器２、１０３…放電器３、１１ａ…昇圧部、１１ｂ…降圧部、１１ｃ…切離し部、１２…制御部、１３…手動スイッチ、２０…充電器、２０１…充電器１、２０２…充電器２、２０３…充電器３、３０…組電池、３０１…１系組電池、３０２…２系組電池、３０３…３系組電池、３０４…４系組電池、３０５…５系組電池、３０６…６系組電池、４０…負荷、５０…整流器、６０…電源制御部。

Claims (14)

  1. リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とを少なくとも含み、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態とすることにより、直流電源から入力される電圧を降圧して、または、そのまま、出力する降圧手段と、前記スイッチング素子の動作を少なくとも制御する制御手段と、を少なくとも備え、前記直流電源からの電力を、前記降圧手段を介して負荷側に出力する放電器において、前記制御手段は、前記負荷側への出力の停止を指示する外部信号を外部から受信した際に、前記スイッチング素子を開放状態に設定して、負荷側への電力の出力を停止させることを特徴とする放電器。
  2. 請求項１に記載の放電器において、前記制御手段は、前記外部信号の受信により前記スイッチング素子を開放した状態に設定した後、前記外部信号がリセットされたことを検知した際に、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態に設定し、負荷側へ電力を出力させることを特徴とする放電器。
  3. リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とを少なくとも含み、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態とすることにより、直流電源から入力される電圧を降圧して、または、そのまま、出力する降圧手段と、前記スイッチング素子の動作を少なくとも制御する制御手段と、を少なくとも備え、前記直流電源からの電力を、前記降圧手段を介して負荷側に出力する放電器において、前記制御手段は、当該放電器の入力電圧が、あらかじめ定めた第１の設定値以下になったことを検知した際に、前記スイッチング素子を開放状態に設定して、負荷側への電力の出力を停止させることを特徴とする放電器。
  4. 請求項３に記載の放電器において、前記制御手段は、当該放電器の入力電圧が前記第１の設定値以下になったことを検知することにより前記スイッチング素子を開放した状態に設定した後、当該放電器の入力電圧が、前記第１の設定値よりも大きい値としてあらかじめ定めた第２の設定値以上になったことを検知した際に、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態に設定し、負荷側へ電力を出力させることを特徴とする放電器。
  5. リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とを少なくとも含み、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態とすることにより、直流電源から入力される電圧を降圧して、または、そのまま、出力する降圧手段と、前記スイッチング素子の動作を少なくとも制御する制御手段と、を少なくとも備え、前記直流電源からの電力を、前記降圧手段を介して負荷側に出力する放電器において、前記制御手段は、当該放電器の出力電圧が、あらかじめ定めた第３の設定値以上になったことを検知した際に、前記スイッチング素子を開放状態に設定して、負荷側への電力の出力を停止させることを特徴とする放電器。
  6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の放電器において、前記制御手段への電力を、当該放電器の出力側から供給するか、あるいは、利用者が操作可能な手動スイッチを備え、前記手動スイッチを操作した場合には、当該放電器の入力側から供給することを特徴とする放電器。
  7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の放電器において、前記制御手段への電力が供給されない状態にある期間中は、前記スイッチング素子を開放状態に維持することを特徴とする放電器。
  8. リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とを少なくとも含み、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態とすることにより、直流電源から入力される電圧を降圧して、または、そのまま、出力する降圧手段を少なくとも備え、前記直流電源からの電力を、前記降圧手段を介して負荷側に出力する放電器の放電動作を制御する放電制御方法であって、前記負荷側への出力の停止を指示する外部信号を外部から受信した際に、前記スイッチング素子を開放状態に設定して、負荷側への電力の出力を停止させる手続きを有していることを特徴とする放電制御方法。
  9. 請求項８に記載の放電制御方法において、前記外部信号の受信により前記スイッチング素子を開放した状態に設定した後、前記外部信号がリセットされたことを検知した際に、前記スイッチング素子をスイッチング状態または短絡状態に設定し、負荷側へ電力を出力させる手続きを有していることを特徴とする放電制御方法。
  10. リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とを少なくとも含み、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態とすることにより、直流電源から入力される電圧を降圧して、または、そのまま、出力する降圧手段を少なくとも備え、前記直流電源からの電力を、前記降圧手段を介して負荷側に出力する放電器の放電動作を制御する放電制御方法であって、前記放電器の入力電圧が、あらかじめ定めた第１の設定値以下になったことを検知した際に、前記スイッチング素子を開放状態に設定して、負荷側への電力の出力を停止させる手続きを有していることを特徴とする放電制御方法。
  11. 請求項１０に記載の放電制御方法において、前記放電器の入力電圧が前記第１の設定値以下になったことを検知することにより前記スイッチング素子を開放した状態に設定した後、当該放電器の入力電圧が、前記第１の設定値よりも大きい値としてあらかじめ定めた第２の設定値以上になったことを検知した際に、前記スイッチング素子をスイッチング状態または短絡状態に設定し、負荷側へ電力を出力させる手続きを有していることを特徴とする放電制御方法。
  12. リアクトルとダイオードとコンデンサとスイッチング素子とを少なくとも含み、前記スイッチング素子をスイッチング動作状態または短絡状態とすることにより、直流電源から入力される電圧を降圧して、または、そのまま、出力する降圧手段を少なくとも備え、前記直流電源からの電力を、前記降圧手段を介して負荷側に出力する放電器の放電動作を制御する放電制御方法であって、前記放電器の出力電圧が、あらかじめ定めた第３の設定値以上になったことを検知した際に、前記スイッチング素子を開放状態に設定して、負荷側への電力の出力を停止させる手続きを有していることを特徴とする放電制御方法。
  13. 請求項８ないし１２のいずれかに記載の放電制御方法の前記手続きを、コンピュータにより実行可能なプログラムとして実施していることを特徴とする放電制御プログラム。
  14. 請求項１３に記載の放電制御プログラムを、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録していることを特徴とするプログラム記録媒体。
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