JP2008268143A - 蓄電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワークを通して遠隔地から監視、制御、診断のできる蓄電池システムを提供すること。
【解決手段】蓄電池モジュール４と、整流機能付充電器５と、インバータ６と、充電回路と、放電回路と、前記充電回路及び放電回路を監視、制御するマイクロプロセッサ回路７とを構成要素とし、インバータ６は、通常は交流１００Ｖ電源及びブレーカ１からの電力をそのまま、交流電源停電時は蓄電池モジュール４からの直流電力を交流電力に変換してファイルサーバ２に供給する蓄電池システムにおいて、マイクロプロセッサ回路７は社内ＬＡＮ１１に接続され、あらかじめ定められた条件または社内ＬＡＮ１１を通して送られてくる命令に従って前記充電回路または放電回路を試験し、ＬＡＮ１１を通して情報を送信することを特徴とする蓄電池システムを構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は蓄電池システムに関する。

蓄電池システムは通信用の大規模なシステムから小型のＵＰＳに至るまで様々なものがあり、使用されている環境も利用者が近くに常駐しているオフィス、ビルの地下に置かれた無人の電力室、更に屋外の基地局と様々である。

大規模なシステムでは独自のネットワークを敷設し、専用のプロトコルを決め、専門の保守業者が少数の保守拠点から常時監視し、故障等に対処する方法が採られている。例えば、鉛蓄電池については、内部インピーダンスの値から劣化診断を行い、ネットワークを利用してデータを送信するシステムが実用化されている（下記非特許文献１参照）。

一方、パソコン（パーソナル・コンピュータ）や小型のサーバに接続されているＵＰＳ等では、停電時の残容量等のデータは接続されているパソコンやサーバ等の間でやり取りできても、故障や蓄電池の状態を集中管理することはなされていないのが普通である。

昨今のインターネットを始めとする通信ネットワークの発達により、通信ネットワークを利用して、遠隔地に情報を送ったり、遠隔地から情報を得ることが簡単になってきた。しかし、比較的小規模の蓄電池システムについて、利用者が独自にネットワークを用いて監視、制御、診断を行うことは技術的にむずかしく、システム毎に仕様も異なるために標準化もむずかしいため、蓄電池システムの点検は現地に出向いて個別に行うのが普通であった。
特開２００６−１４７２２４号公報 長嶋 茂、高橋 清、藪本 俊昭：第４７回電池討論会 講演要旨集、第２３２頁（２００６年）」

本発明は、上記の、比較的小規模の蓄電池システムについて、利用者が独自にネットワークを用いて監視、制御、診断を行うことは技術的にむずかしく、システム毎に仕様も異なるために標準化もむずかしいことに鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ネットワークを通して遠隔地から監視、制御、診断のできる蓄電池システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載のように、
蓄電池と、該蓄電池を含む充電回路と、該蓄電池を含む放電回路と、該充電回路及び放電回路を監視、制御するマイクロプロセッサ回路とを構成要素とし、商用電源の停電時に該商用電源に代わって電子装置に給電する蓄電池システムにおいて、前記マイクロプロセッサ回路は通信ネットワークに接続され、あらかじめ定められた条件または前記通信ネットワークを通して送られてくる命令に従って前記充電回路または放電回路を試験し、前記通信ネットワークを通して情報を送信することを特徴とする蓄電池システムを構成する。

また、本発明においては、請求項２に記載のように、
請求項１に記載の蓄電池システムにおいて、前記マイクロプロセッサ回路に電力を供給する予備電源が具備されていることを特徴とする蓄電池システムを構成する。

また、本発明においては、請求項３に記載のように、
請求項１または２に記載の蓄電池システムにおいて、商用電源の停電または前記マイクロプロセッサ回路による試験開始によって前記蓄電池が給電を開始した時、前記マイクロプロセッサ回路は、前記通信ネットワークを通して前記マイクロプロセッサ回路と情報を交換するパーソナル・コンピュータに、該パーソナル・コンピュータが動作状態にあれば停電発生または試験開始を知らせる情報を送り、該パーソナル・コンピュータが動作状態になければ該パーソナル・コンピュータを起動させる命令を該パーソナル・コンピュータに送った後、該パーソナル・コンピュータが動作状態となってから該パーソナル・コンピュータに停電発生または試験開始を知らせる情報を送ることを特徴とする蓄電池システムを構成する。

また、本発明においては、請求項４に記載のように、
請求項１または２に記載の蓄電池システムにおいて、前記電子装置への給電が前記蓄電池から商用電源に切り替えられた時、前記マイクロプロセッサ回路は、前記蓄電池を診断した後、前記通信ネットワークを通して前記マイクロプロセッサ回路と情報を交換するパーソナル・コンピュータに、該パーソナル・コンピュータをシャットダウンする命令を送ることを特徴とする蓄電池システムを構成する。

また、本発明においては、請求項５に記載のように、
請求項１または２に記載の蓄電池システムにおいて、前記蓄電池の電圧があらかじめ定められた電圧よりも低くなった時、前記マイクロプロセッサ回路は、前記通信ネットワークを通して前記マイクロプロセッサ回路と情報を交換するパーソナル・コンピュータに、該パーソナル・コンピュータが動作状態にあれば蓄電池電圧異常を知らせる情報を送り、該パーソナル・コンピュータが動作状態になければ該パーソナル・コンピュータを起動させる命令を該パーソナル・コンピュータに送った後、該パーソナル・コンピュータが動作状態となってから該パーソナル・コンピュータに蓄電池電圧異常を知らせる情報を送ることを特徴とする蓄電池システムを構成する。

また、本発明においては、請求項６に記載のように、
請求項１または２に記載の蓄電池システムにおいて、前記マイクロプロセッサ回路が行う試験が、一時的に給電系を商用電源から前記蓄電池に切り替えて該蓄電池を放電させることにより、前記蓄電池を含む放電回路が正常に動作するか否かを知る試験であることを特徴とする蓄電池システムを構成する。

また、本発明においては、請求項７に記載のように、
請求項６に記載の蓄電池システムにおいて、前記マイクロプロセッサ回路が行う試験が、あらかじめ定められた期間内に商用電源の停電による前記蓄電池の放電がない場合に実行されることを特徴とする蓄電池システムを構成する。

また、本発明においては、請求項８に記載のように、
請求項１または２に記載の蓄電池システムにおいて、前記マイクロプロセッサ回路が行う試験が、あらかじめ定められた時間、あらかじめ定められた放電容量または放電深度を超えて、あるいは、あらかじめ定められた電池電圧となるまで前記蓄電池を放電させ、一旦休止の後、前記蓄電池を規定の電流で満充電となるまで充電し、前記蓄電池を含む充電回路が正常に動作するか否かを知る試験であることを特徴とする蓄電池システムを構成する。

また、本発明においては、請求項９に記載のように、
請求項１または２に記載の蓄電池システムにおいて、前記マイクロプロセッサ回路が行う試験が、あらかじめ定められた時間、あらかじめ定められた放電容量または放電深度を超えて、あるいは、あらかじめ定められた電池電圧となるまで前記蓄電池を放電させ、一旦休止の後、前記蓄電池を規定の電流で満充電となるまで充電し、充電終了後、満充電状態において前記蓄電池の劣化を知る試験であることを特徴とする蓄電池システムを構成する。

また、本発明においては、請求項１０に記載のように、
請求項１ないし９のいずれかに記載の蓄電池システムにおいて、前記蓄電池の種類がニッケル水素蓄電池であることを特徴とする蓄電池システムを構成する。

蓄電池システムに具備されたマイクロプロセッサ回路が、ネットワークを通しての命令によって、蓄電池システムの試験を実行することにより、ネットワークを通して遠隔地から監視、制御、診断のできる蓄電池システムを提供することが可能となった。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、図を参照しながら、実施の形態例を挙げ、本発明を詳細に説明するが、本発明はこの実施の形態例に限定されるものではない。

＜実施の形態例１＞
本実施の形態例においては、図１に示すように、蓄電池として定格容量９５Ａｈの円筒型ニッケル水素蓄電池単セルが１０本直列に接続された蓄電池モジュール４が、商用電源である交流１００Ｖ電源及びブレーカ１’から電力供給を受ける整流機能付充電器５に接続されている。また蓄電池モジュール４の出力側は交流１００Ｖ出力のインバータ６を介して電力供給及びバックアップ対象の電子装置であるファイルサーバ２に接続されている。インバータ６には商用電源である交流１００Ｖ電源及びブレーカ１からの入力もあり、インバータ６は、交流１００Ｖが入力されている場合は直流入力を切り離して交流１００Ｖをそのまま出力し、交流１００Ｖが遮断した場合にのみ、蓄電池モジュール４からの直流入力を受け入れ、それを交流１００Ｖに変換してファイルサーバ２に供給する。充電回路は定電流充電器５と蓄電池モジュール４によって構成され、放電回路は蓄電池モジュール４とインバータ６によって構成されている。ここで、交流１００Ｖ電源及びブレーカ１、１’は別系統のものであるとする。これらが同一系統である場合は実施の形態例２で説明する。

蓄電池モジュール４、充電器５、インバータ６はマイクロプロセッサ回路７により監視、制御、診断される。ファイルサーバ２及び蓄電池システムは地下のサーバ室に設置されている。なお、マイクロプロセッサ回路７への電力供給は交流１００Ｖ電源及びブレーカ１’から、整流機能付充電器５経由で行われている。

マイクロプロセッサ回路７は、通信ネットワークである社内ＬＡＮ１１を介して、１階に設置された監視、制御用パソコンに接続されている。すなわち、このパソコンは、通信ネットワークを通してマイクロプロセッサ回路７と情報を交換するパソコンとなっている。

本発明に係る蓄電池システムの特徴は、マイクロプロセッサ回路が、あらかじめ定められた条件または通信ネットワークを通して送られてくる命令に従って、蓄電池含む充電回路または放電回路を試験し、通信ネットワークを通して情報を送信することである。

本実施の形態例は、具体的には、例えば以下のように動作した。

［停電のシミュレーション］
ファイルサーバ２に交流１００Ｖ電源及びブレーカ１から入力される電力をブレーカにより断にすると、直ちに電源が蓄電池システムに切り替わり、蓄電池モジュール４が放電を開始した。この時、交流１００Ｖ入力が断になると、交流出力は瞬間的に常時待機中のインバータ６からに切り替わり、蓄電池４が放電する。この時、１階の監視、制御用パソコン３の画面に停電発生を示すメッセージが表示された。これは蓄電池モジュール４を流れる電流値とインバータ６の交流電圧断を感知して、マイクロプロセッサ回路７が社内ＬＡＮ１１経由でメッセージを送ったことによるものである。なお、監視、制御用パソコン３が動作状態にない時は、マイクロプロセッサ回路７が社内ＬＡＮ１１を通じてパソコン３に命令を送り、パソコン３を動作状態にした後に情報を送る必要がある。このことは、以下の場合においても同様である。

２時間後にファイルサーバ２の交流１００Ｖ電源を復電させると、蓄電池モジュール４からの放電は停止し、ファイルサーバ２の電源は交流１００Ｖからの直接給電に切り替わった。この時、１階の監視、制御用パソコン３の画面に停電解消を示すメッセージが表示された。これは、マイクロプロセッサ回路７が、インバータ６への交流入力電圧が復帰したことを検知し、停電解消を感知して、社内ＬＡＮ１１経由でメッセージを送ったことによるものである。また、蓄電池モジュール４に対して定電流充電器５が充電を開始した。

なお、この充電の前に、蓄電池モジュール４の診断、例えば蓄電池電圧の測定、残容量の推定などを実施してもよい。

［蓄電池電圧異常の警告］
充電終了後、蓄電池モジュール４を構成する１０本の単セル間の接続を１ヶ所切断したところ、１階の監視、制御用パソコン３の画面に蓄電池電圧異常のメッセージが表示された。これは、マイクロプロセッサ回路７が、蓄電池電圧が、あらかじめ定められた最低放電電圧を下回ったことを検知して、そのような蓄電池電圧異常のメッセージを制御用パソコン３へ送ったことによる。切断箇所を再度接続すると、蓄電池電圧異常のメッセージは消去された。これは、マイクロプロセッサ回路７が、蓄電池電圧が上記最低放電電圧以上となったことを検知して、そのような蓄電池電圧異常のメッセージを制御用パソコン３へ送らなくなったことによる。

このように、本発明に係る蓄電池システムは、一般に、蓄電池の電圧があらかじめ定められた電圧よりも低くなった時、マイクロプロセッサ回路が、通信ネットワークを通してマイクロプロセッサ回路と情報を交換するパーソナル・コンピュータに、蓄電池電圧異常を知らせる情報を送ることができる。

以上の操作により、ネットワークを利用して停電や蓄電池異常を遠隔地に通報できることが確認された。

［放電回路の診断］
次に、監視、制御用パソコン３のプログラムで放電試験時間を５分間と指定し、監視、制御用パソコン３の画面上の「強制放電」ボタンをクリックすると、ファイルサーバ２への交流１００Ｖ電源が遮断され、蓄電池モジュール４が放電して約１５Ａの電流が流れた。５分後に蓄電池モジュールの放電は停止し、ファイルサーバ２は交流１００Ｖ電源からの給電に戻った。この操作により、蓄電池モジュール４が、５分間、交流１００Ｖ電源からの給電の場合と同等の電流がファイルサーバ２に流れたことがマイクロプロセッサ回路７によって検知され、正常に電力供給が行われたことが判り、蓄電池システムの放電機能に異常がないと診断され、診断結果として、画面上に「異常無し」が表示された。もしも、例えば、放電期間中に、交流１００Ｖ電源からの給電の場合と同等の電流がファイルサーバ２に流れなかったことが判れば、放電回路に異常があったと診断され、異常があったことと異常の内容とが診断結果として表示される。

上記の場合は、放電回路の診断を監視、制御用パソコン３が行ったが、担当者が、マイクロプロセッサ回路７による試験の結果を見て、診断を行ってもよい。このように、マイクロプロセッサ回路７による試験の結果に基づく診断は、マイクロプロセッサ回路７が行ってもよいし、担当者が行ってもよい。このことは、以下の診断においても同様である。

次に、監視、制御用パソコン３のプログラムで、ある日数、停電による放電がなかった場合に強制放電すると定める日数を１０日、放電時間を５分間と指定した。１０日後蓄電池モジュール４は５分間放電し、ファイルサーバ２に給電したことが監視、制御用パソコン３に残されたログから確認された。この操作により、蓄電池システムの放電機能に異常がないかどうかを、長時間の放置後に、監視、制御用パソコン３に残されたデータに基づいて診断できることが確認された。

なお、上記の試験を開始する時期及び試験の内容を、マイクロプロセッサ回路７の内部に記憶されているプログラムに従って決め、監視、制御用パソコン３からの命令無しに、自動的に試験を実施することも可能である。この場合に、試験開始の情報及び試験、診断の結果は、ネットワークを通じて監視、制御用パソコン３に送られる。

［充電回路の診断］
次に、監視、制御用パソコン３のプログラムで、強制放電の条件を放電容量１５Ａｈと指定し、画面上の「強制放電→充電」ボタンをクリックするとファイルサーバ２への給電は蓄電池モジュール４に切り替わり、約１５Ａの電流が流れた。６５分後に放電は停止し、３０分の休止後、充電電流２０Ａの充電が開始された。充電が終了するまでの充電容量は１８．３Ａｈであった。この時の放電容量と充電容量との関係は適正であったので、充放電は正常であると判断され、蓄電池モジュール４を含む充電回路が正常に動作していると診断された。なお、例えばこの充電容量が設定した放電容量１５Ａｈよりも小さい場合には、実際に放電した容量が設定値よりも小さかったか、または満充電となる前に充電が異常終了した可能性がある。この場合、蓄電池モジュール４を含む放電回路または充電回路が正常に動作していないと診断される。

次に、監視、制御用パソコン３のプログラムで、強制放電の条件を放電深度が０．２を超えるまでと指定して、画面上の「強制放電→充電」ボタンをクリックした。蓄電池モジュール４からの放電が開始し、放電容量１９．１Ａｈで停止した。補充電時の充電容量は２３．１Ａｈであった。この時の放電容量と充電容量との関係は適正であったので、充放電は正常であると判断され、蓄電池モジュール４を含む充電回路が正常に動作していると診断された。なお、例えばこの充電容量が設定した放電容量１５Ａｈよりも小さい場合には、実際に放電した容量が設定値よりも小さかったか、または満充電となる前に充電が異常終了した可能性がある。この場合、蓄電池モジュール４を含む放電回路または充電回路が正常に動作していないと診断される。

強制放電の条件としては、上記以外にも、あらかじめ定められた時間の放電や、あらかじめ定められた電池電圧になるまでの放電などがある。

なお、上記の試験において、放電容量を指定しない場合にも、強制放電の際の放電容量が判るので、この放電容量に基づく蓄電池劣化の診断が可能である。

［蓄電池劣化の診断］
次に、監視、制御用パソコン３のプログラムで、強制放電の条件を放電容量１０Ａｈと指定し、画面上の「強制放電→充電→劣化診断」ボタンをクリックした。放電と３０分の休止の後、電流値２０Ａでの充電が始まり、充電終了から１０分問の電圧降下は７２０ｍＶであった。この電圧降下値と充電終了時の蓄電池温度とから、上記特許文献１に記載の方法によりマイクロプロセッサ回路７が蓄電池劣化を診断した結果、容量は初期値の９５％以上であると診断され、その結果が監視、制御用パソコン３の画面に表示された。なお、上記特許文献１に記載のニッケル水素電池の容量推定法は、１個単独もしくは複数個を接続して用いるニッケル水素電池において、定電流で満充電状態または過充電状態となるまで充電し、充電電流値と充電終了から一定時間の電圧変化と、充電時の環境温度もしくは電池表面温度と、および容量を推定しようとする蓄電池と同型の未劣化電池における同一条件下での充電終了から一定時間の電圧変化と、充電時の環境温度もしくは電池表面温度とを、用いて電池容量を推定するものである。

電池交換の時期を推定するには、例えば、少なくとも２つの異なる時期に、上記のような容量の測定ないしは推定を行い、その結果の外挿によって、電池が交換を必要とするまでに容量劣化する時期を推定すればよい。これらの推定計算は、監視、制御用パソコン３が行い、その結果を画面に表示すればよい。

＜実施の形態例２＞
本実施の形態例が実施の形態例１と異なる点は、図２に示したように、整流機能付充電器５及びマイクロプロセッサ回路７が交流１００Ｖ電源及びブレーカ１から電力供給を受ける点と、マイクロプロセッサ回路７への電力供給が絶たれ時に、マイクロプロセッサ回路７に電力を供給する予備電源１２を具備している点の２点のみである。

形態例１の場合には、停電が長時間続いて蓄電池が完全放電した場合、マイクロプロセッサ回路の電源も断となり、蓄電池についての情報が消失する。それに対し、本形態例のように、マイクロプロセッサのために別のバックアップ電源を設けてあれば、停電がある程度長時間続いても蓄電池についての情報は保持される。

上記の２点を除けば、本実施の形態例は、実施の形態例１と同じであり、実施の形態例１と全く同じ特徴を有し、全く同じ動作をする。ただし、上記のように、交流１００Ｖ電源及びブレーカ１が停電した場合に、予備電源１２が、少なくともマイクロプロセッサ回路７に電力を供給することのみが実施の形態例１と異なっている。

予備電源１２としては、一次電池を電源とするもの、二次電池を電源とし、その二次電池は交流１００Ｖ電源及びブレーカ１からの電力によって充電されるものなどを用いることができる。

なお、予備電源１２と同様のものが、実施の形態例１にも具備されていれば、広域停電によって、交流１００Ｖ電源及びブレーカ１と１’の両方が停電した場合に役に立つ。

ファイルサーバ、蓄電池システム及び監視、制御用パソコンが接続された状態を示す図である。 ファイルサーバ、予備電源内蔵蓄電池システム及び監視、制御用パソコンが接続された状態を示す図である。

符号の説明

１、１’：交流１００Ｖ電源及びブレーカ、２：ファイルサーバ、３：監視、制御用パソコン、４：蓄電池モジュール、５：整流機能付充電器、６：インバータ、７：マイクロプロセッサ回路、８：交流給電ケーブル、９：直流給電ケーブル、１０：信号ケーブル、１１：社内ＬＡＮ、１２：予備電源。

Claims (10)

1. 蓄電池と、該蓄電池を含む充電回路と、該蓄電池を含む放電回路と、該充電回路及び放電回路を監視、制御するマイクロプロセッサ回路とを構成要素とし、商用電源の停電時に該商用電源に代わって電子装置に給電する蓄電池システムにおいて、
   前記マイクロプロセッサ回路は通信ネットワークに接続され、あらかじめ定められた条件または前記通信ネットワークを通して送られてくる命令に従って前記充電回路または放電回路を試験し、前記通信ネットワークを通して情報を送信することを特徴とする蓄電池システム。
2. 請求項１に記載の蓄電池システムにおいて、前記マイクロプロセッサ回路に電力を供給する予備電源が具備されていることを特徴とする蓄電池システム。
3. 請求項１または２に記載の蓄電池システムにおいて、商用電源の停電または前記マイクロプロセッサ回路による試験開始によって前記蓄電池が給電を開始した時、前記マイクロプロセッサ回路は、前記通信ネットワークを通して前記マイクロプロセッサ回路と情報を交換するパーソナル・コンピュータに、該パーソナル・コンピュータが動作状態にあれば停電発生または試験開始を知らせる情報を送り、該パーソナル・コンピュータが動作状態になければ該パーソナル・コンピュータを起動させる命令を該パーソナル・コンピュータに送った後、該パーソナル・コンピュータが動作状態となってから該パーソナル・コンピュータに停電発生または試験開始を知らせる情報を送ることを特徴とする蓄電池システム。
4. 請求項１または２に記載の蓄電池システムにおいて、前記電子装置への給電が前記蓄電池から商用電源に切り替えられた時、前記マイクロプロセッサ回路は、前記蓄電池を診断した後、前記通信ネットワークを通して前記マイクロプロセッサ回路と情報を交換するパーソナル・コンピュータに、該パーソナル・コンピュータをシャットダウンする命令を送ることを特徴とする蓄電池システム。
5. 請求項１または２に記載の蓄電池システムにおいて、前記蓄電池の電圧があらかじめ定められた電圧よりも低くなった時、前記マイクロプロセッサ回路は、前記通信ネットワークを通して前記マイクロプロセッサ回路と情報を交換するパーソナル・コンピュータに、該パーソナル・コンピュータが動作状態にあれば蓄電池電圧異常を知らせる情報を送り、該パーソナル・コンピュータが動作状態になければ該パーソナル・コンピュータを起動させる命令を該パーソナル・コンピュータに送った後、該パーソナル・コンピュータが動作状態となってから該パーソナル・コンピュータに蓄電池電圧異常を知らせる情報を送ることを特徴とする蓄電池システム。
6. 請求項１または２に記載の蓄電池システムにおいて、前記マイクロプロセッサ回路が行う試験が、一時的に給電系を商用電源から前記蓄電池に切り替えて該蓄電池を放電させることにより、前記蓄電池を含む放電回路が正常に動作するか否かを知る試験であることを特徴とする蓄電池システム。
7. 請求項６に記載の蓄電池システムにおいて、前記マイクロプロセッサ回路が行う試験が、あらかじめ定められた期間内に商用電源の停電による前記蓄電池の放電がない場合に実行されることを特徴とする蓄電池システム。
8. 請求項１または２に記載の蓄電池システムにおいて、前記マイクロプロセッサ回路が行う試験が、あらかじめ定められた時間、あらかじめ定められた放電容量または放電深度を超えて、あるいは、あらかじめ定められた電池電圧となるまで前記蓄電池を放電させ、一旦休止の後、前記蓄電池を規定の電流で満充電となるまで充電し、前記蓄電池を含む充電回路が正常に動作するか否かを知る試験であることを特徴とする蓄電池システム。
9. 請求項１または２に記載の蓄電池システムにおいて、前記マイクロプロセッサ回路が行う試験が、あらかじめ定められた時間、あらかじめ定められた放電容量または放電深度を超えて、あるいは、あらかじめ定められた電池電圧となるまで前記蓄電池を放電させ、一旦休止の後、前記蓄電池を規定の電流で満充電となるまで充電し、充電終了後、満充電状態において前記蓄電池の劣化を知る試験であることを特徴とする蓄電池システム。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の蓄電池システムにおいて、前記蓄電池の種類がニッケル水素蓄電池であることを特徴とする蓄電池システム。

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