JP2011024413A

JP2011024413A - 電力配電システム用バッテリおよびこれを用いて直流電圧を供給する方法

Info

Publication number: JP2011024413A
Application number: JP2010160209A
Authority: JP
Inventors: Fred Cohen; コーエンフレッド; Cheng-Yi Lu; ルチェン‐イ; Kenneth John Metcalf; ジョンメトカルフケネス
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2011-02-03
Also published as: EP2276093A3; CN101958433A; US20110012435A1; EP2276093A2

Abstract

【課題】気圧の低い環境においてもアーク放電や短絡を生じないバッテリを提供する。
【解決手段】バッテリ１０のエンクロージャ１８が、第１のセルアセンブリ２０および第２のセルアセンブリ２２を収容している。第１のセルアセンブリ２０の負極側３０は、センタタップ３２に電気的に接続されている。第２のセルアセンブリ２２の正極側２８は、センタタップ３２に電気的に接続されている。センタタップ接続点３２は、ニュートラル端子１２に電気的に接続されている。ニュートラル端子１２は接地されており、正端子における正の直流電位は、ニュートラル端子における電位よりも高く、負端子における負の直流電位は、ニュートラル端子における電位よりも低く、バッテリ直流電圧は、ニュートラル端子における電位と正の直流電位との電位差と、ニュートラル端子における電位と負の直流電位との電位差と、のいずれよりも大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリを使用するバッテリ・電力配電システムに関し、詳しくは、気圧が変化する環境で用いるバッテリに関する。

バッテリは、広く様々な用途に利用されている。バッテリは、一般に、ハウジング内に配置された複数のセルを備えている。正端子および接地端子が、ハウジングに設けられ、セルに電気的に接続されている。接地端子は、接地電位つまりゼロ電位を提供し、正端子は、接地に対して正の電位を提供する。接地端子と正端子との間の電位差が、所定の用途に用いる所望の電圧を提供する。

パッシェンの法則（Ｐａｓｃｈｅｎ’ｓＬａｗ）によると、端子間でアークが生じるのに必要な電圧の大きさは、圧力の低下に伴って低くなる．従って、気圧の低い環境で使用されるバッテリは、アーク放電あるいは短絡を生じやすい。

電力配電システムに用いるバッテリがセルアセンブリを含み、このセルアセンブリは、バッテリ直流電圧を協働して供給する正端子および負端子を有する。ニュートラルタップが、正端子と負端子との間においてセルアセンブリに電気的に接続され、電圧を正の電位と負の電位とに分けている。正端子における正の直流電位は、ニュートラルタップにおける電位よりも高い。負端子における負の直流電位は、ニュートラルタップにおける電位よりも低い。バッテリ直流電圧は、ニュートラルタップにおける電位と正の直流電位との間の電位差と、ニュートラルタップにおける電位と負の直流電位との間の電位差と、のいずれよりも大きい。

開示する電力配電システムは、上記のバッテリを備えている。また、接地されたニュートラルタップを備えている。このバッテリに電気部品が電気的に接続されている。スイッチが、選択的に、正端子および負端子の少なくとも一方をセルアセンブリに電気的に接続するように、開位置と閉位置との間で切換可能となっている。このスイッチにスイッチデバイスが接続されており、コントローラと通信を行う。

バッテリを使って直流電圧を供給する方法を開示する。バッテリが、電圧に対応する正端子および負端子を備えている。このバッテリは、接地されたニュートラル端子を提供するように、正端子と負端子との間でセンタタップされる。出力電圧は、正端子と負端子との間の電位差に対応する。

センタタップされたバッテリの概略図。図１のセンタタップされたバッテリを用いる電力配電システムの概略図。

図１は、センタタップされたバッテリ１０の一例を概略的に示す。バッテリ１０は、ニュートラル端子つまり接地端子１２と、正端子１４と、負端子１６と、を備えている。正端子１４と負端子１６との間の電位差が、所望の直流電圧に対応する。正端子１４における電位は、ニュートラル端子つまりニュートラルタップ１２における電位よりも高く、負端子１６における電位は、ニュートラル端子１２における電位よりも低い。

一例においては、正端子１４および負端子１６の各々と、接地との間の電位差は、直接的な正端子と負端子との間の電圧の半分の大きさである。例えば、正端子１４と負端子１６との間の電圧は、約２７０Ｖ（ＤＣ）である。従って、例えば、正端子における電位は１３５Ｖ（ＤＣ）であり、負端子における電位は−１３５Ｖ（ＤＣ）である。

開示するバッテリは、パッシェンの法則によって低い圧力の下で生じ易くなるコロナ放電および／またはアーク放電などを低減させる。バッテリが気圧の低い環境に晒され得る用途としては、例えば、航空機、気球、打上機、宇宙船および類似の地対空乗物の用途がある。

図２に、一例としての電力配電システム１７におけるバッテリ１０を示す。バッテリ１０は、符号２４で示すように接地されかつ第１および第２のセルアセンブリ２０，２２を収容しているバッテリエンクロージャ１８を備える。この例においては、第１のセルアセンブリ２０および第２のセルアセンブリ２２の各々は、複数のセル２６を含み、これらのセル２６の各々は、正極側２８および負極側３０を有する。第１のセルアセンブリ２０の負極側３０は、センタタップ接続点３２に電気的に接続されている。第２のセルアセンブリ２２の正極側２８は、センタタップ接続点３２に電気的に接続されている。センタタップ接続点３２は、ニュートラル端子１２に電気的に接続されている。第１のセルアセンブリ２０の正極側２８は、正端子１４の方を向いて、正端子１４に電気的に接続されている。第２のセルアセンブリ２２の負極側３０は、負端子１６の方を向いて、負端子１６に電気的に接続されている。

一例においては、第１のセルアセンブリ２０、第２のセルアセンブリ２２およびセンタタップ３２と、それぞれに対応する正端子１４、負端子１６およびニュートラル端子１２と、の間に、スイッチ３８が配置されている。スイッチデバイス４０が、スイッチ３８と相互接続している。コントローラ４２が、スイッチデバイス４０と通信する。一例においては、コントローラ４２は、スイッチ３８を開位置と閉位置との間で切り換えることをスイッチデバイス４０に命令するようにプログラムされている。例えば、打上機の用途においては、打上げ過程の初期に、海抜約０ｍの第１の圧力にある地上において、バッテリ１０と接続しているスイッチ３８は、閉位置にされる。打上機が大気圏を通過する間に、バッテリ１０は、継続的に、負荷に電気的に接続されている。従って、打ち上げ過程において、バッテリが配置された環境４４は、打ち上げ前の第１の圧力よりも低い第２の圧力を受ける環境となる。上空の大気圏（例えば、高度８０，０００〜９０，０００フィート（約２４〜約２７ｋｍ））内の気圧の低い環境においては、海抜０ｍと比べて気圧が低下するので、バッテリは、一般に、アーク放電を生じ易くなる。

一例においては、各スイッチ３８と、対応する端子１４、１６と、の間に、フューズおよび／またはフィルタ４６が電気的に接続される。導線４８が、バッテリ１０と電気部品５４とを電気的に相互接続する。一例においては、この導線４８は、コネクタ５０を含み、このコネクタ５０は、端子１２，１４，１６に導線４８の端部を固定するための締め具５２を有する。

電気部品５４は、第１の接地５６に接地されている。いくつかの用途においては、デジタル信号およびアナログ信号に対して一点接地５８を使用することができる。この一点接地５８は、第２の接地６０に電気的に接続されている。

一例においては、電気部品５４は、電磁アクチュエータ（ＥＭＡ）である。他の例においては、電気部品５４は、電動ポンプに命令するコントローラを含む電気油圧式アクチュエータ（ＥＨＡ）である。打上機の用途においては、ＥＭＡおよび／またはＥＨＡは、例えば、打上機の飛行経路を制御するために使用される。

一実施例を開示したが、当業者であれば、請求項の範囲を逸脱することなく、いくつかの変更がなされ得ることを理解されるであろう。

１０…バッテリ
１２…ニュートラル端子
１４…正端子
１６…負端子
１７…電力配電システム
１８…エンクロージャ
２０…第１のセルアセンブリ
２２…第２のセルアセンブリ
３２…センタタップ

Claims

バッテリ直流電圧を協働して供給する正端子および負端子を有するセルアセンブリと、
上記正端子と負端子の間において上記セルアセンブリに電気的に接続されたニュートラルタップと、
を備え、
上記正端子における正の直流電位は、上記ニュートラルタップにおける電位よりも高く、上記負端子における負の直流電位は、上記ニュートラルタップにおける電位よりも低く、上記バッテリ直流電圧は、ニュートラルタップにおける電位と上記正の直流電位との間の電位差と、ニュートラルタップにおける電位と負の直流電位との間の電位差と、のいずれよりも大きいことを特徴とする、電力配電システム用バッテリ。
上記直流電圧の大きさは、上記正の直流電位と負の直流電位との間の電位差にほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
接地されているように構成されたバッテリエンクロージャを備え、この接地が上記ニュートラルタップに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
上記セルアセンブリは、上記バッテリエンクロージャ内に配置され、上記正端子および負端子は、上記バッテリエンクロージャの外部に配置されることを特徴とする請求項３に記載のバッテリ。
上記ニュートラル端子は、物理的に上記正端子と負端子との間に配置されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリ。
少なくとも１つのスイッチおよびスイッチデバイスを備え、
上記スイッチは、上記端子のうちの少なくとも１つと、上記セルアセンブリと、の間に電気的に接続され、上記スイッチデバイスは、上記スイッチを開位置と閉位置との間で切り換えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
上記正端子および負端子の少なくとも一方に電気的に接続された少なくとも１つのフューズあるいはフィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
バッテリ直流電圧を協働して供給する正端子および負端子を有するセルアセンブリを含むバッテリと、
上記正端子と負端子との間において上記セルアセンブリに電気的に接続されたニュートラルタップと、
上記バッテリに電気的に接続された電気部品と、
選択的に上記正端子および負端子の少なくとも一方を上記セルアセンブリに電気的に接続するように、開位置と閉位置との間で切換可能なスイッチと、
上記スイッチに接続されたスイッチデバイスであって、上記スイッチを開位置と閉位置との間で切り換えることを該スイッチデバイスに命令するようにプログラムされたコントローラと通信するスイッチデバイスと、
を備え、
上記ニュートラルタップは接地されており、上記正端子における正の直流電位は、上記ニュートラルタップにおける電位よりも高く、上記負端子における負の直流電位は、上記ニュートラルタップにおける電位よりも低く、上記バッテリ直流電圧は、上記ニュートラルタップにおける電位と上記正の直流電位との間の電位差と、上記ニュートラルタップにおける電位と上記負の直流電位との間の電位差と、のいずれよりも大きいことを特徴とする電力配電システム。
上記バッテリを上記電気部品に電気的に接続する導線を備えていることを特徴とする請求項８に記載のバッテリ。
上記電気部品は、電気機械アクチュエータおよび電気油圧式アクチュエータの少なくとも一方であることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
上記バッテリは、上記ニュートラルタップがない場合に、第２の気圧においてアーク放電を生じ易いことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
上記ニュートラルタップが接地されていることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
接地されているように構成されたエンクロージャを備え、この接地が上記ニュートラルタップに電気的に接続され、上記エンクロージャおよび上記電気部品が接地されていることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
バッテリを用いて直流電圧を供給する方法であって、
電圧に対応する正端子および負端子を有するバッテリを提供し、
接地されたニュートラル端子を提供するように、上記正端子と負端子の間において上記バッテリをセンタタップすることを含み、
上記電圧の大きさは、上記正端子と負端子との間の電位差に対応することを特徴とする方法。
上記バッテリは、第１の圧力と、該第１の圧力よりも低い第２の圧力と、において用いられ、上記バッテリは、センタタップされていない場合に、上記第２の気圧においてアーク放電を生じ易いことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
上記第２の圧力は、高度約８０，０００フィート〜約９０，０００フィート（約２４ｋｍ〜２７ｋｍ）における気圧に対応することを特徴とする請求項１５に記載の方法。