JP2013223318A

JP2013223318A - 電流分配装置

Info

Publication number: JP2013223318A
Application number: JP2012092889A
Authority: JP
Inventors: Kensuke Murai; 謙介村井; Tadatoshi Babasaki; 忠利馬場崎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-10-28

Abstract

【課題】停電発生時において、重要度の高い装置に対してはバックアップ時間を長く、重要度の低い装置に対してはバックアップ時間を短く制御する電流分配装置を提供する。
【解決手段】本発明の電流分配装置は、電源に接続され、該電源の電圧を計測する電圧計測部と、前記複数の負荷機器にそれぞれ接続されており、前記接続されたそれぞれの前記負荷機器への前記分配された電流の供給をそれぞれ遮断する複数の遮断部と、前記電圧計測部と前記遮断部のそれぞれに接続されており、前記それぞれの負荷機器に対応する遮断部の制御を行う複数の制御回路であって、前記遮断部の制御は、前記計測した電圧が、前記複数の負荷機器のそれぞれの負荷機器ごとに定められた閾値電圧よりも下回った場合に、前記閾値電圧が定められた負荷機器に対応する前記遮断部を動作させ、前記遮断器に接続された負荷機器への電力供給を停止することにより行う、制御回路とを備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電流分配装置に関し、より詳細には、バックアップ用蓄電池からの各負荷への供給電流の制御を行うことのできる電流分配装置に関する。

電流分配装置は商用電源やバックアップ用蓄電池等の電流を入力し、出力側に接続された負荷である各種機器にそれらが稼動するための電流を分配して供給する装置である。

図１は、特許文献１に記載の従来の電流分配装置１００の構成を示す図である。図１に示したように、電流分配装置１００は、商用電源等の１の電源１１０から電流を入力し、その電流を複数の負荷機器１３１、１３２へ分配するものであるが、通常ヒューズなどの遮断器１２５、１２６を装備しており、過電流が接続された装置に流れることを防止する。しかし、負荷毎の供給電力制御は行っておらず、停電等によりバックアップ用蓄電池から電力を供給する場合に、接続されているすべての機器に同一時間、電力を供給する。

一方、停電等によりバックアップ用蓄電池から電力を供給する場合に、負荷毎の供給電力制御を行うために、接続される負荷機器の重要度に応じて電流分配装置の遮断機を外部から制御する電流分配装置２００が特許文献２に記載されている（図２）。図２に示す電流分配装置２００は、例えば、制御回路２４０が各遮断器２２５及び２２６をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、電流分配装置２００に接続されている装置の内で重要度の高い負荷機器に対してはバックアップ時間を長く、重要度の低い負荷機器に対してはバックアップ時間を短く制御することが可能である。

特開２０１０-２３９８０４号公報特開２００９-２６１０８７号公報

しかし、従来の電流分配装置には下記のような課題が存在していた。

まず、図１に示したような装置では、停電等によりバックアップ用蓄電池から接続された各機器１３１、１３２に電流を供給する場合に、接続されているすべての負荷機器に同一時間、電力が供給される。そのため、重要度が高く、長時間のバックアップを行う必要がある負荷機器と、重要度が低く、短時間バックアップを行えば十分な負荷機器が、同一の電流分配装置に接続されている場合、重要度の低い負荷機器にも重要度の高い負荷機器と同一時間のバックアップを行わざるを得ず、必要以上に大きなバックアップ用蓄電池を用意する必要があった。このことは、蓄電池のコストや設置スペースに大きな無駄を生じさせていた。

次に、図２に示したような装置では、上記のような問題点は解決されるが、電流分配装置の外部に制御用の管理サーバを別途設ける必要があり、そのための費用がかさむという問題があった。

本発明の電流分配装置は、電源から出力された電流を分配し、前記分配した電流を複数の負荷機器それぞれへと供給し、前記電源に接続され、前記電源の電圧を計測する電圧計測部と、前記複数の負荷機器にそれぞれ接続されており、前記接続されたそれぞれの前記負荷機器への前記分配された電流の供給をそれぞれ遮断する複数の遮断部と、前記電圧計測部と前記遮断部のそれぞれに接続されており、前記それぞれの負荷機器に対応する遮断部の制御を行う複数の制御回路であって、前記遮断部の制御は、前記計測した電圧が、前記複数の負荷機器のそれぞれの負荷機器ごとに定められた閾値電圧よりも下回った場合に、前記閾値電圧が定められた負荷機器に対応する前記遮断部を動作させ、前記遮断器に接続された負荷機器への電力供給を停止することにより行う、制御回路とを備えることを特徴とする。

また、本発明の電流分配装置の前記電圧計測部は、前記電源と前記複数の負荷機器の間に１つのみ配置されることを特徴とする。

また、本発明の電流分配装置の前記電圧計測部は、前記電源と前記それぞれの遮断部との間にそれぞれ配置されることを特徴とする。

また、本発明の電流分配装置の前記閾値電圧は、前記複数の負荷機器のそれぞれの重要度に応じて前記それぞれの負荷機器毎に設定されることを特徴とする。

また、本発明の電流分配装置の前記閾値は、前記複数の負荷機器のうち重要度の高い負荷機器については低く設定され、重要度の低い負荷機器については高く設定されることを特徴とする。

本発明によれば、電流分配装置において分岐ごと（負荷機器ごと）にバックアップ電流を遮断することが可能であり、安価な装置構成で必要な負荷機器にのみバックアップ電流を供給することができ、限られたバックアップ用蓄電池の放電容量を有効に利用できる。また、外部の管理サーバが不要となるため、システム全体として安価に実現できる。

従来の電流分配装置の構成を示すブロック図である。従来の電流分配装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態１に係る電流分配装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態２に係る電流分配装置の構成を示すブロック図である。閾値電圧を測定するために使用するバックアップ用蓄電池の放電曲線を示す図である。

（実施形態１）
（機器構成）
図３は、本発明の一実施形態に係る電流分配装置の構成を示すブロック図である。まず、実施形態１の電流分配装置の全体構成を説明する。

実施形態１の電流分配装置である電流分配装置３００は、入力用の電源３１０と、複数の負荷機器３３１、３３２が接続されており、電源３１０から出力されてきた電流を分配して、複数の負荷機器３３１、３３２それぞれへと供給する。また、電流分配装置３００は、電圧計測センサ３２１、複数の制御回路３２３、３２４、複数の遮断器３２５、３２６を有している。

電源３１０は商用電源及びバックアップ用蓄電池を有する。電源３１０から電流を入力する入力配線は、電流分配装置３００内の分岐点で複数の出力配線に分岐され、各負荷機器へ電流を出力する。電圧計測センサ３２１は、電源からの入力配線と分岐点との間に接続される。また、遮断器３２５、３２６は分岐点において分岐した各配線と各負荷機器３３１、３３３への出力配線との間にそれぞれ接続され、制御回路３２３は電圧計測センサ３２１および遮断器３２５に、制御回路３２４は電圧計測センサ３２１及び遮断器３２６に接続されている。ここで、各制御回路は閾値電圧を設定することにより各遮断器のＯＮ／ＯＦＦを管理する。

実施形態１の電流分配装置３００は、一例として２分岐の場合が示されているが、実際には、例えば１０分岐あるいは３０分岐というように多分岐となる場合がある。

（基本動作）
電流分配装置３００は、電源３１０の商用電源からの電流を、複数に分岐し、分岐した各電流をそれぞれの負荷機器に分配する。ここで、給電システムにおいて商用電源に停電が発生すると、商用電源の替わりに蓄電池から電力が供給される。蓄電池は各負荷機器に放電することにより徐々に電圧が低下するため、電圧計測センサ３２１が計測した電圧が、各負荷機器（３３１、３３２）毎に対して設定された閾値電圧を下回ったときに、その閾値電圧に対応する負荷機器が接続された遮断器の遮断を行い、その負荷機器へのバックアップ用蓄電池からの電流の供給を停止する。閾値の設定については、重要度が高く、蓄電池による長時間のバックアップが必要な負荷機器に対しては閾値電圧を低く設定し、重要度の低く、蓄電池による長時間のバックアップが必要でない負荷機器に対しては閾値電圧を高く設定する。

実施形態１において、例えば、負荷機器３３１が負荷機器３３２より重要度が高いとすると制御回路３２３において設定された負荷機器３３１に対応する閾値電圧は、制御回路３２４において設定された負荷機器３３２に対応する閾値電圧よりも低くなる。ここで、商用電源が停電した場合、蓄電池から放電が開始されるが、蓄電池は負荷機器３３１及び負荷機器３３２に放電をすることにより徐々に電圧が低下する。まず、電圧計測センサ３２１が計測した電圧が、負荷機器３３２に対応する閾値電圧を下回ったとき、制御回路３２４は遮断器３２６に信号を送信し、遮断器３２６をＯＦＦにして（遮断して）、負荷機器３３２への電力の供給を停止する。次に、電圧計測センサ３１１が計測した電圧が、負荷機器３３１に対応する閾値電圧を下回ったとき、制御回路３２３は遮断器３２５に信号を送信し、遮断器３２５をＯＦＦにして（遮断して）、負荷機器３３１への電力の供給を停止する。つまり、重要度の低い負荷機器へのバックアップ電力の供給を比較的短時間で終了し、重要度の高い負荷機器へのバックアップ電力供給のみを長時間継続することにより、必要最低限の蓄電池容量で必要な時間のバックアップ電力供給が可能となる。

（閾値の設定）
分配装置に取り付けられた電圧計測センサ３２１は蓄電池から入力した電圧を計測し、計測された電圧を制御回路３２３、３２４が各負荷機器に対応するそれぞれの閾値電圧と比較するが、閾値電圧は事前に蓄電池の特性を考慮して定めておき、バックアップ時間が短くて良い負荷機器に対しては閾値電圧を高く、長いバックアップ時間が求められる負荷機器に対しては閾値電圧を低くする。そして、制御回路は計測電圧が閾値電圧よりも低くなったときに、その閾値電圧に対応する負荷機器が接続された遮断器をＯＦＦにする。閾値の具体的な選定は以下のように行った。

例えば、電流分配装置３００に定格電流Ｓアンペアの負荷機器が３台接続されている場合、まず、図５に示したような放電電流Ｓ、２Ｓ、３Ｓの際のバックアップ用蓄電池の放電曲線を測定する。３台の負荷機器のうち負荷機器１はもっとも短いＴ１時間、負荷機器２はそれより長いＴ２時間、更に負荷機器３はもっとも長いＴ３時間のバックアップを行うこととする。

まず、３台の負荷機器１、２及び３をすべて動かすために必要な３Ｓアンペアの放電曲線を用いて、３台の負荷機器にＴ１時間放電を行った後の電池電圧Ｖ１を求める。この放電における電池の放電容量はＣ１＝Ｔ１×３Ｓ（Ａｈ)となる。

次に、Ｔ１で負荷機器１が接続された回路が遮断されると（負荷機器１が停止すると）、残りの２台の負荷機器２及び３を動かすための電流は２Ｓアンペアとなる。一方で２Ｓアンペアの放電においてＣ１の容量を放電するために必要な時間Ｔ１´は、Ｔ１´＝Ｃ１／２Ｓとなり、最初のＴ１における放電で、２Ｓアンペアの放電曲線における時間０からＴ１´までの放電がなされていることになる。負荷機器２及び負荷機器３にＴ２時間電力を供給するためには、２Ｓアンペアの放電の放電曲線において、Ｔ２^*＝Ｔ１´＋（Ｔ２−Ｔ１）時間に相当する容量を放電する必要がある。２Ｓアンペアの放電曲線を用いて、Ｔ２^*時間放電を行った後の電池電圧Ｖ２を求める。この放電における電池の放電容量はＣ２＝Ｃ１＋（Ｔ２−Ｔ１）×２Ｓ（Ａｈ）となる。

同様にＴ２で装置２が接続された回路が遮断されると（負荷機器２が停止すると）、残りの負荷機器３を動かすための電流はＳアンペアとなる。Ｓアンペアの放電においてＣ２の容量を放電するために必要な時間Ｔ２´は、Ｔ２´＝Ｃ２／Ｓとなり、Ｔ２における放電で、Ｓアンペアの放電の放電曲線における時間０からＴ２´までの放電がなされていることになる。負荷機器３にＴ３時間電力を供給するためには、Ｓアンペアの放電の放電曲線において、Ｔ３^*＝Ｔ２´＋（Ｔ３−Ｔ２）時間に相当する容量を放電する必要がある。Ｓアンペアの放電の放電曲線を用いて、Ｔ３^*時間放電を行った後の電池電圧Ｖ３を求める。この放電における電池の放電容量はＣ３＝Ｃ２＋（Ｔ３−Ｔ２）×Ｓ（Ａｈ）となる。

このようにして求めたＶ１、Ｖ２、Ｖ３を閾値として負荷機器１〜３が接続された各遮断器を動作させることにより、負荷機器１をＴ１時間、負荷機器２をＴ２時間、負荷機器３をＴ３時間バックアップすることが可能となる。なお、もっとも長い時間のバックアップが必要な負荷機器３に関しては、閾値を０Ｖなど負荷装置が動作する電圧よりも低く設定しておくことで、負荷装置は遮断器により電力を遮断されて停止することなく、負荷装置が動作できる最低電圧まで動作するように設定してもかまわない。

更に、ここではすべての装置の定格電流を同一としているが、異なる定格電流の装置を組み合わせた場合には、遮断器動作後に動作している機器の定格電流を総和した電流に対する放電曲線を使用すれば、同様な方法により電圧閾値を求めることが可能となる。

また、本方式における制御回路としては、例えば計測電圧を抵抗器で分圧をしたうえで、コンパレータで比較する方法がある。制御回路を電流分配装置ごと、あるいは遮断器ごとに設置する必要があり、外部に制御用の管理サーバを設ける場合よりも多数の制御回路が必要となるが、抵抗器もコンパレータもいずれも安価に購入できるため、システム全体のコストとしても外部に制御用の管理サーバを設ける場合よりも安価になる。

（実施形態２）
図４は、本発明の一実施形態に係る電流分配装置の構成を示すブロック図である。まず、実施形態２の電流分配装置の全体構成を説明する。

電流分配装置４００は、入力用の電源４１０と、複数の負荷機器４３１、４３２が接続されており、電源４１０から出力されてきた電流を分配して、分配した電流を、複数の負荷機器４３１、４３２それぞれへと供給する。また、電流分配装置４００は、電圧計測センサ４２１、４２２、複数の制御回路４２３、４２４、複数の遮断器４２５、４２６を有している。

電源４２０は商用電源及びバックアップ用蓄電池を有する。入力配線は電源分配装置４１０内部の分岐点において複数の出力配線に分岐され、各負荷機器へ電流を出力する。電圧計測センサ４２１、４２２及び遮断器４２５、４２６は分岐した各配線と各負荷機器４３１、４３３との間にそれぞれ接続され、制御回路４２３は電圧計測センサ４２１および遮断器４２５に、制御回路４２４は電圧計測センサ４２２及び遮断器４２６に接続されている。ここで、各制御回路は閾値電圧を設定することにより各遮断器のＯＮ／ＯＦＦを管理する。

実施形態２の電流分配装置１０は、一例として２分岐の場合が示されているが、実際には、例えば１０分岐あるいは３０分岐というように多分岐となる場合がある。

給電システムにおいて商用電源に停電が発生すると、商用電源の替わりに蓄電池から電流が供給される。蓄電池は放電することにより徐々に電圧が低下するため、電圧計測センサ４２１が計測した電圧が、負荷機器４３１に対して設定された閾値電圧を下回ったときに負荷機器４３１に接続された遮断器４２５をＯＦＦにして（遮断して）、遮断器４２５に接続されている負荷機器４３１へのバックアップ用蓄電池からの電力供給を停止する。また、電圧計測センサ４２２が計測した電圧が、負荷機器４３２に対して設定された閾値電圧を下回ったときに負荷機器４３２に接続された遮断器４２６をＯＦＦにして（遮断して）、遮断器４２６に接続されている負荷機器４３１へのバックアップ用蓄電池からの電力供給を停止する。実施形態２は実施形態１と同じ閾値電圧設定方法により、必要最低限の蓄電池容量で必要な時間のバックアップ電力供給が可能となる。

また、電流分配装置４００は、長時間にわたる商用電源の停電により各遮断器がＯＦＦになった状態で商用電源が回復した場合、電圧計側センサ（４２１、４２２）が商用電源の電圧を検知したことにより各制御回路が各遮断器を再びＯＮにし、商用電源から各負荷機器への給電を自動的に復帰させる機能も有している。

実施形態１は電圧計測センサを１か所にすることで電圧センサの数は不要となるが、内部で配線を行なう必要がある。一方、実施形態２では、各遮断分岐ごとに電圧計測センサを設け、電圧計測を行なうことで電圧センサは分岐数分必要となるが、内部の配線を減らすことができる。

１００、２００、３００、４００電流分配装置
１１０、２１０、３１０、４１０電源
３２１、４２１、４２２電圧計測センサ
２４０、３２３、３２４、３２５、３２６制御回路
１２５、１２６、２２５、２２６、３２５、３２６、４２５、４２６、遮断器
１３１、１３２、２３１、２３２、３３１、３３２、４３１、４３２、負荷機器

Claims

電源から出力された電流を分配し、前記分配した電流を複数の負荷機器それぞれへと供給する電流分配装置であって、
前記電源に接続され、前記電源の電圧を計測する電圧計測部と、
前記複数の負荷機器にそれぞれ接続されており、前記接続されたそれぞれの前記負荷機器への前記分配された電流の供給をそれぞれ遮断する複数の遮断部と、
前記電圧計測部と前記遮断部のそれぞれに接続されており、前記それぞれの負荷機器に対応する遮断部の制御を行う複数の制御回路であって、前記遮断部の制御は、前記計測した電圧が、前記複数の負荷機器のそれぞれの負荷機器ごとに定められた閾値電圧よりも下回った場合に、前記閾値電圧が定められた負荷機器に対応する前記遮断部を動作させ、前記遮断器に接続された負荷機器への電力供給を停止することにより行う、制御回路と
を備えることを特徴とする電流分配装置。
前記電圧計測部は、前記電源と前記複数の負荷機器の間に１つのみ配置されることを特徴とする請求項１に記載の電流分配装置。
前記電圧計測部は、前記電源と前記それぞれの遮断部との間にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１に記載の電流分配装置。
前記閾値電圧は、前記複数の負荷機器のそれぞれの重要度に応じて前記それぞれの負荷機器毎に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電流分配装置。
前記閾値は、前記複数の負荷機器のうち重要度の高い負荷機器については低く設定され、重要度の低い負荷機器については高く設定されることを特徴とする請求項４に記載の電流分配装置。