JP2014003771A - Power-supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大きな電力を蓄電して、蓄えた電力を外部の電源ラインに供給する電源装置に関し、主として大型の船舶に搭載されて、停泊中に発電機に代わって船舶の電源ラインに電力を供給する電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device that stores a large amount of electric power and supplies the stored electric power to an external power supply line, and is mainly mounted on a large ship, and power is supplied to the power supply line of the ship in place of a generator during berthing. The present invention relates to a power supply device to be supplied.
船舶は、停泊中においてはエンジンで発電機を駆動して、発電機から電源ラインに電力を供給している。この船舶は、停泊中に発電機を駆動するためのエンジンを常に運転する必要がある。運転状態にあるエンジンは周囲に騒音を発生させるばかりでなく、排気ガスをも排出して、周囲の環境に悪い影響を与える。この弊害は、船舶に充電できる電池を設け、夜間には電池から電源ラインに電力を供給してエンジンを停止することで解消できる。この用途に使用される電源装置は、大きな電力を船舶の電源ラインに供給する必要があるので、多数の電池を直列や並列に接続して出力電圧や出力電流を大きくする必要がある。 While the ship is anchored, the generator is driven by the engine to supply power from the generator to the power line. This ship must always operate an engine for driving a generator while anchored. An engine in an operating state not only generates noise in the surroundings but also exhausts exhaust gas, which adversely affects the surrounding environment. This problem can be solved by providing a battery that can be charged to the ship and supplying power from the battery to the power line at night to stop the engine. Since the power supply device used for this purpose needs to supply a large amount of power to the power line of the ship, it is necessary to increase the output voltage and the output current by connecting a large number of batteries in series or in parallel.
さらに、大型の船舶に搭載される電源装置に限らず、太陽電池や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電し、昼間のピーク時や夜間に出力する電源装置として、大容量の電源装置も実用化されている。この電源装置も、大きな電力を外部の電源ラインに供給できるように、多数の電池を直列や並列に接続して出力電圧や出力電流を大きくする構造としている。 In addition to power supply devices installed on large ships, large-capacity power supply devices are also available as power supply devices that store the generated power of natural energy such as solar cells and wind power generation and output it during peak hours in the daytime or at night. It has been put into practical use. This power supply device also has a structure in which a large number of batteries are connected in series or in parallel to increase output voltage and output current so that large power can be supplied to an external power supply line.
この種の電源装置は、複数の電池を直列や並列に接続して電池ブロックとし、さらに複数の電池ブロックを直列や並列に接続して、さらに出力を大きくしている。電池は放電するにしたがって電圧が低下するので、出力電圧を一定に安定化するために、この種の電源装置は、出力側にDC/DCコンバータを設けている。この電源装置は、DC/DCコンバータが故障し、あるいは直列に接続している電池ブロックが故障すると使用できなくなる欠点がある。この弊害は、全ての電池を複数の電池ブロックに分割すると共に、各々の電池ブロックの出力側に個別にDC/DCコンバータを接続する回路構成で解消できる。(特許文献1及び2参照) In this type of power supply device, a plurality of batteries are connected in series or in parallel to form a battery block, and a plurality of battery blocks are connected in series or in parallel to further increase the output. Since the voltage of the battery decreases as it is discharged, this type of power supply device is provided with a DC / DC converter on the output side in order to stabilize the output voltage. This power supply device has a drawback that it cannot be used if a DC / DC converter fails or a battery block connected in series fails. This problem can be solved by a circuit configuration in which all the batteries are divided into a plurality of battery blocks and a DC / DC converter is individually connected to the output side of each battery block. (See Patent Documents 1 and 2)
ところで、複数に分割された各々の電池ブロックの出力側にDC/DCコンバータを接続し、DC/DCコンバータを介して複数の電池ブロックを並列に接続している電源装置は、繰り返し充放電するにしたがって経時的に各々の電池ブロックの残容量がアンバランスになる。このようなアンバランスが発生する原因としては、次のようなもの等が考えられる。電池システム自体の制御系回路もれ電流のバラツキ、DC/DCコンバータの無負荷時や稼動時の消費電流のバラツキ、大きなシステムの場合における個々の電池システムと出力端までの配線抵抗のバラツキ、充電・放電タイミングのバラツキ等が考えられる。
残容量のアンバランスは、特定の電池ブロックを過放電したり、あるいは過充電して電池の電気特性を劣化させる原因となる。残容量の小さい電池ブロックは過放電されやすく、また残容量の大きい電池ブロックは過充電されやすくなるからである。
By the way, a power supply device in which a DC / DC converter is connected to the output side of each divided battery block and a plurality of battery blocks are connected in parallel via the DC / DC converter is repeatedly charged and discharged. Therefore, the remaining capacity of each battery block becomes unbalanced over time. The following can be considered as the cause of such an imbalance. Control system circuit leakage current variation in the battery system itself, current consumption during no load or operation of the DC / DC converter, variation in wiring resistance between individual battery systems and output terminals in large systems, charging・ Dispersion of discharge timing may be considered.
The unbalance of the remaining capacity causes the specific battery block to be overdischarged or overcharged to deteriorate the electric characteristics of the battery. This is because a battery block with a small remaining capacity is easily overdischarged, and a battery block with a large remaining capacity is easily overcharged.
経時的に発生する電池ブロックのアンバランスは、全ての電池ブロックの放電電流を均等にすることで少なくできる。しかしながら、全ての電池ブロックを等しい電流で放電し、また充電しても、経時的に発生する電池ブロックのアンバランスは解消されない。このことは、複数の電池を直列に接続して充放電しても、各々の電池の残容量がアンバランスになることからも明らかである。同じ電流で充放電される電池に残容量のアンバランスができるのは、全ての電池の電気特性を均等にできず、また充放電される電池の温度などの外的条件を均等にできないからである。 The battery block imbalance that occurs over time can be reduced by equalizing the discharge currents of all the battery blocks. However, even if all the battery blocks are discharged with the same current and charged, the battery block imbalance that occurs over time is not eliminated. This is clear from the fact that even when a plurality of batteries are connected in series and charged and discharged, the remaining capacity of each battery becomes unbalanced. The remaining capacity can be unbalanced in batteries that are charged and discharged with the same current because the electrical characteristics of all batteries cannot be made uniform, and external conditions such as the temperature of the charged and discharged batteries cannot be made uniform. is there.
電池ブロックの残容量のアンバランスを解消するために、残容量の高い電池ブロックを放電抵抗で強制的に放電している。しかしながら、この回路構成の電源装置は、残容量の高い電池ブロックを放電するための放電抵抗や、この放電抵抗で電池ブロックを放電する放電スイッチや、さらに放電スイッチをオンオフに制御するコントロール回路を設ける必要があって、回路構成が複雑になる。また、放電抵抗で特定の電池ブロックを放電すると、ジュール熱が発生するのでこれを放熱する必要もある。さらに、電池ブロックを放電抵抗で放電するので、電池ブロックに蓄えている電力を無駄に消費する弊害もある。さらにまた、大出力の電池ブロックを均等化するために消費する電力が大きく、発熱が大きく、放電が難しく、無駄に消費する電力も大きくなる等の欠点がある。 In order to eliminate the unbalance of the remaining capacity of the battery block, the battery block having a high remaining capacity is forcibly discharged by the discharge resistance. However, the power supply device with this circuit configuration is provided with a discharge resistor for discharging a battery block with a high remaining capacity, a discharge switch for discharging the battery block with this discharge resistor, and a control circuit for controlling the discharge switch on and off. It is necessary and the circuit configuration becomes complicated. Further, when a specific battery block is discharged with a discharge resistor, Joule heat is generated, and it is necessary to radiate it. Furthermore, since the battery block is discharged by the discharge resistor, there is also a problem that power stored in the battery block is consumed wastefully. Furthermore, there are disadvantages such as a large amount of power consumed to equalize the high-power battery blocks, large heat generation, difficulty in discharging, and large power consumption.
本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、複数の電池ブロックの残容量のアンバランスを簡単な回路構成で効率よく解消すると共に、均等化のために無駄な電力を消費したり、ジュール熱を発生したりすることがなく、全ての電池ブロックに蓄えられる電力を効率よく放電ラインに出力できる電源装置を提供することにある。 The present invention has been developed for the purpose of solving the above drawbacks. An important object of the present invention is to efficiently eliminate the unbalance of the remaining capacity of a plurality of battery blocks with a simple circuit configuration, consume wasteful power for equalization, and generate Joule heat. It is desirable to provide a power supply device that can efficiently output power stored in all battery blocks to a discharge line.
本発明の電源装置は、充電ライン3と放電ライン8との間に、複数組の電源ユニット1を並列に接続して、各々の電源ユニット1を制御回路2で制御している。各々の電源ユニット1は、充電ライン3から入力される電力で充電される複数の電池を備える電池ブロック4と、充電ライン3から入力される電力で電池ブロック4を充電する充電回路5と、電池ブロック4の出力電圧を降圧又は昇圧して出力電圧を一定の電圧に安定化して出力する出力回路6と、電池ブロック4の残容量を検出して出力回路6を制御する電池コントローラ7とを備える。各々の電源ユニット1の出力回路6は、各々の電源ユニット1の電池コントローラ7で制御され、さらに、制御回路2が、各々の電源ユニット1の電池ブロック4の残容量で動作状態とする出力回路6を特定する。動作状態に制御される出力回路6は、これを接続している電池ブロック4の電圧を安定化して放電ライン8に出力し、停止状態にある出力回路6に接続している電池ブロック4の放電は停止されて、各々の電源ユニット1の電池ブロック4から放電ライン8に所定の電力が出力される。
In the power supply device of the present invention, a plurality of sets of power supply units 1 are connected in parallel between the charge line 3 and the
以上の電源装置は、各々の電源ユニットが装備する電池ブロックの残容量のアンバランスを簡単な回路構成で効率よく解消しながら、均等化のために無駄な電力を消費したり、ジュール熱を発生したりすることがなく、全ての電源ユニットが装備する電池ブロックに蓄えられる電力を効率よく放電ラインに出力できる特徴がある。 The above power supply units consume unnecessary power for equalization and generate Joule heat while efficiently solving the imbalance of the remaining capacity of the battery blocks installed in each power supply unit with a simple circuit configuration. The power stored in the battery blocks equipped in all power supply units can be efficiently output to the discharge line.
図1は、10組の電源ユニットを充電ラインと放電ラインとの間に並列に接続している電源装置が残容量を均等化しながら放電する状態を示している。この電源装置は、各々の電源ユニットに装備される出力回路の定格出力を10KWとして、装置のトータル出力を100KWとする。この図に示すように、No1〜No10の電源ユニットは、電池ブロックの残容量を図の棒グラフで示す値としている。この状態で放電ラインに接続している負荷の消費電力が20KW〜30KWであると、制御回路は、電池ブロックの残容量が大きい電源ユニットNo3、No4、No5の出力回路を動作状態として、他の電源ユニットの出力回路を停止状態とする。この状態で電源ユニットNo3、No4、No5の電池ブロックが放電されて残容量が低下し、他の電池ブロックの残容量に接近する。
FIG. 1 shows a state in which a power supply device in which 10 sets of power supply units are connected in parallel between a charging line and a discharging line discharges while equalizing the remaining capacity. In this power supply device, the rated output of the output circuit provided in each power supply unit is 10 kW, and the total output of the device is 100 kW. As shown in this figure, the No. 1 to No. 10 power supply units have the remaining capacity of the battery block as a value indicated by a bar graph in the figure. In this state, if the power consumption of the load connected to the discharge line is 20 KW to 30 KW, the control circuit sets the output circuits of the power supply units No 3,
3組の電源ユニットNo3、No4、No5の出力回路が動作状態にあるとき、放電ラインに接続している負荷の消費電力が3組の出力回路の定格出力のトータル電力の30KWを越えることがある。出力回路は、瞬間的に出力できるピーク電力は定格出力よりも大きいので、この状態において3組の出力回路から一時的には負荷に30KW以上の電力を供給する。制御回路は、負荷の消費電力が30KWを越えることを検出して、消費電力を供給できる電源ユニットの台数を多くするように出力回路を動作状態に切り換える。たとえば、放電ラインに接続している負荷の消費電力が30KW〜40KWになると、制御回路は、電源ユニットNo3、No4、No5の出力回路に加えて、No6の電池ブロックの出力回路を動作状態として、4組の電源ユニットから負荷に電力を供給する。 When the output circuits of the three power supply units No3, No4, and No5 are in the operating state, the power consumption of the load connected to the discharge line may exceed 30 kW of the total power of the rated output of the three sets of output circuits. . Since the output circuit has a peak power that can be instantaneously output is larger than the rated output, in this state, power of 30 KW or more is temporarily supplied to the load from the three sets of output circuits. The control circuit detects that the power consumption of the load exceeds 30 kW, and switches the output circuit to the operating state so as to increase the number of power supply units that can supply the power consumption. For example, when the power consumption of the load connected to the discharge line becomes 30 KW to 40 KW, the control circuit sets the output circuit of the battery block of No. 6 as the operating state in addition to the output circuits of the power supply units No. 3, No. 4 and No. 5. Power is supplied to the load from four sets of power supply units.
以上のようにして、制御回路は、負荷の消費電力から動作状態とする電源ユニットの組数を特定し、特定される電源ユニットの組数から、残容量の大きい電池ブロックを装備する電源ユニットが順番に選択される。残容量の大きい電池ブロックは放電されて残容量が次第に小さくなる。残容量が減少して、全ての電源ユニットの電池ブロックの残容量が所定の範囲に均等化する。この状態になると、制御回路は、全ての電源ユニットの出力回路を動作状態として、全ての電池ブロックから放電ラインに電力を供給する状態とする。 As described above, the control circuit specifies the number of power supply units to be operated from the power consumption of the load, and the power supply unit equipped with the battery block having a large remaining capacity is determined from the specified number of power supply units. Selected in order. A battery block with a large remaining capacity is discharged and the remaining capacity gradually decreases. The remaining capacity is reduced, and the remaining capacity of the battery blocks of all power supply units is equalized within a predetermined range. In this state, the control circuit sets the output circuits of all the power supply units to the operating state and supplies power from all the battery blocks to the discharge lines.
本発明の電源装置は、出力回路6をDC/DCコンバータ6Aとして、放電ライン8に各々の電源ユニット1から出力される直流を交流に変換するDC/ACインバータ12を接続することができる。
この電源装置は、各々の電源ユニットが、電池ブロックの出力をDC/DCコンバータでもって、一定電圧の直流に変換して放電ラインに出力するので、簡単な回路構成の出力回路でもって、各々の電池ブロックの出力を一定の直流電圧に安定化できる。したがって、各々の電池ブロックをバランスよく放電して、負荷の出力側に電力を供給できる。
In the power supply device of the present invention, the
In this power supply device, each power supply unit converts the output of the battery block into a constant voltage direct current with a DC / DC converter and outputs it to a discharge line. The output of the battery block can be stabilized at a constant DC voltage. Therefore, each battery block can be discharged in a balanced manner and power can be supplied to the output side of the load.
本発明の電源装置は、出力回路6をDC/ACインバータ6Aとすることができる。この電源装置は、各々の電源ユニット1でもって、電池ブロック4の直流を、DC/ACインバータ6Aで交流に変換して放電ライン8に出力することができる。
この電源装置は、電源ユニットの出力回路が電池ブロックの直流を交流に変換して出力するので、電池ブロックの直流電圧を安定化して出力するDC/DCコンバータを省略して、DC/ACインバータを介して複数の電池ブロックの出力を放電ラインに交流として出力できる。
In the power supply device of the present invention, the
In this power supply device, since the output circuit of the power supply unit converts the direct current of the battery block into alternating current and outputs it, the DC / DC converter that stabilizes and outputs the direct current voltage of the battery block is omitted, and the DC / AC inverter is The output of a plurality of battery blocks can be output as an alternating current to the discharge line.
本発明の電源装置は、電池コントローラ7が、電池の充放電電流の積算値と、電池電圧のいずれか又は両方から残容量を検出することができる。電池の充放電電流の積算値から電池の残容量を検出する電池コントローラは、電池ブロックの残容量を正確に検出できる。また、電池の電圧から残容量する検出する電池コントローラは、簡単な回路構成で残容量を検出できる。さらに、電池の充放電電流の積算値を演算して残容量を検出し、さらに演算される残容量を電池の電圧で補正することで、電池コントローラはより正確に電池の残容量を検出できる。
In the power supply device of the present invention, the
本発明の電源装置は、電源ユニット1の充電回路5を制御回路2で制御することができる。この制御回路2は、複数の電源ユニット1の電池ブロック4を充電するトータル充電電力と、各々の電池ブロック4の残容量から、充電状態とする充電回路5の個数を特定し、充電状態となる充電回路5がこれを接続している電池ブロック4を充電して、各々の電源ユニット1の電池ブロック4の残容量を均等化しながら充電することができる。
この電源装置は、残容量の小さい電源ユニットの電池ブロックのみを充電することで、各々の電源ユニットの電池ブロックの残容量を均等化しながら充電することができる。
In the power supply device of the present invention, the charging circuit 5 of the power supply unit 1 can be controlled by the
This power supply device can be charged while equalizing the remaining capacity of the battery block of each power supply unit by charging only the battery block of the power supply unit having a small remaining capacity.
本発明の電源装置は、各々の電池ブロック4を構成する電池を、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池のいずれかとすることができる。リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池は、小さく、軽くて充電容量を大きくできる。ニッケル水素電池は、安全に充放電できる特徴がある。
In the power supply device of the present invention, the battery constituting each
本発明の電源装置は、船舶に搭載されて、停泊中に船舶の電源ラインに電力を供給することができる。この電源装置を搭載する船舶は、停泊中に発電機をエンジンで駆動する必要がなく、停泊中におけるエンジンの騒音レベルを低減し、さらに排気ガスを皆無にできる特徴がある。 The power supply device of the present invention is mounted on a ship and can supply power to the power supply line of the ship during berthing. A ship equipped with this power supply device has a feature that it is not necessary to drive a generator with an engine during berthing, the noise level of the engine during berth can be reduced, and exhaust gas can be eliminated.
本発明の電源装置は、出力回路6の定格出力を5KWないし50KWとし、各々の出力回路6から出力側に出力されるトータル出力を100KWないし5000KWとすることができる。この電源装置は、複数の電源ユニットでトータル出力を大きくできる。
In the power supply device of the present invention, the rated output of the
また、本発明の電源装置は、電源ユニット1を10組ないし500組とすることができる。この電源装置は、トータル出力を大きくして、種々の大出力が要求される用途に使用できる。 In the power supply device of the present invention, the power supply unit 1 can be 10 to 500 sets. This power supply device can be used for applications that require various large outputs by increasing the total output.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments described below exemplify a power supply device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the power supply device as follows. Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the examples are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
以下、大型の船舶に搭載されて、停泊中に船舶の電源ラインに電力を供給する電源装置を詳述する。ただし、本発明の電源装置は、その用途を船舶に搭載される装置には特定しない。大きな出力、たとえば、出力を10KW以上とする種々の用途、たとえば、太陽電池や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電して、昼間のピーク時や夜間に出力する電源装置等にも使用できる。 Hereinafter, a power supply device mounted on a large vessel and supplying power to the power supply line of the vessel while anchored will be described in detail. However, the use of the power supply device of the present invention is not specified for a device mounted on a ship. It can be used for various applications with a large output, for example, an output of 10 KW or more, for example, a power supply device that stores generated power of natural energy such as solar cells or wind power generation and outputs it during peak hours in the daytime or at night .
図2と図3に示す電源装置は、充電ライン3と放電ライン8との間に複数組の電源ユニット1を並列に接続して、各々の電源ユニット1を制御回路2で制御している。各々の電源ユニット1は、充電ライン3から入力される電力で充電される複数の電池からなる電池ブロック4と、充電ライン3から入力される電力で電池ブロック4を充電する充電回路5と、電池ブロック4の出力電圧を降圧又は昇圧して出力電圧を一定の電圧に安定化して出力する出力回路6と、電池ブロック4の残容量を検出して充電回路5と出力回路6を制御する電池コントローラ7とを備える。この電源装置は、各々の電源ユニット1の出力回路6を、各々の電源ユニット1の電池コントローラ7で制御すると共に、さらに制御回路2で制御している。
In the power supply device shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of sets of power supply units 1 are connected in parallel between the charge line 3 and the
電池ブロック4は、複数(例えば、2〜10個)の電池モジュール(図示せず)を、直列及び/又は並列に接続している。電池モジュールは、複数の素電池を直列又は並列、あるいは直列と並列に接続したものである。例えば、電池モジュールは、100〜500個の素電池からなる。電池ブロック4は、複数の電池モジュールを直列に接続して出力電圧を高くしている。電池ブロック4は、複数の電池モジュールを並列に接続して出力電流を大きくすることもできる。さらに、電池ブロック4は、複数の電池モジュールを、直列と並列に接続して、出力電圧を高く、かつ出力電流を大きくできる。電池モジュールは、複数の充電できる電池を備えている。電池はリチウムイオン電池である。ただ、電池には、リチウムイオン電池に代わって、リチウムポリマー電池やニッケル水素電池など、充電できる全ての電池とすることができる。複数の電池モジュールからなる電池ブロック4は、たとえば出力電圧を30V〜100V、充電容量を5Ah〜100Ahとしている。
The
電源装置は、10組〜500組の電池ブロック4を備えている。電源装置は、電池ブロック4の数を多くしてトータル出力を大きくできる。したがって、電池ブロック4の数は、要求される出力を考慮して最適な数に特定される。たとえば、1組の出力回路6の定格出力を10KWとする電源装置は、50組の電池ブロック4を備えてトータルの定格出力を500KWにできる。
The power supply device includes 10 to 500 sets of battery blocks 4. The power supply device can increase the total output by increasing the number of battery blocks 4. Therefore, the number of
充電回路5は、充電ライン3から入力される電力で電池ブロック4を充電する。充電回路5は、充電している電池ブロック4の満充電を検出して充電を停止する。充電回路5は、電池ブロック4を構成する電池を理想的な状態で充電する。たとえば、リチウムイオン電池やリチウムイオン電池からなる電池ブロック4の充電回路5は、定電圧・定電流充電して満充電し、ニッケル水素電池からなる電池ブロックの充電回路は、定電流充電して満充電する。充電回路5は、電池ブロック4の満充電を検出して充電を停止する。
The charging circuit 5 charges the
さらに、図2と図3の電源装置は、充電回路5を制御回路2で制御している。この電源装置は、複数の電源ユニット1の電池ブロック4を充電するトータル充電電力と、各々の電池ブロック4の残容量から、充電状態とする電源ユニット1の個数を特定し、充電状態となる充電回路5は、これを接続している電池ブロック4を充電する。制御回路2は、残容量の小さい電源ユニット1の電池ブロック4を充電する充電回路5を充電状態として、各々の電源ユニット1の電池ブロック4の残容量を均等化しながら充電する。たとえば、充電回路5の出力が5KW、電源ユニット1を充電するトータル充電電力が15KWであるとき、制御回路2は3組の電源ユニット1の充電回路5を動作状態とする。このとき、残容量の小さい電池ブロック4の電源ユニット1が選択される。残容量の小さい電池ブロック4が充電されて残容量が均等化される。制御回路2は、順番に残容量の小さい電池ブロック4の電源ユニット1を充電状態として、電池ブロック4の残容量を均等化しながら充電する。この電源装置は、電源ユニット1の充電回路5が、制御回路2と充電回路5の両方で制御される。制御回路2は、トータル充電電力が大きくなって、電池ブロック4が均等化されると、充電する電源ユニット1を多くして充電する。以上の電源装置は、電源ユニット1の電池ブロック4を均等化しながら充電できる。ただし、充電回路は必ずしも制御回路で制御する必要はなく、充電回路が電池ブロックを過充電しないように充電することもできる。
Further, in the power supply apparatus shown in FIGS. 2 and 3, the charging circuit 5 is controlled by the
図2の電源装置は、出力回路6をDC/DCコンバータ6Aとし、図3の電源装置は出力回路6をDC/ACインバータ6Bとしている。出力回路6のDC/DCコンバータ6Aは、電池ブロック4の直流電圧を降圧し、あるいは昇圧して一定の電圧に安定化して出力する。図2の電源装置は、出力回路6の出力側をダイオード9を介して放電ライン8に接続している。ダイオード9は、電源ユニット1の出力回路6から放電ライン8に向かってのみ電流を供給できる方向に接続している。DC/DCコンバータ6Aは、たとえば500V〜1000Vの直流に安定化して出力する。この電源装置は、放電ライン8に直流を出力するので、負荷11に交流機器を接続する用途にあっては、放電ライン8の直流をDC/ACインバータ12で交流に変換して負荷11に供給する。
In the power supply device of FIG. 2, the
図3の電源装置は、出力回路6をDC/ACインバータ6Bとする。出力回路6のDC/ACインバータ6Bは、電池ブロック4の直流電圧を降圧し、あるいは昇圧して一定の電圧に安定化した交流として出力する。DC/ACインバータ6Bは、たとえば100V〜250Vの交流に安定化して出力する。この電源装置は、放電ライン8に交流を出力するので、負荷11に交流機器を接続する用途においても、放電ライン8の出力を変換する必要がない。
In the power supply device of FIG. 3, the
DC/DCコンバータ6AやDC/ACインバータ6Bの出力回路6は、電池コントローラ7で制御される。電池コントローラ7は、電池ブロック4の残容量を検出し、放電している電池ブロック4の残容量が最低容量まで低下すると出力回路6を停止状態として電池ブロック4の放電を停止する。電池コントローラ7は、電池ブロック4の充放電電流の積算値から残容量を演算する。電池コントローラ7は、充電電流の積算値を加算し、放電電流の積算値を減算して残容量を検出する。さらに、電池コントローラ7は、演算した残容量を、電池の電圧で補正する。電池の残容量は、最低電圧と最高電圧とで電圧から正確に検出できるからである。電池コントローラ7は、充放電の電流の積算値のみから残容量を検出することができ、また電圧のみから残容量を検出することもできる。電池コントローラ7は、検出する電池ブロック4の残容量でもって、電池ブロック4を過放電しないように出力回路6を制御する。
The
電池コントローラ7は、電池ブロック4の残容量、すなわち満充電を検出して充電回路5を停止状態に制御することもできるが、電池ブロック4の満充電は、充電回路5で検出して、充電を停止する。電池の満充電を検出する充電回路5は、電池の電圧から満充電を検出して、充電を停止する。または、電圧が所定値以上で、充電電流が所定値以下に低下したら、満充電を検出して充電を停止する。リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池を充電する充電回路5は、電池の電圧が最高電圧に上昇したことを検出して満充電を検出し、ニッケル水素電池の充電回路は、充電している電池の電圧がピーク電圧からΔV低下したことを検出して、満充電を検出する。
The
電池コントローラ7は検出する電池ブロック4の残容量を通信ライン10を介して制御回路2に伝送する。ただし、制御回路は、それ自体で電池ブロックの残容量を検出することもできる。
The
電池コントローラ7は、出力回路6を制御して電池ブロック4の過放電を防止するが、出力回路6は、制御回路2によっても、動作状態と停止状態とに制御される。電池コントローラ7と制御回路2の両方で制御される出力回路6は、電池コントローラ7と制御回路2の両方から動作状態に制御される状態で動作状態となり、電池コントローラ7と制御回路2のいずれか又は両方から停止状態に制御されると、停止状態となる。
The
動作状態にある出力回路6は、これを接続している電池ブロック4を放電して放電ライン8に一定の電圧に安定化された直流又は交流を出力する。複数の電源ユニット1の出力回路6が動作状態に制御されるとき、複数の電源ユニット1の電池ブロック4から放電ライン8に直流や交流が出力される。たとえば、定格出力を10KWとする3組の電源ユニット1の出力回路6が動作状態に制御されるとき、放電ライン8には30KWの直流又は交流が出力される。
The
制御回路2は、各々の電池ブロック4の残容量でもって動作状態とする出力回路6を特定する。制御回路2は、残容量の大きい電池ブロック4に接続している出力回路6を動作状態として、残容量の小さい電池ブロック4に接続している出力回路6を停止状態とする。動作状態にある出力回路6は、これを接続している電池ブロック4の電圧を安定化して放電ライン8に出力し、停止状態に制御される出力回路6は、これに接続している電池ブロック4の放電を停止する。この状態において、残容量の大きい電池ブロック4は放電され、残容量の小さい電池ブロック4は放電されないので、電源ユニット1から放電ライン8に直流や交流が出力されるにしたがって、電池ブロック4の残容量は均等化される。
The
制御回路2は、放電ライン8の負荷11が消費する電力を複数の電源ユニット1から負荷11に供給できるように、出力回路6を動作状態とする電源ユニット1の個数を特定する。たとえば、10組の電源ユニット1に装備する電池ブロック4の残容量が図1の棒グラフで示す状態にあり、各々の出力回路6の定格出力が10KWで、負荷11の最大消費電力が30KWであると、制御回路2は電池ブロック4の残容量が大きい電源ユニット1から順番に、3組の電源ユニットNo3〜No5の出力回路6を動作状態とする。この状態で3組の出力回路6は、30KWの電力を負荷11に供給する。この状態において、制御回路2は、負荷11の最大消費電力と出力回路6の定格出力から動作状態とする電源ユニット1の数を特定する。すなわち、複数の電源ユニット1から最大消費電力を供給できるように、動作状態とする電源ユニット1の数を特定する。したがって、最大消費電力が50KWで、出力回路6の定格出力が10KWであると、電池ブロック4の残容量が大きい順番に5組の電源ユニット1の出力回路6が動作状態に制御される。出力回路6がこの状態を継続すると、残容量が大きい電池ブロック4が放電されて、残容量が次第に減少して、他の電源ユニット1の電池ブロック4の残容量と均等化される。電源ユニット1の電池ブロック4の残容量があらかじめ設定している所定の範囲(たとえば、3%〜10%以内)に均等化されると、制御回路2は、全ての電源ユニット1の出力回路6を動作状態として、全ての電源ユニット1から放電ライン8に電力を供給する。全ての出力回路6を動作状態として、全ての電源ユニット1から負荷11に電力を供給する状態で、負荷11の最大消費電力が30KWであると、各々の電源ユニット1の出力は3KWとなる。
The
電源装置は、出力回路6を動作状態とする電源ユニット1の数を多くして、電池ブロック4の放電電流を小さくできる。たとえば、負荷11に電力を供給する電源ユニット1の組数を2倍にして、放電する電池ブロック4の電流を半分にできる。2倍の電源ユニット1から負荷11に電力を供給するからである。電源装置は、電源ユニット1を構成する電池ブロック4の電流を少なくして種々のメリットがある。たとえば、電池ブロック4やこれに接続している線路の電気抵抗による損失を少なくでき、また電池の大電流放電による劣化を少なくできる。したがって、電源装置は、特定の電源ユニット1の電池ブロック4のみを放電して、残容量が所定の範囲となるように均等化した後は、好ましくは、制御回路2が全ての電源ユニット1の出力回路6を動作状態とする。ただし、電池ブロック4の残容量を均等化した状態において、負荷11の最大消費電力を供給できる以上の電源ユニット1の出力回路6を動作状態とすることもできる。
The power supply device can reduce the discharge current of the
図2と図3に示す電源装置は、以下の動作をして各々の電源ユニット1から放電ライン8に直流や交流を出力する。
船舶に搭載される電源装置は、船舶を航行させるときに、主エンジンやサブエンジンでもって発電機20を駆動し、発電機20で各々の電源ユニット1の電池ブロック4を充電し、船舶の停泊中には、発電機20の運転を停止して電源ユニット1から放電ライン8の負荷11に電力を供給する。
電源ユニット1は、電池コントローラ7でもって、電池ブロック4の残容量を、充放電の電流の積算値や電圧で常に検出している。発電機20が電源ユニット1の電池ブロック4を充電する状態で、充電回路5は充電状態となって電池ブロック4を充電する。各々の電源ユニット1の充電回路5は、充電している電池ブロック4が満充電されると、このことを検出して電池ブロック4の充電を停止する。発電機20のトータル充電電力が全ての電源ユニット1の電池ブロック4を充電できる出力であると、制御回路2は全ての電源ユニット1の充電回路5を充電状態として、全ての充電回路5を充電状態とする。
2 and 3 outputs the direct current or the alternating current from each power supply unit 1 to the
The power supply device mounted on the ship drives the
The power supply unit 1 always detects the remaining capacity of the
電源装置を構成している各々の電源ユニット1の電池ブロック4の残容量を均等化するとき、制御回路2は、残容量の小さい電池ブロック4の充電回路5のみを充電状態として、他の充電回路5を充電状態としない。充電ライン3から供給されるトータル充電電力が制限される状態においては、制御回路2はトータル充電電力で充電できる電源ユニット1の個数を特定する。このとき、制御回路2は電池ブロック4の残容量が小さい電源ユニット1から順番に充電回路5を充電状態とする。トータル充電電力が制限されない状態においては、あらかじめ特定している数、たとえば電池ブロック4の残容量が小さい順に3組の電源ユニット1の充電回路5のみを充電状態として他の充電回路5を充電状態としないで、電源ユニット1の電池ブロック4の残容量を均等化しながら充電する。また、トータル充電電力が制限されない状態においては、残容量が平均値よりも小さい電源ユニット1の充電回路5を充電状態として、他の充電回路5を充電状態としないように制御して均等化することもできる。特定の電源ユニット1の電池ブロック4が充電されて、電池ブロック4の残容量が所定の範囲となるように均等化されると、全ての充電回路5を充電状態として、各々の電源ユニット1の電池ブロック4を充電する。各々の電源ユニット1は、電池ブロック4の満充電を検出して充電回路5の充電状態を停止する。ただ、全ての使用状態で、全ての電源ユニット1の電池ブロック4が満充電されるとは限らない。
When equalizing the remaining capacity of the
船舶が停泊して、発電機20の運転が停止されると、電源ユニット1から放電ライン8に電力を供給する。この状態において、全ての電源ユニット1の電池ブロック4が満充電され、あるいは電池ブロック4の残容量が均等化されていると、制御回路2は全ての出力回路6を動作状態として、全ての電源ユニット1から放電ライン8に電力を供給する。この状態で、電源ユニット1の電池ブロック4に残容量の差があると、制御回路2は、負荷11の最大消費電力よりも大きな電力を出力できる数の電源ユニット1の出力回路6を動作状態とする。このとき、電池ブロック4の残容量が大きい電源ユニット1の出力回路6を順番に動作状態として、残容量の大きい電池ブロック4から放電する。残容量の大きい電池ブロック4が放電されて、電池ブロック4の残容量が均等化されると、制御回路2は全ての電源ユニット1の出力回路6を動作状態として、放電ライン8に電力を供給する。
When the ship is anchored and the operation of the
図2の電源装置は、放電ライン8に直流を出力するので、放電ライン8に接続するDC/ACインバータ12でもって直流を交流に変換して交流機器の負荷11に電力を供給する。図3の電源装置は、放電ライン8に交流を出力するので、放電ライン8に直接に交流機器の負荷11を接続して電力を供給する。
Since the power supply device of FIG. 2 outputs direct current to the
本発明に係る電源装置は、大型の船舶に搭載されて、船舶の電源ラインに電力を供給する電源装置として好適に使用できる。また、太陽電池や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電して、昼間のピーク時や夜間に出力する電源装置等にも適宜利用できる。 The power supply apparatus according to the present invention can be suitably used as a power supply apparatus that is mounted on a large ship and supplies power to the power supply line of the ship. Further, it can be used as appropriate for a power supply device that stores the generated power of natural energy such as a solar battery or wind power generation and outputs it at the peak of the daytime or at night.
1…電源ユニット
2…制御回路
3…充電ライン
4…電池ブロック
5…充電回路
6…出力回路 6A…DC/DCコンバータ
6B…DC/ACインバータ
7…電池コントローラ
8…放電ライン
9…ダイオード
10…通信ライン
11…負荷
12…DC/ACインバータ
20…発電機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
6B ... DC /
Claims (9)
各々の電源ユニット(1)は、充電ライン(3)から入力される電力で充電される複数の電池を備える電池ブロック(4)と、充電ライン(3)から入力される電力で電池ブロック(4)を充電する充電回路(5)と、前記電池ブロック(4)の出力電圧を降圧又は昇圧して出力電圧を一定の電圧に安定化して放電ライン(8)に出力する出力回路(6)と、電池ブロック(4)の残容量を検出して出力回路(6)を制御する電池コントローラ(7)とを備え、
各々の電源ユニット(1)の出力回路(6)が、各々の電源ユニット(1)の電池コントローラ(7)で制御されると共に、
前記制御回路(2)が、各々の電源ユニット(1)の電池ブロック(4)の残容量で動作状態とする出力回路(6)を特定し、動作状態にある出力回路(6)がこれを接続している電池ブロック(4)の電圧を安定化して放電ライン(8)に出力し、停止状態にある出力回路(6)に接続している電池ブロック(4)の放電が停止されて、各々の電源ユニット(1)の電池ブロック(4)から放電ライン(8)に所定の電力が出力されるようにしてなる電源装置。 A plurality of power supply units (1) connected in parallel between the charge line (3) and the discharge line (8), and a control circuit (2) for controlling the power supply unit (1),
Each power supply unit (1) includes a battery block (4) having a plurality of batteries charged with power input from the charging line (3), and a battery block (4 with power input from the charging line (3). Charging circuit (5) for charging), and output circuit (6) for stepping down or boosting the output voltage of the battery block (4) to stabilize the output voltage to a constant voltage and outputting it to the discharge line (8); A battery controller (7) for detecting the remaining capacity of the battery block (4) and controlling the output circuit (6),
The output circuit (6) of each power supply unit (1) is controlled by the battery controller (7) of each power supply unit (1).
The control circuit (2) specifies the output circuit (6) to be activated by the remaining capacity of the battery block (4) of each power supply unit (1), and the output circuit (6) in the activated state identifies this. The voltage of the connected battery block (4) is stabilized and output to the discharge line (8), and the discharge of the battery block (4) connected to the output circuit (6) in the stopped state is stopped, A power supply device configured to output predetermined power from the battery block (4) of each power supply unit (1) to the discharge line (8).
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