JP2016001525A - 液漏れ検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】 接地システムを採用する組電池について、簡易な構成で蓄電池からの電解液の漏れによる地絡を確実に検出することが可能な液漏れ検出システムを提供する。【解決手段】 組電池５の負極端末端子５３側を大地に接地するとともに、所定の電気抵抗値を有する抵抗器９ａを介して筐体６を大地に接地し、組電池５を構成する蓄電池５１からの電解液５１ｉの外部への漏れによって漏電回路が形成された際は、漏電による抵抗器９ａに流れる電流に基づき地絡を検出する。【選択図】 図１

Description

この発明は、組電池を構成する蓄電池から電解液が外部へ漏れることによって生ずる地絡を検出する液漏れ検出システムに関する。

通信用電源の停電に対するバックアップ対策として、複数の蓄電池から構成される組電池が使用されている。組電池は、例えば金属製の筐体に数個の蓄電池が収納されており、複数の筐体を上下方向に積み重ねた状態で使用される。蓄電池は、内部に導電性の電解液が収容されているが、経年劣化等により電解液の一部が外部に漏れ出た場合は地絡が生じ、通信系統の障害を招くという問題がある。そこで、従来から組電池を構成する蓄電池からの電解液の漏れによる地絡を検出することが行われている。

図８は、蓄電池からの電解液の漏れによる従来の地絡検出技術の一例を示している。図８において、ＵＰＳ（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）用整流器１０１は、プラス側電力供給線１０３およびマイナス側電力供給線１０４を介してＵＰＳ用ＩＮＶ（インバータ）回路１０２に直流電力を供給している。プラス側電力供給線１０３とマイナス側電力供給線１０４との間には、停電が発生した場合のバックアップのための組電池１０５が接続されている。組電池１０５を構成する複数の蓄電池１０５ａは筐体１０６に収納されている。筐体１０６は、大地側に接地された接地極１１０ａと接続された接地端子１１０に接続されている。また、プラス側電力供給線１０３とマイナス側電力供給線１０４との間には、二つの抵抗器１０９が直列に接続されている。二つの抵抗器１０９の間の回路は、接地端子１１０に接続されている。ＵＰＳ用整流器１０１の筐体およびＵＰＳ用ＩＮＶ回路１０２の筐体は、それぞれ接地端子１１０に接続されている。

図８においては、組電池１０５は、停電時以外はＵＰＳ用整流器１０１によって常時充電されており、停電発生によってＵＰＳ用整流器１０１からＵＰＳ用ＩＮＶ回路１０２への電力供給ができなくなった際は、組電池１０５が放電を開始し、組電池１０５によってＵＰＳ用ＩＮＶ回路１０２に電力が供給される。図８にでは、組電池１０５を構成する蓄電池１０５ａから電解液が外部に漏れ出た場合は、組電池１０５とＵＰＳ用整流器１０１との間に並列に接続された抵抗器１０９の２等分された中間点を接地することで、地絡時に閉ループ回路を流れる地絡電流Ｉ_５が検出され、地絡検出が可能となる。

従来から組電池の地絡を検出するための技術として、地絡検出装置および地絡検出方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この地絡検出装置は、測定信号として矩形波パルス信号を発生する短波系パルス発生部を有している。

特開２０１１−５３０４２号公報

しかし、図８に示す地絡検出技術は、組電池１０５におけるプラス端末端子およびマイナス端末端子を接地しないＵＰＳ等の非接地システムでは有効であるが、通信用電源で用いられる−４８Ｖ系システムでは、組電池のプラス端末端子を直接接地しているので、蓄電池の液漏れが発生した際でも、図８に示す閉ループ回路を構成することができず、地絡電流が流れないため地絡の検出ができないという問題がある。また、上述の特許文献１は、矩形波パルス信号を用いた地絡検出技術であり、構成が複雑になるという問題がある。したがって、接地システムを採用する通信用電源などのバックアップ用の組電池についても、簡易な構成で電解液の漏れによる地絡を確実に検出するシステムの開発が望まれる。

そこでこの発明は、接地システムを採用する組電池について、簡易な構成で蓄電池からの電解液の漏れによる地絡を確実に検出することが可能な液漏れ検出システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、電解液が封入された複数の蓄電池を金属製の筐体に収納した状態で前記各蓄電池を直列に接続して組電池を形成し、前記組電池を構成する前記蓄電池からの前記電解液の外部への漏れを検出する液漏れ検出システムであって、前記組電池の負極端末端子側を大地に接地するとともに、所定の電気抵抗値を有する抵抗器を介して前記筐体を前記大地に接地し、前記蓄電池からの前記電解液の外部への漏れによって漏電回路が形成された際は、前記漏電による前記抵抗器に流れる電流に基づき地絡を検出することを特徴とする液漏れ検出システムである。

この発明によれば、組電池を構成する蓄電池は金属製の筐体に収納されているので、蓄電池から電解液が漏れ出た場合は、導電性の電解液は金属製の筐体に付着することになる。組電池の負極端末端子側は大地に接地され、筐体は抵抗器を介して大地に接地されているので、電解液が外部に漏れ出た場合は、電解液を介して閉ループの漏電回路が形成される。そして、漏電による電流は抵抗器を介して流れることになるので、抵抗器の電流または電圧を監視することにより地絡の検出が可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液漏れ検出システムにおいて、前記漏電による前記電流により前記抵抗器に生ずる電圧を測定することにより前記地絡を検出することを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の液漏れ検出システムにおいて、前記抵抗器は、前記筐体の複数個所に設けられていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、組電池の負極端末端子側を大地に接地し、抵抗器を介して筐体を大地に接地するようにしたので、接地システムを採用する組電池あっても、蓄電池から外部に漏れ出た電解液を介して閉ループの漏電回路を形成することができ、電解液の漏れによる地絡を確実に検出することができる。これにより、液漏れ発生の見落としを防止することができ、液漏れの発生に伴う障害による稼働を削減することができる。また、抵抗器を用いた地絡検出であるので、矩形波パルス信号を用いる従来技術に対して構成を簡易化することができ、地絡検出の信頼性を高めることができる。

請求項２の発明によれば、漏電による電流により抵抗器に生ずる電圧を測定することにより地絡を検出するようにしたので、通常の電圧計を用いて地絡を検出することができ、システムの構成をさらに簡易化することができる。

請求項３に記載の発明によれば、抵抗器は筐体の複数個所に設けられるので、地絡の有無だけでなく、組電池における電解液の液漏れ位置を特定することができる。

本発明の実施の形態１に係る液漏れ検出システムの概略構成を示す電気回路図である。 図１の液漏れ検出システムに用いられる組電池の拡大正面図である。 図２の組電池の全体正面図である。 図３の組電池の側面図である。 図２の組電池を構成する蓄電池の斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る液漏れ検出システムの概略構成を示す電気回路図である。 本発明の実施の形態３に係る液漏れ検出システムの概略構成を示す電気回路図である。 従来の液漏れ検出の一例を示す電気回路図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１ないし図５は、この発明の実施の形態１に係る液漏れ検出システムを示しており、例えば４８Ｖ系通信用電源のバックアップ用電池における液漏れによる地絡検知に適用した場合を示している。図１において、整流装置１と負荷２は、プラス側電力供給線３およびマイナス側電力供給線４を介して接続されている。整流装置１と負荷２の間には、組電池５が配置されている。組電池５は、２４個の蓄電池（単電池）５１を直列に接続したものから構成されている。この発明の実施の形態１においては、蓄電池５１は、例えば制御弁式据置鉛蓄電池から構成されている。

蓄電池５１は、金属製の筐体６に収納されている。筐体６は、鉄板を箱状に形成したものであり、表面が塗装処理されている。１つの筐体６には、３個の蓄電池５１が収納されており、筐体６は上下方向に積み重ねられて使用される。この実施の形態１においては、図２ないし図４に示すように、４段積の筐体６を２つ隣接して配置することにより、組電池５は少ないスペースでも設置可能となっている。各筐体６は、ボルト（図示略）を介して互いに締結されている。最下段の２つの筐体６は、一対のベース材７を介して地表Ｇ側に固定されている。

図５は、組電池５を構成する蓄電池５１を示している。蓄電池５１は、電槽５１ａと、電槽蓋５１ｂと、正極５１ｃと、負極５１ｄと、安全弁５１ｅと、正極板５１ｆと、負極板５１ｇと、セパレータ５１ｈと、電解液５１ｉとを有している。電槽蓋５１ｂは、箱型に形成された電槽５１ａの開口部を塞ぐためのものであり、例えば電槽５１ａと熱溶着により接合されている。電槽５１ａ内には、複数の正極板５１ｆと負極板５１ｇが収納されており、各正極板５１ｆと各負極板５１ｇはセパレータ５１ｈを介して電気的に絶縁されている。これらの正極板５１ｆと負極板５１ｇとセパレータ５１ｈは、極板群を形成している。

電槽蓋５１ｂの外面側には、正極５１ｃと負極５１ｄと安全弁５１ｅが設けられている。正極５１ｃは、電槽５１ａに収納された正極板５１ｆと電気的に接続されており、負極５１ｄは、電槽５１ａに収納された負極板５１ｇと電気的に接続されている。安全弁５１ｅは、電槽５１ａ内の圧力が所定値を超えた場合に動作し、電槽５１ａ内のガスを外部に放出する機能を有する。正極板５１ｆと負極板５１ｇとセパレータ５１ｈによって形成される極板群には、導電性を有する電解液５１ｉｈが含浸されている。

図２に示すように、組電池５を構成する２４個の蓄電池５１は、接続板５４〜５６を介して電気的に直列に接続されている。図２における最上段の右端に位置する蓄電池５１の正極には正極端末端子板５２が接続されている。同様に、図２における最上段の左端に位置する蓄電池５１の負極には負極端末端子板５３が接続されている。正極端末端子板５２および負極端末端子板５３は、上方に延びている。

図１に示すように、組電池５は、整流装置１と負荷２の間に配置されている。整流装置１は、商用交流電力を直流電力に変換する機能を有している。負荷２は、例えば電話等の通信に使用される通信機器から構成されている。整流装置１は、負荷２への電力供給を行うとともに、商用電源の停電時を除き、組電池５の充電を行う機能を有している。組電池５は、停電によって商用交流電力の供給が停止し、整流装置１から負荷２への電力供給ができなくなった際に放電を開始し、この放電によって負荷２に電力を供給する機能を有している。組電池５の正極端末端子板５２は、プラス側電力供給線３に接続されている。組電池５の負極端末端子板５３は、マイナス側電力供給線４に接続されている。

組電池５の負極端末端子５３は、負極端末端子接地回路４ａを介して地表Ｇ側の大地に接地されている。すなわち、負極端末端子５３は、図２に示すように、負極端末端子接地回路４ａに接続されており、負極端末端子接地回路４ａの終端は接地極１０ａを介して大地に接地されている。組電池５を構成する蓄電池５１を収納する筐体６は、所定の電気抵抗値を有する抵抗器９ａを介して地表Ｇ側に位置する大地に接地されている。すなわち、抵抗器９ａは、図１に示すように、一方が筐体６に接続されており、他方が筐体接地回路８および接地極１０ｂを介して大地に接地されている。この実施の形態１においては、抵抗器９ａの一方は、組電池５における上下方向の中間に位置する筐体６の枠部と電気的に接続されている。筐体６の表面は、塗装処理が施されているが、抵抗器９ａはネジ等を用いて筐体６の金属部位と電気的に接続されている。

抵抗器９ａには、電圧計（図示略）が接続されている。抵抗器９ａは、所定の電気抵抗値を有しており、蓄電池５１からの電解液５１ｉの外部への漏れによって漏電回路が形成された際は、漏電によって流れる電流に基づき電圧が生じるようになっている。抵抗器９ａは、抵抗値が一定である固定抵抗から構成されており、地絡電流に対して十分に耐えられる特性を有している。電圧計は、抵抗器９ａを流れる電流によって抵抗器９ａに生じる電圧を計測することで、電解液５１ｉの漏れによる地絡の検出が可能となっている。抵抗器９ａに接続された電圧計によって計測された電圧は、例えば遠方の監視個所に送信可能となっている。

つぎに実施の形態１に係る液漏れ検出システムにおける液漏れ検出手順および作用について説明する。

従来では、電話の通信にリレー（電磁式継電器）が採用され、リレーの電磁コイルの電食を防止するために、バックアップ用電源についてはプラス側を接地することが行われてきた。しかし、現在では電話の通信にリレーは使用されなくなったため、プラス側を接地することが必ずしも要求されないことから、本願発明においては、組電池５の負極端末端子５３側を大地に接地することで、蓄電池５１からの電解液５１ｉの漏れ検出を可能にしている。

組電池５を構成する複数の蓄電池５１について、電解液５１ｉの外部への漏れが生じていない状態では、漏電回路は形成されない。したがって、抵抗器９ａには電流は流れず、抵抗器９ａには電圧は生じない。蓄電池５１においては、運用条件や経年劣化により電槽５１ａ内に収容されている電解液５１ｉの一部が外部に漏れ出ることがある。

組電池５を構成する複数の蓄電池５１の特定位置Ｆから電解液５１ｉが外部に漏れ出た場合は、導電性の電解液５１ｉは正極５１ｃまたは負極５１ｄを伝わり、金属製の筐体６に付着することになる。ここで、組電池５の負極端末端子５３は、負極端末端子接地回路４ａおよび接地極１０ａを介して大地に接地されており、筐体６に接続された抵抗器９ａは、筐体接地回路８および接地極１０ｂを介して大地に接地されているので、電解液５１ｉが金属製の筐体６に付着した状態では、電解液５１ｉを介して閉ループの漏電回路が形成されることになる。これにより、図１に示すように、抵抗器９ａには、地絡電流Ｉ_２と充電電流の分流電流Ｉ_３が流れることになるので、抵抗器９ａに生ずる電圧を電圧計で計測することにより電解液５１ｉの漏れによる地絡の検出が可能となる。

このように、組電池５の負極端末端子５３側を大地に接地し、抵抗器９ａを介して筐体６を大地に接地するようにしたので、組電池５を構成する蓄電池５１から外部に漏れ出た電解液５１ｉを介して閉ループの漏電回路を形成することができ、電解液５１ｉの漏れによる地絡を確実に検出することができる。これにより、液漏れ発生の見落としを防止することができ、液漏れの発生に伴う障害による稼働を削減することができる。また、抵抗器９ａを用いた地絡検出であるので、矩形波パルス信号を用いる従来技術に対して構成を簡易化することができ、地絡検出の信頼性を高めることができる。さらに、漏電による電流によって抵抗器９ａに生ずる電圧を測定することにより地絡を検出するようにしたので、通常の電圧計を用いて地絡を検出することができ、システムの構成をさらに簡易化することができる。抵抗器９ａに接続された電圧計によって計測された電圧は、遠方の監視個所に送信可能となっているので、遠隔地でも地絡の発生を把握することができる。

（実施の形態２）
図６は、この発明の実施の形態２に係る液漏れ検出システムを示している。実施の形態２が実施の形態１と異なるところは、液漏れ位置を特定するための構成であり、その他の部分は実施の形態１に準ずるので、準ずる部分に実施の形態１と同一の符号を付すことにより、準ずる部分の説明を省略する。後述する他の実施の形態についても同様とする。

図６は、組電池５からの液漏れが特定位置Ｆの１個所である場合を示している。筐体６には、３つの抵抗器９ａ、９ｂ、９ｃが接続されている。抵抗器９ｂ、９ｃの仕様は、実施の形態１で説明した抵抗器９ａに準じている。３つの抵抗器９ａ、９ｂ、９ｃは、上下方向または水平方向に離れて配置されている。第１の抵抗器９ａは、図６に示すように、筐体接地回路８に接続されており、筐体接地回路８の終端は接地極１０ｂを介して大地に接地されている。同様に、第２の抵抗器９ｂは接地極１０ｂを介して大地に接地されており、第３の抵抗器９ｃも接地極１０ｄを介して大地に接地されている。

このように構成された実施の形態２においては、液漏れ位置Ｆからの電解液の液漏れによる地絡回路は電気抵抗が最小となるルートで形成される。この場合は、第２の抵抗器９ｂを経由する回路で最も電気抵抗が低くなるので、第２の抵抗器９ｂのみに液漏れによる地絡電流Ｉ_２が流れることになる。そして、第２の抵抗器９ｂには地絡電流Ｉ_２による電圧が発生するので、第２の抵抗器９ｂが配置されている位置を電解液の漏れ位置であると特定することができる。このように、組電池５における複数の位置に抵抗器９ａ、９ｂ、９ｃをそれぞれ配置することにより、地絡の有無だけでなく、組電池５における電解液５１ｉの液漏れ位置を特定することができる。

（実施の形態３）
図７は、この発明の実施の形態３に係る液漏れ検出システムを示している。図７は、組電池５における電解液の液漏れが複数の液漏れ位置Ｆ_１、Ｆ_２で生じた場合を示している。筐体６には、実施の形態２と同様に３つの抵抗器９ａ、９ｂ、９ｃが接続されており、各抵抗器９ａ、９ｂ、９ｃは、上下方向または水平方向に離れて配置されている。第１の抵抗器９ａは、接地極１０ｂを介して大地に接地されている。第２の抵抗器９ｂは、接地極１０ｃを介して大地に接地されている。第３の抵抗器９ｃは、接地極１０ｄを介して大地に接地されている。この実施の形態３においては、電解液の漏れが生じている液漏れ位置Ｆ_１は、第１の抵抗器９ａと第２の抵抗器９ｂとの間にあり、同様に電解液の漏れが生じている液漏れ位置Ｆ_２は、第２の抵抗器９ｂと第３の抵抗器９ｃとの間にある。

このように構成された実施の形態３においては、第２の抵抗器９ｂには地絡電流Ｉ₁が流れ、第３の抵抗器９ｃには地絡電流Ｉ₁から地絡電流Ｉ_２を減算した電流が流れる。ここで、地絡電流Ｉ₁と地絡電流Ｉ_２は電流値に相違が生じるが、地絡電流Ｉ₁と地絡電流Ｉ_２は充電電流の分流電流Ｉ_３に対して電流値が極めて大きくなるので、抵抗器９ｂ、９ｃ生じる電圧は抵抗器９ａに生じる電圧よりも著しく高くなり、抵抗器９ｂ、９ｃによる液漏れ個所の特定が可能となる。このように、組電池５における複数の位置に抵抗器９ａ、９ｂ、９ｃをそれぞれ配置することにより、複数の液漏れ位置Ｆ_１、Ｆ_２があってもそれぞれの液漏れ個所の検知が容易となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態１〜３では、蓄電池５１は制御弁式据置鉛蓄電池から構成されているが、蓄電池５１は、制御弁式据置鉛蓄電池に限定されることはなく、電解液を有するリチウムイオン二次電池にであってもよいし、これ以外の種類の蓄電池であってもよい。また、上記の実施の形態１〜３では、組電池５は、通信用電源の停電に対するバックアップ用として用いられるが、組電池は通信用電源に限定されず、他の装置の組電池にも適用可能である。

１ 整流装置
２ 負荷
３ プラス側電力供給線
４ マイナス側電力供給線
５ 組電池
５１ 蓄電池
５１ｉ 電解液
５３ 負極端末端子板
６ 筐体
９ａ 第１の抵抗器（抵抗器）
９ｂ 第２の抵抗器（抵抗器）
９ｃ 第３の抵抗器（抵抗器）
１０ａ 接地極
１０ｂ 接地極
１０ｃ 接地極
１０ｄ 接地極

Claims (3)

1. 電解液が封入された複数の蓄電池を金属製の筐体に収納した状態で前記各蓄電池を直列に接続して組電池を形成し、前記組電池を構成する前記蓄電池からの前記電解液の外部への漏れを検出する液漏れ検出システムであって、
   前記組電池の負極端末端子側を大地に接地するとともに、所定の電気抵抗値を有する抵抗器を介して前記筐体を前記大地に接地し、前記蓄電池からの前記電解液の外部への漏れによって漏電回路が形成された際は、前記漏電による前記抵抗器に流れる電流に基づき地絡を検出することを特徴とする液漏れ検出システム。
2. 前記漏電による前記電流により前記抵抗器に生ずる電圧を測定することにより前記地絡を検出することを特徴とする請求項１に記載の液漏れ検出システム。
3. 前記抵抗器は、前記筐体の複数個所に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の液漏れ検出システム。

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