JP2017011874A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力供給源となる発動発電機の燃料管理をタイムリーに行ってその稼働状況を監視し、安定に電力を供給できる電源装置を得る。【解決手段】 発動発電機の稼働時間と、稼働中の供給電力を計測し、あらかじめ設定された発動発電機の電力稼働特性に基づいて発動発電機の燃料消費量を算出し、さらに残燃料量を推定してその結果を継続的に表示する。また、電力供給源として、発動発電機に加えて二次電池も備え、発動発電機の不測の停止等の場合には、停止直後からの所定時間のあいだは二次電池から電力を供給する。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、発動発電機を含む電源装置に関する。

従来より、発動発電機を電力供給源とする電源装置等は、電力供給インフラが整備されていない野外等において、各種の装置器材等に必要な電力を供給する装置として用いられている。この種の電源装置では、発動機の発する騒音を避けるために、発動発電機部分は、電力供給を受けて動作する各種の機器等、あるいはこれらの機器を操作する操作員から離れた場所に配置されることが多い。

また、発動発電機を稼働させるには燃料を必要とするが、発動発電機の稼働中に、燃料消費の状況等についての監視情報は特に出力されず、加えて、燃料消費量は負荷となる各種の機器等に供給する電力に応じて変化するため、残燃料量の確認や燃料補充の要否については、例えばその都度、操作員等が直接目視で確認するなど、人手を介在した確認が中心となる。このため、発動発電機部分を操作員から離れた場所に配置した場合には、残燃料量の確認や燃料の補充を含む燃料管理を、必ずしもタイムリーに実施することが困難なこともあり、そのような場合には、発動発電機が突然停止してしまう虞もあった。そして、その結果、負荷側への電力供給が遮断され、負荷装置側に影響を及ぼすことがあった。

特開２０１１−２３９５２３号公報

このように、発動発電機を含む従来の電源装置等では、離れた場所に配置された発動発電機の動作状態の監視とともに、特に、負荷側への電力供給量に対応した残燃料量のきめ細かな管理など、タイムリーな燃料管理が望まれていた。また、発動発電機が突然停止した場合には、直後の所定の時間は必要な電力を継続して負荷装置側に供給するなど、不測の事態を含み発動発電機の突然の停止による影響を極力抑えることが望まれていた。

本実施の形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、電力供給源となる発動発電機の燃料管理をタイムリーに行ってその稼働状況を監視し、安定に電力を供給できる電源装置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、本実施形態の電源装置は、本体と離間して設置された電力供給源の発動発電機と、前記本体として、前記発動発電機から供給される電力を負荷に合わせて変換し出力する電力変換部と、前記発動発電機と前記電力変換部とを接続する電力線の経路の途中に設けられ、前記発動発電機から前記電力変換部に供給される電流及び電圧、ならびに前記発動発電機の稼働時間に基づいて、前記発動発電機の残燃料量を推定する燃料監視部とを備えたことを特徴とする。

さらに、前記電力線の経路の前記燃料監視部の後段に設けられ、前記発動発電機の電力で充電されるとともに、前記発動発電機の異常停止直後には前記電力変換部に電力を供給する蓄電部を備えたことを特徴とする。

本実施形態に係る電源装置の構成の一例を示すブロック図。 発動発電機２の供給電力と稼働可能時間との関係である電力稼働特性の一例を示す図。 図１に例示した電源装置の動作を説明するためのフローチャート。

以下に、本発明の実施形態に係る電源装置を実施するための最良の形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る電源装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に例示したように、この電源装置１は、発動発電機２、及び装置本体３から構成されている。発動発電機２は、装置本体３から離間して配置されており、内蔵する発動機で発電機を駆動して所定の電力を発電し、電力線８を経由して装置本体３に供給する。装置本体３は、発動発電機２以外のこの電源装置１の主要な構成品を収容した部分であり、発動発電機２の稼働状況を監視しつつ、電力線８経由で供給される電力を変換し、電力線９に出力する。装置本体３内には、燃料監視部４、及び電力変換部５に加え、本実施例においては、これら２つの構成部位を接続する電力経路の途中に蓄電部６を備えている。

燃料監視部４は、装置本体３内において、発動発電機２と後述の電力変換部５とを接続する電力線８の途中（図１中では８ａ〜８ｂ間）に設けられており、発動発電機２の稼働時間と電力線８を経由して供給される電力量とに基づいて、発動発電機２の残燃料量の推定を含む稼働状況を監視する。なお、残燃料量の推定については、後段で詳述する。電力変換部５は、発動発電機２から電力線８を経由して供給される電力を負荷７に合わせて変換し、電力線９に出力する。本実施例では、後述するが、蓄電部６をＤＣで動作させているので、この電力変換部５は、例えば、ＤＣ／ＡＣインバータ等を中心に構成される。

ここに、燃料監視部４は、計測部４１、及び制御部４２を備えている。計測部４１は、電力線８を経由して発動発電機２から電力変換部５に供給される電力を計測し、その結果を制御部４２に通知する。また、本実施例においては、計測部４１は気圧も計測し、その結果を同様に制御部４２に通知する。

制御部４２は、計測部４１からの計測結果、及び発動発電機２の稼働時間に基づいて、発動発電機２の残燃料量の推定を含む燃料管理を中心にその稼働状況を監視し、結果を表示器等（図示せず）に表示する。表示内容としては、燃料管理については残燃料量の推定結果を含み、また、これに関連づけて発動発電機２の連続稼働が可能な残時間等、さらには、本実施例においては、計測した電力値に基づき検出した、発動発電機２の異常停止状態を通知するためのアラーム表示を含むものとしている。さらに、制御部４２は、図示しないが、発動発電機２の発電開始／停止や燃料量の再設定等、発動発電機２の稼働状況監視に関連して操作員等が行う各種操作を受けつける操作パネルも備えているものとしている。

次に、本実施例における残燃料量の推定について、以下に説明する。本実施例においては、燃料が満杯の状態から発動発電機２を稼働させた場合における、供給電力と稼働可能時間との関係を表す電力稼働特性が、気圧変化を含めてあらかじめ設定されている。この電力稼働特性の一例をモデル化して図２に示す。図２の事例は、縦軸を供給電力（ＫＷ）、横軸を稼働可能時間（Ｈ）として、両者の関係を、気圧の変化を含めてグラフ化して示した一例である。

気圧については、標準値に対して高い場合には、図２グラフの傾きが緩くなって稼働可能時間が延びる方向に変化し、低い場合には、その反対に傾きが急になって稼働時間が短くなる方向に変化する。本実施例では、気圧を含む計測部４１での計測結果と発動発電機２の既稼働時間とに基づいて、あらかじめ設定されたこの図２のようなグラフを参照しながら、消費した燃料量を積算し残燃料量を推定している。このように、残燃料量を推定し更新することによって、推定時以降の発動発電機２の稼働可能な残時間や給油時期等について適切に対応することができ、タイムリーな燃料管理を実施することができる。

さらに、本実施例においては、装置本体３内に蓄電部６を備えている。蓄電部６は、装置本体３内において、燃料監視部４と電力変換部５との間の電力線８の途中（図１中では８ｂ〜８ｃ間）に設けられており、本実施例では充放電部６１、及び二次電池６２から構成されている。

充放電部６１は、発動発電機２が稼働中には、その供給電力を電力線８から受けとって、所定のＤＣ電力に変換して電力線８ｃ経由で電力変換部５に出力するとともに、このＤＣ電力で二次電池６２を充電する。また、発動発電機２からの電力供給の停止が検出された場合には、二次電池６２に蓄電された電力を、電力線８ｃ経由で後段の電力変換部５に出力する。二次電池６２は、例えば、複数の単位電池セルを多直列多並列に接続して、あらかじめ所望する電力容量に構成した二次電池モジュールである。

そして、蓄電部６は、発動発電機２が稼働中には、その供給電力で二次電池６２を充電するとともに、発動発電機２に不測の停止等の事象が発生した場合には、その直後から二次電池６２の電力容量に対応する所定の時間、発動発電機２に代わって二次電池６２から電力変換部５に電力を供給する。このように、蓄電部６は、発動発電機２に予期せぬ停止が起こった場合にも、その後の所定の時間は電力の供給を継続することができるので、この電源装置１から電力の供給を受けて動作する負荷装置７への影響を極力抑えることができる。

次に、前出の図１及び図２、ならびに図３のフローチャートを参照して、上述のように構成された本実施形態の電源装置１の動作について説明する。図３は、この電源装置１の動作を説明するためのフローチャートである。

発動発電機２への給油等を含み、電源装置１の動作を開始するための一連の準備が完了すると、装置本体３とは離間して設置された発動発電機２が稼働され、発電された電力が電力線８を経由して装置本体３に供給される。供給された電力は、装置本体３内で電力線８の途中に設けられた燃料監視部４内の計測部４１、及び蓄電部６内の充放電部６１を経由して電力変換部５に送られ、さらに電力変換部５で負荷に適合した電力に変換された後、電力線９から出力される（ＳＴ３０１）。

このときに、発動発電機２から電力変換部５に供給される電力が、その供給ラインである電力線８上において計測される。すなわち、計測部４１は、この電力線８を流れる電流及び電圧を計測する。また、本実施例においては、計測部４１は、気圧も同時に計測するものとしている。これらの計測は継続的に行われ、計測結果は、制御部４２に送出される（ＳＴ３０２）。

次いで、計測部４１の計測結果に基づいて、発動発電機２が正常に稼働しているか否かが判定される。すなわち、制御部４２は、計測部４１で測定した電流及び電圧値を受けとって、それらの値があらかじめ設定された正常な範囲の値であるか否かを判定する（ＳＴ３０３）。その結果、正常であれば（ＳＴ３０３のＹ）、発動発電機２の残燃料量の推定が行われる。

すなわち、制御部４２は、あらかじめ、図２に例示したような発動発電機２の電力稼働特性を内部に保持しており、制御部４２は、計測部４１からの電流及び電圧値の計測結果に気圧を加味して、この電力稼働特性のグラフを参照し、発動発電機２の供給電力を既稼働時間で積算することによって消費した燃料量を算出するとともに、この算出値を稼働開始時の燃料量から差し引いて残燃料量を推定する（ＳＴ３０４）。

なお、残燃料量以外に、例えば、燃料消費率や、推定時以降の負荷への供給電力を予測しての、発動発電機２の稼働可能な残時間、連続稼働に必要な燃料の給油時期といった、燃料管理に関する他の情報パラメータ等への変換あるいは推定も、この動作ステップでの一連の算出・推定処理の中で実行可能である。そして、これらの推定結果は、燃料管理の情報として、例えば装置本体３に設けられた表示器等（図示せず）に表示される（ＳＴ３０５）。さらにこの後は、本電源装置１あるいは発動発電機２の動作終了が指示されるまで、上記したＳＴ３０２からの動作ステップを繰り返す（ＳＴ３０６のＮ）。

一方、発動発電機２の稼働状況を判定するＳＴ３０３の動作ステップにおいて、異常と判定された場合（ＳＴ３０３のＮ）、発動発電機２は予期せぬ状況で停止しているものと判断し、制御部４２は、発動発電機２が停止している旨のアラームを出力する。このアラームは、例えば表示器等に警報表示される（ＳＴ３０７）。これと同時に、発動発電機２に代わって、蓄電部６から電力の供給が開始される。すなわち、蓄電部６の充放電部６１は、上記した発動発電機２の異常判定と同期して二次電池６２に充電された電力を電力線８ｃに供給し、負荷への電力供給を継続する。この二次電池６２からの電力供給は、二次電池６２の有する電力容量に対応した時間、継続することができる（ＳＴ３０８）。

そして、この後は、動作終了指示により発動発電機２を停止した場合を含め（ＳＴ３０６のＹ、ＳＴ３０９）、燃料管理を含む動作監視情報等を、電源装置１の稼働履歴として制御部４２内に記録して、動作を終了する（ＳＴ３１０）。

以上説明したように、本実施例においては、電力供給源である発動発電機２の稼働時間と、稼働中の供給電力を計測し、あらかじめ設定された発動発電機２の電力稼働特性に基づいて、発動発電機２の燃料消費量を算出し、さらに残燃料量を推定して、その結果を継続的に表示出力している。これにより、発動発電機２と装置本体３とが離間して配置されている場合でも、推定時以降の発動発電機２の稼働可能時間や給油時期等について、本体装置３側で適切に判断することができ、タイムリーな燃料管理を実施することができる。

また、電力供給源として、発動発電機２に加えて二次電池６２を含む蓄電部６も備えた、いわゆるハイブリッド型の電源装置として構成されており、発動発電機２の不測の停止等の場合には、停止直後からの所定時間のあいだは蓄電部から電力を供給できるので、発動発電機２停止による負荷側への影響を低減することができる。

従って、発動発電機の不測の停止時にも負荷側への電力遮断の影響を抑えつつ、タイムリーな燃料管理を行って、発動発電機を安定に稼働させながら電力を供給することができる。

なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 電源装置
２ 発動発電機
３ 装置本体
４ 燃料監視部
５ 電力変換部
６ 蓄電部
７ 負荷
８、９ 電力線
４１ 計測部
４２ 制御部
６１ 充放電部
６２ 二次電池

Claims (5)

1. 本体と離間して設置された電力供給源の発動発電機と、
   前記本体として、
   前記発動発電機から供給される電力を負荷に合わせて変換し出力する電力変換部と、
   前記発動発電機と前記電力変換部とを接続する電力線の経路の途中に設けられ、前記発動発電機から前記電力変換部に供給される電流及び電圧、ならびに前記発動発電機の稼働時間に基づいて、前記発動発電機の残燃料量を推定する燃料監視部と
   を備えたことを特徴とする電源装置。
2. 前記残燃料量の推定は、あらかじめ設定された、前記発動発電機を燃料が満杯の状態から稼働させた場合の供給電力と稼働可能時間との関係に基づき推定することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記燃料監視部は、さらに気圧の測定結果を加えて前記残燃料量の推定を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
4. 前記燃料監視部は、前記発動発電機から供給される電流及び電圧に基づき前記発動発電機の異常停止を検出した際は、アラームを出力することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. さらに、前記電力線の経路の前記燃料監視部の後段に設けられ、前記発動発電機の電力で充電されるとともに、前記発動発電機の異常停止直後には前記電力変換部に電力を供給する蓄電部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。