JP2024036045A - 部品交換方法及び電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電源供給装置と負荷との間の電源供給線に設けられた部品を交換する場合でも、負荷への電源供給を継続させる。
【解決手段】電池パック１０は、直流電源を負荷４０に対して供給する直流電源供給装置である。負荷４０への電源供給ラインの途中には、ヒューズ２０が設けられている。負荷４０への電源供給ライン上には交換対象の部品であるヒューズ２０の前後の電路を遮断するためのヒューズブレーカ３１、３２が設けられている。保守用ボックス装置６０は、交換対象の部品であるヒューズ２０と並列に接続されることにより負荷４０への電源供給を継続させるために電源供給ラインとの間で３極ブレーカ７０を介してコネクタにより脱着可能に構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、部品交換方法及び電源回路に関する。

直流電源供給装置から負荷に対して直流電源を供給する際に、直流電源供給装置と負荷の間の電源供給線にヒューズ素子等の部品を設けて負荷に異常電流が流れることを防いで電池の故障を防止するような回路構成が用いられる場合がある。そして、ヒューズ素子等の部品には耐用年数が決められている場合があり、経年劣化等による不具合の発生を防止するために定期交換が必要な場合がある。

ここで、電源供給線上に設けられた部品を交換する場合には、通常では、直流電源供給装置から負荷への電源供給を一旦停止しなければならない。しかし、負荷の種類によっては、負荷への電源供給を停止することはできず電源供給を継続することが要求される場合がある。

このような部品交換を不要にする技術として、例えば特許文献１に開示されたような技術が存在する。この特許文献１には、ヒューズ交換を不要にして、障害復帰後も回路を動作させるようにした保護回路が開示されている。

特開平１１－１９６５２７号公報

しかし、上記で説明した特許文献１記載の技術では、ヒューズの代わりに過電流・加熱保護素子を用いて負荷回路に流れる異常電流を遮断するようにしているため、この過電流・加熱保護素子を経年劣化等により交換しなければならなくなるといずれにしろ負荷回路への電源供給を遮断せざると得ない。

本発明の目的は、直流電源供給装置と負荷との間の電源供給線に設けられた部品を交換する場合でも、負荷への電源供給を継続させることが可能な部品交換方法及び電源回路を提供することである。

本発明の第１態様の部品交換方法は、直流電源供給装置と負荷との間の電源供給線に設けられた部品を交換するための部品交換方法であって、
交換対象の部品と並列に接続されることにより前記負荷への電源供給を継続させるために電源供給線との間で第１の遮断器を介して脱着可能に構成されたバイパス装置の前記遮断器を開状態とする工程と、
前記バイパス装置を、交換対象の部品と、当該部品の前後の電路を遮断するための第２の遮断器とを含む回路と並列に接続する工程と、
前記バイパス装置の前記第１の遮断器を閉状態とする工程と、
前記第２の遮断器を開状態とする工程と、
交換対象の部品を別の部品と交換する工程と、
前記第２の遮断器を閉状態とする工程と、
前記バイパス装置の前記第１の遮断器を開状態とする工程と、
前記バイパス装置を前記電源供給線から取り外す工程とを備えている。

また、本発明の第２態様の部品交換方法は、交換対象の前記部品が、設定された値以上の電流が流れることにより溶断するヒューズであり、
前記バイパス装置には少なくとも１つのヒューズが含まれる。

また、本発明の第３態様の部品交換方法は、前記第２の遮断器が、交換対象の前記部品の前後に加えて前記負荷とグランド線との間を連動して遮断可能な３極構成のブレーカであり、
前記第１の遮断器が、前記バイパス装置が前記電源供給線に接続された際に、前記電源供給線との間に加えて前記負荷とグランド線との間の接続状態を切り替え可能に構成された３極構成のブレーカである。

さらに、本発明の第４態様の電源回路は、負荷に対して直流電源を供給する直流電源供給装置と、
前記直流電源供給装置と前記負荷との間の電源供給線に設けられた交換対象の部品と、
交換対象の部品と並列に接続されることにより前記負荷への電源供給を継続させるために電源供給線との間で第１の遮断器を介して脱着可能に構成されたバイパス装置と、
交換対象の前記部品の前後の電路を遮断するための第２の遮断器とを備えている。

また、本発明の第５態様の電源回路は、交換対象の前記部品が、設定された値以上の電流が流れることにより溶断するヒューズであり、
前記バイパス装置には少なくとも１つのヒューズが含まれる。

また、本発明の第６態様の電源回路は、前記第２の遮断器が、交換対象の前記部品の前後に加えて前記負荷とグランド線との間を連動して遮断可能な３極構成のブレーカであり、
前記第１の遮断器が、前記バイパス装置が前記電源供給線に接続された際に、前記電源供給線との間に加えて前記負荷とグランド線との間の接続状態を切り替え可能に構成された３極構成のブレーカである。

本発明によれば、直流電源供給装置と負荷との間の電源供給線に設けられた部品を交換する場合でも、負荷への電源供給を継続させることが可能となる。

本発明の一実施形態の電源供給システムの回路構成を示す図である。 ある１つの負荷周辺の回路構成を説明するための図である。 負荷４０への電源供給を中断することなくヒューズ２０を交換する際に用いる保守用ボックス装置６０の回路構成を示す図である。 ヒューズ２０を交換するために、図３に示した保守用ボックス装置６０を電源供給システムに接続した状態を示す図である。 保守用ボックス装置６０を電源供給システムに接続した状態における、ヒューズブレーカ３１、３２、負荷ブレーカ３３、ヒューズ２０と、ヒューズブレーカ７１、７２、負荷ブレーカ７３、ヒューズ８０との接続関係を示す回路図である。 保守用ボックス装置６０の３極ブレーカをオープン状態からクローズ状態とした状態を示す回路図である。 ３極ブレーカ３０をクローズ状態からオープン状態とした状態を示す回路図である。 ヒューズ２０を別の部品であるヒューズ２０Ａと交換する様子を説明するための図である。 ヒューズ２０をヒューズ２０Ａに交換した後に、３極ブレーカ３０をオープン状態からクローズ状態とした状態を示す回路図である。 保守用ボックス装置６０の３極ブレーカ７０をクローズ状態からオープン状態とした状態を示す回路図である。 保守用ボックス装置６０を電源供給ラインから取り外す様子を説明するための図である。 ２極構成のブレーカを用いた電源回路における部品交換方法を説明するための回路図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態の電源供給システムの回路構成を示す図である。

本実施形態における電源供給システムでは、電池パック１０から供給される直流電源を複数の負荷４０に供給するような構成となっている。具体的には、本実施形態の電源供給システムでは、電池パック１０、蓄電池ブレーカ１３、ヒューズ２０、ヒューズブレーカ３１～３３により電源回路が構成されており、この電源回路により負荷４０への電源供給が行われている。

ここで、電池パック１０は、リチウムイオン電池１１とヒューズ１２とから構成されていて、例えば４８Ｖ、１００Ｖのような電圧の直流電源を負荷４０に対してそれぞれ供給する直流電源供給装置である。ヒューズ１２は、電池パック１０に内蔵された回路保護素子であり、設定された値以上の電流が流れることにより溶断するよう構成されている。

しかし、図１に示したような電源供給システムでは、１つの電池パック１０から複数の負荷４０に対して直流電源を供給しているため、ある負荷４０において短絡事故等が発生した場合に、ヒューズ１２が溶断したのでは全ての負荷４０に対する直流電源の供給が停止してしまう。

そのため、図１に示した電源供給システムでは、負荷４０のそれぞれに対してヒューズ２０を設けるようにして、ある負荷４０において短絡事故等が発生した場合でも、全ての負荷４０に対する直流電源の供給が停止しないようにしている。

なお、図１では、負荷４０のそれぞれに対する電源供給ライン（電源供給線）上において同様な回路が構成されているが、以下の説明においてはある１つの負荷４０に関する回路構成のみを用いて説明するものとする。

この図１に示した電源供給システムでは、腐食等の経年劣化による弊害を防止するためヒューズ２０の定期交換が必要となる。そのため、例えば予め設定された数年毎にヒューズ２０の定期交換が行われる。

しかし、供給された直流電源により動作する負荷４０が例えば、ビルのセキュリティシステムのようなものである場合、例えヒューズ２０を交換する場合でも負荷４０への電源供給を中断することが許されない場合がある。

そこで、本実施形態の電源供給システムでは、下記で説明するような部品交換方法を用いることにより、電池パック１０と負荷４０との間の電源供給ラインに設けられたヒューズ２０を交換する場合でも、負荷４０への電源供給を継続させるようにしている。つまり、本実施形態における部品交換方法により、負荷４０への電源供給を中断することなく、電池パック１０と負荷４０との間の電源供給ラインに設けられたヒューズ２０を交換可能としている。

図１に示した電源供給システムでは、電池パック１０からの直流電源は蓄電池ブレーカ１３を介して、各負荷４０への電源供給ラインに直流電源を供給している。

電池パック１０と負荷４０との間の電源供給ラインにはそれぞれヒューズ２０が設けられている。このヒューズ２０は警報機能付きのヒューズであってもよいし、警報機能が付いていないヒューズであってもよい。以下においては、このヒューズ２０が、交換対象の部品である場合について説明する。そして、各負荷４０への電源供給ライン上には交換対象の部品であるヒューズ２０の前後の電路を遮断するためのヒューズブレーカ（遮断器）３１、３２がそれぞれ設けられている。

さらに、負荷４０とグランドライン（グランド線）との間には、負荷ブレーカ３３がそれぞれ設けられている。

なお、負荷４０への電源供給を中断することなくヒューズ２０を交換可能とするために、ヒューズブレーカ３１の電池パック１０側にはコネクタ接続部５１が設けられ、ヒューズブレーカ３２の負荷４０側にはコネクタ接続部５２が設けられている。さらに、負荷４０と負荷ブレーカ３３との間にはコネクタ接続部５３が設けられ、負荷ブレーカ３３とグランドラインとの間にはコネクタ接続部５４が設けられている。このコネクタ接続部５１～５４の利用方法については後述する。

ここで、２つのヒューズブレーカ３１、３２と、負荷ブレーカ３３は、実際には図２に示すように１つの３極ブレーカ３０により構成されている。図２は、ある１つの負荷周辺の回路構成を説明するための図である。ここで、３極ブレーカ３０とは、極数が３のブレーカであることを意味する。ここで、極数とは、配線を接続可能な電極（端子）の数を意味し、極数が３のブレーカであれば、３つの配線の電流を遮断可能な構成であることを意味する。

３極ブレーカ３０を構成する２つのヒューズブレーカ３１、３２と負荷ブレーカ３３は、オープン状態（開状態）とクローズ状態（閉状態との間を連動して切り替える可能に構成されている。

つまり、図２に示すように３極ブレーカ３０は、交換対象の部品であるヒューズ２０の前後の電路に加えて、負荷４０とグランドラインとの間を連動して遮断可能な３極構成のブレーカとなっている。

次に、負荷４０への電源供給を中断することなくヒューズ２０を交換する際に用いる保守用ボックス装置６０の回路構成を図３に示す。

保守用ボックス装置６０は、３極ブレーカ７０と、ヒューズ８０とから構成されている。３極ブレーカ７０は、２つのヒューズブレーカ７１、７２と、負荷ブレーカ７３とにより構成されている。

なお、本実施形態では、交換対象の部品が、設定された値以上の電流が流れることにより溶断するヒューズ２０である。そのため、保守用ボックス装置６０には、少なくとも１つのヒューズ８０が含まれている。このように保守用ボックス装置６０にヒューズ８０が含まれているのは、ヒューズ２０の交換の際においても負荷４０に異常電流が流れることを防ぐためである。なお、ヒューズ８０は、交換対象のヒューズ２０と同程度の定格電流が設定されたものとなっている。

そして、保守用ボックス装置６０は、交換対象の部品であるヒューズ２０と並列に接続されることにより負荷４０への電源供給を継続させるために電源供給ラインとの間で３極ブレーカ７０を介してコネクタにより脱着可能に構成されたバイパス装置である。
３極ブレーカ７０は、保守用ボックス装置６０が電源供給ラインに接続された際に、電源供給ラインと保守用ボックス装置６０との間に加えて負荷４０とグランド線との間の接続状態を切り替え可能に構成された３極構成のブレーカである。

ヒューズ２０を交換するために、図３に示した保守用ボックス装置６０を本実施形態における電源供給システムに接続した状態を図４に示す。保守用ボックス装置６０は、例えば、４ピンのコネクタによりコネクタ接続部５１～５４に対して図４に示すように接続される。

そして、保守用ボックス装置６０を電源供給システムに接続した状態における、ヒューズブレーカ３１、３２、負荷ブレーカ３３、ヒューズ２０と、ヒューズブレーカ７１、７２、負荷ブレーカ７３、ヒューズ８０との接続関係を図５に示す。

図５を参照すると、ヒューズブレーカ３１、３２とヒューズ２０とが直列に接続された回路と、ヒューズブレーカ７１、７２とヒューズ８０とが直列に接続された回路とが、並列に接続されているのが分かる。また、負荷ブレーカ３３と負荷ブレーカ７３とが並列に接続されているのが分かる。

ここで、本実施形態における部品交換方法は、直流電源供給装置である電池パック１０と負荷４０との間の電源供給ラインに設けられたヒューズ２０を交換するための部品交換方法であって、下記のような工程を備えている。

（１）保守用ボックス装置６０の３極ブレーカ７０をオープン状態（開状態）とする。
（２）保守用ボックス装置６０を、交換対象の部品であるヒューズ２０と３極ブレーカ３０とを含む回路と並列に接続する。
（３）保守用ボックス装置６０の３極ブレーカ７０をクローズ状態（閉状態）とする。
（４）３極ブレーカ３０をオープン状態とする。
（５）ヒューズ２０を別の部品と交換する。
（６）３極ブレーカ３０をクローズ状態とする。
（７）保守用ボックス装置６０の３極ブレーカ７０をオープン状態とする。
（８）保守用ボックス装置６０を電源供給ラインから取り外す。

次に、上記で説明した本実施形態における部品交換方法の各工程について順次説明する。

（１）先ず、保守用ボックス装置６０の３極ブレーカ７０をオープン状態とし、（２）保守用ボックス装置６０を、交換対象の部品であるヒューズ２０と、ヒューズ２０の前後の電路を遮断するためのヒューズブレーカ３１、３２とを含む回路と並列に接続する。

このようにして保守用ボックス装置６０が接続された状態の回路構成は図４に示した状態となる。つまり、３極ブレーカ３０はクローズ状態で、３極ブレーカ７０はオープン状態となっている。

（３）次に、保守用ボックス装置６０の３極ブレーカをオープン状態からクローズ状態とする。このような状態における回路図を図６に示す。

（４）次に、３極ブレーカ３０をクローズ状態からオープン状態とする。このような状態における回路図を図７に示す。図７に示した回路図を参照すると、３極ブレーカ３０がオープン状態となったことによりヒューズ２０の両端には電圧が印加されていない状態となっているのが分かる。

（５）次に、図８に示すように、ヒューズ２０を別の部品であるヒューズ２０Ａと交換する。例えばヒューズ２０がボルトにより固定されるような構成の場合には、ボルトを外してヒューズ２０Ａに交換してボルトを締めて固定することになる。なお、ヒューズ２０を差し込み式のヒューズとすれば、ボルトを緩めたり締めたりする時間が不要となり交換時間を短縮することが可能となる。上述したように３極ブレーカ３０がオープン状態となったことによりヒューズ２０の両端には電圧が印加されていないため、活線作業を行うことなくヒューズ２０の交換作業を実行することができる。ここで、活線作業とは電流が流れている状態、又は電圧が印加されている状態で部品等の脱着または装着を行うような作業を意味する。

（６）そして、ヒューズ２０をヒューズ２０Ａに交換した後に、３極ブレーカ３０をオープン状態からクローズ状態とする。このような状態における回路図を図９に示す。３極ブレーカ３０がクローズ状態となったことにより、ヒューズ２０Ａは電池パック１０と負荷４０との間で接続状態となる。

（７）その後、保守用ボックス装置６０の３極ブレーカ７０をクローズ状態からオープン状態とする。このような状態における回路図を図１０に示す。図１０を参照すると、３極ブレーカ７０がオープン状態となったことにより、保守用ボックス装置６０内のヒューズ８０は電源供給ラインと非接続状態となり電流が流れていない状態になる。つまり、電池パック１０から負荷４０に流れる全ての電流はヒューズ２０Ａ経由となる。

（８）その後、図１１に示すように、保守用ボックス装置６０を電源供給ラインから取り外す。

上記で説明した工程（１）～（８）を実施することにより、ヒューズ２０をヒューズ２０Ａに交換する作業が完了する。

なお、本実施形態における電源供給システムでは、予め設定しておいたコネクタ接続部５１～５４と接続されたコネクタを設けておくことにより、このコネクタと保守用ボックス装置６０とを接続するだけで保守用ボックス装置６０を簡単に接続できるようにしている。また、本実施形態における電源供給システムでは、電源回路側に３極ブレーカ３０を設け、保守用ボックス装置６０にも、３極ブレーカ３０と並列に接続される３極ブレーカ７０が設けられており、１回のブレーカ操作だけでオープン状態とクローズ状態の切り替えを行うことができるような構成となっている。

そのため、本実施形態の部品交換方法によれば、電池パック１０と負荷４０との間の電源供給ラインに設けられたヒューズ２０等の部品を交換する場合でも、少ない操作で、かつ短時間で負荷４０への電源供給を継続させながら部品交換を実施することができる。

なお、上記では電源回路において３極構成のブレーカを用いている場合について説明したが、２極構成のブレーカを用いた電源回路においても同様な部品交換方法を実現することができる。このような２極構成のブレーカを用いた電源回路における部品交換方法について図１２を参照して説明する。

図１２に示した電源供給システムでは、ヒューズ２０の前後の電路の開閉を行うために２極ブレーカ９１が設けられ、負荷４０の前後の電路の開閉を行うために２極ブレーカ９２が設けられている。

そのため、このような電源回路においてヒューズ２０の交換作業を行う際には、図１２に示されているような保守用ボックス装置１００を用いる。保守用ボックス装置１００には、２極ブレーカ９３とヒューズ８０とが設けられており、コネクタ接続部５５、５６を介して、２極ブレーカ９１とヒューズ２０の回路と並列に接続されるような構成となっている。

この図１２に示したような回路構成の場合には、２極ブレーカ９２は常時クローズ状態として、下記のような工程により部品交換が行われる。

（１）保守用ボックス装置１００の２極ブレーカ９３をオープン状態とする。
（２）保守用ボックス装置１００を、交換対象の部品であるヒューズ２０と、ヒューズ２０の前後の電路を遮断するための２極ブレーカ９１とを含む回路と並列に接続する。
（３）保守用ボックス装置１００の２極ブレーカ９３をクローズ状態とする。
（４）２極ブレーカ９１をオープン状態とする。
（５）ヒューズ２０を別の部品と交換する。
（６）２極ブレーカ９１をクローズ状態とする。
（７）保守用ボックス装置１００の２極ブレーカ９３をオープン状態とする。
（８）保守用ボックス装置１００を電源供給ラインから取り外す。
ただし、図１２に示されたような電源回路構成では、２つの２極ブレーカ９１、９２が必要となり、図４に示したような１つの３極ブレーカ３０のみで済む電源回路構成よりも部品点数の増加、コストアップ等の不利益が発生する。

［変形例］
上記実施形態では、交換対象の部品がヒューズである場合を用いて説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、直流電源供給装置と負荷との間の電源供給ラインに設けられた他の部品、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ、切替スイッチ等の各種部品を交換するような場合でも同様に適用可能である。

また、上記実施形態では、ブレーカ（遮断器）を用いて電路の開閉を行う場合について説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、スイッチ等の開閉器を用いて電路の開閉を行ってヒューズ素子等の部品の交換を行う場合でも本発明を同様に適用することができるものである。

１０ 電池パック
１１ リチウムイオン電池
１２ ヒューズ
１３ 蓄電池ブレーカ
２０、２０Ａ ヒューズ
３０ ３極ブレーカ
３１、３２ ヒューズブレーカ
３３ 負荷ブレーカ
４０ 負荷
５１～５６ コネクタ接続部
６０ 保守用ボックス装置
７０ ３極ブレーカ
７１、７２ ヒューズブレーカ
７３ 負荷ブレーカ
８０ ヒューズ
９１～９３ ２極ブレーカ
１００ 保守用ボックス装置

Claims (6)

1. 直流電源供給装置と負荷との間の電源供給線に設けられた部品を交換するための部品交換方法であって、
   交換対象の部品と並列に接続されることにより前記負荷への電源供給を継続させるために電源供給線との間で第１の遮断器を介して脱着可能に構成されたバイパス装置の前記遮断器を開状態とする工程と、
   前記バイパス装置を、交換対象の部品と、当該部品の前後の電路を遮断するための第２の遮断器とを含む回路と並列に接続する工程と、
   前記バイパス装置の前記第１の遮断器を閉状態とする工程と、
   前記第２の遮断器を開状態とする工程と、
   交換対象の部品を別の部品と交換する工程と、
   前記第２の遮断器を閉状態とする工程と、
   前記バイパス装置の前記第１の遮断器を開状態とする工程と、
   前記バイパス装置を前記電源供給線から取り外す工程と、
   を備えた部品交換方法。
2. 交換対象の前記部品が、設定された値以上の電流が流れることにより溶断するヒューズであり、
   前記バイパス装置には少なくとも１つのヒューズが含まれる、
   請求項１記載の部品交換方法。
3. 前記第２の遮断器は、交換対象の前記部品の前後に加えて前記負荷とグランド線との間を連動して遮断可能な３極構成のブレーカであり、
   前記第１の遮断器は、前記バイパス装置が前記電源供給線に接続された際に、前記電源供給線との間に加えて前記負荷とグランド線との間の接続状態を切り替え可能に構成された３極構成のブレーカである、
   請求項１記載の部品交換方法。
4. 負荷に対して直流電源を供給する直流電源供給装置と、
   前記直流電源供給装置と前記負荷との間の電源供給線に設けられた交換対象の部品と、
   交換対象の部品と並列に接続されることにより前記負荷への電源供給を継続させるために電源供給線との間で第１の遮断器を介して脱着可能に構成されたバイパス装置と、
   交換対象の前記部品の前後の電路を遮断するための第２の遮断器と、
   を備えた電源回路。
5. 交換対象の前記部品が、設定された値以上の電流が流れることにより溶断するヒューズであり、
   前記バイパス装置には少なくとも１つのヒューズが含まれる、
   請求項４記載の電源回路。
6. 前記第２の遮断器は、交換対象の前記部品の前後に加えて前記負荷とグランド線との間を連動して遮断可能な３極構成のブレーカであり、
   前記第１の遮断器は、前記バイパス装置が前記電源供給線に接続された際に、前記電源供給線との間に加えて前記負荷とグランド線との間の接続状態を切り替え可能に構成された３極構成のブレーカである、
   請求項４記載の電源回路。