JP3323406B2 - 直流電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は並列運転中の一つの
蓄電池についてその容量を測定することのできる直流電
源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】据え置き型通信機器用の直流電源装置と
して、従来は、蓄電池と直流−直流変換器を組み合わせ
てユニット化することと、そのユニット化した電源回路
を複数個並列接続することが、小型化・高信頼性の観点
から使用することが考えられる。このユニット化すると
言う考えは、例えば交流無停電電源装置として、実開平
４−３９０３９号公報、特開平５−２７６６８９号公
報、特開平６−１８９４６９号公報を挙げることが出来
る。

【０００３】図７に示す直流電源装置は上記公報の内、
特開平５−２７６６８９号公報を直流電源に適用した場
合の構成を示すものである。図７において、１０は交流
電力源、１１，１２，１３，…は並列接続された直流電
源ユニット、２０は負荷を示す。直流電源ユニット１１
などはそれぞれ同一の内部構成を具備し、それらは入力
交流を整流・平滑する直流を出力する整流平滑回路１１
１と、上記直流を定電圧に安定化する直流−直流変換器
１１２と、上記変換器出力により浮動充電される蓄電池
１１３と、直流−直流変換器１１２と蓄電池１１３から
入力される直流電力を負荷２０に供給するとき供給電圧
を安定化するための負荷電圧安定回路１１４である。

【０００４】直流−直流変換器１１２は小型化・高性能
の要求を満足し、入出力間の絶縁を保つため周知のスイ
ッチング電源を使用している。交流電源が正常であると
きの動作としては、整流・平滑回路１１１からの直流入
力を定電圧に安定化し、蓄電池１１３を浮動充電しなが
ら、直流電圧安定回路１１４に電圧を印加している。

【０００５】蓄電池１１３は交流電源が停電したとき負
荷２０に電力を供給する。そのため端子電圧が負荷２０
の定格電圧と略等しくなるように、必要な個数の蓄電池
を直列接続している。例えば定格電圧が４８Ｖの負荷に
対しては二拾数個の蓄電池セルを直列接続する。

【０００６】負荷電圧安定回路１１４は、蓄電池１１３
の電圧が充電時と放電時とで異なり、その差電圧が負荷
の端子電圧許容範囲を超えているので、電圧安定化のた
め設けている。浮動充電中でその電圧が負荷端子定格電
圧より高い場合は降圧のためシリコンドロッパを用い
る。若し浮動充電電圧がその負荷電圧より低いときは昇
圧のためブースタコンバータを用いる。

【０００７】直流電源ユニット１１，１２，１３，…は
夫々が比較的小容量に構成されていて、互いに並列接続
して負荷２０に対し電力を分担しながら供給している。
そのように冗長性を持たせることで、直流電源ユニット
部の故障のためシステム全体がダウンすることを防止
し、装置の信頼性を持たせている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記電源装置において
蓄電池１１３以外は使用時間が経過しても、それらの特
性に変化が殆ど起こらないが、蓄電池１１３は所謂消耗
品であり、使用中は充電容量を確実に把握しておく必要
がある。最近は鉛蓄電池が密閉型となって保守性は良好
になったが、前記のように２０個以上直列接続した蓄電
池について、その内の１個でも他と比較して特性が不良
となっている場合は、蓄電池としての良好な動作が維持
できない。そのような場合は、交流電源が停電となって
蓄電池からの給電に切り換えたとき、時間経過と共に蓄
電池両端の電圧が異常に早く低下し、他のユニットによ
り動作のカバーが出来ないことが生じるからである。

【０００９】一般に、蓄電池についてその充電容量を最
も確実に求める手段は、蓄電池を実際に放電させながら
放電終了までの時間を調べて容量を確認することであ
る。図７に示す直流電源装置において、直流電源ユニッ
ト１１のみを交流入力停電状態とし、蓄電池１１３によ
る負荷への給電を行って、蓄電池１１３の容量確認を行
うことが適切であるが、そのとき蓄電池１１３が全く不
良であって、他の直流電源ユニット１２，１３，…から
の給電によっては、負荷２０に対し充分な給電ができな
い場合が生じる。そのため停電状態とする直流電源ユニ
ット以外の特性が完全で、上記のような１個の電源ユニ
ットをテストするときも、充分に動作カバーができるこ
とを確認して置くなど事前の準備が必要である。

【００１０】上記の容量確認以外では面倒な手段が採ら
れていた。それは所定の電源ユニットを停電状態とせず
に、被測定蓄電池のみをユニットから取り外し、代わり
に仮設蓄電池を接続しておき、取り外した外部において
放電抵抗を接続して放電試験を行うという面倒な手段で
あった。そのため従来は装置が運用中となれば、放電試
験によって蓄電池の容量判定を行うことが困難であった
から、所謂予防保全が出来ず、蓄電池は標準使用年数が
経過したとき、その良・不良にかかわらず交換してい
た。そのため装置の維持・保守費用が高価になる欠点が
あった。

【００１１】また、図７に示す整流平滑回路１１１とし
て、従来は構成の簡単なコンデンサ入力型平滑回路を使
用していた。コンデンサ入力型平滑回路は、回路１１１
の出力電流に高調波を多く含み、波形が歪む欠点がある
ため、最近では平滑回路の部分に「高力率コンバータ」
を用いることが多くなった。若し、高力率コンバータを
用いると、次段の直流−直流変換器１１２のコンバータ
と、負荷電圧安定回路１１４のブースタコンバータを含
み、１つの直流電源ユニット内に３個のコンバータを使
用することとなる。その場合は装置が大型化し、電力利
用効率も当然低下するという欠点があった。

【００１２】本発明の目的は、前述の欠点を改善するた
め、装置運用中でも蓄電池の容量を測定することによ
り、蓄電池の信頼性を高め予防保全性を良好にし、全体
として小型化・高効率の直流電源装置を提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、入力交流に対する整流・平
滑回路と定電圧充電回路とを有する交流整流回路部と、
該交流整流回路部出力によって充電される蓄電池と、前
記交流整流回路部出力と蓄電池出力が入力される直流−
直流変換部とで構成された直流電源回路を１個のユニッ
トとし、複数のユニットを並列接続して負荷に電力を供
給し、且つ前記各ユニットには、各ユニットの交流整流
回路部に対する運転停止指令手段と、交流整流回路部の
運転停止により放電する各ユニットの蓄電池に対する電
圧測定手段と、各ユニットの交流整流回路部は、前記運
転指令手段からの指令信号を受信する信号入力端子と、
その指令信号に対応して運転を停止するための回路とを
設け、各ユニットの蓄電池は前記電圧測定手段との接続
端子を設けた構成の直流電源装置において、各ユニット
には、交流整流回路部の運転を停止した時に直流−直流
変換部に対する出力電圧可変指令手段を具備すると共に
各ユニットの直流−直流変換部は前記出力電圧可変指令
手段からの指令信号を受信する信号入力端子と、その指
令信号に対応して最大出力を発生させるべく出力電圧を
可変するための回路とを設け、前記の運転停止手段・電
圧測定手段・出力電圧可変指令手段に対し、通信線を介
し特定のユニットの蓄電池に対する放電試験を実施する
指令を発する司令部と、前記蓄電池電圧測定手段の測定
電圧値に基づいた試験データを受け取る通信線を介し受
け取り演算する試験データ演算部と、蓄電池放電試験結
果の出力表示を行う表示部とを具備することを特徴とす
る並列運転中の蓄電池の容量を測定できる直流電源装置
に存する。

【００１４】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明において、蓄電池の電圧測定手段により測定した値に
基づく蓄電池の容量が規定値以下であったとき、当該ユ
ニットにおける蓄電池の劣化と判断し、交換を促す警報
を出力する警報手段を具備する事を特徴とする並列運転
中の蓄電池の容量を測定できる直流電源装置に存する。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は請求項１に係る発明の実施
の１例を示す図で、入力交流１０に対する交流整流回路
部１１５と、該交流整流回路部１１５の出力によって充
電される蓄電池１１３と、交流整流回路部１１５出力と
蓄電池１１３出力が入力される直流−直流変換部１１６
とで構成された直流電源回路１１を１個のユニットと
し、複数のユニット１１，１２，１３，…を互いに並列
接続して負荷２０に供給する構成とした直流電源装置を
示している。

【００１６】図１に示す各ユニット１１，１２，１３，
…には、各ユニットの交流整流回路部に対する運転停止
指令手段１１７と、各ユニットの蓄電池に対する電圧測
定手段１１８と、各ユニットの直流−直流変換部に対す
る出力電圧可変の指令手段１１９とを具備している。且
つ各ユニットの交流整流回路部１１５は、運転停止指令
手段１１７からの指令信号を受信する信号入力端子と、
対応して運転を停止するための回路を設け、各ユニット
の直流−直流変換部１１６は出力電圧可変の指令手段１
１９からの指令信号を受信する信号入力端子と、対応し
て出力電圧を可変するための回路とを設けている。

【００１７】図１に示す直流電源装置は、入力交流１０
が正常で、各ユニット１１，１２，１３，…も正常であ
るとき、各ユニットの蓄電池例えば第１ユニットの蓄電
池１１３は所謂浮動充電されていて、略充電完了状態に
なっている。そして各ユニットの直流−直流変換部１１
６の出力電圧は負荷２０に対する規定電圧となるように
調整され、負荷２０に対する電流は各ユニットが略均等
に分担している。

【００１８】若し、入力交流１０が停電となったとき、
各ユニットの蓄電池は放電状態に入り、各ユニットの直
流−直流変換部１１６を介して上記正常状態と同様な電
圧と電流を負荷２０に供給する。従って通常は、蓄電池
特性が正常であれば、蓄電池が放電状態になるまでの間
は負荷の動作も正常である。

【００１９】入力交流１０が正常のとき、各ユニットの
蓄電池１１３について放電試験を行うことが出来れば、
直流電源装置の保守性が格段に向上する。そのため図１
に示す各ユニットにはその目的の動作指令手段を具備し
ている。例えば図１に示す各ユニットについて放電試験
を行う場合について以下説明する。交流整流回路部１１
５に対する運転停止指令手段１１７は先ず交流整流回路
部１１５に対する運転停止指令を発して第１ユニットに
ついて停電状態を発生させる。蓄電池１１３の端子電圧
を電圧測定手段１１８により測定して、端子電圧が全く
の異常状態であれば、即刻放電試験を停止し、蓄電池の
接続を取り外し、正常の蓄電池を交換接続する。次で交
流整流回路部１１５の動作を復旧させる。蓄電池１１３
の端子電圧が異常でないとき、以下の動作を行う。

【００２０】このとき出力電圧可変指令手段１１９が直
流−直流変換部１１６に対し出力電圧を僅かに高くする
ように指令を発する。その指令は直流−直流変換部１１
６における出力電圧可変指令手段１１９の信号入力端子
に到達する。直流−直流変換部１１６は蓄電池１１３か
ら入力した直流電力を規定の電圧に変換すると同時に従
前より僅かに昇圧して負荷２０に対し給電する。このと
き当該ユニットが負荷電流を他のユニットと比較して大
量に負担するので、出力電流値は増大し、遂に当該ユニ
ットの垂下点Ｌまで達する。その電流値により当該ユニ
ットの出力電圧は他のユニットと同じ電圧まで降下す
る。この「垂下点」については後述する。

【００２１】従って、このときユニットの出力電流値が
最大で出力電圧も同値であるから、ユニットは最大出力
状態となっていて、その状態は負荷の大きさに関係しな
い。そして蓄電池１１３からは直流−直流変換部１１６
に対して「放電」しているが、直流−直流変換部１１６
が最大出力を発生しているので、その入力電力即ち蓄電
池１１３の放電電力は略一定であり、一定条件の下で放
電試験が行われている。蓄電池１１３の端子電圧を電圧
測定手段１１８において監視していて、所定の放電停止
所定電圧へ低下するまでの時間を測定すれば、その時間
の長短により蓄電池の容量を正確に求めることが出来
る。

【００２２】次に図２は、図１に示す直流−直流変換部
１１６についての具体的構成を示す図である。図２にお
いて、２１は蓄電池からの電流入力端子、２２はＦＥＴ
による直流開閉器、２３は変圧器、２４は整流ダイオー
ド、２５は平滑回路、２６は検流器、２７はＦＥＴに対
する流通角制御部（出力電圧を可変するための回路を含
む）、２８は出力電流検出器、２９は直流−直流変換部
から負荷２０への電流出力端子、４０はヒューズを示
す。

【００２３】端子２１から端子２９までの出力容量は、
直流−直流変換部１１６の特性として予め定められてい
るから、出力電流検出器２８が検流器２６の出力につき
検出していて、図１に示す出力電圧可変指令手段１１９
からの指令信号を直流−直流変換部１１６に設けた信号
入力端子を介して受信したとき、最大出力状態とするた
めのＦＥＴに対する流通角の制御量が判断できる。その
量の制御をＦＥＴ２２に印加することにより端子２９の
電流は最大値になる。端子２９が他のユニットと並列接
続されているから、端子２９の出力電圧は共通で安定化
する。

【００２４】図３は、図１に示すユニット１１と１２に
ついてそれらの出力電圧と出力電流の変化を示す図であ
る。図３（Ａ）は第１ユニット１１、図３（Ｂ）は第２
ユニット１２の夫々出力を示し、各図の横軸の時刻ｔｔ
において、蓄電池の放電試験を開始する。時刻ｔｔにお
いて、前述の通り第１ユニットの出力電圧は僅かに高く
なり（例えば５％）出力電流は大きく増大して、以後継
続する。第２ユニット以下の出力電流は第２ユニット以
下の並列ユニット数に対応して減少する。例えば第３ユ
ニットまで並列接続しているときは、第１ユニットの増
加電流分の半分の値だけ第２・第３ユニットの出力電流
が減少する。第１ユニットの出力電圧はその後徐々に減
少し、他のユニットと同一電圧にまで達した以後はその
電圧で安定化する。

【００２５】次に図４は直流−直流変換部１１６の垂下
特性を説明する図である。直流−直流変換部１１６のよ
うに電源装置は固有の定格容量があり、その容量を超え
る駆動を要求する負荷を接続すると、電源装置は破壊す
るので、常時出力電流を監視し、上記定格の１１０％ま
では出力電圧一定の制御（定電圧制御）を行っている。
定電圧をＶｏと示す。若し定格の１１０％以上の出力電
流となる場合はその大電流を流さないように定電流制御
に切り換える。この定電流制御に移ったことを垂下動作
と呼び、定電圧領域から定電流領域へ切り換わる点を垂
下点という。垂下点Ｌを超えて定電流領域で動作するこ
とを垂下動作という。定電流領域に入った装置の出力電
圧は、本発明の場合各ユニットが並列接続されているか
ら、垂下動作してない装置（ユニット）の出力電圧とな
る。垂下動作している出力電流値Ｉｏは最大で出力電圧
も大きいから、このユニットは最大出力で動作している
こととなる。

【００２６】図１に示す運転停止指令手段１１７は、交
流整流回路部１１５内の動作素子であるＩＧＢＴに対す
る駆動を停止する指令を発する。交流整流回路部１１５
においては上記指令を受信する信号入力端子を設けてい
て、その指令信号を受信したとき素子の動作が停止す
る。

【００２７】電圧測定手段１１８は周知の手段を採用す
る。蓄電池の端子電圧について常時測定監視している。
図５は放電試験開始後の蓄電池の電圧を時間経過と共に
示す図である。蓄電池の端子電圧は放電回路のときＶｔ
であったが、時間経過と共に右下りに低下する。放電終
了電圧Ｖｂを例えば１．９Ｖ／セルのようにその蓄電池
種類毎に定めておくことで、Ｖｂまで低下するに要した
時間を測定する。Ｖｂに達する標準時間をｔｒのように
定めておく。所定の蓄電池がＶｂまで低下した時間を測
定してｔ１のように長時間であれば、その経過線Ｂａを
示す蓄電池は放電容量に余裕があることを示す。放電時
間がｔ２のように短時間で電圧がＶｂに達した蓄電池
は、経過線Ｂｄであって、容量は不足している。電圧測
定手段１１８は警報を発するなどにより早急に交換を要
することを報知することが望ましい。

【００２８】図６は図１に示す各ユニットに対し統合的
に指令を発したり、試験結果を表示することのできる集
中監視部３０のブロック構成図を示している。集中監視
部３０は特定ユニットの蓄電池を指定し、その蓄電池に
対し放電試験を実施する指令を発する指令部３１と、上
述のような試験を行って試験データが得られたとき、そ
のデータに基づき良否を判定する試験データ演算部３３
と、該演算部３３の出力３６が入力される蓄電池放電試
験結果の出力表示を行う表示部３２と、図１に示す各手
段に対し指令を送信する通信線３４と、図１に示す各部
から試験データを受け取る通信線３５を具備する。被試
験蓄電池は所定期間毎にサイクリックに設定することが
必要である。

【００２９】請求項２に係る発明の実施の１例は、蓄電
池の容量が規定値以下であることが判ったとき、蓄電池
について交換を促す警報が出力されるので、一旦、ＦＥ
Ｔの駆動を停止し、そのユニットから負荷への給電を停
止させて、蓄電池を交換する。その操作を行わないと直
流−直流変換部は低容量に低下した蓄電池からの給電に
より全体として無理な動作となるからである。

【００３０】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、並列接続
された電源ユニット内部の蓄電池について、負荷に対し
運用稼働中であっても放電試験を行うことが出来るの
で、蓄電池に対する予防保全性が良好となる効果を奏す
る。そのとき被試験蓄電池をシステムから取り外した
り、仮設蓄電池を必要とすることが無く、試験のための
新設設備が殆ど不要であって、且つ放電試験を定期的に
実行できる。そして各ユニットには、交流整流回路部の
運転を停止したときに直流−直流交換部に対する出力電
圧可変指令手段を具備すると共に各ユニットの直流−直
流交換部に、出力電圧可変指令手段からの指令信号を受
信する信号入力端子と、その指令信号に対応して最大出
力を発生させるべく出力電圧を可変するための回路とを
設け、前記の運転停止手段・電圧測定手段・出力電圧可
変指令手段に対し、通信線を介し特定のユニットの蓄電
池に対する放電試験を実施する指令を発する司令部と、
前記蓄電池電圧測定手段の測定電圧値に基づいた試験デ
ータを受け取る通信線を介し受け取り演算する試験デー
タ演算部と、蓄電池放電試験結果の出力表示を行う表示
部とを具備せしめたので、放電電流を最大値に一定に保
持できるため、それを他ユニットに対しても同様に適用
するから、試験の精度が極めて向上できると共に放電試
験を定期的に実行することを指令したり、結果を表示す
ることが出来るので、設備の活用が有効に出来る。また
従来は、コンバータ３台をカスケード接続するようなこ
とがあったが、本発明によれば交流整流回路部にコンバ
ータを用いることがあっても、最大２台までを使用する
ことで良いから、装置の設備スペースが狭くて良い。

【００３１】請求項２に係る発明によれば、放電試験の
結果、不良蓄電池が発見されたとき早急に交換すること
ができるから、実際の停電時には、安定して負荷への給
電を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 請求項１に係る発明の実施の１例を示す図で
ある。

【図２】 図１に示す直流−直流変換部についての具体
的構成を示す図である。

【図３】 図１に示すユニット１１，１２について電圧
・電流の変化を示す図である。

【図４】 直流−直流変換部の垂下特性を説明する図で
ある。

【図５】 放電試験開始後の蓄電池の電圧を時間経過と
共に示す図である。

【図６】 請求項２に係る発明の実施の１例を示す図で
ある。

【図７】 従来の直流電源装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ 入力交流 １１，１２，１
３，… ユニット ２０ 負荷 ２１ 蓄電池か
らの電流入力端子 ２２ ＦＥＴによる直流開閉器 ２７ 流通角制
御部 ２８ 出力電流検出器 ３０ 集中監視
部 １１３ 蓄電池 １１５ 交流整
流回路部 １１６ 直流−直流変換部 １１７ 運転停
止指令手段 １１８ 電圧測定手段 １１９ 出力電
圧可変指令手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｍ 3/00 Ｈ０２Ｍ 3/00 Ｗ (72)発明者 堀内 勝広 栃木県今市市荊沢字上原597 古河電池 株式会社今市事業所内 (72)発明者 三木 邦雄 東京都千代田区六番町六番地 日本移動 通信株式会社内 (72)発明者 森山 栄治 東京都港区芝浦４丁目８番33号 株式会 社関電工内 (56)参考文献 特開 平８−51734（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−35636（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 9/06 502 G01R 31/36 H02J 1/12 H02J 7/00 H02J 7/02 H02M 3/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力交流に対する整流・平滑回路と定電
   圧充電回路とを有する交流整流回路部と、該交流整流回
   路部出力によって充電される蓄電池と、前記交流整流回
   路部出力と蓄電池出力が入力される直流−直流変換部と
   で構成された直流電源回路を１個のユニットとし、複数
   のユニットを並列接続して負荷に電力を供給し、且つ前
   記各ユニットには、各ユニットの交流整流回路部に対す
   る運転停止指令手段と、交流整流回路部の運転停止によ
   り放電する各ユニットの蓄電池に対する電圧測定手段
   と、各ユニットの交流整流回路部は、前記運転指令手段
   からの指令信号を受信する信号入力端子と、その指令信
   号に対応して運転を停止するための回路とを設け、各ユ
   ニットの蓄電池は前記電圧測定手段との接続端子を設け
   た構成の直流電源装置において、各ユニットには、交流
   整流回路部の運転を停止した時に直流−直流変換部に対
   する出力電圧可変指令手段を具備すると共に各ユニット
   の直流−直流変換部は前記出力電圧可変指令手段からの
   指令信号を受信する信号入力端子と、その指令信号に対
   応して最大出力を発生させるべく出力電圧を可変するた
   めの回路とを設け、前記の運転停止手段・電圧測定手段
   ・出力電圧可変指令手段に対し、通信線を介し特定のユ
   ニットの蓄電池に対する放電試験を実施する指令を発す
   る司令部と、前記蓄電池電圧測定手段の測定電圧値に基
   づいた試験データを受け取る通信線を介し受け取り演算
   する試験データ演算部と、蓄電池放電試験結果の出力表
   示を行う表示部とを具備することを特徴とする並列運転
   中の蓄電池の容量を測定できる直流電源装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の蓄電池の電圧測定手段
   により測定した値に基づく蓄電池の容量が規定値以下で
   あったとき、当該ユニットにおける蓄電池の劣化と判断
   し、交換を促す警報を出力する警報手段を具備する事を
   特徴とする並列運転中の蓄電池の容量を測定できる直流
   電源装置。