JP4346881B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置に関し、特に無線通信の基地局等に設置され、停電時等のバックアップ用電源としてニッケル−水素二次電池が塔載された通信用直流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話等の基地局に設置される通信用直流電源装置には、停電時や保守時等のバックアップ用電源として、鉛蓄電池が使用されてきた（例えば、特許文献１参照）。この鉛蓄電池は、商用電源の交流電圧を整流器により整流した直流電圧によりフロート充電され、特に充電制御は行われていなかった。
【０００３】
また、このような電源装置に用いられる鉛蓄電池の劣化や寿命を判定する方法としては、（１）環境温度に依存して劣化の進行とともに電池の内部抵抗が増大することで、負荷電流による電圧降下の程度を検出して判定する方法、（２）鉛蓄電池を定期的に放電試験することにより、その放電電気量を算出して判定する方法、（３）現在の日付と鉛畜電池の設置日付から電池設置後の経過年数を求め、鉛蓄電池の平均温度に該当する標準寿命年数から経過年数を差し引いて、寿命までの残り年数（残年数）または現在の日付に残年数を加算して寿命時期を表示する方法（例えば、特許文献２参照）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３１５０１５号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−３１２２３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、通信用直流電源装置に対する電力需要が増大しており、またその設置スペースも限られている。しかしながら、通信用直流電源装置のバックアップ用電源として鉛蓄電池を用いた場合、高容量化や省スペース化の点で問題があり、また、経年劣化による寿命も短く、保守・点検等によりコストが増大するという問題もある。
【０００７】
また、現在の日付に残年数を加算して寿命時期（次の交換日付）とする上記従来の方法（３）では、以下の問題点がある。
（Ａ）保守・点検時に、時刻調整を行うことで、電池の状態を監視している電池監視手段（電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit））に設けられたカレンダＩＣの現在の日付が変化するため、次の交換日付も変化してしまう。
（Ｂ）保守・点検時に、現在の日付を進ませて、交換要求信号が発せられるかを試験することができない。
（Ｃ）「電池交換を行った」旨の情報を、電池ＥＣＵに伝える必要があり、新たな信号が必要となる。
（Ｄ）電池交換を行ってから放電容量試験を行い、その結果に基づいて修正を行うまで、交換日付表示値に製造の新旧が反映されない。図５Ａは、交換用電池の製造日付が不明である場合における実日付に対する交換日付表示値を示すグラフである。なお、図５Ａにおいて、電池寿命を８年に設定している。２００２年８月に、製造日付が２００２年８月である電池に交換し、８年後の２０１０年８月に、交換時に製造日付が不明である（実際は、２００８年８月に製造された）電池に交換すると、交換日付表示値は２０１８年となる。次に、２０１０年８月から例えば６ヶ月後、すなわち２０１１年２月の定期点検時に放電容量試験を行ったところ、蓄電能力の劣化が見られ、その結果に基づいて、交換日付表示値が、２０１８年８月から２年だけ差し引かれて、２０１６年８月に修正される。このように、交換日付表示値の更新にタイムラグが発生してしまう。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉛蓄電池に代えてニッケル−水素二次電池を用いることで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図るとともに、寿命の推定が容易で、保守・点検時の作業で推定寿命に影響を与えず、電池交換日付を確実に表示可能な電源装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の電源装置は、ニッケル−水素二次電池を複数個直列に接続して成る組電池と、商用電源からの交流電力を整流して例えば通信機器を含む負荷および組電池に対して直流電力を供給する整流器と、整流器からの直流電力を受けて組電池に対する電気量の充電を制御する充電制御手段と、組電池に充電された電気量の放電を制御する放電制御手段と、組電池の電圧情報（Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４；Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４）、電流情報（Ｉ１；Ｉ２）、および温度情報（Ｔｂ１；Ｔｂ２）に基づいて、少なくとも組電池の残存容量（ＳＯＣ１；ＳＯＣ２）を演算し、組電池の残存容量の割合を監視する電池監視手段（電池ＥＣＵ）と、電池交換時に組電池の製造日付が入力される入力部とを備え、電池監視手段は、組電池の製造日付を起点として、所定の電気量（例えば、８０Ａｈ）を供給することが可能な寿命期間を推定し、その推定寿命期間と製造日付とを加算した結果を次の交換日付とする演算を行うことを特徴とする。
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の電源装置は、ニッケル−水素二次電池を複数個直列に接続して成る組電池と、商用電源からの交流電力を整流して例えば通信機器を含む負荷および組電池に対して直流電力を供給する整流器と、整流器からの直流電力を受けて組電池に対する電気量の充電を制御する充電制御手段と、組電池に充電された電気量の放電を制御する放電制御手段と、組電池の電圧情報（Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４；Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４）、電流情報（Ｉ１；Ｉ２）、および温度情報（Ｔｂ１；Ｔｂ２）に基づいて、少なくとも組電池の残存容量（ＳＯＣ１；ＳＯＣ２）を演算し、組電池の残存容量の割合を監視する電池監視手段（電池ＥＣＵ）と、整流器の出力電圧を制御するとともに、電池監視手段からの指示に応じて充電制御手段および放電制御手段を制御する監視制御部（ＭＰＵ）と、電池交換時に組電池の製造日付が入力される入力部とを備え、電池監視手段は、組電池の製造日付を起点として、所定の電気量（例えば、８０Ａｈ）を供給することが可能な寿命期間を推定し、推定した寿命期間（例えば、８年）を監視制御部に送信し、監視制御部は、入力部から入力され内部に格納している製造日付と、電池監視手段から送信された寿命期間とを加算して、次の交換日付とする演算を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る電源装置において、電池監視手段は、電池交換時に、寿命期間の推定に必要であった組電池の使用履歴を消去することを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、鉛蓄電池に代えてニッケル−水素二次電池を用いることで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図ることができる。
【００１３】
また、組電池の製造日付に推定寿命期間を加算して、交換日付を演算するので、上記従来の問題点（Ａ）に対して、保守・点検時に時刻調整を行っても交換日付は変化せず、上記従来の問題点（Ｂ）に対して、現在の日付を進めることで、交換要求信号が発せられることが確認でき、上記従来の問題点（Ｃ）に対して、「電池製造日付」の変化を電池交換の合図に利用することで、新たな信号を必要とせず、さらに第２の電源装置の構成のように、電池製造日付と推定寿命期間との加算をＭＰＵで行うことで、電池ＥＣＵからＭＰＵへの信号伝送量を削減することができ、上記従来の問題点（Ｄ）に対して、電池交換後、直ちに、交換日付表示値に製造の新旧が反映される。従来の電源装置では、図５Ａに示すように、２０１０年８月の電池交換時に、２００８年８月に製造された寿命期間が８年である組電池に交換した場合、交換日付表示値は２０１８年８月と設定されるのに対して、本発明に係る第１または第２の電源装置では、図５Ｂに示すように、交換日付表示値は２０１６年８月と直ちに設定される。
【００１４】
さらに、寿命期間は電池特性のみに依存するので、寿命期間の推定が容易になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置の一構成例を示すブロック図である。図１において、１は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源、２は商用電源１の交流電力を整流して直流電力（例えば、公称電圧ＶＣＣ＝−４８Ｖ）を生成する整流器、３は通信機器等を含む負荷（電流定格としては、例えば６０Ａ）である。
【００１７】
４１はニッケル−水素二次電池からなる単位電池（例えば、電池モジュール）が４つ直列に接続された第１の組電池（例えば、容量１００Ａｈ）、４２はニッケル−水素二次電池からなる単位電池（例えば、電池モジュール）が４つ直列に接続され、第１の組電池４１と並列に接続された第２の組電池である。なお、図１には、２つの組電池が並列に接続された場合を例示しているが、必要に応じて、１つの組電池のみ、または３つ以上の組電池を並列に接続してもよいことは言うまでもない。
【００１８】
５は整流器２からの直流電力を受けて第１の組電池４１および第２の組電池４２に対する電気量の充電を制御する充電制御手段で、６は第１の組電池４１および第２の組電池４２に充電された電気量の放電を制御する放電制御手段である。なお、充電制御手段５および放電制御手段６は、それぞれ、第１の組電池４１および第２の組電池４２に対応して、２組のパワースイッチ素子および逆流防止用ダイオードを含んで構成される。
【００１９】
７は、電池監視手段（電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit））であり、第１の組電池４１の電圧情報（Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４）、第１の組電池４１の電流情報（Ｉ１）、および第１の組電池４１の温度情報（Ｔｂ１）に基づいて、少なくとも第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１を演算し、また第２の組電池４２の電圧情報（Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４）、第２の組電池４２の電流情報（Ｉ２）、および第２の組電池４２の温度情報（Ｔｂ２）に基づいて、少なくとも第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２を演算し、第１の組電池４１および第２の組電池４２の状態を監視する。
【００２０】
８１は第１の組電池４１に流れる充放電電流を検出する電流センサ、８２は第２の組電池４２に流れる充放電電流を検出する電流センサである。
【００２１】
９は昇圧手段であり、停電時や電池の放電容量試験時など整流器２からの直流電圧が低下しており、また放電末期で第１の組電池４１と第２の組電池４２の電圧が第１の電圧値（負荷３の動作保証電圧の下限値よりも高い電池電圧値、例えば４６ボルト）を下回った場合に、負荷３に供給する電圧を昇圧して第１の電圧値に維持する働きをする。
【００２２】
１０は監視制御部（ＭＰＵ）であり、第１の組電池４１および第２の組電池４２の放電容量試験時において、整流器２からの出力電圧を制御したり、電池ＥＣＵ７からの指示（充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ）、充電停止要求（ＣＳＴＯＰ）、放電開始要求（ＤＳＴＡＲＴ）、放電停止要求（ＤＳＴＯＰ）など）に応じて、充電制御手段５および放電制御手段６による充放電動作を制御する。
【００２３】
また、ＭＰＵ１０は、電池交換時に、作業員により入力部１１から入力された組電池の製造日付を格納し、電池ＥＣＵ７からの推定寿命期間を受けて、組電池の製造日付と推定寿命期間とを加算して、その加算結果を次の交換日付（交換日付表示値）として表示部１２に表示する。
【００２４】
次に、このように構成された電源装置の充放電動作について、図１に加えて、図２、図３、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明する。
【００２５】
図２は、図１の電源装置における基本的な充放電動作を示す図で、図３は、図１の電源装置における充電中断が発生した場合の充放電動作を示す図である。なお、図２および図３の上側は、充放電による第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１の時間変化および第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２の時間変化を示し、図２および図３の下側は、各種要求および状態を指示するフラグを示す。
【００２６】
図４Ａは、放電容量試験中における各部電圧の時間変化を示す図で、図４Ｂは、放電電流（Ｉ）および放電電気量（Ｑ）の時間変化を示す図である。なお、図４Ａにおいて、期間Ｔ３１は定常状態の期間、期間Ｔ３２は回路動作を確認するために整流器２の出力電圧ＶＲを少しだけ低下させる期間、期間Ｔ３３は待機期間、期間Ｔ３４は電池電圧ＶＢが低下していく放電期間でかつ昇圧手段９が非動作中の期間、期間Ｔ３５は電池電圧ＶＢが低下していく放電期間でかつ昇圧手段９が動作中の期間を示す。また、ＶＬは負荷２に供給される電圧を、ＶＯは負荷２が動作可能である電圧範囲を示す。
【００２７】
図２において、期間Ｔ１（初期充電期間）の開始時（電池交換時）に、電池ＥＣＵ７が、第１の組電池４１に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を発すると、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第１の組電池４１に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００２８】
次に、電池ＥＣＵ７が第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ１を発して、第１の組電池４１に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を解除する。この状態で、第１の組電池４１はバックアップ用電源としての待機状態に入る。
【００２９】
同時に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３０】
次に、電池ＥＣＵ７が第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。この状態で、第２の組電池４２はバックアップ用電源としての待機状態に入る。
【００３１】
第１の組電池４１および第２の組電池４２が待機状態にある期間Ｔ２において、組電池の自己放電に起因して、残存容量ＳＯＣ１、ＳＯＣ２が低下する。第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が第１の残存容量値ＳＯＣｔ１（例えば、８０％）まで低下すると、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第１の組電池４１に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３２】
次に、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ１を発して、第１の組電池４１に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を解除する。これにより、第１の組電池４１に対して補充電が行われる。
【００３３】
また、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が第１の残存容量値ＳＯＣｔ１（例えば、８０％）まで低下すると、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３４】
次に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。これにより、第２の組電池４２に対して補充電が行われる。
【００３５】
このようにして、期間Ｔ２では、第１の組電池４１および第２の組電池４２の自己放電と、それによる残存容量の低下を補償するための補充電とが繰り返し行われる。
【００３６】
期間Ｔ３では、電池の劣化状態を判定するために、ＭＰＵ１０により、例えば交換時から６ヶ月毎に電池の放電容量試験が実施される。ここでは、第２の組電池４２に対する放電容量試験を例にとって説明する。まず、試験待機中フラグ（ＷＡＩＴ）が立てられ、所定時間経過した後、試験待機中フラグ（ＷＡＩＴ）が下げられると同時に、試験充電中フラグ（ＴＣＳ）が立てられる。電池ＥＣＵ７は、ＭＰＵ１０からの試験要求を受けて、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３７】
次に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。
【００３８】
同時に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する放電容量試験中に停電などが発生し、また放電容量試験の結果、劣化判定対象である第２の組電池４２が劣化している、または寿命であると判定された場合に備えて、バックアップ用の第１の組電池４１に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第１の組電池４１に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３９】
次に、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ１を発して、第１の組電池４１に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を解除する。
【００４０】
これにより、試験充電中フラグ（ＴＣＳ）が下げられ、試験充電終了フラグ（ＴＣＥ）が所定時間立てられる。
【００４１】
試験充電終了フラグ（ＴＣＥ）が下げられると、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１に対する放電停止要求（ＤＳＴＯＰ１）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、放電制御手段６の対応するパワースイッチ素子をオフ状態に制御し、第１の組電池４１からの放電を禁止する。この後、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する放電開始要求（ＤＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、試験中フラグＴＥＳＴを立て、放電制御手段６の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御するとともに、整流器２を制御してその出力電圧ＶＲを第２の電圧値（例えば、４５ボルト）にまで低下させて（図４Ａの期間Ｔ３４）、第２の組電池４２からの試験放電が開始される。
【００４２】
ここで、整流器２の出力電圧ＶＲが下がり、第２の組電池４２からの放電により電池電圧ＶＢが低下して、負荷３に供給される電圧ＶＬが第１の電圧値（例えば、４６ボルト）に達する（図４Ａの期間Ｔ３４）と、昇圧手段９が動作し、電池電圧ＶＢを昇圧して、負荷３に供給する電圧ＶＬを第１の電圧値（例えば、４６ボルト）に維持する（図４Ａの期間Ｔ３５）。これにより、負荷３に動作保証電圧を供給することができる。
【００４３】
次に、電池ＥＣＵ７は、電圧情報Ｖ１１〜Ｖ１４、Ｖ２１〜Ｖ２４から電池電圧が放電下限電圧値に相当する第３の電圧値（例えば、４３ボルト）に達したことを検出すると、試験終了をＭＰＵ１０に通知する。これを受けて、ＭＰＵ１０は、試験終了フラグ（ＴＥＮＤ）を立てる。このとき、電池ＥＣＵ７は、図４Ｂに示すように、放電電流Ｉから放電終了時の放電電気量Ｑを算出し、放電電気量Ｑが第１の閾値（例えば、電池の定格容量の８０％に相当する８０Ａｈ）以上であるか否かを判定する。判定した結果、放電電気量Ｑが第１の閾値以上である場合、蓄電能力の劣化が無く正常であるとして、放電電気量Ｑが第１の閾値未満でかつ第２の閾値（例えば、７０Ａｈ）以上である場合、蓄電能力の劣化有りとして、放電電気量Ｑが第２の閾値未満である場合、第２の組電池４２は寿命であるとして、電池ＥＣＵ７は、ＭＰＵ１０に試験結果を報告する。
【００４４】
この試験結果には、第２の組電池４２の推定寿命期間が含まれ、この推定寿命期間は、予め設定された例えば８年という初期寿命期間と、実使用期間に対する放電電気量Ｑの低下に基づく劣化程度とに応じて、電池ＥＣＵ７により算出される。また、電池ＥＣＵ７により、現在使用中の第２の組電池４２は寿命であると判定された場合、後ほど、ＭＰＵ１０からの通知を受けた作業員により、交換用の組電池に交換され、交換された組電池の製造日付が入力部１１から入力されると、ＭＰＵ１０は、内部のメモリ（不図示）に組電池の製造日付を格納し、その製造日付と電池ＥＣＵ７から送信された推定寿命期間とを加算して、その加算結果を次の交換日付として表示部１２に表示する。
【００４５】
なお、電池交換時には、電池ＥＣＵ７は、今まで使用していた第２の組電池４２の温度状態（例えば、高温状態、低温状態等）や電圧状態（電池モジュールの電圧ばらつき具合等）などの使用履歴を消去し、新たに設置された組電池の履歴を取得することになる。
【００４６】
このようにして放電容量試験が終了すると、期間Ｔ４において、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１に対する放電停止要求（ＤＳＴＯＰ１）を解除するとともに、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００４７】
次に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。
【００４８】
以降の期間Ｔ５では、期間Ｔ２と同様に、第１の組電池４１および第２の組電池４２の自己放電と、それによる残存容量の低下を補償するための補充電とが繰り返し行われる。
【００４９】
図３は、図１の電源装置における充電中断が発生した場合の充放電動作を示す図であるが、期間Ｔ２およびＴ４は、図２のそれらと同様である。図３が図２と異なる点は、初期充電期間である期間Ｔ１において、第２の組電池４２に対して初期充電の中断が発生し、また電池容量試験期間である期間Ｔ３において、第１の組電池４１に対して補充電の中断が発生している点にある。
【００５０】
図３の期間Ｔ１において、第２の組電池４２への初期充電中に、電池ＥＣＵ７が、温度情報Ｔｂ２から第２の組電池４２の温度が所定温度（例えば、６０℃）以上になったことを検出した場合、高温により充電効率が低下しているため、立ち上げていた充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を一旦解除して、充電を中断する。
【００５１】
充電の中断により、第２の組電池４２の温度が所定温度（例えば、６０℃）未満にまで低下した場合、電池ＥＣＵ７は、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を再度発して、第２の組電池４２への充電を再開する。
【００５２】
また、図３の期間Ｔ３において、第１の組電池４１への補充電中に、電池ＥＣＵ７が、温度情報Ｔｂ１から第１の組電池４１の温度が所定温度（例えば、６０℃）以上になったことを検出した場合、高温により充電効率が低下しているため、立ち上げていた充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を一旦解除して、充電を中断する。
【００５３】
充電の中断により、第１の組電池４１の温度が所定温度（例えば、６０℃）未満にまで低下した場合、電池ＥＣＵ７は、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を再度発して、第１の組電池４１への充電を再開する。
【００５４】
以上のように、本実施形態によれば、エネルギー密度が高く（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）、出力密度も高いニッケル−水素二次電池を用いることで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図るとともに、組電池の製造日付と推定寿命期間とを加算して電池交換日付とすることで、寿命の推定が容易で、保守・点検時の作業で推定寿命に影響を与えず、電池交換日付を確実に表示可能な電源装置を実現することができる。
【００５５】
なお、本実施形態において、放電制御手段６が降圧手段としての機能を兼ねることもできる。満充電に近い状態において電池電圧が上昇して第４の電圧値（例えば、５５ボルト）に達した場合、降圧手段が動作し、電池電圧を降圧して、負荷３に供給する電圧を第４の電圧値（例えば、５５ボルト）に維持する。これにより、負荷３に動作保証電圧を供給することができる。
【００５６】
また、本実施形態において、放電制御手段６が過放電防止手段としての機能を兼ねることもできる。電池ＥＣＵ７は、電池電圧が放電終端電圧値にまで低下したことにより深放電を検出した場合、放電停止要求を発して、放電制御手段６に組電池からの放電を停止させる。これにより、過放電を容易に防止することができる。
【００５７】
また、本実施形態において、電源装置が組電池に対する冷却手段（例えば、冷却ファン）を備えてもよい。この場合、電池ＥＣＵ７は、組電池への充電を行っている間、また充電終了後も電池温度が高ければ、冷却ファンをオンにし、組電池を冷却させる。これにより、組電池の充電効率の低下を抑えて、最適な充電制御を行うことができる。
【００５８】
なお、本実施形態において、表示部は電源装置そのものに備えた構成としているが、電源装置には表示部を持たずに、各地の電源装置を集中管理している電源装置集中管理センターにおいてネットワーク経由で情報を収集し、交換日付はそのセンターに備えた表示部で表示されるように構成しても良い。その際、電源装置には表示部を重複して持っても持たなくても良いし、もしくは、交換日付になった場合や、寿命まで所定日数を切った際に、点灯・発音等のみするようにしても良い。作業員は、電源装置集中管理センターからの通知、もしくは電源装置の点灯・発音により、組電池の交換作業を行うことができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エネルギー密度が高く（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）、出力密度も高いニッケル−水素二次電池を用いることで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図るとともに、寿命の推定が容易で、保守・点検時の作業で推定寿命に影響を与えず、電池交換日付を確実に表示可能な電源装置を実現することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る電源装置の構成例を示すブロック図
【図２】 図１の電源装置における基本的な充放電動作を示す図
【図３】 図１の電源装置における充電中断が発生した場合の充放電動作を示す図
【図４Ａ】 放電容量試験中における各部電圧の時間変化を示す図
【図４Ｂ】 放電電流（Ｉ）および放電電気量（Ｑ）の時間変化を示す図
【図５Ａ】 従来の電源装置における実日付に対する交換日付表示値を示すグラフ
【図５Ｂ】 本実施形態の電源装置における実日付に対する交換日付表示値を示すグラフ
【符号の説明】
１ 商用電源
２ 整流器
３ 負荷
４１ 第１の組電池
４２ 第２の組電池
５ 充電制御手段
６ 放電制御手段
７ 電池監視手段（電池ＥＣＵ）
８１、８２ 電流センサ
９ 昇圧手段
１０ 監視制御部（ＭＰＵ）
１１ 入力部
１２ 表示部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置に関し、特に無線通信の基地局等に設置され、停電時等のバックアップ用電源としてニッケル−水素二次電池が塔載された通信用直流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話等の基地局に設置される通信用直流電源装置には、停電時や保守時等のバックアップ用電源として、鉛蓄電池が使用されてきた（例えば、特許文献１参照）。この鉛蓄電池は、商用電源の交流電圧を整流器により整流した直流電圧によりフロート充電され、特に充電制御は行われていなかった。
【０００３】
また、このような電源装置に用いられる鉛蓄電池の劣化や寿命を判定する方法としては、（１）環境温度に依存して劣化の進行とともに電池の内部抵抗が増大することで、負荷電流による電圧降下の程度を検出して判定する方法、（２）鉛蓄電池を定期的に放電試験することにより、その放電電気量を算出して判定する方法、（３）現在の日付と鉛畜電池の設置日付から電池設置後の経過年数を求め、鉛蓄電池の平均温度に該当する標準寿命年数から経過年数を差し引いて、寿命までの残り年数（残年数）または現在の日付に残年数を加算して寿命時期を表示する方法（例えば、特許文献２参照）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３１５０１５号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平７−３１２２３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、通信用直流電源装置に対する電力需要が増大しており、またその設置スペースも限られている。しかしながら、通信用直流電源装置のバックアップ用電源として鉛蓄電池を用いた場合、高容量化や省スペース化の点で問題があり、また、経年劣化による寿命も短く、保守・点検等によりコストが増大するという問題もある。
【０００７】
また、現在の日付に残年数を加算して寿命時期（次の交換日付）とする上記従来の方法（３）では、以下の問題点がある。
（Ａ）保守・点検時に、時刻調整を行うことで、電池の状態を監視している電池監視手段（電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit））に設けられたカレンダＩＣの現在の日付が変化するため、次の交換日付も変化してしまう。
（Ｂ）保守・点検時に、現在の日付を進ませて、交換要求信号が発せられるかを試験することができない。
（Ｃ）「電池交換を行った」旨の情報を、電池ＥＣＵに伝える必要があり、新たな信号が必要となる。
（Ｄ）電池交換を行ってから放電容量試験を行い、その結果に基づいて修正を行うまで、交換日付表示値に製造の新旧が反映されない。図５Ａは、交換用電池の製造日付が不明である場合における実日付に対する交換日付表示値を示すグラフである。なお、図５Ａにおいて、電池寿命を８年に設定している。２００２年８月に、製造日付が２００２年８月である電池に交換し、８年後の２０１０年８月に、交換時に製造日付が不明である（実際は、２００８年８月に製造された）電池に交換すると、交換日付表示値は２０１８年となる。次に、２０１０年８月から例えば６ヶ月後、すなわち２０１１年２月の定期点検時に放電容量試験を行ったところ、蓄電能力の劣化が見られ、その結果に基づいて、交換日付表示値が、２０１８年８月から２年だけ差し引かれて、２０１６年８月に修正される。このように、交換日付表示値の更新にタイムラグが発生してしまう。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉛蓄電池に代えてニッケル−水素二次電池を用いることで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図るとともに、寿命の推定が容易で、保守・点検時の作業で推定寿命に影響を与えず、電池交換日付を確実に表示可能な電源装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の電源装置は、ニッケル−水素二次電池を複数個直列に接続して成る組電池と、商用電源からの交流電力を整流して例えば通信機器を含む負荷および組電池に対して直流電力を供給する整流器と、整流器からの直流電力を受けて組電池に対する電気量の充電を制御する充電制御手段と、組電池に充電された電気量の放電を制御する放電制御手段と、組電池の電圧情報（Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４；Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４）、電流情報（Ｉ１；Ｉ２）、および温度情報（Ｔｂ１；Ｔｂ２）に基づいて、少なくとも組電池の残存容量（ＳＯＣ１；ＳＯＣ２）を演算し、組電池の残存容量の割合を監視する電池監視手段（電池ＥＣＵ）と、電池交換時に組電池の製造日付が入力される入力部とを備え、電池監視手段は、組電池の製造日付を起点として、所定の電気量（例えば、８０Ａｈ）を供給することが可能な寿命期間を推定し、その推定寿命期間と製造日付とを加算した結果を次の交換日付とする演算を行うことを特徴とする。
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の電源装置は、ニッケル−水素二次電池を複数個直列に接続して成る組電池と、商用電源からの交流電力を整流して例えば通信機器を含む負荷および組電池に対して直流電力を供給する整流器と、整流器からの直流電力を受けて組電池に対する電気量の充電を制御する充電制御手段と、組電池に充電された電気量の放電を制御する放電制御手段と、組電池の電圧情報（Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４；Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４）、電流情報（Ｉ１；Ｉ２）、および温度情報（Ｔｂ１；Ｔｂ２）に基づいて、少なくとも組電池の残存容量（ＳＯＣ１；ＳＯＣ２）を演算し、組電池の残存容量の割合を監視する電池監視手段（電池ＥＣＵ）と、整流器の出力電圧を制御するとともに、電池監視手段からの指示に応じて充電制御手段および放電制御手段を制御する監視制御部（ＭＰＵ）と、電池交換時に組電池の製造日付が入力される入力部とを備え、電池監視手段は、組電池の製造日付を起点として、所定の電気量（例えば、８０Ａｈ）を供給することが可能な寿命期間を推定し、推定した寿命期間（例えば、８年）を監視制御部に送信し、監視制御部は、入力部から入力され内部に格納している製造日付と、電池監視手段から送信された寿命期間とを加算して、次の交換日付とする演算を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る電源装置において、電池監視手段は、電池交換時に、寿命期間の推定に必要であった組電池の使用履歴を消去することを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、鉛蓄電池に代えてニッケル−水素二次電池を用いることで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図ることができる。
【００１３】
また、組電池の製造日付に推定寿命期間を加算して、交換日付を演算するので、上記従来の問題点（Ａ）に対して、保守・点検時に時刻調整を行っても交換日付は変化せず、上記従来の問題点（Ｂ）に対して、現在の日付を進めることで、交換要求信号が発せられることが確認でき、上記従来の問題点（Ｃ）に対して、「電池製造日付」の変化を電池交換の合図に利用することで、新たな信号を必要とせず、さらに第２の電源装置の構成のように、電池製造日付と推定寿命期間との加算をＭＰＵで行うことで、電池ＥＣＵからＭＰＵへの信号伝送量を削減することができ、上記従来の問題点（Ｄ）に対して、電池交換後、直ちに、交換日付表示値に製造の新旧が反映される。従来の電源装置では、図５Ａに示すように、２０１０年８月の電池交換時に、２００８年８月に製造された寿命期間が８年である組電池に交換した場合、交換日付表示値は２０１８年８月と設定されるのに対して、本発明に係る第１または第２の電源装置では、図５Ｂに示すように、交換日付表示値は２０１６年８月と直ちに設定される。
【００１４】
さらに、寿命期間は電池特性のみに依存するので、寿命期間の推定が容易になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置の一構成例を示すブロック図である。図１において、１は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源、２は商用電源１の交流電力を整流して直流電力（例えば、公称電圧ＶＣＣ＝−４８Ｖ）を生成する整流器、３は通信機器等を含む負荷（電流定格としては、例えば６０Ａ）である。
【００１７】
４１はニッケル−水素二次電池からなる単位電池（例えば、電池モジュール）が４つ直列に接続された第１の組電池（例えば、容量１００Ａｈ）、４２はニッケル−水素二次電池からなる単位電池（例えば、電池モジュール）が４つ直列に接続され、第１の組電池４１と並列に接続された第２の組電池である。なお、図１には、２つの組電池が並列に接続された場合を例示しているが、必要に応じて、１つの組電池のみ、または３つ以上の組電池を並列に接続してもよいことは言うまでもない。
【００１８】
５は整流器２からの直流電力を受けて第１の組電池４１および第２の組電池４２に対する電気量の充電を制御する充電制御手段で、６は第１の組電池４１および第２の組電池４２に充電された電気量の放電を制御する放電制御手段である。なお、充電制御手段５および放電制御手段６は、それぞれ、第１の組電池４１および第２の組電池４２に対応して、２組のパワースイッチ素子および逆流防止用ダイオードを含んで構成される。
【００１９】
７は、電池監視手段（電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit））であり、第１の組電池４１の電圧情報（Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４）、第１の組電池４１の電流情報（Ｉ１）、および第１の組電池４１の温度情報（Ｔｂ１）に基づいて、少なくとも第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１を演算し、また第２の組電池４２の電圧情報（Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４）、第２の組電池４２の電流情報（Ｉ２）、および第２の組電池４２の温度情報（Ｔｂ２）に基づいて、少なくとも第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２を演算し、第１の組電池４１および第２の組電池４２の状態を監視する。
【００２０】
８１は第１の組電池４１に流れる充放電電流を検出する電流センサ、８２は第２の組電池４２に流れる充放電電流を検出する電流センサである。
【００２１】
９は昇圧手段であり、停電時や電池の放電容量試験時など整流器２からの直流電圧が低下しており、また放電末期で第１の組電池４１と第２の組電池４２の電圧が第１の電圧値（負荷３の動作保証電圧の下限値よりも高い電池電圧値、例えば４６ボルト）を下回った場合に、負荷３に供給する電圧を昇圧して第１の電圧値に維持する働きをする。
【００２２】
１０は監視制御部（ＭＰＵ）であり、第１の組電池４１および第２の組電池４２の放電容量試験時において、整流器２からの出力電圧を制御したり、電池ＥＣＵ７からの指示（充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ）、充電停止要求（ＣＳＴＯＰ）、放電開始要求（ＤＳＴＡＲＴ）、放電停止要求（ＤＳＴＯＰ）など）に応じて、充電制御手段５および放電制御手段６による充放電動作を制御する。
【００２３】
また、ＭＰＵ１０は、電池交換時に、作業員により入力部１１から入力された組電池の製造日付を格納し、電池ＥＣＵ７からの推定寿命期間を受けて、組電池の製造日付と推定寿命期間とを加算して、その加算結果を次の交換日付（交換日付表示値）として表示部１２に表示する。
【００２４】
次に、このように構成された電源装置の充放電動作について、図１に加えて、図２、図３、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明する。
【００２５】
図２は、図１の電源装置における基本的な充放電動作を示す図で、図３は、図１の電源装置における充電中断が発生した場合の充放電動作を示す図である。なお、図２および図３の上側は、充放電による第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１の時間変化および第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２の時間変化を示し、図２および図３の下側は、各種要求および状態を指示するフラグを示す。
【００２６】
図４Ａは、放電容量試験中における各部電圧の時間変化を示す図で、図４Ｂは、放電電流（Ｉ）および放電電気量（Ｑ）の時間変化を示す図である。なお、図４Ａにおいて、期間Ｔ３１は定常状態の期間、期間Ｔ３２は回路動作を確認するために整流器２の出力電圧ＶＲを少しだけ低下させる期間、期間Ｔ３３は待機期間、期間Ｔ３４は電池電圧ＶＢが低下していく放電期間でかつ昇圧手段９が非動作中の期間、期間Ｔ３５は電池電圧ＶＢが低下していく放電期間でかつ昇圧手段９が動作中の期間を示す。また、ＶＬは負荷２に供給される電圧を、ＶＯは負荷２が動作可能である電圧範囲を示す。
【００２７】
図２において、期間Ｔ１（初期充電期間）の開始時（電池交換時）に、電池ＥＣＵ７が、第１の組電池４１に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を発すると、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第１の組電池４１に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００２８】
次に、電池ＥＣＵ７が第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ１を発して、第１の組電池４１に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を解除する。この状態で、第１の組電池４１はバックアップ用電源としての待機状態に入る。
【００２９】
同時に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３０】
次に、電池ＥＣＵ７が第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。この状態で、第２の組電池４２はバックアップ用電源としての待機状態に入る。
【００３１】
第１の組電池４１および第２の組電池４２が待機状態にある期間Ｔ２において、組電池の自己放電に起因して、残存容量ＳＯＣ１、ＳＯＣ２が低下する。第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が第１の残存容量値ＳＯＣｔ１（例えば、８０％）まで低下すると、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第１の組電池４１に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３２】
次に、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ１を発して、第１の組電池４１に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を解除する。これにより、第１の組電池４１に対して補充電が行われる。
【００３３】
また、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が第１の残存容量値ＳＯＣｔ１（例えば、８０％）まで低下すると、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３４】
次に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。これにより、第２の組電池４２に対して補充電が行われる。
【００３５】
このようにして、期間Ｔ２では、第１の組電池４１および第２の組電池４２の自己放電と、それによる残存容量の低下を補償するための補充電とが繰り返し行われる。
【００３６】
期間Ｔ３では、電池の劣化状態を判定するために、ＭＰＵ１０により、例えば交換時から６ヶ月毎に電池の放電容量試験が実施される。ここでは、第２の組電池４２に対する放電容量試験を例にとって説明する。まず、試験待機中フラグ（ＷＡＩＴ）が立てられ、所定時間経過した後、試験待機中フラグ（ＷＡＩＴ）が下げられると同時に、試験充電中フラグ（ＴＣＳ）が立てられる。電池ＥＣＵ７は、ＭＰＵ１０からの試験要求を受けて、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３７】
次に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。
【００３８】
同時に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する放電容量試験中に停電などが発生し、また放電容量試験の結果、劣化判定対象である第２の組電池４２が劣化している、または寿命であると判定された場合に備えて、バックアップ用の第１の組電池４１に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第１の組電池４１に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００３９】
次に、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１の残存容量ＳＯＣ１が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ１を発して、第１の組電池４１に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を解除する。
【００４０】
これにより、試験充電中フラグ（ＴＣＳ）が下げられ、試験充電終了フラグ（ＴＣＥ）が所定時間立てられる。
【００４１】
試験充電終了フラグ（ＴＣＥ）が下げられると、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１に対する放電停止要求（ＤＳＴＯＰ１）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、放電制御手段６の対応するパワースイッチ素子をオフ状態に制御し、第１の組電池４１からの放電を禁止する。この後、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２に対する放電開始要求（ＤＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、試験中フラグＴＥＳＴを立て、放電制御手段６の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御するとともに、整流器２を制御してその出力電圧ＶＲを第２の電圧値（例えば、４５ボルト）にまで低下させて（図４Ａの期間Ｔ３４）、第２の組電池４２からの試験放電が開始される。
【００４２】
ここで、整流器２の出力電圧ＶＲが下がり、第２の組電池４２からの放電により電池電圧ＶＢが低下して、負荷３に供給される電圧ＶＬが第１の電圧値（例えば、４６ボルト）に達する（図４Ａの期間Ｔ３４）と、昇圧手段９が動作し、電池電圧ＶＢを昇圧して、負荷３に供給する電圧ＶＬを第１の電圧値（例えば、４６ボルト）に維持する（図４Ａの期間Ｔ３５）。これにより、負荷３に動作保証電圧を供給することができる。
【００４３】
次に、電池ＥＣＵ７は、電圧情報Ｖ１１〜Ｖ１４、Ｖ２１〜Ｖ２４から電池電圧が放電下限電圧値に相当する第３の電圧値（例えば、４３ボルト）に達したことを検出すると、試験終了をＭＰＵ１０に通知する。これを受けて、ＭＰＵ１０は、試験終了フラグ（ＴＥＮＤ）を立てる。このとき、電池ＥＣＵ７は、図４Ｂに示すように、放電電流Ｉから放電終了時の放電電気量Ｑを算出し、放電電気量Ｑが第１の閾値（例えば、電池の定格容量の８０％に相当する８０Ａｈ）以上であるか否かを判定する。判定した結果、放電電気量Ｑが第１の閾値以上である場合、蓄電能力の劣化が無く正常であるとして、放電電気量Ｑが第１の閾値未満でかつ第２の閾値（例えば、７０Ａｈ）以上である場合、蓄電能力の劣化有りとして、放電電気量Ｑが第２の閾値未満である場合、第２の組電池４２は寿命であるとして、電池ＥＣＵ７は、ＭＰＵ１０に試験結果を報告する。
【００４４】
この試験結果には、第２の組電池４２の推定寿命期間が含まれ、この推定寿命期間は、予め設定された例えば８年という初期寿命期間と、実使用期間に対する放電電気量Ｑの低下に基づく劣化程度とに応じて、電池ＥＣＵ７により算出される。また、電池ＥＣＵ７により、現在使用中の第２の組電池４２は寿命であると判定された場合、後ほど、ＭＰＵ１０からの通知を受けた作業員により、交換用の組電池に交換され、交換された組電池の製造日付が入力部１１から入力されると、ＭＰＵ１０は、内部のメモリ（不図示）に組電池の製造日付を格納し、その製造日付と電池ＥＣＵ７から送信された推定寿命期間とを加算して、その加算結果を次の交換日付として表示部１２に表示する。
【００４５】
なお、電池交換時には、電池ＥＣＵ７は、今まで使用していた第２の組電池４２の温度状態（例えば、高温状態、低温状態等）や電圧状態（電池モジュールの電圧ばらつき具合等）などの使用履歴を消去し、新たに設置された組電池の履歴を取得することになる。
【００４６】
このようにして放電容量試験が終了すると、期間Ｔ４において、電池ＥＣＵ７は、第１の組電池４１に対する放電停止要求（ＤＳＴＯＰ１）を解除するとともに、第２の組電池４２に対する充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を発し、これを受けて、ＭＰＵ１０は、充電制御手段５の対応するパワースイッチ素子をオン状態に制御し、第２の組電池４２に対する充電（例えば、１０Ａの定電流充電）が行われる。
【００４７】
次に、電池ＥＣＵ７は、第２の組電池４２の残存容量ＳＯＣ２が満充電（１００％）に達したことを検出すると、充電電流制御要求ＣＣ２を発して、第２の組電池４２に対して例えば３Ａの充電を所定時間行わせ、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を解除する。
【００４８】
以降の期間Ｔ５では、期間Ｔ２と同様に、第１の組電池４１および第２の組電池４２の自己放電と、それによる残存容量の低下を補償するための補充電とが繰り返し行われる。
【００４９】
図３は、図１の電源装置における充電中断が発生した場合の充放電動作を示す図であるが、期間Ｔ２およびＴ４は、図２のそれらと同様である。図３が図２と異なる点は、初期充電期間である期間Ｔ１において、第２の組電池４２に対して初期充電の中断が発生し、また電池容量試験期間である期間Ｔ３において、第１の組電池４１に対して補充電の中断が発生している点にある。
【００５０】
図３の期間Ｔ１において、第２の組電池４２への初期充電中に、電池ＥＣＵ７が、温度情報Ｔｂ２から第２の組電池４２の温度が所定温度（例えば、６０℃）以上になったことを検出した場合、高温により充電効率が低下しているため、立ち上げていた充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を一旦解除して、充電を中断する。
【００５１】
充電の中断により、第２の組電池４２の温度が所定温度（例えば、６０℃）未満にまで低下した場合、電池ＥＣＵ７は、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ２）を再度発して、第２の組電池４２への充電を再開する。
【００５２】
また、図３の期間Ｔ３において、第１の組電池４１への補充電中に、電池ＥＣＵ７が、温度情報Ｔｂ１から第１の組電池４１の温度が所定温度（例えば、６０℃）以上になったことを検出した場合、高温により充電効率が低下しているため、立ち上げていた充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を一旦解除して、充電を中断する。
【００５３】
充電の中断により、第１の組電池４１の温度が所定温度（例えば、６０℃）未満にまで低下した場合、電池ＥＣＵ７は、充電開始要求（ＣＳＴＡＲＴ１）を再度発して、第１の組電池４１への充電を再開する。
【００５４】
以上のように、本実施形態によれば、エネルギー密度が高く（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）、出力密度も高いニッケル−水素二次電池を用いることで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図るとともに、組電池の製造日付と推定寿命期間とを加算して電池交換日付とすることで、寿命の推定が容易で、保守・点検時の作業で推定寿命に影響を与えず、電池交換日付を確実に表示可能な電源装置を実現することができる。
【００５５】
なお、本実施形態において、放電制御手段６が降圧手段としての機能を兼ねることもできる。満充電に近い状態において電池電圧が上昇して第４の電圧値（例えば、５５ボルト）に達した場合、降圧手段が動作し、電池電圧を降圧して、負荷３に供給する電圧を第４の電圧値（例えば、５５ボルト）に維持する。これにより、負荷３に動作保証電圧を供給することができる。
【００５６】
また、本実施形態において、放電制御手段６が過放電防止手段としての機能を兼ねることもできる。電池ＥＣＵ７は、電池電圧が放電終端電圧値にまで低下したことにより深放電を検出した場合、放電停止要求を発して、放電制御手段６に組電池からの放電を停止させる。これにより、過放電を容易に防止することができる。
【００５７】
また、本実施形態において、電源装置が組電池に対する冷却手段（例えば、冷却ファン）を備えてもよい。この場合、電池ＥＣＵ７は、組電池への充電を行っている間、また充電終了後も電池温度が高ければ、冷却ファンをオンにし、組電池を冷却させる。これにより、組電池の充電効率の低下を抑えて、最適な充電制御を行うことができる。
【００５８】
なお、本実施形態において、表示部は電源装置そのものに備えた構成としているが、電源装置には表示部を持たずに、各地の電源装置を集中管理している電源装置集中管理センターにおいてネットワーク経由で情報を収集し、交換日付はそのセンターに備えた表示部で表示されるように構成しても良い。その際、電源装置には表示部を重複して持っても持たなくても良いし、もしくは、交換日付になった場合や、寿命まで所定日数を切った際に、点灯・発音等のみするようにしても良い。作業員は、電源装置集中管理センターからの通知、もしくは電源装置の点灯・発音により、組電池の交換作業を行うことができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エネルギー密度が高く（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）、出力密度も高いニッケル−水素二次電池を用いることで、高容量化や省スペース化、また長寿命化を図るとともに、寿命の推定が容易で、保守・点検時の作業で推定寿命に影響を与えず、電池交換日付を確実に表示可能な電源装置を実現することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る電源装置の構成例を示すブロック図
【図２】 図１の電源装置における基本的な充放電動作を示す図
【図３】 図１の電源装置における充電中断が発生した場合の充放電動作を示す図
【図４Ａ】 放電容量試験中における各部電圧の時間変化を示す図
【図４Ｂ】 放電電流（Ｉ）および放電電気量（Ｑ）の時間変化を示す図
【図５Ａ】 従来の電源装置における実日付に対する交換日付表示値を示すグラフ
【図５Ｂ】 本実施形態の電源装置における実日付に対する交換日付表示値を示すグラフ
【符号の説明】
１ 商用電源
２ 整流器
３ 負荷
４１ 第１の組電池
４２ 第２の組電池
５ 充電制御手段
６ 放電制御手段
７ 電池監視手段（電池ＥＣＵ）
８１、８２ 電流センサ
９ 昇圧手段
１０ 監視制御部（ＭＰＵ）
１１ 入力部
１２ 表示部
Claims (4)
- ニッケル−水素二次電池を複数個直列に接続して成る組電池と、
商用電源からの交流電力を整流して負荷および前記組電池に対して直流電力を供給する整流器と、
前記整流器からの直流電力を受けて前記組電池に対する電気量の充電を制御する充電制御手段と、
前記組電池に充電された電気量の放電を制御する放電制御手段と、
前記組電池の電圧情報、電流情報、および温度情報に基づいて、少なくとも前記組電池の残存容量を演算し、前記組電池の残存容量の割合を監視する電池監視手段と、
電池交換時に前記組電池の製造日付が入力される入力部とを備え、
前記電池監視手段は、前記組電池の製造日付を起点として、所定の電気量を供給することが可能な寿命期間を推定し、その推定寿命期間と前記製造日付とを加算した結果を次の交換日付とする演算を行うことを特徴とする電源装置。 - ニッケル−水素二次電池を複数個直列に接続して成る組電池と、
商用電源からの交流電力を整流して負荷および前記組電池に対して直流電力を供給する整流器と、
前記整流器からの直流電力を受けて前記組電池に対する電気量の充電を制御する充電制御手段と、
前記組電池に充電された電気量の放電を制御する放電制御手段と、
前記組電池の電圧情報、電流情報、および温度情報に基づいて、少なくとも前記組電池の残存容量を演算し、前記組電池の残存容量の割合を監視する電池監視手段と、
前記整流器の出力電圧を制御するとともに、前記電池監視手段からの指示に応じて前記充電制御手段および前記放電制御手段を制御する監視制御部と、
電池交換時に前記組電池の製造日付が入力される入力部とを備え、
前記電池監視手段は、前記組電池の製造日付を起点として、所定の電気量を供給することが可能な寿命期間を推定し、推定した寿命期間を前記監視制御部に送信し、前記監視制御部は、前記入力部から入力され内部に格納している前記製造日付と、前記電池監視手段から送信された前記寿命期間とを加算して、次の交換日付とする演算を行うことを特徴とする電源装置。 - 前記電池監視手段は、電池交換時に、前記寿命期間の推定に必要であった前記組電池の使用履歴を消去することを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
- 前記負荷は、通信機器を含むことを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
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