JP4993679B2 - 蓄電池放電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、交換機等のバックアップ用に適用できる蓄電池を容量試験することが可能な蓄電池放電制御装置に関する。

従来、複数の蓄電池を直列接続した蓄電池群のうち１の蓄電池の残存容量を他の蓄電池に接続したままの状態で測定する場合には、実負荷や擬似的な負荷等の試験用負荷を搭載した定電流回路により当該蓄電池を定電流放電させ、その放電時間を測定することで換算していた。そして、容量試験後に蓄電池に回復充電する場合には、別途専用の充電器で単独に行うこととしていた。また、容量試験中の停電に備え、放電中の蓄電池に並列にダイオードを接続して、他の蓄電池から試験中の蓄電池への逆充電を回避することとしていた（例えば、特許文献１、２又は３を参照。）。
特開平２−２２７６８２号公報 特開平５−２８１３０９号公報 特開平７−５５９０１号公報

しかし、従来の方法では、蓄電池の放電した電力を総て試験用負荷により消費し、消費した電力を別途用意した充電器で充電することとしているため、電力が無駄になってしまう。また、試験用負荷の接続により、負荷変動を生じさせることから測定した容量の値が正確ではなくなるという問題も生じる。

また、試験中に停電し、蓄電池群から負荷に電力を供給する必要が生じた場合には、試験中の蓄電池は、容量試験中に放電した分だけその容量が少なくなっているため放電時間が短い。また、容量試験中の停電対策としてダイオードを蓄電池に並列に挿入するため、停電後に試験中の蓄電池の電圧が放電の途中でゼロボルトとなって放電できなくなったときには、試験中の蓄電池を除く蓄電池群からの電力はダイオードを介して負荷に供給されることになり、試験中の蓄電池の分の電力が負荷に供給されず、蓄電池群から負荷への電力の供給時間が短くなる。

そこで、本発明では、蓄電池の電力を有効に使用し且つ試験中に停電しても蓄電池群の電力を効率よく使用できる蓄電池放電制御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、本発明者は、蓄電池に放電させるときに蓄電池が放電した電力を負荷により消費するのではなく、蓄積することとした。また、試験中に停電しても蓄電池群の電力を効率よく使用するために、蓄積した電力を蓄電池群に接続された負荷に対して供給するようにした。

具体的には、本願第一発明に係る蓄電池放電制御装置は、複数の蓄電池が直列に接続された蓄電池群のうちいずれか１の蓄電池を選択する蓄電池選択手段と、前記蓄電池選択手段の選択した前記１の蓄電池に一定電流で放電させた電力を蓄積し、蓄積した前記電力を前記１の蓄電池に戻すように充電し、及び蓄積した前記電力を前記蓄電池群に接続された負荷に供給する充放電手段と、前記１の蓄電池の電圧が低下して前記１の蓄電池の放電の限界である放電限界電圧となったときに前記１の蓄電池の電圧を略ゼロボルトに維持するように前記蓄電池群のうち前記１の蓄電池を除く他の蓄電池から前記１の蓄電池に流れ込む電流をバイパスさせる電流バイパス手段と、前記充放電手段における前記放電の開始、前記充電の開始、及び前記負荷への電力の供給の開始、並びに前記電流バイパス手段における前記バイパスの動作を制御する動作制御手段と、を備える蓄電池放電制御装置である。

本願第一発明では、充放電手段により蓄電池に放電させた電力を蓄積する。また、この蓄積した電力を戻すように蓄電池に充電する。また、電力を蓄積するため、蓄積した電力は動作制御手段等の他の手段への供給電力としても利用できる。そのため、本発明では、従来のように蓄電池が放電した電力を試験用負荷により消費することがないので、電力を有効に活用することができる。また、充放電手段に蓄積された電力を蓄電池群に接続された負荷に供給できるため、例えば停電時には、他の蓄電池に悪影響を与えることなく試験中の蓄電池の残存量及び充放電手段に蓄積された電力の蓄積分を含めて使用して蓄電池群に接続された負荷への電力供給を継続することがきる。そのため、蓄電池群に接続された負荷への電力供給時間を増加させることができ、負荷に対する信頼性を向上させることができる。また、電流バイパス手段により電流をバイパスさせて試験中の蓄電池の電圧を略ゼロボルトに維持するため、試験中の蓄電池が破壊するほどの過度な逆電圧が試験中の蓄電池に印加されることを防止することができると共に、逆バイアスされる電圧を低く抑えて、蓄電池群への影響を小さくすることができる。

上記第一発明に係る蓄電池放電制御装置において、前記充放電手段は、蓄積した前記電力の一部を前記動作制御手段への駆動電力として供給することが望ましい。

本発明では、充放電手段において蓄積した電力の一部を動作制御手段への駆動電力として供給することにより、蓄電池が放電した電力を有効活用できると共に、試験中の停電の際にも蓄電池放電制御装置を停止させることなく駆動することもできるので蓄電池放電制御装置に対する信頼性を向上させることができる。

また、上記第一発明に係る蓄電池放電制御装置において、前記充放電手段は、前記放電により前記１の蓄電池から出力される前記電力を蓄積する蓄電回路と、前記１の蓄電池に放電させるときに前記１の蓄電池と前記蓄電回路との間で前記蓄電回路の電圧に応じて前記一定電流となるように前記１の蓄電池からの電圧を昇圧して前記１の蓄電池からの前記電力を前記蓄電回路に出力する昇圧回路と、を備えることが望ましい。

本発明では、昇圧回路により蓄電回路に適合した電圧まで蓄電池の電圧を昇圧して蓄電池からの電力を蓄電回路に出力するため、一定電流に維持したまま蓄電池に十分放電させることができる。

また、上記第一発明に係る蓄電池放電制御装置において、前記充放電手段は、前記１の蓄電池に充電するときに前記昇圧回路を導通させて前記蓄電回路に蓄積された前記電力を前記１の蓄電池に移動させる導通回路をさらに備えることが望ましい。

本発明では、昇圧回路を導通させて蓄電回路に蓄積された電力を蓄電池に移動させるため、複雑な回路構成を採ることなく、蓄電回路に蓄積された電力を効率的に蓄電池に充電することができる。

また、上記第一発明に係る蓄電池放電制御装置において、前記充放電手段は、前記放電により前記１の蓄電池から出力される前記電力を蓄積する蓄電回路と、前記１の蓄電池に放電させるときに前記１の蓄電池から放電される前記電力のうち前記蓄電回路の許容する蓄積量を超えた分を前記一定電流に維持しつつ放電させる放電回路と、を備えることが望ましい。

本発明では、放電回路により蓄電回路の許容する蓄積量を超えた分を一定電流に維持しつつ蓄電池に放電させるため、蓄電池の容量が蓄電回路の容量より大きくても蓄電回路や他の回路を破壊させることなく蓄電池に放電させることができる。

また、上記第一発明に係る蓄電池放電制御装置において、前記充放電手段は、前記放電又は前記充電により前記充放電手段と前記１の蓄電池との間で授受する前記電力を蓄積する複数の蓄電部と、前記１の蓄電池に放電させるときに前記１の蓄電池の電圧が前記複数の蓄電部に共通して印加されるように前記複数の蓄電部のそれぞれを並列接続とし且つ前記１の蓄電池に充電するときに前記複数の蓄電部のそれぞれの電圧が加算されて前記１の蓄電池に印加されるように前記複数の蓄電部のそれぞれを直列接続として前記複数の蓄電部同士の接続を切替える接続切替手段と、を備えることが望ましい。

本発明では、接続切替手段により蓄電池の放電時には複数の蓄電部を並列接続とするため、各蓄電部への印加電圧を共通にして蓄電池が放電する電力を複数の蓄電部においてなるべく多く蓄積することができる。一方、接続切替手段により蓄電池の充電時には複数の蓄電部を直列接続とするため、蓄電部に蓄積された電力を高電圧で放電させ蓄電池を初期充電できるため短時間で回復充電をすることができる。

また、上記第一発明に係る蓄電池放電制御装置において、前記充放電手段は、前記１の蓄電池への前記充電の不足分を補充するように前記１の蓄電池に充電する充電回路をさらに備えることが望ましい。

本発明では、充電回路により蓄電池への充電の不足分を補充するように充電するため、蓄電池の放電により充放電手段に蓄積された電力を他の回路へ利用したとしても、蓄電池の容量を回復させることができる。

また、上記第一発明に係る蓄電池放電制御装置において、前記１の蓄電池から前記充放電手段に放電される前記電力の移動量を積算して前記１の蓄電池の容量を測定する容量測定手段をさらに備え、前記動作制御手段は、前記容量測定手段における前記測定の動作を制御することが望ましい。

本発明では、容量測定手段により蓄電池の放電する電力を積算して蓄電池の容量を測定するため、蓄電池の容量試験を実行することができる。

本発明では、蓄電池の電力を有効に使用し且つ試験中に停電しても蓄電池群の電力を効率よく使用できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。

図１に、本実施形態に係る蓄電池放電制御装置の概略構成図を示す。

本実施形態に係る蓄電池放電制御装置１００は、蓄電池４１ｃを選択する蓄電池選択手段２０と、蓄電池４１ｃに一定電流で放電させた電力を蓄積し、及び蓄積した電力を蓄電池４１ｃに戻すように充電する充放電手段２１と、蓄電池４１ｃの電圧を略ゼロボルトに維持するように蓄電池４１ｃに流れ込む電流をバイパスさせる電流バイパス手段としての半導体スイッチ２２と、充放電手段２１及び半導体スイッチ２２の動作を制御する動作制御手段としての制御回路２３と、を備える。また、本実施形態では、蓄電池４１ｃと充放電手段２１との間で授受される電力量を検出する容量測定手段としての充放電量検出回路３８を備える。

蓄電池選択手段２０は、複数の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅが直列に接続された蓄電池群４０のうちいずれか１の蓄電池を選択する。図１では、蓄電池選択手段２０が蓄電池４１ｃを選択している形態を示している。ここで、蓄電池群４０は、例えば各出力電圧が２Ｖの蓄電池を２４個直列に接続したものが考えられる。蓄電池群４０は、負荷４２としての交換機等の装置のバックアップ用に使用できる。通常、蓄電池群４０は、商用電源１０の稼動時には充電回路４３により充電された状態を保っており、商用電源１０の停電時には蓄電池群４０からの電力により負荷４２を駆動させる。

蓄電池選択手段２０として、例えば、蓄電池の容量試験者が蓄電池群４０からいずれか１の蓄電池４１ｃを選択して蓄電池４１ｃの陽極電極及び陰極電極にプローブを挟むようにして選択することとしてもよい。或いは、蓄電池群４０に接続された総ての蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅの陽極電極及び陰極電極に予めプローブを接続しておき蓄電池選択手段２０内に備えたスイッチ（不図示）により電気的な接続を切替えて１の蓄電池４１ｃを選択することとしてもよい。いずれの場合でも、蓄電池放電制御装置１００は、蓄電池選択手段２０により蓄電池群４０から１の蓄電池４１ｃを別途取り出すことなく容量試験を行うことができる。

充放電手段２１は、後述の制御回路２３からの放電開始信号の入力により、蓄電池選択手段２０の選択した蓄電池４１ｃに一定電流で放電させた電力を蓄積する。また、蓄電池４１ｃの容量測定後には、後述の制御回路２３からの充電開始信号の入力により、蓄積した電力を蓄電池４１ｃに戻すようにして蓄電池４１ｃを充電する。具体的には、充放電手段２１は、蓄電部としてのコンデンサ３５、３６を備える蓄電回路３１を備え、蓄電池４１ｃの放電又は蓄電池４１ｃへの充電により充放電手段２１と蓄電池４１ｃとの間で授受する電力を蓄電回路３１において蓄積する。本実施形態では、蓄電回路３１は、２つのコンデンサ３５、３６を備えているが、コンデンサの接続数はいくつあってもよい。例えば、蓄電池４１ｃの最大容量に併せて蓄電池４１ｃの電力を総て蓄積できる分のコンデンサを備えるとよい。また、本実施形態では、蓄電回路３１としてコンデンサ３５、３６を備えているが、蓄電回路３１として蓄電池４１ｃの放電した電力を蓄積する蓄電池を適用してもよい。

このように、蓄電池放電制御装置１００は、充放電手段２１により蓄電池４１ｃに放電させた電力を蓄電回路３１に蓄積する。また、この蓄積した電力を戻すように蓄電池４１ｃに充電する。また、電力を蓄積するため、蓄積した電力は後述の制御回路２３等の他の手段や回路への供給電力としても利用できる。そのため、従来のように蓄電池４１ｃが放電した電力を試験用負荷により消費することがないので、電力を有効に活用することができる。本実施形態では、充放電手段２１は、蓄電回路３１に蓄積した電力の一部を後述の制御回路２３への駆動電力として供給することとした。詳細は、後述する。

また、充放電手段２１は、蓄電池４１ｃに放電させるときに蓄電池４１ｃからの電流が一定となるように蓄電池４１ｃからの電圧を昇圧して蓄電池４１ｃからの電力を出力する昇圧回路３２を備える。昇圧回路３２は、例えば、蓄電池４１ｃからの電力を後述の制御回路２３からの放電開始信号の入力に応じてトランジスタによりスイッチングして、インダクタの誘導起電力を発生させることにより昇圧することができる。そして、昇圧量を可変することにより蓄電池４１ｃからの電流を一定に維持することができる。

蓄電池４１ｃは、放電が進行すると蓄電池４１ｃの残存容量に応じて電圧が低下する。その場合、蓄電池４１ｃの電圧が蓄電回路３１内のコンデンサ３５、３６の電圧と平衡状態となり、蓄電池４１ｃの放電が停止してしまう。そうすると、蓄電池放電制御装置１００は、正確な放電量を算出することができない。そのため、昇圧回路３２は、蓄電池４１ｃに放電させるときに蓄電池４１ｃからの電流を一定電流とするように蓄電池４１ｃからの電圧を昇圧して蓄電池４１ｃからの電力を出力する。このように、蓄電池放電制御装置１００は、昇圧回路３２により蓄電回路３１に適合した電圧まで蓄電池４１ｃの電圧を昇圧して蓄電池４１ｃからの電力を蓄電回路３１に出力するため、一定電流に維持したまま蓄電池４１ｃから十分放電させることができる。

また、充放電手段２１は、蓄電池４１ｃに充電するときに昇圧回路３２を導通させて蓄電回路３１に蓄積された電力を蓄電池４１ｃに移動させる導通回路としてのスイッチ３３を備える。スイッチ３３は、例えば、トランジスタ等の半導体により電気的に導通と遮断を切替えるスイッチや、配線を開閉することにより機械的に導通と遮断を切替えるスイッチを適用することができる。スイッチ３３は、後述の制御回路２３からの切替信号の入力に応じて導通と遮断を切替える。このように、蓄電池放電制御装置１００は、昇圧回路３２を導通させて蓄電回路３１に蓄積された電力を蓄電池４１ｃに移動させるため、複雑な回路構成を採ることなく、蓄電回路３１に蓄積された電力を効率的に蓄電池４１ｃに充電することができる。

また、充放電手段２１は、蓄電池４１ｃに放電させるときに蓄電池４１ｃから放電される電力のうち蓄電回路３１の許容する蓄積量を超えた分を一定電流に維持しつつ放電させる放電回路としての定電圧回路３４を備える。本実施形態では、定電圧回路３４は、半導体スイッチ５４と、蓄電池４１ｃから放電された電力を消費するダミー抵抗５５と、を備える。半導体スイッチ５４は、例えば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のゲートへの信号入力によりソース−ドレイン間を導通又は遮断させることのできる半導体素子である。蓄電池４１ｃの内部抵抗がコンデンサ３５、３６の内部抵抗よりも大きい場合には、蓄電池４１ｃが放電した電力を蓄積しきれない場合がある。この場合、定電圧回路３４により蓄電回路３１の許容する蓄積量を超えた分を一定電流に維持しつつ放電させる。例えば、後述の制御回路２３により蓄電回路３１の両端電圧を検出し、蓄電回路３１の定格電圧となったときに、半導体スイッチ５４を導通させ、蓄電池４１ｃからの電流をダミー抵抗５５により消費させる。また、本実施形態では、定電圧回路３４として半導体スイッチ５４及びダミー抵抗５５からなるものを適用しているため、１００Ａの大電流を流して消費させることができる。一方、１Ａ程度の電流を流して消費させる場合には、定電圧回路３４としてツェナーダイオードを適用してもよい。このように蓄電池放電制御装置１００は、定電圧回路３４により蓄電回路３１の許容する蓄積量を超えた分を一定電流に維持しつつ蓄電池４１ｃから放電させるため、蓄電池４１ｃの容量が蓄電回路３１の容量より大きくても蓄電回路３１や他の回路を破壊させることなく蓄電池から放電させることができる。

また、充放電手段２１は、蓄電部としてのコンデンサ３５、３６の接続を切替える接続切替手段としてのスイッチ５１、５２、５３を備える。スイッチ５１、５２、５３は、例えば、トランジスタ等の半導体により電気的に導通と遮断を切替えるスイッチや、配線を開閉することにより機械的に導通と遮断を切替えるスイッチを適用することができる。ここで、充放電手段２１は、後述の制御回路２３からの切替信号の入力に応じて蓄電池４１ｃに放電させるときは、スイッチ５１及びスイッチ５３を導通させ且つスイッチ５２を遮断する。一方、蓄電池４１ｃに充電するときは、制御回路２３からの切替信号の入力に応じてスイッチ５１及びスイッチ５３を遮断し且つスイッチ５２を導通させる。このようにしてスイッチ５１、５２、５３は、蓄電池４１ｃに放電させるときに蓄電池４１ｃの電圧が複数のコンデンサ３５、３６に共通して印加されるように複数のコンデンサ３５、３６のそれぞれを並列接続とする。また、蓄電池４１ｃに充電するときに複数のコンデンサ３５、３６のそれぞれの電圧が加算されて蓄電池４１ｃに印加されるように複数のコンデンサ３５、３６のそれぞれを直列接続として複数のコンデンサ３５、３６同士の接続を切替える。なお、本実施形態では、制御手段２３からの切替信号の入力に応じて自動でスイッチ５１、５２、５３の切替を行うこととしているが、放電時又は充電時において試験者が手動で行うこととしてもよい。

このように蓄電池放電制御装置１００は、スイッチ５１、５２、５３によりコンデンサ３５、３６の接続を切替えることで、蓄電池４１ｃの放電時には複数のコンデンサ３５、３６を並列接続とするため、各コンデンサ３５、３６への印加電圧を共通にして蓄電池４１ｃが放電する電力を複数のコンデンサ３５、３６においてなるべく多く蓄積することができる。一方、スイッチ５１、５２、５３により蓄電池４１ｃの充電時には複数のコンデンサ３５、３６を直列接続とするため、コンデンサ３５、３６に蓄積された電力を高電圧で放電させ蓄電池を初期充電するため短時間で回復充電をすることができる。但し、初期充電量は、蓄電池４１ｃが破壊されないように蓄電池４１ｃの電圧を後述の制御回路２３により監視し、蓄電池４１ｃが過電圧値に達するまでとする。

なお、本実施形態では、図１において蓄電部としてのコンデンサが２つの形態を示したため、コンデンサの数に併せてスイッチを３つ備えているが、蓄電部としてのコンデンサの数に合わせてスイッチの数を増やして各コンデンサの接続を蓄電池４１ｃの放電の際に並列とし、充電の際に直列とするように接続することができる。

また、本実施形態では、充放電手段２１は、蓄電池４１ｃへの充電の不足分を補充するように蓄電池４１ｃに充電する充電回路２５を備える。充放電手段２１は、蓄電池４１ｃを充電するときに、まず蓄電池４１ｃの放電により蓄積した蓄電回路３１からの電力を蓄電池４１ｃに充電する。そして、蓄電回路３１からの電力では蓄電池４１ｃの充電が不足するときに充電回路２５により不足分を補充するように蓄電池４１ｃに充電する。このように蓄電池放電制御装置１００は、充電回路２５により蓄電池４１ｃへの充電の不足分を補充するように充電するため、蓄電池４１ｃの放電により蓄電回路３１に蓄積された電力を他の回路へ利用したとしても、蓄電池４１ｃを回復させることができる。

半導体スイッチ２２は、図１に示すように、半導体スイッチ２２の内部ダイオード５６のカソード側が蓄電池４１ｃの陽極側に接続され、ゲート（Ｇ）への信号入力によりソース（Ｓ）−ドレイン（Ｄ）間を導通又は遮断させる。本実施形態では、半導体スイッチ２２は、ＦＥＴ（Ｎチャンネル）が適用されている。ここで、例えば、商用電源１０が停電すると、充電回路４３からの充電が停止するため、負荷４２は、蓄電池群４０からの電力により駆動することになる。仮に半導体スイッチ２２を設けない場合、蓄電池４１ｃの放電の状況により蓄電池４１ｃの容量が他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅの容量より低下していると蓄電池４１ｃは、放電の途中でゼロボルトとなって放電できなくなる。そして、蓄電池４１ｃは、これに起因して他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅからの逆充電を受ける場合があり劣化するおそれがある。また、蓄電池群４０は、蓄電池４１ｃが他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅから逆充電されると一気に電圧が低下し負荷４２に悪影響を与える。そのため、これを防止しなくてはならない。

そこで、本実施形態では、電流バイパス手段としての半導体スイッチ２２を蓄電池４１ｃに並列に接続することにした。本実施形態では、半導体スイッチ２２は、後述の制御回路２３からのバイパス開始信号により導通状態となり蓄電池４１ｃに流れ込む電流をバイパスさせる。これにより、半導体スイッチ２２は、蓄電池４１ｃの電圧が低下して蓄電池４１ｃの放電限界電圧となったときに蓄電池４１ｃの電圧を略ゼロボルトに維持するように蓄電池群４０のうち蓄電池４１ｃを除く他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅから蓄電池４１ｃに流れ込む電流をバイパスさせる。この場合、制御回路２３が蓄電池４１ｃの電圧を検出することにより実現できる。ここで、「放電限界電圧」は、蓄電池４１ｃの容量が少なくなって蓄電池４１ｃの電圧がゼロボルト程度となったときの電圧をいう。実施形態では、蓄電池４１ｃの電圧が低下してゼロボルトになると蓄電池４１ｃが他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅから逆充電を受け始め、蓄電池４１ｃの電圧は、半導体スイッチ２２の内部ダイオード５６の順方向電圧となるまで低下する。そのため、本実施形態では、放電限界電圧は、ゼロボルトとなってから半導体スイッチ２２の内部ダイオード５６の順方向電圧となるまでの間に設定するとよい。なお、放電限界電圧は、ゼロボルト程度であれば、ゼロボルト以上であってもよい。また、「略ゼロボルト」は、ゼロボルト以下でゼロボルトに近く、他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅへの影響が小さい電圧をいい、本実施形態では、半導体スイッチ２２を導通させたときの両端電圧程度となる。また、本実施形態では、電流バイパス手段として半導体スイッチ２２を適用するが、半導体スイッチ２２であるＦＥＴは、両端電圧が低いため、蓄電池４１ｃを略ゼロボルトで導通させた状態にすることができる。そのため、蓄電池４１ｃへの逆充電を防止するか、又はたとえ逆充電が生じたとしても蓄電池４１ｃの許容範囲にとどめることができると共に、逆バイアスされる電圧を低く抑えて、蓄電池群４０への影響を小さくすることができる。

また、蓄電池４１ｃの電圧を略ゼロボルトに維持するだけでは蓄電池群４０から負荷４２への印加電圧は蓄電池４１ｃの電圧分だけ減少してしまうので、蓄電池群４０から負荷４２への電力の供給時間が短くなってしまう。そこで、本実施形態では、蓄電池放電制御装置１００は、蓄電池４１ｃが放電限界電圧になるまでの間に、スイッチ３３を導通させることにより、蓄電池４１ｃの放電により蓄電回路３１に蓄積された電力を負荷４２に供給して、蓄電池群４０における蓄電池４１ｃの電圧低下分を補うことができる。

このように、蓄電池放電制御装置１００は、商用電源１０の停電時においても半導体スイッチ２２により電流をバイパスさせて蓄電池４１ｃの電圧を略ゼロボルトに維持するので、停電の際に、蓄電池４１ｃが破壊するほどの過度な逆電圧が試験中の蓄電池に印加されることを防止することができると共に、逆バイアスされる電圧を低く抑えて、蓄電池群への影響を小さくすることができる。さらに、蓄電池４１ｃが放電限界電圧になるまでの間に、充放電手段２１に蓄積された電力を蓄電池群４０に接続された負荷４２に供給できるため、停電時には、他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅに悪影響を与えることなく蓄電池４１ｃの残存量及び充放電手段２１に蓄積された電力の蓄積分を含めて使用して蓄電池群４０に接続された負荷４２への電力供給を継続することがきる。そのため、蓄電池放電制御装置１００は、蓄電池群４０に接続された負荷４２への電力供給時間を増加させることができ、負荷４２に対する信頼性を向上させることができる。

充放電量検出回路３８は、蓄電池４１ｃと充放電手段２１との間で授受される電力の移動量を検出し積算することにより、蓄電池４１ｃから充放電手段２１への電力の移動量及び充放電手段２１から蓄電池４１ｃへの電力の移動量を算出する。そして、その算出した結果を制御回路２３に出力する。これにより蓄電池放電制御装置１００は、充放電量検出回路３８により制御回路２３に制御情報を与えて装置全体の動作制御を可能とすると共に、蓄電池４１ｃの放電量を測定できるため、蓄電池の容量を測定する容量試験を実行することができる。また、充放電量検出回路３８は、蓄電池４１ｃと充放電手段２１との間で授受される電流を検出して制御回路２３に制御情報を与えることもできる。

制御回路２３は、電源回路１１からの直流電力により駆動する。ここで、電源回路１１は、商用電源１０からの交流電力を直流電力に変換して制御回路２３に出力する。制御回路２３は、電源回路１１からの直流電力を充放電手段２１の動作電力として供給すると共に、充放電手段２１による放電の開始、充電の開始の動作及び負荷４２への電力の供給の動作、半導体スイッチ２２によるバイパスの動作、並びに充電回路２５による蓄電池４１ｃへの充電の動作を制御する。また、本実施形態では、制御回路２３は、充放電手段２１の蓄電回路３１に接続されており、蓄電回路３１に蓄積された電力の一部を駆動電力として使用する。例えば、制御回路２３は、電源回路１１からの電力供給を監視し、商用電源１０の停電を検出したときに蓄電回路３１からの電力を動作電力として使用することができる。或いは、制御回路２３は、電源回路１１からの電力供給の有無に関わらず蓄電回路３１からの電力供給を常に受けるように蓄電回路３１と接続されることとしてもよい。このように蓄電池放電制御装置１００は、充放電手段２１において蓄積した電力の一部を制御回路２３への駆動電力として供給することにより、蓄電池４１ｃが放電した電力を有効活用できると共に、試験中の停電の際にも蓄電池放電制御装置１００を停止させることなく駆動することもできるので蓄電池放電制御装置１００に対する信頼性を向上させることができる。

ここで、蓄電池放電制御装置１００の動作方法について説明する。

蓄電池放電制御装置１００は、蓄電池選択手段２０により蓄電池群４０の中からいずれか１の蓄電池４１ｃを選択し、これと接続する。この際、前述したように蓄電池選択手段２０として試験者が自らプローブを蓄電池４１ｃに接続することとしてもよいし、予め蓄電池群４０に接続されたプローブから制御回路２３からの入力信号（不図示）に応じていずれか１の蓄電池４１ｃを選択することとしてもよい。

蓄電池放電制御装置１００は、蓄電池選択手段２０と蓄電池４１ｃとを接続した状態で、制御回路２３から充放電手段２１に放電開始信号を出力する。充放電手段２１は、制御回路２３からの放電開始信号の入力に応じて蓄電池４１ｃに放電させる。この場合、充放電手段２１は、接続切替手段３７のスイッチ５１、５２、５３の導通／遮断を切替えてコンデンサ３５、３６を蓄電池４１ｃに対してそれぞれ並列となるように接続する。また、スイッチ３３を遮断状態とし、昇圧回路３２を駆動させて蓄電池４１ｃからの電流が一定電流となるように蓄電池４１ｃからの電圧を昇圧する。これにより、充放電手段２１は、蓄電池４１ｃの放電する電力を蓄電回路３１のコンデンサ３５、３６に蓄積する。

この際、定電圧回路３４は、蓄電池４１ｃからの電力により蓄電回路３１が飽和し両端電圧が蓄電回路３１の定格電圧となったときに半導体スイッチ５４を導通させて蓄電池４１ｃからの電流をダミー抵抗５５に消費させる。本実施形態では、制御回路２３により検出した蓄電回路３１の両端電圧を基に制御回路２３が半導体スイッチ５４を導通させる。

また、蓄電池４１ｃに放電させているときに、充放電量検出回路３８は、蓄電池４１ｃが放出した電力量を検出し積算して、積算結果に応じた信号を制御回路２３に出力する。また、蓄電池４１ｃが放出する電流を検出して制御回路２３に出力する。

制御回路２３は、充放電量検出回路３８から入力される信号及び蓄電池４１ｃの電圧を検出して昇圧回路３２での昇圧量を制御する。具体的には、蓄電池４１ｃの放電が進行すると蓄電池４１ｃの電圧及び電流が変動する。制御回路２３は、この変動量を充放電量検出回路３８から入力される信号及び蓄電池４１ｃの電圧から読み取り蓄電池４１ｃからの電流が一定となるように昇圧回路３２での昇圧量を調整する。例えば、昇圧回路３２として前述のようにトランジスタによりスイッチングして、インダクタの誘導起電力を発生させることにより昇圧する回路を適用した場合には、スイッチングのパルス幅を可変することで昇圧量を調整することができる。

このようにして、制御回路２３は、蓄電池４１ｃの電圧を検出して蓄電池４１ｃの電圧が終止電圧となるまで充放電手段２１に放電の動作を制御する。

ここで、蓄電池４１ｃに放電させているときに、商用電源１０が停止する等の場合において蓄電池４１ｃの電圧が低下するときには、制御回路２３は、蓄電池４１ｃから検出した電圧が蓄電池４１ｃの放電限界電圧となったときに半導体スイッチ２２にバイパス開始信号を出力する。半導体スイッチ２２は、バイパス開始信号の入力に応じて、蓄電池群４０のうち蓄電池４１ｃを除く他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅから蓄電池４１ｃに流れ込む電流をバイパスさせる。これにより、半導体スイッチ２２が導通している間、蓄電池４１ｃの両端電圧を半導体スイッチ２２の両端電圧程度、つまり蓄電池４１ｃを略ゼロボルトに維持することができる。また、制御回路２３は、蓄電池４１ｃが放電限界電圧になるまでの間に、昇圧回路３２をストップさせると共に、スイッチ３３に導通開始信号を入力して蓄電回路３１に蓄積された電力を負荷４２に供給させることにより、蓄電池群４０に対する蓄電池４１ｃの電圧降下分を補うことができる。

本実施形態では、制御回路２３は、蓄電回路３１からの電力の一部を駆動電力として使用しているため、商用電源１０の停止時にも充放電手段２１や半導体スイッチ２２への電力の供給や制御信号の出力を維持でき、蓄電池放電制御装置１００の完全停止を防止することができる。なお、蓄電池４１ｃの放電の初期の状態で商用電源１０が停止した場合には、蓄電回路３１の電力の蓄積量があまり多くないため、蓄電回路３１からの電力では蓄電池放電制御装置１００を駆動させることができない場合も考えられる。しかし、この場合、蓄電池４１ｃの容量が十分にあるので他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅから蓄電池４１ｃへの逆充電が生じるおそれもなく、また、他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅへの悪影響がなく負荷４２に電力を供給できるので問題とならないと考えられる。

制御回路２３は、蓄電池４１ｃの電圧を検出して蓄電池４１ｃの電圧が終止電圧となったときに充放電手段２１に放電の動作停止信号を出力する。充放電手段２１は、制御回路２３からの放電停止信号の入力に応じて蓄電池４１ｃの放電を停止させる。蓄電池４１ｃの放電が停止すると充放電量検出回路３８は、積算した電力量に基づいて蓄電池４１ｃの容量を算出することができる。

次に、蓄電池放電制御装置１００は、蓄電池選択手段２０と蓄電池４１ｃとを接続した状態で、制御回路２３から充放電手段２１に充電開始信号を出力する。なお、蓄電池４１ｃの放電から充電への切替は、制御手段２３が判断して自動で行うこととしてもよいし、試験者が手動で行うこととしてもよい。充放電手段２１は、制御回路２３からの充電開始信号の入力に応じて蓄電池４１ｃに充電する。この場合、充放電手段２１は、接続切替手段３７のスイッチ５１、５２、５３の導通／遮断を切替えてコンデンサ３５、３６を蓄電池４１ｃに対してそれぞれ直列となるように接続する。また、スイッチ３３を導通状態とし、昇圧回路３２を導通させる。これにより、充放電手段２１は、蓄電回路３１のコンデンサ３５、３６に蓄積された電力を蓄電池４１ｃに戻すように充電する。この際、制御回路２３は、蓄電池４１ｃが破壊されないように蓄電池４１ｃの電圧を監視し、蓄電池４１ｃが過電圧値に達した場合には、蓄電池４１ｃへの印加電圧を下げるようにスイッチ５１、５２、５３を例えば並列接続に切替える。

充放電量検出回路３８は、蓄電池４１ｃに充電した電力量を検出し積算して、積算結果に応じた信号を制御回路２３に出力する。

制御回路２３は、充放電量検出回路３８から入力される信号及び蓄電池４１ｃの電圧を検出して蓄電回路３１に蓄積された電力を総て蓄電池４１ｃに充電し終わると充電回路２５に充電開始信号を出力する。この場合、制御回路２３は、充放電手段２１内に備えた不図示のスイッチに信号を出力し、昇圧回路３２、スイッチ３３、定電圧回路３４及び蓄電回路３１から充電回路２５を遮断することとしてもよい。このようにすることで、充電回路２５からの電力を効率的に蓄電池４１ｃに充電することができる。なお、蓄電回路３１に蓄積された電力は、放電させる前に蓄電池４１ｃに残存していた容量を超えることはないので蓄電回路３１に蓄積された電力を総て蓄電池４１ｃに充電し終わった時点で充電回路２５に充電開始信号を出力することとしてもよいが、蓄電池４１ｃへの電力の移動量から蓄電池４１ｃへの充電量を判断した後に蓄電池４１ｃへの充電が不十分の場合に充電回路２５に充電開始信号を出力することとしてもよい。これにより、蓄電池４１ｃの破壊を防ぐことができる。

充電回路２５は、制御回路２３からの充電開始信号の入力に応じて電力を出力する。この際、充放電量検出回路３８は、蓄電池４１ｃに充電した電力量を検出し積算して、積算結果に応じた信号を制御回路２３に出力する。そして、制御回路２３は、蓄電池４１ｃへの充電量を判断して蓄電池４１ｃの充電が完了したときに充電回路２５に充電停止信号を出力する。充電回路２５は、制御回路２３からの充電停止信号の入力に応じて蓄電池４１ｃへの電力の出力を停止する。これにより、充電回路２５は、蓄電池４１ｃへの充電の不足分を補充するように充電することができる。

このようにして、制御回路２３は、充放電手段２１に充電の動作を制御する。

ここで、蓄電池４１ｃに充電しているときに、商用電源１０が停止する等の場合において蓄電池４１ｃの電圧が低下するときには、制御回路２３は、蓄電池４１ｃから検出した電圧が蓄電池４１ｃの放電限界電圧となったときに半導体スイッチ２２にバイパス開始信号を出力する。半導体スイッチ２２は、バイパス開始信号の入力に応じて、蓄電池群４０のうち蓄電池４１ｃを除く他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅから蓄電池４１ｃに流れ込む電流をバイパスさせる。これにより、半導体スイッチ２２が導通している間、蓄電池４１ｃの両端電圧を半導体スイッチ２２の両端電圧程度、つまり蓄電池４１ｃを略ゼロボルトに維持することができる。また、蓄電回路３１に蓄積した電力が残っている場合には、蓄電池４１ｃが放電限界電圧になるまでの間、スイッチ３３の導通状態を維持したまま、蓄電回路３１に蓄積された分の電力を負荷４２に供給して、蓄電池群４０に対する蓄電池４１ｃの電圧降下分を補うことができる。一方、蓄電回路３１に蓄積した電力が残っておらず、蓄電池４１ｃが充電回路２５から充電されている場合には、蓄電池４１ｃは停電により充電回路２５からの充電は受けられないが、すでに蓄電池４１ｃはある程度充電されている。そのため、蓄電池４１ｃは、他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅと同様に電力を負荷４２に供給することになる。この場合でも、制御回路２３は、蓄電池４１ｃから検出した電圧が蓄電池４１ｃの放電限界電圧となったときに半導体スイッチ２２にバイパス開始信号を出力して蓄電池４１ｃへの電流をバイパスさせる。

本実施形態では、制御回路２３は、蓄電回路３１からの電力の一部を駆動電力として使用しているため、商用電源１０の停止時にも充放電手段２１や半導体スイッチ２２への電力の供給や制御信号の出力を維持でき、蓄電池放電制御装置１００の完全停止を防止することができる。なお、蓄電池４１ｃの充電の終期の状態で商用電源１０が停止した場合には、蓄電回路３１の電力の蓄積量が残りわずかであるため、蓄電回路３１からの電力では蓄電池放電制御装置１００を駆動させることができない場合も考えられる。しかし、この場合、蓄電池４１ｃの容量が既に十分にあるので他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅから蓄電池４１ｃへの逆充電が生じるおそれもなく、また、他の蓄電池４１ａ、４１ｂ、４１ｄ、４１ｅへの悪影響がなく負荷４２に電力を供給できるので問題とならないと考えられる。

本発明の蓄電池放電制御装置は、交換機等のバックアップ用に適用できる蓄電池を容量試験することが可能である。

１実施形態に係る蓄電池放電制御装置を示した概略構成図である。

符号の説明

１０：商用電源
１１：電源回路
２０：蓄電池選択手段
２１：充放電手段
２２：半導体スイッチ
２３：制御回路
２５：充電回路
３１：蓄電回路
３２：昇圧回路
３３：スイッチ
３４：定電圧回路
３５、３６：コンデンサ
３７：接続切替手段
３８：充放電量検出回路
４０：蓄電池群
４１ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ：蓄電池
４２：負荷
４３：充電回路
５１、５２、５３：スイッチ
５４：半導体スイッチ
５５：ダミー抵抗
５６：内部ダイオード
１００：蓄電池放電制御装置

Claims (8)

1. 複数の蓄電池が直列に接続された蓄電池群のうちいずれか１の蓄電池を選択する蓄電池選択手段と、
   前記蓄電池選択手段の選択した前記１の蓄電池に一定電流で放電させた電力を蓄積し、蓄積した前記電力を前記１の蓄電池に戻すように充電し、及び蓄積した前記電力を前記蓄電池群に接続された負荷に供給する充放電手段と、
   前記１の蓄電池の電圧が低下して前記１の蓄電池の放電の限界である放電限界電圧となったときに前記１の蓄電池の電圧を略ゼロボルトに維持するように前記蓄電池群のうち前記１の蓄電池を除く他の蓄電池から前記１の蓄電池に流れ込む電流をバイパスさせる電流バイパス手段と、
   前記充放電手段における前記放電の開始、前記充電の開始、及び前記負荷への電力の供給の開始、並びに前記電流バイパス手段における前記バイパスの動作を制御する動作制御手段と、
   を備える蓄電池放電制御装置。
2. 前記充放電手段は、蓄積した前記電力の一部を前記動作制御手段への駆動電力として供給することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池放電制御装置。
3. 前記充放電手段は、
   前記放電により前記１の蓄電池から出力される前記電力を蓄積する蓄電回路と、
   前記１の蓄電池に放電させるときに前記１の蓄電池と前記蓄電回路との間で前記蓄電回路の電圧に応じて前記一定電流となるように前記１の蓄電池からの電圧を昇圧して前記１の蓄電池からの前記電力を前記蓄電回路に出力する昇圧回路と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電池放電制御装置。
4. 前記充放電手段は、
   前記１の蓄電池に充電するときに前記昇圧回路を導通させて前記蓄電回路に蓄積された前記電力を前記１の蓄電池に移動させる導通回路をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の蓄電池放電制御装置。
5. 前記充放電手段は、
   前記放電により前記１の蓄電池から出力される前記電力を蓄積する蓄電回路と、
   前記１の蓄電池に放電させるときに前記１の蓄電池から放電される前記電力のうち前記蓄電回路の許容する蓄積量を超えた分を前記一定電流に維持しつつ放電させる放電回路と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電池放電制御装置。
6. 前記充放電手段は、
   前記放電又は前記充電により前記充放電手段と前記１の蓄電池との間で授受する前記電力を蓄積する複数の蓄電部と、
   前記１の蓄電池に放電させるときに前記１の蓄電池の電圧が前記複数の蓄電部に共通して印加されるように前記複数の蓄電部のそれぞれを並列接続とし且つ前記１の蓄電池に充電するときに前記複数の蓄電部のそれぞれの電圧が加算されて前記１の蓄電池に印加されるように前記複数の蓄電部のそれぞれを直列接続として前記複数の蓄電部同士の接続を切替える接続切替手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電池放電制御装置。
7. 前記充放電手段は、前記１の蓄電池への前記充電の不足分を補充するように前記１の蓄電池に充電する充電回路をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の蓄電池放電制御装置。
8. 前記１の蓄電池から前記充放電手段に放電される前記電力の移動量を積算して前記１の蓄電池の容量を測定する容量測定手段をさらに備え、
   前記動作制御手段は、前記容量測定手段における前記測定の動作を制御することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の蓄電池放電制御装置。

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