JP5840093B2

JP5840093B2 - 電源装置

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Publication number: JP5840093B2
Application number: JP2012196298A
Authority: JP
Inventors: 一弘平田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: JP2014054057A

Description

本発明は、商用電源からの電力供給が停止しても、電気負荷に電力を供給することが可能な電源装置に関する。

停電時のバックアップ電源として、鉛蓄電池等の二次電池が用いられている。また、特許文献１に、商用電源が利用できないときに少なくとも２系統の乾電池からの電気エネルギの和を受信機に供給するバックアップ電源が開示されている。

特開２００７−１８９８１３号公報

鉛蓄電池等の二次電池をバックアップ用の電源に用いる場合、商用電源から正常に電力が供給されている期間は、二次電池が満充電状態に維持される。二次電池が充電された状態に維持されていると、二次電池を使用しない期間も、自己放電によって電力が無駄に消費される。さらに、満充電状態が維持されると、二次電池の劣化が進行するため、定期的に電池を交換しなければならない。

乾電池をバックアップ用の電源に用いる場合には、自己放電等により乾電池の残量が低下する場合がある。乾電池の残量が低下すると、当初の目標の動作時間が得られない状況が生じ得る。規格通りの動作時間を保証するために、乾電池を定期的に交換しなければならない。
本発明の目的は、二次電池の自己放電等に起因する無駄な電力消費を低減することが可能な電源装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
商用電源からの電力が供給される入力端子と、
電気負荷が接続される出力端子と、
前記入力端子から供給された電力により充電されるとともに、前記出力端子に電力を供給する蓄電装置と、
複数の一次電池と、
前記入力端子に印加されている商用電源の電圧、及び前記蓄電装置の充電状態を監視し、監視結果に基づいて、前記複数の一次電池のうち第１の個数の一次電池から前記出力端子への電力供給を開始する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、さらに、前記蓄電装置の動作の良否を判定し、動作が不良である場合、前記複数の一次電池のうち、前記第１の個数よりも多い第２の個数の一次電池から前記出力端子への電力供給を開始する電源装置が提供される。

バックアップ用電源として、蓄電装置の他に一次電池が配置されているため、蓄電装置のみでバックアップ用電源を構成する場合に比べて、蓄電装置の容量を小さくすることができる。これにより、自己放電等に起因する無駄な電力消費を低減することができる。

図１は、実施例１による電源装置のブロック図である。図２は、実施例１による電源装置に用いられている一次電池の断面図である。図３は、実施例１による電源装置の等価回路図である。図４は、実施例１による電源装置のバックアップ中の電圧の変化を示すグラフである。図５は、実施例１による電源装置のバックアップ中のブロック図である。図６は、実施例１による電源装置のバックアップ中のブロック図である。図７は、実施例１による電源装置のバックアップ中のブロック図である。図８は、実施例１による電源装置のバックアップ中のブロック図である。図９は、実施例１による電源装置の一次電池を動作させる契機を判定するフローチャートである。図１０は、実施例１による電源装置のバックアップ中に一次電池の異常が発生したときの電圧の変化を示すグラフである。図１１は、実施例１の変形例による電源装置のバックアップ中のブロック図である。図１２は、実施例２による電源装置に用いられている一次電池の断面図である。図１３は、実施例２の変形例による電源装置に用いられている一次電池の断面図である。図１４は、実施例３による電源装置のバックアップ中の電圧の変化を示すグラフである。図１５は、実施例３による電源装置のバックアップ中のブロック図である。図１６は、実施例３による電源装置のバックアップ中のブロック図である。

［実施例１］
図１に、実施例１による電源装置のブロック図を示す。入力端子１０に商用電源１２から交流電力が供給される。出力端子１１に電気負荷１３が接続されている。電気負荷１３は、例えば移動体通信網の無線基地局の送受信機である。ＡＣ−ＤＣコンバータ２０が、入力端子１０に入力された交流電力を直流電力に変換する。この直流電力は、電力輸送回路２１を経由して出力端子１１に出力されるとともに、電力輸送回路２１及びスイッチング素子２６を経由して蓄電装置２５に供給される。これにより、蓄電装置２５が、常時、満充電の状態に維持される。蓄電装置２５には、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ等が用いられる。

電力輸送回路２１に、複数の一次電池３０が、それぞれスイッチング素子３１を介して接続されている。一次電池３０には、金属空気電池、例えば亜鉛空気電池、アルミニウム空気電池、マグネシウム空気電池等が用いられる。

一次電池３０の各々は、正極集電体３２、負極集電体３３、負極活物質３４、及び電解液３５を含む。待機中は、電解液３５が負極活物質３４から分離されている。電解液３５が負極活物質３４から分離された状態を「待機状態」という。電解液３５を負極活物質３４に接触させると、起電力が発生する。電解液３５が負極活物質３４に接触して起電力が発生している状態を「動作状態」という。

入力端子１０に印加されている電圧、蓄電装置２５の端子間電圧、複数の一次電池３０の各々の端子間電圧の測定値が、制御装置４０に入力される。制御装置４０は、入力された電圧の測定値に基づいて、スイッチング素子２６、３１のオンオフ制御、及び一次電池３０の待機状態から動作状態への切換制御を行う。

図２に、実施例１による電源装置に用いられている一次電池３０（図１）の断面図を示す。袋状のセパレータ３６内に負極集電体３３及び負極活物質３４が充填されている。負極活物質３４には、例えば金属亜鉛、金属アルミニウム、金属マグネシウム等の金属粒子が用いられる。負極集電体３３には、例えばニッケル等の金属板が用いられる。セパレータ３６には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔膜、または樹脂不織布、ガラス繊維不織布等が用いられる。

セパレータ３６の外側の表面に正極集電体３２が貼りつけられている。正極集電体３２は、カーボンクロス、カーボンペーパー等のベースにカーボンブラック等の導電材を塗布した構造を有する。導電材には、触媒及び結着剤が含まれる。触媒には、例えば二酸化マンガンが用いられる。結着剤には、例えばポリフッ化ビニリデン等が用いられる。正極集電体３２は、酸素を透過させる多数の微細な孔を有する。大気中の酸素が正極活物質として作用する。負極集電体３３と正極集電体３２とが、一次電池３０の出力端子３７に接続される。

リザーバタンク５１内に、溶媒が蓄えられている。リザーバタンク５１が、開閉バルブ５２を介して電解質収容室５３に接続されている。電解質収容室５３内に、電解質の結晶が収容されている。開閉バルブ５２は、制御装置４０により制御される。開閉バルブ５２を開けると、リザーバタンク５１内の溶媒が電解質収容室５３内に注入される。電解質収容室５３内の電解質の結晶が溶媒に溶解し、電解液が生成される。生成された電解液が、セパレータ３６に設けられた電解液注入口５０から、セパレータ３６内の空間に注入される。一例として、溶媒には水が用いられ、電解質には水酸化カリウム（ＫＯＨ）が用いられる。このとき、セパレータ３６内に、電解液として水酸化カリウム水溶液が注入される。なお、リザーバタンク５１に電解液を収容しておき、電解質収容室５３を省略してもよい。

セパレータ３６内に電解液が注入されると、負極活物質３４の亜鉛（Ｚｎ）と電解液中の水酸化物イオン（ＯＨ⁻）とが反応し、テトラヒドロキソ亜鉛酸塩（Ｚｎ（ＯＨ）_４ ^２−）と電子とが生成される。テトラヒドロキソ亜鉛酸塩が分解して、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、水酸化物イオン、及び水が生成される。生成された電子は、負極集電体３３に集められる。出力端子３７に電気負荷を接続すると、負極集電体３３に集められた電子が、電気負荷を通って正極集電体３２に供給される。

正極活物質である酸素と、正極集電体３２に供給された電子と、水とが反応して、水酸化物イオンが生成される。水酸化物イオンは、セパレータ３６内を輸送されて、負極活物質３４に達する。上述のように、金属空気電池が放電すると、負極活物質３４が酸化されて酸化金属、例えば酸化亜鉛が蓄積される。

図３に、実施例１による電源装置の等価回路図を示す。入力端子１０に印加されている商用電源１２（図１）の電圧を、電圧計２４が測定する。電圧計２４の測定結果が制御装置４０に入力される。制御装置４０は電圧計２４の測定値（入力端子１０に印加されている商用電源１２の電圧）を監視している。制御装置４０は、電圧計２４の測定値と規定電圧値とを比較し、電圧計２４の測定値が規定電圧値以下になると、商用電源１２（図１）からの正常な電力供給が停止したと判定する。

電力輸送回路２１が、バスライン２２及びダイオード２３を含む。蓄電装置２５の入出力端子が、スイッチング素子２６を介してバスライン２２に接続されている。電圧計２７が、蓄電装置２５の入出力端子間の電圧を測定する。電圧計２７の測定結果が制御装置４０に入力される。特段の事情がない限り、スイッチング素子２６は常時オンにされている。このため、電圧計２７で測定される電圧は、バスライン２２に現れている電圧と等しい。

複数の一次電池３０が、それぞれスイッチング素子３１を介して相互に並列に、かつ蓄電装置２５と並列にバスライン２２に接続されている。ダイオード２３は、一次電池３０ごとに配置され、一次電池３０と直列に接続されている。ダイオード２３は、一次電池３０からの放電電流の向きが順方向になるように接続されている。このため、一次電池３０への充電電流の流入が禁止される。なお、一次電池３０の正極の電位がバスライン２２の電位より低くなったときに、スイッチング素子３１をオフにして、充電電流の流入を防止する制御を行ってもよい。この制御を行う場合には、ダイオード２３を省略してもよい。

複数の電圧計３８が、それぞれ一次電池３０の出力端子間の電圧を測定する。測定結果が制御装置４０に入力される。一次電池３０を示す破線内に記載したスイッチ３０Ａは、一次電池３０が待機状態と動作状態との２つの状態を有することを意味する。スイッチ３０Ａのオフ状態及びオン状態が、それぞれ待機状態及び動作状態に対応する。

蓄電装置２５は、電気負荷１３で必要とされる電圧に応じた個数の鉛蓄電池を直列接続することにより、必要な電圧を出力する。一次電池３０は、その開路電圧が蓄電装置２５の開路電圧よりもやや高くなるように、複数の亜鉛空気電池が直列接続された構成を有する。

出力端子１１から、複数の一次電池３０の各々が接続されたバスライン２２上の位置までの距離は、出力端子１１から、蓄電装置２５が接続されたバスライン２２上の位置までの距離よりも短い。一次電池３０から出力端子１１までの距離を短くすることにより、一次電池３０から電気負荷１３（図１）に電力を供給しているときに、バスライン２２が持つ抵抗の影響を軽減することができる。

図４〜図８を参照して、実施例１による電源回路の動作について説明する。
図４に、バスライン２２（図３）の電圧、及び一次電池３０（図１）の端子間電圧の時間変化の一例を示す。図４において上段の実線ｖ１がバスライン２２（図３）の電圧を示し、中段の実線ｖ２が、最初に動作する一次電池３０（図１）の端子間電圧を示し、下段の実線ｖ３が、２番目に動作する一次電池３０（図１）の端子間電圧を示す。スイッチング素子２６（図３）が常時オン状態であるため、バスライン２２の電圧ｖ１は、電圧計２７（図３）で測定することができる。

時刻ｔ０において、商用電源１２（図１）からの電力の供給が停止したとする。電圧計２４（図３）の測定値が規定電圧値以下になることにより、制御装置４０が、商用電源１２からの電力供給の停止を検知する。時刻ｔ０の時点で、図５に示すように、蓄電装置２５からの放電が開始され、電力輸送回路２１を経由して電気負荷１３に電力が供給される。蓄電装置２５が放電することにより、図４に示すように、蓄電装置２５の端子間電圧ｖ１が時間の経過とともに低下する。

図４に示した時刻ｔ１において、バスライン２２（図３）の電圧ｖ１が電圧閾値Ｖａまで低下する。電圧ｖ１が電圧閾値Ｖａまで低下したことが、制御装置４０（図１）により検出されると、制御装置４０は、最初に動作させる一次電池３０の開閉バルブ５２（図２）を開く。一次電池３０に電解液が注入されることにより、一次電池３０の端子間電圧ｖ
２が上昇し始める。蓄電装置２５の放電電流が定格値の範囲内のとき、蓄電装置２５の端子間電圧は、蓄電装置２５の充電状態（ＳＯＣ）に対応するため、バスライン２２（図３）の電圧ｖ１を監視することは、実質的に、蓄電装置２５のＳＯＣを監視することと等価である。

時刻ｔ２において、電解液が注入された一次電池３０の端子間電圧ｖ２が定格開路電圧Ｖｂに達する。端子間電圧ｖ２が定格開路電圧Ｖｂに達したことを制御装置４０（図１）が検出すると、電解液が注入された一次電池３０に接続されているスイッチング素子３１（図１）をオンにする。これにより、一次電池３０が待機状態から動作状態になる。一次電池３０から放電電流が流れ始め、バスライン２２（図３）の電圧ｖ１が上昇する。一次電池３０の内部抵抗に起因する電圧降下ΔＶｂが生じるため、バスライン２２（図３）の電圧ｖ１が、Ｖｂ−ΔＶｂまで上昇する。

図６に示すように、動作状態の一次電池３０から電気負荷１３に電力が供給される。バスライン２２（図３）の電圧ｖ１が蓄電装置２５の端子間の開路電圧よりも高い場合、すなわち、バスライン２２（図３）の電位が、蓄電装置２５の正極の電位より高い場合には、動作状態の一次電池３０からの放電電力により、蓄電装置２５が充電される。電気負荷１３の消費電力が大きくなると、一次電池３０の放電電流が大きくなる。これにより、一次電池３０の内部抵抗に起因する電圧降下が大きくなり、バスライン２２の電圧ｖ１が低下する。バスライン２２（図３）の電圧ｖ１が蓄電装置２５の端子間の開路電圧より低くなると、図７に示すように、蓄電装置２５が放電する。このため、一次電池３０及び蓄電装置２５の両方から電気負荷１３に電力が供給される。電気負荷１３の消費電力に応じて蓄電装置２５の充放電が行われ、全体として、バスライン２２の電圧ｖ１が時間の経過とともに低下する。電気負荷１３による消費電力の瞬間的な変動によっても、蓄電装置２５の充電と放電とが切り替わる。

図４の時刻ｔ３において、バスライン２２の電圧ｖ１が電圧閾値Ｖａまで低下すると、制御装置４０（図１）が、２番目に動作させる一次電池３０に、電解液の注入を開始する。これにより、２番目に動作する一次電池３０の端子間電圧ｖ３が上昇する。端子間電圧ｖ３が定格開路電圧Ｖｂに達すると、制御装置４０（図１）は、２番目に動作させる一次電池３０に接続されたスイッチング素子３１（図１）をＯＮにするとともに、最初に動作させた一次電池３０に接続されているスイッチング素子３１（図１）をオフにする。最初に動作させた一次電池３０からの放電電流が流れなくなるため、一次電池３０の端子間電圧ｖ２は、ほぼ一定の値を維持する。

図８に示すように、時刻ｔ４以降は、２番目に動作状態になった一次電池３０が放電する。電気負荷１３の消費電力に応じて、蓄電装置２５の充放電が行われる。時刻ｔ４以降も、バスライン２２（図３）の電圧ｖ１が電圧閾値Ｖａまで低下するごとに、次に動作させる一次電池３０への電解液の注入を開始する。これにより、電気負荷１３に、継続して電力を供給することができる。

上記実施例１においては、一次電池３０（図１）が待機状態の期間は、負極活物質３４（図２）と電解液とが接触していない。このため、自己放電や、電池の劣化を防止することができる。一次電池３０に電解液が注入されて定格電圧を発生するまでの期間（図４の時刻ｔ０〜ｔ２）は、蓄電装置２５により電気負荷１３に電力が供給される。このため、電力供給の継続性が保証される。

上述のように、制御装置４０は、入力端子１０に印加されている商用電源の電圧、及び蓄電装置２５のＳＯＣを監視し、監視結果に基づいて、複数の一次電池３０の少なくとも１つの一次電池の出力を出力端子１１に供給する。より具体的には、制御装置４０は、入
力端子１０に印加されている商用電源の電圧が、規定電圧値以下になったこと、及び蓄電装置２５のＳＯＣが、予め設定されている規定値以下になったことの、少なくとも一方の事象の検出を契機として、複数の一次電池３０の少なくとも１つの一次電池の出力を出力端子１１に供給する。

蓄電装置２５の容量は、一次電池３０が動作し始めるまでの期間、電気負荷１３に電力を供給できる程度に設定しておけばよい。このため、蓄電装置２５のみでバックアップを行う場合に比べて、その容量を小さくすることができる。このため、蓄電装置２５の自己放電に起因する電力損失を低減することができる。

上記実施例１では、一次電池３０（図１）を動作させる契機として、蓄電装置２５（図１）のＳＯＣの監視結果（図４の電圧ｖ１）を採用した。一次電池３０を最初に動作させる契機として、入力端子１０に印加されている商用電源の電圧の監視結果を採用してもよい。例えば、入力端子１０に印加されている商用電源の電圧が規定電圧値以下になったことを、制御装置４０が検出すると、予め設定された待機時間経過後に、最初に動作させる一次電池３０の開閉バルブ５２（図２）を開いてもよい。この待機時間は、蓄電装置２５が電気負荷１３（図１）に十分な電力を供給することができる時間に基づいて決定される。

さらに、一次電池３０（図１）を動作させる契機として、蓄電装置２５（図１）のＳＯＣの監視結果、及び入力端子１０に印加されている商用電源の電圧の監視結果の両方を採用してもよい。

図９に、一次電池３０を動作させる契機として、蓄電装置２５のＳＯＣの監視結果、及び入力端子１０に印加されている商用電源の電圧の監視結果の両方を採用した場合に、制御装置４０が実行する処理のフローチャートの一例を示す。制御装置４０が、商用電源の電圧が規定電圧値以下になったことを検出した時点から、このフローチャートの処理が開始される。

商用電源の電圧が規定電圧値以下になったことが検出されると、ステップＳＴ１において、待機時間判定カウンタを初期設定する。初期設定されたカウンタは、時間の経過とともに減算され、待機時間が経過した時点で０になる。ステップＳＴ２において、所定の待機時間が経過したか否かを判定する。具体的には、待機時間判定カウンタが０まで減算されたか否かを判定する。所定の待機時間が経過していない場合は、ステップＳＴ３において、蓄電装置２５（図１）のＳＯＣが規定値以下か否かを判定する。規定値以下ではない場合、ステップＳＴ４において、商用電源の電圧が規定電圧値まで回復したか否かを判定する。商用電源の電圧が回復した場合には、処理を終了する。商用電源の電圧が規定電圧値まで回復していない場合、ステップＳＴ２に戻る。

ステップＳＴ２で、所定の待機時間が経過したと判定された場合、またはステップＳＴ３で、蓄電装置２５のＳＯＣが規定値以下まで低下したと判定された場合（図４の時刻ｔ１、ｔ３に相当）、ステップＳＴ５において、待機中の一次電池３０が残っているか否かを判定する。待機中の一次電池３０が残っていない場合、処理を終了する。待機中の一次電池３０が残っている場合は、ステップＳＴ６において、待機中の一次電池３０を動作させる。

ステップＳＴ６の処理は、図４の時刻ｔ１からｔ２までの処理と同一である。すなわち、動作させるべき一次電池３０の開閉バルブ５２（図２）を開く。一次電池３０の開路電圧が定格値まで上昇したら、スイッチング素子３１をオンにする。

その後、ステップＳＴ７において、待機時間判定カウンタを初期設定して、カウンタの減算処理を再開する。待機時間判定カウンタの初期設定後、ステップＳＴ２に戻る。ステップＳＴ１で設定された待機時間の初期値と、ステップＳＴ７で設定された待機時間の初期値とは、同一であるとは限らない。ステップＳＴ１で設定される初期値は、満充電された蓄電装置２５によって電気負荷１３（図１）に十分な電力を供給できる時間とすればよい。ステップＳＴ７で設定される初期値は、一次電池３０によって電気負荷１３（図１）に十分な電力を供給できる時間とすればよい。

図１０を参照して、動作状態になった一次電池３０の動作が不良である場合の制御について説明する。

図１０に、バスライン２２（図３）の電圧、及び一次電池３０（図１）の端子間電圧の時間変化の一例を示す。以下、図４に示した時間変化との相違点について説明する。時刻ｔ１において、最初に動作させるべき一次電池の開閉バルブ５２（図２）を開くことにより、一次電池３０を動作状態にする。図１０の２段目に示すように、これにより、最初に動作させる一次電池３０の端子間電圧ｖ２が上昇し始める。ところが、一次電池３０に何らかの異常が発生しているため、図４の場合に比べて、端子間電圧ｖ２の上昇速度が緩やかである。開閉バルブ５２（図２）が開かれた一次電池３０は、電力を出力可能な動作状態になる。なお、何らかの異常により、負極活物質３４が収容された空間に電解液が注入されず、起電力が発生しない場合にも、開閉バルブ５２を開いた一次電池３０の状態を「動作状態」という。

時刻ｔ１から監視時間ｔｒが経過しても、動作状態の一次電池３０の端子間電圧ｖ２が、定格開路電圧Ｖｂに到達しない。動作状態になった一次電池３０の動作の良否を監視する。制御装置４０は、時刻ｔ１から監視時間ｔｒが経過した時刻ｔ５において、端子間電圧ｖ２が定格開路電圧Ｖｂに達していないことを検出すると、一次電池３０が動作不良であると判定する。動作状態になった一次電池３０が動作不良と判定されると、次に動作させる一次電池３０の開閉バルブ５２（図２）を開く。

図１０の３段目に示すように、次に動作させる一次電池３０の端子間電圧ｖ３が上昇し始める。時刻ｔ６において、端子間電圧ｖ３が定格開路電圧Ｖｂに達する。制御装置４０は、端子間電圧ｖ３が定格開路電圧Ｖｂに達したことを検出すると、定格開路電圧Ｖｂに達した一次電池３０に接続されているスイッチング素子３１（図１）をオンにする。一次電池３０の端子間電圧ｖ３が、内部抵抗に起因する電圧降下ΔＶｂ分だけ低下する。バスライン２２（図３）の電圧ｖ１は、時刻ｔ６までの間に、閾値電圧Ｖａよりも低い電圧Ｖｃまで低下している。動作状態の一次電池３０のスイッチング素子３１をオンにすると、バスライン２２の電圧ｖ１がＶｂ−ΔＶｂまで回復する。

時刻ｔ６以降は、２番目に動作状態になった一次電池３０から電気負荷１３（図１）に電力が供給される。バスライン２２の電圧ｖ１が電圧閾値Ｖａまで低下すると、制御装置４０は、次に動作させる一次電池３０の開閉バルブ５２（図２）を開く。

１つの一次電池３０の動作が不良であるとき、他の一次電池３０を動作状態にすることにより、バスライン２２（図３）の電圧ｖ１の過度の低下を抑制することができる。

図１１に、実施例１の変形例による電源装置のバックアップ動作時のブロック図を示す。図１〜図９の実施例１では、図６に示したように、商用電源１２からの電力供給が停止したとき、一次電池３０を１つずつ順番に動作状態にした。図１１に示した変形例では、複数の一次電池３０を同時に動作状態にする。図１１では、２個の一次電池３０が同時に動作状態になっている例を示している。

同時動作させる一次電池３０の個数は、電気負荷１３に要求される電力に応じて決定される。複数の一次電池３０を同時に動作させることにより、電力負荷１３に十分な電力を供給することができる。同時に動作させる一次電池３０の個数は、制御装置４０内の記憶装置４１に記憶されている。電気負荷１３に要求される電力は、例えば無線基地局ごとに異なる。変形例による電源装置は、記憶装置４１に記憶させる値を無線基地局ごとに設定することが可能であるため、種々の規模の無線基地局に適用することが可能である。

複数の一次電池３０を同時に動作させる場合、制御装置４０は、動作状態の一次電池３０の各々の端子間電圧を、独立に監視する。動作状態になった一次電池３０のうち少なくとも１つの一次電池３０が動作不良を判定された場合には、動作不良と判定された一次電池３０の個数と同一の個数の他の一次電池３０を動作状態にする。これにより、バスライン２２（図３）の電圧ｖ１の過度の低下を抑制することができる。

［実施例２］
図１２に、実施例２による一次電池の概略図を示す。以下、図２に示した実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。重量計５５が、正極集電体３２、負極集電体３３、負極活物質３４、及びセパレータ３６の重量を計測する。リザーバタンク５１、開閉バルブ５２、及び電解質収容室５３は、基台等に固定されているため、これらの重量は重量計５５で計測されない。計測結果が制御装置４０に入力される。セパレータ３６内に電解液が注入されると、重量計５５で計測される重量が増加する。重量の増加により、電解液の注入量を推定することができる。電解液がセパレータ３６内に正常に注入されているときの重量の増加傾向が、制御装置４０に記憶されている。重量計５５で計測された重量の増加傾向と、あらかじめ記憶されている正常時の重量の増加傾向とを比較することにより、電解液の注入が正常に行われているか否かを検出することができる。

制御装置４０は、図１０に示した時刻ｔ１以降の重量計５５による計測結果を監視する。重量計５５によって計測された重量の増加傾向が正常な範囲を逸脱しているとき、電解液がセパレータ３６内に正常に注入されていないと判断される。

図１３に示すように、重量計５５で重量を計測する代わりに、電解液の注入経路に流量計５６を挿入してもよい。流量計５６の計測結果が制御装置４０に入力される。流量計５６で電解液の流量を計測することにより、電解液がセパレータ３６内に正常に注入されているか否かを判定することができる。

上述のように、重量計５５、流量計５６等で電解液の注入の状態を監視することにより、動作状態にされた一次電池３０の動作の良否を判定することができる。実施例１で採用した一次電池３０の端子間電圧に基づく動作の良否の判定と、実施例２で採用した電解液の注入状態に基づく動作の良否の判定とを併用してもよい。

［実施例３］
図１４〜図１６を参照して、実施例３による電源装置について説明する。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例１では、図７に示したように、電気負荷１３の消費電力が大きいときには、動作状態の一次電池３０及び蓄電装置２５の両方から電気負荷１３に電力が供給された。蓄電装置２５が正常に動作しない場合には、電気負荷１３に十分な電力が供給できない場合がある。実施例３では、蓄電装置２５が正常に動作しない場合でも、十分な電力を供給することが可能になる。

図１４に、バスライン２２（図３）の電圧、及び一次電池３０（図１）の端子間電圧の
時間変化の一例を示す。蓄電装置２５（図１）に異常が発生しており、蓄電装置２５の充電量が定格値通りではない場合、商用電源からの電力の供給が停止すると、図１４の最上段に示したように、バスライン２２（図３）の電圧ｖ１が急激に低下する。

時刻ｔ２０において、バスライン２２の電圧ｖ１が、電圧閾値Ｖａまで低下する。制御装置４０（図１）は、商用電源からの電力の供給が停止した時刻ｔ０から時刻ｔ２０までの経過時間を算出する。この経過時間が、蓄電装置２５の通常の動作可能時間に比べて著しく短い場合、蓄電装置２５の動作が不良であると判定される。蓄電装置２５の良否を判定する基準となる経過時間（判定基準時間）は、予め制御装置４０に記憶されている。

制御装置４０は、バスライン２２の電圧ｖ１が電圧閾値Ｖａ以下になり、かつ蓄電装置２５の動作が不良である場合、蓄電装置２５が正常に動作しているときに動作させる一次電池３０の個数（第１の個数）よりも多い個数（第２の個数）の一次電池３０を動作させる。図１４では、一例として第１の個数が１個、第２の個数が２個の例を示す。

図１４の２段目及び３段目に示すように、２個の一次電池３０を動作させる。時刻ｔ２１において、２個の一次電池３０の端子間電圧ｖ２、ｖ３が定格開路電圧Ｖｂに達すると、この２個の一次電池３０に接続されたスイッチング素子３１（図１）をオンにする。

図１５に示すように、時刻ｔ２１以降、２つの一次電池３０から、電力輸送回路２１及び出力端子１１を経由して、電気負荷１３に電力が供給される。蓄電装置２５は、スイッチング素子２６をオフにすることにより、バスライン２２から切り離される。なお、２つの一次電池３０の端子間電圧ｖ２が同時に定格開路電圧Ｖｂに達するとは限らない。一方の一次電池３０の端子間電圧ｖ２が、先に定格開路電圧Ｖｂに達した場合には、定格開路電圧Ｖｂに達した方の一次電池３０に接続されたスイッチング素子３１をオンにすればよい。他方の一次電池３０に接続されたスイッチング素子３１は、当該スイッチング素子３１に接続された一次電池３０の端子間電圧が定格開路電圧Ｖｂに達した時点でオンにすればよい。このとき、一次的に、１つの一次電池３０のみから電気負荷１３に電力が供給される。

時刻ｔ２２において、バスライン２２の電圧ｖ１が電圧閾値Ｖａまで低下すると、待機状態の２つの一次電池３０を動作させる。図１４の４段目及び５段目に示すように、新たに動作状態になった２つの一次電池３０の端子間電圧ｖ４、ｖ５が、時刻ｔ２３において定格開路電圧Ｖｂに達する。

図１６に示すように、時刻ｔ２３において、新たに動作状態になった２個の一次電池３０に接続されたスイッチング素子３１をオンにし、今まで動作状態であった２個の一次電池３０に接続されたスイッチング素子３１をオフにする。これにより、電気負荷１３には、継続して２個の一次電池３０から電力が供給される。

並行して動作させる一次電池３０の個数（第２の個数）、及び蓄電装置２５の動作が正常のときに動作状態にする一次電池３０の個数（第１の個数）は、電気負荷１３に要求される消費電力の大きさに応じて決定される。決定された第１の個数及び第２の個数は、記憶装置４１に記憶されている。第２の個数を第１の個数よりも多くすることにより、蓄電装置２５が故障しているときでも、電気負荷１３の消費電力の増大に追随して、十分な電力を供給することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０入力端子
１１出力端子
１２商用電源
１３電気負荷
２０ＡＣ−ＤＣコンバータ
２１電力輸送回路
２２バスライン
２３ダイオード
２４電圧計
２５蓄電装置
２６スイッチング素子
２７電圧計
３０一次電池
３１スイッチング素子
３２正極集電体
３３負極集電体
３４負極活物質
３５電解液
３６セパレータ
３７出力端子
３８電圧計
４０制御装置
４１記憶装置
５０電解液注入口
５１リザーバタンク
５２開閉バルブ
５３電解質収容室
５５重量計
５６流量計

Claims

商用電源からの電力が供給される入力端子と、
電気負荷が接続される出力端子と、
前記入力端子から供給された電力により充電されるとともに、前記出力端子に電力を供給する蓄電装置と、
複数の一次電池と、
前記入力端子に印加されている商用電源の電圧、及び前記蓄電装置の充電状態を監視し、監視結果に基づいて、前記複数の一次電池のうち第１の個数の一次電池から前記出力端子への電力供給を開始する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、さらに、前記蓄電装置の動作の良否を判定し、動作が不良である場合、前記複数の一次電池のうち、前記第１の個数よりも多い第２の個数の一次電池から前記出力端子への電力供給を開始する電源装置。
前記一次電池は、金属空気電池である請求項１に記載の電源装置。
前記制御装置は、前記蓄電装置の動作が良好であるときに、前記出力端子に同時に電力を供給する一次電池の前記第１の個数、及び前記蓄電装置の動作が不良であるときに、前記出力端子に同時に電力を供給する一次電池の前記第２の個数を記憶する記憶装置を含む請求項１または２に記載の電源装置。