JP6141213B2

JP6141213B2 - 電力供給システム及び電力供給制御装置

Info

Publication number: JP6141213B2
Application number: JP2014013113A
Authority: JP
Inventors: 洋一入内嶋; 浩巳今成; 信之吉永; 俊孝西村
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: JP2015142406A

Description

本発明は、負荷に電力を供給する電力供給システム及び電力供給制御装置に関する。

基地局は、商用電源から電力が供給されることにより、携帯電話機と通信が行える状態になっている。このような基地局は、商用電源が停電したときのために、バッテリを備える。商用電源が停電した場合、基地局は、バッテリから電力の供給を受けて、携帯電話機と通信が行える状態になっている。（特許文献１参照）。

特開２０００−２３６６３５号公報

基地局には、約１０ｋＷ程度の電力を消費するタイプがある。このような基地局では、商用電源の長時間の停電にも対応するためには、大型のタイプのバッテリが用いられる。例えば、そのバッテリの重さは、５トン程度になる。都市部などでは、基地局は、ビルの屋上に配されることが多い。しかしながら、ビルの屋上に５トン程度のバッテリを配置することは、ビルの強度等の面から困難な場合が多い。

なお、このようなバッテリと基地局とを接続するケーブルには、直径の太いタイプが用いられる。そのケーブルでは、曲げることが困難である。このため、ケーブルを介して、地面に配置されたバッテリからビルの屋上に配された基地局に電力を供給することは、ケーブルの配置の関係で困難である。

また、上記のような基地局において、バッテリから電力を出力する場合には、基地局とバッテリとを接続するケーブルに３００Ａ程度の電流が流れることがある。ケーブルの抵抗を例えば０．０３Ωとすると、２．７ｋＷが熱になる。このため、そのケーブルに流れる電流は、小さいことが望まれる。

本発明は、商用電源が停電した場合に、負荷に電力を供給することができる電力供給システム及び電力供給制御装置を提供することを目的とする。

電力供給システムは、第１蓄電部と、第２蓄電部と、前記第２蓄電部から出力された電圧の値である第１電圧値を第２電圧値に変換して、負荷に供給する電圧変換部と、商用電源が停電となった場合に、前記第２電圧値を調整することにより、前記第１蓄電部から負荷に供給される電流の値である第１電流値と、前記電圧変換部から負荷に供給される電流の値である第２電流値とを所定の比率にするために、前記電圧変換部を制御する制御部と、を備える。

前記電圧変換部は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであることが好ましい。この場合、前記制御部は、停電時に、前記第２電圧値を調整するよう前記電圧変換部を制御して、前記第１電流値と前記第２電流値とを所定の比率にし、非停電時に、前記電圧変換部を制御することにより、商用電源から前記第２蓄電部に電力を供給させて、前記第２蓄電部を充電させる。

電力供給システムは、前記第１電流値を測定する第１電流測定部と、前記第２電流値を測定する第２電流測定部と、を備える。この場合、前記制御部は、前記第１電流測定部によって測定される前記第１電流値と、前記第２電流測定部によって測定される前記第２電流値とに基づいて、前記第１電流値と前記第２電流値とが所定の比率になるよう前記電圧変換部を制御する。

電力供給制御装置は、負荷に供給される電力を制御するための電力供給システムを制御する。前記電力供給制御装置は、制御部を備える。前記制御部は、商用電源が停電となった場合に、第１蓄電部から負荷に供給される電流の値である第１電流値と、電圧変換部から負荷に供給される電流の値である第２電流値とを測定した結果に基づいて、前記第１電流値と前記第２電流値とを所定の比率にするために、前記電圧変換部から出力される電圧を調整するよう前記電圧変換部を制御する。

本発明によれば、商用電源が停電した場合に、負荷に電力を供給することができる電力供給システム及び電力供給制御装置を提供することができる。

電力供給システムについて説明するためのブロック図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、電力供給システム１について説明するためのブロック図である。
電力供給システム１は、商用電源が停電となった場合に、負荷に電力を供給する。以下では、負荷として基地局１０（一例として、送受信機１１）を挙げて説明する。しかしながら、負荷は、基地局１０に限定されることはなく、例えば、電話の交換機又はサーバ等の種々の電子機器であってよい。

電力供給システム１は、第１蓄電部２１と、第２蓄電部２２と、電圧変換部２３と、第１電流測定部２４と、第２電流測定部２５と、第３電流測定部２６と、制御部２７と、を備える。

第１蓄電部２１は、商用電源が停電した場合に放電して、負荷に電力を供給する。第１蓄電部２１は、例えば、二次電池である。第１蓄電部２１は、商用電源によって充電され、商用電源が停電となった場合に放電する。一例として、基地局１０（例えば、送受信機１１）がビルの屋上に配置される場合、第１蓄電部２１は、ビルの屋上等に配される。第１蓄電部２１は、送受信機１１（負荷）と電気的に接続される。

第２蓄電部２２は、例えば、二次電池である。第２蓄電部２２は、商用電源によって充電され、商用電源が停電となった場合に放電する。第２蓄電部２２は、第１蓄電部２１よりも大きな容量を有する。一例として、基地局１０（例えば、送受信機１１）がビルの屋上に配置される場合、第２蓄電部２２は、ビルの室内、ビルの地下又は地上等に配される。

電圧変換部２３は、入力側に第２蓄電部２２に接続される。電圧変換部２３は、商用電源が停電した場合に第２蓄電部２２に蓄電された電力を送受信機１１（負荷）に供給する。電圧変換部２３は、後述する制御部２７によって制御されるＤＣ／ＤＣコンバータである。このため、電圧変換部２３は、第２蓄電部２２から出力された電圧の値である第１電圧値を第２電圧値に変換して、送受信機１１に供給する。電圧変換部２３の出力側は、送受信機１１（負荷）と電気的に接続される。電圧変換部２３は、負荷の近くに配される。一例として、基地局１０（例えば、送受信機１１）がビルの屋上に配置される場合、電圧変換部２３は、ビルの屋上等に配される。

電圧変換部２３が一方向にのみ電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータの場合には、電圧変換部２３は、２つのＤＣ／ＤＣコンバータを必要とする。すなわち、電圧変換部２３は、第２蓄電部２２を充電するための充電用ＤＣ／ＤＣコンバータと、第２蓄電部２２から放電された電力を送受信機１１に供給する放電用ＤＣ／ＤＣコンバータと、を必要とする。この場合には、電圧変換部２３と第２蓄電部２２とを電気的に接続する、２系統のケーブルが必要になる。

このため、電圧変換部２３は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであることが好ましい。電圧変換部２３が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの場合には、電圧変換部２３と第２蓄電部２２とを電気的に接続するケーブルは、１系統を配すればよい。よって、電力供給システム１は、省スペース化され、ケーブルを設置するときの工事も容易になる。

第１電流測定部２４は、第１蓄電部２１から出力される電流の値（第１電流値）を測定する。第１電流測定部２４には、種々のものを用いることができる。一例として、第１電流測定部２４は、クランプを用いた電流計等であればよい。

第２電流測定部２５は、電圧変換部２３から出力される電流の値（第２電流値）を測定する。第２電流測定部２５には、種々のものを用いることができる。一例として、第２電流測定部２５は、クランプを用いた電流計等であればよい。

第３電流測定部２６は、送受信機１１（負荷）に供給される電流の値を測定する。すなわち、第３電流測定部２６は、第１蓄電部２１から送受信機１１に供給される電流と、電圧変換部２３から送受信機１１に供給される電流との合計の値を測定する。第３電流測定部２６には、種々のものを用いることができる。一例として、第３電流測定部２６は、クランプを用いた電流計等であればよい。

制御部２７は、電圧変換部２３から出力される電圧（第２電圧値）を調整するよう制御する。すなわち、商用電源が停電になった場合、第１蓄電部２１及び第２蓄電部２２は、放電する。この場合に、制御部２７は、電圧変換部２３から出力される電圧（第２電圧値）を調整するよう制御することにより、電圧変換部２３から送受信機１１（負荷）に供給される電流の値（第２電流値）を変化させる。なお、商用電源が停電になったことは、例えば、商用電源と送受信機１１との間に接続される整流器１２によって検出される。整流器１２は、停電を検出した場合に、停電検出信号を制御部２７に送信する。

制御部２７は、商用電源が停電となった場合、第１蓄電部２１から負荷に供給される電流の値（第１電流値）と、電圧変換部２３から負荷に供給される電流の値（第２電流値）とを所定の比率にするために、電圧（第２電圧値）を調整するよう電圧変換部２３を制御する。この場合、制御部２７は、第１電流測定部２４によって測定される電流値（第１電流値）と、第２電流測定部２５によって測定される電流値（第２電流値）とに基づいて、電圧変換部２３を制御する。なお、制御部２７は、第１電流値と、第２電流値と、第３電流測定部２６によって測定される電流値（第３電流値）とに基づいて、電圧変換部２３を制御してもよい。

所定の比率は、一例として、第１電流値：第２電流値＝１：３である。この場合、第１蓄電部２１の容量は、例えば、６０Ｗｈである。また、第２蓄電部２２の容量は、例えば、１８０Ｗｈである。所定の比率は、第１蓄電部２１の容量と第２蓄電部２２の容量とに応じて、適宜決定される。すなわち、第１蓄電部２１の容量と第２蓄電部２２の容量は、所定の比率になっている。
制御部２７は、電圧変換部２３から出力される電圧の値を調整するよう制御することにより、第２電流値を調整して、一例として、第１電流値と第２電流値とが１：３の比率になるようする。

また、制御部２７は、商用電源が非停電となる場合（通常時）、電圧変換部２３を制御することにより、商用電源から第２蓄電部２２に電力を供給させて、第２蓄電部２２を充電させる。例えば、制御部２７は、非停電時に、商用電源から第２蓄電部２２側への電圧変換部２３の出力電圧を第２蓄電部２２よりも高くすることにより、第２蓄電部２２を充電させる。

なお、制御部２７は、電力供給制御装置を構成する。電力供給装置は、負荷に供給される電力を制御するための電力供給システム１を制御する。すなわち、電力供給装置としての制御部２７は、商用電源が停電となった場合に、第１蓄電部２１から負荷に供給される電流の値である第１電流値と、電圧変換部２３から負荷に供給される電流の値である第２電流値とを測定した結果に基づいて、第１電流値と第２電流値とを所定の比率にするために、電圧変換部２３から出力される電圧を調整するよう電圧変換部２３を制御する。

次に、電力供給システム１の動作について説明する。
まず、商用電源が停電した場合、例えば、整流器１２によって停電が検出される。整流器１２は、停電検出信号を制御部２７に送信する。

商用電源が停電した場合、第１蓄電部２１及び第２蓄電部２２は、放電する。このとき、制御部２７は、第１電流測定部２４よって測定される第１電流値と、第２電流測定部２５によって測定される第２電流値とに基づいて、電圧変換部２３を制御する。又は、制御部２７は、第１電流測定部２４よって測定される第１電流値と、第２電流測定部２５によって測定される第２電流値と、第３電流測定部２６によって測定される電流値（第３電流値）とに基づいて、電圧変換部２３を制御する。

電圧変換部２３が制御されることにより、電圧変換部２３から出力される電圧の値（第２電圧値）は調整される。これに伴って、電圧変換部２３から出力される電流の値（第２電流値）も調整される。すなわち、制御部２７は、第１電流値と第２電流値との比率を所定の比率にするために、電圧変換部２３を制御することにより電圧変換部２３の出力電圧を調整して、電圧変換部２３から出力される電流の値を調整する。

これにより、送受信機１１には、第１蓄電部２１から出力された電力と、第２蓄電部２２から出力された電力とを合成した電力が供給される。

以上のような電力供給システム１は、電圧変換部２３から出力される電圧を調整することにより、第１電流値と第２電流値とを所定の比率にして、第１蓄電部２１から出力された電力と、第２蓄電部２２から出力された電力とを合成した電力を送受信機１１（負荷）に供給する。これにより、商用電源が停電した場合に、負荷に電力を供給することができる。また、電力供給システム１は、例えば、送受信機１１がビルの屋上に配置される場合でも、長時間、送受信機１１に対して電力を供給することができる。

ここで、例えば、第１蓄電部２１の容量を使い切った後に、第２蓄電部２２を放電させる場合には、負荷電力に加え、第２蓄電部２２から送受信機１１への長距離配線抵抗ｒと電流による電力が増すために、第２蓄電部２２の電力供給が無駄になる。例えば、上記のｒを０．０３Ωとし、第２蓄電部２２から出力される電流を３００Ａとすると、２．７ｋＷが熱になって損失する。

一方、本実施形態の電力供給システム１は、電力の供給源を第１蓄電部２１と第２蓄電部２２とに分けているため、蓄電部２１，２２から順次電力を供給する上記の構成に比べて、第２蓄電部２２から出力される電流の値を小さくすることができる。このため、電力供給システム１は、長時間、送受信機１１に対して電力を供給することができる。また、電力供給システム１は、第２蓄電部２２に接続されるケーブルの直径を小さくすることができる。

また、電力供給システム１は、電力の供給源を第１蓄電部２１と第２蓄電部２２とに分けているため、電力の供給源を１つの蓄電部とする構成に比べて、第１蓄電部２１及び第２蓄電部２２それぞれの容量を小さくすることができると共に、第１蓄電部２１及び第２蓄電部２２のサイズや重量を小さくすることができる。

また、電力供給システム１では、電圧変換部２３は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。これにより、電力供給システム１は、一方向のみに電力が供給されるＤＣ／ＤＣコンバータを放電と充電とで２つ設ける必要がなく、ケーブルの数を少なくすることができる。

また、電力供給システム１では、制御部２７は、第１電流測定部２４によって測定される電流値と、第２電流測定部２５によって測定される電流値とに基づいて、電圧変換部２３を制御する。これにより、電力供給システム１は、制御部２７が具体的にどのように動作するのか、規定することができる。

なお、仮に、第２蓄電部の後段に電圧変換部を接続しない構成とした場合、長距離配線抵抗を０．０３Ωとし、第２蓄電部から出力される電流を３００Ａとすると、電圧は９Ｖ低下する。送受信機は、約２７Ｖで動作するため、９Ｖ低下は無視できない。すなわち、送受信機の動作電圧範囲が狭まる。この場合、第２蓄電部の放電を最後まで使う前に、送受信機の動作電圧範囲の下限に達する。この結果、第２蓄電部の容量を全て使い切ることができなくなるため、送受信機に電力を供給する時間を維持するためには、第２蓄電部の容量を増す必要がある。これは、コストの面、第２蓄電部の設置スペースの面等から、好ましくない。

上述した実施形態では、第２蓄電部２２が１つ配される構成について説明した。しかしながら、本発明は、この例に限定されることはない。すなわち、第２蓄電部２２は、複数配されてもよい。この場合、第２蓄電部２２のそれぞれに電圧変換部２３が接続される。また、各電圧変換部２３の出力側に第２電流測定部２５が配される。これにより、第２蓄電部２２から出力される電流を小さくすることができるため、熱による損失を小さくすることができる。

１電力供給システム
２１第１蓄電部
２２第２蓄電部
２３電圧変換部
２４第１電流測定部
２５第２電流測定部
２７制御部

Claims

ビルの屋上に配される第１蓄電部と、
前記ビルの室内、地下又は地上に配され、前記第１蓄電部よりも大きな容量を有する第２蓄電部と、
前記第２蓄電部から出力された電圧の値である第１電圧値を第２電圧値に変換して、負荷に供給する電圧変換部と、
停電時を除いて、常時、整流器を介して前記負荷に電力を供給する商用電源と、
前記商用電源が停電となった場合に、前記第２電圧値を調整することにより、前記第１蓄電部から負荷に供給される電流の値である第１電流値と、前記電圧変換部から負荷に供給される電流の値である第２電流値とを適宜決定される所定の比率にするために、前記電圧変換部を制御する制御部と、
を備える電力供給システム。
前記電圧変換部は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記制御部は、
停電時に、前記第２電圧値を調整するよう前記電圧変換部を制御して、前記第１電流値と前記第２電流値とを適宜決定される所定の比率にし、
非停電時に、前記電圧変換部を制御することにより、商用電源から前記第２蓄電部に電力を供給させて、前記第２蓄電部を充電させる
請求項１に記載の電力供給システム。
前記第１電流値を測定する第１電流測定部と、
前記第２電流値を測定する第２電流測定部と、を備え、
前記制御部は、前記第１電流測定部によって測定される前記第１電流値と、前記第２電流測定部によって測定される前記第２電流値とに基づいて、前記第１電流値と前記第２電流値とが適宜決定される所定の比率になるよう前記電圧変換部を制御する
請求項１又は２に記載の電力供給システム。
負荷に供給される電力を制御するための電力供給システムを制御する電力供給制御装置であって、
停電時を除いて、常時、整流器を介して前記負荷に電力を供給する商用電源を備え、
前記商用電源が停電となった場合に、ビルの屋上に配される第１蓄電部から負荷に供給される電流の値である第１電流値と、前記ビルの室内、地下又は地上に配され、前記第１蓄電部よりも大きな容量を有する第２蓄電部からの電流を変換する電圧変換部から負荷に供給される電流の値である第２電流値とを測定した結果に基づいて、前記第１電流値と前記第２電流値とを適宜決定される所定の比率にするために、前記電圧変換部から出力される電圧を調整するよう前記電圧変換部を制御する制御部を備える電力供給制御装置。