JP6764104B2

JP6764104B2 - 電力供給装置、電力供給装置の制御方法及び電力供給システム

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Inventors: 新太郎蒲; 眞己樋口
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Description

本発明は、電力供給装置、電力供給装置の制御方法及び電力供給システムに関する。

従来、鉛蓄電池を備えた電力供給システムが知られている（例えば特許文献１参照）。この電力供給システムでは、商用電源によって鉛蓄電池を充電しており、商用電源が停電すると、鉛蓄電池から負荷設備に対して放電を行うようになっている。

特開２０１１−０８３０５３号公報

発展途上国などの商用電源の安定供給が困難な地域では、停電が頻発するために鉛蓄電池の充放電のサイクル数が多くなり、鉛蓄電池が早く劣化してしまう。

本発明の課題は、電力供給システムの安定性と耐久性を向上することである。

本発明の一態様によれば、電源からの電力を負荷に供給する装置に対して取り付けられる電力供給装置であって、スイッチングユニットと、蓄電装置とを備え、前記スイッチングユニットは、前記装置に電気的に接続可能な入力端子と、前記負荷に電気的に接続可能な出力端子と、前記入力端子から入力された前記電力を前記出力端子まで供給する第一ラインと、前記第一ラインに設けられた接続部と、前記第一ラインに設けられ、前記電源の停電が検知された場合には前記接続部から前記出力端子までを電気的に導通させ、前記電源の停電が検知されていない場合には前記接続部から前記出力端子までの電気的な導通を遮断する第一スイッチと、を備え、前記蓄電装置は、蓄電素子を備える蓄電ユニットと、前記接続部に接続される前記蓄電ユニットの充放電経路と、前記充放電経路に設けられた第二スイッチと、前記第二スイッチに制御信号を供給する制御部と、外部入力信号が供給される外部入力端子と、を備え、前記第二スイッチは、前記制御信号及び前記外部入力信号の少なくとも一方が当該第二スイッチをオフとする信号の場合にオフとなるオフ機能、及び、前記制御信号及び前記外部入力信号のいずれも当該第二スイッチをオンとする信号の場合にオンとなるオン機能、の少なくとも一方を有する電力供給装置が提供される。

本発明の他の一態様によれば、第一蓄電池を有し、電源からの電力を負荷に供給する第一電力供給装置と、第二蓄電池を有するとともに前記第一電力供給装置と接続され、前記電源からの電力を負荷に供給する第二電力供給装置とを備え、前記第一電力供給装置は、第一スイッチと、前記負荷に電気的に接続可能な出力端子とを有するスイッチングユニットと、前記第一蓄電池と、制御部と、第二スイッチと、外部入力端子とを有する蓄電装置とを備え、前記第二スイッチは、前記制御部から供給される制御信号及び外部から前記外部入力端子に供給される外部入力信号の少なくとも一方が当該第二スイッチをオフとする信号の場合にオフとなるオフ機能、及び、前記制御信号及び前記外部入力信号のいずれも当該第二スイッチをオンとする信号の場合にオンとなるオン機能、の少なくとも一方を有し、前記電源の停電が検知された場合には、前記第一スイッチが閉じて前記第一蓄電池と前記出力端子とを電気的に導通させる電力供給システムが提供される。電力供給システムは、第一蓄電池としてリチウムイオン電池を用い、第二蓄電池として鉛蓄電池を用いた通信基地局バックアップシステムであってもよい。

本発明の態様によれば、装置（例えば、鉛蓄電池を備える既設装置）に対して電力供給装置を取り付けることで、電力供給システム全体としての安定性と耐久性を向上することができる。制御部を蓄電装置に設け、スイッチングユニットの構成を簡素化することで、スイッチングユニットの製造コストを低減できる。

既設装置としての第二電力供給装置の概略構成を示す斜視図である。第一電力供給装置の概略構成を示す斜視図である。第二電力供給装置の制御構成の概略を示すブロック図である。スイッチングユニットの制御構成の概略を示すブロック図である。第一電力供給装置の制御方法の流れを示すフローチャートである。図５の制御方法実行時における負荷電圧変化及び各部のＯＮ／ＯＦＦ切替タイミングを示すタイミングチャートである。蓄電装置セットの全体外観図を示す斜視図である。蓄電装置セットの機能構成を示すブロック図である。制御装置の機能構成を示すブロック図である。制御装置の動作を示すフローチャートである。図１０Ａの出力処理における詳細な動作を示すフローチャートである。停電時の蓄電装置セットの状態を模式的に示す図である。停電時の蓄電装置セットの状態を模式的に示す図である。復電時の蓄電装置セットの状態を模式的に示す図である。復電時の蓄電装置セットの状態を模式的に示す図である。異常発生時の蓄電装置セットの状態を模式的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。まず、後述する第一電力供給装置が取り付けられる、第二電力供給装置２００について説明する。図１は、既設装置としての第二電力供給装置２００の概略構成を示す斜視図である。

図１に示すように、第二電力供給装置２００は、例えば１９インチラックなどのラック２１０を備え、当該ラック２１０内に主要構成部２０５が搭載されている。ラック２１０の前面には、扉２１１が取り付けられており、通常時に扉２１１が閉ざされ、メンテナンス時などには扉２１１が開かれる。なお、この扉２１１はラック２１０に設けられていなくてもよい。

ラック２１０内には、第二電力供給装置２００の主要構成部２０５が収納される第一収納部２０１と、第一電力供給装置が収納される第二収納部２０２とが設けられている。図１においては、第一収納部２０１と第二収納部２０２との内部構造の図示は省略している。第二収納部２０２は、第一収納部２０１の上方に配置されているが、第一収納部２０１と第二収納部２０２との位置関係は、上下が逆であってもよい。第二収納部２０２は、第一電力供給装置専用の収納部としてラック２１０に予め設けられていてもよいし、ラック２１０内にある空間を必要に応じて第二収納部２０２としてもよい。ラック２１０内を整理することで空間をあけ、その空間を第二収納部２０２として使用してもよい。第二収納部２０２は、ラック２１０とは別のラックに設けられてもよい。

図２は、第一電力供給装置１００の概略構成を示す斜視図である。第一電力供給装置１００は、スイッチングユニット７００と、蓄電装置１とを備えている。スイッチングユニット７００は、略直方体状の外装体１０１を備えており、この外装体１０１内に主要構成部が収納されることでユニット化されている。「ユニット化」とは、構成部品（コンポーネント）を接続してアッセンブリーを形成することを意味する。スイッチングユニット７００の下に、蓄電装置１が配置されている。蓄電装置１は、後述する第一蓄電池、制御部、スイッチ等の主要構成部が外装体１０１に収納されることでユニット化されている。これらスイッチングユニット７００と蓄電装置１とを有する第一電力供給装置１００は、例えば既設の第二電力供給装置２００に対して増設されることで、電力供給システム全体としての電気容量、安定性及び耐久性を高める。

スイッチングユニット７００の外装体１０１の前面には、当該外装体１０１をラック２１０に対して着脱するための一対の取っ手１０２が設けられている。スイッチングユニット７００に加え、蓄電装置１も取っ手を有してもよい。外装体１０１の前面における一対の取っ手１０２の間には、第一電力供給装置１００の主要構成部と、第二電力供給装置２００の主要構成部２０５とを電気的に接続するための端子群１１０が設けられている。外装体１０１の前面には、後述する第一ラインに導通する蓄電池用端子１１９が端子群１１０の近傍に設けられている。蓄電池用端子１１９には、第一蓄電池の端子１５０ａ、１５０ｂが配線部材６０４を介して電気的に接続されている。蓄電池用端子１１９が、後述する接続部として機能する。

次に、第二電力供給装置２００及び第一電力供給装置１００の制御構成の概略について説明する。まず、第二電力供給装置２００について説明する。図３は、第二電力供給装置２００の制御構成の概略を示すブロック図である。図３は、第一電力供給装置１００が取り付けられる前の状態を示している。図３に示すように、第二電力供給装置２００は、第二ＡＣ／ＤＣコンバータ２３０と、第二蓄電池２４０と、端子２５０、２５１とを備える。

第二ＡＣ／ＤＣコンバータ２３０には、端子２５１を介して、第二電力供給装置２００の外部にある切替部２２０が電気的に接続されている。切替部２２０は、商用電源３００と発電機４００とのそれぞれから供給された交流電力を切り替えて下流に出力する回路である。第二ＡＣ／ＤＣコンバータ２３０は、交流を直流に変換する変換装置であり、切替部２２０を介して供給された交流電力を第二直流電力に変換する。第二ＡＣ／ＤＣコンバータ２３０は、変換した第二直流電力を第二蓄電池２４０及び負荷５００に供給する。第二蓄電池２４０は、例えば鉛蓄電池などの蓄電池であり、供給された第二直流電力により蓄電するとともに、放電することにより端子２５０を介して負荷５００に直流電力を供給する。

図４は、第一電力供給装置１００が取り付けられた第二電力供給装置２００の制御構成の概略を示すブロック図である。図４に示すように、スイッチングユニット７００は、直流入力端子１１１と、交流入力端子１１２と、出力端子１１３と、第一ライン１３０と、第二ライン１２０とを備えている。

第二ライン１２０は、直流入力端子１１１から入力された第二直流電力を出力端子１１３まで供給するための電力系統である。第二ライン１２０には、第二ダイオード１２２が設けられている。第二ライン１２０は、スイッチングユニット７００の外装体１０１の中に配置されていることが好ましい。

第一ライン１３０は、交流入力端子１１２から入力された交流電力を第一直流電力に変換して出力端子１１３まで供給するための電力系統である。第一ライン１３０と第二ライン１２０の接続点は、スイッチングユニット７００の外装体１０１の中に配置されていることが好ましい。

第一ライン１３０には、停電検出部１６０と、遅延部１７０と、第一ＡＣ／ＤＣコンバータ１３３と、スイッチ１４５と、第一ダイオード１３４とが設けられている。停電検出部１６０と、遅延部１７０とが第一ライン１３０に備えられている場合を例示したが、停電検出部１６０と遅延部１７０とは、第一ライン１３０とは別系統で設けられていてもよい。

第一ＡＣ／ＤＣコンバータ１３３は、スイッチングユニット７００の外装体１０１の外に配置されてもよい。つまり、第一ＡＣ／ＤＣコンバータ１３３は、スイッチングユニット７００とは別に設けられてもよく、例えば、端子２５１と交流入力端子１１２との間に設けられてもよい。後述する蓄電装置の中に制御部を設け、商用電源３００が停電から復電する際の蓄電装置の自動復帰等の機能は、蓄電装置の制御部が実現する。こうしてスイッチングユニット７００の構成を簡素化することで、スイッチングユニット７００をアナログ回路部品のみで構成することも可能となる。そのようなスイッチングユニット７００は、製造コストを低減できることに加えて、動作の信頼性をいっそう向上できる。また、メンテナンスも容易である。

停電検出部１６０は、第一ライン１３０における交流入力端子１１２と、スイッチ１４５との間に接続されている。停電検出部１６０は、停電である場合には信号を出力せず、停電でない場合には信号を出力し続ける停電検出器である。具体的には、停電検出部１６０は、交流入力端子１１２と第一ＡＣ／ＤＣコンバータ１３３間に電圧がある場合には遅延部１７０に信号を出力し続けており、電圧がなくなった場合（停電時）には遅延部１７０に信号を出力しない。停電検出部１６０は、端子２５１と、スイッチ１４５との間に接続されてもよい。この場合、停電検出部１６０は、端子２５１に電圧がある時に遅延部１７０に信号を出力する。

遅延部１７０は、停電を検知したタイミングよりも遅延させて、スイッチ１４５による導通又は遮断を切り替える遅延回路である。つまり、遅延部１７０は、停電検出部１６０での信号切替タイミングよりも遅延させて、スイッチ１４５のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。具体的には、遅延部１７０は、停電検出部１６０から信号が入力されている状態では、その信号をスイッチ１４５に出力し、信号が入力されていない状態では、スイッチ１４５に対しても信号を出力しない。この信号の有無によってスイッチ１４５のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。遅延部１７０では、信号の有無を切り替えるタイミングが、実際に停電検出部１６０で信号の有無が切り替わったタイミングよりも所定時間だけ遅れて行われている。つまり、停電検出部１６０からの信号の有無が安定した状態で、遅延部１７０ではスイッチ１４５に対する信号の有無が切り替わる。

スイッチ１４５（第一スイッチ）は、遅延部１７０からの信号の有無に基づいて、第一ライン１３０の電力のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチである。具体的には、スイッチ１４５は、第一ライン１３０における接続部１８０と、第一ダイオード１３４との間に設けられている。スイッチ１４５は、遅延部１７０から信号が入力されている状態ではＯＦＦとなり、第一ライン１３０の電力をＯＦＦとする。他方、スイッチ１４５は、遅延部１７０からの信号が入力されていない状態（停電）でＯＮとなり、第一ライン１３０の電力をＯＮとする。

つまり、スイッチ１４５は、停電検出部１６０が停電を検知した場合には、接続部１８０から出力端子１１３までを電気的に導通させて、停電検出部１６０が停電を検知していない場合には、接続部１８０から出力端子１１３までの電気的な導通を遮断する。換言すると、スイッチ１４５は、商用電源３００の停電が検知された場合には、接続部１８０から出力端子１１３までを電気的に導通させて、商用電源３００の停電が検知されていない場合には、接続部１８０から出力端子１１３までの電気的な導通を遮断する。これにより、停電時には第一蓄電池１５０からの直流電力が負荷５００に供給される。第一蓄電池１５０は、リチウムイオン電池であってもよい。

電力供給が不安定な地域では、瞬間的な電圧降下（瞬断）が頻繁に起こるが、その都度スイッチ１４５が切り替わると、スイッチ１４５に負担をかけ好ましくない。上述したように、停電検出部１６０からの信号の有無が安定した状態で、遅延部１７０からスイッチ１４５に対する信号の有無が切り替われば、頻繁にスイッチ１４５が切り替わることが抑えられる。これにより、スイッチ１４５のチャタリングが防止される。つまり、遅延回路はチャタリング除去回路とも言える。

第一蓄電池１５０の充電電圧は、第二蓄電池２４０の充電電圧よりも高く設定されている。また、第一蓄電池１５０の放電終止電圧は、第二蓄電池２４０の放電終止電圧よりも高く設定されている。例えば、第一蓄電池１５０の充電電圧を５６．７Ｖ、放電終止電圧を４６．２Ｖとし、第二蓄電池２４０の充電電圧を５４．０、放電終止電圧を４３．２Ｖとする。これにより、第一ライン１３０の電力がＯＮとなると、まず第一ライン１３０の第一蓄電池１５０から負荷５００に電力が供給される。その後、第一蓄電池１５０の電圧が、第二蓄電池２４０の充電電圧まで低下すると、それ以降においては、第一蓄電池１５０と第二蓄電池２４０との両方から負荷５００に電力が供給される。その後、第一蓄電池１５０が放電終止電圧に達すると、第二蓄電池２４０のみから負荷５００に電力が供給される。このように、第一蓄電池１５０と第二蓄電池２４０との特性の違いによって、負荷５００に対する電力供給が自動で切り替わるようになっている。

次に、スイッチングユニット７００を備えた第一電力供給装置１００の制御方法について説明する。図５は、第一電力供給装置１００の制御方法の流れを示すフローチャートである。図６は図５の制御方法実行時における負荷電圧変化及び各部のＯＮ／ＯＦＦ切替タイミングを示すタイミングチャートである。ここでは、商用電源３００が停電になった場合に、既設の第二電力供給装置２００の切替部２２０が第一電力供給装置１００に対する電力供給元を商用電源３００から発電機４００に切り替える場合を例示する。

まず、第一電力供給装置１００のスイッチングユニット７００は、商用電源３００から受電中であると、停電検出部１６０が信号を出力し続けているので、それに基づいて遅延部１７０もスイッチ１４５をＯＦＦとし続けている（Ｓ２０１）。これは図６に示す「商用電源による給電」期間である。

具体的には、商用電源３００から供給された交流電力の一部は、第二ＡＣ／ＤＣコンバータ２３０によって第二直流電力に変換されて、端子２５０及び直流入力端子１１１を介して第二ライン１２０に供給される。これにより、交流電力の一部は、負荷５００に供給される。なお、このとき、第二直流電力は第二蓄電池２４０にも供給されるため、第二蓄電池２４０が蓄電される。

商用電源３００から供給された交流電力のその他の一部は、交流入力端子１１２を介して第一ライン１３０に供給される。このとき、第一ライン１３０では、スイッチ１４５がＯＦＦであるので、交流電力が第一ＡＣ／ＤＣコンバータ１３３によって第一直流電力に変換されて、第一蓄電池１５０に供給される。

つまり、このステップＳ２０１は、第一ライン１３０とは別のラインである第二ライン１２０が商用電源３００から交流電力を受電している状態では、第二ライン１２０を介して負荷５００に電力を供給する第一ステップである。

次いで、停電検出部１６０からの信号出力が継続されている場合（ステップＳ２０２；ＮＯ）には、その状態が維持される。停電検出部１６０からの信号出力が停止された場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、つまり停電が発生した場合には、スイッチ１４５がＯＦＦからＯＮに切り替えられる（ステップＳ２０３）。具体的には、ステップＳ２０３においては、遅延部１７０によって、停電検出部１６０での信号切替タイミングよりも遅延させて、スイッチ１４５がＯＦＦからＯＮに切り替えられる（図６参照）。この遅延時間中においては、第二蓄電池２４０から負荷５００に給電が行われる。そして、遅延時間が経過すると、スイッチ１４５がＯＮとなるので第一蓄電池１５０が放電する（Ｓ２０４）。これにより第一ライン１３０には、第一蓄電池１５０から直流電力が流れ、負荷５００に対して直流電力が供給される。これは図６に示す「第一蓄電池による給電（第一状態）」期間である。ここで第一状態とは、第一蓄電池１５０からの直流電力が負荷５００に供給されている状態である。

つまり、このステップＳ２０３、Ｓ２０４が、商用電源３００が停止すると、負荷５００への電力供給を途絶えさせることなく、第一ライン１３０に接続された第一蓄電池１５０から負荷５００に電力を供給する第二ステップである。

次いで、第一蓄電池１５０が第二蓄電池２４０と異なる電圧である場合（ステップＳ２０５；ＮＯ）には、第一状態が継続される。第一蓄電池１５０と第二蓄電池２４０とが同じ電圧になった場合（ステップＳ２０５；ＹＥＳ）には、第一蓄電池１５０と第二蓄電池２４０との両者が放電する（ステップＳ２０６）。つまり、負荷５００に供給される電圧が第一電圧値以下となると、第二蓄電池２４０からの電力供給が開始される。これにより、第一ライン１３０には、第一蓄電池１５０から直流電力が流れ、第二ライン１２０には第二蓄電池２４０から直流電力が流れて、負荷５００に対して直流電力が供給される。これは、図６に示す「第一蓄電池及び第二蓄電池による給電」期間である。この期間は、負荷５００に対して第一蓄電池１５０と第二蓄電池２４０とが同時に給電する同時給電状態となっている。

次いで、第一蓄電池１５０が放電終止電圧（所定値）以下でない場合（ステップＳ２０７；ＮＯ）には、同時給電状態が継続される。第一蓄電池１５０が放電終止電圧以下となった場合（ステップＳ２０７；ＹＥＳ）には、第一蓄電池１５０の放電が停止して、第二蓄電池２４０のみから負荷５００に直流電力が供給される（ステップＳ２０８）。

つまり、このステップＳ２０７、Ｓ２０８は、第一蓄電池１５０の電圧が、第一電圧値よりも小さい第二電圧値以下となると、第一ライン１３０と第二ライン１２０との切り替えをすることなく第二蓄電池２４０の電力供給のみとしている。

その後、発電機４００からの電力供給が行わると、停電検出部１６０が遅延部１７０に対して信号を出力する（ステップＳ２０９）。これにより、遅延部１７０を介してスイッチ１４５にも信号が出力されるので、スイッチ１４５はＯＦＦとなって、ステップＳ２０２に移行する。これは図６に示す「復電」期間である。なお、ここでの復電期間には、商用電源３００の復電も含む。

以上のように、スイッチングユニット７００の交流入力端子１１２と、出力端子１１３と、第一ライン１３０とがユニット化されているので、第二電力供給装置２００に対してスイッチングユニット７００を後付けで簡単に取り付けることができる。したがって、第二電力供給装置２００に対して、別の電力系統を簡単に増設することができる。また、スイッチングユニット７００の第一ライン１３０には、第一蓄電池１５０が接続される接続部１８０が備えられているので、この接続部１８０に対して第一蓄電池１５０を接続すれば、第二電力供給装置２００に対して第一蓄電池１５０を増設することも可能である。

ここで、既設装置である第二電力供給装置２００の第二蓄電池（鉛蓄電池）２４０は、想定される長時間停電時のバックアップに対応できるように比較的、容量の大きな電池となっている。第一蓄電池（リチウムイオン電池）１５０は、商用電源３００の短時間停電時のバックアップ用に電池容量が設定されている。このため、第一蓄電池１５０の容量は第二蓄電池２４０の容量よりも小さい。リチウムイオン電池と鉛蓄電池とでは、同容量の場合、リチウムイオン電池の方が小型で軽量である。また、電池容量が小さいほど小型で軽量となる。したがって、第一蓄電池１５０がリチウムイオン電池で、第二蓄電池２４０が鉛蓄電池の場合、第一蓄電池１５０が占める体積は第二蓄電池２４０に比較して小さくすることができる。第一蓄電池１５０の容量を小さくできると、第一蓄電池１５０の充電電流も小さく設定できる。これにより、第一ＡＣ／ＤＣコンバータ１３３の容量も小さくできる。以上のことにより、第一電力供給装置１００のコストを抑えつつ、第一電力供給装置１００及び第二電力供給装置２００を長期間安定して稼働させることできるようになる。

遅延部１７０が、商用電源３００の停電を検知したタイミングよりも遅延させて、スイッチ１４５による導通又は遮断を切り替えているので、瞬間的な電圧降下（瞬断）が頻繁に起こったとしても、その度にスイッチ１４５が作動しないようにすることができる。つまり、スイッチ１４５のチャタリングを防止することができる。

第一蓄電池１５０が接続された第一電力供給装置１００を第二電力供給装置２００に増設した場合に、商用電源３００が停止したとしても、第一蓄電池１５０による電力供給が行われるので、第一蓄電池１５０を確実に活用することができる。つまり、増設された第一電力供給装置１００から負荷５００に対して安定した電力供給が可能となるため、設備全体を置き換えなくても、第一蓄電池１５０を活用することができる。

スイッチングユニット７００が第二ライン１２０を備えている場合を例示した。代替的に、第二ライン１２０は、スイッチングユニット７００に設けられていなくてもよい。この場合、負荷５００に対して第二蓄電池２４０が直接接続されていてもよい。この場合においても、第一蓄電池１５０が放電終止電圧に達すると、第二蓄電池２４０からの給電に切り替えることができる。

スイッチングユニット７００と第一蓄電池１５０とを備えた第一電力供給装置１００を例示したが、この第一電力供給装置１００を通信基地局バックアップシステムに適用することも可能である。例えば、通信基地局で停電が発生すると、単に停電時にデータ通信が行えなくなるだけでなく、復電後においても、停電前のデータ通信を再度行わなければならず、非効率である。これは、電力供給事情の悪い発展途上国では、深刻な問題である。上記の第一電力供給装置１００を通信基地局バックアップシステムとして通信基地局に設置すれば、通信基地局に対する電力供給を安定化することができ、通信の安定化も実現することが可能である。

第二電力供給装置２００が既設装置である場合を例示したが、第二電力供給装置２００は既設でなく、第一電力供給装置１００とともに設置されてもよい。ラック２１０内において、第二蓄電池２４０が、第一蓄電池１５０よりも上方に配置される場合を例示した。例えば、第二蓄電池２４０が鉛蓄電池、第一蓄電池１５０がリチウムイオン電池である場合、鉛蓄電池は、リチウムイオン電池よりも重量があるので、鉛蓄電池が下方に配置されていれば、交換などのメンテナンス作業を効率的に行うことが可能である。

蓄電装置１は、複数の蓄電装置からなる蓄電装置セットであってもよい。図７は、蓄電装置セット１０００の全体外観図を示す斜視図である。図８は、蓄電装置セット１０００の機能構成を示すブロック図である。

なお、図７では、Ｚ軸方向を上下方向として示しており、以下ではＺ軸方向を上下方向として説明するが、使用態様によってはＺ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるため、Ｚ軸方向は上下方向となることには限定されない。例えば、Ｘ軸方向が上下方向になってもかまわない。以下の図においても、同様である。

蓄電装置セット１０００は、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電することができる。蓄電装置セット１０００は、商用電源３００等の電力系統及び負荷５００に接続され、商用電源３００からの電気を充電し、負荷５００へ電気を放電する。図８では、上述したスイッチングユニット７００の図示を省略している。蓄電装置セット１０００は、複数の蓄電装置１（本実施形態では３つの蓄電装置１Ａ〜１Ｃ）を備え、例えば、電力貯蔵用途や電源用途などに使用される。

蓄電装置１は、据置用の電源装置として好適に使用される。この蓄電装置１は、蓄電ユニット４０と、当該蓄電ユニット４０の充電または放電を制御する制御装置９０とを備えている。本実施形態では、制御装置９０は、１以上の蓄電ユニット４０（３つの蓄電ユニット４０）のうち一の蓄電ユニット４０の充電または放電を制御する。言い換えると、１以上の蓄電ユニット４０の各々について制御装置９０が設けられている。

蓄電ユニット４０は、電力を充電または放電することができる電池ユニットである。蓄電ユニット４０は、直列に接続された１以上の蓄電素子１５３を備える。複数の蓄電装置１が備える複数の蓄電ユニット４０は、電源線３によって並列に接続されている。

制御装置９０は、蓄電ユニット４０の充電または放電電流経路に設けられたスイッチ９１を有し、当該スイッチ９１をオン及びオフすることで蓄電ユニット４０の充放電を制御する。複数の蓄電装置１が備える複数の制御装置９０は、ＲＳ−２３２用ケーブル、ＲＳ−４８５用ケーブル等の通信線２によってループ状にデイジーチェーン接続されている。なお、通信線２の規格は特に限定されず、シリアル通信用のケーブルであってもかまわないし、パラレル通信用のケーブルであってもかまわない。次に、制御装置９０の詳細な構成について、説明する。

図９は、制御装置９０の機能構成を示すブロック図である。制御装置９０は、蓄電素子１５３を備える蓄電ユニット４０の充放電を制御する装置である。図９に示すように、制御装置９０は、スイッチ９１と、制御部９２と、外部入力端子８３と、外部出力端子８４とを備える。

スイッチ９１（第二スイッチ）は、蓄電ユニット４０の充放電経路であって、外部接続端子２０３を介して電源線３に接続されている電源線６２に設けられている。このスイッチ９１は、制御信号及び外部入力信号の少なくとも一方が当該スイッチ９１をオフとする信号の場合にオフとなるオフ機能、及び、制御信号及び外部入力信号のいずれも当該スイッチ９１をオンとする信号の場合にオンとなるオン機能、の少なくとも一方（本実施形態では両方）を有する。また、本実施形態では、３つの蓄電ユニット４０のいずれかに異常が生じた場合、異常が生じた各蓄電ユニット４０の充電または放電電流経路に設けられたスイッチ９１はオフとなる。

以下、スイッチ９１をオンとする信号をオン信号、スイッチ９１をオフとする信号をオフ信号と称する場合がある。制御部９２は、例えば、制御プログラムを保持するＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等のメモリと、その制御プログラムを実行するプロセッサとを備える、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等の１チップマイクロコンピュータである。制御部９２は、終止電圧判定部１９１と、復電判定部１９２と、異常判定部１９３とを備える。

制御部９２は、終止電圧判定部１９１によって蓄電ユニット４０の電圧が放電終止電圧以下と判定された場合、スイッチ９１をオフとする制御信号を出力する。その場合、外部出力端子８４から出力される外部出力信号はオフ信号となる。

制御部９２は、復電判定部１９２によって、蓄電ユニット４０に接続される電力系統が復電したと判定された場合、スイッチ９１をオンとする制御信号を出力する。その場合、外部入力信号がオン信号であれば、外部出力端子８４から出力される外部出力信号もオン信号となる。外部入力信号がオフ信号であれば、外部出力端子８４から出力される外部出力信号もオフ信号となる。

制御部９２は、異常判定部１９３によって蓄電ユニット４０に異常が生じたと判定された場合、スイッチ９１をオフとする制御信号を出力する。その場合、外部出力信号は、制御信号及び外部入力信号のうち外部入力信号のみに依存する。つまり、外部入力信号がオフ信号であれば外部出力信号もオフ信号となり、外部入力信号がオン信号であれば外部出力信号もオン信号となる。

終止電圧判定部１９１は、蓄電ユニット４０の電圧が放電終止電圧以下であるか否かを判定する。ここで、放電終止電圧とは、安全に放電を行うことができる蓄電ユニット４０の最小電圧である。蓄電ユニット４０の電圧を測定する手法は特に限定されない。

復電判定部１９２は、蓄電ユニット４０に接続される電力系統が復電したか否かを判定する。復電判定部１９２は、例えば、外部接続端子２０３の電圧を測定し、測定した電圧が所定の電圧以上の場合に電力系統が復電したと判定する。なお、復電を判定する手法は特に限定されない。

異常判定部１９３は、蓄電ユニット４０に異常が生じているか否かを判定する。ここで、蓄電ユニット４０に生じる異常とは、例えば、過負荷または短絡等による過電流や、蓄電素子１５３の許容温度以上の発熱などである。異常判定部１９３は、例えば、電源線６２に設けられたホール素子（不図示）を用いて電源線６２に流れる電流量を検出し、検出した電流量が所定量以上の場合、蓄電ユニット４０に異常が生じていると判定する。また、異常判定部１９３は、例えばサーミスタ（不図示）を用いて蓄電素子１５３の温度を検出し、検出した温度が所定温度以上の場合、蓄電ユニット４０に異常が生じていると判定する。

次に、制御装置９０の動作について、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて説明する。図１０Ａに示すように、まず、スイッチ９１に制御信号を供給する（Ｓ１０）。本実施形態では、制御部９２が、制御信号と放電信号と充電信号とをスイッチ９１に供給する。

そして、外部入力端子８３に外部入力信号を供給する（Ｓ２０）。例えば、通信線２を介して前段の蓄電装置１の外部出力端子８４と接続された外部入力端子８３が、外部入力信号を、スイッチ９１に、または制御部９２に供給する。

その後、スイッチ９１をオフとするオフ機能、及び、スイッチ９１をオンとするオン機能、の少なくとも一方を実行する（Ｓ３０）。具体的には、図１０Ｂに示すように、ステップＳ３０では、制御信号及び外部入力信号の少なくとも一方が当該スイッチ９１をオフとする信号の場合（Ｓ３１で「少なくとも一方がオフ信号」の場合）に、スイッチ９１をオフとするオフ機能を実行する（Ｓ３２）。このとき、外部出力端子８４からは、外部出力信号としてオフ信号が出力される。一方、制御信号及び外部入力信号のいずれも当該スイッチ９１をオンとする信号の場合（Ｓ３１で「いずれもオン信号」の場合）に、スイッチ９１をオンとするオン機能を実行する（Ｓ３３）。このとき、外部出力端子８４からは、外部出力信号としてオン信号が出力される。

以下、蓄電装置セット１０００において、各蓄電装置１の制御装置９０が奏する効果について、図１１〜図１５を用いて具体例を述べつつ説明する。まず、商用電源３００（電源系統）の停電時において、蓄電装置セット１０００が奏する効果について説明する。図１１及び図１２は、停電時の蓄電装置セット１０００の状態を模式的に示す図である。

図１１に示すように、商用電源３００が停電すると、蓄電装置セット１０００は負荷５００に電力を供給する。つまり、蓄電装置セット１０００は、商用電源３００の停電時に電力のバックアップを行う。このとき、複数の蓄電装置１のそれぞれのスイッチ９１はオンとなっているため、並列に接続された複数の蓄電ユニット４０の各々から負荷５００へと放電電流が流れることとなる。

その後、負荷５００への電力供給が継続すると、図１２に示すように、蓄電ユニット４０の電圧が放電終止電圧以下となる蓄電装置１（ここでは蓄電装置１Ｂ）が現れる。このとき、当該蓄電装置１Ｂの制御装置９０では、スイッチ９１がオフとなるとともに、外部出力信号としてオフ信号が出力される。

これにより、外部入力信号として蓄電装置１Ｂの制御装置９０から出力された外部出力信号が入力される蓄電装置１Ｃの制御装置９０では、スイッチ９１がオフとなる。さらに、蓄電装置１Ｃの制御装置９０では、外部出力信号としてオフ信号が出力される。

これにより、蓄電装置１Ｃから出力された外部出力信号が入力される蓄電装置１Ａにおいても、スイッチ９１がオフとなり、外部出力信号としてオフ信号が出力される。

したがって、本実施形態に係る蓄電装置セット１０００では、複数の蓄電装置１のうち蓄電ユニット４０の電圧が放電終止電圧以下となる蓄電装置１が１つでもあれば、全ての蓄電装置１の蓄電ユニット４０からの放電電流が連動して停止する。

ここで、複数の蓄電ユニット４０の電圧が放電終止電圧以下となるタイミングは、蓄電ユニット４０の容量のバラつき等の影響により、互いに異なるタイミングとなり得る。このため、複数の蓄電ユニット４０からの放電電流が連動して停止せずに、各々の蓄電ユニット４０の電圧が放電電流以下となる独立のタイミングで停止する場合、次のような問題が生じる虞がある。

つまり、各々の蓄電ユニット４０からの放電電流が独立のタイミングで停止する場合、容量の小さい蓄電ユニット４０から放電電流が順次停止する。ここで、負荷５００に供給される電流は一定であることが好ましいため、放電電流が停止される蓄電ユニット４０が増えるに伴い、当該蓄電ユニット４０と並列に接続された他の蓄電ユニット４０の電流分担が大きくなる。つまり、他の蓄電ユニット４０からの放電電流の電流量が増加する。

したがって、複数の蓄電ユニット４０のうち放電終止電圧以下となるタイミングが最も遅い蓄電ユニット４０では、他の蓄電ユニット４０が供給していた放電電流の合計量に相当する非常に大きな電流（過電流）が流れることとなり、過電流による不具合が発生する虞がある。

例えば、１０個の蓄電ユニットが並列に接続された蓄電装置セットにおいて、定格時に１並列あたり４０Ａの放電電流が流れる場合、放電終止電圧以下となるタイミングが最も遅い蓄電ユニットでは、蓄電ユニットで許容され得る最大電流（例えば８０Ａ）を超える４００Ａの放電電流（過電流）が流れてしまう。

これに対して、本実施形態によれば、蓄電ユニット４０の電圧が放電終止電圧以下となる蓄電装置１があれば、全ての蓄電装置１からの放電電流が連動して停止するため、過電流による不具合の発生を低減することができる。

外部入力端子８３から供給される外部入力信号が、制御部９２等に入力されることなく、スイッチ９１をオン及びオフをするための信号であってもよい。これにより、外部入力信号のオン信号からオフ信号への切り替えからスイッチ９１がオンからオフに切り替わるのに要する時間を非常に短時間（例えば数十μＳ程度）とすることができる。なお、オフからオンに切り替わる際も同様である。

代替的に、外部入力端子８３から供給される外部入力信号が、制御部９２（ＣＰＵ等）に入力されてコンピュータ上で何らかの処理が行われた後にスイッチ９１をオン及びオフするための信号として供給されてもよい。この場合、外部入力信号の切り替えからスイッチ９１の切り替えに、所定の時間（例えば数十ｍＳ）を要するが、システムとして許容できる範囲であればよい。

次に、商用電源３００（電源系統）の復電時において、蓄電装置セット１０００が奏する効果について説明する。図１３及び図１４は、復電時の蓄電装置セット１０００の状態を模式的に示す図である。

まず、復電前の状態では、複数の蓄電装置１のそれぞれのスイッチ９１はオフとなっている。その後、図１３に示すように、商用電源３００が停電から復電すると、制御装置９０によって復電したと判定される蓄電装置１（ここでは蓄電装置１Ｃ）が現れる。ここで、当該蓄電装置１Ｃでは、蓄電装置１Ｂから出力された外部出力信号が外部入力信号として入力されており、当該外部出力信号はオフ信号となっている。このため、復電を検出した蓄電装置１Ｃにおいても、スイッチ９１はオフのままとなっている。

その後、図１４に示すように、他の蓄電装置（ここでは蓄電装置１Ａ、１Ｂ）全ての制御装置９０が復電したと判定すると、全ての蓄電装置１の各々から出力される外部出力信号がオン信号となることにより、全ての蓄電装置１のスイッチ９１がオンとなる。このように、本実施形態に係る蓄電装置セット１０００では、復電時に、全ての蓄電装置１の蓄電ユニット４０で連動して充電電流の供給が開始される。

ここで、複数の蓄電ユニット４０について、接続される電力系統が復電したと判定されるタイミングは、蓄電装置１を構成するアナログ素子の特性のバラつき等の影響により、互いに異なるタイミングとなり得る。このため、複数の蓄電ユニット４０への充電電流の供給が連動して開始されずに、各々の蓄電ユニット４０に接続される電力系統が復電したと判定される独立のタイミングで開始される場合、次のような問題が生じる虞がある。

つまり、各々の蓄電ユニット４０への充電電流の供給が独立のタイミングで開始される場合、複数の蓄電ユニット４０のうち復電したと判定されるタイミングが最も早い蓄電ユニット４０では、他の蓄電ユニット４０に供給されるべき充電電流の合計量に相当する非常に大きな電流（過電流）が流れることとなり、過電流による不具合が発生する虞がある。

これに対して、本実施形態によれば、全ての蓄電装置１で復電したと判定されるまで充電電流の供給は停止され、全ての蓄電装置１で復電したと判定されると充電電流の供給が連動して開始される。このため、過電流による不具合の発生を低減することができる。

次に、蓄電装置１の異常発生時において、蓄電装置セット１０００が奏する効果について説明する。なお、以下では、商用電源３００の停電時において蓄電装置１Ａで異常が発生した場合について説明するが、商用電源３００が停電していないときに異常が発生した場合、または、他の蓄電装置１で異常が発生した場合についても、同様の効果が奏される。

図１５は、本実施形態において、異常発生時の蓄電装置セット１０００の状態を模式的に示す図である。制御装置９０によって異常が発生したと判定された蓄電装置１（ここでは蓄電装置１Ａ）では、スイッチ９１はオフとなり、外部出力信号はオン信号となる。このため、蓄電装置１Ａから出力された外部出力信号が外部入力信号として入力される蓄電装置１Ｂでは、スイッチ９１はオンのままとなっており、外部出力信号もオン信号のままとなっている。よって、蓄電装置１Ａ以外の蓄電装置１Ｂ、１Ｃでは、スイッチ９１はオンのままとなる。したがって、異常が発生した蓄電ユニット４０のみ放電電流を停止することができる。

このように、本実施形態に係る蓄電装置セット１０００では、異常が発生した蓄電ユニット４０を負荷５００から切り離しつつ、他の蓄電ユニット４０によって継続して放電することができる。

以上のように、本実施形態では、蓄電ユニット４０の充電または放電電流経路（本実施の形態では、負の電源線６２）に設けられたスイッチ９１は、制御信号及び外部入力信号の少なくとも一方が当該スイッチ９１をオフとする信号の場合にオフとなるオフ機能、及び、制御信号及び外部入力信号のいずれも当該スイッチ９１をオンとする信号の場合にオンとなるオン機能、の少なくとも一方（本実施形態では両方）を有する。

したがって、充電または放電電流経路の各々に設けられたスイッチ９１が外部入力信号によって一斉にオフとなる、または、外部入力信号によって一斉にオンとなる。よって、全ての蓄電ユニット４０が一斉に充電または放電を開始する、または、停止することとなるため、蓄電ユニット４０の不具合の発生を低減することができる。

本実施形態では、制御装置９０が一の蓄電ユニット４０の充電または放電を制御し、外部出力端子８４からは、スイッチ９１がオンとなる場合に他の制御装置９０のスイッチ９１をオンとする外部出力信号が出力され、スイッチ９１がオフとなる場合に他の制御装置９０のスイッチ９１をオフとする外部出力信号が出力される。

これにより、一の蓄電ユニット４０に対応するスイッチ９１がオフとなる場合に他の蓄電ユニット４０に対応する他のスイッチ９１も連動してオフとなる。または、一の蓄電ユニット４０に対応するスイッチ９１がオンとなる場合に他の蓄電ユニット４０に対応する他のスイッチ９１も連動してオンとなる。したがって、全ての蓄電ユニット４０が連動して充電または放電することができるため、蓄電ユニット４０の不具合の発生を低減することができる。つまり、本構成によれば、外部出力信号により他の蓄電ユニット４０の充電または放電電流経路に設けられた他のスイッチ９１を制御できるため、設置現場での据付作業を簡易かつ確実に行うことができる。

具体的には、本実施の形態によれば、１以上の蓄電ユニット４０のいずれかの電圧が放電終止電圧以下の場合、外部入力信号として、スイッチ９１をオフとする信号が入力される。これにより、いずれかの蓄電ユニット４０の電圧が放電終止電圧以下になった場合、充電または放電電流経路の各々に設けられたスイッチ９１が一斉にオフとなる。よって、各蓄電ユニット４０が一斉に負荷５００から切り離されるため、蓄電ユニット４０の不具合の発生を低減することができる。

本実施形態によれば、１以上の蓄電ユニット４０に接続される電力系統（本実施の形態では商用電源３００）が復電した場合、外部入力信号として、スイッチ９１をオンとする信号が入力される。これにより、充電または放電電流経路の各々に設けられたスイッチ９１が復電時に一斉にオンとなるため、各蓄電ユニット４０が一斉に電力系統に接続される。よって、復電時における蓄電ユニット４０の不具合の発生を低減することができる。

電力系統が復電した場合、外部入力信号として、スイッチ９１をオフとする信号が入力されてもかまわない。これにより、充電または放電電流経路の各々に設けられたスイッチ９１が復電時に一斉にオフとなるため、各蓄電ユニット４０が一斉に電力系統から切り離される。このため、短時間の停電を経た後の復電時に生じ得る蓄電ユニット４０の過充電等の不具合の発生を低減することができる。

本実施の形態によれば、異常が生じた蓄電ユニット４０の充電または放電電流経路に設けられたスイッチ９１がオフとなる。これにより、異常が生じた蓄電ユニット４０を商用電源３００または負荷５００から切り離しつつ、他の全ての蓄電ユニット４０が一斉に充電もしくは放電を開始する、または、停止することとなるため、蓄電ユニット４０の不具合の発生を低減することができる。つまり、一部の蓄電ユニット４０に異常が生じた場合であっても他の蓄電ユニット４０が継続して充放電することとなり、Ｎ＋１の冗長設計が図られる。

なお、上記実施の形態及び上記変形例を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

本発明は、既設装置に対して取り付けられる電力供給装置（電力供給ユニット）等に適用できる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ蓄電装置
２通信線
３電源線
４０蓄電ユニット
６２電源線（充放電経路）
８３外部入力端子
８４外部出力端子
９０制御装置
９１スイッチ（第二スイッチ）
９２制御部
１００第一電力供給装置
１０１外装体
１０２取っ手
１１０端子群
１１１直流入力端子
１１２交流入力端子（入力端子）
１１３出力端子
１１９蓄電池用端子
１２０第二ライン
１２２第二ダイオード
１３０第一ライン
１３３第一ＡＣ／ＤＣコンバータ
１３４第一ダイオード
１４５スイッチ（第一スイッチ）
１５０第一蓄電池（リチウムイオン電池）
１５０ａ、１５０ｂ端子
１５３蓄電素子
１６０停電検出部
１７０遅延部
１８０接続部
１９１終止電圧判定部
１９２復電判定部
１９３異常判定部
２００第二電力供給装置
２０１第一収納部
２０２第二収納部
２０３外部接続端子
２０５主要構成部
２１０ラック
２１１扉
２２０切替部
２３０第二ＡＣ／ＤＣコンバータ
２４０第二蓄電池（鉛蓄電池）
２５０、２５１端子
３００商用電源（電源）
４００発電機
５００負荷
６０４配線部材
７００スイッチングユニット
１０００蓄電装置セット

Claims

電源からの電力を負荷に供給する装置に対して取り付けられる電力供給装置であって、
スイッチングユニットと、
蓄電装置とを備え、
前記スイッチングユニットは、
前記装置に電気的に接続可能な入力端子と、
前記負荷に電気的に接続可能な出力端子と、
前記入力端子から入力された前記電力を前記出力端子まで供給する第一ラインと、
前記第一ラインに設けられた接続部と、
前記第一ラインに設けられ、前記電源の停電が検知された場合には前記接続部から前記出力端子までを電気的に導通させ、前記電源の停電が検知されていない場合には前記接続部から前記出力端子までの電気的な導通を遮断する第一スイッチと、を備え、
前記蓄電装置は、
蓄電素子を備える蓄電ユニットと、
前記接続部に接続される前記蓄電ユニットの充放電経路と、
前記充放電経路に設けられた第二スイッチと、
前記第二スイッチに制御信号を供給する制御部と、
外部入力信号が供給される外部入力端子と、を備え、
前記第二スイッチは、前記制御信号及び前記外部入力信号の少なくとも一方が当該第二スイッチをオフとする信号の場合にオフとなるオフ機能、及び、前記制御信号及び前記外部入力信号のいずれも当該第二スイッチをオンとする信号の場合にオンとなるオン機能、の少なくとも一方を有する
電力供給装置。
前記充放電経路に並列接続された複数の前記蓄電装置を有する、請求項１に記載の電力供給装置。
電源からの電力を第一ライン及び／又は第二ラインを介して負荷に供給可能であるスイッチングユニットと、スイッチ、制御部及び外部入力端子を有する蓄電装置とを備え、前記第一ラインに前記蓄電装置の第一蓄電池が接続された電力供給装置の制御方法であって、
前記第二ラインを介して前記負荷に電力を供給する第一ステップと、
前記電源が停止すると、前記第一蓄電池から前記負荷に電力を供給する第二ステップと、
前記第一蓄電池の電圧が第一所定値以下となると、前記第二ラインからの電力供給を開始するとともに、前記第一蓄電池からの電力供給を停止する第三ステップと、
前記制御部から供給される制御信号及び外部から前記外部入力端子に供給される外部入力信号の少なくとも一方に基づいて前記蓄電装置の前記スイッチを作動する第四ステップとを備える
電力供給装置の制御方法。
第一蓄電池を有し、電源からの電力を負荷に供給する第一電力供給装置と、
第二蓄電池を有するとともに前記第一電力供給装置と接続され、前記電源からの電力を負荷に供給する第二電力供給装置とを備え、
前記第一電力供給装置は、
第一スイッチと、前記負荷に電気的に接続可能な出力端子とを有するスイッチングユニットと、
前記第一蓄電池と、制御部と、第二スイッチと、外部入力端子とを有する蓄電装置とを備え、
前記第二スイッチは、前記制御部から供給される制御信号及び外部から前記外部入力端子に供給される外部入力信号の少なくとも一方が当該第二スイッチをオフとする信号の場合にオフとなるオフ機能、及び、前記制御信号及び前記外部入力信号のいずれも当該第二スイッチをオンとする信号の場合にオンとなるオン機能、の少なくとも一方を有し、
前記電源の停電が検知された場合には、前記第一スイッチが閉じて前記第一蓄電池と前記出力端子とを電気的に導通させる
電力供給システム。