JPWO2014042224A1 - 電力供給システム、充電制御方法および充電制御プログラム - Google Patents

Abstract

蓄電池ユニット（１１）を有する蓄電池装置（１０）と、蓄電池ユニット（１１）の温度を検出する温度センサ（２５）と、蓄電池ユニット（１１）を冷却する冷却装置（３０）と、蓄電池ユニット１１への充電電力の供給、冷却装置（３０）への電力供給および負荷（３）への電力供給が可能な発電機（２０）と、制御装置（１５）とを備え、制御装置（１５）は、温度センサ（２５）の検出結果に基いて発電機（２０）からの電力の分配を制御するように構成されている電力供給システム（１）。

Description

本発明は、電力供給システム、充電制御方法および充電制御プログラムに関し、特には、蓄電池および発電機を備えた構成において効率的に蓄電池の充電を行うことが可能な電力供給システム、充電制御方法および充電制御プログラムに関する。

従来、停電や電力障害の際に蓄電池から外部に電力供給を行う非常用電源装置が種々提案されている。こうした非常用電源装置の中には、ディーゼルエンジン等の発電機と蓄電池とを備えたものもある（例えば特許文献１）。

特開２００６−５０９４５９号公報

ところで、最近では蓄電池としてリチウムイオン電池が広く利用されるようになってきているところ、リチウムイオン電池を性能良く使用するためには、使用時の環境温度を所定の範囲内に保つことが好ましい。他方で、ディーゼルエンジンのような発電機を動作させる際、その出力値が頻繁に変動するような制御を行うと、発電機の効率が低下し、システム全体としてのエネルギー消費量が増大するという問題点がある。

そこで本発明は、蓄電池および発電機を備えた構成において効率的に蓄電池の充電を行うことが可能な電力供給システム、充電制御方法および充電制御プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一形態の電力供給システムは下記の通りである：
１．蓄電池を有する蓄電池装置と、
前記蓄電池の温度を検出する温度センサと、
前記蓄電池を冷却する冷却装置と、
前記蓄電池への充電電力の供給、前記冷却装置への電力供給、および外部への電力供給が可能な発電機と、
制御装置と、を備える電力供給システムであって、
前記制御装置が、前記温度センサの検出結果に基いて前記発電機からの電力の分配を制御するように構成されている、電力供給システム。

（用語）
「蓄電池の温度を検出する」とは、蓄電池の周囲温度を検出するものであってもよいし、蓄電池自体の温度を検出するものであってもよい。
「前記温度センサの検出結果に基いて前記発電機からの電力の分配を制御する」に関し、基本的な形態としては、温度センサが制御装置に直接にまたは間接的に接続され、制御装置に温度センサからの電気的信号が伝達されるようなものであってもよい。あるいは、他の中間デバイス存在しており、それを介して温度センサの検出結果が制御装置に送られる構成としてもよい。「発電機からの電力の分配を制御する」とは、例えば、制御装置が、電力の分配を制御するための所定の制御信号を外部に送るものであってもよい。

本発明によれば、蓄電池および発電機を備えた構成において効率的に蓄電池の充電を行うことが可能な電力供給システム、充電制御方法および充電制御プログラムを提供することができる。

本発明の一形態の電力供給システムの構成を示すブロック図である。 電力供給システムの動作の一例を示す図であり、上のグラフは、発電機からの電力を蓄電池の充電および冷却装置の動作に利用するタイミングを示し、下のグラフは、蓄電池の周囲温度の変化を示している。 図１のシステムの一連の動作を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する構成、機能、動作等は本発明の一形態に係るものであって、本発明を何ら限定するものではない。

図１に示すように、この電力供給システム１は、停電時などに負荷３に電力を供給するためのものであり、蓄電池装置１０と、発電機２０と、冷却装置３０と、少なくともそれらの装置１０、２０、３０の動作を制御する制御部１５とを備えている。電力供給システム１の動作は特に限定されるものではないが、例えば、停電発電の直後には瞬断を生じさせないように蓄電池装置１０から外部へ電力を供給しつつ、その間に発電機２０を起動させて以降は発電機２０からの電力を外部に供給するものであってもよい。

蓄電池装置１０は、二次電池を有する蓄電池ユニット１１（以下、単に蓄電池ともいう）と、制御回路等からなる充放電器１３とを有している。二次電池としては、限定されるものではないが、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等を利用することができる。蓄電池ユニット１１全体としての電池容量および電圧値は特定の範囲に限定されるものではなく、電力供給システム１の規模や負荷３の大きさに応じて適宜設定すればよい。

本発明の一形態において、蓄電池装置１０、発電機２０、冷却装置３０、および制御部１５のそれぞれの数量については何ら限定されるものではなく、それらのうちの一部または複数を１つまたは２つ以上の構成としてもよいことに留意されたい。

蓄電池ユニット１１は、一例として、不図示のバッテリマネジメントユニット（ＢＭＵ）を有しており、このバッテリマネジメントユニットは、蓄電池ユニット１１の現在の電圧値や電池容量の残量を計測・推定する機能を有していてもよい。

充放電器１３は、制御部１５からの制御コマンドに基づき、所定の動作を行う。例えば、所定の電力量で蓄電池ユニット１１の充電を行ったり、電池ユニット１１の電力を負荷に供給したりする機能を有している。

発電機２０は、一例としてディーゼルエンジンであり、軽油等の燃料を用いるものや、天然ガス、プロパンガス、水素ガスといった燃料を用いるもの等が挙げられる。発電機２０によって発電された電力は、種々の用途；例えば（ｉ）蓄電池の充電、（ｉｉ）冷却装置３０への電力供給、および（ｉｉｉ）負荷３への電力供給に利用される。なお、発電機２０としては、ディーゼルエンジン以外の発電機（例えばガスタービン等）であってもよい。

冷却装置３０は、蓄電池装置１０（特には蓄電池）を冷却する機能を有するものであればどのようなものであってもよい。例えば、蓄電池装置１０が配置されている収容室（不図示）に設けられ、同室内を冷却するエアーコンディショナであってもよい。または、蓄電池を冷却する空冷ファンや、水冷により蓄電池を冷却するデバイス等であってもよい。あるいは、上記の組合せであってもよい。

蓄電池付近には蓄電池の温度を検出する温度センサ２５が配置されている。図１では、一例として、温度センサ２５によって蓄電池の周囲温度を計測する構成が示されている。温度センサ２５としては、接触式または非接触式のいずれであってもよく、また、センサの方式も特に限定されるものではない。温度センサ２５の個数は、１つでもよいし複数でもよい。温度センサ２５と制御部１５とは相互に接続され、制御部１５は温度センサ２５の検出結果に基いて所定の制御（詳細後述）を行う。

なお、蓄電池の「周囲温度」ではなく、蓄電池自体の温度を計測するようにしてもよい。

図１に示すように、電力供給システム１は、電力の供給源を接続を切り替えるスイッチ２７を有している。スイッチ２７には、商用電源５からの電力ラインＡ１と、発電機２０から電力ラインＡ２と、電力を負荷３等に供給するための電力ラインＡ３とが接続されている。電力ラインＡ３上には、整流器２８が配置されており、この整流器２８によって交流電力を直流電力に変換する。

冷却装置３０に対しては、電力ラインＡ２、スイッチ２７、電力ラインＡ３、Ａ４経由で、発電機２０からの交流電力を供給できるようになっている。こうした電力供給は、商用電源５の停止時に行われる。蓄電池装置１０に対しては、電力ラインＡ２、スイッチ２７、整流器２８、電力ラインＡ３、Ａ５経由で、直流電力（充電電力）を供給できるようになっている。

図示は省略するが、各電力ラインＡ２〜Ａ５にはそれぞれのラインの電流値を検出する検出器が設けられていてもよく、制御部１５は、それら電流値に関する情報に基づいて所定の制御を行うことができる。

制御部１５は、例えば、所定のプログラムによって動作するコンピュータとして設けられたものであってもよい。制御部１５は、外部のセンサ等からの電気信号を受け取ったり、所定の演算処理をしたり、制御対象に対して所定の制御コマンド（制御信号）を与える機能等を有している。

限定されるものではないが、このコンピュータは、モニター、スピーカー等を有し、そのモニターに電力に関する所定の情報が表示されたり、スピーカーを介してユーザーに対する所定のアナウンスが発せられたりする構成としてもよい。このコンピュータは、詳細な図示は省略するが、例えば、通信部、表示部、入力部、処理部、記憶部等の一部または全部を有し、各部がバスを介してデータを送受信可能に接続されたものであってもよい。通信部は、ネットワークを介して外部通信等を行う部分であり、例えば、ネットワークインターフェース等によって実現される。表示部は、処理部からの指示により様々なデータを表示する部分であり、例えば、液晶ディスプレイ等によって実現される。入力部は、ユーザーが各種データを入力する部分であり、例えば、キーボードやマウス等によって実現される。処理部（プロセッサ部）は、所定のメモリを介して各部間のデータの受け渡しを行うととともに、各種の制御を行うものである。記憶部は、処理部からデータを記憶したり、記憶したデータを読み出したりするものであり、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等によって実現される。

次に、図２および図３を参照して、本実施形態の電力供給システムの動作について説明する。図２は、本実施形態の電力供給システム１の動作の一例を示す図であり、上のグラフは、発電機からの電力を蓄電池の充電および冷却装置の動作に利用するタイミングを示すものであり、下のグラフは、蓄電池の周囲温度の変化を示すものである。図３は、図１のシステムの一連の動作を示すフローチャートである。

停電が発生した当初は、蓄電池から負荷への電力供給が行われるが、電池残量が無くなった後（一例）は、図３のフローチャートに示すように、発電機２０の発電を開始する（ステップＳ１）。発電の開始は、システムによって自動的に実行されてもよいしまたはオペレータによって手動で実行されてもよい。

次いで、ステップＳ２において、蓄電池の電圧を検出し、制御部１５はその電圧がＣＶ電圧か否かの判定を行う。ＣＶ電圧と判定した場合、ステップＳ１０に進み冷却中でなければ冷却を開始し（ステップＳ１０）、蓄電池に対してはＣＶ（定電圧）充電を行う（ステップＳ１１）。この充電は、（発電機発電電力−負荷電力−冷却装置電力）の範囲で行われ、満充電となるまで継続する。

ステップＳ２で蓄電池がＣＶ電圧ではないと判定した場合には、次いでステップＳ３に進み、制御部１５は、温度センサ２５の検出結果に基いて、蓄電池の周囲温度が「冷却開始温度」以上であるか否かを判定する。「冷却開始温度」は、冷却装置３０の動作開始のトリガとなる温度であって、図２の下のグラフでは「第１の基準値」として示されている。この温度としては、一例として４０℃±５℃、４０℃±３℃、または４０℃±１℃などが挙げられる。第１の基準値（冷却開始温度）をこのような温度範囲に設定することで、蓄電池の周囲温度をおよそ４０℃以下に保つことができ、その結果、蓄電池の性能の低下させることなく効率的に使用することが可能となる。

ステップＳ３において、周囲温度が冷却開始温度以上であると判定した場合、制御部１５は、冷却装置３０を起動して冷却を開始する（ステップＳ４）。また、蓄電池に対しても電力を供給して充電を開始する（ステップＳ５）。すなわち、この状態では、発電機２０からの電力が、（ｉ）蓄電池の充電、（ｉｉ）冷却装置３０への電力供給、および（ｉｉｉ）負荷３への電力供給に用いられている。

この状態は、図２の下のグラフの位置“ａ”と位置“ｂ”との間に対応している。すなわち、位置ａから位置ｂにまでの間は、負荷３への電力供給に加え、蓄電池の充電と冷却とが同時に行われている。

冷却の継続中、ステップＳ３において周囲温度が「冷却開始温度」以上ではないと判定されると、ステップＳ６に進み、このステップＳ６で周囲温度が「冷却終了温度」（図２の下のグラフの「第２の基準値」）より低いか否かの判定を行う。

ここで、周囲温度が「冷却終了温度」よりも低いと判定された場合、蓄電池が所定温度まで冷却されたものと推定して、冷却を停止する（ステップＳ７）。なお「第２の基準値」としては、例えば２３℃〜３２℃、好ましくは２５℃〜３０℃の範囲内などが挙げられる。

冷却の停止後は、（発電機電力−負荷電力）で蓄電池の充電を継続する（ステップＳ８）。つまり、この状態では、発電機２０からの電力が、（ｉ）蓄電池の充電と（ｉｉｉ）負荷３への電力供給に用いられており、図２の上のグラフに示すように、冷却を停止した分だけ蓄電池に供給される電流量が増加している。発電機２０の出力は一定のままである。

ステップＳ６において、周囲温度が「冷却終了温度」（図２の下のグラフの「第２の基準値」）より低くはないと判定された場合には、蓄電池が所定温度まで冷却されていないので、冷却装置３０が動作しているのであれば冷却を継続するとともに、充電も継続する（ステップＳ９）。

他方、冷却装置３０が動作していない状態で、ステップＳ６において、周囲温度が「冷却終了温度」（図２の下のグラフの「第２の基準値」）より低くはないと判定された場合も想定される（これは、図２の上のグラフの“ｃ”と“ａ”の間に対応している）。この場合、蓄電池を冷却する必要はないので、冷却装置３０は動作させず、発電機２０からの電力を負荷３への供給と蓄電池の充電のみに利用する。発電機２０の出力は一定のままである。

上述したような蓄電池の充電は、ステップＳ２において蓄電池の電圧がＣＶ電圧に達したと判定されるまで行われ、ＣＶ電圧に達した後はＣＶ（定電圧）充電が行われる。

以上説明したような動作によれば、制御部１５が、温度センサ２５の検出結果に基いて自動的に発電機２０からの電力の分配を制御するように構成されているので、蓄電池の周囲温度を考慮しつつ好適な電力供給を行うことができる。

具体的には、本実施形態では、発電機２０の出力を一定としたまま、（ｉ）蓄電池への充電電力の供給、冷却装置への電力供給、および外部への電力供給を行うモードと、（ｉｉ）蓄電池への充電電力の供給および外部への電力供給を行うモードとを切り替えることができる。したがって、例えば冷却装置のＯＮ／ＯＦＦに応じて発電機２０の出力を変動させる場合と比較して、効率的な発電を行うことが可能となる。

以上、本発明の一形態について説明したが、本発明は上記の開示内容に限定されるものではなく、種々変更可能である。例えば、上記実施形態では発電機２０の出力を一定に保ちつつ、運転モードを切り替えることを説明したが、この発電機の出力は厳密に一定である必要はなく、実質的に一定であってもよい（本明細書において「略一定」とは一定および実質的に一定の両方を含む）。多少の変動があったとしても実質的に一定であれば、冷却装置のＯＮ／ＯＦＦに応じて発電機の出力を変動させるような制御に比べて効率的な発電が実施できるためである。

なお本明細書は下記の発明も開示する：
２．制御装置が、発電機の出力を略一定に保ちながら、
（ａ）蓄電池の温度が第１の基準値以上であるか否かを判定し、
（ｂ−１）第１の基準値以上である場合には、蓄電池への充電電力の供給、冷却装置への電力供給、および外部への電力供給を行うモードを実施し、
（ｂ−２）冷却装置が停止しており、かつ、蓄電池の温度が第１の基準値未満の場合には、冷却装置は動作させることなく、蓄電池への充電電力の供給および外部への電力供給を行うモードを実施する、電力供給システム。

７．発電機、冷却装置、および蓄電池を備えた電力供給システムにおける充電制御方法であって、
（ａ）蓄電池の温度を検出するステップと、
（ｂ）検出した当該蓄電池の温度に基いて発電機からの電力の分配を制御するステップと、
を含む、充電制御方法。

９．発電機、冷却装置、および蓄電池を備えた電力供給システムにおける充電制御プログラムであって、
コンピュータに、
（ａ）蓄電池の温度を検出させるステップと、
（ｂ）検出した当該蓄電池の温度に基いて、発電機からの電力の分配を制御するステップと、
を実行させるための、充電制御プログラム。

なお、本発明の一形態において、プログラムは、一例で、予めコンピュータの記憶部内に格納されたものであってもよいし、インターネット等のネットワーク経由で供給されるものであってもよいし、または、所定の記憶媒体に格納されて供給されるものであってもよい。

また、図１に例示した構成から１つまたは複数の構成要素を除いた電力供給システムを構成することも可能である。

本発明の電力供給システムは、例えば、携帯電話の基地局のバックアップ用電源として、または無停電電源装置として広く利用可能である。

１ 電力供給システム
３ 負荷
５ 商用電源
１０ 蓄電池装置
１１ 蓄電池ユニット
１３ 充放電器
１５ 制御部
２０ 発電機
２５ 温度センサ
２７ スイッチ
２８ 整流器
３０ 冷却装置
Ａ１〜Ａ５ 電力ライン

Claims (10)

1. 蓄電池を有する蓄電池装置と、
   前記蓄電池の温度を検出する温度センサと、
   前記蓄電池を冷却する冷却装置と、
   前記蓄電池への充電電力の供給、前記冷却装置への電力供給、および外部への電力供給が可能な発電機と、
   制御装置と、を備える電力供給システムであって、
   前記制御装置が、前記温度センサの検出結果に基いて前記発電機からの電力の分配を制御するように構成されている、電力供給システム。
2. 前記制御装置は、前記発電機の出力を略一定に保ちながら、
   （ａ）蓄電池の温度が第１の基準値以上であるか否かを判定し、
   （ｂ−１）第１の基準値以上である場合には、前記蓄電池への充電電力の供給、前記冷却装置への電力供給、および外部への電力供給を行うモードを実施し、
   （ｂ−２）前記冷却装置が停止しており、かつ、前記蓄電池の温度が第１の基準値未満の場合には、前記冷却装置は動作させることなく、前記蓄電池への充電電力の供給および外部への電力供給を行うモードを実施する、
   請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記制御装置は、さらに、
   （ｃ）前記冷却装置の動作中、蓄電池の温度が前記第１の基準値よりも低い第２の基準値を下回ったか否かを判定し、
   （ｄ）当該第２の基準値を下回った場合に、前記冷却装置の動作を停止させる、
   請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記第１の基準値が３５℃〜４５℃の範囲内である、請求項２または３に記載の電力供給システム。
5. 前記冷却装置は、エアーコンディショナ、空冷ファン、水冷デバイスまたはそれらの組合せである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力供給システム。
6. 前記蓄電池は、リチウムイオン電池である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力供給システム。
7. 発電機、冷却装置、および蓄電池を備えた電力供給システムにおける充電制御方法であって、
   （ａ）前記蓄電池の温度を検出するステップと、
   （ｂ）検出した当該蓄電池の温度に基いて前記発電機からの電力の分配を制御するステップと、
   を含む、充電制御方法。
8. 前記（ｂ）のステップでは、前記発電機の出力を略一定に保ちながら、
   蓄電池の温度が第１の基準値以上であるか否かを判定し、
   第１の基準値以上の場合には、前記発電機からの電力を用いて、前記蓄電池への充電電力の供給、前記冷却装置への電力供給、および外部への電力供給を行うモードを実施し、
   前記冷却装置が停止しており、かつ、前記蓄電池の温度が第１の基準値未満の場合には、前記冷却装置は動作させることなく、前記蓄電池への充電電力の供給および外部への電力供給を行うモードを実施する、
   請求項７に記載の充電制御方法。
9. 発電機、冷却装置、および蓄電池を備えた電力供給システムにおける充電制御プログラムであって、
   コンピュータに、
   （ａ）前記蓄電池の温度を検出させるステップと、
   （ｂ）検出した当該蓄電池の温度に基いて、前記発電機からの電力の分配を制御するステップと、
   を実行させるための、充電制御プログラム。
10. 前記（ｂ）のステップでは、前記発電機の出力を略一定に保ちながら、
    コンピュータが、
    蓄電池の温度が第１の基準値以上であるか否かを判定し、
    第１の基準値以上の場合には、前記発電機からの電力を用いて、前記蓄電池への充電電力の供給、前記冷却装置への電力供給、および外部への電力供給を行うモードを実施し、
    前記冷却装置が停止しており、かつ、前記蓄電池の温度が第１の基準値未満の場合には、前記冷却装置は動作させることなく、前記蓄電池への充電電力の供給および外部への電力供給を行うモードを実施する、
    請求項９に記載の充電制御プログラム。
    

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