JP2014117083A - 蓄電装置の入力電源切り替え方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの電源が失われた時に、自動的に蓄電池からの電源に切り替える事の出来る蓄電装置において、同等の機能を有した蓄電装置に対し、機構と部品の削減による故障率の低下と、コストの削減が可能な蓄電装置を提供する事が出来る。
【解決手段】
蓄電池の状態を管理する管理機構の電源として、蓄電池側からの通常電圧と、電源入力部からの通常電圧を下回る起動電圧を有し、電源入力部及び蓄電池の放電による電力の供給が得られない状態から、電源入力部に電力の供給が復帰し、起動電源により管理機構の動作と蓄電池の充電が始まり、通常電圧が供給される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄電装置に接続された負荷に、外部からの入力電力が有る時は外部電源を供給し、外部電源が無くなった時には蓄電池からの供給に切り替える機能を備えた、蓄電装置の入力電源切り替え方法に関するものである。

蓄電装置において、外部からの入力電源の有る状態では電源入力部より、外部電源が無い状態では蓄電池からと、自動的に切り替える事により、電源出力部の負荷に継続して電力を供給する。

通常、蓄電池を管理する機構は外部からの電源を利用し動作するが、外部電源が停電等により無くなっても蓄電池の管理を継続する必要があるため、切り替え回路等により蓄電池からの電源に切り替えることで継続動作を実現している。（特許文献１参照）

また、自動的切り替え機能を持たない蓄電装置では、商用電源で使用していた負荷の電源を一旦切り、使用者が蓄電装置の出力端子に接続後、負荷の電源を投入し、再び商用電源に切り替える時も負荷の電源を切り、蓄電装置から商用電源への接続を手動で行う簡易的な物もある。

このような蓄電装置に内蔵される電池には、繰り返し充放電が可能な蓄電池が用いられているが、過放電による蓄電池の劣化を防止するために、放電終止電圧を下回らないように蓄電池により動作する管理機構や外部に接続された負荷など、電力を消費するものから切り離す機構が必要である。

特開２００８−２２６６７３号公報

自動切り替え機能を備えた蓄電装置は、蓄電池管理機構の電源の切り替えと、負荷への電源を切り替えることで継続利用しており、切り替えにはリレーが用いられる。切り替え動作時に瞬停が起きるが、管理装置や負荷に影響を与えない瞬停時間の短いリレーを使用している。

頻繁に停電が起こる箇所で使用し、リレーの切り替えも頻繁になるので、接点の劣化等による不具合を事前に防止するため、リレーの交換が必要となる場合もあるが、蓄電池管理機構用と負荷用など、複数箇所の交換が必要になる。

外部電源の供給が停止しても、蓄電池による供給に切り替わり、蓄電池の電圧が放電終止電圧に達した時は、蓄電池の劣化防止のため管理機構や負荷から切り離し、外部電源が復帰した時は、管理機構の動作と負荷への電力供給が始まる蓄電装置の提供する事を課題とする。

蓄電池の状態を管理する管理機構の動作電源として、蓄電池が放電終止電圧以上の場合は蓄電池側からの通常電圧を常時供給し、電源入力部からは、通常電圧を下回る起動電圧を供給する。

管理機構に対し、電源入力部および蓄電池からの電力の供給が無い状態において、電源入力部からの供給が再開すると、管理機構が起動電圧により起動し、充電の開始により蓄電池の電圧が放電終止電圧を上回ると、通常電圧による管理機構の動作が始まる。

電源入力部を複数備えた蓄電装置では、第１電源入力部に商用電源等の常時安定した電力を、第２電源入力部には太陽光パネル、風力発電等の、出力の停止と再開を繰り返す電力を接続した場合、第１電源入力部は第２電源入力部からの停止時に、第２電源入力部は出力が可能な時に、切り替わりながら蓄電池の充電を継続する。

第２電源入力部は、環境の変化により電圧・電流の変化が起こるため、充電コントローラを介して一定にさせた上で、第２電源入力部に接続する。

蓄電池の電力で負荷を動作させ電圧が放電終止電圧付近まで下がると、蓄電池の劣化防止のため電源出力部の電力が停止する事を、残量表示計やブザー音により警告することで、負荷を安全に停止させることが可能になる。

本発明により、入力電源の有無に応じた管理機構を動作させる電源切り替え機構が不要となり、同等の機能を有した蓄電装置に対して、機構の単純化による故障率の低下と、メンテナンス時の交換部品の削減が可能な蓄電装置の実現が可能となる。

複数の種類の外部電源を接続した場合、出力可能な電源に自動的に切り替える事が可能なため、効率の良い蓄電池の充電が可能となる。

本発明の概略を示す図である。 本発明を実施するための一例を示した図である。 管理機構の動作状態を表した図である。

一例として、商用電源と太陽光パネルの２種類の電源の切り替えと、外部電源を失った時には蓄電池の電力に切り替える機能を備えた蓄電装置を基に説明する。

この発明の原理の概略を表した図２を基に説明をする。商用電源入力部１０には商用電源１のＡＣ１００Ｖを、太陽光パネル電源入力部２１に太陽光パネル２の電圧を、充電コントローラ２０で蓄電池３の充電電圧に変換したものが接続されており、電源出力部４０には商用電源ＡＣ１００Ｖにより動作する負荷４が接続されている。

管理機構５、充電装置１２、ＤＣ１２Ｖ蓄電池３などは筐体内に収められており、電源入力部１０・２１と電源出力部４０、残量表示計５０などは、操作や確認が容易にできる筐体の外部に設置されている。

管理機構５は、蓄電池電圧を変圧したＤＣ５Ｖの通常電圧と、商用電源１と太陽光パネル２の出力を変換したＤＣ４．６〜４．７Ｖの起動電圧により動作し、通常電圧と起動電圧は、出力が可能な時は常に管理装置５に給電されている。

通常電圧と起動電圧の両方が同時に給電される場合、電圧の差により通常電圧で動作し、起動電圧は消費されていないと見なす事ができるので、起動電圧を停止させるスイッチ等は設けていない。起動電圧側には通常電圧の逆流防止用にダイオード等を入れる。

蓄電池の電圧はＤＣ−ＡＣコンバータ１１によりＡＣ１００Ｖに変換した上で、電源出力部４０に送られる。

商用電源１と、太陽光パネル２を接続した場合、太陽光パネル２の電力供給が可能な時は太陽光パネル２からの電力を利用する。また、太陽光パネル２からの出力が無い場合は商用電源１を利用し、蓄電池３の充電を行う。

商用電源１が利用可能なときは蓄電池３の状態にかかわらず、出力切り替えリレー４１により、商用電源入力部１０と電源出力部４０が直結となり、負荷４は商用電源１により動作する。その間蓄電池３は充電中であるか、充電済みであれば待機状態（図３のＳ１）になる。

この出力切り替えの判断には、太陽光パネル監視部２３が太陽光パネル２の電圧を監視し、設定された電圧を上回る時は太陽光パネル側の回路に切り替え、下回る時は商用電源１に切り替える。

商用電源１が利用でき、かつ蓄電池３が充電中または充電完了した状態で、負荷４を利用している時に、停電により商用電源１が失われると、出力切り替えリレー４１によりＤＣ−ＡＣコンバータ１１と電源出力部４０が接続され、負荷４は蓄電池３の電力により継続動作を続ける。（図３のＳ２）

停電が復帰せず、蓄電池３での動作が長時間続き、蓄電池電圧が放電終止電圧に近づいた事を蓄電池監視部３１が検知すると、残量表示計５０やブザー５１による警告を行い、間もなく電源出力部４０の出力が停止する事を使用者に警告する。

その後も使用を継続し、放電終止電圧を下回ると、過放電による蓄電池３の劣化を防ぐため、蓄電池開放リレー３０により負荷４や管理機構５から蓄電池３が切り離され、電源出力部４０への送電が停止する。（図３のＳ３）

この切り離は、蓄電池３の出力側に取り付けられた、蓄電池開放リレー３０によって行われ、あらかじめ管理機構５に設定された放電終止電圧を下回ったときにリレーが動作し蓄電池３が開放される。

蓄電池３が開放された状態で、商用電源１が停電から復帰すると、起動電圧により管理機構５が動作を始め（図３のＳ４）、出力切り替えリレー４１は、商用電源入力部１０と電源出力部４０が接続された状態になる。同時に、蓄電池３の充電開始により蓄電池３の電圧が放電終止電圧を上回ると、通常電圧の供給が再開し停電前の通常動作に戻る。（図３のＳ５）

また、蓄電池３の放電終止電圧を下回る前（図３のＳ２）に停電から復帰した場合は、出力切り替えリレー４１が切り替わり、商用電源入力部１０と電源出力部４０が接続された状態になると同時に、蓄電池３の充電が再開し、負荷４への電力供給が途切れる事なく、停電前の通常動作に戻る事が可能である。（図３のＳ５）

電源出力部４０の端子は、商用電源のＡＣ１００Ｖのみでなく、シガーソケットのＤＣ１２Ｖ、ＵＳＢ機器を充電するＤＣ５Ｖなどの端子も用意しておけば、蓄電装置の利便性が向上する。
以上、実施例に基づいて説明したが、上述の実施例に限定されるものではない。

１ 第１電源（商用電源）
１０ 第１電源入力部（商用電源入力部）
１１ インバータ（ＡＣ−ＤＣ）
１２ 充電装置
１３ 充電切り替え手段（充電切り替えリレー）
２ 第２電源（太陽光パネル）
２０ 充電コントローラ
２１ 第２電源入力部（太陽光パネル電源入力部）
２２ 変圧手段（レギュレータ）
２３ 第２電源監視手段（太陽光パネル電源監視部）
３ 蓄電池
３０ 蓄電池開放手段（蓄電池開放リレー）
３１ 蓄電池監視手段（蓄電池監視部）
３２ コンバータ（ＤＣ−ＡＣ）
３３ 変圧手段（レギュレータ）
４ 負荷（商用電源により動作）
４０ 電源出力部
４１ 出力切り替え手段（出力切り替えリレー）
５ 管理機構
５０ 残量表示器
５１ ブザー

Claims (4)

1. 商用電源等の第１電源を取り込む第１電源入力部、
   前記第１電源とは異なる第２電源を取り込む第２電源入力部、
   充放電可能な蓄電池、
   負荷を接続する１つ以上の端子を備えた電源出力部、
   前記蓄電池を充電する前記第１電源により動作する充電装置、
   前記蓄電池の管理と、蓄電装置の動作に必要な構成機構の動作を制御する管理機構、
   前記第２電源の電圧を監視する第２電源監視手段、
   前記蓄電池を、前記充電装置か前記第２電源のどちらで充電するかを切り替える充電切り替え手段、
   前記蓄電池を前記負荷と前記管理機構から切り離す蓄電池開放手段、
   前記負荷に対し、前記第１電源または前記蓄電池側の電力に切り替える出力切り替え手段と、
   が備えられ、
   前記管理機構は、前記蓄電池側からの通常電圧と、前記第１電源または前記第２電源からの前記通常電圧を下回る起動電圧の供給により動作し、前記第１電源と前記第２電源の電力供給が無く、かつ前記蓄電池が前記蓄電池開放手段により開放され、前記管理機構が停止した状態において、前記第１電源または前記第２電源の電力供給が再開され、前記起動電圧により前記管理機構の動作が始まると、前記蓄電池開放手段が閉じられることで前記蓄電池の充電開始と、前記通常電圧による前記管理機構の通常動作が始まることを特徴とする蓄電装置の入力電源切り替え方法。
2. 前記蓄電池開放手段は、前記蓄電池の電圧を蓄電池監視手段により監視し、前記蓄電池の放電終止電圧を下回ると、前記蓄電池開放手段が、前記蓄電池を開放することを特徴とする、請求項１記載の蓄電装置の入力電源切り替え方法。
3. 前記第１電源は、前記蓄電池の充電と負荷の動作の為の電源で、前記第２電源は、前記蓄電池を充電する電源であり、前記第1電源と前記第２電源の出力時は、前記第1電源は負荷を動作させ、前記第２電源で前記蓄電池の充電を行い、前記第２電源の出力が無い時は、前記充電切り替え手段により、前記第１電源に切り替え、前記第1電源で前記負荷の動作と前記蓄電池の充電を行う事を特徴とする、請求項１記載の蓄電装置の入力電源切り替え方法。
4. 前記充電切り替え手段は、前記第２電源監視手段が、前記蓄電池を充電するために必要な電圧を下回ると前記第１電源が前記蓄電池を充電し、上回ると前記第２電源により前記蓄電池の充電を行う事を特徴とする、請求項１〜２記載の蓄電装置の入力電源切り替え方法。

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