電源システム
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- 【要約】
【課題】蓄電池の過放電による劣化を防止し、さらに停止状態からの復帰を自動的に行い、システムの制御動作と負荷への給電を再開する電源システムを提供すること。
【解決手段】複数の電池を接続してなる組電池３と、交流電力を直流電力に変換し組電池３を充電する充電器１と、組電池３から放電する電力を交流電力に変換するインバータ２とを有する電源システムにおいて、前記電源システムの状態を監視および制御する、電気回路を有する制御部４を具備し、制御部４の動作電源は、組電池３または充電器１から２本の給電線を介して供給され、コイル８ａと接点８ｂとを構成要素とする継電器を具備し、コイル８ａの両端が前記２本の給電線にそれぞれ接続され、接点８ｂが前記２本の給電線のうち少なくとも一方に挿入されていることを特徴とする電源システムを構成する。
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- 【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を接続してなる組電池と、交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する充電器と、前記組電池から放電する電力を交流電力に変換するインバータとを有する電源システムにおいて、
前記電源システムの状態を監視および制御する、電気回路を有する制御部が具備され、
前記制御部の動作電源は、前記組電池または前記充電器から２本の給電線を介して供給され、
第１のコイルと第１の接点とを構成要素とする第１の継電器が具備され、前記第１のコイルの両端が前記２本の給電線にそれぞれ接続され、前記第１の接点が前記２本の給電線のうち少なくとも一方に挿入されていることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源システムにおいて、
前記第１の接点は、前記第１のコイルの一方の片端と前記制御部との間の前記給電線に挿入されていることを特徴とする電源システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電源システムにおいて、
第２のコイルと第２の接点とを構成要素とする第２の継電器が具備され、
前記第１のコイルの他方の片端は、前記第２の接点を介して前記給電線に接続され、
前記充電器の出力に、出力方向にのみ電力を通すダイオードが具備され、
前記第２のコイルには、前記充電器の出力電圧が印加され、
第１のフォトダイオードと第１のフォトトランジスタとを構成要素とする第１のフォトカプラが具備され、
前記第２の接点に対して並列に、前記第１のフォトトランジスタが接続され、
前記組電池の電圧が、予め定められた第１の設定値以上であるとき、前記第１のフォトダイオードは発光であり、前記組電池の電圧が前記第１の設定値未満であるとき、前記第１のフォトダイオードは消光であることを特徴とする電源システム。
【請求項４】
請求項２に記載の電源システムにおいて、
第１のフォトダイオードと第１のフォトトランジスタとを構成要素とする第１のフォトカプラが具備され、
第２のフォトダイオードと第２のフォトトランジスタとを構成要素とする第２のフォトカプラが具備され、
前記第１のコイルの他方の片端は、前記第２のフォトトランジスタを介して前記給電線に接続され、
前記充電器の出力に、出力方向にのみ電力を通すダイオードが具備され、
前記第２のフォトダイオードには、前記充電器の出力電圧が印加され、
前記第２のフォトトランジスタに対して並列に、前記第１のフォトトランジスタが接続され、
前記組電池の電圧が、予め定められた第１の設定値以上であるとき、前記第１のフォトダイオードは発光であり、前記組電池の電圧が前記第１の設定値未満であるとき、前記第１のフォトダイオードは消光であることを特徴とする電源システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載の電源システムにおいて、
前記第１のフォトトランジスタに対して並列に、押下しているときのみ短絡される手動スイッチが接続されていることを特徴とする電源システム。
【請求項６】
請求項１ないし５に記載の電源システムにおいて、
入力された交流電力と前記インバータの交流出力のどちらか一方を切替えて負荷へ出力する切替器が具備され、
前記切替器の動作電源は、前記２本の給電線を介して供給されることを特徴とする電源システム。
【請求項７】
請求項１ないし６に記載の電源システムにおいて、
前記組電池は、ニッケル水素蓄電池または鉛蓄電池であることを特徴とする電源システム。
- 【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源システムに関し、特に、入力した電力を蓄電池へ充電しながら負荷へ供給し、停電時は蓄電池が出力する電力を負荷へ供給する、過放電防止継電器を有するバックアップ電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素蓄電池は、鉛蓄電池に比べてエネルギー密度が大きく、電池寿命の長さや環境負荷の少ないことが特長である。軽量、小型で持ち運びが容易であるため、車載用の蓄電池や災害対策用電源の蓄電池として近年急速に普及しつつある。
【０００３】
ニッケル水素蓄電池を電源として用いる場合には、例えば、単セルと呼ばれる１本（定格電圧１．２Ｖ、容量９５Ａｈ）を１０直列にしたものを１組として用いる。
【０００４】
下記特許文献１、２、３には、複数の組電池と、充電制御手段と、放電制御手段とを備えた電源装置が記載され、特許文献１には、組電池の製造日付に基づいて組電池使用可能期間を算出して組電池交換日付を表示することが記載され、特許文献２には、組電池の放電容量試験を実行する電池監視手段を設けることが記載され、特許文献３には、前記電池監視手段が組電池の残存容量を算出し、その結果に基づいて当該組電池の補充電時期を決定することが記載されている。
【特許文献１】特開２００４−１１９１１２号公報
【特許文献２】特開２００４−１２０８５６号公報
【特許文献３】特開２００４−１２０８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蓄電池と放電器および充電器を組み合わせることにより、停電時にも電気機器（負荷）を動作させるためのバックアップ電源システムを構成することが可能である。このような電源システムは、例えば、図４に示すように、複数の電池を組み合わせてなる組電池３と、商用交流電源７からの交流入力をバイパスする回路と、交流電力を直流電力へ変換して組電池３を充電する充電器１と、蓄電池が出力する電力を交流電力へ変換するインバータ２と、切替器１７とを有する。
【０００６】
交流入力を受電しているときは、入力された電力は、バイパス回路を介してそのまま負荷６へと出力され、また充電器１で直流に変換され組電池３が充電される。
【０００７】
停電時、切替器１７はインバータ出力側に切り替わり装置出力とし、組電池３から放電されたエネルギーはインバータ２を介して負荷６へ供給される。
【０００８】
蓄電池の安全の確保および電池劣化の防止のため、電源システムでは蓄電池の状態を監視し、充電中の満充電の検知や、異常時の蓄電池の充放電停止を行う必要がある。このため、システムには制御部４が追加される。
【０００９】
蓄電池は、放電終止電圧を下回って放電を継続した場合、劣化が進行するため、放電終止電圧に達した時点で放電を停止させる必要がある。制御部４は、組電池３の電圧を監視し、予め定めた設定値に達したときインバータ２を停止して負荷６への給電を停止する。
【００１０】
制御部４はプログラムを記録した電気回路を有し、電池の監視および充放電の制御を電気信号によって行っている。よって、制御部４が動作するためには制御電源が必要であり、停電時も制御動作を継続するため、制御電源には組電池３から電力が供給される。
【００１１】
このため、組電池３が放電終止電圧を下回ってインバータ２が停止した後も、制御電源が組電池３に接続されている限り、制御部４への電力供給が続き、組電池３からの放電が継続し、組電池３が過放電となり劣化が進行するという問題が発生する。
【００１２】
上記の問題は、鉛蓄電池やニッケル水素蓄電池システムの場合に限らず、リチウムイオン電池などの二次電池を組み合わせた電源システムにおいても生じる共通の問題である。
【００１３】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、商用電力を負荷へ供給しながら蓄電池を充電し、停電時に蓄電池から放電して負荷へ供給する電源システムにおいて、蓄電池の過放電による劣化を防止し、さらに停止状態からの復帰を自動的に行い、システムの制御動作と負荷への給電を再開する電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明においては、上記課題を解決するために、請求項１に記載のように、
複数の電池を接続してなる組電池と、交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する充電器と、前記組電池から放電する電力を交流電力に変換するインバータとを有する電源システムにおいて、前記電源システムの状態を監視および制御する、電気回路を有する制御部が具備され、前記制御部の動作電源は、前記組電池または前記充電器から２本の給電線を介して供給され、第１のコイルと第１の接点とを構成要素とする第１の継電器が具備され、前記第１のコイルの両端が前記２本の給電線にそれぞれ接続され、前記第１の接点が前記２本の給電線のうち少なくとも一方に挿入されていることを特徴とする電源システムを構成する。
【００１５】
また、本発明においては、請求項２に記載のように、
請求項１に記載の電源システムにおいて、前記第１の接点は、前記第１のコイルの一方の片端と前記制御部との間の前記給電線に挿入されていることを特徴とする電源システムを構成する。
【００１６】
また、本発明においては、請求項３に記載のように、
請求項２に記載の電源システムにおいて、第２のコイルと第２の接点とを構成要素とする第２の継電器が具備され、前記第１のコイルの他方の片端は、前記第２の接点を介して前記給電線に接続され、前記充電器の出力に、出力方向にのみ電力を通すダイオードが具備され、前記第２のコイルには、前記充電器の出力電圧が印加され、第１のフォトダイオードと第１のフォトトランジスタとを構成要素とする第１のフォトカプラが具備され、前記第２の接点に対して並列に、前記第１のフォトトランジスタが接続され、前記組電池の電圧が、予め定められた第１の設定値以上であるとき、前記第１のフォトダイオードは発光であり、前記組電池の電圧が前記第１の設定値未満であるとき、前記第１のフォトダイオードは消光であることを特徴とする電源システムを構成する。
【００１７】
また、本発明においては、請求項４に記載のように、
請求項２に記載の電源システムにおいて、第１のフォトダイオードと第１のフォトトランジスタとを構成要素とする第１のフォトカプラが具備され、第２のフォトダイオードと第２のフォトトランジスタとを構成要素とする第２のフォトカプラが具備され、前記第１のコイルの他方の片端は、前記第２のフォトトランジスタを介して前記給電線に接続され、前記充電器の出力に、出力方向にのみ電力を通すダイオードが具備され、前記第２のフォトダイオードには、前記充電器の出力電圧が印加され、前記第２のフォトトランジスタに対して並列に、前記第１のフォトトランジスタが接続され、前記組電池の電圧が、予め定められた第１の設定値以上であるとき、前記第１のフォトダイオードは発光であり、前記組電池の電圧が前記第１の設定値未満であるとき、前記第１のフォトダイオードは消光であることを特徴とする電源システムを構成する。
【００１８】
また、本発明においては、請求項５に記載のように、
請求項３または４に記載の電源システムにおいて、前記第１のフォトトランジスタに対して並列に、押下しているときのみ短絡される手動スイッチが接続されていることを特徴とする電源システムを構成する。
【００１９】
また、本発明においては、請求項６に記載のように、
請求項１ないし５に記載の電源システムにおいて、入力された交流電力と前記インバータの交流出力のどちらか一方を切替えて負荷へ出力する切替器が具備され、前記切替器の動作電源は、前記２本の給電線を介して供給されることを特徴とする電源システムを構成する。
【００２０】
また、本発明においては、請求項７に記載のように、
請求項１ないし６に記載の電源システムにおいて、前記組電池は、ニッケル水素蓄電池または鉛蓄電池であることを特徴とする電源システムを構成する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の電源システムを実施することによって、商用電力を負荷へ供給しながら蓄電池を充電し、停電時に蓄電池から放電して負荷へ供給する電源システムにおいて、蓄電池の過放電による劣化を防止し、さらに停止状態からの復帰を自動的に行いシステムの制御動作と負荷への給電を再開する電源システムを提供することが可能となる。
【００２２】
また、システム停止後、電池を交換して手動スイッチを押下することにより復帰を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係る電源システムにおいては、例えば、複数の電池を接続してなる組電池と、交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する充電器と、前記組電池から放電する電力を交流電力に変換するインバータを有する電源システムにおいて、前記電源システムの状態を監視および制御する、電気回路を有する制御部を具備し、前記制御部の動作電源が、前記組電池または前記充電器から給電線を介して供給され、制御電源の給電線に第１の継電器と、前記充電器の出力電圧により動作する第２の継電器と、前記制御部により動作するフォトカプラとを具備し、前記制御部は前記組電池の電圧が予め定められた設定値以上のときフォトカプラを発光（短絡）、設定値未満のとき消光（開放）する制御を行う。
【００２４】
また、例えば、前記第１の継電器を動作させるための、押下しているときのみ短絡される手動スイッチを接続する。
【００２５】
以下に、本発明の実施の形態について、電池が鉛蓄電池またはニッケル水素蓄電池である場合を例として説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
【００２６】
＜実施の形態例１＞
図１は、本発明の実施の形態例を説明する図である。図において、鉛蓄電池（単セル定格２Ｖ、２００Ａｈ）を６セル直列に接続して組電池３（１２Ｖ、２００Ａｈ）を構成する。組電池３は、商用交流電源７により充電器１を介して充電されるか、出力する電力をインバータ２と切替器１７を介して負荷６へ供給する。充電器１は、商用交流電源７から供給される交流電力を直流電力へ変換して直流１２Ｖを出力し、組電池３を充電しながら、制御部４、切替器１７の制御電源用に電力を供給する。
【００２７】
商用交流電源７が有効であるとき、切替器１７の働きにより商用交流電源７はバイパス回路を介して負荷６へ接続される。停電発生時は、切替器１７がこれを検知し、インバータ２の出力をもって負荷６への給電を行うように切り替える。インバータ２は、制御部４から動作信号を受信して組電池３から放電された電力を交流電力に変換し、切替器１７を介して負荷６へ給電するが、動作信号がリセットされると動作が停止し交流電力を出力しなくなる。
【００２８】
制御部４では、電池が過放電とならないよう放電を停止させる機能、故障検知機能、状態表示機能を持つ。制御部４が動作するには制御電源が必要であり、充電器１もしくは組電池３から供給される。
【００２９】
切替器１７が動作するためにも制御電源が必要であり、制御部４と同様に充電器１もしくは組電池３から供給される。停電時も制御部４と切替器１７の制御電源が必要であり、組電池３から電源が供給される。放電が継続して組電池３の電圧が最低使用電圧（１０Ｖ）に達すると、制御部４はインバータ２を停止させて負荷６への給電を停止することができるが、制御部４および切替器１７への電力供給が継続される。最低使用電圧を下回って放電を継続すると電池の劣化を進行させるため、制御電源の入力線に継電器８（リレー）を追加して制御電源への給電を停止させるようにする。
【００３０】
この第１の継電器８は、（第１の）コイル８ａと（第１の）接点８ｂとを構成要素とし、コイル８ａの両端に印加される電圧によって接点８ｂの開閉の状態が変化する。コイル８ａの両端の電位差が０Ｖであるとき、接点８ｂは開放であり、この後コイル８ａの順方向電圧が１１Ｖ以上となると接点８ｂは短絡となる。さらにこの後コイル８ａの順方向電圧が１０Ｖ以下となると接点８ｂは開放となり、再び短絡となるにはコイル８ａの順方向電圧が１１Ｖ以上となることが必要である。
【００３１】
コイル８ａの両端は、制御電源の給電線に接続されるが、充電器１および組電池３により順方向電圧が印加されるように、正極と負極をそれぞれ接続する。接点８ｂは、開放されることにより制御電源の供給が停止できるように接続するため、制御電源の給電線のどちらか一方に挿入するようにする。
【００３２】
商用交流電源７が有効であるとき、コイル８ａに印加される順方向電圧は１１Ｖ以上であるため、接点８ｂは短絡であり、制御部４と切替器１７へ制御電源が供給される。商用交流電源７が停電すると、制御電源は組電池３から供給されるが、組電池３の電圧が１０Ｖ以上である限り、接点８ｂは短絡であり制御電源の供給は継続される。停電による組電池３の放電が継続し、組電池３の電圧が１０Ｖを下回るとコイル８ａの印加電圧も１０Ｖ未満となり接点８ｂが開放となり、制御電源の供給が停止し、制御部４と切替器１７の動作が停止する。さらに制御部４が停止するとインバータ２への動作信号もリセットされるためインバータ２の動作も停止し、組電池３からの放電が完全に停止する。
【００３３】
この後、商用交流電源７が復電すると、充電器１が直流電力を出力するため、コイル８ａの両端に順方向電圧１２Ｖが印加されて接点８ｂが短絡され、制御電源が供給される。インバータ２と切替器１７が動作し、組電池３が充電される。
【００３４】
放電停止後の復帰を商用交流電源７の復電によらず、組電池３を十分に充電されたもの（１２Ｖ）と交換することによる場合は、交換された組電池３の電圧（１２Ｖ）がコイル８ａに印加され、接点８ｂが短絡されてシステムの動作が再開される。
【００３５】
このように、電池の過放電を防止しながら、システムの復帰を自動的に行うことができる電源システムを構築することが可能となる。
【００３６】
本実施の形態例では、接点８ｂの位置をコイル８ａの片端と制御部４（切替器１７）の間としているが、コイル８ａと組電池３の間（図１でＡと示した位置）とする方法もある。この場合、組電池３の放電が停止した後、商用交流電源７の復電や組電池３の交換を行ってもコイル８ａに電圧が印加されないためシステムの復帰を自動的に行うことはできないが、組電池３の電圧が低下して接点８ｂが開放となるとき制御電源が供給されなくなりインバータ２が停止して組電池３の放電が完全に停止する効果はある。
【００３７】
＜実施の形態例２＞
図２は、本発明の実施の形態例を説明する図である。図において、ニッケル水素蓄電池（単セル定格１．２Ｖ、９５Ａｈ）を１０セル直列接続して組電池３を構成し、これを３組（３ａ、３ｂ、３ｃ）並列接続する。組電池３は、商用交流電源７により充電器１を介して充電されるか、出力する電力をインバータ２と、切替器である高速スイッチ５を介して負荷６へ供給する。充電器１は、商用交流電源７から供給される交流電力を直流電力へ変換し、組電池３を充電しながら、インバータ２、制御部４、高速スイッチ５の制御電源用に電力を供給する。
【００３８】
充電器１からインバータ２への給電線には、充電器１の出力方向にのみ電力を通す、逆流防止のためのダイオード１２ａが接続される。
【００３９】
商用交流電源７が有効であるとき、切替器である高速スイッチ５の働きにより商用交流電源７はバイパス回路を介して負荷６へ接続される。
【００４０】
停電発生時は、高速スイッチ５がこれを検知し、１０ミリ秒以内にインバータ２の出力をもって負荷６への給電を行うように切り替える。インバータ２は、組電池３から放電された電力を交流電力に変換し、高速スイッチ５を介して負荷６へ給電するが、商用交流電源７が有効であるとき無負荷運転の待機状態にあり、無負荷運転に必要な電力は充電器１から供給される。
【００４１】
ニッケル水素蓄電池では、一定電流による充電を行い、満充電に達したら充電電流を完全に遮断する必要がある。このため、充電スイッチ１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を使い、かつ充電制御を行う制御部４が必要となる。制御部４では、充電制御のほか、電池が過放電とならないよう放電を停止させる機能、故障検知機能、状態表示機能を持つ。
【００４２】
制御部４は、組電池３に接続された直列抵抗１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）の両端電位差の計測により充放電電流を取得し、また組電池３の電圧計測、温度計測を行う。充放電電流量の積算あるいは経過日数により組電池３の放電残容量を計算し、残容量が予め定めた値を下回ったときに充電を開始する。充電の終了は、組電池の温度上昇勾配あるいは電圧が予め定めた値を超えたとき、あるいは組電池３の電圧が低下を始めたとき、あるいは充電時間が上限に達したときに行う。組電池３の放電中、組電池３の電圧が放電終止電圧を下回ったときには放電を停止させる。制御部４に入力される計測値が正常値として予め定められた範囲を逸脱した場合は故障とし、システムの停止動作を行う。さらに、制御部４に液晶表示装置を備え、組電池３の放電残容量、電圧、温度計測値、充放電状態のほか、故障発生時は故障内容を表示する。なお、商用電源停電中は、表示装置を省エネルギーモードとすることが望ましい。
【００４３】
制御部４が動作するには制御電源が必要であり、それは充電器１もしくは組電池３から供給される。また、高速スイッチ５が動作するためにも制御電源が必要であり、制御部４と同様に充電器１もしくは組電池３から供給され、制御電源がない状態では高速スイッチ５も停止して商用側、インバータ側どちらからも出力することができない。
【００４４】
停電時も制御部４と高速スイッチ５の制御電源が必要であるが、組電池３の過放電を防止するため、制御電源の入力線に、コイル８ａと接点８ｂとを構成要素とする継電器８（リレー）を備えている。これを、（第１の）コイル８ａと（第１の）接点８ｂとを構成要素とする第１の継電器とする。入力線の一方には逆流防止用のダイオード１０ｃと接点８ｂを挿入する。
【００４５】
また、コイル８ａの一方の片端を入力線の＋に接続し、他方の片端を（第１の）フォトトランジスタ９ｄを介して入力線の−に接続する。コイル８ａに対して並列接続されるダイオード１０ｂは、コイル８ａの順方向電圧が急激に低下したときの逆起電力を吸収する。ここでのフォトトランジスタは、フォトダイオードとともに用いられ、この組み合わせはいわゆるフォトカプラである。（第１の）フォトトランジスタ９ｄに対応する（第１の）フォトダイオード９ｃは制御部４に内蔵されていて、フォトダイオード９ｃとフォトトランジスタ９ｄとが第１のフォトカプラの構成要素となっている。
【００４６】
さらに、フォトトランジスタ９ｄに対して並列に、（第２の）フォトトランジスタ９ｂと手動スイッチ１１とを接続する。手動スイッチ１１は、手動で押下している間のみ短絡される。
【００４７】
停電時に放電が継続し、組電池３が放電終止電圧に達して負荷６への給電が停止すると、システム内の電力を必要とする装置は全て停止するが、この状態から復帰させ、負荷６への給電を再開するため、充電器１の出力に、抵抗１５とツェナーダイオード１３と（第２の）フォトダイオード９ａを直列接続したものを並列接続する。この（第２の）フォトダイオード９ａは（第２の）フォトトランジスタ９ｂと対応し、フォトダイオード９ａとフォトトランジスタ９ｂとが第２のフォトカプラの構成要素となっている。
【００４８】
充電器１が運転を開始して直流電力を出力している間は、フォトダイオード９ａが発光し、この光がフォトトランジスタ９ｂへ導かれ９ｂは短絡される。これによって、コイル８ａに電流が流れ、接点８ｂが短絡されて、制御部４に電力が供給されるようになる。
【００４９】
停電により充電器１が停止すると、ダイオード１２ａがあるため組電池３から給電されないフォトダイオード９ａは発光しなくなるためフォトトランジスタ９ｂは開放となる。
【００５０】
抵抗１５は、フォトダイオード９ａがフォトトランジスタ９ｂを短絡できるのに十分な電流を確保し、それ以上流さないようにする役割を持ち、ツェナーダイオード１３は、充電器１の出力電圧がおおよそ５Ｖを下回ったときにフォトダイオード９ａの発光を止める働きをする。
【００５１】
商用受電中はフォトダイオード９ａが発光し、フォトトランジスタ９ｂは短絡であり、制御部４中のフォトダイオード９ｃは発光し、フォトトランジスタ９ｄは短絡であり、コイル８ａに順方向電圧が印加され、接点８ｂは短絡である。
【００５２】
停電時、充電器１の出力が停止するため、フォトダイオード９ａの発光が止まりフォトトランジスタ９ｂは開放となる。このとき、フォトトランジスタ９ｄは短絡のままであり、コイル８ａの印加電圧は接点８ｂを短絡させるに十分である。予めの設定によって、組電池３（３ａ、３ｂ、３ｃ）の電圧が、予め定められた第１の設定値以上であるとき、（第１の）フォトダイオード９ｃは発光であって（第１の）フォトトランジスタ９ｄは短絡であり、組電池３の電圧が前記第１の設定値未満であるとき、前記フォトダイオード９ｃは消光であってフォトトランジスタ９ｄは開放となるようになっているので、停電が継続して組電池３が放電終止電圧に達したとき、制御部４はフォトダイオード９ｃの発光を停止し、フォトトランジスタ９ｄが開放となるため、コイル８ａの印加電圧が低下して接点８ｂが開放となり、制御部４への給電が停止する。
【００５３】
商用電源が復電すると、充電器１は直流電力を出力し、フォトダイオード９ａは発光を始めるので、フォトトランジスタ９ｂは短絡され、コイル８ａに充電器１の出力電圧が印加されて接点８ｂが短絡される。制御部４と高速スイッチ５へ制御電源が供給され、制御動作と切替動作が可能となる。
【００５４】
制御部４では、組電池３の入出力電流（直列抵抗１４ａ、１４ｂ、１４ｃにより計測できる）、電圧、停電の有無を検出し、充電スイッチ１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）、高速スイッチ５、フォトダイオード９ｃの制御を行う。図３は、制御部４の制御フローを説明する図である。
【００５５】
制御部４に制御電源が供給されないとき、インバータ２への運転信号がないためインバータ２は停止であり、高速スイッチ５への切替信号がないため商用側にもインバータ側にも負荷６は接続されておらず、フォトダイオード９ｃは発光していないためフォトトランジスタ９ｄは開放であり、充電スイッチ１６を短絡する信号がないため充電スイッチ１６は全て開放である。
【００５６】
制御部４に制御電源が供給され、制御動作を開始すると、ステップ１（図中、Ｓ１で表す、以下同様）でインバータ２を運転させるとともに高速スイッチ５を商用側に接続する信号を生成し、ステップ２でフォトダイオード９ｃを発光とする。
【００５７】
ステップ３において、商用交流電源７が有効であるかどうかを判断し、商用交流を受電している場合はステップ４に進み、停電の場合はステップ５に進む。
【００５８】
ステップ４において、外部信号により指定される組電池３の充電を行うように該当する充電スイッチ１６を短絡する信号を生成し、外部信号が充電を指示していない組電池３に該当する充電スイッチ１６の短絡信号をリセットする。
【００５９】
ステップ３で停電となった場合は、ｌ０ｍｓ以内に切替動作が行われるように、ステップ５において、高速スイッチ５をインバータ側へ切り替える信号を生成する。
【００６０】
ステップ６において、組電池３の電圧（３系列並列接続点での電圧）が１０Ｖ以下であるかどうかを判断し、１０Ｖ以下の場合はステップ９へ進み、１０Ｖよりも高い場合はステップ７へ進む。
【００６１】
ステップ７において、商用交流電源７が有効であるかどうかを判断し、停電の場合はステップ６へ戻り、受電の場合はステップ８で高速スイッチ５を商用側へ切り替え、ステップ３へ戻る。
【００６２】
ステップ９において、インバータ２の動作信号をリセットし、ステップ１０でフォトダイオード９ｃの発光を停止する。
【００６３】
図３の制御を実行することによって、商用電源が有効である間はバイパス回路を介して負荷６への給電が行われ、停電発生時は１０ｍｓ以内にインバータ２の出力が負荷６へ接続され組電池３によるバックアップが行われ、組電池３が放電終止電圧に達したとき負荷６への給電が停止するとともに制御動作が停止し組電池３からの放電が完全に停止する。
【００６４】
また、商用電源の復電時はバイパス回路側への切り替えが行われる。さらに、組電池３が放電終止となりシステムが停止した後に商用電源が復電する場合、充電器１の起動によってフォトダイオード９ａが発光してフォトトランジスタ９ｂが短絡し、コイル８ａが充電器１の出力電圧を感知することにより接点８ｂが短絡されて制御部４へ制御電源が供給され制御を開始し、高速スイッチ５へも制御電源が供給されて商用交流電源７がバイパス回路を介して負荷６へ接続される。
【００６５】
システム停止時に、電池交換により復帰させるときは、組電池３を充電状態の高いものに交換した後、手動スイッチ１１を押下する。押下している間、コイル８ａが組電池３の電圧を感知して接点８ｂを短絡するため制御部４が始動し、フォトトランジスタ９ｄが短絡されるため、手動スイッチ１１を離しても制御動作が継続されてインバータ２を介して負荷６への給電が行われる。
【００６６】
本実施の形態例では充電器１の動作状態の検知を、（第２の）フォトダイオード９ａと（第２の）フォトトランジスタ９ｂとを構成要素とする第２のフォトカプラによって行っているが、これを、請求項３に記載の電源システムにおけるように、継電器によって行うことも可能である。フォトダイオード９ａ（抵抗１５、ツェナーダイオード１３を含む）を（第２の）コイルに、フォトトランジスタ９ｂを（第２の）接点に、それぞれ置き換えて第２の継電器を構成し、それによって充電器１の出力の有無によって接点を開閉するようにすればフォトカプラを使用した場合と同じ働きをさせることができる。
【００６７】
本発明に係る電源システムの特徴は、例えば、複数の電池を接続してなる組電池と、交流電力を直流電力に変換し前記組電池を充電する充電器と、前記組電池から放電する電力を交流電力に変換するインバータとを有する電源システムにおいて、前記電源システムの状態を監視および制御する、電気回路を有する制御部を具備し、前記制御部の動作電源が、前記組電池または前記充電器から給電線を介して供給され、制御電源の給電線に継電器１と、前記充電器の出力電圧により動作する継電器２と、前記制御部により動作するフォトカプラを具備し、前記制御部は前記組電池の電圧が予め定められた設定値以上のときフォトカプラを発光（短絡）、設定値未満のとき消光（開放）する制御を行い、また、前記継電器１を動作させるための、押下しているときのみ短絡される手動スイッチを接続することである。
【００６８】
この特徴によって、商用電力を負荷へ供給しながら蓄電池を充電し、停電時に蓄電池から放電して負荷へ供給する電源システムにおいて、蓄電池の過放電による劣化を防止し、かつ停止状態からの復帰を自動的に行い、システムの制御動作と負荷への給電を再開する電源システムを提供することが可能となる。また、手動スイッチによりシステム停止後、電池を交換してからの復帰を行うことができる。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態について、電池が鉛蓄電池またはニッケル水素蓄電池である場合を例として、説明したが、本発明はこれに限られるものではない。
【００７０】
以下に、本発明によって生じる効果について説明する。
【００７１】
（１）二次電池が出力する電力を負荷へ供給する電源システムにおいては、二次電池の充放電を制御する制御部などの消費電力により放電終止電圧を下回って放電が継続して二次電池の過放電による劣化が進行するという問題が発生する。
【００７２】
本発明により、二次電池の放電は過放電となる前に停止され、二次電池の劣化を防止し、電池寿命を延命することが可能となる。
【００７３】
（２）二次電池の過放電を回避するため、負荷への給電線にスイッチを挿入し、二次電池の電圧が放電終始電圧に達したときこのスイッチを開放する方法があるが、スイッチを開放した後にシステムを復帰させる手段がない。
【００７４】
本発明により、システム停止後、商用電源の復電により自動的に制御部に制御電源が供給され、システムの制御動作と負荷への給電を再開することが可能となる。さらに、手動スイッチによりシステム停止後の復帰を電池交換によっても行うことが可能となる。
- 【公開番号】特開２００９−１１０８１（Ｐ２００９−１１０８１Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【発明の名称】電源システム
【発明者】
【氏名】北野 利一
【氏名】宮坂 明宏
【氏名】山下 明
【氏名】正代 尊久
【氏名】佐藤 啓一
【氏名】境 浩一
- 【出願番号】特願２００７−１７００９３（Ｐ２００７−１７００９３）
【出願日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【出願人】
【識別番号】０００００４２２６
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
【識別番号】０００１０３９７６
【氏名又は名称】オリジン電気株式会社
- 【代理人】
【識別番号】１０００８１３４１
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 茂
【識別番号】１０００７５７５３
【弁理士】
【氏名又は名称】和泉 良彦
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