JP6180465B2

JP6180465B2 - 電力供給システム

Info

Publication number: JP6180465B2
Application number: JP2015125935A
Authority: JP
Inventors: 文屋　潤; 潤文屋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2017-08-16
Anticipated expiration: 2035-06-23
Also published as: JP2017010813A

Description

本発明は、バックアップ用の二次電池を備え、商用電源等の交流電源から供給される交流電力を整流回路により直流電力に変換して制御負荷に供給する電力供給システムおよび、電力供給システムに具備されるバックアップ用の二次電池の管理方法に関する。

バックアップ用の二次電池の管理項目の一つに、当該二次電池に対する過充電保護がある。下記特許文献１には、二次電池の過充電保護を二重に行う方法であって、充電器の出力電圧および電流、ならびに、二次電池の電圧および電流を計測し、何れかが第一の閾値を超えた場合には充電器を停止し、また、第一の閾値よりも大きな第二の閾値を超えれば充電器と二次電池との間の電気経路を遮断することが開示されている。

特開平１１−１６４４９０号公報

しかしながら、上記従来の方法では、二次電池を保護するための保護ロジックに温度補正、経過時間補正または寿命劣化補正という概念が無いため、二次電池の寿命劣化の進行を適切に抑制することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、二次電池の寿命劣化の進行を適切に抑制することができる電力供給システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、バックアップ用の二次電池を備え、交流電源から供給される交流電力を整流回路により直流電力に変換して制御負荷に供給する電力供給システムであって、前記整流回路と、前記整流回路の出力を第１の電圧に降圧して前記制御負荷に印加する制御電源と、前記整流回路の出力を前記第１の電圧よりも低い第２の電圧に変換して前記二次電池を充電するバッテリチャージャと、一端が前記制御電源の出力端側に電気的に接続され、他端が前記バッテリチャージャの出力端側に電気的に接続され、前記制御電源からの電流が前記二次電池に流れ込むのを阻止する向きに接続される一方向性素子と、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、外気温度を算出する温度算出部と、前記電圧検出部の検出値および前記温度算出部の算出値に基づいて前記二次電池の異常診断を行う制御部と、を備えて構成される。

本発明によれば、二次電池の寿命劣化の進行を適切に抑制することができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る電力供給システムの一構成例を示すブロック図実施の形態１に係る電力供給システムにおいて電力源切離し装置を動作させる際の制御フローを説明するフローチャート二次電池として鉛蓄電池を用いた場合の端子開路電圧と容量比率との関係を示す図実施の形態１の電力供給システムにおける寿命劣化診断に係る制御フローを説明するフローチャート実施の形態２に係る電力供給システムの一構成例を示すブロック図実施の形態２に係る電力供給システムにおいて電力源切離し装置を動作させる際の制御フローを説明するフローチャート実施の形態３に係る電力供給システムの一構成例を示すブロック図実施の形態３に係る電力供給システムにおいて電力源切離し装置を動作させる際の制御フローを説明するフローチャート

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電力供給システムについて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力供給システムの一構成例を示すブロック図である。実施の形態１に係る電力供給システム１００は、図１に示すように、主たる構成部として、主回路１およびバックアップ用電源としての二次電池２を備えて構成される。交流電源５０から供給される交流電力は、主回路１を介さずに宅内負荷６０に供給される一方で、主回路１にも供給される。主回路１は、交流電源５０から供給される交流電力を整流回路１１により直流電力に変換して直流負荷である制御負荷１８に供給する。二次電池２は、交流電源５０の故障等によって、交流電源５０から電力が供給されないとき（以下「停電時」という）には、二次電池２の出力を制御負荷１８に供給する。

主回路１は、ＥＶ（Electric Vehicle）などの外部電力源である電力源７０から供給される電力を交流電力に変換する電力変換部６と、交流電源５０または電力変換部６から供給される電力を回路後段と切り離すための電力源切離し装置８と、電力源切離し装置８を介して印加される交流電圧を整流する整流回路１１と、整流回路１１の出力を第１の直流電圧Ｖａに変換して制御負荷１８に印加する制御電源１２と、整流回路１１の出力を第１の直流電圧Ｖａよりも低い第２の直流電圧Ｖｂで二次電池２を充電するバッテリチャージャ（必要に応じて「ＢＣＧ」と表記）１３と、二次電池２の端子電圧を検出する電圧検出部１４と、二次電池２の充放電電流をセンシングする電流センサ１５ａおよび電流センサ１５ａのセンサ出力を使用して電流値を算出する電流算出部１５ｂからなる電流検出部１５と、温度センサ２１ｂのセンサ出力を使用して外気温度を算出する温度算出部２１ａと、バッテリチャージャ１３をオンオフ制御する制御部１６と、一端であるカソードが制御電源１２の出力端側に電気的に接続され、他端であるアノードがバッテリチャージャ１３の出力端側に電気的に接続され、制御電源１２からの電流が二次電池２に流れ込むのを阻止する向きに接続される分離ダイオード１７と、を備えている。分離ダイオード１７の存在により、制御電源１２の出力によって二次電池２が充電されるのが防止されると共に、交流電源５０および電力源７０のうちの少なくとも一つから電力が供給されるとき（以下「非停電時」という）には、二次電池２から制御負荷１８への放電が防止される。

制御部１６の内部には、電圧検出部１４が検出した検出値ならびに電流検出部１５および温度算出部２１ａが算出した算出値を保持する記憶部１６ａと、二次電池２の稼働時間もしくは使用累積時間を積算するタイマ１６ｂと、が設けられている。タイマ１６ｂが積算した稼働時間もしくは使用累積時間は、記憶部１６ａに保持される。上記の構成要素のうち、電流センサ１５ａを除いた構成要素は、１枚または複数枚の基板上に搭載される。

主回路１の外部には、二次電池２の正極側に接続され、二次電池２の出力を分離ダイオード１７のアノードに印加するか否かを切り替えるブレーカ２３と、制御部１６に対して後述する寿命劣化診断を指示し、また、寿命劣化診断の結果を表示するための操作表示部２４と、が設けられている。

つぎに、実施の形態１に係る電力供給システムの主回路部における要部動作について、図１および図２の図面を適宜参照して説明する。なお、以下の説明において、交流電源５０は系統ＡＣ２００Ｖであるとする。また、電力変換部６は電力源７０の直流出力をＡＣ２００Ｖに変換して電力源切離し装置８に印加するものとする。

ＡＣ２００Ｖが整流回路１１に印加されると、制御電源１２およびバッテリチャージャ１３が動作を開始する。制御電源１２からは第１の直流電圧Ｖａが出力され、バッテリチャージャ１３からは第２の直流電圧Ｖｂが出力される。ここで、制御電源１２から出力される第１の直流電圧Ｖａの典型値は２８．４Ｖであり、バッテリチャージャ１３から出力される第２の直流電圧Ｖｂの典型値は２７．３Ｖである。

ＡＣ２００Ｖが制御電源１２およびバッテリチャージャ１３に供給されるとき、すなわち非停電時においては、ブレーカ２３は、図１に示すように閉状態に制御される。この場合、バッテリチャージャ１３が出力する第２の直流電圧Ｖｂは、ブレーカ２３を介して二次電池２の正極に印加される。ここで、制御部１６は、バッテリチャージャ１３の出力をオン／オフ制御する機能を持つ。また、制御電源１２の出力端とバッテリチャージャ１３の出力端との間には分離ダイオード１７が設けられているので、バッテリチャージャ１３の出力電力は制御負荷１８には供給されず、二次電池２にのみ供給されると共に、制御電源１２の出力によって二次電池２が放電されるのを防止する。なお、二次電池２の交換時またはメンテナンス時には、ブレーカ２３は開状態に制御される。

上記の通り、非停電時であり、且つ、制御電源１２およびバッテリチャージャ１３が正常に動作しているとき（以下、必要に応じて「通常時」という）、二次電池２は充電モードにある。充電モードでは、バッテリチャージャ１３によってトリクル充電が行われている。一方、停電時においては、制御電源１２およびバッテリチャージャ１３が動作停止することから、二次電池２から制御負荷１８に対して電流が放電される。電流検出部１５によるこの放電電流の検出により、停電状態を検出することができる。

つぎに、電力源切離し装置８を動作させる実施の形態１に係る制御フローを説明する。図２は、実施の形態１に係る電力供給システムにおいて、電力源切離し装置８を動作させる際の制御フローを説明するフローチャートである。なお、図２では、構成部に付される符号の表記を省略している。

まず、制御部１６の記憶部１６ａには、過電圧検出用として複数の判定閾値が設けられる。図２のフローでは、閾値Ａ、閾値Ｂという２つの閾値を例示するが、３つ以上の閾値を用いてもよい。

制御部１６は、電圧検出部１４が検出した電圧値、すなわち二次電池２の端子電圧が第１の閾値である閾値Ａ以上であるか否かを判定する第１の判定処理を行う（ステップＳ１０１）。二次電池２の端子電圧が閾値Ａ未満の場合には（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、ステップＳ１０１の処理を繰り返す。二次電池２の端子電圧が閾値Ａ以上の場合には（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、さらに当該端子電圧が閾値Ａ以上である状態が第１の整定時間である時間Ｔａを経過したか否かを判定する第２の判定処理を行う（ステップＳ１０２）。二次電池２の端子電圧が閾値Ａ以上である状態が時間Ｔａを経過していない場合には（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、ステップＳ１０１の処理に戻る。一方、二次電池２の端子電圧が閾値Ａ以上である状態が時間Ｔａを経過している場合には（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、異常Ｅａ情報、すなわち現在の二次電池２の状態が「閾値Ａ以上である状態が時間Ｔａを経過している」旨の情報を記憶部１６ａに保持する（ステップＳ１０３）。なお、時間Ｔａとしては数分（例えば５分程度）が例示されるが、無論この数字に限定されるものではない。

また、時間Ｔａは、温度算出部２１ａの出力値、すなわち外気温度に応じて変化させるものとする。具体的には、外気温度が低いときには時間Ｔａの値を大きくし、外気温度が高いときには時間Ｔａの値を小さくする。

上述の制御、すなわち時間Ｔａの変更制御に加え、閾値Ａの値を外気温度に応じて変化させてもよい。具体的には、外気温度が低いときには閾値Ａの値を大きくし、外気温度が高いときには閾値Ａの値を小さくする。

また、上述した２つの変更制御では、外気温度に応じて時間Ｔａおよび閾値Ａのうちの少なくとも一つを変更するが、この制御に代えて、もしくは、この制御に加え、時間Ｔａおよび閾値Ａのうちの少なくとも一つを二次電池２の寿命劣化診断結果に応じて変更してもよい。寿命劣化診断に係る制御フローについては後述するが、寿命劣化診断は、二次電池２の端子開路電圧により行うことができる。なお、「端子開路電圧」とは、「自然放電時における二次電池の端子電圧」である。また、「自然放電」とは、「二次電池に負荷が接続されていないときの二次電池の放電状態」を意味する。

図３は、二次電池として鉛蓄電池を用いた場合の端子開路電圧と容量比率との関係を示す図である。自然放電時における二次電池２の端子開路電圧と二次電池２の蓄電容量（以下「二次電池容量」もしくは「電池容量」という）との関係は、図３に例示したように公知である。図３に示す例では、容量比率が１００％のときの端子開路電圧は約１３Ｖであり、容量比率が８０％のときの端子開路電圧は約１２．７５（Ｖ）である。二次電池２が鉛蓄電池の場合、電池容量が８０％を下回ると、その後の充電によっても電池容量が１００％まで回復できない、すなわち寿命劣化を起こした状態であることが知られている。よって、自然放電時における二次電池２の端子開路電圧を使用して、二次電池２の寿命劣化診断を行うことができる。

そこで、二次電池２の端子開路電圧の値が小さいときには時間Ｔａおよび閾値Ａのうちの少なくとも一つの値を小さくし、端子開路電圧が大きいときには時間Ｔａおよび閾値Ａのうちの少なくとも一つの値を大きくする制御を行うようにすればよい。

なお、二次電池２の使用累積時間が長くなるに伴い、二次電池２の寿命劣化が進行していると考えることもできる。このため、寿命劣化診断に代えて、二次電池２の使用累積時間を用いてもよい。なお、上述したように、二次電池２の使用累積時間は、タイマ１６ｂによって積算され記憶部１６ａに保持されている。

図２の制御フローに戻る。制御部１６は、二次電池２の端子電圧が第２の閾値である閾値Ｂ（Ｂ＞Ａ）以上であるか否かを判定する第３の判定処理を行う（ステップＳ１０４）。二次電池２の端子電圧が閾値Ｂ未満の場合には（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ステップＳ１０４の処理を繰り返す。二次電池２の端子電圧が閾値Ｂ以上の場合には（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、さらに当該端子電圧が閾値Ｂ以上である状態が第２の整定時間である時間Ｔｂ（Ｔｂ＜Ｔａ）を経過したか否かを判定する第４の判定処理を行う（ステップＳ１０５）。二次電池２の端子電圧が閾値Ｂ以上である状態が時間Ｔｂを経過していない場合には（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、ステップＳ１０４の処理に戻る。一方、二次電池２の端子電圧が閾値Ｂ以上である状態が時間Ｔｂを経過している場合には（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、異常Ｅｂ情報、すなわち現在の二次電池２の状態が「閾値Ｂ以上である状態が時間Ｔｂを経過している」旨の情報を記憶部１６ａに保持する（ステップＳ１０６）。なお、時間Ｔｂとしては数秒（例えば５〜１０秒程度）が例示されるが、無論この数字に限定されるものではない。

異常Ｅｂ情報を記憶部１６ａに保持した後、制御部１６は、バッテリチャージャ１３の動作を停止させる（ステップＳ１０７）。この処理は、バッテリチャージャ１３の故障が原因で過電圧が印加されていることを想定している。バッテリチャージャ１３の動作を停止させた後、制御部１６は、二次電池２の端子電圧が閾値Ｂ以上である状態が第３の整定時間である時間Ｔｒを経過したか否かを判定する第５の判定処理を行う（ステップＳ１０８）。二次電池２の端子電圧が閾値Ｂ以上である状態が時間Ｔｒを経過していない場合には（ステップＳ１０８，Ｎｏ）、ステップＳ１０８の処理を繰り返す。一方、二次電池２の端子電圧が閾値Ｂ以上である状態が時間Ｔｒを経過している場合には（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）、異常Ｅｒ情報、すなわち現在の二次電池２の状態が「閾値Ｂ以上である状態が時間Ｔｒを経過している」旨の情報を記憶部１６ａに保持する（ステップＳ１０９）。なお、時間Ｔｒとしては数秒（例えば５〜１０秒程度）が例示されるが、無論この数字に限定されるものではない。

異常Ｅｒ情報を記憶部１６ａに保持した後、制御部１６は、電力源切離し装置８を動作させることで（ステップＳ１１０）、交流電源５０または電力変換部６から供給される電力が整流回路１１に印加されないようにする。この処理は、バッテリチャージャ１３以外の故障（その他の部品故障等）が原因で過電圧の印加が持続していることを想定し、交流電源５０または電力変換部６から供給される電力が整流回路１１に印加されないようにする意図である。ステップＳ１１０の処理によって、全体の処理が終了する。

二次電池２に対する寿命劣化診断は、図４に示す制御フローで実行することができる。図４は、実施の形態１の電力供給システムにおける寿命劣化診断に係る制御フローを説明するフローチャートである。図４において、まず、制御部１６は、二次電池２からの放電電流が閾値Ｐ以上か否かを判定する（ステップＳ４０１）。二次電池２からの放電電流が閾値Ｐ以上の場合（ステップＳ４０１，Ｙｅｓ）、時間に対する容量低下率が大きいことで寿命劣化診断には移行しない。このような状態では、その後の充電によって電池容量が１００％まで回復し得るという二次電池の特性上、制御部１６は、寿命劣化の診断は不要であると判定し（ステップＳ４０２）、操作表示部２４に診断不要である旨を通知して（ステップＳ４０３）、処理フローを終了する。操作表示部２４では、診断不要である旨が表示され、ユーザに通知される。

ステップＳ４０１の処理に戻り、二次電池２からの放電電流が閾値Ｐ未満の場合（ステップＳ４０１，Ｎｏ）、制御部１６は、さらに、二次電池２から閾値Ｐ以上の電流の放電があったか否かを判定する（ステップＳ４０４）。制御部１６の記憶部１６ａには、電圧検出部１４および電流検出部１５が検出した検出値がログとして記憶されており、閾値Ｐ以上の電流の放電があったか否かを判定することができる。

ステップＳ４０４において、二次電池２から閾値Ｐ以上の放電がなかった場合には（ステップＳ４０４，Ｎｏ）、バッテリチャージャ１３を停止し（ステップＳ４０５）、ステップＳ４０８に移行する。一方、二次電池２から閾値Ｐ以上の放電があった場合（ステップＳ４０４，Ｙｅｓ）、制御部１６は、さらに、バッテリチャージャ１３による設定時間の充電が完了したか否かを判定する（ステップＳ４０６）。設定時間の充電が完了していない場合には（ステップＳ４０６，Ｎｏ）、ステップＳ４０６の処理を繰り返す。設定時間の充電が完了している場合には（ステップＳ４０６，Ｙｅｓ）、バッテリチャージャ１３を停止し（ステップＳ４０７）、ステップＳ４０８に移行する。

バッテリチャージャ１３の停止後、制御部１６は、ブレーカ２３をオフ、すなわち開状態に制御する（ステップＳ４０８）。ブレーカ２３を開状態に制御した後、制御部１６は、二次電池２の端子電圧が閾値Ｑ以上であるか否かを判定するステップＳ４０９の処理に移行する。

制御部１６は、二次電池２の端子電圧が第２の閾値である閾値Ｑ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４０９）。二次電池２の寿命劣化診断の１つとして、容量低下診断があることは上述した通りである。図３を用いた説明では、電池容量が８０％を下回ったときに、二次電池２が寿命劣化を起こした状態であると判定することとしていた。図４の制御フローは、この手法を利用するものであり、閾値Ｑとしては、二次電池２の電池容量が８０％に相当する端子開路電圧が設定される。

図４のフローに戻り、ステップＳ４０９において、二次電池２の端子電圧が閾値Ｑ未満の場合には（ステップＳ４０９，Ｎｏ）、二次電池２が寿命劣化したと判定し（ステップＳ４１０）、操作表示部２４に交換を促す旨を通知し（ステップＳ４１１）、検出した端子電圧、すなわち端子開路電圧を記憶部１６ａに保持して（ステップＳ４１２）、処理フローを終了する。一方、二次電池２の端子電圧が閾値Ｑ以上の場合には（ステップＳ４０９，Ｙｅｓ）、二次電池２の寿命が正常であると判定し（ステップＳ４１３）、操作表示部２４に正常である旨を通知し（ステップＳ４１４）、検出した端子電圧（端子開路電圧）を記憶部１６ａに保持する（ステップＳ４１５）。その後、ブレーカ２３をオン、すなわち閉状態に制御して（ステップＳ４１６）、バッテリチャージャ１３の動作を再開させる（ステップＳ４１７）。ステップＳ４１７の処理によって、全体の処理フローが終了する。

なお、ステップＳ４０８において、ブレーカ２３をオフに制御するのは、二次電池２を自然放電状態にする意図であるが、ブレーカ２３がオンの状態でも制御負荷１８に流れる電流が小さい場合には、ブレーカ２３をオフに制御しなくてもよい。制御負荷１８に流れる電流が小さい場合の二次電池２の端子電圧は、自然放電時における二次電池２の端子電圧、すなわち二次電池２の端子開路電圧との差異は小さく、二次電池２の端子電圧を使用して二次電池２の寿命劣化診断を行うことができる。

以上説明したように、実施の形態１に係る電力供給システムによれば、二次電池の異常を段階的に判定するための複数の閾値として閾値Ａ，Ｂ（閾値Ａ＜閾値Ｂ）を設け、二次電池の端子電圧に基づいて二次電池の異常を段階的に判定し、閾値Ａとその整定時間Ｔａに対しては、外気温度、二次電池の寿命劣化診断結果、二次電池の使用累積時間に応じて補正させる制御を行うことにより、二次電池の寿命劣化の進行を適切に抑制することが可能となる。また、閾値Ｂよりも小さい閾値Ａと、整定時間Ｔｂよりも長い整定時間Ｔａを設けることにより、電力供給システムを安全且つ極力長く使用させることができ、電力供給システムの稼働率を向上させることが可能となる。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る電力供給システムの一構成例を示すブロック図である。実施の形態１に係る電力供給システムでは外気温度を検出するための温度センサ２１ｂを有していたが、実施の形態２では、二次電池２自体の温度もしくは二次電池２自体の温度を推定可能な二次電池２の周辺温度を検出するための温度センサ２１ｃを備えている点が構成上の相違点である。なお、その他の構成については、実施の形態１と同一または同等であり、同一もしくは同等の構成部については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

つぎに、電力源切離し装置８を動作させる実施の形態２に係る制御フローを説明する。図６は、実施の形態２に係る電力供給システムにおいて、電力源切離し装置８を動作させる際の制御フローを説明するフローチャートである。なお、図６では、構成部に付される符号の表記を省略している。

制御部１６の記憶部１６ａには、温度過昇検出用として複数の判定閾値が設けられる。図６のフローでは、閾値Ｃ、閾値Ｄという２つの閾値を例示するが、３つ以上の閾値を用いてもよい。

制御部１６は、温度センサ２１ｃによって検出され温度算出部２１ａが算出した温度、すなわち二次電池２の温度が、第１の閾値である閾値Ｃ以上であるか否かを判定する第１の判定処理を行う（ステップＳ２０１）。二次電池２の温度が閾値Ｃ未満の場合には（ステップＳ２０１，Ｎｏ）、ステップＳ２０１の処理を繰り返す。二次電池２の温度が閾値Ｃ以上の場合には（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）、さらに当該温度が閾値Ｃ以上である状態が第１の整定時間である時間Ｔｃを経過したか否かを判定する第２の判定処理を行う（ステップＳ２０２）。二次電池２の温度が閾値Ｃ以上である状態が時間Ｔｃを経過していない場合には（ステップＳ２０２，Ｎｏ）、ステップＳ２０１の処理に戻る。一方、二次電池２の温度が閾値Ｃ以上である状態が時間Ｔｃを経過している場合には（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、バッテリチャージャ１３の出力、すなわち二次電池２に対する充電電圧を降下させる（ステップＳ２０３）。この処理は、システムの温度過昇または二次電池２の故障が生起した可能性があることを想定し、二次電池２に与えるダメージを低減させ、二次電池２の温度を下げる方向に制御する意図である。一例として、図６のフローでは２７．３Ｖから２６．８Ｖに降下させることを示しているが、これらの値に限定されるものではない。

制御部１６は、二次電池２に対する充電電圧を降下させた後、異常Ｅｃ情報、すなわち現在の二次電池２の温度が「閾値Ｃ以上である状態が時間Ｔｃを経過している」旨の情報を記憶部１６ａに保持する（ステップＳ２０４）。なお、時間Ｔｃとしては数分（例えば５分程度）が例示されるが、無論この数字に限定されるものではない。

また、時間Ｔｃは、二次電池２の寿命劣化診断結果に応じて変化させるものとする。具体的には、二次電池２の端子開路電圧の値が大きいときには時間Ｔｃの値を大きくし、二次電池２の端子開路電圧の値が小さいときには時間Ｔｃの値を小さくする。

上述の制御、すなわち時間Ｔｃの変更制御に加え、閾値Ｃの値を寿命劣化診断結果に応じて変化させてもよい。具体的には、二次電池２の端子開路電圧の値が大きいときには閾値Ｃの値を大きくし、端子開路電圧の値が小さいときには閾値Ｃの値を小さくする。

また、実施の形態１と同様に、寿命劣化診断に代えて、二次電池２の使用累積時間を用いてもよい。具体的には、二次電池２の使用累積時間の値が小さいときには時間Ｔｃおよび閾値Ｃのうちの少なくとも一つの値を大きくし、使用累積時間の値が大きいときには時間Ｔｃおよび閾値Ｃのうちの少なくとも一つの値を小さくする制御を行う。

図６の制御フローに戻る。制御部１６は、二次電池２の温度が第２の閾値である閾値Ｄ（Ｄ＞Ｃ）以上であるか否かを判定する第３の判定処理を行う（ステップＳ２０５）。二次電池２の温度が閾値Ｄ未満の場合には（ステップＳ２０５，Ｎｏ）、ステップＳ２０５の処理を繰り返す。二次電池２の温度が閾値Ｄ以上の場合には（ステップＳ２０５，Ｙｅｓ）、さらに当該温度が閾値Ｄ以上である状態が第２の整定時間である時間Ｔｄ（Ｔｄ＜Ｔｃ）を経過したか否かを判定する第４の判定処理を行う（ステップＳ２０６）。二次電池２の端子電圧が閾値Ｄ以上である状態が時間Ｔｄを経過していない場合には（ステップＳ２０６，Ｎｏ）、ステップＳ２０５の処理に戻る。一方、二次電池２の端子電圧が閾値Ｄ以上である状態が時間Ｔｄを経過している場合には（ステップＳ２０６，Ｙｅｓ）、異常Ｅｄ情報、すなわち現在の二次電池２の状態が「閾値Ｄ以上である状態が時間Ｔｄを経過している」旨の情報を記憶部１６ａに保持する（ステップＳ２０７）。なお、時間Ｔｄとしては数秒（例えば５〜１０秒程度）が例示されるが、無論この数字に限定されるものではない。

異常Ｅｄ情報を記憶部１６ａに保持した後、制御部１６は、バッテリチャージャ１３の動作を停止させる（ステップＳ２０８）。この処理は、バッテリチャージャ１３の故障が原因でシステムの温度過昇または二次電池２の故障が生起した可能性があることを想定している。バッテリチャージャ１３の動作を停止させた後、制御部１６は、二次電池２の温度が閾値Ｄ以上である状態が第３の整定時間である時間Ｔｓを経過したか否かを判定する第５の判定処理を行う（ステップＳ２０９）。二次電池２の温度が閾値Ｄ以上である状態が時間Ｔｓを経過していない場合には（ステップＳ２０９，Ｎｏ）、ステップＳ２０９の処理を繰り返す。一方、二次電池２の温度が閾値Ｄ以上である状態が時間Ｔｓを経過している場合には（ステップＳ２０９，Ｙｅｓ）、異常Ｅｓ情報、すなわち現在の二次電池２の状態が「閾値Ｄ以上である状態が時間Ｔｓを経過している」旨の情報を記憶部１６ａに保持する（ステップＳ２１０）。なお、時間Ｔｓとしては数秒（例えば５〜１０秒程度）が例示されるが、無論この数字に限定されるものではない。

異常Ｅｓ情報を記憶部１６ａに保持した後、制御部１６は、電力源切離し装置８を動作させることで（ステップＳ２１１）、交流電源５０または電力変換部６から供給される電力が整流回路１１に印加されないようにする。この処理は、システムの温度過昇が持続していることを想定し、交流電源５０または電力変換部６から供給される電力が整流回路１１に印加されないようにする意図である。ステップＳ２１１の処理によって、全体の処理が終了する。

以上説明したように、実施の形態２に係る電力供給システムによれば、二次電池の異常を段階的に判定するための複数の閾値として閾値Ｃ，Ｄ（閾値Ｃ＜閾値Ｄ）を設け、二次電池の端子電圧および二次電池の温度に基づいて二次電池の異常を段階的に判定し、閾値Ｃとその整定時間Ｔｃに対しては、二次電池の寿命劣化診断結果、二次電池の使用累積時間に応じて補正させる制御を行うことにより、二次電池の寿命劣化の進行を適切に抑制することが可能となる。また、閾値Ｄよりも小さい閾値Ｃと、整定時間Ｔｄよりも長い整定時間Ｔｃを設けることにより、電力供給システムを安全且つ極力長く使用させることができ、電力供給システムの稼働率を向上させることが可能となる。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３に係る電力供給システムの一構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る電力供給システムでは二次電池２自体の温度もしくは二次電池２自体の温度を推定可能な二次電池２の周辺温度を算出するための温度算出部２１ａおよび温度センサ２１ｃを有していたが、実施の形態３では、温度算出部２１ａおよび温度センサ２１ｃを有する構成に代え、硫化水素をセンシングする硫化水素センサ２２ｂおよび硫化水素センサ２２ｂの検出値を用いて二次電池２における硫化水素の濃度（以下単に「硫化水素の濃度」という）を算出する濃度算出部２２ａを備えていることが構成上の相違点である。なお、その他の構成については、実施の形態２と同一または同等であり、同一もしくは同等の構成部については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

つぎに、電力源切離し装置８を動作させる実施の形態３に係る制御フローを説明する。図８は、実施の形態３の電力供給システムにおいて、電力源切離し装置８を動作させる際の制御フローを説明するフローチャートである。なお、図８では、構成部に付される符号の表記を省略している。

制御部１６の記憶部１６ａには、濃度過昇検出用として複数の判定閾値が設けられる。図８のフローでは、閾値Ｅ、閾値Ｆという２つの閾値を例示するが、３つ以上の閾値を用いてもよい。

制御部１６は、硫化水素センサ２２ｂによって検出され濃度算出部２２ａが算出した硫化水素の濃度が第１の閾値である閾値Ｅ以上であるか否かを判定する第１の判定処理を行う（ステップＳ３０１）。硫化水素の濃度が閾値Ｅ未満の場合には（ステップＳ３０１，Ｎｏ）、ステップＳ３０１の処理を繰り返す。硫化水素の濃度が閾値Ｅ以上の場合には（ステップＳ３０１，Ｙｅｓ）、さらに当該濃度が閾値Ｅ以上である状態が第１の整定時間である時間Ｔｅを経過したか否かを判定する第２の判定処理を行う（ステップＳ３０２）。硫化水素の濃度が閾値Ｅ以上である状態が時間Ｔｅを経過していない場合には（ステップＳ３０２，Ｎｏ）、ステップＳ３０１の処理に戻る。一方、硫化水素の濃度が閾値Ｅ以上である状態が時間Ｔｅを経過している場合には（ステップＳ３０２，Ｙｅｓ）、バッテリチャージャ１３の出力、すなわち二次電池２に対する充電電圧を降下させる（ステップＳ３０３）。この処理は、システムの温度過昇または二次電池２の故障が生起した可能性があることを想定し、二次電池２に与えるダメージを低減させ、二次電池２の温度を下げる方向に制御する意図である。一例として、図８のフローでは２７．３Ｖから２６．８Ｖに降下させることを示しているが、これらの値に限定されるものではない。

制御部１６は、二次電池２に対する充電電圧を降下させた後、異常Ｅｅ情報、すなわち二次電池２の現在の硫化水素の濃度が「閾値Ｅ以上である状態が時間Ｔｅを経過している」旨の情報を記憶部１６ａに保持する（ステップＳ３０４）。なお、時間Ｔｅとしては数分（例えば５分程度）が例示されるが、無論この数字に限定されるものではない。

また、時間Ｔｅは、二次電池２の寿命劣化診断結果に応じて変化させるものとする。具体的には、二次電池２の端子開路電圧の値が大きいときには時間Ｔｅの値を大きくし、二次電池２の端子開路電圧の値が小さいときには時間Ｔｅの値を小さくする。

上述の制御、すなわち時間Ｔｅの変更制御に加え、閾値Ｅの値を寿命劣化診断結果に応じて変化させてもよい。具体的には、二次電池２の端子開路電圧の値が大きいときには閾値Ｅの値を大きくし、端子開路電圧の値が小さいときには閾値Ｅの値を小さくする。

また、実施の形態１，２と同様に、寿命劣化診断に代えて、二次電池２の使用累積時間を用いてもよい。具体的には、二次電池２の使用累積時間の値が小さいときには時間Ｔｅおよび閾値Ｅのうちの少なくとも一つの値を大きくし、使用累積時間の値が大きいときには時間Ｔｅおよび閾値Ｅのうちの少なくとも一つの値を小さくする制御を行う。

図８の制御フローに戻る。制御部１６は、硫化水素の濃度が第２の閾値である閾値Ｆ（Ｆ＞Ｅ）以上であるか否かを判定する第３の判定処理を行う（ステップＳ３０５）。硫化水素の濃度が閾値Ｆ未満の場合には（ステップＳ３０５，Ｎｏ）、ステップＳ３０５の処理を繰り返す。硫化水素の濃度が閾値Ｆ以上の場合には（ステップＳ３０５，Ｙｅｓ）、さらに当該濃度が閾値Ｆ以上である状態が第２の整定時間である時間Ｔｆ（Ｔｆ＜Ｔｅ）を経過したか否かを判定する第４の判定処理を行う（ステップＳ３０６）。二次電池２の端子電圧が閾値Ｆ以上である状態が時間Ｔｆを経過していない場合には（ステップＳ３０６，Ｎｏ）、ステップＳ３０５の処理に戻る。一方、二次電池２の端子電圧が閾値Ｆ以上である状態が時間Ｔｆを経過している場合には（ステップＳ３０６，Ｙｅｓ）、異常Ｅｆ情報、すなわち二次電池２の現在の硫化水素の濃度が「閾値Ｆ以上である状態が時間Ｔｆを経過している」旨の情報を記憶部１６ａに保持する（ステップＳ３０７）。なお、時間Ｔｆとしては数秒（例えば５〜１０秒程度）が例示されるが、無論この数字に限定されるものではない。

異常Ｅｆ情報を記憶部１６ａに保持した後、制御部１６は、バッテリチャージャ１３の動作を停止させる（ステップＳ３０８）。この処理は、バッテリチャージャ１３の故障が原因で硫化水素の濃度が上昇し、システムの温度過昇または二次電池２の故障が生起した可能性があることを想定している。バッテリチャージャ１３の動作を停止させた後、制御部１６は、硫化水素の濃度が閾値Ｆ以上である状態が第３の整定時間である時間Ｔｕを経過したか否かを判定する第５の判定処理を行う（ステップＳ３０９）。硫化水素の濃度が閾値Ｆ以上である状態が時間Ｔｕを経過していない場合には（ステップＳ３０９，Ｎｏ）、ステップＳ３０９の処理を繰り返す。一方、硫化水素の濃度が閾値Ｆ以上である状態が時間Ｔｕを経過している場合には（ステップＳ３０９，Ｙｅｓ）、異常Ｅｕ情報、すなわち二次電池２の現在の硫化水素の濃度が「閾値Ｆ以上である状態が時間Ｔｕを経過している」旨の情報を記憶部１６ａに保持する（ステップＳ３１０）。なお、時間Ｔｕとしては数秒（例えば５〜１０秒程度）が例示されるが、無論この数字に限定されるものではない。

異常Ｅｕ情報を記憶部１６ａに保持した後、制御部１６は、電力源切離し装置８を動作させることで（ステップＳ３１１）、交流電源５０または電力変換部６から供給される電力が整流回路１１に印加されないようにする。この処理は、硫化水素の濃度過昇の検出によってシステムの温度過昇が持続していることを想定し、交流電源５０または電力変換部６から供給される電力が整流回路１１に印加されないようにする意図である。ステップＳ３１１の処理によって、全体の処理が終了する。

以上説明したように、実施の形態３に係る電力供給システムによれば、二次電池の異常を段階的に判定するための複数の閾値として閾値Ｅ，Ｆ（閾値Ｅ＜閾値Ｆ）を設け、二次電池の端子電圧および二次電池における硫化水素濃度に基づいて二次電池の異常を段階的に判定し、閾値Ｅとその整定時間Ｔｅに対しては、二次電池の寿命劣化診断結果、二次電池の使用累積時間に応じて補正させる制御を行うことにより、二次電池の寿命劣化の進行を適切に抑制することが可能となる。また、閾値Ｆよりも小さい閾値Ｅと、整定時間Ｔｆよりも長い整定時間Ｔｅを設けることにより、電力供給システムを安全且つ極力長く使用させることができ、電力供給システムの稼働率を向上させることが可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１主回路、２二次電池、６電力変換部、８電力源切離し装置、１１整流回路、１２制御電源、１３バッテリチャージャ（ＢＣＧ）、１４電圧検出部、１５電流検出部、１５ａ電流センサ、１５ｂ電流算出部、１６制御部、１６ａ記憶部、１６ｂタイマ、１７分離ダイオード、１８制御負荷、２１ａ温度算出部、２１ｂ，２１ｃ温度センサ、２２ａ濃度算出部、２２ｂ硫化水素センサ、２３ブレーカ、２４操作表示部、５０交流電源、６０宅内負荷、７０電力源、１００電力供給システム。

Claims

バックアップ用の二次電池を備え、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電力供給システムであって、
前記交流電源の出力を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を第１の電圧に降圧して前記負荷に印加する制御電源と、
前記整流回路の出力を前記第１の電圧よりも低い第２の電圧に変換して前記二次電池を充電するバッテリチャージャと、
一端が前記制御電源の出力端側に電気的に接続され、他端が前記バッテリチャージャの出力端側に電気的に接続され、前記制御電源からの電流が前記二次電池に流れ込むのを阻止する向きに接続される一方向性素子と、
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
外気温度を算出する温度算出部と、
前記電圧検出部の検出値に基づいて前記二次電池の異常を段階的に判定し、前記二次電池の異常を段階的に判定する際の閾値を変更する制御部と、
を備えた電力供給システム。
前記制御部は、
前記電圧検出部が検出した前記二次電池の端子電圧が第１の閾値以上であるか否かを判定する第１の判定処理と、
前記第１の閾値以上である状態が第１の整定時間経過したか否かを判定する第２の判定処理と、
前記電圧検出部が検出した前記二次電池の端子電圧が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上であるか否かを判定する第３の判定処理と、
前記第２の閾値以上である状態が第１の整定時間の値よりも小さな第２の整定時間経過したか否かを判定する第４の判定処理と、
前記バッテリチャージャの動作を停止させ、前記第２の閾値以上である状態が第３の整定時間経過したか否かを判定する第５の判定処理と、
を行い、前記第５の判定処理によって前記第２の閾値以上である状態が前記第３の整定時間経過したと判定された場合に前記交流電源から供給される電力が前記整流回路に印加されないように制御する
請求項１に記載の電力供給システム。
前記外気温度、前記二次電池の寿命劣化診断結果および前記二次電池の使用累積時間のうちの少なくとも一つを用いて前記第１の閾値を補正する請求項２に記載の電力供給システム。
バックアップ用の二次電池を備え、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電力供給システムであって、
前記交流電源の出力を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を第１の電圧に降圧して前記負荷に印加する制御電源と、
前記整流回路の出力を前記第１の電圧よりも低い第２の電圧に変換して前記二次電池を充電するバッテリチャージャと、
一端が前記制御電源の出力端側に電気的に接続され、他端が前記バッテリチャージャの出力端側に電気的に接続され、前記制御電源からの電流が前記二次電池に流れ込むのを阻止する向きに接続される一方向性素子と、
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記二次電池の温度を算出する温度算出部と、
前記電圧検出部の検出値および前記温度算出部の算出値に基づいて前記二次電池の異常を段階的に判定し、前記二次電池の異常を段階的に判定する際の閾値を変更する制御部と、
を備えた電力供給システム。
前記制御部は、
前記温度算出部が算出した前記二次電池の温度が第１の閾値以上であるか否かを判定する第１の判定処理と、
前記第１の閾値以上である状態が第１の整定時間経過したか否かを判定する第２の判定処理と、
前記温度算出部が算出した前記二次電池の温度が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上であるか否かを判定する第３の判定処理と、
前記第２の閾値以上である状態が第１の整定時間の値よりも小さな第２の整定時間経過したか否かを判定する第４の判定処理と、
前記バッテリチャージャの動作を停止させ、前記第２の閾値以上である状態が第３の整定時間経過したか否かを判定する第５の判定処理と、
を行い、前記第５の判定処理によって前記第２の閾値以上である状態が前記第３の整定時間経過したと判定された場合に前記交流電源から供給される電力が前記整流回路に印加されないように制御する
請求項４に記載の電力供給システム。
バックアップ用の二次電池を備え、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電力供給システムであって、
前記交流電源の出力を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を第１の電圧に降圧して前記負荷に印加する制御電源と、
前記整流回路の出力を前記第１の電圧よりも低い第２の電圧に変換して前記二次電池を充電するバッテリチャージャと、
一端が前記制御電源の出力端側に電気的に接続され、他端が前記バッテリチャージャの出力端側に電気的に接続され、前記制御電源からの電流が前記二次電池に流れ込むのを阻止する向きに接続される一方向性素子と、
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記二次電池における硫化水素の濃度を算出する濃度算出部と、
前記電圧検出部の検出値および前記濃度算出部の算出値に基づいて前記二次電池の異常を段階的に判定し、前記二次電池の異常を段階的に判定する際の閾値を変更する制御部と、
を備えた電力供給システム。
前記制御部は、
前記濃度算出部が算出した前記硫化水素の濃度が第１の閾値以上であるか否かを判定する第１の判定処理と、
前記第１の閾値以上である状態が第１の整定時間経過したか否かを判定する第２の判定処理と、
前記濃度算出部が算出した前記硫化水素の濃度が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上であるか否かを判定する第３の判定処理と、
前記第２の閾値以上である状態が第１の整定時間の値よりも小さな第２の整定時間経過したか否かを判定する第４の判定処理と、
前記バッテリチャージャの動作を停止させ、前記第２の閾値以上である状態が第３の整定時間経過したか否かを判定する第５の判定処理と、
を行い、前記第５の判定処理によって前記第２の閾値以上である状態が前記第３の整定時間経過したと判定された場合に前記交流電源から供給される電力が前記整流回路に印加されないように制御する
請求項６に記載の電力供給システム。
前記二次電池の寿命劣化診断結果および前記二次電池の使用累積時間のうちの少なくとも一つを用いて前記第１の閾値を補正する請求項５または７に記載の電力供給システム。