特許 6557034 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6557034

(24)【登録日】2019年7月19日

(45)【発行日】2019年8月7日

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/34 20060101AFI20190729BHJP

   H02J 9/06 20060101ALI20190729BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20190729BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20190729BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/34 B

   H02J9/06 110

   H01M10/44 P

   H01M2/10 J

【請求項の数】5

【全頁数】6

(21)【出願番号】特願2015-59293(P2015-59293)

(22)【出願日】2015年3月23日

(65)【公開番号】特開2016-178849(P2016-178849A)

(43)【公開日】2016年10月6日

【審査請求日】2018年2月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】591198364

【氏名又は名称】アクソンデータマシン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】515078268

【氏名又は名称】エナーシス デラウエア エルエルシー ツー

【氏名又は名称原語表記】ＥｎｅｒＳｙｓ Ｄｅｌａｗａｒｅ ＬＬＣ ＩＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100090712

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 忠秋

(72)【発明者】

【氏名】小泉 孝

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 秀明

【審査官】 田中 寛人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１３０１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７３５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２１４４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８６２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０３１９６５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／００８３４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平３−２９３９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−７０２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／３４

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｈ０２Ｊ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

充電器と、それぞれ逆流防止用のダイオードのみを介して負荷に給電する第１、第２のバッテリとを備えてなり、前記第１のバッテリは、前記第２のバッテリより、満充電時の放電電圧を高くするとともに放電終止電圧を低くし、前記充電器の出力は、電圧調整用のダイオードを介して前記第１のバッテリに接続するとともに、別の複数の電圧調整用のダイオードを介して前記第２のバッテリに接続し、前記充電器は、前記第１、第２のバッテリを充電するとともに負荷にも給電することを特徴とする電源装置。

【請求項2】

前記第１のバッテリは、８０〜９０％放電時の放電電圧を前記第２のバッテリの満充電時の放電電圧相当にすることを特徴とする請求項１記載の電源装置。

【請求項3】

前記第１のバッテリは、前記第２のバッテリより容量を小さくすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電源装置。

【請求項4】

前記第１のバッテリは、前記第２のバッテリよりサイクル寿命を長くすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の電源装置。

【請求項5】

前記第１、第２のバッテリは、それぞれリチウムイオン二次電池、鉛蓄電池とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載の電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、動作特性が異なる２種のバックアップ用のバッテリを組み合わせて使用する新規の電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

太陽電池を利用する独立電源装置は、充放電可能なバックアップ用のバッテリを組み合わせ、太陽電池の発電能力の変動に備える必要がある。

【0003】

従来の独立電源装置用のバッテリは、負荷と並列にして太陽電池に接続し、太陽電池による充電を採用するのが一般的である。なお、太陽電池の発電電力を定電流に制御するとともに、負荷電力の変動に合わせてバッテリの充電電圧、充電電流を適切に制御することにより、全体として一層安定な運転特性を実現することができる（たとえば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−５９７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

かかる従来技術によるときは、複雑高度な制御システムを要する上、バッテリは、たとえば鉛蓄電池またはリチウムイオン二次電池のいずれか一種のみであるため、鉛蓄電池の場合は、サイクル寿命が短く、耐久性に乏しい反面、リチウムイオン二次電池の場合は、コスト的な制約により必要十分な容量を設備し難いことがあるという問題があった。

【0006】

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、２種のバッテリを適切に組み合わせることによって、簡単な回路構成でありながら、それぞれのバッテリの特性を有効に利用することができる電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、充電器と、それぞれ逆流防止用のダイオードのみを介して負荷に給電する第１、第２のバッテリとを備えてなり、第１のバッテリは、第２のバッテリより、満充電時の放電電圧を高くするとともに放電終止電圧を低くし、充電器の出力は、電圧調整用のダイオードを介して第１のバッテリに接続するとともに、別の複数の電圧調整用のダイオードを介して第２のバッテリに接続し、充電器は、第１、第２のバッテリを充電するとともに負荷にも給電することをその要旨とする。

【0008】

なお、第１のバッテリは、８０〜９０％放電時の放電電圧を第２のバッテリの満充電時の放電電圧相当にすることができる。

【0009】

また、第１のバッテリは、第２のバッテリより容量を小さくしてもよく、第２のバッテリよりサイクル寿命を長くしてもよい。

【0010】

さらに、第１、第２のバッテリは、それぞれリチウムイオン二次電池、鉛蓄電池としてもよい。

【発明の効果】

【0011】

かかる発明の構成によるときは、第１のバッテリは、第２のバッテリより満充電時の放電電圧が高い。そこで、第１、第２のバッテリが双方とも満充電に近い場合は、必ず第１のバッテリにより負荷に給電することができる。一方、第１のバッテリの放電が進行して第１のバッテリの放電電圧が第２のバッテリの端子電圧を下回ると、第２のバッテリからの放電が自動的に開始され、第２のバッテリにより負荷の給電を継続することができる。すなわち、充電器のバックアップとして作動する第１、第２のバッテリに優先順位を設け、第１のバッテリを優先的に使用して第２のバッテリを予備的に使用することができるため、たとえば第１のバッテリとして小容量のサイクル寿命が長いタイプを選定し、第２のバッテリとして大容量のサイクル寿命が短いタイプを選定すれば、全体コストを抑えて両者の特性を有効に利用することができる上、何ら格別な制御システムを構築する必要もない。

【0012】

なお、この発明は、たとえば太陽電池に充電器を接続することにより、常時は第１のバッテリのみが充放電して負荷の給電を継続し、長期に亘る太陽電池の発電不調などの際には、第２のバッテリにより負荷に給電する高性能な独立電源装置を構成することができる。太陽電池以外の他の発電装置に充電器を接続する場合も、同様である。一方、充電器を商用電源に接続することにより、商用電源の停電に備える他、負荷電力の過大な増加要求を第１、第２のバッテリの放電でカバーし、商用電源需要のピークカット機能を実現することができる。

【0013】

第１のバッテリの８０〜９０％放電時の放電電圧が第２のバッテリの満充電時の放電電圧相当であれば、第１のバッテリの容量のほぼ全部が放電したことにより第２のバッテリの放電を自動的に開始させ、第１のバッテリの放電深度を大きくして利用効率を向上させることができる。

【0014】

第２のバッテリより容量が小さい第１のバッテリは、全体コストを抑えることができる。低コストの第２のバッテリの容量を大きくし、高コストの第１のバッテリの容量を小さくすることができるからである。

【0015】

第１のバッテリのサイクル寿命を長くすることにより、第１のバッテリの早期劣化を有効に阻止することができる。第１のバッテリは、第２のバッテリより優先順位が高く、必然的にサイクル回数が多くなるからである。

【0016】

なお、第１、第２のバッテリは、たとえばそれぞれリチウムイオン二次電池、鉛蓄電池とすることにより、所要の特性に好適に合致させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】全体構成ブロック系統図

【図2】第１、第２のバッテリの特性データ表

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

【0019】

電源装置１０は、充電器１１と、第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 とを備えてなる（図１）。

【0020】

充電器１１は、外部の太陽電池ＰＶに接続されている。充電器１１の出力は、ダイオードＤ1 を介して第１のバッテリＢ1 に接続するとともに、別の複数のダイオードＤ2 、Ｄ2 …を介して第２のバッテリＢ2 に分岐接続されている。また、第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 には、それぞれ逆流防止用のダイオードＤ3 、Ｄ4 を介し、共通の外部の負荷Ｌが接続されている。

【0021】

第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 は、それぞれダイオードＤ1 、Ｄ2 、Ｄ2 …を介し、充電器１１によって充電されている。ただし、ダイオードＤ1 、Ｄ2 、Ｄ2 …は、それぞれの順電圧降下により、充電器１１の出力電圧Ｖo と、第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 の充電電圧相当の端子電圧Ｖ1 、Ｖ2 とを整合させる電圧調整用である。また、第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 は、それぞれダイオードＤ3 、Ｄ4 を介し、出力電圧Ｖ3 として負荷Ｌに給電することができる。

【0022】

第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 の好適な組合せの一例を図２に示す。すなわち、第１のバッテリＢ1 は、東芝製のリチウムイオン二次電池ＳＣｉＢであり、第２のバッテリＢ2 は、アメリカＥｎｅｒＳｙｓ社製の鉛蓄電池ＳＢＳ Ｃ１１である。なお、図２には、２４Ｖ系の第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 の主要な特性データが併せて対比されている。図２において、放電電圧の最大値、最小値は、それぞれ満充電時の放電電圧、放電終止電圧を示し、充電電圧は、第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 に印加すべき定電圧充電用の電圧値である。また、図２の第１のバッテリＢ1 は、第２のバッテリＢ2 より容量が小さく、サイクル寿命が長い。さらに、第１のバッテリＢ1 の満充電時の放電電圧３１．０Ｖ、放電終止電圧１８．０Ｖは、それぞれ第２のバッテリＢ2 の満充電時の放電電圧２５．０Ｖより高く、放電終止電圧２１．０Ｖより低い。

【0023】

図１において、太陽電池ＰＶの発電量が十分であるとき、第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 は、それぞれ充電器１１により充電され、満充電か、それに近い状態にある。また、このとき、太陽電池ＰＶは、充電器１１を介して負荷Ｌにも給電し、負荷Ｌを正常に作動させることができる。そこで、太陽電池ＰＶの発電量が一時的に低下したり喪失したりすると、第１のバッテリＢ1 が放電して負荷Ｌの給電を継続し、太陽電池ＰＶの発電量が正常に復帰すれば、元の充電の状態に復帰して第１のバッテリＢ1 も満充電に復帰する。

【0024】

一方、太陽電池ＰＶの発電量の低下や喪失状態が長く継続すると、第１のバッテリＢ1 の放電が進行して第１のバッテリＢ1 の端子電圧Ｖ1 が低下し、第２のバッテリＢ2 の端子電圧Ｖ2 を下回ることにより、第２のバッテリＢ2 からの放電が開始されて負荷Ｌの給電が継続される。そこで、第１のバッテリＢ1 の容量の８０〜９０％が放電したとき、第１のバッテリＢ1 の端子電圧Ｖ1 ≦Ｖ2 になるものとすると、第１のバッテリＢ1 の容量の大部分が放電したことにより第２のバッテリＢ2 からの放電を自動的に開始させることができる。すなわち、第１のバッテリＢ1 は、８０〜９０％放電時の放電電圧を第２のバッテリＢ2 の満充電時の放電電圧相当に設定することが好ましい。

【0025】

以上のようにして、負荷Ｌは、太陽電池ＰＶの発電量が低下したり喪失したりしても、第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 のほぼ合計容量相当分の給電を継続し、作動させることができる。また、太陽電池ＰＶの発電量が正常に復帰すると、充電器１１は、負荷Ｌに給電するとともに、第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 の充電を再開する。ただし、このときの充電器１１は、その出力電流供給能力により第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 の一方または双方の充電電流を制限し、定電流充電を経て定電圧充電を実行する可能性がある。

【0026】

以上の説明において、充電器１１は、太陽電池ＰＶに代えて、外部の商用電源に接続してもよい。商用電源が停電すると、太陽電池ＰＶの発電量の喪失時と同様にして、第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 を順次放電させて負荷Ｌの給電を継続させることができる。また、商用電源の正常時において、負荷Ｌの消費電力が過大になった場合にも、第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 を順次放電させることにより、商用電源に対する需要を制限してピークカット機能を実現することができる。なお、充電器１１は、外部の燃料電池や風力発電機などに接続することも可能である。

【0027】

また、第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 は、第２のバッテリＢ2 より第１のバッテリＢ1 を優先的に放電させることができる限り、図２の組合せ以外の任意の種類のバッテリを組み合わせることができる。また、第１、第２のバッテリＢ1 、Ｂ2 は、２４Ｖ系以外の任意の電圧系を採用してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0028】

この発明は、バッテリを充電してバックアップ動作させる独立電源装置または商用電源装置に対し、広く好適に適用することができる。

【符号の説明】

【0029】

ＰＶ…太陽電池
Ｂ1 …第１のバッテリ
Ｂ2 …第２のバッテリ
Ｄ3 、Ｄ4 …ダイオード
Ｌ…負荷
１０…電源装置
１１…充電器

特許出願人 アクソンデータマシン株式会社
ＥｎｅｒＳｙｓ Ｄｅｌａｗａｒｅ ＬＬＣ ＩＩ

【図1】

【図2】