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特開2023-69401バッテリバンクユニット、充電残時間算出方法、および、充電残時間算出プログラム
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023069401
(43)【公開日】2023-05-18
(54)【発明の名称】バッテリバンクユニット、充電残時間算出方法、および、充電残時間算出プログラム
(51)【国際特許分類】
   H02J 7/02 20160101AFI20230511BHJP
   G01R 31/3828 20190101ALI20230511BHJP
   G01R 31/396 20190101ALI20230511BHJP
   G01R 31/387 20190101ALI20230511BHJP
   H01M 10/48 20060101ALI20230511BHJP
【FI】
H02J7/02 U
G01R31/3828
G01R31/396
G01R31/387
H02J7/02 G
H02J7/02 J
H01M10/48 P
H01M10/48 301
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021181217
(22)【出願日】2021-11-05
(71)【出願人】
【識別番号】000237721
【氏名又は名称】FDK株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】玉木 克彦
【テーマコード(参考)】
2G216
5G503
5H030
【Fターム(参考)】
2G216BA02
2G216BA17
2G216BA71
5G503AA01
5G503BA04
5G503BB01
5G503BB02
5G503CA08
5G503CA20
5G503DA05
5G503DA07
5G503DA16
5G503EA01
5G503GB03
5G503GD03
5G503GD06
5H030AA01
5H030AS03
5H030AS06
5H030FF22
5H030FF42
5H030FF43
5H030FF44
(57)【要約】
【課題】充電が完了するまでに要する時間を精度よく算出することができるバッテリバンクユニットを提供すること。
【解決手段】バッテリバンクユニットは、並列接続されている第1のバッテリバンク及び第2のバッテリバンクと、第1のバッテリバンクが満充電状態になった後に、第2のバッテリバンクの充電を開始する制御装置と、を備えるバッテリバンクユニットであって、制御装置は、バッテリバンクユニットの充電開始時における、バッテリバンクユニットの温度、並びに、第1のバッテリバンク及び第2のバッテリバンクの少なくとも一方のSOCに基づいて、バッテリバンクユニットの充電完了までの残時間を算出する。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
並列接続されている第1のバッテリバンク及び第2のバッテリバンクと、
前記第1のバッテリバンクが満充電状態になった後に、前記第2のバッテリバンクの充電を開始する制御装置と、
を備えるバッテリバンクユニットであって、
前記制御装置は、前記バッテリバンクユニットの充電開始時における、前記バッテリバンクユニットの温度、並びに、前記第1のバッテリバンク及び前記第2のバッテリバンクの少なくとも一方のSOCに基づいて、前記バッテリバンクユニットの充電完了までの残時間を算出する、
バッテリバンクユニット。
【請求項2】
前記制御装置は、
温度と、前記バッテリバンクユニットの充電開始から充電完了までに要する時間であるトータル充電時間と、前記第1のバッテリバンクの充電停止から前記第2のバッテリバンクの充電開始までの時間である充電停止時間とが互いに対応づけられている第1のテーブルから情報取得できるように構成されており、
前記バッテリバンクユニットの充電開始時の前記バッテリバンクユニットの温度に対応づけられている前記トータル充電時間および前記充電停止時間、並びに、前記バッテリバンクユニットの充電開始時の前記第1のバッテリバンク及び前記第2のバッテリバンクの少なくとも一方のSOCに基づいて、前記残時間を算出する、
請求項1に記載のバッテリバンクユニット。
【請求項3】
前記制御装置は、前記バッテリバンクユニットの充電開始から前記バッテリバンクユニットの充電完了までに実際に要した時間である実トータル充電時間、および、前記第1のバッテリバンクの充電停止から前記第2のバッテリバンクの充電開始までに実際に経過した時間である実充電停止時間に基づいて、前記第1のテーブルを更新する、
請求項2に記載のバッテリバンクユニット。
【請求項4】
前記制御装置は、前記第1のバッテリバンクの充電開始から前記第2のバッテリバンクの充電開始までに実際に要した時間である前記第1のバッテリバンクの実充電時間に基づいて、前記残時間を前記バッテリバンクユニットの充電中に補正する、
請求項2または3に記載のバッテリバンクユニット。
【請求項5】
前記制御装置は、前記バッテリバンクユニットの充電開始時に算出した残時間、前記第1のバッテリバンクの実充電時間、および、前記バッテリバンクユニットの充電開始から前記第1のバッテリバンクの充電開始までに実際に要した時間に基づいて、前記残時間を前記バッテリバンクユニットに充電中に補正するか否かを判定する、
請求項4に記載のバッテリバンクユニット。
【請求項6】
前記制御装置は、
温度と、前記トータル充電時間と、前記充電停止時間とが互いに対応づけられており、かつ、前記第1のテーブルとは異なるテーブルである第2のテーブルから情報取得できるように構成されており、
前記バッテリバンクユニットの充電開始時における、前記第1のバッテリバンク及び前記第2のバッテリバンクの少なくとも一方のSOCに基づいて、前記第1のテーブルと前記第2のテーブルの中から情報取得元となるテーブルを選択し、
前記バッテリバンクユニットの充電開始時における、前記バッテリバンクユニットの温度と、前記第1のバッテリバンク及び前記第2のバッテリバンクの少なくとも一方のSOCと、選択されたテーブルから取得した前記トータル充電時間および前記充電停止時間とに基づいて、前記残時間を算出する、
請求項2から5の何れか1項に記載のバッテリバンクユニット。
【請求項7】
前記制御装置は、前記バッテリバンクユニットに接続されている負荷装置に前記残時間を通知する、
請求項1から6の何れか1項に記載のバッテリバンクユニット。
【請求項8】
制御装置は、
前記バッテリバンクユニットの充電を開始すると、前記第1のバッテリバンク及び前記第2のバッテリバンクを一括で充電する一括充電を行い、前記一括充電の後に、前記第1のバッテリバンクのみを充電する第1バンク充電を行い、前記第1バンク充電の後に、前記第2のバッテリバンクのみを充電する第2バンク充電を行い、
前記バッテリバンクユニットの充電開始時に、前記一括充電の開始から前記第2バンク充電の後、前記バッテリバンクユニットの充電完了までの時間を前記残時間として算出する、
請求項1から7の何れか1項に記載のバッテリバンクユニット。
【請求項9】
第1のバッテリバンク、及び、前記第1のバッテリバンクに並列接続されており、前記第1のバッテリバンクが満充電状態になった後に充電が開始される第2のバッテリバンクを備えるバッテリバンクユニットの充電が完了するまでの残時間をコンピュータが算出する充電残時間算出方法であって、
前記バッテリバンクユニットの充電開始時の前記バッテリバンクユニットの温度を取得することと、
前記バッテリバンクユニットの充電開始時の前記第1のバッテリバンクおよび前記第2のバッテリバンクの少なくとも一方のSOCを取得することと、
前記温度および前記SOCに基づいて前記残時間を算出することと、
を含む、充電残時間算出方法。
【請求項10】
第1のバッテリバンク、及び、前記第1のバッテリバンクに並列接続されており、前記第1のバッテリバンクが満充電状態になった後に充電が開始される第2のバッテリバンクを備えるバッテリバンクユニットを制御するコンピュータに、
前記バッテリバンクユニットの充電開始時の前記バッテリバンクユニットの温度を取得する手順と、
前記バッテリバンクユニットの充電開始時の前記第1のバッテリバンクおよび前記第2のバッテリバンクの少なくとも一方のSOCを取得する手順と、
前記温度および前記SOCに基づいて前記バッテリバンクユニットの充電完了までの残時間を算出する手順と、
を実行させる、充電残時間算出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリバンクユニット、充電残時間算出方法、および、充電残時間算出プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、停電によって外部電源が電力供給不能になったときに、外部電源に接続された負荷装置に放電するバッテリバンクユニットが開示されている。バッテリバンクユニットは、複数のバッテリバンクを備えている。複数のバッテリバンクは、複数の二次電池によってそれぞれ構成され、互いに並列に接続されている。複数のバッテリバンクは、外部電源からの電力によって平時に充電される。
【0003】
バッテリバンクユニットは、複数のバッテリバンクが順番に切り替えられて充電され、かつ、充電中ではないバッテリバンクが負荷装置に放電できるように構成されている。これにより、バッテリバンクユニットの充電中においても、バッテリバンクユニットは負荷装置に放電することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2016-10250号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
例えば負荷装置の管理において、バッテリバンクユニットの充電中にバッテリバンクユニットの充電が完了するまでに要する時間を把握したいという要望がある。
【0006】
本開示は、充電が完了するまでに要する時間を精度よく算出することができるバッテリバンクユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示に係るバッテリバンクユニットは、並列接続されている第1のバッテリバンク及び第2のバッテリバンクと、第1のバッテリバンクが満充電状態になった後に、第2のバッテリバンクの充電を開始する制御装置と、を備えるバッテリバンクユニットであって、制御装置は、バッテリバンクユニットの充電開始時における、バッテリバンクユニットの温度、並びに、第1のバッテリバンク及び第2のバッテリバンクの少なくとも一方のSOCに基づいて、バッテリバンクユニットの充電完了までの残時間を算出する。
【0008】
また、本開示に係る充電残時間算出方法は、第1のバッテリバンク、及び、第1のバッテリバンクに並列接続されており、第1のバッテリバンクが満充電状態になった後に充電が開始される第2のバッテリバンクを備えるバッテリバンクユニットの充電が完了するまでの残時間をコンピュータが算出する充電残時間算出方法であって、バッテリバンクユニットの充電開始時のバッテリバンクユニットの温度を取得することと、バッテリバンクユニットの充電開始時の第1のバッテリバンクおよび第2のバッテリバンクの少なくとも一方のSOCを取得することと、温度およびSOCに基づいて残時間を算出することと、を含む。
【0009】
また、本開示に係る充電残時間算出プログラムは、第1のバッテリバンク、及び、第1のバッテリバンクに並列接続されており、第1のバッテリバンクが満充電状態になった後に充電が開始される第2のバッテリバンクを備えるバッテリバンクユニットを制御するコンピュータに、バッテリバンクユニットの充電開始時のバッテリバンクユニットの温度を取得する手順と、バッテリバンクユニットの充電開始時の第1のバッテリバンクおよび第2のバッテリバンクの少なくとも一方のSOCを取得する手順と、温度およびSOCに基づいてバッテリバンクユニットの充電完了までの残時間を算出する手順と、を実行させる。
【発明の効果】
【0010】
本開示によれば、充電が完了するまでに要する時間を精度よく算出することができるバッテリバンクユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本開示の一実施形態のバッテリバンクユニットを示す概要図
図2】バッテリバンクユニットのブロック図
図3】第1のテーブルを示す図
図4】制御装置がバッテリバンクユニットを充電する際に実行するフローチャート
図5図4のフローチャートが実行されたときのタイムチャート
図6】制御装置が残時間を算出する際に実行するフローチャート
図7】第2のテーブルを示す図
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本開示の実施の形態に係るバッテリバンクユニットついて、図面を参照しながら説明する。図1は、本開示の一実施形態のバッテリバンクユニット1の概要図である。バッテリバンクユニット1は、外部電源2が停電になったときに、外部電源2に接続された負荷装置3に電力を供給する。また、バッテリバンクユニット1は、外部電源2の電力によって充電される。
【0013】
外部電源2は、例えば商用の交流電力を直流電力に変換して出力する装置である。負荷装置3は、直流電力で動作する装置(例えばサーバ装置)である。
【0014】
図1に示されるように、バッテリバンクユニット1は、入出力端子10、第1、2のバッテリバンク20、30、充放電回路40、および、制御装置50を備えている。
【0015】
入出力端子10は、外部電源2から負荷装置3へ電力を供給する電源ライン4に接続されている。
【0016】
第1、2のバッテリバンク20、30は、複数の二次電池(例えばニッケル水素二次電池)が例えば直列に接続されて構成されている。なお、二次電池は、リチウムイオン二次電池等、ニッケル水素二次電池以外の二次電池であってもよい。第1、2のバッテリバンク20、30は、それぞれ互いと同様に構成されている。第1、2のバッテリバンク20、30は、互いに並列に接続されている。
【0017】
充放電回路40は、入出力端子10を介して第1、2のバッテリバンク20、30の充電および放電をする回路として機能する。充放電回路40は、昇圧DC/DCコンバータ41、切替スイッチ42、第1充電スイッチ43、第1放電スイッチ44、第2充電スイッチ45、および、第2放電スイッチ46を備えている。
【0018】
昇圧DC/DCコンバータ41は、外部電源2から供給された電力を昇圧して出力する電源変換装置である。
【0019】
切替スイッチ42は、第1、2のバッテリバンク20、30に印加される電圧値を切り替える。切替スイッチ42において、第1端子42aが昇圧DC/DCコンバータ41の出力端子に接続され、第2端子42bが入出力端子10に接続されている。また、第3端子42cは、第1、2充電スイッチ43、45を介して第1、2のバッテリバンク20、30に接続されている。
【0020】
切替スイッチ42がオン状態である場合、第1端子42aと第3端子42cとが接続され、昇圧DC/DCコンバータ41から出力された電力が第1、2充電スイッチ43、45を介して第1、2のバッテリバンク20、30に供給される。一方、切替スイッチ42がオフ状態である場合、第2端子42bと第3端子42cとが接続され、外部電源2から出力された電力が第1、2充電スイッチ43、45を介して第1、2のバッテリバンク20、30に供給される。
【0021】
第1充電スイッチ43は、オン状態である場合に第1のバッテリバンク20の充電を許容し、オフ状態である場合に第1のバッテリバンク20の充電を許容しない。第1充電スイッチ43において、第1端子43aが切替スイッチ42の第3端子42cに接続され、第2端子43bが第1のバッテリバンク20の正極に接続されている。なお、第1のバッテリバンク20の負極はグランドに接続されている。
【0022】
第1放電スイッチ44は、オン状態である場合に第1のバッテリバンク20の放電を許容し、オフ状態である場合に第1のバッテリバンク20の放電を許容しない。第1放電スイッチ44において、第1端子44aが第1のバッテリバンク20の正極に接続され、第2端子44bが入出力端子10に接続されている。
【0023】
第2充電スイッチ45は、オン状態である場合に第2のバッテリバンク30の充電を許容し、オフ状態である場合に第2のバッテリバンク30の充電を許容しない。第2充電スイッチ45において、第1端子45aが切替スイッチ42の第3端子42cに接続され、第2端子45bが第2のバッテリバンク30の正極に接続されている。なお、第2のバッテリバンク30の負極はグランドに接続されている。
【0024】
第2放電スイッチ46は、オン状態である場合に第2のバッテリバンク30の放電を許容し、オフ状態である場合に第2のバッテリバンク30の放電を許容しない。第2放電スイッチ46において、第1端子46aが第2のバッテリバンク30の正極に接続され、第2端子46bが入出力端子10に接続されている。
【0025】
図2は、バッテリバンクユニット1のブロック図である。図2に示されるように、バッテリバンクユニット1は、電流センサ60、第1電圧センサ61、第1温度センサ62、第2電圧センサ63、および、第2温度センサ64をさらに備えている。
【0026】
電流センサ60は、入出力端子10を介して電源ライン4から流入する、または、電源ライン4に流出する電流値を検出する。電流センサ60は、具体的には、入出力端子10と充放電回路40の接続点40aとの間の電流値を検出する。第1電圧センサ61は、第1のバッテリバンク20の電圧値を検出する。第1温度センサ62は、第1のバッテリバンク20の温度を検出する。
【0027】
第2電圧センサ63は、第2のバッテリバンク30の電圧値を検出する。第2温度センサ64は、第2のバッテリバンク30の温度を検出する。電流センサ60、第1電圧センサ61、第1温度センサ62、第2電圧センサ63、および、第2温度センサ64は、それぞれ、検出値を制御装置50に送信する。
【0028】
また、バッテリバンクユニット1は、外部電源2の電圧値である電源電圧値を検出する第3電圧センサ(不図示)をさらに備えている。制御装置50は、第3電圧センサによって検出された電源電圧値に基づいて、外部電源2の停電を検出する。
【0029】
制御装置50は、各スイッチ42~46それぞれの状態を制御することで、バッテリバンクユニット1の充電および放電を制御する。制御装置50は、記憶部51を有している。記憶部51は、図3に示される第1のテーブルT1を記憶している。
【0030】
第1のテーブルT1は、制御装置50が後述するバッテリバンクユニット1の充電完了までに要する時間である残時間を算出する際に参照されるテーブルである。第1のテーブルT1では、温度と、トータル充電時間と、充電停止時間とが互いに対応づけられている。第1のテーブルT1において、温度は、全部で6つの温度帯に区分けされており、0℃から40℃の間では10℃ずつ4つに区分けされている。各温度帯の温度範囲および温度帯の個数が、図3に示されるものに限定されないことは言うまでもない。トータル充電時間および充電停止時間の詳細は後述する。
【0031】
また、制御装置50は、電流センサ60によって検出された電流値に基づいて、バッテリバンクユニット1のSOC(State of Charge)を公知の方法によって算出する。バッテリバンクユニット1のSOCは、第1、2のバッテリバンク20、30それぞれの充電量を合わせた合計充電量に対応する充電率(%)である。
【0032】
次に、制御装置50が実行するバッテリバンクユニット1の充電制御について、図4のフローチャート、および、図5のタイムチャートを用いて説明する。
【0033】
充電制御が開始されていない状態では、切替スイッチ42および第1、2充電スイッチ43、45それぞれがオフ状態、かつ、第1、2放電スイッチ44、46それぞれがオン状態であり、第1、2のバッテリバンク20、30それぞれの放電が許容されている。また、上記のように第1、2のバッテリバンク20、30それぞれは互いと同様に構成され、並列接続されている。よって、第1、2のバッテリバンク20、30それぞれの電圧値および充電量はほぼ等しい。したがって、バッテリバンクユニット1のSOCと、第1、2のバッテリバンク20、30のSOCそれぞれとは、ほぼ等しい。
【0034】
制御装置50は、第3電圧センサの検出値に基づいて外部電源2との接続を検出したとき、または、外部電源2の停電の終了を検出したときに充電制御を開始する。
【0035】
制御装置50は、S1にて、一括充電処理を開始する。一括充電処理は、第1、2のバッテリバンク20、30を一括で充電する処理である。制御装置50は、具体的には、図5に示されるように、切替スイッチ42および第1、2充電スイッチ43、45それぞれがオフ状態、かつ、第1、2放電スイッチ44、46それぞれがオン状態である状態から、切替スイッチ42および第1、2充電スイッチ43、45それぞれをオン状態に切り替える(時刻t0)。
【0036】
第1、2放電スイッチ44、46それぞれは、オン状態のままである。これにより、一括充電処理中に外部電源2が停電しても、バッテリバンクユニット1は負荷装置3に放電することができる。
【0037】
一括充電処理が開始されると(時刻t0)、昇圧DC/DCコンバータ41から電力が第1、2のバッテリバンク20、30に供給され、第1、2のバッテリバンク20、30の電圧値が上昇する。
【0038】
図5において、実線の電圧値は、第1のバッテリバンク20の電圧値を示し、一点鎖線の電圧値は、第2のバッテリバンク30の電圧値を示している。一括充電処理が開始される前、および、一括充電処理中において、第1、2のバッテリバンク20、30の電圧値は、ほぼ等しい。つまり、第1、2のバッテリバンク20、30の電圧値を示す線は重なっており、実線で示されている。
【0039】
続けて、制御装置50は、S2にて、バッテリバンクユニット1の電圧値であるバンク電圧値が電源電圧値以上であるか否かを判定する。バンク電圧値は、具体的には、第1のバッテリバンク20の電圧値および第2のバッテリバンク30の電圧値の平均値である。なお、バンク電圧値は、第1、2のバッテリバンク20、30の一方の電圧値でもよい。バンク電圧値が電源電圧値より低い場合(S2にてNO)、一括充電処理を継続する。
【0040】
一方、第1、2のバッテリバンク20、30の電圧値が上昇し、バンク電圧値が電源電圧値以上となった場合(時刻t1;S2にてYES)、制御装置50は、S3にて、一括充電処理を終了し、第1バンク充電処理を開始する。
【0041】
第1バンク充電処理は、第1のバッテリバンク20のみを充電する処理である。第1バンク充電処理において、第1のバッテリバンク20は、電源電圧値より高い電圧値で満充電にされる。第1バンク充電処理において、第2のバッテリバンク30は充電されない。
【0042】
制御装置50は、具体的には、第2充電スイッチ45をオフ状態に切り替え、かつ、第1放電スイッチ44をオフ状態に切り替える(時刻t1)。これにより、昇圧DC/DCコンバータ41の電力が第1のバッテリバンク20のみに供給され、第1のバッテリバンク20の電圧値が電源電圧値からさらに上昇する。第1バンク充電処理において、第1放電スイッチ44はオフ状態であり、第1のバッテリバンク20の放電は行われない。よって、電源電圧値より高い電圧値が負荷装置3に印加されることを未然に防止することができ、ひいては、負荷装置3の故障等を防止できる。
【0043】
一方、第2のバッテリバンク30の充電は停止され、第2のバッテリバンク30の電圧値が自己放電によって徐々に低下する。第1バンク充電処理において、第2放電スイッチ46はオン状態である。よって、第1バンク充電処理中に外部電源2が停電しても、第2のバッテリバンク30は負荷装置3に放電することができる。
【0044】
続けて、制御装置50は、S4にて、第1のバッテリバンク20が満充電状態となったか否かを判定する。制御装置50は、具体的には、第1温度センサ62の検出値が予め定められている第1温度となったか否かを判定する。第1温度は、第1のバッテリバンク20が満充電状態となったときの温度である。第1温度センサ62の検出値が第1温度より低い場合(S4にてNO)、制御装置50は、第1のバッテリバンク20のみの充電を継続する。
【0045】
一方、第1のバッテリバンク20が満充電状態になり、第1温度センサ62の検出値が第1温度に到達した場合(時刻t2;S4にてYES)、制御装置50は、S5にて、第1のバッテリバンク20の充電を停止する。
【0046】
制御装置50は、具体的には、第1充電スイッチ43をオフ状態に切り替える(時刻t2)。これにより、第1のバッテリバンク20の充電が停止され、第1のバッテリバンク20の電圧値が自己放電によって徐々に低下する。このとき、第1のバッテリバンク20の温度は、第2のバッテリバンク30の温度より高い。よって、第1のバッテリバンク20の電圧値の単位時間当たりの降下量は、第2のバッテリバンク30の電圧値の単位時間当たりの降下量より大きい。
【0047】
続けて、制御装置50は、S6にて、第1のバッテリバンク20の電圧値が電源電圧値以下となったか否かを判定する。第1のバッテリバンク20の電圧値が電源電圧値より高い場合(S6にてNO)、制御装置50は、第1、2のバッテリバンク20、30の充電が停止されている状態を継続する。
【0048】
一方、第1のバッテリバンク20の電圧値が電源電圧値以下となった場合(時刻t3;S6にてYES)、制御装置50は、S7にて、第1バンク充電処理を終了し、第2バンク充電処理を開始する。
【0049】
第2バンク充電処理は、第2のバッテリバンク30のみを充電する処理である。第2バンク充電処理において、第2のバッテリバンク30は、電源電圧値より高い電圧値で満充電にされる。第2バンク充電処理において、第1のバッテリバンク20は充電されない。
【0050】
制御装置50は、具体的には、第2充電スイッチ45をオン状態に切り替え、第1放電スイッチ44をオン状態に切り替え、かつ、第2放電スイッチ46をオフ状態に切り替える(時刻t3)。これにより、昇圧DC/DCコンバータ41から電力が第2のバッテリバンク30のみに供給され、第2のバッテリバンク30の電圧値が上昇して電源電圧値を超える。第2バンク充電処理において、第2放電スイッチ46はオフ状態であり、第2のバッテリバンク30の放電は行われない。よって、電源電圧値より高い電圧値が負荷装置3に印加されることを未然に防止することができ、ひいては、負荷装置3の故障等を防止できる。
【0051】
一方、第1のバッテリバンク20の充電は停止されたままであり、第1のバッテリバンク20の電圧値が自己放電によって徐々に低下する。第2バンク充電処理において、第1放電スイッチ44はオン状態である。よって、第2バンク充電処理中に外部電源2が停電しても、第1のバッテリバンク20は負荷装置3に放電することができる。
【0052】
続けて、制御装置50は、S8にて、第2のバッテリバンク30が満充電状態となったか否かを判定する。制御装置50は、具体的には、第2温度センサ64の検出値が予め定められている第2温度となったか否かを判定する。第2温度は、第2のバッテリバンク30が満充電状態となったときの温度である。第2温度センサ64の検出値が第2温度より低い場合(S8にてNO)、制御装置50は、第2のバッテリバンク30のみの充電を継続する。なお、第2温度は、第1のバッテリバンク20が満充電状態となったときの温度である第1温度と同じであっても良い。
【0053】
一方、第2のバッテリバンク30が満充電状態になり、第2温度センサ64の検出値が第2温度に到達した場合(時刻t4;S8にてYES)、制御装置50は、S9にて、第2のバッテリバンク30の充電を停止する。
【0054】
制御装置50は、具体的には、第2充電スイッチ45をオフ状態に切り替える(時刻t4)。これにより、第2のバッテリバンク30の充電が停止され、第2のバッテリバンク30の電圧値が自己放電によって徐々に低下する。このとき、第2のバッテリバンク30の温度は、第1のバッテリバンク20の温度より高い。よって、第2のバッテリバンク30の電圧値の単位時間当たりの降下量は、第1のバッテリバンク20の電圧値の単位時間当たりの降下量より大きい。
【0055】
続けて、制御装置50は、S10にて、第2のバッテリバンク30の電圧値が電源電圧値以下となったか否かを判定する。第2のバッテリバンク30の電圧値が電源電圧値より高い場合(S10にてNO)、制御装置50は、第1、2のバッテリバンク20、30の充電が停止されている状態を継続する。
【0056】
一方、第2のバッテリバンク30の電圧値が電源電圧値以下となった場合(時刻t5;S10にてYES)、制御装置50は、S11にて、第2バンク充電処理を終了する。制御装置50は、具体的には、切替スイッチ42をオフ状態に、かつ、第2放電スイッチ46をオン状態に切り替える(時刻t5)。これにより、バッテリバンクユニット1の充電を終了する。制御装置50は、バッテリバンクユニット1の充電を終了した時点におけるバッテリバンクユニット1のSOCを100%と定める。
【0057】
なお、バッテリバンクユニット1は、3つ以上のバッテリバンクを有してもよい。バッテリバンクの個数がm個である場合、一括充電処理では、m個のバッテリバンクが一括に充電される。また、一括充電処理が終了すると、上記の第1、2バンク充電処理と同様に、m個のバッテリバンクそれぞれが1つずつ順番に充電される。
【0058】
次に、制御装置50が実行する残時間を算出する制御について、図6のフローチャートを用いて説明する。残時間は、バッテリバンクユニット1の充電完了までに要する時間である。制御装置50は、上記の充電制御を実行している最中に、具体的には、図5の時刻t0からt5までの間に、残時間を算出する。
【0059】
制御装置50は、S20にて、第1のテーブルT1から、バッテリバンクユニット1の充電開始時の温度に対応づけられているトータル充電時間および充電停止時間を取得する。バッテリバンクユニット1の温度は、例えば、第1、2のバッテリバンク20、30の平均温度である。なお、バッテリバンクユニット1の温度は、第1、2のバッテリバンク20、30の温度のうち、一方のバッテリバンクの温度でもよい。トータル充電時間および充電停止時間は、後述する式(1)にて残時間を算出するために用いられる。
【0060】
トータル充電時間は、具体的には、バッテリバンクユニット1の充電開始時のSOCが第1充電率(例えば0%)から100%となるまでに要する時間であり、実験等で実測されることで温度帯毎に予め定められて、第1のテーブルT1に格納されている。第1充電率は、第1のテーブルT1に予め格納するトータル充電時間を定める実験等において用いられる任意の値である。トータル充電時間を定める実験では、SOCが第1充電率である状態のバッテリバンクユニット1を用いて、上記のように一括充電処理および第1、2バンク充電処理が行われ、バッテリバンクユニット1のSOCが第1充電率から100%になるまでに要する時間がトータル充電時間として測定される。
【0061】
充電停止時間は、具体的には、第1のバッテリバンク20の充電停止から第2のバッテリバンク30の充電開始までの時間(すなわち図5の時刻t2から時刻t3までの時間)に相当する時間であり、実験等で実測されることで温度帯毎に予め定められて、第1のテーブルT1に格納されている。上記のトータル充電時間を定める実験において、バッテリバンクユニット1の充電中に、バッテリバンクの充電が停止している時間が充電停止時間として測定される。
【0062】
充電制御の開始時において、例えば、バッテリバンクユニット1の温度が25℃である場合、制御装置50は、図3の第1のテーブルT1から、温度「20℃以上30℃未満」に対応するトータル充電時間「A3」、および、充電停止時間「B3」を取得する。
【0063】
続けて、制御装置50は、S21にて、残時間を算出する。制御装置50は、具体的には、式(1)を用いて充電開始時の残時間である、充電開始時残時間を算出する。
【0064】
(数1)
充電開始時残時間=m×Ts
+(Tt-m×Ts)×(100-So)/(100-α) …(1)
【0065】
式(1)において、mはバッテリバンクの個数である。本実施形態において、m=2である。TsおよびTtは第1のテーブルT1から取得した充電停止時間およびトータル充電時間である。So(%)は、充電制御の開始時(時刻t0)におけるバッテリバンクユニット1のSOCである。α(%)は、第1充電率であり、第1のテーブルT1に格納するトータル充電時間を定める実験の開始時におけるバッテリバンクユニットのSOCである。
【0066】
なお、Soは、充電制御の開始時における第1、2のバッテリバンク20、30の一方のSOCでもよい。この場合、制御装置50は、バッテリバンクユニット1の充電を終了した時点における第1、2のバッテリバンク20、30のSOCをそれぞれ100%と定める。
【0067】
また、第1、2のバッテリバンク20、30は、それぞれ、上記のように互いに同様に構成されており、第1、2のバッテリバンク20、30それぞれの周囲の環境(温度および湿度等)はほぼ等しい。よって、第2バンク充電処理において充電が停止する時間(図5の時刻t4から時刻t5までの時間)は、第1バンク充電処理において充電が停止する時間(時刻t2から時刻t3までの時間)と等しいとみなすことができる。よって、第1のテーブルT1に格納するトータル充電時間を定める実験においてバッテリバンクユニット1がバッテリバンクをm個有する場合、何れかのバッテリバンクの充電が停止している時間の合計は、mと充電停止時間(Ts)とを乗算した値となる。つまり、式(1)の「m×Ts」は、バッテリバンクユニット1の充電中において、何れかのバッテリバンクの充電が停止されている時間の合計に相当する。
【0068】
なお、すでに説明したように、バッテリバンクユニット1の充電制御中において充電が停止されている時間帯では、充電が停止されているバッテリバンクから負荷装置3への放電は行われない。例えば、図5の時刻t2と時刻t3との間では、第1のバッテリバンク20からの放電は行われない。よって、充電が停止されているバッテリバンクのSOCを、電流センサ60の検出値に基づいて算出することはできない。つまり、制御装置50は、バッテリバンクユニット1の充電制御中において充電が停止されている時間を、SOCを用いて算出することができない。
【0069】
式(1)の「(Tt-m×Ts)」は、バッテリバンクをm個有するバッテリバンクユニット1を用いた第1のテーブルT1に格納するトータル充電時間を定める実験において、トータル充電時間(Tt)から、何れかのバッテリバンクの充電が停止されている時間の合計(m×Ts)を減算した時間に相当する。つまり、式(1)の「(Tt-m×Ts)」は、バッテリバンクをm個有するバッテリバンクユニット1のSOCがαから100%になるまでに要する時間のうち、いずれかのバッテリバンクが充電されている時間に相当する。
【0070】
また、式(1)の「(100-So)/(100―α)」は、バッテリバンクユニット1のSOCがαから100%になるまでの充電量に対する、バッテリバンクユニット1のSOCがSoから100%になるまでの充電量の比である。
【0071】
したがって、「(Tt-m×Ts)」と「(100-So)/(100―α)」とを乗算した式(1)の「(Tt-m×Ts)×(100-So)/(100―α)」は、バッテリバンクをm個有するバッテリバンクユニット1のSOCがSoから100%になるまでに要する時間のうち、いずれかのバッテリバンクが充電されている時間に相当する。
【0072】
すなわち、式(1)では、バッテリバンクをm個有するバッテリバンクユニット1のSOCがSoから100%になるまでに要する時間のうち、いずれかのバッテリバンクが充電されている時間「(Tt-m×Ts)×(100-So)/(100―α)」と、いずれかのバッテリバンクの充電が停止されている時間の合計「m×Ts」とが加算されている。つまり、式(1)は、充電制御において、バッテリバンクの個数がmであるバッテリバンクユニット1の充電開始時にSOCがSoである場合におけるバッテリバンクユニット1の充電開始から充電完了までの時間を、充電開始時残時間として算出する式である。
【0073】
また、制御装置50は、算出された充電開始時残時間を負荷装置3に通知する。負荷装置3は、充電開始時残時間をディスプレイ等の表示部に表示する。これにより、負荷装置3の管理者は、バッテリバンクユニット1の充電開始から充電完了までの時間を把握することができる。
【0074】
さらに、制御装置50は、充電制御中に、バッテリバンクユニット1の充電開始時からの経過時間を計測する。そして、制御装置50は、予め定められている所定時間毎に、S21で算出された充電開始時残時間から、経過時間を減じることで、その時点における残時間を算出するとともに最新の残時間を更新し、更新された残時間を負荷装置3に通知する。負荷装置3は、更新された残時間を表示部に表示する。
【0075】
続けて、制御装置50は、S22にて、第1バンク充電処理が終了したか否かを判定する。一括充電処理または第1バンク充電処理が実行されている場合(S22にてNO)、制御装置50は、残時間の更新および通知を継続する。また、制御装置50は、S22の実行中に、一括充電処理および第1バンク充電処理それぞれが実際に要した時間(以下、実一括充電時間および、実第1バンク充電時間と記載する。)を計測する。
【0076】
第1バンク充電処理が終了した場合(S22にてYES)、制御装置50は、S23にて、第1バンク充電処理が終了した時点、つまり図5の時刻t3における残時間の補正が必要か否かを判定する。制御装置50は、S21で算出された充電開始時残時間と、後に説明する修正開始時残時間との差である時間差が予め定められている所定時間差以上である場合に、時刻t3における残時間の補正が必要であると判定する。
【0077】
修正開始時残時間とは、充電制御中に、第1バンク充電処理の終了までに実際に要した時間に基づいて算出されるバッテリバンクユニット1の充電開始から充電完了までの時間である。複数のバッテリバンクそれぞれを充電するのに必要な時間は、複数のバッテリバンクそれぞれが互いに同様に構成されている場合、ほぼ等しい。よって、実第1バンク充電時間と第2バンク充電処理に実際に要する時間とは、ほぼ等しくなる。本実施形態における修正開始時残時間は、実一括充電時間と、実第1バンク充電時間を2倍した時間とを加算した時間である。なお、バッテリバンクの個数がm個である場合、修正開始時残時間は、実一括充電時間と、実第1バンク充電時間をm倍した時間とを加算した時間となる。
【0078】
時間差が所定時間差より小さい場合(S23にてNO)、制御装置50は、時刻t3における残時間を補正しない。一方、時間差が所定時間差以上である場合(S23にてYES)、制御装置50は、S24にて、時刻t3における残時間を補正する。制御装置50は、具体的には、時刻t3(第1バンク充電処理の終了時)における残時間を、実第1バンク充電時間に差し替える。また、制御装置50は、時刻t3における残時間を補正した場合、以下のように最新の残時間を更新する。すなわち、制御装置50は、時刻t3以降、所定時間毎に、時刻t3からの経過時間を実第1バンク充電時間から減じることで、その時点における残時間を算出するとともに最新の残時間を更新する。そして、制御装置50は、更新された残時間を負荷装置3に通知する。
【0079】
第1、2のバッテリバンク20、30は、それぞれ、上記のように互いと同様に構成されており、第1、2のバッテリバンク20、30それぞれの周囲の環境(温度および湿度等)はほぼ等しい。したがって、第2バンク充電処理に実際に要する時間は、実第1バンク充電時間とほぼ等しくなる。つまり、制御装置50は、第1バンク充電処理が終了した時点で、残時間を実第1バンク充電時間に差し替えることで残時間を精度よく補正し、補正した残時間を通知することができる。なお、制御装置50は、S23にて残時間の補正が必要か否か判断せずに、S24にて残時間の補正をしてもよい。
【0080】
続けて、制御装置50は、S25にて、第2バンク充電処理が終了したか否かを判定する。第2バンク充電処理が実行されている場合(S25にてNO)、制御装置50は、残時間の更新および通知を継続する。
【0081】
第2バンク充電処理が終了した場合(S25にてYES)、制御装置50は、S26にて、第1のテーブルT1を更新する。制御装置50は、第1のテーブルT1においてバッテリバンクユニット1の充電開始時の温度に対応するトータル充電時間を、実トータル充電時間に基づいて更新する。実トータル充電時間は、充電制御において、バッテリバンクユニット1の充電開始からバッテリバンクユニット1の充電完了までに実際に要した時間である。
【0082】
制御装置50は、具体的には、S20にて取得したトータル充電時間から、S21で算出された充電開始時残時間を減算し、その減算された時間に実トータル充電時間を加算した更新トータル充電時間を算出する。つまり、更新トータル充電時間は、S20にて取得したトータル充電時間から、S21で算出された充電開始時残時間を減算することで算出される第1充電率(α)から充電開始時のSOC(So)までの充電時間に、充電開始時のSOC(So)から100%までの実際に要した充電時間(実トータル充電時間)を加えた時間である。換言すれば、更新トータル充電時間は、第1のテーブルT1に記憶されているトータル充電時間を、充電制御におけるバッテリバンクユニット1の充電開始から充電完了までの時間の実測値(実トータル充電時間)と、計算値(S21で算出された充電開始時残時間)との差を用いて修正した時間である。
【0083】
制御装置50は、算出された更新トータル充電時間で、バッテリバンクユニット1の充電開始時の温度に対応する第1のテーブルT1のトータル充電時間を更新する。例えば、充電制御の開始時においてバッテリバンクユニット1の温度が25℃である場合、制御装置50は、第1のテーブルT1において、温度「20℃以上30℃未満」に対応するトータル充電時間「A3」を、算出された更新トータル充電時間で更新する。
【0084】
さらに、制御装置50は、第1のテーブルT1においてバッテリバンクユニット1の充電開始時のバッテリバンクユニット1の温度に対応する充電停止時間を、実充電停止時間で更新する。実充電停止時間は、充電制御において、第1のバッテリバンク20の充電停止から第2のバッテリバンク30の充電開始までに実際に経過した時間である。すなわち、第1のテーブルT1に記憶されている充電停止時間は、第1バンク充電処理において実際に充電が停止された時間で更新される。
【0085】
例えば、バッテリバンクユニット1の充電開始時においてバッテリバンクユニット1の温度が25℃である場合、制御装置50は、第1のテーブルT1において、温度「20℃以上30℃未満」に対応する充電停止時間「B3」を、実充電停止時間で更新する。
【0086】
実トータル充電時間および実充電停止時間は、バッテリバンクユニット1の周囲の環境、電源電圧値、第1、2のバッテリバンク20、30の温度、バッテリバンクユニット1の経年変化および第1、2のバッテリバンク20、30の劣化度合い(以下、バッテリバンクユニット1の周囲の環境等と記載する。)によって変動する。よって、更新トータル充電時間および実充電停止時間によって第1のテーブルT1が更新されることで、第1のテーブルT1に格納されている値を、バッテリバンクユニット1の周囲の環境等に対応させることができる。したがって、制御装置50は、第1、2のバッテリバンク20、30の充電が実行される度に、バッテリバンクユニット1の周囲の環境等の変化に対応するように第1のテーブルT1を更新することで、充電制御が実行される際に、残時間を精度よく算出することができる。
【0087】
制御装置50は、S26にて第1のテーブルT1を更新すると、残時間を算出する制御を終了する。また、制御装置50は、残時間の通知を終了する。なお、バッテリバンクユニット1の充電制御中において、外部電源2の停電が発生して第1、2のバッテリバンク20、30の少なくとも一方が放電した場合、制御装置50は、第1のテーブルT1の更新を実行せずに、残時間を算出する制御を終了する。
【0088】
本開示は、これまでに説明した実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、各種変形を本実施の形態に施したものも、本開示の範囲内に含まれる。
【0089】
例えば、記憶部51は、複数のテーブルを記憶してもよい。以下、記憶部51が、図7の第2のテーブルT2をさらに記憶している場合について説明する。第2のテーブルT2は、温度と、トータル充電時間と、充電停止時間とが、第1のテーブルT1と同様に互いに対応づけられている。第2のテーブルT2は、トータル充電時間および充電停止時間に格納されている値が第1のテーブルT1と異なる。
【0090】
制御装置50は、充電制御中に充電開始時残時間を算出する際に、バッテリバンクユニット1の充電開始時のSOCに基づいて、第1、2のテーブルT1、T2の中から情報取得元となるテーブルを選択する。制御装置50は、具体的には、バッテリバンクユニット1の充電開始時のSOCが予め定められている第2充電率(例えば90%)より低い場合、第1のテーブルT1を選択する。一方、制御装置50は、バッテリバンクユニット1の充電開始時のSOCが第2充電率以上である場合、第2のテーブルT2を選択する。第2充電率は、後述するバッテリバンクユニット1の充電時の特性に基づいて定められる任意の値である。
【0091】
例えば、バッテリバンクユニット1が外部電源2に接続されて充電制御が開始される時に、バッテリバンクユニット1のSOCが第2充電率(90%)より低い例えば20%である場合、制御装置50は、第1のテーブルT1を選択する。
【0092】
一方、バッテリバンクユニット1が外部電源2および負荷装置3に接続されている場合、外部電源2の停電が発生しなくても、自然放電等によってバッテリバンクユニット1のSOCが低下する。バッテリバンクユニット1のSOCが低下して90%となることで充電制御が開始されるように定められている場合、制御装置50は、充電制御の開始時のSOCが第2充電率(90%)以上であることに基づいて、第2のテーブルT2を選択する。
【0093】
バッテリバンクのSOCは、充電時におけるバッテリバンクの電圧の上がり方およびバッテリバンクの温度の上がり方等の特性に影響を及ぼす。よって、充電開始時のバッテリバンクユニット1のSOCが異なると、バッテリバンクユニット1のバンク電圧値の単位時間あたりの上昇量、および、バッテリバンクユニット1の温度の単位時間あたりの上昇量等の充電時の特性が異なり、充電率の上がり方が異なる。よって、制御装置50は、充電開始時のバッテリバンクユニット1のSOCに基づいて、適切なテーブルを選択することで、残時間を精度よく算出することができる。
【0094】
また、第1、2のバッテリバンク20、30は、互いに異なるように構成されてもよい。この場合、第1、2のテーブルT1、T2において、第1バンク充電処理での充電停止時間、第2バンク充電処理での第2の充電停止時間、温度およびトータル充電時間が互いに対応づけられていてもよい。第2の充電停止時間は、第1のテーブルT1に格納するトータル充電時間を定める実験において、第2バンク充電処理で充電が停止している時間に相当する。
【0095】
また、第1、2のバッテリバンク20、30が互いに異なるように構成されている場合、充電停止時間と第2の充電停止時間とが等しいとみなすことができない。この場合、式(1)の「m×Ts」は、バッテリバンクの個数が2個であるとき、テーブルに格納されている充電停止時間と第2の充電停止時間とを加算する式に差し替えられる。
【0096】
また、第1、2のバッテリバンク20、30が互いに異なるように構成されている場合、第1バンク充電処理の終了時点で残時間が補正されないように、すなわち、図6においてS23、24が実行されないようにしてもよい。
【0097】
また、制御装置50は、充電制御において、一括充電処理を行わずに、第1バンク充電処理、および、第2バンク充電処理を実行するようにしてもよい。この場合、図4のS1およびS2は実行されず、修正開始時残時間の算出において実一括充電時間はゼロとなる。
【0098】
また、バッテリバンクユニット1は、第1、2のバッテリバンク20、30を着脱可能に構成されてもよい。また、バッテリバンクユニット1は、バッテリバンクユニット1自身の構成要素として第1、2のバッテリバンク20、30を備えていなくてもよい。つまり、バッテリバンクユニット1は、入出力端子10と、充放電回路40と制御装置50と、各センサ60~64とを備えることで構成されていてもよい。この場合、別途手配された第1、2のバッテリバンク20、30を後付けすることによって、バッテリバンクユニット1が外部電源2のバックアップ装置として機能することができる。
【0099】
また、記憶部51は、制御装置50とは別体かつ制御装置50と通信可能に構成されてもよい。この場合、記憶部51は、インターネット等のネットワークを介して、制御装置50と通信可能に接続されてもよい。このように構成することにより、テーブルの情報を複数のバッテリバンクユニット1で共用することができ、さらに、複数のバッテリバンクユニット1でより精度が高い情報を格納したテーブルに更新していくことができる。また、制御装置50は、バッテリバンクユニット1とは別体に構成されていてもよい。この場合、制御装置50は、インターネット等のネットワークを介して、遠隔でバッテリバンクユニット1を制御し、かつ、残時間を算出することができる。また、記憶部51が残時間を算出する充電残時間算出プログラムを記憶しており、制御装置50は、充電残時間算出プログラムを読み出して実行することで、上記のように残時間を算出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0100】
本開示は、バッテリバンクユニットとして好適に利用される。
【符号の説明】
【0101】
1 バッテリバンクユニット
20 第1のバッテリバンク
30 第2のバッテリバンク
50 制御装置
T1 第1のテーブル
T2 第2のテーブル
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7