JP2008148485A - 電源システム設計方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の電池を直列接続した組電池1の電力を負荷3に供給する電源システムに関する設計方法として、負荷3の所要電力P1、組電池1を構成する電池の最大出力電流I1、最低使用電圧V1から、電池の直列接続数n1を、{P1/(V1×I1)}以上を満たす値に決定し、さらに、電池の平均電圧V2、組電池1の総所要電力容量R1から、電池の蓄積電流容量Q1を、{(V1×I1×R1)/(V2×P1)}以上を満たす値に決定した電源システムを構成する。ただし、組放電器2の効率をη1とした場合は、電池の直列接続数n1を、{P1/(η1×V1×I1)}以上を満たす値に決定し、電池の蓄積電流容量Q1を、{(η1×V1×I1×R1)/(V2×P1)}以上を満たす値に決定する。
【選択図】図1
Description
n1≧P1/(V1×I1)
を満たす値に決定することを特徴とする。
Q1≧(V1×I1×R1)/(V2×P1)
を満たす値に決定すること特徴とする。
n1≧P1/(η1×V1×I1)
を満たす値に決定すること特徴とする。
Q1≧(η1×V1×I1×R1)/(V2×P1)
を満たす値に決定することを特徴とする。
P2≧P1
の条件を満たし、かつ、前記直流電源の直列接続数n1を、
n1≧P2/(η1×V1×I1)
を満たす値に決定することを特徴とする。
P2≧P1
の条件を満たし、かつ、前記直流電源の蓄積電流容量Q1[Ah]を、
Q1≧(η1×V1×I1×R1)/(V2×P2)
を満たす値に決定することを特徴とする。
n2≧Q1/Q2
を満たす自然数の値に決定することを特徴とする。
本発明に係る電源システムの設計方法においては、負荷の所要電力と、組電源を構成する直流電源の最大出力電流と最低使用電圧とに基づいて、直流電源の直列接続数を決定し、および/または、負荷の所要電力と、組電源を構成する直流電源の最大出力電流と最低使用電圧と、さらに、直流電源の平均電圧と直流電源の総容量(つまり組電源の所要電力容量)とに基づいて、直流電源の単位容量(蓄積電流容量)を決定する。この結果、直流電源の出力電流の許容値を満足しながら、電源システムの負荷出力容量の低下を回避することができるという効果が得られる。
n1≧P1/(V1×I1)
を満たす値に決定する。
n1×V2×Q1≧R1
の関係が成立するように、直流電源の蓄積電流容量Q1[Ah]を、
Q1≧R1/(n1×V2)
≧(V1×I1×R1)/(V2×P1)
を満たす値に決定する。
図1は、本発明の電源システム設計方法を適用する電源システムに関する実施例1のブロック構成を説明するためのブロック構成図である。図1の電源システムにおいては、組電池1から出力される電力は、組放電器2を介して、負荷3へ放電される構成とされている。
n1≧P1/(η1×V1×I1) …(1)
を満たす値に決定する。
=3,750/(0.9×1.0×100)
=41.7
したがって、直列接続セル数n1は42以上と求められる。本実施例の場合、10セル分のニッケル水素蓄電池を直列接続した電池ユニットを単位として用いるため、電池ユニットを5個直列に接続したものとする。よって、ニッケル水素蓄電池の直列接続セル数は50セル(=n1)と決定される。
P3=P2/η1=5,000/0.9=5,556[W]
とする必要がある。
=5,000/(0.9×1.0×100)
=55.6
したがって、直列接続セル数n1は56以上と求められるので、56セル以上を直列接続すれば良いが、本実施例の場合、10セル分のニッケル水素蓄電池を直列接続した電池ユニットを単位として用いるため、電池ユニットを6個直列に接続したものとする。よって、ニッケル水素蓄電池の直列接続セル数は60セル(=n1)と決定される。
この場合、前述した具体的な数値例における直流電源つまりニッケル水素蓄電池の直列接続セル数n1を求めると、次の通りである。
=3,750/(1.0×100)
=37.5
したがって、直列接続セル数n1は38以上と求められ、10セル分のニッケル水素蓄電池を接続した電池ユニットを4個直列(40セル直列)に接続したものとして、組電池1を構成することにより、直流電源となるニッケル水素蓄電池の過電流を回避しながら、負荷3への供給能力も活かすことが可能な電源システムとすることができる。
次に、本発明の電源システム設計方法の実施例2について説明する。本実施例は、負荷への最長電力供給時間が既定である場合に好適な電源システムの設計方法の一例を説明するものである。図2は、本発明の電源システム設計方法を適用する電源システムに関する実施例2のブロック構成を説明するためのブロック構成図である。図2に示すように、本実施例において適用する電源システムの構成例においても、実施例1の図1の場合と同様、組電池1から出力される電力は、組放電器2を介して、負荷3へ放電される構成とされている。
n1≧P1/(η1×V1×I1) …(1)
を満たす値に決定する。
Q1≧(η1×V1×I1×R1)/(V2×P1) …(3)
を満たす値に決定する。
R1=P1×T1/η1
=3,750×1/0.8=4,687.5Wh
の容量が必要となる。
=3,750/(0.8×1.0×120)
=39.1
したがって、直列接続セル数n1は40以上と求められる。本実施例の場合、電池ユニットの概念を適用していないので、必要とするニッケル水素蓄電池の直列接続セル数は最小の40セル(=n1)と決定される。
=(0.8×1.0×120×4,687.5)/(1.2×3,750)
=100[Ah]
したがって、所要電力P1が3,750Wの負荷3を最大1時間に亘って電力を供給する組電池1を構成する場合、直流電源となるニッケル水素蓄電池の電池セルを40個直列接続し、各電池セル当たりの蓄積電流容量Q1を、100Ahに決定するように決定して構成すれば良い。
P3=P2/η1=5,000/0.8=6,250[W]
とする必要がある。
=5,000/(0.8×1.0×120)
=52.1
したがって、直列接続セル数n1は53以上と求められるので、53セル以上を直列接続すれば良く、ニッケル水素蓄電池の直列接続セル数は53セル(=n1)と決定される。
=(0.8×1.0×120×4,687.5)/(1.2×5,000)
=75
したがって、組電池1を構成する電池のセル電流容量Q1[Ah]は75Ah以上と求められる。よって、電池のセル電流容量(定格電流容量)つまり直流電源の蓄積電流容量Q1[Ah]を75Ahと決定する。
この場合、前述した具体的な数値例における直流電源つまりニッケル水素蓄電池の直列接続セル数n1を求めると、次の通りである。
=3,750/(1.0×120)
=31.3
したがって、直列接続セル数n1は32以上と求められるので、32セル以上を直列接続すれば良く、ニッケル水素蓄電池の直列接続セル数は最小の32セル(=n1)と決定される。
ただし、R1=P1×T1
この場合、前述した具体的な数値例について直流電源つまりニッケル水素蓄電池のセル電流容量Q1[Ah]を求めると、次の通りである。
Q1≧(V1×I1×R1)/(V2×P1)
=(1.0×120×3,750)/(1.2×3,750)
=100[Ah]
この場合も、セル電流容量(定格電流容量)が100Ahのニッケル水素蓄電池を32セル分直列接続して、組電池1を構成することにより、直流電源となるニッケル水素蓄電池の過電流を回避しながら、負荷3への供給能力も活かすことができる。
次に、直流電源を構成するニッケル水素蓄電池の電池容量が既定で、かつ、組電源を構成する組電池1の総電力容量が既定であった場合における電源システムの設計方法について、インバータを介して直流電源からの電力により交流負荷を駆動する場合を例にとって説明する。図3は、本発明の電源システム設計方法を適用する電源システムに関する実施例3のブロック構成を説明するためのブロック構成図である。図3の構成においては、3個並列接続した組電池1から、インバータ4を介して交流負荷5に電力を供給する。
R1=(P4×T1)/η1
=(150×18)/0.8
=3,375[Wh]
と計算される。
=800/(0.8×1.0×100)
=10
したがって、直列接続セル数n1は10以上と求められる。よって、組電池1の電池セルの直列接続数を10個とする。
=(0.8×1.0×100×3,375)/(1.2×800)
=281.25[Ah]
したがって、ニッケル水素蓄電池のセル電流容量Q1[Ah]は、281.25Ah以上と求められる。
=281.25/95
=2.96
したがって、並列接続する組電池1の系列数n2は、2.96以上の自然数の値であり、図3に示すように、3系列必要となる。
=3×{(1.2×95)×10}
=3,420[Wh]
したがって、3系列の組電池1の合計電力容量R2は、組電池1に必要な容量R1の3,375Whを充足する。
I2=P1/(η1×V1×n1)
=800/(0.8×1.0×10)
=100A
であり、当該ニッケル水素蓄電池の最大出力電流I1の100Aと同等であり、最大出力電流I1以下という要件を充足する。
以上の各実施例において詳細に説明したように、本発明に係る電源システムの設計方法の特徴は、負荷3の所要電力P1と、組電源の構成に用いる直流電源の最大出力電流I1と最低使用電圧V1とに基づいて、直流電源の直列接続数n1を決定し、および/または、負荷3の所要電力P1と、組電源の構成に用いる直流電源の最大出力電流I1と最低使用電圧V1と、さらに、直流電源の平均電圧V2と組電源の総所要電力容量R1とに基づいて、直流電源の単位容量Q1を決定することによって、これらに基づいて、電源システムを設計することにある。
本発明によって得られる効果について、以下に説明する。
Claims (12)
- 複数の直流電源を直列接続してなる組電源が出力する電力を、負荷に供給する電源システムを設計する電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力と、前記組電源を構成する前記直流電源の最大出力電流と最低使用電圧とに基づいて、前記直流電源の直列接続数を決定し、および/または、前記負荷の所要電力と、前記組電源を構成する前記直流電源の最大出力電流と最低使用電圧と、さらに、前記直流電源の平均電圧と前記組電源の所要電力容量とに基づいて、前記直流電源の蓄積電流容量を決定することを特徴とする電源システム設計方法。
- 複数の直流電源を直列接続してなる組電源が出力する電力を、負荷に供給する電源システムを設計する電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をP1[W]、前記直流電源の最大出力電流をI1[A]、前記直流電源の最低使用電圧をV1[V]とするとき、前記直流電源の直列接続数n1を、
n1≧P1/(V1×I1)
を満たす値に決定することを特徴とする電源システム設計方法。 - 請求項2に記載の電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をP1[W]、前記直流電源の最大出力電流をI1[A]、前記直流電源の最低使用電圧をV1[V]、前記直流電源の平均電圧をV2[V]、前記組電源の所要電力容量をR1[Wh]とするとき、前記直流電源の蓄積電流容量Q1[Ah]を、
Q1≧(V1×I1×R1)/(V2×P1)
を満たす値に決定すること特徴とする電源システム設計方法。 - 複数の直流電源を直列接続してなる組電源と、前記組電源からの電力を放電する組放電器とを有し、前記組電源が出力する電力を、前記組放電器を介して負荷に供給する電源システムを設計する電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をP1[W]、前記直流電源の最大出力電流をI1[A]、前記直流電源の最低使用電圧をV1[V]、前記組放電器の効率をη1とするとき、前記直流電源の直列接続数n1を、
n1≧P1/(η1×V1×I1)
を満たす値に決定すること特徴とする電源システム設計方法。 - 請求項4に記載の電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をP1[W]、前記直流電源の最大出力電流をI1[A]、前記直流電源の最低使用電圧をV1[V]、前記組放電器の効率をη1、前記直流電源の平均電圧をV2[V]、前記組電源の所要電力容量をR1[Wh]とするとき、前記直流電源の蓄積電流容量Q1[Ah]を、
Q1≧(η1×V1×I1×R1)/(V2×P1)
を満たす値に決定することを特徴とする電源システム設計方法。 - 複数の直流電源を直列接続してなる組電源と、前記組電源からの電力を放電する組放電器とを有し、前記組電源が出力する電力を、前記組放電器を介して負荷に供給する電源システムを設計する電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をP1[W]、前記直流電源の最大出力電流をI1[A]、前記直流電源の最低使用電圧をV1[V]、前記組放電器の効率をη1、前記組放電器の最大出力電力をP2[W]とするとき、
P2≧P1
の条件を満たし、かつ、前記直流電源の直列接続数n1を、
n1≧P2/(η1×V1×I1)
を満たす値に決定することを特徴とする電源システム設計方法。 - 請求項6に記載の電源システム設計方法において、前記負荷の所要電力をP1[W]、前記直流電源の最大出力電流をI1[A]、前記直流電源の最低使用電圧をV1[V]、前記組放電器の効率をη1、前記直流電源の平均電圧をV2[V]、前記組電源の所要電力容量をR1[Wh]、前記組放電器の最大出力電力をP2[W]とするとき、
P2≧P1
の条件を満たし、かつ、前記直流電源の蓄積電流容量Q1[Ah]を、
Q1≧(η1×V1×I1×R1)/(V2×P2)
を満たす値に決定することを特徴とする電源システム設計方法。 - 請求項3,5,7のいずれかに記載の電源システム設計方法において、前記直流電源の蓄積電流容量Q1[Ah]よりも電流容量が小さい定格電流容量Q2の直流電源により電源システムを構成する場合、前記定格電流容量Q2の直流電源を前記直列接続数n1台分直列接続してなる組電源を並列接続する、系列数n2として
n2≧Q1/Q2
を満たす自然数の値に決定することを特徴とする電源システム設計方法。 - 請求項1ないし8のいずれかに記載の電源システム設計方法において、あらかじめ定めた台数の前記直流電源を直列接続してなる電源ユニットを単位として、複数の前記電源ユニットを直列接続することにより、前記組電源を構成することを特徴とする電源システム設計方法。
- 請求項1ないし9のいずれかに記載の電源システム設計方法において、前記直流電源が、電池であることを特徴とする電源システム設計方法。
- 請求項10に記載の電源システム設計方法において、前記電池が、二次電池であることを特徴とする電源システム設計方法。
- 請求項11に記載の電源システム設計方法において、前記二次電池が、ニッケル水素蓄電池であることを特徴とする電源システム設計方法。
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-
2006
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