JP2008211935A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池からなる組電池の過放電および劣化を抑制し、かつ、給電動作の停止状態からの復帰が可能な電源システムを提供する。
【解決手段】組電池１の出力電圧を監視し、スイッチング素子４の開閉と負荷２の動作とを制御する制御部３の動作電源を、スイッチング素子４が挿入された給電線を介して組電池１から供給し、組電池１の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値以下のとき、スイッチング素子４は開放され、負荷２の動作は停止され、組電池１の給電動作が完全に停止する。また、制御部３への給電がないとき、スイッチング素子４は開放され、負荷２の動作が停止した状態を継続する。また、組電池１の交換後、スイッチング素子４に並列接続した手動スイッチ５を操作することにより、組電池１から制御部３への給電動作を再開し、再開した制御部３の制御により、スイッチング素子４を閉成させ、負荷２の動作も再開させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源システムに関し、特に、複数の電池からなる組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、電池の過放電を防止する防止手段と停止状態から動作を再開させる復帰手段とを備えた電源システムに関する。

直流電源に用いられる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への負担が少ないことが特徴であり、さらには、小型・軽量で、持ち運びにも便利であるため、車載用バッテリーや災害対策用電源として、近年、急速に普及しつつある。

ニッケル水素蓄電池を電源として用いる場合、例えば、単セルと呼ばれる単一のニッケル水素蓄電池（定格電圧１．２Ｖ、電流容量９５Ａｈ）をｋ本（例えば１０本）直列に接続したものを１単位（以降、１モジュールと称する）とし、さらに、このモジュールをｍ単位分（例えば４単位分）直列および／または並列に接続したものを組電池とし、さらに、ｎ組（例えば３組）の組電池を並列接続して、大容量のニッケル水素蓄電池システムを構成するようにしている。

このような大容量の電源システムにおいて、負荷へ供給する電力の供給能力を管理するための仕組みについても、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１の特開２００４−１１９１１２号公報「電源装置」、特許文献２の特開２００４−１２０８５６号公報「電源装置」、あるいは、特許文献３の特開２００４−１２０８５７号公報「電源装置」などには、並列接続した複数の組電池と、充電制御手段と、放電制御手段と、を備えた電源システムにおける管理手法が記載されている。

前記特許文献１には、保守・点検時における組電池の寿命の推定を容易にするために、組電池の製造日付を内部に保存して、保存した組電池の製造日付に基づいて、所定の電力を供給可能な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ている。

また、前記特許文献２には、組電池の劣化判定用に放電容量試験を実行中に停電等が発生したとしても、負荷側への給電を可能とするために、劣化判定対象の或る組電池の放電容量試験を実行する際に、当該組電池を満充電まで充電させるのみならず、劣化判定対象外の組電池も満充電まで充電させた上で、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ている。

また、前記特許文献３には、電力需要を平準化して電力コストを削減可能とするために、組電池の残存容量が充電開始閾値以下になったか否かを監視し、該充電開始閾値以下になった場合には、電力の利用が少ない深夜の所定時刻になるのを待って、当該組電池への補充電を開始させる電池監視手段を設けることが記載されている。
特開２００４−１１９１１２号公報 特開２００４−１２０８５６号公報 特開２００４−１２０８５７号公報

蓄電池、放電器および充電器を組み合わせることにより、商用電源の停電時にも負荷装置を動作させるためのバック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では、例えば、図８に示すように、複数のニッケル水素蓄電池を直列および／または並列に接続してなる組電池１と、交流入力１２からの交流電力をバイパスするバイパス回路１１と、交流電力を直流電力へ変換して各ニッケル水素蓄電池すなわち組電池１を充電する整流器６と、組電池１が出力する電力を交流電力へ変換するインバータ７と、切替器８とを有する。図８は、商用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電源システムの構成図である。

交流入力１２からの交流電力が有効であるときは、切替器８は、バイパス回路１１を交流負荷９へ接続し、入力された交流電力がそのまま交流負荷９へと出力される。さらに、交流入力１２からの交流電力により整流器６を介して組電池１を充電する。一方、交流入力１２からの交流電力が無効になる停電時においては、切替器８は、インバータ７の出力を交流負荷９へ接続し、組電池１から出力されたエネルギーがインバータ７を介して交流電力に変換されて交流負荷９へ供給される。

制御部３は、組電池１の安全の確保および電池劣化の防止を図るために、組電池１の状態を監視し、充電中の満充電の検知、組電池１の故障検知、および、インバータ７の運転制御を行う機能を有する。また、制御部３の動作には、電源が必要であり、交流入力１２からの交流電力の停電時においても、制御部３による制御を継続する必要があることから、この制御部３への動作電源は、組電池１から供給される。

一般に、組電池１を構成する蓄電池は、該蓄電池としてあらかじめ定められている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、制御部３の動作により、放電終止電圧に達した時点で組電池１の放電を停止させる必要がある。したがって、交流入力１２の交流電力が停電中において、組電池１から交流負荷９へ給電している場合は、制御部３は、組電池１の出力電圧を監視し、あらかじめ定めた電圧閾値つまり放電終止電圧以下に低下したとき、インバータ７の動作を停止させて交流負荷９への給電を停止する制御を行う。

しかしながら、インバータ７の停止後も、制御部３の動作電源として、組電池１の電力が供給され続けるため、組電池１が放電終止電圧以下に低下した後も組電池１の放電が継続し、組電池１の劣化が進行するという問題が発生する。

また、組電池１の過放電を回避するには、制御部３への給電線にスイッチを挿入し、組電池１の出力電圧が放電終止電圧以下に低下したときに、当該スイッチを開放させるという方法があるが、当該スイッチを開放した後に、給電動作を再開させるための復帰手段がないという別の問題が発生する。

かくのごとき問題は、ニッケル水素蓄電池システムなどの場合に限らず、リチウムイオン電池や鉛蓄電池などの二次電池を組み合わせてなる電源システムや、一次電池を含め、複数の電池を組み合わせてなる電源システムにおいても生じる問題である。

本発明は、かかる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、複数の電池からなる組電池から負荷に電力を供給するように構成した電源システムに関して、電池の過放電および劣化を抑制しながら負荷への給電を行い、かつ、停止した給電動作を再開させる復帰手段を有する電源システムを提供することにある。

また、商用の交流電源の電力を負荷へ供給しながら、組電池内の二次電池を充電する構成からなり、商用の交流電源の停電時に、組電池から負荷へ電力を供給するバックアップ用の電源システムにおいても、電池の過放電および劣化を抑制しながら負荷への給電を行い、かつ、停止した給電動作を再開させる復帰手段を有する電源システムを提供することにある。

本発明は、前述の課題を解決するために、以下のごとき各技術手段から構成されている。

第１の技術手段は、複数の電池を接続してなる組電池を備え、前記組電池が出力する電力を、負荷に供給するとともに、当該電源システムの動作を制御する制御部に供給する電源システムにおいて、前記制御部の動作電源が、スイッチング素子が挿入された給電線を経由して前記組電池から供給され、かつ、前記組電池の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値を超えている場合には、前記スイッチング素子が閉成状態にあり、前記制御部への給電がされて、前記制御部が動作し、前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値以下になった場合には、前記スイッチング素子が開放状態になり、前記制御部への給電が停止して、前記制御部の動作が停止することを特徴とする。

第２の技術手段は、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する整流器と、を備え、前記整流器が変換した直流電力を、負荷に供給するとともに、前記組電池当該電源システムの動作を制御する制御部に供給し、かつ、前記整流器の直流電力により前記組電池を充電する電源システムにおいて、前記制御部の動作電源が、前記交流電力が出力されている場合は、前記整流器から供給され、また、前記交流電力が停電している場合は、スイッチング素子が挿入された給電線を経由して前記組電池から供給され、かつ、前記交流電力の停電時に、前記整流器に代わって前記組電池から前記負荷に給電している状態において、前記組電池の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値を超えている場合には、前記スイッチング素子が閉成状態にあり、前記制御部への給電がされて、前記制御部が動作し、前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値以下になった場合には、前記スイッチング素子が開放状態になり、前記制御部への給電が停止して、前記制御部の動作が停止することを特徴とする。

第３の技術手段は、前記第２の技術手段に記載の電源システムにおいて、前記負荷が交流電力により駆動される交流負荷であった場合、前記整流器または前記組電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータを、前記整流器、前記組電池のそれぞれから前記負荷へ給電する給電線に挿入して備えていることを特徴とする。

第４の技術手段は、前記第３の技術手段に記載の電源システムにおいて、前記整流器への入力となる前記交流電力を前記交流負荷へ直接給電する給電経路と、前記インバータが出力する交流電力を前記交流負荷へ給電する給電経路と、を切り替える切り替え手段を備えていることを特徴とする。

第５の技術手段は、前記第４の技術手段に記載の電源システムにおいて、前記交流電力が出力されている場合は、前記切り替え手段の動作電源が前記整流器から供給されて、前記交流電力を前記交流負荷へ直接給電する給電経路に設定され、また、前記交流電力が停電している場合は、前記切り替え手段の動作電源が前記スイッチング素子が挿入された給電線を経由して前記組電池から供給されて、前記インバータが出力する交流電力を前記交流負荷へ給電する給電経路に設定され、かつ、前記交流電力の停電時に、前記整流器に代わって前記組電池から前記切り替え手段に給電している状態において、前記組電池の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値を超えている場合には、前記スイッチング素子が閉成状態にあり、前記切り替え手段への給電がされ、前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値以下になった場合には、前記スイッチング素子が開放状態になり、前記切り替え手段への給電が停止することを特徴とする。

第６の技術手段は、前記第２ないし第５の技術手段のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記整流器から前記制御部および／または前記切り替え手段への給電線に、前記制御部への給電方向および／または前記切り替え手段にのみ電力を通すダイオードが挿入され、前記整流器から前記負荷または前記インバータへの給電線に、前記負荷または前記インバータへの給電方向にのみ電力を通すダイオードが挿入されていることを特徴とする。

第７の技術手段は、前記第１ないし第６の技術手段のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記組電池の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値を超えている場合には、前記負荷および／または前記インバータが動作し、前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値以下になった場合には、前記負荷および／または前記インバータの動作が停止することを特徴とする。

第８の技術手段は、前記第１ないし第７の技術手段のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記スイッチング素子と並列に、ユーザにより操作可能な外部スイッチを接続し、前記組電池を交換した際に、前記外部スイッチを閉成することにより、交換した前記組電池から前記制御部および／または前記切り替え手段への給電が開始されることを特徴とする。

第９の技術手段は、前記第８の技術手段に記載の電源システムにおいて、前記外部スイッチは、ユーザが操作している間、または、ユーザの操作後あらかじめ定めた一定時間の間、閉成されることを特徴とする。

第１０の技術手段は、前記第１ないし第７の技術手段のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記組電池を交換したことを検知するセンサを備え、前記スイッチング素子と並列に、スイッチ回路を接続し、前記センサの検知結果に応じて、前記スイッチ回路を閉成することにより、交換した前記組電池から前記制御部および／または前記切り替え手段への給電が開始され、あらかじめ定めた一定時間経過後に、前記スイッチ回路を開放することを特徴とする。

第１１の技術手段は、前記第１ないし第１０の技術手段のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記制御部は、前記組電池の出力電圧を監視する電圧監視手段と、前記スイッチング素子の開閉を制御するスイッチング素子制御手段と、前記負荷の動作および動作停止を制御する負荷制御手段および／または前記インバータの動作および動作停止を制御するインバータ制御手段と、を少なくとも備え、前記電圧監視部が前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値を超えていることを検知した場合、前記スイッチング素子制御手段により前記スイッチング素子を閉成させ、かつ、前記負荷制御手段および／または前記インバータ制御手段により前記負荷および／または前記インバータの動作を開始させ、一方、前記電圧監視部が前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値以下であることを検知した場合、前記負荷制御手段および／または前記インバータ制御手段により前記負荷および／または前記インバータの動作を停止させた後、前記スイッチング素子制御手段により前記スイッチング素子を開放させることを特徴とする。

第１２の技術手段は、前記第１１の技術手段に記載の電源システムにおいて、前記スイッチング素子制御手段から前記スイッチング素子へ出力する開放用の制御信号の電圧レベル、および、前記負荷制御手段および／または前記インバータ制御手段により前記負荷および／または前記インバータへ出力する動作停止用の制御信号の電圧レベルを、ゼロ電位レベルとし、前記制御部への給電が停止した場合、前記スイッチング素子が開放され、前記負荷および／または前記インバータの動作が停止することを特徴とする。

第１３の技術手段は、前記第１２の技術手段に記載の電源システムにおいて、前記電圧監視部が前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値以下であることを検知した場合、前記負荷制御手段および／または前記インバータ制御手段により前記負荷および／または前記インバータの動作を停止させる動作を実施することなく、前記スイッチング素子制御手段により前記スイッチング素子を開放させる動作のみを実施することにより、前記制御部への前記組電池からの給電を停止させ、前記スイッチング素子の開放状態を継続させるとともに、前記負荷および／または前記インバータの動作を停止させることを特徴とする。

第１４の技術手段は、前記第１ないし第１３の技術手段のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記組電池を構成する前記電池は、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。

本発明の電源システムによれば、以下のごとき効果を奏することができる。

電源システムを前述の各技術手段に記載したように構成することによって、組電池を構成する電池例えば二次電池の放電動作は、過放電となる前に停止することができ、而して、電池例えば二次電池の劣化を防止し、電池寿命を延伸させることが可能となる。

また、給電動作の停止状態からの復帰動作を、商用電源の復電により自動的に行い、当該電源システムから負荷への給電動作を再開可能とする電源システムを提供することが可能となる。さらには、電池交換によって、給電動作の停止状態からの復帰を行う場合には、手動スイッチを操作することにより、当該電源システムから負荷への給電動作を再開する電源システムを提供することができる。

以下に、本発明に係る電源システムの最良の実施形態についてその一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（本発明の概要）
本発明の実施例の説明に先立って、まず、本発明の特徴についてその概要を説明する。本発明は、電源となる組電池を構成する電池の過放電を防止するとともに、給電動作を停止状態から再開させるための復帰手段を備えた電源システムに関するものである。

本発明においては、電源システムの制御を行う制御部は、組電池の出力電圧が、あらかじめ定めた電圧閾値（放電終止電圧）以下になった場合、組電池から当該制御部への給電線に配置しているスイッチング素子（第１のスイッチ：過放電防止用スイッチ）を開放することにより、当該制御部自身に対する組電池からの給電動作を停止して、当該制御部が動作を停止するとともに、当該制御部の動作の停止により、負荷の動作を停止させる指示を自動的に出力させることにより、負荷を停止させて、あるいは、スイッチング素子を開放する動作に先立って、負荷の動作を停止させる制御を行った後、スイッチング素子を開放して、当該制御部自身に対する組電池からの給電動作を停止させて、組電池の給電対象となるすべてに対して、組電池の放電動作を完全に停止させることを可能としている。

而して、組電池の過放電を確実に防止することができるという効果が得られる。

さらには、あらかじめ定めた電圧閾値（放電終止電圧）以下に低下した組電池を交換して、前記スイッチング素子と並列に接続されている手動スイッチ（第２のスイッチ：給電動作復帰用スイッチ）を操作することにより、組電池から制御部への電力供給が再開され、制御部が制御動作を再開して、負荷の動作を再開させることを可能としている。

また、商用交流電源により負荷へ電力を供給すると同時に、当該電源システムを構成する組電池内の二次電池を充電し、当該電源システムを商用交流電源のバックアップ電源システムとして利用している場合には、商用交流電源の停電時に、バックアップの組電池から給電動作をしている状態で、組電池の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値（放電終止電圧）以下に低下して、組電池からの給電動作も停止してしまった場合、停電していた商用交流電源の復電により、商用交流電源から組電池への充電動作が開始された時点で、自動的に、商用交流電源から整流器を介して組電池の充電動作と制御部への給電動作を再開することにより、制御部が制御動作を再開して、負荷の動作を再開させることも可能としている。

以下に、本発明の実施の形態について、組電池を構成する電池がニッケル水素蓄電池または鉛蓄電池の二次電池である場合を例として説明するが、本発明は、ニッケル水素蓄電池や鉛蓄電池の場合のみに限られるものではない。例えば、複数のリチウムイオン電池など、ニッケル水素蓄電池や鉛蓄電池以外の二次電池の組み合わせからなる電池システムであっても、あるいは、一次電池を含め、複数の電池の組み合わせからなる電池システムであっても、全く同様に適用することができる。

また、以下の説明では、ニッケル水素蓄電池や鉛蓄電池を直列接続して組電池を構成する場合を例にとって説明するが、ニッケル水素蓄電池や鉛蓄電池を直列および／または並列に接続して組電池を構成しても、全く同様に適用することができる。

なお、組電池の放電対象となる負荷は、外部からの制御信号（当該電源システムの制御部からの制御信号）によって、動作させたり、動作を停止させたりすることを可能とするように構成されているものとする。

また、負荷が直流電力により駆動される場合のみならず、交流電力により駆動される交流負荷であった場合についても、組電池からの直流電力をインバータを介して交流電力に変換して負荷へ給電する電源システムを構成することもできる。かかる場合のように、組電池からインバータを介して負荷（交流負荷）に給電する場合、当該インバータについても、外部からの制御信号（当該電源システムの制御部からの制御信号）によって、動作させたり、動作を停止させたりすることを可能とするように構成されているものとする。

ここで、以下の実施例では、負荷やインバータの動作を制御する制御部からの制御信号については、前述したスイッチング素子（第１のスイッチ：過放電防止用スイッチ）の開閉を制御する制御信号も含め、すべて、レベル信号とする場合について説明している。つまり、スイッチング素子は、外部からの電圧レベルの印加によって、開閉を制御する制御用端子を有しており、負荷やインバータも、それぞれの内部に、外部からの電圧レベルの印加によって、それぞれの動作／停止を制御する動作制御回路の制御用端子を有しているものとしている。なお、スイッチング素子の制御用端子、負荷やインバータの動作制御回路の制御用端子へゼロ電圧レベルが印加された場合には、スイッチング素子は開放状態になり、負荷やインバータの動作は停止し、一方、スイッチング素子の制御用端子、負荷やインバータの動作制御回路の制御用端子へあらかじめ定めた電圧レベルが印加された場合には、スイッチング素子は閉成状態になり、負荷やインバータの動作は起動するものとする。

したがって、以下の実施例においては、スイッチング素子の制御用端子に、閉成用電圧レベルとしてあらかじめ定めた電圧レベルを、制御部から印加すると、スイッチング素子は閉成し、一方、ゼロ電圧レベルを、制御部から印加すると、スイッチング素子は開放する。また、負荷やインバータの動作制御回路の制御用端子に、動作用電圧レベルとしてあらかじめ定めた電圧レベルを、制御部から印加すると、負荷やインバータの動作が起動し、一方、ゼロ電圧レベルを、制御部から印加すると、負荷やインバータの動作は停止する。

＜第１の実施例＞
図１は、本発明の電源システムの第１の実施例の構成を説明する構成図である。図１においては、ニッケル水素蓄電池（例えば、単セル定格電圧１．２Ｖ、定格容量９５Ａｈ、最低使用電圧１．０Ｖ）を１０セル直列接続することにより、組電池１（定格電圧１２Ｖ、定格容量９５Ａｈ）を構成し、負荷２へ接続する。なお、負荷２は、内部に動作制御回路の制御用端子を備え、前述のように、外部からの制御信号例えば制御部３からの制御信号として、該制御用端子に印加される電圧レベルによって動作および停止が可能である。また、本実施例では、ニッケル水素蓄電池セルを１０セル直列接続した場合について説明するが、組電池１として、任意のセル数からなる複数の電池を直列および／または並列接続して構成しても構わない。

図１の構成において、組電池１の最低使用電圧（放電終止電圧）は、１０Ｖ（＝１セル当たり最低使用電圧１．０Ｖ×１０セル）であり、この最低使用電圧を下回って放電を継続すると、過放電による劣化が起こり得る。

制御部３は、組電池１の出力電圧を監視し、負荷２の動作および停止を制御する制御信号（動作／停止制御用電圧レベル）を出力し、スイッチング素子４を開閉する制御信号（開閉制御用電圧レベル）を出力することができる。すなわち、制御部３は、図１に示すように、組電池１の出力電圧を監視する電圧監視手段である電圧監視部３ａ、スイッチング素子４の開閉を制御する制御信号（開閉制御用電圧レベル）を出力するスイッチング制御手段であるスイッチング素子制御部３ｂ、および、負荷２の動作を制御する制御信号（動作／停止制御用電圧レベル）を出力する負荷制御手段である負荷制御部３ｃを少なくとも備えて構成されている。なお、制御部３の動作電源は、図１に示すように、組電池１からスイッチング素子４または手動スイッチ５を介して供給される。

ここで、負荷２の動作を制御するために、制御部３から負荷２内の動作制御回路の制御用端子に出力する制御信号（動作／停止制御用電圧レベル）の動作波形について、スイッチング素子４の制御用端子に出力する制御信号（開閉制御用電圧レベル）の動作波形とともに、図７のタイムチャートを用いてさらに説明する。図７は、図１に示す電源システムの制御部３から負荷２とスイッチング素子４とにレベル信号として出力される制御用電圧レベル（制御信号）の一例を説明するためのタイムチャートである。

前述したように、スイッチング素子制御部３ｂが、スイッチング素子４（第１のスイッチ：過放電防止用スイッチ）の開閉を制御するために出力する制御信号も、負荷制御部３ｃが負荷２の動作を制御するために出力する制御信号も、いずれも、レベル信号であり、該制御信号として、スイッチング素子４の制御用端子、負荷２の動作制御回路の制御用端子に対して、それぞれの動作用としてあらかじめ定めた電圧レベルを印加することによって、それぞれ、スイッチング素子４を閉成させ、負荷２を動作させ、一方、スイッチング素子４の制御用端子、負荷２の動作制御回路の制御用端子に対して、ゼロ電圧レベルを印加することによって、それぞれ、スイッチング素子４を開放させ、負荷２の動作を停止させる。

なお、スイッチング素子４の制御用端子、負荷２の動作制御回路の制御用端子に対してそれぞれの動作用として印加した電圧レベルは、そのまま持続する状態になるが、制御部３への電力供給が停止した場合、給電状態にない制御部３から、スイッチング素子４の制御用端子、負荷２の動作制御回路の制御用端子に印加されている電圧レベルは、ゼロ電圧レベルに強制的に設定されることになり、スイッチング素子４は開放され、負荷２の動作は停止する。

図７において、組電池１からの出力電圧Ｖｄが、あらかじめ定めた電圧閾値Ｖ１よりも大きい組電池１を接続して、時刻Ｔ０において、手動スイッチ５の押下操作をすると、組電池１からＯＮ状態の手動スイッチ５を介して制御部３への給電が開始され、これによって、制御部３の制御動作が開始される。

制御部３は、電圧閾値Ｖ１を超える出力電圧Ｖｄを出力していることを検知すると、時刻Ｔ１において、スイッチング素子４を閉成させる閉成制御信号として、スイッチング素子４の制御用端子に閉成用電圧レベルとしてあらかじめ定めた電圧レベルを印加する。この結果、スイッチング素子４は閉成され、以降、スイッチング素子４の制御用端子は、閉成用電圧レベルが印加された状態が継続し、スイッチング素子４は閉成状態を持続する。

さらに、制御部３は、時刻Ｔ２において、負荷２を動作させる動作制御信号として、負荷２の動作制御回路の制御用端子に動作用電圧レベルとしてあらかじめ定めた電圧レベルを印加する。この結果、負荷２は動作を開始し、以降、負荷２の制御用端子は、動作用電圧レベルが印加された状態が継続し、負荷２は動作状態を持続する。

しかる後、負荷２および制御部３への給電動作により、組電池１の出力電圧Ｖｄが徐々に低下し、ついに、時刻Ｔ３において、あらかじめ定めた電圧閾値Ｖ１にまで低下したことを検知すると、制御部３は、時刻Ｔ４において、スイッチング素子４を開放させる開放制御信号として、スイッチング素子４の制御用端子にゼロ電圧レベルを印加する。この結果、時刻Ｔ４とほぼ同時の時刻Ｔ５で、スイッチング素子４は開放され、制御部３への組電池１からの電力供給が停止し、制御部３の動作電圧がゼロ電位レベルになるので、以降、スイッチング素子４の制御用端子には、ゼロ電位レベルが持続する状態になり、スイッチング素子４は開放されたままになる。

一方、制御部３の動作電圧がゼロ電位レベルになると、時刻Ｔ５とほぼ同時の時刻Ｔ６で、負荷２の動作制御回路の制御用端子に印加されていた動作電圧レベルもゼロ電位レベルにリセットされることになり、負荷２の動作も停止する。ここで、負荷２が停止する動作は、制御部３が給電されていて動作中の状態において、負荷制御部３ｃから負荷２の動作を停止させる動作停止制御信号として、負荷２の動作制御回路の制御用端子に対してゼロ電圧レベルが印加される場合と全く同様である。

ここで、制御信号としてレベル信号を用いる場合、スイッチング素子４や負荷２の動作制御回路の制御用端子の構成部について、次のような構成を採用すれば効果的である。スイッチング素子４は、制御部３への電力供給がなくなった際に、開放を指示する開放用制御信号として、スイッチング素子４の制御用端子にゼロ電圧レベルが印加されることによって、自動的に開放状態に切り替わるように、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いて構成し、ＦＥＴのゲート電位がゼロレベルの状態では、ＦＥＴが非導通となり、開放されるようにすれば良い。また、負荷２についても、動作制御回路の制御用端子に制御部３からゼロ電圧レベルが印加されることによって、自動的に開放状態に切り替わるように、動作制御回路の構成素子として、スイッチング素子４の場合と同様に、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いて構成し、ＦＥＴのゲート電位がゼロレベルの状態では、ＦＥＴが非導通となり、動作が停止するものを選定すれば良い。

以上で、本実施例における制御部３からレベル信号として出力される制御信号（制御用電圧レベル）の設定動作の一例の説明を終了して、次に、図１の電源システムが動作停止状態から復旧するための手段について説明する。図１に示すように、スイッチング素子４と並列に、当該電源システムのオペレータが手動で操作することができる手動スイッチ５を接続している。手動スイッチ５は、オペレータが押下操作をしている間のみ、閉成された状態を維持し、オペレータが手を離すと、開放状態に復帰するような構造としている。ここで、手動スイッチ５は、あらかじめ定めた電圧閾値（放電終止電圧）以下に放電してしまった組電池１をオペレータが新しい組電池１と交換した際に押下操作をするためのものであり、手動スイッチ５が押下されて閉成することにより、交換した新しい組電池１から制御部３への給電動作が再開されて、制御部３の制御動作が再開される。

しかる後、制御部３の電圧監視部３ａにて、交換後の組電池１の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値を超えていることを検出すると、スイッチング素子制御部３ｂにより、スイッチング素子４を閉成する閉成用制御信号として、スイッチング素子４の制御用端子に、閉成用電圧レベルの電圧が印加され、スイッチング素子４は開放状態から閉成状態に切り替わる。したがって、その後、手動スイッチ５からオペレータが手を離して、手動スイッチ５が開放状態に移行してしまっても、スイッチング素子４を介して組電池１から制御部３への給電動作が継続することになる。

以上のように、スイッチング素子４は、組電池１の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値（例えば、組電池１として放電可能な最低限の電圧を示す最低使用電圧つまり放電終止電圧）以下に低下した場合に、組電池１の過放電を防止するために、制御部３、負荷２への放電動作を抑止するための過放電保護用スイッチ（第１のスイッチ）として機能し、手動スイッチ５は、電源システムとしての動作を制御する制御部３への給電がなくなり、一切の動作が停止した状態になった場合に、停止状態から脱して動作状態を再開させるための復帰用スイッチ（第２のスイッチ）として機能する。

次に、制御部３の動作について図２のフローチャートを用いてさらに説明する。図２は、図１に示す電池システムにおいて制御部３による負荷２およびスイッチング素子４の制御の流れの一例を説明するフローチャートであり、本発明の電源システムの制御方法の一例を示している。なお、かかる電源システムの制御方法をコンピュータにより実行可能な電源システム制御プログラムとして実施しても良いし、あるいは、該電源システム制御プログラムをコンピュータにより読み取り可能なプログラム記録媒体に記録するようにしても良い。

図２において、電源システムへの新しい組電池１の設定が終了して、例えば、手動スイッチ５を押下操作することによって、制御部３への給電動作が開始される。電源システムとしての制御動作を開始した制御部３は、まず、スイッチング素子制御部３ｂによりスイッチング素子４を閉成（短絡）させる制御信号として、スイッチング素子４の制御用端子に閉成用電圧レベルを印加して、スイッチング素子４を閉成させる（ステップＳ２１）。

次に、負荷制御部３ｃにより負荷２を動作させる制御信号として、負荷２の動作制御回路の制御用端子に動作用電圧レベルを印加して、負荷２を動作させる（ステップＳ２２）。ここで、スイッチング素子４の閉成用電圧レベル、負荷２の動作用電圧レベルは、以降、継続して保持され続け、スイッチング素子４は閉成された状態を継続し、負荷２は動作状態を継続する。なお、スイッチング素子４を閉成させる制御信号として閉成用電圧レベルを出力するステップＳ２１と負荷２を動作させる制御信号として動作用電圧レベルを出力するステップ２２との順序は逆でも構わない。

しかる後、制御部３は、電圧監視部３ａにより組電池１の出力電圧Ｖｂを監視し、出力電圧Ｖｂが当該組電池１についてあらかじめ定めた電圧閾値Ｖ１（例えば組電池１の最低使用電圧１０Ｖ）を越えている間は（ステップＳ２３のＮＯ）、ステップＳ２３における組電池１の出力電圧Ｖｂの監視動作を繰り返す。

一方、組電池１の出力電圧Ｖｂが電圧閾値Ｖ１（例えば組電池１の最低使用電圧１０Ｖ）以下となったとき（ステップＳ２３のＹＥＳ）、ステップＳ２４へ進み、制御部３は、スイッチング素子制御部３ｂによりスイッチング素子４を開放する開放用制御信号として、スイッチング素子４の制御用端子にゼロ電圧レベルを印加して、スイッチング素子４を開放する（ステップＳ２４）。スイッチング素子４が開放されて、制御部３への動作電力の供給が停止すると、負荷２の動作制御回路の制御用端子に印加されていた動作用電圧レベルも強制的にゼロ電圧レベルに設定されて、負荷２の動作が停止する。この結果、組電池１の放電動作は完全に停止する。

負荷２、制御部３への給電動作が停止し、組電池１の放電動作が完全に停止すると、以降においては、スイッチング素子４の制御用端子、負荷２の動作制御回路の制御用端子のそれぞれへの印加電圧レベルは、ゼロ電圧レベルを保持し続けるので、スイッチング素子４は開放された状態を継続し、負荷２は動作停止状態が継続する。

なお、ステップＳ２４においては、スイッチング素子４を開放することによって、制御部３の電力供給が停止し、その結果として、負荷２の動作制御回路の制御用端子もゼロ電圧レベルに設定されて、負荷２の動作が停止する場合について説明したが、まず、負荷制御部３ｃにより負荷２に対する動作停止用の制御信号として負荷２の動作制御回路の制御用端子へゼロ電圧レベルを印加した後、スイッチング素子４を開放する制御信号として、スイッチング素子４の制御用端子にゼロ電圧レベルを印加する動作を行うようにしても良い。

ここで、電圧閾値Ｖ１として、前述のように、組電池１の放電可能な最低使用電圧（放電終止電圧）を設定することによって、過放電による電池劣化を防止することができる。

以上のような制御を実行することにより、組電池１の出力電圧Ｖｂが電圧閾値Ｖ１（例えば最低使用電圧１０Ｖ）より大きい間は、組電池１から負荷２へ給電されて、負荷２の動作は継続し、一方、出力電圧Ｖｂが電圧閾値Ｖ１（例えば最低使用電圧１０Ｖ）以下となったときには、スイッチング素子４が開放されて、以降、制御部３への動作電力の供給がない状態が継続し、その結果、負荷２の動作の停止状態が継続して、組電池１の放電が完全に停止される。而して、組電池１の過放電を防止することができる。

なお、放電停止後に、電池システムの制御部３の動作を再開させて、負荷２の動作を再開するためには、前述のように、組電池１を電圧閾値Ｖ１（例えば最低使用電圧１０Ｖ）よりも高いものに交換した後、スイッチング素子４に対して並列に接続されている手動スイッチ５を押下操作すれば良い。

また、後述する図５に示すような構成の交流負荷に対する電源システムヘ適用する場合については、図１において、負荷２をインバータ７と読み替えることにより、全く等価の制御構造とすることができる。つまり、負荷が交流電力により駆動される交流負荷９であり、組電池１の出力側に、直流電力を交流電力に変換するインバータ７を接続し、インバータ７の出力により交流負荷９を駆動する構成としている場合、組電池１の出力電圧があらかじめ定められた電圧閾値（例えば最低使用電圧１０Ｖ）以下となったときには、交流負荷９の動作を停止させる指示を行う代わりに、インバータ７の動作を停止させる指示を行うようにすれば良い。

一般に、インバータ７は、外部からの制御用電圧レベルに応じて、動作／停止する動作制御回路の制御用端子を備えている。したがって、制御部３から、動作用電圧レベルとしてあらかじめ定められている電圧レベルを該制御用端子に印加することによって、インバータ７の動作を開始させ、運転停止信号として、ゼロ電圧レベルを該制御用端子に印加することによって、インバータ７の出力を停止させることができ、スイッチング素子４の開放により制御部３への給電動作が停止した際に、インバータ７への放電動作も停止させることができる。

放電停止後に、組電池１を電圧閾値Ｖ１（例えば最低使用電圧１０Ｖ）よりも高いものに交換した後、手動スイッチ５を押下操作すれば、手動スイッチ５が閉成されて、交換後の組電池１から制御部３へ給電されるため、制御部３が始動し、制御部３のスイッチング素子制御部３ｂにて、スイッチング素子４を閉成させた後、負荷制御部３ｃに代わるインバータ制御部の動作によりインバータ７の動作制御回路の制御用端子に対して動作用電圧レベルが印加されて、インバータ７の動作が再開され、負荷２への給電動作が再開されるように制御することができる。

以上に詳細に説明したように、本実施例における電源システムは、以下のような特徴を有している。

本実施例の電源システムにおいては、二次電池を含め複数の電池からなる組電池１の出力電圧を監視し、負荷２の動作を制御し、かつ、スイッチング素子４の開閉を制御する制御部３を備え、制御部３の動作電源を、組電池１からスイッチング素子４を挿入した給電線を介して供給し、組電池１の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値以下のとき、スイッチング素子４を開放し、制御部３には電力が供給されない状態とする。また、制御部３に電力が供給されない状態においては、負荷２の動作を停止させる。

さらに、スイッチング素子４に対して、並列に、操作している間のみ閉成（短絡）される手動スイッチ５が接続され、組電池１から制御部３への電力供給を開始したい場合、手動スイッチ５を操作することにより、制御部３の動作電源を組電池１から供給し、制御部３の動作を再開させることを可能とし、制御部３の制御動作により、制御部３への給電線に挿入されているスイッチング素子４を閉成させるとともに、負荷２の動作を再開させる。

以上のような特徴を備えることによって、組電池１の放電動作は過放電となる前に停止され、組電池１を構成する電池の劣化を防止し、該電池の寿命を延伸することが可能となる。さらに、電源システムの停止後に、組電池１を新しい組電池に交換して、手動スイッチ５を操作することにより、電源システムを停止状態から動作状態へ復帰させることが可能となる。

＜第２の実施例＞
図３は、本発明の電源システムの第２の実施例の構成を説明する構成図であり、商用交流電源による整流器からの電力供給をバックアップするための電源システムの構成例を示している。図３においては、鉛蓄電池（例えば、単セル定格電圧２．０Ｖ、定格容量１００Ａｈ、最低使用電圧１．７Ｖ）を６セル直列接続することにより、組電池１（定格電圧１２Ｖ、定格容量１００Ａｈ）を構成し、負荷２へ接続する。なお、負荷２は、第１の実施例と同様、内部の動作制御回路の制御用端子に制御部３からの制御信号として制御用電圧レベルを印加することによって動作および停止が可能である。また、本実施例では、鉛蓄電池セルを６セル直列接続した場合について説明するが、組電池１として、任意のセル数からなる複数の電池を直列および／または並列接続して構成しても構わない。

本実施例においては、組電池１の最低使用電圧（放電終止電圧）は、１０．２Ｖ（＝１セル当たり最低使用電圧１．７Ｖ×６セル）であり、この最低使用電圧を下回って放電を継続すると、過放電による劣化が起こり得る。

図３の構成において、整流器６は、入力される商用交流電源（交流電力）を直流電力へ変換するものであり、商用交流電源が有効である限り、負荷２および制御部３へ給電するとともに、組電池１を充電する。また、整流器６から負荷２への給電線には、負荷２への給電方向にのみ電力を通すダイオード７ａが挿入され、負荷２に対してはダイオード７ａを介して整流器６から給電されるとともに、組電池１についてもダイオード７ａを介して整流器６から充電される。また、整流器６から制御部３への給電線には、制御部３への給電方向にのみ電力を通すダイオード７ｂが挿入され、制御部３に対してはダイオード７ｂを介して整流器６から給電される。

ここで、商用交流電源が有効であるときは、整流器６が出力する直流電力により、負荷２と制御部３とに対する給電と組電池１への充電とが行われるが、商用交流電源が停電となり無効になったときは、整流器６の出力が停止するため、組電池１から出力される電力が、負荷２と制御部３とに供給される。なお、ダイオード７ａ，７ｂにより、商用交流電源の停電時において、組電池１から出力される電力は、負荷２、制御部３に対して供給されるのみにして、出力が停止した整流器６側に逆流することを抑止している。

制御部３は、第１の実施例と同様に、組電池１の出力電圧を監視し、負荷２の動作および停止を制御し、スイッチング素子４を開閉することができる。すなわち、制御部３は、図３に示すように、第１の実施例における図１の場合と同様、電圧監視部３ａ、スイッチング素子制御部３ｂ、および、負荷制御部３ｃを少なくとも備えて構成されている。

なお、制御部３の動作電源については、前述のように、商用交流電源が有効な場合は、整流器６からダイオード７ｂを介して供給され、商用交流電源が停電した場合は、組電池１からスイッチング素子４または手動スイッチ５を介して供給される。

図３の構成においても、スイッチング素子制御部３ｂがレベル信号としてスイッチング素子４の制御用端子に出力する開閉制御用の電圧レベルおよび負荷制御部３ｃが負荷２の動作制御回路の制御用端子に出力する動作／停止制御用の電圧レベルは、第１の実施例の場合と全く同様であり、ここでの説明は省略する。制御信号としてレベル信号を用いる場合、スイッチング素子４や負荷２の動作制御回路の制御用端子の回路部として、本実施例においても、第１の実施例にて説明したような構成で電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いることが効果的である。

なお、図３に示すように、電源システムの停止状態から復旧するための手段として、第１の実施例の場合と同様に、スイッチング素子４と並列に、当該電源システムのオペレータが手動で操作することができる手動スイッチ５を接続しており、手動スイッチ５を用いて、第１の実施例で説明した復旧手順と同様の手順で、電源システムの動作を再開させることができる。

図４は、図３に示す電池システムにおいて制御部３による負荷２およびスイッチング素子４の制御の流れの一例を説明するフローチャートであり、本発明の電源システムの制御方法の異なる例を示している。なお、かかる電源システムの制御方法をコンピュータにより実行可能な電源システム制御プログラムとして実施しても良いし、あるいは、該電源システム制御プログラムをコンピュータにより読み取り可能なプログラム記録媒体に記録するようにしても良い。

図４のフローチャートは、電源システムへの新しい組電池１の設定が終了して、例えば、手動スイッチ５を押下操作することによって、あるいは、商用交流電源が復電することによって、制御部３への給電動作が開始されて、当該電源システムが起動されることにより開始される。以降のステップＳ４１からＳ４４までの各ステップの動作は、６セルの鉛蓄電池からなる組電池１を使う本実施例の場合、その最低使用電圧となる電圧閾値Ｖ１を例えば１０．２Ｖ（＝１セル当たり最低使用電圧１．７Ｖ×６セル）と設定すること以外については、第１の実施例の図２の場合のステップＳ２１からＳ２４までの各ステップと全く同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

図４のような手順を実行して、制御部３が動作状態を保持している状態において、商用交流電源が何らかの原因により停電した場合には、商用交流電源が停電した場合のバックアップ電源として、組電池１から負荷２への給電を自動的に行うことによって、負荷２は動作を継続することができる。ただし、商用交流電源の停電時においてバックアップ給電をしている状態で、組電池１の出力電圧Ｖｂが電圧閾値Ｖ１（例えば最低使用電圧１０．２Ｖ）以下となったときには、第１の実施例の場合と同様、組電池１の過放電を防止するために、スイッチング素子４が開放されて、制御部３の電力供給が停止され、負荷２の動作も強制的に停止される。その結果、組電池１の放電動作は完全に停止し、組電池１の過放電を防止することができる。

なお、組電池１からの放電停止後に、商用交流電源が復電すると、整流器６が直流電力の出力を開始し、ダイオード７ａを介して負荷２への給電および組電池１への充電動作が再開されるとともに、ダイオード７ｂを介して制御部３へも給電され、制御部３の制御動作も再開されるので、制御部３のスイッチング素子制御部３ｂの動作により、スイッチング素子４が閉成（短絡）され、さらに、負荷制御部３ｃの動作により負荷２の動作が再開される。以降は、整流器６の出力により、負荷２と制御部３とに対する給電動作と組電池１への充電とが継続するようになる。

また、放電停止後の復帰を商用交流電源の復電によらず、組電池１の交換により、電源システムを始動させる必要がある場合には、第１の実施例と同様、組電池１を電圧閾値Ｖ１（例えば最低使用電圧１０．２Ｖ）よりも高いものに交換した後、スイッチング素子４に対して並列に接続されている手動スイッチ５を押下操作すれば良い。

なお、後述する図５に示すような構成の交流負荷に対する電源システムヘ適用する場合については、図３において、負荷２をインバータ７と読み替えることにより、全く等価の制御構造とすることができ、本実施例の場合、商用交流電源の復電時により、自動的に、インバータ７の動作を開始させることができること以外については第１の実施例において説明した場合とほぼ同様である。

以上に説明したように、本実施例における電源システムは、以下のような特徴を有している。

本実施例の電源システムにおいては、商用交流電源の交流電力を整流する整流器６が、組電池１を充電し、かつ、負荷２、制御部３へ電力を供給するために備えられ、商用交流電源が停電して、整流器６の出力が停止したときに、組電池１から負荷２へ給電するとともに、制御部３の動作電源を、組電池１からスイッチング素子４を挿入した給電線を介して供給する。また、第１の実施例と同様、組電池１の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値以下のとき、スイッチング素子４を開放し、スイッチング素子４が開放している状態では、制御部３には電力が供給されない状態とし、かつ、制御部３に電力が供給されない状態においては、負荷２を停止させる。

ここで、整流器６は、負荷２および組電池１への給電方向にのみ電力を通し、組電池１からの電力が整流器６側に逆流することを防止するダイオード７ａを介して接続され、かつ、制御部３の動作電源についても、制御部３への給電方向にのみ電力を通すダイオード７ｂを介して整流器６から供給される。

また、電源システムの停止時において、商用交流電源が復電した際に、整流器６から負荷２、制御部３への電力供給と組電池１への充電動作が再開されるので、制御部３の制御動作を自動的に再開させることを可能とし、制御部３の制御動作により、制御部３への給電線に挿入されているスイッチング素子４を閉成させるとともに、負荷２の動作を再開させる。

また、第１の実施例と同様、スイッチング素子４に対して、並列に、操作している間のみ閉成（短絡）される手動スイッチ５が接続されており、電源システムの停止時、組電池１から制御部３への電力供給を開始したい場合、手動スイッチ５を操作することにより、制御部３の動作電源を組電池１から供給し、制御部３の制御動作を再開させることを可能とし、制御部３の制御動作により、制御部３への給電線に挿入されているスイッチング素子４を閉成させるとともに、負荷２の動作を再開させる。

以上のような特徴を備えることによって、商用交流電源をバックアップする電源システムにおいても、第１の実施例の場合と同様に、組電池１の放電動作は過放電となる前に停止され、組電池１を構成する電池の劣化を防止し、該電池の寿命を延伸することが可能となる。

また、電源システムの停止後に、商用交流電源の復電により、負荷２、制御部３への給電と組電池１への充電動作を自動的に再開し、電源システムの制御部３による制御動作と負荷２の動作とを再開させることができる状態に復帰して、商用交流電源のバックアップが可能な状態に復帰させることが可能となる。さらに、電源システムの停止後に、組電池１を新しい組電池に交換して、手動スイッチ５を操作することにより、電源システムを停止状態から動作状態へ復帰させることも可能である。

＜第３の実施例＞
図５は、本発明の電源システムの第３の実施例の構成を説明する構成図であり、負荷が交流電力で駆動する交流負荷となる場合の構成例を示している。図５においても、図３と同様、鉛蓄電池（例えば、単セル定格電圧２．０Ｖ、定格容量１００Ａｈ、最低使用電圧１．７Ｖ）を６セル直列接続することにより、組電池１（定格電圧１２Ｖ、定格容量１００Ａｈ）を構成し、直流電力を交流電力に変換するインバータ７、高速スイッチ１０を介して交流負荷９へ接続する。なお、インバータ７は、第１の実施例の負荷２の場合と同様、内部の動作制御回路の制御用端子に制御部３Ａからの制御信号として制御用電圧レベルを印加することによって動作および停止が可能である。また、本実施例では、鉛蓄電池セルを６セル直列接続した場合について説明するが、組電池１として、任意のセル数からなる複数の電池を直列および／または並列接続して構成しても構わない。

本実施例においても、第２の実施例と同様、組電池１の最低使用電圧（放電終止電圧）は、１０．２Ｖ（＝１セル当たり最低使用電圧１．７Ｖ×６セル）であり、この最低使用電圧を下回って放電を継続すると、過放電による劣化が起こり得る。

図５の構成において、整流器６は、交流入力１２の商用交流電源から入力される交流電力を直流電力へ変換し、商用交流電源が有効である限り、インバータ７、制御部３Ａおよび高速スイッチ１０に給電するとともに、組電池１を充電する。インバータ７は、整流器６からの直流電力あるいは組電池１からの出力電力を交流電力に変換し、商用交流電源の停電時に、高速スイッチ１０を介して交流負荷９へ交流電力を出力する。

高速スイッチ１０は、交流入力１２からの商用交流電源が有効であるときは、商用交流電源をバイパス回路１１を介して交流負荷９へ接続し、商用交流電源の停電発生時には、例えば１０ｍｓ以内の短時間の間に、商用交流電源をバイパス回路１１を介して交流負荷９に接続していた状態からインバータ７の出力を交流負荷９へ接続する状態に高速で切り替える機能を有するが、この切り替え機能が動作するためには、動作電源が必要である。

また、制御部３Ａは、組電池１の出力電圧を監視し、スイッチング素子４を開閉し、インバータ７の動作および停止を制御することができる。すなわち、制御部３Ａは、図５に示すように、第１の実施例における図１の場合と同様の電圧監視部３ａ、スイッチング素子制御部３ｂを少なくとも備え、さらに、図１の負荷制御部３ｃの代わりに、インバータ７の動作を制御する制御信号（動作／停止制御用電圧レベル）を出力するインバータ制御手段であるインバータ制御部３ｄを備えている。このような制御部３Ａの制御動作を行うためにも、制御部３Ａには動作電源が必要である。

高速スイッチ１０と制御部３Ａとの動作電源は、図５に示すように、商用交流電源が有効な場合は、整流器６からダイオード７ａとスイッチング素子４とを介して、あるいは、整流器６からダイオード７ｂを介して供給されるように接続される。また、商用交流電源が停電した場合は、ダイオード７ａとスイッチング素子４の間に組電池１が接続されているため、組電池１からスイッチング素子４または手動スイッチ５を介して供給される。

交流入力１２の商用交流電源が有効であるときには、整流器６から出力される直流電力は、インバータ７、制御部３Ａ、高速スイッチ１０および組電池１へ供給される。なお、商用交流電源が有効な場合、インバータ７は動作中の状態になるものの、高速スイッチ１０はバイパス回路１１と交流負荷９とを接続した状態にあって、交流入力１２の商用交流電源が交流負荷９へ接続されているため、インバータ７は無負荷運転の状態にある。

一方、交流入力１２の商用交流電源が停電した場合には、整流器６の動作が停止し、整流器６からの直流電力の供給が停止するため、組電池１に蓄積された電力が、インバータ７、制御部３Ａおよび高速スイッチ１０へ供給され、この結果、交流負荷９へもインバータ７からの交流電力が給電される。なお、ダイオード７ａ，７ｂが挿入されているため、図３の場合と同様、組電池１からの電力が整流器６側に逆流して供給されることはない。

図５において、スイッチング素子制御部３ｂがレベル信号としてスイッチング素子４の制御用端子に出力する開閉制御用の電圧レベルおよびインバータ制御部３ｄがインバータ７の動作制御回路の制御用端子に出力する動作／停止制御用の電圧レベルは、第１の実施例の場合の負荷２の動作制御回路の制御用端子をインバータ７の動作制御回路の制御用端子と読み替えるだけで、その他は全く同様であり、ここでの説明は省略する。制御信号としてレベル信号を用いる場合、スイッチング素子４やインバータ７の動作制御回路の制御用端子の回路部として、本実施例においても、第１の実施例にて説明したような構成で電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いることが効果的である。

なお、図５に示すように、電源システムの停止状態から復旧するための手段として、第１の実施例の場合と同様に、スイッチング素子４と並列に、当該電源システムのオペレータが手動で操作することができる手動スイッチ５を接続しており、手動スイッチ５を用いて、第１の実施例で説明した復旧手順と同様の手順で、電源システムの動作を再開させることができる。

図６は、図５に示す電池システムにおいて制御部３Ａによるインバータ７およびスイッチング素子４の制御の流れの一例を説明するフローチャートであり、本発明の電源システムの制御方法のさらに異なる例を示している。なお、かかる電源システムの制御方法をコンピュータにより実行可能な電源システム制御プログラムとして実施しても良いし、あるいは、該電源システム制御プログラムをコンピュータにより読み取り可能なプログラム記録媒体に記録するようにしても良い。

図６のフローチャートは、電源システムへの新しい組電池１の設定が終了して、例えば、手動スイッチ５を押下操作することによって、あるいは、商用交流電源が復電することによって、制御部３への給電動作が開始されて、当該電源システムが起動されることによって開始される。以降のステップＳ６１からＳ６４までの各ステップの動作は、６セルの鉛蓄電池からなる組電池１を使う本実施例の場合、その最低使用電圧となる電圧閾値Ｖ１を例えば１０．２Ｖ（＝１セル当たり最低使用電圧１．７Ｖ×６セル）と設定すること、および、負荷２をインバータ７と読み替えること以外については、第１の実施例の図２の場合のステップＳ２１からＳ２４までの各ステップと全く同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

図６のような手順を実行して、制御部３が動作状態を保持している状態において、商用交流電源が何らかの原因で停電した場合には、商用交流電源が停電した場合のバックアップ電源として、組電池１からインバータ７への給電を行うことによって、交流負荷９は動作を継続することができる。ただし、商用交流電源の停電時においてバックアップ給電をしている状態で、組電池１の出力電圧Ｖｂが電圧閾値Ｖ１（例えば最低使用電圧１０．２Ｖ）以下となったときには、第１の実施例の場合と同様、組電池１の過放電を防止するために、スイッチング素子４が開放されて、制御部３の電力供給が停止され、インバータ７の動作も強制的に停止される。その結果、組電池１の放電動作は完全に停止し、組電池１の過放電を防止することができる。

なお、組電池１からの放電停止後に、商用交流電源が復電すると、実施例２の場合と同様、整流器６が直流電力の出力を開始し、ダイオード７ａを介してインバータ７への給電および組電池１への充電動作が再開されるとともに、ダイオード７ｂを介して制御部３Ａおよび高速スイッチ１０へも給電され、制御部３Ａの制御動作も再開されるので、制御部３Ａのスイッチング素子制御部３ｂの動作により、スイッチング素子４が閉成（短絡）され、さらに、インバータ制御部３ｄの動作によりインバータ７の動作が再開される。以降は、整流器６の出力により、インバータ７と制御部３Ａと高速スイッチ１０とに対する給電動作と組電池１への充電とが継続するようになる。

また、高速スイッチ１０は、商用交流電源の復電により、バイパス回路１１を経由して交流入力１２からの商用交流電源を交流負荷９へ供給するように接続状態を復旧しており、インバータ７は、待機状態の無負荷運転の状態になる。

また、放電停止後の復帰を商用交流電源の復電によらず、組電池１の交換により、電源システムを始動させる必要がある場合には、第１の実施例と同様、組電池１を電圧閾値Ｖ１（例えば最低使用電圧１０．２Ｖ）よりも高いものに交換した後、スイッチング素子４に対して並列に接続されている手動スイッチ５を押下操作すれば良い。

以上に説明したように、本実施例における電源システムは、以下のような特徴を有している。

本実施例の電源システムにおいては、負荷として交流電力により駆動される交流負荷９を接続した場合においても、商用交流電源の交流電力を整流する整流器６が、組電池１を充電し、かつ、制御部３Ａへ電力供給するとともにインバータ７を介して交流負荷９へ電力を供給するために備えられ、商用交流電源が停電して、整流器６の出力が停止したとき、組電池１からインバータ７へ給電するとともに、制御部３Ａの動作電源を、組電池１からスイッチング素子４を挿入した給電線を介して供給する。また、第１の実施例と同様、組電池１の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値以下のとき、スイッチング素子４を開放し、スイッチング素子４が開放している状態では、制御部３Ａには電力が供給されない状態とし、かつ、制御部３Ａに電力が供給されない状態においては、インバータ７の動作を停止させる。

ここで、整流器６は、インバータ７および組電池１への給電方向にのみ電力を通し、組電池１からの電力が整流器６側に逆流することを防止するダイオード７ａを介して接続され、かつ、制御部３Ａの動作電源についても、第２の実施例と同様、制御部３Ａへの給電方向にのみ電力を通すダイオード７ｂを介して整流器６から供給される。

また、交流負荷９への給電経路として、商用交流電源からのバイパス回路１１を介した給電と、インバータ７からの給電とを高速に切り替える高速スイッチ１０を介して接続され、高速スイッチ１０の動作電源が、商用交流電源が有効であれば、整流器６から供給され、商用交流電源が停電した場合には、組電池１から供給される。

また、電源システムの停止時において、商用交流電源が復電した際に、第２の実施例の場合とほぼ同様に、整流器６から負荷２、制御部３Ａ，インバータ７への電力供給と組電池１への充電動作が再開されるので、制御部３Ａの制御動作を自動的に再開させることを可能とし、制御部３Ａの制御動作により、制御部３Ａへの給電線に挿入されているスイッチング素子４を閉成させるとともに、インバータ７の動作を再開させる。

また、第１の実施例と同様、スイッチング素子４に対して、並列に、操作している間のみ閉成（短絡）される手動スイッチ５が接続されており、電源システムの停止時、組電池１から制御部３Ａへの電力供給を開始したい場合、手動スイッチ５を操作することにより、制御部３Ａの動作電源を組電池１から供給し、制御部３Ａの動作を再開させることを可能とし、制御部３Ａの制御動作により、制御部３Ａへの給電線に挿入されているスイッチング素子４を閉成させるとともに、インバータ７の動作を再開させる。

以上のような特徴を備えることによって、交流負荷９にインバータ７を介して給電する場合であっても、第１の実施例と同様に、組電池１の放電動作は過放電となる前に停止され、組電池１を構成する電池の劣化を防止し、該電池の寿命を延伸することが可能となる。

また、第２の実施例と同様、電源システムの停止後に、商用交流電源の復電により、交流負荷９への給電動作を再開するとともに、整流器６を介してインバータ７、制御部３Ａへの給電と組電池１への充電動作を自動的に再開し、電源システムの制御部３による制御動作とインバータ７の動作とを再開させることができる状態に復帰し、商用交流電源のバックアップが可能な状態に復帰させることが可能となる。さらに、電源システムの停止後に、組電池１を新しい組電池に交換して、手動スイッチ５を操作することにより、電源システムを停止状態から動作状態へ復帰させることも可能である。

＜その他の実施例＞
また、以上の各実施例においては、制御部３，３Ａから、スイッチング素子４や負荷２、インバータ７に対する制御用の信号として、レベル信号を用いる場合について説明したが、場合によっては、あらかじめ定めた特定のコード（符号）からなるコード信号を用い、制御対象の制御用端子の位置には該コード信号のデコード回路を配置するようにしても良い。かかる場合においては、制御部３，３Ａへの給電があり、制御部３，３Ａの動作が可能な状態においてのみ、スイッチング素子４や負荷２、インバータ７に対して制御信号を送信することが可能である。したがって、例えば、組電池１の出力電圧Ｖｄがあらかじめ定めた電圧閾値Ｖ１以下に低下した場合には、スイッチング素子４を開放して、制御部３，３Ａへの電力供給を停止してしまう前に、負荷２、インバータ７に対して動作の停止を指示するコード信号を制御信号として送信することが必要であり、しかる後に、スイッチング素子４を開放するように制御される。

ただし、電圧閾値Ｖ１以下に低下して組電池１の過放電状態に陥った場合には、制御部３，３Ａが動作できない電圧にまで低下してしまって、スイッチング素子４や負荷２、インバータ７に対して開放や動作の停止を指示するコード信号を送信することができない状態になる場合も生じかねない。このため、かかる事態に備えて、制御部３，３Ａ専用のバックアップ電源を備えるようにしても良い。

また、以上の各実施例におけるスイッチング素子４や、負荷２やインバータ７の動作制御回路の制御用端子に配置する制御用素子は、ＦＥＴを用いる以外に、バイポーラ半導体素子やフォトカップラやリレーなど、あらかじめ定めた電圧範囲でスイッチング動作が可能な素子であれば、如何なる素子を用いて構成しても良い。

また、以上の各実施例においては、組電池１の交換によって、停止状態から脱して給電動作を再開させるための復帰用スイッチ（第２のスイッチ）として、オペレータが押下操作をしている間だけ、スイッチが閉成（短絡）されて、オペレータが手を離して押下をやめた時点でスイッチが開放状態に復旧する手動スイッチ５を用いる場合について説明したが、場合によっては、閉成用ボタンと開放用ボタンとを別々のボタンとしてあるいは同一のボタンとして備えている手動スイッチであっても良いし、あるいは、押下操作後あらかじめ設定している時間の間だけ閉成されるスローリリース型の手動スイッチであっても構わない。

また、手動スイッチ５の代わりに、センサとスイッチ回路とを備え、組電池の電極を接続する端子部の位置に組電池の交換動作を検知することが可能なセンサを装備するようにして、該センサの検知結果に応じて、あらかじめ定めた一定時間だけ作動するスイッチ回路を、スイッチング素子４と並列接続するように構成しても良い。かかる構成にすることによって、オペレータは、組電池１の交換操作を行うだけで、電源システムを停止状態から復帰させることが可能となる。

なお、本発明に係る電源システムが設置される環境如何によって、例えば、非常災害対策用の設備のように、電源システムを停止状態から復帰させる復帰用手段が他の設備に備えられていた場合には、前述のような復帰用スイッチを、本電源システム内に備えない形式で構成しても良い。

また、第２、第３の実施例において、整流器６から負荷２またはインバータ７への給電線に、負荷２またはインバータ７への給電方向にのみ電力を通すダイオード７ａが挿入され、整流器６から制御部３，３Ａへの給電線に、制御部３，３Ａへの給電方向にのみ電力を通すダイオード７ｂが挿入されている例を説明したが、整流器の構成如何によっては、ダイオード７ａ，７ｂを挿入していない構成を採用することも可能である。

また、第２、第３の実施例においては、電源システムが停止した状態にある場合に、商用交流電源が復電して、整流器６からの出力により、制御部３，３Ａへの給電と組電池１への充電動作が再開された際に、当該電源システムを自動的に停止状態から復帰させて、負荷２やインバータ７を動作させる場合について説明したが、本発明はかかる場合のみに限るものではない。例えば、組電池１への充電動作が再開されたとしても、組電池１の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値以下あるいは当該電圧閾値の近傍にあった場合には、ただちに、負荷２やインバータ７の動作を再開させずに、例えば、あらかじめ定めた一定時間が経過するまで、組電池１への充電動作を継続させた後で、負荷２やインバータ７の動作を再開させるようにしても良いし、あるいは、組電池１が満充電状態に達するまで、負荷２やインバータ７の動作を停止させたままにしても良い。

また、第３の実施例においては、組電池１の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値以下であった場合に、制御部３Ａへの給電が停止して、インバータ７の動作が停止するか、あるいは、制御部３Ａのインバータ制御部３ｄによりインバータ７の動作を停止する指示を行って、インバータ７の動作が停止する場合について説明したが、場合によっては、インバータ７の動作の停止のみならず、さらに、交流駆動される交流負荷９についても動作を停止させるようにしても良い。かかる場合、制御部３Ａに、さらに、交流負荷９つまり負荷の動作・停止を制御する負荷制御手段となる負荷制御部３ｃを備え、また、負荷の動作・停止を指示する制御信号を印加する制御用端子の電圧レベルがゼロ電位レベルになった場合に、動作の停止を指示するように構成される。

また、第３の実施例においては、交流入力１２からの商用交流電源を交流負荷９へ直接給電する給電経路と、インバータ７からの出力を交流負荷９へ給電する給電経路とを切り替える切り替え手段として、例えば１０ｍｓ以内の時間で高速に切り替える高速スイッチ１０を用いている例を説明したが、本発明は、かかる場合のみに限るものではなく、例えば、メカニカルリレーを用いても構わない。

本発明の電源システムの第１の実施例の構成を説明する構成図である。 図１に示す電池システムにおいて制御部による負荷およびスイッチング素子の制御の流れの一例を説明するフローチャートである。 本発明の電源システムの第２の実施例の構成を説明する構成図である。 図３に示す電池システムにおいて制御部による負荷およびスイッチング素子の制御の流れの一例を説明するフローチャートである。 本発明の電源システムの第３の実施例の構成を説明する構成図である。 図５に示す電池システムにおいて制御部によるインバータおよびスイッチング素子の制御の流れの一例を説明するフローチャートである。 図１に示す電源システムの制御部から負荷とスイッチング素子とに出力される制御信号の一例を説明するためのタイムチャートである。 商用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電源システムの構成図である。

符号の説明

１…組電池、２…負荷、３，３Ａ…制御部、３ａ…電圧監視部、３ｂ…スイッチング素子制御部、３ｃ…負荷制御部、３ｄ…インバータ制御部、４…スイッチング素子、５…手動スイッチ、６…整流器、７…インバータ、７ａ，７ｂ…ダイオード、８…切替器、９…交流負荷、１０…高速スイッチ、１１…バイパス回路、１２…交流入力。

Claims (14)

1. 複数の電池を接続してなる組電池を備え、前記組電池が出力する電力を、負荷に供給するとともに、当該電源システムの動作を制御する制御部に供給する電源システムにおいて、前記制御部の動作電源が、スイッチング素子が挿入された給電線を経由して前記組電池から供給され、かつ、前記組電池の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値を超えている場合には、前記スイッチング素子が閉成状態にあり、前記制御部への給電がされて、前記制御部が動作し、前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値以下になった場合には、前記スイッチング素子が開放状態になり、前記制御部への給電が停止して、前記制御部の動作が停止することを特徴とする電源システム。
2. 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する整流器と、を備え、前記整流器が変換した直流電力を、負荷に供給するとともに、前記組電池当該電源システムの動作を制御する制御部に供給し、かつ、前記整流器の直流電力により前記組電池を充電する電源システムにおいて、前記制御部の動作電源が、前記交流電力が出力されている場合は、前記整流器から供給され、また、前記交流電力が停電している場合は、スイッチング素子が挿入された給電線を経由して前記組電池から供給され、かつ、前記交流電力の停電時に、前記整流器に代わって前記組電池から前記負荷に給電している状態において、前記組電池の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値を超えている場合には、前記スイッチング素子が閉成状態にあり、前記制御部への給電がされて、前記制御部が動作し、前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値以下になった場合には、前記スイッチング素子が開放状態になり、前記制御部への給電が停止して、前記制御部の動作が停止することを特徴とする電源システム。
3. 請求項２に記載の電源システムにおいて、前記負荷が交流電力により駆動される交流負荷であった場合、前記整流器または前記組電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータを、前記整流器、前記組電池のそれぞれから前記負荷へ給電する給電線に挿入して備えていることを特徴とする電源システム。
4. 請求項３に記載の電源システムにおいて、前記整流器への入力となる前記交流電力を前記交流負荷へ直接給電する給電経路と、前記インバータが出力する交流電力を前記交流負荷へ給電する給電経路と、を切り替える切り替え手段を備えていることを特徴とする電源システム。
5. 請求項４に記載の電源システムにおいて、前記交流電力が出力されている場合は、前記切り替え手段の動作電源が前記整流器から供給されて、前記交流電力を前記交流負荷へ直接給電する給電経路に設定され、また、前記交流電力が停電している場合は、前記切り替え手段の動作電源が前記スイッチング素子が挿入された給電線を経由して前記組電池から供給されて、前記インバータが出力する交流電力を前記交流負荷へ給電する給電経路に設定され、かつ、前記交流電力の停電時に、前記整流器に代わって前記組電池から前記切り替え手段に給電している状態において、前記組電池の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値を超えている場合には、前記スイッチング素子が閉成状態にあり、前記切り替え手段への給電がされ、前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値以下になった場合には、前記スイッチング素子が開放状態になり、前記切り替え手段への給電が停止することを特徴とする電源システム。
6. 請求項２ないし５のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記整流器から前記制御部および／または前記切り替え手段への給電線に、前記制御部および／または前記切り替え手段への給電方向にのみ電力を通すダイオードが挿入され、前記整流器から前記負荷または前記インバータへの給電線に、前記負荷または前記インバータへの給電方向にのみ電力を通すダイオードが挿入されていることを特徴とする電源システム。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記組電池の出力電圧があらかじめ定めた電圧閾値を超えている場合には、前記負荷および／または前記インバータが動作し、前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値以下になった場合には、前記負荷および／または前記インバータの動作が停止することを特徴とする電源システム。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記スイッチング素子と並列に、ユーザにより操作可能な外部スイッチを接続し、前記組電池を交換した際に、前記外部スイッチを閉成することにより、交換した前記組電池から前記制御部および／または前記切り替え手段への給電が開始されることを特徴とする電源システム。
9. 請求項８に記載の電源システムにおいて、前記外部スイッチは、ユーザが操作している間、または、ユーザの操作後あらかじめ定めた一定時間の間、閉成されることを特徴とする電源システム。
10. 請求項１ないし７のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記組電池を交換したことを検知するセンサを備え、前記スイッチング素子と並列に、スイッチ回路を接続し、前記センサの検知結果に応じて、前記スイッチ回路を閉成することにより、交換した前記組電池から前記制御部および／または前記切り替え手段への給電が開始され、あらかじめ定めた一定時間経過後に、前記スイッチ回路を開放することを特徴とする電源システム。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記制御部は、前記組電池の出力電圧を監視する電圧監視手段と、前記スイッチング素子の開閉を制御するスイッチング素子制御手段と、前記負荷の動作および動作停止を制御する負荷制御手段および／または前記インバータの動作および動作停止を制御するインバータ制御手段と、を少なくとも備え、前記電圧監視部が前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値を超えていることを検知した場合、前記スイッチング素子制御手段により前記スイッチング素子を閉成させ、かつ、前記負荷制御手段および／または前記インバータ制御手段により前記負荷および／または前記インバータの動作を開始させ、一方、前記電圧監視部が前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値以下であることを検知した場合、前記負荷制御手段および／または前記インバータ制御手段により前記負荷および／または前記インバータの動作を停止させた後、前記スイッチング素子制御手段により前記スイッチング素子を開放させることを特徴とする電源システム。
12. 請求項１１に記載の電源システムにおいて、前記スイッチング素子制御手段から前記スイッチング素子へ出力する開放用の制御信号の電圧レベル、および、前記負荷制御手段および／または前記インバータ制御手段により前記負荷および／または前記インバータへ出力する動作停止用の制御信号の電圧レベルを、ゼロ電位レベルとし、前記制御部への給電が停止した場合、前記スイッチング素子が開放され、前記負荷および／または前記インバータの動作が停止することを特徴とする電源システム。
13. 請求項１２に記載の電源システムにおいて、前記電圧監視部が前記組電池の出力電圧が前記電圧閾値以下であることを検知した場合、前記負荷制御手段および／または前記インバータ制御手段により前記負荷および／または前記インバータの動作を停止させる動作を実施することなく、前記スイッチング素子制御手段により前記スイッチング素子を開放させる動作のみを実施することにより、前記制御部への前記組電池からの給電を停止させ、前記スイッチング素子の開放状態を継続させるとともに、前記負荷および／または前記インバータの動作を停止させることを特徴とする電源システム。
14. 請求項１ないし１３のいずれかに記載の電源システムにおいて、前記組電池を構成する前記電池は、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。

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