JP3201595U - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】災害などの停電等において電力供給を安定して継続できる電源装置を提供する。【解決手段】電力によって作動する機器を備えた設備に使用される電源装置１であって、２つの二次電池２，３と、２つの二次電池２，３に接続された充放電制御装置４と、を備えており、充放電制御装置４は、２つの二次電池２，３の充電量を検出する機能を有しており、検出された２つの二次電池２，３の充電量に基づいて、２つの二次電池２，３のうち、一方の二次電池が所定の容量以下になった状態において、他方の二次電池がフル充電となるように、２つの二次電池２，３の充放電を制御する機能を有している。【選択図】図２

Description

本考案は、電源装置に関する。さらに詳しくは、非常時において電力供給を維持する電源装置に関する。

従来、停電時のバックアップ電源やピーク電力の低減等のために、二次電池を備えた電源装置が使用される場合がある。例えば、夜間の電力需要が低い時間に二次電池に電力を蓄積し、昼間の電力需要が多くなる時間に、商用電源に加えて二次電池から電力を供給することが行われている。また、停電時に、商用電源が復旧するまでの期間は、二次電池に蓄積されている電力を供給することが行われている。

例えば、特許文献１には、二次電池を２つ設けた蓄・給電装置が開示されており、通常時には、ピーク電力の時間帯や停電時には、二次電池からの電力を供給する旨、および、２つの二次電池から交互に電力を供給する旨が記載されている。また、一方の二次電池の給電状態が終了するときには、他方の二次電池は満充電状態にする旨の記載もある。そして、いかなるタイミングで停電が起こっても、少なくとも一方の二次電池の充電量は満充電状態であることから、停電時負荷への一定時間以内の給電は可能になる旨の記載もある。

特開２０１３−９９０４６号公報

しかるに、特許文献１では、二次電池の充電に商用電源を利用することしか考慮されていない。このため、災害時において停電が生じた場合には、一定時間以内の給電は可能になるものの、比較的短時間で電力供給ができなくなる。

本考案は上記事情に鑑み、災害などの停電等において、ある程度の期間、電力供給を安定して継続できる電源装置を提供する。

第１考案の電源装置は、電力によって作動する機器を備えた設備に使用される電源装置であって、２つの二次電池と、該２つの二次電池に接続された充放電制御装置と、を備えており、該充放電制御装置は、前記２つの二次電池の充電量を検出する機能を有しており、検出された前記２つの二次電池の充電量に基づいて、前記２つの二次電池のうち、一方の二次電池が所定の容量以下になった状態において、他方の二次電池がフル充電となるように、該２つの二次電池の充放電を制御する機能を有していることを特徴とする。
第２考案の電源装置は、第１考案において、前記充放電制御装置は、商用電源および自然エネルギー発電機器が接続可能であり、前記自然エネルギー発電機器から供給される電力を、優先的に前記２つの二次電池の充電に使用する機能を有していることを特徴とする。
第３考案の電源装置は、第１または第２考案において、前記充放電制御装置は、停電時において、前記充放電制御装置に対して前記自然エネルギー発電機器から電力が供給されている場合には、前記２つの二次電池のうち、充電量の少ない二次電池を充電し、フル充電の二次電池から電力を外部に供給するように制御し、停電時において、前記充放電制御装置に対して前記自然エネルギー発電機器から電力が供給されていない場合には、前記２つの二次電池のうち、充電量の少ない二次電池から優先的に電力を外部に供給するように制御する機能を有していることを特徴とする。
第４考案の電源装置は、第１、第２または第３考案において、前記充放電制御装置は、複数の自然エネルギー発電機器が接続可能であることを特徴とする。
第５考案の電源装置は、第１、第２、第３または第４考案において、前記２つの二次電池は、フル充電の状態において、エレベータを稼働し得る容量を有していることを特徴とする。

第１考案によれば、２つの二次電池のうち、一方の二次電池が所定の容量以下になった状態において、他方の二次電池がフル充電となるように、２つの二次電池の充放電を制御する。すると、一方の二次電池がフル充電となっている期間を長くできるので、停電などが生じた際に、ある程度の期間、安定して外部に供給できる。
第２考案によれば、商用電源の利用を抑制しつつ、自然エネルギー発電機器が発電する電力を効率力利用することが可能となる。したがって、平常時において省エネルギー化ができ、災害時などには、ある程度の期間、外部に対する安定した電力供給が可能になる。
第３考案によれば、災害時などにおいて、自然エネルギー発電機器が発電する電力の有効利用をしつつ、外部に対する安定した電力供給が可能になる。
第４考案によれば、複数の自然エネルギー発電機器が発電する電力を効率よく利用することが可能となる。
第５考案によれば、災害時にエレベータを作動できるので、避難や救助、必要な機器の搬送等を行いやすくなる。

本実施形態の電源装置１の概略ブロック図である。 本実施形態の電源装置１を設置した設備Ｂの概略説明図である。

本考案の電源装置は、充放電が可能な二次電池を備えた電源装置であって、災害発生時などに停電が生じても、ある程度の期間は安定して電力供給を維持できるようにしたことに特徴を有している。

（本考案の電源装置の用途について）
本考案の電源装置が使用される設備はとくに限定されないが、連続して電力供給を維持しなければならない装置等を使用する設備等に適している。例えば、病院や介護施設等のように生命維持等のために使用する機器を備えた設備や、災害無線機器や照明器具、非常時に使用するエレベータ等のような災害時においても作動が求められる機器を有する設備等を挙げることができる。また、一般のマンション等において、停電時などでも最低限の生活を維持できるように電力を供給するための電源装置として利用することが可能である。

（充電機器について）
本考案の電源装置では、充放電可能な二次電池を使用するが、この二次電池に充電する方法もとくに限定されない。例えば、一般的な商用電源や、太陽光発電装置や風力発電装置等の自然エネルギーを利用した発電機器、マンション等のエレベータ等の回生発電機器等の電力供給源によって充電されるようになっていればよい。なお、以下では、太陽光発電装置や風力発電装置等の自然エネルギーを利用した発電機器とマンション等のエレベータ等の回生発電機器を合せて、自然エネルギー発電機器という。

また、二次電池に充電する電力供給源は、上述の一つ電力供給源に限られず、複数の電力供給源から同時又は適宜切り替えて充電されるようになっていてもよい。

とくに、平常時は、一般的な商用電源から主に充電し、災害時などには自然エネルギー発電機器によって充電するようになっていることが望ましい。このような構成とすれば、災害時に商用電源からの電力供給が停止しても、自然エネルギー発電機器によって充電が可能となるので、発電装置による電力供給をより長期間維持することが可能となる。

（本考案の電源装置１の構成）
まず、本実施形態の電源装置１の設置状況を説明する。
図２に示すように、本実施形態の電源装置１は、電力を供給する機器等を有する設備Ｂに併設して設置される。なお、本実施形態の電源装置１は、設備Ｂ内に設けてもよい。この本実施形態の電源装置１は、商用電源ＣＰと自然エネルギー発電機器ＮＰ、および、設備Ｂの配電盤などと配線５によって接続されている。
なお、図２では、自然エネルギー発電機器ＮＰとして、設備Ｂの屋上に設けられた太陽光発電機器に接続されている場合を例示している。
また、配線５には、系統連系を行う機器６が設けられている。後述するように、配線５は、二次電池２，３に電力を供給するだけでなく、二次電池２，３からも電力が供給される。したがって、商用電源ＣＰ、自然エネルギー発電機器ＮＰ、二次電池２，３からそれぞれ供給される電力を、適切に、設備Ｂに供給するために機器６が設けられている。

つぎに、本実施形態の電源装置１の構成を説明する。
図１において、符号２，３は、本実施形態の電源装置１の二次電池を示している。この二次電池２，３は、実質的に同じ構成や容量を有するものである。この二次電池２，３には、例えば、リン酸鉄リチウムイオン電池などの充放電可能な電池である。各二次電池２，３の容量はとくに限定されず、使用する設備や場所等に応じて適宜適切な容量のものを使用すればよい。例えば、本実施形態の電源装置１を病院などの医療機関に接地する場合には、各二次電池２，３は、手術や透析などに使用する機器や生命維持に使用する機器等を作動するために最低限必要な電力を供給できる程度の容量を有するものを使用することが望ましい。また、一般居住用のマンション等に設置する場合には、共用照明や通信用電源を所定の期間稼働させることができる程度の容量を有するものを使用することが望ましい。好ましくは、非常時に使用するエレベータを稼働させることができる程度の容量を有するものを使用することが望ましい。

この２つの二次電池２，３は、充放電制御装置４に接続されている。この充放電制御装置４は、２つの二次電池２，３のうち、どちらの二次電池から放電して外部に電力を供給するか、また、どちらの二次電池に充電するかを判断して、２つの二次電池２，３に対する充放電を制御する機能を有している。なお、充放電制御装置４が２つの二次電池２，３の充放電を切り換える機構はとくに限定されず、公知のスイッチング回路等を採用することができる。

具体的には、充放電制御装置４は、２つの二次電池２，３の充電量を検出する機能を有しており、平常時は、２つの二次電池２，３のうちいずれか一方の二次電池がフル充電の状態になるように充放電を制御している。

そして、充放電制御装置４は、２つの二次電池２，３の両方がフル充電の場合には、最後にフル充電された二次電池と異なる二次電池から放電する機能を有している。例えば、二次電池２がフル充電の状態で、二次電池３がその後フル充電になったとする。この場合には、充放電制御装置４は、次回放電が必要な場合には、二次電池２から放電するように放電を制御する。このようにすれば、２つの二次電池２，３の充放電回数をほぼ同じ状態にすることができるので、一方の二次電池が速く劣化することを抑えることができる。すると、２つの二次電池２，３のいずれがフル充電の状態でも、外部に電力を供給できる時間をほぼ同じにすることができるので、安定した電力供給が可能になる。

また、充放電制御装置４は、一般的な商用電源ＣＰ（および回生発電装置）と、自然エネルギー発電機器ＮＰの両方に接続されている。そして、商用電源ＣＰによる電力供給状況に応じて、２つの二次電池２，３への充電と、２つの二次電池２，３からの放電を切り替える機能を有している。

（平常時）
平常時、つまり、商用電源ＣＰから電力が供給されている状況では、２つの二次電池２，３がある程度の周期で充放電を繰り返すように、充放電制御装置４は、２つの二次電池２，３の充放電を制御する。つまり、２つの二次電池２，３が、一定期間以上、放電をしない状態が無いように、２つの二次電池２，３の充放電を制御する。このように、平常時でも、二次電池２，３を放電させておくことによって、二次電池２，３の劣化防止でき、また、災害時などにおいても二次電池２，３からの電力供給を確実に行うことができる。

また、平常時において、商用電源ＣＰの使用量が増加した場合には、充放電制御装置４は、２つの二次電池２，３のうち、一方の二次電池から外部に電力を供給し、商用電源ＣＰの使用量を抑制する。つまり、夏場の日中等のように電力需要が大幅に増加する場合には、充放電制御装置４は、ピークカットができるように、２つの二次電池２，３からの電力供給を実施する。また、電力需要が大幅に増加する時間以外でも、上述したように二次電池２，３を放電させる、つまり、二次電池２，３から電力を供給することによって、設備Ｂが商用電源ＣＰに要求する電力負荷を低減できるので、設備Ｂの省エネルギー化にも寄与することができる。

なお、電力供給によって充電量が減少した二次電池の充電量が一定量以下になると、他方の二次電池から外部に電力を供給するように切り替えられ、充電量が減少した二次電池は充電される。このとき、自然エネルギー発電機器ＮＰが発電した電力が充放電制御装置４に供給されている場合には、商用電源ＣＰに優先して、自然エネルギー発電機器ＮＰが発電した電力によって二次電池２，３に充電される。

（災害などによる停電が生じた場合）
災害などによる停電によって商用電源ＣＰから電力供給が停止した場合には、２つの二次電池２，３から電力が供給されるように切り替わる。
このとき、自然エネルギー発電機器ＮＰが発電した電力が充放電制御装置４に供給されていない場合には、２つの二次電池２，３のうち、充電容量の少ない二次電池から電力供給が実施される。すると、この二次電池からの電力供給ができなくなっても、フル充電の二次電池から電力供給を実施できる。つまり、常にフル充電の二次電池を備えているので、停電等になっても、ある程度長期間、電力供給を維持できる。

一方、自然エネルギー発電機器ＮＰが発電した電力が充放電制御装置４に供給されている場合には、２つの二次電池２，３のうち、充電容量の多い二次電池（フル充電の二次電池）から電力供給が実施される。そして、充電容量の少ない二次電池に、自然エネルギー発電機器ＮＰが発電した電力が充電される。このようにすれば、フル充電の二次電池が電力を供給している間に、充電容量の少ない二次電池がフル充電される状態になる。したがって、電力供給を実施していた二次電池の容量が少なくなっても、他方の二次電池によって電力供給を維持できる。つまり、２つのフル充電の電池によって、電力供給をできる状態になるので、長期間の電力供給を維持できる。

なお、自然エネルギー発電機器ＮＰが発電した電力が充放電制御装置４に供給されている場合には、自然エネルギー発電機器ＮＰが発電した電力を直接供給する方法もある。しかし、自然エネルギー発電機器ＮＰが発電した電力を、一旦、二次電池に蓄積することによって、発電した電力を利用しやすくなり、また、無駄な電力の使用を抑制することも可能となる。

（電力源との接続について）
上記例では、充放電制御装置４に商用電源ＣＰと自然エネルギー発電機器ＮＰの両方が接続されている場合を説明した。
しかし、充放電制御装置４は、平常時は一般的な商用電源ＣＰ（および回生発電装置）のみに接続されており、災害時などに、自然エネルギー発電機器ＮＰを接続するようになっていてもよい。つまり、平常時は自然エネルギー発電機器ＮＰから切り離されており、災害時にのみ自然エネルギー発電機器ＮＰに接続できるようになっていてもよい。

とくに、充放電制御装置４は、複数の自然エネルギー発電機器ＮＰに接続できるようになっていることが望ましい。この場合、災害時に、複数の近隣家庭などに接地されている自然エネルギー発電機器ＮＰを本実施形態の電源装置１の充放電制御装置４に接続すれば、本実施形態の電源装置１をハブとして、複数の設備や機器に等に電力を供給できるようになる。すると、個々の自然エネルギー発電機器ＮＰで発電した電力を個別に使用する場合に比べて、電力を効率よく使用することができる。すると、災害時において、個別の自然エネルギー発電機器ＮＰから電力を供給するよりも、電力を供給できる期間を長くすることも可能となる。

本考案の電源装置は、医療機関や介護施設、一般の居住マンション等におけるバックアップ電源や、平常時のピークカットを実現するための電源として適している。

１ 電源装置
２ 二次電池
３ 二次電池
４ 充放電制御装置
５ 配線
ＣＰ 商用電源
ＮＰ 自然エネルギー発電機器
Ｂ 設置施設

Claims (5)

1. 電力によって作動する機器を備えた設備に使用される電源装置であって、
   ２つの二次電池と、
   該２つの二次電池に接続された充放電制御装置と、を備えており、
   該充放電制御装置は、
   前記２つの二次電池の充電量を検出する機能を有しており、
   検出された前記２つの二次電池の充電量に基づいて、前記２つの二次電池のうち、一方の二次電池が所定の容量以下になった状態において、他方の二次電池がフル充電となるように、該２つの二次電池の充放電を制御する機能を有している
   ことを特徴とする電源装置。
2. 前記充放電制御装置は、
   商用電源および自然エネルギー発電機器が接続可能であり、
   前記自然エネルギー発電機器から供給される電力を、優先的に前記２つの二次電池の充電に使用する機能を有している
   ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記充放電制御装置は、
   停電時において、前記充放電制御装置に対して前記自然エネルギー発電機器から電力が供給されている場合には、前記２つの二次電池のうち、充電量の少ない二次電池を充電し、フル充電の二次電池から電力を外部に供給するように制御し、
   停電時において、前記充放電制御装置に対して前記自然エネルギー発電機器から電力が供給されていない場合には、前記２つの二次電池のうち、充電量の少ない二次電池から優先的に電力を外部に供給するように制御する機能を有している
   ことを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
4. 前記充放電制御装置は、
   複数の自然エネルギー発電機器が接続可能である
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載の電源装置。
5. 前記２つの二次電池は、
   フル充電の状態において、エレベータを稼働し得る容量を有している
   ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の電源装置。
   
   

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