JP5468580B2 - 蓄電池の充電制御装置および充電制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、蓄電池に対する充電を制御するための蓄電池の充電制御装置および充電制御方法に関する。

変電所は、通常、直流電源を出力する制御用直流電源装置を備え、この装置からの直流電源により、遮断器等を動かしている。また、変電所自体が停電した場合に、制御用直流電源装置が不動作状態となるので、制御用直流電源装置と並列に鉛蓄電池が接続されている。

ところで、遮断器などの入操作などのために、変電所の制御用直流電源装置から大きな負荷電流を供給した際、並列接続されている蓄電池の劣化による内部抵抗の増大により、制御用直流電源装置の出力電圧が下がり、遮断器等の機器が正常に動作しない、という不具合が発生している。つまり、鉛蓄電池の充電不足の状態が続くことで、鉛蓄電池では、放電時に負極に生成される硫酸塩が電極面に結晶化し、元に戻らなくなる「サルフェーション」という現象が発生する。この現象により、鉛蓄電池の内部抵抗が増大し劣化する。

変電所の制御用直流電源装置としては、浮動充電用サイリスタ整流装置が用いられている。こうした制御用直流電源装置は、常時は浮動充電で運用し、数ヶ月に１回程度自動的に均等充電するための回路を備えている。浮動充電は、鉛蓄電池を充電完了の状態にしておくためのものであり、規定の電圧で鉛蓄電池を充電する。均等充電は、鉛蓄電池を形成する各セルの電圧等のばらつきをなくすためのものであり、浮動充電の電圧に比べて高い電圧で鉛蓄電池を充電する。

サルフェーションを抑制するために、電池残存容量を検出することで、最適な充電制御を行う鉛蓄電池制御装置がある（例えば、特許文献１参照。）。しかし、変電所では、工事作業により頻繁に機器の操作を行なった場合には、その日の内に手動で均等充電し、サルフェーション劣化を抑制している。

特開２００８−１４７００５号公報

変電所では、工事作業等の有人時には必要により均等充電を行なうことが出来る。しかし、変電所には無人の所があり、雷等による事故遮断が短時間に頻発した場合でも、鉛蓄電池に対する均等充電操作が行なわれることがない。この結果、鉛蓄電池の充電不足の状態が続き、サルフェーション劣化が進行する。

また、先に述べた鉛蓄電池制御装置では、電池残存容量を検出することで最適な充電制御を行い、サルフェーションを抑制するが、残存容量は、自動車停止時の充電前電圧と、同じく自動車停止時の充電中電圧および充電電流とにより算出する。このために、無人の変電所のように、常時、浮動充電で連続運転している設備では、この装置を適用することが困難である。

この発明の目的は、前記の課題を解決し、鉛蓄電池の充電不足が生じた場合に、鉛蓄電池に対する均等充電を確実に行うことを可能にする蓄電池の充電制御装置および充電制御方法を提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、直流電源を複数の遮断器および開閉器に出力する直流電源装置と、該直流電源装置に並列に接続されている蓄電池とを具備する電源装置の蓄電池の充電制御装置において、電流測定部と電圧測定部を有し、前記直流電源装置から出力される直流電源の直流電圧および直流電流を監視する測定装置と、前記直流電源装置の動作状態を調べ、該直流電源装置が不動作状態になると、前記機器に供給される直流電源の状態から前記遮断器および前記開閉器の動作頻度を監視する制御装置を備え、前記測定装置は、前記直流電源装置から出力される直流電源の直流電圧および直流電流に変化があると、記憶部にあらかじめ記憶している直流電流の波形と、前記電流測定部からの測定電流の波形とを比較し、前記遮断器および前記開閉器が動作したかを判定し、前記制御装置は、前記測定装置からの測定結果に基づき、前記遮断器および前記開閉器の前記動作頻度が多頻度動作であると判断した場合に、多頻度動作による放電量を調べ、該多頻度動作が終息すると、該放電量を基に均等充電を行う時間を算出し、算出した該時間で均等充電を行う、ことを特徴とする蓄電池の充電制御装置である。

請求項１の発明は、直流電源を機器に出力する直流電源装置と、直流電源装置に並列に接続されている蓄電池とを具備する電源装置の蓄電池の充電制御装置に関するものである。そして、この充電制御装置の制御装置は、直流電源装置の動作状態を調べ、直流電源装置が不動作状態になると、機器に供給される直流電源の状態から機器の動作頻度を監視する。さらに、制御装置は、動作頻度が多頻度動作である場合に、多頻度動作による放電量を調べ、多頻度動作が終息すると、放電量を基に均等充電を行う時間を算出し、算出した時間で均等充電を行う。

請求項２の発明は、請求項１に記載の蓄電池の充電制御装置において、前記制御装置は、前記多頻度動作が終息する前に、該多頻度動作による放電量が、あらかじめ設定された値を超えると、該放電量を基に均等充電を行う時間を算出し、算出した該時間で均等充電を行う、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、直流電源を複数の遮断器および開閉器に出力する直流電源装置と、該直流電源装置に並列に接続されている蓄電池とを具備する電源装置の蓄電池の充電制御方法において、電流測定部と電圧測定部を有する測定装置によって、前記直流電源装置から出力される直流電源の直流電圧および直流電流を監視し、前記直流電源装置の動作状態を制御装置が調べ、前記直流電源装置が不動作状態になると、前記遮断器および前記開閉器に供給される直流電源の状態から前記遮断器および開閉器の動作頻度を制御装置が監視し、前記測定装置は、前記直流電源装置から出力される直流電源の直流電圧および直流電流に変化があると、記憶部にあらかじめ記憶している直流電流の波形と、前記電流測定部からの測定電流の波形とを比較し、前記遮断器および開閉器が動作したかを判定し、前記制御装置は、前記測定装置からの測定結果に基づき、前記遮断器および前記開閉器の前記動作頻度が多頻度動作であると判断した場合に、多頻度動作による放電量を調べ、該多頻度動作が終息すると、該放電量を基に均等充電を行う時間を算出し、算出した前記時間で均等充電を行う、ことを特徴とする蓄電池の充電制御方法である。

請求項１および請求項３の発明によれば、直流電源装置が例えば停電で不動作になった場合に、機器の多頻度動作が発生したとき、蓄電池の放電量を基に算出した時間で均等充電を行うので、蓄電池のサルフェーション劣化を抑制することができる。また、蓄電池の劣化による、接続機器の不動作等を回避することができる。

請求項２の発明によれば、蓄電池の放電量が大きい場合には、この蓄電池に対して直ちに均等充電を行うことができる。

この発明の一実施の形態による蓄電池の充電制御装置を示す構成図である。 測定装置の一例を示す構成図である。 充電制御処理の一例を示すフローチャートである。 多頻度動作を説明する説明図である。 遮断器の動作電流を説明する説明図である。

次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。

（実施の形態１）
この実施の形態による蓄電池の充電制御装置（以下、単に「充電制御装置」という）を図１に示す。この充電制御装置は電源装置に適用されている。電源装置は、直流電源装置１と鉛蓄電池２とで構成され、負荷３に直流電源を出力する。こうした電源装置に適用されている充電制御装置は、鉛蓄電池２に対する充電の制御を行い、測定装置４とコントローラ５とを備えている。

電源装置は、負荷３に直流電源を出力する。負荷３は、各種機器であり、この実施の形態では、変電所に設置されている複数の遮断器３Ａと複数の開閉器３Ｂとである。各遮断器３Ａと各開閉器３Ｂとは、電源装置からの直流電源により動作可能な状態になる。

電源装置の直流電源装置１は、コントローラ５の制御によって、常時は規定電圧の直流電源を、電源線１１を経て負荷３の各遮断器３Ａと各開閉器３Ｂとに供給する。同時に、規定電圧の直流電源は、電源線１１を経て鉛蓄電池２に供給される。これにより、直流電源装置１は、常時は鉛蓄電池２に対して浮動充電を行う。また、直流電源装置１は、コントローラ５の制御によって、浮動充電の電圧に比べて高い電圧の直流電源を出力する。この直流電源は、負荷３に供給されると同時に鉛蓄電池２に供給される。これにより、直流電源装置１は、鉛蓄電池２に対して均等充電を行う。均等充電は、鉛蓄電池２を形成する各セルの電圧等のばらつきをなくすために行われる。

電源装置の鉛蓄電池２は、直流電源装置１の出力側に対して並列に接続されている。鉛蓄電池２は、複数のセルによって形成されている。セルの出力は所定電圧であり、鉛蓄電池２は、このセルの組み合わせによって、規定の電圧を出力する。つまり、変電所自体が停電したときに直流電源装置１が不動作状態となり、規定電圧の直流電源を負荷３に対して出力しなくなると、直流電源装置１の代わりに、鉛蓄電池２が規定電圧の直流電源を負荷３に供給する。

測定装置４は、直流電源装置１から出力される直流電源つまり直流電圧や直流電流を監視している。測定装置４は、直流電圧の変化や、直流電圧が変化したときの直流電流の波形から、遮断器３Ａや開閉器３Ｂの動作を調べる。このために、測定装置４は、図２に示すように、電流測定部４Ａと、電圧測定部４Ｂと、インターフェース４Ｃと、処理部４Ｄと、記憶部４Ｅとを備えている。

測定装置４の電流測定部４Ａは遮断器３Ａや開閉器３Ｂが動作したときの直流電流の大きさを測定し、電圧測定部４Ｂはそのときの直流電圧の大きさを測定する。インターフェース４Ｃは、電流測定部４Ａや電圧測定部４Ｂからのアナログの測定値をディジタルの測定値に変換する。処理部４Ｄは、インターフェース４Ｃを経て、電流測定部４Ａによる測定電流や電圧測定部４Ｂによる測定電圧を受け取ると、これらの値を記憶部４Ｅに記憶する。これにより、測定電流の波形などが記憶部４Ｅに記憶される。

そして、処理部４Ｄは、現在監視している直流電源装置１からの直流電圧や直流電流に変化があると、記憶部４Ｅにあらかじめ記憶している直流電流の波形と、記憶部４Ｅに記憶している電流測定部４Ａからの測定電流の波形とを比較し、遮断器３Ａや開閉器３Ｂが動作したかどうかを判定する。処理部４Ｄは、もし、遮断器３Ａや開閉器３Ｂが動作したと判定すると、これらの機器が動作したことを表す、ディジタルの測定結果をコントローラ５に出力する。この測定結果は、遮断器３Ａや開閉器３Ｂが動作したことを表す信号と、そのときの直流電流の変化を表す波形とを含む。

こうした測定装置４は、通常は直流電源装置１で動作し、変電所事態の停電時には鉛蓄電池２からの直流電源で動作する。

コントローラ５は、測定装置４からの測定結果を基に直流電源装置１が出力する直流電源を制御する。このために、コントローラ５は、インターフェース５Ａと、入力部５Ｂと、出力部５Ｃと、処理部５Ｄと、記憶部５Ｅとを備えている。こうしたコントローラ５は、測定装置４と同様に、通常は直流電源装置１で動作し、変電所事態の停電時には鉛蓄電池２からの直流電源で動作する。

コントローラ５のインターフェース５Ａは、信号線１２を経た直流電源装置１の接続や、信号線１３を経た測定装置４の接続をするためのものであり、直流電源装置１や測定装置４からの信号のレベルなどを変換する。入力部５Ｂは、キースイッチなどのような入力装置である。入力部５Ｂの操作により、例えば均等充電の指示が手動で入力される。出力部５Ｃは、コントローラ５の動作状態を表す表示装置などを備えている。例えば均等充電の指示が入力部５Ｂに入力されると、出力部５Ｃは現在、均等充電中であることを表す表示を行う。

記憶部５Ｅは、各種のデータを記憶する記憶装置である。また、記憶部５Ｅは、コントローラ５の処理に必要とするプログラムをあらかじめ記憶している。

処理部５Ｄは、記憶部５Ｅに記憶されているプログラムを実行する。処理部５Ｄが実行するプログラムには充電制御処理がある。処理部５Ｄは、インターフェース５Ａと信号線１２とを経た直流電源装置１との信号の送受信により、直流電源装置１の動作状態を監視する。そして、処理部５Ｄは、変電所自体の停電による直流電源装置１の不動作を検出すると、図３に示す充電制御処理を開始する。

以下では、処理部５Ｄによる充電制御処理ついて述べて、この実施の形態の作用である充電制御方法を併せて説明する。処理部５Ｄは、充電制御処理を開始すると、測定装置４からの測定結果から遮断器３Ａや開閉器３Ｂが動作する頻度（動作頻度）を監視し（ステップＳ１）、動作頻度が頻繁に発生する多頻度動作の状態かどうかを判断する（ステップＳ２）。

ステップＳ２で処理部５Ｄは次のようにして多頻度動作かどうかを判断する。処理部５Ｄは、所定時間、測定装置４からの測定結果を記憶部５Ｅに記憶する。そして、処理部５Ｄは、記憶部５Ｅに記憶した各測定結果を基に、あらかじめ設定された設定回数以上で遮断器３Ａや開閉器３Ｂが動作し、かつ、あらかじめ設定された設定時間以内でこれらの機器が動作した場合に、遮断器３Ａや開閉器３Ｂが多頻度動作の状態にある、と判断する。例えば、設定回数がＮ回であり、設定時間がＴ０時間である場合、図４に示すように、Ａ遮断器が動作した後、Ｔ１時間後にＢ遮断器が動作し、さらに、Ｔ２時間後にＣ断路器が動作する、というように各機器が動作する。この場合、Ｔ１時間〜Ｔ３時間がそれぞれ設定時間であるＴ０時間以内であり、かつ、各機器の動作回数である４回が設定回数であるＮ回以上であると、処理部５Ｄは、これらの機器が多頻度動作をしている状態と判断する。

ステップＳ２で多頻度動作でなければ、処理部５Ｄは処理をステップＳ１に戻す。もし、ステップＳ２で多頻度動作と判断すると、処理部５Ｄは、遮断器３Ａや開閉器３Ｂの多頻度動作の開始時点を算出する。ステップＳ３で、処理部５Ｄは、多頻度動作と判断した、遮断器３Ａや開閉器３Ｂの一連の動作の中で、最初の動作を多頻度動作の開始時点とする。例えば先の図４に示すように、Ａ遮断器からＢ断路器までの４つの機器の動作を多頻度動作と判断した場合、処理部５Ｄは最初にＡ遮断器が動作したｔ１時刻を、多頻度動作の開始時点として算出する。

ステップＳ３が終了すると、処理部５Ｄは、多頻度動作による鉛蓄電池２の放電量を積算する（ステップＳ４）。処理部５ＤはステップＳ４を次のようにして行う。遮断器３Ａや開閉器３Ｂが動作する場合、例えば図５に示すように、遮断器３Ａが動作する場合、大きな負荷電流が流れる。つまり、処理部５Ｄは、測定装置４からの測定結果に含まれる直流電流の波形を用いて、遮断器３Ａの動作電流を、遮断器３Ａが動作する時間、つまり、時間ｔ１１から時間ｔ１２の間について積算する。この積算した値が鉛蓄電池２の放電量を積算した値と同じになる。ステップＳ４で、処理部５Ｄは算出した放電量を記憶部５Ｅに保存する。

こうしたステップＳ４が終了すると、処理部５Ｄは、記憶部５Ｅに保存されている放電量が設定値以上であるかどうかを判断する（ステップＳ５）。放電量の設定値は、担当者により入力部５Ｂから、あらかじめ入力された値である。そして、放電量の設定値は、鉛蓄電池２の放電量が大きい場合に直ちに充電を必要とする、放電量のレベルを表す。処理部５Ｄは、入力された放電量の設定値を記憶部５Ｅに保存する。このステップＳ５により、後述するように、鉛蓄電池２の放電量が大きい場合には、直ちに均等充電を行うことができる。

ステップＳ５で、放電量が設定値より少なければ、処理部５Ｄは、次に多頻度動作が終息したかどうかを判断する（ステップＳ６）。処理部５ＤはステップＳ６を次のようにして行う。処理部５Ｄは、遮断器３Ａや開閉器３Ｂの直近の動作、例えば先の図４では、最後のＢ断路器の動作から、設定時間であるＴ０時間が経過しても、遮断器や断路器の動作が発生しない場合に、多頻度動作が終息したと判断する。逆に、Ｔ０時間以内に遮断器や断路器が動作すると、処理部５Ｄは多頻度動作の状態にある、と判断する。

ステップＳ６で、多頻度動作が終息していなければ、処理部５Ｄは処理をステップＳ４に戻す。これにより、多頻度動作によるすべての放電量が記憶部５Ｅに保存される。

ステップＳ６で多頻度動作が終息したと判断すると、また、ステップＳ５で放電量が設定値以上であると判断すると、処理部５Ｄは、直流電源装置１の動作状態を調べる（ステップＳ７）。ステップＳ７で、処理部５Ｄは、先に述べたように、インターフェース５Ａと信号線１２とを経た直流電源装置１との信号の送受信により、直流電源装置１の動作状態を監視する。この後、処理部５Ｄは、監視結果から、直流電源装置１が動作状態であるかどうかを判断する（ステップＳ８）。ステップＳ８で直流電源装置１が不動作であると、処理部５Ｄは処理をステップＳ７に戻す。

もし、ステップＳ８で直流電源装置１が動作状態であると判断すると、処理部５Ｄは、記憶部５Ｅに記憶したすべての放電量から、均等充電を行う時間を算出する（ステップＳ９）。ステップＳ９で算出される均等充電時間は、多頻度動作で鉛蓄電池２の放電量を補うためと、鉛蓄電池２のサルフェーションを抑制するためのものである。

この後、処理部５ＤはステップＳ９で算出した均等充電時間による充電の指示を、信号線１２を経て直流電源装置１に送って均等充電を行い（ステップＳ１０）、時間を調べて均等充電時間が経過したかどうかを判断する（ステップＳ１１）。もし、均等充電時間が経過していなければ、処理部５Ｄは処理をステップＳ１０に戻す。処理部５Ｄは、ステップＳ１１で均等充電時間が経過したと判断すると、均等充電終了の指示を、信号線１２を経て直流電源装置１に送って均等充電を終了し（ステップＳ１２）、充電制御処理を終了する。

充電制御処理が終了したときには、直流電源装置１は、正常な状態であり、規定電圧の直流電源を負荷３に出力する。同時に、この直流電源は鉛蓄電池２に加えられるので、鉛蓄電池２に対して常時の浮動充電が行われる。

こうして、この実施の形態により、次の効果を達成することができる。雷の発生などで、変電所自体が停電になり、かつ、遮断器３Ａや開閉器３Ｂの多頻度動作が発生した場合、鉛蓄電池２の放電量を基に算出した時間で均等充電を行うので、鉛蓄電池２の劣化を抑制することができる。また、鉛蓄電池２の劣化による接続機器の不動作等を回避することができる。

（実施の形態２）
この実施の形態では、測定装置４を次のようにしている。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。この実施の形態では、測定装置４は、電流測定部４Ａと電圧測定部４Ｂだけを備えている。

そして、この実施の形態では、コントローラ５の記憶部５Ｅが、遮断器３Ａや開閉器３Ｂが動作したときの直流電流の波形を、あらかじめ記憶している。処理部５Ｄは、測定装置４の各電流測定部４Ａや電圧測定部４Ｂからの信号を受けて、現在監視している直流電源装置１からの直流電圧や直流電流に変化があると、あらかじめ記憶部５Ｅの記憶している直流電流の波形と、電流測定部４Ａから受け取った直流電流の変化から得られる波形とを比較し、遮断器３Ａや開閉器３Ｂが動作したかどうかを判定する。

このような実施の形態によれば、直流電源装置１と負荷３との間に設置される測定装置４が電流測定部４Ａと電圧測定部４Ｂとから成るので、測定装置４を小型化して取り扱いを容易にすることを可能にする。

１ 直流電源装置
２ 鉛蓄電池
３ 負荷
３Ａ 遮断器
３Ｂ 開閉器
４ 測定装置
５ コントローラ（制御装置）
５Ａ インターフェース
５Ｂ 入力部
５Ｃ 出力部
５Ｄ 処理部
５Ｅ 記憶部

Claims (3)

1. 直流電源を複数の遮断器および開閉器に出力する直流電源装置と、該直流電源装置に並列に接続されている蓄電池とを具備する電源装置の蓄電池の充電制御装置において、
   電流測定部と電圧測定部を有し、前記直流電源装置から出力される直流電源の直流電圧および直流電流を監視する測定装置と、
   前記直流電源装置の動作状態を調べ、該直流電源装置が不動作状態になると、前記機器に供給される直流電源の状態から前記遮断器および前記開閉器の動作頻度を監視する制御装置を備え、
   前記測定装置は、前記直流電源装置から出力される直流電源の直流電圧および直流電流に変化があると、記憶部にあらかじめ記憶している直流電流の波形と、前記電流測定部からの測定電流の波形とを比較し、前記遮断器および前記開閉器が動作したかを判定し、
   前記制御装置は、前記測定装置からの測定結果に基づき、前記遮断器および前記開閉器の前記動作頻度が多頻度動作であると判断した場合に、多頻度動作による放電量を調べ、該多頻度動作が終息すると、該放電量を基に均等充電を行う時間を算出し、算出した該時間で均等充電を行う、
   ことを特徴とする蓄電池の充電制御装置。
2. 前記制御装置は、前記多頻度動作が終息する前に、該多頻度動作による放電量が、あらかじめ設定された値を超えると、該放電量を基に均等充電を行う時間を算出し、算出した該時間で均等充電を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池の充電制御装置。
3. 直流電源を複数の遮断器および開閉器に出力する直流電源装置と、該直流電源装置に並列に接続されている蓄電池とを具備する電源装置の蓄電池の充電制御方法において、
   電流測定部と電圧測定部を有する測定装置によって、前記直流電源装置から出力される直流電源の直流電圧および直流電流を監視し、
   前記直流電源装置の動作状態を制御装置が調べ、
   前記直流電源装置が不動作状態になると、前記遮断器および前記開閉器に供給される直流電源の状態から前記遮断器および開閉器の動作頻度を制御装置が監視し、
   前記測定装置は、前記直流電源装置から出力される直流電源の直流電圧および直流電流に変化があると、記憶部にあらかじめ記憶している直流電流の波形と、前記電流測定部からの測定電流の波形とを比較し、前記遮断器および開閉器が動作したかを判定し、
   前記制御装置は、前記測定装置からの測定結果に基づき、前記遮断器および前記開閉器の前記動作頻度が多頻度動作であると判断した場合に、多頻度動作による放電量を調べ、該多頻度動作が終息すると、該放電量を基に均等充電を行う時間を算出し、算出した前記時間で均等充電を行う、
   ことを特徴とする蓄電池の充電制御方法。

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