JP6196650B2 - 電力供給システム - Google Patents
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Description
図1から図3を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
図1は、本発明に係る実施の形態1における電力供給システムの構成図である。
電力供給システム100は、系統電源200と直流電源300の外部電源を接続可能で、この外部電源からの電力供給により宅内負荷400に電力を供給する構成である。系統電源200は商用電源等の交流電力が供給される。直流電源300は、例えば、EV(Electric Vehicle)、又は太陽光発電で構成され直流電力が供給される。宅内負荷400は、例えばIHクッキングヒータ、冷蔵庫、及び照明などの家電機器である。宅内負荷400には、電力変換手段の具体的な構成である電力変換回路3から出力される交流電力、又は系統電源200から出力される交流電力が供給される。
外部電源からの電力供給の無いとき(以下「待機状態時」と記載)、電力供給システム100内の制御負荷7(例えば、CPU、リモコン、電圧電流状態監視センサ等)への待機電力を供給するために、蓄電手段の具体的な構成である二次電池1を搭載する。この二次電池1には、例えば鉛蓄電池を使用してもよい。
この通常状態であるか否かの判定は、制御部(図示省略。)で実施しており、具体的には整流回路4又は制御電源5の入力電圧値で判定される。
例えば、BCG6からの充電電圧は6セル構成の鉛蓄電池に対しては約13.5Vが一般的であり、鉛蓄電池の2個を直列接続した構成(12V×2=24V使用)であれば、約27Vで充電を行う。
通常状態時は、二次電池1の充電による自己発熱に加え、電力変換回路3と制御電源5の動作での発熱の発生、即ち電力供給システム100内部の温度上昇により、二次電池1の本体温度(電池の周囲温度含む)が上昇することとなる。二次電池1は温度上昇によりアレニウスの法則に従って寿命が低下するため、寿命劣化の進行を防止(軽減)するためには温度上昇の抑制が必要となる。
二次電池温度調節部21内に配置される二次電池1は、温度上昇を抑制するため、冷却用風路の風上に配置される。冷却手段の具体的な構成である冷却ファン12によって外気を導入し、この外気で放熱材10(ヒートシンク、ヒートパイプなど)が空冷され、二次電池1が冷却される。
さらに、二次電池1の本体温度を検出するための、温度検出手段の具体的な構成である温度検出部11と、放熱材10を冷却するための冷却ファン12と、外気を導入する冷却用風路31と、二次電池1を加熱するため、加熱手段の具体的な構成である加熱用風路30と、加熱用風路30内の加熱空気の流れを調整する風量調整手段の具体的構成である加熱用弁8と、冷却ファン12と加熱用弁8を制御するため、温度制御手段の具体的な構成である温度制御部9とを備えている。
尚、図1中の冷却用風路31と加熱用風路30に記載する矢印は、空気の流れる方向を模式的に示すものである。また、加熱用弁8、温度検出部11、及び冷却ファン12と温度制御部9との間に記載される矢印は、信号の入出力方向を模式的に示すものである。
温度検出部11及び温度制御部9により、二次電池1の温度が低いと判断されたときは、温度制御部9が加熱用弁8を開口するように制御する。加熱用弁8は、電力変換回路3の発熱を二次電池1に供給する加熱用風路30上に配置され、加熱用弁8の開口量に応じて加熱された空気が供給され、二次電池1の温度が上昇する構成になる。
図2は、本発明に係る実施の形態1の電力供給システムにおける二次電池の温度に対する温度閾値の設定例である。温度制御部9の記憶部には、二次電池1の温度を判定するため、複数の温度閾値が設けられ、判定結果に応じて二次電池1の冷却及び加熱動作を行う。
図2において、二次電池1の温度が高いところから、冷却動作の必要領域、適正温度、加熱動作の必要領域を示している。複数の温度閾値は、冷却動作の必要領域であるか否かを判定する温度閾値が閾値A1、適正温度であるか否かを判定する温度閾値の上限が閾値A2、下限が閾値B2、加熱動作の必要領域であるか否かを判定する温度閾値が閾値B1である。
冷却ファン12の動作等により、二次電池1の温度は低下し、温度検出部11で検出する二次電池1の温度が閾値A2(例えば53℃)まで達すると、上述の冷却動作を停止させる。温度制御部9は冷却動作を継続する制御をしてもよいが、電力消費を極力抑えるために冷却動作を停止させる制御としている。このように閾値A1、A2に対する冷却動作にヒステリシス特性を持たせる制御とすることが望ましい。
図3は、実施の形態1における電力供給システムの動作を示すフローチャートである。なお、図3では、電力供給システムの各構成部に付される符号の表記を省略している。
その後、温度制御部9は、温度検出部11が検出した温度、すなわち二次電池2の温度が第1の閾値である閾値A1以上であるか否かを判定する第1の判定処理を行う(ステップS35)。
二次電池2の温度が閾値A1以上の場合には(ステップS35、Yes)、冷却動作を開始(ステップS36)し、温度検出部11の検出温度に基づきBCG6の出力電圧を加減(ステップS37)する。このステップS36とS37の動作は、どちらか一方のみを実行するフローチャートであっても問題ない。
二次電池2の温度が閾値B1より大きい場合には(ステップS40、No)、第1の判定処理を再度行う(ステップS35)。
二次電池1の温度が閾値B1以下の場合には(ステップS40、Yes)、温度検出部11が検出した温度に基づき加熱用弁を開口(ステップS37)し、二次電池1を加熱する。
次に、二次電池1の温度が第4の閾値である閾値B2以上であるか否かを判定する第4の判定処理を行う(ステップS42)。二次電池1の温度が閾値B2未満の場合には(ステップS42、No)、ステップS42の処理を繰り返す。二次電池1の温度が第4の閾値である閾値B2以上(ステップS42、Yes)であれば、加熱用弁8を閉口し加熱動作を停止する(ステップS43)。
その後、通常状態であるか否かを判定(ステップS44)し、通常状態が終了であると判定すると、動作は終了(ステップS45)となる。
図4を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
図4は、本発明に係る実施の形態2における電力供給システムの構成図である。
実施の形態1と異なる構成は、強制冷却手段の具体的な構成である強制冷却部13を備えることである。
図4において、冷却ファン12の最大風量での冷却で、二次電池1が設定時間内に閾値A2まで低下しない場合、温度制御部9は強制冷却部13を動作させ、二次電池1の温度を低下させる構成である。強制冷却部13は、例えばペルチェ素子による外気の冷却であり、外気温(例えば37℃)を例えば30℃にまで低下させた冷却風を、冷却ファン12によって二次電池1に送風することで、一層の温度低下を実現させる。尚、ペルチェ素子の発熱は、電力供給システム100の外に排熱する。
図5は、実施の形態2における電力供給システムの動作を示すフローチャートである。以下の説明では、実施の形態1のフローチャートと異なる箇所を主に説明する。
図5において、二次電池1の温度が閾値A2以下であるか否かを判定(ステップS38、No)後、二次電池1の冷却動作が設定時間を経過した場合(ステップS46、Yes)に強制冷却部13を動作(ステップS47)させ、二次電池1を冷却する動作になる。二次電池1の温度が閾値A2以下(ステップS38、Yes)の場合、冷却動作を停止する。
図6を参照して、本発明の実施の形態3ついて説明する。
図6は、本発明に係る実施の形態3における電力供給システムの構成図である。この構成図は、電力供給システムを設置した状態を模式的に示している。
実施の形態3は、実施の形態1及び2と冷却用風路の構成が異なっている。電力供給システム100内の内部発熱体としては、電力変換回路3、制御電源5、及び二次電池1があり、実施の形態1及び2では、二次電池1を冷却及び加熱する構成を説明した。実施の形態3では、電力供給システム100内の上述の内部発熱体と二次電池1を冷却する風路構成について説明する。
第1風路40は内部発熱体を冷却するための外気を導入する風路であり、図6に筐体50の下端から吸気し、上端から排気する構成を示しているが、この構成に限定されるものではない。尚、矢印60が示す方向が筐体50の上方向を示す。
一方、第1風路40とは別に、二次電池1の近傍に第2風路41を形成し二次電池1を冷却する。この第2風路41は、第1風路40と同様の筐体50の下端からの吸気とする必要はなく、筐体50の上端からの吸気でも構わない。その際は、第1風路40の排気を第2風路41が吸気として取り込まないような、ショートサイクル防止のための構造設計を留意すればよい。
また、電力供給システム100内部の第1風路40と関係なく二次電池1を配置することができるため、二次電池1を交換する時の施工性を向上する等の内部配置にすることが可能となる。
Claims (6)
- 系統電源からの交流電力を交流負荷に供給する電力供給システムであって、
直流電源又は前記系統電源からの電力で充電され、直流負荷である制御負荷に電力を供給する蓄電手段と、
前記直流電源が供給する直流電力を交流電力に変換して交流負荷に供給する電力変換手段と、
前記電力変換手段又は前記系統電源が供給する交流電力を整流する整流手段と、
前記整流手段の出力を降圧して前記制御負荷に供給する制御電源と、
前記整流手段の出力を降圧して前記蓄電手段を充電するバッテリ充電手段と、
前記蓄電手段の発熱を放熱するヒートシンクと、前記ヒートシンクを冷却する冷却ファンとで構成され、前記蓄電手段を冷却する冷却手段と、
前記蓄電手段を加熱する加熱手段と、
前記蓄電手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段が検出した温度に応じて、前記冷却手段を動作させ、前記冷却手段の冷却動作を停止させ、前記加熱手段を動作させ、又は前記加熱手段の加熱動作を停止させる温度制御手段と、
を備え、
前記冷却手段は、導入する外気の温度を下げる強制冷却手段をさらに有し、前記強制冷却手段の風下に前記冷却ファンが配置され、
前記温度制御手段は、
前記蓄電手段の温度が第1温度より高い場合は前記冷却手段を動作させ、第2温度より低い場合は前記加熱手段を動作させると共に、
前記蓄電手段の温度が前記第1温度より低く、前記第2温度より高い第3温度のときに加熱動作を停止させ、
前記蓄電手段の温度が前記第3温度より高く、前記第1温度より低い第4温度のときに冷却動作を停止させ、
前記蓄電手段の温度が前記第1温度より低く、前記第4温度より高い温度のとき、冷却動作が設定時間を経過した場合には、前記強制冷却手段を動作させる
ことを特徴とする電力供給システム。 - 前記加熱手段は、前記電力変換手段、前記制御電源、及び前記バッテリ充電手段の少なくとも一つからの発熱で加熱された空気を前記蓄電手段に送風する加熱用風路と、
前記加熱用風路内の風量を調整する風量調整手段と、を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。 - 前記温度制御手段は、前記温度検出手段で検出した温度に応じて、前記風量調整手段を制御する
ことを特徴とする請求項2に記載の電力供給システム。 - 前記温度制御手段は、前記温度検出手段で検出した温度に応じて、前記冷却ファンの風量を調整する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電力供給システム。 - 前記温度制御手段は、前記温度検出手段で検出した温度に応じて、前記バッテリ充電手段の出力電圧を調整する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電力供給システム。 - 前記温度検出手段は、サーミスタ又は赤外線センサで構成される
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電力供給システム。
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