(57)【要約】【課題】複数の電池ブロックの残容量のアンバランスを解消しながら、電池ブロックに蓄えられる電力を効率よく放電ラインに出力する。【解決手段】電源装置は、充電ライン３と放電ライン８との間に複数の電源ユニット１を並列に接続して、この電源ユニット１を制御回路２で制御している。各々の電源ユニット１は、充電ライン３の電力で充電される電池ブロック４と、電池ブロック４を充電する充電回路５と、電池ブロック４の出力電圧を安定化して出力する出力回路６と、電池ブロック４の残容量を検出して出力回路６を制御する電池コントローラ７とを備えている。制御回路２は、電池ブロック４の残容量で動作状態とする出力回路６を特定し、動作状態にある出力回路６が電池ブロック４の電圧を安定化して放電ライン８に出力し、停止状態にある出力回路６は電池ブロック４の放電を停止して、電源ユニット１の電池ブロック４から放電ライン８に所定の電力を出力する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電ライン(3)と放電ライン(8)との間に互いに並列に接続されてなる複数組の電源ユニット(1)と、この電源ユニット(1)を制御する制御回路(2)とを備え、
各々の電源ユニット(1)は、充電ライン(3)から入力される電力で充電される複数の電池を備える電池ブロック(4)と、充電ライン(3)から入力される電力で電池ブロック(4)を充電する充電回路(5)と、前記電池ブロック(4)の出力電圧を降圧又は昇圧して出力電圧を一定の電圧に安定化して放電ライン(8)に出力する出力回路(6)と、電池ブロック(4)の残容量を検出して出力回路(6)を制御する電池コントローラ(7)とを備え、
各々の電源ユニット(1)の出力回路(6)が、各々の電源ユニット(1)の電池コントローラ(7)で制御されると共に、
前記制御回路(2)が、各々の電源ユニット(1)の電池ブロック(4)の残容量で動作状態とする出力回路(6)を特定し、動作状態にある出力回路(6)がこれを接続している電池ブロック(4)の電圧を安定化して放電ライン(8)に出力し、停止状態にある出力回路(6)に接続している電池ブロック(4)の放電が停止されて、各々の電源ユニット(1)の電池ブロック(4)から放電ライン(8)に所定の電力が出力されるようにしてなる電源装置。
【請求項２】
前記出力回路(6)がＤＣ／ＤＣコンバータ(6A)で、放電ライン(8)に各々の電源ユニット(1)から出力されるトータル出力の直流を交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ(12)を接続してなる請求項１に記載される電源装置。
【請求項３】
前記出力回路(6)がＤＣ／ＡＣインバータ(6B)で、各々の電源ユニット(1)が電池ブロック(4)の直流を交流に変換して放電ライン(8)に出力する請求項１に記載される電源装置。
【請求項４】
前記電池コントローラ(7)が、電池の充放電電流の積算値と、電池電圧のいずれか又は両方から残容量を検出する請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置。
【請求項５】
前記電源ユニット(1)の充電回路(5)が、前記制御回路(2)で制御され、制御回路(2)が、複数の電源ユニット(1)の電池ブロック(4)を充電するトータル充電電力と、各々の電池ブロック(4)の残容量から、充電状態とする充電回路(5)の個数を特定し、充電状態となる充電回路(5)がこれを接続している電池ブロック(4)を充電して、各々の電源ユニット(1)の電池ブロック(4)の残容量を均等化しながら充電する請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置。
【請求項６】
各々の電池ブロック(4)を構成している電池が、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池のいずれかである請求項１ないし５のいずれかに記載される電源装置。
【請求項７】
前記電源装置が船舶に搭載されて、停泊中に船舶の電源ラインに電力を供給する電源装置である請求項１ないし６のいずれかに記載される電源装置。
【請求項８】
前記出力回路(6)の定格出力が、５ＫＷないし５０ＫＷで、各々の電源ユニット(1)から放電ライン(8)に出力されるトータル出力が１００ＫＷないし５０００ＫＷである請求項１ないし７のいずれかに記載される電源装置。
【請求項９】
前記電池ブロック(4)が１０組ないし５００組である請求項１ないし８のいずれかに記載される電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大きな電力を蓄電して、蓄えた電力を外部の電源ラインに供給する電源装置に関し、主として大型の船舶に搭載されて、停泊中に発電機に代わって船舶の電源ラインに電力を供給する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶は、停泊中においてはエンジンで発電機を駆動して、発電機から電源ラインに電力を供給している。この船舶は、停泊中に発電機を駆動するためのエンジンを常に運転する必要がある。運転状態にあるエンジンは周囲に騒音を発生させるばかりでなく、排気ガスをも排出して、周囲の環境に悪い影響を与える。この弊害は、船舶に充電できる電池を設け、夜間には電池から電源ラインに電力を供給してエンジンを停止することで解消できる。この用途に使用される電源装置は、大きな電力を船舶の電源ラインに供給する必要があるので、多数の電池を直列や並列に接続して出力電圧や出力電流を大きくする必要がある。
【０００３】
さらに、大型の船舶に搭載される電源装置に限らず、太陽電池や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電し、昼間のピーク時や夜間に出力する電源装置として、大容量の電源装置も実用化されている。この電源装置も、大きな電力を外部の電源ラインに供給できるように、多数の電池を直列や並列に接続して出力電圧や出力電流を大きくする構造としている。
【０００４】
この種の電源装置は、複数の電池を直列や並列に接続して電池ブロックとし、さらに複数の電池ブロックを直列や並列に接続して、さらに出力を大きくしている。電池は放電するにしたがって電圧が低下するので、出力電圧を一定に安定化するために、この種の電源装置は、出力側にＤＣ／ＤＣコンバータを設けている。この電源装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータが故障し、あるいは直列に接続している電池ブロックが故障すると使用できなくなる欠点がある。この弊害は、全ての電池を複数の電池ブロックに分割すると共に、各々の電池ブロックの出力側に個別にＤＣ／ＤＣコンバータを接続する回路構成で解消できる。（特許文献１及び２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３１７５１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３３２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、複数に分割された各々の電池ブロックの出力側にＤＣ／ＤＣコンバータを接続し、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して複数の電池ブロックを並列に接続している電源装置は、繰り返し充放電するにしたがって経時的に各々の電池ブロックの残容量がアンバランスになる。このようなアンバランスが発生する原因としては、次のようなもの等が考えられる。電池システム自体の制御系回路もれ電流のバラツキ、ＤＣ／ＤＣコンバータの無負荷時や稼動時の消費電流のバラツキ、大きなシステムの場合における個々の電池システムと出力端までの配線抵抗のバラツキ、充電・放電タイミングのバラツキ等が考えられる。
残容量のアンバランスは、特定の電池ブロックを過放電したり、あるいは過充電して電池の電気特性を劣化させる原因となる。残容量の小さい電池ブロックは過放電されやすく、また残容量の大きい電池ブロックは過充電されやすくなるからである。
【０００７】
経時的に発生する電池ブロックのアンバランスは、全ての電池ブロックの放電電流を均等にすることで少なくできる。しかしながら、全ての電池ブロックを等しい電流で放電し、また充電しても、経時的に発生する電池ブロックのアンバランスは解消されない。このことは、複数の電池を直列に接続して充放電しても、各々の電池の残容量がアンバランスになることからも明らかである。同じ電流で充放電される電池に残容量のアンバランスができるのは、全ての電池の電気特性を均等にできず、また充放電される電池の温度などの外的条件を均等にできないからである。
【０００８】
電池ブロックの残容量のアンバランスを解消するために、残容量の高い電池ブロックを放電抵抗で強制的に放電している。しかしながら、この回路構成の電源装置は、残容量の高い電池ブロックを放電するための放電抵抗や、この放電抵抗で電池ブロックを放電する放電スイッチや、さらに放電スイッチをオンオフに制御するコントロール回路を設ける必要があって、回路構成が複雑になる。また、放電抵抗で特定の電池ブロックを放電すると、ジュール熱が発生するのでこれを放熱する必要もある。さらに、電池ブロックを放電抵抗で放電するので、電池ブロックに蓄えている電力を無駄に消費する弊害もある。さらにまた、大出力の電池ブロックを均等化するために消費する電力が大きく、発熱が大きく、放電が難しく、無駄に消費する電力も大きくなる等の欠点がある。
【０００９】
本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、複数の電池ブロックの残容量のアンバランスを簡単な回路構成で効率よく解消すると共に、均等化のために無駄な電力を消費したり、ジュール熱を発生したりすることがなく、全ての電池ブロックに蓄えられる電力を効率よく放電ラインに出力できる電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
本発明の電源装置は、充電ライン３と放電ライン８との間に、複数組の電源ユニット１を並列に接続して、各々の電源ユニット１を制御回路２で制御している。各々の電源ユニット１は、充電ライン３から入力される電力で充電される複数の電池を備える電池ブロック４と、充電ライン３から入力される電力で電池ブロック４を充電する充電回路５と、電池ブロック４の出力電圧を降圧又は昇圧して出力電圧を一定の電圧に安定化して出力する出力回路６と、電池ブロック４の残容量を検出して出力回路６を制御する電池コントローラ７とを備える。各々の電源ユニット１の出力回路６は、各々の電源ユニット１の電池コントローラ７で制御され、さらに、制御回路２が、各々の電源ユニット１の電池ブロック４の残容量で動作状態とする出力回路６を特定する。動作状態に制御される出力回路６は、これを接続している電池ブロック４の電圧を安定化して放電ライン８に出力し、停止状態にある出力回路６に接続している電池ブロック４の放電は停止されて、各々の電源ユニット１の電池ブロック４から放電ライン８に所定の電力が出力される。
【００１１】
以上の電源装置は、各々の電源ユニットが装備する電池ブロックの残容量のアンバランスを簡単な回路構成で効率よく解消しながら、均等化のために無駄な電力を消費したり、ジュール熱を発生したりすることがなく、全ての電源ユニットが装備する電池ブロックに蓄えられる電力を効率よく放電ラインに出力できる特徴がある。
【００１２】
図１は、１０組の電源ユニットを充電ラインと放電ラインとの間に並列に接続している電源装置が残容量を均等化しながら放電する状態を示している。この電源装置は、各々の電源ユニットに装備される出力回路の定格出力を１０ＫＷとして、装置のトータル出力を１００ＫＷとする。この図に示すように、Ｎｏ１〜Ｎｏ１０の電源ユニットは、電池ブロックの残容量を図の棒グラフで示す値としている。この状態で放電ラインに接続している負荷の消費電力が２０ＫＷ〜３０ＫＷであると、制御回路は、電池ブロックの残容量が大きい電源ユニットＮｏ３、Ｎｏ４、Ｎｏ５の出力回路を動作状態として、他の電源ユニットの出力回路を停止状態とする。この状態で電源ユニットＮｏ３、Ｎｏ４、Ｎｏ５の電池ブロックが放電されて残容量が低下し、他の電池ブロックの残容量に接近する。
【００１３】
３組の電源ユニットＮｏ３、Ｎｏ４、Ｎｏ５の出力回路が動作状態にあるとき、放電ラインに接続している負荷の消費電力が３組の出力回路の定格出力のトータル電力の３０ＫＷを越えることがある。出力回路は、瞬間的に出力できるピーク電力は定格出力よりも大きいので、この状態において３組の出力回路から一時的には負荷に３０ＫＷ以上の電力を供給する。制御回路は、負荷の消費電力が３０ＫＷを越えることを検出して、消費電力を供給できる電源ユニットの台数を多くするように出力回路を動作状態に切り換える。たとえば、放電ラインに接続している負荷の消費電力が３０ＫＷ〜４０ＫＷになると、制御回路は、電源ユニットＮｏ３、Ｎｏ４、Ｎｏ５の出力回路に加えて、Ｎｏ６の電池ブロックの出力回路を動作状態として、４組の電源ユニットから負荷に電力を供給する。
【００１４】
以上のようにして、制御回路は、負荷の消費電力から動作状態とする電源ユニットの組数を特定し、特定される電源ユニットの組数から、残容量の大きい電池ブロックを装備する電源ユニットが順番に選択される。残容量の大きい電池ブロックは放電されて残容量が次第に小さくなる。残容量が減少して、全ての電源ユニットの電池ブロックの残容量が所定の範囲に均等化する。この状態になると、制御回路は、全ての電源ユニットの出力回路を動作状態として、全ての電池ブロックから放電ラインに電力を供給する状態とする。
【００１５】
本発明の電源装置は、出力回路６をＤＣ／ＤＣコンバータ６Ａとして、放電ライン８に各々の電源ユニット１から出力される直流を交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータ１２を接続することができる。
この電源装置は、各々の電源ユニットが、電池ブロックの出力をＤＣ／ＤＣコンバータでもって、一定電圧の直流に変換して放電ラインに出力するので、簡単な回路構成の出力回路でもって、各々の電池ブロックの出力を一定の直流電圧に安定化できる。したがって、各々の電池ブロックをバランスよく放電して、負荷の出力側に電力を供給できる。
【００１６】
本発明の電源装置は、出力回路６をＤＣ／ＡＣインバータ６Ａとすることができる。この電源装置は、各々の電源ユニット１でもって、電池ブロック４の直流を、ＤＣ／ＡＣインバータ６Ａで交流に変換して放電ライン８に出力することができる。
この電源装置は、電源ユニットの出力回路が電池ブロックの直流を交流に変換して出力するので、電池ブロックの直流電圧を安定化して出力するＤＣ／ＤＣコンバータを省略して、ＤＣ／ＡＣインバータを介して複数の電池ブロックの出力を放電ラインに交流として出力できる。
【００１７】
本発明の電源装置は、電池コントローラ７が、電池の充放電電流の積算値と、電池電圧のいずれか又は両方から残容量を検出することができる。電池の充放電電流の積算値から電池の残容量を検出する電池コントローラは、電池ブロックの残容量を正確に検出できる。また、電池の電圧から残容量する検出する電池コントローラは、簡単な回路構成で残容量を検出できる。さらに、電池の充放電電流の積算値を演算して残容量を検出し、さらに演算される残容量を電池の電圧で補正することで、電池コントローラはより正確に電池の残容量を検出できる。
【００１８】
本発明の電源装置は、電源ユニット１の充電回路５を制御回路２で制御することができる。この制御回路２は、複数の電源ユニット１の電池ブロック４を充電するトータル充電電力と、各々の電池ブロック４の残容量から、充電状態とする充電回路５の個数を特定し、充電状態となる充電回路５がこれを接続している電池ブロック４を充電して、各々の電源ユニット１の電池ブロック４の残容量を均等化しながら充電することができる。
この電源装置は、残容量の小さい電源ユニットの電池ブロックのみを充電することで、各々の電源ユニットの電池ブロックの残容量を均等化しながら充電することができる。
【００１９】
本発明の電源装置は、各々の電池ブロック４を構成する電池を、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池のいずれかとすることができる。リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池は、小さく、軽くて充電容量を大きくできる。ニッケル水素電池は、安全に充放電できる特徴がある。
【００２０】
本発明の電源装置は、船舶に搭載されて、停泊中に船舶の電源ラインに電力を供給することができる。この電源装置を搭載する船舶は、停泊中に発電機をエンジンで駆動する必要がなく、停泊中におけるエンジンの騒音レベルを低減し、さらに排気ガスを皆無にできる特徴がある。
【００２１】
本発明の電源装置は、出力回路６の定格出力を５ＫＷないし５０ＫＷとし、各々の出力回路６から出力側に出力されるトータル出力を１００ＫＷないし５０００ＫＷとすることができる。この電源装置は、複数の電源ユニットでトータル出力を大きくできる。
【００２２】
また、本発明の電源装置は、電源ユニット１を１０組ないし５００組とすることができる。この電源装置は、トータル出力を大きくして、種々の大出力が要求される用途に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の電源装置の各々の電源ユニットが負荷が電力を供給して残容量を均等化する状態を示す棒グラフである。
【図２】本発明の実施例にかかる電源装置のブロック図である。
【図３】本発明の他の実施例にかかる電源装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２５】
以下、大型の船舶に搭載されて、停泊中に船舶の電源ラインに電力を供給する電源装置を詳述する。ただし、本発明の電源装置は、その用途を船舶に搭載される装置には特定しない。大きな出力、たとえば、出力を１０ＫＷ以上とする種々の用途、たとえば、太陽電池や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電して、昼間のピーク時や夜間に出力する電源装置等にも使用できる。
【００２６】
図２と図３に示す電源装置は、充電ライン３と放電ライン８との間に複数組の電源ユニット１を並列に接続して、各々の電源ユニット１を制御回路２で制御している。各々の電源ユニット１は、充電ライン３から入力される電力で充電される複数の電池からなる電池ブロック４と、充電ライン３から入力される電力で電池ブロック４を充電する充電回路５と、電池ブロック４の出力電圧を降圧又は昇圧して出力電圧を一定の電圧に安定化して出力する出力回路６と、電池ブロック４の残容量を検出して充電回路５と出力回路６を制御する電池コントローラ７とを備える。この電源装置は、各々の電源ユニット１の出力回路６を、各々の電源ユニット１の電池コントローラ７で制御すると共に、さらに制御回路２で制御している。
【００２７】
電池ブロック４は、複数（例えば、２〜１０個）の電池モジュール（図示せず）を、直列及び／又は並列に接続している。電池モジュールは、複数の素電池を直列又は並列、あるいは直列と並列に接続したものである。例えば、電池モジュールは、１００〜５００個の素電池からなる。電池ブロック４は、複数の電池モジュールを直列に接続して出力電圧を高くしている。電池ブロック４は、複数の電池モジュールを並列に接続して出力電流を大きくすることもできる。さらに、電池ブロック４は、複数の電池モジュールを、直列と並列に接続して、出力電圧を高く、かつ出力電流を大きくできる。電池モジュールは、複数の充電できる電池を備えている。電池はリチウムイオン電池である。ただ、電池には、リチウムイオン電池に代わって、リチウムポリマー電池やニッケル水素電池など、充電できる全ての電池とすることができる。複数の電池モジュールからなる電池ブロック４は、たとえば出力電圧を３０Ｖ〜１００Ｖ、充電容量を５Ａｈ〜１００Ａｈとしている。
【００２８】
電源装置は、１０組〜５００組の電池ブロック４を備えている。電源装置は、電池ブロック４の数を多くしてトータル出力を大きくできる。したがって、電池ブロック４の数は、要求される出力を考慮して最適な数に特定される。たとえば、１組の出力回路６の定格出力を１０ＫＷとする電源装置は、５０組の電池ブロック４を備えてトータルの定格出力を５００ＫＷにできる。
【００２９】
充電回路５は、充電ライン３から入力される電力で電池ブロック４を充電する。充電回路５は、充電している電池ブロック４の満充電を検出して充電を停止する。充電回路５は、電池ブロック４を構成する電池を理想的な状態で充電する。たとえば、リチウムイオン電池やリチウムイオン電池からなる電池ブロック４の充電回路５は、定電圧・定電流充電して満充電し、ニッケル水素電池からなる電池ブロックの充電回路は、定電流充電して満充電する。充電回路５は、電池ブロック４の満充電を検出して充電を停止する。
【００３０】
さらに、図２と図３の電源装置は、充電回路５を制御回路２で制御している。この電源装置は、複数の電源ユニット１の電池ブロック４を充電するトータル充電電力と、各々の電池ブロック４の残容量から、充電状態とする電源ユニット１の個数を特定し、充電状態となる充電回路５は、これを接続している電池ブロック４を充電する。制御回路２は、残容量の小さい電源ユニット１の電池ブロック４を充電する充電回路５を充電状態として、各々の電源ユニット１の電池ブロック４の残容量を均等化しながら充電する。たとえば、充電回路５の出力が５ＫＷ、電源ユニット１を充電するトータル充電電力が１５ＫＷであるとき、制御回路２は３組の電源ユニット１の充電回路５を動作状態とする。このとき、残容量の小さい電池ブロック４の電源ユニット１が選択される。残容量の小さい電池ブロック４が充電されて残容量が均等化される。制御回路２は、順番に残容量の小さい電池ブロック４の電源ユニット１を充電状態として、電池ブロック４の残容量を均等化しながら充電する。この電源装置は、電源ユニット１の充電回路５が、制御回路２と充電回路５の両方で制御される。制御回路２は、トータル充電電力が大きくなって、電池ブロック４が均等化されると、充電する電源ユニット１を多くして充電する。以上の電源装置は、電源ユニット１の電池ブロック４を均等化しながら充電できる。ただし、充電回路は必ずしも制御回路で制御する必要はなく、充電回路が電池ブロックを過充電しないように充電することもできる。
【００３１】
図２の電源装置は、出力回路６をＤＣ／ＤＣコンバータ６Ａとし、図３の電源装置は出力回路６をＤＣ／ＡＣインバータ６Ｂとしている。出力回路６のＤＣ／ＤＣコンバータ６Ａは、電池ブロック４の直流電圧を降圧し、あるいは昇圧して一定の電圧に安定化して出力する。図２の電源装置は、出力回路６の出力側をダイオード９を介して放電ライン８に接続している。ダイオード９は、電源ユニット１の出力回路６から放電ライン８に向かってのみ電流を供給できる方向に接続している。ＤＣ／ＤＣコンバータ６Ａは、たとえば５００Ｖ〜１０００Ｖの直流に安定化して出力する。この電源装置は、放電ライン８に直流を出力するので、負荷１１に交流機器を接続する用途にあっては、放電ライン８の直流をＤＣ／ＡＣインバータ１２で交流に変換して負荷１１に供給する。
【００３２】
図３の電源装置は、出力回路６をＤＣ／ＡＣインバータ６Ｂとする。出力回路６のＤＣ／ＡＣインバータ６Ｂは、電池ブロック４の直流電圧を降圧し、あるいは昇圧して一定の電圧に安定化した交流として出力する。ＤＣ／ＡＣインバータ６Ｂは、たとえば１００Ｖ〜２５０Ｖの交流に安定化して出力する。この電源装置は、放電ライン８に交流を出力するので、負荷１１に交流機器を接続する用途においても、放電ライン８の出力を変換する必要がない。
【００３３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ６ＡやＤＣ／ＡＣインバータ６Ｂの出力回路６は、電池コントローラ７で制御される。電池コントローラ７は、電池ブロック４の残容量を検出し、放電している電池ブロック４の残容量が最低容量まで低下すると出力回路６を停止状態として電池ブロック４の放電を停止する。電池コントローラ７は、電池ブロック４の充放電電流の積算値から残容量を演算する。電池コントローラ７は、充電電流の積算値を加算し、放電電流の積算値を減算して残容量を検出する。さらに、電池コントローラ７は、演算した残容量を、電池の電圧で補正する。電池の残容量は、最低電圧と最高電圧とで電圧から正確に検出できるからである。電池コントローラ７は、充放電の電流の積算値のみから残容量を検出することができ、また電圧のみから残容量を検出することもできる。電池コントローラ７は、検出する電池ブロック４の残容量でもって、電池ブロック４を過放電しないように出力回路６を制御する。
【００３４】
電池コントローラ７は、電池ブロック４の残容量、すなわち満充電を検出して充電回路５を停止状態に制御することもできるが、電池ブロック４の満充電は、充電回路５で検出して、充電を停止する。電池の満充電を検出する充電回路５は、電池の電圧から満充電を検出して、充電を停止する。または、電圧が所定値以上で、充電電流が所定値以下に低下したら、満充電を検出して充電を停止する。リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池を充電する充電回路５は、電池の電圧が最高電圧に上昇したことを検出して満充電を検出し、ニッケル水素電池の充電回路は、充電している電池の電圧がピーク電圧からΔＶ低下したことを検出して、満充電を検出する。
【００３５】
電池コントローラ７は検出する電池ブロック４の残容量を通信ライン１０を介して制御回路２に伝送する。ただし、制御回路は、それ自体で電池ブロックの残容量を検出することもできる。
【００３６】
電池コントローラ７は、出力回路６を制御して電池ブロック４の過放電を防止するが、出力回路６は、制御回路２によっても、動作状態と停止状態とに制御される。電池コントローラ７と制御回路２の両方で制御される出力回路６は、電池コントローラ７と制御回路２の両方から動作状態に制御される状態で動作状態となり、電池コントローラ７と制御回路２のいずれか又は両方から停止状態に制御されると、停止状態となる。
【００３７】
動作状態にある出力回路６は、これを接続している電池ブロック４を放電して放電ライン８に一定の電圧に安定化された直流又は交流を出力する。複数の電源ユニット１の出力回路６が動作状態に制御されるとき、複数の電源ユニット１の電池ブロック４から放電ライン８に直流や交流が出力される。たとえば、定格出力を１０ＫＷとする３組の電源ユニット１の出力回路６が動作状態に制御されるとき、放電ライン８には３０ＫＷの直流又は交流が出力される。
【００３８】
制御回路２は、各々の電池ブロック４の残容量でもって動作状態とする出力回路６を特定する。制御回路２は、残容量の大きい電池ブロック４に接続している出力回路６を動作状態として、残容量の小さい電池ブロック４に接続している出力回路６を停止状態とする。動作状態にある出力回路６は、これを接続している電池ブロック４の電圧を安定化して放電ライン８に出力し、停止状態に制御される出力回路６は、これに接続している電池ブロック４の放電を停止する。この状態において、残容量の大きい電池ブロック４は放電され、残容量の小さい電池ブロック４は放電されないので、電源ユニット１から放電ライン８に直流や交流が出力されるにしたがって、電池ブロック４の残容量は均等化される。
【００３９】
制御回路２は、放電ライン８の負荷１１が消費する電力を複数の電源ユニット１から負荷１１に供給できるように、出力回路６を動作状態とする電源ユニット１の個数を特定する。たとえば、１０組の電源ユニット１に装備する電池ブロック４の残容量が図１の棒グラフで示す状態にあり、各々の出力回路６の定格出力が１０ＫＷで、負荷１１の最大消費電力が３０ＫＷであると、制御回路２は電池ブロック４の残容量が大きい電源ユニット１から順番に、３組の電源ユニットＮｏ３〜Ｎｏ５の出力回路６を動作状態とする。この状態で３組の出力回路６は、３０ＫＷの電力を負荷１１に供給する。この状態において、制御回路２は、負荷１１の最大消費電力と出力回路６の定格出力から動作状態とする電源ユニット１の数を特定する。すなわち、複数の電源ユニット１から最大消費電力を供給できるように、動作状態とする電源ユニット１の数を特定する。したがって、最大消費電力が５０ＫＷで、出力回路６の定格出力が１０ＫＷであると、電池ブロック４の残容量が大きい順番に５組の電源ユニット１の出力回路６が動作状態に制御される。出力回路６がこの状態を継続すると、残容量が大きい電池ブロック４が放電されて、残容量が次第に減少して、他の電源ユニット１の電池ブロック４の残容量と均等化される。電源ユニット１の電池ブロック４の残容量があらかじめ設定している所定の範囲（たとえば、３％〜１０％以内）に均等化されると、制御回路２は、全ての電源ユニット１の出力回路６を動作状態として、全ての電源ユニット１から放電ライン８に電力を供給する。全ての出力回路６を動作状態として、全ての電源ユニット１から負荷１１に電力を供給する状態で、負荷１１の最大消費電力が３０ＫＷであると、各々の電源ユニット１の出力は３ＫＷとなる。
【００４０】
電源装置は、出力回路６を動作状態とする電源ユニット１の数を多くして、電池ブロック４の放電電流を小さくできる。たとえば、負荷１１に電力を供給する電源ユニット１の組数を２倍にして、放電する電池ブロック４の電流を半分にできる。２倍の電源ユニット１から負荷１１に電力を供給するからである。電源装置は、電源ユニット１を構成する電池ブロック４の電流を少なくして種々のメリットがある。たとえば、電池ブロック４やこれに接続している線路の電気抵抗による損失を少なくでき、また電池の大電流放電による劣化を少なくできる。したがって、電源装置は、特定の電源ユニット１の電池ブロック４のみを放電して、残容量が所定の範囲となるように均等化した後は、好ましくは、制御回路２が全ての電源ユニット１の出力回路６を動作状態とする。ただし、電池ブロック４の残容量を均等化した状態において、負荷１１の最大消費電力を供給できる以上の電源ユニット１の出力回路６を動作状態とすることもできる。
【００４１】
図２と図３に示す電源装置は、以下の動作をして各々の電源ユニット１から放電ライン８に直流や交流を出力する。
船舶に搭載される電源装置は、船舶を航行させるときに、主エンジンやサブエンジンでもって発電機２０を駆動し、発電機２０で各々の電源ユニット１の電池ブロック４を充電し、船舶の停泊中には、発電機２０の運転を停止して電源ユニット１から放電ライン８の負荷１１に電力を供給する。
電源ユニット１は、電池コントローラ７でもって、電池ブロック４の残容量を、充放電の電流の積算値や電圧で常に検出している。発電機２０が電源ユニット１の電池ブロック４を充電する状態で、充電回路５は充電状態となって電池ブロック４を充電する。各々の電源ユニット１の充電回路５は、充電している電池ブロック４が満充電されると、このことを検出して電池ブロック４の充電を停止する。発電機２０のトータル充電電力が全ての電源ユニット１の電池ブロック４を充電できる出力であると、制御回路２は全ての電源ユニット１の充電回路５を充電状態として、全ての充電回路５を充電状態とする。
【００４２】
電源装置を構成している各々の電源ユニット１の電池ブロック４の残容量を均等化するとき、制御回路２は、残容量の小さい電池ブロック４の充電回路５のみを充電状態として、他の充電回路５を充電状態としない。充電ライン３から供給されるトータル充電電力が制限される状態においては、制御回路２はトータル充電電力で充電できる電源ユニット１の個数を特定する。このとき、制御回路２は電池ブロック４の残容量が小さい電源ユニット１から順番に充電回路５を充電状態とする。トータル充電電力が制限されない状態においては、あらかじめ特定している数、たとえば電池ブロック４の残容量が小さい順に３組の電源ユニット１の充電回路５のみを充電状態として他の充電回路５を充電状態としないで、電源ユニット１の電池ブロック４の残容量を均等化しながら充電する。また、トータル充電電力が制限されない状態においては、残容量が平均値よりも小さい電源ユニット１の充電回路５を充電状態として、他の充電回路５を充電状態としないように制御して均等化することもできる。特定の電源ユニット１の電池ブロック４が充電されて、電池ブロック４の残容量が所定の範囲となるように均等化されると、全ての充電回路５を充電状態として、各々の電源ユニット１の電池ブロック４を充電する。各々の電源ユニット１は、電池ブロック４の満充電を検出して充電回路５の充電状態を停止する。ただ、全ての使用状態で、全ての電源ユニット１の電池ブロック４が満充電されるとは限らない。
【００４３】
船舶が停泊して、発電機２０の運転が停止されると、電源ユニット１から放電ライン８に電力を供給する。この状態において、全ての電源ユニット１の電池ブロック４が満充電され、あるいは電池ブロック４の残容量が均等化されていると、制御回路２は全ての出力回路６を動作状態として、全ての電源ユニット１から放電ライン８に電力を供給する。この状態で、電源ユニット１の電池ブロック４に残容量の差があると、制御回路２は、負荷１１の最大消費電力よりも大きな電力を出力できる数の電源ユニット１の出力回路６を動作状態とする。このとき、電池ブロック４の残容量が大きい電源ユニット１の出力回路６を順番に動作状態として、残容量の大きい電池ブロック４から放電する。残容量の大きい電池ブロック４が放電されて、電池ブロック４の残容量が均等化されると、制御回路２は全ての電源ユニット１の出力回路６を動作状態として、放電ライン８に電力を供給する。
【００４４】
図２の電源装置は、放電ライン８に直流を出力するので、放電ライン８に接続するＤＣ／ＡＣインバータ１２でもって直流を交流に変換して交流機器の負荷１１に電力を供給する。図３の電源装置は、放電ライン８に交流を出力するので、放電ライン８に直接に交流機器の負荷１１を接続して電力を供給する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る電源装置は、大型の船舶に搭載されて、船舶の電源ラインに電力を供給する電源装置として好適に使用できる。また、太陽電池や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電して、昼間のピーク時や夜間に出力する電源装置等にも適宜利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１…電源ユニット
２…制御回路
３…充電ライン
４…電池ブロック
５…充電回路
６…出力回路                        ６Ａ…ＤＣ／ＤＣコンバータ
６Ｂ…ＤＣ／ＡＣインバータ
７…電池コントローラ
８…放電ライン
９…ダイオード
１０…通信ライン
１１…負荷
１２…ＤＣ／ＡＣインバータ
２０…発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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