(57)【要約】    【課題】  電源システムの信頼性を低下させずにニッケル水素蓄電池のメモリー効果を解消する。    【解決手段】  複数のニッケル水素蓄電池１が直列に接続された電池モジュール２ａ〜２ｃを並列に接続し、各電池モジュール２ａ〜２ｃにスイッチ３ａ〜３ｃを接続し、電源システムの放電の開始および停止を指示する放電指示手段４を設け、電池モジュール２ａ〜２ｃの電圧を計測する電圧計測器５を設け、放電指示手段４および電圧計測器５からの信号に基づいてスイッチ３ａ〜３ｃを操作するスイッチ操作手段６を設け、１つの電池モジュール２ａ〜２ｃ毎に順番に放電させ、停電時に前回完全放電した電池モジュール２ａ〜２ｃ以外の電池モジュール２ａ〜２ｃを優先的に放電させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル水素蓄電池を有する電源システムの放電方法おいて、複数のニッケル水素蓄電池または複数のニッケル水素蓄電池が直列に接続された複数の電池モジュールを並列に接続し、１つの上記ニッケル水素蓄電池または上記電池モジュール毎に順番に放電させ、または複数の上記ニッケル水素蓄電池または上記電池モジュール毎に順番に放電させることを特徴とする電源システムの放電方法。
【請求項２】
停電時に前回完全放電した上記ニッケル水素蓄電池または上記電池モジュール以外の上記ニッケル水素蓄電池または上記電池モジュールを優先的に放電させることを特徴とする請求項１に記載の電源システムの放電方法。
【請求項３】
複数のニッケル水素蓄電池または複数のニッケル水素蓄電池が直列に接続された複数の電池モジュールを並列に接続した電源システムの放電制御装置であって、各ニッケル水素蓄電池または各電池モジュールにスイッチを接続し、電源システムの放電の開始および停止を指示する放電指示手段を設け、各ニッケル水素蓄電池または各電池モジュールの電圧を計測する電圧計測器を設け、上記放電指示手段および上記電圧計測器からの信号に基づいて上記スイッチを操作し、１つの上記ニッケル水素蓄電池または上記電池モジュール毎に順番に放電させ、または複数の上記ニッケル水素蓄電池または上記電池モジュール毎に順番に放電させるスイッチ操作手段を設けたことを特徴とする電源システムの放電制御装置。
【請求項４】
コンピュータに、請求項１、２のいずれかに記載された電源システムの放電方法の手順を実行させるための電源システムの放電プログラム。
【請求項５】
請求項４に記載の電源システムの放電プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信用のバックアップ電源等として使用されているニッケル水素蓄電池を有する電源システムの放電方法、放電制御装置、放電プログラムおよび記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は通信用のバックアップ電源として広く使用されているが、大電流放電させると容量が定格容量に比べて大きく低下するという欠点がある。これに対し、ニッケル水素蓄電池は１時間率放電でも定格容量の９０％程度を確保できるのが普通であり、大電流放電を前提にした設計が可能となる。一方、鉛蓄電池の場合には、短時間の放電と満充電になるまでのフロート充電とを繰り返しても、蓄電池の性能には影響を与えないが、ニッケル水素蓄電池の場合には、放置期間中の自己放電または短時間の放電と定電流充電による補充電とを繰り返した場合、いわゆるメモリー効果が起こり、放電時の電圧が正常時に比較して低下し、その結果取り出せる電力量が低下する。このメモリー効果は１回の完全放電によりほぼ完全に解消させることが可能であるが、バックアップ用の電源システムの場合、１回の停電によって完全放電することは稀である。むしろ、完全放電が頻繁に起これば、容量不足と考えられ、電源システムの容量を増やす方向に改善することになるので、停電時のメモリー効果の解消は更に難しくなる。
【０００３】
また、ニッケル水素蓄電池は充電末期の発熱量が大きいため、大型の単セルを作ることが難しく、現在実用化されているニッケル水素蓄電池は容量１００Ａｈ程度が最大である。その結果、大容量が必要な場合には、直列に接続した複数の単セルからなる電池モジュールを更に複数個並列に接続して用いることになる。例えば、直流電源電圧４８Ｖ、平均電流６０Ａの装置を３時間バックアップする電源システムを単セル容量１００Ａｈのニッケル水素蓄電池を用いて設計すると、ニッケル水素蓄電池の単セル４０本を直列に接続した電池モジュールを２並列にすることが必要になる（非特許文献１）。この場合、並列に接続された２つの電池モジュールは同時に放電するので、それぞれ約３時間で完全放電する。しかし、３時間連続する停電は極めて稀であり、その結果バックアップ用の電源システムでは、停電時の完全放電によってニッケル水素蓄電池のメモリー効果を解消することは極めてむずかしい。
【０００４】
また、メモリー効果の解決策の１つとして、リフレッシュ放電がある。これは定期的にまたは必要時にニッケル水素蓄電池を強制的に完全放電させる方法であって、上記非特許文献１の電源システムでは、容量測定を兼ねて１年に１回、２並列になった電池モジュールの片側ずつを切り離してリフレッシュ放電を行なっている。
【０００５】
【非特許文献１】Ｋ．サイトウ、Ｔ．ショウダイ、Ａ．ヤマシタ、Ｈ．ワカキ（K. Saito, T. Shodai, A. Yamashita, and H. Wakaki）：インテレック’０３（The 25th Internationa1 Te1ecommunications Energy Conference）講演要旨集、第２６１頁（２００３）
【非特許文献２】平成１４年度電気保安統計、経済産業省  原子力安全・保安院  電力安全課（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この方法では、電池モジュールがＮ並列になった電源システムの場合、リフレッシュ放電時には通常時のＮ倍の電流が１つの電池モジュールに集中して流れることになる。そのため、例えば１００Ａｈの単セルを用いたシステムで、通常１つの電池モジュールに流れる電流が３０Ａで設計されており、１００Ａ放電まで可能な電源システムの場合には、３つの電池モジュールが並列になった電源システムまでは、１つの電池モジュールに電流が集中しても問題ない。
【０００７】
しかし、４つの電池モジュールが並列になった電源システムにおいては、リフレッシュ放電で１電池モジュールに１２０Ａの電流が集中することになるので、１つの電池モジュールを切り離してリフレッシュ放電をさせることは不可能である。また、複数の電池モジュールをまとめてリフレッシュ放電させることも原理的には可能であるが、各電池モジュールの容量を単独に知ることができないため、容量測定の目的を兼ねることができなくなり、強制的に放電させるメリットが薄れる。また、リフレッシュ放電中に停電が起こった場合には、バックアップ時間が短くなることになり、放電中は電源システムの信頼性が低下することになる。
【０００８】
以上述べたように、複数の電池モジュールからなるバックアップ用の電源システムにおいては、停電時の完全放電は稀であり、またリフレッシュ放電も不可能な場合があり、リフレッシュ放電が可能な場合であっても信頼性を低下させることは避けられなかった。したがって、信頼性を低下させずにニッケル水素蓄電池のメモリー効果を解消することは極めて難しかった。
【０００９】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、電源システムの信頼性を低下させずにニッケル水素蓄電池のメモリー効果を解消することができる電源システムの放電方法、放電制御装置、放電プログラムおよび記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するため、本発明においては、ニッケル水素蓄電池を有する電源システムの放電方法おいて、複数のニッケル水素蓄電池または複数のニッケル水素蓄電池が直列に接続された複数の電池モジュールを並列に接続し、１つの上記ニッケル水素蓄電池または上記電池モジュール毎に順番に放電させ、または複数の上記ニッケル水素蓄電池または上記電池モジュール毎に順番に放電させる。
【００１１】
この場合、停電時に前回完全放電した上記ニッケル水素蓄電池または上記電池モジュール以外の上記ニッケル水素蓄電池または上記電池モジュールを優先的に放電させてもよい。
【００１２】
また、複数のニッケル水素蓄電池または複数のニッケル水素蓄電池が直列に接続された複数の電池モジュールを並列に接続した電源システムの放電制御装置であって、各ニッケル水素蓄電池または各電池モジュールにスイッチを接続し、電源システムの放電の開始および停止を指示する放電指示手段を設け、各ニッケル水素蓄電池または各電池モジュールの電圧を計測する電圧計測器を設け、上記放電指示手段および上記電圧計測器からの信号に基づいて上記スイッチを操作し、１つの上記ニッケル水素蓄電池または上記電池モジュール毎に順番に放電させ、または複数の上記ニッケル水素蓄電池または上記電池モジュール毎に順番に放電させるスイッチ操作手段を設ける。
【００１３】
また、コンピュータに、上記電源システムの放電方法の手順を実行させるための電源システムの放電プログラムを用いる。
【００１４】
また、上記の電源システムの放電プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を用いる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、リフレッシュ放電を行なう必要がないから、電源システムの信頼性を低下させることがなく、またニッケル水素蓄電池を完全放電させることができるから、ニッケル水素蓄電池のメモリー効果を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明に係る電源システムの放電制御装置を示す図である。図に示すように、複数のニッケル水素蓄電池１が直列に接続された電池モジュール２ａ〜２ｃが並列に接続され、各電池モジュール２ａ〜２ｃにスイッチ３ａ〜３ｃが接続されている。また、電源システムの放電の開始および停止を指示する放電指示手段４が設けられ、各電池モジュール２ａ〜２ｃの電圧を計測する電圧計測器５が設けられ、放電指示手段４および電圧計測器５からの信号に基づいてスイッチ３ａ〜３ｃを操作するスイッチ操作手段６が設けられている。
【００１７】
この電源システムの放電制御装置においては、放電指示手段４から放電開始を指示する信号が出力されたときには、スイッチ操作手段６はまずスイッチ３ａをオンにし、電池モジュール２ａの放電が開始される。そして、電圧計測器５からの信号に基づいて求めた電池モジュール２ａのニッケル水素蓄電池１の電圧が１．０Ｖ／セルになっても、放電指示手段４が充電を指示する信号を出力し続けているときには、スイッチ操作手段６はスイッチ３ａをオフにするとともに、スイッチ３ｂをオンにする。この場合には、電池モジュール２ｂの放電が開始される。そして、電池モジュール２ｂからの放電中に、放電指示手段４からの信号が放電停止を指示する信号に切り替わったときには、スイッチ操作手段６はスイッチ３ｂをオフにする。そして、他日再度放電指示手段４から放電を指示する信号が出力されたときには、スイッチ操作手段６はスイッチ３ｂをオンにし、電池モジュール２ｂの放電が開始される。そして、電圧計測器５からの信号に基づいて求めた電池モジュール２ｂのニッケル水素蓄電池１の電圧が１．０Ｖ／セルになっても、放電指示手段４が放電を指示する信号を出力し続けているときには、スイッチ操作手段６はスイッチ３ｂをオフにするとともに、スイッチ３ｃをオンにする。以後は、同様の動作を行なう。このように、スイッチ操作手段６はスイッチ３ａ〜３ｃを操作することにより、電池モジュール２ａ〜２ｃ毎に順番に放電させ、また停電時に前回完全放電した電池モジュール２ａ〜２ｃ以外の電池モジュール２ａ〜２ｃを優先的に放電させる。
【００１８】
すなわち、本発明に係る電源システムの放電方法においては、複数のニッケル水素蓄電池１が直列に接続された複数の電池モジュール２ａ〜２ｃを並列に接続し、１つの電池モジュール２ａ〜２ｃ毎に順番に放電させる。この場合、停電時に前回完全放電した電池モジュール２ａ〜２ｃ以外の電池モジュール２ａ〜２ｃを優先的に放電させる。また、大電流で放電したときほど実際に流れる電流値の低下率が大きくなるから、放電容量が大きく低下することのない範囲内のできる限り大電流で放電するのが望ましい。
【００１９】
なお、複数の電池モジュール毎に順番に放電させてもよい。
【００２０】
また、複数のニッケル水素蓄電池を並列に接続し、１つのニッケル水素蓄電池毎に順番に放電させ、または複数のニッケル水素蓄電池毎に順番に放電させてもよい。この場合、停電時に前回完全放電したニッケル水素蓄電池以外のニッケル水素蓄電池を優先的に放電させる。
【００２１】
また、コンピュータに、上記の本発明に係る電源システムの放電方法の手順を実行させるための電源システムの放電プログラムを用いて、本発明に係る電源システムの放電方法を実施する。
【００２２】
この場合、上記の電源システムの放電プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を用いる。
【００２３】
表１は各電力会社の停電１回当たりの平均時間を示す表［平成１４年度電気保安統計、経済産業省  原子力安全・保安院  電力安全課（２００４）］である。この表から明らかなように、停電１回当たりの平均時間はおよそ１時間を超える程度である。
【００２４】
【表１】
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そこで、電池モジュールを１時間率で放電させれば、最初の電池モジュールのニッケル水素蓄電池は完全放電してメモリー効果は除去される。２番目の電池モジュールは途中まで放電した段階で停電が終わる可能性が高く、２番目の電池モジュールのニッケル水素蓄電池のメモリー効果は除去されない。そこで、次回の停電時には最初の電池モジュールからでなく、２番目の電池モジュールから放電させると、２番目の電池モジュールは完全放電してメモリー効果は除去される可能性が高い。その次の停電時には、３番目の電池モジュールから優先的に放電させる。このような放電方法を採れば、すべてのニッケル水素蓄電池のメモリー効果を一斉に除去することができなくとも、メモリー効果が蓄積され続けることもない。したがって、特別にリフレッシュ放電を行なわなくても、メモリー効果を除去することができる。また、ニッケル水素蓄電池は一般に大電流放電に適しており、１時間率程度の放電電流では、定格容量の９０％程度が確保できるのが普通である。したがって、１時間率放電で設計しても、エネルギー的な損失は少ない。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例に基づいて本発明を詳述するが、本発明は本実施例に限定されない。
【００２６】
（実施例１）
定格容量１００Ａｈのニッケル水素蓄電池単セルを４０本直列に接続して電池モジュールを形成した。この電池モジュールを３個（第１〜第３の電池モジュール）並列に接続し、整流器、定電流充電器、放電器とスイッチを用いて直流４８Ｖ、１５ｋＷｈの３時間バックアップ用の電源システムを作製した。そして、停電時は第１〜第３の電池モジュールを１つの電池モジュール毎に４０Ｖまで放電し、また自己放電によって電圧が単セルで１．３０Ｖ、電池モジュールで５２．０Ｖまで低下したら、２０Ａの電流で補充電した。なお、電源システムを設置した場所の気温は年間で５℃から２９℃まで変動し、１年間の補充電回数は１１回であった。
【００２７】
１０回の補充電の後電子負荷を接続し、第１〜第３の電池モジュールを順番に１００Ａの電流で合計１時間２０分放電させた。その結果、第１の電池モジュールは完全放電し、その後第２の電池モジュールは部分放電した。１０回の補充電後の放電曲線は、設置時の放電曲線と比較して電圧が低下していた。放電電力量を比較すると、第１の電池モジュールは設置時の８９５．７Ｗｈに比べて、１０回の補充電後では８３７．９Ｗｈに低下しており、損失は６．５％に達していた。その後、第１の電池モジュールを満充電となるまで電流値２０Ａで充電し、次に第２、第３の電池モジュールを切り離した後にもう一度第１の電池モジュールを１００Ａで放電させた。
【００２８】
図２は第１の電池モジュールを１００Ａで放電したときの放電曲線を示すグラフで、曲線ａは設置時の放電曲線を示し、曲線ｂは１０回の補充電後の放電曲線を示し、曲線ｃは１００Ａ放電と再充電後の放電曲線を示す。このグラフから明らかなように、１００Ａ放電と再充電後の放電電圧は設置時の放電電圧とほぼ同等まで回復し、放電電力量も８７８．１Ｗｈと設置時の９８％まで回復している。以上の結果から、補充電の繰り返しによってメモリー効果が起こるが、１回の１時間率放電によってメモリー効果を除去することができることがわかる。
【００２９】
次に、電源システムの接続を復元し、また自己放電と補充電を繰り返して、１０回目の補充電後に、今度は第２の電池モジュールを満充電にしてから第１、第３の電池モジュールを切り離し、第２の電池モジュールから電流値１００Ａで４０Ｖまで完全放電し、次に第３の電池モジュールから部分放電した。このときの１０回目の補充電後の第２の電池モジュールの放電電力量は８３０．７Ｗｈであった。また、第２の電池モジュールの１００Ａ放電と再充電後の放電電力量は設置時の８９７．８Ｗｈに比較して、８８１．３Ｗｈに回復しており、第２の電池モジュールのニッケル水素蓄電池で起きていたメモリー効果は１００Ａ放電によって除去されたことがわかった。
【００３０】
（実施例２）
実施例１と同じ定格容量１００Ａｈのニッケル水素蓄電池単セルを４０本直列に接続して電池モジュールを形成する。この電池モジュールを６個（第１〜第６の電池モジュール）並列に接続し、整流器、定電流充電器、放電器を用いて直流４８Ｖ、３０ｋＷｈの３時間バックアップ用の電源システムを作製した。そして、第１、第２の電池モジュールの設置時の放電電力量は、１００Ａ放電に対してそれぞれ８９７．４Ｗｈ、８９９．５Ｗｈであった。第１〜第６の電池モジュールをそれぞれ１０回補充電し、１０回目の補充電の直後に放電させることにした。３時間のバックアップ時間から単純計算すると、第１〜第６の電池モジュールを３０分で放電させればよいが、第１〜第６の電池モジュールを２００Ａで放電させることはできない。そこで、２つの電池モジュール毎に並列にして１時間率で放電させた。放電時間を１時間２０分とし、まず第１、第２の電池モジュールを完全放電させ、次に第３、第４の電池モジュールを放電させた。放電電圧から、実施例１と同様に１０回の補充電によってメモリー効果が起きていることがわかった。放電時の放電電力量は第１、第２の電池モジュールにおいてそれぞれ８２５．３Ｗｈ、８２８．７Ｗｈであった。その後、満充電にして再度放電させた後、１００Ａ放電させたところ、放電電力量はそれぞれ８９５．２Ｗｈ、８９７．１Ｗｈであり、メモリー効果は除去されていることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る電源システムの放電制御装置を示す図である。
【図２】電池モジュールの放電曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１…ニッケル水素蓄電池
２ａ〜２ｃ…電池モジュール
３ａ〜３ｃ…スイッチ
４…放電指示手段
５…電圧計測器
６…スイッチ操作手段
【図１】
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【図２】
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