(57)【要約】【課題】複数のキャパシタ、蓄電池などのセルの直列回路を複数回路並列接続した蓄電装置の故障検出回路で、各直列回路の電流を検出する方式では装置が大型、高コストで、また満充電時の電流は微小であるので確実な検出ができない。【解決手段】正否チェック指令に基づいて、充電電圧を低下させ、低下した各セルの電圧を基準電圧と比較することにより、セルの開放異常を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のキャパシタ、蓄電池等のセルを直列に接続した蓄電ユニットを複数ユニット並列接続した蓄電装置の異常を検出する蓄電装置異常検出装置において、
前記蓄電装置を充電する充電器と、充電器の充電電圧値を設定する充電電圧設定器と、前記各セルの電圧の正否を判定する過放電検出回路と、正否チェック指令に基づいて前記充電電圧値を変更する充電電圧値変更回路とを備えることを特徴とする蓄電装置異常検出装置。
【請求項２】
複数個のキャパシタ、蓄電池等のセルを直列に接続した蓄電ユニットを複数ユニット並列接続した蓄電装置の異常を検出する蓄電装置異常検出装置において、
前記蓄電装置を充電する充電器と、充電器の充電電圧値を設定する充電電圧設定器と、前記セルの複数個のセル群の電圧の正否を判定する過放電検出回路と、正否チェック指令に基づいて前記充電電圧値を変更する充電電圧値変更回路とを備えることを特徴とする蓄電装置異常検出装置。
【請求項３】
前記充電電圧値変更回路は、前記充電電圧設定器の設定値を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置異常検出装置。
【請求項４】
前記充電電圧値変更回路は、前記充電電圧の検出値のフィードバック量を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置、瞬低対策装置などに使用するキャパシタ、蓄電池などの蓄電装置の異常を検出する検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に、従来の技術を用いた電気二重層コンデンサ（EDLC）ユニット用保護回路例を示す。先行技術文献１に記載された内容である。４個の電気二重層コンデンサが直列接続された電気二重層コンデンサユニット１と１０が並列接続された構成で、ユニット１と直列に電流検出回路３と遮断器２４が、コンデンサユニット１０と直列に電流検出回路３０と遮断器２５が接続されている。５は各コンデンサの電圧を均等化させるための均等化回路である。
【０００３】
このような構成で、充電器２でコンデンサユニット１、１０を充電する。充電時及び放電時に各ユニットに流れる電流はほぼ等しいが、一方のユニットに地絡故障や開放故障が発生すると、電流が相対的にアンバランスとなる。このアンバランス電流が著しく小さい方を開放故障と判断し、開閉制御回路４で遮断器２４又は２５を遮断する構成である。この方式では、開放故障が発生したユニットを切離すことができるため、健全なユニットでシステムを継続して運転可能である。
【０００４】
特許文献２は、無停電電源装置に使用される蓄電池（バッテリ）の寿命を判定するための従来技術である。交流−直流変換回路を人為的に停電させ、蓄電池からの放電電流と電圧の低下特性から、蓄電池の寿命を判定する回路である。蓄電池が劣化してくると、健全時に比べて内部インピーダンスが大きくなり、電圧低下が大きくなり、また低下速度も速くなることを検出して、寿命判定する回路である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５９１３５号公報
【特許文献２】特開平２−５５５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６に示した検出回路は、各ユニットの電流を検出するための電流検出器が必要である。各ユニットの電流は大きな放電電流を流すため、電流検出器が大型となる問題がある。また、満充電の状態では、漏れ電流程度の充電電流しか流れないため、故障が生じているユニットの電流と正常なユニットの電流との差が小さくなり、確実な故障判定ができないという課題がある。
【０００７】
また、特許文献２の方法では、人為的に停電を発生させ、蓄電池から放電させる操作が必要となり、システム信頼性の観点から問題である。
従って、本発明は、システム信頼性を低下させずに、低コストでキャパシタ、蓄電素子などの異常を判定できる回路を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、第1の発明においては、複数個のキャパシタ、蓄電池等のセルを直列に接続した蓄電ユニットを複数ユニット並列接続した蓄電装置の異常を検出する蓄電装置異常検出装置において、前記蓄電装置を充電する充電器と、充電器の充電電圧値を設定する充電電圧設定器と、前記各セルの電圧の正否を判定する過放電検出回路と、正否チェック指令に基づいて前記充電電圧値を変更する充電電圧値変更回路とを備える。
【０００９】
第２の発明においては、複数個のキャパシタ、蓄電池等のセルを直列に接続した蓄電ユニットを複数ユニット並列接続した蓄電装置の異常を検出する蓄電装置異常検出装置において、前記蓄電装置を充電する充電器と、充電器の充電電圧値を設定する充電電圧設定器と、前記セルの複数個のセル群の電圧の正否を判定する過放電検出回路と、正否チェック指令に基づいて前記充電電圧値を変更する充電電圧値変更回路とを備える。
【００１０】
第３の発明においては、第１又は第２の発明において、前記充電電圧値変更回路は、前記充電電圧設定器の設定値を変更する構成とする。
第４の発明においては、第１又は第２の発明において、前記充電電圧値変更回路は、前記充電電圧の検出値のフィードバック量を変更する構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、キャパシタ、蓄電池などの蓄電装置の異常を判定する回路として、正否チェック指令に基づいて充電器の充電電圧を変更し、各セルの電圧を過放電電圧検出回路で判定し、異常の有無を判定している。この結果、各蓄電ユニットの電流を測定する電流検出回路が不要となり、また人為的な停電を発生させることが不要となるので、低コストで、信頼性の高い蓄電素子の異常判定回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための回路図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】過放電検出回路の回路例である。
【図４】本発明の第２の実施例を説明するための回路図である。
【図５】本発明の第３の実施例を説明するための回路図である。
【図６】従来例を説明するための回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の要点は、キャパシタ、蓄電池などの蓄電装置の異常を判定する回路として、正否チェック指令に基づいて充電器の充電電圧を変更し、各セルの電圧を過放電電圧検出回路で判定し、異常の有無を判定している点である。
【実施例１】
【００１４】
図１に、本発明の第1の実施例を示す。交流電源Ｖａｃが健全時は交流電源Ｖａｃから遮断器Ｓ１を介して負荷Ｌに電力を供給し、交流電源Ｖａｃに電圧低下などの異常が発生した場合には、遮断器Ｓ１を開放して蓄電ユニットＵ１、Ｕ２の直流を電力変換器ＰＣで交流に変換して、負荷Ｌに供給する瞬時電圧低下補償装置での実施例である。
【００１５】
Ｕ１はキャパシタセル４個（Ｃ１１〜Ｃ１４）を直列接続して構成した蓄電ユニット、Ｕ２はキャパシタセル４個（Ｃ２１〜Ｃ２４）を直列接続して構成した蓄電ユニット、ＯＤＤは各キャパシタセルの放電下限電圧を検出するための過放電検出回路、ＶＲは直流電圧検出器、Ｖｓｅｔ1及びＶｓｅｔ２は電圧設定器、Ｓ２は切替スイッチ、５は電圧均等化回路である。
【００１６】
このような構成において、電力変換器ＰＣは、交流電源が健全時は充電器（交流−直流変換器）として動作し、蓄電ユニットＵ１、Ｕ２を電圧設定器Ｖｓｅｔ１で設定した直流電圧に充電する（通常運転）。各セルが正常な場合は電圧均等化回路５の働きで、各セルの電圧は等しくなる。
【００１７】
セルの故障を検出するための動作について、図２を用いて説明する。蓄電ユニット２のセルＣ２１に開放故障があった場合の検出動作例である。図２（ａ）はセルが全て健全な蓄電ユニットＵ１の動作、図２（ｂ）はセルＣ２１が開放故障している蓄電ユニットＵ２の動作である。各セルの異常を検出するための正否チェック指令が切替スイッチＳ２に入力されると、充電電圧は設定器Ｖｓｅｔ１の設定値からＶｓｅｔ２の設定値に切替わる。
図２（ａ）は、切替スイッチＳ２がＶｓｅｔ１側にある時の蓄電ユニットＵ１の電圧をＶ（Ｕ１）、切替スイッチＳ２がＶｓｅｔ２側にある時の蓄電ユニットＵ１の電圧をＶ（Ｕ１）−αとした時の動作である。セルＣ１１の電圧Ｖ（Ｃ１１）はα／４だけ変動するが、過放電判定レベルはこれより低い値に設定してあるので、過放電検出回路では異常判定とはならない。
【００１８】
図２（ｂ）は、切替スイッチＳ２がＶｓｅｔ１側にある時の蓄電ユニットＵ２の電圧をＶ（Ｕ２）、切替スイッチＳ２がＶｓｅｔ２側にある時の蓄電ユニットＵ２の電圧をＶ（Ｕ２）−αとした時の動作である。セルＣ２１は開放故障しているので、セルＣ２２〜Ｃ２４の電圧は、切替スイッチＳ２がＶｓｅｔ１側にある時の電圧のままで、低下しない。
この結果、開放したセルＣ２１の電圧Ｖ（Ｃ２１）は、式（１）となる。
【００１９】
３／４Ｖ（Ｕ２）−（Ｖ（Ｕ２）−α）・・・・・式（１）
この式から、充電電圧変動αを適切に選択すれば、開放故障したセルＣ２１の電圧は図２（ｂ）に示すように、過放電判定レベル以下となり、過放電検出回路ＯＤＤで開放異常を検出することができる。
【００２０】
図３は、過放電検出回路ＯＤＤの構成例である。蓄電ユニットＵ１の各セル（Ｃ１１〜Ｃ１４）の電圧は、コンパレータＣＰ１１〜ＣＰ１４で、それぞれ基準電圧ＶＲ１１〜ＶＲ１４と比較され、いずれかが比較基準値より低下した場合にＮＯＲ回路ＮＯＲ１の出力はハイ「Ｈ」、ＯＲ回路ＯＲ１の出力がハイ「Ｈ」となり、過放電検出信号を出力する。蓄電ユニットＵ２の各セル（Ｃ２１〜Ｃ２４）の電圧も同様に、コンパレータＣＰ２１〜ＣＰ２４で、それぞれ基準電圧ＶＲ２１〜ＶＲ２４と比較され、いずれかが基準値より低下した場合にＮＯＲ回路ＮＯＲ２の出力はハイ「Ｈ」、ＯＲ回路ＯＲ１の出力がハイ「Ｈ」となり、過放電検出信号を出力する。
【実施例２】
【００２１】
図４に、本発明の第２の実施例を示す。第１の実施例との違いは、正否チェック指令により充電電圧を変更する回路構成の違いである。本実施例では、電圧設定器Ｖｓｅｔ１は一つで、充電電圧がαだけ低下するように、充電器の出力電圧検出のフィードバック量を増加させている点である。充電器の直流出力に接続された電圧検出器ＶＲと抵抗Ｒとの直列回路で構成された電圧検出回路の抵抗ＲをスイッチＳ３で短絡することにより、検出量が増加し、充電電圧が低下する。過放電検出の原理、動作は第１の実施例と同様である。
【実施例３】
【００２２】
図５に、本発明の第３の実施例を示す。第１の実施例との違いは、過放電検出回路の違いである。第１の実施例では、蓄電ユニットの各セルの電圧を検出して判断しているが、本実施例では、直列接続された複数個のセル単位（この例では２個単位）での電圧を検出して開放異常を判定している。過放電検出の原理、動作は第１の実施例と同様である。蓄電ユニットのセルの直列接続数が多い場合には、過放電検出回路の故障判断用コンパレータなどの電子部品数を削減できる。
【００２３】
尚、本実施例にはキャパシタセルを４個直列接続した場合の例を説明したが、直列数が増加しても同様の原理で開放異常を検出できる。また、蓄電ユニットの並列接続数が２以上であれば、同様の原理で検出可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１、１０；コンデンサユニット          ２；充電器          
３、３０；電流検出回路          ４；開閉制御回路          ５；均等化回路
６；コンデンサ          ２４、２５；遮断器
Ｖａｃ；交流電源          Ｌ；負荷          Ｓ１；遮断器
ＰＣ；電力変換器          Ｓ２；切替スイッチ          ＶＲ；電圧検出器
Ｖｓｅｔ１、Ｖｓｅｔ２；電圧設定器          ＯＤＤ；過放電検出回路
Ｃ１１〜Ｃ１４、Ｃ２１〜Ｃ２４；キャパシタ          Ｕ１、Ｕ２；蓄電ユニット
ＣＰ１〜ＣＰ１４、ＣＰ２１〜ＣＰ２４；コンパレータ
ＶＲ１１〜ＶＲ１４、ＶＲ２１〜ＶＲ２４；基準電圧
ＮＯＲ１、ＮＯＲ２；ＮＯＲ回路          ＯＲ１；ＯＲ回路
Ｒ；抵抗          Ｓ３；スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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