專利名稱：放電器和放電控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及放電器和放電控制方法，特別涉及作為直流電源系統(tǒng)，使 用由多個電池組構成的電池系統(tǒng)時，控制對負荷供給的直流電源的輸出的 放電器和放電控制方法。
背景技術：
直流電源中使用的鎳氫蓄電池與鉛蓄電池相比，能量密度更大，電池 壽命的長度或對環(huán)境的負擔少是特征，小型，輕量，便于便攜，所以作為 車載用蓄電池或災害對策用電源，近年，急速正在普及。
此外，為了與最近通信設備的功率需要的急速的增加對應，謀求直流
電源 的大容量化，將鎳氫蓄電池等電池系列并聯(lián)，構成例如輸出30kWh 等大容量的電源系統(tǒng)(電池系統(tǒng))成為必要。 一般，為了實現(xiàn)電源系統(tǒng)的 高容量化和長壽命化，在將鎳氫電池作為電源使用時，例如將稱作單電池 的單一的鎳氫蓄電池(平均電壓1.2V、電流容量95Ah)串聯(lián)k個作為1 單位(以下，稱作模塊)，將該模塊串聯(lián)m個作為電池組，并聯(lián)n個電池 組，構成大容量的鎳氫蓄電池系統(tǒng)。
在這樣的大容量的電池系統(tǒng)中，關于用于管理對負荷的功率的供給能 力的結構，進行各種提案。例如，在特開2004-119112號公報、特開 2004-120856號公報或者特開2004-120857號公報等中記載具有并聯(lián)的多 個電池組、充電控制部件、放電控制部件的電源系統(tǒng)的管理方法。
在所述特開2004-119112號公報中記載為了將保養(yǎng)或維護時的電池組 的壽命的推測變得容易，在內部保存電池組的制造日期，根據(jù)保存的電池 組的制造日期，計算能供給給定的功率的可使用期間，顯示電池組更換日 期。
此外，在所述特開2004-120856號公報中記載設置電池監(jiān)視部件，該 電池監(jiān)視部件在電池組的惡化判定中，即使在執(zhí)行放電容量試驗時發(fā)生停電等，為了也將向負荷一側的供電變?yōu)榭赡?，?zhí)行惡化判定對象的某電池 組的放電容量試驗時，不僅將該電池組充電到滿充電，還將惡化判定對象 外的電池組也充電到滿充電，執(zhí)行放電容量試驗。
此外，在所述特開2004-120857號公報中記載設置電池監(jiān)視部件，該
電池監(jiān)視部件為了將功率需要正?；?，能削減功率成本，設置監(jiān)視電池組 的殘存容量是否變?yōu)槌潆婇_始閾值以下，在變?yōu)樵摮潆婇_始閾值以下時， 等待變?yōu)楣β实睦蒙俚纳钜沟慕o定時刻，使向該電池組的補充電開始。
如上所述，例如使用鎳氫蓄電池，實現(xiàn)30kWh的電池系統(tǒng)時，串聯(lián) 10個額定1.2V的鎳氫蓄電池單元(平均電壓1.2V、電流容量95Ah)， 將它作為1模塊，串聯(lián)4模塊，將它作為1系統(tǒng)的電池組(輸出5kWh)， 如圖3所示，構成將6系統(tǒng)的電池組并聯(lián)的形式。圖3是使用多個電池組 和多個放電器，構成的電池系統(tǒng)的結構圖。在圖3中，也包含表示有用于 將電池組充電的充電器。
即在圖3所示的結構例中，作為使用多個電池組的電池系統(tǒng)，并聯(lián)電 池組30-l、 30-2、 30-3、 30-4、 30-5、 30-6等6系統(tǒng)的電池組。還具有將 從6系統(tǒng)的電池組分別輸出的電池電壓納入負荷40的允許電壓范圍內地 升降壓的放電器10、從整流器50對多個電池組30分別進行間歇充電的充 電器20、控制包含放電器IO、充電器20的電池系統(tǒng)的全體動作的電源控 制部60。圖3的情況，作為用于電池組30-1、 30-2，設置放電器10-1和 充電器20-1 ，作為用于電池組30-3、 30-4，設置放電器10-2和充電器20-2， 作為用于電池組30-5、 30-6，設置放電器10-3和充電器20-3。
在圖3的電池系統(tǒng)中，按照根據(jù)電源控制部60的控制，各電池組30 (30-1、 30-2、 30-3、 30-4、 30-5、 30-6)通過對應的充電器20 (20-1、 20-2、 20-3)通過整流器50的輸出來充電，通過各自的放電器IO (10-1、 10-2、 10-3)向負荷40供給功率的方式構成。這里，多個放電器10在其輸出一 側電連接，連接在負荷40上，此外，多個充電器20在其輸入一側電連接， 連接在整流器50上。通過增設放電器IO、充電器20和電池組30，電池 系統(tǒng)的擴張成為可能。例如通過并聯(lián)3個圖3所示的30kWh電池系統(tǒng)， 能實現(xiàn)100kWh級的電池系統(tǒng)。
放電器10(10-1、 10-2、 10-3)在對應的電池組30 (30-1、 30-2、 30-3、30-4、 30-5、 30-6)分別輸出的電池電壓超過負荷40的允許電壓范圍時， 進行基于DC-DC變換器的降壓(降壓模式)，在負荷40的允許電壓范圍 內，并且位于動作電壓范圍的范圍內時，使電池輸出不經(jīng)由DC-DC變換 器，而分支(旁路模式)，在低于負荷40的動作電壓范圍時，進行基于 DC-DC變換器的升壓(升壓模式)。
即圖3所示的30kWh電池系統(tǒng)中搭載的放電器10(10-1、 10-2、 10-3) 分別如圖4所示，包含升壓部lla和降壓部llb。圖4是表示在放電器搭 載的升降壓用的DC-DC變換器的電路結構的一個例子的電路圖，表示構 成升降壓用的DC-DC變換器的升壓部lla和降壓部llb的電路結構的一 個例子。如圖4的放電器10A所示，升壓部lla和降壓部llb分別由電路 構成元件構成。升壓部lla由電抗器la、 二極管2a、電容器3a和開關元 件4a構成，降壓部lib由電抗器lb、 二極管2b、電容器3b和開關元件 4b構成。
升壓部11a在從電池組30向負荷40供給的電壓低于負荷40的動作 電壓范圍時，控制開關元件4a，進行升壓動作，降壓部lib在從電池組 30向負荷40供給的電壓超過負荷40的允許電壓范圍時，控制開關元件 4b，進行降壓動作。
可是，在圖4的放電器10A的結構中，放電動作繼續(xù)，電池組30的 電壓下降，達到過放電電壓之后，放電動作仍然繼續(xù)，所以產(chǎn)生電池的惡 化加速的問題。此外，由于放電器10A的故障等，作為放電器10A的輸 出，輸出過大的電壓，超過負荷40的允許電壓范圍時，也產(chǎn)生使負荷設 備故障的問題。還存在由于任何的事由，有必要停止放電器10A的放電時， 沒有用于從外部將向負荷40 —側的放電動作停止的部件的問題。
作為圖4的放電器10A的所述的問題的解決法之一，有在放電器10A 追加使放電動作停止的切離部的方法。圖5是表示在放電器中搭載的升降 壓用的DC-DC變換器追加切離部時的電路結構的一個例子的電路圖，表 示在升壓部lla、降壓部llb追加用于停止放電動作的切離部llc的情形。
在圖5的放電器10B中，升壓部lla、降壓部lib的電路結構與圖4 的放電器10A完全同樣，但是在升壓部lla—側還連接切離部llc。切離 部llc由二極管2c和切離開關4c構成。通過控制該切離部llc的切離開關4C，能使放電器10B的向負荷40—側的放電動作繼續(xù)或者停止。
其中，圖5的放電器10B的情況，留有作為切離部llc的功能，具有
所述的過放電防止功能、過電壓防止功能、基于外部信號的來自外部的切 離功能，并且有必要具有用于從切離狀態(tài)恢復的恢復條件成立時，恢復到
向負荷40 —側的放電動作的恢復功能的問題。
此外，在放電器10B，作為用于防止過放電的電壓值，使用預先決定 的閾值，檢測過放電的發(fā)生，使切離部llc工作，進行切離，使對負荷40 的供電動作停止的情況下，在進行切離之后， 一般，電池組30的電池電 壓具有自然恢復的特性。因此，關于從切離的恢復條件，也使用所述閾值，
在只根據(jù)該閾值，決定使切離部llc工作或復原的情況下，反復切離和復 原，成為作為電池的過放電保護，不起作用的狀態(tài)。
在放電器10B的結構中，在升壓部lla和降壓部llb，進一步以追加 插入的形式串聯(lián)切離部llc，在各電路包含二極管2a、 2c、切離開關4c 等實現(xiàn)電壓下降的電路元件，所以即使要用旁路模式工作，在放電器10B 的輸入和輸出之間也產(chǎn)生進一步的電壓差，引起使電池系統(tǒng)的輸出能力下 降的問題。
此外，在放電器10B的結構中，升壓部lla、降壓部llb和切離部llc 各自的二極管2 (2a、 2b、 2c)引起的電壓下降產(chǎn)生功率損失的增加，使 放電器10B的發(fā)熱量增大。作為結果，在電池組30中積蓄的可放電的能 量的一部分成為損失，能從電池系統(tǒng)向負荷40供電的時間縮短，產(chǎn)生額 外地增設電池組30 (蓄電池)的必要性。進而，由于發(fā)熱量的增加，產(chǎn)生 增大放電器10B的尺寸的必要性和增設空調設備的必要性，也產(chǎn)生構成電 源系統(tǒng)的電池系統(tǒng)的設置空間或構筑所需要的費用增大的問題。
此外，切離部llc進行切離動作之后，為了維持放電器10B的電路切 離狀態(tài)，功率的消耗成為必要。在電池系統(tǒng)由多個放電器10B構成時，即 使在進行在電池系統(tǒng)中搭載的全部放電器10B的切離動作之后，維持各放 電器IOB的切離狀態(tài)也是必要的。因此，向各切離部llc供給的功率不會 從在切離狀態(tài)下成為無電壓的放電器10B的輸出一側供給，而是從放電器 10B的輸入一側的電池組30供給是必要的。因此，無論是否為基于商用 電源的供電中，無論處于何種狀態(tài)，由于電池組30總繼續(xù)對放電器10B
7的切離部lie的供電動作，所以電池組30的容量下降變快，充放電循環(huán) 增加，產(chǎn)生與電池組30的電池壽命的下降有關的問題。
另外，圖4的放電器10A或圖5的放電器10B的所述的問題即放電 繼續(xù)引起的電池組30的惡化的早期化、向負荷40的過電壓的誤輸出、沒 有從放電器10A的外部的切離部件等問題、另外，關于切離部llc的切離 動作條件和從切離的恢復條件的問題，二極管2 (2a、 2c)、伴隨著切離 開關4c的插入引起的電壓下降的增大的設置空間和電池系統(tǒng)的構筑所需 要的費用增大的問題，進而向切離部llc的功率從電池組30供電引起的 電池組30的壽命下降的問題并不局限于具有多個組合多個鎳氫蓄電池構 成的電池組，有關的電池組輸出的功率通過各升降壓用的DC-DC變換器 對負荷供給的電池系統(tǒng)的情形。
例如，是在具有多個組合鋰離子電池等鎳氫蓄電池以外的二次電池構 成的電池組并且將該電池組輸出的功率通過各升降壓用的DC-DC變換器 對負荷供給的二次電池系統(tǒng)、進而，在包含一次電池并且將組合多個電池 構成的多個電池組輸出的功率通過各升降壓用的DC-DC變換器對負荷供 給的電池系統(tǒng)、進一步，在包含功率貯藏用電容器并且組合多個直流電壓 源構成的多個電源輸出的功率通過各升降壓用的DC-DC變換器對負荷供 給的電池系統(tǒng)中也產(chǎn)生的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于以上的問題即放電的繼續(xù)引起的電池組惡化的早期化、 向負荷的過電壓的誤輸出、沒有從外部的放電切離部件等問題、另外，關 于從負荷切離放電器的切離部的切離動作條件和從切離的恢復條件的問 題、用于切離的二極管的插入引起的電壓下降的增大導致設置空間或電池 系統(tǒng)的構筑所需要的費用增大的問題、所述切離部的功率總從電池組供電 引起電池組的壽命下降的問題，提出的。
即本發(fā)明要解決的課題在于，提供能防止成為直流電源的電池的過放 電，并且能從過電壓保護負荷設備，并且來自外部的切離是可能的，根據(jù) 預先決定的給定條件，能適當執(zhí)行對負荷的放電動作的切離的實施和從切 離的恢復，并且能減少放電器內的電壓下降，并且向放電器的從電池的常供電變?yōu)椴恍枰苎娱L電池壽命的放電器和放電控制方法。
本發(fā)明的放電器具有至少包含設置在直流電源和向負荷的輸出之間 的開關元件的降壓部件；控制所述開關元件，控制向所述負荷的輸出電壓， 在給定的條件成立時，將所述開關元件設定為開放狀態(tài)，停止向所述負荷 的功率輸出的控制部件。
此外，本發(fā)明的放電控制方法具有控制至少包含設置在直流電源和 向負荷的輸出之間的開關元件的降壓部件的所述開關元件，控制向所述負 荷的輸出電壓的放電步驟；在給定的條件成立的情況下，將所述開關元件 設定為開放狀態(tài)，停止向所述負荷的功率輸出的開放步驟。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在放電器設置在給定的條件成立時，將開關 元件設定為開放狀態(tài)的控制部件，從而能停止對負荷的放電動作。在本發(fā)
明中，由于降壓部件的開關元件不僅作為用于降壓的DC-DC變換器的構
成要素兼用，還兼用作為實現(xiàn)用于停止對負荷的放電的放電切離功能的元 件，所以作為放電器，沒必要如以往那樣新設置專用的切離部，能減少功 率損失，能降低發(fā)熱量。作為結果，在本發(fā)明中，能將在電池中積蓄的功 率對負荷有效地放電，并且能抑制構成電源系統(tǒng)的電池系統(tǒng)的構筑所需要 的空間和費用。
此外，在本發(fā)明中，通過按照必要，從外部指示向負荷的功率輸出的 停止，能使對負荷的放電動作停止。例如，檢測到電池的過放電狀態(tài)或放 電器的故障等時，將指示放電動作的停止的外部信號對放電器輸入，能停 止向負荷的供電動作，所以能防止電池的過放電，能防止由于放電器的故 障等，對負荷施加過電壓的危險性。
在本發(fā)明中，在解除放電動作的停止狀態(tài)時，將從外部輸入的外部信 號復位，由此能容易重新開始放電器的放電動作。
此外，在本發(fā)明中，檢測到來自直流電源的輸入電壓成為預先決定的 第一設定值以下時，能停止對負荷的放電動作。作為結果，在本發(fā)明中， 能自動地防止電池的過放電。
此外，在本發(fā)明中，在來自直流電源的輸入電壓成為第一設定值以下， 將開關元件設定為開放狀態(tài)之后，檢測到來自直流電源的輸入電壓變?yōu)楸?第一設定值更大的第二設定值以上時，將開關元件設定為開關動作狀態(tài)和短路狀態(tài)的一方，由此能適當進行向放電動作的恢復動作。
此外，在本發(fā)明中，檢測到向負荷的輸出電壓成為預先決定的第一設 定值以上時，能停止對負荷的放電動作。作為結果，在本發(fā)明中，由于放 電器的故障等，在放電器的輸出出現(xiàn)異常的高電壓時，能自動停止向負荷 的放電動作，防止在負荷施加過電壓，能有助于負荷設備的保護。
在本發(fā)明中，在通常狀態(tài)下，不是從電池供給向控制部件的功率，而 是從放電器的輸出一側供給，能抑制電池的多余的消耗，所以能減少電池 的沖放電頻度，能延長電池壽命。
此外，在本發(fā)明中，作為構成電源系統(tǒng)的電池系統(tǒng)，對于負荷，并聯(lián) 的多臺放電器全部成為放電停止的情況下，關于對各放電器輸入的電池中 的任意一個以上的電池，進行電池更換，操作設置在對應的放電器中的手 動開關，能從更換的電池即放電器的輸入一側重新開始對該放電器的控制 部件的供電，所以能重新開始對負荷的放電動作，重新開始放電動作以后， 通過從放電器的輸出一側的功率，向多臺放電器的全部控制部件的供電也 成為可能，能簡單地使對電池系統(tǒng)的負荷的放電動作起動，或者重新開始。
進而，在本發(fā)明中，降壓部件的開關元件成為在處于不供給向控制部 件的功率的狀態(tài)的期間中維持開放狀態(tài)的元件，由此在不供給向控制部件 的功率情況下，能維持停止對負荷的放電動作的狀態(tài)，能可靠地防止產(chǎn)生 放電器的控制成為不可能、比負荷的允許電壓范圍更高的電池電壓向負荷 一側輸出的事態(tài)。


圖1是用于說明本發(fā)明實施例的放電器的結構的一個例子的電路圖。
圖2是用于說明本發(fā)明實施例的放電器的控制部的控制動作的一個例 子的程序流程圖。
圖3是使用多個電池組和多個放電器而構成的電池系統(tǒng)的結構圖。
圖4是表示以往的放電器中搭載的升降壓用的DC-DC變換器的電路 結構的一個例子的電路圖。
圖5是表示在以往的放電器中搭載的升降壓用的DC-DC變換器追加 切離部時的電路結構的一個例子的電路圖。
具體實施例方式
以下， 一邊參照附圖， 一邊詳細說明本發(fā)明的放電器和放電控制方法 的最佳的實施例。另外，在以下的說明中，作為電源系統(tǒng)，以直流電源由 多個鎳氫蓄電池的組合構成的鎳氫蓄電池系統(tǒng)(電池系統(tǒng))構成的情形為 例，進行說明，但是本發(fā)明并不只局限于有關的情形。例如，即使是多個 鋰電池等鎳氫蓄電池以外的二次電池的組合構成的二次電池系統(tǒng)、包含一 次電池的多個電池的組合構成的電池系統(tǒng)、或者包含功率貯藏用電容器的 多個直流電壓源的組合構成的電源系統(tǒng)，也能應用本發(fā)明。
首先，說明本實施例的概要。本實施例涉及構成電源系統(tǒng)的放電器的 放電動作，特別在使用鎳氫蓄電池系統(tǒng)等的大容量和長壽命的電池系統(tǒng)中 能有效應用。本實施例的特征在于，為了將向負荷供給的功率降壓，以適
當?shù)拈_關頻率使作為降壓用的DC-DC變換器而在放電器中搭載的開關元 件進行開關工作，通過將使開關元件開放，能停止對負荷的放電動作。
即在本實施例的放電器中，例如收到指示放電停止的外部信號時，或 者檢測到放電器的輸入輸出電壓超過預先決定的給定的可放電動作條件 的范圍時，將所述開關元件設定為開放狀態(tài)，能停止向負荷的放電動作， 檢測到外部信號的復位時，或者檢測到放電器的輸入輸出電壓滿足為了從 切離狀態(tài)恢復而預先設定的給定的恢復條件時，能將所述開關元件恢復到 開關動作狀態(tài)或者短路狀態(tài)。據(jù)此，在本實施例中，能取得有效防止電池 的過放電或向負荷的過電壓的誤輸出等的效果。
如果進一步說明，在本實施例的放電器中，停止向負荷的放電動作， 防止電池的消耗或向負荷的過電壓的誤輸出。而且，在本實施例的放電器 中，通過具有能夠向負荷的放電動作的起動的放電切離功能，根據(jù)向放電 器輸入的電池電壓條件、從放電器輸出的輸出電壓條件或者從外部能指示 放電動作的停止或重新開始的外部信號中的任意一個，能執(zhí)行放電動作的 切離和向放電動作的恢復。這里，在本實施例中，不僅將放電器的降壓部 的開關元件作為降壓用的DC-DC變換器的構成要素，也兼用作為實現(xiàn)該 放電切離功能的元件。將放電器的降壓部的開關元件還作為實現(xiàn)放電切離功能的元件使用 時，在直流電源(例如由多電池組構成的電池) 一側配置放電器的升壓部， 在負荷一側配置降壓部，串聯(lián)升壓部和降壓部，按照將直流電源輸出的功 率通過升壓部和降壓部向負荷供給的方式構成。
在這樣的電路結構中，放電器的控制部根據(jù)放電器的輸入輸出電壓條 件或外部信號，將降壓部的開關元件設定為開放狀態(tài)，由此使向負荷一側 的放電動作停止，而在從開關元件的開放狀態(tài)的恢復條件成立時，將降壓 部的開關元件設定為開關動作狀態(tài)或者短路狀態(tài)，由此控制為重新開始向 負荷一側的放電動作。
放電器的控制部的電源用的功率通常時從放電器的輸出一側供電，具 有在來自使用者的手動開關的按下操作時，從放電器的輸入一側即直流電 源一側供電地構成。此外，在陷入不供給控制部的電源用的功率的狀況中 時，將降壓部的開關元件設定為開放狀態(tài)，停止向負荷一側的放電動作地 構成。
通過這樣構成，在本實施例中，沒必要從直流電源向放電器供給多余 的功率，并且在從放電器的輸出一側向控制部的功率供給停止時，通過從 放電器的輸入一側的直流電源供給功率，可以重新開始放電器的動作。
下面，使用圖1說明本實施例的放電器的結構的一個例子。圖1是用 于說明本實施例的放電器的結構的一個例子的電路圖，表示兼具升降壓用
的DC-DC變換器功能和放電動作的切離功能以及恢復功能的電路結構的 一個例子。
在本實施例中，使用由多個鎳氫蓄電池構成的電池組30、多個放電器 10和多個充電器20構成的電池系統(tǒng)全體的結構與圖3相同。各放電器10 與圖4的放電器IOA所示的電路結構的情形同樣，按照通過將來自直流電 源的電池組30的輸入電壓升壓或原封不動輸出的升壓部件即升壓部lla、 將來自電池組30的輸入電壓降壓或者原封不動輸出的降壓部件即降壓部 lib的雙方，控制輸出電壓值，向負荷40供給功率的方式構成。放電器 10的升壓部lla至少具有電抗器la、 二極管2a、電容器3a、開關元件4a， 降壓部Ub至少具有電抗器lb、 二極管2b、電容器3b、開關元件4b?？刂品烹娖鱅O全體的動作的控制部件即控制部12通過以適當?shù)拈_關
頻率使開關元件(4a、 4b)開關工作，將來自電池組30的輸入電壓Vin 升壓或降壓到所希望的電壓，作為向負荷40的輸出電壓Vout輸出，或者 開放開關元件4a，將開關元件4b短路，將來自電池組30的輸入電壓Vin 直接作為向負荷40的輸出電壓Vcmt輸出，或者開放開關元件4b，停止對 負荷40的放電動作。
控制部12為了將向負荷40的輸出電壓Vout納入負荷40的動作電壓 范圍中，監(jiān)視升壓部lla、降壓部llb各自的輸出電壓，按照使升壓部lla 的輸出電壓不低于預先決定的設定值V4，此外，降壓部llb的輸出電壓 不超過預先決定的設定值V5的方式控制開關元件4 (4a、 4b)的開關頻 率。
電池組30輸出的電壓由升壓部lla、降壓部llb升壓或降壓之后，向 負荷40供給，或者升壓部11a的開關元件4a變?yōu)殚_放狀態(tài)，降壓部llb 的開關元件4b變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，原封不動向負荷40供給，或者將降壓部1 lb 的開關元件4b變?yōu)殚_放狀態(tài)，停止向負荷40的供給。
控制部12總監(jiān)視放電器10的輸入電壓Vin(來自電池組30的輸入電 壓)和放電器10的輸出電壓Vout (向負荷40的輸出電壓)，在用于停止 放電動作而預先設定的輸入輸出電壓條件成立時，將降壓部llb的開關元 件4b設定為開放狀態(tài)，由此停止向負荷40—側的放電動作。然后，控制 部12在為了放電動作的重新開始而預先設定的輸入輸出電壓條件成立時， 將降壓部lib的開關元件4b設定為開關動作狀態(tài)或者短路狀態(tài)，重新開 始向負荷40 —側的放電動作。
進而，控制部12總監(jiān)視從外部的控制裝置70指示的向負荷40的放 電動作的停止的外部信號的輸入，在收到該外部信號的情況下，將降壓部 11b的開關元件4b設定為開放狀態(tài)，停止向負荷40—側的放電動作。然 后，在檢測到該外部信號復位時，控制部12將降壓部lib的開關元件4b 設定為開關動作狀態(tài)或者短路狀態(tài)，重新開始向負荷40 —側的放電動作。
這里，說明外部信號。在圖3所示的電池系統(tǒng)中通常搭載包含系統(tǒng)的 各構成要素，控制全體的控制裝置70?？刂蒲b置70—邊監(jiān)視各構成要素 的狀態(tài)， 一邊進行對充電器20的充電開始和結束的指令、對放電器10的放電允許和禁止的指令、故障發(fā)生的檢測，根據(jù)來自不圖示的上級裝置的 指令，返回計測數(shù)據(jù)。
在圖3的電池系統(tǒng)中，在控制裝置70指令之前，放電器10自己檢測
到輸入電壓Vin的下降，停止放電，控制裝置70就檢測到放電器10故障， 發(fā)出警報。因此，在實際的運用中，例如放電器10的設定值V1為38V， 控制裝置70使放電停止的電池電壓為40V，控制裝置70 —定先停止放電。 即控制裝置70在輸入電壓Vin變?yōu)?0V以下時，對控制部12輸出外部信 號。放電器10的基于設定值VI的放電停止成為控制裝置70不停止放電 時的安全裝置的作用。
另外，向控制部12的電源功率在通常時從放電器10的輸出一側即與 負荷40的連接點一側供給，但是在手動開關13的按下操作時，能從放電 器10的輸入一側即電池組30供給。另外，手動開關13并不局限于通過 按下操作，來開閉開關的類型，也可以是旋轉操作的類型，也可以是任意 的類型。
此外，在本實施例中，列舉控制部12由硬件構成的情形，本發(fā)明并 不只局限于有關的情形。例如，控制部12由能執(zhí)行程序(放電控制程序) 的計算機構成，通過程序的執(zhí)行，控制放電器10的放電動作。用計算機 構成控制部12時，將控制放電器10的放電動作的放電控制程序記錄到由 該計算機能讀取的ROM或閃存等記錄媒體中，進行計算機的動作。
另外，在本實施例中，表示作為放電器10的升降壓用的DC-DC變換 器，具有升壓部lla和降壓部llb雙方的情形，但是例如作為可以只提供 降壓用的DC-DC變換器功能的放電器構成時，也可以只具有降壓部llb。
此外，升壓部lla、降壓部llb還可以具有用于使輸出電壓穩(wěn)定化的 電壓穩(wěn)定電路。
下面，根據(jù)圖2的程序流程圖，說明圖1所示的放電器10的控制部 12的控制動作的一個例子。圖2所示的放電器10的放電動作的控制方法 (放電控制方法)如上所述，不僅是硬件，通過執(zhí)行放電控制程序，也可 以實施，或者也可以從記錄該放電控制程序的程序記錄媒體讀取該放電控 制程序，實施。作為記錄放電控制程序的程序記錄媒體，也可以是在控制部12嵌入的ROM或閃存，或者能在控制部12外裝的ROM或閃存，或 者控制部12具有關于USB存儲器或存儲卡或FDD或CD或DVD等可移 動型記錄媒體的讀取功能時，也可以在有關的可移動型記錄媒體中記錄。
在控制動作的開始之后，放電器10的控制部12按照根據(jù)降壓部lib 輸出電壓Vout的監(jiān)視結果，以適當?shù)拈_關頻率使降壓部lib的開關元件 4b開關工作或者短路，由此將輸出電壓Vout (即對負荷40供電的電源電 壓)維持在預先決定的設定值V5以下的所需要的電壓值(圖2的步驟S1)。
如果控制部12從控制裝置70接收到指示放電動作的停止的外部信號 (步驟S2的是)，就將降壓部llb的幵關元件4b設定為開放狀態(tài)，使向 負荷40的放電動作停止(步驟S3)。
然后，控制部12如果檢測到指示放電動作的停止的外部信號復位(步 驟S4的是)，就回到步驟Sl，將降壓部lib的開關元件4b恢復到開關 動作狀態(tài)或者短路狀態(tài)，重新開始向負荷40的放電動作。
控制部12未接收所述外部信號時(步驟S2的否)，并且檢測到放電 器10的輸入電壓Vin變?yōu)橛糜诜乐闺姵亟M30的過放電而預先決定的設定 值V1 (例如40V)以下(步驟S5的是)，就將降壓部11b的開關元件4b 設定為幵放狀態(tài)，停止向負荷40的放電動作(步驟S6)。
然后，控制部12檢測到由于電池組30的更換等而導致的放電器10 的輸入電壓Vin恢復，作為比所述設定值VI更大的電壓值而成為預先設 定的設定值V2 (例如50V)以上(步驟S7的是)，就回到步驟S1，使降 壓部lib的開關元件4b恢復到開關動作狀態(tài)或短路狀態(tài)，重新幵始向負 荷40的放電動作。
也考慮防止在放電停止后，由于電池組30的電池電壓自然恢復的特 性，重復放電停止和恢復，如上所述，將作為向放電動作的恢復條件而設 置的設定值V2 (例如50V)設定為比設定值V1 (例如40V)更大的值。
此外，放電器10的輸入電壓Vin (從電池組30輸出的電池電壓)的 范圍是預先決定的電壓范圍，例如是40V 64V的電壓范圍。因此，放電 器10將輸入電壓Vin升降壓，輸出，或者原封不動輸出，由此向負荷40 放電的輸出電壓Vout納入負荷40的允許電壓范圍內的所希望的動作電壓 范圍中?？墒牵捎诜烹娖?0的故障等而發(fā)生電抗lb的短路等時，有時放電器10的輸出電壓Vout異常上升，根據(jù)情形，變?yōu)槌^負荷40的允 許電壓范圍的過電壓，有可能使負荷設備故障。
因此，控制部12檢測到放電器10的輸出電壓Vout變?yōu)橛糜诜乐箤?br> 負荷40的過電壓輸出而預先決定的設定值V3 (例如53V)以上(步驟S58 的是)，將降壓部llb的開關元件4b設定為開放狀態(tài)，停止向負荷40的 放電(步驟S9)。據(jù)此，從過電壓保護負荷設備。然后，有必要實施除去 引起過電壓的放電器10的故障等原因的修復作業(yè)。
此外，控制部12由于在放電器10的輸出電壓Vout比設定值V3 (例 如53V)更小的情況下(步驟S8的否)，是維持正常的輸出電壓Vout的 狀態(tài)，所以回到步驟S2，依次重復檢査是否收到指示放電動作的停止的外 部信號的動作(步驟S2)、檢查向放電器10的輸入電壓Vin是否變?yōu)樵O 定值V1以下的動作(步驟S5)、檢査放電器10的輸出電壓Vout是否變 為設定值V3以上的動作(步驟S8)。
另外，考慮負荷設備的安全性，為了防止過電壓輸出而設置的設定值 V3 (例如53V)是設定為負荷40允許的允許電壓范圍的上限值以下的值。 即設定值V3是根據(jù)負荷40的允許電壓范圍，決定的值，是不依存于從電 池組30輸出的電池電壓的變動范圍的值。根據(jù)構成電池組30的鎳氫蓄電 池的串聯(lián)個數(shù)，電源電壓成為例如40 64V的變動范圍內，也能具有設定 值V3變?yōu)楸缺硎居糜诜乐闺姵亟M30的過放電的電壓值的設定值VI (例 如40V)更低的值，即比正常的電池組30應該輸出的電池電壓的下限值 更低的值的用途。
此外，例如使用FET(場效應晶體管)構成降壓部lib的開關元件4b， 將該FET的柵極端子連接到控制部12的控制用輸出端子，根據(jù)該控制用 輸出端子的電壓，控制FET的柵極電位地構成時，根據(jù)該控制用輸出端子 的電壓的有無，能使FET開關，能控制降壓部llb的降壓動作。這種情況 下，由于在不供給向控制部12的功率時，構成開關元件4b的FET的柵極 電位也設定為O的狀態(tài)，所以開關元件4b自動設定為開放狀態(tài)。因此， 在不供給向控制部12的功率的情況下，開關元件4b自動變?yōu)殚_放，強制 地停止向負荷40的放電動作。作為結果，即使由于向控制部12的功率供 給中斷，放電器10變?yōu)椴豢煽刂茽顟B(tài)，也能防止從放電器10向負荷40輸出異常的過電壓。
此外，控制部12的電源按照從放電器10的輸出一側供給功率的方式 進行布線。因此，如圖3所示，如果是并聯(lián)多個放電器10，進行對負荷
40的放電動作的結構，即使某放電器10內的降壓部lib的開關元件4b 開放，對于該放電器10的控制部12，由于從其它放電器10繼續(xù)供電，所 以控制部12能繼續(xù)控制動作。
可是，在放電器10只有1臺的情況下，在降壓部11b的開關元件4b 開放的同時，放電器10的控制部12的電源陷入功率供給中斷的狀態(tài)，變 為不工作。這時，如果成為開關元件4的FET那樣的元件和控制部12的 控制用輸出端子的連接狀態(tài)為所述的結構，則降壓部lib的開關元件4b 就能維持開放的狀態(tài)。
進而，在使用在輸出一側并聯(lián)多臺放電器10的圖3的電池系統(tǒng)的用 途中，關于全部放電器IO，降壓部11b的開關元件4b變?yōu)殚_放時，由于 輸出電壓Vout變?yōu)闊o電壓，所以對全部放電器10的控制部12不供給功 率，全部放電器10的控制部12的控制動作停止，放電器10全部動作完 全停止。
這種情況下，為了再次起動放電器10的控制部12，例如在圖3的電 池系統(tǒng)中，有必要處于停電狀態(tài)的商用供電恢復，整流器50重新開始輸 出，如果通過商用供電恢復，從整流器50向放電器10供給功率，以后， 放電器10的控制部12的動作起動，能進行放電器10的控制動作。
此外，不是基于處于停電狀態(tài)的商用供電的恢復的復原動作，而是通 過電池組30的電池更換，要再度起動放電器10的控制部12的動作的情 況下，通過按下操作圖1中具有的手動開關13，能重新開始向放電器10 的負荷40的放電。即手動開關13的按下操作中，控制部12不僅放電器 10的輸出一側，也形成來自放電器10的輸入一側的電池組30的用于功率 供給的電路。因此，控制部12通過來自電池更換的電池組30的功率而起 動，將降壓部lib的開關元件4b變?yōu)殚_關動作狀態(tài)或短路狀態(tài)，重新開 始向負荷40的放電。
進而，圖3那樣的在輸出一側并聯(lián)多個放電器10的電池系統(tǒng)的情況 下，如果重新開始某放電器10向負荷40的放電動作，對并聯(lián)的其他放電器10的控制部12，也通過放電器10的輸出線，開始供電。因此，由于如 果將能輸出正常的電池電壓的有效的電池組30連接到任意1臺放電器10，就重新開始向負荷40的放電，所以只按下操作并聯(lián)的多臺放電器10中連 接有效的電池組30的1臺的該放電器10的手動開關13即可?？刂撇?2 以能用電池組30的電池電壓的變動范圍和放電器10的輸出電壓的變動范 圍的全部電壓值動作為前提。如上所述，本實施例的放電器10的特征在于，降壓部llb的開關元 件4b不僅作為降壓用的DC-DC變換器的構成要素，也作為實現(xiàn)對負荷 40的放電動作的切離功能的元件兼用。例如，放電器10的控制部12從外部收到指示放電動作的停止的外部 信號時，使降壓部11b的開關元件4b開放，停止向負荷40的放電，然后， 在檢測到該外部信號復位時，將降壓部lib的開關元件4b恢復到開關動 作狀態(tài)或者短路狀態(tài)，重新開始向負荷40的功率的供給地控制。此外，控制部12在放電器10的輸入電壓Vin下降到為了防止放電器 IO的過放電而預先設定的設定值VI以下時，使降壓部11b的開關元件4b 開放，停止向負荷40的放電，然后，檢測到由于電池組30的電池更換等， 放電器10的輸入電壓Vin變?yōu)樽鳛楸仍O定值VI更大的值而預先設定的設 定值V2以上時，將降壓部lib的開關元件4b恢復到開關動作狀態(tài)或者短 路狀態(tài)，重新開始向負荷40的功率供給地控制。進而，控制部12檢測到放電器10的輸出電壓Vout變?yōu)闉榱朔乐箤?負荷40的過電壓輸出而預先設定的設定值V3以上時，為了防止向負荷設 備的過電壓的施加，使降壓部11b的開關元件4b開放，停止向負荷40的 放電地控制。此外，控制部12的電源用的功率在不按下操作手動開關13的通常時， 從放電器10的輸出一側供給，另一方面，按下操作手動開關13的情況下， 能從放電器10的輸入一側供給。陷入無法供給控制部12的電源用的功率 的狀態(tài)的情況下，將降壓部1 lb的開關元件4b維持在開放的狀態(tài)地構成。另外，關于所述的實施例，以構成電池組30的電池是鎳氫蓄電池的 情形為例進行說明，但是如上所述，本發(fā)明并不局限于有關的情形。通過具有以上的特征，在本實施例中，按照放電器10的輸入輸出電壓，停止放電動作，能防止電池組30的過放電，并且能從過電壓保護負 荷40，并且通過來自外部的控制，能停止放電，并且也能適當進行從放電 停止狀態(tài)(負荷40的切離狀態(tài))的恢復。在本實施例中，不僅將降壓部1 lb的開關元件4b作為降壓用的DC-DC 變換器的構成要素，也作為實現(xiàn)對負荷40的放電動作的切離功能的元件 兼用，沒必要在供電系統(tǒng)中追加切離功能專用的切離部。因此，在本實施 例中，由于沒有追加插入新的切離部時的伴隨著電壓下降的增大的功率損 失或發(fā)熱量的增加，所以不會使設置空間和電池系統(tǒng)的構筑所必要的費用 增大，沒必要從電池組30總對切離部供電，還能解決由于向放電器IO的 常供電，而導致的電池壽命下降的以往的問題。此外，在本實施例中，在輸出一側并聯(lián)多個放電器10的電池系統(tǒng)的 情況下，即使多個放電器10全部變?yōu)榉烹娡Ｖ怪?，通過經(jīng)由整流器復 原的商用電源重新開始供給，或者通過對于多個電池組30中的任意一個 電池組30、更換電池、操作手動開關13，能起動電池系統(tǒng)。[本發(fā)明的實施例的效果]下面，說明由本發(fā)明的實施例取得的效果。首先，第一，為了防止電池的過放電，并且進行對負荷設備的過電壓 的保護，并且能從外部停止向負荷的放電動作，有必要在放電器中具有適 當停止并且恢復向負荷的放電動作的部件。在本實施例中，由于兼用降壓部lib的開關元件4b作為實現(xiàn)放電動 作的切離功能的元件而構成，所以通過監(jiān)視放電器10的輸入電壓Vin的 控制部12的控制，將開關元件4b設定為開放狀態(tài)，由此能防止電池組30 的過放電，并且通過監(jiān)視放電器10的輸出電壓Vout的控制部12的控制， 將開關元件4b設定為開放狀態(tài)，由此能從過電壓的誤輸出保護負荷設備， 并且通過監(jiān)視從外部指示放電動作的停止的外部信號的接收的控制部12 的控制，將開關元件4b設定為開放狀態(tài)，由此能從外部控制放電停止。 在本實施例中，從對負荷40的切離狀態(tài)的恢復條件成立時，通過監(jiān)視有 關的恢復條件的控制部12的控制，將開關元件4b恢復到開關動作狀態(tài)或 短路狀態(tài)，由此能適當重新開始向負荷40的放電動作。第二，與升降壓用的DC-DC變換器分開，另外具有用于切離負荷的19切離部的放電器中，在供電線追加插入構成切離部的二極管等電路元件， 產(chǎn)生電壓下降，引起放電器的功率損失的增加和伴隨著此的發(fā)熱的增加。 因此，由于有必要增大放電器的尺寸、伴隨著發(fā)熱量的增加的空調設備的 增設成為必要、用于補充放電器的功率損失部分的電池的額外的設置成為 必要，使電池系統(tǒng)的構筑所必要的空間和費用增大。在本實施例中，如上所述，由于兼用降壓部11b的開關元件4b作為 實現(xiàn)放電動作的切離功能的元件而構成，所以新的切離部的追加是不要 的，能抑制放電器10的功率損失和發(fā)熱的增加。伴隨著此，放電器10的 放熱對策的研究也變得容易，能減小放電器10的尺寸，另外由于發(fā)熱量 的增加的抑制，能不要增加空調設備。進而，在本實施例中，由于從電池組30輸出的功率效率良好地向負荷40供給，所以沒必要額外追加電池。作為結果，在本實施例中，能節(jié)約電池系統(tǒng)(電源系統(tǒng))的構筑所必要的 空間和費用。第三，從電池供給切離負荷的切離部的動作電源的放電器的情況下， 成為總從電池對切離部進行供電的結構，所以電池的消耗加速，引起電池 的充電頻度的增加，使電池的充放電周期增加，引起電池的惡化加速的結 果。在本實施例中，如上所述，由于兼用降壓部11b的開關元件4b作為 實現(xiàn)放電動作的切離功能的元件而構成，所以使包含開關元件4b的降壓 部11b工作的電源從放電器10的輸出一側(即對負荷40供給的輸出功率 一側)供電，所以能抑制電池的消耗，作為結果，電池的充電頻度減少， 能延長電池壽命。第四，在放電器一般具有控制部，通過該控制部控制降壓部的開關元 件的開關動作，但是該控制部變?yōu)殡娫辞袛鄷r，如果降壓部的開關元件變 為短路狀態(tài)，就產(chǎn)生不降壓的過電壓對負荷一側誤輸出的情形，有可能帶 來設備故障。在本實施例中，在不再供給控制部12功率的情況下，由于維持降壓 部11b的開關元件4b的開放狀態(tài)，所以對于負荷40的放電停止，能夠將 負荷設備置于安全的狀態(tài)。第五，從放電器的輸出一側供給向放電器的控制部的功率的情況下，在停止放電時，向控制部的功率供給也成為中斷狀態(tài)，即使要恢復放電器 的放電動作，在向放電器的輸出一側的放電動作恢復之前，放電器自身陷 入不能工作的狀態(tài)。因此，從由停電狀態(tài)復原的商用電源經(jīng)由整流器對充 電器或放電器供給功率的形態(tài)成為必須。在本實施例中，具有通過手動開關13的操作，不是從放電器10的輸 出一側，而是從放電器10的輸入一側的電池組30，供給向控制部12的功率的電路，能通過來自該電池組30的功率，使放電動作起動，所以更換 電池組30之后，通過操作手動開關13，能開始放電器10的動作，能在來 自商用電源的供電重新開始動作之外，提供另外的重新開始方法。 工業(yè)上的可利用性本發(fā)明能在控制對負荷供給的直流電源的輸出的放電器中應用。
權利要求
1.一種放電器，具有降壓部件，至少包含設置在直流電源和向負荷的輸出之間的開關元件；控制部件，控制所述開關元件來控制向所述負荷的輸出電壓，在給定的條件成立的情況下，將所述開關元件設定為開放狀態(tài)，停止向所述負荷的功率輸出。
2. 根據(jù)權利要求1所述的放電器，其特征在于所述控制部件包含在從外部收到指示向所述負荷的功率輸出的停止 的外部信號時，判定為所述給定的條件成立的部件。
3. 根據(jù)權利要求2所述的放電器，其特征在于所述控制部件包含按照所述外部信號將所述開關元件設定為開放狀 態(tài)之后，在檢測到所述外部信號復位時，將所述幵關元件設定為開關動作 狀態(tài)和短路狀態(tài)中的一方，重新開始向所述負荷的功率輸出的部件。
4. 根據(jù)權利要求l所述的放電器，其特征在于所述控制部件包含在檢測到來自所述直流電源的輸入電壓變?yōu)轭A先 決定的第一設定值以下時，判定為所述給定的條件成立的部件。
5. 根據(jù)權利要求4所述的放電器，其特征在于所述控制部件包含在來自所述直流電源的輸入電壓變?yōu)樗龅谝辉O 定值以下，并將所述開關元件設定為開放狀態(tài)之后，檢測到來自所述直流 電源的輸入電壓變?yōu)楸人龅谝辉O定值更大的第二設定值以上時，將所述 開關元件設定為開關動作狀態(tài)和短路狀態(tài)的一方，重新開始向所述負荷的 功率輸出的部件。
6. 根據(jù)權利要求l所述的放電器，其特征在于所述控制部件包含檢測到向所述負荷的輸出電壓變?yōu)轭A先決定的第 一設定值以上時，判定為所述給定條件成立的部件。
7. 根據(jù)權利要求1所述的放電器，其特征在于還具有通常時，從放電器的輸出一側供給向所述控制部件的功率， 由使用者操作時，從放電器的輸入一側供給向所述控制部件的功率的手動開關。
8. 根據(jù)權利要求l所述的放電器，其特征在于所述開關元件由在處于不向所述控制部件供給功率的狀態(tài)的期間中 維持開放狀態(tài)的元件構成。
9. 一種放電控制方法，具有控制至少包含設置在直流電源和向負荷的輸出之間的開關元件的降 壓部件的所述開關元件，來控制向所述負荷的輸出電壓的放電步驟；在給定的條件成立的情況下，將所述開關元件設定為開放狀態(tài)，停止 向所述負荷的功率輸出的開放步驟。
10. 根據(jù)權利要求9所述的放電控制方法，其特征在于 所述開放步驟包含在從外部收到指示向所述負荷的功率輸出的停止的外部信號時，判定為所述給定的條件成立的步驟。
11. 根據(jù)權利要求io所述的放電控制方法，其特征在于-還具有按照所述外部信號將所述開關元件設定為開放狀態(tài)之后，在 檢測到所述外部信號復位時，將所述開關元件設定為開關動作狀態(tài)和短路 狀態(tài)中的一方，重新開始向所述負荷的功率輸出的重新開始步驟。
12. 根據(jù)權利要求9所述的放電控制方法，其特征在于 所述開放步驟包含檢測到來自所述直流電源的輸入電壓變?yōu)轭A先決定的第一設定值以下時，判定為所述給定的條件成立的步驟。
13. 根據(jù)權利要求12所述的放電控制方法，其特征在于 還具有在來自所述直流電源的輸入電壓變?yōu)樗龅谝辉O定值以下，將所述開關元件設定為開放狀態(tài)之后，檢測到來自所述直流電源的輸入電 壓變?yōu)楸人龅谝辉O定值更大的第二設定值以上時，將所述開關元件設定 為開關動作狀態(tài)和短路狀態(tài)中的一方，重新開始向所述負荷的功率輸出的 重新開始步驟。
14. 根據(jù)權利要求9所述的放電控制方法，其特征在于 所述開放步驟包含檢測到向所述負荷的輸出電壓變?yōu)轭A先決定的第一設定值以上時，判定為所述給定條件成立的步驟。
全文摘要
檢測到指示放電停止的外部信號或者防止過放電用的設定值以下的輸入電壓或用于防止過電壓輸出的設定值以上的輸出電壓中的任意一個時，控制部(12)開放降壓部(11b)的開關元件(4b)，停止向負荷(40)的供電。此外，在檢測到外部信號的復位時或比用于防止過放電的設定值更大的設定值以上的輸入電壓時，控制部(12)將開關元件(4b)變?yōu)殚_關動作狀態(tài)或短路，重新開始向負荷(40)的放電。
文檔編號H02H7/00GK101517852SQ20078003449
公開日2009年8月26日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權日2006年10月5日
發(fā)明者北野利一, 宮坂明宏, 山下明, 正代尊久 申請人:日本電信電話株式會社