CN106471705B - 不间断电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的不间断电源装置(10)包括：输入输出端子(11)，该输入输出端子与从外部电源(20)向负载装置(30)供电的电源线(21)并联连接；电池单元(12)，该电池单元的额定电压低于外部电源(20)的电压(V1)；DC/DC转换器(13)，该DC/DC转换器将电池单元(12)的电压(V2)转换为相当于外部电源(20)的电压(V1)和电池单元(12)的电压(V2)的差值的电压(V3)；充电电路(14)，该充电电路通过输入输出端子(11)以外部电源(20)的电力对电池单元(12)充电；放电电路(15)，该放电电路在外部电源(20)停电时，以将电池单元(12)的电压(V2)与DC/DC转换器(13)的输出电压(V3)相加后的电压，通过输入输出端子(11)向负载装置(30)放电。

Description

不间断电源装置
技术领域
本发明涉及不间断电源装置。
背景技术
不间断电源装置是在成为因停电等而无法由外部电源向负载装置进行供电的状态时，为了继续进行负载装置的动作，由预先充电的充电电池向负载装置供电的电源装置。不间断电源装置的充电电池一般在通常情况下由外部电源的电力进行充电。作为不间断电源装置所使用的充电电池的一个例子，例如镍氢充电电池等的碱性充电电池是众所周知的。
碱性充电电池在其性质上需要以高于额定电压的电压进行充电。但是一般在不间断电源装置中，碱性充电电池的额定电压与外部电源的电压相同。因此，仅利用上述外部电源的电力无法将碱性充电电池充电至满充电状态。
由此，具备对外部电源的电压进行升压的辅助电源(DC/DC转换器)的不间断电源装置是众所周知的。更具体而言，在碱性充电电池的充电时，通过辅助电源将外部电源的电压进行升压，以该升压后的电压对碱性充电电池进行充电。由此，即使是额定电压与外部电源的电压相同的碱性充电电池，也能以高于额定电压的电压将该碱性充电电池充电至满充电状态。此外，虽然并非是不间断电源装置，但是作为使用了辅助电源的技术的一个例子，在电动机的所需电力暂时增加时，通过辅助电源使所能提供给电动机的电量增加的电动机控制装置是众所周知的(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2013-110899号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，现有的不间断电源装置存在以下问题：即，在充电电池的充电时，因通过辅助电源对外部电源的电压进行升压从而导致产生较大的电力损耗。此外，对于现有的不间断电源装置，由于某种原因在辅助电源故障时有可能无法对充电电池进行充电，由此，可靠性有可能会下降。
本发明是鉴于上述状况而完成的，其目的在于提供一种电力损耗更小、可靠性更高的不间断电源装置。
解决技术问题的技术方案
<本发明的第1方式>
本发明的第1方式的不间断电源装置，其特征在于，包括：输入输出端子，该输入输出端子与从外部电源向负载装置供电的电源线并联连接；电池单元，该电池单元的额定电压低于所述外部电源的电压；电压转换装置，该电压转换装置将所述电池单元的电压转换为相当于所述外部电源的电压和所述电池单元的电压的差值的电压；充电电路，该充电电路通过所述输入输出端子，以所述外部电源的电力对所述电池单元进行充电；以及放电电路，该放电电路在所述外部电源停电时，以将所述电池单元的电压与所述电压转换装置的输出电压相加后的电压，通过所述输入输出端子向所述负载装置放电。
由此，电池单元的额定电压低于外部电源的电压，因此能以外部电源的电力直接将电池单元充电至满充电状态。即，不像以往那样使用辅助电源，就能以高于电池单元的额定电压的电压对电池单元进行充电。由此，能降低电池单元成为无法充电的状态的可能性，能提高不间断电源装置的可靠性。
另一方面，停电时，通过电压转换装置，将电池单元的电压转换为相当于外部电源的电压和电池单元的电压的差值的电压，以将该电压转换装置的输出电压与电池单元的电压相加后的电压向负载装置放电。由此，停电时，能以与外部电源的电压相同的电压向负载装置供电。电压转换装置将电池单元的电压转换为相当于外部电源的电压和电池单元的电压的差值的电压，因此与将外部电源的电压进行升压的现有技术相比，电压转换装置中的电力损耗大幅变小。由此，能大幅降低不间断电源装置中的电力损耗。
根据本发明的第1方式能够获得如下作用效果：即，能提供一种电力损耗更小、可靠性更高的不间断电源装置。
<本发明的第2方式>
本发明的第2方式的不间断电源装置，其特征在于，在上述本发明的第 1方式中，进一步包括控制装置，该控制装置在所述外部电源停电时，根据所述电池单元的电压的降低对所述电压转换装置的输出电压进行调整，以使得所述电池单元的电压和所述电压转换装置的输出电压相加后的电压成为相当于所述外部电源的电压的电压。
根据本发明的第2方式，在停电时，即使例如因电池单元的电力消耗而导致电池单元的电压降低，但也能以与外部电源的电压相同的电压向负载装置供电。由此，能抑制不间断电源装置的输出电压的变动。
<本发明的第3方式>
本发明的第3方式的不间断电源装置，其特征在于，在上述本发明的第 1方式或第2方式中，所述放电电路将所述电压转换装置的输出与所述电池单元以OR二极管连接(diode-or connection)方式连接到所述输入输出端子。
根据本发明的第三方式，即使假设在电力转换装置中发生了故障等，但在停电时，也能以此时的电池单元的电压向所述负载装置供电。因此，即使在这样的情况下，至少在电池单元的电压在负载装置的工作电压的允许范围内的期间中，能以电池单元的电力继续进行负载装置的动作，因此不会大幅降低不间断电源装置的可靠性。此外，例如在停电时，电池单元的电压在负载装置的工作电压的允许范围内的期间中，也可停止电力转换装置的动作，将电池单元的电力直接提供给负载装置。由此，能降低不间断电源装置中的电力损耗。
<本发明的第4方式>
本发明的第4方式的不间断电源装置，其特征在于，在上述本发明的第 1～第3的任一方式中，所述充电电路包含将所述外部电源的电压降压至所述电池单元的充电电压的降压装置。
根据本发明的第4方式，也能使用充电电压低于外部电源的电压的电池单元，因此能灵活地应对各种规格的电池单元。
发明效果
根据本发明，能提供一种电力损耗较少、可靠性较高的不间断电源装置。
附图说明
[图1]是示出不间断电源装置的构成的电路图。
[图2]是示出正常时的不间断电源装置的主要部分的电路图。
[图3]是示出停电时的不间断电源装置的主要部分的电路图。
[图4]是示出在停电时DC/DC转换器处于未动作状态的不间断电源装置的主要部分的电路图。
[图5]是示出不间断电源装置的变形例的构成的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
另外，本发明并不特别限定于以下说明的实施例，可以在权利要求所记载的发明范围内进行各种变形。
＜不间断电源装置10的构成＞
参照图1对本发明所涉及的不间断电源装置10的构成进行说明。
图1是示出不间断电源装置10的构成的电路图。
不间断电源装置10是在成为因停电等无法从外部电源20向负载装置30 进行供电的状态时，为了继续进行负载装置30的动作，而向负载装置30供电的电源装置。
不间断电源装置10具备输入输出端子11、电池电源12、DC/DC转换器13、充电电路14、放电电路15、第1～第3电流检测电路16～18以及控制装置19。
输入输出端子11与从外部电源20向负载装置30供电的电源线21并联连接。这里的外部电源20是例如将商用交流电转换为电压V1的直流电的电源装置。此外，负载装置30是利用电压V1的直流电进行动作的电子设备。
电池电源12是额定电压低于外部电源20的电压V1的电池电源。电池单元12包含由镍氢充电电池等碱性充电电池串联或并联连接而构成的电池组 121。此外，电池单元12包含检测电池组121的电压以及温度的电路(图示省略)
作为“电压转换装置”的DC/DC转换器13对电池电源12的电压V2进行降压，转换为相当于外部电源20的电压V1和电池单元的电压V2的差值的电压 V3。更具体而言，DC/DC转换器13是输入输出绝缘型的降压型DC/DC转换器。优选DC/DC转换器13是能根据控制装置19的控制信号从而调整输出电压的结构。
充电电路14包含开关SW1、二极管D3。更具体而言，二极管D3的阳极通过开关SW1与输入输出端子11连接。二极管D3的阴极与电池单元12的正极端子连接。具有这样的构成的充电电路14中，通过导通开关SW1，电池单元12 通过输入输出端子11以外部电源20的电力充电。因此，电池单元12的充电电压成为外部电源20的电压V1。
放电电路15包含开关SW2、二极管D1以及二极管D2。更具体而言，对于 DC/DC转换器13的输入侧，+端子通过开关SW2与电池单元12的正极端子相连接，-端子接地。此外，对于DC/DC转换器13的输出侧，+端子连与二极管D1的阳极相连接，-端子与电池单元12的正极端子相连接。二极管D1的阴极与输入输出端子11相连接。电池单元12的正极端子与二极管D2的阳极相连接，二极管D2的阴极与输入输出端子11相连接。即，电池单元12的正极端子通过二极管D2与输入输出端子11相连接。电池单元12的负极端子接地。
由此，放电电路15将DC/DC转换器13的输出侧与电池单元12以OR二极管连接方式连接到输出端子11。具有这样的构成的放电电路15中，通过二极管D1输出到输入输出端子11的电压成为将电池单元12的电压V2与DC/DC转换器13的输出电压V3相加后的电压。另一方面，通过二极管D2输出到输入输出端子11的电压成为电池单元12的电压V2。因此，在从DC/DC转换器13输出电压的状态下，电池单元12的电力成为以将电池单元12的电压V2与DC/DC 转换器13的输出电压V3相加后的电压、从二极管D1通过输入输出端子11向负载装置30放电。另一方面，在从DC/DC转换器13不输出电压的状态下，电池单元12的电力成为以电池单元12的电压V2、从二极管D2通过输入输出端子11向负载装置30放电。
第1电流检测电路16设置于二极管D3与电池单元12的正极端子之间，检测电池单元12的充电电流。第2电流检测电路17设置于DC/DC转换器13的输入侧的-端子与电池单元12的负极端子之间，检测DC/DC转换器13的输入侧的电流。第3电流检测电路18设置于电池单元12的负极端子与接地之间，检测电池单元12的放电电流。对于该第1～第3电流检测电路16～18，例如是使用了分流电阻的电流检测电路。
控制装置19是众所周知的微机控制装置。控制装置19基于第1～第3电流检测电路16～18的检测电流、电池单元12的电压V2或温度等，执行开关 SW1以及SW2的导通/断开、DC/DC转换器13的输出电压V3的调整等的控制。
＜不间断电源装置10的动作＞
参照图2～图4，对不间断电源装置10的动作进行说明。
图2是示出不间断电源装置10的主要部分的电路图，是示出正常时的不间断电源装置10的电路图。
正常时，即，在从外部电源20向负载装置30供电的状态下，以外部电源20的电力将电池单元12充电至满充电状态。更具体而言，通过断开开关 SW2、导通开关SW1，将外部电源20的电力提供给电池单元12并对电池单元 12进行充电(对应A)。在电池单元12充电至满充电状态后，断开开关SW1。
如上所述，电池单元12的额定电压低于外部电源20的电压V1，因此以外部电源20的电力能直接将电池单元12充电至满充电状态。即，不像以往那样使用辅助电源，也能以高于电池单元12的额定电压的电压V1对电池单元12进行充电。由此，能降低电池单元12成为无法充电的状态的可能性，能提高不间断电源装置10的可靠性。
图3是示出不间断电源装置10的主要部分的电路图，是示出停电时的不间断电源装置10的电路图。
停电时，即，在从外部电源20向负载装置30不供电的状态下，通过输入输出端子11将电池单元12的电力放电至负载装置30。更具体而言，停电时，通过断开开关SW1、导通开关SW2，电池单元12的电力通过二极管D1，以将电池单元12的电压V2与DC/DC转换器13的输出电压V3相加后的电压向负载装置30放电(对应B以及C)。由此，停电时，能以与外部电源20的电压V1相同的电压(电压V2+V3)向负载装置30供电。DC/DC转换器13将电池单元12的电压V2转换为相当于外部电源20的电压V1和电池单元12的电压V2 的差值的电压V3。因此，与将外部电源20的电压进行升压的现有技术相比， DC/DC转换器13中的电力损耗大幅变小。由此，能大幅降低不间断电源装置 10中的电力损耗。
此外，对于DC/DC转换器13的输出电压V3，优选为根据电池单元12的电压V2的降低，将电池单元12的电压V2与DC/DC转换器13的输出电压V3相加后的电压调整为相当于外部电源20的电压V1的电压。这并不是本发明所必须的构成要素，但由此即使电池单元12的电压V2降低，也能以与外部电源20 的电压V1相同的电压向负载装置30供电。由此，能抑制不间断电源装置10 的输出电压(电压V2+V3)的变动。
图4是示出不间断电源装置10的主要部分的电路图，是示出在停电时 DC/DC转换器13处于未动作状态下的电路图。
如上所述，停电时，不间断电源装置10通过输入输出端子11将电池单元12的电力放电至负载装置30。此时若断开开关SW2、或DC/DC转换器13中发生故障等，则成为无法从DC/DC转换器13输出电压的状态。然而，DC/DC 转换器13的输出与电池单元12如上所述那样以OR二极管连接方式连接至输入输出端子11。由此，在从DC/DC转换器13不输出电压的状态下，电池单元 12的电力通过二极管D2直接提供给负载装置30。
因此，例如停电时在DC/DC转换器13中发生故障等的情况下，至少在电池单元12的电压V2在负载装置30的工作电压的允许范围内的期间中，能以电池单元12的电力继续进行负载装置30的动作，因此不会大幅降低不间断电源装置10的可靠性。此外，例如在停电时，在电池单元12的电压V2在负载装置30的工作电压的允许范围内的期间中，也可保持开关SW2断开，将电池单元12的电力直接提供给负载装置30。由此，能降低不间断电源装置10 中的电力损耗。
如上所述，根据本发明，能提供电力损耗较少、可靠性较高的不间断电源装置10。
＜变形例＞
参照图5对本发明所涉及的不间断电源装置10的变形例进行说明。
图5是示出不间断电源装置10的变形例的构成的电路图。不间断电源装置10的变形例的构成与图1所示的实施例不同点在于充电电路14的构成。除此以外的结构与图1所示的实施例具有相同构成，因此对相同的构成要素标注相同标号并省略其详细说明。
变形例的充电电路14包含开关SW1、二极管D3以及DC/DC转换器141。作为“降压装置”的DC/DC转换器141，例如是输入输出绝缘型的降压型DC/DC 转换器，是将外部电源20的电压V1降压至电池单元12的充电电压的装置。具体而言，变形例的充电电路14的开关SW1的一端侧与输入输出端子11相连接，开关SW1的另一端侧与DC/DC转换器141的输入侧的+端子相连接。DC/DC 转换器141的输入侧的-端子以及输出侧的-端子接地。DC/DC转换器141 的输出侧的+端子与二极管D3的阳极相连接。二极管D3的阴极与电池单元 12的正极端子相连接。
具有这样的构成的充电电路14中，通过导通开关SW1，电池单元12以 DC/DC转换器141的输出电压充电。DC/DC转换器141将外部电源20的电压V1 降压至电池单元12的充电电压，因此能以合适的充电电压将电池单元12充电至满充电状态。即使是这样的方式，本发明也是可以实施的，例如也能使用充电电压低于外部电源20的电压V1的电池单元12，因此能灵活地应对各种规格的电池单元12。
标号说明
10 不间断电源装置
11 输入输出端子
12 电池单元
13 DC/DC转换器
14 充电电路
15 放电电路
16～18 第1～第3电流检测电路
19 控制装置
20 外部电源
21 电源线
30 负载装置

Claims (4)

1.一种不间断电源装置，其特征在于，包括：
输入输出端子，该输入输出端子与从外部电源向负载装置供电的电源线并联连接；
电池单元，该电池单元的额定电压低于所述外部电源的电压；
电压转换装置，该电压转换装置将所述电池单元的电压转换为相当于所述外部电源的电压和所述电池单元的电压的差值的电压；
充电电路，该充电电路通过所述输入输出端子以所述外部电源的电力对所述电池单元进行充电；以及
放电电路，该放电电路在所述外部电源停电时，以将所述电池单元的电压与所述电压转换装置的输出电压相加后的电压，通过所述输入输出端子向所述负载装置放电。
2.如权利要求1所述的不间断电源装置，其特征在于，进一步包括：
控制装置，该控制装置在所述外部电源停电时，根据所述电池单元的电压的降低对所述电压转换装置的输出电压进行调整，以使得所述电池单元的电压和所述电压转换装置的输出电压相加后的电压在所述负载装置的工作电压的允许范围内。
3.如权利要求1或2所述的不间断电源装置，其特征在于，
所述电压转换装置的输出侧的+端子与第1二极管的阳极相连接，-端子与所述电池单元的正极端子相连接，所述第1二极管的阴极与所述输入输出端子相连接，所述电池单元的正极端子与第2二极管的阳极相连接，所述第2二极管的阴极与所述输入输出端子相连接。
4.如权利要求1所述的不间断电源装置，其特征在于，
所述充电电路包含将所述外部电源的电压降压至所述电池单元的充电电压的降压装置。
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