JP2011166955A

JP2011166955A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP2011166955A
Application number: JP2010027497A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Morikawa; 哲郎守川
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】ＵＰＳの蓄電池運転時に放電終止電圧に到達しても、そのときの負荷量に応じた時間だけ継続運転を行なうことが可能な無停電電源装置を提供する。
【解決手段】交流を直流に変換する交流／直流変換器１と、この出力を再び交流に変換して負荷３に給電する直流／交流変換器２と、直流／交流変換器２の直流入力側に接続された蓄電池４と、蓄電池４の直流出力電圧を検出する電圧検出器５とを具備し、蓄電池４を用いて直流／交流変換器２を介して負荷３に給電中、直流出力電圧が所定の第１の閾値以下になったときアラームを発し、直流出力電圧が第１の閾値より低い所定の第２の閾値以下となるか、または直流出力電圧が負荷４の許容する最低電圧に見合う第３の閾値以下となったとき、蓄電池４から前記直流／交流変換器２への給電を停止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、交流−直流−交流変換装置と、その直流部に蓄電池を接続し、交流入力停電時は、蓄電池を電源として負荷に交流電力を供給する、無停電電源装置に関するものである。

従来の無停電電源装置（以下ＵＰＳと称する。）においては、蓄電池運転時にＵＰＳに接続された蓄電池が、予め定められた放電終止電圧に達すると、ＵＰＳを停止させて蓄電池の劣化を防止する保護を行なっていた（例えば特許文献１参照。）。

特開平３−９３４２４号公報（全体）

従来のＵＰＳにおいては、蓄電池運転時にＵＰＳに接続された蓄電池が、予め定められた放電終止電圧に達すると、そのときの負荷の量に、無関係にＵＰＳが停止する。この場合の放電終止電圧は蓄電池メーカが推奨する限度電圧であり、この放電終止電圧で蓄電池の放電を中止し、再び充電して使用すれば、基本的に劣化は発生せず、予定された蓄電池寿命までの使用を可能とする。

然るに、通常ＵＰＳの負荷は給電停止するとその影響が大きく、多少の蓄電池の性能劣化や寿命の低下を許容しても運転継続を優先したいというニーズは少なからずある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＵＰＳの蓄電池運転時に放電終止電圧に到達しても、そのときの負荷量に応じた時間だけ継続運転を行なうことが可能な無停電電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の無停電電源装置は、交流を直流に変換する交流／直流変換器と、この交流／直流変換器の直流出力を再び交流に変換して負荷に給電する直流／交流変換器と、前記直流／交流変換器の直流入力側に接続された蓄電池と、前記蓄電池の直流出力電圧を検出する電圧検出器とを具備し、前記蓄電池を用いて前記直流／交流変換器を介して前記負荷に給電中、前記直流出力電圧が所定の第１の閾値以下になったときアラームを発し、前記直流出力電圧が前記第１の閾値より低い所定の第２の閾値以下となるか、または前記直流出力電圧が前記負荷の許容する最低電圧に見合う第３の閾値以下となったとき、前記蓄電池から前記直流／交流変換器への給電を停止するようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、ＵＰＳの蓄電池運転時に放電終止電圧に到達しても、そのときの負荷量に応じた時間だけ継続運転を行なうことが可能な無停電電源装置を提供することが可能となる。

本発明の実施例１に係る無停電電源装置のブロック構成図。本発明の実施例１に係る無停電電源装置動作説明図。本発明の実施例２に係る無停電電源装置のブロック構成図。本発明の実施例２に係る無停電電源装置の動作説明図。本発明の実施例３に係る無停電電源装置のブロック構成図。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

以下、本発明の実施例１に係る無停電電源装置を図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係る無停電電源装置のブロック構成図である。

図１において、交流電源から与えられる交流電圧を交流／直流変換器１によって直流に変換し、その直流出力を直流/交流変換器２に与える。直流/交流変換器２は直流電圧を再び交流電圧に変換して負荷３に給電する。直流/交流変換器２の入力部には蓄電池４が接続されており、万一交流電源が停電したとき、蓄電池４から直流/交流変換器２を介して負荷３に電力を供給する構成となっている。尚、上記構成において、交流／直流変換器１交流入力部及び直流出力部並びに直流/交流変換器２の交流出力部には通常フィルタ回路が設けられるが、簡単のため図示を省略している。また、交流／直流変換器１あるいは直流/交流変換器２の故障時や保守点検時に交流電源から直接負荷３に給電するためのバイパス回路が設けられるのが通常であるが、このバイパス回路の図示も省略している。

蓄電池４の直流出力電圧は電圧検出器５によって検出され、比較回路６、比較回路７及び比較回路８の一方の入力端子に各々与えられる。比較回路６の他方の入力端子には放電終止電圧設定器９の出力信号が接続されている。そして、比較回路６は電圧検出器５の検出電圧が放電終止電圧設定器９によって設定された電圧（第１の閾値）以下となったとき、アラーム信号を出力する。このアラーム信号によって、例えば重要負荷の運転継続を行なう必要がない運転状態のときは、手動によってＵＰＳの運転を停止することが可能となる。

比較回路７の他方の入力端子には許容最低電圧設定器１０の出力信号が接続されている。

そして、比較回路７は電圧検出器５の検出電圧が許容最低電圧設定器１０によって設定された電圧（第２の閾値）以下となったとき、ＯＲ回路１２に信号「１」を出力する。また、比較回路８の他方の入力端子には最低許容負荷電圧設定器１１の出力信号が接続されている。そして、比較回路７は電圧検出回路５の検出電圧が許容最低負荷電圧設定器１１によって設定された電圧（第３の閾値）以下となったとき、ＯＲ回路１２に信号「１」を出力する。ＯＲ回路１２は比較回路７または比較回路８が「１」を出力したとき、ＵＰＳの運転を停止する運転停止指令を出力する。ＵＰＳの運転が停止されると蓄電池４から直流／交流変換器２への給電が停止される。

以下、本実施例１の作用効果について図２も参照して説明する。

放電終止電圧設定器９の設定電圧は前述した通りの蓄電池メーカが推奨する放電終止電圧である。例えば、エンジン始動用の鉛蓄電池の一例ではこの電圧は１．６Ｖ／セルとなっている。許容最低電圧設定器１０の設定電圧は、これ以上蓄電池４が放電すると、過放電状態となって寿命及び特性劣化に多大な影響を及ぼすとされる電圧である。上記エンジン始動用の鉛蓄電池ではこの許容最低電圧を１．２Ｖ／セルとして使用した例がある。また、許容最低負荷電圧設定器１１の設定電圧は、この場合負荷３の要求する最低電圧を直流電圧に換算した値となる。この実施例１の構成においては、許容最低負荷電圧設定器１１の設定電圧は許容最低電圧設定器１０の設定電圧とほぼ等しくなるように直流/交流変換器２の電圧余裕の設計を行なっておくことが好ましい。

尚、直流/交流変換器２から負荷３までにはケーブルのインピーダンス降下などがあり、負荷率によって上述の換算の条件が異なる。このため、何らかの方法で負荷率を検出し、この検出値に応じて許容最低負荷電圧設定器１１の設定電圧を補正するようにしても良い。

以上の条件により、蓄電池４が放電して放電終止電圧に達するとアラームが発せられるがＵＰＳの運転は継続される。そして許容最低電圧設定器１０の設定電圧または許容最低負荷電圧設定器１１の設定電圧まで蓄電池４の電圧が低下したとき、ＵＰＳの運転を停止して蓄電池４の放電を中止する。

図２は蓄電池４が放電して放電終止電圧に達してから放電停止するまでの時間、すなわちＵＰＳの運転継続時間を負荷率を横軸にプロットした動作説明図である。この図から分かるように、負過電流が小さければ運転継続時間は長くなる。従って、例えば蓄電池でＵＰＳを運転中に停止を特に嫌う負荷のみを残してそれ以外の負荷を切り離すなどの処置を行なえば、運転継続時間を更に延ばすことが可能となる。

以下、本発明の実施例２に係る無停電電源装置を図３及び図４を参照して説明する。

図３は本発明の実施例２に係る無停電電源装置のブロック構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る無停電電源装置のブロック構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、電圧検出器５の出力を入力とする変化率検出器１３を設け、その出力を放電終止電圧設定器９及び許容最低電圧設定器１０に与える構成とした点である。

この実施例２の作用効果について図４も参照して以下に説明する。

蓄電池の放電終止電圧は、蓄電池の放電電流によって変化する特性があることが知られている。この特性を適用する場合、放電電流が定格電流より小さいときの放電終止電圧は、放電電流が定格電流のときの放電終止電圧に比べて高く設定する必要がある。放電電流は負荷率にほぼ比例する。そして放電電流の大きさに応じて蓄電池４の電圧の低減率は決まるので、変化率検出器１３によって直流電圧の変化率を検出すれば、間接的に放電電流または負荷率を検出していることと等価となる。尚変化率検出器１３は、例えば所定時間の平均値を検出するようにし、短時間の変動分を除去するようなフィルタ機能を持つようにすることが好ましい。

図４はこの実施例２の動作説明図である。図示したようにセルベースの放電終止電圧は負荷率が１００％のとき（この例では１．６Ｖ／セル）に比して負荷率低減と共に上昇している。また、許容最低電圧についても同様である。そして、許容最低負荷電圧設定器１１の設定電圧を負荷端が定格の９０％となるような電圧とし、図示したように１．６Ｖより僅かに低い電圧となるように直流/交流変換器２の電圧余裕の設計を行なっておく。このようにすれば、図４の網掛けの部分が放電終止電圧以下の電圧となってもＵＰＳの運転を継続することが可能な領域となる。運転継続時間は負荷率に依存するので、この実施例２においても、実施例１の図２に示した特性が成り立つことが分かる。尚、図４においては、許容最低負荷電圧設定器１１の設定電圧をほぼ負荷率が１００％のときの放電終止電圧となるようにしたので、負荷率が１００％のときの運転継続時間は図２に比べて短時間となる。

また、前述したように配線のインピーダンス降下分を考慮して変化率検出器１３の出力を許容最低負荷電圧設定器１１に与え、負荷率の低減に従って許容最低負荷電圧設定器１１の設定電圧を低減させる補正を行なうようにしても良い。

図５は本発明の実施例３に係る無停電電源装置のブロック構成図である。この実施例３の各部について、図３の本発明の実施例２に係る無停電電源装置のブロック構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例２と異なる点は、変化率検出器１３に代えて、電流検出器１４及びこの電流検出器１４の出力からその有効電流を求める有効電流演算器１５を設け、その出力を終止電圧設定器９及び許容最低電圧設定器１０に与える構成とした点である。尚、有効電流演算器１５によって有効電流を分離するには直流／交流変換器２の出力位相などの信号が必要であるがここでは図示を省略している。

実施例２における説明と同様、出力の有効電流と蓄電池４の放電電流の大きさはほぼ比例するので、有効電流演算器１５は間接的に放電電流または負荷率を検出していることと等価となる。従ってこの実施例３についても図４で説明した特性と同様の動作特性が得られる。

尚、この実施例３の有効電流演算器１５についても、短時間の変動分を除去するようなフィルタ機能を持つようにすることが好ましい。

１交流／直流変換器
２直流／交流変換器
３負荷
４蓄電池
５電圧検出器
６、７、８比較回路
９放電終止電圧設定器
１０許容最低電圧設定器
１１許容最低負荷電圧設定器
１２ＯＲ回路
１３変化率検出器
１４電流検出器
１５有効電流演算器

Claims

交流を直流に変換する交流／直流変換器と、
この交流／直流変換器の直流出力を再び交流に変換して負荷に給電する直流／交流変換器と、
前記直流／交流変換器の直流入力側に接続された蓄電池と、
前記蓄電池の直流出力電圧を検出する電圧検出器と
を具備し、
前記蓄電池を用いて前記直流／交流変換器を介して前記負荷に給電中、
前記直流出力電圧が所定の第１の閾値以下になったときアラームを発し、
前記直流出力電圧が前記第１の閾値より低い所定の第２の閾値以下となるか、または前記直流出力電圧が前記負荷の許容する最低電圧に見合う第３の閾値以下となったとき、
前記蓄電池から前記直流／交流変換器への給電を停止するようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
前記蓄電池の放電電流を直接または間接的に検出する負荷率検出手段を有し、
前記負荷率検出手段が検出する負荷率に応じて前記第１の閾値及び前記第２の閾値を変化させるようにしたことを特徴とする請求項１に記戴の無停電電源装置。
前記負荷率検出手段は前記電圧検出器で検出した電圧の変化率を検出してなることを特徴とする請求項２に記戴の無停電電源装置。
前記負荷率検出手段は前記前記直流／交流変換器の出力電流の有効分を検出してなることを特徴とする請求項２に記戴の無停電電源装置。
前記負荷率検出手段の検出値の変化に応じて前記第３の閾値を補正するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記戴の無停電電源装置。