JP2017184590A - 無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラおよびその診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のバッテリーが並列接続された無停電電源装置において、どのようなバッテリーの異常であっても検出できるバッテリー診断機能付きコントローラを提供する。【解決手段】無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラであって、商用電源と接続されて電力を充電する１台の充電器１０と、並列接続された複数のバッテリー１〜４のうちの１つのみを充電器１０から充電可能な状態に接続するとともに、充電可能な状態に接続されたバッテリー以外のバッテリーのうちの少なくとも１つを放電器２０に電力を放電可能な状態に接続するよう制御する充放電制御部３０と、充電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧上昇と電流下降とを確認するとともに、放電器に電力を放電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧下降を確認することにより、バッテリーそれぞれについて、異常の有無および異常の種類を診断するバッテリー診断部と、を備える。【選択図】図３

Description

この発明は、無停電電源装置に並列接続された複数のバッテリーの診断機能付きコントローラおよびその診断方法に関するものである。

従来より、停電等の商用電力遮断時に備えて、電力供給が必要な機器に常に接続しておき、停電等の商用電力遮断時に機器に対して電力を供給することが可能なバッテリーを搭載した無停電電源装置が知られている。この際、長時間のバックアップが求められる場合には、複数のバッテリーを並列接続するものが採用されている。

例えば特許文献１には、複数のバッテリーが並列接続された無停電電源装置において、通常時には各バッテリーが充電されるように切替器の切替制御が行われ、停電発生時にはバッテリーからインバータ／コンバータ部に給電が行われるように切替器の切替制御が行われ、バッテリーのチェック時にはチェック対象となるバッテリーがＵＰＳ内部負荷に接続されるように切替器の切替制御が行われることが記載されている。

特開２００５−２８７１７４号公報

しかしながら、例えば特許文献１に記載されているような従来の無停電電源装置では、バッテリーのチェック時には、チェック専用となるため、充電や放電を行いながらバッテリーの診断を行うことができない、という課題があった。また、このチェックは、バッテリー電圧と放電との関係に基づいて行われているため、一般的な電圧降下異常についてはチェックできるが、それ以外の異常については検出することができない、という課題もあった。

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、複数のバッテリーが並列接続された無停電電源装置において、各バッテリーについて、充電や放電を行いながら異常の診断をすることができ、どのようなバッテリーの異常であっても検出することができるバッテリー診断機能付きコントローラおよびその診断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明は、並列接続された複数のバッテリーと、外部の機器に対して電力を放電可能な１台の放電器とに接続される、無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラであって、商用電源と接続されて電力を充電する１台の充電器と、前記複数のバッテリーのうちの１つのみを前記充電器から充電可能な状態に接続するとともに、前記複数のバッテリーのうち前記充電可能な状態に接続されたバッテリー以外のバッテリーのうちの少なくとも１つを前記放電器に電力を放電可能な状態に接続するよう制御する充放電制御部と、前記充電器から充電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧上昇と電流下降とを確認するとともに、前記放電器に電力を放電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧下降を確認することにより、前記複数のバッテリーそれぞれについて、異常の有無および異常の種類を診断するバッテリー診断部と、を備えることを特徴とする。

この発明の無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラまたはその診断方法によれば、複数のバッテリーが並列接続された無停電電源装置において、各バッテリーについて、充電や放電を行いながら異常の有無および異常の種類を診断することができ、どのようなバッテリーの異常であっても検出することができる。

複数のバッテリーが並列接続されている無停電電源装置において、循環電流が流れることを示す説明図である。 複数のバッテリーが並列接続されている従来の無停電電源装置の概略構成および充電時の制御状態を示す説明図である。 この発明の実施の形態における無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラおよび無停電電源装置全体の概略構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態における無停電電源装置の充放電制御部が、複数のバッテリーをどの順番で充電可能な充電接続状態、放電可能な放電接続状態、待機状態とするかについて、あらかじめ定められた所定の条件により決定されたスケジュールの一例を示す表である。 この発明の実施の形態による無停電電源装置において、商用電源からの電力供給がある場合の充放電制御部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態における無停電電源装置の充放電制御部が、複数のバッテリーをどの順番で充電可能な充電接続状態、放電可能な放電接続状態、待機状態とするかについて、あらかじめ定められた所定の条件により決定されたスケジュールの別の一例を示す表である。 この発明の実施の形態における無停電電源装置の充放電制御の具体的手法の一例および充電・放電・待機の制御状態の一例を示す説明図である。 この発明の実施の形態における無停電電源装置のバッテリー診断部が、どのようにバッテリー電圧またはバッテリー電流のチェックを行うかを示す説明図である。 この発明の実施の形態における無停電電源装置のバッテリー診断部の動作を示すものであり、充電時のバッテリー電圧上昇をチェックするフローチャートである。 この発明の実施の形態における無停電電源装置のバッテリー診断部の動作を示すものであり、充電時のバッテリー電流下降をチェックするフローチャートである。 この発明の実施の形態における無停電電源装置のバッテリー診断部の動作を示すものであり、放電時のバッテリー電圧下降をチェックするフローチャートである。

この発明は、無停電電源装置に並列接続された複数のバッテリーの診断機能付きコントローラおよびその診断方法に関するものである。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、一般的に、複数のバッテリーが並列接続されている無停電電源装置において、各バッテリー間に循環電流が流れることを示す説明図である。
この図１では、複数のバッテリー１〜４が並列接続されている。このように複数のバッテリーが並列接続されている場合には、通常、各バッテリー間で電流が流れ、電池容量が減っていくが、この際に流れる電流を、循環電流という。

この循環電流は、接続されているバッテリー同士の電圧の差や内部抵抗の差によって発生する。しかし、たとえ同種のバッテリーであっても個体差があり、バッテリー同士の電圧や内部抵抗が一致することはないため、複数のバッテリーが並列接続されている限り、無負荷であっても常に循環電流が流れてバッテリーの電力が消費され続けることとなり、バッテリー容量を低下させ、バッテリーの寿命が短くなる要因となっている。

例えば、図１では、バッテリー２の電圧がバッテリー１，３，４より低い電圧のバッテリーであるとする。この場合、実線で示す矢印Ａは、バッテリー１，３，４から、バッテリー２に流れている循環電流の様子を示している。そして、バッテリー２の電圧が他のバッテリーよりも高くなると、破線で示す矢印Ｂのように、今度はバッテリー２から他のバッテリー１，３，４に対して循環電流が流れてしまう。

図２は、複数のバッテリーが並列接続されている従来の無停電電源装置の概略構成および充電時の制御状態を示す説明図である。図２においても、複数のバッテリー１〜４が並列接続されており、各バッテリーには充電器１０および放電器（インバータ）２０が接続されている。そして、図２において、バッテリー１はほぼ満充電状態であり、バッテリー２はほぼ空（カラ）になっている状態であり、バッテリー３，４は少しだけ使われている状態であるとする。充電中は、スイッチＳＷ１をＯＮ、スイッチＳＷ２をＯＦＦとする。

この状態で充電が行われる場合、図２では、充電器１０からの充電時に、実線の矢印Ｃで示すように、充電器１０から１２Ａの電流がバッテリー２に流れている。また同時に、破線の矢印Ｄに示すように、バッテリー１から３Ａ、バッテリー３から１Ａ、バッテリー４から１Ａがそれぞれバッテリー２に循環電流として流れ、合計１７Ａで充電が行われることを示している。

このように、従来の無停電電源装置においては、例えば、あるバッテリーがせっかく新品に近い、ほぼ満充電状態にあるバッテリーであったとしても、そのバッテリーから循環電流が流れてしまったり、同じくらいの状態に見えるバッテリーであっても、電圧の差や内部抵抗の差によって循環電流が流れてしまうため、バッテリーに無駄な負荷をかけ続けてしまい、バッテリーの長寿命化の妨げになってしまうという問題があった。

そこで、この発明では、複数のバッテリーそれぞれの寿命を長くすることにより、無停電電源装置全体の長寿命化をはかるため、充電時にはバッテリーを１つずつ充電する。すなわち、１つのバッテリーのみが接続されるよう制御して充電することにより、他のバッテリーに循環電流が流れないようにしている。また、この充電時に、どのバッテリーから順番に充電し、どのバッテリーから順番に放電するかを、あらかじめ定められた所定の条件により決定されたスケジュールにしたがって行うことにより、バッテリーの寿命を長くしている。

また、上記のとおり、充電時に各バッテリーに循環電流が流れないようにし、かつ、充電させるバッテリーと放電させるバッテリーとをスケジュールにしたがって制御するとともに、並列接続されるバッテリーが３つ以上ある場合には、充電もせず放電もさせない他のバッテリーは、回路から切り離して待機状態とするよう制御して休ませることにより、すべてのバッテリーを最適な状態で管理し、バッテリーの長寿命化をはかるようにしている。

しかし、このようにしてバッテリーの長寿命化をはかったとしても、バッテリーの故障やバッテリーの寿命、または、バッテリーそのものの異常ではなく、はんだ付け等の不具合による接続不良や回路エラーなど、様々な異常が起こり得るが、これらの異常を正確に把握することができなければ、停電時等に無停電電源装置が正常に機能せず、負荷（外部の例えば計測器等の機器）を稼働させ続けることができない、という大きな問題に発展するおそれがある。

そこで、この発明の実施の形態では、複数のバッテリーが並列接続された無停電電源装置において、各バッテリーについて、充電や放電を行いながら異常の有無および異常の種類を診断することができ、どのようなバッテリーの異常であっても検出することができるようにしたものである。

図３は、この発明の実施の形態における無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラおよび無停電電源装置全体の概略構成を示す模式図である。この図３に示す無停電電源装置においても、複数のバッテリー１〜４が並列接続されており、充電器１０および放電器２０が接続されている。ここで、充電器１０は、商用電源（図示せず）と接続されて電力を充電するものである。また、放電器２０は、外部の機器（図示せず）と接続されており、それら機器に対して電力を放電可能なものである。

なお、一点鎖線で囲まれた部分に含まれている、複数のバッテリー１〜４および放電器２０については、既存のものを使用することが可能であり、この一点鎖線で囲まれた部分以外の部分が、この発明の実施の形態における無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラである。

すなわち、この発明の実施の形態における無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラは、並列接続された複数のバッテリー１〜４と、外部の機器に対して電力を放電可能な１台の放電器２０とに接続されるものであり、充電器１０と、充放電制御部３０と、バッテリー診断部４０とを備えている。

充放電制御部３０は、複数のバッテリー１〜４のうちの１つのみを、充電器１０から充電可能な状態に接続するよう制御するとともに、複数のバッテリー１〜４のうち充電可能な状態に接続されたバッテリー以外のバッテリーのうちの少なくとも１つを放電器２０に電力を放電可能な状態に接続するよう制御する制御部である。

このように、充放電制御部３０により、常に少なくとも１つのバッテリーから放電器２０に電力を放電可能な状態に接続しておくことにより、落雷時等の急な停電時においても、タイムラグなく瞬時に放電器２０から外部の機器への電力供給を行うことができる。

また、充放電制御部３０は、複数のバッテリー１〜４のうちの電圧レベルがもっとも低いバッテリーを最初に、充電器１０から充電可能な状態に接続するよう制御し、複数のバッテリー１〜４のうちの電圧レベルがもっとも高いバッテリーを最初に、放電器２０に電力を放電可能な状態に接続するよう制御する。

さらに、充放電制御部３０は、あらかじめ定められた所定の条件により決定されたスケジュールにしたがって、充電器１０から充電可能な状態に接続するバッテリーを当該バッテリーとは異なるバッテリーに切り替え、放電器２０に電力を放電可能な状態に接続するバッテリーを当該バッテリーとは異なるバッテリーに切り替える。

また、充放電制御部３０は、並列接続されるバッテリーが３つ以上ある場合には、充電可能な状態に接続されたバッテリーと放電可能な状態に接続されたバッテリー以外のバッテリーを、無停電電源装置の回路から切り離して待機状態とするよう制御して休ませることにより、すべてのバッテリーを最適な状態で管理し、バッテリーの長寿命化をはかるものである。

バッテリー診断部４０は、充電器１０から充電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧上昇と電流下降とを確認するとともに、放電器２０に電力を放電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧下降を確認することにより、複数のバッテリー１〜４それぞれについて、異常の有無および異常の種類を診断する診断部である。

また、バッテリー診断部４０は、充電器１０から充電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧上昇と電流下降、および、放電器２０に電力を放電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧下降に基づいて、複数のバッテリー１〜４それぞれについて、異常の有無を出力するとともに、異常が検出された場合には、当該異常の種類を出力する。

図４は、充放電制御部３０が、複数のバッテリー１〜４をどの順番で充電可能な充電接続状態、放電可能な放電接続状態、待機状態とするかについて、あらかじめ定められた所定の条件により決定されたスケジュールの一例を示す表である。
また、図５は、商用電源からの電力供給がある場合の充放電制御部３０の動作を示すフローチャートである。

充放電制御部３０は、まず初めに（無停電電源装置を初めて接続したとき、または、停電等により商用電源からの電力供給がなくなり、無停電電源装置による電力供給が行われて商用電源が復帰したとき）、並列接続された複数のバッテリーの電圧レベルをチェックし、並列接続された複数のバッテリー１〜４の電圧レベルのうち、少なくとも１つがＭ以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ１）。

この図４の例では、バッテリー１の電圧レベルはＬＬ（ほぼ充電されていない深放電レベル）、バッテリー２の電圧レベルはＬ（４０％以下の充電レベル）、バッテリー３の電圧レベルはＨ（８０％充電レベル）、バッテリー４の電圧レベルはＭ（６０％充電レベル）であるとする。また、表の中の電圧レベルＨＨは、ほぼ満充電（１００％充電レベル）を意味するものである。

この場合、並列接続された複数のバッテリー１〜４の電圧レベルのうち、少なくとも１つがＭ以上であるので（ステップＳＴ１のＹＥＳの場合）、電圧レベルがもっとも低いバッテリーを最初に、充電器１０から充電可能な状態に接続し、電圧レベルがもっとも高いバッテリーを最初に、放電器２０に電力を放電可能な状態に接続する（ステップＳＴ１１）。そして、電圧レベルがもっとも低いバッテリーから順に、充電器１０から充電可能な状態に接続し、充電可能な状態に接続されたバッテリーは、次のサイクルでは放電可能な状態に接続する（ステップＳＴ１２）。

すなわち図４の例では、充電器１０から充電可能な状態に接続する順番は、電圧レベルＬＬのバッテリー１、電圧レベルＬのバッテリー２、電圧レベルＭのバッテリー４、電圧レベルＨのバッテリー３の順番（バッテリー１，２，４，３の順番）である。また、電圧レベルがもっとも高いバッテリーを最初に、放電器２０に電力を放電可能な状態に接続するので、最初に放電可能な状態に接続されるのは、バッテリー３である。

また、この図４の例では、充電可能な状態に接続されたバッテリーは、次のサイクルでは放電可能な状態に接続されるものとしているので、放電可能な状態に接続する順番は、バッテリー３，１，２，４の順番である。すなわち、１サイクル目には、バッテリー１が充電接続状態、バッテリー３が放電接続状態、他の２つが待機状態、２サイクル目には、バッテリー２が充電接続状態、バッテリー１が放電接続状態、他の２つが待機状態、３サイクル目には、バッテリー４が充電接続状態、バッテリー２が放電接続状態、他の２つが待機状態、４サイクル目には、バッテリー３が充電接続状態、バッテリー４が放電接続状態、他の２つが待機状態であり、これを繰り返す。

この際、充電可能な状態に接続したバッテリーの電圧レベルがＨＨ（１００％充電レベル）まで達したら、すぐに次のバッテリーを充電可能な状態に接続する、というサイクルで繰り返すことにすると、バッテリーを休ませる時間がなく、バッテリーを劣化させてしまうため、例えば２４時間経ったら次のサイクルとする、というスケジュールにするとよい。この結果、図４に示すように、電圧レベルがＬＬだったバッテリーは、充電接続状態にしても１サイクルでは電圧レベルＨまでしか達しないが、例えば図４の場合には、３サイクル目にはすべてのバッテリーの電圧レベルがＭ以上となっている。

なお、電圧レベルがＭやＨのバッテリーを充電接続状態にした場合には、上記のように２４時間で次のサイクルに移行するとしても、それよりも短い時間で電圧レベルがＨＨまで達することが予想されるが、１００％充電レベルになっても充電し続けると、バッテリーを劣化させてしまうため、電圧レベルがＨＨになったら残りの時間は休ませる（待機状態と同じように回路から切り離す）ようにした方がよい。すなわち、この図４においては、充電および満充電になったら休ませることも含めて「充電接続状態」と呼んでいる。

また、停電等が発生し、商用電源からの電力供給がなくなり、無停電電源装置による電力供給が行われて商用電源が復帰したときなど、すべてのバッテリーの電圧レベルがあらかじめ定められた所定の電圧以上（ここでは、６０％充電（Ｍ）以上とする）でない場合（ステップＳＴ１のＮＯの場合）には、図６に示すスケジュールを採用するものとする。

図６は、充放電制御部３０が、複数のバッテリー１〜４をどの順番で充電可能な充電接続状態、放電可能な放電接続状態、待機状態とするかについて、あらかじめ定められた所定の条件により決定されたスケジュールの別の一例を示す表である。

この場合であっても、充放電制御部３０が、まず初めに（無停電電源装置を初めて接続したとき、または、停電等により商用電源からの電力供給がなくなり、無停電電源装置による電力供給が行われて商用電源が復帰したとき）、並列接続された複数のバッテリーの電圧レベルをチェックし、並列接続された複数のバッテリー１〜４の電圧レベルのうち、少なくとも１つがＭ以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ１）。

図６に示す例では、すべてのバッテリー１〜４の電圧レベルがＭ未満であるが（ステップＳＴ１のＮＯの場合）、この場合であっても、電圧レベルがもっとも低いバッテリーを最初に、充電器１０から充電可能な状態に接続し、電圧レベルがもっとも高いバッテリーを最初に、放電器２０に電力を放電可能な状態に接続するのは同じである（ステップＳＴ２１）。

そして、この図６の例では、バッテリー１〜４すべての電圧レベルはＬＬ（ほぼ充電されていない深放電レベル）であるとするが、数値としては、バッテリー１がもっとも電圧レベルが低く、次に低いのがバッテリー２、その次に低いのがバッテリー４、そして、バッテリー３がもっとも電圧レベルが高かったと仮定する。よって、１サイクル目には、バッテリー１が充電接続状態、バッテリー３が放電接続状態、他の２つが待機状態である点については、図４に示す例と同じである。

しかし、この図６に示す例では、並列接続された複数のバッテリー１〜４の電圧レベルのうち、すべてがＭ未満の電圧レベルであるので、最初に充電可能な状態に接続したバッテリーを、次のサイクルですぐに放電してしまったのでは、すべてのバッテリーを停電時に使用可能な状態とすることができないため、このような条件のときには、放電可能な状態に接続したバッテリーを、次のサイクルで充電可能な状態に接続し、できるだけ早くすべてのバッテリーを使用可能な状態とするスケジュールにしたがって制御すればよい。

そして、ステップＳＴ１での電圧レベルのチェックにおいて電圧レベルがもっとも高いバッテリーから順に、放電器２０に電力を放電可能な状態に接続し、放電可能な状態に接続されたバッテリーは、次のサイクルでは充電可能な状態に接続する（ステップＳＴ２２）。

すなわち図６の例では、放電器２０に電力を放電可能な状態に接続する順番は、バッテリー３、バッテリー４、バッテリー２、バッテリー１の順番である。また、電圧レベルがもっとも低いバッテリーを最初に、充電器１０から充電可能な状態に接続するので、最初に充電可能な状態に接続されるのは、バッテリー１である。

また、この図６の例では、放電可能な状態に接続されたバッテリーは、次のサイクルでは充電可能な状態に接続されるものとしているので、充電可能な状態に接続する順番は、バッテリー１，３，４，２の順番である。すなわち、１サイクル目には、バッテリー１が充電接続状態、バッテリー３が放電接続状態、他の２つが待機状態、２サイクル目には、バッテリー３が充電接続状態、バッテリー４が放電接続状態、他の２つが待機状態、３サイクル目には、バッテリー４が充電接続状態、バッテリー２が放電接続状態、他の２つが待機状態、４サイクル目には、バッテリー２が充電接続状態、バッテリー１が放電接続状態、他の２つが待機状態であり、これを繰り返す。

この際、充電可能な状態に接続したバッテリーの電圧レベルがＨＨ（１００％充電レベル）まで達したら、すぐに次のバッテリーを充電可能な状態に接続する、というサイクルで繰り返すことにすると、バッテリーを休ませる時間がなく、バッテリーを劣化させてしまうため、例えば２４時間経ったら次のサイクルとする、というスケジュールにするとよい。この結果、図６に示すように、電圧レベルがＬＬだったバッテリーは、充電接続状態にしても１サイクルでは電圧レベルＨまでしか達しないが、例えば図６の場合には、５サイクル目にはすべてのバッテリーの電圧レベルがＭ以上となっている。

なお、電圧レベルがＭやＨのバッテリーを充電接続状態にした場合には、上記のように２４時間で次のサイクルに移行するとしても、それよりも短い時間で電圧レベルがＨＨまで達することが予想されるが、１００％充電レベルになっても充電し続けると、バッテリーを劣化させてしまうため、電圧レベルがＨＨになったら残りの時間は休ませる（待機状態と同じように回路から切り離す）ようにした方がよい。すなわち、この図６においては、充電および満充電になったら休ませることも含めて「充電接続状態」と呼んでいる。

図７は、この発明の実施の形態における無停電電源装置の充放電制御の具体的手法の一例および充電・放電・待機の制御状態の一例を示す説明図である。すなわち、図３における充放電制御部３０およびバッテリー診断部４０において、具体的にどのようなスイッチ構成によりどのような切替制御が行われ、また、そのときにどのようなバッテリー診断が行われるかという一例を示すものであり、この図７では、バッテリー１のみを充電接続状態、バッテリー２のみを放電接続状態、残りのバッテリー３およびバッテリー４を待機状態とするよう制御している例を示している。

バッテリー１には、充電用スイッチＳＷ１１およびＳＷ１２、放電用スイッチＳＷ１３、循環電流防止ダイオード５１が接続されている。同様に、バッテリー２には、充電用スイッチＳＷ２１およびＳＷ２２、放電用スイッチＳＷ２３、循環電流防止ダイオード５２が接続されている。

また、バッテリー３には、充電用スイッチＳＷ３１およびＳＷ３２、放電用スイッチＳＷ３３、循環電流防止ダイオード５３が接続されている。同様に、バッテリー４には、充電用スイッチＳＷ４１およびＳＷ４２、放電用スイッチＳＷ４３、循環電流防止ダイオード５４が接続されている。

そして、この図７においては、バッテリー１のみを充電接続状態とするため、バッテリー１の充電用スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２をＯＮに、他のバッテリーの充電用スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ４１，ＳＷ４２をすべてＯＦＦにしている。すなわち、これら充電用スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ４１，ＳＷ４２が、図３に示す充放電制御部３０の一部を構成しており、充放電制御部３０がこれらスイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、複数のバッテリーのうちのいずれか１つのみを充電器１０と接続する。

また、この図７においては、バッテリー２の放電用スイッチＳＷ２３をＯＮに、他のバッテリーの放電用スイッチＳＷ１３，ＳＷ３３，ＳＷ４３をＯＦＦにしている。すなわち、これら放電用スイッチＳＷ１３，ＳＷ２３，ＳＷ３３，ＳＷ４３が、図３に示す充放電制御部３０の一部を構成しており、充放電制御部３０がこれらスイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、複数のバッテリーのうちのいずれか１つのみを放電器２０と接続する。

そしてこの場合、図７の実線の矢印Ｇで示すように、充電器１０からの電流１２Ａは、すべてバッテリー１にのみ流れることとなり、１２Ａの電流でバッテリー１を充電させることができる。また、二重線の矢印Ｈで示すように、例えば放電器２０に１２Ａの電流が流れる負荷を接続した場合、バッテリー２からのみ１２Ａの電流が放電器２０に流れ、放電を行うことができる。他のバッテリー３およびバッテリー４については、すべてのスイッチがＯＦＦになっているため、完全に回路から切り離された待機状態となっている。

また、循環電流防止ダイオード５１〜５４は、放電器２０と複数のバッテリー１〜４との間のそれぞれに設けられており、複数のバッテリー１〜４のいずれかから各バッテリーへの循環電流を防止するものである。すなわち、循環電流防止ダイオード５１〜５４は、放電器２０と複数のバッテリー１〜４との間のそれぞれに、複数のバッテリー１〜４のいずれかから各バッテリーへの循環電流を防止する向きに設けられている。

具体的には、循環電流防止ダイオード５１は、放電器２０とバッテリー１との間に、バッテリー１から放電器２０の方向にしか電流が流れないような向きに設けられている。同様に、循環電流防止ダイオード５２は、放電器２０とバッテリー２との間に、バッテリー２から放電器２０の方向にしか電流が流れないような向きに設けられ、循環電流防止ダイオード５３は、放電器２０とバッテリー３との間に、バッテリー３から放電器２０の方向にしか電流が流れないような向きに設けられ、循環電流防止ダイオード５４は、放電器２０とバッテリー４との間に、バッテリー４から放電器２０の方向にしか電流が流れないような向きに設けられている。

このように、循環電流防止ダイオード５１〜５４を設けるようにすれば、充放電制御部３０によって、例えばバッテリー２および３の２つが同時に放電器２０に電力を放電可能な状態に接続されたとしても、バッテリー２からの電流がバッテリー３に流れることはなく、同様に、いずれのバッテリーからも他のバッテリーへ電流が流れることがなく、各バッテリーへの循環電流を防止することができるという効果がある。

また、待機状態にあるバッテリー（図７に示す例ではバッテリー３およびバッテリー４）については、完全に回路から切り離されるため、電流が流れることなく休ませることができるので、バッテリーの長寿命化をはかることができる。
すなわち、個々のバッテリーについて、個別に充電、放電、待機を切り替えて制御することができるので、すべてのバッテリーを適切な状態で管理することができ、バッテリーの長寿命化をはかることができる。

また、上記のとおり、並列接続されている複数のバッテリーを個々に管理することができるため、これらの複数のバッテリーについては、必ずしも同種のバッテリーである必要はない。例えば、電圧が同程度であり、温度のチェックが不要である等、充電電圧と管理条件が同等なバッテリーであれば、容量の異なるバッテリーを使用することができる。

図８は、この発明の実施の形態における無停電電源装置のバッテリー診断部４０が、どのようにバッテリー電圧またはバッテリー電流のチェックを行うかを示す説明図である。なお、バッテリー電圧を計測する電圧計（図示せず）と電流計（図示せず）は各バッテリーに接続されており、バッテリー診断部４０では常にバッテリー電圧とバッテリー電流を監視することが可能である。

図８（ａ）は、充電時のバッテリー（充電器１０から充電可能な状態に接続されているバッテリー）の電圧上昇を示す電圧曲線Ｖの一例であり、充電直前（充電開始時）のバッテリー電圧Ｖ０が低い場合の正常なバッテリーの電圧曲線を示している。
また、図９は、この発明の実施の形態における無停電電源装置のバッテリー診断部４０の動作を示すものであり、充電時のバッテリー電圧上昇をチェックするフローチャートである。

ここでは、まず初めに、充電用スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ４１，ＳＷ４２の切替が行われると、充放電制御部３０から、どのバッテリーが充電器１０から充電可能な状態に接続されたかという情報、すなわち、充電接続状態のバッテリーがどれであるかという情報を取得する（ステップＳＴ３１）。

そして、その充電開始時（Ｔ０時）におけるバッテリー電圧Ｖ０を取得し、自身（バッテリー診断部４０）のメモリ（図示せず）に保存する（ステップＳＴ３２）。ここで、充電直前（充電開始時）のバッテリー電圧Ｖ０が、あらかじめ定められた所定のバッテリー電圧ＶＡよりも低く、上昇度合いの確認をした方が良いと判断された場合（ステップＳＴ３３のＹＥＳの場合）、あらかじめ定められた所定時間Ｔ１が経過すると（ステップＳＴ３４のＹＥＳの場合）、そのＴ１経過後における当該バッテリーのバッテリー電圧Ｖ１を取得する（ステップＳＴ３５）。

次に、ステップＳＴ３５で取得した所定時間Ｔ１経過後のバッテリー電圧Ｖ１を、ステップＳＴ３２で取得した充電開始時のバッテリー電圧Ｖ０と比較し、Ｖ１−Ｖ０の値があらかじめ定められた所定電圧差ΔＶ以上であれば（ステップＳＴ３６のＹＥＳの場合）、正常信号を出力し（ステップＳＴ３７）、所定電圧差ΔＶより小さい場合（ステップＳＴ３６のＮＯの場合）には、異常信号（１）を出力する（ステップＳＴ３８）。

なお、充電直前（充電開始時）のバッテリー電圧Ｖ０が、あらかじめ定められた所定のバッテリー電圧ＶＡ以上であり、上昇度合いの確認が必要ないと判断された場合（ステップＳＴ３３のＮＯの場合）には、何も信号を出力せず、このフローチャートとしては終了する。

図８（ｂ）は、充電時のバッテリー（充電器１０から充電可能な状態に接続されているバッテリー）の電流下降を示す電流曲線Ｉの一例であり、この図８（ｂ）では、図８（ａ）と同様に充電直前（充電開始時）のバッテリー電圧Ｖ０が低く、大きな充電電流が長時間必要な場合の正常なバッテリーの電流曲線ＩＨと、充電直前（充電開始時）のバッテリー電圧Ｖ０が高く、あまり大きな充電電流は必要でない場合の正常なバッテリーの電流曲線ＩＬを示している。
また、図１０は、この発明の実施の形態における無停電電源装置のバッテリー診断部４０の動作を示すものであり、充電時のバッテリー電流下降をチェックするフローチャートである。

このフローチャートにおいても、まず初めに、充電用スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ４１，ＳＷ４２の切替が行われると、充放電制御部３０から、どのバッテリーが充電器１０から充電可能な状態に接続されたかという情報、すなわち、充電接続状態のバッテリーがどれであるかという情報を取得する（ステップＳＴ４１）。

そして、その充電開始時（Ｔ０時）におけるバッテリー電圧Ｖ０を取得し、自身（バッテリー診断部４０）のメモリ（図示せず）に保存する（ステップＳＴ４２）。ここで、充電直前（充電開始時）のバッテリー電圧Ｖ０が、あらかじめ定められた所定のバッテリー電圧ＶＢよりも低い場合には、図８（ｂ）に示す電流曲線ＩＨを使用し、バッテリー電圧Ｖ０が所定のバッテリー電圧ＶＢ以上の場合には、電流曲線ＩＬを使用することを決定する（ステップＳＴ４３）。

その後、あらかじめ定められた所定時間Ｔ２が経過すると（ステップＳＴ４４のＹＥＳの場合）、そのＴ２経過後における当該バッテリーのバッテリー電流Ｉ２を取得する（ステップＳＴ４５）。なお、所定時間Ｔ２については、ステップＳＴ４５で取得したバッテリー電流Ｉ２と電流曲線ＩＨまたは電流曲線ＩＬとの比較ができる値に任意に設定すればよいものであるが、比較的短時間である方が傾向が出やすく望ましい。

次に、ステップＳＴ４５で取得した所定時間Ｔ２経過後のバッテリー電流Ｉ２が、あらかじめ定められた所定電流閾値ＩＨ２または閾値ＩＬ２以上であれば、すなわち、ステップＳＴ４３で電流曲線ＩＨを使用すると決定された場合にはＩ２の値が所定電流閾値ＩＨ２以上であれば、電流曲線ＩＬを使用すると決定された場合にはＩ２の値が所定電流閾値ＩＬ２以上であれば（ステップＳＴ４６のＹＥＳの場合）、正常信号を出力し（ステップＳＴ４７）、所定電流閾値ＩＨ２または閾値ＩＬ２未満の場合（ステップＳＴ４６のＮＯの場合）には、異常信号（２）を出力する（ステップＳＴ４８）。

図８（ｃ）は、放電時の（放電器２０に電力を放電可能な状態に接続されている）バッテリーの電圧下降を示す電圧曲線ＶＶの一例であり、正常なバッテリーの放電時の電圧曲線ＶＶを示している。
また、図１１は、この発明の実施の形態における無停電電源装置のバッテリー診断部４０の動作を示すものであり、放電時のバッテリー電圧下降をチェックするフローチャートである。

ここでは、まず初めに、放電用スイッチＳＷ１３，ＳＷ２３，ＳＷ３３，ＳＷ４３の切替が行われると、充放電制御部３０から、どのバッテリーが放電器２０に電力を放電可能な状態に接続されたかという情報、すなわち、放電接続状態のバッテリーがどれであるかという情報を取得する（ステップＳＴ５１）。

そして、その放電開始時（Ｔ００時）におけるバッテリー電圧Ｖ００を取得し、自身（バッテリー診断部４０）のメモリ（図示せず）に保存する（ステップＳＴ５２）。その後、あらかじめ定められた所定時間Ｔ３が経過すると（ステップＳＴ５３のＹＥＳの場合）、そのＴ３経過後における当該バッテリーのバッテリー電圧Ｖ３を取得する（ステップＳＴ５４）。

次に、ステップＳＴ５４で取得した所定時間Ｔ３経過後のバッテリー電圧Ｖ３を、ステップＳＴ５２で取得した充電開始時のバッテリー電圧Ｖ００と比較し、Ｖ００−Ｖ３の値があらかじめ定められた所定電圧差ΔＶＶより小さい場合（ステップＳＴ５５のＹＥＳの場合）には、正常信号を出力し（ステップＳＴ５６）、所定電圧差ΔＶＶ以上の場合（ステップＳＴ５５のＮＯの場合）には、異常信号（３）を出力する（ステップＳＴ５７）。この際、バッテリーには比較的小さめの負荷が接続されているものとする。

なお、正常信号の出力や異常信号（１）〜（３）の出力については、この発明のバッテリー診断機能付きコントローラにランプで表示できるようにしたり、モニタ画面に表示できるようにしたり、通信により通知するなど、外部に異常発生を知らせることができればどのような出力方法であってもよく、ユーザがそれらを視認して対処することができるように出力すればよい。

そして、並列接続された複数のバッテリー１〜４のすべてについて、充電と放電が一度回ってこれば、充電時のバッテリーの電圧上昇、電流下降、および、放電時のバッテリーの電圧下降という３つの確認をすべて行うことができるので、その結果、異常の有無および異常の種類を診断することができる。

具体的な一例としては、異常信号が出力されなければ正常、異常信号（１）が出力されたらバッテリーの物理的破損や装置充電回路破損、異常信号（２）が出力されたらバッテリーの容量低下の異常、異常信号（３）が出力されたらバッテリーの容量低下の異常やインバータの不具合等であると判断することができる。

すなわち、バッテリー診断部４０は、充電器１０から充電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧上昇と電流下降、および、放電器２０に電力を放電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧下降に基づいて、複数のバッテリー１〜４それぞれについて、異常の有無を出力するとともに、異常が検出された場合には、当該異常の種類を出力する。

これにより、その診断結果に応じて、エラー対象のバッテリーは回路から切り離して未接続状態として、バッテリーの交換、はんだ付け等の接続チェック、回路異常チェックなど、適切な処置をとることが可能となる。このようにすれば、バッテリーが異常時に熱を持つ状態だったとしても安全であり、かつ、無停電電源装置の状態も監視し続けることができる。
なお、すべてのバッテリー診断が正常という結果だったとしても、次のサイクルで故障することもあるので、常に繰り返してチェックを行う。

このように、バッテリー診断部４０が、充電時のバッテリー（充電器１０から充電可能な状態に接続されたバッテリー）の電圧上昇の確認および電流下降の確認をするとともに、放電時のバッテリー（放電器２０に電力を放電可能な状態に接続されたバッテリー）の電圧下降の確認という、３つの確認をすることにより、複数のバッテリー１〜４それぞれについて、異常の有無および異常の種類を診断することができ、どのようなバッテリーの異常であっても検出することができる。

なお、この実施の形態では、並列接続する複数のバッテリーについては、出願時の技術水準に基づき、典型的なバッテリーとして鉛バッテリーを想定しているが、同様の特性を有するものであれば、鉛バッテリー以外のバッテリーを採用しても構わない。

また、並列接続する複数のバッテリーの数について、この実施の形態では４つということで説明したが、最低２つあればよい。すなわち、１つは充電用であり、１つは放電用である。そして、このように少なくとも１つ以上のバッテリーを常に放電器２０に接続しておくことにより、落雷時等の急な停電時にもタイムラグなく瞬時に放電器２０から外部の機器への電力供給を行うことができる。

なお、この実施の形態のように、３つ以上のバッテリーが複数接続されている場合には、充電用でも放電用でもないバッテリーを、充電器１０にも放電器２０にも接続されない待機状態とすることができるので、電流が流れることなく休ませることができ、バッテリーの寿命をより長くすることができる。

また、例えば１つのバッテリーが故障したり寿命だったりして異常が検出され、バッテリーの交換が必要になった場合には、その交換すべきバッテリーを待機状態にすることにより無停電電源装置の回路から切り離すことができるので、無停電電源装置としては稼働させたまま、バッテリーの交換を行うことができる。

以上のように、この発明の実施の形態の無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラまたはその診断方法によれば、複数のバッテリーが並列接続された無停電電源装置において、各バッテリーについて、充電や放電を行いながら異常の有無および異常の種類を診断をすることができ、どのようなバッテリーの異常であっても検出することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１，２，３，４ バッテリー
１０ 充電器
２０ 放電器（インバータ）
３０ 充放電制御部
４０ バッテリー診断部
５１ バッテリー１の循環電流防止ダイオード
５２ バッテリー２の循環電流防止ダイオード
５３ バッテリー３の循環電流防止ダイオード
５４ バッテリー４の循環電流防止ダイオード
ＳＷ１１，ＳＷ１２ バッテリー１の充電用スイッチ
ＳＷ１３ バッテリー１の放電用スイッチ
ＳＷ２１，ＳＷ２２ バッテリー２の充電用スイッチ
ＳＷ２３ バッテリー２の放電用スイッチ
ＳＷ３１，ＳＷ３２ バッテリー３の充電用スイッチ
ＳＷ３３ バッテリー３の放電用スイッチ
ＳＷ４１，ＳＷ４２ バッテリー４の充電用スイッチ
ＳＷ４３ バッテリー４の放電用スイッチ

Claims (5)

1. 並列接続された複数のバッテリーと、外部の機器に対して電力を放電可能な１台の放電器とに接続される、無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラであって、
   商用電源と接続されて電力を充電する１台の充電器と、
   前記複数のバッテリーのうちの１つのみを前記充電器から充電可能な状態に接続するとともに、前記複数のバッテリーのうち前記充電可能な状態に接続されたバッテリー以外のバッテリーのうちの少なくとも１つを前記放電器に電力を放電可能な状態に接続するよう制御する充放電制御部と、
   前記充電器から充電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧上昇と電流下降とを確認するとともに、前記放電器に電力を放電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧下降を確認することにより、前記複数のバッテリーそれぞれについて、異常の有無および異常の種類を診断するバッテリー診断部と、
   を備えることを特徴とする無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラ。
2. 前記充放電制御部は、あらかじめ定められた所定の条件により決定されたスケジュールにしたがって、前記充電器から充電可能な状態に接続するバッテリーを当該バッテリーとは異なるバッテリーに切り替え、前記放電器に電力を放電可能な状態に接続するバッテリーを当該バッテリーとは異なるバッテリーに切り替える
   ことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラ。
3. 前記充放電制御部は、前記複数のバッテリーが３つ以上ある場合には、前記充電可能な状態に接続されたバッテリーと前記放電可能な状態に接続されたバッテリー以外のバッテリーを、前記無停電電源装置の回路から切り離した待機状態とする
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラ。
4. 前記バッテリー診断部は、前記充電器から充電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧上昇と電流下降、および、前記放電器に電力を放電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧下降に基づいて、前記複数のバッテリーそれぞれについて、異常の有無を出力するとともに、異常が検出された場合には、当該異常の種類を出力する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載の無停電電源装置のバッテリー診断機能付きコントローラ。
5. 商用電源と接続されて電力を充電する１台の充電器を備え、並列接続された複数のバッテリーと、外部の機器に対して電力を放電可能な１台の放電器とに接続される、無停電電源装置のバッテリー診断方法であって、
   充放電制御部が、前記複数のバッテリーのうちの１つのみを前記充電器から充電可能な状態に接続するとともに、前記複数のバッテリーのうち前記充電可能な状態に接続されたバッテリー以外のバッテリーのうちの少なくとも１つを前記放電器に電力を放電可能な状態に接続するステップと、
   バッテリー診断部が、前記充電器から充電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧上昇と電流下降とを確認するとともに、前記放電器に電力を放電可能な状態に接続されたバッテリーの電圧下降を確認することにより、前記複数のバッテリーそれぞれについて、異常の有無および異常の種類を診断するステップと、
   を備えたことを特徴とする無停電電源装置のバッテリー診断方法。
   

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