JP2022006238A - 無停電電源装置用保護装置および無停電電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】無停電電源装置の異常または異常の予兆を、容易に判定し、無停電電源装置を保護することができる無停電電源装置用保護装置および無停電電源装置を得る。【解決手段】無停電電源装置200に供給される入力電流を検出する入力側電流センサ120と、無停電電源装置200から出力する出力電流を検出する出力側電流センサ130と、出力側電流センサ130の検出に係る出力電流に基づいて入力側電流センサ120の検出に係る入力電流の許容範囲を設定し、入力電流が許容範囲外であるかどうかを判定し、判定に基づいて、指示信号を送信する判定回路部110と、判定回路部110の指示信号に基づいて、無停電電源装置200が有するバッテリー210と装置本体との電気的接続を遮断するバッテリー用リレー回路部150とを備えるものである。【選択図】図2
Description
この技術は、無停電電源装置用保護装置および無停電電源装置に関するものである。特に、装置内の異常から無停電電源装置を保護する保護装置に係るものである。
停電などにより電力供給が絶たれた場合でも、負荷装置に対して電力供給を行うことができるように、電源と負荷装置との間に無停電電源装置(UPS)が設置されている場合がある(たとえば、特許文献1参照)。このような無停電電源装置は、種類によって様々な容量を有する。
ここで、容量が小さく、電力供給能力が低い小型の無停電電源装置は、保護装置を有していても、保護装置が簡略化されていることがある。保護装置が簡略化されていると、無停電電源装置の内部故障を充分に検出することができない場合がある。
本来、無停電電源装置に異常が発生すると、無停電電源装置の動作を安全に停止させ、本装置からの電力供給を停止する必要がある。しかしながら、無停電電源装置の異常を検出できないと、無停電電源装置は動作を止めず、故障状態によっては、バックアップ用のバッテリーから負荷装置に電力供給を続けてしまうことがある。無停電電源装置が電力供給を続けることで、装置内部の素子のショート、延焼などが発生し、故障の影響をさらに拡大させてしまうことがある。無停電電源装置の外部にブレーカーなどを付けて保護する場合でも、無停電電源装置の動作は止めることができない。
そこで、無停電電源装置の異常または異常の予兆を、容易に判定し、無停電電源装置を保護することができる無停電電源装置用保護装置および無停電電源装置を得ることを目的とする。
この開示に係る無停電電源装置用保護装置は、無停電電源装置に供給される入力電流を検出する入力側電流センサと、無停電電源装置から出力する出力電流を検出する出力側電流センサと、出力側電流センサの検出に係る出力電流に基づいて入力電流の許容範囲を設定し、入力側電流センサの検出に係る入力電流が許容範囲外であるかどうかを判定し、判定に基づいて、指示信号を送信する判定回路部と、判定回路部の指示信号に基づいて、無停電電源装置が有するバッテリーと装置本体との電気的接続を遮断するバッテリー用リレー回路部とを備えるものである。
また、この開示に係る無停電電源装置は、上記の無停電電源装置用保護装置を有するものである。
この開示によれば、無停電電源装置からの出力電流から設定した入力電流の許容範囲を超える入力電流値が検出され、無停電電源装置が異常または異常の予兆があると判定されると、無停電電源装置が有するバッテリーを、装置本体から電気的に切り離す。このため、バッテリーによる電力供給を継続することなく、無停電電源装置の異常の影響を抑え、保護をはかることができる。
以下、実施の形態に係る無停電電源装置用保護装置などについて、図面などを参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る保護装置100を中心とする無停電電源システムの構成の一例を示す図である。図1に示すように、無停電電源システムは、保護装置100、無停電電源装置200、主電源装置300および保護装置用電源装置400を有する。
図1は、実施の形態1に係る保護装置100を中心とする無停電電源システムの構成の一例を示す図である。図1に示すように、無停電電源システムは、保護装置100、無停電電源装置200、主電源装置300および保護装置用電源装置400を有する。
主電源装置300は、電力供給対象となる電気機器などの負荷装置500に、無停電電源装置200を介して電力を供給する電源である。また、保護装置用電源装置400は、保護装置100に電力を供給する電源装置である。保護装置用電源装置400は、主電源装置300とは系統が異なる電源である。
無停電電源装置200は、主電源装置300と負荷装置500との間における電力供給の経路に設置される装置である。無停電電源装置200は、通常時においては主電源装置300からの電力を負荷装置500に通過させる。場合によっては、無停電電源装置200は、インバータ装置220などを有し、重畳するノイズを除去し、歪みを補正した電力を負荷装置500に供給する。また、無停電電源装置200は、電力の一部をバックアップ用のバッテリー210に蓄えておく。そして、停電などの電源トラブルが主電源装置300に発生すると、無停電電源装置200は、主電源装置300の代わりに、負荷装置500に対して電力供給を行う。ここで、無停電電源装置200は、主電源装置300から定格を超える電流が流れたときに断線するヒューズ230を有する。
保護装置100は、無停電電源装置200を監視し、無停電電源装置200が異常または異常の予兆があると判定すると、無停電電源装置200内のバッテリー210を電気的に切り離し、無停電電源装置200を保護するとともに、負荷装置500を保護する。ここで、実施の形態1では、保護装置100と無停電電源装置200とは別の構成であるものとして説明するが、これに限定するものではない。無停電電源装置200が保護装置100を有するものであってもよい。
図2は、実施の形態1に係る保護装置100の構成を示す図である。実施の形態1の保護装置100は、判定回路部110、入力側電流センサ120、出力側電流センサ130、主電源用リレー回路部140およびバッテリー用リレー回路部150を備える。
入力側電流センサ120は、主電源装置300から無停電電源装置200に流れる入力電流I(in)を検出する。出力側電流センサ130は、無停電電源装置200から負荷装置500に流れる出力電流I(out)を検出する。
主電源用リレー回路部140は、リレー装置を有し、判定回路部110からの指示信号に基づいて、無停電電源装置200と主電源装置300との電気的接続を遮断し、無停電電源装置200の駆動源となる主電源装置300からの電力供給を遮断する。また、バッテリー用リレー回路部150は、リレー装置を有し、無停電電源装置200が有するバッテリー210と接続される。バッテリー用リレー回路部150は、判定回路部110からの指示信号に基づいて、バッテリー210と無停電電源装置200の本体との電気的接続を遮断する。そして、バッテリー用リレー回路部150は、バッテリー210と無停電電源装置200内の電力供給路との間を電気的に切り離し、バッテリー210による電力供給を遮断する。
判定回路部110は、保護装置100の本体部分となる。判定回路部110は、判定処理部111、入力スイッチ部112、A/D変換部113、記憶部114、教示部115および電力供給部116を有する。電力供給部116は、判定処理部111などに保護装置用電源装置400からの電力を供給する。また、入力スイッチ部112は、保護装置100の電源スイッチ112Aおよびスタートスイッチ112Bおよびリセットスイッチ112Cを有し、利用者からの無停電電源装置200の監視および保護動作に関する指示が入力される。指示に係る信号は、判定処理部111に送られ、判定処理部111は、指示に基づく動作を行う。A/D変換部113は、A/D変換器を有し、入力側電流センサ120および出力側電流センサ130の検出に係る電流を、判定処理部111が処理可能な数値のデータに変換する。また、A/D変換部113は、電圧センサとしても機能し、主電源装置300から無停電電源装置200に印加される電圧を検出し、判定処理部111が処理可能な数値のデータに変換する。教示部115は、LEDなどの表示装置115A、ブザーなどの音響装置115Bなどを有し、判定処理部111からの指示に基づいて、無停電電源装置200の状態を利用者に教示する。
判定処理部111は、計時を行うタイマ、計数を行うカウンタなどを有し、無停電電源装置200の異常に関する判定処理を行う。判定処理部111は、A/D変換部113を介して入力される入力電流値、出力電流値および電圧値に基づいて、無停電電源装置200が正常であるかどうかを判定する。そして、判定処理部111は、無停電電源装置200が正常でない(異常または異常の予兆がある)と判定すると、バッテリー210を無停電電源装置200から電気的に切り離す指示信号をバッテリー用リレー回路部150に送る。記憶部114は、判定処理部111が処理を行うために必要となるデータを一時的におよび長期的に記憶する。特に、ここでは、記憶部114は、入力電流値と出力電流値との関係がデータとしてあらかじめ記憶されているものとする。
ここで、判定処理部111は、ハードウェアとしては、たとえば、CPU(Central Processing Unit)などの制御演算処理装置、アナログ回路、デジタル回路などを有するマイクロコンピュータなどの装置で構成されている。A/D変換部113などもこれらの装置内に含まれることがある。また、記憶部114は、たとえば、データを一時的に記憶できるランダムアクセスメモリ(RAM)などの揮発性記憶装置(図示せず)、ハードディスク、ソリッドステートドライブなど、データを長期的に記憶できる不揮発性の補助記憶装置(図示せず)などの装置で構成されている。
たとえば、無停電電源装置200の内部部品が故障するなどして、瞬間的に大きな入力電流I(in)が流れると、入力側の電圧が低下する場合がある。無停電電源装置200は電圧低下が主電源装置300からの電極供給が停止したと誤判断してバッテリー210からの電力供給に切り替える。このとき、無停電電源装置200の異常状況によっては、ヒューズ230も機能しないことがある。
無停電電源装置200に異常が発生しているにもかかわらず、バッテリー210から電力供給が続くと、装置の損傷をさらに拡大させるおそれがある。このため、実施の形態1の保護装置100は、無停電電源装置200に異常が発生したまたは発生の予兆があると判定すると、バッテリー210からの電力供給を停止させる。ここで、通常、バッテリー210は、交換できるように、コネクタなどで装置本体と接続され、切り離しを容易に行うことができるように設計されている。そこで、バッテリー210とコネクタとの間にバッテリー用リレー回路部150のリレー装置を設置して、バッテリー210を電気的に切り離せるようにする。また、実施の形態1の保護装置100は、主電源用リレー回路部140も動作させて、無停電電源装置200への電力供給も遮断する。
図3は、実施の形態1に係る無停電電源装置200における入力電流I(in)と出力電流I(out)との関係の一例を示す図である。図3では、入力電流I(in)と出力電流I(out)とが比例関係にあり、式で表すと、I(in)=a1・I(out)+Ib1となる。ここで、Ib1は、無停電電源装置200が、出力電流I(out)に関係なく消費する電流である。また、a1は定数である。図3では、入力電流I(in)と出力電流I(out)とが比例関係にあるが、これに限定するものではない。また、図3において、網掛けで示している部分が出力電流I(out)に対して無停電電源装置200が正常動作していると推定することができる入力電流I(in)の範囲を表す。ここでは、この範囲を許容範囲Cとする。したがって、無停電電源装置200が正常動作している場合、[a1・I(out)+Ib1]-C<I(in)<[a1・I(out)+Ib1]+Cとなる。記憶部114は、図3の関係を示すデータ(以下、関係データという)を、たとえば、テーブル形式または折れ線式などで記憶する。
図4は、実施の形態1に係る判定処理部111の処理の流れを示す図である。判定処理部111は、図3に示す記憶部114に記憶された関係データに基づいて、出力電流値から許容範囲Cを設定する(ステップS1)。ここで、判定処理部111は、出力電流値の厳密な変化に追従して許容範囲Cを設定しなくてもよく、たとえば、あらかじめ設定された時間間隔毎に許容範囲Cを設定してもよい。
判定処理部111は、入力側電流センサ120が検出した入力電流I(in)による入力電流値が許容範囲C内にあるかどうかを判定する(ステップS2)。判定処理部111は、入力電流値が許容範囲C内にあると判定すると、さらに、判定処理部111は、電圧値があらかじめ設定した基準電圧以下かどうかを判定する(ステップS3)。判定処理部111は、電圧値が基準電圧以下でなく、基準電圧より高いと判定すると、ステップS1に戻って、次の出力電流値に対する処理を行う。一方、判定処理部111は、電圧値があらかじめ設定した基準電圧以下であると判定すると、停電などにより、主電源装置300からの電力供給がされていない停電状態であると判定して(ステップS4)、処理を終了する。
判定処理部111は、入力電流値が許容範囲C内になく、許容範囲C外であると判定すると、あらかじめ定めた異常判定時間における許容範囲C外となった回数が基準回数n以上であるかどうかを判定する(ステップS5)。ここで、1≦基準回数nである。判定処理部111は、異常判定時間における許容範囲C外となった回数が基準回数n以上であると判定すると、無停電電源装置200に異常発生または発生の予兆があるとして、指示信号をバッテリー用リレー回路部150に送る(ステップS6)。また、判定処理部111は、主電源用リレー回路部140にも指示信号を送る(ステップS7)。一方、判定処理部111は、ステップS5において、異常判定時間における許容範囲C外となった回数が基準回数nに達していないと判定すると、ステップS1に戻って、次の出力電流値に対する処理を行う。
図5は、実施の形態1に係る無停電電源装置200における出力電流I(out)および入力電流I(in)と時間との関係の一例を示す図である。図5(a)は、無停電電源装置200が正常に動作している場合の出力電流I(out)のタイムチャートを表している。図5(a)に示すように、負荷装置500が安定していれば、無停電電源装置200から供給する電力の出力電流I(out)も安定する。また、図5(b)は、無停電電源装置200が正常に動作している場合の入力電流I(in)のタイムチャートを表している。図5(b)において、網掛けで示している部分が許容範囲Cである。無停電電源装置200が正常の場合、判定処理部111は、入力電流I(in)が許容範囲C内にあると判定する。
図6は、実施の形態1に係る無停電電源装置200における出力電流I(out)および入力電流I(in)と時間との別の一例を示す図である。図6(a)は、図5(a)と同様に、無停電電源装置200が正常に動作している場合の出力電流I(out)のタイムチャートを表している。一方、図6(b)は、異常の場合の出力電流I(out)のタイムチャートを表している。入力電流I(in)が過電流となり、設定した許容範囲Cを大きく超え、電流差が大きくなった場合を示す。このとき、電圧値があらかじめ設定した基準電圧より低い状態となる時間が停電判定時間より短いと、無停電電源装置200内の異常により過電流が流れたものとする。判定処理部111は、バッテリー用リレー回路部150に指示信号を送り、バッテリー210を無停電電源装置200の装置本体から切り離す。また、判定処理部111は、主電源用リレー回路部140にも指示信号を送り、主電源装置300からの電力供給を遮断する。
図7は、実施の形態1に係る無停電電源装置200における出力電流I(out)および入力電流I(in)と時間との他の一例を示す図である。図7(a)は、図5(a)と同様に、無停電電源装置200が正常に動作している場合の出力電流I(out)のタイムチャートを表している。一方、図7(b)は、正常でない場合の出力電流I(out)のタイムチャートを表している。入力電流I(in)が大きな過電流でなかった場合でも、異常判定時間に、許容範囲C外となった回数が基準回数に達した場合には、判定処理部111は、バッテリー用リレー回路部150に指示信号を送り、バッテリー210を無停電電源装置200の装置本体から切り離す。また、判定処理部111は、主電源用リレー回路部140にも指示信号を送り、主電源装置300からの電力供給を遮断する。
以上のように、実施の形態1の保護装置100によれば、判定回路部110の判定処理部111は、出力側電流センサ130の検出に係る出力電流値に基づいて、無停電電源装置200が正常動作していると推定できる入力電流I(in)の許容範囲Cを設定する。そして、判定処理部111は、入力側電流センサ120の検出に係る入力電流値と許容範囲Cとを比較する。判定処理部111は、比較の結果、無停電電源装置200が異常または異常の予兆があると判定すると、バッテリー用リレー回路部150に指示信号を送り、バッテリー210を無停電電源装置200の装置本体から電気的に切り離すようにした。このため、無停電電源装置200に入出力される電流から、装置の異常または異常の予兆を容易に検出することができる。そして、バッテリー210を無停電電源装置200の装置本体から電気的に切り離すことで、バッテリー210がインバータ装置220および負荷装置500に電力供給を継続することがなく、無停電電源装置200の異常の影響を抑え、保護をはかることができる。
また、判定処理部111は、入力電流値と許容範囲Cとの電流差が基準値より大きい場合に、停電判定時間以上、主電源装置300から無停電電源装置200に印加される電圧値が基準電圧より低くなったかどうかを判定する。このため、大きな電流差となる過電流の原因が、主電源装置300の停電によるものかどうかを判定することができ、より正確な判定を行うことができる。
また、判定処理部111は、異常判定時間において入力電流値が許容範囲C外になった回数が基準回数以上であると判定すると、バッテリー用リレー回路部150に指示信号を送るようにした。このため、無停電電源装置200の異常の予兆を容易に判定することができる。
実施の形態2.
図8は、実施の形態2に係る無停電電源装置200における入力電流I(in)と出力電流I(out)との関係の一例を示す図である。実施の形態1においては、入力電流I(in)と出力電流I(out)とは、図3に示す関係を有し、関係データとして記憶部114に記憶されるものであった。たとえば、入力電流I(in)と出力電流I(out)とが正比例の関係にならないことがある。実施の形態2における入力電流I(in)と出力電流I(out)との関係は、図8に示す関係であるものとする。
図8は、実施の形態2に係る無停電電源装置200における入力電流I(in)と出力電流I(out)との関係の一例を示す図である。実施の形態1においては、入力電流I(in)と出力電流I(out)とは、図3に示す関係を有し、関係データとして記憶部114に記憶されるものであった。たとえば、入力電流I(in)と出力電流I(out)とが正比例の関係にならないことがある。実施の形態2における入力電流I(in)と出力電流I(out)との関係は、図8に示す関係であるものとする。
図8に示すように、無停電電源装置200から負荷装置500に供給する電力が少ないときには、出力電流I(out)に比して多くの入力電流I(in)を供給しなければならず、効率が悪くなる。一方、電力供給が多くなると、供給する入力電流I(in)が少なくなる。そして、設定する許容範囲Cについても、出力電力が少ないときの方が安定しづらいため、範囲を広く設定しておくようにする。このように、無停電電源装置200の入出力の特定に合わせた関係データを記憶部114に記憶しておき、許容範囲Cを設定することができる。
また、図8に示すように、入力電流I(in)と出力電流I(out)との関係が曲線となる場合には、複数の直線の組み合わせで折れ線状に表すことができる。各折れ線を式で表すと、Ic(m-1)≦I(out)<Icm(ただし、Ic0=0)において、I(in)=am・I(out)+Ibmとなる。ここで、m≧1の整数である。また、Ibmは、無停電電源装置200が、出力電流I(out)に関係なく消費する電流である。また、amは定数である。
100 保護装置、110 判定回路部、111 判定処理部、112 入力スイッチ部、112A 電源スイッチ、112B スタートスイッチ、112C リセットスイッチ、113 A/D変換部、114 記憶部、115 教示部、115A 表示装置、115B 音響装置、116 電力供給部、120 入力側電流センサ、130 出力側電流センサ、140 主電源用リレー回路部、150 バッテリー用リレー回路部、200 無停電電源装置、210 バッテリー、220 インバータ装置、230 ヒューズ、300 主電源装置、400 保護装置用電源装置、500 負荷装置。
Claims (6)
- 無停電電源装置に供給される入力電流を検出する入力側電流センサと、
前記無停電電源装置から出力する出力電流を検出する出力側電流センサと、
前記出力側電流センサの検出に係る前記出力電流に基づいて前記入力電流の許容範囲を設定し、前記入力側電流センサの検出に係る前記入力電流が前記許容範囲外であるかどうかを判定し、判定に基づいて、指示信号を送信する判定回路部と、
前記判定回路部の前記指示信号に基づいて、前記無停電電源装置が有するバッテリーと装置本体との電気的接続を遮断するバッテリー用リレー回路部と
を備える無停電電源装置用保護装置。 - 前記無停電電源装置に供給される電力に係る電圧を検出する電圧センサをさらに備え、
前記判定回路部は、前記入力電流が前記許容範囲内であると判定すると、さらに、前記電圧センサの検出に係る前記電圧の値があらかじめ設定された基準電圧以下かどうかを判定し、前記電圧の値が前記基準電圧以下であると判定すると、停電状態と判定する請求項1に記載の無停電電源装置用保護装置。 - 前記判定回路部は、前記入力電流が前記許容範囲外であると判定すると、さらに、あらかじめ設定された異常判定時間において前記入力電流が前記許容範囲外となった回数に基づいて、前記指示信号を送信する請求項2に記載の無停電電源装置用保護装置。
- 前記判定回路部の前記指示信号に基づいて、前記無停電電源装置への電力供給を断つ主電源用リレー回路部をさらに備える請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の無停電電源装置用保護装置。
- 前記判定回路部は、あらかじめ設定された前記入力電流と前記出力電流との関係に基づいて、前記許容範囲を設定する請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の無停電電源装置用保護装置。
- 請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の無停電電源装置用保護装置を有する無停電電源装置。
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