JP2533194B2 - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JP2533194B2 JP1191841A JP19184189A JP2533194B2 JP 2533194 B2 JP2533194 B2 JP 2533194B2 JP 1191841 A JP1191841 A JP 1191841A JP 19184189 A JP19184189 A JP 19184189A JP 2533194 B2 JP2533194 B2 JP 2533194B2
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
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    • Y04S20/00Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20End-user application control systems

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、入力交流電源の短時間停電などにも安定し
た出力電力を供給することができる電源装置に係り、そ
の電源装置の一部として蓄電池が使用される時、その蓄
電池の停電補償時間を診断する機能を有する電源装置に
関するものである。
(従来の技術) 本発明に類する電源装置の一例として、公知の無停電
電源装置を引用して従来技術を説明する。無停電電源装
置は、東芝レビュー42巻11号(昭和62年11月号)PP877
〜880など種種の文献に紹介されており、その機能や動
作概要は公知であるため、ここでは、第4図及び第5図
を使用して、本発明のポイントとなる従来技術を中心に
以下説明する。
第4図において、10は入力交流電源、11はインバータ
装置、12は整流器、13は直流フイルタコンデンサ、14は
インバータ、15はインバータ変圧器、16は交流フイルタ
コンデンサ、17は負荷、18は蓄電池である。
第4図の構成において、入力交流電源10が正常な状況
では、インバータ装置11内の整流器12で交流電力を直流
電力に変換し、直流フイルタコンデンサ13で平滑化し、
インバータ14に前記直流電力を供給するとともに、蓄電
池18に充電電流を供給する。インバータ14は平滑化され
た直流電力を交流電力に変換し、インバータ変圧器15を
介して負荷17に交流電力を供給する。この時インバータ
14で公知のPWM制御を採用して負荷17に供給される交流
電力の電圧と周波数を所定値に制御して、安定した交流
電力を供給できる。ACフイルタコンデンサ16はこの時供
給される交流電力のリップル吸収用として設けられてい
る。
また入力交流電源10が短時間の停電の場合には、蓄電
池18より直流電力を放電して、インバータ14を介して同
様に安定した交流電力を負荷17に供給できる。蓄電池18
とインバータ装置11を組合せた無停電電源装置は前記し
たような動作によって、入力交流電源10が短時間停電し
ても、蓄電池18の容量で決る所定時間(例えば10分間と
か30分間など)の間だけ負荷17に安定した交流電力を供
給できる。
入力交流電源10の長い停電時間が想定される場合や、
負荷17や公共性を有するコンピュータ負荷などの場合に
は、更にバックアップ設備として自家発電設備を設け
て、入力交流電源10と切換えてインバータ装置11を介し
て自家発電設備よりの交流電力を供給できるようにする
ケースもあるが、この電源切換時間には蓄電池18を放電
させて負荷17への給電を確保しなければならない。
第5図は前記したような第4図の無停電電源装置での
蓄電池18の動作を説明する波形で、(a)は入力交流電
源10の電圧、(b)は蓄電池18の電圧、(c)は蓄電池
18の電流を図示する。時刻t1まで入力交流電源10は正常
であるが、時刻t1で入力交流電源10が停電すると蓄電池
18が放電を開始し、時刻t2まで放電した時に蓄電池18の
電圧が放電終了電圧(許容最低電圧)となるため、蓄電
池18の保護のためこの電圧レベルを検出して蓄電池18の
放電を停止させる必要がある。
無停電電源装置では時刻t1から時刻t2の期間までをシ
ステム的に要求される停電補償時間とするように蓄電池
18の容量を選定している。従って、所定時間内の入力交
流電源10の停電があってもこれを蓄電池18でバックアッ
プして、負荷17には安定した電力を供給し続けることが
できる無停電電源装置が広く実用化されている。
(発明が解決しようとする課題) 前記したように無停電電源装置は、所定の停電時間以
内ならば負荷にも安定した交流電力を継続して供給する
ことができるから、一般に負荷が信頼性を要求する大形
計算機などであれば、その電源装置として無停電電源装
置が採用されることが非常に増加している。
しかし無停電電源装置での入力交流電源10の停電に対
する補償時間は蓄電池18の能力で支配される。当初はシ
ステム容量より蓄電池18の容量を選定しているが、蓄電
池18は経年的に特性劣化する傾向にあり、また使用温度
などによっても放電能力が変る特性がある。
この結果、従来の電源装置では、本当に入力交流電源
10の停電時に蓄電池18を放電させ、この結果として蓄電
池18がシステム要求の停電補償時間をカバーできている
かどうかを判断していた。従って、蓄電池18の能力が劣
化傾向にあっても、実際に停電補償時間不足のトラブル
が発生しなければ、これが判明せず、またトラブルが発
生すると負荷18の不特定多数のユーザ(銀行のオンライ
ンシステム停止や航空機のカウンター業務の停止など)
に多大な迷惑をかけることになり、高信頼性を要求され
る電源装置としてはユーザに不安感を常に持たせる欠点
が従来技術の電源装置ではあった。
本発明は前記した従来の電源装置の欠点に鑑みてなさ
れたもので、入力交流電源が正常時に蓄電池の能力から
停電補償時間を診断することができる電源装置を提供す
ることを目的としている。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、その一実施例として示す第1図や第3図の
構成において、蓄電池18の停電補償時間を診断するた
め、蓄電池18の放電電流と放電時の電圧変化を観測する
回路を設け、入力交流電源10が正常な状態時に、インバ
ータ装置10の整流器12を所定時間停止または整流器12と
蓄電池18の両方より給電させ、これにより蓄電池18を放
電させる。この放電時の蓄電池18の放電電流や電圧変化
を観測し、放電電荷と電圧変化より蓄電池18の能力を診
断するものである。
蓄電池18の能力が診断できると、当初設計の負荷容量
や、診断時の負荷17の容量に対する蓄電池18の停電補償
時間を算出することができる。
蓄電池18の能力を入力交流電源10が正常な時に、例え
ば継続して定期的に前記方法で診断しておくと、蓄電池
18の使用温度や劣化傾向による能力変化が入力交流電源
10の停電前に把握できる。
(作用) 蓄電池18の能力は一般に「放電電流×放電時間(A
h)」によって規定される。従って、前記の如く整流器1
2を所定時間放電させ、この間の放電量Ahと蓄電池18の
電圧を観測すれば、蓄電池18の種類などによって決る残
存容量と電池電圧の関係式などより、蓄電池18の残存容
量が当初値の何%程度かが把握できる。従って、放電量
と残存容量の関係より蓄電池の能力を診断できる。また
この時電源装置の負荷容量から蓄電池の停電補償時間を
判定することができる。
(実施例) 本発明の一実施例を第1図に示す。この図において、
第4図と同一番号を符した回路構成要素は同一機能であ
るため説明を省く。第1図で付加した回路構成要素とし
て、19は電流検出器、20は電圧検出器、21は電流検出器
19の出力及び電圧検出器20の出力から蓄電池18の能力を
診断し、更に当初設計の負荷容量又は実際の負荷17の容
量を検出するための電流検出器2からの出力信号に基づ
いて停電補償時間を検出する停電補償時間診断手段であ
る。
第1図において、入力交流電源10の交流電力をインバ
ータ装置11を介して負荷17に供給している時、蓄電池18
の能力を判定するため、整流器12を所定時間内停止さ
せ、蓄電池18の電荷とインバータ14を介して負荷17に供
給する。この時の蓄電池の放電電流及び電圧を第2図に
示す。第2図(a)は蓄電池18の電圧を(b)は放電電
流を示す。時刻t1で整流器12を停止させ、時刻t4で再び
整流器12を再運転する。時刻t1より時刻t3までは蓄電池
18の電圧は蓄電池18の内部インピーダンスの関係で急激
に低下するがその後徐々に回復し、蓄電池18の放電が進
むにつれ全体的には第2図(a)の如く蓄電池18の電圧
は低下する。
第2図(b)に示す蓄電池18の放電電流は電流検出器
19で検出し停電補償時間診断手段21に入力する。また電
圧波形も電圧検出器20で検出して停電補償時間診断手段
21に入力する。停電補償時間診断手段21では、時刻t1
り時刻t4までに蓄電池18が放電した放電電荷をAhで検出
し、このAh放電時の蓄電池18の当初設計時電圧と時刻t4
に電圧検出器20で検出した電圧を比較すると容易に蓄電
池18の能力を判定できる。
蓄電池18の前記所定Ah放電後の残存容量は、周知の如
く蓄電池の種類によって電池電圧の変化として計算でき
るから、放電電荷と電圧変化の式を停電補償時間診断手
段21内で計算すると、蓄電池18の詳細な残存容量が検出
でき、経年的な劣化や設置環境による蓄電池18の能力低
下を把握できる。前記残存容量検出はマイクロコンピー
タなどを使用すると容易に実現できるが、より簡便に蓄
電池18の能力を把握する手段としては、第2図の時刻t1
より時刻t4までの時間を固定して、この時刻内における
放電電荷による当初設計値電圧と時刻t4における検出電
圧を単にレベル比較するのみで、蓄電池18の当初設計値
に対する能力低下状況を把握できる。
蓄電池18の能力が診断できると、当初設計の負荷容量
や、電流検出器19の出力から判断される診断時の負荷17
の容量に対する蓄電池18の停電補償時間を算出すること
ができる。一般に無停電電源装置の負荷量は大形計算機
やその端末などのため負荷17のユーザ自身でも充分把握
されていない場合が多いが、本発明の如く停電補償時間
を診断すると、要求される無停電機能が確保できている
かどうか容易にユーザにアナウンスすることができる。
蓄電池18は無停電電源装置にとって重要な構成要素で
あり、蓄電池18の能力が当初設計値相当なければ、入力
交流電源10の停電時に負荷17に安定した電力を所定時間
の間供給できないが、入力交流電源10の正常時に蓄電池
18の能力が診断できる。従って、タイムリーな定期点検
などによって蓄電池18を事前に補修交換することなども
可能であり、信頼性の高い無停電電源装置を提供できる
ことが明らかである。
本発明の他の実施例の一例を第3図に示す。この図で
23は蓄電池18の充電器、24はダイオードで、他の回路構
成要素は第1図の回路構成要素と同一であり、説明を省
く。この第3図は入力交流電源10にインバータ装置11を
2台接続し、インバータ装置11の出力を並列接続して負
荷17に安定した電力を供給する場合を示し、蓄電池18は
2台のインバータ装置11に共通に設けるため、蓄電池18
の専用の充電器23を設け、またインバータ装置11の整流
器12のお互いの干渉をさける目的でダイオード24を追加
している。第3図の如く構成された無停電電源装置にお
いて、蓄電池18の能力を診断する時、2台の整流器12を
同時に停止させても良く、2台の整流器12の中の1台の
みを停止させて、蓄電池18の能力を診断しても良い。本
発明では入力交流電源10が正常時に負荷17への供給電力
の一部を蓄電池18より供給することにより、蓄電池18の
能力を診断することを特徴としており、特に整流器12を
1台停止するか、2台同時に停止するかは本発明で限定
するものではない。
また、第1図や第3図の説明において、整流器12を停
止させ、蓄電池18を放電させると説明したが、蓄電池18
と整流器12を並列運転して負荷17に供給する電力の少な
くとも一部を蓄電池18より放電して、その時の蓄電池18
の残存容量を停電補償時間診断手段21で検出する方法と
しても本発明の効果が同様に得られることが明らかであ
る。
本発明の説明としては無停電電源装置を引用して説明
したが、電源装置の内部構成を本発明では特に限定する
ものではなく、入力交流電源の停電時に所定時間電力供
給できるように蓄電池を利用する電源装置であれば良
い。
その他、本発明の要旨を変更しない範囲において、各
種の変形例を構成できることが明らかである。
[発明の効果] 入力交流電源の停電時にも安定した出力電力を負荷に
供給する電源装置の直流回路に接続される蓄電池は、一
般にその蓄電池機能が本当に要求される入力交流電源の
停電時にその電荷を放電させることで期待される蓄電池
能力があったかどうかが判定されていたため、万一蓄電
池能力が低下していた時には負荷に安定した電力を供給
できず、負荷側にも停電事故を発生させ、事故を拡大さ
せる危険性があった。
このように蓄電池でバックアップする電源装置は、無
停電電源装置として重要負荷に電力を供給するため信頼
性を高めることが要求されるが、本発明によれば次の効
果が得られることが明らかである。
(1)蓄電池の能力が事前に診断できる。この結果に基
づいてタイムリーな定期点検などを行ない、必要ならば
蓄電池を補修できるから、電源装置の信頼性を大幅に向
上できる。
(2)蓄電池の能力診断を定期的に実施して、蓄電池の
劣化傾向を把握することもできるし、蓄電池の能力を事
前に診断することによって電源装置のユーザに無用な不
安を与えることがない。
(3)蓄電池の能力診断結果より、負荷の停電補償時間
を診断することにより要求される停電補償時間が確保で
きているかの判定が容易となり、電源装置の信頼性を一
層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
この発明の機能を説明する波形図、第3図は本発明の他
の実施例を示すブロック図、第4図は従来技術の実施例
を示すブロック図、第5図は第4図の蓄電池の特性を説
明するための図である。 10……入力交流電源、11……インバータ装置、12……整
流器、13……直流フイルタコンデンサ、14……インバー
タ、15……インバータ変圧器、16……交流フイルタコン
デンサ、17……負荷、18……蓄電池、19……電流検出
器、20……電圧検出器、21……停電補償時間診断手段、
22……電流検出器、23……充電器、24……ダイオード。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流入力電源と、この交流入力電源の交流
    電力を直流に変換する整流器及びこの整流器より出力さ
    れる直流を再び交流に変換して負荷に供給するインバー
    タからなる変換装置と、この変換装置の前記整流器と前
    記インバータとを結ぶ直流回路に直流電力を供給する蓄
    電池とを備え、前記交流入力電源の短時間停電時に前記
    変換装置を介して前記蓄電池より前記負荷に電力を継続
    して供給するようにした無停電電源装置において、前記
    入力交流電源が正常な状態にあるとき、前記変換装置の
    整流器を所定時間だけ停止させて前記蓄電池の電荷を放
    電させる手段と、この手段により前記蓄電池より流れる
    放電電流と電圧を計測する計測手段と、この計測手段で
    計測された放電電流から求められる放電電荷による当初
    設計値電圧と前記所定時間経過時における前記蓄電池の
    計測電圧とを比較して前記蓄電池能力を診断し、さらに
    予め定められた負荷容量をもとに前記停電補償時間を判
    定する停電補償時間診断手段とを具備したことを特徴と
    する電源装置。
  2. 【請求項2】交流入力電源と、この交流入力電源の交流
    電力を直流に変換する整流器及びこの整流器より出力さ
    れる直流を再び交流に変換して負荷に供給するインバー
    タからなる変換装置と、この変換装置の前記整流器と前
    記インバータとを結ぶ直流回路に直流電力を供給する蓄
    電池とを備え、前記交流入力電源の短時間停電時に前記
    変換装置を介して前記蓄電池より前記負荷に電力を継続
    して供給するようにした無停電電源装置において、前記
    入力交流電源が正常な状態にあるとき、前記変換装置の
    整流器及び前記蓄電池を並列運転して前記負荷に前記イ
    ンバータを介して供給される電力の一部を前記蓄電池よ
    り所定時間だけ放電させる手段と、この手段により前記
    蓄電池より流れる放電電流と電圧を計測する計測手段
    と、この計測手段で計測された放電電流から求められる
    放電電荷による当初設計値電圧と前記所定時間経過時に
    おける前記蓄電池の計測電圧とを比較して前記蓄電池能
    力を診断し、さらに予め定められた負荷容量をもとに前
    記停電補償時間を判定する停電補償時間診断手段とを具
    備したことを特徴とする電源装置。
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