JP3625423B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、バックアップ用の電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
商用交流電源の電圧を整流する整流回路、この整流回路の出力電圧を交流電圧に変換するスイッチング回路、およびこの整流回路とスイッチング回路との間の通電路に接続された組電池を備え、商用交流電源が正常に投入されている場合は商用交流電源の電力を使用して負荷への電力供給と組電池の充電を行い、商用交流電源が停電した場合は組電池の放電によって負荷への電力供給を継続する無停電給電システムがある。組電池は、複数の蓄電池により構成されている。
【0003】
この無停電給電システムでは、非常時の電力供給が適切に行われるよう、各蓄電池の状態を定期的または必要に応じて点検する必要がある。仮に、各蓄電池のいずれかに電圧異常、劣化進行、寿命切れなどの不良が見つかった場合は、その蓄電池を新しいものと交換しなければならない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
各蓄電池の点検は保守員の手作業に頼っており、保守員にとって大きな負担となっている。
各蓄電池のいずれかに不良が生じた場合、または寿命により蓄電池容量がなくなった場合でも、保守員の点検があるまではその不良を見つけることができない。不良が生じたまま商用交流電源が停電する可能性もあり、その場合には負荷に対する適切な電力供給ができず、負荷がシステムダウンしてしまう。
【0005】
この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、各蓄電池に不良が生じた場合に、それを保守員の手作業を要することなく迅速かつ的確に検出して報知することができる電源装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明の電源装置は、商用交流電源の電圧を整流する整流回路と、この整流回路の出力電圧を交流に変換する複数の電源ユニットと、上記整流回路と上記各電源ユニットとの間の通電路に接続された複数の蓄電池ユニットと、を具備している。そして、上記各蓄電池ユニットは、上記整流回路と上記各電源ユニットとの間の通電路に対する接続が可能な接続端子と、複数の蓄電池からなり、上記接続端子に接続された組電池と、上記各蓄電池の電圧を検知する電圧検知手段と、この電圧検知手段の各検知電圧と基準値との比較により上記各蓄電池の電圧異常を判定する判定手段と、上記組電池の温度を検知する温度センサと、上記組電池のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、このインピーダンス検出手段の検出インピーダンスを上記温度センサの検知温度により補正する補正手段と、この補正手段の補正インピーダンスと設定値との比較により上記組電池の劣化または寿命切れを判定する判定手段と、上記各判定手段の判定結果を報知する報知手段と、上記接続端子へ最初の充電電圧が入力されたときに初期補正モードを設定する設定手段と、この設定手段で初期補正モードが設定されたとき、上記補正手段の補正インピーダンスから上記各蓄電池の初期内部インピーダンスの予め記憶された合計基準値を減算して上記組電池における配線インピーダンスを求め、この配線インピーダンスおよび上記補正手段の補正インピーダンスに基づいて上記設定値を補正する補正手段と、を備えている。
【0008】
請求項2に係る発明の電源装置は、請求項1に係る発明の設定手段について限定している。設定手段は、上記接続端子へ最初の充電電圧が入力されたとき、およびモード設定スイッチが操作されたときに、それぞれ初期補正モードを設定する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1に示すように、商用交流電源1に本発明の電源装置2が接続されている。
電源装置2は、商用交流電源1の電圧を整流する整流回路3、この整流回路3の出力電圧を交流に変換する複数の電源ユニット(スイッチング回路)4a,4b,…4n、上記整流回路3と電源ユニット4a,4b,…4nとの間の通電路に接続され自身の状態を判定して報知する機能を有する複数の蓄電池ユニット5a,5b,…5n、この蓄電池ユニット5a,5b,…5nの判定結果を保持するためのメモリ6、およびこのメモリ6の内容を外部機器たとえば監視装置9に送るための外部機器接続端子7を備えている。
【0010】
電源ユニット4a,4b,…4nの出力は、負荷8a,8b,…8nに供給される。
【0011】
このような構成の電源装置2は、ケースにまとめて収容される。ただし、各電源ユニットの容量が大きければ、それに合わせて蓄電池ユニットの個数を多くする必要がある。蓄電池ユニットの個数が多くて、電源装置2の構成要素を1つのケースに収めることが不可能な場合は、電源装置2が2つのケースに分けて収容される。
【0012】
たとえば、図2に示すように、ケースXに電源ユニット4a,4b,…4eおよび蓄電池ユニット5a,5b,…5dが整流回路3、メモリ6、外部機器接続端子7と共に収容され、もう1つのケースYに残りの蓄電池ユニット5e,5f,…が収容される。
【0013】
一方、蓄電池ユニット5a,5b,…5nは、図3に示すように、整流回路3と電源ユニット4a,4b,…4nとの間の通電路に接続される接続端子11、複数の蓄電池12、この各蓄電池12の端子を順次に直列接続するための複数のケーブル13、各蓄電池12の総電圧を接続端子11に供給するための一対のケーブル14、このケーブル14に装着されたフィルタ15、1つの蓄電池16に取り付けられた温度センサ(温度検知手段)16、および監視部20などを備えている。
【0014】
各蓄電池12およびその直列接続により、いわゆる組電池Aが構成されている。この組電池Aの温度tが、上記温度センサ16によって検知される。フィルタ15は、後述する検出用電流が接続端子11を通して外部に流出する不具合を阻止するために設けられている。
【0015】
監視部20は、液晶表示部21、モード設定スイッチ22、およびリセットスイッチ23を筐体前面に有し、CPU24、ROM25、およびRAM26を内蔵し、さらに、データ転送用端子27を筐体側面に有している。
【0016】
液晶表示部21は、後述する判定結果の表示用である。モード設定スイッチ22は、後述する初期補正モードの設定用である。リセットスイッチ23は、報知動作をリセットするためのものである。CPU24は、当該蓄電池ユニット10の主制御部として機能する。ROM25は、制御用のプログラムを記憶している。RAM26は、各種データの記憶用である。データ転送用端子27は、後述の判定結果を表わすデータを外部に転送するためのインタフェースであり、上記メモリ6に接続されている。
【0017】
各蓄電池12の端子にそれぞれリード線の一端が接続され、これらリード線の他端が監視部20に接続されている。また、温度センサ16の出力信号線が監視部20に接続されている。
【0018】
監視部20は、主要な機能として次の[1]〜[9]の手段を備えている。
【0019】
[1]接続端子11に充電電圧が入力されていないときに、各蓄電池12の電圧Vbを検知する電圧検知手段。
【0020】
[2]上記電圧検知手段の各検知電圧VbとROM25に記憶されている基準値Vbsとの比較により、各蓄電池12の電圧異常を判定する判定手段。
【0021】
[3]上記フィルタ15の作用を利用して組電池Aに検出用電流を供給し、この検出用電流に基づいて組電池AのインピーダンスRoを検出するインピーダンス検出手段。
【0022】
[4]上記インピーダンス検出手段の検出インピーダンスRoを温度センサ16の検知温度tにより補正する補正手段。
【0023】
[5]上記補正手段の補正インピーダンスRo(t)とRAM26に記憶されている設定値R1,R2との比較により、組電池Aの劣化および寿命切れを判定する判定手段。
【0024】
[6]上記各判定手段の判定結果を液晶表示部21での文字表示およびデータ転送用端子27からのデータ転送により報知する報知手段。
【0025】
[7]接続端子11への最初の充電電圧入力を検知する検知手段。
【0026】
[8]上記検知手段の検知時およびモード設定スイッチ22の操作時にそれぞれ初期補正モードを設定する設定手段。
【0027】
[9]初期補正モードが設定されたとき、温度センサ16、インピーダンス検出手段、補正手段を機能させ、補正手段の補正インピーダンスRo(t)から各蓄電池12の初期内部インピーダンスZrの合計基準値Zrn(o)を減算して組電池Aにおける配線インピーダンスRcを求め、この配線インピーダンスRcおよび補正インピーダンスRo(t)に基づいて上記設定値R1,R2を補正する補正手段。合計基準値Zrn(o)は、ROM25に記憶されている。
【0028】
また、蓄電池ユニット5a,5b,…5nは、それぞれ図4に示すケース10を備えている。このケース10に、組電池Aおよび監視部20が収容されている。ケース10の一側部は開口され、その開口部分から監視部20の液晶表示部21が露出されている。接続端子11およびデータ転送用端子27は、ケース10の他側部に露出されている。
【0029】
なお、ケース10に代えて図5に示すケース30を用いてもよい。ケース30は、前面に開閉自在な扉31を備え、内部には複数段の棚板を上下方向に配列して備え、これら棚板上に各蓄電池12を載置している。監視部20もケース30に収容されており、その監視部20の液晶表示部21、モード設定スイッチ22、およびリセットスイッチ23が前面における扉31の隣位置に露出されている。接続端子11およびデータ転送用端子27は、ケース30の側面に露出されている。このケース30の場合、扉31を開けることにより、各蓄電池12を迅速かつ容易に保守管理することが可能である。
【0030】
つぎに、蓄電池ユニット5a,5b,…5nの作用について説明する。
【0031】
蓄電池ユニット5a,5b,…5nの接続端子11が整流回路3と電源ユニット4a,4b,…4nとの間の通電路にまだ接続されていない場合、つまり接続端子11に充電電圧が入力されていない場合、監視部20により各蓄電池12の電圧Vbが検知される。これら検知電圧Vbは、RAM26に記憶される。
【0032】
蓄電池ユニット5a,5b,…5nの接続端子11が整流回路3と電源ユニット4a,4b,…4nとの間の通電路に接続されると、充電電圧が接続端子11に入力される。この初めての充電電圧入力に基づき、初期補正モードが設定される。
【0033】
初期補正モードでは、RAM26内の各検知電圧(各蓄電池電圧)VbとROM25内の基準値Vbsとが比較される。各検知電圧Vbのいずれかが基準値Vbsより低い場合、その検知電圧Vbを持つ蓄電池12に電圧異常が生じている旨が液晶表示部21で文字表示されるとともに、同蓄電池12に電圧異常が生じている旨のデータがデータ転送用端子27から出力される。出力データはメモリ6を介して外部の監視装置9に報知される。この電圧異常報知により、異常対象の蓄電池12が保守員によって新品と交換される。交換後、保守員がリセットスイッチ23を操作することにより、電圧異常報知が解除される。
【0034】
電圧異常が無い場合、監視部20から組電池Aにインピーダンス検出用の電流が瞬時的に供給される。供給される検出用電流は、フィルタ15の存在により、組電池A内のみ流れ、接続端子11側には流れない。この検出用電流に基づき、組電池AのインピーダンスRoが監視部20で検出される。
【0035】
ただし、蓄電池12の内部インピーダンスZrには温度特性がある。この温度特性を考慮して、組電池Aの温度tが温度センサ16により検知され、その検知温度tにより上記検出インピーダンスRoが補正されて補正インピーダンスRo(t)が得られる。
【0036】
そして、補正インピーダンスRo(t)から各蓄電池12の初期内部インピーダンスZrの合計基準値Zrn(o)が減算され、組電池Aにおける配線インピーダンスRcが求められる。配線インピーダンスRcとは、各蓄電池12の内部インピーダンスZrを除いたインピーダンスのことであり、各ケーブル13のインピーダンス、および各ケーブル13と各蓄電池端子との接触部のインピーダンスを合わせたものに相当する。
【0037】
この配線インピーダンスRcおよび補正インピーダンスRo(t)に基づいて、RAM26内の劣化判定用の設定値R1および寿命切れ判定用の設定値R2が補正される。これで、初期補正モードが終了する。
【0038】
初期補正モードが終了すると、一定時間ごとに、組電池Aの温度tが温度センサ16により検知され、かつ監視部20から組電池Aに検出用電流が瞬時的に供給されて組電池AのインピーダンスRoが検出される。そして、温度センサ16の検知温度tにより検出インピーダンスRoが補正され、補正インピーダンスRo(t)が得られる。
【0039】
補正インピーダンスRo(t)とRAM26内の設定値R2とが比較される。補正インピーダンスRo(t)が設定値R2以上になると、組電池Aが寿命切れである旨が液晶表示部21で文字表示されるとともに、組電池Aが寿命切れである旨のデータがデータ転送用端子27から出力される(ステップ115)。出力データはメモリ6を介して外部の監視装置9に報知される。この寿命切れ報知により、組電池Aが保守員によって新品と交換される。交換後、保守員がリセットスイッチ23を操作することにより、寿命切れ報知が解除される。
【0040】
補正インピーダンスRo(t)が設定値R2に達していない場合、補正インピーダンスRo(t)とRAM26内の設定値R1とが比較される。補正インピーダンスRo(t)が設定値R1以上の状態にあれば、組電池Aが劣化している旨(寿命切れ直前である旨)が液晶表示部21で文字表示されるとともに、組電池Aが劣化している旨のデータがデータ転送用端子27から出力される。出力データはメモリ6を介して外部の監視装置9に報知される。この劣化報知により、組電池Aが寿命切れとなる前に、その組電池Aが保守員により新品と交換される。交換後、保守員がリセットスイッチ23を操作することにより、劣化報知が解除される。
【0041】
以上のように、電圧異常、劣化、寿命切れなどの不良を、保守員の作業を要することなく迅速かつ的確に検出して報知することができる。これにより、蓄電池ユニット5a,5b,…5nを常に適正稼動の状態に維持することができ、蓄電池ユニット5a,5b,…5nとしての高い信頼性を確保することができる。
【0042】
しかも、蓄電池ユニット5a,5b,…5nが整流回路3と電源ユニット4a,4b,…4nとの間の通電路に最初に接続された際に、初期補正モードを設定して劣化判定用および寿命切れ判定用の設定値R1,R2を補正するようにしているので、組電池Aの配線インピーダンスRcの製品ごとのバラツキに影響を受けることなく、適正な劣化判定および寿命切れ判定を行うことができる。
【0043】
この初期補正モードは、蓄電池12や組電池Aを新品と交換した場合に、モード設定スイッチ22を操作することでも設定することができる。この設定により、常に適正な劣化判定および寿命切れ判定が可能となる。
【0044】
また、電源ユニット4a,4b,…4nおよび蓄電池ユニット5a,5b,…5nを整流回路3、メモリ6、外部機器接続端子7と共にケースにまとめて収容するようにしているので、電源装置2としての外観が整然となる。
【0045】
なお、各蓄電池ユニットを整流回路および各電源ユニットと共にケースに収容する構成としたが、これは無停電給電システムへの適用を考慮したものであり、必ずしもそうする必要はない。たとえば、図2に示したようなケースYのように、各蓄電池ユニットのみを収容して当該電源装置とすることも可能であり、そうすることにより、無停電電源システムに限らず、種々の機器に対するバックアップ用電源として使用することができる。
【0046】
なお、上記実施形態では、蓄電池ユニット5a,5b,…5nの判定結果をメモリ6を介して外部出力する構成としたが、メモリ6を介さずに監視装置9に直接的に出力する構成としてもよい。
【0047】
その他、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変更実施可能である。
【0048】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、各蓄電池に不良が生じた場合に、それを保守員の手作業を要することなく迅速かつ的確に検出して報知することができる電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態の構成を示すブロック図。
【図2】一実施形態のケースを含めた外観を示す斜視図。
【図3】一実施形態における各蓄電池ユニットの構成を示すブロック図。
【図4】一実施形態における各蓄電池ユニットのケースおよびそのケース内の構成を示す図。
【図5】一実施形態における各蓄電池ユニットのケースの変形例の構成を示す図。
【符号の説明】
1…商用交流電源、2…電源装置、3…整流回路、4a,4b,…4n…電源ユニット、5a,5b,…5n……蓄電池ユニット、6…メモリ、7…外部機器接続端子、8a,8b,…8n…負荷、9…監視装置、A…組電池、X,Y…ケース、20…監視部、21…液晶表示部、22…モード設定スイッチ、23…リセットスイッチ、24…CPU、25…ROM、26…RAM、10,30…ケース
Claims (2)
- 商用交流電源の電圧を整流する整流回路と、
この整流回路の出力電圧を交流に変換する複数の電源ユニットと、
前記整流回路と前記各電源ユニットとの間の通電路に接続された複数の蓄電池ユニットとを具備し、
前記各蓄電池ユニットは、
前記整流回路と前記各電源ユニットとの間の通電路に対する接続が可能な接続端子と、
複数の蓄電池からなり、前記接続端子に接続された組電池と、
前記各蓄電池の電圧を検知する電圧検知手段と、
この電圧検知手段の各検知電圧と基準値との比較により前記各蓄電池の電圧異常を判定する判定手段と、
前記組電池の温度を検知する温度センサと、
前記組電池のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
このインピーダンス検出手段の検出インピーダンスを前記温度センサの検知温度により補正する補正手段と、
この補正手段の補正インピーダンスと設定値との比較により前記組電池の劣化または寿命切れを判定する判定手段と、
前記各判定手段の判定結果を報知する報知手段と、
前記接続端子へ最初の充電電圧が入力されたときに初期補正モードを設定する設定手段と、
この設定手段で初期補正モードが設定されたとき、前記補正手段の補正インピーダンスから前記各蓄電池の初期内部インピーダンスの予め記憶された合計基準値を減算して前記組電池における配線インピーダンスを求め、この配線インピーダンスおよび前記補正手段の補正インピーダンスに基づいて前記設定値を補正する補正手段と、
を備えていることを特徴とする電源装置。 - 請求項1に記載の電源装置において、
前記設定手段は、前記接続端子へ最初の充電電圧が入力されたとき、およびモード設定スイッチが操作されたときに、それぞれ初期補正モードを設定することを特徴とする電源装置。
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