JP3751941B2 - Uninterruptible power supply system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源停電時にバックアップ用電源を供給する無停電電源システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、国内においては電源環境の整備により大規模な地域停電等は極端に減少しているが、店舗システム等においては大型エアコン、冷蔵庫等の大電力設備が並設されているケースが多いため、容量オーバーによる店舗内の停電、或いは電力系統毎のブレーカ断等による瞬時停電の発生頻度は決して少なくない。また、海外等の電源環境の不安定なフィールドにおいて更に頻度は増しているのが現状である。
【0003】
このように店舗システム等において安定稼動を確保するためには、無停電電源システムの設置が不可欠である。また、無停電電源システムに用いられる蓄電池には、寿命があるため寿命判定試験を行い、その試験結果に基づいて適切な交換時期を知ることが重要である。
【0004】
従来の蓄電池の寿命判定方法としては、例えば、特開平2−55536号公報や特開2000−21215に記載された方法がある。
【0005】
特開平2−55536号公報の方法は、一定時間毎にバックアップ用バッテリーを放電させて、バッテリーの寿命判定試験を行うというものである(特許文献1参照)。
【0006】
また、特開2000−21215の方法は、所定期間毎に試験動作を開始させ、試験動作時において規定時間後のバッテリーの電圧値に基づいて寿命を判定するというものである(特許文献2参照)。
【0007】
【特許文献1】
特開平2−55536号公報(第2頁左下欄第8行乃至同頁右下欄第12行、図1)
【特許文献2】
特開2000−21215(段落0019〜0022、図1、図4)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の寿命判定方法においては、一定時間毎に寿命判定試験を行うため、バッテリーの容量が減少するばかりでなく、寿命判定試験中に停電が発生するとバックアップ用電源への切り替えが遅れてしまい、バックアップの信頼性が低下するという問題があった。
【0009】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、寿命判定試験の回数を抑制し、電源バックアップの信頼性を向上可能な無停電電源システムを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、停電発生時にバックアップ用蓄電池の電源を供給して電源バックアップを行う無停電電源システムにおいて、停電を検出する手段と、前記蓄電池の電流を放電する手段と、前記放電手段と蓄電池との接続をオン/オフする接続手段と、停電を検出する、もしくは、予め設定された規定カウント値を超えるとリセットされ、前記蓄電池のバックアップ動作が終了する、もしくは、前記放電手段と蓄電池との接続がオフされるとカウント動作を開始する計時手段と、前記蓄電池の電流と電圧を測定する測定手段と、前記測定手段で測定された放電開始から所定時間後の電池電圧値が、前記測定手段で測定された電流値で放電した場合の前記所定時間後の電池電圧の期待値に対してどの程度であるかを演算し、当該演算結果が前記期待値に対する電池電圧の判定基準を満たしているかを判定することによって前記蓄電池の寿命判定を行う手段とを備え、前記寿命判定手段は、前記計時手段のカウント値が前記蓄電池の充電完了時間を超えて、且つ、前記規定カウント値を超えない間に、前記停電検出手段により停電が検出された時に前記蓄電池の寿命判定を行い、更に、前記計時手段のカウント値が前記蓄電池の充電完了時間を超えて、且つ、前記規定カウント値を超えた時に、前記接続手段により前記蓄電池と放電手段との接続がオンされ、前記寿命判定手段はその場合に前記蓄電池の寿命判定を行うことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明による無停電電源システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。図1において、1は停電時に使用されるバックアップ用の蓄電池、11は蓄電池1を充電する充電回路である。充電回路11は無停電時の定常状態に蓄電池1を充電する。
【0012】
2は蓄電池1の電流を検出する電流検出回路、3は蓄電池1の電圧を検出する電圧検出回路である。演算部4は電流検出回路2で検出された電流値、電圧検出回路3で検出された電圧値に基づいて蓄電池1の寿命計算を行い、蓄電池1の予測寿命データを更新する。寿命判定部5は演算部4の計算結果に基づいて蓄電池1の寿命判定を行い、蓄電池1の交換指示を行う。演算部4や寿命判定部5による演算や判定方法は後述する。
【0013】
また、6は切替スイッチ、7は停電を検出する停電検出回路、8はタイマー、9は停電時に蓄電池1の電源を所定の電圧値に変換し、バックアップ用電源として負荷に供給する電源回路、10は抵抗放電を行い蓄電池1の寿命判定試験に用いる放電回路である。切替スイッチ6は停電検出回路7の出力やタイマー8の状態に応じて切り替えられ、無停電時の定常状態では蓄電池1と電源回路9及び放電回路10との接続をオフする。
【0014】
停電検出回路7により停電が検出されると、切替スイッチ6は蓄電池1と電源回路9を電流検出回路2を介して接続し、蓄電池1からの電源を電源回路9からバックアップを行う。タイマー8は寿命判定試験のタイミングの制御に用いられ、例えば、停電発生時にリセットされ、蓄電池1の充電開始、即ち、電源回路9のバックアップ動作が終了するとカウント動作を開始する。タイマー8は予め設定された時間を計時するとリセットされ、一定時間後にセットされる。
【0015】
タイマー8はシステムの電源環境に合わせて蓄電池1の充電完了時間以上の設定時間(規定カウント値)を計時するとカウントアップするように設定されており、タイマー8が規定カウント値をカウントするまでに停電検出が行われなかった場合に限って、切替スイッチ6は蓄電池1と放電回路10とを接続する。従って、停電復旧から一定時間停電検出が無かった場合のみ、蓄電池1と放電回路10を接続して蓄電池1の寿命判定試験を行う。
【0016】
一方、タイマー8が規定カウント値をカウントする前に停電が検出された場合には、切替スイッチ6は蓄電池1と放電回路10との接続を行わず、蓄電池1の寿命判定試験は行わない。
【0017】
次に、本実施形態の動作を図2のタイミングチャートを参照しながら詳細に説明する。図2(a)は停電検出回路7の停電検出、図2(b)は充電回路11による蓄電池1の充電と充電停止を示す。まず、時刻t1で図2(a)に示すように停電検出回路7により停電が検出されると、図2(b)に示すように蓄電池1の充電を停止し、停電期間は充電しない。時刻t2で停電が終了すると蓄電池1の充電を行う。
【0018】
また、時刻t1で停電検出回路7により停電が検出されると、切替スイッチ6により蓄電池1と電源回路9とが接続され、図2(d)に示すように電源回路9から電源のバックアップを行う。この停電発生時に蓄電池1の電流が電流検出回路2で検出され、蓄電池1の電圧が電圧検出回路3によって検出され、演算部4ではその検出結果に基づいて蓄電池1の演算を行い、図2(f)に示すように寿命データを更新する。
【0019】
寿命判定方法としては、例えば、電流検出回路2でバックアップ中の放電電流Idcを測定し、電圧検出回路3でバックアップ開始(放電開始)から予め設定された規定時間後の電池電圧Vbtを測定する。この規定時間は図示しないタイマーを用いて計測する。放電電流Idcで規定時間放電した後の電池電圧Vbtの期待値は電池特性データで決まっており、この情報が予め演算部4に入力されている。
【0020】
演算部4は測定された電池電圧Vbtが期待値に対しどの程度であるかを演算する。また、予め期待値に対する電池電圧Vbtの判定基準(例えば、50%以下を寿命とする)が決められており、寿命判定部5はこの判定基準に基づいて電池寿命を判定する。もし、電池電圧Vbtが判定基準の50%以下であれば、蓄電池1は寿命に達していると判定し、その旨を使用者に報知して蓄電池1の交換を促す。なお、時刻t2で停電が復旧すると、切替スイッチ6は蓄電池1と電源回路9との接続を切断し、図2(d)に示すように商用電源から電源供給を行う(AC駆動)。
【0021】
一方、タイマー8は図2(e)に示すように時刻t1の停電検出時にリセットされ、時刻t2の電源回路9のバックアップ動作終了時にカウント動作を開始する。タイマー8の規定カウント値は、前述のように蓄電池1の充電完了時間以上に設定されており、図2(e)に示すように時刻t3でタイマー8が規定カウント値をカウントアップすると、タイマー8はリセットされる。また、図2(c)に示すようにこれと同時に切替スイッチ6により蓄電池1と放電回路10とが接続される。
【0022】
即ち、切替スイッチ6は、前述のようにタイマー8が規定カウント値をカウントするまで停電検出が行われなかった場合に限って、蓄電池1と放電回路10とを接続するため、図2(c)に示すように蓄電池1と放電回路10とが接続される。なお、切替スイッチ6は蓄電池1と電源回路9との接続は切り離したままとする。
【0023】
蓄電池1と放電回路10が接続されると、放電回路10で抵抗放電を行い、停電時と同様に電流検出回路2により蓄電池1の電流が検出され、電圧検出回路3により蓄電池1の電圧が検出される。演算部4では、検出された電流値と電圧値に基づいて蓄電池1の寿命計算を行い、寿命判定部5は寿命判定基準に基づいて蓄電池1の寿命の判定を行う。この場合の寿命判定方法は停電の場合と全く同様である。
【0024】
次に、タイマー8は図2(e)に示すように一定期間リセットされ、時刻t4になるとカウント動作を開始する。次いで、時刻t5で停電検出回路7により停電が検出されると、同様に蓄電池1の充電を停止する。また、切替スイッチ6により蓄電池1と電源回路9とが接続され、図2(d)に示すように電源回路9から電源のバックアップを行う。
【0025】
更に、時刻t5の停電発生検出時に図2(e)に示すようにタイマー8がリセットされるが、この場合には、タイマー8が時刻t4のカウント動作開始から規定カウント値をカウントする前に停電が発生しているので、図2(c)に示すように切替スイッチ6は蓄電池1と放電回路10との接続を行わない。従って、演算部4による蓄電池1の寿命計算は行わず、図2(f)に示すように寿命データは更新しない。
【0026】
このように本実施形態では、蓄電池1の寿命判定試験をシステム運用中の停電発生時に行い、また、停電復旧後、蓄電池1の充電完了時間以上の設定時間まで停電検出が無かった場合に限って寿命判定試験を行うので、抵抗放電による寿命判定試験回数を最低限に抑制することができる。
【0027】
従って、無条件に一定時間毎に放電抵抗による寿命判定を行う場合には、電源バックアップの信頼性を損なうことが考えられるが、本実施形態では、寿命判定試験の回数を最低限に抑制しているので、蓄電池1の容量を無駄に消費することがなく、停電発生時にバックアップ電源への切り替えが遅れる可能性も小さくなり、電源バックアップの信頼性を向上することができる。
【0028】
特に、電源環境が悪く頻繁に停電が発生するフィールドにおいて、前述のようにバックアップ動作中等に寿命判定試験を行い、定期的な放電抵抗による試験回数を減らすことができるので、信頼性を低下させることなく、寿命判定試験を行うことができ、有効である。
【0029】
なお、本実施形態では、停電時における寿命判定は寿命判定時間に依存し、短い停電の場合には、寿命判定ができないことがある。前述のような寿命判定方法を用いた場合には、短い時間で復旧する停電(例えば、2〜3秒)に対しては、放電時間が短く正確な測定や寿命計算ができない。寿命判定を短時間で行うことができれば、瞬時の停電であっても寿命判定は可能である。
【0030】
ここで、蓄電池1の寿命判定を行う場合には、前述のようにタイマーを用いて規定時間後の電池電圧を検出するが、規定時間を計測する前に停電が復旧した時は電池電圧の測定はできない。なお、寿命判定が出来ない短い停電は、蓄電池1の消耗が小さく、直ぐに回復するので、システムへの影響や次回の放電抵抗による寿命判定への影響はないと考えて良い。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、停電発生時に蓄電池の寿命判定試験を行うと共に、停電復旧から蓄電池の充電完了時間以上の一定時間停電がない場合に限って寿命判定試験を行うことにより、蓄電池の寿命判定試験を必要最小限に抑制することができ、従来に比べて電源バックアップの信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の無停電電源システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図2】図1の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 蓄電池
2 電流検出回路
3 電圧検出回路
4 演算部
5 寿命判定部
6 切替スイッチ
7 停電検出回路
8 タイマー
9 電源回路
10 放電回路
11 充電回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an uninterruptible power supply system that supplies backup power in the event of a power failure.
[0002]
[Prior art]
In recent years, large-scale regional power outages have been drastically reduced due to the improvement of the power supply environment in Japan, but there are many cases where large power facilities such as large air conditioners and refrigerators are juxtaposed in store systems. The frequency of occurrences of power outages in stores due to overcapacity or instantaneous power outages due to breakers in each power system is not rare. In addition, the frequency is increasing in the unstable field of power supply environments such as overseas.
[0003]
Thus, in order to ensure stable operation in a store system or the like, it is indispensable to install an uninterruptible power supply system. Moreover, since the storage battery used for an uninterruptible power supply system has a lifetime, it is important to perform a lifetime determination test and know an appropriate replacement time based on the test result.
[0004]
As a conventional method for determining the life of a storage battery, for example, there are methods described in JP-A-2-55536 and JP-A-2000-21215.
[0005]
The method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-55536 is to perform a battery life determination test by discharging a backup battery at regular intervals (see Patent Document 1).
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-21215 starts a test operation every predetermined period, and determines the life based on the voltage value of the battery after a specified time during the test operation (see Patent Document 2). .
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-55536 (second page, lower left column, line 8 to same page, lower right column, line 12, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP 2000-21215 (paragraphs 0019 to 0022, FIGS. 1 and 4)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional life determination method, since the life determination test is performed at regular intervals, not only the capacity of the battery is reduced, but also switching to the backup power source is delayed if a power failure occurs during the life determination test. There was a problem that the reliability of backup decreased.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply system capable of suppressing the number of life determination tests and improving the reliability of power backup.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an uninterruptible power supply system for supplying power to a backup storage battery in the event of a power failure and performing power backup, a means for detecting a power failure, a means for discharging the current of the storage battery, Connection means for turning on / off the connection between the discharge means and the storage battery, and resetting when a power failure is detected or a preset specified count value is exceeded, or the backup operation of the storage battery is completed, or the discharge A timing means for starting a counting operation when the connection between the means and the storage battery is turned off, a measuring means for measuring the current and voltage of the storage battery, and a battery voltage value after a predetermined time from the start of discharge measured by the measuring means Is calculated with respect to the expected value of the battery voltage after the predetermined time when discharged at the current value measured by the measuring means, And means for performing life determination of the battery by the calculation result to determine meets criteria battery voltage with respect to the expected value, the lifetime determination means, the count value of said counting means of said battery When a power failure is detected by the power failure detection means while the charging completion time is exceeded and the specified count value is not exceeded, the life of the storage battery is determined, and further, the count value of the time measuring means is the value of the storage battery. When the charge completion time is exceeded and the specified count value is exceeded, the connection means turns on the connection between the storage battery and the discharge means, and the life determination means then determines the life of the storage battery. It is characterized by.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of an uninterruptible power supply system according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a backup storage battery used during a power failure, and
[0012]
2 is a current detection circuit for detecting the current of the
[0013]
Also, 6 is a changeover switch, 7 is a power failure detection circuit for detecting a power failure, 8 is a timer, 9 is a power supply circuit that converts the power supply of the storage battery 1 to a predetermined voltage value at the time of a power failure, and supplies it to a load as a backup power source. Is a discharge circuit which performs resistance discharge and is used for a life determination test of the storage battery 1. The change-
[0014]
When a power failure is detected by the power
[0015]
Timer 8 is set to count up when a set time (specified count value) equal to or greater than the charging completion time of storage battery 1 is set according to the power supply environment of the system, and power failure occurs until timer 8 counts the specified count value. Only when the detection is not performed, the
[0016]
On the other hand, when a power failure is detected before the timer 8 counts the specified count value, the
[0017]
Next, the operation of this embodiment will be described in detail with reference to the timing chart of FIG. FIG. 2A shows a power failure detection of the power
[0018]
Further, when a power failure is detected by the power
[0019]
As a method for determining the life, for example, the discharge current Idc during backup is measured by the current detection circuit 2, and the battery voltage Vbt after a predetermined time set in advance from the start of backup (start of discharge) is measured by the
[0020]
The calculator 4 calculates how much the measured battery voltage Vbt is relative to the expected value. In addition, a criterion for determining the battery voltage Vbt relative to the expected value is determined in advance (for example, 50% or less as the lifetime), and the lifetime determining unit 5 determines the battery lifetime based on this criterion. If the battery voltage Vbt is 50% or less of the criterion, it is determined that the storage battery 1 has reached the end of its life, and a notification to that effect is given to the user to prompt replacement of the storage battery 1. When the power failure is restored at time t2, the
[0021]
On the other hand, the timer 8 is reset when a power failure is detected at time t1, as shown in FIG. 2E, and starts counting when the backup operation of the
[0022]
That is, since the
[0023]
When the storage battery 1 and the
[0024]
Next, the timer 8 is reset for a certain period as shown in FIG. 2 (e), and starts counting at time t4. Next, when a power failure is detected by the power
[0025]
Further, when the occurrence of a power failure at time t5 is detected, the timer 8 is reset as shown in FIG. 2E. In this case, the power failure occurs before the timer 8 counts the specified count value from the start of the count operation at time t4. Therefore, the
[0026]
As described above, in the present embodiment, the life judgment test of the storage battery 1 is performed when a power failure occurs during system operation, and only when the power failure is not detected until the set time longer than the charging completion time of the storage battery 1 after the power failure is restored. Since the life determination test is performed, the number of life determination tests by resistance discharge can be minimized.
[0027]
Therefore, in the case where the life is determined by the discharge resistance at regular intervals unconditionally, it may be possible to impair the reliability of the power backup, but in this embodiment, the number of life determination tests is minimized. Therefore, the capacity of the storage battery 1 is not wasted, and the possibility of delay in switching to the backup power source when a power failure occurs is reduced, and the reliability of power backup can be improved.
[0028]
In particular, in a field where the power supply environment is bad and frequent power outages occur, the life test can be performed during backup operation as described above, and the number of tests with periodic discharge resistance can be reduced, reducing reliability. It is effective because a life test can be performed.
[0029]
In this embodiment, the life determination at the time of a power failure depends on the life determination time, and in the case of a short power failure, the life determination may not be performed. When the life determination method as described above is used, for a power failure that recovers in a short time (for example, 2 to 3 seconds), the discharge time is short and accurate measurement and life calculation are not possible. If the life can be determined in a short time, the life can be determined even in the event of an instantaneous power failure.
[0030]
Here, when the life of the storage battery 1 is determined, the battery voltage after the specified time is detected using the timer as described above, but when the power failure is restored before the specified time is measured, the battery voltage is measured. I can't. It should be noted that a short power outage that cannot be determined for the life is considered to have no effect on the system or on the life determination due to the next discharge resistance because the storage battery 1 is consumed little and recovers immediately.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by performing a life determination test of a storage battery at the time of a power failure, by performing a life determination test only when there is no power outage for a certain period of time beyond the charging completion time of the storage battery from power failure recovery, The life determination test of the storage battery can be suppressed to the minimum necessary, and the reliability of the power backup can be improved as compared with the conventional case.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an uninterruptible power supply system of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the embodiment of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Storage battery 2
Claims (3)
停電を検出する手段と、
前記蓄電池の電流を放電する手段と、
前記放電手段と蓄電池との接続をオン/オフする接続手段と、
停電を検出する、もしくは、予め設定された規定カウント値を超えるとリセットされ、前記蓄電池のバックアップ動作が終了する、もしくは、前記放電手段と蓄電池との接続がオフされるとカウント動作を開始する計時手段と、
前記蓄電池の電流と電圧を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定された放電開始から所定時間後の電池電圧値が、前記測定手段で測定された電流値で放電した場合の前記所定時間後の電池電圧の期待値に対してどの程度であるかを演算し、当該演算結果が前記期待値に対する電池電圧の判定基準を満たしているかを判定することによって前記蓄電池の寿命判定を行う手段とを備え、
前記寿命判定手段は、前記計時手段のカウント値が前記蓄電池の充電完了時間を超えて、且つ、前記規定カウント値を超えない間に、前記停電検出手段により停電が検出された時に前記蓄電池の寿命判定を行い、
更に、前記計時手段のカウント値が前記蓄電池の充電完了時間を超えて、且つ、前記規定カウント値を超えた時に、前記接続手段により前記蓄電池と放電手段との接続がオンされ、前記寿命判定手段はその場合に前記蓄電池の寿命判定を行うことを特徴とする無停電電源システム。In an uninterruptible power supply system that performs power backup by supplying power to the backup storage battery when a power failure occurs,
A means of detecting a power outage;
Means for discharging the current of the storage battery;
Connection means for turning on / off the connection between the discharge means and the storage battery;
It is reset when a power failure is detected, or when a preset count value set in advance is exceeded, and the backup operation of the storage battery is completed, or the count operation is started when the connection between the discharge means and the storage battery is turned off. Means ,
Measuring means for measuring the current and voltage of the storage battery;
What is the battery voltage value after a predetermined time from the start of discharge measured by the measuring means with respect to the expected value of the battery voltage after the predetermined time when discharged at the current value measured by the measuring means? Means for determining the life of the storage battery by determining whether the calculation result satisfies a criterion for determining a battery voltage with respect to the expected value ,
The life determination unit is configured such that when a power failure is detected by the power failure detection unit while the count value of the time measuring unit exceeds the charging completion time of the storage battery and does not exceed the specified count value, the life of the storage battery is determined. Make a decision,
Further, when the count value of the time measuring means exceeds the charging completion time of the storage battery and exceeds the specified count value, the connection means turns on the connection between the storage battery and the discharge means, and the life determination means In this case, an uninterruptible power supply system that determines the life of the storage battery .
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