JP4485121B2 - Uninterruptible power system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリ劣化のオンライン判定方法、無停電電源装置に搭載されるバッテリの劣化判定方法および無停電電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
特許文献1には、蓄電池の劣化を判定する場合に、整流器の出力電圧を、蓄電池の放電電圧よりも常に低めに制御するとともに、蓄電池の放電電圧の変化に追従させて変化させる無停電電源装置が開示されている。そして、この特許文献1に記載される無停電電源装置では、蓄電池を一定時間放電し、その一定時間による放電の特性に基づいて蓄電池の劣化状態を判定する。このように蓄電池の劣化状態を点検する際に、整流器からも電力を供給できるようにすることで、蓄電池の寿命が無くなっていたとしてもあるいは蓄電池回路が遮断されていたとしても、整流器から供給される電力にて、インバータは、停止することなく負荷機器へ電力を供給し続けることができる。
【0003】
特許文献2には、AC/DC変換部の電流分担率を低い値に制御することで、バッテリからの放電電流を増大させ、その状態でバッテリの端子電圧を測定する無停電電源装置が開示されている。そして、この特許文献2に記載される無停電電源装置では、蓄電池を時間的に継続して放電させて、その間の累積的な放電電流を測定することで、蓄電池の劣化状態を判定している。これにより、バッテリの劣化状態を点検するときに、バッテリの寿命が無くなっていたとしてもあるいはバッテリ回路が遮断されていたとしても、AC/DC変換部から供給される電力にて、インバータは、停止することなく負荷機器へ電力を供給し続けることができる。また、この特許文献2記載の無停電電源装置は、特許文献1の無停電電源装置に比べた場合、計測される累積電流値が正確になるなどの効果もある。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−201485号 (図3、段落0017など)
【特許文献2】
特開2001−061237号 (図1、段落0010、0019など)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、特許文献1および特許文献2に記載される従来の無停電電源装置では、整流器やAC/DC変換部(以下、コンバータと記載する。)から電力を供給しつつ、バッテリや蓄電池(以下、バッテリと記載する。)の劣化を判定する。そのため、無停電電源装置に接続されている負荷機器に対して継続的に電力を供給しつつ、その供給し続けている間に、バッテリの劣化を判定することが可能である。そして、バッテリの劣化状態を実際に測定して判定しているので、バッテリが本当に劣化しきる直前まで使い続けることができる。しかも、劣化し切る直前のバッテリを交換することができるので、バッテリの状態を劣化し切らない状態に維持しつつ、ランニングコストを最低限に抑えることができる。
【0006】
なお、これら特許文献1および特許文献2に記載される従来の無停電電源装置では、バッテリを比較的長い期間継続して放電させ、その間のバッテリの累積的な放電電流を測定することで、蓄電池の劣化状態を判定する。
【0007】
一方、バッテリは、定電圧出力が得られるように工夫されている。そのため、バッテリの出力電圧は一般的に、満充電状態から放電を開始すると、満充電時の初期電圧から一定の電圧まで低下し、しばらく略その一定の電圧を維持し、その後、急激に電圧が低下する特性を示す。
【0008】
そのため、累積的な放電電流に基づいてバッテリの劣化を判断する場合、少なくとも一定電圧後の急激な電圧降下が検出されるまで、あるいは、劣化しているバッテリの累積的な放電電流よりも大きな放電電流が検出されるまで、バッテリを放電させなければ、バッテリの特性を判定することができない。そのため、たとえば、特許文献2では、放電電流の累積値が定格充電容量の70%に達するまで放電している。その結果、バッテリの劣化判定直後のバッテリの残存容量は、30%までに低下してしまうことになる。
【0009】
無停電電源装置などに搭載されるバッテリは、コンバータに入力される交流電力が停電した場合などに、その停電している期間において負荷機器を継続的に動作させるために、バックアップ電源として用いられるものである。あるいは、停電している期間においてコンピュータなどの負荷機器が正常に終了できるように用いられるものである。そのため、無停電電源装置などに搭載されるバッテリは、たとえば少なくとも50%以上の充電状態に維持する必要がある。無停電電源装置は、この最低限に維持すべき充電割合の状態で停電が発生した場合に、規定するバックアップ電力や、規定するバックアップ時間を確保するように設計される。なお、バッテリの最低限に維持すべき充電割合は、規定するバックアップ電力などの、無停電電源装置の仕様に基づいて決定されることになる。
【0010】
したがって、特許文献1および特許文献2に記載される従来の無停電電源装置では、バッテリの劣化判定の直後に停電が発生した場合には、バッテリの充電容量が上記最低限の充電割合を割り込んでしまう。その結果、従来の無停電電源装置では、バッテリの劣化判定の直後では、規定するバックアップ電力や、規定するバックアップ時間を確保することができない。
【0011】
このような問題は、特に価格やサイズにおいて厳しい要求を強いられる5000W以下の小型の無停電電源装置において、顕在化する。
【0012】
本発明は以上の課題に鑑みなれさたものであり、バッテリの劣化判定中に負荷機器へ継続的に電力を供給することができ、しかも、バッテリの劣化判定の直後に停電が発生した場合であっても、負荷機器へ電力を供給することができるバッテリ劣化のオンライン判定方法、無停電電源装置に搭載されるバッテリの劣化判定方法および無停電電源装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るバッテリ劣化のオンライン判定方法は、電力系統に接続されているバッテリの劣化をオンラインで判定する方法であって、電力系統に接続されている負荷機器に対して、電力系統から供給される交流電力と、バッテリの蓄電電力とを同時に供給しつつ、バッテリが負荷機器のバックアップに必要となる電力を残す範囲内で、上記負荷機器に継続的に電力を供給しているときのバッテリの放電特性を測定し、その測定された放電特性に基づいてバッテリの劣化を判定するものである。
【0014】
この方法では、電力系統に接続されている負荷機器に対して、電力系統に接続されている交流電力と、バッテリの蓄電電力とを同時に供給する。そのため、負荷機器へ継続的に電力を供給しながら、バッテリの劣化を判定することができる。
【0015】
また、この方法では、バッテリが負荷機器のバックアップに必要となる電力を残す範囲内で、バッテリの放電特性を測定する。そのため、バッテリの劣化を判定するためにバッテリの蓄電電力が低下してしまうにもかかわらず、バッテリの劣化判定の直後に停電が生じたとしても、負荷機器へ適当にバックアップ電力を供給することができる。
【0016】
本発明に係る無停電電源装置に搭載されるバッテリの劣化判定方法は、バッテリを所定の定電力で放電するように制御しつつ、無停電電源装置に接続されている交流電力をバッテリの定電力と共に、無停電電源装置に接続されている負荷機器へ供給し、所定の定電力で放電して負荷機器に継続的に電力を供給しているときのバッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、測定した電圧とバッテリの出力電力とに基づいてバッテリのインピーダンスを演算し、演算したインピーダンスに基づいて、バッテリの劣化を判定するものである。
【0017】
この方法では、バッテリを所定の定電力で放電させつつ、そのバッテリの放電電力で不足する電力を無停電電源装置に接続されている交流電力で補うことができる。そのため、無停電電源装置に接続されている負荷機器に対して継続的に電力を供給しながら、バッテリの劣化を判定することができる。
【0018】
また、この方法では、バッテリを所定の定電力で放電させ、そのときのバッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、測定した電圧とバッテリの出力電力とに基づいてバッテリのインピーダンスを演算し、さらに、演算したバッテリのインピーダンスに基づいて、バッテリの劣化を判定する。そのため、バッテリを少しだけ定電力放電させるだけで、バッテリの劣化判定に必要な測定を行うことができる。つまり、バッテリが負荷機器のバックアップに必要となる電力を残した状態で、バッテリの放電特性の測定を完了することができる。その結果、バッテリの劣化を判定するためにバッテリの蓄電電力が低下してしまうにもかかわらず、バッテリの劣化判定直後に停電が生じたとしても、負荷機器へ適当にバックアップ電力を供給することができる。
【0019】
本発明に係る無停電電源装置は、交流電力を直流電力へ変換するコンバータと、直流電力を出力するバッテリと、直流電力を交流電力へ変換するインバータと、を備える無停電電源装置において、コンバータは、インバータの出力電力を検出する出力電力検出部材と、コンバータに入力される交流の入力電力を検出する入力電力検出部材と、差分電力を記憶する差分電力記憶部材と、を備え、無停電電源装置に接続されている負荷機器に対して継続的に電力を供給しつつ、上記バッテリを定電力放電させるために、出力電力から入力電力および差分電力を減算した値が0となるようにコンバータに直流電力を生成させ、値が0あるいは所定の値以下になったときのバッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、測定した電圧に基づいてバッテリの劣化を判定する制御本体を設けるものである。
【0020】
この構成を採用すれば、コンバータは、出力電力から入力電力および差分電力を減算した値が0となるように直流電力を生成する。その結果、バッテリからは差分電力が供給されるようになり、バッテリを定電力放電させることができる。また、バッテリの放電電力で不足する電力を無停電電源装置に接続されている交流電力で補うことができる。そのため、無停電電源装置に接続されている負荷機器に対して継続的に電力を供給しながら、バッテリの劣化を判定することができる。
【0021】
また、この構成では、バッテリを所定の定電力で放電させ、そのときのバッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、測定した電圧基づいて、バッテリの劣化を判定する。そのため、バッテリを少しだけ定電力放電させるだけで、バッテリの劣化判定に必要な測定を行うことができる。つまり、バッテリが負荷機器のバックアップに必要となる電力を残した状態で、バッテリの放電特性の測定を完了することができる。その結果、バッテリの劣化を判定するためにバッテリの蓄電電力が低下してしまうにもかかわらず、バッテリの劣化判定直後に停電が生じたとしても、負荷機器へ適当にバックアップ電力を供給することができる。
【0022】
本発明に係る無停電電源装置は、さらに、制御本体は、少なくとも2つの差分電力を差分電力記憶部材に記憶させて、それぞれの差分電力におけるバッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、測定した2つの電圧に基づいてバッテリのインピーダンスを演算し、さらに、演算したインピーダンスに基づいて、バッテリの劣化を判定するものである。
【0023】
この構成を採用すれば、差分電力記憶部材に記憶させる各差分電力においてバッテリを定電力放電させたときの、バッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、その測定した電圧基づいて、バッテリの劣化を判定することができる。
【0024】
本発明に係る無停電電源装置は、さらに、制御本体は、バッテリが満充電状態である場合に、差分電力記憶部材に差分電力を記憶させて、バッテリの劣化を判定するものである。
【0025】
この構成を採用すれば、たとえば、バッテリが満充電状態でないときにバッテリの劣化判定のための放電をさせた場合のように、バッテリの劣化判定が終了したときに、バッテリの充電容量が負荷機器へのバックアップに必要となる電力を確保できなくなってしまうことを防止することができる。また、バッテリの劣化判定のための放電による過放電を防止して、バッテリの長寿命化を図ることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るバッテリ劣化のオンライン判定方法、無停電電源装置に搭載されるバッテリの劣化判定方法および無停電電源装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。なお、バッテリ劣化のオンライン判定方法と、無停電電源装置に搭載されるバッテリの劣化判定方法とは、無停電電源装置の動作の一部として説明する。
【0027】
実施の形態
図1は、本発明の実施の形態に係る小型の無停電電源装置1を示す回路図である。この小型の無停電電源装置(以下、発明の実施の形態の説明において無停電電源装置と記載する。)1は、壁面のコンセントと、負荷機器との間に接続されるものであり、5000W以下の電力供給能力を有する。
【0028】
無停電電源装置1の一対の入力端子4,5には、商用交流電源などの交流電源2が接続される。無停電電源装置1の一対の出力端子6,7には、コンピュータ本体、通信機器、電力機器、その他の装置で負荷となるもののいずれか1つまたは複数の負荷機器3が接続される。交流電源2から負荷機器3までの電力の供給経路が、電力系統となる。
【0029】
一方の入力端子4には、コンバータ本体11が接続される。一方の出力端子6には、インバータ本体12が接続される。コンバータ本体11とインバータ本体12とは、一対のレール配線13,14で接続されている。一方のレール配線13には、プラス充電コンデンサ15が接続されている。他方のレール配線14には、マイナス充電コンデンサ16が接続されている。
【0030】
他方の入力端子5は、グランド17に接続されている。他方の出力端子7は、グランド17に接続されている。プラス充電コンデンサ15の他端は、グランド17に接続されている。マイナス充電コンデンサ16の他端は、グランド17に接続されている。
【0031】
一対のレール配線13,14には、チャージャ本体18と、DC/DCコンバータ本体19とが接続されている。チャージャ本体18と、DC/DCコンバータ本体19とは、一対のバッテリ配線20,21で接続されている。一対のバッテリ配線20,21の間には、バッテリ22が接続されている。
【0032】
コンバータ本体11には、コンバータ制御回路23が接続されている。コンバータ制御回路23は、コンバータ本体11へスイッチングパルス列を出力する。コンバータ本体11と、コンバータ制御回路23とでコンバータが構成される。
【0033】
インバータ本体12には、インバータ制御回路24が接続されている。インバータ制御回路24は、インバータ本体12へスイッチングパルス列を出力する。インバータ本体12と、インバータ制御回路24とでインバータが構成される。
【0034】
チャージャ本体18には、チャージャ制御回路25が接続されている。チャージャ制御回路25は、チャージャ本体18へスイッチングパルス列を出力する。チャージャ本体18と、チャージャ制御回路25とでチャージャが構成される。
【0035】
DC/DCコンバータ本体19には、DC/DCコンバータ制御回路26が接続されている。DC/DCコンバータ制御回路26は、DC/DCコンバータ本体19へスイッチングパルス列を出力する。DC/DCコンバータ本体19と、DC/DCコンバータ制御回路26とでDC/DCコンバータが構成される。
【0036】
コンバータ制御回路23、インバータ制御回路24、チャージャ制御回路25およびDC/DCコンバータ制御回路26には、制御本体27が接続されている。制御本体27は、これらの制御回路23,24,25,26からのスイッチングパルス列の出力を許可する起動信号および出力を停止する停止信号を出力する。
【0037】
コンバータ本体11は、一方の入力端子4に接続される充電コイル31と、充電コイル31と一方のレール配線13との間に接続されるマイナス充電トランジスタ32と、マイナス充電トランジスタ32と並列に接続されるプラス充電ダイオード33と、充電コイル31と他方のレール配線14との間に接続されるプラス充電トランジスタ34と、プラス充電トランジスタ34と並列に接続されるマイナス充電ダイオード35と、を備える。
【0038】
プラス充電トランジスタ34には、スイッチングパルス列が入力される。交流電源2からの交流電力によって他方の入力端子5の電位よりも一方の入力端子4の電位が高くなっている状態で、スイッチングパルス列によってプラス充電トランジスタ34がオフ状態からオン状態へ制御されると、交流電源2、充電コイル31、プラス充電トランジスタ34およびマイナス充電コンデンサ16の電流ループを流れる電流で、充電コイル31に電気エネルギーが蓄電される。スイッチングパルス列によってプラス充電トランジスタ34がオン状態からオフ状態へ制御されると、充電コイル31に蓄電されている電気エネルギーがプラス充電コンデンサ15へ供給される。同様に、マイナス充電トランジスタ32には、スイッチングパルス列が入力される。そして、交流電源2からの交流電力によって他方の入力端子5の電位よりも一方の入力端子4の電位が低くなっている状態で、充電コイル31に蓄電された電気エネルギーがマイナス充電コンデンサ16へ供給される。これにより、一対の入力端子4,5に入力される交流電力は直流電力へ変換される。
【0039】
コンバータ制御回路23は、制御本体27から起動信号が入力されると、停止信号が入力されるまでの期間、プラス充電トランジスタ34およびマイナス充電トランジスタ32それぞれへ、互いに逆相で変化するスイッチングパルス列を出力する。これにより、プラス充電トランジスタ34と、マイナス充電トランジスタ32とは交互にオン状態となる。その結果、一対の入力端子4,5に入力される交流電力で、プラス充電コンデンサ15およびマイナス充電コンデンサ16を充電することができる。
【0040】
なお、交流電源2からの交流電力によって他方の入力端子5の電位よりも一方の入力端子4の電位が高くなっている状態での、プラス充電トランジスタ34のトータルのオン期間を長くするように、スイッチングパルス列の各パルスのパルス幅を制御すると、プラス充電コンデンサ15の充電電圧は大きくなる。交流電源2からの交流電力によって他方の入力端子5の電位よりも一方の入力端子4の電位が低くなっている状態での、マイナス充電トランジスタ32のトータルのオン期間を長くするように、スイッチングパルス列の各パルスのパルス幅を制御すると、マイナス充電コンデンサ16の充電電圧は大きくなる。
【0041】
インバータ本体12は、一方の出力端子6に接続される放電コイル41と、放電コイル41と一方のレール配線13との間に接続されるプラス放電トランジスタ42と、プラス放電トランジスタ42と並列に接続される保護ダイオード43と、放電コイル41と他方のレール配線14との間に接続されるマイナス放電トランジスタ44と、マイナス放電トランジスタ44と並列に接続される他の保護ダイオード45と、を備える。
【0042】
プラス充電コンデンサ15が充電されている状態で、プラス放電トランジスタ42をオフ状態からオン状態へ制御すると、プラス充電コンデンサ15の充電電圧がプラス放電トランジスタ42を介して一方の出力端子6へ供給される。マイナス充電コンデンサ16が充電されている状態で、マイナス放電トランジスタ44をオフ状態からオン状態へ制御すると、マイナス充電コンデンサ16の充電電圧がマイナス放電トランジスタ44を介して一方の出力端子6へ供給される。
【0043】
インバータ制御回路24は、制御本体27から起動信号が入力されると、停止信号が入力されるまでの期間、プラス放電トランジスタ42およびマイナス放電トランジスタ44それぞれへ、交互にスイッチングパルスを出力する。これにより、プラス放電トランジスタ42と、マイナス放電トランジスタ44とは交互にオン状態となり、一対の出力端子6,7からは、プラスの電圧とマイナスの電圧との間で変化する他の交流電力が出力される。負荷機器3は、この一対の出力端子6,7から出力される他の交流電力で動作する。
【0044】
なお、インバータ制御回路24は、実際には、プラス放電トランジスタ42およびマイナス放電トランジスタ44それぞれへ、複数のスイッチングパルスを断続的に出力する。これにより、プラス充電コンデンサ15の充電電圧やマイナス充電コンデンサ16の充電電圧にかかわらず、一対の出力端子6,7から出力される交流電力を調整することができる。
【0045】
チャージャ本体18は、一方のレール配線13に接続されるチャージャコイル51と、チャージャコイル51と他方のレール配線14との間に接続されるチャージャトランジスタ52と、チャージャトランジスタ52と並列に接続されるチャージャコンデンサ53と、チャージャトランジスタ52とチャージャコンデンサ53とを含む電流閉ループに設けられる逆流防止ダイオード54と、を備える。
【0046】
チャージャトランジスタ52には、チャージャ制御回路25からのスイッチングパルス列が入力される。なお、チャージャ制御回路25は、制御本体27から起動信号が入力されると、停止信号が入力されるまでの期間、スイッチングパルス列を出力する。そして、一対のレール配線13,14の間に直流電圧が印加されている状態で、このスイッチングパルス列に基づいて、チャージャトランジスタ52がオン状態とオフ状態との間でスイッチング制御されると、チャージャコイル51に電気エネルギーが蓄電され、この電気エネルギーでチャージャコンデンサ53は、充電される。また、チャージャコンデンサ53と並列に接続されているバッテリ22も、充電される。
【0047】
DC/DCコンバータ本体19は、一次側コイルがバッテリ22と並列に接続されているトランス61と、一次側コイルと直列に接続されるコンバータトランジスタ62と、トランス61の二次側コイルと並列に接続されているコンバータコンデンサ63と、二次側コイルとトランス61とを含む閉ループに設けられる他の逆流防止ダイオード64と、を備える。
【0048】
コンバータトランジスタ62には、DC/DCコンバータ制御回路26からのスイッチングパルス列が入力される。なお、DC/DCコンバータ制御回路26は、制御本体27から起動信号が入力されると、停止信号が入力されるまでの期間、スイッチングパルス列を出力する。そして、バッテリ22が充電されている状態で、このスイッチングパルス列に基づいて、コンバータトランジスタ62がオン状態とオフ状態との間でスイッチング制御されると、トランス61の二次側コイルには、一次側コイルと二次側コイルとの巻数比に応じた電圧が誘導される。この二次側コイルに誘導される電圧で、コンバータコンデンサ63は、充電される。また、コンバータコンデンサ63と並列に接続されているプラス充電コンデンサ15およびマイナス充電コンデンサ16も、充電される。
【0049】
なお、このコンバータトランジスタ62にスイッチングパルス列を入力して、二次側コイルに電圧を誘導した場合、一対のレール配線13,14間のレールトゥレール電圧は、この二次側コイルに誘導される電圧となる。
【0050】
図2は、図1中のコンバータ制御回路23を示す回路図である。
【0051】
コンバータ制御回路23は、主に、三角波を出力する三角波出力回路71と、一対の入力端子4,5に入力される交流電力と位相が同期する正弦波を出力する正弦波出力回路72と、正弦波が入力される加算回路73と、加算回路73の出力が反転入力に入力されるとともに三角波が非反転入力に入力されるコンパレータ74と、コンパレータ74の出力を反転する反転回路75と、を備える。
【0052】
コンパレータ74は、非反転入力に入力される三角波の電圧が、反転入力に入力される正弦波の電圧よりも高くなる期間をパルス幅とするスイッチングパルス列を出力する。このスイッチングパルス列は、プラス充電トランジスタ34に入力される。反転回路75は、コンパレータ74が出力するスイッチングパルス列を反転する。反転回路75の出力は、マイナス充電トランジスタ32に入力される。これにより、プラス充電トランジスタ34と、マイナス充電トランジスタ32とは交互にオン状態となる。一対の入力端子4,5に入力される交流電力で、プラス充電コンデンサ15およびマイナス充電コンデンサ16は、充電される。
【0053】
コンバータ制御回路23は、また、レールトゥレール電圧を検出するレールトゥレール電圧検出部材76と、目標電圧を記憶する目標電圧記憶部材77と、目標電圧からレールトゥレール電圧検出部材76の検出電圧を減算する第一の減算回路78と、第一の減算回路78の出力が入力される電圧補償回路80と、電圧補償回路80の出力が入力されるセレクタ79と、セレクタ79の出力が入力されるリミッタ81と、リミッタ81の出力と正弦波とを乗算する乗算回路82と、を備える。また、一対の入力端子4,5に流れる入力電流を検出する電流検出部材83と、検出される電流値から乗算回路82の出力を減算する第二の減算回路84と、第二の減算回路84の出力が入力される電流補償回路85と、を備える。そして、電流補償回路85の出力は、加算回路73に入力される。
【0054】
目標電圧と検出電圧とが異なる状態では、それらの誤差電圧が第一の減算回路78から出力される。電圧補償回路80は、この誤差電圧に応じた電流指令値を出力する。リミッタ81は、電流指令値がプラスの値である場合はその電流指令値を出力し、電流指令値がマイナスである場合には0を出力する。乗算回路82は、このリミッタ81出力と正弦波とを乗算する。つまり、乗算回路82から出力される正弦波の振幅は、電流指令値に応じた大きさとなる。なお、リミッタ81から出力される電流指令値は、0以上に制限されているので、乗算回路82から出力される正弦波は、乗算回路82に入力される正弦波と同位相になる。
【0055】
そして、電流指令値を振幅とする正弦波は、第二の減算回路84において反転された後、電流補償回路85に入力される。電圧補償回路80は、この電流指令値を振幅とする正弦波に応じた指令値を出力する。この指令値は、加算回路73に入力される。
【0056】
なお、第二の減算回路84は、電流検出部材83の検出電流値から乗算回路82の出力を減算する。電流検出部材83の検出電流値をAとし、乗算回路82の出力をBとした場合、第二の減算回路84の出力Cは、下記式1の減算処理を行う。これは、下記式2の減算処理と等価な処理である。そして、下記式2では、乗算回路82の出力をBを反転していることになる。
【0057】
C = A−B ・・・式1
C = (A−0)+(0−B) = A+(−B) ・・・式2
【0058】
たとえば、検出電圧が目標電圧よりも低い場合には、それらの誤差電圧に応じた電流指令値が電圧補償回路80から出力され、さらに電流指令値を振幅とする正弦波が電流補償回路85から出力される。この電流補償回路85の出力は、第二の減算回路84で反転された後、加算回路73において正弦波と加算される。なお、電流指令値はプラスの値であるので、加算回路73から出力される振幅は、正弦波出力回路72が出力する正弦波の振幅以下となる。
【0059】
したがって、このように検出電圧が目標電圧よりも低い場合には、コンパレータ74の非反転入力に入力される三角波の電圧が、反転入力に入力される正弦波の電圧よりも高くなる期間が広くなるので、正弦波が正の値である期間における各パルスのパルス幅も広くなる。その結果、プラス充電コンデンサ15の充電電圧は、大きくなる。逆に、正弦波が負の値である期間においてコンパレータ74から出力される各パルスのパルス幅は狭くなるので、反転回路75から出力される各パルスのパルス幅は広くなり、マイナス充電コンデンサ16の充電電圧は大きくなる。
【0060】
なお、一対の入力端子4,5に流れる入力電流が電流指令値と一致すると、第二の減算回路84の出力は0となる。これにより、電流補償値の分だけ電流が入力される。
【0061】
このように、コンバータ制御回路23は、レールトゥレール電圧と目標電圧との誤差電圧に応じた分だけ余分に電流を供給させることを繰り返しに実行することで、レールトゥレール電圧が目標電圧となるように制御する。
【0062】
コンバータ制御回路23は、さらに、インバータの出力電力を検出する出力電力検出部材86と、差分電力を記憶する差分電力記憶部材87と、出力電力から差分電力を減算する第三の減算回路88と、コンバータに入力される交流の入力電力を検出する入力電力検出部材89と、第三の減算回路88の出力から入力電力を減算する第四の減算回路90と、第四の減算回路90の出力が入力される電力補償回路91と、を備える。電力補償回路91の出力はセレクタ79に入力される。
【0063】
したがって、第四の減算回路90からは、出力電力から、差分電力と入力電力とを減算した値が出力される。電力補償回路91は、この減算値に応じた電力補償値を出力する。その結果、セレクタ79が電力補償回路91の出力を選択すると、第四の減算回路90の出力が0となるように、コンバータ制御回路23はコンバータ本体11を制御する。
【0064】
なお、セレクタ79は、制御本体27からの所定のモード信号が入力される。入力される所定のモード信号に基づいて、セレクタ79は、第一の減算回路78の出力と、電力補償回路91の出力の中の一方を選択してリミッタ81へ出力する。
【0065】
また、制御本体27は、差分電力記憶部材87に差分電力を設定し、目標電圧記憶部材77に目標電圧を設定する。制御本体27には、レールトゥレール電圧検出部材76の検出電圧と、第四の減算回路90の出力とが入力される。
【0066】
次に、無停電電源装置1の全体の動作について説明する。
【0067】
無停電電源装置1の図示外の電源スイッチがオン状態になると、制御本体27が動作を開始する。そして、バッテリ22が所定の電圧に充電されている場合には、DC/DCコンバータ制御回路26と、インバータ制御回路24とへ起動信号を出力する。これにより、バッテリ22の電力に基づく交流電力が、一対の出力端子6,7から出力される。負荷機器3は、この交流電力に基づいて動作を開始することができる。
【0068】
制御本体27は、引き続き一対の入力端子4,5に入力される交流電源2からの交流電力を判定する。そして、交流電力が正常な状態である場合には、制御本体27は、コンバータ制御回路23へ起動信号を出力し、目標電圧記憶部材77に目標電圧を設定する。その後、制御本体27は、DC/DCコンバータ制御回路26へ停止信号を出力する。これにより、一対の出力端子6,7からは、交流電源2からの交流電力に基づく、交流電力が出力される。なお、交流電源2からの交流電力が正常な状態でない場合には、それが正常な状態になるまで、制御本体27は、コンバータ制御回路23へ起動信号を出力しない。
【0069】
これら一連の起動時処理において、バッテリ22が所定の電圧に充電されていない場合には、コンバータ制御回路23を起動したタイミングから、交流電力が、負荷機器3へ供給されることになる。また、バッテリ22が所定の電圧に充電されていない場合には、制御本体27は、チャージャ制御回路25へ起動信号を出力する。これにより、交流電源2からの交流電力でバッテリ22を充電することができる。
【0070】
この起動時処理が完了すると、制御本体27は、監視処理を行う。
【0071】
監視処理において、たとえば、制御本体27は、一対の入力端子4,5に入力される電力を監視する。そして、入力電力が正常な状態でなくなると、制御本体27は、DC/DCコンバータ制御回路26へ起動信号を出力した後、コンバータ制御回路23へ停止信号を出力する。なお、チャージャ制御回路25が起動している場合には、制御本体27は、チャージャ制御回路25へも停止信号を出力する。これにより、入力電力が正常な状態でないときでも、バッテリ22から供給される電力で負荷機器3は動作し続けることができる。
【0072】
入力電力が正常な状態に復帰すると、制御本体27は、コンバータ制御回路23へ起動信号を出力した後、DC/DCコンバータ制御回路26へ停止信号を出力する。
【0073】
また、監視処理において、以下の4つの条件が揃った場合には、制御本体27は、バッテリ劣化判定シーケンスを実行する。
【0074】
1. バッテリ劣化判定の要求がある。
2. オンライン運転中である。
3. バッテリ22が満充電状態である。
4. 負荷電力がバッテリ22の定格電力の38%以上である。
【0075】
なお、バッテリ劣化判定の要求があるか否かは、図示外のテストボタンに対する操作に基づいて判定する。この他にもたとえば、図示外のネットワークからの要求に基づいて判定しても、あるいは、予め制御本体27内に格納されているテストスケジュールに従ったタイマ割り込みに基づいて判定してもよい。
【0076】
オンライン運転中であるか否かは、コンバータ制御回路23およびインバータ制御回路24がともに起動状態にあるか否かに基づいて判定する。この他にもたとえば、入力電力と出力電力とがともに0ではないという条件に基づいて判定してもよい。
【0077】
バッテリ22が満充電状態にあるか否かは、バッテリ22の充電時間が24時間を過ぎているか否かに基づいて判定する。なお、この24時間という判定時間は、バッテリ22の容量と、チャージャの充電電力との関係に基づいて決定されるものであり、たとえばバッテリ22の容量に応じて増減する。他にもたとえば、バッテリ22の充電電圧を検出し、その検出電圧が所定の電圧以上であるか否かに基づいて判定してもよい。
【0078】
負荷電力がバッテリ22の定格電力の38%以上であるか否かは、出力電力に基づいて判定する。なお、この38%という値は、後述するバッテリ劣化判定シーケンスにおいて、差分電力記憶部材87に設定する差分電力値よりも大きな値である必要がある。
【0079】
図3は、制御本体27が実行するバッテリ劣化判定シーケンスを示すフローチャートである。
【0080】
制御本体27は、まず、コンバータ制御回路23、インバータ制御回路24およびDC/DCコンバータ制御回路26を起動する(ST1)。
【0081】
制御本体27は、引き続き、差分電力記憶部材87に第一の差分電力値を設定するとともに、コンバータ制御回路23へのモード信号を切り替える。これにより、コンバータ制御回路23は、第四の減算回路90の出力が0となるように、スイッチングパルス列を生成し、このスイッチングパルス列でプラス充電コンデンサ15およびマイナス充電コンデンサ16を充電する(ST2)。
【0082】
そして、第四の減算回路90の出力が0あるいは所定の値以下になったら、制御本体27は、バッテリ22の出力電圧を測定する。以下、このバッテリ22の出力電圧を第一のバッテリ出力電圧と記載する。この実施の形態では、制御本体27は、レールトゥレール電圧を測定し、そのレールトゥレール電圧に基づいてバッテリ22の出力電圧を逆算している(ST3)。
【0083】
なお、バッテリは、その内部で生じる化学反応に基づいて電流を出力する。そのため、バッテリの出力電力を制御した場合に、その出力電力に見合った電流がバッテリから安定して出力されるようになるまでには、少なくとも30秒程度の時間が必要である。したがって、制御本体27が、ステップST2において差分電力記憶部材87に第一の差分電力値を設定してから、ステップST3においてバッテリ22の出力電圧を測定するまでの時間は、110秒程度確保するとよい。これにより、バッテリ22の出力電圧を正確に測定することができる。
【0084】
次に、制御本体27は、差分電力記憶部材87に第二の差分電力値を設定する。これにより、コンバータ制御回路23は、第二の差分電力値の下で、第四の減算回路90の出力が0となるように、スイッチングパルス列を生成し、このスイッチングパルス列でプラス充電コンデンサ15およびマイナス充電コンデンサ16を充電する(ST4)。
【0085】
そして、第四の減算回路90の出力が0あるいは所定の値以下になったら、制御本体27は、バッテリ22の出力電圧を測定する。この場合にも、バッテリ22の出力電流が変化するので、制御本体27は、第二の差分電力値に基づく制御を開始してから、少なくとも10秒程度の時間が経過してから、バッテリ22の出力電圧を測定するとよい。以下、このバッテリ22の出力電圧を第二のバッテリ出力電圧と記載する。この実施の形態では、制御本体27は、レールトゥレール電圧を測定し、そのレールトゥレール電圧に基づいてバッテリ22の出力電圧を逆算している(ST5)。
【0086】
制御本体27は、目標電圧記憶部材77に目標電圧を設定するとともに、コンバータ制御回路23へのモード信号を元に戻す。これにより、コンバータ制御回路23は、第一の減算回路78の出力が0となるように、スイッチングパルス列を生成し、このスイッチングパルス列でプラス充電コンデンサ15およびマイナス充電コンデンサ16を充電する(ST6)。さらに、制御本体27は、DC/DCコンバータ制御回路26へ停止信号を出力する(ST7)。
【0087】
また、制御本体27は、測定した第一のバッテリ出力電圧と第二のバッテリ出力電圧に基づいて、バッテリ22のインピーダンスを求め、そのインピーダンスが予め保持するインピーダンス値以上であると、バッテリ22が劣化していると判定する。また、バッテリ22が劣化している場合には、制御本体27は、その旨を図示外のネットワークを通じてコンピュータなどへ送信したり、図示外の表示ランプを点灯させたりする(ST8)。無停電電源装置1の管理者は、この表示ランプの点灯などに基づいてバッテリ22を交換することができる。
【0088】
なお、差分電力記憶部材87に設定する2つの差分電力としては、たとえば、バッテリ22の出力電力が定格出力の25%となるときの第一の差分電力と、バッテリ22の出力電力が定格出力の50%となるときの第二の差分電力と、を設定すればよい。そして、この実施の形態に係る無停電電源装置1の構成では、バッテリ22から定格出力の50%の電力を出力させた場合、その電力はバッテリ22の定格電力の38%の出力電力として検出される。
【0089】
バッテリ22のインピーダンスは、たとえば以下の手順で求めることができる。まず、下記式3に基づいて、第一のバッテリ出力電圧のときの第一の電流値と、第二のバッテリ出力電圧のときの第二の電流値とを求める。下記式3において、Iは電流値、Pはバッテリ22の供給電力、Vはバッテリ出力電圧である。なお、第四の減算回路90の出力が0あるいは所定の値以下になった状態では、バッテリ22の供給電力は、差分電力記憶部材87に設定している差分電力と等しいとみなすことができる。
【0090】
I = P/V ・・・式3
【0091】
次に、下記式4に基づいて、バッテリ22のV−I特性の近似インピーダンスを求める。下記式4において、Rは近似インピーダンス、V2は第二のバッテリ出力電圧、V1は第一のバッテリ出力電圧、I2は第二の電流値、I1は第一の電流値である。
【0092】
R = (V2−V1)/(I2−I1) ・・・式4
【0093】
そして、この近似インピーダンスの値が、予め定めた閾値インピーダンスの値よりも大きい場合には、バッテリ22が劣化していると判定することができる。
【0094】
以上のように、この実施の形態に係る無停電電源装置1では、バッテリ22の劣化を判定する際には、バッテリ22を2つの差分電力にて定電力放電させつつ、そのバッテリ22の放電電力で不足する電力を無停電電源装置1に接続されている交流電力で補うことができる。そのため、バッテリの劣化をオンラインで判定している最中に、無停電電源装置1に接続されている負荷機器3に対して、継続的に電力を供給することができる。
【0095】
また、この実施の形態に係る無停電電源装置1では、バッテリ22を所定の2つの差分電力にて定電力放電させ、そのときのバッテリ22の出力電圧に連動するレールトゥレール電圧を測定し、測定したレールトゥレール電圧とバッテリ22の出力電力とに基づいてバッテリ22のインピーダンスを演算し、さらに、演算したバッテリ22のインピーダンスに基づいて、バッテリ22の劣化を判定する。そのため、バッテリ22を少しだけ定電力放電させるだけで、バッテリ22の劣化を判定することができる。
【0096】
したがって、バッテリ22の劣化判定を終了したときには、バッテリ22には、負荷機器3へのバックアップに必要となる電力を残すことができる。つまり、バッテリ22の充電容量が最低限の充電割合を割り込んでしまわないようにすることができる。そのため、バッテリの劣化判定直後であっても、規定するバックアップ電力や、規定するバックアップ時間を確保することができる。
【0097】
その結果、バッテリ22の劣化判定のためにバッテリ22の蓄電電力が低下してしまうにもかかわらず、バッテリ22の劣化判定直後に停電が発生したとしても、負荷機器3へバッテリ22の電力を適切に供給することができる。
【0098】
この実施の形態に係る無停電電源装置1では、制御本体27は、バッテリ22が満充電状態である場合に、差分電力記憶部材87に差分電力を記憶させて、バッテリ22の劣化を判定している。
【0099】
その結果、たとえば、バッテリ22が満充電状態でないときにバッテリ22の劣化判定のための放電をさせた場合のように、バッテリ22の劣化判定が終了したときに、バッテリ22の充電容量が負荷機器3へのバックアップに必要となる電力を確保できなくなってしまうことを防止することができる。また、バッテリ22の劣化判定のための放電による過放電を防止して、バッテリ22の長寿命化を図ることができる。
【0100】
以上の実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
【0101】
上記実施の形態では、バッテリ22の出力電力が定格出力の25%となるときの第一の差分電力と、バッテリ22の出力電力が定格出力の50%となるときの第二の差分電力と、を測定し、その測定データに基づいてバッテリ22のインピーダンスを求め、バッテリ22の劣化を判定している。この他にもたとえば、定格出力の20%と40%とでの電力に基づいてバッテリ22のインピーダンスを計算してもよい。この場合、負荷機器3の電力がバッテリ22の定格電力の30%程度であっても、バッテリ22の劣化判定が可能となる。さらに、たとえば、制御本体27は、負荷機器3の電力に応じて複数組の差分電力を保持し、負荷電力に応じて最適な組の差分電力を選択して判定するようにしてもよい。
【0102】
さらに、たとえば、負荷電力が不足する場合には、負荷機器3と並列にバッテリ測定用の負荷素子などを接続するようにしてもよい。特に、各差分電力をバッテリ22の定格出力の50%以下とするとともに負荷素子による消費電力がバッテリ22の定格出力の50%のものとすることで、1組の差分電力で、負荷電力によらず確実にバッテリ22の劣化を判定することができる。
【0103】
上記実施の形態では、バッテリ22が満充電状態である場合に、バッテリ22の劣化を判定している。この他にもたとえば、制御本体27は、バッテリ22の充電状態に応じた複数の閾値インピーダンスを保持し、バッテリ22の充電状態に応じて最適な閾値インピーダンスを選択して判定するようにしてもよい。
【0104】
上記実施の形態では、差分電力記憶部材87に2つの差分電力を記憶させ、この2つの差分電力で定電力放電している時の測定値に基づいて、バッテリ22のインピーダンスを特定している。この他にもたとえば、差分電力記憶部材87に3つ以上の差分電力を記憶させ、これら3つ以上の測定値に基づいてバッテリ22のインピーダンスを特定してもよい。なお、差分電力記憶部材87を2つ設け、一方に第一の差分電力値を記憶させ、他方に第二の差分電力値を別々に記憶させてもよい。
【0105】
【発明の効果】
本発明では、バッテリの劣化判定中に負荷機器へ継続的に電力を供給することができる。しかも、本発明では、バッテリの劣化判定の直後に停電が発生した場合であっても、負荷機器へ電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る小型の無停電電源装置を示す回路図である。
【図2】 図1中のコンバータ制御回路を示す回路図である。
【図3】 図1中の制御本体が実行するバッテリ劣化判定シーケンスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 小型の無停電電源装置(無停電電源装置)
2 交流電源
3 負荷機器
11 コンバータ本体(コンバータ)
12 インバータ本体(インバータ)
22 バッテリ
23 コンバータ制御回路(コンバータ)
24 インバータ制御回路(インバータ)
27 制御本体
86 出力電力検出部材
87 差分電力記憶部材
89 入力電力検出部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery deterioration online determination method, a battery deterioration determination method mounted on an uninterruptible power supply, and an uninterruptible power supply.
[0002]
[Prior art]
Patent Document 1 discloses an uninterruptible power supply that controls the output voltage of the rectifier to be always lower than the discharge voltage of the storage battery and changes the discharge voltage of the storage battery to follow the change when determining the deterioration of the storage battery. Is disclosed. And in the uninterruptible power supply device described in this patent document 1, a storage battery is discharged for a fixed time and the deterioration state of a storage battery is determined based on the characteristic of the discharge by the fixed time. In this way, when checking the deterioration state of the storage battery, it is possible to supply power from the rectifier, so that even if the storage battery life is lost or the storage battery circuit is shut off, it is supplied from the rectifier. With this power, the inverter can continue to supply power to the load device without stopping.
[0003]
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-2014485 (FIG. 3, paragraph 0017, etc.)
[Patent Document 2]
JP 2001-061237 (FIG. 1, paragraphs 0010, 0019, etc.)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, in the conventional uninterruptible power supply devices described in Patent Document 1 and
[0006]
In the conventional uninterruptible power supply devices described in Patent Document 1 and
[0007]
On the other hand, the battery is devised to obtain a constant voltage output. Therefore, the battery output voltage generally decreases from the initial voltage at the time of full charge to a constant voltage when discharging starts from a fully charged state, and maintains that constant voltage for a while. Deteriorating properties are shown.
[0008]
Therefore, when judging battery deterioration based on the cumulative discharge current, at least a sudden voltage drop after a certain voltage is detected, or the discharge is greater than the cumulative discharge current of the deteriorated battery. Until the current is detected, the battery characteristics cannot be determined unless the battery is discharged. Therefore, for example, in
[0009]
The battery installed in the uninterruptible power supply etc. converter When the AC power input to the power source is interrupted, the load device is used as a backup power source in order to continuously operate the load device during the power outage period. Alternatively, it is used so that a load device such as a computer can be normally terminated during a power outage period. Therefore, a battery mounted on an uninterruptible power supply or the like needs to be maintained in a charged state of at least 50%, for example. The uninterruptible power supply device is designed to ensure a specified backup power and a specified backup time when a power failure occurs in the state of the charge ratio that should be maintained at the minimum. Note that the charging ratio to be maintained at the minimum of the battery is determined based on the specifications of the uninterruptible power supply such as the backup power to be defined.
[0010]
Therefore, in the conventional uninterruptible power supply devices described in Patent Document 1 and
[0011]
Such a problem becomes apparent particularly in a small uninterruptible power supply of 5000 W or less, which is required to be severe in price and size.
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and can continuously supply power to a load device during a battery deterioration determination, and when a power failure occurs immediately after the battery deterioration determination. Even if it exists, it aims at providing the online determination method of the battery deterioration which can supply electric power to load apparatus, the deterioration determination method of the battery mounted in an uninterruptible power supply, and an uninterruptible power supply.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The battery deterioration online determination method according to the present invention is a method for determining online deterioration of a battery connected to an electric power system, and is supplied from the electric power system to a load device connected to the electric power system. As long as the AC power and the stored power of the battery are supplied at the same time, the battery leaves the power necessary for backup of the load device, When power is continuously supplied to the load equipment The battery discharge characteristics are measured, and the deterioration of the battery is determined based on the measured discharge characteristics.
[0014]
In this method, the AC power connected to the power system and the stored power of the battery are simultaneously supplied to the load device connected to the power system. Therefore, it is possible to determine the deterioration of the battery while continuously supplying power to the load device.
[0015]
Further, in this method, the discharge characteristics of the battery are measured within a range in which the battery retains power necessary for backup of the load device. For this reason, even if a power failure occurs immediately after the battery deterioration determination, the backup power can be appropriately supplied to the load device even though the stored power of the battery decreases to determine the battery deterioration. it can.
[0016]
The method for determining the deterioration of a battery mounted on an uninterruptible power supply according to the present invention comprises controlling the battery to be discharged at a predetermined constant power, while changing the AC power connected to the uninterruptible power supply to the constant power of the battery. At the same time, supply it to the load equipment connected to the uninterruptible power supply and discharge it with a predetermined constant power. When continuously supplying power to load equipment Measures the battery output voltage or the voltage linked to the output voltage, calculates the battery impedance based on the measured voltage and the battery output power, and determines the deterioration of the battery based on the calculated impedance. is there.
[0017]
In this method, while the battery is discharged with a predetermined constant power, the power that is insufficient with the discharged power of the battery can be supplemented with the AC power connected to the uninterruptible power supply. Therefore, it is possible to determine the deterioration of the battery while continuously supplying power to the load device connected to the uninterruptible power supply.
[0018]
Further, in this method, the battery is discharged at a predetermined constant power, the output voltage of the battery at that time or a voltage linked to the output voltage is measured, and the impedance of the battery is determined based on the measured voltage and the output power of the battery. Further, the deterioration of the battery is determined based on the calculated battery impedance. Therefore, it is possible to perform the measurement necessary for determining the deterioration of the battery only by discharging the battery with a small constant power. That is, the measurement of the discharge characteristics of the battery can be completed in a state where the battery retains the power necessary for backup of the load device. As a result, even when a power failure occurs immediately after the battery deterioration determination, the backup power can be appropriately supplied to the load device even though the stored power of the battery decreases to determine the battery deterioration. it can.
[0019]
The uninterruptible power supply according to the present invention converts AC power into DC power. converter An uninterruptible power supply comprising: a battery that outputs DC power; and an inverter that converts DC power to AC power. converter An output power detection member for detecting the output power of the inverter; converter An input power detection member for detecting the input power of alternating current input to the power supply, and a differential power storage member for storing the differential power, In order to discharge the battery with constant power while continuously supplying power to the load equipment connected to the uninterruptible power supply, The value obtained by subtracting input power and differential power from output power is 0. converter DC power to Generated, A control main body is provided for measuring the output voltage of the battery when the value is 0 or less than a predetermined value or a voltage linked to the output voltage, and determining the deterioration of the battery based on the measured voltage.
[0020]
If this configuration is adopted, converter Generates DC power so that a value obtained by subtracting input power and differential power from output power becomes zero. As a result, differential power is supplied from the battery, and the battery can be discharged at a constant power. Moreover, the electric power which is insufficient with the discharge electric power of a battery can be supplemented with the alternating current power connected to the uninterruptible power supply. Therefore, it is possible to determine the deterioration of the battery while continuously supplying power to the load device connected to the uninterruptible power supply.
[0021]
In this configuration, the battery is discharged at a predetermined constant power, the battery output voltage at that time or a voltage linked to the output voltage is measured, and the deterioration of the battery is determined based on the measured voltage. Therefore, it is possible to perform the measurement necessary for determining the deterioration of the battery only by discharging the battery with a small constant power. That is, the measurement of the discharge characteristics of the battery can be completed in a state where the battery retains the power necessary for backup of the load device. As a result, even when a power failure occurs immediately after the battery deterioration determination, the backup power can be appropriately supplied to the load device even though the stored power of the battery decreases to determine the battery deterioration. it can.
[0022]
In the uninterruptible power supply according to the present invention, the control body further stores at least two differential powers in the differential power storage member, and measures the output voltage of the battery at each differential power or a voltage linked to the output voltage. Then, the impedance of the battery is calculated based on the two measured voltages, and the deterioration of the battery is determined based on the calculated impedance.
[0023]
If this configuration is adopted, the battery output voltage or the voltage linked to the output voltage when the battery is discharged at a constant power for each differential power stored in the differential power storage member is measured, and based on the measured voltage Battery deterioration can be determined.
[0024]
In the uninterruptible power supply according to the present invention, the control main body stores the differential power in the differential power storage member and determines the deterioration of the battery when the battery is fully charged.
[0025]
If this configuration is adopted, for example, when the battery deterioration determination is completed, such as when discharging for battery deterioration determination is performed when the battery is not in a fully charged state, the charge capacity of the battery is changed to the load device. It is possible to prevent a situation where power necessary for backup to the server cannot be secured. Further, it is possible to prevent the overdischarge due to the discharge for determining the deterioration of the battery, and to extend the life of the battery.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a battery deterioration online determination method, a battery deterioration determination method mounted on an uninterruptible power supply, and an uninterruptible power supply according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The battery deterioration online determination method and the battery deterioration determination method installed in the uninterruptible power supply device will be described as part of the operation of the uninterruptible power supply device.
[0027]
Embodiment
FIG. 1 is a circuit diagram showing a small uninterruptible power supply 1 according to an embodiment of the present invention. This small uninterruptible power supply (hereinafter referred to as an uninterruptible power supply in the description of the embodiment of the invention) 1 is connected between a wall outlet and a load device, and is 5000 W or less. Power supply capability.
[0028]
An
[0029]
One input terminal 4 has converter The
[0030]
The other input terminal 5 is connected to the
[0031]
A charger
[0032]
converter In the
[0033]
An inverter control circuit 24 is connected to the
[0034]
A
[0035]
A DC / DC
[0036]
converter
[0037]
converter The
[0038]
A switching pulse train is input to the
[0039]
converter When a start signal is input from the
[0040]
Note that the total on period of the
[0041]
The
[0042]
If the
[0043]
When the start signal is input from the control
[0044]
In fact, the inverter control circuit 24 intermittently outputs a plurality of switching pulses to each of the
[0045]
The
[0046]
The switching pulse train from the
[0047]
The DC /
[0048]
The switching pulse train from the DC / DC
[0049]
When a switching pulse train is input to the
[0050]
2 is the same as FIG. converter 3 is a circuit diagram showing a
[0051]
converter The
[0052]
The
[0053]
converter The
[0054]
In a state where the target voltage and the detection voltage are different, those error voltages are output from the
[0055]
The sine wave having the amplitude of the current command value is inverted by the
[0056]
The
[0057]
C = AB ... Formula 1
C = (A−0) + (0−B) = A + (− B)
[0058]
For example, when the detected voltage is lower than the target voltage, a current command value corresponding to the error voltage is output from the
[0059]
Therefore, when the detection voltage is lower than the target voltage in this way, the period during which the triangular wave voltage input to the non-inverting input of the
[0060]
When the input current flowing through the pair of input terminals 4 and 5 coincides with the current command value, the output of the
[0061]
in this way, converter The
[0062]
converter The
[0063]
Therefore, the
[0064]
The
[0065]
Further, the control
[0066]
Next, the overall operation of the uninterruptible power supply 1 will be described.
[0067]
When a power switch (not shown) of the uninterruptible power supply 1 is turned on, the control
[0068]
The control
[0069]
In these series of startup processes, when the battery 22 is not charged to a predetermined voltage, converter AC power is supplied to the load device 3 from the timing when the
[0070]
When the startup process is completed, the control
[0071]
In the monitoring process, for example, the control
[0072]
When the input power returns to a normal state, the
[0073]
In the monitoring process, when the following four conditions are met, the control
[0074]
1. There is a request for battery deterioration determination.
2. Online driving.
3. The battery 22 is fully charged.
4). The load power is 38% or more of the rated power of the battery 22.
[0075]
Whether there is a request for battery deterioration determination is determined based on an operation on a test button (not shown). In addition to this, for example, the determination may be made based on a request from a network (not shown), or may be made based on a timer interruption according to a test schedule stored in the control
[0076]
Whether you ’re driving online or not converter The determination is made based on whether both the
[0077]
Whether or not the battery 22 is in a fully charged state is determined based on whether or not the charging time of the battery 22 has passed 24 hours. The determination time of 24 hours is determined based on the relationship between the capacity of the battery 22 and the charging power of the charger, and is increased or decreased according to the capacity of the battery 22, for example. In addition, for example, the charging voltage of the battery 22 may be detected and the determination may be made based on whether or not the detected voltage is equal to or higher than a predetermined voltage.
[0078]
Whether or not the load power is 38% or more of the rated power of the battery 22 is determined based on the output power. The value of 38% needs to be larger than the differential power value set in the differential
[0079]
FIG. 3 is a flowchart showing a battery deterioration determination sequence executed by the control
[0080]
First, the
[0081]
The control
[0082]
Then, when the output of the
[0083]
The battery outputs an electric current based on a chemical reaction that occurs inside the battery. Therefore, when the output power of the battery is controlled, a time of at least about 30 seconds is required until a current corresponding to the output power is stably output from the battery. Therefore, it is preferable to secure about 110 seconds from the time when the control
[0084]
Next, the control
[0085]
Then, when the output of the
[0086]
The
[0087]
Further, the control
[0088]
As the two differential powers set in the differential
[0089]
The impedance of the battery 22 can be obtained, for example, by the following procedure. First, based on the following formula 3, a first current value at the first battery output voltage and a second current value at the second battery output voltage are obtained. In the following equation 3, I is a current value, P is power supplied to the battery 22, and V is a battery output voltage. In the state where the output of the
[0090]
I = P / V Formula 3
[0091]
Next, an approximate impedance of the VI characteristic of the battery 22 is obtained based on the following formula 4. In the following equation 4, R is an approximate impedance, V2 is a second battery output voltage, V1 is a first battery output voltage, I2 is a second current value, and I1 is a first current value.
[0092]
R = (V2-V1) / (I2-I1) Formula 4
[0093]
When the approximate impedance value is larger than the predetermined threshold impedance value, it can be determined that the battery 22 is deteriorated.
[0094]
As described above, in the uninterruptible power supply 1 according to this embodiment, when determining the deterioration of the battery 22, the battery 22 is discharged at a constant power with two differential powers, and the discharge power of the battery 22 is discharged. Can be supplemented with AC power connected to the uninterruptible power supply 1. Therefore, it is possible to continuously supply power to the load device 3 connected to the uninterruptible power supply 1 while determining the deterioration of the battery online.
[0095]
Moreover, in the uninterruptible power supply 1 according to this embodiment, the battery 22 is discharged at a constant power with two predetermined differential powers, and a rail-to-rail voltage linked to the output voltage of the battery 22 at that time is measured. The impedance of the battery 22 is calculated based on the measured rail-to-rail voltage and the output power of the battery 22, and the deterioration of the battery 22 is determined based on the calculated impedance of the battery 22. For this reason, it is possible to determine the deterioration of the battery 22 by discharging the battery 22 with a small constant power.
[0096]
Therefore, when the deterioration determination of the battery 22 is completed, the battery 22 can retain the power necessary for backup to the load device 3. That is, it is possible to prevent the charging capacity of the battery 22 from interrupting the minimum charging rate. Therefore, the specified backup power and the specified backup time can be ensured even immediately after the battery deterioration determination.
[0097]
As a result, even if a power failure occurs immediately after the determination of the deterioration of the battery 22 in spite of a decrease in the stored power of the battery 22 for determining the deterioration of the battery 22, the power of the battery 22 is appropriately supplied to the load device 3. Can be supplied to.
[0098]
In the uninterruptible power supply 1 according to this embodiment, when the battery 22 is fully charged, the control
[0099]
As a result, for example, when the battery 22 is not fully charged, when the battery 22 has been deteriorated, the charge capacity of the battery 22 is changed to the load device. Therefore, it is possible to prevent the power necessary for backup to 3 from being secured. Further, it is possible to prevent the overdischarge due to the discharge for determining the deterioration of the battery 22 and to extend the life of the battery 22.
[0100]
The above embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. It is.
[0101]
In the above embodiment, the first differential power when the output power of the battery 22 is 25% of the rated output, the second differential power when the output power of the battery 22 is 50% of the rated output, Is measured, the impedance of the battery 22 is obtained based on the measurement data, and the deterioration of the battery 22 is determined. In addition, for example, the impedance of the battery 22 may be calculated based on the power at 20% and 40% of the rated output. In this case, even if the power of the load device 3 is about 30% of the rated power of the battery 22, it is possible to determine the deterioration of the battery 22. Further, for example, the control
[0102]
Furthermore, for example, when the load power is insufficient, a load element for battery measurement may be connected in parallel with the load device 3. In particular, each differential power is 50% or less of the rated output of the battery 22 and the power consumption by the load element is 50% of the rated output of the battery 22, so that one set of differential power depends on the load power. Therefore, it is possible to reliably determine the deterioration of the battery 22.
[0103]
In the said embodiment, when the battery 22 is a full charge state, deterioration of the battery 22 is determined. In addition to this, for example, the control
[0104]
In the above embodiment, the differential
[0105]
【The invention's effect】
In the present invention, electric power can be continuously supplied to the load device during the battery deterioration determination. Moreover, in the present invention, even when a power failure occurs immediately after the battery deterioration determination, power can be supplied to the load device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a small uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
[Fig. 2] In Fig. 1 converter It is a circuit diagram which shows a control circuit.
FIG. 3 is a flowchart showing a battery deterioration determination sequence executed by a control main body in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1 Small uninterruptible power supply (uninterruptible power supply)
2 AC power supply
3 Loaded equipment
11 converter Body ( converter )
12 Inverter body (Inverter)
22 battery
23 converter Control circuit ( converter )
24 Inverter control circuit (inverter)
27 Control body
86 Output power detection member
87 Differential power storage member
89 Input power detection member
Claims (1)
直流電力を出力するバッテリと、
直流電力を交流電力へ変換するインバータと、を備える無停電電源装置において、
上記コンバータは、
上記インバータの出力電力を検出する出力電力検出部材と、
上記コンバータに入力される交流の入力電力を検出する入力電力検出部材と、
バッテリの定格電力の所定割合になる複数の出力電力値を記憶する差分電力記憶部材と、
を備え、
上記無停電電源装置に接続されている負荷機器に対して継続的に電力を供給しつつ、上記バッテリを前記定格電力の所定割合になる出力電力値で放電させるために、上記出力電力から上記入力電力および上記バッテリの定格電力の所定割合になる出力電力値を減算した値が0となるように上記コンバータに直流電力を生成させ、上記値が0あるいは所定の値以下になったときの上記バッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、上記測定した電圧に基づいて上記バッテリの劣化を判定する制御本体を設け、
上記差分電力記憶部材は、少なくとも第一および第二の出力電力値を記憶しており、
上記制御本体は、上記バッテリが満充電状態である場合に、上記第一の出力電力値および第二の出力電力値でバッテリから放電させ、そのときの上記バッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、上記測定した2つの電圧に基づいて上記バッテリのインピーダンスを演算して上記演算したインピーダンスに基づいて、上記バッテリの劣化を判定する、
ことを特徴とする無停電電源装置。A converter that converts AC power into DC power;
A battery that outputs DC power;
In an uninterruptible power supply comprising an inverter that converts DC power to AC power,
The above converter
An output power detection member for detecting the output power of the inverter;
An input power detection member for detecting AC input power input to the converter;
A differential power storage member that stores a plurality of output power values that become a predetermined ratio of the rated power of the battery ;
With
In order to discharge the battery at an output power value that is a predetermined ratio of the rated power while continuously supplying power to the load device connected to the uninterruptible power supply, the input from the output power When the DC power is generated by the converter so that the value obtained by subtracting the power and the output power value that is a predetermined ratio of the rated power of the battery is 0, the battery when the value is 0 or less than the predetermined value A control body for measuring the output voltage of the battery or a voltage linked to the output voltage, and determining deterioration of the battery based on the measured voltage,
Upper Symbol differential power storage member may store at least a first and a second output power value,
When the battery is fully charged, the control body discharges the battery with the first output power value and the second output power value, and interlocks with the output voltage of the battery or the output voltage at that time. the voltage to be measured, based on the impedance obtained by the above SL computed by computing the impedance of the battery on the basis of the two voltages described above measured to determine deterioration of the battery,
An uninterruptible power supply.
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