JP4998823B2

JP4998823B2 - 無停電電源装置

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Publication number: JP4998823B2
Application number: JP2007081809A
Authority: JP
Inventors: 和彰鈴木
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP2008245423A

Description

本発明は、無停電電源装置に関し、特に、バッテリの劣化による停電時のバックアップ失敗やバッテリに起因する事故を防止する無停電電源装置に関する。

従来、無停電電源装置（以下、これをＵＰＳ（uninterruptible power supply）と称することがある。）という装置が知られている。

この無停電電源装置は、通常、情報処理装置等の負荷装置にＡＣ（alternating current）電源を供給しており、このＡＣ電源となる商用電源の障害発生時（電圧変動や停電等）に、負荷装置のデータの保護や動作不安定を回避するための電源供給装置である。

一般的には、無停電電源装置は、商用電源の障害発生時において、無停電電源装置に実装されたバッテリから作り出されるＡＣ電源に切り替えることにより、負荷装置への電源供給をバックアップする。

そして、商用電源の障害が回復した場合には、無停電電源装置は、バッテリから作り出されたＡＣ電源から、通常の商用電源の供給に切り替えて、コンピュータ等の負荷装置にＡＣ電源を供給する。

このような無停電電源装置に関するものが、特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載された無停電電源装置に関するものは、商用電源の障害発生に伴ってバッテリを使用している際に、所定の状態になったとき、その旨を音声で報知することを特徴としている。

ここで、特許文献１に記載された無停電電源装置を詳述すると、図４に示されるように、ＵＰＳ制御部１と、インバータ回路部２と、充電回路部３と、バッテリ４とを備えている。

また、バッテリ４は、図５に示されるように、バッテリ４１Ｒと、バッテリ４２Ｒと、・・・バッテリ４ＮＲとを備えており、これらからバッテリ４が構成されている。

この特許文献１に記載された無停電電源装置の動作について、図４の回路図と、図６のフローチャートを参照しながら、詳述する。

特許文献１に記載されたＵＰＳ装置では、電源が投入されると、ＵＰＳ装置全体を起動し、ＵＰＳ制御部１は、ＡＣ入力部から入力される電源が正常であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

ここで、商用電源が正常でない場合には、ＡＣ入力部から正常な商用電源が供給されるまで待ち受ける。

これにより、ＵＰＳ制御部１は、商用電源を取得し、充電回路部３を制御することにより、バッテリ４の充電を開始する（ステップＳ１２）。

ＵＰＳ装置は、ＡＣ入力部から商用電源を正常に取得しているので、ＵＰＳ制御部１は、その商用電源をＡＣ出力部から出力し、外部に設けられた負荷装置に商用電源を供給し、負荷装置の通常運転を開始する（ステップＳ１３）。

これにより、ＵＰＳ制御部１は、商用電源を、ＡＣ出力部を介して負荷装置に供給することができる（ステップＳ１４）。

また、充電回路部３は、ＡＣ入力部から取得する商用電源が正常であるか否かの判定を行っており（ステップＳ１５）、商用電源が正常である場合には、図７の端子Ａに進む。

一方、ＡＣ入力部から取得する商用電源が正常でない場合には、まず、バッテリ４の充電を停止する（ステップＳ１６）。

この場合、充電回路部３は、ＡＣ入力部から入力される商用電源に何かしらの問題があると判断し、負荷装置に供給する電源を商用電源からバッテリに切り替えて、バッテリによって負荷装置を運転する（ステップＳ１７）。

従って、ＵＰＳ制御部１は、充電回路部３の判定により、バッテリ４によるインバータ電源をＡＣ出力部から出力するように制御する（ステップＳ１８）。

これにより、ＵＰＳ制御部１は、バッテリ４から出力された電流をインバータ回路部２によって交流電源に変換し、その変換された交流電源をインバータ電源として、ＡＣ出力部を介して負荷装置に供給する。

また、充電回路部３は、バッテリ４によって出力されるバッテリ電圧が正常であるか否か判定し（ステップＳ１９）、出力されるバッテリ電圧が正常でない場合には、ＵＰＳ制御部１に対し、負荷装置にバッテリ４によるインバータ電源の供給を停止させる。

一方、バッテリ４から出力されるバッテリ電圧が正常の場合には、充電回路部３は、引き続き、バッテリ４によるインバータ電源を供給すると共に、商用電源の復旧について判定を行い（ステップＳ２０）、商用電源が復旧している場合には、ステップＳ１２へ戻り、商用電源が復旧していない場合には、ステップＳ１９に戻り、バッテリ４から出力されるバッテリ電圧を負荷装置に供給する。
特開２００２−０７８２３６号公報

ところで、この特許文献１に記載されたものでは、ステップＳ１５において商用電源が正常な場合には、図７に示す端子Ａに進み、充電回路部３は、バッテリ４の劣化を確認する必要があると判断している（ステップＳ２１）。

この状態で、バッテリ４のバッテリ電圧を測定する場合には、図５の構成図から明らかなように、バッテリ４に接続されているＤＣ入出力端子が共有なので、充電中であれば充電中のバッテリ電圧しか測定することができない構成になっている。

そのため、充電回路部３は、バッテリ４を充電している最中に、バッテリ４の開放電圧を測定して、バッテリ４の劣化を確認するためには、バッテリ４の充電を停止する（ステップＳ２２）。

この場合、充電回路部３は、バッテリ４のバッテリ開放電圧を測定するため、バッテリ４の出力をインバータ回路部２に接続して、インバータ回路部２がバッテリ４の放電電圧を測定する（ステップＳ２３）。

或いは、バッテリ４の充電を停止した状態で、充電回路部３が、バッテリ４の放電電圧を測定する。

そして、バッテリ４の放電電圧から、バッテリ４がまだ使用可能な場合には、再び充電を開始し（ステップＳ２４）、或いは、バッテリ４を交換すべき劣化が認められれば、バッテリ４を交換し、交換されたバッテリ４の充電を開始し（ステップＳ２４）、図６の端子Ｂに進む。

このように、特許文献１に記載されたものでは、無停電電源装置の商用電源を運用中は、充電状態でのバッテリ電圧しか測定することができなかったので、バッテリの放電状態や劣化状態の推定が困難であった。

従って、バッテリの状態が劣化状態になっていても気付くことができず、そのまま運用を継続することによりバッテリの寿命が到来となってしまったり、また、停電発生時にバッテリの放電によりバックアップ運転ができないという状況が発生し問題となっていた。

また、これらの状況は、バッテリの寿命状態において運用を継続したことにより、劣化したバッテリによる発熱等の故障を発生させる可能性があった。

そのため、バッテリの劣化状態を確認するために、無停電電源装置の運用を一時中止して、バッテリの劣化状態を確認するための放電テストや、バッテリの電圧測定を行う作業が必要となり、継続的な運用を行う上で支障となる問題を生じていた。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、バッテリの劣化による無停電電源装置稼働時のバックアップ失敗や、バッテリの寿命状態での運用継続に起因するバッテリ故障による事故を防止する無停電電源装置を実現することを目的とする。

本発明に係る無停電電源装置は、充電用のＤＣ入力端子を有するバッテリと、前記バッテリに充電された電力からＡＣ電源を生成し、インバータ電源として出力するインバータ回路と、入力される商用ＡＣ電力と前記インバータ電源とを切り替えるＵＰＳ制御部と、前記商用ＡＣ電力を前記バッテリを充電するＤＣ電力に変換する充電回路部とを備えた無停電電源装置において、前記充電回路部の前記ＤＣ電力が前記ＤＣ入力端子に入力されることにより、前記バッテリを充電するバッテリ充電手段と、前記インバータ回路により生成された前記ＡＣ電源を、前記インバータ電源として前記ＵＰＳ制御部を介して外部に出力するインバータ回路制御手段と、前記商用ＡＣ電力が前記ＵＰＳ制御部に正常に入力されている場合には、入力された前記商用ＡＣ電力を外部に出力し、前記ＵＰＳ制御部に入力された前記商用ＡＣ電力にトラブルが発生した場合には、当該商用ＡＣ電力から前記インバータ電源に切り替えて、当該インバータ電源を外部に出力するＵＰＳ制御手段と、前記商用ＡＣ電力から前記バッテリを充電する前記ＤＣ電力に変換し、前記ＤＣ入力端子に入力すると共に、前記充電用のＤＣ入力端子の充電中のバッテリ電圧を測定し、前記ＵＰＳ制御部へ前記バッテリの電圧情報を通知する充電回路制御手段と、を備え、前記バッテリは、前記充電用のＤＣ入力端子と異なる放電用のＤＣ出力端子を更に備え、前記充電回路制御手段は、前記バッテリの充電中に、前記放電用のＤＣ出力端子が前記インバータ回路に接続された状態で前記インバータ回路を動作させない状態で前記放電用のＤＣ出力端子の放電電圧を測定することを特徴とする。

本発明によれば、本発明に係る無停電電源装置は、商用電源を運用中に、充電回路がバッテリの電圧の状態を、充電時だけでなく放電時のバッテリの電圧を測定可能としたことにより、バッテリの充電電圧だけでなく、放電時の電圧、すなわち開放電圧を測定し、バッテリの充電状態や劣化状態を推定することが可能となり、かくして、バッテリの劣化による無停電電源装置稼働時のバックアップ失敗や、バッテリの寿命状態での運用継続に起因するバッテリ故障による事故を防止する無停電電源装置を実現できる。

（１）第１の実施の形態による無停電電源装置の概略構成
まず、本発明に係る第１の実施の形態による無停電電源装置の機能ブロックについて、図面を参照して詳細に説明する。

なお、図４に示した従来の無停電電源装置と同一の構成については、同一符号を付すことにする。

図１に記載された本実施の形態による無停電電源装置は、ＵＰＳ制御部１と、インバータ回路部２と、充電回路部３と、バッテリ４とを備えている。

ＵＰＳ制御部１は、商用ＡＣ電力が正常な状態には、無停電電源装置の出力に商用ＡＣ電力を出力し、停電時や障害発生時には、インバータ回路部２からの出力電力（後述するインバータ電源）に切り替えて、ＡＣ電源を出力する。

インバータ回路部２は、バッテリ４に蓄積された電力からＡＣ電源を生成し、インバータ電源として出力する。

充電回路部３は、商用ＡＣ電力が入力され、バッテリ４を充電するＤＣ（direct current）電力を出力すると共に、バッテリ４のＤＣ入力端子のバッテリ電圧を測定し、ＵＰＳ制御部１へバッテリ電圧情報を通知する。

バッテリ４は、充電回路部３からＤＣ電力が入力されると共に、充電用のＤＣ入力端子と放電用のＤＣ出力端子とを別々に備えており、充電中でも放電可能なＤＣ出力端子だけでなく、ＤＣ入力端子からバッテリ電圧が測定可能である。

このバッテリ４の構成について、図２に示す。

図２に示すバッテリ４は、充電回路部３からＤＣ電力が入力されることにより充電中でも放電可能なＤＣ出力端子と、充電中のバッテリ電圧の測定可能なＤＣ入力端子とを備えている。

従って、本実施の形態に係る無停電電源装置は、商用ＡＣ電力が入力され、充電時に充電用のＤＣ入力端子と放電用のＤＣ出力端子とを別々に備えており、充電中でも放電可能であると共に、ＤＣ出力端子だけでなく、ＤＣ入力端子からバッテリのバッテリ電圧が測定可能な端子を備えていることを特徴とする。
（２）第１の実施の形態による無停電電源装置の動作
本発明に係る本実施の形態による無停電電源装置の動作について、フローチャートを用いて説明する。

なお、本実施の形態による無停電電源装置は、先行技術において説明した図６及び図７のフローチャートと同一処理を行うところは同一ステップ名を付すこととし、説明を省略する。

従って、本実施の形態による無停電電源装置は、図６のフローチャートで示した動作に加えて、更に、図３で示すフローチャートのように動作する。

すなわち、図３のフローチャートは、図６において、商用電源がＡＣ入力部から正常に供給されることにより、バッテリ４の充電を開始（ステップＳ１２）している状態であり、充電回路部３では商用電源が正常に供給されている（ステップＳ１５）、ことが前提となっている。

図３の端子ＡからステップＳ３１へ進むと、充電回路部３は、バッテリ４の劣化確認を行う条件の判定を行うようになっており、充電回路部３が充電を停止してバッテリ４の劣化確認を行う場合には、ステップＳ２２へ進み、一方、充電回路部３が充電を継続しながらバッテリ４の劣化確認を行う場合には、ステップＳ３３へ進む。

ステップＳ２２では、充電回路部３は、バッテリ４へ充電する商用ＡＣ電力の供給を停止すると共に、電圧測定する端子の判定を行い、バッテリ４のＤＣ出力端子（図２参照）の放電電圧を測定する場合には、ステップ２３へ進み、一方、バッテリ４のＤＣ入力端子（図２参照）の放電電圧を測定する場合には、ステップ３２へ進む。

ステップＳ２３では、バッテリ４のＤＣ出力端子の出力電圧をインバータ回路部２に出力することにより、ＤＣ出力端子のバッテリ開放電圧の測定を行う。

一方、ステップＳ３２では、充電回路部３が、バッテリ４のＤＣ入力端子の電位差を測定することにより、ＤＣ入力端子のバッテリ開放電圧の測定を行う。

ステップＳ２３又はＳ３２においてバッテリ開放電圧の測定が終了すると、バッテリ４の充電を再開する（ステップＳ２４）。

これに対し、ステップ３３では、バッテリ４の劣化確認を行う条件が、充電回路部３によって充電を継続しながらバッテリ４の劣化確認を行うので、ＤＣ出力端子がインバータ回路部２に接続され、出力されるバッテリ電圧から、バッテリ開放電圧を測定することができる（ステップＳ３４）。

これにより、ステップＳ２３、ステップ３２及びステップＳ３４において、充電中か否かによるバッテリ４のＤＣ出力端子の開放電圧と、ＤＣ入力端子の開放電圧とを測定することができる。
（３）第１の実施の形態による無停電電源装置の効果
本実施の形態によれば、本実施の形態に係る無停電電源装置は、商用電源の運用中に、充電回路部３が充電時のバッテリ４の電圧測定だけでなく、放電時のバッテリの電圧測定が可能となるため、バッテリ４の充電電圧だけでなく、放電時の電圧、すなわち開放電圧を測定し、バッテリの充電状態や劣化状態を推定することが可能となり、バッテリの劣化による停電時のバックアップ失敗やバッテリの寿命状態での運用継続に起因するバッテリ故障による事故を防止することができる。

本発明における第１の実施の形態による無停電電源装置の機能ブロック図である。本発明における第１の実施の形態によるバッテリの構成を示す機能ブロック図である。本発明における第１の実施の形態による商用電源により負荷装置を駆動中のバッテリの劣化確認を行うフローチャートである。従来からある無停電電源装置の機能ブロック図である。従来からある無停電電源装置のバッテリの構成を示す機能ブロック図である。従来からある無停電電源装置の一般的な動作を示すフローチャートである。従来からある商用電源により負荷装置を駆動中のバッテリの劣化確認を行うフローチャートである。

符号の説明

１ＵＰＳ制御部１
２インバータ回路部
３充電回路部
４バッテリ
４１、４２、４Ｎバッテリ
４１Ｒ、４２Ｒ、４ＮＲバッテリ

Claims

充電用のＤＣ入力端子を有するバッテリと、
前記バッテリに充電された電力からＡＣ電源を生成し、インバータ電源として出力するインバータ回路と、
入力される商用ＡＣ電力と前記インバータ電源とを切り替えるＵＰＳ制御部と、
前記商用ＡＣ電力を前記バッテリを充電するＤＣ電力に変換する充電回路部とを備えた無停電電源装置において、
前記充電回路部の前記ＤＣ電力が前記ＤＣ入力端子に入力されることにより、前記バッテリを充電するバッテリ充電手段と、
前記インバータ回路により生成された前記ＡＣ電源を、前記インバータ電源として前記ＵＰＳ制御部を介して外部に出力するインバータ回路制御手段と、
前記商用ＡＣ電力が前記ＵＰＳ制御部に正常に入力されている場合には、入力された前記商用ＡＣ電力を外部に出力し、前記ＵＰＳ制御部に入力された前記商用ＡＣ電力にトラブルが発生した場合には、当該商用ＡＣ電力から前記インバータ電源に切り替えて、当該インバータ電源を外部に出力するＵＰＳ制御手段と、
前記商用ＡＣ電力から前記バッテリを充電する前記ＤＣ電力に変換し、前記ＤＣ入力端子に入力すると共に、前記充電用のＤＣ入力端子の充電中のバッテリ電圧を測定し、前記ＵＰＳ制御部へ前記バッテリの電圧情報を通知する充電回路制御手段と、を備え、
前記バッテリは、
前記充電用のＤＣ入力端子と異なる放電用のＤＣ出力端子を更に備え、
前記充電回路制御手段は、前記バッテリの充電中に、前記放電用のＤＣ出力端子が前記インバータ回路に接続された状態で前記インバータ回路を動作させない状態で前記放電用のＤＣ出力端子の放電電圧を測定することを特徴とする無停電電源装置。
前記充電回路制御手段は、前記バッテリの充電を一時停止し、前記ＤＣ出力端子の放電電圧を測定することを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
前記充電回路制御手段は、前記バッテリの充電を一時停止し、前記ＤＣ入力端子の放電電圧を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の無停電電源装置。
前記トラブルが発生した場合とは、前記商用ＡＣ電力の停電、又は電圧降下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の無停電電源装置。