JP6470003B2 - Uninterruptible power supply and uninterruptible power supply system - Google Patents

Uninterruptible power supply and uninterruptible power supply system Download PDF

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Description

本発明は、商用交流電源及びこれより電力供給される負荷装置の間に介在接続され、商用交流電源の負荷装置に対する通常時の電力供給時に内蔵する蓄電池部での充電を行い、電力供給停止時に蓄電池部から負荷装置に対して放電して電力供給を長時間バックアップする機能を持つ常時商用タイプの無停電電源装置(Uninterruptible Power Supply/以下、UPSと呼ぶ)及びUPSシステムに関する。   The present invention intervenes between a commercial AC power supply and a load device to which power is supplied from the commercial AC power supply, performs charging in a storage battery unit built in at the time of normal power supply to the load device of the commercial AC power supply, and stops power supply The present invention relates to a constant commercial type uninterruptible power supply (hereinafter referred to as UPS) having a function of discharging a storage battery unit to a load device and backing up power supply for a long time, and a UPS system.

近年、東日本大震災の教訓として、大規模災害発生等により広域で停電となれば電気装置、電子情報処理装置、通信装置等の負荷装置(特に基地局機能の装置)への商用交流電源による電力供給が停止してしまい、これに伴って産業界の様々な分野でトラブルが発生して甚大な被害をもたらした事態を鑑み、商用交流電源による電力供給停止時にも二次電池である蓄電池から負荷装置に対して電力供給をバックアップする機能を持ったUPSの適用が注目されている。   In recent years, as a lesson from the Great East Japan Earthquake, if a blackout occurs in a wide area due to the occurrence of a large-scale disaster, etc., power supply using commercial AC power to load devices (especially devices with base station functions) such as electrical devices, electronic information processing devices, and communication devices In view of the situation that caused a great deal of damage due to the occurrence of troubles in various fields of the industry along with this, even when the power supply by commercial AC power supply was stopped, the storage battery as a secondary battery to the load device On the other hand, the application of a UPS having a function of backing up power supply has attracted attention.

このUPSでは、商用交流電源による電力供給停止時にも負荷装置へ安定した電力供給を継続させるものであるが、電力供給をバックアップする時間(バックアップ時間)は搭載する蓄電池の容量によって決定される。一般的なUPSでは対応可能な停電時間が数分〜30分程度と短時間になっているが、蓄電池の総数を増設して大容量化することで数時間単位のバックアップ時間を可能にした装置構成も開発されている。   In this UPS, stable power supply to the load device is continued even when power supply from the commercial AC power supply is stopped, but the time for backing up the power supply (backup time) is determined by the capacity of the storage battery installed. In general UPS, the power outage time that can be handled is as short as several minutes to 30 minutes, but by increasing the total capacity of the storage battery and increasing the capacity, a device that enables backup time in units of several hours A configuration has also been developed.

このようなバックアップ時間を長くしたUPSに係る周知技術としては、例えばUPSを多重接続することにより強制シャットダウンを起動する前にアプリケーション等の実行状態の退避を開始する契機を与えることにより、その退避時間を確保する「無停電電源接続方法」(特許文献1参照)、電池の交換作業を容易に行えるとともに直接接続された蓄電池の内の数個の電池の劣化に対しても電池の直流電力バックアップ機能が喪失しない「無停電電源装置」(特許文献2参照)、直流電力によって動作する負荷装置に電源トラブルが発生したとき直流バックアップ電力を供給する「直流無停電電源装置」(特許文献3参照)が挙げられる。   As a well-known technique related to a UPS with such a long backup time, for example, by providing an opportunity to start saving the execution state of an application or the like before activating forced shutdown by multiplex connection of UPS, the save time "Uninterruptible power supply connection method" (see Patent Document 1) to ensure the battery, DC battery backup function for easy battery replacement work and for the deterioration of some of the directly connected storage batteries "Uninterruptible power supply" (refer to Patent Document 2), and "DC uninterruptible power supply" (refer to Patent Document 3) that supplies DC backup power when a power supply trouble occurs in a load device that operates with DC power Can be mentioned.

特開平10−97354号公報JP-A-10-97354 特開平5−260682号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-260682 特開2005−176461号公報JP 2005-176461 A

上述した特許文献1に係る技術では、電池パックからの直流(DC)電力をインバータ(電力変換器)で交流(AC)電力に変換する機能を持つUPSを複数カスケード接続してUPS台数を増設することにより、バックアップ時間を所望に延長できる手法を提案している。   In the technology according to Patent Document 1 described above, a plurality of UPSs are cascade-connected to increase the number of UPSs having a function of converting direct current (DC) power from a battery pack into alternating current (AC) power by an inverter (power converter). Therefore, a method that can extend the backup time as desired is proposed.

ところが、こうした機能構成であれば、UPSを増設するための設置床面積が大きくなって占有スペースを要してしまうばかりでなく、コスト高を招くことにもなる上、UPS同士を接続するケーブルのインピーダンスによる電圧降下の影響を回避できないことにより、負荷装置に対して安定した電力供給が行われ難くなる危険性がある他、基本動作上においても、例えば商用交流電源側のUPSがバックアップ動作中にその他のUPSが蓄電のための充電に移行すると充電エネルギー分も商用交流電源側のUPSが負担することになるため、これによってバックアップ時間が減少してしまう事態を回避できないという問題や、或いは既設システムへのUPS増設を想定した場合、全部のUPSが一斉に充電を行うと商用交流電源側のUPSの入力側に設けられたブレーカ(UPSが常時商用方式の双方向型であれば停電時に商用交流電源への逆潮流を防止するためのリレー機能として必要になる)がその他のUPS分の電力供給の超過によってトリップ(遮断)されてしまう場合があり、こうした状況下では充電を安定して行うことができなくなってしまうという問題がある。   However, with such a functional configuration, not only does the installation floor area for adding UPS increase and an occupied space is required, but also the cost is increased, and the cable for connecting the UPSs to each other is also required. Since the influence of the voltage drop due to the impedance cannot be avoided, there is a risk that it is difficult to stably supply power to the load device. Also in the basic operation, for example, the UPS on the commercial AC power supply side is in the backup operation. When other UPS shifts to charging for power storage, the UPS on the commercial AC power supply side also bears the charge energy, so that the situation that the backup time is reduced due to this cannot be avoided, or the existing system Assuming that all UPSs are charged all at once, the UPS on the commercial AC power supply side Breaker provided on the input side (required as a relay function to prevent reverse power flow to the commercial AC power supply in the event of a power failure if the UPS is a commercial type bidirectional type) There is a case where the battery is tripped (blocked) due to excess, and there is a problem that charging cannot be stably performed under such a situation.

また、特許文献2に係る技術では、所定数の蓄電池を直列接続した構成の電池パックを複数直列接続して電池パック毎にn群に分割し、分割したn群の電池パック毎にダイオードを並列接続し、n群毎の電池パックを交換可能とすることにより、UPSを通電状態で活線保守でき、システムの無停止による高信頼化、電池交換作業の容易化を実現できる手法を提案している。   Further, in the technology according to Patent Document 2, a plurality of battery packs having a configuration in which a predetermined number of storage batteries are connected in series are connected in series to be divided into n groups for each battery pack, and a diode is connected in parallel for each of the divided n groups of battery packs. Proposal of a method that can connect and replace the battery pack for each n group so that the UPS can be hot-wired while the power is on, achieve high reliability without stopping the system, and facilitate battery replacement work. Yes.

しかしながら、特許文献2に係る複数の電池パックを直列接続したUPSの場合、バックアップ動作中に満充電された電池パックを補充することでバックアップ時間を延長させることが期待されるものの、実際には電池パックの挿抜時に電池電圧が大きく変動するために交換のタイミングがシステム動作上で制限されてしまうという問題がある他、正極端子側に近い電池パック程、高電圧になるために電池パックの交換作業には危険を伴うものとなるため、活線保守に際して安全対策が十分に図られていないという問題もある。   However, in the case of a UPS in which a plurality of battery packs according to Patent Document 2 are connected in series, it is expected to extend the backup time by replenishing a fully charged battery pack during the backup operation. In addition to the problem that the battery voltage fluctuates greatly when the pack is inserted / removed, the replacement timing is limited in system operation. In addition, the battery pack is closer to the positive terminal side. Since this is dangerous, there is a problem that safety measures are not sufficiently implemented during hot line maintenance.

更に、特許文献3に係る技術では、電池パックを複数並列接続して電池パック毎の充電線路に充電スイッチを設け、電源管理部で寿命判定された電池パックのみを取り外して交換するとき、充電制御部で該当する充電スイッチをオフにすることにより、劣化が生じた電池パックを任意なタイミングで簡単且つ安全に交換可能とすることにより、通電状態での保守作業を容易化させた手法を提案している。   Furthermore, in the technology according to Patent Document 3, when a plurality of battery packs are connected in parallel, a charging switch is provided on a charging line for each battery pack, and only the battery pack whose life is determined by the power management unit is removed and replaced, charge control is performed. We proposed a method that facilitated maintenance work in an energized state by turning off the corresponding charge switch at the unit to enable easy and safe replacement of a deteriorated battery pack at an arbitrary timing. ing.

ところが、特許文献3に係る複数の電池パックを並列接続したUPSの場合、特許文献2の場合よりも安全に電池パックの交換作業を安全に行うことができてバックアップ動作中に満充電された電池パックを補充することでバックアップ時間を延長させることが期待されるものの、実際には回路構成が複雑化されてしまう上、交換直後には満充電された電池パックから他の電池パックに向かって突入電流(所謂横流)が流れてしまうため、状況によっては過電流によりシステム動作がダウンされる懸念もあり、活線保守に際して安定性良くパック電池を交換することができないという問題がある。   However, in the case of a UPS in which a plurality of battery packs according to Patent Document 3 are connected in parallel, the battery pack can be safely replaced more safely than the case of Patent Document 2, and the battery is fully charged during the backup operation. Although it is expected to extend the backup time by replenishing the pack, the circuit configuration is actually complicated, and immediately after replacement, the battery pack enters the other battery pack from a fully charged battery pack. Since current (so-called cross current) flows, there is a concern that the system operation may be reduced due to overcurrent depending on the situation, and there is a problem that the battery pack cannot be replaced with stability during hot-line maintenance.

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その主たる技術的課題は、占有スペースを要さず、商用交流電源の電力供給停止時に負荷装置に電力供給を長時間安定して信頼性高くバックアップできるUPS及びUPSシステムを提供することにある。   The present invention has been made to solve such problems, and the main technical problem thereof is that an occupied space is not required, and the power supply to the load device is stabilized for a long time when the power supply of the commercial AC power supply is stopped. Another object of the present invention is to provide a UPS and UPS system that can perform backup with high reliability.

また、本願発明のその他の技術的課題は、活線保守に際して充放電機能に支障を来すことなく安全に蓄電池部におけるパック電池を安定性良く交換できるUPS及びUPSシステムを提供することにある。   Another technical problem of the present invention is to provide a UPS and a UPS system that can safely replace the battery pack in the storage battery unit with good stability without disturbing the charge / discharge function during hot-line maintenance.

上記技術的課題を解決するため、本発明は、商用交流電源と当該商用交流電源により電力が供給される負荷装置との間に介在接続される常時商用タイプの無停電電源装置であって、前記商用交流電源から前記負荷装置に対し電力が供給される通常時において充電され、前記商用交流電源からの電力供給の停止時に前記負荷装置に対して放電する蓄電池を複数個直並列接続して構成された電池パックを複数並列接続して構成される蓄電池部と、前記商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換して当該蓄電池部へ供給することで充電を行うと共に、当該蓄電池部からの直流電力を交流電力に変換して当該負荷装置へ供給することで放電を行う電力変換部と、前記蓄電池部及び前記電力変換部に係る充放電の動作を制御する制御部と、を備え、前記電力変換部は、前記蓄電池部での直流電圧よりも高い電圧に昇圧して内部の高圧直流路へ出力すると共に、当該高圧直流路に供給される高圧な直流電圧を当該蓄電池部での当該直流電圧に降圧して当該蓄電池部へ出力する双方向型のDC−DCコンバータと、前記高圧直流路と前記商用交流電源との間に接続されると共に、前記蓄電池部への充電時には当該商用交流電源からの前記交流電力を当該高圧直流路へ向けて電力変換して前記直流電力とした上で前記DC−DCコンバータへ出力し、当該蓄電池部からの放電時には当該高圧直流路での前記直流電力を前記交流電力へと変換して前記負荷装置へ供給する双方向型のインバータと、から構成され、前記DC−DCコンバータには、前記高圧直流路側と前記蓄電池部側とを電気的に絶縁する機能を有する高周波トランスが用いられ、前記蓄電池部は、前記複数の並列接続された電池パックが装置入出力に対してそれぞれ前記DC−DCコンバータによって電気的に絶縁されており、前記制御部による当該電池パックの使用状態を監視した結果に応じて実施する活線保守時の当該電池パックの何れかに対する交換時の挿抜が可能であり、前記制御部は、前記DC−DCコンバータ及び前記インバータにおける双方向伝送の動作を制御し、前記電池パックの何れかを放電終止状態のものから満充電状態のものへ交換した後、装置の入力電圧が消失した状態での当該交換した満充電状態の電池パックからの直流電力、又は外部の電力変換機能を持つ電源供給手段から供給される直流電力を用いて装置を起動した後、強制的に放電してバックアップを行う強制放電機能を持つ、ことを特徴とする。 In order to solve the above technical problem, the present invention is a continuous commercial type uninterruptible power supply device that is connected between a commercial AC power source and a load device to which power is supplied by the commercial AC power source. A plurality of storage batteries that are charged in a normal time when power is supplied to the load device from a commercial AC power supply and are discharged to the load device when power supply from the commercial AC power supply is stopped are connected in series and parallel. A storage battery unit configured by connecting a plurality of battery packs connected in parallel, and charging by converting AC power from the commercial AC power source to DC power and supplying the DC power to the storage battery unit, and DC from the storage battery unit comprising a power conversion unit which performs discharge by supplying to the load device by converting power into AC power, and a control unit for controlling the operation of charging and discharging of the storage battery unit and the power converting unit, The power conversion unit boosts the voltage to a voltage higher than the DC voltage in the storage battery unit and outputs the voltage to the internal high-voltage DC path, and outputs the high-voltage DC voltage supplied to the high-voltage DC path in the storage battery unit. A bidirectional DC-DC converter that steps down to a DC voltage and outputs it to the storage battery unit is connected between the high-voltage DC path and the commercial AC power source, and the commercial AC unit is charged when charging the storage battery unit. The AC power from the power supply is converted into the DC power by converting the AC power to the high-voltage DC path, and then output to the DC-DC converter. When discharging from the storage battery unit, the DC power in the high-voltage DC path A bi-directional inverter that converts the AC power into the AC power and supplies it to the load device. The DC-DC converter electrically disconnects the high-voltage DC path side and the storage battery unit side. A high-frequency transformer having a function to perform the operation, and the storage battery unit is configured such that the plurality of parallel-connected battery packs are electrically insulated from the input / output of the device by the DC-DC converter. The battery pack can be inserted / removed at the time of replacement with respect to any of the battery packs at the time of hot-line maintenance performed according to the result of monitoring the use state of the battery pack, and the control unit is connected to the DC-DC converter and the inverter. Controlled bidirectional transmission operation, and after replacing any of the battery packs from a discharge end state to a fully charged state, the replaced fully charged battery in a state where the input voltage of the device has disappeared After starting the device using DC power from the pack or DC power supplied from a power supply means with external power conversion function, forcibly discharge It has a forced discharge function for backup .

本発明のUPSによれば、上記構成により、占有スペースを要さず、商用交流電源の電力供給停止時に負荷装置に電力供給を長時間安定して信頼性高くバックアップできるようになる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。   According to the UPS of the present invention, with the above configuration, it is possible to stably and reliably back up the power supply to the load device for a long time when the commercial AC power supply is stopped, without requiring an occupied space. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

本発明の実施例1に係るUPSを2台カスケード接続したUPSシステムの基本構成を示した機能ブロック図である。1 is a functional block diagram showing a basic configuration of a UPS system in which two UPSs according to Embodiment 1 of the present invention are cascade-connected. 図1に示すUPSシステムの運用の様子を各UPSの動作状態に応じて段階別に例示した概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an operation state of the UPS system illustrated in FIG. 1 according to a stage according to an operation state of each UPS. 本発明の実施例2に係るUPSを3台カスケード接続したUPSシステムの概略構成を示した外観斜視図である。It is the external appearance perspective view which showed schematic structure of the UPS system which cascade-connected three UPS based on Example 2 of this invention. 図3に示すUPSシステムの各UPSにおけるインターフェース回路間における入出力の接続関係を例示した概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an input / output connection relationship between interface circuits in each UPS of the UPS system illustrated in FIG. 3. 図4に示すインターフェース回路間における入出力の接続関係で商用交流電源側のUPSの制御部による排他的充電制御を行う場合の信号レベルの制御を説明するための図であり、(a)は商用交流電源側のUPSの蓄電池部が充電中の場合に関する図、(b)は商用交流電源側のUPSの蓄電池部が放電中の場合に関する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining signal level control when exclusive charge control is performed by the UPS control unit on the commercial AC power supply side in the input / output connection relationship between the interface circuits shown in FIG. The figure regarding the case where the storage battery part of UPS of the AC power supply side is charging, (b) is the figure regarding the case where the storage battery part of UPS of the commercial AC power supply side is discharging.

以下に、本発明のUPS及びUPSシステムについて、幾つかの実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the UPS and the UPS system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings by giving some examples.

図1は、本発明の実施例1に係るUPSを2台カスケード接続したUPSシステムの基本構成を示した機能ブロック図である。   FIG. 1 is a functional block diagram showing a basic configuration of a UPS system in which two UPSs according to Embodiment 1 of the present invention are cascade-connected.

図1を参照すれば、実施例1に係るUPSシステムは、2台のUPS100、200をカスケード接続して図示されない商用交流電源(商用系統側として表記している)とこれより電力供給される図示されない負荷装置(負荷側として表記している)との間に介在接続して構成され、各UPS100、200において、入出力端子間に設けられたリレー(RY)101、201での切換え接続動作を利用して商用交流電源の負荷装置に対する通常時の電力供給時に内蔵する蓄電池部102、202での充電を行い、商用交流電源の電力供給停止時に蓄電池部102、202から負荷装置に対して放電して電力供給をバックアップする機能を持つ常時商用タイプである他、商用系統側のUPS100における入力側に停電状態での商用交流電源への逆潮流を防止するリレー機能のブレーカ(BRK)11が設けられている。   Referring to FIG. 1, in the UPS system according to the first embodiment, two UPS 100 and 200 are cascade-connected, and a commercial AC power source (noted) is shown and power is supplied from this. In the UPS 100, 200, the switching connection operation is performed at the relays (RY) 101, 201 provided between the input / output terminals. The storage battery units 102 and 202 built in during normal power supply to the load device of the commercial AC power supply are used and discharged from the storage battery units 102 and 202 to the load device when the power supply of the commercial AC power supply is stopped. In addition to the commercial type that has a function to back up the power supply, the commercial AC power supply in the power failure state on the input side of the UPS 100 on the commercial system side Breaker relay function of preventing reverse power flow (BRK) 11 are provided for.

ここでの各UPS100、200は、蓄電池部102、202における並列接続された電池パック103、203と商用交流電源及び負荷装置との正極側、負極側にそれぞれ接続されて商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池部102、202へ供給することで充電を行うと共に、蓄電池部102、202からの直流電力を交流電力に変換して負荷装置へ供給することで放電を行う電力変換部104、204と、蓄電池部102、202及び電力変換部104、204に係る充放電の動作を制御する制御部107、207と、装置同士をカスケード接続するためのインターフェース回路108、208と、を備えている。   Here, each UPS 100, 200 is connected to the positive and negative sides of the battery packs 103, 203 connected in parallel in the storage battery units 102, 202 and the commercial AC power supply and load device, respectively, and the AC power from the commercial AC power supply. Is converted into DC power and supplied to the storage battery units 102 and 202, and charging is performed. At the same time, DC power from the storage battery units 102 and 202 is converted into AC power and supplied to the load device to perform discharge. Units 104 and 204, control units 107 and 207 for controlling charging / discharging operations of the storage battery units 102 and 202 and the power conversion units 104 and 204, and interface circuits 108 and 208 for cascading the devices. I have.

また、各UPS100、200における電力変換部104、204は、蓄電池部102、202での直流電圧よりも高い電圧に昇圧して内部の高圧直流路へ出力すると共に、高圧直流路に供給される高圧な直流電圧を蓄電池部102、202での直流電圧に降圧して蓄電池部102、202へ出力する双方向型のDC−DCコンバータ105、205と、高圧直流路と商用交流電源との間に接続されると共に、蓄電池部102、202への充電時には商用交流電源からの交流電力を高圧直流路へ向けて電力変換して直流電力とした上でDC−DCコンバータ105、205へ出力し、蓄電池部102、202からの放電時には高圧直流路での直流電力を交流電力へと変換して負荷装置へ供給する双方向型のインバータ106、206と、を備えて構成される。各UPS100、200における制御部107、207は、DC−DCコンバータ105、205及びインバータ106、206における双方向伝送の動作を制御する。因みに、上述したDC−DCコンバータ105、205には、高圧直流路側と蓄電池部102、202側とを電気的に絶縁する機能を有する高周波トランスを用いることが好ましい。係る構成で総合変換効率90%以上を実現でき、UPS100、200の装置構成の小型化に寄与できる。   In addition, the power conversion units 104 and 204 in each UPS 100 and 200 boost the voltage to a voltage higher than the DC voltage in the storage battery units 102 and 202, output the voltage to the internal high-voltage DC path, and supply the high-voltage DC path to the high-voltage DC path. A direct current voltage is stepped down to a direct current voltage in the storage battery units 102 and 202 and output to the storage battery units 102 and 202. The bidirectional DC-DC converters 105 and 205 are connected between the high voltage direct current path and the commercial alternating current power source. At the time of charging the storage battery units 102 and 202, the AC power from the commercial AC power source is converted into DC power by converting the AC power to the high-voltage DC path, and then output to the DC-DC converters 105 and 205. Bi-directional inverters 106 and 206 that convert DC power in the high-voltage DC path into AC power and supply the load device when discharging from 102 and 202 are provided. Composed of Te. The control units 107 and 207 in each UPS 100 and 200 control bi-directional transmission operations in the DC-DC converters 105 and 205 and the inverters 106 and 206. Incidentally, for the DC-DC converters 105 and 205 described above, it is preferable to use a high-frequency transformer having a function of electrically insulating the high-voltage DC path side and the storage battery units 102 and 202 side. With such a configuration, a total conversion efficiency of 90% or more can be realized, which can contribute to the downsizing of the device configuration of the UPS 100, 200.

更に、各UPS100、200における蓄電池部102、202は、蓄電池(二次電池)としてリチウムイオン電池セルを複数個直並列接続した構成の電池パック103、203を複数並列接続して構成され、電池パック103、203の何れかが故障又は寿命劣化状態になっても、係る構成の電池パックを直並列接続した構成と比べ、最小限の容量低下で済むように配慮することによってバックアップ機能の高信頼性を確保している。また、蓄電池部102、202では、電池パック103、203が装置入出力に対してそれぞれDC−DCコンバータ105、205によって電気的に絶縁されており、制御部107、207による電池パック103、203の使用状態を監視した結果に応じて実施する活線保守時の電池パック103、203の何れかに対する交換時の挿抜を危険電圧(60Vdc)以下にして安全に行うことが可能となっている。蓄電池部102、202での電池パック103、203を並列接続する数は、適用するシステムに合わせて拡張させれば良いもので、例えば、最大7.4kWhまで0.62kWh単位で増設することができる。因みに、制御部107、207では、電池パック103、203の何れかが故障や寿命劣化状態等の支障を来している場合、その結果を表示部に表示させたり、或いは特定色の点灯部を点灯させる等の手法により保守管理者へ警告させることが可能になっている。   Furthermore, the storage battery units 102 and 202 in each UPS 100 and 200 are configured by connecting in parallel a plurality of battery packs 103 and 203 having a configuration in which a plurality of lithium ion battery cells are connected in series and parallel as storage batteries (secondary batteries). High reliability of the backup function by considering that the capacity can be reduced to a minimum even when either of 103 or 203 is in failure or life-degraded state, compared to the configuration in which the battery packs of such configuration are connected in series and parallel. Is secured. Further, in the storage battery units 102 and 202, the battery packs 103 and 203 are electrically insulated by DC-DC converters 105 and 205 with respect to the input / output of the device, respectively. It is possible to safely carry out insertion / extraction at the time of replacement with respect to any one of the battery packs 103 and 203 at the time of hot-line maintenance performed according to the result of monitoring the use state at a dangerous voltage (60 Vdc) or less. The number of battery packs 103 and 203 connected in parallel in the storage battery units 102 and 202 may be expanded according to the system to be applied. For example, the battery packs 103 and 203 can be expanded in units of 0.62 kWh up to a maximum of 7.4 kWh. . Incidentally, when any of the battery packs 103 and 203 has a trouble such as a failure or a life deterioration state, the control units 107 and 207 display the result on the display unit or turn on a lighting unit of a specific color. It is possible to warn the maintenance manager by a method such as lighting.

加えて、各UPS100、200における制御部107、207は、蓄電池部102、202における電池パック103、203の何れかを放電終止状態のものから満充電状態のものへ交換した後、装置の入力電圧が消失した状態での交換した満充電状態の電池パック103、203からの直流電力、又は外部の電力変換機能を持つ電源供給手段(各UPS100、200に専用に設けたコンセントに接続された電力変換機能を持つ電源装置)から供給される直流電力を用いて装置を起動した後、強制的に放電してバックアップを行う強制放電機能を持つ他、インターフェース回路108、208の入力回路及び出力回路における信号レベルを制御することにより、自装置の蓄電池部102、202での充電時に充電動作を排他的に行わせると共に、自装置の蓄電池部102、202からの放電時のバックアップ動作中ではバックアップ非動作状態の他装置における充電抑止を指示して実行させる排他充電制御機能を持つ。   In addition, the control units 107 and 207 in the UPSs 100 and 200 replace any of the battery packs 103 and 203 in the storage battery units 102 and 202 from those in a discharge end state to those in a fully charged state, and then the input voltage of the device DC power from the fully charged battery packs 103 and 203 when the battery disappears, or power supply means having an external power conversion function (power conversion connected to an outlet provided exclusively for each UPS 100, 200) In addition to having a forcible discharge function for forcibly discharging and backing up after starting the apparatus using DC power supplied from a power supply apparatus having a function, signals in the input circuits and output circuits of the interface circuits 108 and 208 By controlling the level, the charging operation is performed exclusively when charging with the storage battery unit 102, 202 of the own device Both the in backup operation during discharge from the battery portion 102, 202 of its own device has exclusive charge control function to be executed to instruct the charge suppression in the other device backup inoperative.

このUPSシステムでは、2台のUPS100、200のインターフェース回路108、208における接続をI/Oケーブル13を用いて実現しているが、ノイズ耐性向上のためには、同軸ケーブルやシールドケーブルの使用が望ましい。本ケーブルを複数本使用し、インターフェース回路108の出力回路に対してインターフェース回路208の入力回路を接続し、インターフェース回路208の出力回路に対してインターフェース回路108の入力回路を接続した構成となっている。因みに、インターフェース回路108、208の入力回路及び出力回路の具体的構成については、周知技術を適用できるために詳述しないが、フォトカプラ等を用いた絶縁回路によって構成される信号伝送系回路が適用され、制御部107、207からの信号レベルをHigh又はLowに維持するように処理する機能を有するものである。   In this UPS system, the connection between the interface circuits 108 and 208 of the two UPS 100 and 200 is realized by using the I / O cable 13, but in order to improve noise resistance, the use of a coaxial cable or a shielded cable is required. desirable. A plurality of cables are used, the input circuit of the interface circuit 208 is connected to the output circuit of the interface circuit 108, and the input circuit of the interface circuit 108 is connected to the output circuit of the interface circuit 208. . Incidentally, the specific configuration of the input circuit and output circuit of the interface circuits 108 and 208 will not be described in detail because a well-known technique can be applied, but a signal transmission system circuit constituted by an insulating circuit using a photocoupler or the like is applied. And has a function of processing so as to maintain the signal level from the control units 107 and 207 at High or Low.

即ち、UPS100、200のインターフェース回路108、208は、制御部107、207の上述した排他充電制御機能により入力回路及び出力回路がHigh又はLowに維持される。例えばUPS100における蓄電池部102が充電中であれば、インターフェース回路108の出力回路は充電又は放電中を示すLowに維持され、入力回路は充電可を示すHighに維持される。このとき、商用バイパス運転で待機状態(バックアップ非動作状態)にあるUPS200におけるインターフェース回路208の出力回路は待機中を示すHighに維持され、入力回路は充電禁止を示すLowに維持される。これに対し、UPS100における蓄電池部102が放電中である場合も同様な制御が行われ、インターフェース回路108の出力回路は充電又は放電中を示すLowに維持され、入力回路は充電可を示すHighに維持される。このとき、商用バイパス運転で待機状態にあるUPS200におけるインターフェース回路208の出力回路は待機中を示すHighに維持され、入力回路は充電禁止を示すLowに維持される。   That is, the input circuits and the output circuits of the interface circuits 108 and 208 of the UPS 100 and 200 are maintained high or low by the exclusive charge control function of the control units 107 and 207 described above. For example, when the storage battery unit 102 in the UPS 100 is being charged, the output circuit of the interface circuit 108 is maintained at Low indicating charging or discharging, and the input circuit is maintained at High indicating charging is possible. At this time, the output circuit of the interface circuit 208 in the UPS 200 in the standby state (backup non-operation state) in the commercial bypass operation is maintained at High indicating standby, and the input circuit is maintained at Low indicating charging prohibition. On the other hand, the same control is performed even when the storage battery unit 102 in the UPS 100 is discharging, the output circuit of the interface circuit 108 is maintained at Low indicating charging or discharging, and the input circuit is set to High indicating charging is possible. Maintained. At this time, the output circuit of the interface circuit 208 in the UPS 200 in the standby state in the commercial bypass operation is maintained at High indicating standby, and the input circuit is maintained at Low indicating charging prohibition.

但し、実施例1に係るUPSシステムでは、バックアップ動作上で上述したような制御部107、207による排他充電制御機能が働くことになるが、実際にはUPS100による商用系統(商用交流電源)の停電検出がUPS200よりも早い場合と遅い場合とに分けられる。   However, in the UPS system according to the first embodiment, the exclusive charging control function by the control units 107 and 207 as described above works on the backup operation, but in actuality, a power failure of the commercial system (commercial AC power source) by the UPS 100 occurs. The detection is divided into a case where the detection is earlier than the case of the UPS 200 and a case where the detection is late.

具体的に云えば、前者の場合、或る時刻に商用系統(商用交流電源)に停電が発生すると、その時点よりも幾分遅れてUPS100で停電検出され、その後にリレー(RY)101がオンからオフに切換わり、その直後に蓄電池部102から放電により直流電力を供給することでUPS100でのバックアップ動作が所定の期間で行われる。また、UPS200による商用系統(商用交流電源)の停電検出がUPS100でのバックアップの直前に行われたとすると、UPS100でのバックアップ開始後にリレー(RY)201がオンからオフに短時間切換わるが、その直後にUPS200は次にバックアップを行う旨の信号出力を行うだけで直ちにバックアップには移行せず、UPS100でのバックアップ途中にリレー(RY)201がオフからオンに切換わった状態でのUPS100でのバックアップの放電終了後の所定のタイミング(例えばUPS200での停電検出後のUPS100に係るバックアップ時間分遅延した所定時間後をトリガとし、その直後とする場合を例示できる)によりリレー(RY)201が再度オンからオフに切換わった直後に蓄電池部202から放電により直流電力を供給することでUPS200でのバックアップ動作が行われる。因みに、この動作では信号処理上でUPS100でのバックアップ動作の終了からUPS200でのバックアップ動作の開始へ移行するまでに若干のタイムラグを生じているが、実際の蓄電池部102、202の電池パック103、203から放電を行わせての負荷装置へのバックアップ動作による電力供給の継続性には支障がないものであり、負荷装置への電力供給は継続して行われるとみなして良い。その理由は、UPS100でのバックアップ動作が所定の電圧閾値よりも降下した状態で終了したとみなしても、実際には放電の過渡現象により電圧降下された状態で負荷装置側へ電力供給がパワーダウンした状態で継続されると共に、その時点以前にバックアップ動作により電力供給されていた負荷装置が最大電力を消費し続けて電力供給需要が高い状態となっている確率を極めて低いとみなせることによる。   Specifically, in the former case, when a power failure occurs in a commercial system (commercial AC power supply) at a certain time, the power failure is detected by the UPS 100 somewhat later than that point, and then the relay (RY) 101 is turned on. Then, the backup operation in the UPS 100 is performed for a predetermined period by supplying DC power from the storage battery unit 102 by discharging immediately after the switching. Further, if the power failure detection of the commercial system (commercial AC power supply) by the UPS 200 is performed immediately before the backup in the UPS 100, the relay (RY) 201 is switched from on to off for a short time after the backup in the UPS 100 is started. Immediately after that, the UPS 200 simply outputs a signal indicating that the next backup is performed, and does not immediately shift to the backup. The UPS (100) in a state where the relay (RY) 201 is switched from OFF to ON during the backup in the UPS 100. The relay (RY) 201 is reactivated by a predetermined timing after the end of the discharge of the backup (for example, a case where a predetermined time delayed by the backup time related to the UPS 100 after detection of a power failure in the UPS 200 is used as a trigger and immediately after that) Immediately after switching from on to off, the storage battery unit 202 Backup operation in UPS200 by supplying DC power by discharge is performed. Incidentally, in this operation, there is a slight time lag from the end of the backup operation in the UPS 100 to the start of the backup operation in the UPS 200 in signal processing, but the battery packs 103 of the actual storage battery units 102 and 202, The continuity of power supply by the backup operation to the load device after discharging from 203 is not hindered, and it may be considered that the power supply to the load device is continuously performed. The reason for this is that even if it is considered that the backup operation in the UPS 100 has ended in a state where the voltage drops below a predetermined voltage threshold, the power supply is actually powered down to the load device while the voltage is dropped due to a transient phenomenon of discharge. This is because the probability that the load device that has been supplied with power by the backup operation before that point in time continues to consume the maximum power and the power supply demand is high is considered to be extremely low.

これに対し、後者の場合も商用系統(商用交流電源)の停電検出がUPS200において先に行われるというだけで、その後にUPS100において停電検出されたタイミングでリレー(RY)201がオンからオフに切換わった直後に、UPS200では次にバックアップを行う旨の信号出力をやや長めに行うだけで直ちにバックアップには移行せず、動作上ではUPS100での停電検出後のリレー(RY)101の切換え、UPS100でのリレー(RY)101の切換え直後のバックアップ動作、UPS100に係るバックアップ動作中におけるUPS200でのリレー(RY)201の切換え、UPS100に係るバックアップ動作の放電終了後の所定のタイミングによるUPS200でのリレー(RY)201の再度の切換え、及びUPS200でのリレー(RY)201の再度の切換え直後のバックアップ動作がそれぞれ前者の場合と同様に行われる。即ち、UPS100による商用系統(商用交流電源)の停電検出がUPS200よりも遅い場合には、UPS200での停電検出、UPS200でのUPS100において停電検出されたタイミングでのリレー(RY)201のオンからオフに切換わった状態、並びにUPS200での次にバックアップを行う旨の信号出力状態がやや間延びして行われる点が前者の場合と相違する。   On the other hand, in the latter case, the power failure detection of the commercial system (commercial AC power supply) is performed first in the UPS 200, and the relay (RY) 201 is switched from on to off at the timing when the power failure is detected in the UPS 100 thereafter. Immediately after switching, the UPS 200 simply outputs a signal indicating that the next backup is performed for a little longer, and does not immediately shift to the backup. In operation, the switching of the relay (RY) 101 after the power failure is detected in the UPS 100, the UPS 100 Backup operation immediately after switching of the relay (RY) 101 in the UPS, switching of the relay (RY) 201 in the UPS 200 during the backup operation related to the UPS 100, relay in the UPS 200 at a predetermined timing after the discharge of the backup operation related to the UPS 100 is completed (RY) 201 again switching, Again a backup operation immediately after switching of the relay (RY) 201 in beauty UPS200 are respectively performed similarly to the former case. That is, when the power failure detection of the commercial system (commercial AC power supply) by the UPS 100 is later than the UPS 200, the power failure detection at the UPS 200, and the relay (RY) 201 at the timing when the power failure is detected at the UPS 100 at the UPS 200 is turned off. Is different from the former case in that the signal output state for performing backup next in the UPS 200 is slightly extended.

このように、実施例1に係るUPSシステムでは、UPS100による商用系統(商用交流電源)の停電検出がUPS200よりも早いか遅いかに拘らず、UPS100における蓄電池部102の電池パック103からの放電によるバックアップ動作が行われた後、継続してUPS200における蓄電池部202の電池パック203からの放電によるバックアップ動作が行われる。   As described above, in the UPS system according to the first embodiment, regardless of whether the power failure detection of the commercial system (commercial AC power supply) by the UPS 100 is earlier or later than the UPS 200, the UPS 100 is caused by the discharge from the battery pack 103 of the storage battery unit 102. After the backup operation is performed, the backup operation by discharging from the battery pack 203 of the storage battery unit 202 in the UPS 200 is continuously performed.

図2は、実施例1に係るUPSシステムの運用の様子を各UPS100、200の動作状態に応じて段階A〜D別に例示した概略図である。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the operation of the UPS system according to the first embodiment for each of the stages A to D according to the operation states of the UPSs 100 and 200.

図2を参照すれば、このUPSシステムでは、段階AにおいてUPS100が蓄電池部102の電池パック103からの放電によるバックアップ動作中にあって蓄電池部102の容量が若干目減りしており、このときにUPS200は待機(スタンバイ)状態となっており、蓄電池部202の電池パック203は満充電状態で蓄電池部202の容量が定格に維持されている様子を示している。   Referring to FIG. 2, in this UPS system, in stage A, the UPS 100 is in a backup operation by discharging from the battery pack 103 of the storage battery unit 102 and the capacity of the storage battery unit 102 is slightly reduced. Is in a standby (standby) state, and the battery pack 203 of the storage battery unit 202 is in a fully charged state and shows a state in which the capacity of the storage battery unit 202 is maintained at a rating.

次の段階Bでは、UPS100における蓄電池部102の電池パック103が放電終了となって一旦バックアップを停止してから活線保守で満(フル)充電状態のものに交換しており、このときにUPS200が蓄電池部202の電池パック203からの放電によるバックアップ動作中にあって蓄電池部202の容量が若干目減りしている様子を示している。   In the next stage B, the battery pack 103 of the storage battery unit 102 in the UPS 100 is discharged, and once the backup is stopped, the battery pack 103 is replaced with a fully charged battery by hot-line maintenance. Shows a state in which the capacity of the storage battery unit 202 is slightly reduced during a backup operation by discharging from the battery pack 203 of the storage battery unit 202.

続く段階Cでは、段階Bでの交換作業後にUPS100における装置の入力電圧が消失した状態を判定したときの制御部107の強制放電機能により蓄電池部102の交換した満充電状態の電池パック103からの放電によるバックアップ動作中にあって蓄電池部102の容量が若干目減りしており、このときにUPS200は待機(スタンバイ)状態に移行されるが、段階Bでバックアップ動作を行ったことにより蓄電池部202の容量が若干目減りしたままとなっている様子を示している。   In the subsequent stage C, from the fully charged battery pack 103 in which the storage battery unit 102 has been replaced by the forced discharge function of the control unit 107 when it is determined that the input voltage of the device in the UPS 100 has disappeared after the replacement operation in the stage B. During the backup operation by discharging, the capacity of the storage battery unit 102 is slightly reduced. At this time, the UPS 200 shifts to a standby (standby) state. It shows how the capacity remains slightly reduced.

更なる段階Dでは、段階CでUPS100が蓄電池部102の電池パック103からの放電によるバックアップ動作を継続したことにより、UPS100における蓄電池部102の容量が空になって放電終止した動作停止状態にあり、このときにUPS200における蓄電池部202の電池パック203からの放電によるバックアップ動作が行われて蓄電池部202の容量が更に目減りした様子を示している。   In the further stage D, since the UPS 100 continues the backup operation by the discharge from the battery pack 103 of the storage battery unit 102 in the stage C, the capacity of the storage battery unit 102 in the UPS 100 becomes empty and the operation is stopped. At this time, the backup operation by discharging from the battery pack 203 of the storage battery unit 202 in the UPS 200 is performed, and the capacity of the storage battery unit 202 is further reduced.

何れにしても、実施例1に係るUPSシステムでは、UPS100における蓄電池部102からの放電によるバックアップ動作が行われた後、継続してUPS200における蓄電池部202からの放電によるバックアップ動作が行われるため、占有スペースを要さず、大災害発生等で電力復旧に長時間を要する商用交流電源の電力供給停止時にも、負荷装置に対して電力供給を長時間安定して信頼性高くバックアップできるようになる。例えば電池パック103、203に用いられる蓄電池がリチウムイオン電池セルでUPSシステムの総重量が100kg程度の規模であれば、バックアップに際して1kW〜2kWの電力供給を3時間超えで継続して行うことが可能になる。   In any case, in the UPS system according to the first embodiment, after the backup operation by the discharge from the storage battery unit 102 in the UPS 100 is performed, the backup operation by the discharge from the storage battery unit 202 in the UPS 200 is continuously performed. Even when a commercial AC power supply that requires a long time for power recovery due to the occurrence of a major disaster does not require an occupied space, the power supply to the load device can be stably backed up for a long time with high reliability. . For example, if the storage battery used for the battery packs 103 and 203 is a lithium ion battery cell and the total weight of the UPS system is about 100 kg, it is possible to continuously supply 1 kW to 2 kW for over 3 hours during backup. become.

また、実施例1に係るUPSシステムでは、各UPS100、200における蓄電池部102、202は、装置入出力に対してそれぞれDC−DCコンバータ105、205によって電気的に絶縁されているため、電池パック103、203の何れかが寿命劣化や故障による放電終了状態に至って交換が必要になっても、活線保守によりシステム動作を停止させることなく電池パック103、203を容易にして安全に満充電状態のものに交換することができる。更に、このときに各UPS100、200における制御部107、207の強制放電機能により、装置の入力電圧が消失した状態を判定すると、交換した満充電状態の電池パック103、203からの直流電力、或いは外部の電力変換機能を持つ電源供給手段から供給される直流電力を用いて強制的に放電してバックアップを行うため、システム動作がダウンされることなく、活線保守に際して安定性良くパック電池103、203を交換することができる。   In the UPS system according to the first embodiment, the battery units 102 and 202 in the UPSs 100 and 200 are electrically insulated from each other by DC-DC converters 105 and 205 with respect to the input / output of the device. , 203 even if the battery has reached the end of discharge due to a life deterioration or failure and needs to be replaced, the battery packs 103 and 203 can be easily and safely charged without stopping the system operation by hot-line maintenance. Can be exchanged for something. Furthermore, if it is determined at this time that the input voltage of the apparatus has disappeared by the forced discharge function of the control units 107 and 207 in each UPS 100 and 200, the DC power from the replaced battery packs 103 and 203 in a fully charged state, or In order to perform backup by forcibly discharging using DC power supplied from a power supply means having an external power conversion function, the battery pack 103, with good stability during hot-line maintenance, without system operation being down, 203 can be exchanged.

加えて、実施例1に係るUPSシステムでは、各UPS100、200における制御部107、207の排他充電制御機能で装置同士を接続したインターフェース回路108、208の入力回路及び出力回路の信号レベルを制御することにより、自装置における蓄電池部102、202での充電動作を排他的に制御すると共に、自装置での蓄電池部102、202からの放電によるバックアップ動作中では他装置の充電動作を抑止するため、従来技術(特許文献1)のように一斉充電が行われて電力超過によりブレーカ(BRK)11がトリップ(遮断)されて充電が安定して行われなくなるような事態も起こらず、活線保守に際して充放電機能に支障を来すことなく安全に蓄電池部102、202におけるパック電池103、203を安定性良く交換できるようになる。   In addition, in the UPS system according to the first embodiment, the signal levels of the input circuits and the output circuits of the interface circuits 108 and 208 connected to each other are controlled by the exclusive charge control function of the control units 107 and 207 in each UPS 100 and 200. In order to exclusively control the charging operation in the storage battery units 102 and 202 in the own device, and to suppress the charging operation of other devices during the backup operation by the discharge from the storage battery units 102 and 202 in the own device, As in the prior art (Patent Document 1), simultaneous charging is performed and the breaker (BRK) 11 is tripped (cut off) due to excess power and charging is not stably performed. The battery packs 103 and 203 in the storage battery units 102 and 202 can be stably stabilized without hindering the charge / discharge function. Well it will be able to exchange.

その他、実施例1に係るUPSシステムにおける各UPS100、200の各部構成については、既存の装置環境や設備を根本的に変更することなく、必要とされる機能構成を選択してリニューアルすれば、最小限の導入費用で適用して同等な処理機能を持たせ、同等な作用効果を奏する構成とすることも可能である。   In addition, regarding the configuration of each of the UPS 100 and 200 in the UPS system according to the first embodiment, if the required functional configuration is selected and renewed without fundamentally changing the existing device environment and equipment, the minimum It can be applied at a limited introduction cost so as to have an equivalent processing function and to have an equivalent effect.

図3は、本発明の実施例2に係るUPSを3台カスケード接続したUPSシステムの概略構成を示した外観斜視図である。   FIG. 3 is an external perspective view showing a schematic configuration of a UPS system in which three UPSs according to Embodiment 2 of the present invention are cascade-connected.

図3を参照すれば、実施例2に係るUPSシステムは、3台のUPS100、200、300をカスケード接続して商用交流電源10とこれにより電力供給される負荷装置12との間に介在接続して構成され、各UPS100、200、300において、実施例1で説明した場合と同様に、入出力端子間に設けられたリレーの切換え動作を利用して商用交流電源10の負荷装置12に対する通常時の電力供給時に内蔵する蓄電池部での充電を行い、商用交流電源10の電力供給停止時に蓄電池部から負荷装置12に対して放電して電力供給をバックアップする機能を持つ常時商用タイプである他、ここでも商用系統側のUPS100における入力側にブレーカ(BRK)11が設けられている。   Referring to FIG. 3, in the UPS system according to the second embodiment, three UPSs 100, 200, and 300 are cascade-connected to be connected between the commercial AC power supply 10 and the load device 12 to which power is supplied. In each UPS 100, 200, 300, as in the case described in the first embodiment, the normal operation for the load device 12 of the commercial AC power supply 10 is performed using the switching operation of the relay provided between the input and output terminals. In addition to being a regular commercial type that has a function to back up the power supply by discharging the storage device from the storage battery unit when the power supply of the commercial AC power supply 10 is stopped, Again, a breaker (BRK) 11 is provided on the input side of the UPS 100 on the commercial system side.

実施例2に係るUPSシステムの場合、各UPS100、200、300の基本構成はインターフェース回路の接続関係、並びにそれによる制御部による排他充電制御機能による信号レベルの制御に係る細部を除けば、実施例1の場合と同様であるため、細部構成の参照符号は省略して相違する箇所について説明する。   In the case of the UPS system according to the second embodiment, the basic configuration of each UPS 100, 200, 300 is the embodiment except for the connection relationship of the interface circuit and the details related to the control of the signal level by the exclusive charge control function by the control unit. Since it is the same as the case of 1, the reference numerals of the detailed configuration are omitted, and different points will be described.

図4は、実施例2に係るUPSシステムの各UPS100、200、300におけるインターフェース回路間における入出力の接続関係を例示した概略図である。   FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an input / output connection relationship between interface circuits in the UPS 100, 200, and 300 of the UPS system according to the second embodiment.

図4を参照すれば、UPS100のインターフェース回路の出力回路OUTはI/Oケーブル13を用いてUPS200のインターフェース回路の入力回路の一部IN0とUPS300のインターフェース回路の入力回路の一部IN0とに接続され、UPS200のインターフェース回路の出力回路OUTは同様なI/Oケーブル13を用いてUPS100のインターフェース回路の入力回路の一部IN0とUPS300のインターフェース回路の入力回路の他部IN1とに接続され、UPS300のインターフェース回路の出力回路OUTは同様なI/Oケーブル13を用いてUPS100のインターフェース回路の入力回路の他部IN1とUPS200のインターフェース回路の入力回路の他部IN1とに接続されている。   Referring to FIG. 4, the output circuit OUT of the interface circuit of the UPS 100 is connected to the part IN0 of the input circuit of the interface circuit of the UPS 200 and the part IN0 of the input circuit of the interface circuit of the UPS 300 using the I / O cable 13. The output circuit OUT of the interface circuit of the UPS 200 is connected to a part IN0 of the input circuit of the interface circuit of the UPS 100 and the other part IN1 of the input circuit of the interface circuit of the UPS 300 by using the same I / O cable 13. The output circuit OUT of the interface circuit is connected to the other part IN1 of the input circuit of the interface circuit of the UPS 100 and the other part IN1 of the input circuit of the interface circuit of the UPS 200 using the same I / O cable 13.

図5は、このようなインターフェース回路間における入出力の接続関係で商用交流電源10側のUPS100の制御部による排他的充電制御を行う場合の信号レベルの制御を説明するための図であり、同図(a)は商用交流電源10側のUPS100の蓄電池部が充電中の場合に関する図、同図(b)は商用交流電源10側のUPS100の蓄電池部が放電中の場合に関する図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining signal level control when exclusive charge control is performed by the control unit of the UPS 100 on the commercial AC power supply 10 side in such an input / output connection relationship between the interface circuits. The figure (a) is a figure regarding the case where the storage battery part of UPS100 by the side of commercial AC power supply 10 is charging, The figure (b) is the figure regarding the case where the storage battery part of UPS100 by the side of commercial AC power supply 10 is discharging.

図5(a)を参照すれば、UPS100における蓄電池部が充電中であれば、インターフェース回路の出力回路OUTは充電又は放電中を示すLowに維持され、入力回路の一部IN0及び他部IN1は充電可を示すHighに維持される。このとき、商用バイパス運転で待機状態にあるUPS200、300におけるインターフェース回路の出力回路OUTは待機中を示すHighに維持され、入力回路の一部IN0は充電禁止を示すLowに維持され、入力回路の他部IN1は充電可のHighに維持される。因みに、インターフェース回路の入力回路では、反転処理機能を持つため、他部IN1を充電可のHighとしても結果的には一部IN0又は他部IN1の何れか一方がLowであれば充電禁止を示すLowとして処理される。   Referring to FIG. 5A, when the storage battery unit in the UPS 100 is being charged, the output circuit OUT of the interface circuit is maintained at Low indicating charging or discharging, and a part IN0 and the other part IN1 of the input circuit are It is maintained at High indicating that charging is possible. At this time, the output circuit OUT of the interface circuit in the UPS 200, 300 in the standby state in the commercial bypass operation is maintained at High indicating standby, and a part of the input circuit IN0 is maintained at Low indicating charging prohibition. The other part IN1 is maintained at a chargeable high level. Incidentally, since the input circuit of the interface circuit has an inversion processing function, even if the other part IN1 is set to be chargeable High, as a result, if either one of the parts IN0 or the other part IN1 is Low, charging is prohibited. Processed as Low.

図5(b)を参照すれば、UPS100における蓄電池部が放電中である場合も同様な制御が行われ、インターフェース回路の出力回路OUTは充電又は放電中を示すLowに維持され、入力回路の一部IN0及び他部IN1は充電可を示すHighに維持される。このとき、商用バイパス運転で待機状態にあるUPS200、300におけるインターフェース回路の出力回路OUTは待機中を示すHighに維持され、入力回路の一部IN0は充電禁止を示すLowに維持され、入力回路の他部IN1は充電可のHighに維持される。ここでもインターフェース回路の入力回路の反転処理機能により、他部IN1を充電可のHighとしても結果的には充電禁止を示すLowとして処理される。   Referring to FIG. 5B, the same control is performed even when the storage battery unit in the UPS 100 is discharging, and the output circuit OUT of the interface circuit is maintained at Low indicating charging or discharging, and the input circuit The part IN0 and the other part IN1 are maintained at High indicating that charging is possible. At this time, the output circuit OUT of the interface circuit in the UPS 200, 300 in the standby state in the commercial bypass operation is maintained at High indicating standby, and a part of the input circuit IN0 is maintained at Low indicating charging prohibition. The other part IN1 is maintained at a chargeable high level. Here again, due to the inversion processing function of the input circuit of the interface circuit, the other portion IN1 is processed as “Low” indicating that charging is prohibited even if the other portion IN1 is “High” that can be charged.

実施例2に係るUPSシステムにおいても、UPS100による商用系統(商用交流電源)の停電検出がUPS200、300よりも早い場合や遅い場合に拘らず、UPS100における蓄電池部からの放電によるバックアップが行われた後、継続してUPS200、300における蓄電池部からの放電によるバックアップが順次行われる機能を構築できるため、増設分のUPS300の存在により実施例1に係るUPSシステムよりも長時間(例えば24時間程度)バックアップに際して電力供給を継続して行うことが可能になり、その他の点については同等な作用効果を奏するものとなる。   Even in the UPS system according to the second embodiment, the UPS 100 was backed up by the discharge from the storage battery unit regardless of whether the power failure detection of the commercial system (commercial AC power supply) was earlier or slower than the UPS 200, 300. After that, it is possible to construct a function in which backups are sequentially performed by discharging from the storage battery unit in the UPS 200, 300, so that the UPS system 300 for an additional time is longer than the UPS system according to the first embodiment (for example, about 24 hours). It becomes possible to continue power supply at the time of backup, and the other effects are equivalent.

尚、実施例1に係るUPSシステムは2台のUPS100、200をカスケード接続した構成、実施例2に係るUPSシステムは3台のUPS100、200、300をカスケード接続した構成を説明したが、4台以上のUPSをカスケード接続してUPSシステムを構成することも可能である。また、こうした場合の各UPSが備えるインターフェース回路間の通信はI/Oケーブル13を用いて接続して有線式で行う以外、I/Oケーブル13を使用せずに無線式で送受信させる構成にすることも可能である。このように、本発明のUPSは、構成上で種々変更することが可能であるため、各実施例で開示した形態に限定されない。   The UPS system according to the first embodiment has a configuration in which two UPS 100, 200 are cascade-connected, and the UPS system according to the second embodiment has a configuration in which three UPS 100, 200, 300 are cascade-connected. It is also possible to configure a UPS system by cascading the above UPSs. In addition, communication between the interface circuits included in each UPS in such a case is configured to transmit and receive wirelessly without using the I / O cable 13 other than connecting by using the I / O cable 13 and performing wired communication. It is also possible. As described above, since the UPS of the present invention can be variously changed in configuration, it is not limited to the form disclosed in each embodiment.

10 商用交流電源
11 ブレーカ(BRK)
12 負荷装置
13 I/Oケーブル
100、200、300 UPS(無停電電源装置)
101、201 リレー(RY)
102、202 蓄電池部
103、203 電池パック
104、204 電力変換部
105、205 DC−DCコンバータ
106、206 インバータ
107、207 制御部
108、208 インターフェース回路
10 Commercial AC power supply 11 Breaker (BRK)
12 Load device 13 I / O cable 100, 200, 300 UPS (uninterruptible power supply)
101, 201 Relay (RY)
102, 202 Storage battery unit 103, 203 Battery pack 104, 204 Power conversion unit 105, 205 DC-DC converter 106, 206 Inverter 107, 207 Control unit 108, 208 Interface circuit

Claims (3)

商用交流電源と当該商用交流電源により電力が供給される負荷装置との間に介在接続される常時商用タイプの無停電電源装置であって、
前記商用交流電源から前記負荷装置に対し電力が供給される通常時において充電され、前記商用交流電源からの電力供給の停止時に前記負荷装置に対して放電する蓄電池を複数個直並列接続して構成された電池パックを複数並列接続して構成される蓄電池部と、
前記商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換して当該蓄電池部へ供給することで充電を行うと共に、当該蓄電池部からの直流電力を交流電力に変換して当該負荷装置へ供給することで放電を行う電力変換部と、
前記蓄電池部及び前記電力変換部に係る充放電の動作を制御する制御部と、を備え、
前記電力変換部は、前記蓄電池部での直流電圧よりも高い電圧に昇圧して内部の高圧直流路へ出力すると共に、当該高圧直流路に供給される高圧な直流電圧を当該蓄電池部での当該直流電圧に降圧して当該蓄電池部へ出力する双方向型のDC−DCコンバータと、前記高圧直流路と前記商用交流電源との間に接続されると共に、前記蓄電池部への充電時には当該商用交流電源からの前記交流電力を当該高圧直流路へ向けて電力変換して前記直流電力とした上で前記DC−DCコンバータへ出力し、当該蓄電池部からの放電時には当該高圧直流路での前記直流電力を前記交流電力へと変換して前記負荷装置へ供給する双方向型のインバータと、から構成され、
前記DC−DCコンバータには、前記高圧直流路側と前記蓄電池部側とを電気的に絶縁する機能を有する高周波トランスが用いられ、
前記蓄電池部は、前記複数の並列接続された電池パックが装置入出力に対してそれぞれ前記DC−DCコンバータによって電気的に絶縁されており、前記制御部による当該電池パックの使用状態を監視した結果に応じて実施する活線保守時の当該電池パックの何れかに対する交換時の挿抜が可能であり、
前記制御部は、前記DC−DCコンバータ及び前記インバータにおける双方向伝送の動作を制御し、前記電池パックの何れかを放電終止状態のものから満充電状態のものへ交換した後、装置の入力電圧が消失した状態での当該交換した満充電状態の電池パックからの直流電力、又は外部の電力変換機能を持つ電源供給手段から供給される直流電力を用いて装置を起動した後、強制的に放電してバックアップを行う強制放電機能を持つ
ことを特徴とする無停電電源装置。
An uninterruptible power supply of a commercial type that is connected and connected between a commercial AC power supply and a load device to which power is supplied by the commercial AC power supply,
A plurality of storage batteries that are charged in a normal time when power is supplied from the commercial AC power source to the load device and are discharged to the load device when power supply from the commercial AC power source is stopped are connected in series and parallel. A storage battery unit configured by connecting a plurality of battery packs connected in parallel;
Charging by converting AC power from the commercial AC power source to DC power and supplying it to the storage battery unit, and by converting DC power from the storage battery unit to AC power and supplying it to the load device A power converter for discharging,
A control unit for controlling the operation of charging and discharging according to the storage battery unit and the power conversion unit,
The power conversion unit boosts the voltage to a voltage higher than the DC voltage in the storage battery unit and outputs the voltage to an internal high-voltage DC path, and outputs a high-voltage DC voltage supplied to the high-voltage DC path in the storage battery unit. A bidirectional DC-DC converter that steps down to a DC voltage and outputs it to the storage battery unit is connected between the high-voltage DC path and the commercial AC power source, and the commercial AC unit is charged when charging the storage battery unit. The AC power from the power supply is converted into the DC power by converting the AC power to the high-voltage DC path, and then output to the DC-DC converter. When discharging from the storage battery unit, the DC power in the high-voltage DC path A bidirectional inverter that converts the AC power into the alternating current power and supplies it to the load device,
The DC-DC converter uses a high-frequency transformer having a function of electrically insulating the high-voltage DC path side and the storage battery unit side,
In the storage battery unit, the plurality of parallel-connected battery packs are electrically insulated from the input / output of the device by the DC-DC converter, respectively, and a result of monitoring the use state of the battery pack by the control unit Can be inserted or removed when replacing any of the battery packs during hot-line maintenance according to
The control unit controls the bi-directional transmission operation in the DC-DC converter and the inverter, and after replacing any of the battery packs from a discharge end state to a fully charged state, the input voltage of the device After starting the device using DC power from the fully charged battery pack that has been replaced or DC power supplied from a power supply means having an external power conversion function, the battery is forcibly discharged. And has a forced discharge function to perform backup ,
An uninterruptible power supply.
請求項1記載の無停電電源装置において、In the uninterruptible power supply according to claim 1,
前記蓄電池には、リチウムイオン電池セルが用いられたことを特徴とする無停電電源装置。An uninterruptible power supply, wherein a lithium ion battery cell is used for the storage battery.
請求項1又は2に記載の無停電電源装置の複数台をカスケード接続して構成されると共に、前記商用交流電源側の装置における入力側に停電状態での当該商用交流電源への逆潮流を防止するリレー機能のブレーカが設けられた無停電電源装置システムであって、A plurality of uninterruptible power supply devices according to claim 1 or 2 are connected in cascade, and a reverse power flow to the commercial AC power supply in a power failure state is prevented on the input side of the commercial AC power supply device. An uninterruptible power supply system provided with a relay function breaker,
前記複数台の無停電電源装置は、装置同士を前記カスケード接続するためのインターフェース回路を備え、The plurality of uninterruptible power supply devices include an interface circuit for cascading devices together,
前記制御部は、前記インターフェース回路の入力回路及び出力回路における信号レベルを制御することにより、自装置の前記蓄電池部での充電時に充電動作を排他的に行わせると共に、自装置の当該蓄電池部からの放電時のバックアップ動作中ではバックアップ非動作状態の他装置における充電抑止を指示して実行させる排他充電制御機能を持つことを特徴とする無停電電源装置システム。The control unit controls a signal level in the input circuit and the output circuit of the interface circuit, so that the charging operation is performed exclusively during charging in the storage battery unit of the own device, and from the storage battery unit of the own device. An uninterruptible power supply system having an exclusive charge control function for instructing and executing charging suppression in other devices in a backup non-operating state during a backup operation at the time of discharging.
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