JPH0279732A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は無停電電源装置にかかり、特にバッテリの充電
状態を監視する診断装置に関するものである。

（従来の技術） 無停電電源装置の一般的な構成を第３図に示す。

第３図において、無停電電源袋Ｗ（以下ＵＰＳと呼ぶ）
は、交流電源ｌからの交流電力を直流電力に変換する交
流−直流変換器としての整流器２と、バッテリ３および
バッテリ３に直列接続された逆流防止用のダイオード４
から成る直流電源５と、バッテリ３を充電する充電器６
と、整流器２および直流電源５から供給される直流電力
を交流電力に変換する直流−交流変換器としてのトラン
ジスタインバータ７とから構成されている。

このＵＰＳにおいて、交流電源１が正常な場合には電力
は下記のように流れる。

すなわち、交流電源１からの交流電力は整流器２によっ
て交流−直流変換され、変換された直流電力の大部分は
トンジスタインバータフによって再び交流電力に変換さ
れて負荷（図示せず）に供給され、整流器２からの直流
電力の一部は、バッテリ３を充電する充電器６を介して
バッテリ３に供給される。

通常は交流電源１の電力を負荷に供給しながら同時にバ
ッテリ３を充電して停電に備えている。

充電器６としては常時所定の電圧をバッテリ３に印加す
る浮動充電方式が一般に採用されている。

第４図はバッテリの充電状態の一例を示すもので、バッ
テリがｎ個直列接続されたときのバッテリの特性は下記
のようになる。

個々のバッテリの端子電圧をＶ　Ｂ　ｋ　ｖ起電力をＥ
ｋ、内部抵抗をｒｔ　（ｋ＝１．”’＋　ｎ）とすると
。

充電器６の出力電圧ＶＣＨＧと充電電流Ｉ　Ｃ）ＩＧと
の関係は ＝＝　ＲＸ　Ｉ　ｃｎａ＋Ｅ　　　　　　　　−■ぞれ
全体の内部抵抗および起電力である。

通常ＵＰＳ運転中には浮動充電が行われ、ＩＣ１（Ｇは
微小であるため、従来はバッテリ３の端子電圧あるいは
充電器６の出力電圧ＶＣＮＧを計測することによって起
電力Ｅを推定し、推定した起電力Ｅに基づいてバッテリ
３の保守点検を行っている。

近年はバッテリ３として、メンテナンスフリーの小形の
シール形鉛蓄電池を使用することが多くなってきている
が、シール形鉛蓄電池はバッテリの単体保守、例えば電
解液の補充などの必要がないので所定の期間を設定して
定期的にバッテリの交換を行っている。

上述のように、従来のバッテリの保守点検では、バッテ
リの状態を把握するために、ＵＰＳを長時間停止させて
バッテリ単体の点検を実施するか、或いは交換時期を設
定して一括して定期的にバッテリの全数交換を行ってい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記の前者の場合はバッテリの不良などに
よって、内部抵抗が増加すると充電器の出力電圧の場合
の測定のみではバッテリの起電力は正確に推定できず、
従ってこの場合にはＵＰＳ運転を中止して充電器をバッ
テリから切離し、充電電流を零にして各バッテリの端子
電圧を測定する必要がある。しかしこのようにしても、
バッテリの内部抵抗の微妙な変化を正確に把握すること
は困難である。

また後者の場合のように所定の期間を決めてバッテリを
全数交換するのでは、バッテリの寿命に至る前に交換し
たり、バッテリの交換が遅れて無停電電源としての機能
を発揮できないことがある。

本発明は上記問題点を考慮してなされたもので、簡単な
構成で常時ＵＰＳに設けられたバッテリの状態を正確に
把握して定期的にバッテリの状態を確認し、バッテリが
所定状態に達するとこれを外部へ知らせることによって
バッテリの保守・点検の自動化、省力化を可能とする合
理的な無停電電源装置を提供することを目的としている
。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用） 上記の目的を達成するために本発明の無停電電源装置は
、バッテリを一時的に放電させる放電手段と、この放電
手段を制御する放電制御手段と、放電手段によるバッテ
リ放電時における直流電源の状態を検出してバッテリの
状態を推定する状態推定手段と、この状態推定手段から
出力信号と設定された基準信号とを比較してバッテリの
状態の異常を検出し、外部へ警報する異常検出警報手段
と上記状態推定手段を一定の時間間隔で作動させるタイ
マとを備え、これによってバッテリ充電中の端子電圧だ
けでなく、実際にバッテリを放電させたときのバッテリ
の端子電圧および放ｆｌ！電流とそれらの時間的変化を
検出し、この検出結果からバッテリの起電力および内部
抵抗を演算してバッテリの状態を推定し、推定したバッ
テリ状態を基にバッテリの寿命および異常を把握して外
部へ警報を出力する。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図に示す。

第１図において、無停電電源装置（ＵＰＳ）は、交流電
源１からの交流電力を直流電力に変換する交流−直流変
換器としての整流器２と、バッテリ３およびこれに直列
接続された逆流防止用のダイオード４を有する直流回路
５と、外部操作信号Ａおよび内部操作信号Ｂによって接
点１４．１５．１６をオンオフ制御する接点操作回路１
７と、ｂ接点１５を介して接続され、バッテリ３を充電
する充電器６と、ａ接点１４を介して接続されるバッテ
リ３の第１の放電用負荷１９と、ａ接点１６を介して接
続されるバッテリ３の第２の放電用負荷２０と、整流器
２および直流回路５からの直流電力を入力する直流−交
流変換器としてのトランジスタインバータ７と、接点操
作回路１７を一定の時間間隔で作動させる信号を出力す
るタイマ回路２７から構成されている。

また、バッテリ３には、その端子電圧を検出する電圧検
出器２２、充電・放電電流を検出する電流検出器２３が
接続され、さらに電圧検出器２２および電流検出器２３
からの出力信号を用いてバッテリ３の内部抵抗や起電力
を算出する演算回路２４、演算回路２４からの出力信号
とあらかじめ設定された基準とを比較してバッテリ３の
状態を判断する判定回路２５と、この判定回路２５から
の出力信号によって外部ヘバッテリ３の状態を伝える警
報回路２６が設けられている。

バッテリ３の保守・点検時には、外部操作信号Ａまたは
内部操作信号Ｂを接点操作回路１７へ入力し、またタイ
マ回路２７から定時的に操作信号を接点操作回路１７へ
入力・する。

接点操作回路１７は演算回路２４に取り込まれているバ
ッテリ３の端子電圧あるいは充電電流を入力し、あらか
じめ設定されている基準と比較してバッテリ１２が完全
充電にあるかどうかを判断し、接点１４ヘオン信号を出
力するかどうかを決定する。

バッテリ３が判断上完全充電状態にない場合。

つまりバッテリ３の端子電圧が基準以下であるかまたは
バッテリ３の充電電流が基準以上である場合には、外部
操作信号Ａ、内部操作信号Ｂ、または定時操作信号が入
力されても、それをキャンセルするかあるいは完全充電
状態になるまでオン信号を待機させておく。

なおバッテリ３の完全充電状態のチエツクは、前回の停
電から復電までの所要時間によって判断する。

バッテリ３が完全充電状態であると接点操作回路１７が
判断すると、接点操作回路１７は、接点１４および１５
ヘオンおよびオフ信号を出方し、第１の放電用負荷１９
をバッテリ３に接続すると同時に充電器６をバッテリ３
から切り離す。

またａ接点１４がバッテリ３に接続された後、バッテリ
３の過渡的応答が安定するまで所定期間遅延してバッテ
リ３端子電圧および放電電流がそれぞれ電圧検出器２２
および電流検出器２３によって検出され、検出値（ｖｘ
、　１．）が演算回路２４へ出力される。

接点操作回路１７は次にａ接点１６にオン信号を出力し
、接点１６を閉じて第２の放電用抵抗２ｏを投入し、第
１の放電用負荷１９をバッテリ３に接続したときと同様
に所定期間遅延してバッテリ３の端子電圧および放電電
流を検出し、その検出値（Ｖ、。

Ｉ２）を演算回路２４へ出力する。

演算回路２４では検出値Ｖ、、ｖａｔ　Ｉｔ、Ｉｓを入
力し、これらに基づいて下記の０式および（へ）式の演
算を行ってバッテリの起電力Ｅおよび内部抵抗Ｒを求め
る。

すなわちバッテリ３の起電力をＥ、内部抵抗をＲとする
と、 Ｅ−Ｒ１，＝Ｖ、　　　　　　　　・−（１）Ｅ−ＲＩ
、＝Ｖ、　　　　　　　・・・■となり、■、■式より として起電力Ｅおよび内部抵抗Ｒが求められる。

この場合、第１の放電用負荷１９および第２の放電用負
荷２０の抵抗値が既知であれば、それぞれの抵抗値をＲ
□、Ｒイとすると、 または Ｖ、　＝　Ｒ，・工、　　　　　　　・・・■Ｖ、＝（
Ｒ，＋Ｒ２）　・Ｌ　　　　　・（ｓ）となり、■、０
式または■、（８）式を■、（イ）式に代入することに
よってバッテリ３の端子電圧または放電電流のうちどち
らか一方の値がなくても、起電力Ｅおよび内部抵抗Ｒが
算出できる。従ってこの場合は電圧検出器２２または電
流検出器２３のどちらか一方を設けるだけでよい。

演算回路２４で算出されたバッテリ３の起電力Ｅおよび
内部抵抗Ｒは判定回路２５に入力され、あらかじめ判定
回路２５内に設定されたバッテリ３の固有データとして
の完全充電時におれる起電力および内部抵抗の各許容値
Ｅ、、　Ｒ，と比較され、Ｅ≧Ｅ、　　　　　　　　・
・・■ Ｒ≦Ｒ６・・・（１０） であればバッテリ正常でかつ完全充電状態にあると判定
される。

また長期間使用後のバッテリ３の起電力および内部抵抗
の許容値をそれぞれＥ□、Ｒ□として設定しておき、前
記の検出値Ｅ、Ｒと比較し、Ｅ≧Ｅ１　　　　　　　　
　・・・（１１）Ｒ≦Ｒ１・・・（１２） を満足しているか否かを判定する。

すなわち上記（１１）式、　（１２）式の両方を満たし
ていればバッテリ３は正常であると判断され、また上記
（１２）式を満たしていないときは、バッテリ３の内部
抵抗が異常に増加したとして、バッテリ３が異常である
と判断し、上記（１１）式を満たしていないときはバッ
テリ３の寿命がきたものと判断する。

さらにバッテリ３の残存容量については、■）式を満た
している場合の容量を１００％として（１１）式を満た
さなくなるまでの関係をあらかじめ設定しておき、バッ
テリ３の起電力からバッテリ３の残存容量を算出する。

以上のようにして判定回路２５はバッテリ３の状態を判
断する。

警報回路２６は１判定回路２５の判断結果に基づいて外
部に対してバッテリ３の交換が必要なことを知らせる。

さらにバッテリ３の寿命までいかないときでも現状容量
の推移によって容量の減少を予測し、バッテリ３の交換
時期を外部へ伝えたり、現状の負荷におけるバックアッ
プ時間を伝えたりする機能や、また外部とのインタフェ
ースによって外部負荷側にて事前に処理を停止させる機
能を付加する　・こともできる。

本発明の他の実施例を第２図に示す。

第２図に示す実施例は、第１図の実施例におけるタイマ
回路２７として外部負荷８側にある既設のタイマ回路を
使用したものであり、外部負荷８とのインタフェース２
８を介してＵＰＳ内にタイマ回路２７の信号をとり込む
と共に、インタフェース２８を介して警報回路２６の信
号を外部負荷に出力する。

外部負荷としてはコンピュータ機器に限らず。

監視装置など産業機器の場合も同様に適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば無停電電源装置の電
源となるバッテリの充電状態を無停電電源装置の運転・
停止にかかわらず検出でき、これによってバッテリの保
守・点検の省力化と自動化が可能となり、さらに無停電
電源装置のバッテリの残存容量に応じて事前に負荷の処
理を停止させることが可能となり、これによって無停電
電源装置の信頼性を向上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第３図は無停電電源装置
の一般的な構成図、第４図は無停電電源装置のバッテリ
の充電状態を示す等価回路図である。 １・・・交流電源　　　　２・・・整流回路３・・・バ
ッテリ　　　　４・・・ダイオード５・・・直流回路　
　　　６・・・充電器７・・・トランジスタインバータ
　８・・・外部負荷１４、１５．１６・・・接点　　１
７・・・接点操作回路１９、２０・・・放電用負荷　２
２・・・電圧検出器２３・・・電流検出器　　　２４・
・・演算回路２５・・・判定回路　　　　２６・・・警
報回路２７・・・タイマ回路　　　２８・・・インタフ
ェース代理人　弁理士　猪股祥晃（ほか１名）第１図 笥　２　図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電源を整流した直流電源に充電器を介して充電され
   るバッテリを並列接続した無停電電源装置において、上
   記バッテリを定期的に充電器から切離して放電用負荷を
   接続する放電回路と、上記放電回路の電圧および電流か
   ら所定の演算式を用いてバッテリの起電力と内部抵抗を
   推定する演算回路と、上記演算回路の演算結果をあらか
   じめ設定した基準値と比較してバッテリの放電状態を判
   定する判定回路と、上記判定回路の判定結果を外部へ報
   知する警報回路を備えたことを特徴とする無停電電源装
   置。