JPS598131B2 - 過放電検出機能と接続不良検出機能とを備えた蓄電池式非常時用電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は停電時に負荷へ給電するための蓄電池式非常用
電源装置、とくに蓄電池の過放電検出機能と接続不良検
出機能とを備えた蓄電池式非常時用電源装置に関するも
のである。

交流電源電圧を整流し、その整流出力で蓄電池をトリク
ル充電しておき、交流電源停電時に、蓄電池の出力を負
荷へ供給する方式の蓄電池式非常時用電源装置はすでに
知られている。

かかる電源装置は常々は給電せず、まれに起こる交流電
源停電時にのみ給電の用に供されるものであるために、
その信頼性が問題となる。本発明はＮゲートサイリスタ
と定電圧ダイオードとその他の部品を組み込み、蓄電池
電圧の過少と蓄電池接続の不良を検知するようにしたも
のである。

ます、第１図の回路を利用して説明する。図中のｅは交
流電源である。この交流電源電圧はトランスＴｒで降圧
され、ダイオードＤで整流される。これによる整流出力
は充電抵抗Ｒ＿ｏを介して蓄電池Ｅへ送られ、これをト
リクル充電する。Ｓは電源スイッチあるいは点検スイッ
チ、Ｒ＿ｙはリレー、ａとｂはリレーＲ＿ｙの接点、Ｃ
ｎはコネクタ、Ｌは負荷である。常々は接点ａ側が閉じ
ているが、交流電源ｅが停電し、あるいはスイッチＳが
開路すると、リレーＲ＿ｙが作動し、接点ａが開らいて
接点ｂが閉じるので、蓄電池Ｅの出力が負荷Ｌへ送られ
、この負荷Ｌを稼動する運びとなる。Ｒ＿１とＲ＿２は
蓄電池Ｅ（７）電圧を分圧するための抵抗で、そのうち
の抵抗Ｒ＿１の方の分圧電圧がＮゲートサイリスタＱの
ゲート・カソード間へ印加される。

また、蓄電池Ｅ（７）電圧は少なくとも、抵抗Ｒ＿３を
通して定電圧ダイオードＺＤへ印加される。定電圧ダイ
オードＺＤの両端に発生する電圧はＮ２ゲートサイリス
タＱのアノード・カソード間に印加される。ＡｒはＮゲ
ートサイリスタＱのカソード側に、それと直列に挿置さ
れた警報器であつて、この実施例では発光ダイオードが
用いられている。次にいくつかのパターンに分け、Ｎゲ
ートサイリスタＱをめぐる動作状況について説明する。
（１）蓄電池Ｅの電圧が正常で、コネクタＣｎの接続も
良好なとき。このときには定電圧ダイオードＺＤによつ
て作られるＮゲートサイリスタＱのアノード電位に対し
、蓄電池Ｅの分圧電圧に相当するＮゲートサイリスタＱ
のゲート電位が優勢であるためにＮゲートサイリスタＱ
はまつたく導通せず、発光ダイオードＡｒは光らない。

この間の事情はリレーＲｙの動作状況の如何にかかわり
なく同一である。（２）蓄電池Ｅの電圧が過少で、コネ
クタＣｎの接続が良好なとき。

このときにはＮゲートサイリスタＱのゲート電位がその
アノード電位を下回わり、かつその差電圧がＮゲートサ
イリスタＱのオフセツト電圧に達するために、アノード
からゲートヘゲート電流が流れ、ＮゲートサイリスタＱ
は導通する。

これにともない、Ｅ−Ｃｎ−Ｒ３−Ｑ−Ａｒ−Ｃｎ−Ｅ
の回路に直流電流が流れ、発光ダイオードＡｒは発光す
る。（３） リレーＲｙに電圧が検出され、コネクタＣ
ｎの接続が不良なとき。

ここにいうコネクタＣｎの接続不良とは、接続忘れ、な
いしは接続操作が悪く実際にはそこが開路している状態
を指す。

したがつて、このままに放置され易く、また現に放置し
た場合には、万一の停電時に非常時用電源としての用を
なさず、また自己放電により蓄電池Ｅを駄目にする。さ
て、このときには抵抗Ｒｌ，Ｒ２の両端に整流出力電圧
がほぼそのレベルのまま印加することとなり、したがつ
て、その瞬時値は蓄電池Ｅの電圧よりも下がる時期があ
るので、前記２項と同様な事情により、発光ダイオード
Ａｒは点灯する。なお、このための条件については後に
説明する。（４）蓄電池Ｅの良否を知りたいとき。

このときには次の手順を踏めばよい。

（イ）少なくとも一定時間の間、第１図の回路状態に保
持しておき、蓄電池Ｅを満充電させる。（口）スイツチ
Ｓを開らき、蓄電池Ｅを負荷Ｌへ接続する。これによる
放電を一定の間、継続させる。（ハ）前記（ロ）の期間
が経過した段階で、スイツチＳを閉じ、それ以上の過放
電を防止する。また、発光ダイオードＡｒの点灯状況を
確任し、点灯していれば蓄電池Ｅの寿命が尽き、点灯し
ていなければ継続使用がまだ可能というように判定する
。これは蓄電池寿命の簡易判定法に相当するものであり
、基本的にはすでに確立されている手段である。（５）
発光ダイオードＡｒを未点灯の状態に戻したいとき。

すでに述べた（２），（３），（４）項の事情によつて
点灯した発光ダイオードＡｒをもとの未点灯状態に戻し
、警報機構をりセツトするときには次のように操作すれ
ばよい。

すなわち、スイツチＳを開らき、コネクタＣｎを切断す
る。これにより、発光ダイオードＡｒが消灯する。次に
所要レベルの端子電圧を示す蓄電池ＥをコネクタＣｎで
接続する。最後に、スイツチＳを閉じる。これにより、
ＮゲートサイリスタＱは非導通状態に保持され、待機の
状況にセツトされる。話は前記（３）項目のところに戻
るが、コネクタＣｎの接続不良を検知することは次の理
由により重要である。

それは、非常用電源装置を設置し、交流電源ｅを接続す
るまでは蓄電池Ｅの放電を防止する意味でコネクタＣｎ
を切断しておくことがあり、交流電源接続後におけるこ
のコネクタＣｎの連結を失念しやすいためである。そこ
で、第１図のものによつて、コネクタＣｎの接続不良を
検知し、表示することが望まれるのであるが、実際によ
く調べてみると、この接続不良がうまく検出されないこ
とがある。それは次のような事情によるためである。第
１図において、コネクタＣｎの連結が切れている場合に
は、抵抗Ｒｌ，Ｒ２の両端に第６図のｏのような整流出
力電圧があられれ、ＮゲートサイリスタＱのゲートには
それと相似のＶ２のような分圧電圧が印加する。

一方、定電圧ダイオードＺＤにはその設定電圧１が確立
するまでの間、すなわち図のθの期間には整流出力電圧
。がそのまま印加するので、定電圧ダイオードＺＤの電
圧波形は最終的には図のＶ１のようになる。このＶ１は
ＮゲートサイリスタＱのアノード電位と一致するので、
そのアノード・ゲート間に順方向へ加わる電圧は１から
Ｖ２を差し引いた図のＶ３に相当する値を示す。図の３
はアノード・ゲート関に印加する電圧Ｖ３の正のピーク
値を示すものである。ここで問題となるのはこのピーク
値３がＮゲートサイリスタＱのオフセツト電圧を越える
かどうかである。もし越えなければＮゲートサイリスタ
Ｑが導通しないので、前記（３）項目に示したコネクタ
Ｃｎの接続不良を検出できないこととなり、具合が悪い
。ピーク置３があられれるのは整流出力電圧ＶＯの瞬時
値が定電圧ダイオードＺＤの設定電圧１の値に上昇した
ときである。

このときにはＮゲートサイリスタＱのアノード電位は１
の値を示す。一方、このときのゲート電位はこの，を抵
抗Ｒｌ，Ｒ２で分圧した電圧に相当するので、以上の両
者の差をとることによつてピーク値３を計算することが
できる。ただし、ｒ１は抵抗Ｒ１の抵抗値、Ｒ２は抵抗
Ｒ２の抵抗値である。

ところで、ＮゲートサイリスタＱのオフセツト電圧を２
とすると、３〉２であればＮゲートサイリスタＱが導通
するので、このための条件は次のようになる。ここで、
第１図のものの部品仕様を例示する。

定電圧ダイオードＺＤの設定電圧１は３．３、Ｎゲート
サイリスタＱのオフセツト電圧２は０．４５、抵抗Ｒ１
の抵抗値ｒ１は２２ＫΩである。ここで前記の条件式よ
りＲ２〉３．５ＫΩの結果を得る。実際には、抵抗Ｒ２
のこの抵抗値Ｒ２を６．５ＫΩに定める。蓄電池Ｅは４
セル形のもので、その定格電圧は４，８である。ここで
、（Ｖ１−２）（ｒ１＋Ｒ２）÷ｒ１の値を求めると３
．７゛となるので、蓄電池Ｅの電圧が３．７にまで低下
したおりにＮゲートサイリスタＱは導通する。これは１
セル当り０．９３に相当する。なお、Ｎゲートサイリス
タＱのオフセツト電圧２にはバラツキがあり、０．４〜
０．５の値をとるのでＲ２〉４ＫΩでなければならない
がＲ２を６．５ＫΩな゛いしはその前後の値に定めてお
けば、この条件を充分にクリアーするので、コネクタＣ
ｎの接続不良を検出することが可能となる。第６図に示
すように、整流出力電圧。

の最小値は雰であつて、前記設定電圧，を下回わる。こ
の条件を満足させるための特別な工夫は不要であるが、
かりに第１図回路の整流出力端に平滑用コンデンサを接
続すると、整流出力電圧Ｖ。に相当する電圧の最小値が
コネクタＣｎＯ接続不良時に高い値を示すので、接続不
良を表示できなくなる。第２図の実施例は定電圧ダイオ
ードＺＤを抵抗Ｒ３を介し、さらに充電抵抗Ｒ。

を経由して蓄電池Ｅへ接続したものである。このうちの
、充電抵抗ＲＯを経由するという点がこの実施例の特徴
である。しかして、それ以外の構成は第１図のものとま
つたく同じであり、ほぼ同様に動作する。強いていえば
、第１図に関して指摘した、コネクタＣｎの接続不良を
検出するための条件式は充電抵抗ＲＯの抵抗値Ｒ。。を
加味してと書き改められるべきであるが、充電抵抗Ｒ。

の抵抗値Ｒ。としては例えば５０Ω程度の低い値が使わ
れるので、それを抵抗Ｒ２の抵抗値Ｒ２に対し無視して
も実用上は差支えがない。第３図の実施例は定電圧ダイ
オ―ドＺＤ、発光ダイオードＡｒならびに抵抗Ｒ１を特
にリレー接点ａをを介して蓄電池Ｅへ接続したものであ
る。

この実施例においては、交流電源ｅが停電したとき、あ
るいはスイツチＳを開らいたときにリレー接点ａが開放
するので、蓄電池Ｅに係わる異常検知機能は働かない。
しかし、交流電源ｅが正常であり、かつスイツチＳを閉
じたときに、その検知機能が回復するので問題はない。
発光状態にある発光ダイオードＡｒを消す１こめにはス
イツチＳを一時的に開放すればよい。これにともない、
整流出力電圧が一時的に消失し、またリレーＲｙ（７）
作用でリレー接点ａが開らき、蓄電池Ｅの出力も一時的
に跡絶えるので、ＮゲートサイリスタＱは非導通状態を
回復し、発光ダイオードＡｒも消灯する。したがつて、
第１図に関し、前記５項目のところで述べた操作よりも
簡単である。次に第４図に示す実施例について説明する
。

この実施例はコンデンサＣ１とダイオードｄと抵抗Ｒ４
を加え、これらにりセツト機能をもたせたものである。
発光ダイオード，〜ｒが点灯している状況のもとでスイ
ツチＳを一時的に開路してやると、リレーＲｙの作用で
リレー接点ｂが閉じ、Ｃ１−ｄの回路でＱ−Ａｒが短絡
される。これにより、Ｑ一Ａｒの電流が一時的に跡絶え
、ＮゲートサイリスタＱが非導通に転するので、発光ダ
イオードＡｒは消灯する。リレー接点ｂが開らいた図示
の状態ではコンデンサＣ，の電荷が抵抗Ｒ４を通して放
電し、次のりセツト動作を持つ態勢ができあがる。ダイ
オードｄの役目はＣ，として電解コンデンサの使用を可
能ならしめることである。したがつて、ダイオードｄの
挿置を見合わせればＣ１として電解コンデンサは使えな
くなるが、そのかわり、抵抗Ｒ３に生ずる電圧が負荷側
を通してコンデンサＣ１に印加し、これを逆充電するの
で、ＮゲートサイリスタＱｌ（７）通電を遮断する効果
は倍化する。また、ダイオードａがない場合には抵抗Ｒ
４を省略しても差支えない。第４図において、Ｉｎはイ
ンバータ、ｅは放電灯である。この両者は蓄電池Ｅの負
荷となるものである。ａ′とｂ′もリレーＲｙの接点で
、常々は接点ａ′の方が閉じ、停電時には接点ｂ′の方
が閉じる。Ｂは交流電源ｅで放電灯ｅを点灯する折に用
いる安定器である。第５図の実施例は第４図のものに、
コンデンサＣ２とコンデンサＣ３を加えたものである。

一方のコンデンサＣ２はＮゲートサイリスタＱのアノー
ド・ゲート間に接続され、ＮゲートサイリスタＱの動作
を安定させる。もう一方のコンデンサＣ３は抵抗Ｒ１と
並列に接続され、ＮゲートサイリスタＱの誤動作を防止
する。すなわち、蓄電池Ｅの出力でインバータＩｎが稼
動している状況のもとでは、インバータＩｎから高周波
成分が帰還し、それがＮゲートサイリスタＱのゲートへ
達するので、コンデンサＣ３によつてそれを平滑し、Ｎ
ゲートサイリスタＱに及ぼす影響を排除するのである。
このコンデンサＣ３の容量は例えば０．００６８μＦで
あり、抵抗Ｒ，の抵抗値ｒｌを２２ＫΩとすると、その
間の時定数は０．１５×１０−３となる。すでに説明し
たように、本発明はＮゲートサイリスタ、定電圧ダイオ
ード、抵抗等の部品を付加し、かつその間の定数を規定
したものである。これによれば、蓄電池電圧の過少、な
らびに蓄電池接続の不良を的確に検出することが可能で
あり、信頼件の向土に寄与する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明のそれぞれ異なつた実施例を示
す回路図、第６図は動作説明用の波形図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源電圧を整流し、整流出力電圧Ｖ＿０で蓄電
   池をトリクル充電し、交流電源停電時に蓄電池の出力を
   負荷へ供給するものにおいて、蓄電池の電圧を抵抗Ｒ＿
   １とＲ＿２とで分圧し、抵抗Ｒ＿１の側の分圧電圧をＮ
   ゲートサイリスタのゲート・カソード間に印加し、一方
   、蓄電池の電圧を抵抗Ｒ＿３を介して定電圧ダイオード
   に印加し、定電圧ダイオードの電圧を前記Ｎゲートサイ
   リスタのアノード・カソード間に印加し、定電圧ダイオ
   ードの設定電圧Ｖ＿１とＮゲートサイリスタのオフセッ
   ト電圧Ｖ＿２と抵抗Ｒ＿１の抵抗値ｒ＿１と抵抗Ｒ＿２
   の抵抗値ｒ＿２との間に、Ｖ＿１ｒ＿２÷（ｒ＿１＋ｒ
   ＿２）＞Ｖ＿２の関係を定め、前記整流出力電圧Ｖ＿０
   の最小値が前記設定電圧Ｖ＿１を下回わるように定め、
   Ｎゲートサイリスタの導通により蓄電池電圧の過少およ
   び蓄電池接続の不良を表示させることを特徴とした過放
   電検出機能と接続不良検出機能とを備えた蓄電池式非常
   時用電源装置。