CN106464006B - 不间断供电电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的不间断供电电源装置(10)包括：与从外部电源(20)向负载装置(30)供电的电源线(21)并联连接的输入输出端子(11)；额定电压是与外部电源(20)的电压(V1)相同的电压的电池单元(12)；将外部电源(20)的电压(V1)转换成相当于电池单元(12)的额定电压与电池单元(12)的充电电压的差分的电压(V3)的DC/DC转换器(13)；以外部电源(20)的电压(V1)与DC/DC转换器(13)的输出电压(V3)相加后的电压对电池单元(12)进行充电的充电电路(14)；以及在外部电源(20)停电时通过输入输出端子(11)从电池单元(12)向负载装置(30)放电的放电电路(15)。

Description

不间断供电电源装置
技术领域
本发明涉及不间断供电电源装置。
背景技术
不间断供电电源装置是如下的电源装置：在由于停电等导致成为无法从外部电源向负载装置提供电力的状态时，为了使负载装置的动作继续，从已预先充电的充电电池向负载装置提供电力。不间断供电电源装置的充电电池在通常时一般用外部电源的电力进行充电。作为用于不间断供电电源装置的充电电池的一个示例，已知有例如镍氢充电电池等碱性充电电池。
碱性充电电池根据其性质，需要以高于额定电压的电压进行充电。但是一般在不间断供电电源装置中，碱性充电电池的额定电压与外部电源的电压相同。因此，仅利用外部电源的电力无法将碱性充电电池充电至充满电的状态。
因此，已知有具备对外部电源的电压进行升压的辅助电源(DC/DC转换器)的不间断供电电源装置。更具体而言，在碱性充电电池充电时，用辅助电源对外部电源的电压进行升压，用该升压后的电压对碱性充电电池进行充电。由此，即使是额定电压与外部电源的电压相同的碱性充电电池，也能以高于额定电压的电压对该碱性充电电池进行充电直至充满电状态。此外，虽然不是不间断供电电源装置，但作为使用了辅助电源的技术的一个示例，已知有如下电动机控制装置：在电动机的电力需求临时增加时，通过辅助电源使能提供给电动机的电力量增加(例如参照专利文献1)。
但是存在以下问题：用辅助电源对外部电源的电压进行升压并以该升压后的电压对碱性充电电池进行充电的现有技术在充电时会产生较大的电力损耗。此外，上述的现有技术中，由于该电力损耗导致的辅助电源发热有时会在不间断供电电源装置的可靠性等方面成为问题。对于上述的问题，例如已知有如下的充电控制装置：在对包含串联连接的多个单位电池的充电电池进行充电时，进行将该多个单位电池的一部分选择性地连接至功率转换器的分段充电控制(例如参照专利文献2)。该进行分段充电控制的充电控制装置对构成充电电池的多个单位电池选择性地进行充电，因此能够使用更小型的功率转换器。由此，进行分段充电控制的充电控制装置能够减小功率转换器的电力损耗，因此能够降低功率转换器的发热。
现有技术文献
专利文献
特許文献1:日本专利特开2013-110899号公报
专利文献2：日本专利特开2009-296820号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，进行上述分段充电控制的充电控制装置采用的是对构成充电电池的多个单位电池选择性地进行充电的时分充电，因此将充电电池充电至充满电状态可能需要较长的时间。
本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的是提供一种发热较少且能在短时间内进行充电的不间断供电电源装置。
解决技术问题的技术方案
<本发明的第1方式>
本发明第1方式的不间断供电电源装置包括：输入输出端子，该输入输出端子与从外部电源向负载装置供电的电源线并联连接；电池单元，该电池单元的额定电压是与所述外部电源的电压相同的电压；电压转换装置，该电压转换装置将所述外部电源的电压转换成相当于所述电池单元的额定电压与所述电池单元的充电电压的差分的电压；充电电路，该充电电路以所述外部电源的电压与所述电压转换装置的输出电压相加后的电压对所述电池单元进行充电；以及放电电路，该放电电路在所述外部电源停电时，通过所述输入输出端子从所述电池单元向所述负载装置放电。
此处，电池单元的充电电压是高于电池单元的额定电压的电压，是将电池单元充电至充满电状态所需要的电压。另一方面，外部电源的电压是与电池单元的额定电压相同的电压。因此，不能仅用外部电源的电压对电池单元进行充电。
电压转换装置将外部电源的电压转换成相当于电池单元的额定电压与电池单元的充电电压的差分的电压。而且，充电电路以外部电源的电压与电压转换装置的输出电压相加后的电压对电池单元进行充电。由此，由于能够以电池单元的充电电压对电池单元进行充电，因此不需要像以往那样进行时分充电控制。因而，能够在短时间内将电池单元充电至充满电状态。
而且，在本发明中，电压转换装置将外部电源的电压转换成相当于电池单元的额定电压与电池单元的充电电压的差分的电压，因此与对外部电源的电压进行升压的现有技术相比，能够大幅地减少由电压转换装置所产生的电力损耗。由此，与以往相比能够大幅地减少电压转换装置的发热。
由此，根据本发明的第1方式，能够获得以下作用效果：能够提供一种发热较少且能在短时间内进行充电的不间断供电电源装置。
<本发明的第2方式>
本发明第2方式的不间断供电电源装置包括：输入输出端子，该输入输出端子与从外部电源向负载装置供电的电源线并联连接；电池单元，该电池单元包含串联连接的第1电池组以及第2电池组，并且该电池单元的额定电压是与所述外部电源的电压相同的电压；电压转换装置，该电压转换装置将所述外部电源的电压转换成相当于所述电池单元的额定电压与所述电池单元的充电电压的差分的电压；充电电路，该充电电路以所述电压转换装置的输出电压对所述第一电池组进行充电，并以所述外部电源的电压对所述第二电池组进行充电；以及放电电路，该放电电路在所述外部电源停电时，通过所述输入输出端子从所述电池单元向所述负载装置放电。
电压转换装置将外部电源的电压转换成相当于电池单元的额定电压与电池单元的充电电压的差分的电压。而且充电电路以电压转换装置的输出电压对第一电池组进行充电，并以外部电源的电压对第二电池组进行充电。由此，能够对电池单元的第一电池组以及第二电池组以各自的充电电压(高于额定电压的电压)进行充电。而且，第一电池组的充电与第二电池组的充电能够并行地同时进行，因此不需要像以往那样进行时分充电控制。因而，能够在短时间内将电池单元充电至充满电状态。
而且，在本发明中，电压转换装置将外部电源的电压转换成相当于电池单元的额定电压与电池单元的充电电压的差分的电压，因此与对外部电源的电压进行升压的现有技术相比，能够大幅地减少由电压转换装置所产生的电力损耗。由此，与以往相比能够大幅地减少电压转换装置的发热。
由此，根据本发明的第2方式，能够获得以下作用效果：能够提供一种发热较少并且能在短时间内进行充电的不间断供电电源装置。
发明效果
根据本发明，能够提供一种发热较少且能在短时间内进行充电的不间断供电电源装置。
附图说明
图1是图示出本发明所涉及的不间断供电电源装置的第1实施例的电路图。
图2是图示出本发明所涉及的不间断供电电源装置的第2实施例的电路图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式，参照附图进行说明。
此外，本发明并不特别限定于以下说明的实施例，当然在权利要求的范围内所记载的发明的范围内能进行各种变形。
<第1实施例>
对于本发明的第1实施例，参照图1进行说明。
图1是图示出本发明所涉及的不间断供电电源装置10的第1实施例的电路图。
不间断供电电源装置10是如下的电源装置：在由于停电等导致成为不能从外部电源20向负载装置30提供电力的状态时，为了使负载装置30的动作继续，向负载装置30提供电力。
第1实施例的不间断供电电源装置10包括输入输出端子11、电池单元12、DC/DC转换器13、充电电路14、放电电路15、以及控制装置16。
输入输出端子11与从外部电源20向负载装置30提供电力的电源线21并联地连接。此处，外部电源20是例如将商用交流电转换成电压V1的直流电的电源装置。此外，负载装置30是在电压V1的直流电下进行动作的电子设备。
电池单元12是额定电压与外部电源20的电压V1相同的电池电源。电池单元12包括通过将镍氢充电电池等碱性充电电池串联或并联地连接来构成的电池组120。此外电池单元12包含对电池组120的电压及温度进行检测的电路(未图示)。
作为“电压转换装置”的DC/DC转换器13将外部电源20的电压V1转换成相当于电池单元12的额定电压和电池单元12的充电电压的差分的电压V3。更具体而言，DC/DC转换器13是将外部电源20的电压V1降压至电压V3的输入输出绝缘性的降压型DC/DC转换器。DC/DC转换器13的输入侧中，+端子连接至输入输出端子11，－端子接地。此外，DC/DC转换器13的输出侧中，+端子连接至充电电路14的开关SW1的一端侧，－端子连接至输入输出端子11。
充电电路14包含开关SW1、二极管D1。更具体而言，充电电路14中，开关SW1的一端侧连接至DC/DC转换器13的输出侧的+端子，开关SW1的另一端侧连接至二极管D1的阳极。二极管D1的阴极连接至电池单元12的正极端子。在上述的结构的充电电路14中，通过将开关SW1导通，从而以外部电源20的电压V1与DC/DC转换器13的输出电压V3相加后的电压对电池单元12进行充电。
放电电路15包含开关SW2、二极管D2。更具体而言，放电电路15中，开关SW2的一端侧连接至电池单元12的正极端子，开关SW2的另一端侧连接至二极管D2的阳极。二极管D2的阴极连接至输入输出端子11。上述的结构的放电电路15通过在外部电源停电时将开关SW2导通，从而能够通过输入输出端子11从电池单元12向负载装置30放电。
控制装置16是公知的微机控制装置。控制装置16基于电池单元12的电压V2、温度等，执行开关SW1及开关SW2的导通/截止等控制。
接着对于第1实施例的不间断供电电源装置10的动作，接着参照图1进行说明。
通常时即在从外部电源20向负载装置30供电的状态下，控制装置16利用外部电源20的电力将电池单元12充电至充满电状态。更具体而言，通过将开关SW1导通、将开关SW2截止，从而以外部电源20的电压V1与DC/DC转换器13的输出电压V3相加后的电压对电池单元12进行充电(符号A)。然后，在充电单元12被充电至充满电状态后，将开关SW1截止。另一方面，控制装置16通过在停电时将开关SW2导通，从而通过输入输出端子11将电池单元12的电力向负载装置30放电(符号B)。
电池单元12的充电电压是高于电池单元12的额定电压的电压，是将电池单元12充电至充满电状态所需要的电压。如上所述，DC/DC转换器13的输出电压V3相当于电池单元12的额定电压与电池单元12的充电电压的差分。此外，电池单元12的额定电压是与外部电源20的电压V1相同的电压。
例如将额定电压为1.35V的镍氢充电电池的电池单位充电至充满电状态所需要的充电电压为大约1.5V。此处将外部电源20的电压V1设为54V。此外将40个额定电压为1.35V的镍氢充电电池的电池单位串联连接，从而构成额定电压与外部电源20的电压V1相同即54V的电池单元12。此时，将电池单元12充电至充满电状态所需要的充电电压为约60V(1.5V×40)。因而将DC/DC转换器13的输出电压V3设为约6V即可。
本发明所涉及的不间断供电电源装置10通过将开关SW1导通，从而以该充电电压(电压V1+V3)对充电单元12进行充电，因此能将电池单元12充电至充满电状态。由此本发明所涉及的不间断供电电源装置10由于不需要像以往那样进行时分充电控制，因此能够在短时间内将电池单元12充电至充满电状态。
此外DC/DC转换器13将外部电源20的电压V1降压至相当于电池单元12的额定电压和电池单元12的充电电压的差分的电压V3。因此，本发明所涉及的不间断供电电源装置10与将外部电源20的电压V1升压的现有技术相比，能够大幅地减少由DC/DC转换器13产生的电力损耗。由此，本发明所涉及的不间断供电电源装置10能够比以往更加大幅地减少DC/DC转换器13的发热。
由此根据本发明，能够提供一种发热较少且能在短时间内进行充电的不间断供电电源装置10。
<第2实施例>
对于本发明的第2实施例，参照图2进行说明。
图2是图示出本发明所涉及的不间断供电电源装置10的第2实施例的电路图。
第2实施例的不间断供电电源装置10与第1实施例相同，包括输入输出端子11、电池单元12、DC/DC转换器13、充电电路14、放电电路15、以及控制装置16。而且，第2实施例的不间断供电电源装置10中，电池单元12的结构与充电电路14的结构与第1实施例不同。除上述以外的结构要素与第1实施例相同，因此对于相同的结构要素标注相同的符号并省略详细的说明。
第2实施例的电池单元12包含串联连接的第1电池组121及第二电池组122，额定电压是与外部电源20的电压V1相同的电压。在第2实施例中，第一电池组121的电压与第二电池组122的电压相加后的电压成为电池单元12的电压V2。
第2实施例的充电电路14中，除了开关SW1、二极管D1以外，还包括开关SW3和二极管D3。更具体而言，充电电路14中，开关SW1的一端侧连接至DC/DC转换器13的输出侧的+端子，开关SW1的另一端侧连接至二极管D1的阳极。二极管D1的阴极连接至第一电池组121的正极端子。DC/DC转换器13的输出侧的－端子连接至第一电池组121的负极端子。此外，充电电路14中，开关SW3的一端侧连接至输入输出端子11，开关SW3的另一端侧连接至二极管D3的阳极。二极管D3的阴极连接至第二电池组122的正极端子。
上述结构的充电电路14能以DC/DC转换器13的输出电压V3对第一电池组121进行充电，并能够以外部电源20的电压V1对第二电池组122进行充电。更具体而言，充电电路14通过将开关SW1导通，从而以DC/DC转换器13的输出电压V3对第一电池组121进行充电。此外，充电电路14通过将开关SW3导通，从而以外部电源20的电压V1对第二电池组122进行充电。
通常时即在从外部电源20向负载装置30供电的状态下，控制装置16利用外部电源20的电力将电池单元12充电至充满电状态。更具体而言，通过将开关SW1及开关SW3导通，将开关SW2截止，从而以DC/DC转换器13的输出电压V3对第一电池组121进行充电(符号C)，以外部电源20的电压V1对第二电池组122进行充电(符号D)。然后，在第一电池组121被充电至充满电状态后，将开关SW1截止。而且在第二电池组122被充电至充满电状态后，将开关SW3截止。另一方面，控制装置16通过在停电时将开关SW2导通，从而通过输入输出端子11将电池单元12的电力向负载装置30放电(符号E)。
例如将额定电压为1.35V的镍氢充电电池的电池单位充电至充满电状态所需要的充电电压为大约1.5V。此处将外部电源20的电压V1设为54V。此外将40个额定电压为1.35V的镍氢充电电池的电池单位串联连接，从而构成额定电压与外部电源20的电压V1相同即54V的电池单元12。此时，将电池单元12充电至充满电状态所需要的充电电压为约60V(1.5V×40)。因而将DC/DC转换器13的输出电压V3设为约6V即可。
而且，电池单元12的第一电池组121若通过将4个额定电压为1.35V的镍氢充电电池的电池串联连接来构成，则其额定电压为5.4V。此外，电池单元12的第二电池组122若通过将剩余的36个镍氢充电电池的电池串联连接来构成，则其额定电压为48.6V。将额定电压为5.4V的第一电池组121充电至充满电状态所需要的充电电压为6V(1.5V×4)，因此能够以DC/DC转换器13的输出电压V3(约6V)充电至充满电状态。此外，将额定电压为48.6V的第二电池组122充电至充满电状态所需要的充电电压为54V(1.5V×36)，因此能够与第一电池组121的充电并行地同时以外部电源20的电压V1(约54V)充电至充满电状态。
由此，第二实施例的不间断供电电源装置10通过将开关SW1及开关SW3导通，从而能够将第一电池组121及第二电池组122以各自的充电电压(比额定电压更高的电压)进行充电。而且，第一电池组121的充电与第二电池组122的充电能够并行地同时进行。由此本发明所涉及的不间断供电电源装置10由于不需要像以往那样进行时分充电控制，因此能够在短时间内将电池单元12充电至充满电状态。
此外，DC/DC转换器13将外部电源20的电压V1降压至相当于电池单元12的额定电压和电池单元12的充电电压的差分的电压V3。因此，本发明所涉及的不间断供电电源装置10与将外部电源20的电压V1升压的现有技术相比，能够大幅地减少由DC/DC转换器13产生的电力损耗。由此，本发明所涉及的不间断供电电源装置10能够比以往更加大幅地减少DC/DC转换器13的发热。
由此根据本发明，能够提供一种发热较少并能在短时间内进行充电的不间断供电电源装置10。
标号说明
10 不间断供电电源装置
11 输入输出端子
12 电池单元
13 DC/DC转换器
14 充电电路
15 放电电路
16 控制装置
20 外部电源
21 电源线
30 负载装置

Claims (2)

1.一种不间断供电电源装置，其特征在于，包括：
输入输出端子，该输入输出端子与从外部电源向负载装置供电的电源线并联连接；
电池单元，该电池单元的额定电压是与所述外部电源的电压相同的电压；
电压转换装置，该电压转换装置的输入侧的+端子和输出侧的－端子连接至所述输入输出端子，且该电压转换装置的输入侧的－端子接地，所述电压转换装置将所述外部电源的电压转换成相当于所述电池单元的额定电压与所述电池单元的充电电压的差分的电压并经由输出侧的+端子输出至充电电路；
所述充电电路，该充电电路连接至所述电池单元，当所述充电电路导通时，以所述外部电源的电压与所述电压转换装置的输出电压相加后的电压对所述电池单元进行充电；以及
放电电路，该放电电路在所述外部电源停电时，通过所述输入输出端子从所述电池单元向所述负载装置放电。
2.一种不间断供电电源装置，其特征在于，包括：
输入输出端子，该输入输出端子与从外部电源向负载装置供电的电源线并联连接；
电池单元，该电池单元包含串联连接的第1电池组以及第2电池组，并且该电池单元的额定电压是与所述外部电源的电压相同的电压；
电压转换装置，该电压转换装置的输入侧的+端子和输出侧的－端子连接至所述输入输出端子，且该电压转换装置的输入侧的－端子接地，所述电压转换装置将所述外部电源的电压转换成相当于所述电池单元的额定电压与所述电池单元的充电电压的差分的电压并经由输出侧的+端子输出至充电电路；
所述充电电路，该充电电路连接至所述电池单元，当所述充电电路导通时，以所述电压转换装置的输出电压对所述第1电池组进行充电，并以所述外部电源的电压对所述第2电池组进行充电；以及
放电电路，该放电电路在所述外部电源停电时，通过所述输入输出端子从所述电池单元向所述负载装置放电。
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