CN113169581A - 不间断电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够延长蓄电池更换周期的不间断电源装置。本发明的具有蓄电池的不间断电源装置，其特征在于，以蓄电池工作后的蓄电池充电率高于蓄电池安装时的蓄电池充电率的方式进行工作。

Description

不间断电源装置

技术领域

本发明涉及不间断电源装置。

背景技术

不间断电源装置通过将主电源设为工频交流电源，且将备用电源设为蓄电池，在主电源停电时，对蓄电池进行升压、直流交流转换，从而继续进行向负载的供电。该不间断电源装置中，在蓄电池能够向负载持续供电的时间即停电补偿时间成为标称时间以下的情况下，进行蓄电池更换。蓄电池更换需要由用户或维护服务在不间断电源装置的使用中途定期地进行。

不间断电源装置具有从主电源向蓄电池的充电功能。现有的不间断电源装置使用恒压恒流充电方式。恒压恒流充电方式中，进行充电至蓄电池电压成为期望的恒压。蓄电池随着使用经过时间，劣化发展且有效容量降低，因此，通过随着蓄电池劣化发展而切换充电模式，能够比恒压恒流充电方式延长蓄电池更换周期。

作为不间断电源装置中的针对上述问题点的对策，已知有以下的方式。专利文献1在说明书段落0004和0007中示出，具有计测从使用开始时起的经过时间，随着经过时间进展，提高向锂离子二次电池的充电电压的充电控制装置，在锂离子二次电池的使用开始初期，防止相对于停电补偿时间的要求所需要以上的过量充电。

专利文献2中，当基于蓄电池使用时间和温度、地域的数据的劣化判断部进行劣化判断时，切换向蓄电池的充电控制，尽可能确保备用时间，同时抑制蓄电池的劣化发展。

专利文献3中，根据蓄电池的放电深度不同，将区域分类成第一放电区域、第二放电区域的两个区域，在容易局部过放电的第一放电区域，切换对蓄电池的放电控制，对放电率设置限制，来抑制蓄电池的劣化发展。

在任意的专利文献中，作为锂离子蓄电池劣化抑制技术，均通过根据劣化判断算法或时间进展进行充放电控制的切换，来防止必要以上的蓄电池劣化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005－278334号公报

专利文献2：日本特开2017－168328号公报

专利文献3：日本特开2014－216266号公报

发明内容

发明所要解决的问题

根据上述专利文献的劣化防止对策，因为蓄电池的充电电压被固定，所以在蓄电池使用初期会促进必要以上的劣化发展。另外，在蓄电池寿命期内，有效容量降低，因此，不能确保停电补偿时间。作为结果，存在蓄电池更换周期会变短之类的课题。

据此，本发明的目的在于，提供能够延长蓄电池更换周期的不间断电源装置。

用于解决问题的技术方案

如上，在本发明中，“一种具有蓄电池的不间断电源装置，其特征在于：以蓄电池工作后的蓄电池充电率高于蓄电池安装时的蓄电池充电率的方式进行工作。”。

另外，本发明中，“一种从交流电源和蓄电池对负载进行供电并从交流电源对蓄电池进行充电的不间断电源装置，其特征在于，包括：求取蓄电池的蓄电池充电率的蓄电池监视装置；和控制对负载的供电并控制对蓄电池的充放电的控制装置，控制装置使得以蓄电池工作后的蓄电池充电率高于蓄电池安装时的蓄电池充电率的方式进行工作。”。

发明效果

根据本发明，能够延长不间断电源装置的蓄电池更换周期。

附图说明

图1是表示本发明的不间断电源装置的一例的概略图。

图2是表示随着蓄电池的劣化发展而容量维持率降低的一例的示意图。

图3是表示劣化发展(横轴)、蓄电池充电率(纵轴)、蓄电池有效容量的关系的示意图。

图4是表示在蓄电池使用中途使充电率进行N次上升的情况的有效电容的示意图。

图5是表示本发明的实施例的蓄电池充电模式的切换方法的示意图。

图6是选择普通模式时的显示示意图。

图7是选择寿命延长模式时的显示示意图。

图8是表示根据蓄电池劣化发展程度进行充电率上升的一例的流程图。

图9是表示决定寿命延长模式的停电补偿时间所需要的放电深度的一例的流程图。

具体实施方式

以下，使用附图详细地说明本发明的不间断电源装置的实施例。

实施例1

图1是表示本发明的不间断电源装置的一例的概略图。首先，使用图1对本发明的不间断电源装置的结构和其动作的一例进行说明。

不间断电源装置127与由主交流电源101和旁路交流电源102构成的两个以上的交流电源和蓄电池105连接，从它们向负载装置112供电。此外，主交流电源101和旁路交流电源102的主电源可以是不同的***，也可以是相同***。

具体而言，图1的不间断电源装置从主交流电源101经由主交流电源输入开关103、正向电力转换器(整流器)108、直流电源(直流电路)130、反向电力转换器(逆变器)109、交流输出开关121与负载装置112连接。另外，从旁路交流电源102经由旁路交流输入开关104、交流半导体开关111与负载装置112连接。另外，从蓄电池105经由蓄电池105与不间断电源装置127之间的开关106、107、双向直流转换器110、直流电路130、反向电力转换器109、交流输出开关121与负载装置112连接。

上述主电路结构的不间断电源装置127被控制装置120控制。控制装置120进行的交流电源侧控制如下进行。首先，在主交流电源101的电压及频率为正常范围内的情况下，将主交流电源输入开关103设为导通状态。同样，控制装置120在旁路交流电源102的电压及频率为正常范围内的情况下，将旁路交流输入开关104设为导通状态。

另外，控制装置120对正反向的电力转换器108、109、以及交流半导体开关111发挥作用。由此，主交流电源101通过正向电力转换器108的交流直流转换而转换为直流电源130，直流电源130通过反向电力转换器109的直流交流转换，再次转换为交流电源。因此，交流输出129能够通过将主交流电源输入开关103与交流输出开关121设为导通状态，而从主交流电源101得到。另外，交流输出129通过将旁路交流输入开关104与交流半导体开关111设为导通状态，能够不经由正反向的电力转换器108、109而从旁路交流电源102得到。交流输出129通过瞬时切换交流半导体开关111与交流输出开关121的导通状态，能够无瞬断继续供电。因此，负载装置112不管不间断电源装置127的运转状态如何，均能够继续动作。

控制装置120进行的蓄电池侧控制如下进行。在蓄电池侧控制中，利用双向直流转换器110控制蓄电池105的充放电。蓄电池105利用正向电力转换器108及直流转换器110从直流电源130进行充电。另外，通过蓄电池105的放电，经由直流转换器110及反向电力转换器109向负载装置112供电。主交流电源101受到停电或干扰时，不间断电源装置127的控制装置120停止正向电力转换器108，然后，通过蓄电池105的蓄电电力，能够维持向负载装置112的供电状态。

不间断电源装置127的上述工作由控制装置120和蓄电池监视装置126实现。接着，使用图1对本发明的不间断电源装置127的控制装置120和蓄电池监视装置126进行说明。

不间断电源装置127的控制装置120作为代表性的控制输入，具备下面的输入。

图1中，这些输入是来自交流电源输入电压检测器113、主交流电源输入电流检测器114、旁路交流电源输入电压检测器115、输出交流电压检测器116、输出交流电流检测器117、与不间断电源装置的控制相关的蓄电池电压检测器118、与不间断电源装置的控制相关的蓄电池电流检测器119的检测信号。并且，是由蓄电池监视装置126与不间断电源装置127的接口得到的输入信号128。

另外，蓄电池监视装置126作为代表性的控制输入而具备下面的输入。但是，蓄电池105由串联或串并联地连接的多个单元蓄电池构成，例如在具有m组单元蓄电池的情况下，各组单元蓄电池中的电池电压和电流被取入蓄电池监视装置126。它们例如在图1中是第一个单元蓄电池的电池电压检测器122、第二个单元蓄电池的电池电压检测器123、第n个单元蓄电池的电池电压检测器124(n＝2，3，4，...)、第一个单元蓄电池的电池温度检测器131、第m个单元蓄电池的电池温度检测器132(m＝2，3，4，...)、及关于蓄电池105的总电流的电池电流检测器125。

蓄电池监视装置126根据这些控制输入进行蓄电池充电状态及劣化推算。

不间断电源装置127的控制装置120从蓄电池监视装置126经由蓄电池监视装置105与不间断电源装置127之间的接口，将关于蓄电池充电状态及劣化推算的信息作为输入信号128进行接收。

不间断电源装置127的控制装置120对上述输入进行综合地处理，最终进行正向电力转换器108、反向电力转换器109、双向直流转换器110中的波形控制、以及主交流电源输入开关103、旁路交流输入开关104、蓄电池与不间断电源装置之间的开关106、107、交流半导体开关111、交流输出开关121中的顺序控制等。不间断电源装置127的控制装置120中的这些控制是已知的方法，因此，省略这里的详细说明。另外，本发明未涉及这些控制方法。

本发明是使用了双向直流转换器110的蓄电池的充电控制的发明。接着，说明本发明的实施方法。

本发明的蓄电池充电控制中，不间断电源装置127经由接口将蓄电池监视装置126中求得的关于蓄电池充电状态及劣化推算的信息作为输入信号128接收，基于输入信号128中所含的蓄电池充电率的信息，对蓄电池105进行充电至到达期望的充电率。

本实施例的充电率是当前的蓄积电荷量相对于额定蓄电容量的比例。具体而言，例如，通过累计电池电流检测器125的充放电电流而计算充电率。通过根据上述的充电率进行充放电控制，能够将蓄电池充电率固定至期望的充电率的范围。期望的充电率是以从蓄电池监视装置126接收到的输入信号128为基础，不间断电源装置127的控制装置120所运算的结果。蓄电池监视装置126提供的控制信息(输入信号128)是例如温度、蓄电池单元电压、蓄电池充电率、蓄电池劣化推算信息等，但还可以利用其以外的控制信息。与仅对蓄电池充电至规定的充电电压的情况相比，根据充电率控制蓄电池方法可根据蓄电池的劣化发展或使用经过时间进行蓄电池管理。

以下，更详细地说明本发明的充电率控制的思维方式。

图2是表示随着蓄电池劣化发展而蓄电池的容量维持率降低的一例的示意图。图2中，横轴取用劣化发展状态，纵轴取用初始容量维持率(％)，表示每个初始充电率的容量维持率的特性。

一般而言，蓄电池随着劣化发展或时间经过而蓄电电能降低。图2表示该蓄电电能的降低状态，例如对初始充电率为95％的蓄电池而言，随着劣化发展，表示容量维持率201的特性。同样，初始充电率90％的蓄电池容量维持率表示202的特性，初始充电率80％的蓄电池容量维持率表示203的特性，初始充电率70％的蓄电池容量维持率表示204的特性。根据这些特性，初始的蓄电池充电率越低，伴随劣化发展的容量降低的比例越缓。

在此，当进一步说明蓄电池有效容量的概念时，蓄电池的有效容量是蓄电池充电率乘以容量维持率的容量。因此，对于各个充电率，蓄电池有效容量成为50％的点能够在图2中如下表示。初始充电率95％的蓄电池成为有效容量50％的点为205，初始充电率90％的蓄电池成为有效容量50％的点为206，初始充电率80％的蓄电池成为有效容量50％的点为207，初始充电率70％的蓄电池成为有效容量50％的点、初始充电率70％的蓄电池成为有效容量50％的点为208。关于该蓄电池有效容量成为50％的点，可以说在初始充电率越高，劣化发展越早的时期，蓄电池有效容量到达50％。

考虑到蓄电池的图2所示的以上倾向，本发明中提出了在蓄电池使用初始将充电率抑制得较低进行使用，并以根据劣化发展程度依次提高充电率的方式进行使用。另外，具体而言，通过阶梯状的切换动作实现依次提高充电率。

使用图3对本发明的实施例的蓄电池充电率的切换动作的一例进行说明。

其中，图3的上层表示劣化发展(横轴)与蓄电池充电率(纵轴)的关系，图3的下层表示劣化发展(横轴)与蓄电池有效容量(纵轴)的关系。

本实施例中，如图3的上层所示，在蓄电池使用初始T1，将充电率抑制得较低进行使用。例如，在蓄电池使用初始T1，初始充电率设为70％，并按照表示蓄电池充电率70％的线301。此时，图3的下层所示的蓄电池有效容量能够如蓄电池充电率70％的蓄电池有效容量302那样降低而表示。此外，仅供参考，在蓄电池使用初始T1将初始充电率设为80％时的、图3的下层所示的蓄电池有效容量以蓄电池充电率80％的蓄电池有效容量307表示。从该302与307的比较中可知，在蓄电池使用初始状态T1将充电率抑制得较低(70％)，因此，与充电率较高的(80％)情况相比，能够抑制有效容量降低。

本发明的实施例中，在蓄电池使用初始T1设为上述工作后，在蓄电池使用中途进行充电率的切换控制。在此，表示最初在成为有效容量50％的时刻t1，使充电率上升10％而设为80％的例子。在图3的下层，实施补充电10％的点以305表示。由此，充电率成为80％，在图3的上层，从301向表示蓄电池充电率80％的线303转移。同时，伴随劣化发展的蓄电池有效容量的降低特性也如图3的下层所示，从307向蓄电池充电率80％的蓄电池有效容量304的倾斜。

对上述工作的情况的本发明的实施例的效果进行说明。在此，在时刻t1的上述的工作变更后，再次进一步着眼于蓄电池有效容量成为50％的点306的时刻t2。另外，对于以初始充电率80％固定的情况的特性307，着眼于蓄电池有效容量成为50％的时刻t3。从比较t2与t3可知，仅308的期间，能够更长期间使用蓄电池。此外，本实施例中表示的初始充电率、充电率上升幅度为用于说明的一例，即使这些数字不同，同样也能够应用。

通过上述，在本发明的实施例的不间断电源装置中，在蓄电池使用初始将充电率抑制得较低。由此，抑制蓄电池使用初始的劣化发展。另外，在蓄电池使用中途提高目标充电率。由此，即使在蓄电池有效容量降低的寿命期，也能够确保必要的停电补偿时间。

实施例2

实施例2中，表示相对于实施例1的蓄电池使用中途中的一个阶段的充电率切换控制进行N阶段(N＝2，3，4，...)的充电率切换控制的情况。

使用图4说明实施例2的控制内容。此外图4的纵横轴项目与图3的纵横轴项目相同。另外，图4中，初始充电率(70％)及其运转期间与图2相同，为T1，在最初成为有效容量50％的时刻t1，使充电率进行10％上升而设为80％。

该事例中，例如，根据初始充电率呈现蓄电池充电率70％的线405时，有效容量以充电率70％时的有效容量降低率302表示。在有效容量到达50％的时刻t1，实施第一次充电率切换控制(10％补充电)409。由此，充电率成为80％，因此，向表示充电率80％的线406过渡。同时，有效容量也跟随充电率80％时的有效容量降低率402。

然后，当有效容量在时刻t2再次到达50％时，实施第二次充电率切换控制(10％补充电)410。由此，充电率成为90％，因此，向表示充电率90％的线407过渡。同时，有效容量也跟随充电率90％时的有效容量降低率403。

接着，当有效容量在时刻t4再次到达50％时，实施第三次充电率切换控制(M％补充电)(N.M＝1，2，3，...)411。由此，充电率成为(90+M)％，因此，向表示充电率(90+M)％的线408过渡。同时，有效容量也跟随充电率(90+M)％时的有效容量降低率404。这样，随着有效容量的降低，能够在蓄电池使用中途实施N次的充电率切换。

此外，本实施例中表示的有效容量的降低的限度值为用于说明的一例，即使这些实施判断阈值不同，同样也能够应用。

实施例3

实施例3中对实施例1、实施例2的不间断电源装置进行了叙述。图5是不间断电源装置的概形示意图。

首先，使用图5对本发明的实施例的蓄电池充电模式的切换方法进行说明。图5所示的不间断电源装置的柜501在前表面部具备液晶显示设定器502。使用者通过操作液晶显示设定器502的设定部，能够任意选择不间断电源装置的蓄电池充电的模式。实施例中，具有下面的两个模式。模式1称为普通模式，模式2称为寿命延长模式。

图6是选择普通模式时的显示示意图。此外，在液晶显示设定器502的设定部的显示画面中，设定有最初初始画面，以从其中选择菜单画面，然后从菜单画面中选择***设定画面，选择动作设定的方式依次过渡，由此，到达蓄电池充电模式选择画面601。

普通模式选择中的蓄电池充电模式选择画面601具有表示蓄电池充电模式的部分602和表示输出负载率的部分603。普通模式如实施例1、实施例2中记载那样，将初始充电率抑制得较低，同时控制充电率，以能够确保停电补偿时间。

图7是选择寿命延长模式时的显示示意图。此外，在液晶显示设定器502的设定部的显示画面中设定有最初初始画面，以从其中选择菜单画面，然后从菜单画面中选择***设定画面，且选择动作设定的方式依次过渡，由此，到达蓄电池充电模式选择画面701。

寿命延长模式选择中的蓄电池充电模式选择画面701由表示蓄电池充电模式的部分702、表示输出负载率的部分703、选择停电补偿时间的部分704构成。能够利用选择停电补偿时间的部分704设定停电时的备用供电继续时间。寿命延长模式中，根据停电补偿时间及输出负载率的信息计算必要的蓄电池充电率。

图8是进行充电率变更的情况的流程图的一例。在图8的处理中，首先，在处理步骤S801中读取当前的设定充电率，在处理步骤S802中读取蓄电池使用经过时间，在处理步骤S803中读取为了停电补偿时间确保所需要的放电深度信息。根据这些信息，在处理步骤S804中决定容量降低度。此外，蓄电池容量降低率即使作为表预先储存，也可以根据近似进行计算。另外，有效容量能够根据充电率和蓄电池容量降低率的积决定。

接着，在处理步骤S805中，进行有效容量是否超过放电深度+5％的判断，在不充分的情况下，转移至处理步骤S807，执行使充电率进行+5％上升的处理，在充分的情况下，转移至处理步骤S806，执行满足停电补偿时间的情况的处理。

图9是计算放电深度的流程图的一例。图9的实施例中，在处理步骤S901中判断是寿命延长模式还是其以外的模式。在寿命延长模式的情况下，转移至处理步骤S902，读取输出负载率的时间平均数据，接着，在处理步骤S903中读取停电补偿时间的设定值。在处理步骤S904中运算必要的放电深度。根据普通模式的停电补偿时间和寿命延长模式的停电补偿时间的比进行计算。最后，在处理步骤S905中执行更新放电深度信息DOD1的处理，从而一连串的处理结束。此外，在处理步骤S901的判断中设为寿命延长模式以外的情况下，在处理步骤S906中，向放电深度信息DOD1供给50％。

此外，本实施例中可选择的放电深度选择模式也可以是普通模式、寿命延长模式的其它模式。

附图标记说明

101：主交流电源，102：旁路交流电源，103：主交流电源输入开关，104：旁路交流输入开关，105：蓄电池，106、107：蓄电池与不间断电源装置之间的开关，108：正向电力转换器，109：反向电力转换器，110：双向直流转换器，111：交流半导体开关，112：负载装置，113：主交流电源输入电压检测器，114：主交流电源输入电流检测器，115：旁路交流电源输入电压检测器，116：输出交流电压检测器，117：输出交流电流检测器，118：与不间断电源装置的控制相关的蓄电池电压检测器，119：与不间断电源装置的控制相关的蓄电池电流检测器，120：不间断电源装置的控制装置，121：交流输出开关，122：第一个蓄电池监视装置的电池电压检测器，123：第二个蓄电池监视装置的电池电压检测器，124：第n个蓄电池监视装置的电池电压检测器，125：蓄电池监视装置的电池电流检测器，126：蓄电池监视装置，127：不间断电源装置，128：输入信号，129：交流输出，130：直流电源，131：第一个蓄电池监视装置的电池温度检测器，132：第m个蓄电池监视装置的电池温度检测器(m＝2，3，4，...)，201：初始充电率95％的蓄电池容量维持率，202：初始充电率90％的蓄电池容量维持率，203：初始充电率80％的蓄电池容量维持率，204：初始充电率70％的蓄电池容量维持率，205：初始充电率95％的蓄电池成为有效容量50％的点，206：初始充电率90％的蓄电池成为有效容量50％的点，207：初始充电率80％的蓄电池成为有效容量50％的点，208：初始充电率70％的蓄电池成为有效容量50％的点，301：表示蓄电池充电率70％的线，302：蓄电池充电率70％的蓄电池有效容量，303：表示蓄电池充电率80％的线，304：蓄电池充电率80％的蓄电池有效容量，305：实施补充电10％的点，306：蓄电池有效容量在蓄电池充电率变更后再次成为50％的点，307：从初始以蓄电池充电率80％固定的情况的蓄电池有效容量，308：与以初始充电率80％固定的情况相比的蓄电池有效容量成为50％的点，402：充电率80％时的有效容量降低率，403：充电率90％时的有效容量降低率，404：充电率95％时的有效容量降低率，405：表示充电率70％的线，406：表示充电率80％的线，407：表示充电率90％的线，408：表示充电率95％的线，409：第一次充电率切换控制(10％补充电)，410：第二次充电率切换控制(10％补充电)，411：第N次充电率切换控制(M％补充电)(N.M＝1，2，3，...)，501：不间断电源装置的柜，502：液晶显示器，601：普通模式选择中的蓄电池充电模式选择画面，602：表示蓄电池充电模式的部分，603：表示输出负载率的部分，701：寿命延长模式选择中的蓄电池充电模式选择画面，702：表示蓄电池充电模式的部分，703：表示输出负载率的部分，704：选择停电补偿时间的部分。

Claims (5)

1.一种具有蓄电池的不间断电源装置，其特征在于：

以蓄电池工作后的蓄电池充电率高于蓄电池安装时的蓄电池充电率的方式进行工作。

2.根据权利要求1所述的不间断电源装置，其特征在于，

随着蓄电池的劣化发展或蓄电池的使用时间经过，进行提高蓄电池充电率的充电控制。

3.根据权利要求1或2所述的不间断电源装置，其特征在于，

以蓄电池工作后的蓄电池充电率高于蓄电池安装时的蓄电池充电率的方式阶段性地工作，并且阶段性地决定提高蓄电池充电率的时期和所提高的蓄电池充电率而进行工作。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的不间断电源装置，其特征在于，

选择停电补偿时间，根据负载率将蓄电池充电率抑制得较低。

5.一种从交流电源和蓄电池对负载进行供电并从交流电源对蓄电池进行充电的不间断电源装置，其特征在于，包括：

求取所述蓄电池的蓄电池充电率的蓄电池监视装置；和

控制对所述负载的供电并控制对所述蓄电池的充放电的控制装置，

所述控制装置使得以蓄电池工作后的蓄电池充电率高于蓄电池安装时的蓄电池充电率的方式进行工作。

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