JP2010016996A - 無停電電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】交流電源の瞬時電圧低下時及び瞬時停電時に電気二重層コンデンサの放電電圧が蓄電池の両端電圧に影響されず電気二重層コンデンサによるバックアップを実行し、蓄電池によるバックアップの長時間化を図る。
【解決手段】DC/ACコンバータ3はAC/DCコンバータ1、双方向DC/DCコンバータ5,7から直流リンク部15に供給される直流電力を交流電力に変換し、電圧検出回路13は交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンし交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると検出信号をオフし、コンバータ5は検出信号(オン)によりコンデンサ9を充電から放電に切り替えコンデンサの電力を直流リンク部に供給し、コンデンサの両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に放電終了前信号をコンバータ7に送出し、コンバータ7は放電終了前信号により蓄電池11を充電から放電に切り替え蓄電池の電力を直流リンク部に供給する。
【選択図】図1
【解決手段】DC/ACコンバータ3はAC/DCコンバータ1、双方向DC/DCコンバータ5,7から直流リンク部15に供給される直流電力を交流電力に変換し、電圧検出回路13は交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンし交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると検出信号をオフし、コンバータ5は検出信号(オン)によりコンデンサ9を充電から放電に切り替えコンデンサの電力を直流リンク部に供給し、コンデンサの両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に放電終了前信号をコンバータ7に送出し、コンバータ7は放電終了前信号により蓄電池11を充電から放電に切り替え蓄電池の電力を直流リンク部に供給する。
【選択図】図1
Description
本発明は、無停電電源装置に関する。
無停電電源装置(UPS)は、交流電源の電圧低下時及び停電時に、無瞬断でバックアップ電源に切り替えることにより、安定した交流電力を負荷に供給するものである。このバックアップ電源である蓄電媒体としては、鉛蓄電池(以下、蓄電池と略称する。)が主に使用されている。蓄電池を用いた場合、蓄電池の容量でバックアップ時間が決まるため、蓄電池セルを直並列に複数個接続して構成した容量の大きい蓄電池を用いることにより、交流電源の電圧低下時及び停電時に、長時間のバックアップが可能である。
しかし、蓄電池は、通常、許容温度は略40℃であるが、周囲温度の上昇に伴って寿命が短くなる。また、交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下等の場合に頻繁なバックアップを行うと、蓄電池の充放電が繰り返し行われ、蓄電池の寿命が短くなる。
また、蓄電媒体として電気二重層コンデンサを用いた無停電電源装置もある。電気二重層コンデンサは、通常、許容温度が略60℃であり、短時間で大きな放電電流を流すことができる。また、交流電源が瞬時停電した場合及び瞬時電圧低下した場合に頻繁に電気二重層コンデンサの充放電を繰り返し行っても、電気二重層コンデンサの寿命に問題はない。
しかし、電気二重層コンデンサは、蓄電容量が蓄電池と比較して非常に小さく、数秒程度のバックアップしかできない。即ち、長時間のバックアップが困難であり、蓄電池に比べて高価である。
そこで、蓄電池と電気二重層コンデンサとを用いた無停電電源装置として、例えば、図8に示す無停電電源装置が知られている(特許文献1)。
この無停電電源装置は、二次電池103と電気二重層コンデンサ104とを用い、それぞれにダイオード107a,107bなどの逆流防止用素子を直列接続した回路を互いに並列接続している。
そして、交流電源の停電時において、まず、電気二重層コンデンサ104に蓄積された電力が放電され、次に、二次電池103に蓄積された電力が放電され、DC/DCコンバータ106を介して負荷に供給される。停電時間が数秒程度の短時間の場合は、電気二重層コンデンサ104の電力でまかなう。また、停電時間が長時間、例えば約10分間の場合には、二次電池103の電力でまかなう。
出力切替手段105では、ダイオード107a,107bによるダイオードOR接続の作用により、電気二重層コンデンサ104の放電電圧が二次電池103の放電電圧よりも高い間は、ダイオード107aをオン状態にして電気二重層コンデンサ104の電力をDC/DCコンバータ106を介して負荷に供給し、電気二重層コンデンサ104の放電電圧が二次電池103の放電電圧よりも低くなったときは、ダイオード107bをオン状態にして二次電池103の電力をDC/DCコンバータ106を介して負荷に供給する。
特開2004−159405号公報
しかしながら、特許文献1の無停電電源装置では、交流電源が瞬時停電の場合及び瞬時電圧低下の場合に、ダイオード107aをオンして電気二重層コンデンサ104を用いるため、電気二重層コンデンサ104の満充電電圧V1は、二次電池の満充電電圧V2より高い電圧値が必要である。
また、電気二重層コンデンサ104が数秒間放電し、電気二重層コンデンサ104の放電電圧が低下して満充電電圧V1よりも低い放電電圧Vlowになった時にダイオード107bをオンして電気二重層コンデンサ104から二次電池103に切り替えている。このため、切替え時には、放電電圧Vlowは二次電池103の満充電電圧V2と略同一値である。
即ち、ダイオード107bによる切替動作をさせるためには、二次電池103の満充電電圧V2を放電電圧Vlowと略同一値に設定する必要がある。その結果、二次電池103の出力電圧がDC/DCコンバータ106の最低入力電圧に達するまでの動作時間が短くなり、二次電池103によるバックアップ時間は、例えば、10分間よりも短くなる。このため、二次電池103によるバックアップ時間を10分以上の長時間化するには、更に大きな二次電池容量が必要になる。
また、電気二重層コンデンサ104の満充電電圧V1を二次電池の満充電電圧V2よりも高くする必要があることから、二次電池103の満充電電圧V2を高く設定した場合には、電気二重層コンデンサ104の放電開始後、すぐに二次電池103に切り替わり、電気二重層コンデンサ104に蓄積された電力を有効に使用できない。
本発明は、交流電源の瞬時電圧低下時及び瞬時停電時に、電気二重層コンデンサの放電電圧が蓄電池の両端電圧に影響されることなく電気二重層コンデンサによるバックアップを行うことで、蓄電池の寿命を長くし、蓄電池によるバックアップの長時間化を図ることができる無停電電源装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流リンク部に供給するAC/DCコンバータと、電気二重層コンデンサと、前記電気二重層コンデンサと前記直流リンク部との間で双方向に電力を供給する第1双方向DC/DCコンバータと、蓄電池と、前記蓄電池と前記直流リンク部との間で双方向に電力を供給する第2双方向DC/DCコンバータと、前記AC/DCコンバータ、前記第1双方向DC/DCコンバータ及び前記第2双方向DC/DCコンバータから前記直流リンク部に供給される直流電力を所望の交流電力に変換して負荷に供給するDC/ACコンバータと、前記交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンにし、前記交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると前記検出信号をオフにして送出する電圧検出回路とを備え、前記第1双方向DC/DCコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オン)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電から放電に切り替えて前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記直流リンク部に供給し、前記電気二重層コンデンサの両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に放電終了前信号を前記第2双方向DC/DCコンバータに送出し、前記第2双方向DC/DCコンバータは、前記第1双方向DC/DCコンバータからの放電終了前信号に基づき前記蓄電池を充電から放電に切り替えて前記蓄電池に蓄積された電力を前記直流リンク部に供給することを特徴とする。
請求項2の発明は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流リンク部に供給するAC/DCコンバータと、電気二重層コンデンサと、前記電気二重層コンデンサと前記直流リンク部との間で双方向に電力を供給する第1双方向DC/DCコンバータと、蓄電池と、前記蓄電池と前記直流リンク部との間で双方向に電力を供給する第2双方向DC/DCコンバータと、前記AC/DCコンバータ、前記第1双方向DC/DCコンバータ及び前記第2双方向DC/DCコンバータから前記直流リンク部に供給される直流電力を所望の交流電力に変換して負荷に供給するDC/ACコンバータと、前記交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンにし、前記交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると前記検出信号をオフにして送出する電圧検出回路とを備え、前記第1双方向DC/DCコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オン)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電から放電に切り替えて前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記直流リンク部に供給し、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力が規定値以下になった時に前記電気二重層コンデンサの放電を停止するとともに、放電停止信号を前記第2双方向DC/DCコンバータに送出し、前記第2双方向DC/DCコンバータは、前記第1双方向DC/DCコンバータからの放電停止信号に基づき前記蓄電池を充電から放電に切り替えて前記蓄電池に蓄積された電力を前記直流リンク部に供給するとともに、前記蓄電池の放電電流が規定値を超えている間は放電信号を前記第1双方向DC/DCコンバータに送出し、前記第1双方向DC/DCコンバータは、前記第2双方向DC/DCコンバータからの放電信号に基づき前記電気二重層コンデンサを放電して前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記直流リンク部に供給することを特徴とする。
請求項3の発明は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流リンク部に供給するAC/DCコンバータと、電気二重層コンデンサと、前記電気二重層コンデンサと前記直流リンク部との間で双方向に電力を供給する第1双方向DC/DCコンバータと、蓄電池と、前記交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して前記蓄電池を充電する充電器と、前記蓄電池に蓄積された電力を前記直流リンク部に供給するスイッチと、前記AC/DCコンバータ、前記第1双方向DC/DCコンバータ及び前記スイッチを介して蓄電池から前記直流リンク部に供給される直流電力を所望の交流電力に変換して負荷に供給するDC/ACコンバータと、前記交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンにし、前記交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると前記検出信号をオフにして送出する電圧検出回路とを備え、前記第1双方向DC/DCコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オン)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電から放電に切り替えて前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記直流リンク部に供給し、前記電気二重層コンデンサの両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に放電終了前信号を前記スイッチに送出し、前記スイッチは、前記第1双方向DC/DCコンバータからの放電終了前信号に基づきオン動作して前記蓄電池に蓄積された電力を前記直流リンク部に供給することを特徴とする。
請求項4の発明は、交流入力端子に供給される交流電源の交流電力を交流出力端子を介して負荷に供給する交流スイッチと、電気二重層コンデンサと、前記電気二重層コンデンサと前記交流出力端子との間で双方向に電力を供給する第1双方向DC/ACコンバータと、蓄電池と、前記蓄電池と前記交流出力端子との間で双方向に電力を供給する第2双方向DC/ACコンバータと、前記交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンにして送出するとともに前記交流スイッチをオフ状態にし、前記交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると前記検出信号をオフにして送出するとともに前記交流スイッチをオン状態にする電圧検出回路とを備え、前記第1双方向DC/ACコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オン)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電から放電に切り替えて前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記交流出力端子に供給し、前記電気二重層コンデンサの両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に放電終了前信号を前記第2双方向DC/ACコンバータに送出し、前記第2双方向DC/ACコンバータは、前記第1双方向DC/ACコンバータからの放電終了前信号に基づき前記蓄電池を充電から放電に切り替えて前記蓄電池に蓄積された電力を前記交流出力端子に供給することを特徴とする。
請求項5の発明は、交流入力端子に供給される交流電源の交流電力を交流出力端子を介して負荷に供給する交流スイッチと、電気二重層コンデンサと、前記電気二重層コンデンサと前記交流出力端子との間で双方向に電力を供給する第1双方向DC/ACコンバータと、蓄電池と、前記蓄電池と前記交流出力端子との間で双方向に電力を供給する第2双方向DC/ACコンバータと、前記交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンにして送出するとともに前記交流スイッチをオフ状態にし、前記交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると前記検出信号をオフにして送出するとともに前記交流スイッチをオン状態にする電圧検出回路とを備え、前記第1双方向DC/ACコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オン)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電から放電に切り替えて前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記交流出力端子に供給し、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力が規定値以下になった時に前記電気二重層コンデンサの放電を停止するとともに、放電停止信号を前記第2双方向DC/ACコンバータに送出し、前記第2双方向DC/ACコンバータは、前記第1双方向DC/ACコンバータからの放電停止信号に基づき前記蓄電池を充電から放電に切り替えて前記蓄電池に蓄積された電力を前記交流出力端子に供給するとともに、前記蓄電池の放電電流が規定値を超えている間は放電信号を前記第1双方向DC/ACコンバータに送出し、前記第1双方向DC/ACコンバータは、前記第2双方向DC/ACコンバータからの放電信号に基づき前記電気二重層コンデンサを放電して前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記交流出力端子に供給することを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1又は請求項2記載の無停電電源装置において、前記第1双方向DC/DCコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オフ)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電し、前記電気二重層コンデンサの充電が略完了となった時に充電完了信号を前記第2双方向DC/DCコンバータに送出することを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項4又は請求項5記載の無停電電源装置において、前記第1双方向DC/ACコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オフ)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電し、前記電気二重層コンデンサの充電が略完了となった時に充電完了信号を前記第2双方向DC/ACコンバータに送出することを特徴とする。
本発明によれば、第1双方向DC/DCコンバータは、電圧検出回路からの検出信号(オン)に基づき電気二重層コンデンサを充電から放電に切り替えて電気二重層コンデンサに蓄積された電力を直流リンク部に供給し、電気二重層コンデンサの両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に放電終了前信号を第2双方向DC/DCコンバータに送出し、第2双方向DC/DCコンバータは、第1双方向DC/DCコンバータからの放電終了前信号に基づき蓄電池を充電から放電に切り替えて蓄電池に蓄積された電力を直流リンク部に供給する。
従って、交流電源の瞬時電圧低下及び瞬時停電時に、電気二重層コンデンサの放電電圧が蓄電池の両端電圧に影響されることなく、電気二重層コンデンサによるバックアップを行うことで、蓄電池は充放電を繰り返すことがなくなり蓄電池の寿命を長くし、蓄電池によるバックアップの長時間化を図ることができる。
また、本発明によれば、第1双方向DC/DCコンバータは、電圧検出回路からの検出信号(オン)に基づき電気二重層コンデンサを充電から放電に切り替えて電気二重層コンデンサに蓄積された電力を直流リンク部に供給し、電気二重層コンデンサに蓄積された電力が規定値以下になった時に電気二重層コンデンサの放電を停止するとともに、放電停止信号を第2双方向DC/DCコンバータに送出し、第2双方向DC/DCコンバータは、第1双方向DC/DCコンバータからの放電停止信号に基づき蓄電池を充電から放電に切り替えて蓄電池に蓄積された電力を直流リンク部に供給する。
従って、交流電源の瞬時電圧低下及び瞬時停電時に、電気二重層コンデンサの放電電圧が蓄電池の両端電圧に影響されることなく、電気二重層コンデンサによるバックアップを行うことで、蓄電池は充放電を繰り返すことがなくなり蓄電池の寿命を長くし、蓄電池によるバックアップの長時間化を図ることができる。
さらに、第2双方向DC/DCコンバータは、蓄電池の放電電流が規定値を超えている間は放電信号を第1双方向DC/DCコンバータに送出し、第1双方向DC/DCコンバータは、第2双方向DC/DCコンバータからの放電信号に基づき電気二重層コンデンサを放電して電気二重層コンデンサに蓄積された電力を直流リンク部に供給することにより、蓄電池によるバックアップ中の過負荷等には、電気二重層コンデンサを放電させることにより過負荷等に対応でき、蓄電池の放電電流が過電流とならないので蓄電池の寿命が短くならない。また、蓄電池容量を小さくできる。
以下、本発明の無停電電源装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明の実施例1の無停電電源装置の構成を示す図である。図1に示す無停電電源装置は、常時インバータ給電方式であり、AC/DCコンバータ1、DC/ACコンバータ3、双方向DC/DCコンバータ5(第1双方向DC/DCコンバータ)、双方向DC/DCコンバータ7(第2双方向DC/DCコンバータ)、電気二重層コンデンサ9、蓄電池11及び電圧検出回路13を有する。蓄電池11は、鉛蓄電池でも良く、あるいは、リチウムイオン、ニッケル水素などの蓄電池でも良い。
上記したAC/DCコンバータ1、DC/ACコンバータ3、双方向DC/DCコンバータ5、双方向DC/DCコンバータ7及び電圧検出回路13は、装置全体を制御する制御回路(図示せず)により制御される。
AC/DCコンバータ1は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流リンク部15に供給する。DC/ACコンバータ3は、直流リンク部15に供給される直流電力を所望の交流電力に変換して負荷に供給する。
双方向DC/DCコンバータ5,7の各々の一端は、AC/DCコンバータ1の直流出力端とDC/ACコンバータ3の直流入力端とを接続する直流リンク部15に接続されている。双方向DC/DCコンバータ5の他端には電気二重層コンデンサ9が接続され、双方向DC/DCコンバータ5は、電気二重層コンデンサ9と直流リンク部15との間で双方向に電力を供給するための機能を有し、電気二重層コンデンサ9に対して充電及び放電を行う。双方向DC/DCコンバータ7の他端には蓄電池11が接続され、双方向DC/DCコンバータ7は、蓄電池11と直流リンク部15との間で双方向に電力を供給するための機能を有し、蓄電池11に対して充電及び放電を行う。
電圧検出回路13は、交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンに設定し(例えば、ハイレベル)、交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると検出信号をオフに設定して(例えば、ローレベル)、検出信号をAC/DCコンバータ1及び双方向DC/DCコンバータ5に送出する。
双方向DC/DCコンバータ5は、電圧検出回路13からの検出信号(オン)に基づき、交流電源が瞬時停電した場合及び瞬時電圧低下した場合には、電気二重層コンデンサ9を充電から放電に切り替え、電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力を直流リンク部15に供給する。双方向DC/DCコンバータ5は、電気二重層コンデンサ9の両端電圧(放電電圧)が放電終了前の規定値以下になった時に、放電終了前信号Sg1を双方向DC/DCコンバータ7に送出する。
双方向DC/DCコンバータ7は、双方向DC/DCコンバータ5からの放電終了前信号Sg1に基づき蓄電池11を充電から放電に切り替え、蓄電池11に蓄積された電力を直流リンク部15に供給する。
双方向DC/DCコンバータ5は、電圧検出回路13からの検出信号(オフ)に基づき、交流電源が復電した場合及び電圧低下が回復した場合には、電気二重層コンデンサ9を放電から充電に切り替えて、電気二重層コンデンサ9の充電が略完了となった時に充電完了信号Sg2を双方向DC/DCコンバータ7に送出する。
次に、このように構成された実施例1の無停電電源装置の動作を図2に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
まず、交流電源が正常である通常時には、AC/DCコンバータ1に交流電力(AC入力)が入力され(ステップS1)、AC/DCコンバータ1により交流電力を直流電力に変換し(ステップS3)、その直流電力をDC/ACコンバータ3により所望の交流電力に変換して負荷に供給する。
これと同時に、双方向DC/DCコンバータ5,7の各々は充電動作を行い、電気二重層コンデンサ9及び蓄電池11が充電される(ステップS5a,S5b)。
次に、電気二重層コンデンサ9の充電が必要容量完了したかどうかを判定する(ステップS6)。電圧検出回路13は、交流電源が瞬時停電したか、瞬時電圧低下したかどうかの交流電源の異常を判定し(ステップS7)、交流電源が瞬時停電となった場合及び瞬時電圧低下となった場合には、検出信号をAC/DCコンバータ1及び双方向DC/DCコンバータ5に送出する。
双方向DC/DCコンバータ5は、電圧検出回路13からの検出信号(オン)に基づき、交流電源が瞬時停電となった場合及び瞬時電圧低下となった場合には、電気二重層コンデンサ9を充電から放電に切り替え(ステップS9)、電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力を直流リンク部15に供給する。これにより、DC/ACコンバータ3は、負荷に安定した交流電力を供給し続ける。
次に、双方向DC/DCコンバータ5は、電圧検出回路13からの検出信号(オン)に基づき、交流電源の瞬時停電時間が長くなり停電となった場合又は瞬時電圧低下時間が長くなった場合で且つ電気二重層コンデンサ9の両端電圧が放電終了前の規定値以下となった時に(ステップS11)、双方向DC/DCコンバータ7に放電終了前信号Sg1を送出する(ステップS13)。
双方向DC/DCコンバータ7は、双方向DC/DCコンバータ5からの放電終了前信号Sg1に基づき、蓄電池11を充電から放電に切り替え(ステップS15)、蓄電池11に蓄積された電力を直流リンク部15に供給する。これにより、DC/ACコンバータ3は、負荷に安定した交流電力を供給し続ける。
次に、双方向DC/DCコンバータ5は、電圧検出回路13からの検出信号(オフ)に基づき、交流電源が復電した場合及び電圧低下が回復した場合には(ステップS17)、電気二重層コンデンサ9を充電させ(ステップS19)、電気二重層コンデンサ9の充電が略完了となった時に充電完了信号Sg2を双方向DC/DCコンバータ7に送出する(ステップS21)。
双方向DC/DCコンバータ7は、双方向DC/DCコンバータ5からの充電完了信号Sg2に基づき蓄電池11を充電する(ステップS23)。
このように、実施例1の無停電電源装置によれば、交流電源の瞬時停電時及び瞬時電圧低下時において、電気二重層コンデンサ9の両端電圧が定められた放電終了電圧以下になるまでは、電気二重層コンデンサ9による放電動作となり、交流電源が停電となった場合及び電圧低下時間が長くなった場合で、かつ電気二重層コンデンサ9の両端電圧が定められた放電終了電圧以下となっている場合には蓄電池11による放電動作となる。このため、交流電源の頻繁な瞬時停電時及び瞬時電圧低下時でも蓄電池11は充放電を繰り返すことなく充放電サイクルが少なくなり蓄電池11の寿命が長くなる。
また、双方向DC/DCコンバータ5,7及び電圧検出回路13を用いたことにより、電気二重層コンデンサ9の放電電圧が蓄電池11の満充電電圧の影響を受けなくなる。即ち、蓄電池11の放電電圧範囲を広く利用できる。従って、交流電源の瞬時電圧低下時及び瞬時停電時に、電気二重層コンデンサ9の放電電圧が蓄電池11の両端電圧に影響されることなく電気二重層コンデンサ9によるバックアップが行われ、蓄電池11の寿命を長くし、蓄電池11によるバックアップの長時間化(例えば10分以上)を図ることができる。
また、短時間バックアップ分を電気二重層コンデンサ9で負担し、長時間バックアップ分を蓄電池11で負担し、経済的に分担している。また、周囲温度が上昇した場合、蓄電池11の充電を停止し電気二重層コンデンサ9のみ充電することで周囲温度上昇に対応することが可能である。また、蓄電池の充電不足又は温度異常により先に蓄電池11が寿命劣化となった場合でも、交流電源の瞬時停電時及び瞬時電圧低下時に対しては、電気二重層コンデンサ9でバックアップが可能である。
また、電気二重層コンデンサ9の放電終了前信号Sg1を双方向DC/DCコンバータ7に送る処理により、交流電源の瞬時停電時及び瞬時電圧低下時における蓄電池11の放電を防ぎ、また、電気二重層コンデンサ9の放電終了後の蓄電池11の放電動作を確実にすることができる。
また、交流電源の復電後及び電圧低下の回復後に、先に電気二重層コンデンサ9の充電を行ってから蓄電池11を充電することにより電気二重層コンデンサ9の充電完了を早くし、続けて起こる瞬時停電及び瞬時電圧低下などに備えることができる。
図3は本発明の実施例2の無停電電源装置の構成を示す図である。図3に示す実施例2は、図1に示す実施例1の双方向DC/DCコンバータ5,7に対して双方向DC/DCコンバータ5a,7aが異なるのみであり、その他の構成は同一構成であるので、同一部分には同一符号を付する。
双方向DC/DCコンバータ5aは、電圧検出回路13からの検出信号(オン)に基づき交流電源が瞬時停電した場合及び瞬時電圧低下した場合には、電気二重層コンデンサ9を充電から放電に切り替え、電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力を直流リンク部15に供給する。
双方向DC/DCコンバータ5aは、電圧検出回路13からの検出信号(オン)に基づき交流電源が瞬時停電した場合及び瞬時電圧低下した場合には、電気二重層コンデンサ9を充電から放電に切り替え、電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力を直流リンク部15に供給する。
双方向DC/DCコンバータ5aは、電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力が規定値(例えば、満充電電力量の半分)以下になった時に、電気二重層コンデンサ9の放電を停止するとともに、放電停止信号Sg3を双方向DC/DCコンバータ7aに送出する。
双方向DC/DCコンバータ7aは、双方向DC/DCコンバータ5aからの放電停止信号Sg3に基づき、蓄電池11を充電から放電に切り替え、蓄電池11に蓄積された電力を直流リンク部15に供給するとともに、蓄電池11の放電電流が規定値(例えば、定格放電電流値)を超えている間は放電信号Sg4を双方向DC/DCコンバータ5aに送出する。
双方向DC/DCコンバータ5aは、双方向DC/DCコンバータ7aからの放電信号Sg4に基づき、電気二重層コンデンサ9を放電して電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力を直流リンク部15に供給する。
即ち、蓄電池11によるバックアップ中に、蓄電池11の放電電流が規定値を超えるような過負荷等の場合には、直流リンク部15に蓄電池11からの電力と電気二重層コンデンサ9からの電力とが同時に供給されることになる。
次にこのように構成された実施例2の無停電電源装置の動作を図4に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
図4において、ステップS1〜S9までの処理、ステップS17〜S23までの処理は、図2に示す実施例1の動作と同様であるので、その説明は省略し、ステップS10〜S16bまでの処理についてのみ説明する。
まず、双方向DC/DCコンバータ5aは、電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力が規定値以下になったかどうかを判定し(ステップS10)、電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力が規定値以下になった時に電気二重層コンデンサ9の放電を停止するとともに、放電停止信号Sg3を双方向DC/DCコンバータ7aに送出する(ステップS11)。
双方向DC/DCコンバータ7aは、双方向DC/DCコンバータ5aからの放電停止信号Sg3に基づき、蓄電池11を充電から放電に切り替え(ステップS12)、蓄電池11に蓄積された電力を直流リンク部15に供給するとともに、蓄電池11の放電電流が規定値を超えているかどうかを判定し(ステップS14)、蓄電池11の放電電流が規定値を超えている間は放電信号Sg4を双方向DC/DCコンバータ5aに送出する(ステップS16a)。
双方向DC/DCコンバータ5aは、双方向DC/DCコンバータ7aからの放電信号Sg4に基づき、電気二重層コンデンサ9を放電して電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力を直流リンク部15に供給する。
即ち、蓄電池11の放電電流が規定値を超えるような過負荷等の場合には、直流リンク部15に蓄電池11からの電力と電気二重層コンデンサ9からの電力とが同時に供給されることになる(ステップS16b)。
一方、ステップS14で蓄電池11の放電電流が規定値以下の場合には(ステップS14で「NO」の場合)、当該状態を表す信号Sg4のOFF信号を双方向DC/DCコンバータに送出し、電気二重層コンデンサ9からの放電を停止させる。つまり、過負荷の状態が解消されたときには、電気二重層コンデンサ9からの放電を停止させる。
このように実施例2の無停電電源装置によれば、双方向DC/DCコンバータ7aは、蓄電池11の放電電流に対して規定値により制限を加え、規定値を越えた場合に双方向DC/DCコンバータ5aに放電信号Sg4を送出し、電気二重層コンデンサ9を放電させるとともに蓄電池11も放電させることで過負荷時、大電流時に対応でき、蓄電池11の寿命が長くなる。
図5は本発明の実施例3の無停電電源装置の構成を示す図である。図5に示す実施例3は、AC/DCコンバータ1、DC/ACコンバータ3、双方向DC/DCコンバータ5、電気二重層コンデンサ9、蓄電池11、電圧検出回路13、サイリスタ等からなるスイッチ17及び充電器19を有する。
充電器19は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換して蓄電池11を充電する。スイッチ17の一端は、蓄電池11と充電器19の出力端とに接続され、スイッチ17の他端は、AC/DCコンバータ1の直流出力端とDC/ACコンバータ3の直流入力端とを接続する直流リンク部15に接続されている。
双方向DC/DCコンバータ5は、電圧検出回路13からの検出信号(オン)に基づき、交流電源が瞬時停電した場合及び瞬時電圧低下した場合には、電気二重層コンデンサ9を充電から放電に切り替え電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力を直流リンク部15に供給する。電気二重層コンデンサ9の両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に、放電終了前信号Sg1をスイッチ17に送出する。
スイッチ17は、放電終了前信号Sg1に基づきオン動作して蓄電池11を放電させて蓄電池11に蓄積された電力を直流リンク部15に供給する。
このように実施例3の無停電電源装置によれば、実施例1の無停電電源装置の効果と同様な効果が得られるとともに、蓄電池11に対する双方向DC/DCコンバータ7を削除できる。この場合、蓄電池11の充電は小さいため、充電器19の充電容量を小さくできる。
図6は本発明の実施例4の無停電電源装置の構成を示す図である。図6に示す無停電電源装置は、交流電源の正常時には交流電源の交流を負荷に供給する常時商用給電方式であり、双方向DC/ACコンバータ23(第1双方向DC/ACコンバータ)、双方向DC/ACコンバータ25(第2双方向DC/ACコンバータ)、電気二重層コンデンサ9、蓄電池11、電圧検出回路13及びサイリスタ等からなるスイッチ21(交流スイッチ)を有する。
スイッチ21は、交流入力端子(AC IN)と交流出力端子(AC OUT)との間に設けられ、交流電源が正常である通常時ではオン状態で、電圧検出回路13からの検出信号に基づき、交流電源が瞬時停電や停電した場合、瞬時電圧低下や電圧低下した場合にはオフ状態となる。
双方向DC/ACコンバータ23は、電気二重層コンデンサ9と交流出力端子(AC OUT)との間で双方向に電力を供給するための機能を有し、電気二重層コンデンサ9に対して充電及び放電を行う。
双方向DC/ACコンバータ25は、蓄電池11と交流出力端子(AC OUT)との間で双方向に電力を供給するための機能を有し、蓄電池11に対して充電及び放電を行う。
双方向DC/ACコンバータ23は、電圧検出回路13からの検出信号(オン)に基づき、交流電源が瞬時停電した場合及び瞬時電圧低下した場合には、電気二重層コンデンサ9を充電から放電に切り替え、電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力を交流電力に変換して交流出力端子(AC OUT)に供給する。双方向DC/ACコンバータ23は、電気二重層コンデンサ9の両端電圧(放電電圧)が放電終了前の規定値以下になった時に、放電終了前信号Sg1を双方向DC/ACコンバータ25に送出する。
双方向DC/ACコンバータ25は、双方向DC/ACコンバータ23からの放電終了前信号Sg1に基づき蓄電池11を充電から放電に切り替え、蓄電池11に蓄積された電力を交流電力に変換して交流出力端子(AC OUT)に供給する。
双方向DC/ACコンバータ23は、電圧検出回路13からの検出信号(オフ)に基づき、交流電源が復電した場合及び電圧低下が回復した場合には、電気二重層コンデンサ9を放電から充電に切り替えて、電気二重層コンデンサ9の充電が略完了となった時に充電完了信号Sg2を双方向DC/ACコンバータ25に送出する。
従って、実施例4の常時商用給電方式であっても、実施例1の効果と同様な効果が得られる。
図7は本発明の実施例5の無停電電源装置の構成を示す図である。図7に示す実施例5は、図6に示す実施例4の構成に対して、双方向DC/ACコンバータ23a、双方向DC/ACコンバータ25aのみが異なる。
その他の構成は同一構成であるので、同一部分には同一符号を付する。
双方向DC/ACコンバータ23aは、電気二重層コンデンサ9と交流出力端子(AC OUT)との間で双方向に電力を供給するための機能を有し、電気二重層コンデンサ9に対して充電及び放電を行う。
双方向DC/ACコンバータ25aは、蓄電池11と交流出力端子(AC OUT)との間で双方向に電力を供給するための機能を有し、蓄電池11に対して充電及び放電を行う。
双方向DC/ACコンバータ23aは、電圧検出回路13からの検出信号(オン)に基づき、交流電源が瞬時停電した場合及び瞬時電圧低下した場合には、電気二重層コンデンサ9を充電から放電に切り替え電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力を交流電力に変換して交流出力端子(AC OUT)に供給する。
双方向DC/ACコンバータ23aは、電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力が規定値(例えば、満充電電力量の半分)以下になった時に、電気二重層コンデンサ9の放電を停止するとともに、放電停止信号Sg3を双方向DC/ACコンバータ25aに送出する。
双方向DC/ACコンバータ25aは、双方向DC/ACコンバータ23aからの放電停止信号Sg3に基づき、蓄電池11を充電から放電に切り替え、蓄電池11に蓄積された電力を交流電力に変換して交流出力端子(AC OUT)に供給するとともに、蓄電池11の放電電流が規定値(例えば、定格放電電流値)を超えている間は放電信号Sg4を双方向DC/ACコンバータ23aに送出する。
双方向DC/ACコンバータ23aは、双方向DC/ACコンバータ25aからの放電信号Sg4に基づき、電気二重層コンデンサ9を放電して電気二重層コンデンサ9に蓄積された電力を交流電力に変換して交流出力端子(AC OUT)に供給する。
即ち、蓄電池11の放電電流が規定値を超えるような過負荷等の場合には、交流出力端子(AC OUT)に蓄電池11からの電力と電気二重層コンデンサ9からの電力とが交流電力に変換されて同時に供給されることになる。
従って、実施例5の常時商用給電方式であっても、実施例2の効果と同様な効果が得られる。
なお、本発明は、上述した実施例1乃至5に限定されるものではない。本発明は、瞬時停電時及び瞬時電圧低下時のみ、電気二重層コンデンサ9による放電動作とするのではなく、過負荷等に大電流が流れたときに電気二重層コンデンサ9及び蓄電池11を放電させ、この時の入力容量を抑えるようなエネルギー貯蔵装置としても使用できる。
1 AC/DCコンバータ
3 DC/ACコンバータ
5,5a,7,7a 双方向DC/DCコンバータ
9 電気二重層コンデンサ
11 蓄電池
13 電圧検出回路
15 直流リンク部
17,21 スイッチ
19 充電器
23,23a,25,25a 双方向DC/ACコンバータ
3 DC/ACコンバータ
5,5a,7,7a 双方向DC/DCコンバータ
9 電気二重層コンデンサ
11 蓄電池
13 電圧検出回路
15 直流リンク部
17,21 スイッチ
19 充電器
23,23a,25,25a 双方向DC/ACコンバータ
Claims (7)
- 交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流リンク部に供給するAC/DCコンバータと、
電気二重層コンデンサと、
前記電気二重層コンデンサと前記直流リンク部との間で双方向に電力を供給する第1双方向DC/DCコンバータと、
蓄電池と、
前記蓄電池と前記直流リンク部との間で双方向に電力を供給する第2双方向DC/DCコンバータと、
前記AC/DCコンバータ、前記第1双方向DC/DCコンバータ及び前記第2双方向DC/DCコンバータから前記直流リンク部に供給される直流電力を所望の交流電力に変換して負荷に供給するDC/ACコンバータと、
前記交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンにし、前記交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると前記検出信号をオフにして送出する電圧検出回路とを備え、
前記第1双方向DC/DCコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オン)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電から放電に切り替えて前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記直流リンク部に供給し、前記電気二重層コンデンサの両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に放電終了前信号を前記第2双方向DC/DCコンバータに送出し、
前記第2双方向DC/DCコンバータは、前記第1双方向DC/DCコンバータからの放電終了前信号に基づき前記蓄電池を充電から放電に切り替えて前記蓄電池に蓄積された電力を前記直流リンク部に供給することを特徴とする無停電電源装置。 - 交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流リンク部に供給するAC/DCコンバータと、
電気二重層コンデンサと、
前記電気二重層コンデンサと前記直流リンク部との間で双方向に電力を供給する第1双方向DC/DCコンバータと、
蓄電池と、
前記蓄電池と前記直流リンク部との間で双方向に電力を供給する第2双方向DC/DCコンバータと、
前記AC/DCコンバータ、前記第1双方向DC/DCコンバータ及び前記第2双方向DC/DCコンバータから前記直流リンク部に供給される直流電力を所望の交流電力に変換して負荷に供給するDC/ACコンバータと、
前記交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンにし、前記交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると前記検出信号をオフにして送出する電圧検出回路とを備え、
前記第1双方向DC/DCコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オン)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電から放電に切り替えて前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記直流リンク部に供給し、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力が規定値以下になった時に前記電気二重層コンデンサの放電を停止するとともに、放電停止信号を前記第2双方向DC/DCコンバータに送出し、
前記第2双方向DC/DCコンバータは、前記第1双方向DC/DCコンバータからの放電停止信号に基づき前記蓄電池を充電から放電に切り替えて前記蓄電池に蓄積された電力を前記直流リンク部に供給するとともに、前記蓄電池の放電電流が規定値を超えている間は放電信号を前記第1双方向DC/DCコンバータに送出し、
前記第1双方向DC/DCコンバータは、前記第2双方向DC/DCコンバータからの放電信号に基づき前記電気二重層コンデンサを放電して前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記直流リンク部に供給することを特徴とする無停電電源装置。 - 交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流リンク部に供給するAC/DCコンバータと、
電気二重層コンデンサと、
前記電気二重層コンデンサと前記直流リンク部との間で双方向に電力を供給する第1双方向DC/DCコンバータと、
蓄電池と、
前記交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して前記蓄電池を充電する充電器と、
前記蓄電池に蓄積された電力を前記直流リンク部に供給するスイッチと、
前記AC/DCコンバータ、前記第1双方向DC/DCコンバータ及び前記スイッチを介して蓄電池から前記直流リンク部に供給される直流電力を所望の交流電力に変換して負荷に供給するDC/ACコンバータと、
前記交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンにし、前記交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると前記検出信号をオフにして送出する電圧検出回路とを備え、
前記第1双方向DC/DCコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オン)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電から放電に切り替えて前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記直流リンク部に供給し、前記電気二重層コンデンサの両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に放電終了前信号を前記スイッチに送出し、
前記スイッチは、前記第1双方向DC/DCコンバータからの放電終了前信号に基づきオン動作して前記蓄電池に蓄積された電力を前記直流リンク部に供給することを特徴とする無停電電源装置。 - 交流入力端子に供給される交流電源の交流電力を交流出力端子を介して負荷に供給する交流スイッチと、
電気二重層コンデンサと、
前記電気二重層コンデンサと前記交流出力端子との間で双方向に電力を供給する第1双方向DC/ACコンバータと、
蓄電池と、
前記蓄電池と前記交流出力端子との間で双方向に電力を供給する第2双方向DC/ACコンバータと、
前記交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンにして送出するとともに前記交流スイッチをオフ状態にし、前記交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると前記検出信号をオフにして送出するとともに前記交流スイッチをオン状態にする電圧検出回路とを備え、
前記第1双方向DC/ACコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オン)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電から放電に切り替えて前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記交流出力端子に供給し、前記電気二重層コンデンサの両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に放電終了前信号を前記第2双方向DC/ACコンバータに送出し、
前記第2双方向DC/ACコンバータは、前記第1双方向DC/ACコンバータからの放電終了前信号に基づき前記蓄電池を充電から放電に切り替えて前記蓄電池に蓄積された電力を前記交流出力端子に供給することを特徴とする無停電電源装置。 - 交流入力端子に供給される交流電源の交流電力を交流出力端子を介して負荷に供給する交流スイッチと、
電気二重層コンデンサと、
前記電気二重層コンデンサと前記交流出力端子との間で双方向に電力を供給する第1双方向DC/ACコンバータと、
蓄電池と、
前記蓄電池と前記交流出力端子との間で双方向に電力を供給する第2双方向DC/ACコンバータと、
前記交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下を検出すると検出信号をオンにして送出するとともに前記交流スイッチをオフ状態にし、前記交流電源の復電及び電圧低下からの回復を検出すると前記検出信号をオフにして送出するとともに前記交流スイッチをオン状態にする電圧検出回路とを備え、
前記第1双方向DC/ACコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オン)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電から放電に切り替えて前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記交流出力端子に供給し、前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力が規定値以下になった時に前記電気二重層コンデンサの放電を停止するとともに、放電停止信号を前記第2双方向DC/ACコンバータに送出し、
前記第2双方向DC/ACコンバータは、前記第1双方向DC/ACコンバータからの放電停止信号に基づき前記蓄電池を充電から放電に切り替えて前記蓄電池に蓄積された電力を前記交流出力端子に供給するとともに、前記蓄電池の放電電流が規定値を超えている間は放電信号を前記第1双方向DC/ACコンバータに送出し、
前記第1双方向DC/ACコンバータは、前記第2双方向DC/ACコンバータからの放電信号に基づき前記電気二重層コンデンサを放電して前記電気二重層コンデンサに蓄積された電力を前記交流出力端子に供給することを特徴とする無停電電源装置。 - 前記第1双方向DC/DCコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オフ)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電し、前記電気二重層コンデンサの充電が略完了となった時に充電完了信号を前記第2双方向DC/DCコンバータに送出することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の無停電電源装置。
- 前記第1双方向DC/ACコンバータは、前記電圧検出回路からの検出信号(オフ)に基づき前記電気二重層コンデンサを充電し、前記電気二重層コンデンサの充電が略完了となった時に充電完了信号を前記第2双方向DC/ACコンバータに送出することを特徴とする請求項4又は請求項5記載の無停電電源装置。
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