JP3751941B2

JP3751941B2 - 無停電電源システム

Info

Publication number: JP3751941B2
Application number: JP2002374574A
Authority: JP
Inventors: 敏夫印南
Original assignee: NEC Infrontia Corp
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP2004208414A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源停電時にバックアップ用電源を供給する無停電電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、国内においては電源環境の整備により大規模な地域停電等は極端に減少しているが、店舗システム等においては大型エアコン、冷蔵庫等の大電力設備が並設されているケースが多いため、容量オーバーによる店舗内の停電、或いは電力系統毎のブレーカ断等による瞬時停電の発生頻度は決して少なくない。また、海外等の電源環境の不安定なフィールドにおいて更に頻度は増しているのが現状である。
【０００３】
このように店舗システム等において安定稼動を確保するためには、無停電電源システムの設置が不可欠である。また、無停電電源システムに用いられる蓄電池には、寿命があるため寿命判定試験を行い、その試験結果に基づいて適切な交換時期を知ることが重要である。
【０００４】
従来の蓄電池の寿命判定方法としては、例えば、特開平２−５５５３６号公報や特開２０００−２１２１５に記載された方法がある。
【０００５】
特開平２−５５５３６号公報の方法は、一定時間毎にバックアップ用バッテリーを放電させて、バッテリーの寿命判定試験を行うというものである（特許文献１参照）。
【０００６】
また、特開２０００−２１２１５の方法は、所定期間毎に試験動作を開始させ、試験動作時において規定時間後のバッテリーの電圧値に基づいて寿命を判定するというものである（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−５５５３６号公報（第２頁左下欄第８行乃至同頁右下欄第１２行、図１）
【特許文献２】
特開２０００−２１２１５（段落００１９〜００２２、図１、図４）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の寿命判定方法においては、一定時間毎に寿命判定試験を行うため、バッテリーの容量が減少するばかりでなく、寿命判定試験中に停電が発生するとバックアップ用電源への切り替えが遅れてしまい、バックアップの信頼性が低下するという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、寿命判定試験の回数を抑制し、電源バックアップの信頼性を向上可能な無停電電源システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、停電発生時にバックアップ用蓄電池の電源を供給して電源バックアップを行う無停電電源システムにおいて、停電を検出する手段と、前記蓄電池の電流を放電する手段と、前記放電手段と蓄電池との接続をオン／オフする接続手段と、停電を検出する、もしくは、予め設定された規定カウント値を超えるとリセットされ、前記蓄電池のバックアップ動作が終了する、もしくは、前記放電手段と蓄電池との接続がオフされるとカウント動作を開始する計時手段と、前記蓄電池の電流と電圧を測定する測定手段と、前記測定手段で測定された放電開始から所定時間後の電池電圧値が、前記測定手段で測定された電流値で放電した場合の前記所定時間後の電池電圧の期待値に対してどの程度であるかを演算し、当該演算結果が前記期待値に対する電池電圧の判定基準を満たしているかを判定することによって前記蓄電池の寿命判定を行う手段とを備え、前記寿命判定手段は、前記計時手段のカウント値が前記蓄電池の充電完了時間を超えて、且つ、前記規定カウント値を超えない間に、前記停電検出手段により停電が検出された時に前記蓄電池の寿命判定を行い、更に、前記計時手段のカウント値が前記蓄電池の充電完了時間を超えて、且つ、前記規定カウント値を超えた時に、前記接続手段により前記蓄電池と放電手段との接続がオンされ、前記寿命判定手段はその場合に前記蓄電池の寿命判定を行うことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明による無停電電源システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。図１において、１は停電時に使用されるバックアップ用の蓄電池、１１は蓄電池１を充電する充電回路である。充電回路１１は無停電時の定常状態に蓄電池１を充電する。
【００１２】
２は蓄電池１の電流を検出する電流検出回路、３は蓄電池１の電圧を検出する電圧検出回路である。演算部４は電流検出回路２で検出された電流値、電圧検出回路３で検出された電圧値に基づいて蓄電池１の寿命計算を行い、蓄電池１の予測寿命データを更新する。寿命判定部５は演算部４の計算結果に基づいて蓄電池１の寿命判定を行い、蓄電池１の交換指示を行う。演算部４や寿命判定部５による演算や判定方法は後述する。
【００１３】
また、６は切替スイッチ、７は停電を検出する停電検出回路、８はタイマー、９は停電時に蓄電池１の電源を所定の電圧値に変換し、バックアップ用電源として負荷に供給する電源回路、１０は抵抗放電を行い蓄電池１の寿命判定試験に用いる放電回路である。切替スイッチ６は停電検出回路７の出力やタイマー８の状態に応じて切り替えられ、無停電時の定常状態では蓄電池１と電源回路９及び放電回路１０との接続をオフする。
【００１４】
停電検出回路７により停電が検出されると、切替スイッチ６は蓄電池１と電源回路９を電流検出回路２を介して接続し、蓄電池１からの電源を電源回路９からバックアップを行う。タイマー８は寿命判定試験のタイミングの制御に用いられ、例えば、停電発生時にリセットされ、蓄電池１の充電開始、即ち、電源回路９のバックアップ動作が終了するとカウント動作を開始する。タイマー８は予め設定された時間を計時するとリセットされ、一定時間後にセットされる。
【００１５】
タイマー８はシステムの電源環境に合わせて蓄電池１の充電完了時間以上の設定時間（規定カウント値）を計時するとカウントアップするように設定されており、タイマー８が規定カウント値をカウントするまでに停電検出が行われなかった場合に限って、切替スイッチ６は蓄電池１と放電回路１０とを接続する。従って、停電復旧から一定時間停電検出が無かった場合のみ、蓄電池１と放電回路１０を接続して蓄電池１の寿命判定試験を行う。
【００１６】
一方、タイマー８が規定カウント値をカウントする前に停電が検出された場合には、切替スイッチ６は蓄電池１と放電回路１０との接続を行わず、蓄電池１の寿命判定試験は行わない。
【００１７】
次に、本実施形態の動作を図２のタイミングチャートを参照しながら詳細に説明する。図２（ａ）は停電検出回路７の停電検出、図２（ｂ）は充電回路１１による蓄電池１の充電と充電停止を示す。まず、時刻ｔ１で図２（ａ）に示すように停電検出回路７により停電が検出されると、図２（ｂ）に示すように蓄電池１の充電を停止し、停電期間は充電しない。時刻ｔ２で停電が終了すると蓄電池１の充電を行う。
【００１８】
また、時刻ｔ１で停電検出回路７により停電が検出されると、切替スイッチ６により蓄電池１と電源回路９とが接続され、図２（ｄ）に示すように電源回路９から電源のバックアップを行う。この停電発生時に蓄電池１の電流が電流検出回路２で検出され、蓄電池１の電圧が電圧検出回路３によって検出され、演算部４ではその検出結果に基づいて蓄電池１の演算を行い、図２（ｆ）に示すように寿命データを更新する。
【００１９】
寿命判定方法としては、例えば、電流検出回路２でバックアップ中の放電電流Ｉｄｃを測定し、電圧検出回路３でバックアップ開始（放電開始）から予め設定された規定時間後の電池電圧Ｖｂｔを測定する。この規定時間は図示しないタイマーを用いて計測する。放電電流Ｉｄｃで規定時間放電した後の電池電圧Ｖｂｔの期待値は電池特性データで決まっており、この情報が予め演算部４に入力されている。
【００２０】
演算部４は測定された電池電圧Ｖｂｔが期待値に対しどの程度であるかを演算する。また、予め期待値に対する電池電圧Ｖｂｔの判定基準（例えば、５０％以下を寿命とする）が決められており、寿命判定部５はこの判定基準に基づいて電池寿命を判定する。もし、電池電圧Ｖｂｔが判定基準の５０％以下であれば、蓄電池１は寿命に達していると判定し、その旨を使用者に報知して蓄電池１の交換を促す。なお、時刻ｔ２で停電が復旧すると、切替スイッチ６は蓄電池１と電源回路９との接続を切断し、図２（ｄ）に示すように商用電源から電源供給を行う（ＡＣ駆動）。
【００２１】
一方、タイマー８は図２（ｅ）に示すように時刻ｔ１の停電検出時にリセットされ、時刻ｔ２の電源回路９のバックアップ動作終了時にカウント動作を開始する。タイマー８の規定カウント値は、前述のように蓄電池１の充電完了時間以上に設定されており、図２（ｅ）に示すように時刻ｔ３でタイマー８が規定カウント値をカウントアップすると、タイマー８はリセットされる。また、図２（ｃ）に示すようにこれと同時に切替スイッチ６により蓄電池１と放電回路１０とが接続される。
【００２２】
即ち、切替スイッチ６は、前述のようにタイマー８が規定カウント値をカウントするまで停電検出が行われなかった場合に限って、蓄電池１と放電回路１０とを接続するため、図２（ｃ）に示すように蓄電池１と放電回路１０とが接続される。なお、切替スイッチ６は蓄電池１と電源回路９との接続は切り離したままとする。
【００２３】
蓄電池１と放電回路１０が接続されると、放電回路１０で抵抗放電を行い、停電時と同様に電流検出回路２により蓄電池１の電流が検出され、電圧検出回路３により蓄電池１の電圧が検出される。演算部４では、検出された電流値と電圧値に基づいて蓄電池１の寿命計算を行い、寿命判定部５は寿命判定基準に基づいて蓄電池１の寿命の判定を行う。この場合の寿命判定方法は停電の場合と全く同様である。
【００２４】
次に、タイマー８は図２（ｅ）に示すように一定期間リセットされ、時刻ｔ４になるとカウント動作を開始する。次いで、時刻ｔ５で停電検出回路７により停電が検出されると、同様に蓄電池１の充電を停止する。また、切替スイッチ６により蓄電池１と電源回路９とが接続され、図２（ｄ）に示すように電源回路９から電源のバックアップを行う。
【００２５】
更に、時刻ｔ５の停電発生検出時に図２（ｅ）に示すようにタイマー８がリセットされるが、この場合には、タイマー８が時刻ｔ４のカウント動作開始から規定カウント値をカウントする前に停電が発生しているので、図２（ｃ）に示すように切替スイッチ６は蓄電池１と放電回路１０との接続を行わない。従って、演算部４による蓄電池１の寿命計算は行わず、図２（ｆ）に示すように寿命データは更新しない。
【００２６】
このように本実施形態では、蓄電池１の寿命判定試験をシステム運用中の停電発生時に行い、また、停電復旧後、蓄電池１の充電完了時間以上の設定時間まで停電検出が無かった場合に限って寿命判定試験を行うので、抵抗放電による寿命判定試験回数を最低限に抑制することができる。
【００２７】
従って、無条件に一定時間毎に放電抵抗による寿命判定を行う場合には、電源バックアップの信頼性を損なうことが考えられるが、本実施形態では、寿命判定試験の回数を最低限に抑制しているので、蓄電池１の容量を無駄に消費することがなく、停電発生時にバックアップ電源への切り替えが遅れる可能性も小さくなり、電源バックアップの信頼性を向上することができる。
【００２８】
特に、電源環境が悪く頻繁に停電が発生するフィールドにおいて、前述のようにバックアップ動作中等に寿命判定試験を行い、定期的な放電抵抗による試験回数を減らすことができるので、信頼性を低下させることなく、寿命判定試験を行うことができ、有効である。
【００２９】
なお、本実施形態では、停電時における寿命判定は寿命判定時間に依存し、短い停電の場合には、寿命判定ができないことがある。前述のような寿命判定方法を用いた場合には、短い時間で復旧する停電（例えば、２〜３秒）に対しては、放電時間が短く正確な測定や寿命計算ができない。寿命判定を短時間で行うことができれば、瞬時の停電であっても寿命判定は可能である。
【００３０】
ここで、蓄電池１の寿命判定を行う場合には、前述のようにタイマーを用いて規定時間後の電池電圧を検出するが、規定時間を計測する前に停電が復旧した時は電池電圧の測定はできない。なお、寿命判定が出来ない短い停電は、蓄電池１の消耗が小さく、直ぐに回復するので、システムへの影響や次回の放電抵抗による寿命判定への影響はないと考えて良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、停電発生時に蓄電池の寿命判定試験を行うと共に、停電復旧から蓄電池の充電完了時間以上の一定時間停電がない場合に限って寿命判定試験を行うことにより、蓄電池の寿命判定試験を必要最小限に抑制することができ、従来に比べて電源バックアップの信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無停電電源システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１蓄電池
２電流検出回路
３電圧検出回路
４演算部
５寿命判定部
６切替スイッチ
７停電検出回路
８タイマー
９電源回路
１０放電回路
１１充電回路

Claims

停電発生時にバックアップ用蓄電池の電源を供給して電源バックアップを行う無停電電源システムにおいて、
停電を検出する手段と、
前記蓄電池の電流を放電する手段と、
前記放電手段と蓄電池との接続をオン／オフする接続手段と、
停電を検出する、もしくは、予め設定された規定カウント値を超えるとリセットされ、前記蓄電池のバックアップ動作が終了する、もしくは、前記放電手段と蓄電池との接続がオフされるとカウント動作を開始する計時手段と、
前記蓄電池の電流と電圧を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定された放電開始から所定時間後の電池電圧値が、前記測定手段で測定された電流値で放電した場合の前記所定時間後の電池電圧の期待値に対してどの程度であるかを演算し、当該演算結果が前記期待値に対する電池電圧の判定基準を満たしているかを判定することによって前記蓄電池の寿命判定を行う手段とを備え、
前記寿命判定手段は、前記計時手段のカウント値が前記蓄電池の充電完了時間を超えて、且つ、前記規定カウント値を超えない間に、前記停電検出手段により停電が検出された時に前記蓄電池の寿命判定を行い、
更に、前記計時手段のカウント値が前記蓄電池の充電完了時間を超えて、且つ、前記規定カウント値を超えた時に、前記接続手段により前記蓄電池と放電手段との接続がオンされ、前記寿命判定手段はその場合に前記蓄電池の寿命判定を行うことを特徴とする無停電電源システム。
前記寿命判定手段は、前記測定手段で測定できない短い停電が発生した時は寿命判定を行わないことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システム。
前記寿命判定手段は、前記蓄電池が寿命に達したと判定した時には、電池寿命を使用者に報知し、電池交換を促すことを特徴とする請求項１又は２に記載の無停電電源システム。