JP5119687B2

JP5119687B2 - 無停電電源装置、該無停電電源装置に用いられるバッテリ温度調節方法及びバッテリ温度調節制御プログラム

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Publication number: JP5119687B2
Application number: JP2007057904A
Authority: JP
Inventors: 忍秋山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2027-03-07
Also published as: JP2008218352A

Description

この発明は、無停電電源装置、該無停電電源装置に用いられるバッテリ温度調節方法及びバッテリ温度調節制御プログラムに係り、特に、内蔵されているバッテリの長寿命及び活性化を図る場合に用いて好適な無停電電源装置、該無停電電源装置に用いられるバッテリ温度調節方法及びバッテリ温度調節制御プログラムに関する。

無停電電源装置（Uninterruptible Power Supply、以下、「ＵＰＳ」ともいう）に内蔵される鉛バッテリは、その寿命や給電能力が同鉛バッテリ自体及び周囲の温度の影響を受けるが、通常、ＵＰＳには、バッテリに特化して温度管理する機構は設けられていない。すなわち、従来のＵＰＳは、冷却用ファンが装備されているものが多いが、同冷却用ファンは、バッテリ以外の他の回路部分に対する冷却に主眼を置いたものであった。また、ファンを用いた冷却では、バッテリを周囲温度よりも低くすることはできなかった。また、バッテリの温度が低く、不活性化している場合でも、加熱はできなかった。このため、このような状態を改善する技術が提案されている。

従来、この種の技術としては、たとえば、特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１に記載されたバッテリの温度制御装置では、バッテリ温度が低温側の設定値より低くかつ冷媒温度がバッテリ温度より高い場合に弁を開いて冷媒をバッテリに導くので、バッテリ温度が上昇し、バッテリの容量不足が解消される。また、バッテリ温度が高温側の設定値より高くかつ外気温度がバッテリ温度より低い場合にファンにより外気をバッテリに送風するので、バッテリ温度が低減され、バッテリのエネルギーの浪費が防止される。

特許文献２に記載された電気自動車のバッテリ温度調整装置では、車体フロア下面に装着されているバッテリケースの各バッテリ収容空間の相互間に、供給される電流の向きによって発熱又は吸熱作用が発揮されるペルチェ素子がバッテリ収容空間の外表面に密着した状態で設けられている。バッテリセルの温度が温度センサで検出され、その温度に応じてペルチェ素子に流れる電流の向きを変え、バッテリセルが加熱又は冷却される。
特開２００５−２０３２１０号公報（要約書、図１）特開平１１−１７６４８７号公報（要約書、図１）

しかしながら、上記従来の技術では、次のような問題点があった。
すなわち、特許文献１に記載されたバッテリの温度制御装置では、バッテリに対する給電が停止した場合、暫く温度上昇したままとなるため、寿命が短くなり、また、起動直後にバッテリが不活性の状態になっているという問題点がある。また、特許文献２に記載されたバッテリ温度調整装置でも、特許文献１と同様の問題点がある。

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、バッテリの温度管理を行うことによって、バッテリの寿命を延ばすと共に不活性化が防止される無停電電源装置、該無停電電源装置に用いられるバッテリ温度調節方法及びバッテリ温度調節制御プログラムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、供給される入力電源に基づいて充電されると共に、負荷に対して給電する複数のバッテリを有する無停電電源装置に係り、前記バッテリの温度を検出し、検出されたバッテリ温度が所定の高温基準値よりも高い場合には前記バッテリを冷却する一方、前記バッテリ温度が所定の低温基準値よりも低い場合には前記バッテリを加熱し、かつ、運転スケジュール情報に基づいて、運転停止時刻に前記負荷に対する給電を停止した後に前記入力電源の供給が停止される場合、該入力電源の供給が停止される前に前記バッテリを冷却するバッテリ温度調節手段が設けられ、該バッテリ温度調節手段は、前記バッテリ温度を検出する温度検出手段と、供給される温度制御用電流の方向に応じて、前記バッテリの電極端子を熱伝導率の大きい素材からなる熱伝導レールを介して冷却又は加熱する熱電冷却素子と、前記温度検出手段により検出された前記バッテリ温度及び前記運転スケジュール情報に基づいて、前記熱電冷却素子に前記温度制御用電流を供給する温度制御手段とを備えてなると共に、前記複数のバッテリの電極端子のうち、互いに同極の電極端子と前記熱電冷却素子とが、該熱電冷却素子を始端として、かつ、任意の一の前記バッテリを終端として、前記熱伝導レールで熱的に直列接続されていることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の無停電電源装置に係り、前記温度制御手段は、前記運転スケジュール情報に基づく起動時刻に対して所定時間前の時点で前記バッテリ温度が前記低温基準値よりも低い場合には、該起動時刻の前に前記バッテリを加熱する構成とされていることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の無停電電源装置に係り、前記温度制御手段は、前記バッテリを冷却する場合、前記バッテリの温度が周囲温度よりも低くなるように制御する構成とされていることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の無停電電源装置に係り、前記熱電冷却素子は、前記温度制御用電流の方向が第１の方向のときに熱を発生する一方、前記第１の方向と逆の第２の方向のときに熱を吸収するペルチェ素子で構成されていることを特徴としている。

請求項５記載の発明は、供給される入力電源に基づいて充電されると共に、負荷に対して給電する複数のバッテリを有する無停電電源装置に用いられるバッテリ温度調節方法に係り、前記複数のバッテリの電極端子のうち、互いに同極の電極端子と熱電冷却素子とを、該熱電冷却素子を始端として、かつ、任意の一の前記バッテリを終端として、熱伝導率の大きい素材からなる熱伝導レールで熱的に直列接続し、バッテリ温度調節手段が、前記バッテリの温度を検出し、検出されたバッテリ温度が所定の高温基準値よりも高い場合には前記バッテリを冷却する一方、前記バッテリ温度が所定の低温基準値よりも低い場合には前記バッテリを加熱し、かつ、運転スケジュール情報に基づいて、運転停止時刻に前記負荷に対する給電を停止した後に前記入力電源の供給が停止される場合、該入力電源の供給が停止される前に前記バッテリを冷却するバッテリ温度調節処理を行い、該バッテリ温度調節処理では、温度検出手段が、前記バッテリ温度を検出し、前記熱電冷却素子が、供給される温度制御用電流の方向に応じて、前記バッテリの電極端子を前記熱伝導レールを介して冷却又は加熱し、温度制御手段が、前記温度検出手段により検出された前記バッテリ温度及び前記運転スケジュール情報に基づいて、前記熱電冷却素子に前記温度制御用電流を供給することを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項５記載のバッテリ温度調節方法に係り、前記バッテリ温度調節処理では、前記温度制御手段が、前記運転スケジュール情報に基づく起動時刻に対して所定時間前の時点で前記バッテリ温度が前記低温基準値よりも低い場合には、該起動時刻の前に前記バッテリを加熱することを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項５又は６記載のバッテリ温度調節方法に係り、前記バッテリ温度調節処理では、前記温度制御手段が、前記バッテリを冷却する場合、前記バッテリの温度が周囲温度よりも低くなるように制御することを特徴としている。

請求項８記載の発明は、コンピュータ読み取り可能なバッテリ温度調節制御プログラムに係り、コンピュータを請求項１、２又は３記載の温度制御手段として機能させることを特徴としている。

この発明の構成によれば、バッテリ温度調節手段により、バッテリの温度が検出され、検出されたバッテリ温度が所定の高温基準値よりも高い場合には同バッテリが冷却される一方、同バッテリ温度が所定の低温基準値よりも低い場合には同バッテリが加熱され、かつ、運転スケジュール情報に基づいて、運転停止時刻に負荷に対する給電が停止した後に入力電源の供給が停止される場合、同入力電源の供給が停止される前に同バッテリが冷却されるので、同バッテリの寿命を延ばすことができる。また、バッテリ温度調節手段により、運転スケジュール情報に基づく起動時刻に対して所定時間前の時点でバッテリ温度が低温基準値よりも低い場合には、同起動時刻の前に同バッテリが加熱されて活性化されるので、起動の時点で負荷に十分な電力を給電することができる。また、バッテリ温度調節手段により、バッテリを冷却する場合、同バッテリの温度が周囲温度よりも低くなるように制御されるので、さらにバッテリの寿命を延ばすことができる。

運転スケジュール情報に基づいて、運転停止時刻に負荷に対する給電が停止した後に入力電源の供給が停止される場合、同入力電源の供給が停止される前にバッテリが冷却され、かつ、同運転スケジュール情報に基づく起動時刻に対して所定時間前の時点でバッテリ温度が低温基準値よりも低い場合には、同起動時刻の前に同バッテリが加熱される無停電電源装置、同無停電電源装置に用いられるバッテリ温度調節方法及びバッテリ温度調節制御プログラムを提供する。

図１は、この発明の一実施例である無停電電源装置の要部の電気的構成を示す図である。この例の無停電電源装置は、同図に示すように、バッテリ１０，２０，３０と、熱伝導レール４１，４２，４３と、ペルチェ素子４４と、放熱フィン４５と、コントローラ５０とから構成されている。バッテリ１０，２０，３０は、たとえば、鉛蓄電池などで構成され、商用電源が所定の電圧に変圧された交流電源を整流する図示しない整流部から供給される直流の入力電源によって充電される。バッテリ１０，２０，３０の充電電圧は、図示しないインバータなどで交流電源に変換されて負荷に対して給電される。バッテリ１０は、＋電極１１と、−電極１２とを有し、温度センサ１３が密着するように取り付けられている。バッテリ２０は、＋電極２１と、−電極２２とを有し、温度センサ２３が密着するように取り付けられている。バッテリ３０は、＋電極３１と、−電極３２とを有し、温度センサ３３が密着するように取り付けられている。温度センサ１３，２３，３３は、バッテリ１０，２０，３０の各バッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３を検出する。

熱伝導レール４１，４２，４３は、たとえば銅など、熱伝導率の大きい素材で構成され、熱伝導レール４１は、−電極１２と−電極２２とが熱的に接続されるように設けられている。また、熱伝導レール４２は、−電極２２と−電極３２とが熱的に接続されるように設けられている。また、熱伝導レール４３は、−電極３２とペルチェ素子４４とが熱的に接続されるように設けられている。

ペルチェ素子４４は、コントローラ５０から供給される温度制御用電流ｔｃの方向が第１の方向のときに熱を発生する一方、同第１の方向と逆の第２の方向のときに熱を吸収し、熱伝導レール４３を介して−電極３２、熱伝導レール４３，４２を介して−電極２２、及び、熱伝導レール４３，４２，４１を介して電極１２を間接的に冷却又は加熱することにより、バッテリ１０，２０，３０を冷却又は加熱する。放熱フィン４５は、ペルチェ素子４４に密着するように取り付けられ、同ペルチェ素子４４を冷却する。

コントローラ５０は、この無停電電源装置全体を制御するコンピュータとしてのＣＰＵ（中央処理装置）５０ａ及び同ＣＰＵ５０ａを動作させるためのバッテリ温度調節制御プログラムが記録されたＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）５０ｂを有している。特に、この実施例では、コントローラ５０は、温度センサ１３，２３，３３により検出された各バッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３及び外部から与えられる運転スケジュール情報ｄｓに基づいて、ペルチェ素子４４に供給する温度制御用電流ｔｃの方向を制御する。すなわち、コントローラ５０は、検出された各バッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が所定の高温基準値よりも高い場合にはバッテリ１０，２０，３０を冷却する一方、同各バッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が所定の低温基準値よりも低い場合にはバッテリ１０，２０，３０を加熱し、かつ、運転スケジュール情報ｄｓに基づいて、運転停止時刻に負荷に対する給電を停止した後に入力電源の供給が停止される場合、同入力電源の供給が停止される前にバッテリ１０，２０，３０を冷却するように制御する。また、コントローラ５０は、運転スケジュール情報ｄｓに基づく起動時刻に対して所定時間前の時点でバッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が低温基準値よりも低い場合には、同起動時刻の前にバッテリ１０，２０，３０を加熱するように制御する。

次に、この例の無停電電源装置に用いられるバッテリ温度調節方法の処理内容について説明する。
この無停電電源装置（ＵＰＳ）では、バッテリ１０，２０，３０の温度が検出され、検出されたバッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が所定の高温基準値よりも高い場合には同バッテリ１０，２０，３０が冷却される一方、同バッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が所定の低温基準値よりも低い場合には同バッテリ１０，２０，３０が加熱され、かつ、運転スケジュール情報ｄｓに基づいて、運転停止時刻に負荷に対する給電が停止された後に入力電源の供給が停止される場合、同入力電源の供給が停止される前に同バッテリ１０，２０，３０が冷却される（バッテリ温度調節処理）。また、このバッテリ温度調節処理では、上記運転スケジュール情報ｄｓに基づく起動時刻に対して所定時間前の時点でバッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が低温基準値よりも低い場合には、起動時刻の前にバッテリ１０，２０，３０が加熱される。

すなわち、図示しない分電盤から商用電源がＵＰＳへ給電されている状態で、コントローラ５０が温度センサ１３，２３，３３から出力されるバッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が高温基準値よりも高いと判断した場合、同ＵＰＳから負荷へ給電中であっても、あるいは負荷に対する給電が止まっていても、同コントローラ５０は、バッテリ１０，２０，３０の寿命を延ばすために、同バッテリ１０，２０，３０を冷却するようにペルチェ素子４４に供給する温度制御用電流ｔｃの方向を制御する。

また、分電盤から商用電源がＵＰＳへ給電されている状態で、ＵＰＳから負荷への給電が止まっているが、この後に同分電盤からＵＰＳへの給電の停止が予定されている場合は、あらかじめＵＰＳの運転スケジュール情報ｄｓに設定することにより、コントローラ５０は、ＵＰＳへの給電が停止される前にバッテリ１０，２０，３０を強力に冷却するようにペルチェ素子４４に供給する温度制御用電流ｔｃの方向を制御し、同バッテリ１０，２０，３０が低温を維持する時間を延ばすことにより寿命を延ばす。

また、分電盤から商用電源がＵＰＳへ給電されている状態で、コントローラ５０が温度センサ１３，２３，３３から出力されるバッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が低温基準値よりも低いと判断した場合、同ＵＰＳから負荷へ給電中の場合は、同コントローラ５０はバッテリ１０，２０，３０を活性化するために同バッテリ１０，２０，３０を加熱するようにペルチェ素子４４に供給する温度制御用電流ｔｃの方向を制御する。

また、分電盤から商用電源がＵＰＳへ給電されている状態で、コントローラ５０がバッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が低温基準値よりも低いと判断した場合、ＵＰＳから負荷に対する給電が止まっているが、運転スケジュール情報ｄｓによるＵＰＳ起動時刻（負荷へ給電を開始する時刻）が近づいている場合は、同コントローラ５０は、あらかじめバッテリ１０，２０，３０を活性化するために同バッテリ１０，２０，３０を加熱するように温度制御用電流ｔｃの方向を制御する。

以上のように、この実施例では、バッテリ１０，２０，３０の温度が検出され、検出されたバッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が所定の高温基準値よりも高い場合には同バッテリ１０，２０，３０が冷却される一方、同バッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が所定の低温基準値よりも低い場合には同バッテリ１０，２０，３０が加熱され、かつ、運転スケジュール情報ｄｓに基づいて、運転停止時刻に負荷に対する給電が停止された後に入力電源の供給が停止される場合、同入力電源の供給が停止される前に同バッテリ１０，２０，３０が冷却されるので、同バッテリ１０，２０，３０の寿命を延ばすことができる。また、運転スケジュール情報ｄｓに基づく起動時刻に対して所定時間前の時点でバッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が低温基準値よりも低い場合には、同起動時刻の前にバッテリ１０，２０，３０が加熱されて活性化されるので、起動の時点で負荷に十分な電力を供給することができる。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成は同実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
たとえば、図２に示すように、図１中のペルチェ素子４４、放熱フィン４５及びコントローラ５０に代えて、ペルチェ素子１４，２４，３４、放熱フィン１５，２５，３５、及びコントローラ５０Ａを設けても良い。この場合、各バッテリ１０，２０，３０の−電極１２，２２，３２にペルチェ素子１４，２４，３４が熱的に接続されるように直接取り付けられ、同各ペルチェ素子１４，２４，３４に放熱フィン１５，２５，３５か取り付けられている。そして、コントローラ５０Ａにより、ペルチェ素子１４，２４，３４に温度制御用電流ｔｃ１，ｔｃ２，ｔｃ３が供給され、各バッテリ１０，２０，３０が個別に冷却又は加熱され、より高精度で温度調節が行われる。また、ＵＰＳから十分離れた場所に周囲温度を検出するための温度センサを設け、コントローラ５０，５０Ａは、バッテリ１０，２０，３０を冷却する場合、バッテリ温度ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ３が上記周囲温度よりも低くなるように制御するようにしても良い。これにより、さらにバッテリ１０，２０，３０の寿命を延ばすことができる。また、バッテリ１０，２０，３０は、鉛蓄電池に限定されない。また、図１中の熱伝導レール４１，４２，４３の接続状態は、ペルチェ素子４４の冷却又は加熱作用がバッテリ１０，２０，３０に伝導されるようになっていれば良く、上記実施例に限定されない。

この発明は、無停電電源装置のバッテリの寿命を延ばすと共に不活性化を防止する場合全般に適用できる。

この発明の一実施例である無停電電源装置の要部の電気的構成を示す図である。無停電電源装置の電気的構成の変形例を示す図である。

符号の説明

１０，２０，３０バッテリ
１１，２１，３１＋電極（電極端子）
１２，２２，３２ −電極（電極端子）
１３，２３，３３温度センサ（バッテリ温度調節手段の一部、温度検出手段）
１４，２４，３４，４４ペルチェ素子（バッテリ温度調節手段の一部、熱電冷却素子）
１５，２５，３５，４５放熱フィン（バッテリ温度調節手段の一部）
４１，４２，４３熱伝導レール（バッテリ温度調節手段の一部）
５０，５０Ａコントローラ（バッテリ温度調節手段の一部、温度制御手段）
５０ａＣＰＵ（中央処理装置）（バッテリ温度調節手段の一部）
５０ｂＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）（バッテリ温度調節手段の一部）

Claims

供給される入力電源に基づいて充電されると共に、負荷に対して給電する複数のバッテリを有する無停電電源装置であって、
前記バッテリの温度を検出し、検出されたバッテリ温度が所定の高温基準値よりも高い場合には前記バッテリを冷却する一方、前記バッテリ温度が所定の低温基準値よりも低い場合には前記バッテリを加熱し、かつ、運転スケジュール情報に基づいて、運転停止時刻に前記負荷に対する給電を停止した後に前記入力電源の供給が停止される場合、該入力電源の供給が停止される前に前記バッテリを冷却するバッテリ温度調節手段が設けられ、
該バッテリ温度調節手段は、
前記バッテリ温度を検出する温度検出手段と、
供給される温度制御用電流の方向に応じて、前記バッテリの電極端子を熱伝導率の大きい素材からなる熱伝導レールを介して冷却又は加熱する熱電冷却素子と、
前記温度検出手段により検出された前記バッテリ温度及び前記運転スケジュール情報に基づいて、前記熱電冷却素子に前記温度制御用電流を供給する温度制御手段とを備えてなると共に、
前記複数のバッテリの電極端子のうち、互いに同極の電極端子と前記熱電冷却素子とが、該熱電冷却素子を始端として、かつ、任意の一の前記バッテリを終端として、前記熱伝導レールで熱的に直列接続されていることを特徴とする無停電電源装置。
前記温度制御手段は、
前記運転スケジュール情報に基づく起動時刻に対して所定時間前の時点で前記バッテリ温度が前記低温基準値よりも低い場合には、該起動時刻の前に前記バッテリを加熱する構成とされていることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
前記温度制御手段は、
前記バッテリを冷却する場合、前記バッテリの温度が周囲温度よりも低くなるように制御する構成とされていることを特徴とする請求項１又は２記載の無停電電源装置。
前記熱電冷却素子は、
前記温度制御用電流の方向が第１の方向のときに熱を発生する一方、前記第１の方向と逆の第２の方向のときに熱を吸収するペルチェ素子で構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の無停電電源装置。
供給される入力電源に基づいて充電されると共に、負荷に対して給電する複数のバッテリを有する無停電電源装置に用いられるバッテリ温度調節方法であって、
前記複数のバッテリの電極端子のうち、互いに同極の電極端子と熱電冷却素子とを、該熱電冷却素子を始端として、かつ、任意の一の前記バッテリを終端として、熱伝導率の大きい素材からなる熱伝導レールで熱的に直列接続し、
バッテリ温度調節手段が、前記バッテリの温度を検出し、検出されたバッテリ温度が所定の高温基準値よりも高い場合には前記バッテリを冷却する一方、前記バッテリ温度が所定の低温基準値よりも低い場合には前記バッテリを加熱し、かつ、運転スケジュール情報に基づいて、運転停止時刻に前記負荷に対する給電を停止した後に前記入力電源の供給が停止される場合、該入力電源の供給が停止される前に前記バッテリを冷却するバッテリ温度調節処理を行い、
該バッテリ温度調節処理では、
温度検出手段が、前記バッテリ温度を検出し、
前記熱電冷却素子が、供給される温度制御用電流の方向に応じて、前記バッテリの電極端子を前記熱伝導レールを介して冷却又は加熱し、
温度制御手段が、前記温度検出手段により検出された前記バッテリ温度及び前記運転スケジュール情報に基づいて、前記熱電冷却素子に前記温度制御用電流を供給することを特徴とするバッテリ温度調節方法。
前記バッテリ温度調節処理では、
前記温度制御手段が、前記運転スケジュール情報に基づく起動時刻に対して所定時間前の時点で前記バッテリ温度が前記低温基準値よりも低い場合には、該起動時刻の前に前記バッテリを加熱することを特徴とする請求項５記載のバッテリ温度調節方法。
前記バッテリ温度調節処理では、
前記温度制御手段が、前記バッテリを冷却する場合、前記バッテリの温度が周囲温度よりも低くなるように制御することを特徴とする請求項５又は６記載のバッテリ温度調節方法。
コンピュータを請求項１、２又は３記載の温度制御手段として機能させるためのコンピュータ読み取り可能なバッテリ温度調節制御プログラム。