JP6470003B2 - 無停電電源装置及び無停電電源装置システム - Google Patents

Description

本発明は、商用交流電源及びこれより電力供給される負荷装置の間に介在接続され、商用交流電源の負荷装置に対する通常時の電力供給時に内蔵する蓄電池部での充電を行い、電力供給停止時に蓄電池部から負荷装置に対して放電して電力供給を長時間バックアップする機能を持つ常時商用タイプの無停電電源装置（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ／以下、ＵＰＳと呼ぶ）及びＵＰＳシステムに関する。

近年、東日本大震災の教訓として、大規模災害発生等により広域で停電となれば電気装置、電子情報処理装置、通信装置等の負荷装置（特に基地局機能の装置）への商用交流電源による電力供給が停止してしまい、これに伴って産業界の様々な分野でトラブルが発生して甚大な被害をもたらした事態を鑑み、商用交流電源による電力供給停止時にも二次電池である蓄電池から負荷装置に対して電力供給をバックアップする機能を持ったＵＰＳの適用が注目されている。

このＵＰＳでは、商用交流電源による電力供給停止時にも負荷装置へ安定した電力供給を継続させるものであるが、電力供給をバックアップする時間（バックアップ時間）は搭載する蓄電池の容量によって決定される。一般的なＵＰＳでは対応可能な停電時間が数分〜３０分程度と短時間になっているが、蓄電池の総数を増設して大容量化することで数時間単位のバックアップ時間を可能にした装置構成も開発されている。

このようなバックアップ時間を長くしたＵＰＳに係る周知技術としては、例えばＵＰＳを多重接続することにより強制シャットダウンを起動する前にアプリケーション等の実行状態の退避を開始する契機を与えることにより、その退避時間を確保する「無停電電源接続方法」（特許文献１参照）、電池の交換作業を容易に行えるとともに直接接続された蓄電池の内の数個の電池の劣化に対しても電池の直流電力バックアップ機能が喪失しない「無停電電源装置」（特許文献２参照）、直流電力によって動作する負荷装置に電源トラブルが発生したとき直流バックアップ電力を供給する「直流無停電電源装置」（特許文献３参照）が挙げられる。

特開平１０−９７３５４号公報 特開平５−２６０６８２号公報 特開２００５−１７６４６１号公報

上述した特許文献１に係る技術では、電池パックからの直流（ＤＣ）電力をインバータ（電力変換器）で交流（ＡＣ）電力に変換する機能を持つＵＰＳを複数カスケード接続してＵＰＳ台数を増設することにより、バックアップ時間を所望に延長できる手法を提案している。

ところが、こうした機能構成であれば、ＵＰＳを増設するための設置床面積が大きくなって占有スペースを要してしまうばかりでなく、コスト高を招くことにもなる上、ＵＰＳ同士を接続するケーブルのインピーダンスによる電圧降下の影響を回避できないことにより、負荷装置に対して安定した電力供給が行われ難くなる危険性がある他、基本動作上においても、例えば商用交流電源側のＵＰＳがバックアップ動作中にその他のＵＰＳが蓄電のための充電に移行すると充電エネルギー分も商用交流電源側のＵＰＳが負担することになるため、これによってバックアップ時間が減少してしまう事態を回避できないという問題や、或いは既設システムへのＵＰＳ増設を想定した場合、全部のＵＰＳが一斉に充電を行うと商用交流電源側のＵＰＳの入力側に設けられたブレーカ（ＵＰＳが常時商用方式の双方向型であれば停電時に商用交流電源への逆潮流を防止するためのリレー機能として必要になる）がその他のＵＰＳ分の電力供給の超過によってトリップ（遮断）されてしまう場合があり、こうした状況下では充電を安定して行うことができなくなってしまうという問題がある。

また、特許文献２に係る技術では、所定数の蓄電池を直列接続した構成の電池パックを複数直列接続して電池パック毎にｎ群に分割し、分割したｎ群の電池パック毎にダイオードを並列接続し、ｎ群毎の電池パックを交換可能とすることにより、ＵＰＳを通電状態で活線保守でき、システムの無停止による高信頼化、電池交換作業の容易化を実現できる手法を提案している。

しかしながら、特許文献２に係る複数の電池パックを直列接続したＵＰＳの場合、バックアップ動作中に満充電された電池パックを補充することでバックアップ時間を延長させることが期待されるものの、実際には電池パックの挿抜時に電池電圧が大きく変動するために交換のタイミングがシステム動作上で制限されてしまうという問題がある他、正極端子側に近い電池パック程、高電圧になるために電池パックの交換作業には危険を伴うものとなるため、活線保守に際して安全対策が十分に図られていないという問題もある。

更に、特許文献３に係る技術では、電池パックを複数並列接続して電池パック毎の充電線路に充電スイッチを設け、電源管理部で寿命判定された電池パックのみを取り外して交換するとき、充電制御部で該当する充電スイッチをオフにすることにより、劣化が生じた電池パックを任意なタイミングで簡単且つ安全に交換可能とすることにより、通電状態での保守作業を容易化させた手法を提案している。

ところが、特許文献３に係る複数の電池パックを並列接続したＵＰＳの場合、特許文献２の場合よりも安全に電池パックの交換作業を安全に行うことができてバックアップ動作中に満充電された電池パックを補充することでバックアップ時間を延長させることが期待されるものの、実際には回路構成が複雑化されてしまう上、交換直後には満充電された電池パックから他の電池パックに向かって突入電流（所謂横流）が流れてしまうため、状況によっては過電流によりシステム動作がダウンされる懸念もあり、活線保守に際して安定性良くパック電池を交換することができないという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その主たる技術的課題は、占有スペースを要さず、商用交流電源の電力供給停止時に負荷装置に電力供給を長時間安定して信頼性高くバックアップできるＵＰＳ及びＵＰＳシステムを提供することにある。

また、本願発明のその他の技術的課題は、活線保守に際して充放電機能に支障を来すことなく安全に蓄電池部におけるパック電池を安定性良く交換できるＵＰＳ及びＵＰＳシステムを提供することにある。

上記技術的課題を解決するため、本発明は、商用交流電源と当該商用交流電源により電力が供給される負荷装置との間に介在接続される常時商用タイプの無停電電源装置であって、前記商用交流電源から前記負荷装置に対し電力が供給される通常時において充電され、前記商用交流電源からの電力供給の停止時に前記負荷装置に対して放電する蓄電池を複数個直並列接続して構成された電池パックを複数並列接続して構成される蓄電池部と、前記商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換して当該蓄電池部へ供給することで充電を行うと共に、当該蓄電池部からの直流電力を交流電力に変換して当該負荷装置へ供給することで放電を行う電力変換部と、前記蓄電池部及び前記電力変換部に係る充放電の動作を制御する制御部と、を備え、前記電力変換部は、前記蓄電池部での直流電圧よりも高い電圧に昇圧して内部の高圧直流路へ出力すると共に、当該高圧直流路に供給される高圧な直流電圧を当該蓄電池部での当該直流電圧に降圧して当該蓄電池部へ出力する双方向型のＤＣ−ＤＣコンバータと、前記高圧直流路と前記商用交流電源との間に接続されると共に、前記蓄電池部への充電時には当該商用交流電源からの前記交流電力を当該高圧直流路へ向けて電力変換して前記直流電力とした上で前記ＤＣ−ＤＣコンバータへ出力し、当該蓄電池部からの放電時には当該高圧直流路での前記直流電力を前記交流電力へと変換して前記負荷装置へ供給する双方向型のインバータと、から構成され、前記ＤＣ−ＤＣコンバータには、前記高圧直流路側と前記蓄電池部側とを電気的に絶縁する機能を有する高周波トランスが用いられ、前記蓄電池部は、前記複数の並列接続された電池パックが装置入出力に対してそれぞれ前記ＤＣ−ＤＣコンバータによって電気的に絶縁されており、前記制御部による当該電池パックの使用状態を監視した結果に応じて実施する活線保守時の当該電池パックの何れかに対する交換時の挿抜が可能であり、前記制御部は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ及び前記インバータにおける双方向伝送の動作を制御し、前記電池パックの何れかを放電終止状態のものから満充電状態のものへ交換した後、装置の入力電圧が消失した状態での当該交換した満充電状態の電池パックからの直流電力、又は外部の電力変換機能を持つ電源供給手段から供給される直流電力を用いて装置を起動した後、強制的に放電してバックアップを行う強制放電機能を持つ、ことを特徴とする。

本発明のＵＰＳによれば、上記構成により、占有スペースを要さず、商用交流電源の電力供給停止時に負荷装置に電力供給を長時間安定して信頼性高くバックアップできるようになる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係るＵＰＳを２台カスケード接続したＵＰＳシステムの基本構成を示した機能ブロック図である。 図１に示すＵＰＳシステムの運用の様子を各ＵＰＳの動作状態に応じて段階別に例示した概略図である。 本発明の実施例２に係るＵＰＳを３台カスケード接続したＵＰＳシステムの概略構成を示した外観斜視図である。 図３に示すＵＰＳシステムの各ＵＰＳにおけるインターフェース回路間における入出力の接続関係を例示した概略図である。 図４に示すインターフェース回路間における入出力の接続関係で商用交流電源側のＵＰＳの制御部による排他的充電制御を行う場合の信号レベルの制御を説明するための図であり、（ａ）は商用交流電源側のＵＰＳの蓄電池部が充電中の場合に関する図、（ｂ）は商用交流電源側のＵＰＳの蓄電池部が放電中の場合に関する図である。

以下に、本発明のＵＰＳ及びＵＰＳシステムについて、幾つかの実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るＵＰＳを２台カスケード接続したＵＰＳシステムの基本構成を示した機能ブロック図である。

図１を参照すれば、実施例１に係るＵＰＳシステムは、２台のＵＰＳ１００、２００をカスケード接続して図示されない商用交流電源（商用系統側として表記している）とこれより電力供給される図示されない負荷装置（負荷側として表記している）との間に介在接続して構成され、各ＵＰＳ１００、２００において、入出力端子間に設けられたリレー（ＲＹ）１０１、２０１での切換え接続動作を利用して商用交流電源の負荷装置に対する通常時の電力供給時に内蔵する蓄電池部１０２、２０２での充電を行い、商用交流電源の電力供給停止時に蓄電池部１０２、２０２から負荷装置に対して放電して電力供給をバックアップする機能を持つ常時商用タイプである他、商用系統側のＵＰＳ１００における入力側に停電状態での商用交流電源への逆潮流を防止するリレー機能のブレーカ（ＢＲＫ）１１が設けられている。

ここでの各ＵＰＳ１００、２００は、蓄電池部１０２、２０２における並列接続された電池パック１０３、２０３と商用交流電源及び負荷装置との正極側、負極側にそれぞれ接続されて商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池部１０２、２０２へ供給することで充電を行うと共に、蓄電池部１０２、２０２からの直流電力を交流電力に変換して負荷装置へ供給することで放電を行う電力変換部１０４、２０４と、蓄電池部１０２、２０２及び電力変換部１０４、２０４に係る充放電の動作を制御する制御部１０７、２０７と、装置同士をカスケード接続するためのインターフェース回路１０８、２０８と、を備えている。

また、各ＵＰＳ１００、２００における電力変換部１０４、２０４は、蓄電池部１０２、２０２での直流電圧よりも高い電圧に昇圧して内部の高圧直流路へ出力すると共に、高圧直流路に供給される高圧な直流電圧を蓄電池部１０２、２０２での直流電圧に降圧して蓄電池部１０２、２０２へ出力する双方向型のＤＣ−ＤＣコンバータ１０５、２０５と、高圧直流路と商用交流電源との間に接続されると共に、蓄電池部１０２、２０２への充電時には商用交流電源からの交流電力を高圧直流路へ向けて電力変換して直流電力とした上でＤＣ−ＤＣコンバータ１０５、２０５へ出力し、蓄電池部１０２、２０２からの放電時には高圧直流路での直流電力を交流電力へと変換して負荷装置へ供給する双方向型のインバータ１０６、２０６と、を備えて構成される。各ＵＰＳ１００、２００における制御部１０７、２０７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５、２０５及びインバータ１０６、２０６における双方向伝送の動作を制御する。因みに、上述したＤＣ−ＤＣコンバータ１０５、２０５には、高圧直流路側と蓄電池部１０２、２０２側とを電気的に絶縁する機能を有する高周波トランスを用いることが好ましい。係る構成で総合変換効率９０％以上を実現でき、ＵＰＳ１００、２００の装置構成の小型化に寄与できる。

更に、各ＵＰＳ１００、２００における蓄電池部１０２、２０２は、蓄電池（二次電池）としてリチウムイオン電池セルを複数個直並列接続した構成の電池パック１０３、２０３を複数並列接続して構成され、電池パック１０３、２０３の何れかが故障又は寿命劣化状態になっても、係る構成の電池パックを直並列接続した構成と比べ、最小限の容量低下で済むように配慮することによってバックアップ機能の高信頼性を確保している。また、蓄電池部１０２、２０２では、電池パック１０３、２０３が装置入出力に対してそれぞれＤＣ−ＤＣコンバータ１０５、２０５によって電気的に絶縁されており、制御部１０７、２０７による電池パック１０３、２０３の使用状態を監視した結果に応じて実施する活線保守時の電池パック１０３、２０３の何れかに対する交換時の挿抜を危険電圧（６０Ｖｄｃ）以下にして安全に行うことが可能となっている。蓄電池部１０２、２０２での電池パック１０３、２０３を並列接続する数は、適用するシステムに合わせて拡張させれば良いもので、例えば、最大７．４ｋＷｈまで０．６２ｋＷｈ単位で増設することができる。因みに、制御部１０７、２０７では、電池パック１０３、２０３の何れかが故障や寿命劣化状態等の支障を来している場合、その結果を表示部に表示させたり、或いは特定色の点灯部を点灯させる等の手法により保守管理者へ警告させることが可能になっている。

加えて、各ＵＰＳ１００、２００における制御部１０７、２０７は、蓄電池部１０２、２０２における電池パック１０３、２０３の何れかを放電終止状態のものから満充電状態のものへ交換した後、装置の入力電圧が消失した状態での交換した満充電状態の電池パック１０３、２０３からの直流電力、又は外部の電力変換機能を持つ電源供給手段（各ＵＰＳ１００、２００に専用に設けたコンセントに接続された電力変換機能を持つ電源装置）から供給される直流電力を用いて装置を起動した後、強制的に放電してバックアップを行う強制放電機能を持つ他、インターフェース回路１０８、２０８の入力回路及び出力回路における信号レベルを制御することにより、自装置の蓄電池部１０２、２０２での充電時に充電動作を排他的に行わせると共に、自装置の蓄電池部１０２、２０２からの放電時のバックアップ動作中ではバックアップ非動作状態の他装置における充電抑止を指示して実行させる排他充電制御機能を持つ。

このＵＰＳシステムでは、２台のＵＰＳ１００、２００のインターフェース回路１０８、２０８における接続をＩ／Ｏケーブル１３を用いて実現しているが、ノイズ耐性向上のためには、同軸ケーブルやシールドケーブルの使用が望ましい。本ケーブルを複数本使用し、インターフェース回路１０８の出力回路に対してインターフェース回路２０８の入力回路を接続し、インターフェース回路２０８の出力回路に対してインターフェース回路１０８の入力回路を接続した構成となっている。因みに、インターフェース回路１０８、２０８の入力回路及び出力回路の具体的構成については、周知技術を適用できるために詳述しないが、フォトカプラ等を用いた絶縁回路によって構成される信号伝送系回路が適用され、制御部１０７、２０７からの信号レベルをＨｉｇｈ又はＬｏｗに維持するように処理する機能を有するものである。

即ち、ＵＰＳ１００、２００のインターフェース回路１０８、２０８は、制御部１０７、２０７の上述した排他充電制御機能により入力回路及び出力回路がＨｉｇｈ又はＬｏｗに維持される。例えばＵＰＳ１００における蓄電池部１０２が充電中であれば、インターフェース回路１０８の出力回路は充電又は放電中を示すＬｏｗに維持され、入力回路は充電可を示すＨｉｇｈに維持される。このとき、商用バイパス運転で待機状態（バックアップ非動作状態）にあるＵＰＳ２００におけるインターフェース回路２０８の出力回路は待機中を示すＨｉｇｈに維持され、入力回路は充電禁止を示すＬｏｗに維持される。これに対し、ＵＰＳ１００における蓄電池部１０２が放電中である場合も同様な制御が行われ、インターフェース回路１０８の出力回路は充電又は放電中を示すＬｏｗに維持され、入力回路は充電可を示すＨｉｇｈに維持される。このとき、商用バイパス運転で待機状態にあるＵＰＳ２００におけるインターフェース回路２０８の出力回路は待機中を示すＨｉｇｈに維持され、入力回路は充電禁止を示すＬｏｗに維持される。

但し、実施例１に係るＵＰＳシステムでは、バックアップ動作上で上述したような制御部１０７、２０７による排他充電制御機能が働くことになるが、実際にはＵＰＳ１００による商用系統（商用交流電源）の停電検出がＵＰＳ２００よりも早い場合と遅い場合とに分けられる。

具体的に云えば、前者の場合、或る時刻に商用系統（商用交流電源）に停電が発生すると、その時点よりも幾分遅れてＵＰＳ１００で停電検出され、その後にリレー（ＲＹ）１０１がオンからオフに切換わり、その直後に蓄電池部１０２から放電により直流電力を供給することでＵＰＳ１００でのバックアップ動作が所定の期間で行われる。また、ＵＰＳ２００による商用系統（商用交流電源）の停電検出がＵＰＳ１００でのバックアップの直前に行われたとすると、ＵＰＳ１００でのバックアップ開始後にリレー（ＲＹ）２０１がオンからオフに短時間切換わるが、その直後にＵＰＳ２００は次にバックアップを行う旨の信号出力を行うだけで直ちにバックアップには移行せず、ＵＰＳ１００でのバックアップ途中にリレー（ＲＹ）２０１がオフからオンに切換わった状態でのＵＰＳ１００でのバックアップの放電終了後の所定のタイミング（例えばＵＰＳ２００での停電検出後のＵＰＳ１００に係るバックアップ時間分遅延した所定時間後をトリガとし、その直後とする場合を例示できる）によりリレー（ＲＹ）２０１が再度オンからオフに切換わった直後に蓄電池部２０２から放電により直流電力を供給することでＵＰＳ２００でのバックアップ動作が行われる。因みに、この動作では信号処理上でＵＰＳ１００でのバックアップ動作の終了からＵＰＳ２００でのバックアップ動作の開始へ移行するまでに若干のタイムラグを生じているが、実際の蓄電池部１０２、２０２の電池パック１０３、２０３から放電を行わせての負荷装置へのバックアップ動作による電力供給の継続性には支障がないものであり、負荷装置への電力供給は継続して行われるとみなして良い。その理由は、ＵＰＳ１００でのバックアップ動作が所定の電圧閾値よりも降下した状態で終了したとみなしても、実際には放電の過渡現象により電圧降下された状態で負荷装置側へ電力供給がパワーダウンした状態で継続されると共に、その時点以前にバックアップ動作により電力供給されていた負荷装置が最大電力を消費し続けて電力供給需要が高い状態となっている確率を極めて低いとみなせることによる。

これに対し、後者の場合も商用系統（商用交流電源）の停電検出がＵＰＳ２００において先に行われるというだけで、その後にＵＰＳ１００において停電検出されたタイミングでリレー（ＲＹ）２０１がオンからオフに切換わった直後に、ＵＰＳ２００では次にバックアップを行う旨の信号出力をやや長めに行うだけで直ちにバックアップには移行せず、動作上ではＵＰＳ１００での停電検出後のリレー（ＲＹ）１０１の切換え、ＵＰＳ１００でのリレー（ＲＹ）１０１の切換え直後のバックアップ動作、ＵＰＳ１００に係るバックアップ動作中におけるＵＰＳ２００でのリレー（ＲＹ）２０１の切換え、ＵＰＳ１００に係るバックアップ動作の放電終了後の所定のタイミングによるＵＰＳ２００でのリレー（ＲＹ）２０１の再度の切換え、及びＵＰＳ２００でのリレー（ＲＹ）２０１の再度の切換え直後のバックアップ動作がそれぞれ前者の場合と同様に行われる。即ち、ＵＰＳ１００による商用系統（商用交流電源）の停電検出がＵＰＳ２００よりも遅い場合には、ＵＰＳ２００での停電検出、ＵＰＳ２００でのＵＰＳ１００において停電検出されたタイミングでのリレー（ＲＹ）２０１のオンからオフに切換わった状態、並びにＵＰＳ２００での次にバックアップを行う旨の信号出力状態がやや間延びして行われる点が前者の場合と相違する。

このように、実施例１に係るＵＰＳシステムでは、ＵＰＳ１００による商用系統（商用交流電源）の停電検出がＵＰＳ２００よりも早いか遅いかに拘らず、ＵＰＳ１００における蓄電池部１０２の電池パック１０３からの放電によるバックアップ動作が行われた後、継続してＵＰＳ２００における蓄電池部２０２の電池パック２０３からの放電によるバックアップ動作が行われる。

図２は、実施例１に係るＵＰＳシステムの運用の様子を各ＵＰＳ１００、２００の動作状態に応じて段階Ａ〜Ｄ別に例示した概略図である。

図２を参照すれば、このＵＰＳシステムでは、段階ＡにおいてＵＰＳ１００が蓄電池部１０２の電池パック１０３からの放電によるバックアップ動作中にあって蓄電池部１０２の容量が若干目減りしており、このときにＵＰＳ２００は待機（スタンバイ）状態となっており、蓄電池部２０２の電池パック２０３は満充電状態で蓄電池部２０２の容量が定格に維持されている様子を示している。

次の段階Ｂでは、ＵＰＳ１００における蓄電池部１０２の電池パック１０３が放電終了となって一旦バックアップを停止してから活線保守で満（フル）充電状態のものに交換しており、このときにＵＰＳ２００が蓄電池部２０２の電池パック２０３からの放電によるバックアップ動作中にあって蓄電池部２０２の容量が若干目減りしている様子を示している。

続く段階Ｃでは、段階Ｂでの交換作業後にＵＰＳ１００における装置の入力電圧が消失した状態を判定したときの制御部１０７の強制放電機能により蓄電池部１０２の交換した満充電状態の電池パック１０３からの放電によるバックアップ動作中にあって蓄電池部１０２の容量が若干目減りしており、このときにＵＰＳ２００は待機（スタンバイ）状態に移行されるが、段階Ｂでバックアップ動作を行ったことにより蓄電池部２０２の容量が若干目減りしたままとなっている様子を示している。

更なる段階Ｄでは、段階ＣでＵＰＳ１００が蓄電池部１０２の電池パック１０３からの放電によるバックアップ動作を継続したことにより、ＵＰＳ１００における蓄電池部１０２の容量が空になって放電終止した動作停止状態にあり、このときにＵＰＳ２００における蓄電池部２０２の電池パック２０３からの放電によるバックアップ動作が行われて蓄電池部２０２の容量が更に目減りした様子を示している。

何れにしても、実施例１に係るＵＰＳシステムでは、ＵＰＳ１００における蓄電池部１０２からの放電によるバックアップ動作が行われた後、継続してＵＰＳ２００における蓄電池部２０２からの放電によるバックアップ動作が行われるため、占有スペースを要さず、大災害発生等で電力復旧に長時間を要する商用交流電源の電力供給停止時にも、負荷装置に対して電力供給を長時間安定して信頼性高くバックアップできるようになる。例えば電池パック１０３、２０３に用いられる蓄電池がリチウムイオン電池セルでＵＰＳシステムの総重量が１００ｋｇ程度の規模であれば、バックアップに際して１ｋＷ〜２ｋＷの電力供給を３時間超えで継続して行うことが可能になる。

また、実施例１に係るＵＰＳシステムでは、各ＵＰＳ１００、２００における蓄電池部１０２、２０２は、装置入出力に対してそれぞれＤＣ−ＤＣコンバータ１０５、２０５によって電気的に絶縁されているため、電池パック１０３、２０３の何れかが寿命劣化や故障による放電終了状態に至って交換が必要になっても、活線保守によりシステム動作を停止させることなく電池パック１０３、２０３を容易にして安全に満充電状態のものに交換することができる。更に、このときに各ＵＰＳ１００、２００における制御部１０７、２０７の強制放電機能により、装置の入力電圧が消失した状態を判定すると、交換した満充電状態の電池パック１０３、２０３からの直流電力、或いは外部の電力変換機能を持つ電源供給手段から供給される直流電力を用いて強制的に放電してバックアップを行うため、システム動作がダウンされることなく、活線保守に際して安定性良くパック電池１０３、２０３を交換することができる。

加えて、実施例１に係るＵＰＳシステムでは、各ＵＰＳ１００、２００における制御部１０７、２０７の排他充電制御機能で装置同士を接続したインターフェース回路１０８、２０８の入力回路及び出力回路の信号レベルを制御することにより、自装置における蓄電池部１０２、２０２での充電動作を排他的に制御すると共に、自装置での蓄電池部１０２、２０２からの放電によるバックアップ動作中では他装置の充電動作を抑止するため、従来技術（特許文献１）のように一斉充電が行われて電力超過によりブレーカ（ＢＲＫ）１１がトリップ（遮断）されて充電が安定して行われなくなるような事態も起こらず、活線保守に際して充放電機能に支障を来すことなく安全に蓄電池部１０２、２０２におけるパック電池１０３、２０３を安定性良く交換できるようになる。

その他、実施例１に係るＵＰＳシステムにおける各ＵＰＳ１００、２００の各部構成については、既存の装置環境や設備を根本的に変更することなく、必要とされる機能構成を選択してリニューアルすれば、最小限の導入費用で適用して同等な処理機能を持たせ、同等な作用効果を奏する構成とすることも可能である。

図３は、本発明の実施例２に係るＵＰＳを３台カスケード接続したＵＰＳシステムの概略構成を示した外観斜視図である。

図３を参照すれば、実施例２に係るＵＰＳシステムは、３台のＵＰＳ１００、２００、３００をカスケード接続して商用交流電源１０とこれにより電力供給される負荷装置１２との間に介在接続して構成され、各ＵＰＳ１００、２００、３００において、実施例１で説明した場合と同様に、入出力端子間に設けられたリレーの切換え動作を利用して商用交流電源１０の負荷装置１２に対する通常時の電力供給時に内蔵する蓄電池部での充電を行い、商用交流電源１０の電力供給停止時に蓄電池部から負荷装置１２に対して放電して電力供給をバックアップする機能を持つ常時商用タイプである他、ここでも商用系統側のＵＰＳ１００における入力側にブレーカ（ＢＲＫ）１１が設けられている。

実施例２に係るＵＰＳシステムの場合、各ＵＰＳ１００、２００、３００の基本構成はインターフェース回路の接続関係、並びにそれによる制御部による排他充電制御機能による信号レベルの制御に係る細部を除けば、実施例１の場合と同様であるため、細部構成の参照符号は省略して相違する箇所について説明する。

図４は、実施例２に係るＵＰＳシステムの各ＵＰＳ１００、２００、３００におけるインターフェース回路間における入出力の接続関係を例示した概略図である。

図４を参照すれば、ＵＰＳ１００のインターフェース回路の出力回路ＯＵＴはＩ／Ｏケーブル１３を用いてＵＰＳ２００のインターフェース回路の入力回路の一部ＩＮ０とＵＰＳ３００のインターフェース回路の入力回路の一部ＩＮ０とに接続され、ＵＰＳ２００のインターフェース回路の出力回路ＯＵＴは同様なＩ／Ｏケーブル１３を用いてＵＰＳ１００のインターフェース回路の入力回路の一部ＩＮ０とＵＰＳ３００のインターフェース回路の入力回路の他部ＩＮ１とに接続され、ＵＰＳ３００のインターフェース回路の出力回路ＯＵＴは同様なＩ／Ｏケーブル１３を用いてＵＰＳ１００のインターフェース回路の入力回路の他部ＩＮ１とＵＰＳ２００のインターフェース回路の入力回路の他部ＩＮ１とに接続されている。

図５は、このようなインターフェース回路間における入出力の接続関係で商用交流電源１０側のＵＰＳ１００の制御部による排他的充電制御を行う場合の信号レベルの制御を説明するための図であり、同図（ａ）は商用交流電源１０側のＵＰＳ１００の蓄電池部が充電中の場合に関する図、同図（ｂ）は商用交流電源１０側のＵＰＳ１００の蓄電池部が放電中の場合に関する図である。

図５（ａ）を参照すれば、ＵＰＳ１００における蓄電池部が充電中であれば、インターフェース回路の出力回路ＯＵＴは充電又は放電中を示すＬｏｗに維持され、入力回路の一部ＩＮ０及び他部ＩＮ１は充電可を示すＨｉｇｈに維持される。このとき、商用バイパス運転で待機状態にあるＵＰＳ２００、３００におけるインターフェース回路の出力回路ＯＵＴは待機中を示すＨｉｇｈに維持され、入力回路の一部ＩＮ０は充電禁止を示すＬｏｗに維持され、入力回路の他部ＩＮ１は充電可のＨｉｇｈに維持される。因みに、インターフェース回路の入力回路では、反転処理機能を持つため、他部ＩＮ１を充電可のＨｉｇｈとしても結果的には一部ＩＮ０又は他部ＩＮ１の何れか一方がＬｏｗであれば充電禁止を示すＬｏｗとして処理される。

図５（ｂ）を参照すれば、ＵＰＳ１００における蓄電池部が放電中である場合も同様な制御が行われ、インターフェース回路の出力回路ＯＵＴは充電又は放電中を示すＬｏｗに維持され、入力回路の一部ＩＮ０及び他部ＩＮ１は充電可を示すＨｉｇｈに維持される。このとき、商用バイパス運転で待機状態にあるＵＰＳ２００、３００におけるインターフェース回路の出力回路ＯＵＴは待機中を示すＨｉｇｈに維持され、入力回路の一部ＩＮ０は充電禁止を示すＬｏｗに維持され、入力回路の他部ＩＮ１は充電可のＨｉｇｈに維持される。ここでもインターフェース回路の入力回路の反転処理機能により、他部ＩＮ１を充電可のＨｉｇｈとしても結果的には充電禁止を示すＬｏｗとして処理される。

実施例２に係るＵＰＳシステムにおいても、ＵＰＳ１００による商用系統（商用交流電源）の停電検出がＵＰＳ２００、３００よりも早い場合や遅い場合に拘らず、ＵＰＳ１００における蓄電池部からの放電によるバックアップが行われた後、継続してＵＰＳ２００、３００における蓄電池部からの放電によるバックアップが順次行われる機能を構築できるため、増設分のＵＰＳ３００の存在により実施例１に係るＵＰＳシステムよりも長時間（例えば２４時間程度）バックアップに際して電力供給を継続して行うことが可能になり、その他の点については同等な作用効果を奏するものとなる。

尚、実施例１に係るＵＰＳシステムは２台のＵＰＳ１００、２００をカスケード接続した構成、実施例２に係るＵＰＳシステムは３台のＵＰＳ１００、２００、３００をカスケード接続した構成を説明したが、４台以上のＵＰＳをカスケード接続してＵＰＳシステムを構成することも可能である。また、こうした場合の各ＵＰＳが備えるインターフェース回路間の通信はＩ／Ｏケーブル１３を用いて接続して有線式で行う以外、Ｉ／Ｏケーブル１３を使用せずに無線式で送受信させる構成にすることも可能である。このように、本発明のＵＰＳは、構成上で種々変更することが可能であるため、各実施例で開示した形態に限定されない。

１０ 商用交流電源
１１ ブレーカ（ＢＲＫ）
１２ 負荷装置
１３ Ｉ／Ｏケーブル
１００、２００、３００ ＵＰＳ（無停電電源装置）
１０１、２０１ リレー（ＲＹ）
１０２、２０２ 蓄電池部
１０３、２０３ 電池パック
１０４、２０４ 電力変換部
１０５、２０５ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０６、２０６ インバータ
１０７、２０７ 制御部
１０８、２０８ インターフェース回路

Claims (3)

1. 商用交流電源と当該商用交流電源により電力が供給される負荷装置との間に介在接続される常時商用タイプの無停電電源装置であって、
   前記商用交流電源から前記負荷装置に対し電力が供給される通常時において充電され、前記商用交流電源からの電力供給の停止時に前記負荷装置に対して放電する蓄電池を複数個直並列接続して構成された電池パックを複数並列接続して構成される蓄電池部と、
   前記商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換して当該蓄電池部へ供給することで充電を行うと共に、当該蓄電池部からの直流電力を交流電力に変換して当該負荷装置へ供給することで放電を行う電力変換部と、
   前記蓄電池部及び前記電力変換部に係る充放電の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記電力変換部は、前記蓄電池部での直流電圧よりも高い電圧に昇圧して内部の高圧直流路へ出力すると共に、当該高圧直流路に供給される高圧な直流電圧を当該蓄電池部での当該直流電圧に降圧して当該蓄電池部へ出力する双方向型のＤＣ−ＤＣコンバータと、前記高圧直流路と前記商用交流電源との間に接続されると共に、前記蓄電池部への充電時には当該商用交流電源からの前記交流電力を当該高圧直流路へ向けて電力変換して前記直流電力とした上で前記ＤＣ−ＤＣコンバータへ出力し、当該蓄電池部からの放電時には当該高圧直流路での前記直流電力を前記交流電力へと変換して前記負荷装置へ供給する双方向型のインバータと、から構成され、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータには、前記高圧直流路側と前記蓄電池部側とを電気的に絶縁する機能を有する高周波トランスが用いられ、
   前記蓄電池部は、前記複数の並列接続された電池パックが装置入出力に対してそれぞれ前記ＤＣ−ＤＣコンバータによって電気的に絶縁されており、前記制御部による当該電池パックの使用状態を監視した結果に応じて実施する活線保守時の当該電池パックの何れかに対する交換時の挿抜が可能であり、
   前記制御部は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ及び前記インバータにおける双方向伝送の動作を制御し、前記電池パックの何れかを放電終止状態のものから満充電状態のものへ交換した後、装置の入力電圧が消失した状態での当該交換した満充電状態の電池パックからの直流電力、又は外部の電力変換機能を持つ電源供給手段から供給される直流電力を用いて装置を起動した後、強制的に放電してバックアップを行う強制放電機能を持つ、
   ことを特徴とする無停電電源装置。
2. 請求項１記載の無停電電源装置において、
   前記蓄電池には、リチウムイオン電池セルが用いられたことを特徴とする無停電電源装置。
3. 請求項１又は２に記載の無停電電源装置の複数台をカスケード接続して構成されると共に、前記商用交流電源側の装置における入力側に停電状態での当該商用交流電源への逆潮流を防止するリレー機能のブレーカが設けられた無停電電源装置システムであって、
   前記複数台の無停電電源装置は、装置同士を前記カスケード接続するためのインターフェース回路を備え、
   前記制御部は、前記インターフェース回路の入力回路及び出力回路における信号レベルを制御することにより、自装置の前記蓄電池部での充電時に充電動作を排他的に行わせると共に、自装置の当該蓄電池部からの放電時のバックアップ動作中ではバックアップ非動作状態の他装置における充電抑止を指示して実行させる排他充電制御機能を持つことを特徴とする無停電電源装置システム。