JPS63304182A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、無停電電源装置に係り、特に無停電電源装置
のバッテリの保守・点検診断装置に関する。

（従来の技術） 従来の無停電電源装置について、第４図を用いて説明す
る。

第４図に示すように、無停電電源装置（以下ＵＰＳとい
う）は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換す
る交流−直流変換器としての整流器２と、バッテリ３と
このバッテリ３に直列接続された逆流防止用のダイオー
ド４とを有する直流電源５と、バッテリ３を充電する充
電器６と、ＡＣ−ＤＣ変換器２と直流電源５とからの直
流電力を交流電力に変換する直流−交流変換器としての
トランジスタインバータ７とから構成される。

このように構成されたＵＰＳにおいては、交流なｇｌが
正常の場合の電力は以下のように流れる。

交流電源１からの交流電力は、整流器２により交流−直
流変換される。この変換された直流電力の大部分は、ト
ランジスタインバータ７により再び交流電力に変換され
、負荷（図示せず）に供給される。また、整流器２から
の直流電力の一部は、バッテリ３を充電する充電器６を
介して、バッテリ３に供給される。これにより、通常は
、交流電′ｇ１の電力を負荷８に供給しつつ、同時にバ
ッテリ３を充電して、万一の停電に備えている。

また、充電器６は、一般に、常時所定の電圧をバッテリ
３に印加する浮動充電方式を採用している。このことを
第５図を用いて詳述する。

第５図に示したバッテリＮ個（Ｎ≦１）直列の場合の充
電されたバッテリの特性は以下のようになる。

個々のバッテリの端子電圧Ｖ８Ｋ、起電力Ｅに、内部抵
抗ＶＷ（Ｋ−４・・・Ｎ）とすると、充電器６の出力電
圧ＶＣ：ＨＧと充電電流ＩＣＨＧとの関係は”　ＲＸ　
ＩＣＨＣｌ　＋　Ｅ　　・・・−■ぞれ全体の内部抵抗
及び過電力を示す。

どなる。よって１通常ＵＰＳ運転中は、浮動充電を行な
うが、ＩＣ，ＨＱは微小であるため、バッテリ３の端子
電圧或いは充電器６の出力電圧を計測することにより、
起電力Ｅを推定する。そして、この起電力Ｅにより、バ
ッテリ３の保守・点検を行なっていた。

また、近年では、バッテリ３としてメンテナンスフリー
の小型シール形鉛蓄電池を使用することが多くなってき
ている。このメンテンナスフリーの小型シール形鉛蓄電
池では、バッテリ３り単体点検１例えば電解液の比重測
定や電解液の補充などの必要がなくなり、バッテリ３の
交換は所定の期間を設定し、その所定期間毎に行なって
いる。

以上述べたように、従来のＵＰＳのバッテリの保守・点
検においては、バッテリの状態を把握するために、ＵＰ
Ｓ自体を長時間停止させて、バッテリ単体にて点検を実
施して保守をしたり、交換時期を予め設定し、一括して
バッテリ全数交換を行なっていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、前者の場合、バッテリの不良やバッテリの寿命
による特性の劣化等により、内部抵抗が増加した場合、
充電器の出力電圧の測定のみでは、バッテリの起電力は
正確に推定できず、この場合はＵＰＳ運転を中止して、
充電器をバッテリから切離し、充電電流を零にし、各バ
ッテリの端子電圧を測定しなければならない。ただし、
このようにしても、バッテリの内部抵抗の微妙な変化の
把握は困難である。

また、後者の場合のように、所定の期間を決めて全数交
換するのでは、ある場合には、バッテリの寿命に至る前
に交換したり、他の場合には、交換が遅れ、停電時には
バッテリとしての機能を発揮できないことがある。

以上述べたように、従来のＵＰＳのバッテリの保守・点
検においては、かなりの手間を要し、点検の間に発生し
たバッテリ異常を見逃したり、バッテリとしての機能を
十分活用できない。

したがって１本発明は、上記問題点を鑑み、簡易な構成
で、常時ＵＰＳに設けられたバッテリの状態を正確に把
握し、バッテリが所定状態に達すると、それを外部へ知
らせることにより、バッテリの保守・点検の自動化・省
力化を図ることが可能な無停電電源装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） よって、上記目的を達成するために１本発明においては
、バッテリを放電させる放電手段と、この放電手段を制
御する放電制御手段と、放電手段によるバッテリ放電時
における直流電源の状態を検出し、この検出結果により
バッテリの状態を推定する状態推定手段と、この状態推
定手段からの出力信号と予め設定された基準信号とを比
較し、バッテリの状態の異常を検出し、その異常を外部
へ警報する異常検出警報手段とを備えた無停電電源装置
を提供する。

（作　用） このように構成された無停電電源装置においては、バッ
テリ充電中の端子電圧測定だけでなく、実際にバッテリ
を放電させ、そのときのバッテリの端子電圧や、その時
間的変化や放電電流及びその時間的変化を検出するにの
検出された結果に基いて、バッテリの起電力や内部抵抗
及びを演算し、バッテリの状態を推定する。この推定さ
れたバッテリ状態を基に、バッテリの寿命や異常を把握
し、外部へ警報する。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１図を用いて説明する。

第１図に示すように、本実施例の無停ｍ電源装置（以下
ＵＰＳという）は、交流＠＠１０からの交流電力に変換
する交流−直流変換器としての整流器１１と、バッテリ
１２及びこのバッテリ１２に直列接続された逆流防止用
のダイオード１３を有する直流回路１４と、外部操作信
号Ａ及び内部操作信号Ｂにより接点１５及び接点１６を
オンオフ制御する接点操作回路１７と、接点１５のｂ接
点を介して接続され、バッチ１月２を充電する充電器１
８と、接点１５のａ接点を介して接続されたバッテリ１
２の第１の放電用負荷１９と、接点１６を介して接続さ
れたバッテリ１２の第２の放電用負荷２０と整流器１１
及び直流回路１４からの直流電力を入力する直流−交流
変換器としてのトランジスタインバータ２１から構成さ
れている。また、バッテリ１２には、その端子電圧を検
出する電圧検出器２２と、充電・放電電流を検出する電
流検出器２３を接続している。さらに、ＵＰＳは、これ
ら電圧検出器２２及び電流検出器２３からの出力信号を
基に、バッチ１月２の内部抵抗や起電力を算出する演算
回路２４と、この演算回路２４からの出力信号と予め設
定された基準とを比較し、バッテリ１２の状態を判断す
る判定回路２５と、この判定回路２５からの出力信号に
より、外部ヘバッテリ１２の状態を伝える警報回路２６
とから構成される。

このように構成されたＰＵＳにおいては、バッテリ１２
の保守・点検時に、外部操作信号Ａ或いは内部操作信号
Ｂを接点操作回路１７へ出力する。接点操作回路１７で
は、演算回路２４に取込まれているバッテリ１２の端子
電圧或いは、充電電流を入力し、予め設定されている基
準と比較し、バッテリ１２が完全充電にあるかどうか判
断して、接点１５ヘオン信号を出力するかどうか決定す
る。バッテリ１２が判断上完全充電状態にない場合、つ
まり、バッテリ１２の端子電圧が基準以下であるか、又
はバッテリ１２の充電電流が基準以上である場合、外部
操作信号Ａや内部操作信号Ｂが入力されても、それをキ
ャンセルするか、或いは、完全充電状態になるまでオン
信号出力を待機させておく、なお、このバッテリ１２の
完全充電状態のチェックは、前回の停電から復電までの
所要時間により判断する。次に、バッテリ１２が完全充
電状態であると接点操作回路１７が判断すると、この接
点操作回路１７は、接点１５ヘオン信号を出力し、第１
の放電用負荷１９をバッテリ１２に接続すると同時に、
充電器１８をバッテリ１２から接点９のｂ接点により切
離す。接点９のａ接点がバッテリ１２に接続された後、
バッテリ１２の過渡的応答が安定するまで、所定期間遅
延してバッチ７月２の端子電圧及び放電電流を各々電圧
検出器２２及び電流検出器２３より検出し、その検出値
（Ｖｌ、１１）を演算回路２４へ出力する。次に、接点
操作回路１７は、オン信号を接点１６に出力し、接点１
６を閉とし、第２の放電用負荷２０を投入する。その後
、第１の放電用負荷１９をバッテリ１２に接続したとき
と同様に、所定期間遅延して、バッテリ１２の端子電圧
及び放電電流を検出し、演算回路２４へその検出値を（
Ｖ、、■、）を出力する。

演算回路２４では、先の検出値Ｖ、、Ｖ２Ｉ工、■よを
入力し、これらを基に以下の演算を行なう。

バッテリ１２の起電力をＥ、内部抵抗をＲとすると、 Ｅ　−Ｒ１１＝　Ｖ１＝−−−−■ Ｅ　−ＲＩ２＝　Ｖ、　　　　　　−・−・−■■、■
式より となり、上式〇、■式により、バッチ１月２の起電力Ｅ
、内部抵抗Ｒを算出する。

ただし、第１の放電用負荷１９及び第２の放電用負荷２
０の抵抗値が既知である場合は、それぞれの抵抗値をＲ
工ｌ　Ｒ２とすると。

Ｉ、＝−ち−　　　　　・・・・・・■Ｒ工 ゞ・　　　　　　・・・・・・（０ ””　Ｒ１＋８２ 或いは Ｖ、＝Ｒ，・工、　　　　　・・・・・・■Ｖ、　＝　
（Ｒ１＋　Ｒ２）　・Ｌ　　　　＋＋　・＋＋　（８）
となり、上式■、０式或いは上式〇、に）式を上式■、
に）式に代入することにより、バッチ１月２の端子電圧
或いは放電電流のうちどちらか一方の値がなくても、起
電力及び内部抵抗は算出できる。これにより、電圧検出
器２２或いは電流検出器２３のどちらか一方を設けるだ
けでも良い。

以上のようにして、演算回路２４で算出されたバッテリ
１２の起電力及び内部抵抗は、判定回路ｚ５に出力され
、それらを入力した判定回路２５は以下のようにして５
バッチ１月２の状態を判断する。

まず、判定回路２５に、バッテリ１２の固有データとし
て、バッテリ１２の完全充電時における起電力Ｅ及び内
部抵抗Ｒの許容値を各々Ｅａ、Ｒ６とし、予め設定し定
義する６つまり、 Ｅ　≧　Ｅｏ　　　　　・・・・・・０Ｒ≦　Ｒｏ　　
　　　・・・・・・（１０）と定義する。

従って、上式〇、（１０）式の条件をともに満たしてい
ると、バッチ１月２は正常でかつ完全充電状態であると
判断する０次に、長期間におけるノくツテリ１２の使用
において、バッテリ１２の起電力Ｅ及び内部抵抗Ｒの許
容量を各々Ｅ１．Ｒ，とじ、予め設定し、定義する。つ
まり。

Ｅ　≧　Ｅ□　（ただし、Ｅｆｉ≧Ｅ１）・・・（１１
）Ｒ≦　Ｒ１（ただし、Ｒ０≦８１）・・・（１２）と
定義する。

従って、上式（１１）、（１２）式の両方を満たしてい
れば、バッテリ１２の正常であると判断する。また。

上式（１１）式だけしか満たしていない場合、つまり上
式（１２）式を満たしていない場合は、バッテリ１２の
内部抵抗が異常に増加したとして、バッテリ異常である
と判断する。その逆に、上式（１２）式だ番すしか満た
していない場合、つまり上式（１１）を満たしていない
場合、バッテリ１２の寿命がきたものと判断する。更に
、バッテリ１２の残存容量につし１ては、上式０式を満
たしている場合の容量を１００％とし、上式（１１）式
を満たさなくなるまでの関係を予め設定し、バッチ１月
２の起電力により、ノベツテ１ノ１２の残存容量を算出
する。

以上のようにして１判定回路２５はバッテリ１２の状態
を判断する。

警報回路２６は１判定回路２５の判断結果に基づき。

外部に対してバッテリ１２を交換するよう伝える。

さらに、バッチ１月２が寿命までいかなくとも、現状容
量の推移により、容量の減少を予測し、／＜ツテリ１２
の交換時期を外部へ伝える機能を付加できることは言う
までもない。

次に、本発明の他の実施例を第２図及び第３図を用いて
説明する。

なお、先の実施例と同様な構成部分については説明は省
略する。

第２図に示すように、本実施例が、先の実施例と異なる
点は、バッテリ１２の放電用負荷３０を１つとしたこと
である。また、バッテリ１２と放電用負荷３０を接続す
る接点３１と、バッテリ１２と充電器１８とを接続する
接点３２とは、接点操作回路３３の接点制御信号により
独立して開閉操作する。

このような本実施例においては、通常は接点３２を閉と
し、バッチ１Ｊ１２を常時充電状態にしておく。

一方１点検時は、まず接点３１を閉とし、放電用負荷３
０をバッテリ１２に接続する。その後、バッテリ１２の
端子電圧及び放電電流を電圧検出器２２及び電流検出器
２３により各々検出する。この場合、放電用負荷３０に
は、バッテリ１２と充電器１８より直流電力が供給され
る０次に、接点３２を開とし、バッテリ１２から充電器
１８を切離す、そして、バッテリ１２の端子電圧及び放
電電流を電圧検出器２２及び電流検出器２３により先程
と同様に各々検出するにの場合、放電用負荷３０にはバ
ッテリ１２からだけ直流電力が供給され、バッテリ１２
の状態が変化する。

次に、演算回路２４により、電圧検出器２２及び電流検
出器２３からの検出値（Ｖ３　、Ｌ　、Ｖ４−　Ｉ４　
）を基に、バッテリ１２の起電力及び内部抵抗を算出す
る。この算出式は先の実施例と同様に、 により算出する。

以下、この算出結果を基にしたバッテリ１２の状態の判
定は、先の実施例と同様になされるので、説明は省略す
る。

次に、本発明の他の実施例を第３図を用いて説明する。

なお、先の２つの実施例と同様な構成部分についてはそ
の説明は省略する。

第３図に示すように、放電用負荷３０とバッテリ１２と
の間にだけ接点４０を設け、接点操作回路４１からの接
点制御信号により、その接点４０を操作する。

これにより、接点４０が閉の場合、バッテリ１２の端子
電圧を電圧検出器２２により検出し、その検出信号Ｖは
、判定回路４１へ入力される。

判定回路４１では、バッテリ１２の種類及び容量と放電
用負荷３０の大きさを基に、放電用負荷３０が投入され
た時のバッテリ１２の正常端子電圧範囲を予め設定して
おき、その設定範囲と電圧検出器２２からの検出信号■
とを比較し、バッテリ１２の状態を判断している。つま
り、 Ｖ　≧　ｖｏ ここで、■。は正常端子電圧範囲の下限値を示す。

であれば、判定回路４１は、バッテリ１２の状態が正常
であると判断し、 Ｖ　＜　Ｖ。

であれば、バッテリ１２の状態が異常であると判定回路
４１は判断する。

以下の動作については、先の実施例と同様であるので、
説明は省略する。

なお、上記３つの実施例でのバッテリは蓄電池を用いた
が、燃料電池や太陽電池などを用いても、本発明は適用
できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べたような本発明においては、以下の効果を奏す
る。

■　無停電電源装置に設けられたバッテリの保時・点検
の省力化及び自動化が可能であり、かつ、バッテリの保
守・点検が最適に容易に可能である。

■　無停電電源装置の運転・停止にかかわらず、バッテ
リのチェックが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概要構成図、第２図及
び第３図は本発明の他の実施例を示す概要構成図、第４
図は、従来の無停電電源装置を示す概要構成図、第５図
は無停電電源装置のバッテリを示す概要構成図である。 １０・・・交流電源　　　　　１１・・・整流器１２・
・・バッテリ　　　　　１４・・・直流回路１５．１６
，３１，３２．４０・・・接点　１７，３３．．１１・
・・接点操作回路１８・・・充電器　　　　　　１９，
２０．３０・・・放電用負荷２１・・・トランジスタン
バータ ２２・・・電圧検出器　　　　２３・・・電流検出器２
４・・・演算回路　　　　　２５．４１・・・判定回路
２６・・・警報回路 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　第子丸　　　健 第　３　図 第　　４　図 ′５Ｊ５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電源と、この交流電源からの交流電力に変換する交
   流−直流変換手段と、バッテリを有する直流電源と、前
   記バッテリを充電する充電手段と、前記交流−直流変換
   手段及び前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換
   する直流−交流変換手段とを備えた無停電電源装置にお
   いて、前記バッテリを放電させる放電手段と、この放電
   手段を制御する放電制御手段と、前記放電手段による前
   記バッテリの放電時に前記バッテリを含む前記直流電源
   の状態を検出し、この検出結果により前記バッテリの状
   態を推定する状態推定手段と、この状態推定手段からの
   出力信号を予め設定された基準信号とを比較し、前記バ
   ッテリの状態の異常や寿命を検出し、その異常を外部へ
   警報する異常検出警報とを具備する無停電電源装置。