WO2021215282A1

WO2021215282A1 - 無停電電源装置

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Publication number: WO2021215282A1
Application number: PCT/JP2021/015117
Authority: WO
Inventors: 尚章近田
Original assignee: Fdk株式会社
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2021-10-28
Also published as: JP7492368B2; EP4142097A4; EP4142097A1; JP2021175236A; US20230216334A1; CA3175995A1

Abstract

電池パックの満充電後に負荷装置に放電可能となるまでの期間が短い無停電電源装置を提供する。無停電電源装置１は、外部電源２から給電される負荷装置３に使用される。無停電電源装置１は、電池パック２１、２２と、電池パックを充電する共に電池パックから負荷装置に放電させる充放電回路３０と、抵抗成分Ｒを有する調整放電回路４０と、制御装置５０とを備える。制御装置は、電池パックを放電可能な上限電圧値まで充電したときに、電池パックを負荷装置への放電を禁止する放電禁止期間に移行させる。放電禁止期間では、電池パックが満充電された後に電池パックの充電を停止して抵抗器Ｒとの電気的接続により電池パックの電圧を上限電圧値以下に低下させる。その後、電池パックの負荷装置への放電を許容する。

Description

無停電電源装置

　本発明は、無停電電源装置に関する。

　無停電電源装置は、停電等によって外部電源から負荷装置への給電が停止したときに、負荷装置の動作を継続させるために、予め充電した二次電池から負荷装置へ電力を供給する電源装置である。無停電電源装置の電池ユニットは、通常時に外部電源からの電力で充電されるのが一般的である。電池ユニットにおいて用いられる二次電池は、例えばニッケル水素二次電池等のアルカリ二次電池である。

　ニッケル水素電池は、満充電にするためには、定格電圧よりも高い電圧で充電する必要がある。しかし、電池ユニットの充電電圧は外部電源の電圧に依存し、外部電源の電圧は定格電圧程度であるために、ニッケル水素電池を満充電することができない。

　そこで、電池ユニットの内部にＤＣ／ＤＣコンバータを設けて、外部電源からの入力電圧を満充電できる電圧まで昇圧させ、その電圧でニッケル水素電池を充電する方法が行われている。

　また、効率良く放電を行うために、複数個の電池パックを並列接続し、電池パックを個別に充電してから放電させる方法がとられている。この方法では、電池ユニット内部のＤＣ／ＤＣコンバータで外部電源からの入力電圧を昇圧して電池パックをそれぞれ充電する。満充電直後の電池パックは、電池電圧が、負荷装置に対し放電可能な上限電圧を上回る為、負荷装置に対し直ちに放電させることはできない。そこで、電池パックの各々を充電するタイミングをずらし、少なくとも１つの電池パックの電池電圧を放電可能な上限電圧以下とすることで、負荷装置への放電を連続的に可能としている。

特開２０１６－１０２５０号公報

　無停電電源装置が並列接続された２つの電池パックを備えている場合、例えば一方の電池パックの電池電圧が放電可能な上限電圧を越えている間、負荷装置に対して放電できるのは他方の電池パックのみである。このとき、負荷装置が多くの電力を必要とする場合、他方の電池パックからの電力だけでは足りないことがある。故に、一方の電池パックの電池電圧が上限電圧を超えている期間ができるだけ短いことが望まれる。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池パックの満充電後に負荷装置に向けて放電可能となるまでの期間が短い無停電電源装置を提供することにある。

＜本発明の第１の態様＞
　本発明の第１の態様は、外部電源から電力が供給される負荷装置に使用される無停電電源装置であって、二次電池セルを有する電池パックと、前記電池パックを充電する充電回路と、前記電池パックから前記負荷装置に放電させる主放電回路と、抵抗成分を有する調整放電回路と、前記充電回路、前記主放電回路、及び前記調整放電回路を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電池パックの電池電圧が充電により放電可能な上限電圧に達した第１時点において、前記電池パックを満充電にすると共に前記負荷装置への放電を禁止する放電禁止期間に移行させ、前記放電禁止期間の終了後、前記電池パックから前記負荷装置への放電を可能にし、前記放電禁止期間は、前記第１時点を開始時点とし、前記開始時点から前記電池パックの充電を継続し、前記電池パックが満充電状態になったときに前記電池パックの充電を停止して前記電池パックを前記調整放電回路に電気的に接続し、前記電池パックと前記調整放電回路との電気的接続により前記電池電圧が前記上限電圧以下に低下した第２時点において前記電気的接続を切断し、前記第２時点を終了時点とする、無停電電源装置である。

　電池パックを有効に利用するためには、電池パックを構成する二次電池セルを満充電することが必要になる。二次電池セルが例えばアルカリ二次電池の場合、二次電池を満充電するためには、電池電圧を、定格電圧、すなわち放電可能な上限電圧よりも高電圧にまで充電する必要がある。そこで、電池パックを充電しているとき、電池電圧が、上限電圧を超えてから満充電状態を経て再び上限電圧に低下するまで、負荷装置への過電圧印加を防止するために、電池パックを放電禁止期間に移行させて、電池パックから負荷装置への放電を禁止している。

　放電禁止期間は、電池電圧が上限電圧に達した時点を開始時点とする。開始時点以降、電池パックに対する充電が継続される。電池パックが満充電されると、充電が停止され、電池パックに調整放電回路が接続される。この接続により、電池パックは、調整放電回路の抵抗成分に向けて放電しているので、電池電圧は急速に低下する。電池電圧が上限電圧以下に低下した時点において、電池パックを調整放電回路から切り話す。電池電圧が上限電圧以下に低下した時点を放電禁止期間の終了時点とする。

　放電禁止期間の終了後は、電池パックから負荷装置への放電が可能になるので、停電時には負荷装置に対して電池パックから電力を供給できる。

　このように、放電禁止期間において、電池パックの上限電圧を上回る電圧に相当する電池容量については、調整放電回路の抵抗成分を用いて強制的に放電させることにより電池パックの電池電圧を下げているので、調整放電回路が無い場合に比較して放電禁止期間を短くできる。従って、電池パックから負荷装置への放電可能期間を長くすることができる。

＜本発明の第２の態様＞
　本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、前記調整放電回路は、抵抗器を備え、前記調整放電回路に前記電池パックが電気的に接続されると、前記電池パックは前記抵抗器と閉回路を構成する。上記構成により、電池パックの上限電圧を上回る電圧に相当する電池容量については、電池パックから抵抗素子に放電させることにより、電池パックの電池電圧を短時間で上限電圧まで低下させることができる。

＜本発明の第３の態様＞
　本発明の第３の態様は、上記第１又は第２の態様において、前記電池パックとして、複数の電池パックを備え、前記複数の電池パックは、互いに並列接続され、前記充電回路は、前記複数の電池パックを個別に充電可能であり、前記主放電回路は、前記複数の電池パックを個別に放電可能であり、前記制御部は、前記複数の電池パックのうち、第１電池パックの電池電圧が充電により前記上限電圧に達した第３時点において、前記第３時点における第２電池パックの電池電圧が前記上限電圧以下であることを条件に、前記第３時点を前記開始時点とする前記放電禁止期間に前記第１電池パックを移行させ、前記第１電池パックが前記放電禁止期間にある間は、前記第２電池パックを充電せずに前記第２電池パックから前記負荷装置への放電を可能とする。

　上記構成において、第１電池パックが放電禁止期間にあって電池電圧が上限電圧より高いために負荷装置に向けて放電することができないときは、当該期間の開始時点における電池電圧が上限電圧以下である第２電池パックに対して充電を行わず、第２電池パックから負荷装置への放電を可能にしている。従って、停電時には、第２電池パックから負荷装置に向けて電力を供給できる。

＜本発明の第４の態様＞
　本発明の第４の態様は、上記第３の態様において、前記第１電池パックの放電禁止期間が終了した後、前記第１電池パックを充電せずに前記第２電池パックの充電を開始し、前記第２電池パックが充電により前記上限電圧に達した第４時点において、第４時点を前記開始時点とする前記放電禁止期間に前記第２電池パックを移行させ、前記第２電池パックの放電禁止期間の終了後、前記第１及び第２電池パックを充電せずに前記第１及び第２電池パックから前記負荷装置への放電を可能とする。

　第１電池パックの放電禁止期間が終了した後、第１電池パックを充電せずに第２電池パックの充電を開始し、第２電池パックの電池電圧が上限電圧に達した第４時点において、第４時点を開始時点とする放電禁止期間に第２電池パックを移行させる。第２電池パックが放電禁止期間にある間は、第１電池パックから負荷装置に向けて放電が可能になる。従って、停電時には、第１電池パックから負荷装置への放電が可能になる。さらに、第２電池パックの放電禁止期間の終了後には、第１及び第２の両方の電池パックから負荷装置に向けて放電することができる。また、２つの電池パックから同時に放電可能なので、負荷装置に対する供給電力量を、１つの電池パックからの放電に比べて増やすことができる。

　また、第１及び第２電池パックの放電禁止期間が互いに重ならないので、いずれか一方の電池パックの電池電圧が充電により上限電圧を上回り放電できない場合であっても、他の電池パックから負荷装置に向けて放電可能であるので、装置全体としては、外部電源からの電力遮断が生じた場合には負荷装置に向けて給電することができる。

＜本発明の第５の態様＞
　本発明の第５の態様は、上記第３または４の態様において、前記複数の電池パックの各々は、電池電圧が充電開始電圧以下であるときに充電が開始され、前記充電開始電圧は前記上限電圧より低い。

＜本発明の第６の態様＞
　本発明の第６の態様は、上記第１から３の態様のいずれかにおいて、前記二次電池セルは、ニッケル水素電池である。ニッケル水素電池は、満充電状態にするためには、定格電圧よりも高い電池電圧まで充電する必要があるが、負荷装置に対して上限電圧よりも高い電圧の印加が防止される。

　本発明によれば、充電中の電池パックが放電可能な上限電圧を超えた開始時点から満充電状態を経て上限電圧以下に低下する終了時点までの１の電池パックの放電禁止期間を短縮できる。

一実施形態に係る無停電電源装置を含むシステムを示す図である。図１に示す無停電電源装置の回路図である。第１及び第２電池パックの電池電圧と図２に示す各スイッチの動作とのタイムチャートを示す。

　本発明の実施形態を、図面を参照して以下に説明する。尚、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

　＜無停電電源装置１の構成＞
　一実施形態に係る無停電電源装置１を、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、無停電電源装置１は、外部電源２と並列に接続されて、停電等によって外部電源２から負荷装置３への電力供給が遮断されたときに、外部電源２に代えて負荷装置３へ電力を供給する装置である。外部電源２は、例えば商用電力を入力として電圧Ｖ_０の直流電力を出力する電源装置である。負荷装置３は、電圧Ｖ_０の直流電力で動作する電気機器である。

　図２に示すように、無停電電源装置１は、入出力部１０と、電池ユニット２０と、充放電回路３０と、調整放電回路４０と、制御装置５０とを備える。入出力部１０は、対をなす端子１１、１２を有する。一方の端子１１は、外部電源２から負荷装置３へ電力を供給する高電位側の電源ライン４に接続され、他方の端子１２は、低電位側の電源ライン５に接続される。

　電池ユニット２０は、第１電池パック２１と第２電池パック２２とを有する。第１電池パック２１と第２電池パック２２とは、それぞれ、正極が充放電回路３０に接続され、負極が端子１２に接続される。すなわち、第１電池パック２１と第２電池パック２２とは、互いに並列に接続されている。各電池パック２１、２２は、同数個のニッケル水素二次電池セルを直列に接続することによって構成される。第１電池パック２１及び第２電池パック２２は、いずれも、外部電源２の電圧Ｖ_０と同じ定格電圧値を有し、満充電時の電池容量は２０Ａｈである。なお、ニッケル水素二次電池セルは、二次電池セルの一例である。

　充放電回路３０は、外部電源２からの電力により電池ユニット２０を充電し、また、外部電源２の停電時に、入出力部１０を介して電池ユニット２０を負荷装置３に向けて放電させる回路である。充放電回路３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、第１充電スイッチＳ１１、第１放電スイッチＳ１２、第２充電スイッチＳ２１及び第２放電スイッチＳ２２を含む。充放電回路３０は、充電回路及び主放電回路を構成する。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、外部電源２の電圧Ｖ_０を電池パック２１、２２の充電電圧まで昇圧して出力する電圧変換装置である。より具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、入出力絶縁型の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータである。

　第１充電スイッチＳ１１は、第１電池パック２１の充電をオン・オフするスイッチである。第１充電スイッチＳ１１は、一端がＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力に接続され、他端が第１電池パック２１の正極に接続される。第１充電スイッチＳ１１がオンになると、第１電池パック２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１からの出力電力で充電される。

　第２充電スイッチＳ２１は、第２電池パック２２の充電をオン・オフするスイッチである。第２充電スイッチＳ２１は、一端がＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力に接続され、他端が第２電池パック２２の正極に接続される。第２充電スイッチＳ２１がオンになると、第２電池パック２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力電圧で充電される。

　第１放電スイッチＳ１２は、第１電池パック２１から負荷装置３への放電をオン・オフするスイッチである。第１放電スイッチＳ１２は、一端が端子１１に接続され、他端が第１電池パック２１の正極に接続される。第１放電スイッチＳ１２がオンになると、第１電池パック２１は、負荷装置３へ放電可能な状態になる。

　第２放電スイッチＳ２２は、第２電池パック２２から負荷装置３への放電をオン・オフするスイッチである。第２放電スイッチＳ２２は、一端が端子１１に接続され、他端が第２電池パック２２の正極に接続される。第２放電スイッチＳ２２がオンになると、第２電池パック２２は、負荷装置３へ放電可能な状態になる。

　調整放電回路４０は、抵抗成分を有する抵抗器Ｒ、第１補助スイッチＳ１３、及び第２補助スイッチＳ２３を有する。抵抗器Ｒの一端は、第１補助スイッチＳ１３を介して第１電池パック２１の正極に接続されると共に、第２補助スイッチＳ２３を介して第２電池パック２２の正極に接続される。抵抗器Ｒの他端は、第１電池パック２１の負極と第２電池パック２２の負極とに接続される。従って、第１補助スイッチＳ１３がオンになると、抵抗器Ｒと第１電池パック２１とで閉回路が形成され、第１電池パック２１から抵抗器Ｒに向けて放電される。一方、第２補助スイッチＳ２３がオンになると、抵抗器Ｒと第２電池パック２２とで閉回路が形成され、第２電池パック２２から抵抗器Ｒに向けて放電される。

　また、抵抗器Ｒの抵抗値は、後述する満充電状態の電池パックの電池電圧を上限電圧まで低下させるのに要する時間に依存して決定される。なお、抵抗器Ｒは抵抗成分の一例である。

　制御装置５０は、第１電池パック２１の電池電圧と第２電池パック２２との電池電圧とを検出する電圧検出手段（不図示）を有する。制御装置５０は、検出した第１及び第２電池パック２１、２２の各々の電池電圧に基づき、充放電回路３０と調整放電回路４０とを制御する。具体的には、制御装置５０は、第１電池パック２１の電池電圧と、第２電池パック２２の電池電圧とに基づいて、第１充電スイッチＳ１１、第１放電スイッチＳ１２、第１補助スイッチＳ１３、第２充電スイッチＳ２１、第２放電スイッチＳ２２、及び第２補助スイッチＳ２３のオン・オフを制御する。従って、制御装置５０は、これらスイッチのオン・オフを切替えることにより、第１電池パック２１と第２電池パック２２とを個別に充電し、又は負荷装置３に向けて個別に放電する。

　より具体的には、制御装置５０は、第１及び第２電池パック２１、２２の各々の電池電圧が、充電開始電圧以下であれば充電を開始する。本実施形態において、充電開始電圧は、電池パックが満充電になる電池容量の９０％相当に相当する電圧である。しかしながら、他の実施形態においては、充電を開始する電圧は、二次電池セルの種類や大きさに応じて、満充電に対応する電池容量の適宜の割合に対応する電圧とすることもできる。なお、制御装置５０は、制御部の一例である。

　＜無停電電源装置１の充放電制御＞
　制御装置５０が実行する第１電池パック２１及び第２電池パック２２の充放電制御について、図３を参照しながら説明する。

　図３に、第１電池パック２１の電池電圧Ｖ_１と第２電池パック２２の電池電圧Ｖ_２との変化と、スイッチＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３のオン・オフとを示す。

　一実施形態として、外部電源２の電圧Ｖ_０と、第１及び第２電池パック２１、２２の定格電圧とは、いずれも５４Ｖとする。第１及び第２電池パック２１、２２の定格電圧は、放電可能な上限電圧でもある。負荷装置３は、４０Ｖ～５６Ｖの入力電圧で動作する電子機器である。従って、放電可能な上限電圧は、外部電源２の電圧Ｖ_０と同じ５４Ｖに設定され、下限電圧は４０Ｖに設定される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力電圧は、６０Ｖとする。

　時刻Ｔ０において、第１電池パック２１の電池電圧Ｖ_１及び第２電池パック２２の電池電圧Ｖ_２のいずれもが充電開始電圧よりも低い場合、制御装置５０は、第１及び第２充電スイッチＳ１１、Ｓ２１をオンにして、第１電池パック２１及び第２電池パック２２の充電を開始する。また、第１及び第２放電スイッチＳ１２、Ｓ２２をオンにして、停電時に備え、第１電池パック２１及び第２電池パック２２から負荷装置３への放電を可能な状態にする。第１及び第２補助スイッチＳ１３，Ｓ２３は、いずれもオフ状態にする。そして、第１電池パック２１の電池電圧Ｖ_１及び第２電池パック２２の電池電圧Ｖ_２のどちらか一方が負荷装置３の上限電圧Ｖ_０になるまで、第１電池パック２１及び第２電池パック２２を充電する。

　時刻Ｔ１において、例えば、第１電池パック２１の電池電圧Ｖ_１が、第２電池パック２２の電池電圧Ｖ_２よりも先に上限電圧Ｖ_０に達した場合、第１電池パック２１は、時刻Ｔ１を開始時点とする放電禁止期間に移行する。放電禁止期間では、第１電池パック２１を満充電するために、時刻Ｔ１から第１電池パック２１の充電が継続される。第１電池パック２１の充電継続により、第１電池パック２１の電池電圧Ｖ_１は、上限電圧Ｖ_０よりも高くなる。上限電圧Ｖ_０よりも高い電池電圧Ｖ_１は、負荷装置３に印加すると、過電圧になって負荷装置３を破損させる恐れがある。そこで、第１放電スイッチＳ１２を時刻Ｔ１においてオンからオフに切替えて第１電池パック２１から負荷装置３への放電を禁止する。

　時刻Ｔ２にて第１電池パック２１が満充電されると、制御装置５０は、第１充電スイッチＳ１１をオンからオフに切替えて第１電池パック２１の充電を停止する。第１電池パック２１が満充電されたときの電池電圧Ｖ_１は、定格電圧Ｖ_０、すなわち上限電圧よりも高いため、負荷装置３に向けて第１電池パック２１を放電させることができない。そこで、時刻Ｔ２にて第１補助スイッチＳ１３をオフからオンに切替えて、第１電池パック２１と抵抗器Ｒとで第１閉回路を形成する。第１閉回路では、第１電池パック２１から抵抗器Ｒに放電するので、第１電池パック２１の電池電圧Ｖ_１は低下する。また、時刻Ｔ２以降、第１放電スイッチＳ１２のオフ状態を維持して、第１電池パック２１から負荷装置３への放電禁止を継続する。

　時刻Ｔ３にて、制御装置５０は、第１電池パック２１の電池電圧Ｖ_１が上限電圧Ｖ_０以下に低下したことを検出すると、第１補助スイッチＳ１３をオンからオフに切り替えて第１電池パック２１から抵抗器Ｒへの放電を停止する。時刻Ｔ３が、第１電池パック２１の放電禁止期間の終了時点になる。このとき、第１放電スイッチＳ１２をオフからオンに切り替えて、第１電池パック２１から負荷装置３への放電を可能にする。また、第１充電スイッチＳ１１のオフ状態を維持して電池パック２１の充電は行わない。従って、負荷装置３は、時刻Ｔ３以降、第１電池パック２１の電池容量２０Ａｈを取出すことができる。

　第２電池パック２２については、時刻Ｔ１において第２充電スイッチＳ２１をオンからオフに切替えて、第２電池パック２２の充電を停止する。第２電池パック２２は、時刻Ｔ１以降充電されないので、電池パック２２の電池電圧Ｖ_２は、上限電圧Ｖ_０よりも高くなることはない。そこで、第２電池パック２２に対しては、第２放電スイッチＳ２２のオン状態を維持して、第２電池パック２２から負荷装置３への放電可能状態を維持する。

　上記のように、制御装置５０は、第１電池パック２１の電池電圧Ｖ_１が上限電圧Ｖ_０を上回り、満充電状態を経て上限電圧Ｖ_０まで低下するまでの放電禁止期間にある間（時刻Ｔ１－Ｔ３の期間）、第１電池パック２１の負荷装置３への放電を禁止すると共に第２電池パック２２から負荷装置３への放電を可能にしている。従って、第１電池パック２１の放電禁止期間において、外部電源２から負荷装置３への電力供給が停止した場合、電池ユニット２０を構成する第２電池パック２２から負荷装置３へ電力を供給することができる。

　次に、時刻Ｔ３において、第２充電スイッチＳ２１をオフからオンに切替えて第２電池パック２２の充電を開始する。充電開始により、第２電池パック２２の電池電圧Ｖ_２は増加して、時刻Ｔ４にて上限電圧Ｖ_０に達する。第２電池パック２２は、時刻Ｔ４を開始時点とする放電禁止期間に移行する。「放電禁止期間」とは、電池パックの電池電圧が上限電圧よりも高いために電池パックから負荷装置への放電が禁止される期間である。この放電禁止期間では、第２電池パック２２は、満充電にむけて充電されて電池電圧Ｖ_２は上限電圧Ｖ_０よりも高くなるので、第２放電スイッチＳ２２をオンからオフに切り替えて、第２電池パック２２から負荷装置３への放電を禁止する。なお、上記第２充電スイッチＳ２１をオフからオンに切替動作は、第１電池パック２１の電池電圧Ｖ_１が上限電圧Ｖ_０になる時刻Ｔ３のみならず、第１電池パック２１の電池電圧Ｖ_１が上限電圧Ｖ_０未満になる時点で行っても良い。

　次に、時刻Ｔ５において、第２電池パック２２が満充電状態になると、制御装置５０は、第２充電スイッチＳ２１をオンからオフに切替えて第２電池パック２２の充電を停止する。第２電池パック２２が満充電状態にあるときの電池電圧Ｖ_２は、定格電圧Ｖ_０、すなわち上限電圧よりも高いため、負荷装置３に向けて第２電池パック２２から放電させることができない。そこで、第２補助スイッチＳ２３をオフからオンに切替えて、第２電池パック２２と抵抗器Ｒとで第２閉回路を形成する。第２閉回路では、第２電池パック２２から抵抗器Ｒに放電するので、第２電池パック２２の電池電圧Ｖ_２は低下する。時刻Ｔ５以降、第２放電スイッチＳ２２のオフ状態を維持して、第２電池パック２２から負荷装置３への放電禁止を継続させる。

　時刻Ｔ６にて、制御装置５０が、第２電池パック２２の電池電圧Ｖ_２が上限電圧Ｖ_０以下に低下したことを検出すると、第２補助スイッチＳ２３をオンからオフに切替えて第２電池パック２２から抵抗器Ｒへの放電を停止する。時刻Ｔ６が第２電池パック２２の放電禁止期間の終了時点になる。このとき、第２放電スイッチＳ２２をオフからオンに切り替えて、第２電池パック２２から負荷装置３への放電を可能にする。なお、第２放電スイッチＳ２２をオフからオンへの切替動作は、第２電池パック２２の電池電圧Ｖ_２が上限電圧Ｖ_０になる時刻Ｔ６のみならず、第２電池パック２２の電池電圧Ｖ_２が上限電圧Ｖ_０未満になる時点で行うこともできる。

　第２電池パック２２が放電禁止期間（時刻Ｔ４－Ｔ６）にある間、第１電池パック２１に対しては、第１充電スイッチＳ１１がオフに維持されているので充電が行われない。従って第１電池パック２１の電池電圧Ｖ１は上限電圧Ｖ_０よりも低い。従って、第１放電スイッチＳ１２をオン状態に維持することにより、第１電池パック２１から負荷装置３に対して放電可能である。負荷装置３は、時刻Ｔ４－Ｔ６の間、第１電池パック２１の電池容量２０Ａｈを取出すことができる。

　時刻Ｔ６以降は、第１及び第２充電スイッチＳ１１、Ｓ２１は、いずれもオフ状態に維持されて、第１電池パック２１及び第２電池パック２２のいずれに対しても充電を行わない。このため、第１電池パック２１の電池電圧Ｖ_１及び第２電池パック２２の電池電圧Ｖ_２のいずれも上限電圧Ｖ_０以下であるため、負荷装置３に向けて放電可能である。そこで、第１及び第２放電スイッチＳ１２，Ｓ２２をオン状態にすることで、外部電源２から負荷装置３への電力供給が停止した場合に備え、電池ユニット２０から負荷装置３への電力供給を可能にする。従って、負荷装置３は、時刻Ｔ６以降、第１電池パック２１の電池容量２０Ａｈと第２電池パック２２の電池容量２０Ａｈとを合わせた４０ｈＡの電池容量を取出すことができる。

　そして、第１電池パック２１及び第２電池パック２２の電池電圧Ｖ_１，Ｖ_２の一方又は両方が充電開始電圧以下に低下した場合、制御装置５０は、電池電圧が充電開始電圧以下になった電池パックの充電を開始する。

　このように、無停電電源装置１では、第１電池パック２１又は第２電池パック２２のいずれか一方が上限電圧Ｖ_０を超えている間、他方の電池パックが負荷装置３に向けて放電可能な状態に維持される。これにより、無停電電源装置１は、停電時には、第１電池パック２１又は第２電池パック２２の少なくとも一方から負荷装置３へ電力を供給することができる。また、電池ユニット２０から負荷装置３へ電力が供給されるときには、常に電池ユニット２０の出力電圧（第１電池パック２１の電池電圧Ｖ_１又は第２電池パック２２の電池電圧Ｖ_２）は、負荷装置３の上限電圧Ｖ_０以下になっているので、負荷装置３への過電圧印加を防止できる。

　また、放電禁止期間において、満充電直後の電池パック２１、２２から抵抗器Ｒへ強制放電させることで、電池パック２１、２２の電池電圧Ｖ_１，Ｖ_２を、自然放電に比べて、短時間で上限電圧Ｖ_０まで低下させている。従って、放電禁止期間が短縮される。このように、１の電池パックによる放電禁止期間を短縮することにより、無停電電源装置１の電源ラインへの接続時から、負荷装置３が２つの電池パックの電池容量を合わせた４０Ａｈの容量を取出すことができる期間への移行を短時間で行うことができる。

　このように、電池パックの個数に応じた電池容量を有効に利用することのできる期間が長い無停電電源装置１を提供することができる。なお、電池容量を有効に利用するとは、電池パックの個数に応じた電池容量を負荷装置に供給することである。

　、上記実施形態では、満充電状態の電池パックの電池電圧を負荷装置３へ放電可能な上限電圧に下げるために電池パックから抵抗器に放電させたが、抵抗器に代えて、抵抗成分を有するならば、適宜の電気素子を用いることができる。

　さらに、電池ユニット２０において互いに並列接続される電池パックの個数は、２個に限らず、適宜の複数の個数とすることができる。この場合、互いに並列接続された複数の電池パックのうちの少なくとも１つの電池パックの電池電圧が、上限電圧以下であれば、残りの電池パックのうち電池電圧が充電開始電圧より低い電池パックの充電を開始することができる。この場合、電池電圧が上限電圧より低い電池パックから、負荷装置３に対して放電することが可能である。

　また、電池パックは、上記のニッケル水素二次電池に代えて、満充電時の電池電圧が定格電圧よりも高くなる適宜の種類の二次電池セルを用いることができる。

　　１　無停電電源装置
　　２　外部電源
　　３　負荷装置
　２１、２２　電池パック
　３０　充放電回路
　４０　調整放電回路
　５０　制御装置
　　Ｒ　抵抗器

Claims

　外部電源から電力が供給される負荷装置に使用される無停電電源装置であって、
　二次電池セルを有する電池パックと、
　前記電池パックを充電する充電回路と、
　前記電池パックから前記負荷装置に放電させる主放電回路と、
　抵抗成分を有する調整放電回路と、
　前記充電回路、前記主放電回路、及び前記調整放電回路を制御する制御部と、を備え、
　前記制御部は、
　　前記電池パックの電池電圧が充電により放電可能な上限電圧に達した第１時点において、前記電池パックを満充電にすると共に前記負荷装置への放電を禁止する放電禁止期間に移行させ、前記放電禁止期間の終了後、前記電池パックから前記負荷装置への放電を可能にし、
　前記放電禁止期間は、前記第１時点を開始時点とし、前記開始時点から前記電池パックの充電を継続し、前記電池パックが満充電状態になったときに前記電池パックの充電を停止して前記電池パックを前記調整放電回路に電気的に接続し、前記電池パックと前記調整放電回路との電気的接続により前記電池電圧が前記上限電圧以下に低下した第２時点において前記電気的接続を切断し、前記第２時点を終了時点とする、無停電電源装置。
　前記調整放電回路は、抵抗器を備え、
　前記調整放電回路に前記電池パックが電気的に接続されると、前記電池パックは前記抵抗器と閉回路を構成する、請求項１記載の無停電電源装置。
　前記電池パックとして、複数の電池パックを備え、前記複数の電池パックは、互いに並列接続され、
　前記充電回路は、前記複数の電池パックを個別に充電可能であり、
　前記主放電回路は、前記複数の電池パックを個別に放電可能であり、
　前記制御部は、
　　前記複数の電池パックのうち、第１電池パックの電池電圧が充電により前記上限電圧に達した第３時点において、前記第３時点における第２電池パックの電池電圧が前記上限電圧以下であることを条件に、前記第３時点を前記開始時点とする前記放電禁止期間に前記第１電池パックを移行させ、
　前記第１電池パックが前記放電禁止期間にある間は、前記第２電池パックを充電せずに前記第２電池パックから前記負荷装置への放電を可能とする、請求項１又は２記載の無停電電源装置。
　前記第１電池パックの放電禁止期間が終了した後、前記第１電池パックを充電せずに前記第２電池パックの充電を開始し、
　前記第２電池パックが充電により前記上限電圧に達した第４時点において、第４時点を前記開始時点とする前記放電禁止期間に前記第２電池パックを移行させ、
　前記第２電池パックの放電禁止期間の終了後、前記第１及び第２電池パックを充電せずに前記第１及び第２電池パックから前記負荷装置への放電を可能とする、請求項３記載の無停電電源装置。
　前記複数の電池パックの各々は、電池電圧が充電開始電圧以下であるときに充電が開始され、前記充電開始電圧は前記上限電圧より低い、請求項３または４に記載の無停電電源装置。
　前記二次電池セルは、ニッケル水素電池である、請求項１から５のいずれか一に記載の無停電電源装置。