(57)【要約】【課題】内部抵抗が存在し、推奨下限電圧が存在する蓄電デバイスの放電電圧検出を端子電圧とし、この値が推奨下限電圧となった時放電停止とすると、エネルギーを効率的に放出できない。【解決手段】蓄電デバイスの放電を停止させる電圧下限値設定を推奨下限電圧から内部抵抗による降下電圧（放電電流と内部抵抗値との積）を差し引いた値とする。【選択図】図１
2010172047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置と推奨下限電圧のある蓄電デバイスを有し、交流電源が健全時は前記交流電源から負荷に交流電力を供給し、前記交流電源の電圧または周波数が所定の範囲を逸脱した場合には、前記蓄電デバイスから前記電力変換装置を介して、前記負荷に交流電力を供給する無停電電源装置であって、
前記蓄電デバイスの電圧が推奨下限電圧に基づいて決まる判定値に到達した時、前記電力変換装置から前記負荷への電力供給動作を停止することを特徴とする瞬低対策装置。
【請求項２】
前記推奨下限電圧に基づいて決まる判定値は、前記蓄電デバイスの推奨下限電圧から、前記蓄電デバイスからの放電電流と前記蓄電デバイスの内部抵抗値とから推定される電圧降下量を減算した電圧値とすることを特徴とする請求項１に記載の瞬低対策装置。
【請求項３】
前記推奨下限電圧に基づいて決まる判定値は、前記蓄電デバイスの推奨下限電圧から、前記蓄電デバイスからの放電電流と、前記蓄電デバイスの内部抵抗値と、前記蓄電デバイスの温度測定値とから推定される電圧降下量を減算した電圧値とすることを特徴とする請求項１に記載の瞬低対策装置。
【請求項４】
前記蓄電デバイスは、正極と負極の一方がファラデー反応を、他方が非ファラデー反応を利用したハイブリッドキャパシタであることを特徴とする請求項１〜３に記載の瞬低対策装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置と、二次電池や大容量キャパシタ等の蓄電デバイスで構成される無停電電源装置、特に短時間補償を目的とした瞬低対策装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置の蓄電デバイスとしては、従来から鉛蓄電池が一般的に使用されてきた。
近年、交流電源の瞬時電圧低下現象に対する対策として、エネルギー密度は鉛蓄電池に対して低いが、充放電サイクル寿命が長く、内部抵抗が低い高出力密度が得られるキャパシタを適用した瞬低対策装置（瞬低補償装置とも言う）が製品化されてきている。キャパシタを適用した瞬低対策装置は数秒以下の電力補償の用途に適している。
【０００３】
キャパシタを適用した瞬低対策装置の例として、電気二重層キャパシタ（以下、ＥＤＬＣ）を適用した瞬低対策装置の従来例として特許文献１がある。
図４に特許文献１で提案されている瞬低対策装置の回路構成を示す。回路は、商用電源（交流電源）１、瞬時電圧低下（以下瞬低と記す）を検出する瞬低検出部７、瞬低時に商用電源１からの電力供給を遮断する高速スイッチ２、負荷３、蓄電デバイスとしてのＥＤＬＣ４、交流電力と直流電力とを相互に変換する電力変換器５、ＥＤＬＣ４からの直流電力を電力変換器５により変換した交流電力を負荷３に供給するための電力変換入力遮断器６から構成される。電力変換器５は、逆変換動作（インバータ動作）と順変換動作（コンバータ動作）ができる半導体スイッチ素子、ダイオード等を用いたインバータ回路から構成される。また、蓄電デバイスとしてのＥＤＬＣ４は内部抵抗４ｒと静電容量４ｃの直列回路で表現される。
【０００４】
商用電源が健全な時は、商用電源１から高速スイッチ２を通して負荷３に商用電力を供給する一方、商用電源１からの交流電力を電力変換器５により変換した直流電力をＥＤＬＣ４に定格電圧まで定電圧充電して待機する。
瞬低検出部７が瞬低を検出すると、高速スイッチ２の開放と電力変換入力遮断器６の投入を行い、ＥＤＬＣからの直流電力を電力変換器により変換した交流電力を負荷３に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４６６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
蓄電デバイスとして、ＥＤＬＣよりエネルギーを持続可能なハイブリッドキャパシタを瞬低対策装置に適用した場合を例として説明する。ハイブリッドキャパシタとは正極と負極のどちらか一方はファラデー反応、もう一方は非ファラデー反応を利用したキャパシタである。また、下限電圧が存在するため、下限電圧の制御が必要となる。
【０００７】
ハイブリッドキャパシタには内部抵抗が存在するため、放電電流に応じた電圧降下が発生する。その結果、観測されるキャパシタ電圧は、残存容量に依存する静電容量電圧値から、放電電流により発生する電圧降下値を減算した値となる。従って、図2（上段）に示すように、キャパシタ電圧Vｂが下限電圧Ｖ2に到達した時点で放電を停止した場合、終止到達時点の放電電流と内部抵抗によって決まる電圧降下分ΔVrに相当する下記ΔＪで示されるエネルギーが残存する事になる。内部抵抗が大きいほど、この残存量が増加し、その後の放出可能エネルギーを低下させる原因となる。
【０００８】
この対策として、内部抵抗の小さいキャパシタを選択する方法や、並列数を増加させて内部抵抗を下げる方法がある。前者は内部抵抗が小さくなるとその分静電容量も減少するため、本来エネルギー放出に必要となる静電容量を得るために並列数が増加する。一方、後者は並列数を増加させると、静電容量が必要容量に対して余剰になる。そのため、いずれの方法もキャパシタ群を大型化させる事になる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、第1の発明においては電力変換装置と推奨下限電圧のある蓄電デバイスを有し、交流電源が健全時は前記交流電源から負荷に交流電力を供給し、前記交流電源の電圧または周波数が所定の範囲を逸脱した場合には、前記蓄電デバイスから前記電力変換装置を介して、前記負荷に交流電力を供給する無停電電源装置において、
前記蓄電デバイスの電圧が推奨下限電圧に基づいて決まる判定値に到達した時、前記電力変換装置から前記負荷への電力供給動作を停止する。
【００１０】
第２の発明においては、前記推奨下限電圧に基づいて決まる判定値は、前記蓄電デバイスの推奨下限電圧から、前記蓄電デバイスからの放電電流と前記蓄電デバイスの内部抵抗値とから推定される電圧降下量を減算した電圧値とする。
【００１１】
第３の発明においては、前記推奨下限電圧に基づいて決まる判定値は、前記蓄電デバイスの推奨下限電圧から、前記蓄電デバイスからの放電電流と、前記蓄電デバイスの内部抵抗値と、前記蓄電デバイスの温度測定値とから推定される電圧降下量を減算した電圧値とする。
【００１２】
第4の発明においては、前記蓄電デバイスは、正極と負極の一方がファラデー反応を、他方が非ファラデー反応を利用したハイブリッドキャパシタとする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、内部抵抗による電圧降下分を本来の放電終止レベルから下方修正するこ  とで、静電容量に蓄えられた残存容量を０％とすることができる。
この結果、キャパシタの保持しているエネルギーを最大限に使用できるため、キャパシ  タ群の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図1は、本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図２】図２は、放電時のキャパシタ電圧Vｂと内部抵抗による電圧降下ΔVｒの関係を示す動作図である。
【図３】図1は、本発明の第２の実施例を示す回路図である。
【図４】図4は、従来を説明するための回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の要点は、ハイブリッドキャパシタを放電させる場合の放電下限電圧を求める方法として、従来ハイブリッドキャパシタの端子電圧を測定して求めていたが、本発明では内部抵抗分を考慮して、端子電圧から内部抵抗分の電圧降下分を減算して求めるようにした点である。
【実施例１】
【００１６】
図１に、本発明の第1の実施例を示す。また、図2（下段）に、その放電電圧と電流の動作波形を示す。図１はハイブリッドキャパシタを瞬低対策装置に適用した場合における、内部抵抗による電圧降下分を本来の放電終止レベルから下方修正する演算処理を行う回路例である。図１の回路は、図４の従来技術の回路に、電流検出器８で検出した放電電流Ｉｃとキャパシタ４の内部抵抗４ｒの抵抗値Ｒｃとの乗算を行う乗算器１０、キャパシタ電圧Ｖｂの電圧を検出する電圧検出器９、キャパシタ電圧Ｖｂが下限電圧Ｖ２に到達する時に投入するスイッチ１１から構成される演算回路を追加した回路である。
【００１７】
まず、放電電流Ｉｃとキャパシタ４の内部抵抗値Ｒｃを乗算器１０で乗算し、内部抵抗による電圧降下分ΔVｒを算出する。キャパシタ電圧Ｖｂが下限電圧Ｖ２に到達した時にスイッチ１１を投入し、その時のΔVｒ’を算出する。下限電圧Ｖ２からΔVｒ’を減算し、新たな下限電圧Ｖ２’を算出する。その電圧Ｖ２’を停止判定基準とする。その下限電圧Ｖ２’まで放電すると、放電終了後のキャパシタ電圧Ｖｂは従来制御の下限電圧Ｖ２となり、キャパシタの残存エネルギーを０％とすることが可能となる。その時、過渡的に、ハイブリッドキャパシタ４を下限電圧Ｖ２’まで放電しても、キャパシタの特性や寿命に影響は及ばない。
【００１８】
以上の結果、従来方式において問題となっていたエネルギー放出可能量の低下を対策することができ、キャパシタの保持しているエネルギーを最大限に使用できるため、キャパシタ群の小型化が可能となる。
【実施例２】
【００１９】
図３に、本発明の第２の実施例を示す。実施例１との違いは、ハイブリッドキャパシタ４に温度検出器４Ｔが備えられ、内部抵抗値Ｒｃを温度補正回路１４で補正し、この補正結果Ｒｃ’と放電電流Ｉｃの乗算結果をハイブリッドキャパシタの内部抵抗による電圧ドロップとしている点である。
【００２０】
ハイブリッドキャパシタの内部抵抗値は温度に依存して変動するため、この温度特性を予め温度補正回路に準備することにより実現できる。この方式を用いることにより、環境変化が大きい場合でもキャパシタの保持しているエネルギーを最大限に使用でき、キャパシタ群の小型化が可能となる。
尚、上記実施例には蓄電デバイスとしてハイブリッドキャパシタの例を示したが、内部抵抗が存在する蓄電デバイスであれば、実現可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、瞬低対策装置に限られず、内部抵抗のある大容量キャパシタを適用する電気自動車、系統連系補償装置などへの適用が可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１・・・商用電源（交流電源）          ２・・・高速スイッチ
３・・・負荷          ４・・・蓄電デバイス          ５・・・電力変換器
６・・・電力変換入力遮断器          ７・・・瞬低検出器
８・・・電流検出器          ９・・・電圧検出器          １０・・・乗算器
１１・・・スイッチ          １２・・・加算器          １３・・・停止判定回路
【図１】
2010172047.tif 000003
【図２】
2010172047.tif 000004
【図３】
2010172047.tif 000005
【図４】
2010172047.tif 000006