(57)【要約】【課題】交流電源の瞬時停電時又は瞬時電圧低下時でも異なる種類の負荷に電力を供給でき、しかも蓄電池の寿命を長くする。【解決手段】交流電源及び電気二重層コンデンサ9に接続され、第１交流電力を大容量負荷5に供給するとともに電気二重層コンデンサの充電及び放電を行う大容量無停電電源部1と、大容量無停電電源部の出力側及び蓄電池11に接続され、第２交流電力を小容量負荷7に供給するとともに蓄電池の充電及び放電を行う小容量無停電電源部3とを有し、大容量無停電電源部は交流電源が瞬時停電した場合及び瞬時電圧低下した場合には電気二重層コンデンサを放電させて大容量負荷及び小容量無停電電源部に第１交流電力を供給し、電気二重層コンデンサの両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に放電終了前信号を小容量無停電電源部に送出し、小容量無停電電源部は放電終了前信号に基づき蓄電池を放電させて小容量負荷に第２交流電力を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気二重層コンデンサと、
交流電源及び前記電気二重層コンデンサに接続され、第１交流電力を大容量負荷に供給するとともに前記電気二重層コンデンサの充電及び放電を行う大容量無停電電源部と、
蓄電池と、
前記大容量無停電電源部の出力側及び前記蓄電池に接続され、第２交流電力を小容量負荷に供給するとともに前記蓄電池の充電及び放電を行う小容量無停電電源部とを有し、
前記大容量無停電電源部は、前記交流電源が瞬時停電した場合及び瞬時電圧低下した場合には、前記電気二重層コンデンサを放電させて前記大容量負荷及び前記小容量無停電電源部に前記第１交流電力を供給し、前記電気二重層コンデンサの両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に放電終了前信号を前記小容量無停電電源部に送出し、
前記小容量無停電電源部は、前記放電終了前信号に基づき前記蓄電池を放電させて前記小容量負荷に前記第２交流電力を供給することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記大容量無停電電源部は、前記交流電源が復電した場合及び電圧低下が回復した場合には、前記電気二重層コンデンサを充電させ、前記電気二重層コンデンサの充電が略完了となった時に充電完了信号を前記小容量無停電電源部に送出することを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置（ＵＰＳ）は、交流電源の電圧低下時及び停電時に、無瞬断でバックアップ電源に切り替えることにより、安定した交流電力を負荷に供給するものである。このバックアップ電源である蓄電媒体としては、鉛蓄電池(以下、蓄電池と略称する。)が主に使用されている。蓄電池を用いた場合、蓄電池の容量でバックアップ時間が決まるため、蓄電池セルを直並列に複数個接続して構成した容量の大きい蓄電池を用いることにより、交流電源の電圧低下時及び停電時に、長時間のバックアップが可能である。
【０００３】
また、蓄電媒体として電気二重層コンデンサを用いた無停電電源装置もある。電気二重層コンデンサは、通常、許容温度が略６０℃であり、短時間で大きな放電電流を流すことができる。また、交流電源が瞬時停電した場合及び瞬時電圧低下した場合に頻繁に電気二重層コンデンサの充放電を繰り返し行っても、電気二重層コンデンサの寿命に問題はない。
【０００４】
また、従来の無停電電源装置として、例えば、図３に示す無停電電源装置が知られている(特許文献１)。
【０００５】
この無停電電源装置は、交流電圧から直流電圧を得て、この直流電圧をバッテリでバックアップした後、再び定電圧定周波数の交流電圧に変換して出力する第１,第２のＵＰＳ１１１，１１２と、第１,第２のＵＰＳ１１１，１１２に対して並列的に交流電源１０２を供給し、それぞれの交流出力をそれぞれの負荷装置１２０Ａ，１２０Ｂに供給する第１の運転モードと、第１,第２のＵＰＳ１１１，１１２を直列的に接続してその交流出力を負荷装置１２０Ａに供給する第２の運転モードの運転モード切換手段１１３〜１１６とを備える。負荷装置１２０Ａはコンピュータ等の重要な負荷であり、負荷装置１２０Ｂはプリンター等の通常負荷である。
【０００６】
この無停電電源装置によれば、運転モード切換手段１１３，１１４をオンすることにより第１の運転モードに設定し、第１,第２のＵＰＳ１１１，１１２は、通常の無停電電源装置として２系統の負荷装置１２０Ａ，１２０Ｂに交流出力を供給する。また、交流電源の停電時には、運転モード切換手段１１５をオンすることにより第１,第２のＵＰＳ１１１，１１２は、直列的に接続されて冗長性を持ち、その交流出力を高信頼性の無停電電源として負荷装置１２０Ａへ供給する。        
【特許文献１】特開平５−１４６０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、無停電電源装置に蓄電池を用いた場合には、交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下等の場合に頻繁なバックアップを行うと、蓄電池の充放電が繰り返し行われ、蓄電池の寿命が短くなる。また、蓄電池は、通常、許容温度は略４０℃であるが、周囲温度の上昇に伴って寿命は短くなる。
【０００８】
また、無停電電源装置に電気二重層コンデンサを用いた場合には、電気二重層コンデンサは、蓄電容量が蓄電池と比較して非常に小さく、数秒程度のバックアップ、即ち、短時間のバックアップしかできない。また、蓄電池に比べて高価である。このため、コンピュータ等の長時間バックアップすべき負荷には、電気二重層コンデンサを用いた無停電電源装置は現実的でない。
【０００９】
また、特許文献１の無停電電源装置においては、交流電源の瞬時停電時に、負荷装置１２０Ａと負荷装置１２０Ｂとの両方の負荷をバックアップする点については記載されていない。また、特許文献１の無停電電源装置では、第１,第２のＵＰＳ１１１，１１２の各々に蓄電池を用いているため、交流電源の瞬時停電及び瞬時電圧低下等の場合に蓄電池の充放電が繰り返し行われることで蓄電池の寿命が短くなる。
【００１０】
本発明は、交流電源の瞬時停電時及び瞬時電圧低下時でも、異なる種類の負荷に交流電力を供給でき、しかも蓄電池の寿命を長くすることができる無停電電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、電気二重層コンデンサと、交流電源及び前記電気二重層コンデンサに接続され、第１交流電力を大容量負荷に供給するとともに前記電気二重層コンデンサの充電及び放電を行う大容量無停電電源部と、蓄電池と、前記大容量無停電電源部の出力側及び前記蓄電池に接続され、第２交流電力を小容量負荷に供給するとともに前記蓄電池の充電及び放電を行う小容量無停電電源部とを有し、前記大容量無停電電源部は、前記交流電源が瞬時停電した場合及び瞬時電圧低下した場合には、前記電気二重層コンデンサを放電させて前記大容量負荷及び前記小容量無停電電源部に前記第１交流電力を供給し、前記電気二重層コンデンサの両端電圧が放電終了前の規定値以下になった時に放電終了前信号を前記小容量無停電電源部に送出し、前記小容量無停電電源部は、前記放電終了前信号に基づき前記蓄電池を放電させて前記小容量負荷に前記第２交流電力を供給することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１記載の無停電電源装置において、前記大容量無停電電源部は、前記交流電源が復電した場合及び電圧低下が回復した場合には、前記電気二重層コンデンサを充電させ、前記電気二重層コンデンサの充電が略完了となった時に充電完了信号を前記小容量無停電電源部に送出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、交流電源の瞬時停電時及び瞬時電圧低下時には、大容量無停電電源部に接続された電気二重層コンデンサによる放電動作により小容量負荷及び大容量負荷に交流電力を供給し、電気二重層コンデンサの両端電圧が定められた放電終了電圧以下になったときには小容量無停電電源部に接続された蓄電池による放電動作により小容量負荷に交流電力を供給し続ける。これにより、交流電源の停電時間が長くなった場合及び電圧低下時間が長くなった場合にかぎり、蓄電池による放電動作により小容量負荷に交流電力が供給される。このため、交流電源の瞬時停電時及び瞬時電圧低下時でも、異なる種類の負荷に交流電力を供給でき、しかも蓄電池の寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の無停電電源装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の実施例１の無停電電源装置の構成を示す図である。図１に示す無停電電源装置は、大容量無停電電源部１、小容量無停電電源部３、大容量で短時間バックアップ可能な電気二重層コンデンサ９及び小容量で長時間バックアップ可能な蓄電池１１を有する。蓄電池１１は、鉛蓄電池でも良く、あるいは、リチウムイオン、ニッケル水素などの蓄電池でも良い。
【００１６】
大容量無停電電源部１は、交流入力端子AC INに入力された交流電源の交流を直流に変換し、この直流を所望の交流に変換する。そして、このように変換した交流電力（第１交流電力）を交流出力端子AC OUT１を介して大容量負荷５（大容量であるが、短時間バックアップすれば良い負荷）に供給するとともに、小容量無停電電源部３に供給する。
【００１７】
また、大容量無停電電源部１には電気二重層コンデンサ９が接続され、大容量無停電電源部１は、電気二重層コンデンサ９に対して充電及び放電を行う。
【００１８】
小容量無停電電源部３は、大容量無停電電源部１の出力側に接続され、大容量無停電電源部１の交流出力を所望の交流に変換し、変換した交流電力（第２交流電力）を交流出力端子AC OUT２を介して小容量負荷７（大容量負荷に比較して小容量であるが、長時間バックアップしなければならない負荷）に供給する。小容量無停電電源部３には蓄電池１１が接続され、小容量無停電電源部３は、蓄電池１１に対して充電及び放電を行う。
【００１９】
大容量無停電電源部１は、交流電源が瞬時停電した場合及び瞬時電圧低下した場合には、電気二重層コンデンサ９を放電させて、電気二重層コンデンサ９からの直流電力を交流電力に変換して大容量負荷５及び小容量無停電電源部３に供給する。大容量無停電電源部１は、電気二重層コンデンサ９の両端電圧(放電電圧)が放電終了前の規定値以下になった時に、放電終了前信号Ｓｇ１を小容量無停電電源部３に送出する。
【００２０】
大容量無停電電源部１は、交流電源が復電した場合及び電圧低下が回復した場合には、電気二重層コンデンサ９を充電させ、電気二重層コンデンサ９の充電が略完了となった時に充電完了信号Ｓｇ２を小容量無停電電源部３に送出する。
【００２１】
小容量無停電電源部３は、大容量無停電電源部１からの放電終了前信号Ｓｇ１に基づき蓄電池１１を放電させて、蓄電池１１からの直流電力を交流電力に変換して小容量負荷７に供給する。
【００２２】
次に、このように構成された実施例１の無停電電源装置の動作を図２に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
まず、交流電源が正常である通常時には、大容量無停電電源部１により交流を直流に変換し、その直流電力を交流電力に変換して、大容量負荷５及び小容量無停電電源部３に安定した交流電力を供給する（ステップＳ１）。また、小容量無停電電源部３は、大容量無停電電源部１からの交流電力を所望の交流電力に変換して小容量負荷７に供給する。
【００２４】
これらの動作と同時に、大容量無停電電源部１、小容量無停電電源部３の各々は充電動作を行い、電気二重層コンデンサ９及び蓄電池１１が充電される。
【００２５】
次に、大容量無停電電源部１は、交流電源が瞬時停電したか、瞬時電圧低下したかどうかの交流電源の異常を判定し（ステップＳ３）、交流電源が瞬時停電となった場合及び瞬時電圧低下となった場合には、電気二重層コンデンサ９の放電により、電気二重層コンデンサ９から大容量負荷５及び小容量無停電電源部３を介する小容量負荷７に電力を供給する（ステップＳ５）。
【００２６】
次に、大容量無停電電源部１は、交流電源の停電時間が瞬時ではなく長くなり停電となった場合及び瞬時電圧低下時間が長くなった場合などの理由により、電気二重層コンデンサ９の両端電圧が放電終了前の規定値以下となった時に（ステップＳ７）、小容量無停電電源部３に放電終了前信号Ｓｇ１を送出する（ステップＳ９）。
【００２７】
小容量無停電電源部３は、大容量無停電電源部１からの放電終了前信号Ｓｇ１に基づき蓄電池１１を放電させ、蓄電池１１から小容量負荷７に電力を供給する（ステップＳ１１）。
【００２８】
次に、大容量無停電電源部１は、交流電源が復電した場合及び電圧低下が回復した場合には（ステップＳ１３）、電気二重層コンデンサ９を充電させ（ステップＳ１５）、電気二重層コンデンサ９の充電が略完了となった時に充電完了信号Ｓｇ２を小容量無停電電源部３に送出する（ステップＳ１７）。
【００２９】
小容量無停電電源部３は、大容量無停電電源部１からの充電完了信号Ｓｇ２に基づき蓄電池１１によるバックアップ運転を完了する（ステップＳ１９）。その後、小容量無停電電源部３は、蓄電池１１の充電動作を行う。
【００３０】
このように、実施例１の無停電電源装置によれば、交流電源の瞬時停電時及び瞬時電圧低下時には、大容量無停電電源部１に接続された電気二重層コンデンサ９による放電動作により大容量負荷５及び小容量負荷７に交流電力を供給し、交流電源の停電時間が長くなった場合及び電圧低下時間が長くなった場合には小容量無停電電源部３に接続された蓄電池１１による放電動作により小容量負荷７に交流電力を供給し続ける。このため、交流電源の頻繁な瞬時停電時及び瞬時電圧低下時でも、異なる種類の負荷５，７に電力を供給でき、しかも蓄電池１１の寿命を長くすることができる。
【００３１】
また、短時間バックアップ分を電気二重層コンデンサ９を用いた大容量無停電電源部１で負担し、長時間バックアップ分を蓄電池１１を用いた小容量無停電電源部３で負担し、経済的に分担している。
【００３２】
また、蓄電池の充電不足又は温度異常により先に蓄電池１１が寿命劣化となった場合でも、交流電源の瞬時停電時及び瞬時電圧低下時に対しては、電気二重層コンデンサ９でバックアップが可能である。
【００３３】
また、電気二重層コンデンサ９の放電終了前信号Ｓｇ１を小容量無停電電源部３に送る処理により、無瞬断で小容量無停電電源部３から小容量負荷７に交流電力を供給することができる。
【００３４】
また、交流電源の復電後及び電圧低下の回復後に、電気二重層コンデンサ９の充電を、小容量無停電電源部３のバックアップ完了や蓄電池１１の充電動作開始より先に行うことにより電気二重層コンデンサ９の充電完了を早くし、続けて起こる瞬時停電などに備えることができる。
【００３５】
なお、実施例１では、大容量無停電電源部１及び小容量無停電電源部３は、常時インバータ給電方式として説明したが、常時商用給電方式としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１の無停電電源装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の無停電電源装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】従来の無停電電源装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  大容量無停電電源部
３  小容量無停電電源部
５  大容量負荷
７  小容量負荷
９  電気二重層コンデンサ
１１  蓄電池
【図１】
2010016997.tif 000003
【図２】
2010016997.tif 000004
【図３】
2010016997.tif 000005