(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源の電圧を整流する整流回路と、
この整流回路の出力電圧を交流に変換する複数の電源ユニットと、
前記整流回路と前記各電源ユニットとの間の通電路に接続された複数の蓄電池ユニットとを具備し、
前記各蓄電池ユニットは、
前記整流回路と前記各電源ユニットとの間の通電路に対する接続が可能な接続端子と、
複数の蓄電池からなり、前記接続端子に接続された組電池と、
前記各蓄電池の電圧を検知する電圧検知手段と、
この電圧検知手段の各検知電圧と基準値との比較により前記各蓄電池の電圧異常を判定する判定手段と、
前記組電池の温度を検知する温度センサと、
前記組電池のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
このインピーダンス検出手段の検出インピーダンスを前記温度センサの検知温度により補正する補正手段と、
この補正手段の補正インピーダンスと設定値との比較により前記組電池の劣化または寿命切れを判定する判定手段と、
前記各判定手段の判定結果を報知する報知手段と、
前記接続端子へ最初の充電電圧が入力されたときに初期補正モードを設定する設定手段と、
この設定手段で初期補正モードが設定されたとき、前記補正手段の補正インピーダンスから前記各蓄電池の初期内部インピーダンスの予め記憶された合計基準値を減算して前記組電池における配線インピーダンスを求め、この配線インピーダンスおよび前記補正手段の補正インピーダンスに基づいて前記設定値を補正する補正手段と、
を備えていることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置において、
前記設定手段は、前記接続端子へ最初の充電電圧が入力されたとき、およびモード設定スイッチが操作されたときに、それぞれ初期補正モードを設定することを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バックアップ用の電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
商用交流電源の電圧を整流する整流回路、この整流回路の出力電圧を交流電圧に変換するスイッチング回路、およびこの整流回路とスイッチング回路との間の通電路に接続された組電池を備え、商用交流電源が正常に投入されている場合は商用交流電源の電力を使用して負荷への電力供給と組電池の充電を行い、商用交流電源が停電した場合は組電池の放電によって負荷への電力供給を継続する無停電給電システムがある。組電池は、複数の蓄電池により構成されている。
【０００３】
この無停電給電システムでは、非常時の電力供給が適切に行われるよう、各蓄電池の状態を定期的または必要に応じて点検する必要がある。仮に、各蓄電池のいずれかに電圧異常、劣化進行、寿命切れなどの不良が見つかった場合は、その蓄電池を新しいものと交換しなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
各蓄電池の点検は保守員の手作業に頼っており、保守員にとって大きな負担となっている。
各蓄電池のいずれかに不良が生じた場合、または寿命により蓄電池容量がなくなった場合でも、保守員の点検があるまではその不良を見つけることができない。不良が生じたまま商用交流電源が停電する可能性もあり、その場合には負荷に対する適切な電力供給ができず、負荷がシステムダウンしてしまう。
【０００５】
この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、各蓄電池に不良が生じた場合に、それを保守員の手作業を要することなく迅速かつ的確に検出して報知することができる電源装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の電源装置は、商用交流電源の電圧を整流する整流回路と、この整流回路の出力電圧を交流に変換する複数の電源ユニットと、上記整流回路と上記各電源ユニットとの間の通電路に接続された複数の蓄電池ユニットと、を具備している。そして、上記各蓄電池ユニットは、上記整流回路と上記各電源ユニットとの間の通電路に対する接続が可能な接続端子と、複数の蓄電池からなり、上記接続端子に接続された組電池と、上記各蓄電池の電圧を検知する電圧検知手段と、この電圧検知手段の各検知電圧と基準値との比較により上記各蓄電池の電圧異常を判定する判定手段と、上記組電池の温度を検知する温度センサと、上記組電池のインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、このインピーダンス検出手段の検出インピーダンスを上記温度センサの検知温度により補正する補正手段と、この補正手段の補正インピーダンスと設定値との比較により上記組電池の劣化または寿命切れを判定する判定手段と、上記各判定手段の判定結果を報知する報知手段と、上記接続端子へ最初の充電電圧が入力されたときに初期補正モードを設定する設定手段と、この設定手段で初期補正モードが設定されたとき、上記補正手段の補正インピーダンスから上記各蓄電池の初期内部インピーダンスの予め記憶された合計基準値を減算して上記組電池における配線インピーダンスを求め、この配線インピーダンスおよび上記補正手段の補正インピーダンスに基づいて上記設定値を補正する補正手段と、を備えている。
【０００８】
請求項２に係る発明の電源装置は、請求項１に係る発明の設定手段について限定している。設定手段は、上記接続端子へ最初の充電電圧が入力されたとき、およびモード設定スイッチが操作されたときに、それぞれ初期補正モードを設定する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、商用交流電源１に本発明の電源装置２が接続されている。
電源装置２は、商用交流電源１の電圧を整流する整流回路３、この整流回路３の出力電圧を交流に変換する複数の電源ユニット（スイッチング回路）４ａ，４ｂ，…４ｎ、上記整流回路３と電源ユニット４ａ，４ｂ，…４ｎとの間の通電路に接続され自身の状態を判定して報知する機能を有する複数の蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｎ、この蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｎの判定結果を保持するためのメモリ６、およびこのメモリ６の内容を外部機器たとえば監視装置９に送るための外部機器接続端子７を備えている。
【００１０】
電源ユニット４ａ，４ｂ，…４ｎの出力は、負荷８ａ，８ｂ，…８ｎに供給される。
【００１１】
このような構成の電源装置２は、ケースにまとめて収容される。ただし、各電源ユニットの容量が大きければ、それに合わせて蓄電池ユニットの個数を多くする必要がある。蓄電池ユニットの個数が多くて、電源装置２の構成要素を１つのケースに収めることが不可能な場合は、電源装置２が２つのケースに分けて収容される。
【００１２】
たとえば、図２に示すように、ケースＸに電源ユニット４ａ，４ｂ，…４ｅおよび蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｄが整流回路３、メモリ６、外部機器接続端子７と共に収容され、もう１つのケースＹに残りの蓄電池ユニット５ｅ，５ｆ，…が収容される。
【００１３】
一方、蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｎは、図３に示すように、整流回路３と電源ユニット４ａ，４ｂ，…４ｎとの間の通電路に接続される接続端子１１、複数の蓄電池１２、この各蓄電池１２の端子を順次に直列接続するための複数のケーブル１３、各蓄電池１２の総電圧を接続端子１１に供給するための一対のケーブル１４、このケーブル１４に装着されたフィルタ１５、１つの蓄電池１６に取り付けられた温度センサ（温度検知手段）１６、および監視部２０などを備えている。
【００１４】
各蓄電池１２およびその直列接続により、いわゆる組電池Ａが構成されている。この組電池Ａの温度ｔが、上記温度センサ１６によって検知される。フィルタ１５は、後述する検出用電流が接続端子１１を通して外部に流出する不具合を阻止するために設けられている。
【００１５】
監視部２０は、液晶表示部２１、モード設定スイッチ２２、およびリセットスイッチ２３を筐体前面に有し、ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２５、およびＲＡＭ２６を内蔵し、さらに、データ転送用端子２７を筐体側面に有している。
【００１６】
液晶表示部２１は、後述する判定結果の表示用である。モード設定スイッチ２２は、後述する初期補正モードの設定用である。リセットスイッチ２３は、報知動作をリセットするためのものである。ＣＰＵ２４は、当該蓄電池ユニット１０の主制御部として機能する。ＲＯＭ２５は、制御用のプログラムを記憶している。ＲＡＭ２６は、各種データの記憶用である。データ転送用端子２７は、後述の判定結果を表わすデータを外部に転送するためのインタフェースであり、上記メモリ６に接続されている。
【００１７】
各蓄電池１２の端子にそれぞれリード線の一端が接続され、これらリード線の他端が監視部２０に接続されている。また、温度センサ１６の出力信号線が監視部２０に接続されている。
【００１８】
監視部２０は、主要な機能として次の［１］〜［９］の手段を備えている。
【００１９】
［１］接続端子１１に充電電圧が入力されていないときに、各蓄電池１２の電圧Ｖｂを検知する電圧検知手段。
【００２０】
［２］上記電圧検知手段の各検知電圧ＶｂとＲＯＭ２５に記憶されている基準値Ｖｂｓとの比較により、各蓄電池１２の電圧異常を判定する判定手段。
【００２１】
［３］上記フィルタ１５の作用を利用して組電池Ａに検出用電流を供給し、この検出用電流に基づいて組電池ＡのインピーダンスＲｏを検出するインピーダンス検出手段。
【００２２】
［４］上記インピーダンス検出手段の検出インピーダンスＲｏを温度センサ１６の検知温度ｔにより補正する補正手段。
【００２３】
［５］上記補正手段の補正インピーダンスＲｏ（ｔ）とＲＡＭ２６に記憶されている設定値Ｒ１，Ｒ２との比較により、組電池Ａの劣化および寿命切れを判定する判定手段。
【００２４】
［６］上記各判定手段の判定結果を液晶表示部２１での文字表示およびデータ転送用端子２７からのデータ転送により報知する報知手段。
【００２５】
［７］接続端子１１への最初の充電電圧入力を検知する検知手段。
【００２６】
［８］上記検知手段の検知時およびモード設定スイッチ２２の操作時にそれぞれ初期補正モードを設定する設定手段。
【００２７】
［９］初期補正モードが設定されたとき、温度センサ１６、インピーダンス検出手段、補正手段を機能させ、補正手段の補正インピーダンスＲｏ（ｔ）から各蓄電池１２の初期内部インピーダンスＺｒの合計基準値Ｚｒｎ（ｏ）を減算して組電池Ａにおける配線インピーダンスＲｃを求め、この配線インピーダンスＲｃおよび補正インピーダンスＲｏ（ｔ）に基づいて上記設定値Ｒ１，Ｒ２を補正する補正手段。合計基準値Ｚｒｎ（ｏ）は、ＲＯＭ２５に記憶されている。
【００２８】
また、蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｎは、それぞれ図４に示すケース１０を備えている。このケース１０に、組電池Ａおよび監視部２０が収容されている。ケース１０の一側部は開口され、その開口部分から監視部２０の液晶表示部２１が露出されている。接続端子１１およびデータ転送用端子２７は、ケース１０の他側部に露出されている。
【００２９】
なお、ケース１０に代えて図５に示すケース３０を用いてもよい。ケース３０は、前面に開閉自在な扉３１を備え、内部には複数段の棚板を上下方向に配列して備え、これら棚板上に各蓄電池１２を載置している。監視部２０もケース３０に収容されており、その監視部２０の液晶表示部２１、モード設定スイッチ２２、およびリセットスイッチ２３が前面における扉３１の隣位置に露出されている。接続端子１１およびデータ転送用端子２７は、ケース３０の側面に露出されている。このケース３０の場合、扉３１を開けることにより、各蓄電池１２を迅速かつ容易に保守管理することが可能である。
【００３０】
つぎに、蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｎの作用について説明する。
【００３１】
蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｎの接続端子１１が整流回路３と電源ユニット４ａ，４ｂ，…４ｎとの間の通電路にまだ接続されていない場合、つまり接続端子１１に充電電圧が入力されていない場合、監視部２０により各蓄電池１２の電圧Ｖｂが検知される。これら検知電圧Ｖｂは、ＲＡＭ２６に記憶される。
【００３２】
蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｎの接続端子１１が整流回路３と電源ユニット４ａ，４ｂ，…４ｎとの間の通電路に接続されると、充電電圧が接続端子１１に入力される。この初めての充電電圧入力に基づき、初期補正モードが設定される。
【００３３】
初期補正モードでは、ＲＡＭ２６内の各検知電圧（各蓄電池電圧）ＶｂとＲＯＭ２５内の基準値Ｖｂｓとが比較される。各検知電圧Ｖｂのいずれかが基準値Ｖｂｓより低い場合、その検知電圧Ｖｂを持つ蓄電池１２に電圧異常が生じている旨が液晶表示部２１で文字表示されるとともに、同蓄電池１２に電圧異常が生じている旨のデータがデータ転送用端子２７から出力される。出力データはメモリ６を介して外部の監視装置９に報知される。この電圧異常報知により、異常対象の蓄電池１２が保守員によって新品と交換される。交換後、保守員がリセットスイッチ２３を操作することにより、電圧異常報知が解除される。
【００３４】
電圧異常が無い場合、監視部２０から組電池Ａにインピーダンス検出用の電流が瞬時的に供給される。供給される検出用電流は、フィルタ１５の存在により、組電池Ａ内のみ流れ、接続端子１１側には流れない。この検出用電流に基づき、組電池ＡのインピーダンスＲｏが監視部２０で検出される。
【００３５】
ただし、蓄電池１２の内部インピーダンスＺｒには温度特性がある。この温度特性を考慮して、組電池Ａの温度ｔが温度センサ１６により検知され、その検知温度ｔにより上記検出インピーダンスＲｏが補正されて補正インピーダンスＲｏ（ｔ）が得られる。
【００３６】
そして、補正インピーダンスＲｏ（ｔ）から各蓄電池１２の初期内部インピーダンスＺｒの合計基準値Ｚｒｎ（ｏ）が減算され、組電池Ａにおける配線インピーダンスＲｃが求められる。配線インピーダンスＲｃとは、各蓄電池１２の内部インピーダンスＺｒを除いたインピーダンスのことであり、各ケーブル１３のインピーダンス、および各ケーブル１３と各蓄電池端子との接触部のインピーダンスを合わせたものに相当する。
【００３７】
この配線インピーダンスＲｃおよび補正インピーダンスＲｏ（ｔ）に基づいて、ＲＡＭ２６内の劣化判定用の設定値Ｒ１および寿命切れ判定用の設定値Ｒ２が補正される。これで、初期補正モードが終了する。
【００３８】
初期補正モードが終了すると、一定時間ごとに、組電池Ａの温度ｔが温度センサ１６により検知され、かつ監視部２０から組電池Ａに検出用電流が瞬時的に供給されて組電池ＡのインピーダンスＲｏが検出される。そして、温度センサ１６の検知温度ｔにより検出インピーダンスＲｏが補正され、補正インピーダンスＲｏ（ｔ）が得られる。
【００３９】
補正インピーダンスＲｏ（ｔ）とＲＡＭ２６内の設定値Ｒ２とが比較される。補正インピーダンスＲｏ（ｔ）が設定値Ｒ２以上になると、組電池Ａが寿命切れである旨が液晶表示部２１で文字表示されるとともに、組電池Ａが寿命切れである旨のデータがデータ転送用端子２７から出力される（ステップ１１５）。出力データはメモリ６を介して外部の監視装置９に報知される。この寿命切れ報知により、組電池Ａが保守員によって新品と交換される。交換後、保守員がリセットスイッチ２３を操作することにより、寿命切れ報知が解除される。
【００４０】
補正インピーダンスＲｏ（ｔ）が設定値Ｒ２に達していない場合、補正インピーダンスＲｏ（ｔ）とＲＡＭ２６内の設定値Ｒ１とが比較される。補正インピーダンスＲｏ（ｔ）が設定値Ｒ１以上の状態にあれば、組電池Ａが劣化している旨（寿命切れ直前である旨）が液晶表示部２１で文字表示されるとともに、組電池Ａが劣化している旨のデータがデータ転送用端子２７から出力される。出力データはメモリ６を介して外部の監視装置９に報知される。この劣化報知により、組電池Ａが寿命切れとなる前に、その組電池Ａが保守員により新品と交換される。交換後、保守員がリセットスイッチ２３を操作することにより、劣化報知が解除される。
【００４１】
以上のように、電圧異常、劣化、寿命切れなどの不良を、保守員の作業を要することなく迅速かつ的確に検出して報知することができる。これにより、蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｎを常に適正稼動の状態に維持することができ、蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｎとしての高い信頼性を確保することができる。
【００４２】
しかも、蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｎが整流回路３と電源ユニット４ａ，４ｂ，…４ｎとの間の通電路に最初に接続された際に、初期補正モードを設定して劣化判定用および寿命切れ判定用の設定値Ｒ１，Ｒ２を補正するようにしているので、組電池Ａの配線インピーダンスＲｃの製品ごとのバラツキに影響を受けることなく、適正な劣化判定および寿命切れ判定を行うことができる。
【００４３】
この初期補正モードは、蓄電池１２や組電池Ａを新品と交換した場合に、モード設定スイッチ２２を操作することでも設定することができる。この設定により、常に適正な劣化判定および寿命切れ判定が可能となる。
【００４４】
また、電源ユニット４ａ，４ｂ，…４ｎおよび蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｎを整流回路３、メモリ６、外部機器接続端子７と共にケースにまとめて収容するようにしているので、電源装置２としての外観が整然となる。
【００４５】
なお、各蓄電池ユニットを整流回路および各電源ユニットと共にケースに収容する構成としたが、これは無停電給電システムへの適用を考慮したものであり、必ずしもそうする必要はない。たとえば、図２に示したようなケースＹのように、各蓄電池ユニットのみを収容して当該電源装置とすることも可能であり、そうすることにより、無停電電源システムに限らず、種々の機器に対するバックアップ用電源として使用することができる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、蓄電池ユニット５ａ，５ｂ，…５ｎの判定結果をメモリ６を介して外部出力する構成としたが、メモリ６を介さずに監視装置９に直接的に出力する構成としてもよい。
【００４７】
その他、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変更実施可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、各蓄電池に不良が生じた場合に、それを保守員の手作業を要することなく迅速かつ的確に検出して報知することができる電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】一実施形態のケースを含めた外観を示す斜視図。
【図３】一実施形態における各蓄電池ユニットの構成を示すブロック図。
【図４】一実施形態における各蓄電池ユニットのケースおよびそのケース内の構成を示す図。
【図５】一実施形態における各蓄電池ユニットのケースの変形例の構成を示す図。
【符号の説明】
１…商用交流電源、２…電源装置、３…整流回路、４ａ，４ｂ，…４ｎ…電源ユニット、５ａ，５ｂ，…５ｎ……蓄電池ユニット、６…メモリ、７…外部機器接続端子、８ａ，８ｂ，…８ｎ…負荷、９…監視装置、Ａ…組電池、Ｘ，Ｙ…ケース、２０…監視部、２１…液晶表示部、２２…モード設定スイッチ、２３…リセットスイッチ、２４…ＣＰＵ、２５…ＲＯＭ、２６…ＲＡＭ、１０，３０…ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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