(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャパシタと該キャパシタのそれぞれに並列に接続して充電電圧・電流を検出し制御する並列モニタとを有するキャパシタ蓄電装置を、入力電源と負荷に充放電制御手段を介して切換接続し充放電を行うキャパシタ無停電電源装置において、前記キャパシタ蓄電装置の電圧と出力電流を検出し、前記キャパシタ蓄電装置の静電容量と検出した電圧に基づき残容量を求め、前記検出した電圧と出力電流に基づき消費電力を求めて、前記求めた残容量と消費電力に基づき動作可能時間の予測を行い、前記求めた消費電力の一定時間における量とその間に検出した電圧の変化に基づき静電容量の低下を求めてキャパシタの劣化の判定を行う診断手段を備え、動作可能時間の予測やキャパシタの劣化の判定を出力することを特徴とするキャパシタ無停電電源装置。
【請求項２】
前記診断手段は、前記残容量と所定時間の平均消費電力に基づきバックアップ可能時間を予測して表示することを特徴とする請求項１記載のキャパシタ無停電電源装置。
【請求項３】
前記診断手段は、前記残容量と電圧の変化に基づき静電容量の低下を求めキャパシタの劣化を診断することを特徴とする請求項１記載のキャパシタ無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のキャパシタと該キャパシタのそれぞれに並列に接続して充電電圧・電流を検出し制御する並列モニタとを有するキャパシタ蓄電装置を、入力電源と負荷に充放電制御手段を介して切り換え接続し充放電を行うキャパシタ無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無停電電源には二次電池が用いられている。かかる無停電電源では、電池の寿命がなくなっていると、いざ停電のとき無停電電源として機能しなくなるので、電池の機能状態を時々測定するなどのチェックが必要である。信頼性を高めるため、例えば正常に作動するかを試す自己点検機能や、電池の残量、稼働可能時間を予測する機能などに多くの工夫改良がなされている。因みに、寿命判定手段としては、特開平６−２１７４７３号公報、特開平７−８５８９１号公報、特開平７−２９８５０３号公報、特開平６−８８１５５号公報、特開平８−３０８１２５号公報など多くの提案がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、無停電電源として信頼性を高めるための各種手法は、それらの根本が従来の二次電池の特性に依存するため、残量の測定にしてもそれを正確に行うことが困難で、動作の信頼性に関しても、ある時点で正常な電池に対してデンドライトの発生などによる突発的な故障は予想しにくく、システムの信頼性の向上が困難であるという問題を抱えている。また、バックアップ可能時間の予測については、二次電池の場合、残量予測を端子電圧から行おうとすると、端子電圧の残量による変化の大きさが温度や運転状態の影響を大きく受けて残量の情報がその他の成分に埋もれてしまうため、一般には困難なことが知られている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、簡単でしかも正確に予測と診断情報を提供できるようにするものである。
【０００５】
そのために本発明は、複数のキャパシタと該キャパシタのそれぞれに並列に接続して充電電圧・電流を検出し制御する並列モニタとを有するキャパシタ蓄電装置を、入力電源と負荷に充放電制御手段を介して切換接続し充放電を行うキャパシタ無停電電源装置において、前記キャパシタ蓄電装置の電圧と出力電流を検出し、前記キャパシタ蓄電装置の静電容量と検出した電圧に基づき残容量を求め、前記検出した電圧と出力電流に基づき消費電力を求めて、前記求めた残容量と消費電力に基づき動作可能時間の予測を行い、前記求めた消費電力の一定時間における量とその間に検出した電圧の変化に基づき静電容量の低下を求めてキャパシタの劣化の判定を行う診断手段を備え、動作可能時間の予測やキャパシタの劣化の判定を出力することを特徴とするものである。
【０００６】
また、前記診断手段は、前記残容量と所定時間の平均消費電力に基づきバックアップ可能時間を予測して表示し、前記診断手段は、前記残容量と電圧の変化に基づき静電容量の低下を求めキャパシタの劣化を診断し、前記診断手段は、残容量を求める回路として、前記複数のキャパシタの少なくとも１つのキャパシタの端子電圧を取り出して１乃至複数の非線形抵抗素子からなる回路に負荷抵抗素子を直列に接続して構成し、前記負荷抵抗素子に流れる電流を検出して折れ線近似により残容量を求めることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るキャパシタ無停電電源装置の実施の形態を示す図であり、１はキャパシタ蓄電装置、２は充電器、３は出力制御回路、４は無停電制御回路、５は切り換え回路、６は電流検出回路、７は予測・診断処理回路、８は予測・診断出力回路、９は並列モニタ、Ｃはキャパシタを示す。
【０００８】
図１において、キャパシタ蓄電装置１は、多数の直並列接続されるキャパシタＣとそれら各キャパシタＣに並列接続される並列モニタ９からなり、瞬時的な充放電が可能な蓄電装置である。キャパシタＣは、例えば電気二重層キャパシタである。並列モニタは、キャパシタＣのそれぞれに並列に接続して充電電圧・電流を検出し制御するものであり、例えば満充電電圧になったキャパシタＣの充電電流を個々にバイパスしたり、中間の電圧で初期化を実行する場合には、初期化信号により初期化レベルより高い電圧まで充電されているキャパシタＣをバイパスして各キャパシタＣの間のバラツキを修正したりする。充電器２は、入力電源にキャパシタ蓄電装置１を接続して充電を行う、例えばＡＣ／ＤＣコンバータであり、キャパシタ蓄電装置１に効率よく充電するため、キャパシタ蓄電装置１から見て電流源と見なせるように電流を制御して充電を行うものである。出力制御回路３は、複数のキャパシタＣ及び並列モニタを含むキャパシタ蓄電装置１から放電する出力電流の制御を行う、例えば電流ポンプ（スイッチングコンバータ）やＤＣ／ＡＣインバータなどからなるものである。
【０００９】
切り換え回路５は、入力電源を負荷に接続し、入力電源の停電時には出力制御回路３を負荷に接続する切り換えを行うものである。また、入力電源と負荷との接続ラインに出力制御回路３を接続して負荷の変動に応じて出力制御回路３の出力を制御することにより負荷平準化装置として使用し、停電時には入力電源を切り離して出力制御回路３から負荷へ給電を行い無停電電源として使用するように切り換えるようにしてもよい。このように常時出力制御回路３を入力電源と負荷との間に接続し、負荷平準化装置として使用し、停電時には出力制御回路３から負荷に給電する場合には、切り換え回路５による切り換えを省いてもよい。
【００１０】
無停電制御回路４は、負荷に給電する入力電源を監視し、負荷の変動や停電に応じて充電器２、出力制御回路３、及び切り換え回路５を制御するものである。まず、定常状態に充電器２を制御してキャパシタ蓄電装置１の充電を行い、入力電源の停電を検出するとキャパシタ蓄電装置１から給電を行うように出力制御回路３と切り換え回路５を制御する。また、負荷平準化装置として使用する場合には、負荷の過渡的な変動を検出して充電器２、出力制御回路３、及び切り換え回路５を制御してキャパシタ蓄電装置１の充放電を制御することにより負荷の平準化を行う。
【００１１】
予測・診断処理回路７は、診断として残容量を求め、バックアップ可能時間を予測し、或いはキャパシタの劣化を判定するものであり、キャパシタ蓄電装置１の端子電圧と電流検出回路６により検出されるキャパシタ蓄電装置１からの出力電流に基づき残容量と消費電力を求め、それらからキャパシタ蓄電装置１によるバックアップ可能時間の予測と自己診断を行う。予測・診断出力回路８は、予測したバックアップ可能時間やキャパシタの劣化状況などの予測・診断結果を出力する、例えば表示器である。
【００１２】
二次電池の劣化の起こり方にはいろいろあるが、電気二重層キャパシタの劣化は、最高充電電圧を並列モニタで制限している限り、通常の二次電池のデンドライトショートやパンクなどに類する現象は原理的に起こりにくい。電気二重層キャパシタバンクの場合の劣化は比較的単純で、静電容量の低下や内部抵抗の増加で判定することができる。いま、キャパシタバンクの静電容量をＣ、バンクの端子電圧をＶとすると、蓄電エネルギーＵは、
Ｕ＝ＣＶ２  ／２
で表すことができる。この式からＣを求めると、
Ｃ＝２Ｕ／Ｖ２  
となるから、一定時間における消費電力の量と、その間の端子電圧の変化を上記式のＵとＶに適用することにより、等価なＣを求めることができる。したがって、求めたＣを前回の値と比較して、その差が所定の限界値以内に入っているか否かで劣化を判定することができ、その偏差量に応じた警告や警報を出力することができる。
【００１３】
図２は無停電電源として動作しているときに行うバックアップ可能時間の予測と自己診断の例を説明するための図であり、無停電電源として動作しキャパシタ蓄電装置から放電を開始すると、定期的に端子電圧と出力電流を検出し読み込む（ステップＳ１１）。そして、端子電圧から残容量を求め、端子電圧と出力電流から消費電力を求めてから（ステップＳ１２）、前回に求めた値と合わせて所定期間の平均消費電力を求め（ステップＳ１３）、残容量を平均消費電力で割ってバックアップ可能時間を予測する（ステップＳ１４）。さらに、端子電圧と消費電力から静電容量を求めて限界値以内にあるか否かを判定することにより自己診断を行う（ステップＳ１５）。以上により予測されるバックアップ可能時間及び自己診断結果を表示画面等に出力する（ステップＳ１６）。
【００１４】
例えば停電によってデータの退避信号などが発せられる場合、コンピュータなど負荷となる回路の消費電流は定常状態ではなく、時々刻々変化する。このような場合には、上記のような処理により時々刻々に変化する消費電流に応じたバックアップ可能時間を定期的に更新して出力することができ、的確な情報を提供することができる。また、非常に負荷が軽いか、変動するような用途では、十分な有効数字を持った測定データが得られない場合があるが、そのような用途では、試験用の負荷抵抗などを用いて一定時間放電し、その消費電力による端子電圧の変化からキャパシタバンクの静電容量が清浄範囲内にあるか否かを判定してもよい。なお、キャパシタの劣化モードとして、先に述べたように内部抵抗の増加があるが、キャパシタの製法にも依存し、通常は内部抵抗の増加が現れる以前に静電容量の低下が検出される。したがって、静電容量による判定が自己診断の情報としてはかなり確度の高いものといえる。また、キャパシタの内部抵抗の増加を厳格に検出しようとする場合には、試験用負荷抵抗を用いてある程度大きな負荷電流を流し、測定値の扱いは上と同様にして等価的静電容量の減少に置き換えて算出することが可能である。
【００１５】
キャパシタ蓄電装置１として、例えば耐電圧が２〜３Ｖ、内部抵抗２ΩＦ、エネルギー密度５Ｗｈ／ｌｉｔ以上のキャパシタセルに並列モニタを接続し、必要な電圧、電力となるようにこれらを直並列に接続して構成すると、最小３０秒〜１分間の短時間充電、３０秒以上最短放電時間１分程度の停電全負荷に対応可能で、高効率で低損失、長寿命で高い信頼性の高信頼蓄電装置を実現できる。したがって、電力供給の正常時に充電し、異常時又は必要時に放電する１分間の無停電電源及び負荷平準化装置が実現できる。しかも、寿命判定などを必要とせず、メンテナンスフリーで、完全密閉でガス漏れがなく、充電電圧から正確な残量予測も可能である。
【００１６】
例えば１ｋＷの契約電力で尖頭負荷が２ｋＷある装置を使った場合、その不足電力を充電しておいた本装置から供給することができる。このような用途では、尖頭電力の発生毎に放電し、次の発生に間に合うように充電するという激しい充放電サイクルを伴うので、二次電池では劣化が激しく実用化するのは困難であったが、本発明のキャパシタ蓄電装置を使用することにより、短時間の充放電サイクルに対応でき、しかも高信頼性、長寿命で使用することができる。
【００１７】
次に、バックアップ可能時間を予測するために用いる残容量を求める例につて説明する。図３はキャパシタ蓄電装置の残容量を求める具体的な構成例を示す図であり、１０は残量計、Ｃはキャパシタ、Ｒ１〜Ｒ１３は抵抗、Ｘ１、Ｘ２はシャントレギュレータ、Ｑ１  〜Ｑ４はトランジスタを示す。
【００１８】
図３（Ａ）において、キャパシタＣは、多数のキャパシタを直並列に接続して構成するキャパシタ蓄電装置において、複数のキャパシタ（セル）を直列に接続してバンク（モジュール）とし、その複数のバンクを直列に接続して電源装置とするとき、そのバンクやバンクを構成する単体のキャパシタであり、キャパシタ蓄電装置の残容量を求めるために端子間の電圧を取り出している。残量計１０は、キャパシタＣの両端に折れ線近似回路と直列に接続されて多数のキャパシタが接続された電源装置の残容量を表示する、例えばフルスケールが１ｍＡの電流計である。シャントレギュレータＸ１、Ｘ２は、温度補償されたアクティブ・ツェナーであり、抵抗Ｒ１〜Ｒ５と共に折れ線近似を行う近似回路を構成するものである。シャントレギュレータＸ１は、抵抗Ｒ１とＲ２からなる分圧回路を制御入力に接続してコンパレータとして動作し、制御入力の電圧が所定の電圧（折れ曲がり点）に達するとオンになる回路（例えばＴＩ社製のＴＬ４３１、ＮＥＣ社製のＣ１９４４など）である。したがって、シャントレギュレータＸ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２からなる回路は、いわゆる低電圧では定抵抗を有し予め設定された電圧で定電圧動作する定電圧制限可変抵抗回路であり、抵抗５は定電圧制限可変抵抗回路に接続される負荷抵抗である。
【００１９】
トランジスタＱ１、Ｑ２は、抵抗Ｒ６〜Ｒ８と共に分圧回路を構成する高耐圧のトランジスタである。耐電圧がシャントレギュレータの最大定格を越える場合に、高耐圧のトランジスタＱ１、Ｑ２を用いる。これは、トランジスタのβを利用してボルテージフォロア（エミッタフォロア）を構成し、アクティブな消費電力の少ない分圧回路を構成したものであり、例えば満充電電圧１０Ｖ用の残量計により、ボルテージフォロアの前の分圧抵抗を調節するだけで、しかも、折れ曲がり点の再調整をすることなしに１０Ｖ以上の任意の電圧用に適用できる。すなわち、折れ線近似回路の前に単純に分圧抵抗をおいたものでは、折れ曲がりポイントが狂ってしまい再計算や大幅な再調整が必要になるが、前にボルテージフォロアを接続すると、出力インピーダンスが低いので、さらに素の前に任意の分圧抵抗を接続しても折れ線近似の特性が狂わず、設計、調整が容易になる。
【００２０】
また、βの大きくないトランジスタの場合には、図３（Ｂ）に示すようにトランジスタＱ３、Ｑ４のダーリントン接続を用いてもよい。つまり、要求する精度、電圧範囲と使用するトランジスタによって、１石のトランジスタ、図３（Ａ）に示すような直列接続のトランジスタ、図３（Ｂ）に示すようなダーリントン接続のトランジスタを適宜採用すればよいことはいうまでもない。また、折れ線近似回路は、図３（Ｃ）に示すようにシャントレギュレータＸ１、Ｘ２を並列に接続して構成してもよい。
【００２１】
図４は高電圧シャントレギュレータの回路構成例を示す図、図５は図４に示す高電圧シャントレギュレータの特性を示す図、図６は図３に示す折れ線近似回路の特性を示す図である。
【００２２】
２．５Ｖの基準電圧を用いて約１００Ｖのシャントレギュレータの構成例を示したのが図４に示す高電圧シャントレギュレータである。図４に示す回路では、分圧点３が抵抗Ｒ１〜Ｒ３により４分の１に分圧されているので、ダーリントン接続したトランジスタＱ１、Ｑ２  のコレクタ側が約１００Ｖの電圧のとき２５Ｖの電圧になり、シャントレギュレータＸ１の制御入力はさらにその１０分の１の２．５Ｖになる。シャントレギュレータＸ１は、この電圧が動作点となるので、図５に示すようにトランジスタＱ１、Ｑ２  のコレクタ電位（▽、△印）が約１００Ｖ、トランジスタＱ２のエミッタ電位（□、◇印）、つまりシャントレギュレータＸ１の電圧が２５Ｖに維持される。したがって、キャパシタの残容量が多くなりキャパシタ電圧が高くなるのに比例して、抵抗Ｒ４に流れる電流（塗潰し□、◇印）が増加する特性を示す。
【００２３】
上記折れ線近似の特性を備えた図４のＸ１、Ｒ１、Ｒ２に相当する部分をもう一組直列に加え、折れ曲がりの部分を二つにしたのが図３に示す例であり、簡単な連立方程式による定数の算出と、ツェナー電圧のバラツキに対応する微調整で図６に示すようにキャパシタの特性（□印）に対し極めて良好な折れ線近似特性（塗潰し□印）が得られる。図３（Ａ）に示す回路では、特性を与える電流供給素子が、折れ曲がり点以後の電流を与える▲１▼Ｒ５と、それ以前の電流を定める▲２▼Ｘ１、Ｒ１、Ｒ２のブロック、▲３▼Ｘ２、Ｒ３、Ｒ４のブロックの二つが直列になり、▲１▼と合計して三つのブロックが直列になっている。
【００２４】
これらのブロックは、図３（Ｃ）に示すように並列接続しても類似の特性が得られる。回路の設計は、並列型の方が相互の干渉が少なくて容易だが、設計値によって負荷となる抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３のように部品点数がいくらか多くなり消費電流が増える。
【００２５】
上記残容量検出回路は、バンク切り換えを行うキャパシタ蓄電装置においても同様に適用できる。以下にバンク切り換えを行うキャパシタ蓄電装置に適用した例について説明する。バンク切換えを行うと、キャパシタの端子電圧は、それぞれのバンクが異なった振る舞いをする。従って、一般的には、すべてのキャパシタバンクに残量計を設け、それらを合算すれば蓄電装置の全キャパシタの残容量を知ることができる。
【００２６】
しかし、バンク切換えのキャパシタ蓄電装置では、その内の特定のキャパシタ、或いはキャパシタバンクに注目すると、その端子間電圧と蓄電量の間には一定の関係が存在する。その関係を折れ線近似回路でフィットすれば、簡単な残量計が得られる。この方法では、キャパシタ全部の残容量を測定せず、対象となったバンクだけから全蓄電量を推算することになるので厳密とはいえないが、電圧から蓄電量を求めるタイプの残量計は、いずれもキャパシタの静電容量が一定であると仮定して計算しているから、各バンクの静電容量を一定だと仮定する本方式も、同様に実用性において全く問題はない。
【００２７】
図７は直並列型バンク切り換え式のキャパシタ電源装置の構成例を示す図、図８は図７に示す電源装置の放電特性を示す図、図９は図７に示すキャパシタ電源装置の電圧と蓄電量（残容量）との関係を示す図、図１０はシフト型バンク切り換え式のキャパシタ電源装置の構成例を示す図、図１１は図１０に示すキャパシタ電源装置の電圧と蓄電量（残容量）との関係を示す図、図１２はタップ型バンク切り換え式のキャパシタ電源装置の構成例を示す図、図１３は図１２に示すキャパシタ電源装置の電圧と蓄電量（残容量）との関係を示す図である。
【００２８】
図７に示す直並列型バンク切り換え式のキャパシタ電源装置は、例えば満充電時に並列接続スイッチＳｐ１、Ｓｐ２、Ｓｐ１１、Ｓｐ１２でキャパシタＣ１、Ｃ２及びＣ１１、Ｃ１２をそれぞれ並列に接続し、キャパシタＣ１、Ｃ１１の端子間電圧を監視して、放電に伴って電圧が低下すると順次並列接続に切り換えることにより出力電圧ｏｕｔの変動幅を小さくするものであり、充電の場合にはその逆の制御を行えばよい。直並列の切り換え制御では、例えば図８に示すように満充電時の各キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ１１、Ｃ１２の電圧が３０Ｖの場合、出力端の電圧が６０Ｖから放電を開始し、４０Ｖまで下がると、まず直列接続スイッチＳｓ１でキャパシタＣ１、Ｃ２の並列接続を直列接続に切り換える。これにより出力電圧を満充電時と同じ６０Ｖの電圧まで上げ、さらに放電により４０Ｖ近傍まで下がると、残りの直列接続スイッチＳｓ１１でキャパシタＣ１１、Ｃ１２の並列接続を直列接続に切り換える。このような制御による出力端（図７の点１１）の電圧の変化を図８の□で、キャパシタＣ１（図７の点３）の電圧の変化を図８の◇で、キャパシタＣ１１（図７の点１３と１との間）の電圧の変化を図８の▽で、放電量を□（塗潰し）でそれぞれ示している。そこで、図８に示す特性に基づきキャパシタＣ１（図７の点３）の電圧と蓄電量との関係を示すと、図９の□に示すような特性になる。これを折れ線で近似すると、例えば図９の一点鎖線で示す２つの折れ曲がり点○（塗潰し）を有する折れ線により、かなり精度よく設定することができる。
【００２９】
図１０に示すシフト型バンク切り換え式のキャパシタ電源装置は、スタガー型とも呼び、満充電時には、（ｂ）に示すようにキャパシタＣ１、Ｃ２の直列回路とキャパシタＣ３、Ｃ４の直列回路を並列に接続し、電圧の低下に伴って、（ｃ）に示すようにまずキャパシタＣ２、Ｃ３の並列回路にキャパシタＣ１、Ｃ４を直列接続するように切り換え、次に（ｄ）に示すようにすべてのキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を直列接続するように切り換える。この切り換えに伴う出力の電圧の変化を示したのが図１１の□（塗潰し）印の線であり、キャパシタＣ１の電圧に対応する蓄電量を示したのが図１１の□印の線である。この場合も折れ線で近似すると、例えば図１１の一点鎖線で示す２つの折れ曲がり点○（塗潰し）を有する折れ線により、かなり精度よく設定することができる。
【００３０】
図１２に示すタップ型バンク切り換え式のキャパシタ電源装置は、キャパシタＣ１〜Ｃ３をベースとし、キャパシタＣ４、Ｃ５を補助（調整用）として、電圧の低下に伴って、ベースのキャパシタＣ１〜Ｃ３に補助のキャパシタＣ４、Ｃ５を段階的に１つずつ直列に追加接続するものである。この系では、切り換えの行われないベースとなるキャパシタＣ１〜Ｃ３の端子電圧を基準にする正確な残容量計測が可能である。キャパシタＣ１が相対的に小さい場合に非直線性が顕著となるので、キャパシタＣ２、Ｃ３を省き、キャパシタＣ１、Ｃ４、Ｃ５の３個のキャパシタを用い、キャパシタＣ１の端子電圧Ｖ（１）をＸ軸にとって、全キャパシタの蓄電量の和の満充電量に対する比を求めた結果を示したのが図１３の□である。この場合も折れ線で近似すると、例えば図１３の一点鎖線で示す折れ曲がり点○（塗潰し）を有する折れ線により、かなり精度よく設定することができる。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、入力電源の停電を検出してキャパシタ蓄電装置１から放電を行う無停電電源として用いたが、携帯用電子機器において、商用交流電源から切り離して使用する、従来のバッテリ電源に代わる電源として用いてもよいし、勿論大電力用の無停電電源として用いてもよいことはいうまでもない。また、キャパシタ蓄電装置に対し充電器を通して入力電源を接続し、出力制御回路を通して負荷を接続したが、交直変換器を通して入力電源と負荷との給電ラインを接続し、交直変換器を可逆的に用いるようにしてもよい。要するにこれらのいずれかの手段を用いてキャパシタ蓄電装置を、入力電源と負荷に充放電制御手段を介して切り換え接続できる構成であればよい。さらに、残容量の測定では、典型的な３種類のバンク切換え方式に適用した例を挙げたが、これら各種の例を通じて、バンク切換えの行われる系の中の、特定のキャパシタバンクに注目し、その電圧と系全体のエネルギー貯蔵量との関係を調べ、本発明の回路を用いて折れ線近似すると、簡便で精度の充分ある残量計が得られることは明らかである。折れ線近似回路としてシャントレギュレータを用いたが、ツェナーダイオードその他の定電圧制御回路などを含む非線形抵抗素子と置き換えてもよいことはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、複数のキャパシタと該キャパシタのそれぞれに並列に接続して充電電圧・電流を検出し制御する並列モニタとを有するキャパシタ蓄電装置を、入力電源と負荷に充放電制御手段を介して切り換え接続し充放電を行うキャパシタ無停電電源装置において、キャパシタ蓄電装置の電圧と出力電流を検出して残容量と消費電力を求め動作可能時間の予測やキャパシタの劣化の判定を行う診断手段を備え、動作可能時間の予測やキャパシタの劣化の判定を出力するので、簡単にしかも正確に診断情報を提供できる。しかも、診断手段は、残容量と所定時間の平均消費電力に基づきバックアップ可能時間を予測してバックアップ可能時間を表示し、診断手段は、残容量と電圧の変化に基づき静電容量の低下を求めキャパシタの劣化を診断し、診断手段は、残容量を求める回路として、複数のキャパシタの少なくとも１つのキャパシタの端子電圧を取り出して１乃至複数の非線形抵抗素子からなる回路に負荷抵抗素子を直列に接続して構成し、負荷抵抗素子に流れる電流を検出して折れ線近似により残容量を求めるので、残容量と負荷電流の経時変化を測定し、負荷の状態に応じた正確なバックアップ可能時間を予測し、キャパシタの劣化を診断することができ、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るキャパシタ無停電電源装置の実施の形態を示す図である。
【図２】無停電電源として動作しているときに行うバックアップ可能時間の予測と自己診断の例を説明するための図である。
【図３】キャパシタ蓄電装置の残容量を求める具体的な構成例を示す図である。
【図４】高電圧シャントレギュレータの回路構成例を示す図である。
【図５】図４に示す高電圧シャントレギュレータの特性を示す図である。
【図６】図３に示す折れ線近似回路の特性を示す図である。
【図７】直並列型バンク切り換え式のキャパシタ電源装置の構成例を示す図である。
【図８】図７に示す電源装置の放電特性を示す図である。
【図９】図７に示すキャパシタ電源装置の電圧と蓄電量（残容量）との関係を示す図である。
【図１０】シフト型バンク切り換え式のキャパシタ電源装置の構成例を示す図である。
【図１１】図１０に示すキャパシタ電源装置の電圧と蓄電量（残容量）との関係を示す図である。
【図１２】タップ型バンク切り換え式のキャパシタ電源装置の構成例を示す図である。
【図１３】図１２に示すキャパシタ電源装置の電圧と蓄電量（残容量）との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…キャパシタ蓄電装置、２…充電器、３…出力制御回路、４…無停電制御回路、５…切り換え回路、６…電流検出回路、７…予測・診断処理回路、８…予測・診断出力回路、９…並列モニタ、Ｃ…キャパシタ
【図１】
0003562633.tif 000002
【図２】
0003562633.tif 000003
【図３】
0003562633.tif 000004
【図４】
0003562633.tif 000005
【図５】
0003562633.tif 000006
【図６】
0003562633.tif 000007
【図７】
0003562633.tif 000008
【図８】
0003562633.tif 000009
【図９】
0003562633.tif 000010
【図１０】
0003562633.tif 000011
【図１１】
0003562633.tif 000012
【図１２】
0003562633.tif 000013
【図１３】
0003562633.tif 000014