(57)【要約】      （修正有）【課題】電圧特性が異なる複数の蓄電池の中から所望の充放電タイミングで蓄電池の充放電を制御することができ、蓄電池の利用効率の向上を図った無停電電源装置を提供する。【解決手段】ＵＰＳは、ＵＰＳ本体８と、複数の蓄電池６と、チョッパ盤９と、を備える。ＵＰＳ本体８は、商用電源２から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ３と、コンバータ３から出力される直流電力を交流電力に逆変換するインバータ４と、商用電源２からの交流電力とインバータ４からの交流電力とを無瞬断で切り換える切換器７とを含む。蓄電池６は、コンバータ３が変換した直流電力を充電すると共にインバータ４に直流電力を放電するものである。チョッパ盤９は、蓄電池６の直流電圧を制御するチョッパ５を、各蓄電池６に対応して内蔵する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータから出力される直流電力を交流電力に逆変換するインバータと、商用電源からの交流電力と前記インバータからの交流電力とを無瞬断で切り換える切換器とを有するＵＰＳ本体と、
前記コンバータが変換した直流電力を充電すると共に前記インバータに直流電力を放電する複数の蓄電池と、  
前記蓄電池の直流電圧を制御するチョッパを、前記各蓄電池に対応して内蔵するチョッパ盤と、
を備えた無停電電源装置。
【請求項２】
前記チョッパ盤は、前記蓄電池の並列台数に合わせた台数の前記チョッパを内蔵する請求項２に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記蓄電池は、少なくとも鉛蓄電池、アルカリ蓄電池及びリチウムイオン蓄電池のいずれかを含む複数種類の蓄電池である請求項１又は２に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記チョッパは、前記蓄電池側の直流電圧を、前記蓄電池ごとに異なった電圧に制御するように構成した請求項１〜３のいずれかに記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記チョッパは、その運転停止により当該チョッパに接続される前記蓄電池を切り離すようにした請求項１〜４のいずれかに記載の無停電電源装置。
【請求項６】
前記チョッパの運転スケジュールを作成するスケジュール作成部を備えた請求項１〜５のいずれかに記載の無停電電源装置。
【請求項７】
通常時に使用される常用ＵＰＳ本体と、通常時には待機状態となる待機ＵＰＳ本体とを含む請求項１〜６のいずれかに記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットデータセンター、銀行、証券会社のオンラインシステムなどの重要負荷設備の電源は、定電圧・定周波数の状態が継続して維持される必要がある。そのため、電源供給設備として無停電電源装置（以下、ＵＰＳと称する）が用いられている。情報インフラの重要性の高まりに応じて、停電を回避したい負荷は増大する傾向にある。そのため、ＵＰＳは高い需要を得ている。
【０００３】
ＵＰＳには、コンバータ及びインバータが内蔵されたＵＰＳ本体が設けられている。ＵＰＳ本体には、給電を受ける負荷設備が接続されている。さらにＵＰＳ本体には、商用電源から供給される交流電力の喪失時に使用されるＵＰＳ電源として、蓄電池が接続されている。ＵＰＳ本体は、通常運用時には、商用電源側から入力した交流電力を負荷設備へと出力する。そして、系統停電や電圧変動など予測不能な電源トラブルが発生すると、ＵＰＳ本体は蓄電池が放電した電力を無瞬断で負荷設備に供給する。
【０００４】
このとき、ＵＰＳ本体では、コンバータによって商用電源の交流電力を直流電力に順変換して、バックアップ用途の蓄電池と突き合わせる。その後、インバータによって直流電力を交流電力に逆変換して、負荷設備へ電力を供給する。以上のＵＰＳによれば、電源トラブルが発生しても、負荷設備に対して同一規格の電力を所定の時間だけ与え続けることができる。このようなＵＰＳは重要負荷設備の電源には不可欠であるため、複数台のＵＰＳを組み合わせたものなど、種々のタイプが広く提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２２２９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＵＰＳは通常、蓄電池を複数備えるが、蓄電池の充放電時に流れる電流は各蓄電池の直流電圧の高低によって決まる。すなわち、蓄電池を放電する時の放電電流は直流電圧が高い蓄電池から優先的に流れ出るし、蓄電池を充電する時の充電電流は直流電圧が低い蓄電池に優先的に流れ込むことになる。
【０００７】
このように、複数の蓄電池を並列に接続するＵＰＳでは、放電時には直流電圧が高い蓄電池から先に放電が始まり、充電時には直流電圧が低い蓄電池から先に充電が始まる。蓄電池は、入力電源の喪失時に使用されるものなので、二次電池であるが、その種類としては、鉛蓄電池、アルカリ電池、リチウムイオン蓄電池などが存在する。種類が異なる蓄電池では、充放電に関する電圧特性が異なるので、各蓄電池の直流電圧の高さは蓄電池の種類に応じて異なることになる。したがって、複数の蓄電池を並列に接続するＵＰＳにおいては、蓄電池の充放電タイミングを任意に選択することはできず、所望の蓄電池を選んで充放電することができなかった。そのため、従来のＵＰＳにおいては、利用効率をより高めることが課題となっている。
【０００８】
本発明の実施形態は、電圧特性が異なる複数の蓄電池の中から所望の充放電タイミングで蓄電池の充放電を制御することができ、蓄電池の利用効率の向上を図った無停電電源装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る無停電電源装置は、
（ａ）商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータから出力される直流電力を交流電力に逆変換するインバータと、商用電源からの交流電力と前記インバータからの交流電力とを無瞬断で切り換える切換器とを含むＵＰＳ本体と、
（ｂ）前記コンバータが変換した直流電力を充電すると共に前記インバータに直流電力を放電する複数の蓄電池と、
（ｃ）前記蓄電池の直流電圧を制御するチョッパを、前記各蓄電池に対応して内蔵するチョッパ盤と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態のブロック図。
【図２】第２の実施形態のブロック図。
【図３】第３の実施形態のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
（構成）
本発明に係る無停電電源装置の第１の実施形態について図１を参照して具体的に説明する。図１に示すように、ＵＰＳ１１には、ＵＰＳ本体８と、複数（ここでは３台）の蓄電池６と、チョッパ盤９と、が設けられている。
【００１２】
ＵＰＳ本体８には、コンバータ３、インバータ４及び切換器７が順次接続された状態で内蔵されている。コンバータ３は交流である商用電源２を直流電源に変換する装置であり、インバータ４はコンバータ３と蓄電池６から出力される直流電源を交流電源に変換する装置である。コンバータ３及び切換器７の入力側には商用電源２が接続されている。また、切換器７の入力側には商用電源２に加えてインバータ４が接続されている。切換器７の出力側には負荷設備１が接続されている。負荷設備１としては停電を許容しないサーバーなどが代表的であるが、これに限らず交流電力が供給される負荷であればよい。
【００１３】
このようなＵＰＳ本体８には、商用電源２からコンバータ３及びインバータ４を経由して負荷設備１へ交流電源を供給する通常時の給電経路と、商用電源２からコンバータ３及びインバータ４を経由せずに負荷設備１へ交流電源を供給するバイパス給電経路とが設けられる。切換器７は、商用電源２及びインバータ４を接続しているので、これら２つの給電経路を無瞬断で切換えるものである。
【００１４】
３台の蓄電池６はそれぞれ電圧特性が異なる二次電池である。例えば、種類が異なっており、鉛蓄電池、アルカリ蓄電池及びリチウムイオン蓄電池からなる。３台の蓄電池６は１台ずつ並列に配置されている。
【００１５】
チョッパ盤９は、ＵＰＳ本体８と蓄電池６の間に配置されている。チョッパ盤９には、蓄電池６の並列台数に合わせた台数、つまりここでは３台のチョッパ５が内蔵されている。なお、チョッパ５はＵＰＳ本体８側には配置されていないものとする。各チョッパ５は、接続された蓄電池６側の直流電圧１０を、蓄電池６ごとに異なった電圧に制御するように構成されている。
【００１６】
具体的には、チョッパ５は、蓄電池６側の直流電圧１０を蓄電池６の電圧に対して高い電圧に制御すれば、その蓄電池６を充電状態とする。逆に、蓄電池６側の直流電圧１０を蓄電池６の電圧に対して低い電圧に制御すれば、その蓄電池６を放電状態とする。また、チョッパ５は、運転停止により蓄電池６を電気的に切り離した状態とし、運転開始により蓄電池６の充放電を開始するようになっている。
【００１７】
（作用）
通常運用時、ＵＰＳ本体８は、商用電源２をコンバータ３によって直流電源に順変換し、直流電源の電圧を、チョッパ盤９内のチョッパ５に送る。チョッパ５は、蓄電池６側の直流電圧１０を蓄電池６の電圧に対して高い電圧に制御し、蓄電池６を充電状態とする。また、ＵＰＳ本体１では、インバータ４によって直流電源を交流電源に逆変換し、負荷設備１へ電力を供給する。
【００１８】
商用電源２が喪失した時、ＵＰＳ本体８はコンバータ３を停止する。チョッパ５は、蓄電池６側の直流電圧１０を蓄電池６の電圧に対して低い電圧に制御し、蓄電池６を放電状態とする。チョッパ５は、蓄電池６からの直流電源をインバータ４へ送る。また、ＵＰＳ本体１では、インバータ４によって直流電源を交流電源に逆変換し、負荷設備１へ電力を供給する。これにより、無停電での負荷設備１への電源供給を実現する。
【００１９】
（効果）
本実施形態では、ＵＰＳ本体８と、コンバータ３が変換した直流電力を充電すると共にインバータ４に直流電力を放電する複数の蓄電池６と、蓄電池６の直流電圧を制御するチョッパ５を、各蓄電池６に対応して内蔵するチョッパ盤９と、を備えている。このような本実施形態の効果は、次の通りである。
【００２０】
（１）各チョッパ５は蓄電池６ごとに充放電を制御するので、各チョッパ５が蓄電池６側の直流電圧１０を蓄電池５ごとに異なった電圧で調整し、選択的に蓄電池６の充放電状態を制御することが可能である。そのため、本実施形態においては、ＵＰＳ本体８に対して、電圧特性が異なる複数種類の蓄電池６を接続しても、各蓄電池６を効率よく利用することができる。したがって、商用電源２の喪失時に、ＵＰＳ本体８から負荷設備１への電源供給量を十分に確保することができ、ＵＰＳ１１の信頼性が向上する。
【００２１】
（２）本実施形態では、電圧特性の異なる複数台の蓄電池６を利用可能なので、比較的安価である鉛蓄電池やアルカリ蓄電池と、高価であるが充放電性能に優れたリチウムイオン蓄電池とを、同時にＵＰＳ本体８に接続することができる。したがって、商用電源２喪失時の給電バックアップ用途としては鉛蓄電池やアルカリ蓄電池を使用しながら、ピークシフトの用途としてはリチウムイオン蓄電池を使用することが可能である。
【００２２】
つまり、コストと性能のバランスを取りつつ、種類の異なる蓄電池６を採用しても、これらを選択的に制御することができる。これにより、ＵＰＳ１１の性能を維持すると共に、ピークシフトによる電気料金の削減を実現することができ、信頼性及び経済性を高めることが可能となる。
【００２３】
（３）本実施形態では、ＵＰＳ本体８側にチョッパ５を設けていないので、ＵＰＳ本体８の構成の簡略化を進めることができる。
【００２４】
（４）各チョッパ５が運転停止により各蓄電池６を電気的に切り離した状態とすることができる。そのため、複数台ある蓄電池６のうちの１台を切り離したとしても、残りの蓄電池６はＵＰＳ本体８側に接続された状態を維持している。したがって、ＵＰＳ１１を停止させることなく、蓄電池６を１台ごとに交換したり修理したりすることが可能となり、優れた保全性を発揮することができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
（構成）
本発明に係る無停電電源装置の第２の実施形態について図２を参照して具体的に説明する。図２に示すように、ＵＰＳ１２には、２台の常用ＵＰＳ本体１３と、１台の待機ＵＰＳ本体１４とが設けられている。待機ＵＰＳ本体１４を備えたＵＰＳ１２は、待機冗長ＵＰＳと呼ばれている。
【００２６】
常用ＵＰＳ本体１３は、通常時に使用されるＵＰＳ本体であって、切換器７の出力側に負荷設備１を接続している。待機ＵＰＳ本体１４は、通常時には待機状態となり、２台の常用ＵＰＳ本体１３をバックアップするＵＰＳ本体であって、切換器７の出力側には負荷設備１ではなく、常用ＵＰＳ本体１３の切換器７を接続している。これらＵＰＳ本体１３、１４は商用電源２に対して並列に接続されている。各ＵＰＳ本体１３、１４の基本的な構成は第１の実施形態のＵＰＳ本体８と同様であって、各ＵＰＳ本体が３台の蓄電池６を接続している点も同様である。
【００２７】
（作用）
通常運転時では、常用ＵＰＳ本体１３は、商用電源２から交流電力の入力を受けて負荷設備１への電力供給を行う。常用ＵＰＳ本体１３は商用電源２が喪失すると、蓄電池６を放電させて負荷設備１へ給電する。待機ＵＰＳ本体１４は、常用ＵＰＳ本体１３が通常運転を行っている間は待機状態にあり、商用電源２からの受電も負荷設備１への給電もなく、入出力される電力は０である。
【００２８】
（効果）
第２の実施形態のＵＰＳ１２は、待機冗長ＵＰＳであり、過電流の発生などにより保護機能が動作して常用ＵＰＳ本体１３が給電停止になった場合でも、無瞬断で常用ＵＰＳ本体１３の出力から待機ＵＰＳ本体１４の出力に無瞬断で切り換えることができる。そのため、過電流の発生などによる常用ＵＰＳ本体１３の給電停止時に限らず、常用ＵＰＳ本体１３の保守点検時や負荷設備１の増設時であっても、待機ＵＰＳ本体１４による負荷設備１へのＵＰＳ給電が可能である。以上のような第２の実施形態では、待機冗長ＵＰＳしての効果を確保しつつ、第１の実施形態にて述べた効果を発揮することができる。しかも第２の実施形態では、待機ＵＰＳ本体１４を有している分だけ余剰容量が大きく、ピークシフトの実施に好適である。
【００２９】
（第３の実施形態）
（構成）
本発明に係る無停電電源装置の第３の実施形態について図３を参照して具体的に説明する。図３に示すように、チョッパ盤９には、各チョッパ５の運転スケジュールを作成するスケジュール作成部１５が設けられている。
【００３０】
（作用）
スケジュール作成部１５は、作成した運転スケジュールに沿って各チョッパ５に制御信号を出力する。各チョッパ５は、スケジュール作成部１５からの制御信号に基づいて、蓄電池６側の直流電圧１０を蓄電池６の電圧に対して電圧を調整することで、蓄電池６の充放電を制御する。
【００３１】
スケジュール作成部１５が出力する制御信号としては、例えば通常運転信号やピークシフト信号などがある。これら制御信号は、蓄電池６を放電させるための放電信号や、蓄電池６を充電させるための充電信号を含んでおり、ピークシフトの時間帯と通常運転の時間帯に分けたスケジュールに沿って送信されるものとする。
【００３２】
ピークシフトを実施する時間帯としては、朝や昼などの電力需要が多いと予め設定された時間帯と、真夜中などの電力需要が少ないと予め設定され時間帯などがある。通常、ピークシフトの時間帯以外の時間帯が通常運転の時間帯となる。ピークシフト時間帯と通常運転の時間帯は、事前に予測された電力需要などに基づいて定めるようにしてもよい。
【００３３】
（効果）
このような第３の実施形態によれば、スケジュール作成部１５が各チョッパ５の運転スケジュールを作成して制御信号を各チョッパ５に出力し、各チョッパ５はスケジュール作成部１５からの制御信号に基づいて、蓄電池６の充放電を制御する。したがって、制御信号としてピークシフト信号などを採用することにより、ピークシフトをより確実に実施することができる。その結果、夜間電力を利用するなどして電気料金の削減を達成することができ、経済性をさらに高めることが可能である。
【００３４】
（他の実施形態）
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００３５】
例えば、スケジュール作成部１５は、チョッパ盤９に設置するのではなく、システムコントローラとして独立して設けるようにしてもよい。また、蓄電池６の種類としては、鉛蓄電池、アルカリ電池、リチウムイオン蓄電池に限らず、適宜選択可能である。また、時間が経過することで電圧特性が異なることもあるので、蓄電池６は種類が同一であってよい。さらに、蓄電池６を直列に配置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…負荷設備
２…商用電源
３…コンバータ
４…インバータ
５…チョッパ
６…蓄電池
７…切換器
８…ＵＰＳ本体
９…チョッパ盤
１０…蓄電池側の直流電圧
１１、１２…ＵＰＳ
１３…常用ＵＰＳ本体
１４…待機ＵＰＳ本
１５…スケジュール作成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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