(57)【要約】【課題】商用電源の停電時における負荷の電圧降下を抑え、さらに、コスト、及び寿命に優れた電源バックアップ装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の電源バックアップ装置は、電源からの電力を負荷が動作できる電力に変換する整流装置と、整流装置と負荷とを結ぶ陽極線に陽極が接続され、整流装置と前記負荷とを結ぶ陰極線に陰極が接続された第１の蓄電デバイスと、整流装置と負荷とを結ぶ陽極線に陽極が接続され、整流装置と負荷とを結ぶ陰極線に陰極が接続され、第１の蓄電デバイスと並列に配列された第２の蓄電デバイスとを備え、第２の蓄電デバイスの内部抵抗は、第１の蓄電デバイスの内部抵抗よりも低いことを特徴とする。【選択図】図２
2015231320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの電力を負荷が動作できる電力に変換する整流装置と、
前記整流装置と前記負荷とを結ぶ陽極線に陽極が接続され、前記整流装置と前記負荷とを結ぶ陰極線に陰極が接続された第１の蓄電デバイスと、
前記整流装置と前記負荷とを結ぶ陽極線に陽極が接続され、前記整流装置と前記負荷とを結ぶ陰極線に陰極が接続され、前記第１の蓄電デバイスと並列に配列された第２の蓄電デバイスと
を備え、
前記第２の蓄電デバイスの内部抵抗は、前記第１の蓄電デバイスの内部抵抗よりも低いことを特徴とする電源バックアップ装置。
【請求項２】
前記第１の蓄電デバイス及び前記第２の蓄電デバイスは、単一の蓄電池又は複数の蓄電池が直列に配列された組電池であることを特徴とする請求項１に記載の電源バックアップ装置。
【請求項３】
前記第１の蓄電デバイスを構成する蓄電池は、鉛蓄電池であることを特徴とする請求項２に記載の電源バックアップ装置。
【請求項４】
前記第２の蓄電デバイスは、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタのうちの１つ、又は２つ以上を組み合わせた蓄電デバイスであることを特徴とする請求項３記載の電源バックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源バックアップ装置に関し、より詳細には、鉛蓄電池を使用したフロート充電方式の電源バックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、直流負荷装置へ電力を供給する直流電源システムでは、商用電源からの交流電力を受け、直流４８Ｖなどの直流電力を出力する整流装置が用いられている。さらに、商用電源が停電した場合においても負荷装置への給電を継続するために、整流装置の出力に、蓄電池と、蓄電池を充電するための充電器とを備えるバックアップ用の電源を付加している。バックアップ用の電源として蓄電池を直流電源システムに適用する場合には、通常、単電池と呼ばれる１つの蓄電池を複数個直列に配列した「組電池」を、バックアップ用の電源として用いる。
【０００３】
バックアップ用の電源として組電池を用いる充電方式として、フロート充電方式の電源バックアップ装置が開発されている（非特許文献１及び２）。
【０００４】
図１は、従来のフロート充電方式の電源バックアップ装置１００を示すブロック図である。電源バックアップ装置１００は、交流電力を出力する商用電源１０１と、商用電源１０１に接続され、商用電源１０１からの交流電力を直流電力に変換する整流装置１０２と、整流装置１０２からの直流電力により動作する負荷１０３と、整流装置１０２と負荷１０３を接続する陽極線１０４及び陰極線１０５と、陽極線１０４に陽極が、陰極線１０５に陰極が接続された組電池１１０とを備える。組電池１１０は、複数の蓄電池１１１を直列に配列した構成としている。ここで、図１において、実線の矢印は、定常時の電流の流れを示し、破線の矢印は、商用電源１０１の停電時の電流の流れを示している。
【０００５】
電源バックアップ装置１００は、商用電源１０１からの交流電力を整流装置１０２により直流電力に変換する。整流装置１０２から陽極線１０４に電流ＩＯが出力され、電流ＩＯの一部ＩＬは負荷１０３に流れる。また電流ＩＯの一部ＩＣは、組電池１１０に流れ、組電池１１０の蓄電池１１１それぞれを充電する。
【０００６】
商用電源１０１に停電が発生した場合、つまり商用電源１０１からの交流電力供給が停止した場合、整流装置１０２から電流ＩＯの供給が停止する。そうすると、組電池１１０は放電を始め、負荷１０３に電流ＩＤを供給する。組電池１１０からの電流ＩＤの供給により、商用電源１０１の停電時においても、負荷１０３への電力の供給が停止することはない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】新訂版  情報・通信用電源（電気通信協会）  通信用電源研究会編 （２００２）
【非特許文献２】「通信用二次電池の充電方法」ＮＴＴ建築総合研究所研究報告(１９９９)，http://www.ntt-fsoken.co.jp/research/pdf/1999_ichi.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、フロート充電方式において使用する組電池１１０を構成する単電池は、通常、安価な鉛蓄電池が使用される。しかし、鉛蓄電池を使用したフロート充電方式は、商用電源１０１が停電すると、停電発生時に組電池１１０に流れる電流の向きを反転させ（ＩＣからＩＤへ）、負荷にＩＬと同量の電流を瞬時に流す必要がある。また、組電池自体の内部抵抗も大きく、このため、停電時には、組電池１１０の電圧降下が大きくなる。したがって、負荷への直流供給電圧を規定値に納めようとした場合、商用電源１０１の停電時の組電池１１０の電圧降下の対策を考える必要性がある。
【０００９】
電圧降下の対策として、非特許文献１には、１．鉛蓄電池１個当たりの放電電圧を適正な電圧値とし、負荷電流の変動・電源電圧の変動に対しても極力その変動を少なくすること、２．過渡時の供給電圧変動を極力小さくすることが記載されている。また、鉛蓄電池は、充放電の繰り返し及び急激な電圧降下により劣化し、充放電量が減少するため、電圧降下の対策として、鉛蓄電池の劣化を低減する必要もある。
【００１０】
本発明は、商用電源の停電時における負荷の電圧降下を抑え、さらに、コスト、及び寿命に優れた電源バックアップ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、電源からの電力を負荷が動作できる電力に変換する整流装置と、前記整流装置と前記負荷とを結ぶ陽極線に陽極が接続され、前記整流装置と前記負荷とを結ぶ陰極線に陰極が接続された第１の蓄電デバイスと、前記整流装置と前記負荷とを結ぶ陽極線に陽極が接続され、前記整流装置と前記負荷とを結ぶ陰極線に陰極が接続され、前記第１の蓄電デバイスと並列に配列された第２の蓄電デバイスとを備える電源バックアップ装置であって、前記第２の蓄電デバイスの内部抵抗は、前記第１の蓄電デバイスの内部抵抗よりも低いことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様の電源バックアップ装置であって、前記第１の蓄電デバイス及び前記第２の蓄電デバイスは、単一の蓄電池又は複数の蓄電池が直列に配列された組電池であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第３の態様は、第２の態様の電源バックアップ装置であって、前記第１の蓄電デバイスを構成する蓄電池は、鉛蓄電池であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第４の態様は、第３の態様の電源バックアップ装置であって、前記第２の蓄電デバイスは、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタのうちの１つ、又は２つ以上を組み合わせた蓄電デバイスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、商用電源の停電時における負荷の電圧降下を抑えることができる。また、安価な鉛蓄電池を主とした組電池を活かすことができるため、電源装置のコスト上昇を最小限にし、同時に寿命に優れた電源バックアップ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のフロート充電方式の電源バックアップ装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の１実施形態にかかるフロート充電方式の電源バックアップ装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の各実施例と比較例とにおいて、加速試験を行った結果の第１の蓄電デバイスの残存容量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
［実施形態］
図２は、本発明の１実施形態にかかるフロート充電方式の電源バックアップ装置２００を示すブロック図である。電源バックアップ装置２００は、交流電力を出力する商用電源２０１と、商用電源２０１に接続され、商用電源２０１からの交流電力を直流電力に変換する整流装置２０２と、整流装置２０２からの直流電力により動作する負荷２０３とを備える。また、電源バックアップ装置２００は、整流装置２０２と負荷２０３とを接続する陽極線２０４及び陰極線２０５と、陽極線２０４に陽極が、陰極線２０５に陰極が接続された第１の蓄電デバイス２１０と、陽極線２０４に陽極が、陰極線２０５に陰極が接続された第２の蓄電デバイス２２０とを備える。
【００１９】
また、電源バックアップ装置２００の第２の蓄電デバイス２２０の内部抵抗は、第１の蓄電デバイス２１０の内部抵抗よりも低い。ここで、第１の蓄電デバイス２１０は、１つの蓄電池２１１又は複数の蓄電池２１１を直列に配列して構成した組電池である。また、第２の蓄電デバイス２２０は、蓄電池２１１とは種類が異なり、蓄電池２１１よりも内部抵抗が低い１つの蓄電池２２１又は複数の蓄電池２２１を直列に配列して構成した組電池である。また、第１の蓄電デバイス２１０と第２の蓄電デバイス２２０とは、陽極線２０４及び陰極線２０５との間に並列に配列されている。ここで、図２において、実線の矢印は、定常時の電流の流れを示し、破線の矢印は、商用電源２０１の停電時の電流の流れを示している。
【００２０】
電源バックアップ装置２００は、商用電源２０１からの交流電力を整流装置２０２により直流電力に変換する。整流装置２０２から、陽極線２０４に電流ＩＯが出力され、電流ＩＯの一部ＩＬは負荷２０３に流れる。また電流ＩＯの一部ＩＣ１は、第１の蓄電デバイス２１０に流れ、第１の蓄電デバイス２１０の蓄電池２１１それぞれを充電する。さらに電流ＩＯの一部ＩＣ２は、第２の蓄電デバイス２２０に流れ、第２の蓄電デバイス２２０の蓄電池２２１それぞれを充電する。
【００２１】
商用電源２０１に停電が発生した場合、つまり商用電源２０１からの交流電力供給が停止した場合、整流装置２０２から電流ＩＯの供給が停止する。そうすると、第１の蓄電デバイス２１０は放電を始め、負荷２０３に電流ＩＤ１を供給する。同時に第２の蓄電デバイス２２０も放電を始め、負荷２０３に電流ＩＤ２を供給する。第１の蓄電デバイス２１０及び第２の蓄電デバイス２２０からの電流の供給により、商用電源２０１の停電時においても、負荷２０３への電力の供給が停止することはない。
【００２２】
ここで、本実施例において、第１の蓄電デバイス２１０を構成する蓄電池２１１は、鉛蓄電池である。また、第２の蓄電デバイス２２０を構成する蓄電池２２１は、蓄電池２１１よりも内部抵抗が低い蓄電池であり、一例としてニッケル水素電池及びリチウムイオン電池等の電池が使用される。また、第２の蓄電デバイス２２０は、蓄電池に変えてキャパシタ等の蓄電デバイスを直列に配置して構成してもよい。
【００２３】
本発明においては、フロート充電方式における既存の蓄電池である第１の蓄電デバイス２１０に加え、第１の蓄電デバイス２１０を構成する蓄電池２１１よりも内部抵抗の低い蓄電池２２１により構成された第２の蓄電デバイス２２０を、第１の蓄電デバイス２１０と並列に接続する。これにより、蓄電池２２１により構成される第２の蓄電デバイス２２０が第１の蓄電デバイス２１０の設置容量率以上の電流を流すことが可能となる。また、商用電源２０１の停電時に第２の蓄電デバイス２２０も負荷２０３に電流を供給するため、第１の蓄電デバイス２１０を構成する蓄電池２１１の充放電量を減じることが可能となる。したがって、蓄電池の充放電の繰り返し及び急激な電圧降下による電池反応量及び電池劣化を減じることができるため、蓄電池を使用した電源バックアップ装置の負荷における電圧変動が少なくなると同時に、長寿命な電源バックアップ装置を実現することができる。
【００２４】
なお、本発明においては、第１の蓄電デバイス及び第２の蓄電デバイスを構成する蓄電池は、本実施例において例として挙げた蓄電池等に限定されることはなく、第２の蓄電デバイス２２０の内部抵抗を、第１の蓄電デバイス２１０の内部抵抗よりも低くすることができれば、第１の蓄電デバイス２１０及び第２の蓄電デバイス２２０は、どのような蓄電池等により構成してもよい。
【００２５】
［実施例］
以下、本発明の実施例について説明する。また、各実施例において試験を行った結果を、比較例と共に示す。
【００２６】
試験は、図２に記載の電源バックアップ装置２００（又は図１の電源バックアップ装置１００）において、蓄電池となる第１の蓄電デバイス２１０（又は図１の組電池１１０）部分を、６０℃の環境下とし、商用電源２０１（１０１）を毎日１秒間停電させる。更に１週間に一度は商用電源２０１（１０１）の停電時間を３時間とし、商用電源２０１（１０１）の停電を模擬するために、商用電源２０１（１０１）給電を停止することによる加速試験とする。そして、４週間毎に３時間停電模擬に換えて、第１の蓄電デバイス２１０（１１０）の放電試験を行い、第１の蓄電デバイス２１０（１１０）の残存容量を測定した。ここで、図３は、各実施例と比較例とにおいて、加速試験を行った結果の第１の蓄電デバイス２１０（１１０）の残存容量の変化を示すグラフである。
【００２７】
１．比較例
まず、各実施例における実験結果を比較するための比較例を説明する。比較例としては、図１に記載の従来の電源バックアップ装置１００において、容量５０Ａｈの鉛蓄電池１１１を２４個直列に配列して組電池１１０を構成した。
【００２８】
加速度試験を行った結果、６ヶ月後、組電池１１０の容量は、図３に記載のとおり、初期容量の７０％未満となった（つまり、初期容量から３０％以上の減少）。また、６ヶ月後、１秒間停電試験における組電池１１０の電圧の変化幅は、平均すると４．９Ｖとなった。
【００２９】
２．実施例１
実施例１は、図２の電源バックアップ装置２００における第１の蓄電デバイス２１０として、比較例と同一の容量５０Ａｈの鉛蓄電池を蓄電池２１１として２４個直列に配列して組電池を構成した。一方で、第２の蓄電デバイス２２０として、鉛蓄電池よりも内部抵抗の低い容量３Ａｈのニッケル水素電池を蓄電池２２１として４０本直列に配列して組電池を構成した。
【００３０】
加速試験を行った結果、６ヶ月後、第１の蓄電デバイス２１０の容量は、図３に記載のとおり、初期容量の８５％を保持した（初期容量から１５％の減少）。また、６ヶ月後、１秒間停電試験における第１の蓄電デバイス２１０の電圧の変化幅は、平均すると３．２Ｖとなった。
【００３１】
３．実施例２
実施例２は、図２の電源バックアップ装置２００における第１の蓄電デバイス２１０として、比較例と同一の容量５０Ａｈの鉛蓄電池を蓄電池２１１として２４個直列に配列して組電池を構成した。一方で、第２の蓄電デバイス２２０として、鉛蓄電池よりも内部抵抗の低い容量３Ａｈのリチウムイオン電池を蓄電池２２１として２０本直列に配列して組電池を構成した。
【００３２】
加速試験を行った結果、６ヶ月後、第１の蓄電デバイス２１０の容量は、図３に記載のとおり、初期容量の８８％を保持した（初期容量から１２％の減少）。また、６ヶ月後、１秒間停電試験における第１の蓄電デバイス２１０の電圧の変化幅は、平均すると３．１Ｖとなった。
【００３３】
４．実施例３
実施例３は、図２の電源バックアップ装置２００における第１の蓄電デバイス２１０として、比較例と同一の容量５０Ａｈの鉛蓄電池を蓄電池２１１として２４個直列に配列して組電池を構成した。一方で、第２の蓄電デバイス２２０として、鉛蓄電池よりも内部抵抗の低い容量１．５Ａｈ相当の電気二重層キャパシタを蓄電デバイス２２１として２０本直列に配列して組電池を構成した。
【００３４】
加速試験を行った結果、６ヶ月後、第１の蓄電デバイス２１０の容量は、図３に記載のとおり、初期容量の８６％を保持した（初期容量から１４％の減少）。また、６ヶ月後、１秒間停電試験における第１の蓄電デバイス２１０の電圧の変化幅は、平均すると３．１Ｖとなった。
【００３５】
５．実施例４
実施例４は、図２の電源バックアップ装置２００における第１の蓄電デバイス２１０として、比較例と同一の容量５０Ａｈの鉛蓄電池を蓄電池２１１として２４個直列に配列して組電池を構成した。一方で、第２の蓄電デバイス２２０として、鉛蓄電池よりも内部抵抗の低い容量２Ａｈ相当のリチウムイオンキャパシタを蓄電デバイス２１１として１６本直列に配列して組電池を構成した。
【００３６】
加速試験を行った結果、６ヶ月後、第１の蓄電デバイス２１０の容量は、図３に記載のとおり、初期容量の８７％を保持した（初期容量から１３％の減少）。また、６ヶ月後、１秒間停電試験における第１の蓄電デバイス２１０の電圧の変化幅は、平均すると３．２Ｖとなった。
【００３７】
比較例及び各実施例の結果をまとめると下記の表１となる。
【００３８】
【表１】
2015231320.tif 000003
【００３９】
以上の各実施例の試験結果より、フロート充電方式を用いる電源バックアップ装置において、整流装置と負荷との間に、第１の蓄電デバイスを構成する蓄電池よりも内部抵抗の低い蓄電池（蓄電デバイス）から構成される第２の蓄電デバイスを、第１の蓄電デバイスと並列に接続することによって、第１の蓄電デバイスの寿命を延ばすことが可能となり、また停電による蓄電池電圧の変動を低減できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、コスト、及び、寿命に優れた電源バックアップ装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１００、２００  電源バックアップ装置
１０１、２０１  商用電源
１０２、２０２  整流装置
１０３、２０３  負荷
１０４、２０４  陽極線
１０５、２０５  陰極線
１１０  組電池
１１１、２１１、２２１  蓄電池
２１０、２２０  蓄電デバイス
【図１】
2015231320.tif 000004
【図２】
2015231320.tif 000005
【図３】
2015231320.tif 000006