(57)【要約】【課題】自動蓄電池劣化診断機能と連動させて蓄電池毎の状態を監視し、劣化による異常が検出された蓄電池のみを判別し、信頼性の高い無停電電源設備を提供する。【解決手段】交流電源からの入力電力を直流電力に変換するコンバータ２及びコンバータ２から出力される直流電力を再び交流電力に変換して負荷機器４へ出力するインバータ３を有する無停電電源装置本体１と、コンバータ２及びインバータ３の間の直流電力部に直列接続され、交流電源の異常時でも負荷機器４へ電力を供給する複数の蓄電池５と、複数の蓄電池５にテスト放電させて複数の蓄電池５全体としての異常を検出する自動蓄電池劣化診断を行う自動蓄電池劣化診断手段８と、自動蓄電池劣化診断手段８と連動し、テスト放電時に複数の蓄電池５のうち設定値以下に電圧低下した蓄電池５のみを異常として検出する個別蓄電池劣化診断手段３１とを備えた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの入力電力を直流電力に変換するコンバータ及び前記コンバータから出力される前記直流電力を再び交流電力に変換して負荷機器へ出力するインバータを有する無停電電源装置本体と、
前記コンバータ及び前記インバータの間の直流電力部に直列接続され、前記交流電源の異常時でも前記負荷機器へ電力を供給する複数の蓄電池と、
前記複数の蓄電池にテスト放電させて前記複数の蓄電池全体としての異常を検出する自動蓄電池劣化診断を行う自動蓄電池劣化診断手段と、
前記自動蓄電池劣化診断手段と連動し、前記テスト放電時に前記複数の蓄電池のうち設定値以下に電圧低下した蓄電池のみを異常として検出する個別蓄電池劣化診断手段と、
を備えたことを特徴とする無停電電源設備。
【請求項２】
個別蓄電池劣化診断手段は、
蓄電池毎に接続され、テスト放電時に前記蓄電池が予め設定された設定値以下に電圧低下した場合に異常と判定するように動作する複数の劣化判定値設定回路と、
前記劣化判定値設定回路毎に接続され、前記劣化判定値設定回路により前記蓄電池が異常と判定された場合に点灯して劣化した前記蓄電池の表示を行う複数の劣化表示ＬＥＤと、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の無停電電源設備。
【請求項３】
個別蓄電池劣化診断手段は、
制御電源と、
自動蓄電池劣化診断手段が自動蓄電池劣化診断を開始する状態信号を受信して接点が投入される劣化診断信号リレーと、
前記劣化診断信号リレーの接点が投入されることにより前記制御電源から給電されて駆動され、劣化判定値設定回路の内部にある接点を投入して前記劣化判定値設定回路を動作可能とする劣化判定値設定回路駆動用リレーと、
を備え、
前記自動蓄電池劣化診断手段は、前記劣化判定値設定回路が動作可能となった後に蓄電池にテスト放電させることを特徴とする請求項２に記載の無停電電源設備。
【請求項４】
個別蓄電池劣化診断手段は、いずれかの劣化表示ＬＥＤが点灯した場合に接点が投入され、自動蓄電池劣化診断手段がテスト放電を停止した後でも前記劣化表示ＬＥＤの点灯を維持するＬＥＤ保持リレーを備えたことを特徴とする請求項２〜請求項３のいずれかに記載の無停電電源設備。
【請求項５】
個別蓄電池劣化診断手段は、表示リセット操作されるまで劣化表示ＬＥＤの点灯を維持するリセットボタンを備えたことを特徴とする請求項４記載の無停電電源装置。
【請求項６】
劣化診断信号リレー及びリセットボタンは、無停電電源装置本体に設けられる劣化診断インターフェース基板に配置され、
劣化判定値設定回路、劣化表示ＬＥＤ、劣化判定値設定回路駆動用リレーは、複数の蓄電池近傍に設けられる劣化診断表示基板に配置されることを特徴とする請求項５記載の無停電電源設備。
【請求項７】
個別蓄電池劣化診断手段は、蓄電池毎に複数接続され、各蓄電池の電圧低下レベルに応じて複数の異常電圧を段階的に検出することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の無停電電源設備。
【請求項８】
テスト放電時における蓄電池の放電電流を計測する放電電流計測回路と、
前記放電電流計測部に計測された前記放電電流に基づいて異常として検出された蓄電池の内部インピーダンスを演算する蓄電池内部インピーダンス演算回路と、
前記蓄電池内部インピーダンス演算回路に演算された前記内部インピーダンス演算値を表示する蓄電池内部インピーダンス表示回路と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の無停電電源設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、停電によって大きな影響を受けるコンピュータ設備等のバックアップ電源を供給する無停電電源装置を備えた無停電電源設備に関するものであり、特に自動蓄電池劣化診断機能を備えた無停電電源設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流入力電源の停電あるいは瞬時電圧低下などの電源障害時に、装置の不要動作、誤動作あるいはシステムダウンを生じてしまうコンピュータなどの負荷機器へのバックアップ電源として、蓄電池などのエネルギー蓄積体を有する交流無停電電源装置（ＵＰＳ）が、安定な交流電源を供給する目的で広く使われるようになっている。特に近年のインターネットデータセンターをはじめとした重要システムへの適用により、無停電電源装置に対する信頼性の要求は高く、停電あるいは瞬時電圧低下などでエネルギーを放出する蓄電池においても、劣化状況の早い段階での検出を行い、複数個の蓄電池が直列に接続されたエネルギー蓄積体が性能を損なう以前に、劣化が進行した蓄電池毎の交換を可能とする無停電電源設備の実現が望まれている。
【０００３】
ここで、蓄電池の劣化を検出する方法として、無停電電源装置からのテスト信号発生により蓄電池を自動的に放電させ、蓄電池異常検出回路で放電電流の有無を判別することにより蓄電池の正常または異常を判別する方法が示されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２５６４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示されたものは、複数の蓄電池を直列接続した状態での放電電流の有無を判別することにより、正常または異常を判別しており、つまり、個々の蓄電池の劣化状態により異常を検出するものではない。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、自動蓄電池劣化診断機能を備えた無停電電源設備において、自動蓄電池劣化診断機能と連動させて蓄電池毎の状態を監視し、劣化による異常が検出された蓄電池のみを判別し、信頼性の高い無停電電源設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る無停電電源設備は、交流電源からの入力電力を直流電力に変換するコンバータ及び前記コンバータから出力される前記直流電力を再び交流電力に変換して負荷機器へ出力するインバータを有する無停電電源装置本体と、前記コンバータ及び前記インバータの間の直流電力部に直列接続され、前記交流電源の異常時でも前記負荷機器へ電力を供給する複数の蓄電池と、前記複数の蓄電池にテスト放電させて前記複数の蓄電池全体としての異常を検出する自動蓄電池劣化診断を行う自動蓄電池劣化診断手段と、前記自動蓄電池劣化診断手段と連動し、前記テスト放電時に前記複数の蓄電池のうち設定値以下に電圧低下した蓄電池のみを異常として検出する個別蓄電池劣化診断手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、交流電源からの入力電力を直流電力に変換するコンバータ及び前記コンバータから出力される前記直流電力を再び交流電力に変換して負荷機器へ出力するインバータを有する無停電電源装置本体と、前記コンバータ及び前記インバータの間の直流電力部に直列接続され、前記交流電源の異常時でも前記負荷機器へ電力を供給する複数の蓄電池と、前記複数の蓄電池にテスト放電させて前記複数の蓄電池全体としての異常を検出する自動蓄電池劣化診断を行う自動蓄電池劣化診断手段と、前記自動蓄電池劣化診断手段と連動し、前記テスト放電時に前記複数の蓄電池のうち設定値以下に電圧低下した蓄電池のみを異常として検出する個別蓄電池劣化診断手段とを備える構成としたことで、自動蓄電池劣化診断機能と連動させて蓄電池毎の状態を監視し、劣化による異常が検出された蓄電池のみを判別し、信頼性の高い無停電電源設備を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１における無停電電源設備を示す概略ブロック図、図２はこの発明の実施の形態１における無停電電源設備においてテスト放電が行われた時の複数個直列接続した蓄電池全体としての電圧を示す図、図３はこの発明の実施の形態１における無停電電源設備の劣化診断（表示）基板及び劣化診断インターフェース基板の詳細を示す回路構成図である。
【００１１】
図１に示す無停電電源設備の回路構成は公知のものである。無停電電源装置本体１は、コンバータ２で交流電源（図示せず）からの入力電力を直流電力に変換し、インバータ３で再び交流電力に変換し、負荷機器４へ安定した電力を出力する。コンバータ２及びインバータ３の間の直流電力部に複数個直列接続されたネルギー蓄積体である蓄電池５は、交流電源の停電または瞬時電圧低下などが発生した場合でも負荷機器４へ安定した電力を供給する。なお、図１では蓄電池５は蓄電池盤６に収納されているが、無停電電源装置本体１に内蔵されていてもよい。また、無停電電源装置本体１には、自動蓄電池劣化診断機能を有し、放電電流検出器７を備えた自動蓄電池劣化診断手段８が設けられている。詳細は図示しないが、この自動蓄電池劣化診断手段８が動作した場合には、コンバータ２の入力電力量をインバータ３の出力電力量よりも低くすることで、蓄電池５からのテスト放電が実施される。このテスト放電の時間は短時間であり、放電電流検出器７で放電電流が無いことを判別し、複数の蓄電池５全体としての異常を検出した時点で、コンバータ２の入力電力量を増加させるため、無停電電源装置本体１は故障停止することはなく、安定した交流電力の供給を継続する。さらに、無停電電源装置本体１には、インバータ３などの異常時にでも交流電力を出力可能なように、バイパススイッチ９によりバイパス回路が構成され、負荷機器４への安定した交流電力の供給を万全なものとしている。
【００１２】
次に、図２に、自動蓄電池劣化診断手段８によるテスト放電時における複数個直列接続された蓄電池５全体としての浮動充電電圧の状態変化を示す。一般に、蓄電池５の劣化が進行してくると、放電時の浮動充電電圧の低下は顕著であり、蓄電池５自身の寿命末期または故障時の代表的な例である放電電流が無い時の蓄電池異常時波形１１の場合、テスト放電中に浮動充電電圧が異常判定電圧まで低下して放電電流検出器５により複数の蓄電池５全体の異常として検出して判別できる。一方、蓄電池５劣化の初期及び中期段階の代表的な例である蓄電池正常時波形１２では、放電時の浮動充電電圧の低下は微小なため、テスト放電終了時でも浮動充電電圧が異常判定電圧まで低下せず、放電電流検出器５では複数の蓄電池５全体としての異常を検出して判別できない。そのため、図３に示すこの発明の無停電電源設備の回路構成により、蓄電池正常時波形１２では複数の蓄電池５全体としては検出できない異常を蓄電池５毎に検出する。
【００１３】
図３は無停電電源装置本体１と蓄電池５の接続に係わる詳細を示している。図３においては、例えば、蓄電池盤６内で複数個の蓄電池５が直列接続された状態である。ここで、２１は無停電電源装置本体１に設けられる劣化診断インターフェース基板であって、その内部に駆動電源としての制御電源２２、劣化診断信号リレー２３、リセットボタン２４を備えている。また、２５は蓄電池盤６内で蓄電池５近傍に設けられる劣化診断（表示）基板であって、その内部に蓄電池５毎に接続される複数の劣化判定値設定回路２６、フォトカプラ２７を介して劣化判定値設定回路２６毎に接続される複数の劣化表示ＬＥＤ２８、劣化判定値設定回路駆動用リレー２９、ＬＥＤ保持リレー３０を備えている。これらによりこの発明の無停電電源設備の個別蓄電池劣化診断手段３１が構成されている。以下、個別蓄電池劣化診断手段３１の動作を説明する。
【００１４】
自動蓄電池劣化診断手段８が自動蓄電池劣化診断を開始する状態信号からなるテスト信号を発生させると、その信号を劣化診断信号リレー２３が受信して駆動し、接点２３ａが投入される。そして、二つの駆動部を有する劣化判定値設定回路駆動用リレー２９が、駆動電源としての制御電源２２から給電されて駆動し、劣化判定値設定回路２６の内部にある接点２９ａ、２９ｂが投入されて劣化判定値設定回路２６が動作可能となる。その後、この状態で、自動蓄電池劣化診断手段８が蓄電池５にテスト放電を開始させると、蓄電池５劣化の初期及び中期段階の場合には図２の蓄電池正常時波形１２の通りに複数の蓄電池５全体としての電圧が低下する。このとき、各劣化判定値設定回路２６が蓄電池５毎の電圧低下を検出する。即ち、複数個の蓄電池５のうち、劣化判定値設定回路２６の回路定数に基づいて予め設定された異常電圧値と判定する設定値以下に電圧が低下する蓄電池５があると、これに対応したフォトカプラ２７のみが動作し、劣化表示ＬＥＤ２８を点灯させる。これにより劣化した蓄電池５の表示が行われる。また、この時、いずれかの劣化表示ＬＥＤ２８が点灯すれば、ＬＥＤ保持リレー３０が駆動し、接点３０ａが投入される。そのため、劣化表示ＬＥＤ２８は自動蓄電池劣化診断手段８が蓄電池５のテスト放電を停止した後でも、リセットボタン２４が表示リセット操作により開放されるまで制御電源２２から給電されて点灯状態を維持する。即ち、以上で説明したように、個別蓄電池劣化診断手段３１は、自動蓄電池劣化診断手段８と連動して、蓄電池５のテスト放電時に複数の蓄電池５のうち設定値以下に電圧低下した蓄電池５のみを異常として検出する。
【００１５】
従って、実施の形態１では、テスト放電において従来の自動蓄電池劣化診断手段８だけでは検出ができなかった蓄電池５毎の初期ならびに中期段階での劣化を検出するとともに、この蓄電池５のみを異常として判別、特定することが可能である。また、蓄電池５の放流電流の有無による複数の蓄電池５一括の異常検出ではなく、個別に、かつ、異常検出の設定値を劣化判定値設定回路２６の回路定数に基づいて設定でき、信頼性の高い無停電源設備が実現される。さらに、異常になった蓄電池５について個別に劣化表示ＬＥＤ２８の点灯による表示を行うため、劣化した蓄電池５の判別作業が行え、迅速な交換が可能である。従って、蓄電池５異常に伴う無停電電源設備のサービス停止時間を最短で提供できる。
【００１６】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における無停電電源設備の劣化診断（表示）基板及び劣化診断インターフェース基板の詳細を示す回路構成図である。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１７】
実施の形態１では、蓄電池５、１個毎に１つの劣化判定値設定回路２６等からなる個別蓄電池劣化診断手段３１を有していた。そのため、蓄電池劣化診断の度合い設定は１つに限定されている。一方、実施の形態２では、図４に示すように、蓄電池５、１個毎に回路定数の異なる複数の劣化判定値設定回路２６１、２６２を有するとともに、これらに対応したフォトカプラ２７１、２７２を介して劣化表示ＬＥＤ２８１、２８２と表示機能も増やし、蓄電池劣化診断の度合い設定をきめ細かくしている。なお、劣化判定値設定回路２６１及び２６２の内部にはそれぞれ劣化判定値回路駆動用リレー２９の接点２９１ａ、２９１ｂ及び２９２ａ、２９２ｂが設けられている。この場合、個別蓄電池劣化診断手段３１は、各蓄電池５の電圧低下レベルに応じて複数の異常電圧を段階的に検出することになる。
【００１８】
従って、実施の形態２では、早期での蓄電池５故障や劣化の検出を可能にし、より信頼性の高い無停電電源設備を提供できる。なお、図４では、劣化判定値設定回路２６１等及び劣化表示ＬＥＤ２８１等の数量は蓄電池５、１個につき２組で構成しているが、それ以上の数量で構成しても良い。
【００１９】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３における無停電電源設備の劣化診断（表示）基板及び劣化診断インターフェース基板の詳細を示す回路構成図、図６はこの発明の実施の形態３における蓄電池の等価回路及び劣化判定値設定回路の回路定数を示す図である。なお、実施の形態２と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２０】
実施の形態１または２に示す無停電電源設備の構成では、蓄電池５毎の電圧の低下を異常として検出することで劣化状態を判定していた。蓄電池５の劣化診断の手法としては、このように電圧値の変化によって行う方法の他に、蓄電池５内部のインピーダンス値の上昇により劣化状況を把握することが可能である。実施の形態３に示す無停電電源設備は、図５に示すように、インピーダンス値を演算し、把握することで、蓄電池５故障や劣化の判定精度を向上させるものである。以下、実施の形態３における無停電電源設備を詳細に説明する。
【００２１】
図５に示すように、実施の形態３においては、実施の形態２の構成に加え、無停電電源装置本体１は、テスト放電時における蓄電池の放電電流を計測する放電電流計測回路４１、異常として検出された蓄電池の内部インピーダンスを演算する蓄電池内部インピーダンス演算回路４２及びその演算値を表示する蓄電池内部インピーダンス表示回路４３を有する。さらに、劣化診断インターフェース基板２１は、内部インピーダンス演算用リレー４４、４５を有する。ここで、実施の形態３においては、蓄電池５側の構成は実施の形態２における図４とほぼ同様であり、複数の劣化判定値設定回路２６１、２６２、劣化表示ＬＥＤ２８１、２８２等を有している。ただし、劣化表示ＬＥＤ２８１、２８２はそれぞれ別個の配線により、ＬＥＤ保持リレー３０１、３０２、内部インピーダンス演算用リレー４４、４５を介して制御電源２２に接続されている。即ち、電圧低下レベルに応じて劣化表示ＬＥＤ２８１、２８２の双方又は一方が点灯すると、これに対応してＬＥＤ保持リレー３０１、３０２の接点３０１ａ、３０２ｂの双方又は一方が投入されるとともに、内部インピーダンス演算用リレー４４、４５双方又は一方が駆動され、接点４４ａ、４５ａの双方又は一方が投入される。そして、これらの接点４４ａ、４５ａの双方又は一方が投入されたことを示す信号が蓄電池内部インピーダンス演算回路４２に送信される仕組みになっている。なお、図５では、劣化判定値設定回路２６１等及び劣化表示ＬＥＤ２８１等の数量は蓄電池５、１個につき２組で構成しているが、それ以上の数量で構成しても良い。
【００２２】
次に、実施の形態３における無停電電源設備の動作を説明する。図５の回路構成において、自動蓄電池劣化診断手段８が自動蓄電池劣化診断中に蓄電池５にテスト放電させた場合に個別蓄電池劣化診断手段３１により異常な蓄電池５が検出されると、蓄電池内部インピーダンス演算回路４２は、内部インピーダンス演算用リレー４４、４５の接点４４ａ及び４５ａの双方又は一方が投入されたことを示す信号と、放電電流計測回路４１で計測された蓄電池５の放電電流値を受信する。この受信情報により、以下の通り、図６の等価回路に基づいて第一抵抗器４６、第二抵抗器４７の分圧抵抗等から（１）〜（３）式を用いて異常な蓄電池５の内部インピーダンスＲ１の値が演算される。また、この演算値については、蓄電池内部インピーダンス表示回路４３により、確認可能な構成である。蓄電池５の内部インピーダンス値の判定基準については、蓄電池５製造者から提供されるデータがあるため、それと比較することにより蓄電池５の異常を判定する。
Ｒ１＝（Ｅ１−Ｖ１）／ｉ                      （１）
Ｖ１＝Ｖ２（Ｒ１０１＋Ｒ１０２）／Ｒ１０２    （２）
Ｅ１＝Ｅ０／蓄電池総数量                      （３）
ここに、
Ｒ１      ：蓄電池内部インピーダンス
ｉ      ：テスト放電時の放電電流
Ｅ０      ：浮動充電時の蓄電池(総)電圧
Ｅ１      ：浮動充電時の単蓄電池電圧
Ｖ１      ：テスト放電時の単蓄電池電圧
Ｖ２      ：単蓄電池の劣化判定値設定電圧
Ｒ１０１  ：第一抵抗器の分圧抵抗
Ｒ１０２  ：第二抵抗器の分圧抵抗
である。
なお、単蓄電池の劣化判定値設定電圧Ｖ２、第一抵抗器及び第二抵抗器の分圧抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２は、異常時の蓄電池５の電圧低下レベルに応じて劣化判定値設定回路２６１、２６２のいずれか一方の値が用いられる。
【００２３】
従って、実施の形態３では、実施の形態２の効果に加え、蓄電池５故障や劣化の判定精度を向上させた無停電電源設備を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１における無停電電源設備を示す概略ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１における無停電電源設備においてテスト放電が行われた時の複数個直列接続した蓄電池全体としての電圧を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１における無停電電源設備の劣化診断（表示）基板及び劣化診断インターフェース基板の詳細を示す回路構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２における無停電電源設備の劣化診断（表示）基板及び劣化診断インターフェース基板の詳細を示す回路構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３における無停電電源設備の劣化診断（表示）基板及び劣化診断インターフェース基板の詳細を示す回路構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３における蓄電池の等価回路及び劣化判定値設定回路の回路定数を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  無停電電源装置本体
２  コンバータ
３  インバータ
４  負荷機器
５  蓄電池
６  蓄電池盤
７  放電電流検出器
８  自動蓄電池劣化診断手段
９  バイパススイッチ
１１  蓄電池異常時波形
１２  蓄電池正常時波形
２１  劣化診断インターフェース基板
２２  制御電源
２３  劣化診断信号リレー
２３ａ  接点
２４  リセットボタン
２５  劣化診断（表示）基板
２６  劣化判定値設定回路
２７  フォトカプラ
２８  劣化表示ＬＥＤ
２９  劣化判定値設定回路駆動用リレー
２９ａ、２９ｂ  接点
３０  ＬＥＤ保持リレー
３１  個別蓄電池劣化診断手段
４１  放電電流計測回路
４２  蓄電池内部インピーダンス演算回路
４３  蓄電池内部インピーダンス表示回路
４４、４５  内部インピーダンス演算用リレー
４４ａ、４５ａ  接点
４６  第一抵抗器
４７  第二抵抗器
２６１、２６２  劣化判定値設定回路
２７１、２７２  フォトカプラ
２８１、２８２  劣化表示ＬＥＤ
２９１ａ、２９１ｂ  接点
２９２ａ、２９２ｂ  接点
３０１、３０２  ＬＥＤ保持リレー
３０１ａ、３０２ｂ  接点
【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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【図６】
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