(57)【要約】【課題】バッテリの劣化判定中に負荷機器へ継続的に電力を供給することができ、しかも、バッテリの劣化判定の直後に停電が発生した場合であっても、負荷機器へ電力を供給することができること。【解決手段】電力系統に接続されている負荷機器３に対して、電力系統から供給される交流電力と、バッテリ２２の蓄電電力とを同時に供給しつつ、バッテリ２２が負荷機器のバックアップに必要となる電力を残す範囲内で、バッテリ２２の放電特性を測定し、その測定された放電特性に基づいてバッテリの劣化を判定する。【選択図】  図１
2004180428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続されているバッテリの劣化をオンラインで判定する方法であって、
上記電力系統に接続されている負荷機器に対して、上記電力系統から供給される交流電力と、上記バッテリの蓄電電力とを同時に供給しつつ、バッテリが負荷機器のバックアップに必要となる電力を残す範囲内で、バッテリの放電特性を測定し、
その測定された放電特性に基づいてバッテリの劣化を判定することを特徴とするバッテリ劣化のオンライン判定方法。
【請求項２】
バッテリを所定の定電力で放電するように制御しつつ、無停電電源装置に接続されている交流電力を上記バッテリの定電力と共に、無停電電源装置に接続されている負荷機器へ供給し、
上記所定の定電力で放電しているバッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、
上記測定した電圧と上記バッテリの出力電力とに基づいて上記バッテリのインピーダンスを演算し、
上記演算したインピーダンスに基づいて、上記バッテリの劣化を判定することを特徴とする無停電電源装置に搭載されるバッテリの劣化判定方法。
【請求項３】
交流電力を直流電力へ変換するレクチファイヤと、
直流電力を出力するバッテリと、
直流電力を交流電力へ変換するインバータと、を備える無停電電源装置において、
上記レクチファイヤは、
上記インバータの出力電力を検出する出力電力検出部材と、
上記レクチファイヤに入力される交流の入力電力を検出する入力電力検出部材と、
差分電力を記憶する差分電力記憶部材と、を備え、
上記出力電力から上記入力電力および上記差分電力を減算した値が０となるように上記レクチファイヤに直流電力を生成させるとともに、上記値が０あるいは所定の値以下になったときの上記バッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、上記測定した電圧に基づいて上記バッテリの劣化を判定する制御本体を設けることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項４】
前記制御本体は、少なくとも２つの差分電力を前記差分電力記憶部材に記憶させて、それぞれの差分電力における前記バッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、上記測定した２つの電圧に基づいて前記バッテリのインピーダンスを演算し、さらに、上記演算したインピーダンスに基づいて、前記バッテリの劣化を判定することを特徴とする請求項３記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記制御本体は、前記バッテリが満充電状態である場合に、前記差分電力記憶部材に差分電力を記憶させて、前記バッテリの劣化を判定することを特徴とする請求項３または４記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリ劣化のオンライン判定方法、無停電電源装置に搭載されるバッテリの劣化判定方法および無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、蓄電池の劣化を判定する場合に、整流器の出力電圧を、蓄電池の放電電圧よりも常に低めに制御するとともに、蓄電池の放電電圧の変化に追従させて変化させる無停電電源装置が開示されている。そして、この特許文献１に記載される無停電電源装置では、蓄電池を一定時間放電し、その一定時間による放電の特性に基づいて蓄電池の劣化状態を判定する。このように蓄電池の劣化状態を点検する際に、整流器からも電力を供給できるようにすることで、蓄電池の寿命が無くなっていたとしてもあるいは蓄電池回路が遮断されていたとしても、整流器から供給される電力にて、インバータは、停止することなく負荷機器へ電力を供給し続けることができる。
【０００３】
特許文献２には、ＡＣ／ＤＣ変換部の電流分担率を低い値に制御することで、バッテリからの放電電流を増大させ、その状態でバッテリの端子電圧を測定する無停電電源装置が開示されている。そして、この特許文献２に記載される無停電電源装置では、蓄電池を時間的に継続して放電させて、その間の累積的な放電電流を測定することで、蓄電池の劣化状態を判定している。これにより、バッテリの劣化状態を点検するときに、バッテリの寿命が無くなっていたとしてもあるいはバッテリ回路が遮断されていたとしても、ＡＣ／ＤＣ変換部から供給される電力にて、インバータは、停止することなく負荷機器へ電力を供給し続けることができる。また、この特許文献２記載の無停電電源装置は、特許文献１の無停電電源装置に比べた場合、計測される累積電流値が正確になるなどの効果もある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２０１４８５号  （図３、段落００１７など）
【特許文献２】
特開２００１−０６１２３７号  （図１、段落００１０、００１９など）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、特許文献１および特許文献２に記載される従来の無停電電源装置では、整流器やＡＣ／ＤＣ変換部（以下、レクチファイヤと記載する。）から電力を供給しつつ、バッテリや蓄電池（以下、バッテリと記載する。）の劣化を判定する。そのため、無停電電源装置に接続されている負荷機器に対して継続的に電力を供給しつつ、その供給し続けている間に、バッテリの劣化を判定することが可能である。そして、バッテリの劣化状態を実際に測定して判定しているので、バッテリが本当に劣化しきる直前まで使い続けることができる。しかも、劣化し切る直前のバッテリを交換することができるので、バッテリの状態を劣化し切らない状態に維持しつつ、ランニングコストを最低限に抑えることができる。
【０００６】
なお、これら特許文献１および特許文献２に記載される従来の無停電電源装置では、バッテリを比較的長い期間継続して放電させ、その間のバッテリの累積的な放電電流を測定することで、蓄電池の劣化状態を判定する。
【０００７】
一方、バッテリは、定電圧出力が得られるように工夫されている。そのため、バッテリの出力電圧は一般的に、満充電状態から放電を開始すると、満充電時の初期電圧から一定の電圧まで低下し、しばらく略その一定の電圧を維持し、その後、急激に電圧が低下する特性を示す。
【０００８】
そのため、累積的な放電電流に基づいてバッテリの劣化を判断する場合、少なくとも一定電圧後の急激な電圧降下が検出されるまで、あるいは、劣化しているバッテリの累積的な放電電流よりも大きな放電電流が検出されるまで、バッテリを放電させなければ、バッテリの特性を判定することができない。そのため、たとえば、特許文献２では、放電電流の累積値が定格充電容量の７０％に達するまで放電している。その結果、バッテリの劣化判定直後のバッテリの残存容量は、３０％までに低下してしまうことになる。
【０００９】
無停電電源装置などに搭載されるバッテリは、レクチファイヤに入力される交流電力が停電した場合などに、その停電している期間において負荷機器を継続的に動作させるために、バックアップ電源として用いられるものである。あるいは、停電している期間においてコンピュータなどの負荷機器が正常に終了できるように用いられるものである。そのため、無停電電源装置などに搭載されるバッテリは、たとえば少なくとも５０％以上の充電状態に維持する必要がある。無停電電源装置は、この最低限に維持すべき充電割合の状態で停電が発生した場合に、規定するバックアップ電力や、規定するバックアップ時間を確保するように設計される。なお、バッテリの最低限に維持すべき充電割合は、規定するバックアップ電力などの、無停電電源装置の仕様に基づいて決定されることになる。
【００１０】
したがって、特許文献１および特許文献２に記載される従来の無停電電源装置では、バッテリの劣化判定の直後に停電が発生した場合には、バッテリの充電容量が上記最低限の充電割合を割り込んでしまう。その結果、従来の無停電電源装置では、バッテリの劣化判定の直後では、規定するバックアップ電力や、規定するバックアップ時間を確保することができない。
【００１１】
このような問題は、特に価格やサイズにおいて厳しい要求を強いられる５０００Ｗ以下の小型の無停電電源装置において、顕在化する。
【００１２】
本発明は以上の課題に鑑みなれさたものであり、バッテリの劣化判定中に負荷機器へ継続的に電力を供給することができ、しかも、バッテリの劣化判定の直後に停電が発生した場合であっても、負荷機器へ電力を供給することができるバッテリ劣化のオンライン判定方法、無停電電源装置に搭載されるバッテリの劣化判定方法および無停電電源装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るバッテリ劣化のオンライン判定方法は、電力系統に接続されているバッテリの劣化をオンラインで判定する方法であって、電力系統に接続されている負荷機器に対して、電力系統から供給される交流電力と、バッテリの蓄電電力とを同時に供給しつつ、バッテリが負荷機器のバックアップに必要となる電力を残す範囲内で、バッテリの放電特性を測定し、その測定された放電特性に基づいてバッテリの劣化を判定するものである。
【００１４】
この方法では、電力系統に接続されている負荷機器に対して、電力系統に接続されている交流電力と、バッテリの蓄電電力とを同時に供給する。そのため、負荷機器へ継続的に電力を供給しながら、バッテリの劣化を判定することができる。
【００１５】
また、この方法では、バッテリが負荷機器のバックアップに必要となる電力を残す範囲内で、バッテリの放電特性を測定する。そのため、バッテリの劣化を判定するためにバッテリの蓄電電力が低下してしまうにもかかわらず、バッテリの劣化判定の直後に停電が生じたとしても、負荷機器へ適当にバックアップ電力を供給することができる。
【００１６】
本発明に係る無停電電源装置に搭載されるバッテリの劣化判定方法は、バッテリを所定の定電力で放電するように制御しつつ、無停電電源装置に接続されている交流電力をバッテリの定電力と共に、無停電電源装置に接続されている負荷機器へ供給し、所定の定電力で放電しているバッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、測定した電圧とバッテリの出力電力とに基づいてバッテリのインピーダンスを演算し、演算したインピーダンスに基づいて、バッテリの劣化を判定するものである。
【００１７】
この方法では、バッテリを所定の定電力で放電させつつ、そのバッテリの放電電力で不足する電力を無停電電源装置に接続されている交流電力で補うことができる。そのため、無停電電源装置に接続されている負荷機器に対して継続的に電力を供給しながら、バッテリの劣化を判定することができる。
【００１８】
また、この方法では、バッテリを所定の定電力で放電させ、そのときのバッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、測定した電圧とバッテリの出力電力とに基づいてバッテリのインピーダンスを演算し、さらに、演算したバッテリのインピーダンスに基づいて、バッテリの劣化を判定する。そのため、バッテリを少しだけ定電力放電させるだけで、バッテリの劣化判定に必要な測定を行うことができる。つまり、バッテリが負荷機器のバックアップに必要となる電力を残した状態で、バッテリの放電特性の測定を完了することができる。その結果、バッテリの劣化を判定するためにバッテリの蓄電電力が低下してしまうにもかかわらず、バッテリの劣化判定直後に停電が生じたとしても、負荷機器へ適当にバックアップ電力を供給することができる。
【００１９】
本発明に係る無停電電源装置は、交流電力を直流電力へ変換するレクチファイヤと、直流電力を出力するバッテリと、直流電力を交流電力へ変換するインバータと、を備える無停電電源装置において、レクチファイヤは、インバータの出力電力を検出する出力電力検出部材と、レクチファイヤに入力される交流の入力電力を検出する入力電力検出部材と、差分電力を記憶する差分電力記憶部材と、を備え、出力電力から入力電力および差分電力を減算した値が０となるようにレクチファイヤに直流電力を生成させるとともに、値が０あるいは所定の値以下になったときのバッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、測定した電圧に基づいてバッテリの劣化を判定する制御本体を設けるものである。
【００２０】
この構成を採用すれば、レクチファイヤは、出力電力から入力電力および差分電力を減算した値が０となるように直流電力を生成する。その結果、バッテリからは差分電力が供給されるようになり、バッテリを定電力放電させることができる。また、バッテリの放電電力で不足する電力を無停電電源装置に接続されている交流電力で補うことができる。そのため、無停電電源装置に接続されている負荷機器に対して継続的に電力を供給しながら、バッテリの劣化を判定することができる。
【００２１】
また、この構成では、バッテリを所定の定電力で放電させ、そのときのバッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、測定した電圧基づいて、バッテリの劣化を判定する。そのため、バッテリを少しだけ定電力放電させるだけで、バッテリの劣化判定に必要な測定を行うことができる。つまり、バッテリが負荷機器のバックアップに必要となる電力を残した状態で、バッテリの放電特性の測定を完了することができる。その結果、バッテリの劣化を判定するためにバッテリの蓄電電力が低下してしまうにもかかわらず、バッテリの劣化判定直後に停電が生じたとしても、負荷機器へ適当にバックアップ電力を供給することができる。
【００２２】
本発明に係る無停電電源装置は、さらに、制御本体は、少なくとも２つの差分電力を差分電力記憶部材に記憶させて、それぞれの差分電力におけるバッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、測定した２つの電圧に基づいてバッテリのインピーダンスを演算し、さらに、演算したインピーダンスに基づいて、バッテリの劣化を判定するものである。
【００２３】
この構成を採用すれば、差分電力記憶部材に記憶させる各差分電力においてバッテリを定電力放電させたときの、バッテリの出力電圧あるいはその出力電圧に連動する電圧を測定し、その測定した電圧基づいて、バッテリの劣化を判定することができる。
【００２４】
本発明に係る無停電電源装置は、さらに、制御本体は、バッテリが満充電状態である場合に、差分電力記憶部材に差分電力を記憶させて、バッテリの劣化を判定するものである。
【００２５】
この構成を採用すれば、たとえば、バッテリが満充電状態でないときにバッテリの劣化判定のための放電をさせた場合のように、バッテリの劣化判定が終了したときに、バッテリの充電容量が負荷機器へのバックアップに必要となる電力を確保できなくなってしまうことを防止することができる。また、バッテリの劣化判定のための放電による過放電を防止して、バッテリの長寿命化を図ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るバッテリ劣化のオンライン判定方法、無停電電源装置に搭載されるバッテリの劣化判定方法および無停電電源装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。なお、バッテリ劣化のオンライン判定方法と、無停電電源装置に搭載されるバッテリの劣化判定方法とは、無停電電源装置の動作の一部として説明する。
【００２７】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態に係る小型の無停電電源装置１を示す回路図である。この小型の無停電電源装置（以下、発明の実施の形態の説明において無停電電源装置と記載する。）１は、壁面のコンセントと、負荷機器との間に接続されるものであり、５０００Ｗ以下の電力供給能力を有する。
【００２８】
無停電電源装置１の一対の入力端子４，５には、商用交流電源などの交流電源２が接続される。無停電電源装置１の一対の出力端子６，７には、コンピュータ本体、通信機器、電力機器、その他の装置で負荷となるもののいずれか１つまたは複数の負荷機器３が接続される。交流電源２から負荷機器３までの電力の供給経路が、電力系統となる。
【００２９】
一方の入力端子４には、レクチファイヤ本体１１が接続される。一方の出力端子６には、インバータ本体１２が接続される。レクチファイヤ本体１１とインバータ本体１２とは、一対のレール配線１３，１４で接続されている。一方のレール配線１３には、プラス充電コンデンサ１５が接続されている。他方のレール配線１４には、マイナス充電コンデンサ１６が接続されている。
【００３０】
他方の入力端子５は、グランド１７に接続されている。他方の出力端子７は、グランド１７に接続されている。プラス充電コンデンサ１５の他端は、グランド１７に接続されている。マイナス充電コンデンサ１６の他端は、グランド１７に接続されている。
【００３１】
一対のレール配線１３，１４には、チャージャ本体１８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１９とが接続されている。チャージャ本体１８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１９とは、一対のバッテリ配線２０，２１で接続されている。一対のバッテリ配線２０，２１の間には、バッテリ２２が接続されている。
【００３２】
レクチファイヤ本体１１には、レクチファイヤ制御回路２３が接続されている。レクチファイヤ制御回路２３は、レクチファイヤ本体１１へスイッチングパルス列を出力する。レクチファイヤ本体１１と、レクチファイヤ制御回路２３とでレクチファイヤが構成される。
【００３３】
インバータ本体１２には、インバータ制御回路２４が接続されている。インバータ制御回路２４は、インバータ本体１２へスイッチングパルス列を出力する。インバータ本体１２と、インバータ制御回路２４とでインバータが構成される。
【００３４】
チャージャ本体１８には、チャージャ制御回路２５が接続されている。チャージャ制御回路２５は、チャージャ本体１８へスイッチングパルス列を出力する。チャージャ本体１８と、チャージャ制御回路２５とでチャージャが構成される。
【００３５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１９には、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路２６が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路２６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１９へスイッチングパルス列を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１９と、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路２６とでＤＣ／ＤＣコンバータが構成される。
【００３６】
レクチファイヤ制御回路２３、インバータ制御回路２４、チャージャ制御回路２５およびＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路２６には、制御本体２７が接続されている。制御本体２７は、これらの制御回路２３，２４，２５，２６からのスイッチングパルス列の出力を許可する起動信号および出力を停止する停止信号を出力する。
【００３７】
レクチファイヤ本体１１は、一方の入力端子４に接続される充電コイル３１と、充電コイル３１と一方のレール配線１３との間に接続されるマイナス充電トランジスタ３２と、マイナス充電トランジスタ３２と並列に接続されるプラス充電ダイオード３３と、充電コイル３１と他方のレール配線１４との間に接続されるプラス充電トランジスタ３４と、プラス充電トランジスタ３４と並列に接続されるマイナス充電ダイオード３５と、を備える。
【００３８】
プラス充電トランジスタ３４には、スイッチングパルス列が入力される。交流電源２からの交流電力によって他方の入力端子５の電位よりも一方の入力端子４の電位が高くなっている状態で、スイッチングパルス列によってプラス充電トランジスタ３４がオフ状態からオン状態へ制御されると、交流電源２、充電コイル３１、プラス充電トランジスタ３４およびマイナス充電コンデンサ１６の電流ループを流れる電流で、充電コイル３１に電気エネルギーが蓄電される。スイッチングパルス列によってプラス充電トランジスタ３４がオン状態からオフ状態へ制御されると、充電コイル３１に蓄電されている電気エネルギーがプラス充電コンデンサ１５へ供給される。同様に、マイナス充電トランジスタ３２には、スイッチングパルス列が入力される。そして、交流電源２からの交流電力によって他方の入力端子５の電位よりも一方の入力端子４の電位が低くなっている状態で、充電コイル３１に蓄電された電気エネルギーがマイナス充電コンデンサ１６へ供給される。これにより、一対の入力端子４，５に入力される交流電力は直流電力へ変換される。
【００３９】
レクチファイヤ制御回路２３は、制御本体２７から起動信号が入力されると、停止信号が入力されるまでの期間、プラス充電トランジスタ３４およびマイナス充電トランジスタ３２それぞれへ、互いに逆相で変化するスイッチングパルス列を出力する。これにより、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とは交互にオン状態となる。その結果、一対の入力端子４，５に入力される交流電力で、プラス充電コンデンサ１５およびマイナス充電コンデンサ１６を充電することができる。
【００４０】
なお、交流電源２からの交流電力によって他方の入力端子５の電位よりも一方の入力端子４の電位が高くなっている状態での、プラス充電トランジスタ３４のトータルのオン期間を長くするように、スイッチングパルス列の各パルスのパルス幅を制御すると、プラス充電コンデンサ１５の充電電圧は大きくなる。交流電源２からの交流電力によって他方の入力端子５の電位よりも一方の入力端子４の電位が低くなっている状態での、マイナス充電トランジスタ３２のトータルのオン期間を長くするように、スイッチングパルス列の各パルスのパルス幅を制御すると、マイナス充電コンデンサ１６の充電電圧は大きくなる。
【００４１】
インバータ本体１２は、一方の出力端子６に接続される放電コイル４１と、放電コイル４１と一方のレール配線１３との間に接続されるプラス放電トランジスタ４２と、プラス放電トランジスタ４２と並列に接続される保護ダイオード４３と、放電コイル４１と他方のレール配線１４との間に接続されるマイナス放電トランジスタ４４と、マイナス放電トランジスタ４４と並列に接続される他の保護ダイオード４５と、を備える。
【００４２】
プラス充電コンデンサ１５が充電されている状態で、プラス放電トランジスタ４２をオフ状態からオン状態へ制御すると、プラス充電コンデンサ１５の充電電圧がプラス放電トランジスタ４２を介して一方の出力端子６へ供給される。マイナス充電コンデンサ１６が充電されている状態で、マイナス放電トランジスタ４４をオフ状態からオン状態へ制御すると、マイナス充電コンデンサ１６の充電電圧がマイナス放電トランジスタ４４を介して一方の出力端子６へ供給される。
【００４３】
インバータ制御回路２４は、制御本体２７から起動信号が入力されると、停止信号が入力されるまでの期間、プラス放電トランジスタ４２およびマイナス放電トランジスタ４４それぞれへ、交互にスイッチングパルスを出力する。これにより、プラス放電トランジスタ４２と、マイナス放電トランジスタ４４とは交互にオン状態となり、一対の出力端子６，７からは、プラスの電圧とマイナスの電圧との間で変化する他の交流電力が出力される。負荷機器３は、この一対の出力端子６，７から出力される他の交流電力で動作する。
【００４４】
なお、インバータ制御回路２４は、実際には、プラス放電トランジスタ４２およびマイナス放電トランジスタ４４それぞれへ、複数のスイッチングパルスを断続的に出力する。これにより、プラス充電コンデンサ１５の充電電圧やマイナス充電コンデンサ１６の充電電圧にかかわらず、一対の出力端子６，７から出力される交流電力を調整することができる。
【００４５】
チャージャ本体１８は、一方のレール配線１３に接続されるチャージャコイル５１と、チャージャコイル５１と他方のレール配線１４との間に接続されるチャージャトランジスタ５２と、チャージャトランジスタ５２と並列に接続されるチャージャコンデンサ５３と、チャージャトランジスタ５２とチャージャコンデンサ５３とを含む電流閉ループに設けられる逆流防止ダイオード５４と、を備える。
【００４６】
チャージャトランジスタ５２には、チャージャ制御回路２５からのスイッチングパルス列が入力される。なお、チャージャ制御回路２５は、制御本体２７から起動信号が入力されると、停止信号が入力されるまでの期間、スイッチングパルス列を出力する。そして、一対のレール配線１３，１４の間に直流電圧が印加されている状態で、このスイッチングパルス列に基づいて、チャージャトランジスタ５２がオン状態とオフ状態との間でスイッチング制御されると、チャージャコイル５１に電気エネルギーが蓄電され、この電気エネルギーでチャージャコンデンサ５３は、充電される。また、チャージャコンデンサ５３と並列に接続されているバッテリ２２も、充電される。
【００４７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ本体１９は、一次側コイルがバッテリ２２と並列に接続されているトランス６１と、一次側コイルと直列に接続されるコンバータトランジスタ６２と、トランス６１の二次側コイルと並列に接続されているコンバータコンデンサ６３と、二次側コイルとトランス６１とを含む閉ループに設けられる他の逆流防止ダイオード６４と、を備える。
【００４８】
コンバータトランジスタ６２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路２６からのスイッチングパルス列が入力される。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路２６は、制御本体２７から起動信号が入力されると、停止信号が入力されるまでの期間、スイッチングパルス列を出力する。そして、バッテリ２２が充電されている状態で、このスイッチングパルス列に基づいて、コンバータトランジスタ６２がオン状態とオフ状態との間でスイッチング制御されると、トランス６１の二次側コイルには、一次側コイルと二次側コイルとの巻数比に応じた電圧が誘導される。この二次側コイルに誘導される電圧で、コンバータコンデンサ６３は、充電される。また、コンバータコンデンサ６３と並列に接続されているプラス充電コンデンサ１５およびマイナス充電コンデンサ１６も、充電される。
【００４９】
なお、このコンバータトランジスタ６２にスイッチングパルス列を入力して、二次側コイルに電圧を誘導した場合、一対のレール配線１３，１４間のレールトゥレール電圧は、この二次側コイルに誘導される電圧となる。
【００５０】
図２は、図１中のレクチファイヤ制御回路２３を示す回路図である。
【００５１】
レクチファイヤ制御回路２３は、主に、三角波を出力する三角波出力回路７１と、一対の入力端子４，５に入力される交流電力と位相が同期する正弦波を出力する正弦波出力回路７２と、正弦波が入力される加算回路７３と、加算回路７３の出力が反転入力に入力されるとともに三角波が非反転入力に入力されるコンパレータ７４と、コンパレータ７４の出力を反転する反転回路７５と、を備える。
【００５２】
コンパレータ７４は、非反転入力に入力される三角波の電圧が、反転入力に入力される正弦波の電圧よりも高くなる期間をパルス幅とするスイッチングパルス列を出力する。このスイッチングパルス列は、プラス充電トランジスタ３４に入力される。反転回路７５は、コンパレータ７４が出力するスイッチングパルス列を反転する。反転回路７５の出力は、マイナス充電トランジスタ３２に入力される。これにより、プラス充電トランジスタ３４と、マイナス充電トランジスタ３２とは交互にオン状態となる。一対の入力端子４，５に入力される交流電力で、プラス充電コンデンサ１５およびマイナス充電コンデンサ１６は、充電される。
【００５３】
レクチファイヤ制御回路２３は、また、レールトゥレール電圧を検出するレールトゥレール電圧検出部材７６と、目標電圧を記憶する目標電圧記憶部材７７と、目標電圧からレールトゥレール電圧検出部材７６の検出電圧を減算する第一の減算回路７８と、第一の減算回路７８の出力が入力される電圧補償回路８０と、電圧補償回路８０の出力が入力されるセレクタ７９と、セレクタ７９の出力が入力されるリミッタ８１と、リミッタ８１の出力と正弦波とを乗算する乗算回路８２と、を備える。また、一対の入力端子４，５に流れる入力電流を検出する電流検出部材８３と、検出される電流値から乗算回路８２の出力を減算する第二の減算回路８４と、第二の減算回路８４の出力が入力される電流補償回路８５と、を備える。そして、電流補償回路８５の出力は、加算回路７３に入力される。
【００５４】
目標電圧と検出電圧とが異なる状態では、それらの誤差電圧が第一の減算回路７８から出力される。電圧補償回路８０は、この誤差電圧に応じた電流指令値を出力する。リミッタ８１は、電流指令値がプラスの値である場合はその電流指令値を出力し、電流指令値がマイナスである場合には０を出力する。乗算回路８２は、このリミッタ８１出力と正弦波とを乗算する。つまり、乗算回路８２から出力される正弦波の振幅は、電流指令値に応じた大きさとなる。なお、リミッタ８１から出力される電流指令値は、０以上に制限されているので、乗算回路８２から出力される正弦波は、乗算回路８２に入力される正弦波と同位相になる。
【００５５】
そして、電流指令値を振幅とする正弦波は、第二の減算回路８４において反転された後、電流補償回路８５に入力される。電圧補償回路８０は、この電流指令値を振幅とする正弦波に応じた指令値を出力する。この指令値は、加算回路７３に入力される。
【００５６】
なお、第二の減算回路８４は、電流検出部材８３の検出電流値から乗算回路８２の出力を減算する。電流検出部材８３の検出電流値をＡとし、乗算回路８２の出力をＢとした場合、第二の減算回路８４の出力Ｃは、下記式１の減算処理を行う。これは、下記式２の減算処理と等価な処理である。そして、下記式２では、乗算回路８２の出力をＢを反転していることになる。
【００５７】
Ｃ  ＝  Ａ−Ｂ  ・・・式１
Ｃ  ＝  （Ａ−０）＋（０−Ｂ）  ＝  Ａ＋（−Ｂ）  ・・・式２
【００５８】
たとえば、検出電圧が目標電圧よりも低い場合には、それらの誤差電圧に応じた電流指令値が電圧補償回路８０から出力され、さらに電流指令値を振幅とする正弦波が電流補償回路８５から出力される。この電流補償回路８５の出力は、第二の減算回路８４で反転された後、加算回路７３において正弦波と加算される。なお、電流指令値はプラスの値であるので、加算回路７３から出力される振幅は、正弦波出力回路７２が出力する正弦波の振幅以下となる。
【００５９】
したがって、このように検出電圧が目標電圧よりも低い場合には、コンパレータ７４の非反転入力に入力される三角波の電圧が、反転入力に入力される正弦波の電圧よりも高くなる期間が広くなるので、正弦波が正の値である期間における各パルスのパルス幅も広くなる。その結果、プラス充電コンデンサ１５の充電電圧は、大きくなる。逆に、正弦波が負の値である期間においてコンパレータ７４から出力される各パルスのパルス幅は狭くなるので、反転回路７５から出力される各パルスのパルス幅は広くなり、マイナス充電コンデンサ１６の充電電圧は大きくなる。
【００６０】
なお、一対の入力端子４，５に流れる入力電流が電流指令値と一致すると、第二の減算回路８４の出力は０となる。これにより、電流補償値の分だけ電流が入力される。
【００６１】
このように、レクチファイヤ制御回路２３は、レールトゥレール電圧と目標電圧との誤差電圧に応じた分だけ余分に電流を供給させることを繰り返しに実行することで、レールトゥレール電圧が目標電圧となるように制御する。
【００６２】
レクチファイヤ制御回路２３は、さらに、インバータの出力電力を検出する出力電力検出部材８６と、差分電力を記憶する差分電力記憶部材８７と、出力電力から差分電力を減算する第三の減算回路８８と、レクチファイヤに入力される交流の入力電力を検出する入力電力検出部材８９と、第三の減算回路８８の出力から入力電力を減算する第四の減算回路９０と、第四の減算回路９０の出力が入力される電力補償回路９１と、を備える。電力補償回路９１の出力はセレクタ７９に入力される。
【００６３】
したがって、第四の減算回路９０からは、出力電力から、差分電力と入力電力とを減算した値が出力される。電力補償回路９１は、この減算値に応じた電力補償値を出力する。その結果、セレクタ７９が電力補償回路９１の出力を選択すると、第四の減算回路９０の出力が０となるように、レクチファイヤ制御回路２３はレクチファイヤ本体１１を制御する。
【００６４】
なお、セレクタ７９は、制御本体２７からの所定のモード信号が入力される。入力される所定のモード信号に基づいて、セレクタ７９は、第一の減算回路７８の出力と、電力補償回路９１の出力の中の一方を選択してリミッタ８１へ出力する。
【００６５】
また、制御本体２７は、差分電力記憶部材８７に差分電力を設定し、目標電圧記憶部材７７に目標電圧を設定する。制御本体２７には、レールトゥレール電圧検出部材７６の検出電圧と、第四の減算回路９０の出力とが入力される。
【００６６】
次に、無停電電源装置１の全体の動作について説明する。
【００６７】
無停電電源装置１の図示外の電源スイッチがオン状態になると、制御本体２７が動作を開始する。そして、バッテリ２２が所定の電圧に充電されている場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路２６と、インバータ制御回路２４とへ起動信号を出力する。これにより、バッテリ２２の電力に基づく交流電力が、一対の出力端子６，７から出力される。負荷機器３は、この交流電力に基づいて動作を開始することができる。
【００６８】
制御本体２７は、引き続き一対の入力端子４，５に入力される交流電源２からの交流電力を判定する。そして、交流電力が正常な状態である場合には、制御本体２７は、レクチファイヤ制御回路２３へ起動信号を出力し、目標電圧記憶部材７７に目標電圧を設定する。その後、制御本体２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路２６へ停止信号を出力する。これにより、一対の出力端子６，７からは、交流電源２からの交流電力に基づく、交流電力が出力される。なお、交流電源２からの交流電力が正常な状態でない場合には、それが正常な状態になるまで、制御本体２７は、レクチファイヤ制御回路２３へ起動信号を出力しない。
【００６９】
これら一連の起動時処理において、バッテリ２２が所定の電圧に充電されていない場合には、レクチファイヤ制御回路２３を起動したタイミングから、交流電力が、負荷機器３へ供給されることになる。また、バッテリ２２が所定の電圧に充電されていない場合には、制御本体２７は、チャージャ制御回路２５へ起動信号を出力する。これにより、交流電源２からの交流電力でバッテリ２２を充電することができる。
【００７０】
この起動時処理が完了すると、制御本体２７は、監視処理を行う。
【００７１】
監視処理において、たとえば、制御本体２７は、一対の入力端子４，５に入力される電力を監視する。そして、入力電力が正常な状態でなくなると、制御本体２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路２６へ起動信号を出力した後、レクチファイヤ制御回路２３へ停止信号を出力する。なお、チャージャ制御回路２５が起動している場合には、制御本体２７は、チャージャ制御回路２５へも停止信号を出力する。これにより、入力電力が正常な状態でないときでも、バッテリ２２から供給される電力で負荷機器３は動作し続けることができる。
【００７２】
入力電力が正常な状態に復帰すると、制御本体２７は、レクチファイヤ制御回路２３へ起動信号を出力した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路２６へ停止信号を出力する。
【００７３】
また、監視処理において、以下の４つの条件が揃った場合には、制御本体２７は、バッテリ劣化判定シーケンスを実行する。
【００７４】
１．  バッテリ劣化判定の要求がある。
２．  オンライン運転中である。
３．  バッテリ２２が満充電状態である。
４．  負荷電力がバッテリ２２の定格電力の３８％以上である。
【００７５】
なお、バッテリ劣化判定の要求があるか否かは、図示外のテストボタンに対する操作に基づいて判定する。この他にもたとえば、図示外のネットワークからの要求に基づいて判定しても、あるいは、予め制御本体２７内に格納されているテストスケジュールに従ったタイマ割り込みに基づいて判定してもよい。
【００７６】
オンライン運転中であるか否かは、レクチファイヤ制御回路２３およびインバータ制御回路２４がともに起動状態にあるか否かに基づいて判定する。この他にもたとえば、入力電力と出力電力とがともに０ではないという条件に基づいて判定してもよい。
【００７７】
バッテリ２２が満充電状態にあるか否かは、バッテリ２２の充電時間が２４時間を過ぎているか否かに基づいて判定する。なお、この２４時間という判定時間は、バッテリ２２の容量と、チャージャの充電電力との関係に基づいて決定されるものであり、たとえばバッテリ２２の容量に応じて増減する。他にもたとえば、バッテリ２２の充電電圧を検出し、その検出電圧が所定の電圧以上であるか否かに基づいて判定してもよい。
【００７８】
負荷電力がバッテリ２２の定格電力の３８％以上であるか否かは、出力電力に基づいて判定する。なお、この３８％という値は、後述するバッテリ劣化判定シーケンスにおいて、差分電力記憶部材８７に設定する差分電力値よりも大きな値である必要がある。
【００７９】
図３は、制御本体２７が実行するバッテリ劣化判定シーケンスを示すフローチャートである。
【００８０】
制御本体２７は、まず、レクチファイヤ制御回路２３、インバータ制御回路２４およびＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路２６を起動する（ＳＴ１）。
【００８１】
制御本体２７は、引き続き、差分電力記憶部材８７に第一の差分電力値を設定するとともに、レクチファイヤ制御回路２３へのモード信号を切り替える。これにより、レクチファイヤ制御回路２３は、第四の減算回路９０の出力が０となるように、スイッチングパルス列を生成し、このスイッチングパルス列でプラス充電コンデンサ１５およびマイナス充電コンデンサ１６を充電する（ＳＴ２）。
【００８２】
そして、第四の減算回路９０の出力が０あるいは所定の値以下になったら、制御本体２７は、バッテリ２２の出力電圧を測定する。以下、このバッテリ２２の出力電圧を第一のバッテリ出力電圧と記載する。この実施の形態では、制御本体２７は、レールトゥレール電圧を測定し、そのレールトゥレール電圧に基づいてバッテリ２２の出力電圧を逆算している（ＳＴ３）。
【００８３】
なお、バッテリは、その内部で生じる化学反応に基づいて電流を出力する。そのため、バッテリの出力電力を制御した場合に、その出力電力に見合った電流がバッテリから安定して出力されるようになるまでには、少なくとも３０秒程度の時間が必要である。したがって、制御本体２７が、ステップＳＴ２において差分電力記憶部材８７に第一の差分電力値を設定してから、ステップＳＴ３においてバッテリ２２の出力電圧を測定するまでの時間は、１１０秒程度確保するとよい。これにより、バッテリ２２の出力電圧を正確に測定することができる。
【００８４】
次に、制御本体２７は、差分電力記憶部材８７に第二の差分電力値を設定する。これにより、レクチファイヤ制御回路２３は、第二の差分電力値の下で、第四の減算回路９０の出力が０となるように、スイッチングパルス列を生成し、このスイッチングパルス列でプラス充電コンデンサ１５およびマイナス充電コンデンサ１６を充電する（ＳＴ４）。
【００８５】
そして、第四の減算回路９０の出力が０あるいは所定の値以下になったら、制御本体２７は、バッテリ２２の出力電圧を測定する。この場合にも、バッテリ２２の出力電流が変化するので、制御本体２７は、第二の差分電力値に基づく制御を開始してから、少なくとも１０秒程度の時間が経過してから、バッテリ２２の出力電圧を測定するとよい。以下、このバッテリ２２の出力電圧を第二のバッテリ出力電圧と記載する。この実施の形態では、制御本体２７は、レールトゥレール電圧を測定し、そのレールトゥレール電圧に基づいてバッテリ２２の出力電圧を逆算している（ＳＴ５）。
【００８６】
制御本体２７は、目標電圧記憶部材７７に目標電圧を設定するとともに、レクチファイヤ制御回路２３へのモード信号を元に戻す。これにより、レクチファイヤ制御回路２３は、第一の減算回路７８の出力が０となるように、スイッチングパルス列を生成し、このスイッチングパルス列でプラス充電コンデンサ１５およびマイナス充電コンデンサ１６を充電する（ＳＴ６）。さらに、制御本体２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路２６へ停止信号を出力する（ＳＴ７）。
【００８７】
また、制御本体２７は、測定した第一のバッテリ出力電圧と第二のバッテリ出力電圧に基づいて、バッテリ２２のインピーダンスを求め、そのインピーダンスが予め保持するインピーダンス値以上であると、バッテリ２２が劣化していると判定する。また、バッテリ２２が劣化している場合には、制御本体２７は、その旨を図示外のネットワークを通じてコンピュータなどへ送信したり、図示外の表示ランプを点灯させたりする（ＳＴ８）。無停電電源装置１の管理者は、この表示ランプの点灯などに基づいてバッテリ２２を交換することができる。
【００８８】
なお、差分電力記憶部材８７に設定する２つの差分電力としては、たとえば、バッテリ２２の出力電力が定格出力の２５％となるときの第一の差分電力と、バッテリ２２の出力電力が定格出力の５０％となるときの第二の差分電力と、を設定すればよい。そして、この実施の形態に係る無停電電源装置１の構成では、バッテリ２２から定格出力の５０％の電力を出力させた場合、その電力はバッテリ２２の定格電力の３８％の出力電力として検出される。
【００８９】
バッテリ２２のインピーダンスは、たとえば以下の手順で求めることができる。まず、下記式３に基づいて、第一のバッテリ出力電圧のときの第一の電流値と、第二のバッテリ出力電圧のときの第二の電流値とを求める。下記式３において、Ｉは電流値、Ｐはバッテリ２２の供給電力、Ｖはバッテリ出力電圧である。なお、第四の減算回路９０の出力が０あるいは所定の値以下になった状態では、バッテリ２２の供給電力は、差分電力記憶部材８７に設定している差分電力と等しいとみなすことができる。
【００９０】
Ｉ  ＝  Ｐ／Ｖ  ・・・式３
【００９１】
次に、下記式４に基づいて、バッテリ２２のＶ−Ｉ特性の近似インピーダンスを求める。下記式４において、Ｒは近似インピーダンス、Ｖ２は第二のバッテリ出力電圧、Ｖ１は第一のバッテリ出力電圧、Ｉ２は第二の電流値、Ｉ１は第一の電流値である。
【００９２】
Ｒ  ＝  （Ｖ２−Ｖ１）／（Ｉ２−Ｉ１）  ・・・式４
【００９３】
そして、この近似インピーダンスの値が、予め定めた閾値インピーダンスの値よりも大きい場合には、バッテリ２２が劣化していると判定することができる。
【００９４】
以上のように、この実施の形態に係る無停電電源装置１では、バッテリ２２の劣化を判定する際には、バッテリ２２を２つの差分電力にて定電力放電させつつ、そのバッテリ２２の放電電力で不足する電力を無停電電源装置１に接続されている交流電力で補うことができる。そのため、バッテリの劣化をオンラインで判定している最中に、無停電電源装置１に接続されている負荷機器３に対して、継続的に電力を供給することができる。
【００９５】
また、この実施の形態に係る無停電電源装置１では、バッテリ２２を所定の２つの差分電力にて定電力放電させ、そのときのバッテリ２２の出力電圧に連動するレールトゥレール電圧を測定し、測定したレールトゥレール電圧とバッテリ２２の出力電力とに基づいてバッテリ２２のインピーダンスを演算し、さらに、演算したバッテリ２２のインピーダンスに基づいて、バッテリ２２の劣化を判定する。そのため、バッテリ２２を少しだけ定電力放電させるだけで、バッテリ２２の劣化を判定することができる。
【００９６】
したがって、バッテリ２２の劣化判定を終了したときには、バッテリ２２には、負荷機器３へのバックアップに必要となる電力を残すことができる。つまり、バッテリ２２の充電容量が最低限の充電割合を割り込んでしまわないようにすることができる。そのため、バッテリの劣化判定直後であっても、規定するバックアップ電力や、規定するバックアップ時間を確保することができる。
【００９７】
その結果、バッテリ２２の劣化判定のためにバッテリ２２の蓄電電力が低下してしまうにもかかわらず、バッテリ２２の劣化判定直後に停電が発生したとしても、負荷機器３へバッテリ２２の電力を適切に供給することができる。
【００９８】
この実施の形態に係る無停電電源装置１では、制御本体２７は、バッテリ２２が満充電状態である場合に、差分電力記憶部材８７に差分電力を記憶させて、バッテリ２２の劣化を判定している。
【００９９】
その結果、たとえば、バッテリ２２が満充電状態でないときにバッテリ２２の劣化判定のための放電をさせた場合のように、バッテリ２２の劣化判定が終了したときに、バッテリ２２の充電容量が負荷機器３へのバックアップに必要となる電力を確保できなくなってしまうことを防止することができる。また、バッテリ２２の劣化判定のための放電による過放電を防止して、バッテリ２２の長寿命化を図ることができる。
【０１００】
以上の実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
【０１０１】
上記実施の形態では、バッテリ２２の出力電力が定格出力の２５％となるときの第一の差分電力と、バッテリ２２の出力電力が定格出力の５０％となるときの第二の差分電力と、を測定し、その測定データに基づいてバッテリ２２のインピーダンスを求め、バッテリ２２の劣化を判定している。この他にもたとえば、定格出力の２０％と４０％とでの電力に基づいてバッテリ２２のインピーダンスを計算してもよい。この場合、負荷機器３の電力がバッテリ２２の定格電力の３０％程度であっても、バッテリ２２の劣化判定が可能となる。さらに、たとえば、制御本体２７は、負荷機器３の電力に応じて複数組の差分電力を保持し、負荷電力に応じて最適な組の差分電力を選択して判定するようにしてもよい。
【０１０２】
さらに、たとえば、負荷電力が不足する場合には、負荷機器３と並列にバッテリ測定用の負荷素子などを接続するようにしてもよい。特に、各差分電力をバッテリ２２の定格出力の５０％以下とするとともに負荷素子による消費電力がバッテリ２２の定格出力の５０％のものとすることで、１組の差分電力で、負荷電力によらず確実にバッテリ２２の劣化を判定することができる。
【０１０３】
上記実施の形態では、バッテリ２２が満充電状態である場合に、バッテリ２２の劣化を判定している。この他にもたとえば、制御本体２７は、バッテリ２２の充電状態に応じた複数の閾値インピーダンスを保持し、バッテリ２２の充電状態に応じて最適な閾値インピーダンスを選択して判定するようにしてもよい。
【０１０４】
上記実施の形態では、差分電力記憶部材８７に２つの差分電力を記憶させ、この２つの差分電力で定電力放電している時の測定値に基づいて、バッテリ２２のインピーダンスを特定している。この他にもたとえば、差分電力記憶部材８７に３つ以上の差分電力を記憶させ、これら３つ以上の測定値に基づいてバッテリ２２のインピーダンスを特定してもよい。なお、差分電力記憶部材８７を２つ設け、一方に第一の差分電力値を記憶させ、他方に第二の差分電力値を別々に記憶させてもよい。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明では、バッテリの劣化判定中に負荷機器へ継続的に電力を供給することができる。しかも、本発明では、バッテリの劣化判定の直後に停電が発生した場合であっても、負荷機器へ電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る小型の無停電電源装置を示す回路図である。
【図２】図１中のレクチファイヤ制御回路を示す回路図である。
【図３】図１中の制御本体が実行するバッテリ劣化判定シーケンスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  小型の無停電電源装置（無停電電源装置）
２  交流電源
３  負荷機器
１１  レクチファイヤ本体（レクチファイヤ）
１２  インバータ本体（インバータ）
２２  バッテリ
２３  レクチファイヤ制御回路（レクチファイヤ）
２４  インバータ制御回路（インバータ）
２７  制御本体
８６  出力電力検出部材
８７  差分電力記憶部材
８９  入力電力検出部材
【図１】
2004180428.tif 000003
【図２】
2004180428.tif 000004
【図３】
2004180428.tif 000005