(57)【要約】【課題】給電停止を招くことなく標準装備された蓄電池に増設用の蓄電池を直列に接続可能な蓄電装置を提供する。【解決手段】第１蓄電池Ｂ１と、第１蓄電池を接続する第１給電端子Ｔ１，Ｔ２と、第１蓄電池から被給電回路に電力を供給する第１給電線Ｌ１と、第１給電線に介装された第１リレー２０と、第１リレー２０を制御する制御回路１と、増設用の第２蓄電池Ｂ２を接続する第２給電端子Ｔ３，Ｔ４と、第１給電端子と第２給電端子を直列接続して被給電回路に給電する第２給電線Ｌ４と、第２給電線Ｌ４に介装された第２リレー４０とを備え、制御回路１は、第２給電端子Ｔ３，Ｔ４への第２蓄電池Ｂ２の接続を検知する接続検知部４と、接続検知部で第２蓄電池の接続が検知されると、第１リレーをオフするとともに、所定時間経過後に第２リレーをオンする第２リレー駆動部Ｑ６，Ｑ５を備えている蓄電装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１蓄電池と、前記第１蓄電池を接続する第１給電端子と、前記第１給電端子を介して前記第１蓄電池から被給電回路に電力を供給する第１給電線と、前記第１給電線に介装された第１リレーと、前記第１給電端子に前記第１蓄電池が接続されると前記第１リレーを制御する制御回路と、を備えている蓄電装置であって、
増設用の第２蓄電池を接続する第２給電端子と、前記第１給電端子と前記第２給電端子を直列接続して前記被給電回路に給電する第２給電線と、前記第２給電線に介装された第２リレーと、
を備え、
前記制御回路は、前記第２給電端子への前記第２蓄電池の接続を検知する接続検知部と、前記接続検知部で前記第２蓄電池の接続が検知されると、前記第１リレーをオフするとともに、所定時間経過後に前記第２リレーをオンする第２リレー駆動部を備えている蓄電装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記第１給電端子に接続された前記第１蓄電池の極性を判定する第１極性判定部を備え、前記第１極性判定部で順極性と判定されると前記第１リレーをオンし、逆極性と判定されると前記第１リレーをオフする第１リレー駆動部を備えている請求項１記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記第２給電端子に接続された前記第２蓄電池の極性を判定する第２極性判定部を備え、前記第２リレー駆動部は、前記第２極性判定部で順極性と判定されると前記第２リレーをオンし、逆極性と判定されると前記第２リレーをオフするように構成されている請求項１または２記載の蓄電装置。
【請求項４】
商用交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路から入力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、請求項１から３の何れかに記載の蓄電装置と、前記蓄電装置の直流電圧を昇圧して前記インバータ回路に出力する放電回路と、を備えている無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池を増設可能な蓄電装置及び蓄電装置が組み込まれた無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、簡単にかつ安全に増設蓄電池を追加接続ができ、長時間停電等にも対応が可能な交流無停電電源装置として、常用電源の電圧低下もしくは停電時には蓄電池を電源としたインバータにより負荷へ連続して電力を供給するとともに、運転中に蓄電池として標準装備蓄電池に別の増設蓄電池が追加接続可能に構成され、両蓄電池にそれぞれＤＣスイッチを設け、常用電源の電圧低下もしくは停電時には標準装備蓄電池を電源として使用し、長時間の電圧低下もしくは停電により標準装備蓄電池が放電終始電圧に達する場合には、増設蓄電池を接続すると共に、標準装備蓄電池が放電終始電圧に達した時点でそれぞれのＤＣスイッチの開閉を制御することにより、標準装備蓄電池を装置より切り離して増設蓄電池を電源として使用する交流無停電電源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５４３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された無停電電源装置は、標準装備蓄電池と増設蓄電池を並列に接続し、標準装備蓄電池の電池容量が低下したときに増設蓄電池を接続するとともに、被給電回路であるインバータへの給電スイッチを手動で切り替えるように構成されているので、電池容量が低下する度に増設蓄電池を接続し、且つインバータへの給電スイッチを手動で切り替える必要があり、非常に煩雑で手間を要するという問題があり、また給電スイッチを手動で切り替える際に生じる給電停止時間が長引くとインバータから出力される交流電圧が瞬時であっても停止する虞があった。
【０００５】
また、電池容量を増加してより給電能力を高めるために、標準装備された蓄電池に増設用の蓄電池を直列接続するような構成を採用する場合、標準装備蓄電池からインバータへの給電を停止した後に増設用の蓄電池を直列に接続し、さらにインバータへの給電を再開する必要があり、瞬時でも交流電圧が停止することのないように給電回路を手動で切り替えることは不可能であった。また、その際に増設用の蓄電池の極性を誤って装着すると、交流電圧が停止して負荷側に大きな影響を与えるという問題があった。
【０００６】
このような問題は無停電電源装置に限るものではなく、蓄電池から負荷へ給電可能に構成された任意の蓄電装置に生じる問題である。
【０００７】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、給電停止を招くことなく標準装備された蓄電池に増設用の蓄電池を直列に接続可能な蓄電装置及び無停電電源装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明による蓄電装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、第１蓄電池と、前記第１蓄電池を接続する第１給電端子と、前記第１給電端子を介して前記第１蓄電池から被給電回路に電力を供給する第１給電線と、前記第１給電線に介装された第１リレーと、前記第１給電端子に前記第１蓄電池が接続されると前記第１リレーを制御する制御回路と、を備えている蓄電装置であって、増設用の第２蓄電池を接続する第２給電端子と、前記第１給電端子と前記第２給電端子を直列接続して前記被給電回路に給電する第２給電線と、前記第２給電線に介装された第２リレーと、を備え、前記制御回路は、前記第２給電端子への前記第２蓄電池の接続を検知する接続検知部と、前記接続検知部で前記第２蓄電池の接続が検知されると、前記第１リレーをオフするとともに、所定時間経過後に前記第２リレーをオンする第２リレー駆動部を備えている点にある。
【０００９】
第１蓄電池から第１給電端子及び第１給電線を介して被給電回路に電力を供給可能に配線され、第１給電線に備えた第１リレーが制御回路によってオンされることにより被給電回路に給電される。このとき、第２給電端子へ第２蓄電池を接続すると、接続検知部により当該接続が検知され、続いて第２リレー駆動部により第１リレーがオフされ、所定時間経過後に第２リレーがオンされる。つまり、第２給電端子へ第２蓄電池を接続すれば制御回路によって自動的に直列接続に切り替えられるようになり、所定時間を適切に設定することにより、切り替えの前後で被給電回路に影響を与えることなく被給電回路に給電することができる。
【００１０】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記制御回路は、前記第１給電端子に接続された前記第１蓄電池の極性を判定する第１極性判定部を備え、前記第１極性判定部で順極性と判定されると前記第１リレーをオンし、逆極性と判定されると前記第１リレーをオフする第１リレー駆動部を備えている点にある。
【００１１】
第１給電端子に第１蓄電池が適切に接続されているかが第１極性判定部で判定され、順極性と判定された場合にのみ第１リレー駆動部により第１リレーがオンされて被給電回路に給電されるようになる。従って、誤って第１給電端子に第１蓄電池が逆極性で接続されても被給電回路が破損するような事態の発生を未然に防ぐことができる。
【００１２】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記制御回路は、前記第２給電端子に接続された前記第２蓄電池の極性を判定する第２極性判定部を備え、前記第２リレー駆動部は、前記第２極性判定部で順極性と判定されると前記第２リレーをオンし、逆極性と判定されると前記第２リレーをオフするように構成されている点にある。
【００１３】
第２給電端子に第２蓄電池が適切に接続されているかが第２極性判定部で判定され、順極性と判定された場合にのみ第２リレー駆動部により第２リレーがオンされて被給電回路に給電されるようになる。従って、誤って第２給電端子に第２蓄電池が逆極性で接続されても蓄電池や被給電回路が破損するような事態の発生を未然に防ぐことができる。
【００１４】
本発明による無停電電源装置の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、商用交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路から入力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、上述した第一から第三の何れかの特徴構成を備えた蓄電装置と、前記蓄電装置の直流電圧を昇圧して前記インバータ回路に出力する放電回路と、を備えている点にある。
【００１５】
上述した蓄電装置を備えることにより、商用電源が停電しても負荷に常時交流電力を供給可能で、負荷の特性に応じて第２蓄電池を増設可能な汎用性を備えた無停電電源装置を実現できる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明した通り、本発明によれば、給電停止を招くことなく標準装備された蓄電池に増設用の蓄電池を直列に接続可能な蓄電装置及び無停電電源装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１蓄電池のみが装着された蓄電装置の回路動作説明図
【図２】第１蓄電池が逆接続された蓄電装置の回路動作説明図
【図３】第２蓄電池が追加装着された蓄電装置の回路動作説明図
【図４】第２蓄電池が追加装着された蓄電装置の回路動作説明図
【図５】第２蓄電池が逆接続された蓄電装置の回路動作説明図
【図６】無停電電源装置の回路構成図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明による蓄電装置及び無停電電源装置を図面に基づいて説明する。
図６には、本発明の蓄電装置１００が組み込まれた無停電電源装置１０が示されている。
【００１９】
無停電電源装置１０は、コンバータ回路１１と、インバータ回路１２と、蓄電装置１００と、充放電回路１４等を備え、常時インバータ方式の無停電電源装置として機能するように構成されている。
【００２０】
また無停電電源装置１０は、コンバータ回路１１を制御するコンバータ制御部１５と、インバータ回路１２を制御するインバータ制御部１６と、充放電回路１４を制御する充放電制御部１７を備えている。
【００２１】
各制御部１５，１６，１７は、例えばマイクロコンピュータとＲＯＭ，ＲＡＭでなる記憶部１５ｍ，１６ｍ，１７ｍと、入出力回路等の周辺回路を備えて構成され、シリアル伝送線ＳＢを介して互いに通信可能に接続されている。各マイクロコンピュータはＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて所期の制御を実行する。尚、各制御部１５，１６，１７が個別のマイクロコンピュータで構成されていてもよいし、共通の一つのマイクロコンピュータで構成されていてもよい。
【００２２】
各制御部１５，１６，１７への給電用の電源回路は、商用電源から給電される電力で作動し、停電時には蓄電装置１００から給電される電力で作動するように、給電経路が切替可能に構成されている。
【００２３】
コンバータ回路１１は、商用交流電圧を直流電圧に変換する回路であり、整流回路１１ａと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂを備えている。整流回路１１ａには、過電流を阻止するヒューズ１１ｃと、ノイズを吸収するコンデンサ１１ｄ及びラインフィルタ１１ｅと、整流器１１ｆとを備えて構成され、入力された商用交流電圧を全波整流して脈流電圧を生成する。
【００２４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂは、整流回路１１ａから出力された脈流電圧を直流電圧に変換するＰＦＣ（Power Factor Correction）方式の昇圧回路であり、チョークコイル１１ｇと、スイッチ素子であるＦＥＴ１１ｈと、ダイオード１１ｉと、コンデンサ１１ｊを備えて構成されている。ＦＥＴ１１ｈのオン時にチョークコイル１１ｇに蓄積されるエネルギーがＦＥＴ１１ｈのオフ時にコンデンサ１１ｊに蓄積されて所定電圧に昇圧される。コンバータ制御部１５によってＦＥＴ１１ｈが所定のパターンでオン／オフ制御されることで力率の低下を招くことなくコンデンサ１１ｊに所定の直流電圧が生成される。
【００２５】
インバータ回路１２は、コンバータ回路１１で昇圧された直流電圧を交流電圧に変換する回路であり、スイッチ素子である４つのバイポーラトランジスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄで構成されたブリッジ回路と、コイル１２ｅ，１２ｆ及びコンデンサ１２ｇで構成されたフィルタ回路とを備えている。インバータ制御部１６によってトランジスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄで構成されるブリッジ回路がＰＷＭ制御され、入力された直流電圧が所定周波数で所定電圧の交流電圧に変換され、コイル１２ｅ，１２ｆ及びコンデンサ１２ｇにより高周波成分が除去されて出力される。尚、図示していないが各バイポーラトランジスタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのエミッタとコレクタの間には還流ダイオードが設けられている。
【００２６】
充放電回路１４は、コンバータ回路１１の出力直流電圧を降圧して蓄電装置１００を充電する充電機能と、蓄電装置１００の電圧を昇圧してインバータ回路１２に出力する放電機能を備えた昇降圧コンバータ回路で構成され、充放電制御部１７によって充電制御或いは放電制御される。蓄電装置１００にはリチウムイオン電池が組み込まれている。
【００２７】
無停電電源装置１０に接続されている交流負荷の停止時や、電気代が安価な夜間等に、コンバータ回路１１の出力電圧が充放電回路１４に入力され、充放電回路１４を介して蓄電装置１００が充電される。
【００２８】
また、商用電源の停電時には、蓄電装置１００に蓄積されたエネルギーが充放電回路１４を介して放電され、インバータ回路１２を介して所定周波数で所定電圧の交流電圧に変換されて出力される。
【００２９】
コンバータ回路１１に入力される商用交流電圧の電圧値を検知する入力電圧検知部１８と、コンバータ回路１１から出力される直流電圧を検知する直流電圧検知部１９と、インバータ回路１２から出力される交流電圧を検知する交流電圧検知部２０を備え、各検出値が各制御部１５，１６，１７に入力されて所定の制御が行なわれる。
【００３０】
上述の蓄電装置１００について、図１から図５に基づいて詳述する。
図１に示すように、蓄電装置１００は、メイン蓄電池となる第１蓄電池Ｂ１と、増設用蓄電池となる第１蓄電池Ｂ２と、各蓄電池Ｂ１，Ｂ２に接続されるフィルタ回路Ｆ１，Ｆ２と、給電線Ｌ１，Ｌ３及び接地線Ｌ２とを備えている。
【００３１】
第１蓄電池Ｂ１が第１給電端子Ｔ１，Ｔ２に接続されると、第１給電線Ｌ１及び接地線Ｌ２から出力端子Ｔ５，Ｔ６に直流電圧が出力され、さらに第２直電池Ｂ２が第２給電端子Ｔ３，Ｔ４に接続されると、第１蓄電池Ｂ１に第２直電池Ｂ２が直列に接続されて、給電線Ｌ３及び接地線Ｌ２から出力端子Ｔ５，Ｔ６に直流電圧が出力される。
【００３２】
各給電線Ｌ１，Ｌ３及び接地線Ｌ２には経路を断続するリレーが配置され、各リレーを制御する制御回路１が設けられている。第１給電線Ｌ１には第１リレー２０（ＲＹ２）が接続され、第２給電線Ｌ３には第２リレー４０（ＲＹ１）が接続され、接地線Ｌ２には第３リレー３０（ＲＹ３）が介装されている。
【００３３】
制御回路１に、第１給電端子Ｔ１，Ｔ２に接続された第１蓄電池Ｂ２の極性を判定する第１極性判定部２を備え、第１極性判定部２で順極性と判定されると第１リレー２０をオンし、逆極性と判定されると第１リレー２０をオフする第１リレー駆動部を備えている。
【００３４】
第１蓄電池Ｂ１が適正に装着され、コネクタＣＮ１を介してリレーオン信号が入力されると、フォトカップラＰＣ３，ＰＣ４がオンしてトランジスタＱ１，Ｑ２が導通して、トランジスタＱ７，Ｑ６の各ゲートに接続されている抵抗分圧回路にＤＣ２４Ｖの直流電圧が印加されてトランジスタＱ７，Ｑ６がオンし、第１リレー２０（ＲＹ２）及び第３リレー３０（ＲＹ３）の接点が閉じられて、出力端子Ｔ５，Ｔ６に第１バッテリＢ１の直流電圧が出力される。
【００３５】
図２に示すように、第１蓄電池Ｂ１が逆極性で装着されると、フォトカップラＰＣ２が導通して、フォトカップラＰＣ３，ＰＣ４がオフされ、トランジスタＱ１，Ｑ２が遮断される。その結果、トランジスタＱ７，Ｑ６がオフして第１リレー２０及び第３リレー３０が開放されて給電線Ｌ１及び接地線が遮断される。
【００３６】
つまり、フォトカップラＰＣ２が第１給電端子Ｔ１に第１蓄電池Ｂ１が適切に接続されているかを判定する第１極性判定部となり、トランジスタＱ６及びトランジスタＱ７が、順極性と判定された場合にのみ第１リレー２０及び第３リレー３０を夫々導通させる第１リレー駆動部及び第３リレー駆動部となる。
【００３７】
このような構成を採用することにより、誤って第１給電端子Ｔ１，Ｔ２に第１蓄電池Ｂ１が逆極性で接続されても被給電回路が破損するような事態の発生を未然に防ぐことができる。
【００３８】
図３に示すように、第１蓄電池Ｂ１から出力端子Ｔ５，Ｔ６に直流電圧が出力されている状態（図１に示す状態）で第２給電端子Ｔ３，Ｔ４に第２蓄電池Ｂ２が接続されると、フォトカップラＰＣ１がオンして抵抗分圧回路Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６及びＲ７，Ｒ８にＤＣ２４Ｖの直流電圧が印加されてトランジスタＱ４がオンしてトランジスタＱ６がオフする。その結果、第１給電線Ｌ１に備えた第１リレー２０が遮断される。
【００３９】
図４に示すように、さらに抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ１の時定数回路で所定時間遅延すると、トランジスタＱ３がオンしてフォトカップラＰＣ４がオンし、トランジスタＱ２を介して抵抗分圧回路Ｒ９，Ｒ１０にＤＣ２４Ｖの直流電圧が印加されてトランジスタＱ５がオンして第２給電線Ｌ２に介装された第２リレー４０が導通する。
【００４０】
つまり、フォトカップラＰＣ１が、第２給電端子Ｔ３，Ｔ４への第２蓄電池Ｂ２の接続を検知する接続検知部３として機能し、トランジスタＱ６及びＱ５が、接続検知部３で第２蓄電池Ｂ２の接続が検知されると第１リレー２０をオフするとともに時定数回路Ｒ４，Ｃ１で定まる所定時間経過後に第２リレー４０をオンする第２リレー駆動部として機能する。
【００４１】
つまり、第２給電端子Ｔ３，Ｔ４へ第２蓄電池Ｂ２を接続すれば制御回路１によって自動的に直列接続に切り替えられるようになり、所定時間を適切に設定することにより、切り替えの前後で被給電回路に影響を与えることなく被給電回路に給電することができる。
【００４２】
図５に示すように、第２給電端子Ｔ３，Ｔ４に第２蓄電池Ｂ２が逆極性で接続されると、フォトカップラＰＣ１がオンせず、従ってトランジスタＱ３、Ｑ４のオフ状態が維持されるので、第１リレー２０及び第３リレー３０の導通状態が維持される。つまり、フォトカップラＰＣ１が第２蓄電池Ｂ２の極性を判定する第２極性判定部３として機能する。そして、第２リレー駆動部（トランジスタＱ５）は、第２極性判定部３で順極性と判定されると第２リレー４０をオンし、逆極性と判定されると第２リレー４０をオフするように構成されている。
【００４３】
従って、誤って第２給電端子Ｔ３，Ｔ４に第２蓄電池Ｂ２が逆極性で接続されても蓄電池Ｂ１，Ｂ２や被給電回路が破損するような事態の発生を未然に防ぐことができる。
【００４４】
尚、上述した各実施形態は本発明の一例に過ぎず、本発明が上述した具体例に限定されるものではなく、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１：制御回路
３：接続検知部
１０：無停電電源装置
２０：第１リレー
４０：第２リレー
１００：蓄電装置
Ｂ１：第１蓄電池
Ｂ２：第２蓄電池
Ｌ１：第１給電線
Ｌ２：接地線
Ｌ３：第２給電線
Ｑ６：第２リレー駆動部
Ｔ１，Ｔ２：第１給電端子
Ｔ３，Ｔ４：第２給電端子
【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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