JP2001061237A - 無停電電源装置およびその試験方法 - Google Patents

無停電電源装置およびその試験方法

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JP2001061237A
JP2001061237A JP11235704A JP23570499A JP2001061237A JP 2001061237 A JP2001061237 A JP 2001061237A JP 11235704 A JP11235704 A JP 11235704A JP 23570499 A JP23570499 A JP 23570499A JP 2001061237 A JP2001061237 A JP 2001061237A
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Chuichi Aoki
忠一 青木
Masahiro Hashiwaki
正浩 橋脇
Yumizo Imanaka
由美三 今中
Kisaburo Hattori
喜三郎 服部
Masaaki Ofuji
正明 大藤
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NTT Power and Building Facilities Inc
Daiichi Components Ltd
Original Assignee
NTT Power and Building Facilities Inc
Shinano Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【効果】 無停電電源装置に接続されたバッテリの劣化
試験をバッテリを接続したままで正確に行う。バッテリ
が不用意に過放電状態になることを自動的に回避する。 【解決手段】 バッテリを負荷に放電させるときに、A
C/DC変換部を電流制御形に切換えて、その垂下電流
の設定値を下げることにより行う。この状態を簡単な操
作により設定できる回路構成を導通角制御回路の入力回
路に設ける。さらにバッテリの残存充電容量が少ないと
きに、過放電になる前にバッテリからの放電を自動的に
停止させる回路を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信装置、コンピ
ュータ装置、その他に利用する無停電電源装置に関す
る。本発明は、商用電源からAC/DC変換回路により
得られる直流出力に、バッテリ端子を並列に接続してフ
ローティング状態として使用する無停電電源装置の試験
方法に関する。特に、バッテリ端子を接続した動作状態
のままで、バッテリの劣化状態を判定する方法および装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来から広く知られている無停電
電源装置の構成例を示す図である。この装置は、商用電
源を入力とするAC/DC変換部と、バッテリと、DC
/AC変換部とを備え、AC/DC変換部の直流出力に
バッテリ端子が並列に接続され、この直流出力がDC/
AC変換部の入力に接続されている。通信装置、コンピ
ュータ装置、その他の電源回路は、この電源装置の負荷
としてAC/DC変換部の交流出力に接続される。たと
えば商用電源入力は200V三相交流であり、出力は1
00V単相交流である。
【0003】このような構成の無停電電源装置は、図4
(a)に示すように、商用電源が正常に供給されている
大部分の時間には、AC/DC変換部の直流出力により
バッテリが常に充電状態に維持されるとともに、DC/
AC変換部の入力電流は商用電源から供給されている。
このような装置で、商用電源に停電が発生すると、AC
/DC変換部の動作は自動的に停止し、AC/DC変換
部の出力側から見た内部抵抗はほとんど零となり、DC
/AC変換部の入力直流電流は無瞬断でバッテリから供
給されるように移行する。
【0004】この電源装置から電源電力の供給を受けて
いる通信装置やコンピュータ装置は、電源に瞬断が発生
するとその影響がネットワーク全体に大きく波及する。
したがって、予告なく発生する商用電源の停電に対し
て、バッテリを常に接続しておくことが必要である。一
方、このような無停電電源装置であってもそのバッテリ
を適正に保守しなければならない。すなわち、無停電電
源装置ではバッテリを一時的に装置から切り離してバッ
テリ保守のための試験を行うことはできない。バッテリ
が正常な状態にあるか否かの試験をバッテリ端子がAC
/DC変換部の出力、およびDC/AC変換部の入力に
接続されたままの状態で行わなければならない。
【0005】従来このような試験方法として、動作中の
装置に対して操作によりAC/DC変換部の出力電圧を
一時的に下げ、バッテリから負荷側に供給させる電流を
大きくしてバッテリを放電させ、バッテリの定格容量に
対して所定容量(例えば50%)まで放電させたとき
に、その端子電圧を精密に測定し、この端子電圧のわず
かな変動値からバッテリが劣化しているか否かを判定す
ることが行われている。バッテリが新品の状態から、定
期的にこのような試験を随時行うことにより、バッテリ
の劣化状態を判定することができる。この試験の後に
は、ふたたび操作によりAC/DC変換部の出力電圧を
正常値に復帰させて、バッテリを定格容量まで充電させ
て定常状態に戻す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような試験を行う
と、すなわちAC/DC変換部の出力電圧を下げるよう
に、操作により出力設定値電圧を下げると、図3(b)
に示すように、バッテリの出力電流の一部が商用電源側
に逆流する現象が発生することが経験された。これは、
AC/DC変換部がリアクトルおよび半導体スイッチを
用いたステップ方式を採用し、出力電圧を導通角の大き
さにより制御する装置である場合によく見られる。この
ような現象が発生すると、バッテリからの放電電流が負
荷側(DC/AC変換器側)に流れた電流と一致しなく
なる。これにより、バッテリの定格容量の例えば50%
まで放電させたつもりが、実際には70%まで放電して
いたというようなことが考えられ、このような場合には
バッテリの劣化判定を誤ることになる。
【0007】また、上記のような試験はバッテリの両端
子が十分長時間にわたり定格電圧に維持された後に行う
はずであるところ、バッテリの充電容量がすでに定格容
量からかなり不足しているような場合に、これに気付か
ずに上記のようなバッテリの劣化試験を行うためにAC
/DC変換部の出力電圧を降下させる制御を行うと、バ
ッテリが過放電状態になって急速にバッテリの端子電圧
が降下して出力不足に陥ることがある。これは、誤操作
ではあるが、この装置の負荷となっている通信装置やコ
ンピュータ装置などの動作障害の原因となることがあり
絶対に避けなければならない。
【0008】本発明は、このような背景に行われたもの
であって、AC/DC変換部の直流出力側にバッテリを
接続したままの状態で、バッテリの劣化判定を正しく行
うことができる試験方法を提供することを目的とする。
本発明は、バッテリの出力電流がAC/DC変換部を介
して逆流することのない試験方法を提供することを目的
とする。本発明は、AC/DC変換部の直流出力側にバ
ッテリを接続したままの状態でバッテリの劣化判定を正
しく行うために、簡単な操作によりバッテリの出力電流
を負荷に供給してバッテリを放電させるための装置を提
供することを目的とする。本発明は、バッテリの劣化試
験に際して、充電容量が不足しているバッテリから、さ
らに放電を行うことを防止するための回路を提供するこ
とを目的とする。本発明は、かりにバッテリの劣化試験
の工程に誤操作があっても、不用意に出力電圧を低下さ
せることのない無停電電源装置を提供することを目的と
する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、AC/DC変
換部の出力に無停電用のバッテリを接続したままの状態
で、AC/DC変換部の出力電圧ではなく、出力電流の
分担率(実用的にはAC/DC変換部の出力電流)を監
視しながら、これを小さい値に制御することによりバッ
テリの放電を行うことを特徴とする。
【0010】すなわち本発明は、入力が商用電源に接続
されたAC/DC変換部と、このAC/DC変換部の出
力に両端子が接続されたバッテリとを備え、前記AC/
DC変換部はその出力電圧を一定値(Vref1)に制
御する手段を含む無停電電源装置の試験方法において、
操作により一時的に、前記AC/DC変換部の電流分担
率を低い値に制御することにより、すなわち垂下電流の
設定点を下げることにより、前記バッテリからの放電電
流(i(t))を増大させた状態で前記バッテリの端子
電圧(Vs)を測定することを特徴とする。
【0011】さらに詳しくは、バッテリの端子電圧が十
分に長い時間にわたりその定格電圧に維持された後、す
なわちそのバッテリの充電完了状態から、操作により垂
下電流の設定点を下げて前記放電電流を増大させた状態
を造りだし、これを時間的に継続させるとともに、その
間にわたり放電電流を累積計測(∫i(t)dt)し、
前記バッテリの端子電圧(Vs)をそのバッテリの残存
充電容量(W0 −∫i(t)dt,ただしW0 は充電完
了状態におけるそのバッテリの定格充電容量)に対応す
る標準的な端子電圧と比較することによりバッテリの劣
化判定を行うことを特徴とする。
【0012】このような制御を行うことにより、バッテ
リの端子電圧がAC/DC変換部の出力端子電圧より高
くなって、AC/DC変換部を電流が逆流することはな
くなる。AC/DC変換部に電流が逆流することがなく
なるから、バッテリの累積放電電流(単位:AH)の算
定を誤ることはなく、バッテリの劣化判定を正確に行う
ことができる。
【0013】このとき、AC/DC変換部の電流分担率
を下げるに先立って、前記バッテリの端子電圧が前記一
定値(Vref1)より低い設定値(Vref2)を越
えて低くなることがないように設定された保護回路を前
記AC/DC変換部に接続しておくことが望ましい。
【0014】すなわち、AC/DC変換部からの出力電
流を標準値より小さいほぼ一定の値に制御していても、
そのときバッテリの充電容量がほとんどなくなっている
ような場合に、バッテリの端子電圧が急激に降下するこ
とがある。前記保護回路を接続しておくことにより、バ
ッテリ端子電圧がその設定値(Vref2)を越えて低
くなることはなくなる。
【0015】本発明の装置は、入力が商用電源に接続さ
れたAC/DC変換部と、このAC/DC変換部の出力
が両端子に接続されたバッテリとを備え、そのAC/D
C変換部は、前記バッテリの端子電圧が一定値(Vre
f1)に維持されるように導通角を自動的に制御する制
御手段を備えた無停電電源装置において、操作入力によ
り起動され、前記バッテリの端子電圧の変動にかかわら
ず前記AC/DC変換部の電流分担率を小さくするよう
に前記導通角を標準値より小さく制御する手段を備えた
ことを特徴とする。この導通角を標準値より小さく制御
する手段は、前記バッテリの端子電圧が前記一定値(V
ref1)より低い設定値(Vref2)に達したとき
に前記導通角をそれより小さくすることを抑止する手段
を含むことが望ましい。
【0016】このような装置を用いることにより、バッ
テリの試験に際しては簡単な操作入力を与えることによ
り、導通角を標準値より小さく制御してAC/DC変換
部の電流分担率を低くし、すなわち垂下電流の設定点を
低くして、それによりバッテリからの出力電流を負荷電
流として放電させることができる。このような装置を用
いることにより、複雑な操作を必要とすることなくバッ
テリを測定するに適する状態まで適正に放電させること
ができる。バッテリの出力電流を積算計測して、バッテ
リの残存充電容量が所望の小さい値に達したときに、そ
のバッテリの端子電圧を精密に測定し、これを標準的な
端子電圧と比較することによりバッテリの劣化判定を行
う。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は本発明実施の形態を概念的
に説明するためのブロック構成図である。この例では、
入力が三相交流の商用電源に接続されたAC/DC変換
部と、このAC/DC変換部の出力に両端子が接続され
たバッテリとを備え、このAC/DC変換部はその出力
電圧を一定値(Vref1)に制御する手段を含む装置
である。このバッテリの両端子はDC/AC変換部の入
力に接続される。このDC/AC変換部の交流出力は、
負荷として接続される通信装置およびコンピュータ装置
などに接続され、これらに単相交流出力が供給されてい
るものとする。
【0018】ここで、バッテリの劣化試験を行うには、
まずバッテリの端子電圧が十分に長い時間にわたりその
定格電圧(上記一定値Vref1に等しい電圧)に維持
され、そのバッテリが充電完了状態になっているところ
から開始する。操作により、このAC/DC変換部を電
流制御形にして、垂下電流の設定点を低く、すなわちそ
の電流分担率を低い値に制御するように切換える。この
図1の例では、AC/DC変換部から供給する電流を負
荷に供給する電流の10%に制御する。すなわち、AC
/DC変換部を電流制御形の自動制御装置として動作さ
せ、全体の負荷電流の10%の値をその出力電流の目標
値とするように設定する。そうするとバッテリは負荷に
供給する電流の90%を分担することになる。電流分担
率を10%に設定する場合に、実用的には負荷の変動は
小さいので出力電流を10%に設定することによりこれ
を設定することができる。
【0019】このように、バッテリの放電電流を増大さ
せた状態をある時間(例えば数時間)にわたり継続させ
る。その間にわたり放電電流を累積計測(単位アンペア
・アワー、AH)する。放電電流の累積値がたとえば定
格充電容量の70%に達すると、このバッテリが定格充
電容量があるとするとその時の残存充電容量は30%に
なっているはずである。この放電状態をなお継続しなが
ら、バッテリの端子電圧を精密に、例えば0.1%の精
度で測定する。その端子電圧測定値(Vs)をそのバッ
テリの残存充電容量(30%)に対応する標準的な端子
電圧と比較することによりバッテリの劣化判定を行う。
【0020】バッテリに劣化がなければ、その測定値
は、残存充電容量30%の標準的な端子電圧と等しい値
である。バッテリの劣化が進むとともに、この端子電圧
測定値(Vs)は低くなる。つまり、はじめの充電容量
が定格値であったなら、その残存充電容量が30%であ
るはずのところ、劣化があるとこれが残存充電容量20
%に相当する電圧値、あるいは10%に相当する電圧値
などのように低い値を示すことになる。これにより、こ
のバッテリがどの程度劣化しているかを知ることができ
る。
【0021】この測定が終わったときに、操作により再
びAC/DC変換部を通常の電圧制御形に復帰させて、
AC/DC変換部からバッテリの充電電流および負荷電
流を供給する状態とする。
【0022】
【実施例】図2はさらに具体的な本発明実施例を説明す
るための回路図である。この回路図は、AC/DC変換
部の構成、および本発明の特徴である垂下電流の設定を
変更するための回路を詳しく示すものである。
【0023】AC/DC変換部の入力は三相交流の入力
端子R,S,Tに与えられる。入力端子R,S,Tは、
それぞれステップアップ用のリアクトルL1,L2,L
3を介して、整流器およびトランジスタ・スイッチ回路
に接続される。ダイオードDA,DB,DCおよびD
X,DY,DZは整流用である。この整流用ダイオード
にはトランジスタ・スイッチA,B,CおよびX,Y,
Zのコレクタ・エミッタがそれぞれ並列的に接続され、
このトランジスタ・スイッチA,B,CおよびX,Y,
Zのベースには、導通角制御回路から制御電流が供給さ
れる。
【0024】整流器出力には、無停電用バッテリBAT
Tが接続される。このバッテリの両端子Q1およびQ2
はこのAC/DC変換部の出力端子であり、これは図1
で説明したようにDC/AC変換部の入力端子に接続さ
れる。
【0025】導通角制御回路の制御入力を説明すると、
バッテリBATTの端子Pは第一の設定値電圧Vref
1と比較する第一の比較回路C1に接続される。またこ
の端子Pは第一の設定値電圧Vref1より小さい第二
の設定値電圧Vref2と比較する第二の比較回路C2
に接続される。操作入力により与えられるトリガ信号は
第三の設定値電圧Vref3と比較する第三の比較回路
C3に接続される。この第三の比較回路C3の出力は第
四の比較回路C4の基準電圧として供給され、この第四
の比較回路C4の入力にはAC/DC変換部の出力電流
を検出するために挿入されたきわめて小さい抵抗値の抵
抗器SH1の端子電圧が接続される。
【0026】このように構成された回路の動作を説明す
る。この無停電電源装置の通常の動作時には、端子Pの
電圧は定格電圧すなわち第一の設定値電圧Vref1で
あり、これが常にこの定格電圧に維持されるように、第
一の比較回路C1の出力電圧がダイオードD1を介し
て、導通角制御回路の制御入力に供給されている。導通
角制御回路は、この制御入力に対応する導通角度になる
ように、各トランジスタ・スイッチを制御する。
【0027】公知技術であるがこの定常動作時のステッ
プアップ動作を簡単に説明すると、入力三相交流の周期
に合わせて、ダイオードDAが導通状態にあるとき、導
通角制御回路からトランジスタ・スイッチBを短く導通
状態に制御すると、リアクトルL1およびL2が短絡さ
れて、このリアクトルL1およびL2にエネルギが蓄積
される。このエネルギは次にダイオードDAおよびDY
が導通する期間に交流電源から供給されるエネルギに累
加されて、バッテリBATTを充電するエネルギとな
る。このトランジスタ・スイッチBの導通角を制御する
ことにより、このAC/DC変換部の出力電力を制御す
ることができる。
【0028】図2の回路では定常状態の動作中は端子P
の電圧が第一の設定値電圧Vref1になるようにこれ
が制御されている。このとき、ダイオードD1が導通状
態であり、ダイオードD3は非導通状態である。このと
きはこのAC/DC変換部は電圧制御形に制御されてい
る。
【0029】いま、バッテリの劣化試験を行おうとする
ときには、操作によりトリガ信号入力を与える。これは
第三の設定値電圧Vref3と減算(トリガ電圧が負で
あれば絶対値では加算)され、これが第三の比較回路C
3の出力から第四の比較回路C4の基準電圧となり、こ
れが第四の比較回路C4により電流検出用の抵抗器SH
1の端子電圧と比較される。これはダイオードD3から
導通角制御回路に供給されその制御電圧となる。この制
御電圧の極性が導通角を小さく制御するときに電圧が高
くなるように設定されていれば、このときダイオードD
1は非導通状態となる。
【0030】すなわち、この図2に示す実施例回路で
は、バッテリの劣化試験を行うための操作として、第三
の比較回路C3の入力にトリガ信号を与えるだけの操作
で、この制御系は電流制御形に切換えられることにな
る。
【0031】この状態では、バッテリBATTから電流
が放出される。第三の設定値電圧Vref3の値を適当
に設定することにより、バッテリBATTからの出力電
流を所望の値に維持するように設定することができる。
例えば、バッテリBATTから出力電流の90%を放出
し、AC/DC変換部から出力電流の10%を供給する
ように設定することができる。出力端子Q2に出力電流
を検出するための抵抗器SH2を設けて、全体の電流を
検出することができる。この状態ではこのAC/DC変
換部の制御系は電流制御形である。
【0032】この状態をある期間にわたり、たとえば数
時間にわたり継続する。この期間にわたりバッテリBA
TTからの放電電流を累積計測(単位:AH)する。そ
の累積計測値がバッテリBATTの定格容量の70%に
達したとき、すなわちバッテリBATTの残存充電容量
が定格値の30%に達したときに、このバッテリBAT
Tの端子電圧を精密に測定する。この測定値を劣化のな
い状態のバッテリの標準的な端子電圧と比較することに
より、このバッテリBATTがどの程度に劣化している
かを判定することができる。
【0033】ここで第二の比較回路C2の動作を説明す
ると、この入力に与えられている第二の設定値電圧Vr
ef2は、このバッテリBATTが正常に放電を行うこ
とができる範囲の端子電圧であってその低い電圧値に設
定される。これは当然に第一の設定値電圧Vref1よ
り低い値である。すなわち、この第二の設定値電圧Vr
ef2は、このような試験を行う場合に、バッテリBA
TTを不用意に過放電状態にすることがないような制限
的な値に設定される。かりに、試験を行う操作者が認識
しているバッテリの状態より、実際のバッテリの充電容
量が小さいような場合に、このような放電を継続してい
るとバッテリが過放電状態となって端子電圧が急速に低
下することになる。このような状態にしてしまうと、そ
のバッテリを回復することが不能になることがあるとと
もに、負荷に供給する電圧が異常低下となって、負荷の
正常な動作を阻害することになる可能性がある。放電を
実行中にバッテリBATTの端子電圧が、予期しなかっ
たこの第二の設定値電圧Vref2まで低下することが
あると、第二の比較回路C2から出力によりダイオード
D2が自動的に導通状態となり、導通角制御回路はこれ
より導通角をこれより小さく制御することはなくなる。
すなわち、バッテリBATTは過放電状態になる前にそ
の放電電流が抑制されて保持されることになる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バッテリの劣化試験を行うためのバッテリの放電に際し
て、AC/DC変換部は電流制御状態となるので、バッ
テリからの放電電流がAC/DC変換部を逆流するよう
なことがなくなる。逆流電流がないから放電電流を正確
に累積計測することが可能になり、バッテリの劣化状態
判定が正確になる。また、本発明によればバッテリの劣
化状態の試験を行うために、錯誤からバッテリを過放電
の状態にする前にバッテリからの放電が自動的に抑制さ
れる。したがって、操作誤りにより負荷となる装置の動
作を阻害するような迷惑をかけることはなくなり、バッ
テリを回復不能な状態にしてしまうこともなくなる。さ
らに、本発明の装置を利用することにより、バッテリの
劣化試験を行うことができる状態にバッテリを放電させ
るための操作がきわめて簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施の形態を説明するブロック構成図。
【図2】本発明実施例装置の回路構成図。
【図3】バッテリ放電動作を説明するブロック構成図。
フロントページの続き (72)発明者 橋脇 正浩 東京都港区芝浦三丁目4番1号 株式会社 エヌ・ティ・ティファシリティーズ内 (72)発明者 今中 由美三 東京都港区芝浦三丁目4番1号 株式会社 エヌ・ティ・ティファシリティーズ内 (72)発明者 服部 喜三郎 東京都文京区千石1丁目23番11号 信濃電 気株式会社内 (72)発明者 大藤 正明 東京都文京区千石1丁目23番11号 信濃電 気株式会社内 Fターム(参考) 2G016 CA00 CB12 CB13 CB22 CC04 CC12 CD04 CD09 CD14 5G015 FA18 GA04 HA04 JA11 JA15 JA34 JA35 JA37 JA53 JA55

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力が商用電源に接続されたAC/DC
    変換部と、このAC/DC変換部の出力に両端子が接続
    されたバッテリとを備え、前記AC/DC変換部はその
    出力電圧を一定値(Vref1)に制御する手段を含む
    無停電電源装置の試験方法において、 前記AC/DC変換部の電流分担率を低い値に制御する
    ことにより前記バッテリからの放電電流を増大させた状
    態で前記バッテリの端子電圧を測定することを特徴とす
    る無停電電源装置の試験方法。
  2. 【請求項2】 前記バッテリの充電完了状態から前記放
    電電流を増大させた状態を時間的に継続させるとともに
    その間にわたり放電電流を累積計測し、前記バッテリの
    端子電圧をそのバッテリの残存充電容量に対応する標準
    的な端子電圧と比較する請求項1記載の無停電電源装置
    の試験方法。
  3. 【請求項3】 前記AC/DC変換部の電流分担率を下
    げるに先立って、前記バッテリの端子電圧が前記一定値
    (Vref1)より低い設定値(Vref2)よりさら
    に低くなることを抑止するように設定された保護回路を
    前記AC/DC変換部に接続しておく請求項1または2
    記載の無停電電源装置の試験方法。
  4. 【請求項4】 入力が商用電源に接続されたAC/DC
    変換部と、このAC/DC変換部の出力が両端子に接続
    されたバッテリとを備え、そのAC/DC変換部は、前
    記バッテリの端子電圧が一定値(Vref1)に維持さ
    れるように導通角を自動的に制御する制御手段を備えた
    無停電電源装置において、 操作入力により起動され、前記バッテリの端子電圧の変
    動にかかわらず前記AC/DC変換部の電流分担率を小
    さくするように前記導通角を標準値より小さく制御する
    手段を備えたことを特徴とする無停電電源装置。
  5. 【請求項5】 前記導通角を標準値より小さく制御する
    手段は、前記バッテリの端子電圧が前記一定値(Vre
    f1)より低い設定値(Vref2)に達したときに前
    記導通角をそれより小さくすることを抑止する手段を含
    む請求項4記載の無停電電源装置。
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