JPH03289574A - 無停電電源装置のバッテリー異常検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、商用電源が停電したときの後備電源として直
列に接続された複数個のバッテリーを備えた無停電電源
装置におけるバッテリーの異常を検出する回路に関する
。

〔従来の技術〕

第３図は、従来の無停電電源装置の構成を示すブロック
回路図である。主回路開閉器１７、整流器１及びインバ
ータ２が直列に接続されて、主回路開閉器１７の他端は
商用電源１８に、インバータ２の出力は負荷に接続され
ている。また、整流器１とインバータ２の接続点にはバ
ッテリー３が接続されている。正常運転時には、インバ
ータ２は商用電源１８から主回路開閉器１７、整流器１
を介して直流の形で得た電力を再び交流電力に変換して
負荷に供給しているが、商用電源１８が停電したときに
は直ちにバッテリー３から電力の供給を受けて運転を継
続する。

上述のように、無停電電源装置においてバッテリー３は
商用電源１８が停電したときに後１電源として機能する
重要なパーツの１つであるから、従来の比較的容量の大
きな無停電電源装置では、特にバッテリー異常の検出回
路は備えてはいないカベ技術者によるバッテリ−３の点
検・整備が常に行われていた。

しかし、近年多く生産されている小容量無停電電源装置
（ＩＯＫＶＡ以下程度）は、その設置場所がオフィス等
の一般環境にあり、また、それを取り扱う者が電気技術
者以外の人間であるため、通常点検はほとんど実施され
ていない。また、小容量無停電電源装置ではその大半が
メンテナンスフリーのシール型バッテリーを使用してい
るので、その異常（特に寿命）の判定をするには実際に
そのバッテリー３を放電し、その端子電圧・放電特性を
測定する以外に方法がないのが実情である。

特に、バッテリー３が複数個直列に接続されているとき
には、単にこの全体の端子電圧を測定しただけでは、異
常の発見は困難である。例えば、後備電源が１２Ｖのバ
ッテリーを１８個直列に接続して２１６■の直流電圧を
持つように構成されていた場合、バッテリー３の中の１
個が異常を起こしてその電圧が零に低下すると、全体と
しては端子電圧が約６％低下することになるが、一方、
健全なバッテリーの放電終止電圧をセル当り　１．７■
とすると、その電圧変化はセル当り０．３Ｖすなわち１
５％となるので、後備電源全体の端子電圧の低下が６％
では異常と判定することはできない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように、特に小容量の無停電電源装置では、バッ
テリー３についてほとんど点検が行われておらず、また
点検するとしても、複数個直列に接続されたバッテリー
の場合には、単に全体の端子電圧を測定しただけでは、
その中の一部のバッテリーの異常を検出することが困難
であるという問題があった。

本発明は、複数個のバッテリーが直列に接続されている
場合でも、その中の１個または複数個が異常であること
を検出して、実際に無停電電源装置が有効に動作しなけ
ればならない商用電源停電時に、バッテリー異常による
無停電電源装置停止というトラブルを防止することを課
題とする。

（課題を解決するだめの手段〕 前記の課題を解決するために、本発明の回路は、商用電
源が停電したときの後備電源として直列に接続された複
数個のバッテリーを備えた無停電電源装置において、前
記バッテリーを複数個の群に区分したバッテリー群と、
該バッテリー群のそれぞれにスイッチを介して並列接続
された放電抵抗と、前記スイッチを閉じて前記放電抵抗
に電流を流したときの前記バッテリー群の端子電圧の値
をそれぞれの所定の基準値と比較して前記端子電圧が前
記基準値よりも低くなったときに信号を出力する比較手
段とを備えるようにするか、または、前記バッテリーを
複数個の群に区分したバッテリー群と、該バッテリー群
のそれぞれにスイッチを介して並列接続された放電抵抗
と、前記スイッチを閉じて前記放電抵抗に電流を流した
ときの前記バッテリー群の端子電圧の値の中の最大値を
検出する最大値検出手段と、前記端子電圧の値の中の最
小値を検出する最小値検出手段と、前記最大値と前記最
小値との差が所定の基準値よりも大きくなったときに信
号を出力する比較手段とを備えるようにするか、または
、前記バッテリーを複数個の群に区分したバッテリー群
と、該バッテリー群のそれぞれの両端にそれぞれスイッ
チを介して接続された放電抵抗と、前記バッテリー群そ
れぞれの２等分点と前記放電抵抗それぞれの２等分点と
の間を、２個のダイオードの逆並列接続に第２のスイッ
チを直列接続して構成した回路で別個に接続し、前記各
ダイオードに流れる電流を検出する電流検出手段を別個
に備えるようにするか、または、前記バッテリーを複数
個の群に区分したバッテリー群と、該バッテリー群のそ
れぞれの両端にそれぞれスイッチを介して接続された放
電抵抗とを備え、前記バッテリー群それぞれの２等分点
と前記放電抵抗それぞれの２等分点との間を、２組のホ
トカプラそれぞれの入力側を逆並列接続し、これに第２
のスイッチを直列接続して構成した回路で別個に接続す
るようにするものとする。

〔作用〕

上述のように構成された検出回路において、無停電電源
装置を起動する前にバッテリー群と放電抵抗との間のス
イッチを投入すると、放電抵抗に電流が流れてその両端
に電圧降下を生じる。この電圧の値は、区分されたバッ
テリー群の端子電圧に等しく、バッテリー群の中に起電
力の低下や内部抵抗の異常増大などの異常を起こしたバ
ッテリーが含まれていれば、その分だけ電圧の値が変化
するから、コンパレータなどの比較手段の基準電圧をバ
ッテリーがすべて健全なときにそれぞれの放電抵抗の両
端に生じる電圧よりも少し低い値に設定しておき、この
基準値と前記電圧とを比較して前記電圧が基準値よりも
低ければ、バッテリー異常と判断することができる。

また、バッテリーの放電量と端子電圧との関係は個々の
バッテリーでほとんど同一の傾向を示すから、バッテリ
ーが健全であれば放電状態の如何にかかわらず端子電圧
はほぼ等しい値になっている。したがって、各バッテリ
ー群の端子電圧を個々に基準値と比較する代わりに、前
記端子電圧中の最大値と最小値を検出し、両者の差を求
めてこれを所定の基準値と比較したとき、もし１個のバ
ッテリーが異常を起こして電圧が零になっていたとする
と、最大値と最小値との間にはバッテリーの端子電圧１
個分の差が生じるから、基準値をバッテリー１個分の端
子電圧よりも低い値に設定しておけば、この基準値と前
記の差の値とを比較して差の値が基準値よりも大きくな
ったことでバッテリーの異常を検出することができる。

また、複数個を直列接続した構成のバッテリー群のうち
の１個のバッテリーのみがその内部抵抗が増大となって
も、それによる電圧変化量はバッテリー群全体の電圧に
対しては僅かであるが、このバッテリー群の中点と、放
電抵抗の中点とを、２個のダイオードを相互に逆並列接
続した回路で接続しておけば、上述の電圧変化に起因し
て、いずれか一方のダイオードに電流が流れるので、こ
の電流を検出することでバッテリー内部抵抗の増加を検
出できる。

さらにまた、ダイオードと電流検出手段との代りに２個
のホトカプラを用意し、これらホトカプラの入力側を逆
並列接続して、バッテリー群の２等分割点と放電抵抗の
２等分割点との間をこの逆並列接続回路を介して接続す
ることで、バッテリーの内部抵抗増大をホトカプラの出
力側から異常信号として取出すことができるようにする
ものである。

【実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示すブロック回
路図である。この第１図において、整流器１の入力は主
回路開閉器１７を介して商用電源１８に、また整流器１
の出力は複数個が直列に接続されたバッテリー３及びイ
ンバータ２の入力に接続され、インバータ２の出力は本
無停電電源装置の出力として図示していない負荷に接続
される。バッテリー３は複数＆ｆｌ（この実施例回路に
おいては３組）のバッテリー群３ａ、３ｂ、３ｃに区分
され、これらのバッテリー群それぞれの両端にそれぞれ
スイッチ４ａ、４ｂ、４ｃを介して放電抵抗５ａ、５ｂ
、５ｃが接続されている。放電抵抗５ａ、５ｂの両端電
圧はそれぞれ絶縁アンプ６ａ。

６ｂを介して比較手段としてのコンパレータ？　ａ　＋
７ｂの、また放電抵抗５ｃの両端電圧は比較手段として
のコンパレータ７Ｃの入力端子にそれぞれ接続される。

コンパレータ７ａ、７ｂ、７ｃの出力はそれぞれＯＲ回
路９０入力に接続され、ＯＲ回路９の出力は異常信号ｌ
Ｏの出力回路となっている。

上述のような構成において、バッテリー３の異常を検出
するときは、主回路開閉器１７を閉じてインバータ２を
起動する前に、スイッチ４ａ、４ｂ。

４ｃを閉じてバッテリー群３ａ、３ｂ、３ｃからそれぞ
れ放電抵抗５ａ、５ｂ、５ｃに放電電流を流し、放電抵
抗５ａ、５ｂ、５ｃの両端にそれぞれのバッテリー群の
端子電圧に等しい電圧降下を生じさせる。放電電流を流
す理由は、バッテリー異常が内部インピーダンスの異常
増大による場合には、無負荷状態で端子電圧を測定して
も異常の検出ができないからである。放電抵抗５ａ、５
ｂの両端電圧は、異電位の混触を避けるために絶縁アン
プ６ａ、６ｂを介してコンパレータ７ａ、７ｂの、また
放電抵抗５Ｃの両端電圧はコンパレータ７Ｃの入力端子
に人力される。基準電圧設定器８ａ、８ｂ、８ｃで設定
されるコンパレータ７ａ。

７ｂ、７ｃの基準電圧はそれぞれバッテリー群３ａ、３
ｂ、３ｃが健全なときの放電終期電圧よりも少し低い値
に設定されていて、コンパレータ７ａ、７ｂ、７ｃはバ
ッテリーが健全なときには信号を出力しないが、バッテ
リーが異常を起こしてバッテリー群の端子電圧が設定し
た基準電圧よりも低くなると信号を出力し、ＯＲ回路９
を介して外部に異常信号１０を出力する。

第１図の実施例においては、バッテリー群３ａ。

３ｂ、３ｃはそれぞれ６個の直列バッテリーで構成され
ているので、この中１個の電圧が零になったとすると、
バッテリー群の端子電圧の低下は約１７％となり放電終
期の健全なバッテリーの電圧降下量約１５％よりも大き
いので、前記基準電圧を例えばバッテリー群の端子電圧
降下量１６％に当たる値に選んでおけばバッテリー異常
を検出することができる。バッテリー群を構成するバッ
テリーの直列個数を７個以上にすると、２個以上のバッ
テリーが異常にならないと検出できず、検出効果が減少
するのでバッテリーの直列個数は６個以下であることが
望ましい。なお、基準電圧設定器８ａ。

８ｂ、８ｃはそれぞれ独自の基準値に設定できるから、
バッテリー群３ａ、３ｂ、３ｃを構成するバッテリーの
数は同数である必要はなく、任意の数に選ぶことができ
る。また、バッテリー群の分割個数は３＆１に限定され
るものでなく、任意の数に選ぶことができる。

第２図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロック回
路図である。この第２図においては、放電抵抗５ａ、５
ｂ、５ｃの両端電圧はそれぞれ差動アンプ１６ａ、１６
ｂ、１６ｃを介して最大値検出手段１１及び最小値検出
手段１２に入力され、得られた最大値と最小値の差が減
算回路１３で計算されて、その差の値が比較手段として
のコンパレータ１４に入力される。コンパレータ１４は
、入力された差の値を基準電圧設定器１５で設定された
所定の基準電圧値と比較し、人力値が基準値よりも大き
いときに異常信号１０を出力する。

第２図の実施例においては、バッテリー群３ａ。

３ｂ、３ｃはそれぞれ６個の直列バッテリーで構成され
ているので、差動アンプ１６ａ、１６ｂ、１６ｃの増幅
率はすべて同一にされている。バッテリーの放電量と端
子電圧の関係はほぼ同一の変化をするので、このような
構成においてはバッテリーが健全であれば前記最大値と
最小値との差はほとんど無いが、もし何れかのバッテリ
ー群の中のバッテリー１個が異常を起こして電圧が零と
なれば、例えば１２Ｖのバッテリーを使用した場合、最
大値と最小値との差が１２Ｖとなる。したがって、基準
電圧設定器１５を１２Ｖよりも低い値、例えば６■に設
定しておけば、比較手段１４が異常信号１０を出力し、
バッテリー異常が検出される。

この実施例による回路でバッテリー群３ａ、３ｂ、３ｃ
のそれぞれに含まれる電池個数が等しくないときには、
差動アンプ１６ａ、１６ｂ、１６ｃの増幅率を変えて、
含まれる電池の個数に前記増幅率を乗じた値がすべて等
しくなるように増幅率を設定すれば、バッテリー個数の
差を補正することができる。この実施例の回路では、バ
ッテリーの放電とともに変化する端子電圧の影響を受け
ることが少なく、放電終期における端子電圧降下の値に
制限されずに基準値を設定することができる。また、放
電抵抗５ａ、５ｂ、５ｃの両端電圧を差動アンプ１６ａ
、１６ｂ、１６ｃを介して最大値検出手段１１及び最小
値検出手段１２に送っているので高価な絶縁アンプを使
用する必要がなく、装置を安価に構成することができる
。更に、バッテリー群の分割個数は３個に限定されるも
のでなく、任意の数に選ぶことができる。

第３図は本発明の第３の実施例の構成を示すブロック図
である。この第３図において、無停止を電源装置を構成
している整流器１とインバータ２およびバッテリー３に
は、商用電源１８から主回路開閉器１７を介して交流電
力が送られることと、この商用電源１８の停電を後備す
るバッテリー３は３組のバッテリー群３ａ、３ｂ、３ｃ
に分割され、各バッテリー群の両端はそれぞれスイッチ
４ａ、４ｂまたは４ｃを介して放電抵抗５ａ、５ｂまた
は５ｃに接続されているのは、第１図または第２図で既
述の第１または第２実施例の場合と同じである。

この第３実施例においては、逆並列接続している２個の
ダイオード２２ａ、２３ａと、これらのダイオードに流
れる電流を別個に検出する２組の電流検出器２４ａ、２
５ａと、これらに直列接続している第２スイツチ２１ａ
とで構成した回路を、バッテリー群３ａを構成している
バッテリーを２等分割する点と、放電抵抗５ａの２等分
割点との間に接続する。

同様にバッテリー群３ｂの２等分割点と放電抵抗５ｂの
２等分割点との間に第２スイツチ２１ｂと逆並列接続し
ているダイオード２２ｂ、２３ｂおよび電流検出器２４
ｂ、２５ｂで構成した回路を接続し、バッテリー群３ｃ
の２等分割点と放電抵抗５ｃの２等分割点との間には、
第２スイツチ２１ｃ、ダイオード２２ｃと２３０．電流
検出器２４ｃと２５ｃで構成した回路を接続する。

バッテリー３は、電圧１２Ｖのバッテリー１８個を直列
接続した構成で、その定格電圧は２１６■となる。ここ
でバッテリー１個は６個のセルで構成しているので、セ
ル１個当りの充電電圧を２．２７５Ｖ、またセル１個当
りの過電圧レベルを２゜４■とすると、全バッテリー３
の充電電圧は、 ２．２７５　Ｖ　／セル×１０８セル＝　２４５．７Ｖ
また全１８個のうちの１個のバッテリーに異常を生じて
内部インピーダンスが上昇し、上述の過電圧レベルに到
達した場合の当該バッテリーの端子電圧は、 ２．４Ｖ／セル×６セルー１４．４　Ｖ一方、１８個が
直列接続されているバッテリ−３全体の電圧は定電圧制
御されているので一定値である。従って１個のバッテリ
ーのみが過電圧レベルになったときに、残余の１７個の
バッテリーそれぞれの電圧は下記の値となる。

（２４５，７Ｖ　−１４，４Ｖ　）　／１７　＝　１３
．６０６　Ｖよって３組のバッテリー群３ａ、３ｂ、３
ｃのうちで、異常を生じたバッテリーを含んでいるバッ
テリー群の電圧は１４．４　＋　１３．６０６　Ｘ　５
　＝　８２．４　Ｖであり、異常バッテリーを含んでい
ないバッテリー群の電圧は１３．６０６ｘ　６　＝８１
．６Ｖとなる。

バッテリー群３ａにこのような異常バッテリーが存在す
るならば、２等分点で区分している３個のバッテリーの
合計電圧が、異常バッテリーを含んでいる場合と含んで
いない場合とで差を生じる。

一方、放電抵抗５ａでの電圧降下は、２等分点で等しく
分割される。従って、スイッチ４ａとともに第２スイツ
チ２１ａも閉路すると、バッテリー電圧の差に対応して
、ダイオード２２ａ又は２３ａのいずれかに電流が流れ
るので、電流検出器２４ａ又は２５ａにより異常バッテ
リーの有無を検出することができる。

第５図は本発明の第４実施例の構成を示すブロック回路
図であるが、前述した第４図に示す第３実施例における
ダイオード２２　ａ　、　２２　ｂ　＋　２２　ｃ　＋
　２３ａｌ　２ａｂ、２３ｃと電流検出！ｉ２４　ａ　
＋　２４　ｂ　＋　２４　ｃ２５　ａ　＋　２５　ｂ　
＋　２５　ｃを、この第５図に示す第４実施例ではホト
カブラ２６　ａ　、　２６　ｂ　、　２６　ｃ　、　２
７　ａ　、　２７　ｂ　。

２７ｃに置換えているのが異なるところであり、それ以
外のすべての回路構成と機器の名称・用途・機能は、第
４図の第３実施例の場合と同じであるから、これらの説
明は省略する。

第５図に示す第４実施例では、ホトカブラの入力側にあ
るホトダイオードを逆並列接続して、バッテリー群の２
等分点と放電抵抗の２等分点との間に接続している。従
って異常バッテリーの存在により電圧が上昇すると、い
ずれかのホトダイオードに電流が流れるので、そのホト
カブラの出力側にあるホトトランジスタから異常信号を
取出すことができる。

（発明の効果） 本発明によれば、商用電源が停電したときの後備電源と
して直列に接続された複数個のバッテリーを備えた無停
電電源装置において、前記バッテリーを複数個の群に区
分したバッテリー群と、該バッテリー群のそれぞれの両
端にそれぞれスイッチを介して接続された放電抵抗と、
前記スイッチを閉じて前記放電抵抗に電流を流したとき
の前記バッテリー群の端子電圧の値をそれぞれの所定の
基準値と比較して前記端子電圧が前記基準値よりも低く
なったときに信号を出力する比較手段とを備えるように
するか、または、前記バッテリーを複数個の群に区分し
たバッテリー群と、該バッテリー群のそれぞれの両端に
それぞれスイッチを介して接続された放電抵抗と、前記
スイッチを閉じて前記放電抵抗に電流を流したときの前
記バッテリー群の端子電圧の値の中の最大値を検出する
最大値検出手段と、前記端子電圧の値の中の最小値を検
出する最小値検出手段と、前記最大値と前記最小値との
差が所定の基準値よりも大きくなったときに信号を出力
する比較手段とを備えるようにしたので、バッテリーの
１個または数個が異常を起こしてバッテリー群の端子電
圧が基準値よりも低下すると異常信号を出力し、バッテ
リー異常を検出することができる。

さらにバッテリー群の２等分点と放電抵抗の２等分点と
の間を、逆並列接続したダイオードで接続しておけば、
このバッテリー群中の僅か１個のバッテリーの内部抵抗
が増加する異常を生じた場合には、逆並列接続したダイ
オードのいずれか一方に電流が流れるので、この電流を
検出することで異常バッテリーの存在が検出できるので
あるが、異常バッテリーが存在するグループと存在しな
いグループとの電圧差が１ｖ以下の僅かな値であっても
検出可能であり、早期にバッテリー異常を検出できる。

さらに逆並列接続するダイオードと、このダイオードに
流れる電流を検出する電流検出手段との代りに、ホトカ
ブラを使用すれば、性能は同等であって、より簡単な回
路を構成できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示すブロック回
路図、第２図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロ
ック回路図、第３図は従来の無停電を源装置の構成を示
すブロック回路図、第４図は本発明の第３の実施例の構
成を示すブロック回路図、第５図は本発明の第４の実施
例の構成を示すブロック回路図である。 １・・・整流器、２・・・インバータ、３・・・バッテ
リー３　ａ、　　３　ｂ、　　３　ｃ−バッテリー群、
４ａ、４ｂ。 ４ｃ・・・スイッチ、５ａ、５ｂ、５ｃ・・・放電抵抗
、６ａ、６ｂ・・・絶縁アンプ、１ａ、７ｂ、’Ｉｃ、
１４・・・比較手段としてのコンパレータ、８ａ、８ｂ
。 ８ｃ、１５・・・基準電圧設定器、９・・・ＯＲ回路、
１ｏ・・・異常信号、１１・・・最大値検出手段、１２
・・・最小値検出手段、１３・・・減算回路、１６　ａ
　、　１６　ｂ　、　１６　ｃ・・・差動アンプ、１７
・・・主回路開閉器、１８・・・商用電源、２１ａ。 ２１ｂ、２１Ｃ・・・第２スイツチ、２２ａ、２２ｂ　
　２２ｃ２３ａ、２３ｂ、２３ｃｍ−・ダイオード、２
４　ａ　、　２４　ｂ　、　　２４ｃ、　２５ａ、　２
５ｂ、　２５ｃｍ・・電流検出器、２６　ａ　＋　２６
　ｂ　＋で 図 ｙ？坤；イ言号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）商用電源が停電したときの後備電源として直列に接
   続された複数個のバッテリーを備えた無停電電源装置に
   おいて、前記バッテリーを複数個の群に区分したバッテ
   リー群と、該バッテリー群のそれぞれの両側にそれぞれ
   スイッチを介して接続された放電抵抗と、前記スイッチ
   を閉じて前記放電抵抗に電流を流したときの前記バッテ
   リー群の端子電圧の値をそれぞれの所定の基準値と比較
   して前記端子電圧が前記基準値よりも低くなったときに
   信号を出力する比較手段とを備えたことを特徴とする無
   停電電源装置のバッテリー異常検出回路。 ２）商用電源が停電したときの後備電源として直列に接
   続された複数個のバッテリーを備えた無停電電源装置に
   おいて、前記バッテリーを複数個の群に区分したバッテ
   リー群と、該バッテリー群のそれぞれの両端にそれぞれ
   スイッチを介して接続された放電抵抗と、前記スイッチ
   を閉じて前記放電抵抗に電流を流したときの前記バッテ
   リー群の端子電圧の値の中の最大値を検出する最大値検
   出手段と、前記端子電圧の値の中の最小値を検出する最
   小値検出手段と、前記最大値と前記最小値との差が所定
   の基準値よりも大きくなったときに信号を出力する比較
   手段とを備えるようにしたことを特徴とする無停電電源
   装置のバッテリー異常検出回路。 ３）商用電源が停電したときの後備電源として直列に接
   続された複数個のバッテリーを備えた無停電電源装置に
   おいて、前記バッテリーを複数個の群に区分したバッテ
   リー群と、該バッテリー群のそれぞれの両端にそれぞれ
   スイッチを介して接続された放電抵抗と、前記バッテリ
   ー群それぞれの２等分点と前記放電抵抗それぞれの２等
   分点との間を、２個のダイオードの逆並列接続に第２の
   スイッチを直列接続して構成した回路で別個に接続し、
   前記各ダイオードに流れる電流を検出する電流検出手段
   を別個に備えるようにしたことを特徴とする無停電電源
   装置のバッテリー異常検出回路。 ４）商用電源が停電したときの後備電源として直列に接
   続された複数個のバッテリーを備えた無停電電源装置に
   おいて、前記バッテリーを複数個の群に区分したバッテ
   リー群と、該バッテリー群のそれぞれの両端にそれぞれ
   スイッチを介して接続された放電抵抗とを備え、前記バ
   ッテリー群それぞれの２等分点と前記放電抵抗それぞれ
   の２等分点との間を、２個のホトカプラそれぞれの入力
   側を逆並列接続し、これに第２のスイッチを直列接続し
   て構成した回路で別個に接続することを特徴とする無停
   電電源装置のバッテリー異常検出回路。