JPH09308135A - 停電バックアップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の電解コンデンサやバッテリーをエネル
ギー蓄積手段として用いた問題を一掃する。 【解決手段】 交流電源２の電圧低下時に、電気二重層
コンデンサ８に蓄えられた電気エネルギーを負荷４に出
力する。この電気二重層コンデンサ８は、完全放電して
も極めて短時間に再充電を行なえる。また、バッテリー
のようなメンテナンスも必要ない。さらに、サイクル寿
命が長いという特徴もあり、半永久的に使用できる。加
えて、従来の電解コンデンサに比べて、同一体積におけ
る静電容量が非常に大きく、装置を大型化しなくても、
停電時における出力電圧Ｖｏの保持時間が延びる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源の電圧低
下時に、エネルギー蓄積手段に蓄えられた電気エネルギ
ーを負荷側に供給する停電バックアップ装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】一般に、この種の停電
バックアップ装置として、例えば実開平１−１２３４３
６号公報には、交流電源に接続された高電圧回路により
エネルギー蓄積手段であるコンデンサに電気エネルギー
を蓄え、正常時には交流電源からの入力電圧をそのまま
負荷に供給する一方、交流電源の入力電圧低下時には、
前記コンデンサに蓄えられた電気エネルギーをインバー
タ部により交流電圧に変換して、負荷側に低下電圧に相
当するバックアップ電圧を出力するようにしたものが開
示されている。

【０００３】こうしたＵＰＳと称する無停電電源装置
は、通常エネルギー蓄積手段として電解コンデンサが用
いられているため、停電時における出力電圧の保持時間
は約０．３秒程度と短かく、それ以上の保持時間を得る
ためには、電解コンデンサの個数を増やして装置を大型
化させなければならない。また、エネルギー蓄積手段と
して、鉛蓄電池などの二次電池を用いたバッテリー式の
ものも有るが、この場合は、停電時における出力電圧の
保持時間を２〜３分から最大１０分程度に延ばすことは
できるものの、バッテリーは寿命が短く、バッテリー自
体のメンテナンスが大変であり、また、一度完全放電す
ると、再充電するまでに８時間程度も時間を必要とし、
使用上の不満もあった。

【０００４】そこで本発明は上記問題点に鑑み、装置を
大型化させることなく停電時における出力電圧をある程
度保持でき、しかも、メンテナンスがフリーで、寿命や
充電時間などの点で使用上の不都合を生じないような停
電バックアップ装置を提供することをその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の停電バックアッ
プ装置は、前記目的を達成するために、交流電源の電圧
低下時にエネルギー蓄積手段に蓄えられた電気エネルギ
ーを負荷側に出力する停電バックアップ装置において、
前記エネルギー蓄積手段が電気二重層コンデンサである
ことを特徴とするものである。

【０００６】上記構成において、エネルギー蓄積手段と
しての電気二重層コンデンサは、二次電池のような過放
電による影響を受けず、完全放電しても極めて短時間に
再充電を行なうことができる。また、バッテリーのよう
な電解液の確認，交換などのメンテナンスを必要とせ
ず、発熱も非常に少ない。さらに、電気二重層コンデン
サは、サイクル寿命が長く、この種の停電バックアップ
装置に組み込んだ場合、半永久的に使用することが可能
である。加えて、従来の電解コンデンサをエネルギー蓄
積手段として用いた装置に比べて、同一体積における静
電容量が非常に大きいため、装置を大型化することな
く、停電時における出力電圧の保持時間を延ばすことが
可能となる。

【０００７】

【発明の実施形態】以下、本発明の一実施例について、
添付図面を参照しながら説明する。装置全体の構成を示
す図１において、１，１Ａは例えば交流１００Ｖの単相
交流電源２が接続される入力端子、３，３Ａは交流駆動
の負荷４に接続される出力端子であり、前記交流電源２
には入力端子１，１Ａを介して高電圧充電回路５を構成
する充電用変圧器６の一次巻線が接続される。また、充
電用変圧器６の二次巻線にはダイオードブリッジからな
る整流素子７が接続され、この整流素子７の出力両端に
エネルギー蓄積手段たる電気二重層コンデンサ８が接続
される。高電圧充電回路５は、充電用変圧器６の二次巻
線に誘起された電圧を整流素子７により整流し、この整
流された直流電圧を電気エネルギーとして電気二重層コ
ンデンサ８に蓄える。

【０００８】交流電源２と電気二重層コンデンサ８との
間に高電圧充電回路５を設ける理由は、交流電源２から
の入力電圧Ｖｉを昇圧することによって、同一エネルギ
ーにおける電気二重層コンデンサ８の静電容量を小さく
し、ひいては電気二重層コンデンサ８および装置全体を
小型，軽量にすることにある。電気二重層コンデンサ８
は、図１では２個のコンデンサからなる並列回路で示し
てあるが、実際には整流素子７からの高電圧に対応し
て、耐圧が１５Ｖ，静電容量が１５Ｆのコンデンサ単体
を２４個直列に接続してある。

【０００９】11は、電気二重層コンデンサ８両端間の充
電電圧を交流電圧に変換するインバータ部である。この
インバータ部８は、具体的には複数個の例えばトランジ
スタなどのスイッチング素子（図示せず）を組み合わせ
て構成される。インバータ部11には、インバータ駆動駆
動回路12が接続され、交流電源２からの入力電圧Ｖｉが
低下すると、インバータ駆動回路12からインバータ部11
の各スイッチング素子に対し、駆動信号が出力されるよ
うになっている。

【００１０】21は、例えばトライアックなどの半導体ス
イッチからなる出力切替部である。また、22は、電気二
重層コンデンサ８両端間の充電電圧と、変流器23により
検出される出力電流とに基づき、前記出力切替部21およ
びインバータ駆動回路12を制御する制御回路である。こ
の制御回路22は、所定の入力電圧Ｖｉが供給される正常
時には、交流電源２からの入力電圧Ｖｉがそのまま出力
端子３，３Ａ間に出力電圧Ｖｏとして供給され、入力電
圧Ｖｉの低下時には、インバータ部11からの交流電圧が
出力端子３，３Ａ間に出力電圧Ｖｏとして供給されるよ
うに、出力切替部21を制御するものである。また、この
入力電圧Ｖｉの低下時において制御回路22は、電気二重
層コンデンサ８両端間の充電電圧と、インバータ11から
の出力電流とに基づいて、インバータ11からの出力電圧
Ｖｏが安定化するように、インバータ駆動回路12からイ
ンバータ11に与えられる駆動信号のパルス導通幅を可変
制御する機能を有している。

【００１１】次に上記構成につき、その作用を説明す
る。入力電圧Ｖｉの正常時および電圧低下時における動
作は、従来のＵＰＳ（無停電電源装置）と同一である。
すなわち、交流電源２から入力端子１，１Ａ間に正常の
入力電圧Ｖｉが供給される場合、制御回路22は、この入
力電圧Ｖｉがそのまま出力電圧Ｖｏとして負荷４に供給
されるように、出力切替部21を開閉制御する。このと
き、インバータ駆動回路12には、正常な入力電圧Ｖｉが
供給されている旨の制御信号が出力されており、インバ
ータ部11自体は動作しない。また、交流電源２からの入
力電圧Ｖｉは、高電圧充電回路５を構成する充電用変圧
器により高電圧に昇圧され、整流素子７を介して電気二
重層コンデンサ８の両端間に電気エネルギーとして急速
充電される。

【００１２】一方、交流電源２からの入力電圧Ｖｉが低
下すると、制御回路22はこれを検知して、インバータ部
11からの交流電圧が出力電圧Ｖｉとして負荷４に供給さ
れるように、出力切替部21の開閉を直ちに切替える。ま
た、制御回路22は、電気二重層コンデンサ８両端間の充
電電圧と、変流器23により検出されるインバータ11の内
部抵抗による電圧降下分とに基づいて、安定した出力電
圧Ｖｏがインバータ部11から負荷４に供給されるよう
に、インバータ11の各スイッチング素子のパルス導通幅
を可変する制御信号をインバータ駆動回路12に供給す
る。これにより、電気二重層コンデンサ８に蓄えられた
エネルギーが、インバータ部11により所定の交流電圧に
変換される。

【００１３】本実施例では、エネルギー蓄積手段として
電気二重層コンデンサ８を用いている。この電気二重層
コンデンサ８は、電極として広大な活性炭を用い、活性
炭表面に電解液中のイオンを脱吸着させることによって
電荷の蓄積および放電を行なうようにしており、従来の
二次電池のような過放電による影響を受けない。したが
って、従来のバッテリーをエネルギー蓄積手段として用
いたものに比べて、完全放電しても極めて短時間に再充
電を行なうことが可能である。また、バッテリーのよう
な電解液の確認，交換などのメンテナンスを必要としな
い。さらに、電気二重層コンデンサ８は、サイクル寿命
が長く、この種の停電バックアップ装置に組み込んだ場
合、半永久的に使用することが可能である。加えて、従
来の電解コンデンサをエネルギー蓄積手段として用いた
装置に比べて、同一体積における静電容量が非常に大き
いため、装置を大型化することなく、停電時における出
力電圧Ｖｏの保持時間を延ばすことが可能となる。

【００１４】つまり、エネルギー蓄積手段として電気二
重層コンデンサ８を用いることにより、従来の電解コン
デンサやバッテリーをエネルギー蓄積手段として用いた
問題を一掃して、装置を大型化させることなく停電時に
おける出力電圧をある程度保持でき、しかも、メンテナ
ンスがフリーで、寿命や充電時間などの点で使用上の不
都合を生じないような停電バックアップ装置を得ること
ができる。

【００１５】また、本実施例のように、耐圧が１５Ｖ，
静電容量が１５Ｆの電気二重層コンデンサ８単体を２４
個直列に接続して、これを装置本体にエネルギー蓄積手
段として組み込むと、充電時間を約５分にできるととも
に、停電時における出力電圧Ｖｏの保持時間を、従来の
電解コンデンサを用いたものよりも長く、バッテリーを
用いたものよりも短い約１０〜１５秒に設定することが
できる（入力電圧Ｖｉおよび出力電圧ＶｏはともにＡＣ
１００Ｖ，出力電流１０Ａの場合）。したがって、特に
ポンプの運転や半導体チップの切り出し機などのシュー
ティングに数秒時間を要する負荷４に対し、小型で性能
のよい停電バックアップ装置を提供することができる。

【００１６】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実
施が可能である。実施例では交流駆動の負荷に対し出力
電圧を供給する停電バックアップ装置に関し説明を行な
ったが、インバータ部に代わりＤＣ−ＤＣ定電圧部を備
えることで、直流駆動の負荷に対し出力電圧を供給する
タイプの停電バックアップ装置にも、本発明を適用でき
る。また、電気二重層コンデンサ個々の耐圧および静電
容量や、電気二重層コンデンサの取付け個数などは、装
置の最終仕様などを考慮して適宜選定すればよい。

【００１７】

【発明の効果】本発明の停電バックアップ装置は、前記
目的を達成するために、交流電源の電圧低下時にエネル
ギー蓄積手段に蓄えられた電気エネルギーを負荷側に出
力する停電バックアップ装置において、前記エネルギー
蓄積手段が電気二重層コンデンサであることを特徴とす
るものであり、装置を大型化させることなく停電時にお
ける出力電圧をある程度保持でき、しかも、メンテナン
スがフリーで、寿命や充電時間などの点で使用上の不都
合を生じないような停電バックアップ装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す装置全体の回路構成図
である。

【符号の説明】 ２ 交流電源 ４ 負荷 ８ 電気二重層コンデンサ（エネルギー蓄積手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源の電圧低下時にエネルギー蓄積
   手段に蓄えられた電気エネルギーを負荷側に出力する停
   電バックアップ装置において、前記エネルギー蓄積手段
   が電気二重層コンデンサであることを特徴とする停電バ
   ックアップ装置。