JP2011200023A - Uninterruptible power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の蓄電池を備え、商用電源の停電が発生した場合に、蓄電された電力を負荷装置へ供給する無停電電源装置に関する。本発明の無停電電源装置は、無線あるいは有線通信の基地局内に設置される通信装置に好適に使用できる。本発明の無停電電源装置は、停電時のバックアップ機能だけでなく、通常稼動時における負荷装置への電力供給機能も具備しており、単なるバックアップ電源を越えた多機能性を備えている。 The present invention relates to an uninterruptible power supply device that includes a plurality of storage batteries and supplies stored power to a load device when a commercial power failure occurs. The uninterruptible power supply of the present invention can be suitably used for a communication device installed in a base station for wireless or wired communication. The uninterruptible power supply of the present invention has not only a backup function at the time of a power failure but also a power supply function to a load device during normal operation, and has a multi-functionality beyond a simple backup power supply.
この種の無停電電源装置の解決すべき問題の一つに、待機状態が長時間となることに起因する蓄電池の劣化問題がある。すなわち、充放電の繰り返しや経年変化により、蓄電池の蓄電容量或いは出力電圧が低下すると、停電時に所定の出力電圧を得ること、或いは当該出力電圧を所定時間得ることができず、結果として、バックアップ電源としての用をなさなくなる。 One of the problems to be solved by this type of uninterruptible power supply is a storage battery deterioration problem caused by a long standby state. That is, when the storage capacity or output voltage of the storage battery decreases due to repeated charge / discharge or aging, it is not possible to obtain a predetermined output voltage at the time of a power failure, or to obtain the output voltage for a predetermined time. Will no longer be used.
以上のような問題を解決するため、従来の無停電電源装置においては、蓄電池の劣化状況を種々の方法で検出できるようにしている。例えば、特許文献1に記載の直流電源システムでは、鉛電池またはニッケル水素電池である蓄電池に対して定期的に放電試験を実行し、当該試験結果より蓄電池の電池容量を確認できるようにしている。このように、定期的に放電試験を行なうようにしていると、蓄電池の劣化状況を捉えて、蓄電池の交換時期を知ることができる。 In order to solve the above problems, in the conventional uninterruptible power supply, the deterioration state of the storage battery can be detected by various methods. For example, in the DC power supply system described in Patent Document 1, a discharge test is periodically performed on a storage battery that is a lead battery or a nickel metal hydride battery, and the battery capacity of the storage battery can be confirmed from the test result. As described above, when the discharge test is performed periodically, it is possible to know the deterioration time of the storage battery and know the replacement time of the storage battery.
特許文献1の直流電源システムの問題は、蓄電池として鉛電池またはニッケル水素電池が採用されているため、頻繁に放電試験を実行することができないことにある。すなわち、鉛電池またはニッケル水素電池ではサイクル寿命特性が悪く、放電試験に伴なって充放電を繰り返すと寿命により電池容量が急激に低下することが避けられず、放電試験を頻繁に行なうことができない。このため、蓄電池の劣化状況を正確に検出し、その交換時期を的確に把握することが困難である。 The problem with the DC power supply system of Patent Document 1 is that a lead battery or a nickel metal hydride battery is employed as a storage battery, so that a discharge test cannot be performed frequently. That is, the cycle life characteristics of lead-acid batteries or nickel-metal hydride batteries are poor, and it is inevitable that the battery capacity will suddenly drop due to the life when repeated charge / discharge is accompanied with the discharge test, and the discharge test cannot be performed frequently. . For this reason, it is difficult to accurately detect the deterioration state of the storage battery and accurately grasp the replacement time.
加えて、特許文献1に係る直流電源システムでは、対象となる機器装置(例えば、基地局内に設置される通信装置)の通常稼動時における電力供給装置として適用することができず、商用電力量の低減を図ることができない。すなわち、特許文献1に係るシステムでは、放電試験時の電力は負荷へ供給されているため、無駄に消費されているとは言えないものの、上記のように、頻繁に放電試験を行なうことができないために、商用電源と併用して通常稼動時における商用電力量の低減に貢献することは不可能であると言わざるを得ない。 In addition, the DC power supply system according to Patent Document 1 cannot be applied as a power supply device during normal operation of a target device (for example, a communication device installed in a base station), Reduction cannot be achieved. That is, in the system according to Patent Document 1, since the electric power at the time of the discharge test is supplied to the load, it cannot be said that it is wasted, but the discharge test cannot be frequently performed as described above. Therefore, it must be said that it is impossible to contribute to the reduction of the amount of commercial power during normal operation in combination with the commercial power source.
本発明の目的は、蓄電池の劣化状況を的確に捉えて、信頼性に優れるとともに、対象機器の通常稼動時における電力供給装置としても使用することが可能であり、したがって商用電力使用量の低減に貢献し得る無停電電源装置を提供することにある。 An object of the present invention is to accurately grasp the deterioration state of a storage battery, and is excellent in reliability, and can also be used as a power supply device during normal operation of the target device. It is to provide an uninterruptible power supply that can contribute.
本発明は、商用電源1からの交流電力を直流電力に変換して負荷装置2に供給する整流器3と、複数個の電池ブロックBから構成される蓄電池ユニット4とを有し、商用電源1が停電状態となったときに、各電池ブロックBに蓄電されている電力を負荷装置2に供給する無停電電源装置を対象とする。複数個の電池ブロックBを並列接続して蓄電池ユニット4が構成されている。蓄電池ユニット4を構成する全ての電池ブロックBは、一定周期毎に、商用電源1の停電が発生したときに負荷装置2にバックアップ電力を供給するバックアップブロック群と、通常状態において負荷装置2に稼動電力を供給する電力供給ブロック群のいずれか一方の群にブロック分けされる。かかるブロック分けにより、各電池ブロックは、バックアップブロック群と電力供給ブロック群のいずれかに割り振られる。整流器3と負荷装置2とを接続する商用電力供給回路101中に、この回路を遮断するスイッチSTAが設けられており、スイッチSTAが、商用電力供給回路101を遮断した状態で、電力供給ブロック群を構成する電池ブロックBに対して放電動作を実行して負荷装置2に対して電力を供給する。そして、前記放電動作、および/又は放電動作後の充電動作時に、電力供給ブロック群を構成する各電池ブロックBの充放電特性を検知することで、各電池ブロックB単位でその劣化状況を捉えることができるようになっていることを特徴とする。
The present invention includes a rectifier 3 that converts AC power from a commercial power source 1 into DC power and supplies the DC power to a
蓄電池ユニット4と負荷装置2とを接続するユニット電力供給回路102に、この回路を遮断するスイッチSTBを設ける。蓄電池ユニット4とスイッチSTBとの間に、試験回路5接続する。試験回路5は、電池ブロックBからの出力電圧値が、負荷装置2の稼動電圧値よりも低圧の所定電圧値に至るまで、電池ブロックBに対する放電動作を実行するようになっている。そして、前記放電動作後に充電動作を実行して充電特性を検知することで、電池ブロックBの劣化状況を捉えることができるようになっている。
The unit
各日毎に、各電池ブロックBを、バックアップブロック群と電力供給ブロック群とに割り振る。電力供給ブロック群に対する充電動作を、夜間電力時間帯に行なうように設定する。 Each battery block B is allocated to a backup block group and a power supply block group every day. The charging operation for the power supply block group is set to be performed during the night power hours.
充放電特性に基づく各電池ブロックBの劣化状況の診断結果が、インターネット9を介して管理手段10に送られているようにすることができる。 The diagnosis result of the deterioration state of each battery block B based on the charge / discharge characteristics can be sent to the management means 10 via the Internet 9.
本発明の無停電電源装置においては、蓄電池ユニット4を構成する全ての電池ブロックBを、一定周期毎に停電発生時のバックアップ電源となるバックアップブロック群と、通常状態において負荷装置2に電力を供給する電力供給ブロック群のいずれか一方の群にブロック分けするようにした。そして、商用電力供給回路101を遮断した状態で、電力供給ブロック群から負荷装置2に対して電力を供給するようにした。このように、電力供給ブロック群を構成する電池ブロックBから、通常状態において負荷装置2に電力を供給するようにしていると、電池ブロックBからの電力供給時においては商用電力を用いることなく負荷装置2を稼動することができるので、商用電力の消費量の削減を図って負荷装置2のランニングコストの低減化に貢献できる。
In the uninterruptible power supply of the present invention, all battery blocks B constituting the
加えて、放電動作、および/又は放電動作後の充電動作時に、電力供給ブロック群を構成する各電池ブロックBの充放電特性を検知することで、各電池ブロックB単位でその劣化状況を捉えることができるようにしたので(以下、当該検知動作を第1検知動作という。)、電力供給ブロック群を構成する各電池ブロックBの劣化の進行具合を簡単確実に、しかも適確に把握することが可能となる。 In addition, by detecting the charge / discharge characteristics of each battery block B constituting the power supply block group during the discharging operation and / or the charging operation after the discharging operation, the deterioration state is captured for each battery block B unit. (Hereinafter, the detection operation is referred to as a first detection operation), so that the progress of deterioration of each battery block B constituting the power supply block group can be easily and accurately grasped. It becomes possible.
蓄電池ユニット4と負荷装置2とを接続するユニット電力供給回路102に試験回路5を接続して、電池ブロックBからの出力電圧値が、負荷装置2の稼動電圧値よりも低圧の所定電圧値に至るまで、電池ブロックBに対する放電動作を実行したのち、充電動作を実行して充電特性を検知することで、電池ブロックBの劣化状況をより正確に捉えることができる。すなわち、上記の第1検知動作により電池ブロックBの劣化状況を捉える方法では、実質的に負荷装置2の稼動電圧値に至るまで放電動作を行ない、その後に充電を行なうため、限られた電圧値の変動範囲を捉えることしかできず、正確に電池ブロックBの劣化状況を捉えることが困難である。これに対して、試験回路5を使って負荷装置2の稼動電圧値よりも低い所定の電圧値まで放電動作を行ない、その後の充電動作時の電池ブロックBの充電特性を検知するようにしていると(以下、当該検知動作を第2検知動作という。)、より広い電圧値の変動範囲で電池ブロックBの充電特性を検知することができるので、より正確に電池ブロックBの劣化状況を捉えることができる。
また、第1検知動作において劣化が見つかった電池ブロックBに対して、第2検知動作を行なうようにしてもよく、これにより、より適確に、しかも第2検知動作を行なうことに伴なう無駄な充電動作を行なうことなく、電池ブロックBの劣化状況を捉えることが可能となる。
The test circuit 5 is connected to the unit
In addition, the second detection operation may be performed on the battery block B in which the deterioration is found in the first detection operation, and accordingly, the second detection operation is performed more appropriately. It is possible to grasp the deterioration state of the battery block B without performing useless charging operation.
各日毎に、電力供給ブロック群に対する充電動作が、夜間電力時間帯に行なわれるようにしてあると、安価に設定された夜間電力時間帯の電力で電池ブロックBの充電を行なうことができる。したがって、対象機器となる負荷装置2を通常時に比べて安価な電力で稼動させることができるので、ランニングコストの削減に確実に貢献できる。
If the charging operation for the power supply block group is performed every day in the night power hours, the battery block B can be charged with the power in the night power hours set at low cost. Therefore, the
蓄電池ユニット4に搭載された各電池ブロックBの劣化状況の診断結果が、インターネット9を介して管理手段10に送られているようにしていると、複数の無停電電源装置を構成する電池ブロックBに対する管理手段10による一括管理が可能となる。管理手段10を使った遠隔地からの管理も可能となる。このことは、各無停電電源装置に対する定期的なメンテナンス作業の回数を最小限化できることを意味し、設備の保守管理コストの低減化に貢献できる。
When the diagnosis result of the deterioration status of each battery block B mounted on the
(装置の構成)
図1から図4は本発明に係る無停電電源装置の実施例を示す。図2に示すように、無停電電源装置は、商用電源1と負荷装置2との間に設置され、商用電源1から供給される交流電力を、直流電力に変換して負荷装置2に供給する整流器3と、電力を蓄電するための複数個の電池ブロックBを備えた蓄電池ユニット4と、電池ブロックBの試験動作を行なうための試験回路5とを備えている。本実施例では、負荷装置2の稼動電圧が58V〜45Vであり、整流器3の出力電圧は58Vに設定した。
(Device configuration)
1 to 4 show an embodiment of an uninterruptible power supply according to the present invention. As shown in FIG. 2, the uninterruptible power supply device is installed between the commercial power source 1 and the
(回路の構成)
整流器3と蓄電池ユニット4とは、負荷装置2に並列に接続されている。整流器3と負荷装置2を接続する回路中には、この回路の接続と遮断とを制御するスイッチSTAが設けられる。蓄電池ユニット4は整流器3と接続されており、充電用の電力が供給されるようになっている。蓄電池ユニット4と負荷装置2とを接続する回路中には、試験回路5と、この回路の接続と遮断とを制御するスイッチSTBとが記載順に設けられている。常態では、スイッチSTAとスイッチSTBとは、各回路を接続している。
(Circuit configuration)
The rectifier 3 and the
(電池ユニットの構成)
蓄電池ユニット4は、複数個の電池ブロックBを並列に接続して構成している。電池ブロックBは、鉛電池やニッケル水素電池などの使用も可能であるが、本実施例では、リチウムイオン二次電池を使用した。電池ブロックBは、シート状のリチウムイオン二次電池(セル)を並列に複数枚接続してモジュールを形成し、さらにこのモジュールを直列に複数組接続して構成してある。各電池ブロックBは、整流器3からの電力で充電されるので最大で58Vまで充電できる。電池ブロックBの搭載数は、負荷装置2の電源のバックアップを規定時間行なうのに必要な電池ブロックの台数よりも1台以上多く搭載するようにする。例えば、負荷装置2の電源を3時間バックアップするのに必要な電池ブロックBの台数が3台であるとすると、蓄電池ユニット4には、4台以上の電池ブロックBを搭載するようにする。本実施例では、蓄電池ユニット4に4台の電池ブロックBを搭載し、それぞれ電池ブロックB1・B2・B3・B4とした。
(Battery unit configuration)
The
(リチウムイオン二次電池の作用効果)
リチウムイオン二次電池からなる電池ブロックBを、電源要素として採用したことで得られる作用効果として、リチウムイオン二次電池はメモリー効果による電池容量の低下が無く、しかもサイクル特性に優れるため、電力供給とその後の充電とを繰り返した場合にも、電池容量が不用意に低下するおそれがなく、したがって、本願発明に係る無停電電源装置の電源要素として好適に使用することができる。また、リチウムイオン二次電池は、単位電圧あたりの重量および体積が、他の種類の二次電池に比べて軽く小さいため、装置の設置スペースを最小限に抑えることができる点でも優れる。
(Operation effect of lithium ion secondary battery)
As an effect obtained by adopting the battery block B made of lithium ion secondary battery as a power supply element, the lithium ion secondary battery has no decrease in battery capacity due to the memory effect and is excellent in cycle characteristics, so that power is supplied. And the subsequent charging are repeated, the battery capacity is not inadvertently reduced, and therefore can be suitably used as a power supply element of the uninterruptible power supply according to the present invention. In addition, since the weight and volume per unit voltage are lighter and smaller than other types of secondary batteries, the lithium ion secondary battery is excellent in that the installation space of the apparatus can be minimized.
(装置の制御)
整流器3から負荷装置2への電力の供給や、各電池ブロックB1・B2・B3・B4の充放電動作は、コントローラ6によって制御されている。コントローラ6は、一定周期毎に蓄電池ユニット4に搭載された複数個の電池ブロックB1・B2・B3・B4をバックアップブロック群と電力供給ブロック群とに割り振るように制御している。本実施例では、割り振りの変更を行なう周期を1日毎に設定してあり、図3に示すように、電池ブロックB1を電源供給ブロック群とした場合には、残りの電池ブロックB2・B3・B4をバックアップブロック群として使用するように制御する。翌日には、電池ブロックB2を電源供給ブロック群として使用し、残りの電池ブロックB1・B3・B4をバックアップブロック群とする。
(Control of equipment)
The
(電池ブロックの充放電動作の制御)
各電池ブロックB1・B2・B3・B4に、それぞれに設けられた充電用スイッチST11・ST12・ST13・ST14で充電動作が制御され、放電用スイッチST21・ST22・ST23・ST24で放電動作が制御される。各充電用スイッチST11〜ST14と、放電用スイッチST21〜ST24との制御は、コントローラ6で行なっており、常態では、各充電用スイッチST11〜ST14と、放電用スイッチST21〜ST24とは、各回路を遮断している。
(Control of battery block charge / discharge operation)
The charging operation is controlled by the charging switches ST11, ST12, ST13, and ST14 provided in each of the battery blocks B1, B2, B3, and B4, and the discharging operation is controlled by the discharging switches ST21, ST22, ST23, and ST24. The The
(電池ブロックから負荷装置への放電動作)
図1に示すように、コントローラ6は、夜間電力時間帯外(通常の電力料金が適用される時間帯)のあらかじめ設定された時間になると、電力供給ブロック群の電池ブロックBの放電動作を実行して、負荷装置2に対して電源供給を行なう。放電動作は、電力供給ブロック群として使用される電池ブロックBに対応する放電用スイッチを接続したのち、整流器3から負荷装置2への回路をスイッチSTAで遮断して、商用電源1の供給を停止した状態で行なうようになっている。放電動作を実行して、電池ブロックBの出力電圧が、あらかじめ設定したしきい値になると放電動作を停止するようにする。コントローラ6は、スイッチSTAを接続しながら放電用スイッチを遮断して、整流器3から負荷装置2へと電力を供給する。
(Discharge operation from battery block to load device)
As shown in FIG. 1, the
(電池ブロックの充電動作)
電力供給ブロック群の電池ブロックBは、放電動作終了後の充電動作を夜間電力時間帯(安価な電力料金が適用される時間帯)に実行する。充電動作は、電力供給ブロック群の電池ブロックBに対応する充電用スイッチを接続することで、整流器3からの電力の供給を受けて行なう。充電対象の電池ブロックBの電圧が58V(満充電)になったことをコントローラ6が検知すると、充電用スイッチを遮断して充電を終了する。この充電動作を夜間電力時間帯に実行することで、安価な電力で電池ブロックBを充電することができる。
(Battery block charging operation)
The battery block B of the power supply block group executes the charging operation after the end of the discharging operation in the nighttime power period (a period in which an inexpensive power charge is applied). The charging operation is performed by supplying power from the rectifier 3 by connecting a charging switch corresponding to the battery block B of the power supply block group. When the
(停電時の動作)
商用電源1の停電やトラブルにより整流器3の出力電圧が、あらかじめ設定されたしきい値以下になったことをコントローラ6が検知すると、バックアップ用の電力を負荷装置2に供給する。コントローラ6は、バックアップブロック群の全ての電池ブロックBに放電動作を実行させて、負荷装置2に対して電力を供給し、電源のバックアップを行なう。このとき、電力供給用の電池ブロックB群が放電動作を実行または終了していた場合であっても、バックアップに必要な電力量は、バックアップブロック群の電池ブロックBに蓄えられているので、規定時間内は確実に電力を供給することができ、無停電電源装置の機能を損なうことはない。商用電源1の停電やトラブルにより、電池ブロックBが放電動作を実行した場合においては、無停電電源装置の機能を維持する必要があるため、コントローラ6は夜間電力時間帯外であっても、商用電源1が有効になった時点で、速やかにバックアップブロック群の電池ブロックBの充電動作を開始する。
(Operation during power failure)
When the
(試験回路)
試験回路5はダミー負荷8と、ダミー負荷8への回路の接続と遮断とを制御するスイッチSTCとからなり、コントローラ6で制御されている。常態では、スイッチSTCは回路を遮断している。試験回路5は、電力供給ブロック群の電池ブロックBが放電動作を開始して一定時間経過したときに、スイッチSTCを短時間だけ接続して、ダミー負荷8に対して電流を流し、電池ブロックBの電圧にドロップを発生させる。また、試験回路5は後述する第2検知動作時にも使用する。
(Test circuit)
The test circuit 5 includes a
(電池ブロックの充放電特性の検知)
各電池ブロックBの充電動作、および放電動作時の充放電特性は、監視手段7によって記録されている。この監視手段7は、各電池ブロックBの充放電時に電圧と電流と温度との時間的変化を記録している。また、試験回路5による放電動作時の電圧のドロップの値も記録している。
(Detection of charge / discharge characteristics of battery block)
The charging and discharging characteristics of each battery block B during charging and discharging are recorded by the monitoring unit 7. The monitoring means 7 records temporal changes in voltage, current, and temperature during charging / discharging of each battery block B. Further, the value of the voltage drop during the discharging operation by the test circuit 5 is also recorded.
(電池ブロックの劣化状況の判断)
第1検知動作として、各電池ブロックBの劣化状況は、充放電時に記録された充放電特性と電圧ドロップの値とを基に判断される。監視手段7は、記録された各種データをあらかじめ記録されている正常時のデータと比較して、電池ブロックBの劣化状況がどの程度進行しているかどうかを判断する。しかし、この第1検知動作に使用されるデータは、電力供給ブロック群を構成する各電池ブロックBが電力供給の際に行なう放電動作、および充電動作時のデータであるため、負荷装置2の稼動電圧の範囲である58V〜45Vの間のデータしか比較することができない。前記電圧範囲のデータでは、各電池ブロックBの劣化の兆候は確認することができるが、実際の電池容量の低下がどの程度発生しているのかを判断することができない。したがって、監視手段7によって劣化が進行しているおそれがあると判断された電池ブロックBに対しては、第2検知動作が実行される。
(Judgment of battery block deterioration)
As the first detection operation, the deterioration state of each battery block B is determined based on the charge / discharge characteristics and the voltage drop value recorded at the time of charge / discharge. The monitoring unit 7 compares the recorded various data with the normal data recorded in advance to determine how much the deterioration state of the battery block B has progressed. However, since the data used for the first detection operation is data during the discharging operation and the charging operation performed when each battery block B constituting the power supply block group supplies power, the operation of the
(電池ブロックの実容量試験)
第2検知動作として、対象となる電池ブロックBに対して電池容量を判断する試験を行なう。電池ブロックBの実際の容量を判断するには、対象となる電池ブロックBを完全に放電させたのち、完全に充電を行なう必要がある。第2検知動作は、スイッチSTBを遮断した状態で、試験回路5のスイッチSTCと試験対象の電池ブロックBに対応する放電用スイッチとを接続して、電池ブロックBからダミー負荷8に対して放電する。このときにスイッチSTBを遮断する理由は、スイッチSTBを接続した状態で試験対象の電池ブロックBから放電を行なうと、負荷装置2に対して整流器3と試験対象の電池ブロックBとが並列に接続された状態となるため、電圧の低い方の電源に負荷が掛かり、破損するおそれがあるためである。電池ブロックBを完全放電したのち、各スイッチを常態に戻し、試験対象の電池ブロックBに対応する充電用スイッチを接続して、電池ブロックBを満充電にする。このときの充電特性から、試験対象の電池ブロックBの容量を確認し、劣化状況を判断する。
(Battery block actual capacity test)
As the second detection operation, a test for determining the battery capacity is performed on the target battery block B. In order to determine the actual capacity of the battery block B, it is necessary to completely charge the battery block B after completely discharging it. In the second detection operation, the switch STB is cut off, the switch STC of the test circuit 5 is connected to the discharge switch corresponding to the battery block B to be tested, and the
(無停電電源装置の管理)
図4に示すように、監視手段7は、インターネット9を介して管理センター(管理手段)10と接続されている。管理センター10は、複数の設備に設置された無停電電源装置を管理している。監視手段7で診断された各電池ブロックBの劣化状況のデータは、インターネット10を通じて管理センター11に送られる。電池ブロックBが寿命などでメンテナンスが必要と診断された場合には、該当する電池ブロックBの交換作業などが実行されて、無停電電源装置の保守管理がなされる。電池ブロックBを交換する場合には、交換対象の電池ブロックBを装置の回路から取り外す必要があるが、電池ブロックBは、回路中に並列に接続されているので、設備の運用を継続したまま電池ブロックBの交換作業が行なえる。
(Management of uninterruptible power supply)
As shown in FIG. 4, the monitoring unit 7 is connected to a management center (management unit) 10 via the Internet 9. The
ここで、本実施例における動作の説明をする。各電池ブロックB1・B2・B3・B4は、1日毎に電力供給用とバックアップ用とに割り振られる(図3参照)。ここでは、電池ブロックB1が電力供給ブロック群に割り振られ、他の電池ブロックB2・B3・B4はバックアップ用に割り振られた場合について説明する。夜間電力時間帯外に設定された放電時刻になると、コントローラ6は、電池ブロックB1に放電動作を実行させる。具体的には、図1に示すように、スイッチSTAを遮断してスイッチST21を接続する。スイッチSTAによって整流器3からの電力は停止し、電池ブロックB1の電力だけで、負荷装置2を稼動させる。
Here, the operation in the present embodiment will be described. Each battery block B1, B2, B3, B4 is allocated for power supply and backup every day (see FIG. 3). Here, a case where the battery block B1 is allocated to the power supply block group and the other battery blocks B2, B3, and B4 are allocated for backup will be described. When the discharge time set outside the nighttime power period comes, the
放電によって電池ブロックB1の電圧が低下し、電池ブロックB1の出力電圧が設定したしきい値になると、コントローラ6は、スイッチSTAを接続しながら放電用スイッチST21を遮断し、電池ブロックB1からの電力供給を停止して、整流器3から負荷装置2へと電力を供給する。電力供給ブロック群に割り振られた電池ブロックB1から放電している間は、無停電電源装置を通常稼動時の電力供給装置として利用しているので、整流器3を介した商用電力は使用されることなく負荷装置2を稼動させることができ、商用電力の電力消費量を確実に減らすことができるので、負荷装置2のランニングコストの低減化に貢献できる。
When the voltage of the battery block B1 decreases due to the discharge and the output voltage of the battery block B1 reaches the set threshold value, the
電池ブロックB1が放電動作を完了した状態のときに、商用電源の停電が発生した場合でも、バックアップブロック群に割り振られた電池ブロックB2・B3・B4に負荷装置2の電源をバックアップするための電力が確保されているので、無停電電源装置の機能を損なうことはない。
Even when a power failure occurs in the commercial power supply when the battery block B1 has completed the discharging operation, the power for backing up the power supply of the
図1に示すように、放電動作が終了したのち、夜間電力時間帯に設定された充電時刻になると、コントローラ6は、電池ブロックB1に対する充電動作を実行し、安価に設定された電力で充電を行なう。具体的には、スイッチST11を接続して、整流器3からの電力で電池ブロックB1を充電する。電池ブロックB1が完全に充電されると、スイッチST11を遮断して、充電を終了する。
As shown in FIG. 1, after the discharge operation is completed, when the charging time set in the nighttime power time period comes, the
充電動作終了後に監視装置7は、電池ブロックB1の充放電動作時の充放電動作、および放電動作時に試験回路5の動作によって発生した電圧ドロップのデータを記録し、正常時のデータと比較して、電池ブロックB1の劣化状況を判断する(第1検知動作)。第1検知動作の結果、劣化状況が進行している可能性があると判断された場合には、次回に電池ブロックB1が電力供給ブロック群に割り振られたときに、第2検知動作を実行するようにする。 After the completion of the charging operation, the monitoring device 7 records the voltage drop data generated by the charge / discharge operation during the charge / discharge operation of the battery block B1 and the operation of the test circuit 5 during the discharge operation, and compares it with the normal data. Then, the deterioration status of the battery block B1 is determined (first detection operation). As a result of the first detection operation, when it is determined that there is a possibility that the deterioration state has progressed, the second detection operation is executed the next time the battery block B1 is allocated to the power supply block group. Like that.
次の放電時刻には、電池ブロックB1・B2・B3・B4の電力供給ブロック群とバックアップブロック群との割り振りが変更されて、電池ブロックB2を電力供給ブロック群として、充放電動作を実行する。コントローラ6は、これらの動作を各日毎に繰り返して行なうように制御して、電力供給ブロック群に割り振られる電池ブロックBのローテーションを実施する。これにより、特定の電池ブロックBだけが放充電動作を繰り返して、劣化が進行するのを防止することができる。
At the next discharge time, the allocation of the power supply block group and the backup block group of the battery blocks B1, B2, B3, and B4 is changed, and the charge / discharge operation is performed using the battery block B2 as the power supply block group. The
第2検知動作が必要と判断された電池ブロックBに対しては、試験対象の電池ブロックBが電力供給ブロック群に割り振られたときの放電動作終了後に、その動作を行なうようにする。第2検知動作は、スイッチSTBを遮断した状態で、試験回路5のスイッチSTCと試験対象の電池ブロックBに対応する放電用スイッチとを接続して、電池ブロックBからダミー負荷8に対して放電して、対象となる電池ブロックBを完全に放電させる。その後の夜間電力時間帯に設定された充電時刻に充電動作を実行して満充電とする。このときの充電特性を捉えて、データを基に電池容量を判断し、メンテナンスが必要かどうかを決定する。メンテナンスが必要と判断された場合には、交換作業などを実行して、無停電電源装置の保守管理がなされ、無停電電源装置の機能を維持する。
For the battery block B determined to require the second detection operation, the operation is performed after the discharge operation when the battery block B to be tested is assigned to the power supply block group. In the second detection operation, the switch STB is cut off, the switch STC of the test circuit 5 is connected to the discharge switch corresponding to the battery block B to be tested, and the
以上のように、蓄電池ユニット4を構成する全ての電池ブロックBを、一定周期毎に停電発生時のバックアップ電源となるバックアップブロック群と、通常状態において負荷装置2に電力を供給する電力供給ブロック群のいずれか一方の群にブロック分けするようにした。そして、商用電力供給回路101を遮断した状態で、電力供給ブロック群から負荷装置2に対して電力を供給するようにした。このように、電力供給ブロック群を構成する電池ブロックBから、通常状態において負荷装置2に電力を供給するようにしていると、電池ブロックBからの電力供給時においては商用電力を用いることなく負荷装置2を稼動することができるので、商用電力の消費量の削減を図って負荷装置2のランニングコストの低減化に貢献できる。
As described above, all the battery blocks B constituting the
加えて、放電動作、および/又は放電動作後の充電動作時に、電力供給ブロック群を構成する各電池ブロックBの充放電特性を検知することで、各電池ブロックB単位でその劣化状況を捉えることができるようにしたので、電力供給ブロック群を構成する各電池ブロックBの劣化の進行具合を簡単確実に、しかも適確に把握することが可能となる。 In addition, by detecting the charge / discharge characteristics of each battery block B constituting the power supply block group during the discharging operation and / or the charging operation after the discharging operation, the deterioration state is captured for each battery block B unit. Therefore, it is possible to easily and accurately grasp the progress of deterioration of each battery block B constituting the power supply block group.
リチウムイオン二次電池はメモリー効果による電池容量の低下が無く、しかもサイクル特性に優れるため、電力供給とその後の充電とを繰り返した場合にも、電池容量が不用意に低下するおそれがなく、したがって、本願発明に係る無停電電源装置の電源要素として好適に使用することができる。また、リチウムイオン二次電池は、単位電圧あたりの重量および体積が、他の種類の二次電池に比べて軽く小さいため、装置の設置スペースを最小限に抑えることができる点でも優れている。 Lithium-ion secondary batteries have no battery capacity reduction due to the memory effect and are excellent in cycle characteristics. Therefore, even when power supply and subsequent charging are repeated, there is no risk of the battery capacity being inadvertently reduced. The power supply element of the uninterruptible power supply according to the present invention can be suitably used. In addition, the lithium ion secondary battery is superior in that the installation space of the apparatus can be minimized because the weight and volume per unit voltage are lighter and smaller than other types of secondary batteries.
蓄電池ユニット4と負荷装置2とを接続するユニット電力供給回路102に試験回路5を接続して、電池ブロックBからの出力電圧値が、負荷装置2の稼動電圧値よりも低圧の所定電圧値に至るまで、電池ブロックBに対する放電動作を実行したのち、充電動作を実行して、充電特性を検知することにより、電池ブロックBの劣化状況を捉えるようにすることで、電池ブロックBの劣化状況をより正確に捉えることができる。すなわち、上記の第1検知動作により電池ブロックBの劣化状況を捉える方法では、実質的に負荷装置2の稼動電圧値に至るまで放電動作を行ない、その後に充電を行なうため、限られた電圧値の変動範囲を捉えることしかできず、正確に電池ブロックBの劣化状況を捉えることが困難である。これに対して、試験回路5を使って負荷装置2の稼動電圧値よりも低い所定の電圧値まで放電動作を行ない、その後の充電動作時の電池ブロックBの充電特性を検知するようにしていると、より広い電圧値の変動範囲で電池ブロックBの充電特性を検知することができるので、より正確に電池ブロックBの劣化状況を捉えることができる。
また、第1検知動作において劣化が見つかった電池ブロックBに対して、第2検知動作を行なうようにしてもよく、これにより、より適確に、しかも第2検知動作を行なうことに伴なう無駄な充電動作を行なうことなく、電池ブロックBの劣化状況を捉えることが可能となる。
The test circuit 5 is connected to the unit
In addition, the second detection operation may be performed on the battery block B in which the deterioration is found in the first detection operation, and accordingly, the second detection operation is performed more appropriately. It is possible to grasp the deterioration state of the battery block B without performing useless charging operation.
各日毎に、電力供給ブロック群に対する充電動作が、夜間電力時間帯に行なわれるようにしてあると、安価に設定された夜間電力時間帯の電力で電池ブロックBの充電を行なうことができる。したがって、対象機器となる負荷装置2を通常時に比べて安価な電力で稼動させることができるので、ランニングコストの削減に確実に貢献できる。
If the charging operation for the power supply block group is performed every day in the night power hours, the battery block B can be charged with the power in the night power hours set at low cost. Therefore, the
蓄電池ユニット4に搭載された各電池ブロックBの劣化状況の診断結果が、インターネット9を介して管理手段10に送られているようにしていると、複数の無停電電源装置を構成する電池ブロックBに対する管理手段10による一括管理が可能となる。管理手段10を使った遠隔地からの管理も可能となる。このことは、各無停電電源装置に対する定期的なメンテナンス作業の回数を最小限化できることを意味し、設備の保守管理コストの低減化に貢献できる。
When the diagnosis result of the deterioration status of each battery block B mounted on the
1 商用電源
2 負荷装置
3 整流器
4 蓄電池ユニット
5 試験回路
7 監視手段
9 インターネット
10 管理手段(管理センター)
101 商用電源供給回路
102 ユニット電源供給回路
B 電池ブロック
STA スイッチ
STB スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
101 Commercial
Claims (4)
複数個の電池ブロック(B)を並列接続することで、蓄電池ユニット(4)が構成されており、
蓄電池ユニット(4)を構成する全ての電池ブロック(B)は、一定周期毎に、商用電源(1)の停電が発生したときに負荷装置(2)にバックアップ電力を供給するバックアップブロック群と、通常状態において負荷装置(2)に稼動電力を供給する電力供給ブロック群のいずれか一方の群にブロック分けされ、かかるブロック分けにより、各電池ブロック(B)は、バックアップブロック群と電力供給ブロック群のいずれかに割り振られるようになっており、
整流器(3)と負荷装置(2)とを接続する商用電力供給回路(101)中に、この回路を遮断するスイッチ(STA)が設けられており、スイッチ(STA)が、商用電力供給回路(101)を遮断した状態で、電力供給ブロック群を構成する電池ブロック(B)に対して放電動作を実行して負荷装置(2)に対して電力を供給し、
前記放電動作、および/又は放電動作後の充電動作時に、電力供給ブロック群を構成する各電池ブロック(B)の充放電特性を検知することで、各電池ブロック(B)単位でその劣化状況を捉えることができるようになっていることを特徴とする無停電電源装置。 It has a rectifier (3) that converts AC power from a commercial power source (1) into DC power and supplies it to a load device (2), and a storage battery unit (4) composed of a plurality of battery blocks (B). An uninterruptible power supply that supplies the power stored in each battery block (B) to the load device (2) when the commercial power supply (1) is in a power failure state,
A storage battery unit (4) is configured by connecting a plurality of battery blocks (B) in parallel.
All the battery blocks (B) constituting the storage battery unit (4) have a backup block group for supplying backup power to the load device (2) when a power failure of the commercial power source (1) occurs at regular intervals; The battery block (B) is divided into one group of power supply block groups that supply operating power to the load device (2) in the normal state, and each battery block (B) is divided into a backup block group and a power supply block group. Is assigned to any of the
A switch (STA) that cuts off this circuit is provided in the commercial power supply circuit (101) that connects the rectifier (3) and the load device (2), and the switch (STA) is connected to the commercial power supply circuit ( 101), the battery block (B) constituting the power supply block group is discharged to supply power to the load device (2).
By detecting the charge / discharge characteristics of each battery block (B) constituting the power supply block group at the time of the discharging operation and / or the charging operation after the discharging operation, the deterioration state of each battery block (B) can be determined. An uninterruptible power supply characterized by being able to be captured.
蓄電池ユニット(4)とスイッチ(STB)との間に、試験回路(5)が接続されており、
試験回路(5)は、電池ブロック(B)からの出力電圧値が、負荷装置(2)の稼動電圧値よりも低圧の所定電圧値に至るまで、電池ブロック(B)に対する放電動作を実行するようになっており、
前記放電動作後に充電動作を実行して充電特性を検知することにより、電池ブロック(B)の劣化状況を捉えることができるようになっている請求項1記載の無停電電源装置。 The unit power supply circuit (102) for connecting the storage battery unit (4) and the load device (2) is provided with a switch (STB) for cutting off this circuit,
A test circuit (5) is connected between the storage battery unit (4) and the switch (STB),
The test circuit (5) performs a discharging operation on the battery block (B) until the output voltage value from the battery block (B) reaches a predetermined voltage value lower than the operating voltage value of the load device (2). And
The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein a deterioration state of the battery block (B) can be grasped by executing a charging operation after the discharging operation and detecting a charging characteristic.
電力供給ブロック群に対する充電動作が、夜間電力時間帯に行なわれるように設定されている請求項1または2記載の無停電電源装置。 Each battery block (B) is allocated to a backup block group and a power supply block group every day,
The uninterruptible power supply according to claim 1 or 2, wherein a charging operation for the power supply block group is set to be performed during a nighttime power time zone.
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