無停電電源装置
【課題】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、商用電力量の低減に貢献し得る無停電電源装置を提供する。
【解決手段】蓄電池ユニット４は複数個の電池ブロックＢを並列接続して構成する。各電池ブロックは、一定周期毎に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を遮断するスイッチ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。放電動作、および／又は放電動作後の充電動作時に、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。
【解決手段】蓄電池ユニット４は複数個の電池ブロックＢを並列接続して構成する。各電池ブロックは、一定周期毎に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を遮断するスイッチ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。放電動作、および／又は放電動作後の充電動作時に、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３００４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る無停電電源装置の実施例を示す各スイッチの動作タイミングを表すタイムチャートである。
【図２】無停電電源装置の実施例を示すブロック構成図である。
【図３】電池ブロックの切り換え状態を表す図である。
【図４】蓄電池ユニットの管理方法を示すブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１８】
（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。
【００１９】
（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。
【００２０】
（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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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。
【００２３】
（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。
【００２４】
（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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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。
【００２７】
（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。
【００２８】
（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。
【００２９】
（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。
【００３０】
（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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【符号の説明】
【００４５】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３００４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る無停電電源装置の実施例を示す各スイッチの動作タイミングを表すタイムチャートである。
【図２】無停電電源装置の実施例を示すブロック構成図である。
【図３】電池ブロックの切り換え状態を表す図である。
【図４】蓄電池ユニットの管理方法を示すブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１８】
（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。
【００１９】
（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。
【００２０】
（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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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。
【００２３】
（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。
【００２４】
（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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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。
【００２７】
（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。
【００２８】
（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。
【００２９】
（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。
【００３０】
（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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【符号の説明】
【００４５】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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であって、
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。
【請求項２】
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）が設けられており、
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。
【請求項３】
各日毎に、各電池ブロック（Ｂ）が、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られるようになっており、
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。
【請求項４】
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なっている請求項１、２または３記載の無停電電源装置。
【請求項１】
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であって、
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。
【請求項２】
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）が設けられており、
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。
【請求項３】
各日毎に、各電池ブロック（Ｂ）が、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られるようになっており、
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。
【請求項４】
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なっている請求項１、２または３記載の無停電電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２０００２３（Ｐ２０１１−２０００２３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６４１８５（Ｐ２０１０−６４１８５）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００１６３３９４）株式会社コミューチュア (12)
【出願人】（３９７００９１５２）エナックス株式会社 (23)
【出願人】（５１００７８１６０）電動車両技術開発株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００１６３３９４）株式会社コミューチュア (12)
【出願人】（３９７００９１５２）エナックス株式会社 (23)
【出願人】（５１００７８１６０）電動車両技術開発株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
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