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CN106464005B - 不间断电源装置 - Google Patents

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CN106464005B CN201580034076.9A CN201580034076A CN106464005B CN 106464005 B CN106464005 B CN 106464005B CN 201580034076 A CN201580034076 A CN 201580034076A CN 106464005 B CN106464005 B CN 106464005B
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Abstract

本发明的不间断电源装置(10)中，在第1电池组(121)进行充电中、以及在第1电池组(121)充电至满充电状态后第1电池组(121)的电压(V21)降低至负载装置(30)的上限电压以下为止的期间中，禁止第1电池组(121)进行放电并允许第2电池组(122)进行放电，在第2电池组(122)进行充电中、以及在第2电池组(122)充电至满充电状态后第2电池组(122)的电压(V22)降低至负载装置(30)的上限电压以下为止的期间中，禁止第2电池组(122)进行放电并允许第1电池组(121)进行放电。

Description

不间断电源装置
技术领域
本发明涉及不间断电源装置。
背景技术
不间断电源装置是在成为因停电等而无法由外部电源向负载装置进行供电的状态时，为了继续进行负载装置的动作，由预先充电的充电电池向负载装置供电的电源装置。不间断电源装置的充电电池在通常情况下一般以外部电源的电力进行充电。作为不间断电源装置所使用的充电电池的一个例子，例如镍氢充电电池等的碱性充电电池是众所周知的。
碱性充电电池在其性质上需要以高于额定电压的电压进行充电。但是一般在不间断电源装置中，碱性充电电池的额定电压与外部电源的电压相同。因此，仅利用上述外部电源的电力无法将碱性充电电池充电至充满电的状态。
若例如使用额定电压低于外部电源的电压的充电电池，则能利用外部电源的电力将充电电池充电至满充电状态。停电时，例如通过DC/DC转换器将充电电池的电压升压至与外部电源的电压相同的电压，由此能以充电电池的电力使负载装置进行动作。然而，这种情况下，因设置了停电时对充电电池的电压进行升压的DC/DC转换器，产生了不间断电源装置的大型化以及成本增加这样的课题。
对于该课题，已知有以下备用电源装置，即：将充电电池的额定电压设定为与外部电源的电压为相同电压后，充电时利用DC/DC转换器对外部电源的电压进行升压，利用该DC/DC转换器的输出电压对充电电池进行充电(例如参照专利文献1)。根据具有该结构的现有技术，不再需要在停电时对充电电池的电压进行升压的DC/DC转换器，因此不间断电源装置的小型化以及低成本化成为可能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-95129号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，上述现有技术构成为停电时通过二极管或FET从充电电池向负载装置供电。也就是说该技术中存在以下问题：即，从充电电池向负载装置供电时，因二极管或FET中产生的电压降以及电力损耗导致无法高效地利用充电电池的电力。
本发明是鉴于上述状况而完成的，其目的在于提供一种能高效利用充电电池的电力的不间断电源装置。
解决技术问题所采用的技术手段
<本发明的第1方式>
本发明的第1方式的不间断电源装置的特征在于，包括：输入输出端子，该输入输出端子与从外部电源向负载装置供电的电源线并联连接；电池单元，该电池单元包含额定电压与所述外部电源的电压为相同电压的第1电池组以及第2电池组；充电电路，该充电电路将所述外部电源的电压升压至所述第1电池组以及所述第2电池组的充电电压并对所述电池单元进行充电；放电电路，该放电电路在所述外部电源停电时，通过所述输入输出端子从所述电池单元向所述负载装置进行放电；以及控制装置，该控制装置控制所述充电电路以及放电电路，对于所述控制装置，在所述第1电池组进行充电中、以及在所述第1电池组充电直至满充电状态后所述第1电池组的电压降低至所述负载装置的上限电压以下为止的期间中，禁止所述第1电池组进行放电并允许所述第2电池组进行放电，在所述第2电池组进行充电中、以及在所述第2电池组充电直至满充电状态后所述第2电池组的电压降低至所述负载装置的上限电压以下为止的期间中，禁止所述第2电池组进行放电并允许所述第1电池组进行放电。
对于以充电电压进行充电的充电中的碱性充电电池，在达到满充电状态前，其电压高于额定电压。此外，对于充电至满充电状态的碱性充电电池的电压，其在刚充电后与充电电压是大致相同电压，此后，逐渐降低。因此，对于充电中以及刚充电至满充电状态后的碱性充电电池，其电压可能高于负载装置的上限电压。因此，若此时发生停电并从充电电池向负载装置供电，则有可能发生负载装置的停止以及故障等。
本发明的不间断电源装置有如下构成：即，设置有额定电压与外部电源的电压为相同电压的第1电池组以及第2电池组，将外部电源的电压升压至充电电压并对第1电池组以及第2电池组充电。在第1电池组进行充电中、以及在第1电池组充电直至满充电状态后第1电池组的电压降低至负载装置的上限电压以下为止的期间中，禁止第1电池组进行放电并允许第2电池组进行放电，同样的，在第2电池组进行充电中、以及在第2电池组充电直至满充电状态后第2电池组的电压降低至负载装置的上限电压以下为止的期间中，禁止第2电池组进行放电并允许第1电池组进行放电，
根据上述结构，在停电时始终能够从第1电池组或者第2电池组向负载装置供电，因此能够使负载装置可靠地持续动作。此外，停电时从电池单元向负载装置供电时，电池单元的输出电压始终在负载装置的上限电压以下，因此能够事先防止负载装置的停止以及故障等。停电时，能够从电池单元直接向负载装置供电，因此能够高效地利用电池单元的电力。
根据本发明的第1方式能够获得如下作用效果，即，能提供一种能够高效利用充电电池的电力的不间断电源装置。
<本发明的第2方式>
本发明的第2方式的不间断电源装置，其特征在于，在所述本发明的第1方式中，所述控制装置以所述第1电池组以及所述第2电池组的电压均低于所述负载装置的下限电压为条件，同时对所述第1电池组以及所述第2电池组进行充电，并允许所述第1电池组以及所述第2电池组进行放电，直至所述第1电池组以及所述第2电池组的电压达到所述负载装置的上限电压为止。
根据本发明的第2方式，在第1电池组以及第2电池组的电压均低于负载装置的下限电压的情况下，通过对两者同时进行充电，能够在短时间内高效地对第1电池组以及第2电池组进行充电。此外，在该期间中，通过允许第1电池组以及第2电池组这两者进行放电，从而在充电中即使发生停电也能够向负载装置供电。
<本发明的第3方式>
本发明的第3方式的不间断电源装置，其特征在于，在所述本发明的第2方式中，所述放电电路包含：半导体元件，该半导体元件设置于从所述电池单元到所述输入输出端子的放电路径，对所述电池单元的电压进行降压；以及旁路电路，该旁路电路对所述半导体元件进行旁路。
在同时对第1电池组以及第2电池组进行充电并允许第1电池组以及第2电池组这两者进行放电的状态下，若第1电池组以及第2电池组的电压达到负载装置的上限电压，则无法进行进一步充电。
根据本发明第3方式，在从电池单元到输入输出端子的放电路径中设置有半导体元件，因此能够对第1电池组以及第2电池组进行充电，直至第1电池组以及第2电池组的电压相比负载装置的上限电压要高半导体元件所产生的电压降的量。由此，能够延长第1电池组以及第2电池组同时进行充电的时间，因此能够更高效地对第1电池组以及第2电池组进行充电。此外，在停电时将电池单元的电力提供给负载装置时，对设置于放电路径的半导体元件进行旁路。由此，在停电时，能够避免因半导体元件产生的电压降以及电力损耗导致无法高效利用电池单元的电力的情况。
<本发明的第4方式>
本发明第4方式的不间断电源装置，其特征在于，在所述本发明的第1至第3方式的任一方式中，对于所述控制装置，在停电时允许所述第1电池组进行放电的情况下，以所述第1电池组的电压低于所述负载装置的下限电压为条件允许所述第2电池组进行放电，在停电时允许所述第2电池组进行放电的情况下，以所述第2电池组的电压低于所述负载装置的下限电压为条件允许所述第1电池组进行放电。
由此，允许第1电池组和第2电池组中的任意一个进行放电，在放电至其电压低于负载装置的下限电压后，允许另一个电池组进行放电，从而能够减少第1电池组或第2电池组进行补充充电的机会。因此根据本发明的第4方式，能够减少由电池单元的记忆效应引起的暂时性电压下降的风险。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够高效利用充电电池电力的不间断电源装置。
附图说明
图1是示出本发明所涉及的不间断电源装置的构成的电路图。
图2是示出本发明所涉及的不间断电源装置的充放电控制的时序图。
图3是示出本发明所涉及的不间断电源装置的变形例的构成的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
另外，本发明并不特别限定于以下说明的实施例，可以在权利要求所记载的发明范围内进行各种变形。
＜不间断电源装置10的构成＞
参照图1对本发明所涉及的不间断电源装置10的构成进行说明。
图1是示出不间断电源装置10的构成的电路图。
不间断电源装置10是在成为因停电等而无法从外部电源20向负载装置30进行供电的状态时，为了继续进行负载装置30的动作，而向负载装置30供电的电源装置。
不间断电源装置10具备输入输出端子11、电池单元12、充放电电路13以及控制装置14。
输入输出端子11与从外部电源20向负载装置30供电的电源线21并联连接。这里的外部电源20是例如将商用交流电转换为电压V1的直流电的电源装置。此外，负载装置30是利用电压V1的直流电进行动作的电子设备。
电池单元12包含由镍氢充电电池等碱性充电电池串联或并联连接构成的第1电池组121以及第2电池组122。第1电池组121以及第2电池组122均具有与外部电源20的电压V1为相同额定电压的电池电源。此外，电池单元12包含检测第1电池组121以及第2电池组122的电压以及温度的电路(图示省略)。
作为「充电电路」以及「放电电路」的充放电电路13，其将外部电源20的电压V1升压至第1电池组121以及第2电池组122的充电电压V3并对电池单元12充电。此外，充放电电路13在外部电源20停电时，通过输入输出端子11从电池单元12向负载装置30放电。充放电电路13包含DC/DC转换器131、第1充电开关SW1、第1放电开关SW2、第2充电开关SW3以及第2放电开关SW4。
DC/DC转换器131是将外部电源20的电压V1升压至第1电池组121以及第2电池组122的充电电压V3的电压转换装置。更具体而言，DC/DC转换器131是输入输出绝缘型的升压型DC/DC转换器。
第1充电开关SW1是导通/断开第1电池组121的充电的开关。更具体而言，第1充电开关SW1的一端侧与DC/DC转换器131的输出连接，另一端侧与第1电池组121的正极连接。第1电池组121的负极接地。通过导通第1充电开关SW1，以DC/DC转换器131的输出电压(充电电压V3)对第1电池组121进行充电。
第1放电开关SW2是导通/断开第1电池组121的放电的开关。更具体而言，第1放电开关SW2的一端侧与输入输出端子11连接，另一端侧与第1电池组121的正极连接。通过导通第1放电开关SW2，第1电池组121成为能通过输入输出端子11向负载装置30进行放电的状态，即，成为允许放电的状态。
第2充电开关SW3是导通/断开第2电池组122的充电的开关。更具体而言，第2充电开关SW3的一端侧与DC/DC转换器131的输出连接，另一端侧与第2电池组122的正极连接。第2电池组122的负极接地。通过导通第2充电开关SW3，以DC/DC转换器131的输出电压(充电电压V3)对第2电池组122进行充电。
第2放电开关SW4是导通/断开第2电池组122的放电的开关。更具体而言，第2放电开关SW4的一端侧与输入输出端子11连接，另一端侧与第2电池组122的正极连接。通过导通第2放电开关SW4，第2电池组122成为能通过输入输出端子11向负载装置30放电的状态，即，成为允许放电的状态。
控制装置14是控制充放电电路13的众所周知的微机控制装置。更具体而言，控制装置14是基于第1电池组121的电压V21、温度，第2电池组122的电压V22、温度等，执行第1充电开关SW1、第1放电开关SW2、第2充电开关SW3以及第2放电开关SW4的导通/断开控制。
＜不间断电源装置10的充放电控制＞
参照图2对控制装置14所执行的第1电池组121以及第2电池组122的充放电控制进行说明。
图2是示出不间断电源装置10的充放电控制的时序图。图2的时序图中，将第1电池组121的电压V21用实线示出、将第2电池组122的电压V22用虚线示出。
这里作为一个实施例，将外部电源20的电压V1，第1电池组121的额定电压以及第2电池组122的额定电压均设为54V。此外，将DC/DC转换器131的输出电压(充电电压V3)设为60V。负载装置30是工作电压在40V至56V的电子设备，将其下限电压设定为40V，上限电压设定为54V。
以第1电池组121的电压V21以及第2电池组122的电压V22均低于负载装置30的下限电压(40V)为条件，同时对第1电池组121以及第2电池组122进行充电，并允许第1电池组121以及第2电池组122进行放电，直至第1电池组121的电压V21以及第2电池组122的电压V22达到负载装置30的上限电压(54V)为止。更具体而言，将第1充电开关SW1、第1放电开关SW2、第2充电开关SW3以及第2放电开关SW4全部设为导通，直至第1电池组121的电压V21以及第2电池组122的电压V22达到54V为止。
由此，在第1电池组121的电压V21以及第2电池组122的电压V22均低于负载装置30的下限电压的情况下，对两者同时进行充电，从而能够在短时间内高效地对第1电池组121以及第2电池组122进行充电。另外，在该期间中，因允许第1电池组121以及第2电池组122这两者进行放电，在充电中即使发生停电也能够向负载装置30进行供电。
在第1电池组121的电压V21以及第2电池组122的电压V22成为与外部电源20的电压V1为相同电压的时刻，继续对第1电池组121进行充电，并停止对第2电池组122进行充电。此外，在禁止第1电池组121进行放电的同时，仍然允许第2电池组122进行放电。更具体而言，在第1电池组121的电压V21以及第2电池组122的电压V22成为54V的时刻(时刻T1)，断开第1放电开关SW2以及第2充电开关SW3。
在第1电池组121充电至满充电状态的时刻，停止第1电池组121的充电。更具体而言，在第1电池组121充电至满充电状态的时刻(时刻T2)，断开第1充电开关SW1。在第1电池组121充电至满充电状态后，在第1电池组121的电压V21降低到负载装置30的上限电压(54V)以下的时刻，允许第1电池组121进行放电，并同时禁止第2电池组122的放电而开始进行充电。更具体而言，在第1电池组121的电压V21降低到54V以下的时刻(时刻T3)，导通第1放电开关SW2以及第2充电开关SW3，并同时断开第2放电开关SW4。
即，在第1电池组121为充电中、以及在第1电池组121充电至满充电状态后第1电池组121的电压V21降低到负载装置30的上限电压以下为止的期间中，控制装置14禁止第1电池组121的放电(断开第1放电开关SW2)，允许第2电池组122的放电(导通第2放电开关SW4)。
在第2电池组122充电至满充电状态的时刻，停止第2电池组122的充电。更具体而言，在第2电池组122在充电至满充电状态的时刻(时刻T4)，断开第2充电开关SW3。在第2电池组122充电至满充电状态后，在第2电池组122的电压V22降低到负载装置30的上限电压(54V)以下的时刻，允许第2电池组122进行放电，并同时禁止第1电池组121的放电而开始进行充电。更具体而言，在第2电池组122的电压V22降低到54V以下的时刻(时刻T5)，导通第2放电开关SW4以及第1充电开关SW1，并同时断开第1放电开关SW2。
即，在第2电池组122为充电中、以及在第2电池组122充电至满充电状态后第2电池组122的电压V22降低到负载装置30的上限电压以下为止的期间中，禁止第2电池组122的放电(断开第2放电开关SW4)，允许第1电池组121的放电(导通第1放电开关SW2)。
由此，不间断电源装置10维持始终允许第1电池组121及第2电池组122的某一方进行充电，而另一方进行放电的状态。即，对于不间断电源装置10，在停电时，始终能够从第1电池组121或者第2电池组122向负载装置30进行供电，因此能够可靠地使负载装置30持续进行动作。此外，在停电时从电池单元12向负载装置30供电时，电池单元12的输出电压(第1电池组121的电压V21或者第2电池组122的电压V22)始终在负载装置30的上限电压以下，因此能够事先防止负载装置30的停止以及故障等。停电时能够从电池单元12直接向负载装置30供电，因此能够高效地利用电池单元12的电力。
根据本发明，能够提供一种能高效利用充电电池电力的不间断电源装置10。
此外，优选本发明的不间断电源装置10中，在停电时允许第1电池组121进行放电的情况下，以第1电池组121的电压V21低于负载装置30的下限电压作为条件，允许第2电池组122进行放电。同样的，优选在停电时允许第2电池组122进行放电的情况下，以第2电池组122的电压V22低于负载装置30的下限电压作为条件，允许第1电池组121进行放电。这并不是本发明所必须的结构要素，但利用该结构能够减少第1电池组121或第2电池组122进行补充充电的机会，因而能够减少由电池单元12的记忆效应引起暂时性电压下降的风险。
＜变形例＞
参照图3对本发明所涉及的不间断电源装置10的变形例进行说明。
图3是示出不间断电源装置10的变形例的构成的电路图。
不间断电源装置10的变形例除了充放电电路13的构成以外，其他构成都与图1所示的不间断电源装置10相同，对于共同的构成要素，标注相同的标号并省略详细说明。
更具体而言，变形例的充放电电路13在图1所示的充放电电路13的基础上，进一步设置了二极管D1、D2以及旁路开关SW5。
二极管D1、D2串联连接。二极管D1的阴极与输入输出端子11连接。二极管D2的阳极通过第1放电开关SW2以及第2放电开关SW4与第1电池组121以及第2电池组122的正极连接。即，二极管D1、D2设置于从电池单元12到输入输出端子11的放电路径，是对电池单元12的电压进行降压的半导体元件。
作为「旁路电路」的旁路开关SW5，其一端与二极管D1的阴极连接，另一端与二极管D2的阳极连接。即，旁路开关SW5是在从电池单元12到输入输出端子11的放电路径中对二极管D1、D2进行旁路的开关。旁路开关SW5由控制装置14控制其导通/断开。
上述控制装置14中，以第1电池组121的电压V21以及第2电池组122的电压V22均低于负载装置30的下限电压(40V)为条件，同时对第1电池组121以及第2电池组122进行充电，并允许第1电池组121以及第2电池组122进行放电，直至第1电池组121的电压V21以及第2电池组122的电压V22达到负载装置30的上限电压(54V)为止。图1所示的充放电电路13中，在同时对第1电池组121以及第2电池组122进行充电并允许第1电池组121以及第2电池组122进行放电的状态下，若第1电池组121的电压V21以及第2电池组122的电压V22成为负载装置30的上限电压(54V)，则无法进行进一步充电。
与之相对，变形例的充放电电路13(图3)中，二极管D1、D2产生约1V的电压降。因此，在使旁路开关SW5断开的状态下，能使第1电池组121的电压V21以及第2电池组122的电压V22在输入输出端子11中下降约1V。由此，变形例的充放电电路13中，能对第1电池组121以及第2电池组122进行充电，直至第1电池组121的电压V21以及第2电池组122的电压V22相比负载装置30的上限电压(54V)要高二极管D1、D2所产生的电压下降的量(约1V)。
即，在第1电池组121的电压V21以及第2电池组122的电压V22成为约55V为止，而允许第1电池组121以及第2电池组122进行放电的状态下，变形例的充放电电路13能同时对第1电池组121以及第2电池组122进行充电。
由此，由于能够延长第1电池组121以及第2电池组122同时进行充电的时间，因此变形例的充放电电路13能更高效地对第1电池组121以及第2电池组122进行充电。
此外，在停电时将电池单元12的电力提供给负载装置30时，控制装置14导通旁路开关SW5来对二极管D1、D2进行旁路。由此，在停电时，能够避免因二极管D1、D2产生的电压降以及电力损耗所导致的无法高效利用电池单元12的电力的情况。
标号说明
10 不间断电源装置
11 输入输出端子
12 电池单元
13 充放电电路
14 控制装置
20 外部电源
30 负载装置
121 第1电池组
122 第2电池组
131 DC/DC转换器
D1、D2 二极管
SW1 第1充电开关
SW2 第2放电开关
SW3 第2充电开关
SW4 第2放电开关
SW5 旁路开关

Claims (4)

1.一种不间断电源装置，其特征在于，包括：
输入输出端子，该输入输出端子与从外部电源向负载装置供电的电源线并联连接；
电池单元，该电池单元包含额定电压与所述外部电源的电压为相同电压的第1电池组以及第2电池组；
充电电路，该充电电路将所述外部电源的电压升压至所述第1电池组以及所述第2电池组的充电电压并对所述电池单元进行充电；
放电电路，该放电电路在所述外部电源停电时，通过所述输入输出端子从所述电池单元向所述负载装置进行放电；以及
控制装置，该控制装置控制所述充电电路以及放电电路，
对于所述控制装置，在所述第1电池组进行充电中、以及在所述第1电池组充电直至满充电状态后所述第1电池组的电压降低至所述负载装置的上限电压以下为止的期间中，禁止所述第1电池组进行放电并允许所述第2电池组进行放电，
在所述第2电池组进行充电中、以及在所述第2电池组充电直至满充电状态后所述第2电池组的电压降低至所述负载装置的上限电压以下为止的期间中，禁止所述第2电池组进行放电并允许所述第1电池组进行放电。
2.如权利要求1所述的不间断电源装置，其特征在于，
所述控制装置中，以所述第1电池组以及所述第2电池组的电压均低于所述负载装置的下限电压为条件，同时对所述第1电池组以及所述第2电池组进行充电，并允许所述第1电池组以及所述第2电池组进行放电，直至所述第1电池组以及所述第2电池组的电压达到所述负载装置的上限电压。
3.如权利要求2所述的不间断电源装置，其特征在于，
所述的放电电路包含：半导体元件，该半导体元件设置于从所述电池单元到所述输入输出端子的放电路径，对所述电池单元的电压进行降压；以及旁路电路，该旁路电路对所述半导体元件进行旁路。
4.如权利要求1至3的任一项所述的不间断电源装置，其特征在于，
所述控制装置中，在停电时允许所述第1电池组进行放电的情况下，以所述第1电池组的电压低于所述负载装置的下限电压为条件，允许所述第2电池组进行放电，
在停电时允许所述第2电池组进行放电的情况下，以所述第2电池组的电压低于所述负载装置的下限电压为条件，允许所述第1电池组进行放电。
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