特許 7600431 無停電電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】無停電電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20241209BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20241209BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20241209BHJP

   H02J 9/06 20060101ALI20241209BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 W

H02M7/12 H

H02M7/48 N

H02M7/48 M

H02J7/34 G

H02J7/34 J

H02J9/06 120

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023561021

(86)(22)【出願日】2023-03-06

(86)【国際出願番号】 JP2023008313

【審査請求日】2023-10-03

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松本 淳

【審査官】今井 貞雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１８８７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５９２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２１－５０５１１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／１２

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｊ ７／３４

Ｈ０２Ｊ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源の健全時には、前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインに供給し、前記交流電源の停電時には、その運転が停止される第１の電力変換器と、
前記直流ラインから受ける直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する第２の電力変換器と、
前記交流電源の健全時には、前記直流ラインから受ける直流電力を電力貯蔵装置に蓄え、前記交流電源の停電時には、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記直流ラインに供給する第３の電力変換器と、
前記電力貯蔵装置の高速充電を行なう第１の場合に、前記第１の電力変換器と連携して動作し、前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記直流ラインに供給する第４の電力変換器とを備え、
前記第３の電力変換器は、過負荷運転を行なう第２の場合には、前記交流電源の健全時であっても前記電力貯蔵装置の直流電力を前記直流ラインに供給し、
前記第４の電力変換器は、前記第２の場合には、前記第２の電力変換器と連携して動作し、前記直流ラインから受ける直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する、無停電電源装置。

【請求項2】

前記第４の電力変換器は、
前記第１の場合には、交流ノードを前記交流電源に接続し、前記第２の場合には、前記交流ノードを前記負荷に接続する切換回路と、
前記第１の場合には、前記交流電源から前記交流ノードを介して供給される交流電力を直流電力に変換して前記直流ラインに供給し、前記第２の場合には、前記直流ラインから受ける直流電力を交流電力に変換し、前記交流ノードを介して前記負荷に供給する第５の電力変換器とを含む、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項3】

前記切換回路は、前記交流電源の停電時には、前記交流ノードを前記交流電源および前記負荷から電気的に切り離す、請求項２に記載の無停電電源装置。

【請求項4】

前記第１、第２、および第５の電力変換器の回路構成は同一であり、
前記第１および第２の電力変換器の容量は同一であり、
前記第５の電力変換器の容量は前記第１および第２の電力変換器の各々の容量よりも小さい、請求項２に記載の無停電電源装置。

【請求項5】

前記第１の場合における前記第５の電力変換器の出力と前記第１の電力変換器の出力との比は、前記第５の電力変換器の容量と前記第１の電力変換器の各々の容量との比になるように制御され、
前記第２の場合における前記第５の電力変換器の出力と前記第２の電力変換器の出力との比は、前記第５の電力変換器の容量と前記第２の電力変換器の各々の容量との比になるように制御される、請求項４に記載の無停電電源装置。

【請求項6】

前記電力貯蔵装置はリチウムイオン電池である、請求項１に記載の無停電電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、無停電電源装置に関し、特に、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する無停電電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば特許第７０７３５９０号公報（特許文献１）には、第１、第２、および第３の電力変換器を備える無停電電源装置が開示されている。第１の電力変換器は、交流電源の健全時には、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインに供給する。交流電源の停電時には、第１の電力変換器の運転は停止される。第２の電力変換器は、直流ラインから受ける直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する。第３の電力変換器は、交流電源の健全時には、直流ラインから受ける直流電力を電力貯蔵装置に蓄え、交流電源の停電時には、電力貯蔵装置の直流電力を直流ラインに供給する。したがって、交流電源の停電が発生した場合でも、電力貯蔵装置に直流電力が蓄えられている期間は、負荷の運転を継続することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第７０７３５９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来は電力貯蔵装置として主に鉛蓄電池が使用されてきたが、近年、電力貯蔵装置としてリチウムイオン電池が使用され始めている。リチウムイオン電池は、鉛蓄電池と比べ、単位体積当たりの容量が大きく、高速充電が可能であるという特徴を有する。このため、近年の無停電電源装置では、電力貯蔵装置の高速充電（大電力充電）が要求される場合がある。

【0005】

通常、無停電電源装置では、入力容量（第１の電力変換器の容量）と出力容量（第２の電力変換器の容量）とは同程度に設計されている。このため、負荷を運転しながら電力貯蔵装置の高速充電を行なうと、第１の電力変換器によって生成される直流電力が不足するという問題がある。

【0006】

この対策として、大容量の無停電電源装置を選定する方法が考えられるが、余分な容量が増大し、コスト高になる。また、外付けの充電器を使用してリチウムイオン電池を充電する方法が考えられるが、この方法でも、外付けの充電器の分だけコスト高になる。

【0007】

それゆえに、本開示の主たる目的は、負荷を運転しながら電力貯蔵装置の高速充電を行なうことが可能で低コストの無停電電源装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係る無停電電源装置は、第１、第２、第３、および第４の電力変換器を備えたものである。第１の電力変換器は、交流電源の健全時に、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインに供給する。交流電源の停電時には、第１の電力変換器の運転は停止される。第２の電力変換器は、直流ラインから受ける直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する。第３の電力変換器は、交流電源の健全時には、直流ラインから受ける直流電力を電力貯蔵装置に蓄え、交流電源の停電時には、電力貯蔵装置の直流電力を直流ラインに供給する。第４の電力変換器は、電力貯蔵装置の高速充電を行なう第１の場合に、第１の電力変換器と連携して動作し、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインに供給する。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係る無停電電源装置では、電力貯蔵装置の高速充電を行なう場合に、第１の電力変換器と連携して動作し、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインに供給する第４の電力変換器が設けられる。したがって、高速充電動作時には第１および第４の電力変換器によって直流電力を生成するので、直流電力が不足することを防止し、負荷を運転しながら電力貯蔵装置の高速充電を行なうことができる。また、大容量の無停電電源装置を使用したり、外付けの充電器を追加する場合に比べ、低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の一実施の形態に従う無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図2】図１に示すコンバータ１およびインバータ３の構成を示す回路図である。

【図3】図１に示す双方向変換器に含まれるコンバータ４の構成を示す回路図である。

【図4】図１に示す制御装置の構成を示すブロック図である。

【図5】図４に示す制御回路の構成を示すブロック図である。

【図6】起動時における無停電電源装置の動作を説明するための回路ブロック図である。

【図7】高速充電動作時における無停電電源装置の動作を説明するための回路ブロック図である。

【図8】通常運転動作時における無停電電源装置の動作を説明するための回路ブロック図である。

【図9】過負荷運転動作時における無停電電源装置の動作を説明するための回路ブロック図である。

【図10】商用交流電源の停電時における無停電電源装置の動作を説明するための回路ブロック図である。

【図11】実施の形態の比較例を示す回路ブロック図である。

【図12】実施の形態の他の比較例を示す回路ブロック図である。

【図13】実施の形態のさらに他の比較例を示す回路ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、本開示の一実施の形態に従う無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この無停電電源装置は、交流入力端子Ｔ１、バッテリ端子Ｔ２、および交流出力端子Ｔ３を備える。交流入力端子Ｔ１は、商用交流電源１５から商用周波数の交流電力を受ける。

【0012】

バッテリ端子Ｔ２は、バッテリ１６（電力貯蔵装置）に接続される。バッテリ１６は、直流電力を蓄える。バッテリ１６としては、リチウムイオン電池が使用される。ただし、リチウムイオン電池の代わりに鉛蓄電池を使用してもよいし、バッテリ１６の代わりに電気二重層コンデンサや、フライホイールが接続されていても構わない。交流出力端子Ｔ３は、負荷１７に接続される。負荷１７は、無停電電源装置から供給される交流電力によって駆動される。

【0013】

なお、この無停電電源装置は、実際には商用交流電源１５から三相交流電圧を受け、負荷１７に三相交流電圧を供給するが、図面および説明の簡単化を図るため、図１では一相交流電圧に関連する部分のみが示されている。

【0014】

この無停電電源装置は、さらに、スイッチＳ１～Ｓ５、コンデンサＣ１～Ｃ４、リアクトルＬ１～Ｌ４、電流検出器ＣＤ１～ＣＤ４、コンバータ１，４、直流ラインＤＬ、双方向チョッパ２、インバータ３、操作部５、および制御装置６を備える。

【0015】

スイッチＳ１およびリアクトルＬ１は、交流入力端子Ｔ１とコンバータ１の交流ノード１ａとの間に直列接続される。スイッチＳ１は、制御装置６によって制御される。商用交流電源１５から交流電力が正常に供給されている場合（商用交流電源１５の健全時）には、スイッチＳ１はオンされる。商用交流電源１５からの交流電力が正常に供給されなくなった場合（商用交流電源１５の停電時）には、スイッチＳ１はオフされる。電流検出器ＣＤ１は、商用交流電源１５とコンバータ１の間に流れる電流Ｉｉを検出し、その検出値を示す信号Ｉｉｆを制御装置６に出力する。

【0016】

交流入力端子Ｔ１に現れる交流入力電圧ＶＩの瞬時値は、制御装置６によって検出される。制御装置６は、交流入力電圧ＶＩの検出値に基づいて、停電が発生したか否かを判別する。また、制御装置６は、交流入力電圧ＶＩに同期してコンバータ１などを制御する。

【0017】

コンデンサＣ１は、スイッチＳ１とリアクトルＬ１の間のノードＮ１と、中性点ＮＰとの間に接続される。コンデンサＣ１およびリアクトルＬ１は、交流フィルタを構成する。この交流フィルタは、低域通過フィルタであり、商用交流電源１５からコンバータ１に商用周波数の交流電力を通過させ、コンバータ１で発生するスイッチング周波数の信号が商用交流電源１５に通過することを防止する。

【0018】

コンバータ１は、複数のトランジスタおよび複数のダイオードを含む周知のものであり、制御装置６によって制御される。商用交流電源１５の健全時には、コンバータ１は、交流電力を直流電力に変換して直流ノード１ｄに出力する。直流ノード１ｄは、直流ラインＤＬに接続されている。コンバータ１の出力電圧は、所望の値に制御可能になっている。商用交流電源１５の停電時には、コンバータ１の運転は停止される。

【0019】

コンデンサＣ１、リアクトルＬ１、およびコンバータ１は、交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器１１（第１の電力変換器）を構成する。コンデンサＣ２は、直流ラインＤＬに接続され、直流ラインＤＬの電圧を平滑化させる。直流ラインＤＬに現れる直流電圧ＶＤの瞬時値は、制御装置６によって検出される。

【0020】

制御装置６は、商用交流電源１５の健全時には、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲになるようにコンバータ１を制御し、商用交流電源１５の停電時には、コンバータ１の運転を停止させる。

【0021】

直流ラインＤＬは双方向チョッパ２の高電圧側ノード２ａに接続され、双方向チョッパ２の低電圧側ノード２ｂはリアクトルＬ２およびスイッチＳ２を介してバッテリ端子Ｔ２に接続される。スイッチＳ２は、無停電電源装置の使用時にオンされ、たとえば無停電電源装置およびバッテリ１６のメンテナンス時にオフされる。リアクトルＬ２は、双方向チョッパ２とバッテリ１６の間に流れる電流Ｉｂを平滑化する。

【0022】

双方向チョッパ２は、複数のトランジスタおよび複数のダイオードを含む周知のものであり、制御装置６によって制御される。双方向チョッパ２の容量は、コンバータ１の容量と同一の値に設定されている。

【0023】

基本的には、双方向チョッパ２は、商用交流電源１５の健全時には、直流ラインＤＬから受ける直流電力をバッテリ１６に蓄え、商用交流電源１５の停電時には、バッテリ１６の直流電力を直流ラインＤＬに供給する。ただし、商用交流電源１５の健全時であっても過負荷運転動作時には、双方向チョッパ２は、バッテリ１６の直流電力を直流ラインＤＬを介してインバータ３に供給する。

【0024】

双方向チョッパ２は、直流電力をバッテリ１６に蓄える場合には、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤを降圧してバッテリ１６に与える。また、双方向チョッパ２は、バッテリ１６の直流電力をインバータ３に供給する場合は、バッテリ１６の端子間電圧ＶＢを昇圧して直流ラインＤＬに出力する。

【0025】

双方向チョッパ２およびリアクトルＬ２は、直流ラインＤＬとバッテリ１６の間で直流電力を授受するＤＣ／ＤＣコンバータ１２（第３の電力変換器）を構成する。

【0026】

電流検出器ＣＤ２は、双方向チョッパ２とバッテリ１６の間に流れる電流Ｉｂを検出し、その検出値を示す信号Ｉｂｆを制御装置６に出力する。バッテリ端子Ｔ２に現れるバッテリ１６の端子間電圧ＶＢの瞬時値は、制御装置６によって検出される。

【0027】

基本的には、制御装置６は、商用交流電源１５の健全時には、バッテリ電圧ＶＢが参照電圧ＶＢＲになるように双方向チョッパ２を制御し、商用交流電源１５の停電時には、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲになるように双方向チョッパ２を制御する。

【0028】

ただし、商用交流電源１５の健全時であっても過負荷運転動作時には、制御装置６は、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲになるように双方向チョッパ２を制御する。

【0029】

また、制御装置６は、バッテリ電圧ＶＢが下限電圧ＶＢＬ以上である場合（ＶＢ≧ＶＢＬ）には、双方向チョッパ２を制御してバッテリ１６を通常の速度で充電させ、バッテリ電圧ＶＢが下限電圧ＶＢＬよりも低い場合（ＶＢ＜ＶＢＬ）には、双方向チョッパ２を制御してバッテリ１６を通常よりも高速で充電させる。直流ラインＤＬは、インバータ３の直流ノード３ａに接続されている。

【0030】

インバータ３は、複数のトランジスタおよび複数のダイオードを含む周知のものであり、制御装置６によって制御される。インバータ３の回路構成とコンバータ１の回路構成とは同一であり、インバータ３の容量（すなわちサイズ）とコンバータ１の容量（すなわちサイズ）とは同一である。インバータ３は、直流ラインＤＬから直流ノード３ａを介して受ける直流電力を商用周波数の交流電力に変換して交流ノード３ｂに出力する。インバータ３の出力電圧は所望の値に制御可能になっている。

【0031】

インバータ３の交流ノード３ｂはリアクトルＬ３を介してスイッチＳ３の一方端子（ノードＮ２）に接続され、スイッチＳ３の他方端子は交流出力端子Ｔ３に接続される。コンデンサＣ３は、ノードＮ２と中性点ＮＰとの間に接続される。

【0032】

リアクトルＬ３およびコンデンサＣ３は、交流フィルタを構成する。この交流フィルタは、低域通過フィルタであり、インバータ３で生成される商用周波数の交流電力を交流出力端子Ｔ３に通過させ、インバータ３で発生するスイッチング周波数の信号が交流出力端子Ｔ３に通過することを防止する。

【0033】

インバータ３、リアクトルＬ３、およびコンデンサＣ３は、直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器１３（第２の電力変換器）を構成する。ＤＣ／ＡＣ変換器１３の回路構成とＡＣ／ＤＣ変換器１１の回路構成とは同一であり、ＤＣ／ＡＣ変換器１３の容量（すなわちサイズ）とＡＣ／ＤＣ変換器１１の容量（すなわちサイズ）とは同一である。

【0034】

スイッチＳ３は、制御装置６によって制御され、無停電電源装置の運転時などにオンされ、無停電電源装置の運転停止時などにオフされる。交流出力端子Ｔ３に現れる交流出力電圧ＶＯの瞬時値は、制御装置６によって検出される。

【0035】

電流検出器ＣＤ３は、インバータ３と負荷１７の間に流れる電流Ｉｏを検出し、その検出値を示す信号Ｉｏｆを制御装置６に与える。制御装置６は、交流出力電圧ＶＯが正弦波状の参照電圧ＶＯＲになるようにインバータ３を制御する。

【0036】

スイッチＳ４は、交流入力端子Ｔ１と交流ノードＮ３との間に接続され、制御装置６によって制御される。スイッチＳ４は、負荷１７を運転しながらバッテリ１６を高速充電する高速充電動作時にオンされ、それ以外の期間はオフされる。

【0037】

スイッチＳ５は、交流ノードＮ３と交流出力端子Ｔ３との間に接続され、制御装置６によって制御される。スイッチＳ５は、通常運転動作時および過負荷運転動作時にオンされる。通常運転動作時には、負荷１７の定格電力Ｐｃが負荷１７に供給される、過負荷運転動作時には、定格電力Ｐｃよりも大きな電力が負荷１７に供給される。商用交流電源１５の停電時には、スイッチＳ４，Ｓ５はともにオフされる。スイッチＳ４，Ｓ５は、交流ノードＮ３を商用交流電源１５または負荷１７に接続する切換回路の一実施例を構成する。

【0038】

また、直流ラインＤＬは、コンバータ４の直流ノード４ａにも接続されている。コンバータ４は、複数のトランジスタおよび複数のダイオードを含む周知のものであり、制御装置６によって制御される。

【0039】

コンバータ４の回路構成とコンバータ１およびインバータ３の各々の回路構成とは同一であり、コンバータ４の容量（すなわちサイズ）はコンバータ１およびインバータ３の各々の容量（すなわちサイズ）よりも小さい。たとえば、コンバータ１およびインバータ３の各々の容量を１００％とすると、コンバータ４の容量は５０％である。

【0040】

コンバータ４の交流ノード４ｂはリアクトルＬ４を介して交流ノードＮ３に接続される。コンデンサＣ４は、交流ノードＮ３と中性点ＮＰの間に接続される。リアクトルＬ４およびコンデンサＣ４は、交流フィルタを構成する。この交流フィルタは、低域通過フィルタであり、商用交流電源１５またはコンバータ４から供給される商用周波数の交流電力を通過させ、コンバータ４で発生するスイッチング周波数の信号が交流ノードＮ３に通過することを防止する。

【0041】

コンバータ４、リアクトルＬ４、およびコンデンサＣ４は、商用交流電源１５から交流ノードＮ３を介して供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインＤＬに供給するＡＣ／ＤＣ変換モードと、直流ラインＤＬから受ける直流電力を交流電力に変換し、交流ノードＮ３を介して負荷１７に供給するＤＣ／ＡＣ変換モードとのうちのいずれかの変換モードを選択的に実行する双方向変換器１４（第５の電力変換器）を構成する。

【0042】

双方向変換器１４の回路構成とＡＣ／ＤＣ変換器１１およびＤＣ／ＡＣ変換器１３の各々の回路構成とは同一であり、双方向変換器１４の容量（すなわちサイズ）はＡＣ／ＤＣ変換器１１およびＤＣ／ＡＣ変換器１３の各々の容量（すなわちサイズ）よりも小さい。たとえば、ＡＣ／ＤＣ変換器１１およびＤＣ／ＡＣ変換器１３の各々の容量を１００％とすると、双方向変換器１４の容量は５０％である。スイッチＳ４，Ｓ５および双方向変換器１４は、第４の電力変換器の一実施例を構成する。

【0043】

交流ノードＮ３に現れる交流電圧ＶＳの瞬時値は、制御装置６によって検出される。電流検出器ＣＤ４は、リアクトルＬ４に流れる電流Ｉｓを検出し、その検出値を示す信号Ｉｓｆを制御装置６に与える。

【0044】

制御装置６は、高速充電動作時には、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲになるようにコンバータ１，４を制御する。このとき、コンバータ４の出力とコンバータ１の出力との比は、コンバータ４の容量とコンバータ１の容量との比（たとえば１／２）になるように制御される。

【0045】

また、制御装置６は、過負荷運転動作時には、交流ノードＮ３に現れる交流電圧ＶＳが正弦波状の参照電圧ＶＯＲになるようにコンバータ４を制御する。このとき、コンバータ４の出力とインバータ３の出力との比は、コンバータ４の容量とインバータ３の容量との比（たとえば１／２）になるように制御される。

【0046】

操作部５は、無停電電源装置の使用者によって操作される複数のボタン、種々の情報を表示する画像表示部などを含む。使用者が操作部５を操作することにより、種々の電圧ＶＤＲ，ＶＢＲ，ＶＯＲ，ＶＢＬを設定したり、無停電電源装置の電源をオンおよびオフしたり、無停電電源装置を自動運転させたり、手動運転させることが可能となっている。

【0047】

また、制御装置６は、交流入力電圧ＶＩ、交流入力電流Ｉｉ、直流電圧ＶＤ、バッテリ電圧ＶＢ、バッテリ電流Ｉｂ、交流出力電圧ＶＯ、交流出力電流Ｉｏ、交流電圧ＶＳ、交流電流Ｉｓ、参照電圧ＶＤＲ，ＶＢＲ，ＶＯＲ、下限電圧ＶＢＬ、操作部５からの信号などに基づいて無停電電源装置全体を制御する。

【0048】

図２は、コンバータ１およびインバータ３の構成を示す回路図である。図１では、三相交流電圧のうちの一相交流電圧に関連する部分のみを示したが、図２では、三相交流電圧に関連する部分が示されている。また、図１では、正側の直流ラインＤＬのみを示したが、図２では、負側の直流ラインＤＬｎも示されている。

【0049】

図２において、コンバータ１は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）Ｑ１～Ｑ６およびダイオードＤ１～Ｄ６を含む。ＩＧＢＴは、スイッチング素子を構成する。ＩＧＢＴＱ１～Ｑ３のコレクタはともに直流ノード１ｂを介して正側の直流ラインＤＬに接続され、それらのエミッタはそれぞれ交流ノード１ａ，１ｃ，１ｄに接続される。

【0050】

交流ノード１ａ，１ｃ，１ｄは、商用交流電源１５から供給される三相交流電圧にそれぞれ対応して設けられている。ＩＧＢＴＱ４～Ｑ６のコレクタはそれぞれ交流ノード１ａ，１ｃ，１ｄに接続され、それらのエミッタはともに負側の直流ラインＤＬｎに接続される。ダイオードＤ１～Ｄ６は、それぞれＩＧＢＴＱ１～Ｑ６に逆並列に接続される。コンデンサＣ２は、直流ラインＤＬ，ＤＬｎ間に接続されている。

【0051】

ＩＧＢＴＱ１，Ｑ４はそれぞれゲート信号Ａ１，Ｂ１によって制御され、ＩＧＢＴＱ２，Ｑ５はそれぞれゲート信号Ａ２，Ｂ２によって制御され、ＩＧＢＴＱ３，Ｑ６はそれぞれゲート信号Ａ３，Ｂ３によって制御される。ゲート信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、それぞれゲート信号Ａ１，Ａ２，Ａ３の反転信号である。

【0052】

ＩＧＢＴＱ１～Ｑ３は、それぞれゲート信号Ａ１，Ａ２，Ａ３が「Ｈ」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ａ１，Ａ２，Ａ３が「Ｌ」レベルにされた場合にオフする。ＩＧＢＴＱ４～Ｑ６は、それぞれゲート信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が「Ｈ」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が「Ｌ」レベルにされた場合にオフする。

【0053】

ゲート信号Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３の各々は、パルス信号列であり、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。ゲート信号Ａ１，Ｂ１の位相とゲート信号Ａ２，Ｂ２の位相とゲート信号Ａ３，Ｂ３の位相とは、基本的には１２０度ずつずれている。ゲート信号Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３は、制御装置６によって生成される。

【0054】

ゲート信号Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３によってＩＧＢＴＱ１～Ｑ６の各々を所定のタイミングでオンおよびオフさせるとともに、ＩＧＢＴＱ１～Ｑ６の各々のオン時間を調整することにより、交流ノード１ａ，１ｃ，１ｄに与えられる三相交流電圧を所望の直流電圧ＶＤ（コンデンサＣ２の端子間電圧）に変換することが可能となっている。

【0055】

インバータ３は、ＩＧＢＴＱ１１～Ｑ１６およびダイオードＤ１１～Ｄ１６を含む。ＩＧＢＴは、スイッチング素子を構成する。ＩＧＢＴＱ１１～Ｑ１３のコレクタはともに直流ノード３ａを介して正側の直流ラインＤＬに接続され、それらのエミッタはそれぞれ交流ノード３ｂ，３ｃ，３ｄに接続される。

【0056】

交流ノード３ｂ，３ｃ，３ｄは、負荷１７に供給される三相交流電圧にそれぞれ対応して設けられている。ＩＧＢＴＱ１４～Ｑ１６のコレクタはそれぞれ交流ノード３ｂ，３ｃ，３ｄに接続され、それらのエミッタはともに負側の直流ラインＤＬｎに接続される。ダイオードＤ１１～Ｄ１６は、それぞれＩＧＢＴＱ１１～Ｑ１６に逆並列に接続される。

【0057】

ＩＧＢＴＱ１１，Ｑ１４はそれぞれゲート信号Ｘ１，Ｙ１によって制御され、ＩＧＢＴＱ１２，Ｑ１５はそれぞれゲート信号Ｘ２，Ｙ２によって制御され、ＩＧＢＴＱ１３，Ｑ１６はそれぞれゲート信号Ｘ３，Ｙ３によって制御される。ゲート信号Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３は、それぞれゲート信号Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の反転信号である。

【0058】

ＩＧＢＴＱ１１～Ｑ１３は、それぞれゲート信号Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３が「Ｈ」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３が「Ｌ」レベルにされた場合にオフする。ＩＧＢＴＱ１４～Ｑ１６は、それぞれゲート信号Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３が「Ｈ」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３が「Ｌ」レベルにされた場合にオフする。

【0059】

ゲート信号Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２，Ｘ３，Ｙ３の各々は、パルス信号列であり、ＰＷＭ信号である。ゲート信号Ｘ１，Ｙ１の位相とゲート信号Ｘ２，Ｙ２の位相とゲート信号Ｘ３，Ｙ３の位相とは、基本的には１２０度ずつずれている。ゲート信号Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２，Ｘ３，Ｙ３は、制御装置６によって生成される。

【0060】

たとえば、ＩＧＢＴＱ１１，Ｑ１５がオンすると、直流ラインＤＬがＩＧＢＴＱ１１を介して交流ノード３ｂに接続されるとともに、交流ノード３ｃがＩＧＢＴＱ１５を介して直流ラインＤＬｎに接続され、交流ノード３ｂ，３ｃ間に正電圧が出力される。

【0061】

また、ＩＧＢＴＱ１２，Ｑ１４がオンすると、直流ラインＤＬがＩＧＢＴＱ１２を介して交流ノード３ｃに接続されるとともに、交流ノード３ｂがＩＧＢＴＱ１４を介して直流ラインＤＬｎに接続され、出力ノード３ｂ，３ｃ間に負電圧が出力される。

【0062】

ゲート信号Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２，Ｘ３，Ｙ３によってＩＧＢＴＱ１１～Ｑ１６の各々を所定のタイミングでオンおよびオフさせるとともに、ＩＧＢＴＱ１１～Ｑ１６の各々のオン時間を調整することにより、直流ラインＤＬ，ＤＬｎ間の直流電圧ＶＤを三相交流電圧に変換することが可能となっている。

【0063】

図３は、双方向変換器１４に含まれるコンバータ４の構成を示す回路図である。図１では、三相交流電圧のうちの一相交流電圧に関連する部分のみを示したが、図３では、三相交流電圧に関連する部分が示されている。また、図１では、正側の直流ラインＤＬのみを示したが、図３では、負側の直流ラインＤＬｎも示されている。

【0064】

図３において、コンバータ４は、ＩＧＢＴＱ２１～Ｑ２６およびダイオードＤ２１～Ｄ２６を含む。ＩＧＢＴは、スイッチング素子を構成する。ＩＧＢＴＱ２１～Ｑ２３のコレクタはともに直流ノード４ａを介して正側の直流ラインＤＬに接続され、それらのエミッタはそれぞれ交流ノード４ｂ，４ｃ，４ｄに接続される。

【0065】

交流ノード４ｂ，４ｃ，４ｄは、それぞれ三相交流電圧に対応して設けられている。ＩＧＢＴＱ２４～Ｑ２６のコレクタはそれぞれ交流ノード４ｂ，４ｃ，４ｄに接続され、それらのエミッタはともに負側の直流ラインＤＬｎに接続される。ダイオードＤ２１～Ｄ２６は、それぞれＩＧＢＴＱ２１～Ｑ２６に逆並列に接続される。コンデンサＣ２は、直流ラインＤＬ，ＤＬｎ間に接続されている。

【0066】

ＩＧＢＴＱ２１，Ｑ２４はそれぞれゲート信号Ｅ１，Ｆ１によって制御され、ＩＧＢＴＱ２２，Ｑ２５はそれぞれゲート信号Ｅ２，Ｆ２によって制御され、ＩＧＢＴＱ２３，Ｑ２６はそれぞれゲート信号Ｅ３，Ｆ３によって制御される。ゲート信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、それぞれゲート信号Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３の反転信号である。

【0067】

ＩＧＢＴＱ２１～Ｑ２３は、それぞれゲート信号Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が「Ｈ」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が「Ｌ」レベルにされた場合にオフする。ＩＧＢＴＱ２４～Ｑ２６は、それぞれゲート信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が「Ｈ」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が「Ｌ」レベルにされた場合にオフする。

【0068】

ゲート信号Ｅ１，Ｆ１，Ｅ２，Ｆ２，Ｅ３，Ｆ３の各々は、パルス信号列であり、ＰＷＭ信号である。ゲート信号Ｅ１，Ｆ１の位相とゲート信号Ｅ２，Ｆ２の位相とゲート信号Ｅ３，Ｆ３の位相とは、基本的には１２０度ずつずれている。ゲート信号Ｅ１，Ｆ１，Ｅ２，Ｆ２，Ｅ３，Ｆ３は、制御装置６によって生成される。

【0069】

高速充電動作時には、ゲート信号Ｅ１，Ｆ１，Ｅ２，Ｆ２，Ｅ３，Ｆ３によってＩＧＢＴＱ２１～Ｑ２６の各々を所定のタイミングでオンおよびオフさせるとともに、ＩＧＢＴＱ２１～Ｑ２６の各々のオン時間を調整することにより、商用交流電源１５から交流ノード４ｂ，４ｃ，４ｄに与えられる三相交流電圧を所望の直流電圧ＶＤ（コンデンサＣ２の端子間電圧）に変換することが可能となっている。

【0070】

また、過負荷運転動作時には、ゲート信号Ｅ１，Ｆ１，Ｅ２，Ｆ２，Ｅ３，Ｆ３によってＩＧＢＴＱ２１～Ｑ２６の各々を所定のタイミングでオンおよびオフさせるとともに、ＩＧＢＴＱ２１～Ｑ２６の各々のオン時間を調整することにより、直流ラインＤＬ，ＤＬｎ間の直流電圧ＶＤを三相交流電圧に変換することが可能となっている。

【0071】

図２および図３に示すように、コンバータ１の回路構成とインバータ３の回路構成とコンバータ４の回路構成とは同一である。また、従来の無停電電源装置と同様に、コンバータ１の容量（すなわちサイズ）とインバータ３の容量（すなわちサイズ）とは同一に設計されている。

【0072】

また、コンバータ４の容量（すなわちサイズ）は、コンバータ１およびインバータ３の各々の容量（すなわちサイズ）よりも小さい。たとえば、コンバータ１およびインバータ３の各々の容量（すなわちサイズ）を１００％とすると、コンバータ４の容量（すなわちサイズ）は５０％である。

【0073】

このように、コンバータ１，４の回路構成を同一とし、コンバータ４の容量をコンバータ１の容量の５０％とすることにより、高速充電動作時に、コンバータ１，４を連携して動作させ、コンバータ４の出力がコンバータ１の出力の５０％になるように、コンバータ１，４を容易に制御することが可能となる。

【0074】

また、コンバータ４とインバータ３の回路構成を同一とし、コンバータ４の容量をインバータ３の容量の５０％とすることにより、過負荷運転動作時に、コンバータ４とインバータ３を連携して動作させ、コンバータ４の出力がインバータ３の出力の５０％になるように、コンバータ４およびインバータ３を容易に制御することが可能となる。

【0075】

図４は、制御装置６の要部を示すブロック図である。図４において、制御装置６は、電圧検出器２１～２５、停電検出器２６、比較器２７，２８、および制御回路２９を含む。

【0076】

電圧検出器２１は、商用交流電源１５から供給される交流入力電圧ＶＩの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＩｆを停電検出器２６および制御回路２９に出力する。電圧検出器２２は、負荷１７に供給される交流出力電圧ＶＯの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＯｆを制御回路２９に出力する。電圧検出器２３は、交流ノードＮ３に現れる交流電圧ＶＳの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＳｆを制御回路２９に出力する。

【0077】

電圧検出器２４は、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＤｆを制御回路２９に出力する。電圧検出器２５は、バッテリ１６の端子間電圧ＶＢの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＢｆを制御回路２９に出力する。電流検出器ＣＤ１～ＣＤ４（図１）の出力信号Ｉｉｆ，Ｉｂｆ，Ｉｏｆ，Ｉｓｆは、制御回路２９に与えられる。

【0078】

停電検出器２６は、電圧検出器２１の出力信号ＶＩｆに基づいて商用交流電源１５の停電が発生しているか否かを検出し、その検出結果を示す信号φ２６を制御回路２９に出力する。商用交流電源１５が健全である場合には、信号φ２６は「Ｈ」レベルにされる。商用交流電源１５の停電が発生している場合には、信号φ２６は「Ｌ」レベルにされる。

【0079】

たとえば、停電検出器２６は、交流入力電圧ＶＩが下限値よりも高い場合には、商用交流電源１５は健全であると判定し、信号φ２６を「Ｈ」レベルにする。また、停電検出器２６は、交流入力電圧ＶＩが下限値よりも低い場合には、商用交流電源１５の停電が発生したと判定し、信号φ２６を「Ｌ」レベルにする。

【0080】

比較器２７は、信号ＶＢｆによって示されるバッテリ電圧ＶＢと下限電圧ＶＢＬとの高低を比較し、比較結果を示す信号φ２７を制御回路２９に与える。バッテリ電圧ＶＢが下限電圧ＶＢＬ以上である場合（ＶＢ≧ＶＢＬ）には、信号φ２７は「Ｈ」レベルにされる。

【0081】

直流電圧ＶＢが下限電圧ＶＢＬよりも低い場合（ＶＢＬ＞ＶＢ）には、信号φ２７は「Ｌ」レベルにされる。信号φ２７が「Ｌ」レベルであることは、バッテリ１６の高速充電動作を行なう条件とされる。信号φ２７が「Ｈ」レベルである場合には、バッテリ１６の高速充電動作は行なわれない。

【0082】

比較器２８は、信号Ｉｓｆによって示されるコンバータ４の交流出力電流Ｉｓと上限電流ＩｓＨとの大小を比較し、比較結果を示す信号φ２８を制御回路２９に与える。コンバータ４の交流出力電流Ｉｓが上限電流ＩｓＨ以下である場合（Ｉｓ≦ＩｓＨ）には、信号φ２８は「Ｌ」レベルにされる。

【0083】

コンバータ４の交流出力電流Ｉｓが上限電流ＩｓＨを超えた場合（Ｉｓ＞ＩｓＨ）には、信号φ２８は「Ｈ」レベルにされる。信号φ２８が「Ｈ」レベルであることは、過負荷運転動作を行なう条件とされる。信号φ２８が「Ｌ」レベルである場合には、過負荷運転動作は行なわれない。

【0084】

たとえば、コンバータ４の容量とインバータ３の容量との比が１／２であり、コンバータ４の交流出力電流Ｉｓはインバータ３の交流出力電流Ｉｏの１／２に制御される場合には、上限電流ＩｓＨは、負荷１７の定格電流Ｉｃの１／３倍の値に設定される。

【0085】

コンバータ４の交流出力電流Ｉｓが上限電流ＩｓＨ＝Ｉｃ／３になったとき、インバータ３の交流出力電流Ｉｏｆは負荷１７の定格電流Ｉｃの２／３倍になり、コンバータ４およびインバータ３から負荷１７に定格電流Ｉｃが供給される。この場合は、信号φ２８は「Ｌ」レベルになり、過負荷運転は行なわれない。

【0086】

コンバータ４の交流出力電流Ｉｓが上限電流ＩｓＨ＝Ｉｃ／３を超えたとき、インバータ３の交流出力電流Ｉｏｆは負荷１７の定格電流Ｉｃの２／３倍よりも大きくなり、コンバータ４およびインバータ３から負荷１７に定格電流Ｉｃよりも大きな電流が供給される。この場合は、信号φ２８は「Ｈ」レベルになり、過負荷運転が行なわれる。

【0087】

図５は、制御回路２９の要部を示すブロック図である。図５において、制御回路２９は、制御部３１～３５および通信回線３６を含む。制御部３１～３５および操作部５は、通信回線３６によって互いに接続されている。制御部３１～３５は、通信回線３６を介して種々の信号を授受し、互いに連携して無停電電源装置全体を制御する。

【0088】

制御部３１は、停電検出器２６の出力信号φ２６と、操作部５からの信号とに基づいて、スイッチＳ１～Ｓ３を制御する。信号φ２６が「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１５の健全時）には、制御部３１は、スイッチＳ１～Ｓ３をオンさせる。

【0089】

信号φ２６が「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１５の停電時）には、制御部３１は、スイッチＳ１をオフさせるとともに、スイッチＳ２，Ｓ３をオン状態に維持する。また、制御部３１は、操作部５からの信号に従って、手動運転動作時にスイッチＳ１～Ｓ３の各々を個別にオンおよびオフさせる。

【0090】

制御部３２は、電圧検出器２１，２４の出力信号ＶＩｆ，ＶＤｆと、電流検出器ＣＤ１，ＣＤ４の出力信号Ｉｉｆ，Ｉｓｆと、停電検出器２６および比較器２７の出力信号φ２６，φ２７と、操作部５からの信号とに基づき、ゲート信号Ａ１～Ａ３，Ｂ１～Ｂ３（図２）を生成してコンバータ１を制御する。

【0091】

信号φ２６，φ２７がともに「Ｈ」レベルである場合（通常運転動作時および過負荷運転動作時）には、制御部３２は、信号ＶＩｆ，ＶＤｆ，Ｉｉｆに基づいて、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲになるようにコンバータ１を制御する。

【0092】

信号φ２６が「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１５の停電時）には、制御部３２は、コンバータ１の運転を停止させる。このとき、ゲート信号Ａ１～Ａ３，Ｂ１～Ｂ３がともに「Ｌ」レベルにされて、コンバータ１のＩＧＢＴＱ１～Ｑ６（図２）がともにオフされる。

【0093】

信号φ２６，φ２７がそれぞれ「Ｈ」レベルおよび「Ｌ」レベルである場合（高速充電動作時）には、制御部３２は、制御部３５と連携して動作し、信号ＶＩｆ，ＶＤｆ，Ｉｉｆ，Ｉｓｆに基づいて、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲになるようにコンバータ１を制御する。

【0094】

このとき、コンバータ４に流れる電流Ｉｓとコンバータ１に流れる電流Ｉｉとの比（Ｉｓ／Ｉｉ）は、コンバータ４の容量とコンバータ１の容量との比（たとえば１／２）になるように、コンバータ１が制御される。また、制御部３２は、操作部５からの信号に従って、手動運転動作時にはコンバータ１を起動または停止させる。

【0095】

制御部３３は、電圧検出器２４，２５の出力信号ＶＤｆ，ＶＢｆと、電流検出器ＣＤ２の出力信号Ｉｂｆと、停電検出器２６および比較器２７，２８の出力信号φ２６，φ２７，φ２８と、操作部５からの信号とに基づいて、双方向チョッパ２を制御する。

【0096】

信号φ２６，φ２７，φ２８がそれぞれ「Ｈ」レベル、「Ｈ」レベル、および「Ｌ」レベルである場合（通常運転動作時）には、制御部３３は、信号ＶＢｆ，Ｉｂｆに基づいて、バッテリ電圧ＶＢが参照電圧ＶＢＲになるように双方向チョッパ２を制御する。

【0097】

信号φ２６，φ２７，φ２８がそれぞれ「Ｈ」レベル、「Ｌ」レベル、および「Ｌ」レベルである場合（高速充電動作時）には、制御部３３は、信号ＶＢｆ，Ｉｂｆに基づいて、バッテリ電圧ＶＢが参照電圧ＶＢＲになるように双方向チョッパ２を制御する。

【0098】

ここで、制御部３３は、通常運転動作時には、双方向チョッパ２を制御してバッテリ１６を通常の速度で充電させ、高速充電動作時には、双方向チョッパ２を制御してバッテリ１６を通常よりも高速で充電させる。

【0099】

たとえば、制御部３３は、通常運転動作時には、参照電圧ＶＢＲとバッテリ電圧ＶＢの差ΔＶＢ＝ＶＢＲ－ＶＢにゲインＫ１を乗じた値の電流Ｉｂ＝Ｋ１×（ＶＢＲ－ＶＢ）が直流ラインＤＬからバッテリ１６に流れるように、双方向チョッパ２を制御する。ただし、Ｋ１は、正の実数である。

【0100】

また、制御部３３は、高速充電動作時には、参照電圧ＶＢＲとバッテリ電圧ＶＢの差ΔＶＢ＝ＶＢＲ－ＶＢにゲインＫ２を乗じた値の電流Ｉｂ＝Ｋ２×（ＶＢＲ－ＶＢ）が直流ラインＤＬからバッテリ１６に流れるように、双方向チョッパ２を制御する。ただし、Ｋ２は、Ｋ１よりも大きな正の実数である。

【0101】

したがって、高速充電動作時には、通常運転動作時に比べ、バッテリ１６に大きな充電電流を流してバッテリ１６を高速で充電することができる。

【0102】

信号φ２６，φ２７，φ２８がともに「Ｈ」レベルである場合（過負荷運転動作時）には、制御部３３は、信号ＶＤｆ，Ｉｂｆに基づいて、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲになるように双方向チョッパ２を制御する。

【0103】

信号φ２６が「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１５の停電時）には、制御部３３は、信号ＶＢｆ，Ｉｂｆに基づいて、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲになるように双方向チョッパ２を制御する。また、制御部３３は、操作部５からの信号に従って、手動運転動作時に双方向チョッパ２を起動または停止させる。

【0104】

制御部３４は、電圧検出器２１，２２の出力信号ＶＩｆ，ＶＯｆと、電流検出器ＣＤ３の出力信号Ｉｏｆと、停電検出器２６の出力信号φ２６と、操作部５からの信号とに基づき、ゲート信号Ｘ１～Ｘ３，Ｙ１～Ｙ３（図２）を生成してインバータ３を制御する。

【0105】

信号φ２６が「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１５の健全時）には、制御部３４は、制御部３５と連携して動作し、信号ＶＩｆに同期して動作し、信号ＶＯｆ，Ｉｏｆに基づいて、交流出力電圧ＶＯが正弦波状の参照電圧ＶＯＲになるようにインバータ３を制御する。

【0106】

このとき、コンバータ４に流れる電流Ｉｓとインバータ３に流れる電流Ｉｏとの比（Ｉｓ／Ｉｏ）は、コンバータ４の容量とインバータ３の容量との比（たとえば１／２）になるように、インバータ３が制御される。

【0107】

信号φ２６が「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１５の停電時）には、制御部３４は、信号ＶＩｆに同期して動作し、信号ＶＯｆ，Ｉｏｆに基づいて、交流出力電圧ＶＯが正弦波状の参照電圧ＶＯＲになるようにインバータ３を制御する。

【0108】

制御部３５は、電圧検出器２１～２４の出力信号ＶＩｆ，ＶＯｆ，ＶＳｆ，ＶＤｆと、電流検出器ＣＤ１，ＣＤ３，ＣＤ４の出力信号Ｉｉｆ，Ｉｏｆ，Ｉｓｆと、停電検出器２６および比較器２７，２８の出力信号φ２６，φ２７，φ２８と、操作部５からの信号とに基づき、スイッチＳ４，Ｓ５を制御するとともに、ゲート信号Ｅ１～Ｅ３，Ｆ１～Ｆ３（図３）を生成しておよびコンバータ４を制御する。

【0109】

信号φ２６，φ２７，φ２８がそれぞれ「Ｈ」レベル、「Ｌ」レベル、および「Ｌ」レベルである場合（高速充電動作時）には、制御部３５は、スイッチＳ４をオンさせるとともにスイッチＳ５をオフさせ、双方向変換器１４をＡＣ／ＤＣ変換器１１に並列接続させる。また、制御部３５は、制御部２２と連携して動作し、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲになるようにコンバータ４を制御する。

【0110】

このとき、コンバータ４に流れる電流Ｉｓとコンバータ１に流れる電流Ｉｉとの比（Ｉｓ／Ｉｉ）は、コンバータ４の容量とコンバータ１の容量との比（たとえば１／２）になるように、コンバータ４が制御される。

【0111】

信号φ２６，φ２７がともに「Ｈ」レベルである場合（通常運転動作時および過負荷運転動作時）には、信号φ２８の論理レベルに関係なく、制御部３５は、スイッチＳ４，Ｓ５をオフさせ、コンバータ４を制御して交流電圧ＶＳを交流出力電圧ＶＯに一致させてからスイッチＳ５をオンさせ、双方向変換器１４をＤＣ／ＡＣ変換器１３に並列接続させる。また、制御部３５は、制御部２４と連携して動作し、交流電圧ＶＳが正弦波状の参照電圧ＶＯＲになるようにコンバータ４を制御する。

【0112】

このとき、コンバータ４に流れる電流Ｉｓとインバータ３に流れる電流Ｉｏとの比（Ｉｓ／Ｉｏ）は、コンバータ４の容量とインバータ３の容量との比（たとえば１／２）になるように、コンバータ４が制御される。

【0113】

信号φ２６が「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１５の停電時）には、制御部３５は、スイッチＳ４，Ｓ５をオフさせ、交流ノードＮ３を商用交流電源１５および負荷１７から電気的に切り離す。

【0114】

また、制御部３５は、操作部５からの信号に従って、スイッチＳ４，Ｓ５の各々をオンおよびオフさせ、コンバータ４を運転または停止させる。たとえば、無停電電源装置の使用者は、操作部５を操作することにより、高速充電動作および過負荷運転動作のうちのいずれか一方のみを行なわせることが可能である。

【0115】

高速充電を行なうが過負荷運転を行なわない場合には、スイッチＳ５はオフ状態に固定され、コンバータ４はＡＣ／ＤＣ変換動作のみを行なう。逆に、過負荷運転を行なうが高速充電を行なわない場合には、スイッチＳ４はオフ状態に固定され、コンバータ４はＤＣ／ＡＣ変換動作のみを行なう。

【0116】

また、無停電電源装置の使用者は、操作部５を操作することにより、コンバータ４の運転を停止させ、スイッチＳ３をオフさせるとともにスイッチＳ４，Ｓ５をオンさせ、商用交流電源１５からの交流電力をスイッチＳ４，Ｓ５を介して負荷１７に供給させることが可能である。

【0117】

次に、この無停電電源装置の動作について説明する。図６は、起動時における無停電電源装置の動作を説明するための回路ブロック図である。図６において、図面および説明の簡単化のため、端子Ｔ１～Ｔ３、コンデンサＣ１，Ｃ３，Ｃ４、リアクトルＬ１～Ｌ４、電流検出器ＣＤ１～ＣＤ４、操作部５、および制御装置６（図１）の図示は省略されている。

【0118】

また、コンバータ１の容量と双方向チョッパ２の容量とインバータ３の容量とは同一値に設定されており、コンバータ４の容量とコンバータ１、双方向チョッパ２、およびインバータ３の各々の容量との比は１／２に設定されているものとする。このため、コンバータ１、双方向チョッパ２、およびインバータ３は同じ大きさのブロックで示され、コンバータ４はそれらのブロックよりも小さなブロックで示されている。

【0119】

また、起動の前には、バッテリ１６の端子間電圧ＶＢが下限電圧ＶＢＬよりも低下し、比較器２７（図４）の出力信号φ２７が「Ｌ」レベルにされているものとする。また、起動時には、商用交流電源１５は健全であり、停電検出器２６の出力信号φ２６は「Ｈ」レベルにされているものとする。

【0120】

操作部５（図１、図５）を使用して無停電電源装置の起動が指示されると、予備充電回路（図示せず）によってコンデンサＣ２が所定電圧に予備充電された後、制御部３１（図５）によってスイッチＳ１がオンされ、制御部３２（図５）によってコンバータ１の運転が開始される。コンバータ１は、商用交流電源１５からスイッチＳ１を介して供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインＤＬに供給する。

【0121】

次に、制御部３５（図５）によってスイッチＳ４がオンされるとともにコンバータ４の運転が開始される。このとき、商用交流電源１５からコンバータ１，４に突入電流が流れることを防止するため、スイッチＳ１がオンされてから所定時間の経過後にスイッチＳ４がオンされる。コンバータ４は、コンバータ１と連携して動作し、商用交流電源１５からスイッチＳ４を介して供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインＤＬに供給する。

【0122】

次いで、制御部３４（図５）によってインバータ３の運転が開始され、制御部３１によってスイッチＳ３がオンされる。インバータ３は、直流ラインＤＬから受ける直流電力を交流電力に変換し、スイッチＳ３を介して負荷１７に供給する。

【0123】

次に、制御部３１によってスイッチＳ２がオンされ、制御部３３（図５）によって双方向チョッパ２の運転が開始される。これにより、直流ラインＤＬから双方向チョッパ２およびスイッチＳ２を介してバッテリ１６に電流が流され、バッテリ１６の高速充電が開始される。

【0124】

図７は、高速充電動作時おける無停電電源装置の動作を説明するための回路ブロック図である。図７において、矢印は電力が供給される経路を示している。商用交流電源１５から供給される交流電力は、コンバータ１，４によって直流電力に変換されて直流ラインＤＬに供給される。直流ラインＤＬに供給された直流電力は、双方向チョッパ２を介してバッテリ１６に蓄えられるとともに、インバータ３によって交流電力に変換されて負荷１７に供給される。

【0125】

高速充電動作時には、制御部３２，３５は、互いに連携して動作し、コンバータ４に流れる電流Ｉｓとコンバータ１に流れる電流Ｉｉとの比（Ｉｓ／Ｉｉ）が、コンバータ４の容量とコンバータ１の容量との比（ここでは１／２）になるように、コンバータ１，４を制御する。

【0126】

このため、負荷１７の定格電力Ｐｃを１００％とすると、図７に示すように、コンバータ１，４によって１５０％の直流電力を生成し、インバータ３によって１００％の交流電力を負荷１７に供給しながら、５０％の直流電力をバッテリ１６に供給することが可能となる。

【0127】

バッテリ電圧ＶＢが上昇して下限電圧ＶＢＬを超えると、比較器２７（図４）の出力信号φ２７が「Ｈ」レベルにされる。信号φ２７が「Ｈ」レベルにされると、制御部３５によってコンバータ４の運転が一旦、停止され、スイッチＳ４がオフされる。

【0128】

次に、制御部３５によってコンバータ４の運転が開始され、交流ノードＮ３の交流電圧ＶＳが交流出力電圧ＶＯに一致するようにコンバータ４が制御される。交流電圧ＶＳが交流出力電圧ＶＯに一致すると、制御部３５によってスイッチＳ５がオンされ、制御部３２，３５によってインバータ３およびコンバータ４が並列運転される。

【0129】

このときコンバータ４は、インバータ３と連携して動作し、直流ラインＤＬから受ける直流電力を交流電力に変換し、スイッチＳ５を介して負荷１７に供給する。制御部３４，３５は、互いに連携して動作し、コンバータ４の出力電流Ｉｓとインバータ３の出力電流Ｉｏとの比（Ｉｓ／Ｉｏ）が、コンバータ４の容量とインバータ３の容量との比（ここでは１／２）になるように、インバータ３およびコンバータ４を制御する。

【0130】

負荷１７を定格電力Ｐｃで運転する通常運転動作時には、制御部３３により、バッテリ電圧ＶＢが参照電圧ＶＢＲになるように双方向チョッパ２が制御される。図８は、通常運転動作時おける無停電電源装置の動作を説明するための回路ブロック図である。

【0131】

図８において、商用交流電源１５から供給される交流電力は、コンバータ１によって直流電力に変換されて直流ラインＤＬに供給される。直流ラインＤＬに供給された直流電力は、双方向チョッパ２を介してバッテリ１６に蓄えられるとともに、インバータ３およびコンバータ４によって交流電力に変換されて負荷１７に供給される。

【0132】

負荷１７の定格電力Ｐｃを１００％とすると、図８に示すように、商用交流電源１５からコンバータ１に１００％の交流電力が供給され、コンバータ１から直流ラインＤＬに１００％の直流電力が供給され、インバータ３から負荷１７に（２／３）×１００％の交流電力が供給され、コンバータ４から負荷１７に（１／３）×１００％の交流電力が供給されることになる。ただし、バッテリ電圧ＶＢは参照電圧ＶＢＲに到達しており、双方向チョッパ２からバッテリ１６に供給される直流電力は十分に小さいものとする。

【0133】

また、負荷１７を定格電力Ｐｃよりも大きな電力で運転する過負荷運転動作時には、制御部３３により、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲになるように双方向チョッパ２が制御される。図９は、過負荷運転動作時おける無停電電源装置の動作を説明するための回路ブロック図である。

【0134】

図９において、商用交流電源１５から供給される交流電力は、コンバータ１によって直流電力に変換されて直流ラインＤＬに供給される。また、バッテリ１６の直流電力は、双方向チョッパ２を介して直流ラインＤＬに供給される。コンバータ１および双方向チョッパ２から直流ラインＤＬに供給された直流電力は、インバータ３およびコンバータ４によって交流電力に変換されて負荷１７に供給される。

【0135】

定格電力Ｐｃの１５０％の交流電力が負荷１７に供給されるものとすると、図９に示すように、商用交流電源１５からコンバータ１に１００％の交流電力が供給され、バッテリ１６から双方向チョッパ２に５０％の直流電力が供給され、インバータ３から負荷１７に１００％の交流電力が供給され、コンバータ４から負荷１７に５０％の交流電力が供給されることになる。

【0136】

通常運転動作時または過負荷運転動作時に商用交流電源１５の停電が発生すると、制御部３１によってスイッチＳ１がオフされ、制御部３２によってコンバータ１の運転が停止される。制御部３５によってスイッチＳ５がオフされるとともにコンバータ４の運転が停止される。また、制御部３３により、直流ラインＤＬの直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲになるように双方向チョッパ２が制御される。

【0137】

図１０は、商用交流電源１５の停電時における無停電電源装置の動作を説明するための回路ブロック図である。図１０において、バッテリ１６の直流電力は、双方向チョッパ２を介して直流ラインＤＬに供給される。双方向チョッパ２から直流ラインＤＬに供給された直流電力は、インバータ３によって交流電力に変換されて負荷１７に供給される。

【0138】

負荷１７の定格電力Ｐｃを１００％とすると、図１０に示すように、バッテリ１６から双方向チョッパ２を介してインバータ３に１００％の直流電力が供給され、インバータ３から負荷１７に１００％の交流電力が供給されることになる。したがって、商用交流電源１５の停電が発生した場合でも、バッテリ１６に直流電力が蓄えられている期間は、負荷１７に定格電力Ｐｃを供給することができる。

【0139】

以上のように、この実施の形態では、高速充電動作時に、ＡＣ／ＤＣ変換器１１と連携して動作し、商用交流電源１５から供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインＤＬに供給する双方向変換器１４が設けられる。したがって、高速充電動作時に直流電力が不足することを防止することができ、負荷１７を運転しながらバッテリ１６の高速充電を行なうことができる。また、大容量の無停電電源装置を使用したり、外付けの充電器を追加する場合に比べ、低コスト化を図ることができる。

【0140】

また、双方向変換器１４は、過負荷運転動作時には、ＤＣ／ＡＣ変換器１３と連携して動作し、直流ラインＤＬから受ける直流電力を交流電力に変換して負荷１７に供給する。したがって、バッテリ１６に直流電力が蓄えられている期間には、定格電力Ｐｃよりも大きな電力を負荷１７に供給することができる。

【0141】

なお、図１１は、実施の形態の比較例１を示す回路ブロック図であって、図７と対比される図である。図１１を参照して、比較例１が実施の形態と異なる点は、コンバータ４およびスイッチＳ４，Ｓ５が除去されている点である。すなわち、比較例１は、従来の無停電電源装置である。

【0142】

比較例１では、コンバータ１の容量と、双方向チョッパ２の容量と、インバータ３の容量と、負荷１７の定格容量Ｐｃとは同じ値に設定されている。負荷１７の定格容量Ｐｃを１００％とする。高速充電動作時には、商用交流電源１５からコンバータ１に１００％の交流電力が供給され、コンバータ１によって１００％の直流電力が生成され、双方向チョッパ２からバッテリ１６に５０％の直流電力が供給され、インバータ３から負荷１７に５０％の交流電力が供給される。

【0143】

したがって、高速充電動作時には、定格電力Ｐｃの５０％の交流電力しか負荷１７に供給することができず、負荷１７を正常に運転することができなくなる。したがって、この比較例１では、負荷１７を運転しながら、バッテリ１６を高速充電することはできない。

【0144】

また図１２は、実施の形態の他の比較例２を示す回路ブロック図であって、図１１と対比される図である。図１２を参照して、比較例２が比較例１と異なる点は、コンバータ１、双方向チョッパ２、およびインバータ３がそれぞれコンバータ１Ａ、双方向チョッパ２Ａ、およびインバータ３Ａで置換されている点である。コンバータ１Ａ、双方向チョッパ２Ａ、およびインバータ３Ａの容量は、それぞれコンバータ１、双方向チョッパ２、およびインバータ３の容量の１．５倍に設定されている。

【0145】

高速充電動作時には、商用交流電源１５からコンバータ１Ａに１５０％の交流電力が供給され、コンバータ１Ａによって１５０％の直流電力が生成され、双方向チョッパ２Ａからバッテリ１６に５０％の直流電力が供給され、インバータ３Ａから負荷１７に１００％の交流電力が供給される。

【0146】

したがって、高速充電動作時には、定格電力Ｐｃとなる１００％の交流電力を負荷１７に供給することができ、負荷１７を運転しながらバッテリ１６を高速充電することができる。しかし、この比較例２では、余分な容量を保有することとなり、装置が大型になり、コスト高になるという問題がある。

【0147】

また図１３は、実施の形態のさらに他の比較例２を示す回路ブロック図であって、図１１と対比される図である。図１３を参照して、比較例３が比較例１と異なる点は、外付けの充電器４１が追加されている点である。充電器４１の容量は、負荷１７の定格容量Ｐｃの５０％に設定されている。

【0148】

高速充電動作時には、商用交流電源１５から充電器４１に５０％の交流電力が供給され、充電器４１からバッテリ１６に５０％の直流電力が供給される。また、商用交流電源１５からコンバータ１に１００％の交流電力が供給され、コンバータ１によって１００％の直流電力が生成され、インバータ３から負荷１７に１００％の交流電力が供給される。

【0149】

したがって、負荷１７を運転しながらバッテリ１６を高速充電することができる。しかし、充電器４１を外付けするので、コスト高になり、システムの保守性が悪化する。また、バッテリ１６を高速充電する以外に充電器４１の使途がない。

【0150】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0151】

Ｔ１ 交流入力端子、Ｔ２ バッテリ端子、Ｔ３ 交流出力端子Ｔ３、Ｓ１～Ｓ５ スイッチ、Ｃ１～Ｃ４ コンデンサ、Ｌ１～Ｌ４ リアクトル、ＣＤ１～ＣＤ４ 電流検出器、１，１Ａ，４ コンバータ、ＤＬ 直流ライン、２，２Ａ 双方向チョッパ、３，３Ａ インバータ、５ 操作部、６ 制御装置、１５ 商用交流電源、１６ バッテリ、１７ 負荷、Ｑ１～Ｑ６，Ｑ１１～Ｑ１６，Ｑ２１～Ｑ２６ ＩＧＢＴ、Ｄ１～Ｄ６，Ｄ１１～Ｄ１６，Ｄ２１～Ｄ２６ ダイオード、２１～２５ 電圧検出器、２６ 停電検出器、２７，２８ 比較器、２９ 制御回路、３１～３５ 制御部、３６ 通信回線、４１ 充電器。

【要約】

無停電電源装置は、商用交流電源（１５）から供給される交流電力を直流電力に変換して直流ライン（ＤＬ）に供給するＡＣ／ＤＣ変換器１１と、直流ラインから受ける直流電力を交流電力に変換して負荷（１７）に供給するＤＣ／ＡＣ変換器（１３）と、直流ラインとバッテリ（１６）との間で直流電力を授受するＤＣ／ＤＣ変換器（１２）と、バッテリの高速充電を行なう場合に、ＡＣ／ＤＣ変換器（１１）と連携して動作し、商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインに供給する双方向変換器（１４）とを備える。したがって、高速充電動作時に直流電力が不足することを防止し、負荷に定格電力を供給しながら、バッテリの高速充電を行なうことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】