JP2003018761A - 電源装置 - Google Patents
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- JP2003018761A JP2003018761A JP2001196159A JP2001196159A JP2003018761A JP 2003018761 A JP2003018761 A JP 2003018761A JP 2001196159 A JP2001196159 A JP 2001196159A JP 2001196159 A JP2001196159 A JP 2001196159A JP 2003018761 A JP2003018761 A JP 2003018761A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 定常の動作時には専ら商用交流電源から負荷
に対して電力を供給する一方、停電時には二次電池から
負荷に対して電力を供給する無停電式の電源装置におい
て、停電時におけるバックアップ機能を長期に亘り高い
信頼性を持って維持可能とする。 【解決手段】 二次電池の充電モードに、１週間あるい
はそれ以上の設定期間毎に定期的に行われる充電モード
Ａと、電池容量が減少する毎に随時に行われる充電モー
ドＢとを備える。充電モードＡでは満充電状態が確実に
達成される充電制御方式を採用する一方、充電モードＢ
では満充電以前に充電を停止して二次電池の劣化を防止
可能な充電制御方式を採用する。
に対して電力を供給する一方、停電時には二次電池から
負荷に対して電力を供給する無停電式の電源装置におい
て、停電時におけるバックアップ機能を長期に亘り高い
信頼性を持って維持可能とする。 【解決手段】 二次電池の充電モードに、１週間あるい
はそれ以上の設定期間毎に定期的に行われる充電モード
Ａと、電池容量が減少する毎に随時に行われる充電モー
ドＢとを備える。充電モードＡでは満充電状態が確実に
達成される充電制御方式を採用する一方、充電モードＢ
では満充電以前に充電を停止して二次電池の劣化を防止
可能な充電制御方式を採用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、交流入力を直流
電力に変換して負荷に供給する通信・情報機器用の電源
装置であって、特に無停電機能を有するものに関する。
電力に変換して負荷に供給する通信・情報機器用の電源
装置であって、特に無停電機能を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の電源装置は、二次電池から
出力される直流電力を交流に変換して出力する補助電源
装置（例えば、無停電電源装置、以下ＵＰＳと記す）を
備え、停電時には商用交流電源側からＵＰＳに出力を瞬
間的に切り替えることにより、動作中の通信・情報機器
（コンピュータ機器やネットワーク機器）が不要に停止
されることを未然に防止している。
出力される直流電力を交流に変換して出力する補助電源
装置（例えば、無停電電源装置、以下ＵＰＳと記す）を
備え、停電時には商用交流電源側からＵＰＳに出力を瞬
間的に切り替えることにより、動作中の通信・情報機器
（コンピュータ機器やネットワーク機器）が不要に停止
されることを未然に防止している。
【０００３】上記したＵＰＳが外付けの場合、一般に、
ＡＣ−ＤＣコンバータ、二次電池、ＤＣ−ＤＣコンバー
タおよび制御系で構成されることが多い。またＵＰＳに
は、ラインインタラクティブ方式と常時インバータ方式
がある。
ＡＣ−ＤＣコンバータ、二次電池、ＤＣ−ＤＣコンバー
タおよび制御系で構成されることが多い。またＵＰＳに
は、ラインインタラクティブ方式と常時インバータ方式
がある。
【０００４】ここでラインインタラクティブ方式の場合
は、商用交流電力が供給されている間はバイパスされ
て、通信・情報機器に交流電力が供給される。そのた
め、損失はほとんど無いが、その反面、瞬停に対しては
対応できないため、信頼性が低い。
は、商用交流電力が供給されている間はバイパスされ
て、通信・情報機器に交流電力が供給される。そのた
め、損失はほとんど無いが、その反面、瞬停に対しては
対応できないため、信頼性が低い。
【０００５】他方、常時インバータ方式では、瞬停への
対応ができる反面、ＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＤＣ
コンバータを介して電力が供給されるため、変換ロスが
生まれる。
対応ができる反面、ＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＤＣ
コンバータを介して電力が供給されるため、変換ロスが
生まれる。
【０００６】そこで、ＵＰＳ機能を内蔵した電源装置が
提案されている。例えば、特開平９−３２２４３３号公
報には、商用電源から直流電力に変換して負荷に供給す
る主電源部と、二次電池（バッテリー）から電力を供給
するＵＰＳ電源部を備え、両者から所定比率で負荷に電
力供給することで効率を改善する、あるいは片方の故障
時に他方が即座に供給を開始することで信頼性が高ま
る、との記載がある。
提案されている。例えば、特開平９−３２２４３３号公
報には、商用電源から直流電力に変換して負荷に供給す
る主電源部と、二次電池（バッテリー）から電力を供給
するＵＰＳ電源部を備え、両者から所定比率で負荷に電
力供給することで効率を改善する、あるいは片方の故障
時に他方が即座に供給を開始することで信頼性が高ま
る、との記載がある。
【０００７】また特開２０００−１１６０２９号公報に
も、ＵＰＳ機能を機器電源に組み込んだバックアップ電
源装置が開示されている。この装置構成では、交流−直
流変換回路またはバックアップコンバータからの何れか
一方から電力を供給することを特徴としている。定期的
にバッテリーからの直流電力を供給させ、電圧を検出す
ることでシステムが正常に働くか否かの判定を行い、信
頼性を高めることも明記されている。
も、ＵＰＳ機能を機器電源に組み込んだバックアップ電
源装置が開示されている。この装置構成では、交流−直
流変換回路またはバックアップコンバータからの何れか
一方から電力を供給することを特徴としている。定期的
にバッテリーからの直流電力を供給させ、電圧を検出す
ることでシステムが正常に働くか否かの判定を行い、信
頼性を高めることも明記されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バック
アップ電源を機器に組み込む場合は、常にバックアップ
電源装置を監視する動作の追加が可能であるために高い
信頼性が確保できる反面、設置容積が限られる、機器内
部の回路による発熱の影響を受けるために寿命が短くな
る、といった問題が生ずる。
アップ電源を機器に組み込む場合は、常にバックアップ
電源装置を監視する動作の追加が可能であるために高い
信頼性が確保できる反面、設置容積が限られる、機器内
部の回路による発熱の影響を受けるために寿命が短くな
る、といった問題が生ずる。
【０００９】加えて、商用交流停電時以外にも二次電池
から電力供給を行う方式の電源装置では、部分充放電が
常時行われることになるため、二次電池の劣化が加速し
て信頼性が損なわれる、といった問題がある。
から電力供給を行う方式の電源装置では、部分充放電が
常時行われることになるため、二次電池の劣化が加速し
て信頼性が損なわれる、といった問題がある。
【００１０】本発明はかかる不都合に鑑みてなされたも
のであって、停電時におけるバックアップ機能を長期に
亘り高い信頼性を持って維持し得る電源装置を提供する
ことを目的とする。
のであって、停電時におけるバックアップ機能を長期に
亘り高い信頼性を持って維持し得る電源装置を提供する
ことを目的とする。
【００１１】本発明のもう１つの目的は、停電時のバッ
クアップ電源としての機能を維持しながら、負荷の程度
に応じて電力の一部を二次電池装置側から供給すること
で、高効率化を実現し得る電源装置において、その電源
装置の長期信頼性を実現することにある。
クアップ電源としての機能を維持しながら、負荷の程度
に応じて電力の一部を二次電池装置側から供給すること
で、高効率化を実現し得る電源装置において、その電源
装置の長期信頼性を実現することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる電源装置
は、図１に例示する如く、商用交流入力を直流電圧に変
換し、負荷４に対して電力を供給するものである。更
に、負荷４に対する電力供給源として、二次電池装置１
４を更に備えるとともに、その二次電池装置１４に、予
め設定した条件に対応して負荷４に電力を供給する放電
回路７と、二次電池８に対する充電を可能とする充電回
路６と、二次電池８の電池電圧、電池温度および充電時
間を測定可能とする検知回路１３と、その検知回路１３
による測定値に基づいて、前記した充電回路６による充
電を制御可能とする制御回路１２とを備えたことを特徴
とする。
は、図１に例示する如く、商用交流入力を直流電圧に変
換し、負荷４に対して電力を供給するものである。更
に、負荷４に対する電力供給源として、二次電池装置１
４を更に備えるとともに、その二次電池装置１４に、予
め設定した条件に対応して負荷４に電力を供給する放電
回路７と、二次電池８に対する充電を可能とする充電回
路６と、二次電池８の電池電圧、電池温度および充電時
間を測定可能とする検知回路１３と、その検知回路１３
による測定値に基づいて、前記した充電回路６による充
電を制御可能とする制御回路１２とを備えたことを特徴
とする。
【００１３】前記した制御回路１２による二次電池８に
対する充電制御時期の判定方法として、（１）二次電池
電圧変化量の時間に対する加速度である「Δ（ΔＶ／Δ
ｔ）／Δｔ」の値が正から負に変化した時点を利用する
方法、（２）二次電池８の充電時の電圧降下値である
「−ΔＶ」の値が設定値を超えた時点を利用する方法、
（３）二次電池８の充電中における電池温度が設定値を
超えた時点を利用する方法、（４）二次電池温度の時間
変化率である「ΔＴ／Δｔ」の値が設定値を超えた時点
を利用する方法がある。そしてこれらの方法を単独で、
あるいは複数組み合わせて利用する。
対する充電制御時期の判定方法として、（１）二次電池
電圧変化量の時間に対する加速度である「Δ（ΔＶ／Δ
ｔ）／Δｔ」の値が正から負に変化した時点を利用する
方法、（２）二次電池８の充電時の電圧降下値である
「−ΔＶ」の値が設定値を超えた時点を利用する方法、
（３）二次電池８の充電中における電池温度が設定値を
超えた時点を利用する方法、（４）二次電池温度の時間
変化率である「ΔＴ／Δｔ」の値が設定値を超えた時点
を利用する方法がある。そしてこれらの方法を単独で、
あるいは複数組み合わせて利用する。
【００１４】本発明の電源装置にあっては、図２に例示
する如く、二次電池８に対する充電モードには少なくと
も２種類の充電モードＡおよびＢが存在し、各充電モー
ドに応じて、最適な充電制御の判定方法を用いる。
する如く、二次電池８に対する充電モードには少なくと
も２種類の充電モードＡおよびＢが存在し、各充電モー
ドに応じて、最適な充電制御の判定方法を用いる。
【００１５】例えば充電モードの１つとして、ある設定
された日に１回動作する充電モードＡである。これは、
二次電池８を構成する電池セル間のバラツキを補正する
とともに、自己放電で失われた電力を補充し、且つ、充
放電制御のための基準点（充電量１００％）を再設定す
る目的のものである。この充電モードでは、図３（ａ）
の如く、充電時の電池電圧降下である−ΔＶの値が設定
値を超えた時点で充電電流を減少させた後、更に定めら
れた時間だけ充電して終了することが特徴である。
された日に１回動作する充電モードＡである。これは、
二次電池８を構成する電池セル間のバラツキを補正する
とともに、自己放電で失われた電力を補充し、且つ、充
放電制御のための基準点（充電量１００％）を再設定す
る目的のものである。この充電モードでは、図３（ａ）
の如く、充電時の電池電圧降下である−ΔＶの値が設定
値を超えた時点で充電電流を減少させた後、更に定めら
れた時間だけ充電して終了することが特徴である。
【００１６】他方、停電時以外にも電源の運転に伴って
二次電池８からも電力を供給する場合、ある条件下では
二次電池８に充電が行われる。この充電モードＢの場合
には、二次電池電圧変化量の時間に対する加速度である
Δ（ΔＶ／Δｔ）／Δｔの値が正から負に変化する（図
３（ｃ）の時刻ｔ２参照）か、二次電池温度の時間変化
率であるΔＴ／Δｔの値が設定値を超えるか、あるい
は、電池温度が設定値を超えた段階で充電を終了する。
二次電池８からも電力を供給する場合、ある条件下では
二次電池８に充電が行われる。この充電モードＢの場合
には、二次電池電圧変化量の時間に対する加速度である
Δ（ΔＶ／Δｔ）／Δｔの値が正から負に変化する（図
３（ｃ）の時刻ｔ２参照）か、二次電池温度の時間変化
率であるΔＴ／Δｔの値が設定値を超えるか、あるい
は、電池温度が設定値を超えた段階で充電を終了する。
【００１７】なお、上記した二次電池８は、電池特性上
の観点からアルカリ二次電池であることが好ましい。ま
た電源装置が、パソコンやワークステーション、あるい
はネットワークサーバ等の情報・通信機器に内蔵される
ことを特徴とする。
の観点からアルカリ二次電池であることが好ましい。ま
た電源装置が、パソコンやワークステーション、あるい
はネットワークサーバ等の情報・通信機器に内蔵される
ことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下本発明にかかる電源装置を、
図１に示すサーバー用のコンピュータ装置２における無
停電式の電源部５に実施した一例を示す。しかしながら
これに限らず、恒常的な動作を必要とする各種の電子機
器における電源部や、その様な電子機器に電力を供給す
るために独立して動作する電源装置においても略同様に
実施できることは勿論である。
図１に示すサーバー用のコンピュータ装置２における無
停電式の電源部５に実施した一例を示す。しかしながら
これに限らず、恒常的な動作を必要とする各種の電子機
器における電源部や、その様な電子機器に電力を供給す
るために独立して動作する電源装置においても略同様に
実施できることは勿論である。
【００１９】本発明にかかる電源部５は、図１において
その全体的な構成を概略的に示すごとく、例えば１００
〜２００Ｖ程度の交流電圧Ｖ１を出力する商用交流電源
１に接続され、商用交流電圧Ｖ１を例えば４８Ｖ程度の
直流電圧Ｖ２に変換するＡＣ−ＤＣ変換回路３１と、Ｃ
ＰＵを始めとする各種の負荷４に対して適正な直流電圧
Ｖ３（例えば、直流３Ｖ程度）に変換するＤＣ−ＤＣコ
ンバータ３２とを経由して、負荷４に直流電力を供給す
るものである。
その全体的な構成を概略的に示すごとく、例えば１００
〜２００Ｖ程度の交流電圧Ｖ１を出力する商用交流電源
１に接続され、商用交流電圧Ｖ１を例えば４８Ｖ程度の
直流電圧Ｖ２に変換するＡＣ−ＤＣ変換回路３１と、Ｃ
ＰＵを始めとする各種の負荷４に対して適正な直流電圧
Ｖ３（例えば、直流３Ｖ程度）に変換するＤＣ−ＤＣコ
ンバータ３２とを経由して、負荷４に直流電力を供給す
るものである。
【００２０】更に電源部５には、複数回の充放電が可能
な二次電池８と、その二次電池８に対して充電を可能と
する充電回路６と、二次電池８から出力される電池電圧
Ｖｂを変化させて、ＡＣ−ＤＣ変換回路３１からの出力
電圧Ｖ２と略一致させる放電回路７と、充電回路６の制
御動作を行う制御回路１２と、二次電池８の充放電時に
おける物理的な状態を検知可能とする検知回路１３とか
ら構成される二次電池装置１４を備える。
な二次電池８と、その二次電池８に対して充電を可能と
する充電回路６と、二次電池８から出力される電池電圧
Ｖｂを変化させて、ＡＣ−ＤＣ変換回路３１からの出力
電圧Ｖ２と略一致させる放電回路７と、充電回路６の制
御動作を行う制御回路１２と、二次電池８の充放電時に
おける物理的な状態を検知可能とする検知回路１３とか
ら構成される二次電池装置１４を備える。
【００２１】ここで検知回路１３は、二次電池８の電圧
を測定する電圧センサ９と、二次電池８の温度を測定す
る温度センサ１０と、二次電池８の充放電電流を測定す
る電流センサ１１とから構成される。
を測定する電圧センサ９と、二次電池８の温度を測定す
る温度センサ１０と、二次電池８の充放電電流を測定す
る電流センサ１１とから構成される。
【００２２】二次電池８の容量、電圧等の仕様は、電源
の運転制御仕様によって定められる。例えば定格出力電
力が３００Ｗであり、設計仕様として充電状態量（以
下、「ＳＯＣ」と記す）が５０％の段階であっても、６
分間程度のバックアップができる無停電電源としての機
能を持たせるとすると、変換ロス、高出力時の実質容
量、低温での動作、経時劣化等を考慮し、且つ、持続す
る電圧Ｖ２と電池電圧Ｖｂとの差を考慮して、容量６Ａ
ｈのニッケル水素電池を１５本直列した形態（定格電池
電圧１８Ｖ）が設計される。勿論、電源運転仕様が同じ
であっても電池設計は一通りではなく、様々な形態が考
えられる。
の運転制御仕様によって定められる。例えば定格出力電
力が３００Ｗであり、設計仕様として充電状態量（以
下、「ＳＯＣ」と記す）が５０％の段階であっても、６
分間程度のバックアップができる無停電電源としての機
能を持たせるとすると、変換ロス、高出力時の実質容
量、低温での動作、経時劣化等を考慮し、且つ、持続す
る電圧Ｖ２と電池電圧Ｖｂとの差を考慮して、容量６Ａ
ｈのニッケル水素電池を１５本直列した形態（定格電池
電圧１８Ｖ）が設計される。勿論、電源運転仕様が同じ
であっても電池設計は一通りではなく、様々な形態が考
えられる。
【００２３】充電回路６は、ＡＣ−ＤＣ変換回路３１か
ら出力される直流電圧Ｖ２を降圧するとともに、制御回
路１２による後記する制御に基づいて所定のタイミング
で充電動作を行うことにより、二次電池８をある設定値
にできるだけ近い状態に維持できる様にしている。
ら出力される直流電圧Ｖ２を降圧するとともに、制御回
路１２による後記する制御に基づいて所定のタイミング
で充電動作を行うことにより、二次電池８をある設定値
にできるだけ近い状態に維持できる様にしている。
【００２４】放電回路７は、二次電池８の電池電圧Ｖｂ
を昇圧し、ＡＣ−ＤＣ変換回路３１から出力される直流
電圧Ｖ２（この例では４８Ｖ）と略等しい電圧を形成可
能とする。
を昇圧し、ＡＣ−ＤＣ変換回路３１から出力される直流
電圧Ｖ２（この例では４８Ｖ）と略等しい電圧を形成可
能とする。
【００２５】制御回路１２は、通常、マイクロプロセッ
サを演算素子として使用し、プログラムで動作するもの
であって、検知回路１３を構成する各種センサからの入
力に対応して、二次電池装置１４における上記した各回
路に制御信号を送って所定の制御動作、即ち、二次電池
８の充放電量および充電時間の制御を行う。また、各種
センサからの入力を演算することで、二次電池８のＳＯ
Ｃを推定する。更に、二次電池８の状態、例えばＳＯ
Ｃ、劣化状態等の情報をコンピュータ装置２のＣＰＵに
送る、あるいは逆に指令を受ける機能も有する。
サを演算素子として使用し、プログラムで動作するもの
であって、検知回路１３を構成する各種センサからの入
力に対応して、二次電池装置１４における上記した各回
路に制御信号を送って所定の制御動作、即ち、二次電池
８の充放電量および充電時間の制御を行う。また、各種
センサからの入力を演算することで、二次電池８のＳＯ
Ｃを推定する。更に、二次電池８の状態、例えばＳＯ
Ｃ、劣化状態等の情報をコンピュータ装置２のＣＰＵに
送る、あるいは逆に指令を受ける機能も有する。
【００２６】充電回路６による二次電池８の充電は、商
用交流電源１の供給を受けている期間にあって、二次電
池８の温度がある設定値Ｔ１（例えば６０℃）以下で、
且つ、二次電池８のＳＯＣが設定値Ｑ１（例えば８５
％）を下回っていることが検出された場合に行われ、後
述する条件を満たすと充電を停止する。
用交流電源１の供給を受けている期間にあって、二次電
池８の温度がある設定値Ｔ１（例えば６０℃）以下で、
且つ、二次電池８のＳＯＣが設定値Ｑ１（例えば８５
％）を下回っていることが検出された場合に行われ、後
述する条件を満たすと充電を停止する。
【００２７】図２に、充電制御の一例をフローチャート
で示す。この例では、２種類の充電モードから構成され
ている。定常的に行われる一方の充電モードＢにおける
制御には、電池電圧の時間変化の加速度を測定し制御す
る方法と、電池温度の時間変化を測定し制御する方法と
を併用してある。
で示す。この例では、２種類の充電モードから構成され
ている。定常的に行われる一方の充電モードＢにおける
制御には、電池電圧の時間変化の加速度を測定し制御す
る方法と、電池温度の時間変化を測定し制御する方法と
を併用してある。
【００２８】他方の充電モードＡは、定期的に、即ちあ
る設定日毎に１回充電するモードであって、制御する方
法としては、−ΔＶ方式により充電電流を切り替え、そ
の後に電流を落として、ある設定充電量まで充電を行
う。また、常に電池温度を監視し、設定温度Ｔ１以上に
ある場合は、充電を停止する方法を組み合わせて行う。
る設定日毎に１回充電するモードであって、制御する方
法としては、−ΔＶ方式により充電電流を切り替え、そ
の後に電流を落として、ある設定充電量まで充電を行
う。また、常に電池温度を監視し、設定温度Ｔ１以上に
ある場合は、充電を停止する方法を組み合わせて行う。
【００２９】すなわち、図２のステップＳＴ１で充電を
開始すると、ステップＳＴ２において電池温度の判定が
行われる。ここで電池温度がＴ１以上であることが判定
されると、ステップＳＴ１１に移って充電が終了する
が、Ｔ１以下であると、ステップ３の判定に移る。
開始すると、ステップＳＴ２において電池温度の判定が
行われる。ここで電池温度がＴ１以上であることが判定
されると、ステップＳＴ１１に移って充電が終了する
が、Ｔ１以下であると、ステップ３の判定に移る。
【００３０】かかるステップＳＴ３では、設定日でしか
も１回目の充電か否かが判定され、「Ｙｅｓ」であれば
ステップＳＴ７からの充電モードＡに、「Ｎｏ」であれ
ばステップＳＴ４からの充電モードＢに移る。
も１回目の充電か否かが判定され、「Ｙｅｓ」であれば
ステップＳＴ７からの充電モードＡに、「Ｎｏ」であれ
ばステップＳＴ４からの充電モードＢに移る。
【００３１】充電モードＢでは、ステップＳＴ４で電池
温度がＴ１以上になったか否かの第１の判定がされ、更
にステップＳＴ５において、電池電圧の時間変化の加速
度が正から負に変化し、且つ、それから設定時間が経過
したか否かの第２の判定がされる。更にステップＳＴ６
において電池温度の変化率が設定値を超えているか否か
の第３の判定がされる。そして、上記した第１〜第３の
判定の何れか１つでも満たすまで、判定動作が繰り返さ
れる。
温度がＴ１以上になったか否かの第１の判定がされ、更
にステップＳＴ５において、電池電圧の時間変化の加速
度が正から負に変化し、且つ、それから設定時間が経過
したか否かの第２の判定がされる。更にステップＳＴ６
において電池温度の変化率が設定値を超えているか否か
の第３の判定がされる。そして、上記した第１〜第３の
判定の何れか１つでも満たすまで、判定動作が繰り返さ
れる。
【００３２】一方、充電モードＡは、ステップＳＴ７に
おいて電池温度がＴ１を超えたことが判定されると充電
は直ちに終了される。更にステップＳＴ８において、充
電中の電圧降下量が設定値を超えたことが判定される
と、ステップＳＴ９で充電電流の大きさを低下させ、低
レートにより設定時間だけ充電が持続される。更に、こ
の低レートによる充電が終了すると、ステップＳＴ１０
において充電回数を加算して設定日における充電が終了
したことを設定したのち、充電を終了するのである。
おいて電池温度がＴ１を超えたことが判定されると充電
は直ちに終了される。更にステップＳＴ８において、充
電中の電圧降下量が設定値を超えたことが判定される
と、ステップＳＴ９で充電電流の大きさを低下させ、低
レートにより設定時間だけ充電が持続される。更に、こ
の低レートによる充電が終了すると、ステップＳＴ１０
において充電回数を加算して設定日における充電が終了
したことを設定したのち、充電を終了するのである。
【００３３】図３（ａ）は、ニッケル水素二次電池の充
電時の電圧変化を、時間軸でプロットしたものである。
通常、満充電にするプロセスでは、時刻ｔ３に充電電圧
がピーク電圧Ｖｍａｘに達した後、更に電圧降下（−Δ
Ｖ）がある値に達した時刻ｔ４に満充電状態になったも
のと判断して充電を終了する。この方法では、充電量を
１００％にすることが出来る利点があるが、その分、電
池を劣化させて電池寿命を短くするという欠点もある。
電時の電圧変化を、時間軸でプロットしたものである。
通常、満充電にするプロセスでは、時刻ｔ３に充電電圧
がピーク電圧Ｖｍａｘに達した後、更に電圧降下（−Δ
Ｖ）がある値に達した時刻ｔ４に満充電状態になったも
のと判断して充電を終了する。この方法では、充電量を
１００％にすることが出来る利点があるが、その分、電
池を劣化させて電池寿命を短くするという欠点もある。
【００３４】本発明の電源装置においては、二次電池８
はＳＯＣがある設定値Ｑ１以上を維持する限り、停電時
のバックアップ電源としての機能を十分に保証するもの
であり、充電量１００％を維持する必要はない。そこ
で、本発明では図２に例示したように、過充電に起因す
る二次電池８の劣化を避け得る充電制御方法を採用する
ことにその特徴を有する。
はＳＯＣがある設定値Ｑ１以上を維持する限り、停電時
のバックアップ電源としての機能を十分に保証するもの
であり、充電量１００％を維持する必要はない。そこ
で、本発明では図２に例示したように、過充電に起因す
る二次電池８の劣化を避け得る充電制御方法を採用する
ことにその特徴を有する。
【００３５】即ち、検知回路１３から得られた電池電圧
を測定し、単位時間あたりの時間変化の加速度｛Δ（Δ
Ｖ／Δｔ）／Δｔ｝の値をマイコンで計算する。ここで
得られた加速度の値が、正から負へ変化した時点（時刻
ｔ２）をもって制御回路１２を作動させ、充電を終了さ
せる方法を用いる。
を測定し、単位時間あたりの時間変化の加速度｛Δ（Δ
Ｖ／Δｔ）／Δｔ｝の値をマイコンで計算する。ここで
得られた加速度の値が、正から負へ変化した時点（時刻
ｔ２）をもって制御回路１２を作動させ、充電を終了さ
せる方法を用いる。
【００３６】図３（ｂ）は、図３（ａ）の充電カーブの
傾き（ΔＶ／Δｔ）を示す。図３（ｃ）は、図３（ａ）
の充放電カーブの時間に対する加速度｛Δ（ΔＶ／Δ
ｔ）｝を示す。この図で、加速度が正から負へ変化する
時点の時刻ｔ２が満充電に近い領域であり、ここで充電
を終了することで、電池を劣化させることなく、また十
分な充電量を得ることができる。
傾き（ΔＶ／Δｔ）を示す。図３（ｃ）は、図３（ａ）
の充放電カーブの時間に対する加速度｛Δ（ΔＶ／Δ
ｔ）｝を示す。この図で、加速度が正から負へ変化する
時点の時刻ｔ２が満充電に近い領域であり、ここで充電
を終了することで、電池を劣化させることなく、また十
分な充電量を得ることができる。
【００３７】ところで本発明の例では、二次電池８に複
数の電池を直列接続した組電池を使用しているが、過充
電を伴わない上記の方法で充電を行い、放電を行う充放
電を繰り返すと、電池個々の特性ばらつきに起因したセ
ル間の充電量にアンバランスが生じ、特定のセル電池の
劣化が進む要因となる。
数の電池を直列接続した組電池を使用しているが、過充
電を伴わない上記の方法で充電を行い、放電を行う充放
電を繰り返すと、電池個々の特性ばらつきに起因したセ
ル間の充電量にアンバランスが生じ、特定のセル電池の
劣化が進む要因となる。
【００３８】そこで電池セル間のアンバランスを解消す
るため、１週間から２週間に１回程度の間隔で、満充電
後に低レート（通常、０．２ＣＡ以下の電流）で、ある
充電量（例えば２０％相当）を充電する。ここでの制御
は、−ΔＶの充電終止を用いた充電方式にて満充電を行
う。
るため、１週間から２週間に１回程度の間隔で、満充電
後に低レート（通常、０．２ＣＡ以下の電流）で、ある
充電量（例えば２０％相当）を充電する。ここでの制御
は、−ΔＶの充電終止を用いた充電方式にて満充電を行
う。
【００３９】なおこの充電モードＡにあっても、電池電
圧だけでなく電池温度による制御も併用することが望ま
しい。温度センサ１０で測定した電池温度の単位時間当
たりの変化を計算し、ある設定値以上になった時点で充
電を終了するアルゴリズムであり、例えば、充電時にお
ける１０分間の温度変化が５℃に達した時点で、充電を
終止させる方法である。この制御方法を併用するのは、
電池が４０℃を超える様な電池環境下で充電されるよう
な場合、必ずしもΔＶが明確に検知されない場合が発生
するためである。
圧だけでなく電池温度による制御も併用することが望ま
しい。温度センサ１０で測定した電池温度の単位時間当
たりの変化を計算し、ある設定値以上になった時点で充
電を終了するアルゴリズムであり、例えば、充電時にお
ける１０分間の温度変化が５℃に達した時点で、充電を
終止させる方法である。この制御方法を併用するのは、
電池が４０℃を超える様な電池環境下で充電されるよう
な場合、必ずしもΔＶが明確に検知されない場合が発生
するためである。
【００４０】また、安全上の配慮から、電池の温度があ
る温度Ｔ１（例えば、６５℃）以上ある場合は、どの様
な充電状態であれ充電を停止し、温度がＴ１以下に下が
るまで充電を禁止する。
る温度Ｔ１（例えば、６５℃）以上ある場合は、どの様
な充電状態であれ充電を停止し、温度がＴ１以下に下が
るまで充電を禁止する。
【００４１】図４に、図２に示した充電制御アルゴリズ
ムによる充放電サイクル試験の結果（図４における曲線
ａ参照）を、定期的な過充電によるバラツキ補正の無い
場合（図４における曲線ｂ参照）と、通常の充電終止を
加速度｛Δ（ΔＶ／Δｔ）／Δｔ｝でなく、（−ΔＶ）
の充電終止を用いた場合（図４における曲線ｃ参照）と
を比較して示した。
ムによる充放電サイクル試験の結果（図４における曲線
ａ参照）を、定期的な過充電によるバラツキ補正の無い
場合（図４における曲線ｂ参照）と、通常の充電終止を
加速度｛Δ（ΔＶ／Δｔ）／Δｔ｝でなく、（−ΔＶ）
の充電終止を用いた場合（図４における曲線ｃ参照）と
を比較して示した。
【００４２】加速実験のため、通常の充放電サイクルは
充電終止からＳＯＣ８０％の間とし、５０サイクルに１
回の割で過充電によるバランス補正充電サイクルを入れ
た。図４から判るように、本実施例で充電制御すること
で、サイクル寿命が参考例に比べて伸びることが判る。
充電終止からＳＯＣ８０％の間とし、５０サイクルに１
回の割で過充電によるバランス補正充電サイクルを入れ
た。図４から判るように、本実施例で充電制御すること
で、サイクル寿命が参考例に比べて伸びることが判る。
【００４３】
【発明の効果】本発明は上記の如く、複数種類の充電方
法を用いることで、電池寿命を長期化し、且つ、搭載二
次電池を常に最適な充電状態に維持できるため、長期間
に亘り信頼性の高い運転が可能なバックアップ機能付の
電源装置を提供できる。
法を用いることで、電池寿命を長期化し、且つ、搭載二
次電池を常に最適な充電状態に維持できるため、長期間
に亘り信頼性の高い運転が可能なバックアップ機能付の
電源装置を提供できる。
【図１】本発明にかかる電源装置を、サーバー用のコン
ピュータ装置における電源部に実施した一例を、概略的
に示すブロック図である。
ピュータ装置における電源部に実施した一例を、概略的
に示すブロック図である。
【図２】二次電池の充電モードの状態遷移を示す流れ図
である。
である。
【図３】充電中における二次電池の状態変化を示すグラ
フであって、（ａ）は充電による電池電圧の時間変化
を、（ｂ）はその時間微分を示し、更に（ｃ）は時間に
よる二階微分を示す。
フであって、（ａ）は充電による電池電圧の時間変化
を、（ｂ）はその時間微分を示し、更に（ｃ）は時間に
よる二階微分を示す。
【図４】本発明の実施例に基づく充電制御方式によるサ
イクル寿命評価試験の結果を、参考例の結果と合わせて
示した図である。
イクル寿命評価試験の結果を、参考例の結果と合わせて
示した図である。
１ 商用交流電源
２ コンピュータ装置
３１ ＡＣ−ＤＣ変換回路
３２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
４ 負荷
５ 電源部
６ 充電回路
７ 放電回路
８ 二次電池
９ 電圧センサ
１０ 温度センサ
１１ 電流センサ
１２ 制御回路
１３ 検知回路
１４ 二次電池装置
フロントページの続き
(72)発明者 大西 益弘
大阪府茨木市丑寅１丁目１番88号 日立マ
クセル株式会社内
Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA01 CA11 CB06
DA05 GB03 GC05
5G015 GB02 HA02 HA14 JA34 JA35
JA36 JA53 JA55
5H030 AA06 AS11 BB00 FF22 FF43
FF52
Claims (7)
- 【請求項１】 商用交流入力を直流電圧に変換し、負荷
に対して電力を供給する電源装置において、 前記負荷に対する電力供給源として、二次電池装置を更
に備えるとともに、 該二次電池装置に、 予め設定した条件に対応して負荷に電力を供給する放電
回路と、 二次電池に対する充電を可能とする充電回路と、 二次電池の電池電圧、電池温度および充電時間を測定可
能とする検知回路と、 該検知回路による測定値に基づいて、前記充電回路によ
る充電を制御可能とする制御回路とを備えたことを特徴
とする電源装置。 - 【請求項２】 前記制御回路による二次電池に対する充
電制御時期の判定方法として、 二次電池電圧変化量の時間に対する加速度であるΔ（Δ
Ｖ／Δｔ）／Δｔの値が正から負に変化した時点を利用
する方法と、 二次電池の充電時の電圧降下値である−ΔＶの値が設定
値を超えた時点を利用する方法と、 二次電池の充電中における電池温度が設定値を超えた時
点を利用する方法と、 二次電池温度の時間変化率であるΔＴ／Δｔの値が設定
値を超えた時点を利用する方法を単独で、あるいは複数
組み合わせて利用することを特徴とする請求項１記載の
電源装置。 - 【請求項３】 前記二次電池に対する充電モードには、
複数種類の充電モードが存在し、 各充電モードに応じて、前記充電制御時期の判定方法を
異ならせたことを特徴とする請求項２記載の電源装置。 - 【請求項４】 前記充電モードが、設定日につき１回動
作させるものであり、 充電時の電池電圧降下である−ΔＶの値が設定値を超え
た時点で充電電流を減少させた後、更に定められた時間
だけ充電して終了するものである請求項３記載の電源装
置。 - 【請求項５】 前記充電モードが、二次電池電圧変化量
の時間に対する加速度であるΔ（ΔＶ／Δｔ）／Δｔの
値が正から負に変化した時点を判定する方法と、二次電
池温度の時間変化率であるΔＴ／Δｔの値が設定値を超
えた時点を判定する方法の何れか一方によって所定の判
定がなされるか、 電池温度が設定値を超えると、 充電を終了することを特徴とする請求項３記載の電源装
置。 - 【請求項６】 前記二次電池がアルカリ二次電池である
ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電源装
置。 - 【請求項７】 前記電源装置が、情報・通信機器に内蔵
されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記
載の電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001196159A JP2003018761A (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | 電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001196159A JP2003018761A (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | 電源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003018761A true JP2003018761A (ja) | 2003-01-17 |
Family
ID=19034018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001196159A Withdrawn JP2003018761A (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | 電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003018761A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102457077A (zh) * | 2010-10-15 | 2012-05-16 | 金终美 | 同时进行电池再生和充电的装置和方法 |
| JP2019050647A (ja) * | 2017-09-07 | 2019-03-28 | テルモ株式会社 | 充電制御装置および充電制御方法 |
-
2001
- 2001-06-28 JP JP2001196159A patent/JP2003018761A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102457077A (zh) * | 2010-10-15 | 2012-05-16 | 金终美 | 同时进行电池再生和充电的装置和方法 |
| JP2019050647A (ja) * | 2017-09-07 | 2019-03-28 | テルモ株式会社 | 充電制御装置および充電制御方法 |
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