JP2003018761A - Power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply unit for communication / information equipment, which converts an AC input into a DC power and supplies it to a load, and more particularly to a power supply unit having an uninterruptible function.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Conventionally, a power supply device of this type is provided with an auxiliary power supply device (for example, an uninterruptible power supply device, hereinafter referred to as UPS) which converts DC power output from a secondary battery into AC power and outputs the AC power. At times, the output is momentarily switched from the commercial AC power supply side to the UPS to prevent the communication / information equipment (computer equipment or network equipment) in operation from being unnecessarily stopped.
【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。When the above UPS is externally mounted, in general,
It is often composed of an AC-DC converter, a secondary battery, a DC-DC converter, and a control system. The UPS has a line interactive system and a constant inverter system.
【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。In the case of the line interactive system, while the commercial AC power is being supplied, it is bypassed and the AC power is supplied to the communication / information equipment. Therefore, there is almost no loss, but on the other hand, it is not reliable because it cannot cope with momentary power failure.
【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。On the other hand, the constant inverter system can cope with a momentary power failure, but it has an AC-DC converter and a DC-DC.
Since power is supplied through the converter, conversion loss occurs.
【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。Therefore, a power supply device incorporating a UPS function has been proposed. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-322433 includes a main power source unit that converts a commercial power source into DC power and supplies it to a load, and a UPS power source unit that supplies power from a secondary battery (battery). There is a description that efficiency is improved by supplying power to the load at a ratio, or reliability is improved by immediately starting supply when one fails.
【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。Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-116029 also discloses a backup power supply device in which a UPS function is incorporated in a device power supply. This device configuration is characterized in that power is supplied from either the AC-DC conversion circuit or the backup converter. It is also specified that the DC power from the battery is supplied periodically and the voltage is detected to determine whether or not the system operates normally to improve reliability.
【０００８】[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。However, when a backup power supply is incorporated into a device, it is possible to always add an operation for monitoring the backup power supply, so that high reliability can be secured, but the installation volume is limited. There is a problem that the service life is shortened due to the influence of heat generated by the circuit inside the device.
【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。In addition, in a power supply device of the type in which power is supplied from the secondary battery other than during a commercial AC power failure, partial charge and discharge are always performed, and therefore deterioration of the secondary battery is accelerated and reliability is improved. Is impaired.
【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。The present invention has been made in view of such inconvenience, and an object of the present invention is to provide a power supply device capable of maintaining a backup function at the time of a power failure with high reliability for a long period of time.
【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。Another object of the present invention is to improve the efficiency by supplying a part of the electric power from the secondary battery device side according to the degree of the load while maintaining the function as the backup power supply at the time of power failure. In the power supply device capable of realizing the above, it is to realize long-term reliability of the power supply device.
【００１２】[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。As illustrated in FIG. 1, a power supply device according to the present invention converts a commercial AC input into a DC voltage and supplies electric power to a load 4. Further, as a power supply source for the load 4, the secondary battery device 1
4, a secondary battery device 14 is provided with a discharging circuit 7 for supplying power to the load 4 in accordance with preset conditions, a charging circuit 6 for charging the secondary battery 8, Detecting circuit 13 capable of measuring the battery voltage, battery temperature and charging time of secondary battery 8, and the detecting circuit 13
And a control circuit 12 capable of controlling the charging by the charging circuit 6 based on the measured value according to the above.
【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。As a method of determining the charging control timing for the secondary battery 8 by the control circuit 12 described above, (1) "Δ (ΔV / Δ" which is the acceleration of the secondary battery voltage change amount with respect to time.
t) / Δt ”is used when the value changes from positive to negative, and (2) when the value of“ −ΔV ”, which is the voltage drop value when the secondary battery 8 is charged, exceeds the set value. How to use,
(3) A method of using the time when the battery temperature exceeds a set value during charging of the secondary battery 8, (4) The value of “ΔT / Δt”, which is the time change rate of the secondary battery temperature, exceeds the set value. There is a method to use the time when And these methods alone,
Alternatively, a plurality of combinations are used.
【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。In the power supply device of the present invention, as illustrated in FIG. 2, there are at least two types of charging modes A and B in the charging mode for the secondary battery 8, and the optimum charging mode is appropriate for each charging mode. The charge control determination method is used.
【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。For example, one of the charging modes is a charging mode A which operates once on a certain set day. this is,
The purpose is to correct the variation between the battery cells constituting the secondary battery 8, supplement the power lost by self-discharge, and reset the reference point (charge amount 100%) for charge / discharge control. It is a thing. In this charging mode, FIG.
As described above, when the value of −ΔV, which is the battery voltage drop during charging, exceeds the set value, the charging current is reduced, and then the charging is finished for a predetermined time, and the operation is completed.
【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。On the other hand, when power is also supplied from the secondary battery 8 along with the operation of the power source other than during a power failure, the secondary battery 8 is charged under certain conditions. In the case of this charging mode B, does the value of Δ (ΔV / Δt) / Δt, which is the acceleration of the secondary battery voltage change amount with respect to time, change from positive to negative (see time t2 in FIG. 3C)? The charging is terminated when the value of ΔT / Δt, which is the rate of change of the secondary battery temperature with time, exceeds the set value, or when the battery temperature exceeds the set value.
【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。The secondary battery 8 is preferably an alkaline secondary battery from the viewpoint of battery characteristics. In addition, the power supply device is incorporated in an information / communication device such as a personal computer, a workstation, or a network server.
【００１８】[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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A power supply device according to the present invention will be described below.
An example implemented in the uninterruptible power supply unit 5 in the server computer device 2 shown in FIG. 1 is shown. However, the present invention is not limited to this, and a power supply unit in various electronic devices that require constant operation or a power supply device that operates independently to supply power to such electronic devices can be implemented in substantially the same manner. Of course.
【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。The power supply unit 5 according to the present invention is, for example, 100 as shown in FIG.
An AC-DC conversion circuit 31 that is connected to a commercial AC power supply 1 that outputs an AC voltage V1 of approximately 200 V and that converts the commercial AC voltage V1 into a DC voltage V2 of approximately 48 V, for example.
The DC power is supplied to the load 4 via a DC-DC converter 32 that converts the DC voltage V3 to an appropriate DC voltage V3 (for example, a DC voltage of about 3V) for various loads 4 including PU.
【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。Further, the power source unit 5 outputs from the secondary battery 8 which can be charged and discharged a plurality of times, the charging circuit 6 which enables the secondary battery 8 to be charged, and the secondary battery 8. The discharge circuit 7 that changes the battery voltage Vb to substantially match the output voltage V2 from the AC-DC conversion circuit 31, the control circuit 12 that performs the control operation of the charging circuit 6, and the secondary battery 8 during charging and discharging A secondary battery device 14 including a detection circuit 13 capable of detecting a physical state is provided.
【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。The detection circuit 13 includes a voltage sensor 9 for measuring the voltage of the secondary battery 8, a temperature sensor 10 for measuring the temperature of the secondary battery 8, and a current for measuring the charging / discharging current of the secondary battery 8. It is composed of a sensor 11.
【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。Specifications such as the capacity and voltage of the secondary battery 8 are determined by the operation control specifications of the power supply. For example, even if the rated output power is 300 W and the state of charge (hereinafter referred to as “SOC”) is 50% as a design specification, 6
Assuming that it has a function as an uninterruptible power supply capable of backing up for about a minute, in consideration of conversion loss, real capacity at high output, operation at low temperature, deterioration over time, etc., the voltage V2 and the battery voltage Vb that continue are considered. Considering the difference with the capacity 6A
A form in which fifteen nickel hydrogen batteries of h are connected in series (rated battery voltage 18V) is designed. Of course, even if the power supply operation specifications are the same, the battery design is not one and various forms are conceivable.
【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。The charging circuit 6 steps down the DC voltage V2 output from the AC-DC conversion circuit 31 and carries out the charging operation at a predetermined timing based on the control which will be described later by the control circuit 12. 8 is kept as close as possible to a certain set value.
【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。The discharge circuit 7 has a battery voltage Vb of the secondary battery 8.
Is boosted so that a voltage substantially equal to the DC voltage V2 (48V in this example) output from the AC-DC conversion circuit 31 can be formed.
【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。The control circuit 12 normally uses a microprocessor as an arithmetic element and operates by a program, and corresponds to inputs from various sensors constituting the detection circuit 13 in the secondary battery device 14. A control signal is sent to each circuit described above to perform a predetermined control operation, that is, control of the charge / discharge amount and the charging time of the secondary battery 8. In addition, the SO of the secondary battery 8 is calculated by calculating the inputs from various sensors.
Estimate C. Furthermore, the state of the secondary battery 8, for example, SO
It also has a function of sending information such as C and deterioration state to the CPU of the computer device 2, or conversely receiving a command.
【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。The charging of the secondary battery 8 by the charging circuit 6 is performed while the commercial AC power source 1 is being supplied and the temperature of the secondary battery 8 is below a certain set value T1 (for example, 60 ° C.).
Moreover, the SOC of the secondary battery 8 is set to the set value Q1 (for example, 85
%) Is detected, and the charging is stopped when the condition described later is satisfied.
【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。FIG. 2 is a flowchart showing an example of charging control. In this example, there are two types of charging modes. For the control in one charging mode B which is constantly performed, a method of measuring and controlling the acceleration of the battery voltage with time and a method of measuring and controlling the battery temperature with time are used together.
【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。The other charging mode A is a mode for charging periodically, that is, once every certain set day, and as a control method, the charging current is switched by the -ΔV method and then the current is dropped, Charge to a certain set charge level. In addition, the battery temperature is constantly monitored, and if the battery temperature is equal to or higher than the set temperature T1, the charging is stopped.
【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。That is, when charging is started in step ST1 of FIG. 2, the battery temperature is determined in step ST2. If it is determined that the battery temperature is equal to or higher than T1, the process proceeds to step ST11 to end the charging, but if it is equal to or lower than T1, the process proceeds to determination in step 3.
【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。In step ST3, it is determined whether or not the charging is the first charge on the set date. If "Yes", the charging mode A is from step ST7. If "No", the charging mode is from step ST4. Move to B.
【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。In charging mode B, a first judgment is made in step ST4 as to whether or not the battery temperature has become equal to or higher than T1, and further in step ST5, the acceleration of the time change of the battery voltage changes from positive to negative, and Then, a second determination is made as to whether or not the set time has elapsed. Further step ST6
At, a third determination is made as to whether or not the rate of change in battery temperature exceeds the set value. Then, the determination operation is repeated until any one of the above-described first to third determinations is satisfied.
【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。On the other hand, in the charging mode A, the charging is immediately terminated when it is determined in step ST7 that the battery temperature exceeds T1. Further, when it is determined in step ST8 that the amount of voltage drop during charging exceeds the set value, the magnitude of the charging current is reduced in step ST9, and the charging is continued for the set time due to the low rate. Further, when the charging at the low rate is completed, step ST10
After the number of times of charging is added to set the end of charging on the set date, the charging is ended.
【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。FIG. 3A is a graph in which the voltage change during charging of the nickel-hydrogen secondary battery is plotted on the time axis.
Usually, in the process of fully charging, after the charging voltage reaches the peak voltage Vmax at time t3, a further voltage drop (−Δ) occurs.
V) When it reaches a certain value, it is determined that the battery is in the fully charged state at time t4, and the charging is terminated. This method has an advantage that the charge amount can be set to 100%, but has a drawback that the battery is deteriorated by that amount and the battery life is shortened.
【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。In the power supply device of the present invention, the secondary battery 8
As long as the SOC maintains a certain set value Q1 or more, the function as a backup power supply at the time of power failure is sufficiently guaranteed, and it is not necessary to maintain the charge amount of 100%. Therefore, the present invention is characterized by adopting a charge control method capable of avoiding deterioration of the secondary battery 8 due to overcharge, as illustrated in FIG.
【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。That is, the battery voltage obtained from the detection circuit 13 is measured, and the acceleration of time change per unit time {Δ (Δ
The value of V / Δt) / Δt} is calculated by the microcomputer. The method of activating the control circuit 12 at the time when the value of the acceleration obtained here changes from positive to negative (time t2) and ending the charging is used.
【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。FIG. 3 (b) shows the slope (ΔV / Δt) of the charging curve of FIG. 3 (a). FIG. 3C shows FIG.
Acceleration vs. time of charge / discharge curve of {Δ (ΔV / Δ
t)} is shown. In this figure, the time t2 when the acceleration changes from positive to negative is a region close to full charge, and by ending the charge here, it is possible to obtain a sufficient charge amount without degrading the battery. it can.
【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。By the way, in the example of the present invention, an assembled battery in which a plurality of batteries are connected in series to the secondary battery 8 is used, but charging and discharging are performed by the above method without overcharging and discharging. If it is repeated, an imbalance occurs in the charge amount between cells due to variations in the characteristics of individual batteries, which causes deterioration of a particular cell battery.
【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。Therefore, in order to eliminate the imbalance between the battery cells, a certain charge amount (for example, a current of 0.2 CA or less) at a low rate (usually 0.2 CA or less) after full charge at an interval of about once every one to two weeks. (Equivalent to 20%). In the control here, full charging is performed by a charging method using termination of charging of -ΔV.
【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。Even in the charging mode A, it is desirable to control not only the battery voltage but also the battery temperature. This is an algorithm that calculates the change in the battery temperature measured by the temperature sensor 10 per unit time and terminates the charging when it exceeds a certain set value. For example, the temperature change for 10 minutes during charging reaches 5 ° C. It is a method to terminate the charging at the time when. To use this control method together,
This is because when the battery is charged in a battery environment in which the temperature exceeds 40 ° C., ΔV may not always be clearly detected.
【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。For safety reasons, when the temperature of the battery is higher than a certain temperature T1 (for example, 65 ° C.), the charging is stopped in any charging state and the battery is charged until the temperature falls below T1. Ban.
【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。FIG. 4 shows the result of the charge / discharge cycle test by the charge control algorithm shown in FIG. 2 (see curve a in FIG. 4) when there is no variation correction due to periodic overcharge (see curve b in FIG. 4). ) And the normal end of charge not acceleration {Δ (ΔV / Δt) / Δt}, but (-ΔV)
This is shown in comparison with the case of using the end of charging (see curve c in FIG. 4).
【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。Due to the acceleration experiment, the normal charge / discharge cycle is between the end of charge and SOC 80%, and every 50 cycles.
A balance correction charging cycle due to overcharging was inserted every time. As can be seen from FIG. 4, by controlling the charging in this embodiment, the cycle life is extended as compared with the reference example.
【００４３】[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。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, by using a plurality of types of charging methods, the battery life can be extended and the onboard secondary battery can be maintained in the optimum charged state at all times, so that it can be used for a long time. It is possible to provide a power supply device with a backup function that enables highly reliable operation.
【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。FIG. 1 is a block diagram schematically showing an example in which a power supply device according to the present invention is applied to a power supply unit in a computer device for a server.
【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。FIG. 2 is a flow chart showing state transition of a charging mode of a secondary battery.
【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。FIG. 3 is a graph showing a state change of a secondary battery during charging, (a) shows a time change of a battery voltage due to charging, (b) shows a time derivative thereof, and (c) shows a time change. Indicates the second derivative.
【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。FIG. 4 is a diagram showing a result of a cycle life evaluation test by a charge control method based on an example of the present invention together with a result of a reference example.
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 1 Commercial AC power supply 2 Computer equipment 31 AC-DC conversion circuit 32 DC-DC converter 4 load 5 power supply 6 charging circuit 7 discharge circuit 8 secondary battery 9 Voltage sensor 10 Temperature sensor 11 Current sensor 12 Control circuit 13 Detection circuit 14 Secondary battery device
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 Continued front page (72) Inventor Masuhiro Onishi Hitachi Ma, 1-88, Torora, Ibaraki City, Osaka Prefecture Within Kucsel Co., Ltd. F term (reference) 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)
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。1. A power supply device for converting a commercial AC input into a DC voltage and supplying electric power to a load, further comprising a secondary battery device as a power supply source for the load, and the secondary battery device. , A discharge circuit that supplies power to the load according to preset conditions, a charging circuit that enables charging of the secondary battery, and a detection that enables measurement of the battery voltage, battery temperature, and charging time of the secondary battery A power supply device comprising: a circuit; and a control circuit capable of controlling charging by the charging circuit based on a measurement value by the detection circuit.
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。2. As a method of determining the charging control timing for the secondary battery by the control circuit, Δ (Δ) which is the acceleration of the secondary battery voltage change amount with respect to time.
A method of using the time when the value of V / Δt) / Δt changes from positive to negative, and a method of using the time when the value of −ΔV, which is the voltage drop value during charging of the secondary battery, exceeds the set value. , A method of using the time when the battery temperature exceeds the set value during charging of the secondary battery, and a method of using the time when the value of the time change rate ΔT / Δt of the secondary battery temperature exceeds the set value. The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is used alone or in combination.
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。3. The charging mode for the secondary battery includes:
The power supply device according to claim 2, wherein there are a plurality of types of charging modes, and a method of determining the charging control time is different according to each charging mode.
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。4. The charging mode is to be operated once per set day, and when the value of −ΔV, which is the battery voltage drop during charging, exceeds the set value, the charging current is reduced, and then further. The power supply device according to claim 3, wherein the power supply device is charged and terminated for a predetermined time.
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。5. A method of determining a time when a value of Δ (ΔV / Δt) / Δt, which is an acceleration of a secondary battery voltage change amount with respect to time, changes from positive to negative in the charging mode, and a secondary battery temperature. If the predetermined judgment is made by one of the methods to judge the time when the value of ΔT / Δt, which is the time change rate, exceeds the set value, or if the battery temperature exceeds the set value, charging is terminated. The power supply device according to claim 3, which is characterized in that.
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。6. The power supply device according to claim 1, wherein the secondary battery is an alkaline secondary battery.
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。7. The power supply device according to claim 1, wherein the power supply device is built in an information / communication device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001196159A JP2003018761A (en) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | Power supply device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001196159A JP2003018761A (en) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | Power supply device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003018761A true JP2003018761A (en) | 2003-01-17 |
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ID=19034018
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|---|---|---|---|
| JP2001196159A Withdrawn JP2003018761A (en) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | Power supply device |
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| JP (1) | JP2003018761A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102457077A (en) * | 2010-10-15 | 2012-05-16 | 金终美 | Apparatus and method for recycling and charging simultaneously a battery |
| JP2019050647A (en) * | 2017-09-07 | 2019-03-28 | テルモ株式会社 | Charge controller and charge control method |
-
2001
- 2001-06-28 JP JP2001196159A patent/JP2003018761A/en not_active Withdrawn
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