JP2002152993A - 無停電電源装置 - Google Patents

無停電電源装置

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JP2002152993A
JP2002152993A JP2000347093A JP2000347093A JP2002152993A JP 2002152993 A JP2002152993 A JP 2002152993A JP 2000347093 A JP2000347093 A JP 2000347093A JP 2000347093 A JP2000347093 A JP 2000347093A JP 2002152993 A JP2002152993 A JP 2002152993A
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power supply
unit
charging
battery
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JP2000347093A
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Nobuo Shiojima
信雄 塩島
Hirotaka Sakai
広隆 酒井
Hideki Miyamoto
秀樹 宮本
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FDK Twicell Co Ltd
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Toshiba Battery Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次電池の状態を監視しながら、電子機器を
駆動する電源部と協働して入力電源の停電時における電
子機器の動作を確実に保証することのできる簡易な構成
の無停電電源装置を提供する。 【解決手段】 絶縁トランスTの一次巻線T1を駆動し
てその二次巻線T2に所定電圧の出力を得る電源部10
の上記絶縁トランスの三次巻線T3から、二次電池ユニ
ット20の二次電池BATを充電する電力を得、電源部
の入力電力が停止したときには、二次電池の充電電力を
用いて前記三次巻線を駆動して所定電圧の出力を生成す
る。更に二次電池ユニットにおいては二次電池BATの
状態を検出して二次電池の充電を制御すると共に、充電
量や電池寿命を求めて外部の電子機器に通知する機能を
備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の駆動源
である商用電源等の停電時に、上記電子機器の連続した
作動を保証することのできる無停電電源装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】OA(オフィスオートメーショ
ン)化の進展に伴い、各種情報(データ)の保全要求が
高まっている。そこで各種の情報処理装置や制御機器と
して用いられるコンピュータやその周辺機器、更にはネ
ットワークシステムにおいてデータを保持または制御す
るサーバ等の電子機器の作動を保証するべく、電子機器
の電源部とその電力供給源である商用電源との間に無停
電電源装置を設け、停電時には上記無停電電源装置から
前記電子機器(電源部)に対して電力供給することが行
われている。
【0003】ちなみに無停電電源装置は二次電池を備
え、定常時に上記二次電池を充電して電力エネルギを蓄
えると共に、前記商用電源の停電時に前記二次電池から
電力エネルギを取り出して前記電子機器(電源部)に供
給するように構成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の無
停電電源装置は、専ら、二次電池として鉛蓄電池を用い
ているので重くて嵩張ることのみならず、二次電池の寿
命が短く、しかも液漏れの危険性がある等、環境上、幾
つかの問題が残されている。また従来の無停電電源装置
は、電子機器(電源部)とは独立に作動して該電子機器
(電源部)への電源供給をバックアップするだけなの
で、電子機器側においては無停電電源装置における二次
電池の充電量やその寿命等の状態を知ることができない
と言う問題がある。
【0005】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、その構成の簡素化とコンパクト
化を図ると共に、電子機器を駆動する電源部と協働して
作動して入力電源の停電時における電子機器の動作を確
実に保証することのできる簡易な構成の無停電電源装置
を提供することにある。特に本発明は、二次電池の状態
を監視しながら電源部の作動をバックアップすることの
できる無停電電源装置を提供することを目的としてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る無停電電源装置は、入力電源から所定
の直流安定化電圧を生成する電源部と、Ni-MH蓄電池
等の二次電池を有し、上記電源部から電力供給を受けて
上記二次電池を充電すると共に前記入力電源の異常時に
前記二次電池から電力を供給して前記電源部を駆動する
二次電池ユニットとからなるものであって、前記電源部
を、前記入力電源を交流変換して絶縁トランスの一次巻
線を駆動する第1のインバータと、上記絶縁トランスの
二次巻線から電力を取り出して所定の直流安定化電圧を
生成するレギュレータと、前記絶縁トランスの三次巻線
から前記二次電池を充電する電力を取り出す充電部と、
前記二次電池から供給される電力を交流変換して前記三
次巻線を駆動する第2のインバータとを具備した構成と
し、一方、前記二次電池ユニットを、前記二次電池の充
電状態を監視して該二次電池の状態を検出する電池状態
監視部と、この電池状態監視部により駆動されて前記充
電部から供給される電力による前記二次電池の充電を制
御する充電制御部と、前記電池状態監視部にて検出され
た前記二次電池の状態を示す情報を出力する情報出力手
段とを具備した構成としたことを特徴としている。
【0007】好ましくは請求項2に記載するように前記
電池状態監視部は、前記二次電池の電池電圧、充放電電
流および/または温度を検出し、これらの検出情報に基
づいて前記二次電池の満充電状態を判定すると共に、少
なくとも前記二次電池の充電容量および/または電池寿
命とを求める機能を備えたものとする。また請求項3に
記載するように前記二次電池ユニットは、更に前記電源
部の状態を監視する電源監視部を備えたものとする。
【0008】更に請求項4に記載するように前記充電制
御部は、前記二次電池をパルス充電するように構成し、
また請求項5に記載するように前記情報出力手段は、前
記二次電池の状態を示す情報を、例えばRS232Cの
通信インターフェースを介して前記電源部により駆動さ
れる電子機器に通知する通信手段を含むものとして実現
することが好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る無停電電源装置について説明する。この
無停電電源装置は、図1にその概略構成を示すように、
商用電源(入力電源)1から所定の直流安定化電圧、例
えば3.3V,5V,12Vの直流電圧を生成する電源部
10と、Ni-MH蓄電池等の二次電池BATを有し、上
記電源部10から電力供給を受けて上記二次電池BAT
を充電すると共に前記入力電源の異常時に前記二次電池
BATから電力を供給して前記電源部10を駆動する二
次電池ユニット20とからなる。
【0010】電源部10は、基本的には前記商用電源
(交流電力)1を整流・平滑化する整流平滑回路2と、
この整流平滑回路2の出力(直流)を交流変換して絶縁
トランスTの一次巻線T1を駆動する第1のインバータ
回路3を備える。そしてこの第1のインバータ回路3に
よる一次巻線T1の駆動に伴って該絶縁トランスTの二
次巻線T2に生起される電力は、整流平滑回路4を介し
て整流平滑化された後、レギュレータ5に与えられ、こ
のレギュレータ5において前述した3.3V,5V,12
Vの直流安定化電圧が生成されるようになっている。こ
れらの直流安定化電圧は、図示しないコンピュータ(P
Cボード)等の電子機器に供給される。
【0011】また前記絶縁トランスTには三次巻線T3
が設けられている。前述した第1のインバータ回路3に
よる一次巻線T1の駆動に伴って三次巻線T3に生起さ
れる電力は、充電部をなすリミッタ6からダイオード7
を介して取り出され、前記二次電池BATを充電する電
力として前記二次電ユニット20に向けて出力されるよ
うになっている。
【0012】また電源部10には、前記三次巻線T3を
駆動する第2のインバータ回路8が設けられている。こ
の第2のインバータ回路8は、前記商用電源1が停電す
る等して第1のインバータ回路3が作動停止したとき、
前記二次電池ユニット20の二次電池BATから供給さ
れる電力を交流変換して前記三次巻線T3を駆動する役
割を担っている。この第2のインバータ回路8による三
次巻線T3の駆動により前記二次巻線T2には、前記第
1のインバータ回路3による一次巻線T1を駆動したと
きと同様な電力が生起される。この結果、レギュレータ
5は、商用電源1の停電時には二次電池BATからの電
力供給を受けて所定の安定化直流電圧を生成出力する。
【0013】尚、電源部10には、レギュレータ5を始
めとする電源部各部の動作状態、例えば安定化直流電圧
の電圧値や、整流出力回路2の出力電圧等を検出して、
その作動状態を監視する電源状態監視部9が設けられて
いる。そしてこの電源状態監視部9により検出された電
源状態の情報は、前記二次電池ユニット20に対して通
知されるようになっている。
【0014】一方、Ni-MH特電地等の二次電池BAT
を備え、上述した如く構成される電源部10から電力供
給を受けて上記二次電池BATを充電して電力エネルギ
を蓄えると共に、前記商用電源1の停電時に前記二次電
池BATを放電させて前記電源部10に電力を供給し、
該電源部10を駆動する二次電池ユニット20は、例え
ば図2に示すように構成されている。
【0015】即ち、この二次電池ユニット20は、例え
ば直列に接続された複数の電池セルからなる二次電池B
ATを備え、その正極端を放電用端子[D+]に接続する
と共に、充電制御用のスイッチ素子(FET)11を介
して充電用端子[C+]に接続している。また二次電池B
ATの負極端は、電流検出用の抵抗12を介して充放電
共通の負極端子[−]に接続されている。
【0016】ちなみに上記放電用端子[D+]は、前記電
源部10における三次巻線T3の一方の端子に接続され
るものであり、また充電用端子[C+]は、前記ダイオー
ド7を介してリミッタ6に接続されるものである。また
前記負極端子[−]は前記電源部8のインバータ8に接続
される。そして前記二次電池BATの充電は、前記絶縁
トランスTの三次巻線T3に生起されて充電用端子[C
+]と負極端子[−]との間に加えられる電圧を、前記ス
イッチ素子(FET)11をスイッチング制御すること
により行われる。また二次電池BATからの蓄積電力の
放電は、前記電源部8のインバータ8の制御の下で前記
放電用端子[D+]および負極端子[−]から三次巻線T3
を介して電流を流し、該三次巻線T3を駆動することに
よって行われる。
【0017】しかしてこの二次電池ユニット20には、
前記二次電池BATの電池電圧を検出する電池電圧検出
部13が設けられると共に、該二次電池BATの温度を
検出する温度検出部14が設けられている。上記電池電
圧検出部13は、前記二次電池BAT全体の電池電圧を
検出する機能を備える。また前記温度検出部14は、二
次電池BATの周面に中付された温度センサ15を用い
て前記二次電池BATの温度(電池温度)を検出する役
割を担っている。また二次電池ユニット20には、前述
した如く二次電池BATの充放電路に直列に介挿された
抵抗12の両端間に生じる電圧降下から該二次電池BA
Tの充放電電流を検出すると共に、その電圧降下の極性
から二次電池BATの充電/放電状態の別を検出する電
流検出部15が設けられている。
【0018】そしてこの二次電池ユニット20の主体部
をなす、例えばCPUからなる電池状態監視部17は、
前記電池電圧検出部13により検出される電池電圧、温
度検出部14により検出される電池温度、更には前記電
流検出部16により検出される充放電電流から二次電池
BATの状態、具体的にはその充電状態や放電状態を検
出し、以下に説明するように、その充放電を制御するも
のとなっている。
【0019】即ち、電池状態監視部17は、電池電圧と
電池温度とから二次電池BATが満充電状態に至ったか
否かを監視しており(満充電検出機能)、二次電池BA
Tの満充電が検出されるまでパルス充電制御部18を制
御して前記スイッチ素子(FET)11をスイッチング
駆動し、二次電池BATをパルス充電している。そして
二次電池BATが満充電に至った後には、その充電を停
止して二次電池BATの過充電を防止している。
【0020】尚、二次電池BATの充電制御に関して
は、充電時には略一定の電圧を示す二次電池BATの電
池電圧が満充電状態に近付くに従って上昇し、やがてピ
ークに達した後に該電池電圧が低下する現象から満充電
を検出してその充電を制御する−ΔV検出方式や、充電
時における電池温度上昇率を検知して充電を制御する方
式、更にはピーク電圧検出方式等の従来より種々提唱さ
れている充電制御方式を適宜採用可能である。また満充
電を検出して二次電池BATに対する充電を停止した
後、自己放電によって二次電池BATの充電量が低下し
た場合には、電池状態監視部17の制御の下で二次電池
BATの充電を再開したり、或いは二次電池BATを間
欠充電する等の制御を行うことも勿論可能である。
【0021】また前記電池状態監視部17は、上述した
如くして二次電池BATの充電を制御する一方、前述し
た如く検出される電池電圧と充電電流とから該二次電池
BATの充電量を検出している(充電量検出機能)。更
に電池状態監視部17は、例えば二次電池BATの充電
路を遮断する直前の前記二次電池BATの電池電圧Von
と、上記充電路の遮断後における前記二次電池BATの
開放電池電圧Voffとから該二次電池BATの内部抵抗
を求めている。そしてこの内部抵抗が該二次電池BAT
の電池寿命と密接な対応関係を有することに立脚して当
該二次電池BATの電池寿命を求めている(電池寿命検
出機能)。
【0022】その他にも電池状態監視部17は、二次電
池BATの電池温度の異常情報を検出する機能、更には
電源監視部19を介して前記電源部10の異常状態を監
視する機能を備える。またこの二次電池ユニット20に
は、前記電池状態監視部17にて検出された二次電池B
ATの充電量や充電/放電の状態を表示する表示部21
や、異常検出時等に警報を発する警報器22が組み込ま
れる。更に二次電池ユニット20には、例えばRS23
2Cからなる通信インターフェースを介して外部機器、
具体的には前記電源部10から電力(安定化直流電圧)
を受けて駆動される図示しないコンピュータ(PCボー
ド)等の電子機器との間で、前述した如く求められる二
次電池BATの状態を示す情報を通知する為の通信装置
23が設けられる。
【0023】尚、上述した電源部10と二次電池ユニッ
ト20とにより構成される無停電電源装置は、例えば図
3に示すように、電子機器30を組み込んだミニタワー
型の筐体31に収納されて使用される。特に二次電池ユ
ニット20は、筐体31の外部機器装着用の、例えば
3.5インチ用ドライブベイに組み込んで用いられるよ
うに構成されており、その前面パネルに前述した表示部
21を設けている。この表示部21は、例えば複数の発
光ダイオードからなり、二次電池BATの充電量に応じ
て発光ダイオードを棒グラフ状に点灯駆動することで、
その充電量を容易に目視確認し得るように表示するもの
となっている。
【0024】しかして前記筐体31の内部裏面側に組み
込まれる電源部10と、3.5インチ用のドライブベイ
に組み込まれる二次電池ユニット20とは、該筐体31
の内部において電力の充放電に供される第1のケーブル
Aと、電源部10および二次電池ユニット20との間で
各種の情報を通信する第2のケーブルBを介して相互に
接続される。また前記二次電池ユニット20は、第3の
ケーブル(RS232Cケーブル)Cから第4のケーブ
ル(RS232C)Dを介して電子機器30に接続さ
れ、該電子機器30に電池状態の情報を通知するものと
なっている。
【0025】ちなみに前記第1のケーブルAは、図4に
示すように放電ライン、接地ライン、および充電ライン
からなり、これらの各ラインは前述した放電用端子[D
+]、負極端子[−]、および充電用端子[C+]にそれぞ
れ接続される。また第2のケーブルBを介する情報通信
は、例えば図4に示すように電源部10側から二次電池
ユニット20に向けて[電源温度],[電力],[ファン異
常],[AC断信号(停電検出信号)]の情報を通知す
る。また逆に二次電池ユニット20から電源部10に向
けて、[バッテリチェック信号],[シャットダウン信号],
[接続認識信号],[電池電圧低下信号],[ACフェイル信
号]等を通知することによってなされる。
【0026】このような電源部10と二次電池ユニット
20との間での情報通信により、二次電池ユニット20
においては電源部10が商用電源1を受けて正常に機能
し、電子機器30に対して安定化直流電源を安定に供給
しているとき、該電源部10の絶縁トランスTの三次巻
線T3から電力を受け取って二次電池BATを充電す
る。そして前記商用電源1の入力が停止し(停電)、該
電源部10が取り出しているとき、二次電池ユニット2
0は、電源部10の絶縁トランスTの三次巻線T3から
電力が得られなくなること、また電源状態監視部9から
AC断信号(停電検出信号)が通知されることから前記
二次電池BATに蓄積された電力の放電を開始する。
【0027】このとき前記電源部10においては、三次
巻線T3に接続された第2のインバータ8の駆動を開始
し、これによって前記二次電池BATから放電された電
力が該インバータ8により交流変換されて絶縁トランス
Tの三次巻線T3が駆動される。するとこの三次巻線T
3の駆動により該絶縁トランスTの二次巻線T2には、
商用電源1を受けて第1のインバータ3が一次巻線T1
を駆動していたときと同様な電力が生起されることにな
り、これによって電源部10は安定化直流電圧を生成し
て前記電子機器30に供給することになる。
【0028】かくして上述した如く構成された無停電電
源装置によれば、商用電源1を受けて動作して電子機器
30を駆動する電源部10と二次電池ユニット20とが
協働して作動して、上記商用電源の停電時においても直
流安定化電圧を安定に出力することができるので、電子
機器30の動作を確実に保証することができる。しかも
二次電池ユニット20に組み込まれた二次電池BATと
を電源部10における絶縁トランスTの三次巻線T3に
生起される電力を利用して充電し、また商用電源1の停
電時には二次電池BATから放電させた該二次電池BA
Tの蓄積電力にて上記絶縁トランスTの三次巻線T3を
駆動するので、簡易にして効果的に二次電池BATを充
放電させて電源部10のレギュレータ5を連続的に作動
させ、安定化直流電圧を安定に発生させることができ
る。従って商用電源1の停電時においても、電子機器3
0の作動を安定に保証することができる。
【0029】また上述した構成であれば、二次電池ユニ
ット20において二次電池BATの状態を監視し、二次
電池BATの充電量やその電池寿命等の情報を、RS2
32C等の通信ケーブルを介して電子機器30に通知す
ることができるので、商用電源1の停電時において二次
電池BATによりバックアップ可能な時間を電子機器3
0側において容易に予測することが可能となる。この結
果、電子機器30においては、二次電池ユニット20に
よりバックアップが可能な時間に応じてデータ保存等の
保全処理を適宜実行することが可能となるので、データ
保存を完了する前に二次電池BATによるバックアップ
が終了し、貴重なデータが損なわれる等の不具合を未然
に防ぐことが可能となる等の効果が奏せられる。また電
子機器側において、特性の劣化した二次電池BATの交
換を促す等の事前の対策を講じることも可能となる。
【0030】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば二次電池BATとしてLiイオ
ン電池等を用いることも勿論可能であり、また電源部1
0に二次電池ユニット20を一体に組み込んで無停電電
源装置を構築することも可能である。また電池状態監視
部17において監視する二次電池BATの状態は、前述
した充電量や電池寿命に限られるものではなく、二次電
池BATを構成する複数の電池セルの特性の不揃いを検
出するものであっても良い。この場合には、特性の悪い
電池セルに合わせて二次電池BATに対する充電を制御
するようにすれば良い。その他、本発明はその要旨を逸
脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
源部が所定の安定化電源を生成するに際して第1のイン
バータを用いて駆動する絶縁トランスの三次巻線から電
力を得て二次電池ユニットにおける二次電池を充電し、
また電源部の入力電力が途絶えたときには二次電池に充
電された電力を用いて第2のインバータにより上記三次
巻線を駆動するので、前記絶縁トランスの二次巻線に、
常に安定に所定電圧の電力を得ることができ、外部の電
子機器に対して供給する電力(直流安定化電圧)を安定
に生成することができ、上記電子機器の動作を安定に保
証することができる。そして簡易にして効果的に二次電
池の充放電を制御して、停電に対するバックアップ機能
を呈することができる。
【0032】しかも二次電池ユニットにおいては、二次
電池の状態を監視してその充電量や電池寿命を検出し、
これらの二次電池の状態に関する情報を電子機器等に通
知する通信機能を備えるので、電子機器側においては二
次電池ユニットによる電源バックアップ機能を把握した
上で動作することができる。従って電子機器等を駆動す
る電源としてのバックアップ機能を自己診断し、二次電
池の充電量等を通知しながら入力電源の停電に対して待
機することができるので、信頼性の高いバックアップ機
能を呈することができる等の実用上多大なる効果が奏せ
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る無停電電源装置の全
体的な概略構成を示す図。
【図2】図1に示す無停電電源装置における二次電池ユ
ニットの概略構成を示す図。
【図3】図1に示す無停電電源装置の電子機器への組み
込み例を示す図。
【図4】図1に示す無停電電源装置における電源部と二
次電池ユニットとの接続ケーブルと、その信号線の機能
の例を示す図。
【符号の説明】
T 絶縁トランス T1 一次巻線 T2 二次巻線 T3 三次巻線 BAT 二次電池 1 商用電源 3 第1のインバータ 5 レギュレータ 8 第2のインバータ 9 電源状態監視部 10 電源部 13 電池電圧検出部 14 温度検出部 16 電流検出部 17 電池状態監視部 18 パルス充電制御部 19 電源監視部 21 表示部 23 通信装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 秀樹 東京都品川区南品川3丁目4番10号 東芝 電池株式会社内 Fターム(参考) 5G003 AA01 BA01 CA01 CA11 CB01 CC02 DA07 DA16 EA05 EA08 GA01 GB04 5G015 FA10 GB02 HA02 JA02 JA54 JA55 5H007 AA05 BB05 CC01 CC05 CC32 DC02 DC05 DC08 5H730 AA12 AA17 AS21 BB21 BB82 CC12 CC17 FD11 FD41 XX38

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力電源から所定の直流安定化電圧を生
    成する電源部と、二次電池を有し上記電源部から電力供
    給を受けて上記二次電池を充電すると共に前記入力電源
    の異常時に前記二次電池から電力を供給して前記電源部
    を駆動する二次電池ユニットとからなり、 前記電源部は、前記入力電源を交流変換して絶縁トラン
    スの一次巻線を駆動する第1のインバータと、上記絶縁
    トランスの二次巻線から電力を取り出して所定の直流安
    定化電圧を生成する手段と、前記絶縁トランスの三次巻
    線から前記二次電池を充電する電力を取り出す充電部
    と、前記二次電池から供給される電力を交流変換して前
    記三次巻線を駆動する第2のインバータとを具備し、 前記二次電池ユニットは、前記二次電池の充電状態を監
    視して該二次電池の状態を検出する電池状態監視部と、
    この電池状態監視部により駆動されて前記充電部から供
    給される電力による前記二次電池の充電を制御する充電
    制御部と、前記電池状態監視部にて検出された前記二次
    電池の状態を示す情報を出力する情報出力手段とを具備
    することを特徴とする無停電電源装置。
  2. 【請求項2】 前記電池状態監視部は、前記二次電池の
    電池電圧、充放電電流および/または温度を検出し、こ
    れらの検出情報に基づいて前記二次電池の満充電状態を
    判定すると共に、前記二次電池の充電容量および/また
    は電池寿命を求める機能を備えることを特徴とする請求
    項1に記載の無停電電源装置。
  3. 【請求項3】 前記二次電池ユニットは、更に前記電源
    部の状態を監視する電源監視部を備えることを特徴とす
    る請求項1に記載の無停電電源装置。
  4. 【請求項4】 前記充電制御部は、前記二次電池をパル
    ス充電するものである請求項1に記載の無停電電源装
    置。
  5. 【請求項5】 前記情報出力手段は、前記二次電池の状
    態を示す情報を前記電源部により駆動される電子機器に
    通知する通信手段を含むことを特徴とする請求項1に記
    載の無停電電源装置。
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