JP2003309933A - バッテリ充電方法及び該充電方法を実施するバックアップ電源装置 - Google Patents

バッテリ充電方法及び該充電方法を実施するバックアップ電源装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＣ／ＤＣ変換部の電源容量を増加させるこ
となく、充電モードに応じて一定電流でバッテリ充電を
行うこと。 【解決手段】 ＡＣ／ＤＣ変換部101と、該ＡＣ／ＤＣ
変換部101から出力された直流電圧を所定値の電圧に変
換するＤＣ／ＤＣ変換部102と、前記ＡＣ／ＤＣ変換部1
01からの電流を取り込んで充電を行うバッテリ209とを
備えるバックアップ電源装置300のバッテリ充電方法で
あって、前記ＡＣ／ＤＣ変換部101の限界電流値ｂとバ
ッテリに対する急速充電モード又は低速充電モード時の
バッテリ充電電流値ｅとを回路220及び204によって設定
し、ＤＣ／ＤＣ変換部の電流値ａを検出し、前記限界電
流値ｂからＤＣ／ＤＣ変換部からの電流値ａを減算した
バッテリ充電可能な充電可能電流値ｃと前記モードによ
り設定されたバッテリ充電電流値ｅを比較し、両電流値
のうちの低電流値によってバッテリ充電を行うもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電源装置における無停
電を行うためのバッテリへのバッテリ充電方法及び、該
充電方法を実施するバックアップ電源装置に係り、特に
ＡＣ／ＤＣ変換部に負荷を与えずに好適にバッテリ充電
を行うことができるバッテリ充電方法及び該充電方法を
実施するバックアップ電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にコンピュータシステムにおける周
辺装置は、定電源を確保するための電源装置と停電時に
対応するための無停電装置（ＵＰＳ）が接続されてい
る。この従来技術による電源システムは、図２に示す如
く、交流電源２００から電流Ｉin及び電圧Ｖinから成る
電力を入力としてバッテリ充電を行う無停電装置５００
と、該無停電装置５００からの交流電圧を直流電圧に変
換して負荷装置３００に出力する電源装置１００とから
構成され、前記無停電装置５００は、入力電圧ＶinをＡ
Ｃ／ＤＣ変換部１により直流電圧に変換し、電圧Ｖ１を
ＤＣ／ＡＣ変換部２により交流に戻してから次段の電源
装置１００に供給すると共に電流Ｉ２を充放電回路３を
介してバッテリ４に充電するものであり、電源装置１０
０は、無停電装置５００からの交流電圧をＡＣ／ＤＣ変
換部１０１により直流に変換し、更にＤＣ／ＤＣ変換部
１０２により所定電圧の直流電流を負荷装置３００に供
給する様に構成され、充放電回路３がＡＣ／ＤＣ変換部
１の出力から指定されたワット数の電力をバッテリ４に
充電する様に構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この様に構成された電
源システムは、負荷装置３００の必要とする電力によっ
て電流値が変化するため、ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／
ＤＣ変換部の容量を、負荷装置の必要とする電流に応じ
て大容量に設計する必要があると言う不具合があった。
例えば負荷装置が複数の磁気ディスク装置が接続された
場合は、磁気ディスク装置の電源投入時の起動電流や装
置立ち上がり時の突入電流が大きく、これら起動電流等
に対応することができる大容量に設計しなければならな
かった。
【０００４】更に従来システムは、バッテリの充電特性
をワット数で指定しているため、入力電圧が変動した場
合や負荷装置の電力が変動した場合は、充電電流も変化
し、例えば充電電流が微少な場合は充電時間が冗長にな
りバッテリの回復が遅くなり、逆に充電電流が過大な場
合は過充電になり、危険な状態になると言う不具合が有
った。
【０００５】更に従来システムは、例えばバッテリの消
耗が多く、急速に充電しなければならない場合でも、指
定されたワット数で充電を行うために充電時間が冗長に
なると言う不具合があった。
【０００６】本発明の目的は、前述の従来技術による不
具合を除去することであり、バッテリへの充電電流をバ
ッテリの消耗度合いに応じて一定に保つことができるバ
ッテリ充電方法及び該充電方法を実施するバックアップ
電源装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変
換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部から出力された直流電圧を
所定値の電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、前記ＡＣ
／ＤＣ変換部から電流を取り込んで充電を行うバッテリ
とを備えるバックアップ電源装置のバッテリ充電方法に
おいて、前記ＡＣ／ＤＣ変換部の限界電流値ｂとバッテ
リに対する急速充電モード又は低速充電モード時のバッ
テリ充電電流値ｅとを設定し、前記ＤＣ／ＤＣ変換部の
電流値ａを検出し、前記限界電流値ｂからＤＣ／ＤＣ変
換部からの電流値ａを減算したバッテリ充電可能な充電
可能電流値ｃと前記モードにより設定されたバッテリ充
電電流値ｅを比較し、両電流値のうちの低電流値によっ
てバッテリ充電を行うことを第１の特徴とする。
【０００８】更に本発明は、交流電圧を直流電圧に変換
するＡＣ／ＤＣ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部から出力
された直流電圧を所定値の電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変
換部と、前記ＡＣ／ＤＣ変換部から電流を取り込んで充
電を行うバッテリとを備えるバックアップ電源装置であ
って、前記ＡＣ／ＤＣ変換部の限界電流値ｂを設定する
第１の設定回路と、バッテリに対する急速充電モード又
は低速充電モード時のバッテリ充電電流値ｅを設定する
第２の設定回路と、前記ＤＣ／ＤＣ変換部からの電流値
ａを検出する電流検出回路と、前記限界電流値ｂからＤ
Ｃ／ＤＣ変換部からの電流値ａを減算したバッテリ充電
可能な充電可能電流値ｃと前記モードにより設定された
バッテリ充電電流値ｅを比較し、両電流値のうちの低電
流値によってバッテリ充電を行う回路とを備えることを
第２の特徴とする。
【０００９】
【発明実施の形態】以下、本発明の一実施形態によるバ
ッテリ充電方法及びバックアップ電源装置を図面を参照
して詳細に説明する。図１は本実施形態によるバッテリ
充電方法を適用したバックアップ電源装置の主な回路構
成を示す図である。
【００１０】まず本実施形態によるバックアップ電源装
置は、交流電源と負荷装置間に配置され、ニッケル水素
電池をバッテリとして使用するものであって、該バッテ
リの放電量に伴い、バッテリの充電量が小さい場合は所
定の大電流によって充電を行う急速充電モード（例え
ば、容量が３Ａｈのバッテリの場合、６Ａによる急速充
電）と、バッテリの充電量が大きい場合は所定の小電流
によって充電を行う低速充電モード（例えば、容量が３
Ａｈのバッテリの場合、０．６Ａによる低速充電）とを
持ち、図１に示す如く、従来と同等のＡＣ／ＤＣ変換部
１０１とＤＣ／ＤＣ変換部１０２と、前記ＤＣ／ＤＣ変
換部１０２の出力電流値を入力部にて電圧値として検出
する電流検出部５と、該電流検出部５の両端から延びる
線路間に挿入されるコンデンサ２１０と、該線路の一方
の線路に設けられるダイオード２１１及びＭＯＳＦＥＴ
２１３から成る並列回路と、該並列回路の出力及び前記
線路の他方間に挿入されるダイオード２１２と、チョー
クコイル２１４と、バッテリ２０９と、該バッテリ２０
９に供給される電流値を電圧値として検出する検出回部
２０６とを備え、前記コンデンサ２１０／ダイオード２
１２／ＭＯＳＦＥＴ２１３／チョークコイル２１４が降
圧回路を構成し、前記ＭＯＳＦＥＴ２１３が後述する指
令信号によってオン／オフ制御されることによってバッ
テリ２０９への充電が行われる様に構成されている。
尚、本実施形態においてはニッケル水素電池をバッテリ
として使用する例を説明するが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。
【００１１】このＭＯＳＦＥＴ２１３をオン／オフする
回路構成は、電流値を電圧値に変換して制御を行うもの
であって、前記ＡＣ／ＤＣ変換部１０１の限界電流値を
電圧値ｂとして予め設定するための設定回路２２０と、
前記電流検出部５及び設定回路２２０の両出力ａｂを入
力として限界値ｂから検出値ａを減算する減算器２０１
と、該減算器２０１の出力ｃと後述するスライスレベル
ｈを入力とし、掛け算を行う掛け算器２０２と、バッテ
リ２０９への充電すべき電流値を急速又は低速モードに
応じた電圧値ｅとして設定するための充電電流値設定回
路２０４と、該設定回路２０４から指定された電圧値ｅ
と前記掛け算器２０２の出力ｄとを比較して低レベルの
値ｆを出力する比較器２０３と、該比較器２０３の出力
ｆと前記バッテリ電流検出部２０６からの出力ｇを入力
として減算することによりスライスレベルｈを出力する
減算器２０８と、所定の三角波信号ｉを出力する三角波
発生回路２０５と、前記スライスレベルｈと前記三角波
発生回路２０５からの三角波信号ｉを入力とし、前記ス
ライスレベルｈによって指定された幅のパルス信号ｊを
出力することによってＭＯＳＦＥＴ２１３を駆動するパ
ルス発生器２０７とを備える。尚、前記モードの切替
は、バッテリ２０９の電圧値を図示しない回路によって
検出し、充電量に応じて切り換えるものである。
【００１２】＜急速充電モードの動作説明＞この回路
は、まず、ＡＣ／ＤＣ変換器１０１の能力である出力電
流の限界値を電圧ｂとして設定回路２２０により設定す
ると共に、バッテリ２０９に充電すべき電流値を設定回
路２０４により電圧ｅとして指定し、前記限界値の電圧
ｂから実際にＤＣ／ＤＣ変換部１０２に供給している電
流検出回路５からの電圧値ａを減算器２０１により減算
し、現在、ＡＣ／ＤＣ変換部の能力からＤＣ／ＤＣ変換
部に供給している電流値を引いた値、即ち、バッテリ充
電可能な電流に相当する電圧ｃを出力する。ここで、例
えば、ＡＣ／ＤＣ変換部の限界が１５Ａ（設定回路２２
０の出力ｂが１５Ｖ）、電流検出回路５により検出した
電流が５Ａ（出力ａが５Ｖ）、バッテリの消耗が多く急
速充電モードで６Ａでの充電が充電電流値設定回路２０
４により６Ｖとして設定され、減算器２０１は差分１０
Ｖを出力した場合（掛け算器２０２の動作は後述）、比
較器２０３には出力ｄの１０Ｖと設定回路２０４の出力
ｅの６Ｖが入力され、比較器２０３から低い値である６
Ｖが出力ｆとして出力される。
【００１３】ここでバッテリ電流検出回路２０６の出力
ｇが６Ｖ、即ち適正な場合は減算器２０８の出力は０と
なり、現在のスライスレベルｈが維持され、６Ａによる
バッテリ充電が保持され、バッテリ電流検出回路２０６
の出力ｇが８Ｖ、即ち過大な場合は減算器２０８により
ｇ−ｆ（８Ｖ−６Ｖ）＝２Ｖがスライスレベルｈとして
出力され、パルス発生器２０７からの三角波信号ｉのパ
ルス幅を狭めた出力ｊによりＭＯＳＦＥＴ２１３を駆動
することによって、バッテリ２０９へ供給する電流値を
６Ａに下げる様に動作し、逆にバッテリ電流検出回路２
０６の出力ｇが４Ｖ、即ち少ない場合は減算器２０８に
よりｇ−ｆ（４Ｖ−６Ｖ）＝−２Ｖがスライスレベルｈ
として出力され、パルス発生器２０７からの三角波信号
ｉのパルス幅を広めた出力ｊによりＭＯＳＦＥＴ２１３
を駆動することによって、バッテリ２０９へ供給する電
流値を６Ａに上げる様に動作する。
【００１４】従って本実施形態によるバックアップ電源
装置は、急速充電モードの場合、充電電流設定回路２０
４によって指定した急速充電電流を６Ａに維持しながら
バッテリ充電を行うことができる。また本実施形態は、
負荷装置の必要とする電力が増大した場合、その増大を
電流検出回路５により検出し、バッテリ充電に使用でき
る電流値を減算器２０１から出力ｃとして出力し、６Ｖ
を下回る場合は比較器２０３の出力が当該下回った電流
値に相当する電圧値を出力するため、ＭＯＳＦＥＴ２１
３による充電電流値を下げることによって、負荷が増大
した場合であってもＡＣ／ＤＣ変換部の能力の範囲内且
つ急速にバッテリ充電を行うことができる。逆に負荷が
減収した場合においては比較器２０３から６Ｖが出力さ
れるため、バッテリ２０９の過充電を防止することもで
きる。
【００１５】尚、前述の掛け算器２０２は、前述した様
に減算器２０１の出力ｃと後述するスライスレベルｈを
入力とし、掛け算を行うことによって、入力電圧とバッ
テリ電圧の比率を示すパラメータであるデューティを検
出して電流値の補正を行うものである。例えば、バッテ
リ電流検出器２０６で検出した電流値が２Ａ、ＡＣ／Ｄ
Ｃ変換器１０１の出力電圧が４８Ｖ、バッテリ電圧が３
０Ｖのとき、実際には、バッテリ２０９に対して［２Ａ
×（出力電圧／バッテリ電圧）＝２Ａ×（４８Ｖ／３０
Ｖ）］＝３．２Ａまで充電することができ、この補正を
行うものである。
【００１６】＜低速充電モードの動作説明＞このモード
時の回路は、前述の設定回路２２０による限界値の電圧
ｂによる設定、設定回路２０４による充電すべき電流値
の電圧ｅによる設定、充電電流値設定回路２０４による
低速充電モードによる０．６Ｖの設定が成されているも
のとする。ここで、本回路は、前記限界値の電圧ｂから
実際にＤＣ／ＤＣ変換部１０２に供給している電流検出
回路５からの電圧値ａを減算器２０１により減算し、現
在、ＡＣ／ＤＣ変換部の能力からＤＣ／ＤＣ変換部に供
給している電流値を引いた値、即ち、バッテリ充電可能
な電流に相当する電圧ｃを出力する。ここで、例えば、
ＡＣ／ＤＣ変換部の限界が１５Ａ（設定回路２２０の出
力ｂが１５Ｖ）、電流検出回路５により検出した電流が
５Ａ（出力ａが５Ｖ）、バッテリの消耗が少ない低速充
電モードで０．６Ａでの充電が充電電流値設定回路２０
４により０．６Ｖとして設定されていた場合、減算器２
０１は差分１０Ｖを出力し（掛け算器２０２の動作は除
く）、比較器２０３には出力ｄの１０Ｖと設定回路２０
４の出力ｅの０．６Ｖが入力され、比較器２０３から低
い値である０．６Ｖが出力ｆとして出力される。
【００１７】ここでバッテリ電流検出回路２０６の出力
ｇが０．６Ｖ、即ち適正な場合は減算器２０８の出力は
０となり、現在のスライスレベルｈが維持され、０．６
Ａによるバッテリ充電が保持され、バッテリ電流検出回
路２０６の出力ｇが８Ｖ、即ち過大な場合は減算器２０
８によりｇ−ｆ（８Ｖ−０．６Ｖ）＝７．４Ｖがスライ
スレベルｈとして出力され、パルス発生器２０７からの
三角波信号ｉのパルス幅を狭めた出力ｊによりＭＯＳＦ
ＥＴ２１３を駆動することによって、バッテリ２０９へ
供給する電流値を０．６Ｖに下げる様に動作し、逆にバ
ッテリ電流検出回路２０６の出力ｇが０．２Ｖ、即ち少
ない場合は減算器２０８によりｇ−ｆ（０．２−０．６
Ｖ）＝−０．４Ｖがスライスレベルｈとして出力され、
パルス発生器２０７からの三角波信号ｉのパルス幅を広
めた出力ｊによりＭＯＳＦＥＴ２１３を駆動することに
よって、バッテリ２０９へ供給する電流値を０．６Ｖに
上げる様に動作する。
【００１８】従って本実施形態によるバックアップ電源
装置は、低速充電モードの場合、充電電流設定回路２０
４によって指定した低速充電電流を０．６Ａに維持しな
がらバッテリ充電を行うことができる。
【００１９】この様に本実施形態によるバックアップ電
源装置は、予めＡＣ／ＤＣ変換器の限界電流値の設定、
急速又は低速充電モードによる充電電流の設定を行い、
各モードにより指定された一定電流値によってバッテリ
充電を行うことができ、このため急速充電モード時には
短時間にバッテリ充電を行うことにより過充電を防止す
ることができ、低速充電モード時には少ない充電電流に
よりバッテリ充電を行うことによりＡＣ／ＤＣ変換部に
影響がない範囲でバッテリ充電を行うことができる。
【００２０】更に本実施形態によるバックアップ電源装
置は、予めＡＣ／ＤＣ変換器の限界電流値を設定すると
共に負荷装置に供給しているＤＣ／ＤＣ変換部の供給電
流を検出し、両者の差分の範囲内でバッテリ充電を行う
ため、ＡＣ／ＤＣ変換部の容量を必要最低限に抑えるこ
とができる。
【００２１】具体的に説明すると、高速充電モードの場
合、従来技術においてはＡＣ／ＤＣ変換部の負荷が通常
５Ａで周期的に１３Ａ必要となるとき、ＡＣ／ＤＣ変換
部は１３Ａに充電用電流値６Ａを加え、更にマージンを
考慮した２０Ａ以上の大容量にしなければならなかった
が、本実施形態においては、ＡＣ／ＤＣ変換部１の電流
限界値を設定し、この限界値からＤＣ／ＤＣ変換部に供
給されている検出電流値減算した値（出力ｃ）の範囲内
で、モードにより設定された充電電流値により充電を行
うため、即ち、従来の如く設定されたワット数に従った
電流値を設定しないため、大容量のＡＣ／ＤＣ変換部を
不必要とすることができる。
【００２２】またＤＣ／ＤＣ変換部負荷が５Ａ→１３Ａ
（２０ｓ間）→５Ａと変化するとき、バックアップ電源
の取り込み電流は６Ａ→２Ａ（２０ｓ間）→６Ａとなる
ため、ＡＣ／ＤＣ変換部は１１Ａ→１５Ａ→１１Ａと従
来に比べて低容量にすることができる。
【００２３】尚、前記実施形態においては、電流値を一
旦電圧値に変換してバッテリへの充電電流をモードに応
じて一定値に保つ例を説明したが本発明は、これに限ら
れるものではなく、電流値そのものを検出して制御する
様に構成しても良い。
【００２４】
【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、ＡＣ／
ＤＣ変換部の限界電流値ｂとバッテリに対する急速充電
モード又は低速充電モード時のバッテリ充電電流値ｅと
を設定し、ＤＣ／ＤＣ変換器の電流値ａを検出し、前記
限界電流値ｂからＤＣ／ＤＣ変換器の電流値ａを減算し
たバッテリ充電可能な充電可能電流値ｃと前記モードに
より設定されたバッテリ充電電流値ｅを比較し、両電流
値のうちの低電流値によってバッテリ充電を行うことに
よって、バッテリへの充電電流をバッテリの消耗度合い
に応じて一定に保つことができると共にＡＣ／ＤＣ変換
部の容量を小容量とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるバックアップ電源装
置の主な回路構成を示す図。
【図２】従来技術による電源システムを説明するための
図。
【符号の説明】
１０１：ＡＣ／ＤＣ変換部、１０２：ＤＣ／ＤＣ変換
部、２００：交流電源、３００：負荷装置、５：電流検
出部、２０１：減算器、２０２：掛け算器、２０３：比
較器、２０４：充電電流設定回路、２０５：三角波発生
回路、２０７：パルス発生回路、２０８：減算器、２０
９：バッテリ、２２０：ＡＣ／ＤＣ変換部の限界電流設
定回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱荻 昌弘 神奈川県足柄上郡中井町グリーンテクなか い 日立コンピュータ機器 株式会社内 (72)発明者 田邉 節 神奈川県足柄上郡中井町グリーンテクなか い 日立コンピュータ機器 株式会社内 (72)発明者 後藤 隆雄 神奈川県足柄上郡中井町グリーンテクなか い 日立コンピュータ機器 株式会社内 (72)発明者 叶田 玲彦 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 根本 峰弘 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 史一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA02 GB03 GB06 5H030 AA02 AA03 AA09 AS03 BB01 BB21 FF42

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／Ｄ
    Ｃ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部から出力された直流電
    圧を所定値の電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、前記
    ＡＣ／ＤＣ変換部から電流を取り込んで充電を行うバッ
    テリとを備えるバックアップ電源装置のバッテリ充電方
    法であって、前記ＡＣ／ＤＣ変換部の限界電流値ｂとバ
    ッテリに対する急速充電モード又は低速充電モード時の
    バッテリ充電電流値ｅとを設定し、前記ＤＣ／ＤＣ変換
    部の電流値ａを検出し、前記限界電流値ｂからＤＣ／Ｄ
    Ｃ変換部からの電流値ａを減算したバッテリ充電可能な
    充電可能電流値ｃと前記モードにより設定されたバッテ
    リ充電電流値ｅを比較し、両電流値のうちの低電流値に
    よってバッテリ充電を行うことを特徴とするバッテリ充
    電方法。
  2. 【請求項２】 交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／Ｄ
    Ｃ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部から出力された直流電
    圧を所定値の電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、前記
    ＡＣ／ＤＣ変換部から電流を取り込んで充電を行うバッ
    テリとを備えるバックアップ電源装置であって、前記Ａ
    Ｃ／ＤＣ変換部の限界電流値ｂを設定する第１の設定回
    路と、バッテリに対する急速充電モード又は低速充電モ
    ード時のバッテリ充電電流値ｅを設定する第２の設定回
    路と、前記ＤＣ／ＤＣ変換部からの電流値ａを検出する
    電流検出回路と、前記限界電流値ｂからＤＣ／ＤＣ変換
    部からの電流値ａを減算したバッテリ充電可能な充電可
    能電流値ｃと前記モードにより設定されたバッテリ充電
    電流値ｅを比較し、両電流値のうちの低電流値によって
    バッテリ充電を行う回路とを備えることを特徴とするバ
    ックアップ電源装置。
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