JP2005278330A

JP2005278330A - 無停電電源装置

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Publication number: JP2005278330A
Application number: JP2004089663A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakazawa; 浩志中澤
Original assignee: TDK Lambda Corp
Current assignee: TDK Lambda Corp
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: JP4079107B2

Abstract

【課題】既存の主電源部に一切手を加えることなく、様々な仕様の二次電池をバックアップ電源として問題なく使用できるようにする。
【解決手段】仕様の異なるリチウムイオン二次電池22をバックアップ電源として使用する際に、昇圧・降圧部32を備えた電圧変換ユニット31を介して電源回路１にリチウムイオン二次電池22を接続する。こうすると電圧変換ユニット31は、電源回路１からリチウムイオン二次電池22に与える給電電圧ＶCHGを、このリチウムイオン二次電池22を充電するに適した電圧に昇圧または降圧する。つまり、電源回路１とリチウムイオン二次電池22との間に電圧変換ユニット31を介在させるだけで、リチウムイオン二次電池22を最適な電圧で充電できる。
【選択図】図４

Description

この発明は、主電源部を内蔵する電源本体のバックアップ電源として、充放電可能な二次電池を備えた無停電電源装置に関するものである。

一般に、この種の無停電電源装置は、商用交流電源からの入力電圧が正常に発生している場合に、電源本体の主電源部から負荷に所要の直流または交流電圧を供給し、且つこの主電源部を介して二次電池を充電する一方で、前記入力電圧が著しく低下若しくは停電すると、バックアップ電源としての二次電池が主電源部から負荷に引き続き電力を供給するようになっている。ここで使用する二次電池は、従来より鉛蓄電池が使用されているが、その理由は主に安価であって、且つ充放電管理が簡単であるからである。

図５および図６は、従来の無停電電源装置の概略構成を示すブロック図である。これらの各図において、１は例えば商用電源（図示せず）からの交流入力電圧Ｖｉが印加される主電源部としての電源回路で、この電源回路１には交流若しくは直流の出力電圧Ｖｏが与えられる一乃至複数の負荷３が接続される。また４は、入力電圧Ｖｉの低下若しくは停電時に、負荷３への電力給電を行なうバックアップ電源としての鉛蓄電池である。前記電源回路１には、入力電圧Ｖｉの正常時に鉛蓄電池４を充電する充電回路５と、入力電圧Ｖｉの低下若しくは停電時に鉛蓄電池４を放電して負荷３に電力を供給する放電回路６がそれぞれ組み込まれる。ここで図５は、電源回路１と共に鉛蓄電池４が本体電源である本体ケース７の内部に収容される例を示し、また図６は、電源回路１と別体に鉛蓄電池４が構成される例を示している。

前記電源回路１は、交流入力電圧Ｖｉを負荷３への所要の交流出力電圧Ｖｏに変換するＡＣ／ＡＣ変換部11や、交流入力電圧Ｖｉを昇圧または降圧した直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部12や、ＡＣ／ＤＣ変換部12で得られた直流電圧を負荷３への所要の直流出力電圧Ｖｏに変換するＤＣ／ＤＣ変換部13などが適宜組み込まれる。

ところで、上記鉛蓄電池４を搭載した無停電電源装置は電池収容スペースを多く確保しなければならない上に、重量が極めて重く、さらには環境面でも鉛使用による種々の問題がある。かかる欠点を解消するため、例えば特許文献１には、鉛蓄電池に代わってリチウムイオン二次電池をバックアップ電源とした無停電電源装置が提案されている。ここでのリチウムイオン二次電池は、複数個の電池セルを直列接続した電池モジュールからなり、過充電および過放電を防止する電池保護回路も内蔵されている。
特開２００２−５８１７０号公報

上記図５や図６に示す無停電電源装置では、バックアップ電源としての鉛蓄電池４の仕様にあわせて、充電回路５や放電回路６を含む電源回路１が設計されている。そのため、特許文献１に示すリチウムイオン二次電池のような二次電池や、他仕様の鉛蓄電池４に交換変更する場合、電源回路１自体を設計変更しなければならず、既存の電源回路１をそのまま使用して、他の二次電池に置換することが不可能であった。

具体的には、例えば直流27Ｖで充電されるのが最適な鉛蓄電池４にあわせて電源回路１を設計した場合、充電回路５から鉛蓄電池４への給電電圧は、この鉛蓄電池４の最適充電電圧である27Ｖに設定される。ところが、同容量のリチウムイオン二次電池は、鉛蓄電池４と同じ給電電圧が与えられると、寿命が著しく低下する（即ち、鉛蓄電池４よりも充電最適電圧が低い）。

さらに、鉛蓄電池４は自己放電を防ぐために、充電回路５を常時満充電にする必要があるが、リチウムイオン二次電池はさほど自己放電せず、充電回路５から給電電圧が常時供給され続けていると、かえって寿命が短くなる。そのため、充電回路５からの給電電圧が高いことと相俟って、鉛蓄電池４の代りに同容量のリチウム二次電池を使用すると、無停電電源装置としてメンテナンス性が全く保証されないことになる。

本発明は上記の課題に着目してなされたもので、既存の主電源部に一切手を加えることなく、様々な仕様の二次電池をバックアップ電源として問題なく使用できる無停電電源装置を提供することを目的とする。

また本発明の別な目的は、二次電池の自己放電特性に応じた給電を行なうことで、二次電池の寿命を可及的に延ばすことができる無停電電源装置を提供することにある。

請求項１における発明では、仕様の異なる二次電池をバックアップ電源として使用する際に、この二次電池を主電源部に直接接続するのではなく、昇圧・降圧部を備えた電圧変換ユニットを介して主電源部に接続する。こうすると電圧変換ユニットは、主電源部から二次電池に与える給電電圧を、当該二次電池を充電するに適した電圧に昇圧または降圧する。このように、主電源部と二次電池との間に電圧変換ユニットを介在させるだけで、主電源部内に一切手を加えることなく、二次電池を最適な電圧で充電することができる。

請求項２における発明では、例えばリチウムイオン二次電池のような二次電池と共に電圧交換ユニットを組み込むと、この電圧交換ユニットに備えた満充電検出部が二次電池の満充電を検出したときに、二次電池への給電を停止して放電させる。このように、常時給電を行なう必要のない二次電池に対し、必要最小限の給電を行なうことで、二次電池の寿命を可及的に延ばすことが可能になる。

請求項３における発明では、電圧交換ユニットに接続した二次電池の端子電圧が、例えば装置として保証する負荷のバックアップ時間に対応した所要値にまで低下すると、前記満充電検出部が満充電を検出するまで、二次電池への給電が行なわれる。こうすることで、二次電池の充電状態に拘らず、入力電圧の低下時や停電時に負荷への電力供給を一定時間継続させることができる。

請求項４における発明では、電圧変換ユニットに設けた放電端子を任意の負荷に直接繋ぐことにより、主電源部を経由せずに負荷への電力供給を行なうことが可能になる。

請求項５における発明では、電圧変換ユニットが本体電源の内部に予め組み込まれているので、本体電源に種々の二次電池を繋ぐだけで、その二次電池を充電するのに最適な給電電圧を供給することが可能になる。また、本体電源の外部に電圧変換ユニットが露出せず、電圧変換ユニットが邪魔にならない。

請求項６における発明では、本体電源と二次電池との間に電圧変換ユニットを接続できることから、独自に設計した本体電源や二次電池をそのまま利用して、当該二次電池に最適な給電電圧を供給できると共に、本体電源の内部に電圧変換ユニットの収納スペースを確保できなくても、電圧変換ユニットを問題なく利用できる。

請求項１の発明によれば、既存の主電源部に一切手を加えることなく、様々な仕様の二次電池をバックアップ電源として問題なく使用できる無停電電源装置を提供できる。

請求項２の発明によれば、二次電池の自己放電特性に応じた給電を行なうことで、二次電池の寿命を可及的に延ばすことが可能な無停電電源装置を提供できる。

請求項３の発明によれば、二次電池の充電状態に拘らず、入力電圧の低下時や停電時に負荷への電力供給を一定時間継続させることができる。

請求項４の発明によれば、主電源部を経由せずに負荷への電力供給を直接的に行なうことが可能になる。

請求項５の発明によれば、種々の二次電池に対し最適な給電電圧を供給することができると共に、本体電源の外部に電圧変換ユニットが露出して邪魔になるのを防止できる。

請求項６の発明によれば、独自に設計した本体電源や二次電池をそのまま利用しつつ、該二次電池に最適な給電電圧を供給することが可能に本体電源に電圧変換ユニットの収納スペースを確保できなくても、電圧変換ユニットを問題なく利用できる。

以下、本発明における無停電電源装置の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、従来例で示す図５や図６と共通する部分には同一の符号を付し、重複する箇所の説明は極力省略する。

装置全体の概略構成を示す図１において、21はバックアップ電源として装置に取付けられる二次電池パックであり、ここでは二次電池としてのリチウムイオン二次電池22の他に、好ましくはこのリチウムイオン電池22の過放電を防止する過放電保護回路23や、過充電を防止する過充電保護回路24が共に組み込まれている。また31は、本発明における新規な電圧交換ユニットであり、この電圧交換ユニット31はリチウムイオン二次電池22と主電源部である電源回路１との間に接続される。

電源回路１は、従来例で示すものと同様に、ＡＣ／ＡＣ変換部11と、ＡＣ／ＤＣ変換部12と、ＤＣ／ＤＣ変換部13がそれぞれ組み込まれると共に、入力電圧Ｖｉの正常時に鉛蓄電池４を充電する充電回路５と、入力電圧Ｖｉの低下若しくは停電時に鉛蓄電池４を放電して負荷に電力３を供給する放電回路６がそれぞれ組み込まれる。ここでは、電圧変換ユニット31に内蔵する各機能により、装置にどのような二次電池パック21が取付けられた場合でも、電源回路１の内部は一切変更を行なわないようにしている点が注目される。

電圧変換ユニット31は、電源回路１や二次電池パック21とは別個の、独立したモジュールとして設けられる。図１に示す例では、電源回路１を収容する本体電源としての本体ケース７内に、電圧変換ユニット31を共に組み込んでいるが、例えば図２に示すように、本体ケース７とは独立した箱状の二次電池パック21内に電圧変換ユニット31を組み込んでもよい。いずれの場合も、本体ケース７や二次電池パック21の内部に、電圧変換ユニット31を収納するスペースが設けられる。またこうしたスペースが確保できない場合には、図３に示すように、本体ケース７と二次電池パック21との間に、例えば外部コネクタを利用して電圧変換ユニット31が単独に接続できる構成とするのが好ましい。さらに、図１〜図３に示す例では、いずれも本体ケース７の外部に二次電池パック21が別体で設けられているが、二次電池パック21を本体ケース７の内部に収容できるように構成してもよい。この場合も、本体ケース７若しくは二次電池パック21の内部に電圧変換ユニット31を設けてもよく、さもなければ、二次電池パック21内蔵型の本体ケース７とは別体に、当該本体ケース７の外部に電圧変換ユニット31を設けてもよい。このように、本実施例における電圧変換ユニット31は、本体ケース７や二次電池パック21の寸法形状などに応じて最適な配置形態を採用することができる。

図１〜図３に示すように、本実施例における電圧変換ユニット31は、電源回路１からリチウムイオン二次電池22に与えられる給電電圧を、このリチウムイオン二次電池22を充電するのに最適な電圧（最適充電電圧）に昇圧または降圧する昇圧・降圧部32と、入力電圧Ｖｉの低下若しくは停電時にリチウムイオン二次電池22を放電する放電回路33と、リチウムイオン二次電池22の満充電を検出すると、このリチウムイオン二次電池22への給電を停止して、リチウムイオン二次電池22を自己放電させる満充電検出部34と、リチウムイオン二次電池22の端子電圧が所要値にまで低下したのを検出すると、リチウムイオン二次電池22への給電を開始させる低電圧検出部35とをそれぞれ備えている。これらの各部の構成は、以下詳細に説明する。

図４は、上記無停電電源装置の構成をさらに詳しく示したものである。同図において、51は電源回路１の入力端子52，52に接続される交流入力電圧Ｖｉの供給源としての商用電源で、この入力電圧Ｖｉは整流ブリッジなどを含むフィルタ53と、昇圧チョッパ回路により構成されるＰＦＣ（力率改善）回路54とにより、昇圧された直流電圧ＶDC1に変換される。即ちここでのフィルタ53およびＰＦＣ回路54は、前述のＡＣ／ＤＣ変換部12に相当する。また、55は直流電圧ＶDC1を負荷３に適した一乃至複数の直流出力電圧Ｖo1，Ｖo2に変換するＤＣ／ＤＣコンバータで、これは前記ＤＣ／ＤＣ変換部13に相当する。これらの直流出力電圧Ｖo1，Ｖo2は、本体ケース７に設けた出力端子（図示せず）から負荷３に供給されるようになっている。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ55や、このＤＣ／ＤＣコンバータ55から取り出せる直流出力電圧Ｖo1，Ｖo2の数は、実施例中のものに限定されない。

前記ＤＣ／ＤＣコンバータ55は、前記直流出力電圧Ｖo1，Ｖo2の他に、リチウムイオン二次電池22を充電するための給電電圧ＶCHGが出力される。一方、56はこの給電電圧ＶCHGを出力するＤＣ／ＤＣコンバータ55をバイパスするようにして接続されるバッテリコンバータで、これは入力電圧Ｖｉの低下時または停電時にリチウムイオン二次電池22からの給電電圧を昇圧変換して、各ＤＣ／ＤＣコンバータ55の入力側に直流電圧ＶDC2を供給するものである。以上のように、ここに示す電源回路１は、交流入力電圧Ｖｉを直流出力電圧Ｖo1，Ｖo2に変換するＡＣ／ＤＣユニットとして機能するが、負荷３に交流出力電圧を供給するＡＣ／ＡＣユニットとしての機能を有するものでも構わない。

二次電池パック21は、複数個の電池セルからなるリチウムイオン二次電池22が搭載されると共に、この電池セル間に発生する電圧を検出して、リチウムイオン二次電池22が過放電状態や過充電状態になったか否かを監視する電池保護回路61が内蔵される。即ちこの電池保護回路61は、前記過放電保護回路23および過充電保護回路24に相当する。また、リチウムイオン二次電池22の両端は、電圧変換ユニット31の電池接続端子62，62に接続されるが、このリチウムイオン二次電池22から電池接続端子62，62に至る電圧ラインには、過電流時にリチウムイオン二次電池22を電圧変換ユニット31から切り離すヒューズ63と、過充電保護回路24がリチウムイオン二次電池22の過充電を検出すると、電圧変換ユニット31からリチウムイオン二次電池22への電流の流れ込みを阻止すると共に、その両端にダイオード64を接続した第１のスイッチ素子65と、過放電保護回路23がリチウムイオン二次電池22の過放電を検出すると、リチウムイオン二次電池22から電圧変換ユニット31への電流供給を阻止すると共に、その両端にダイオード66を接続した第２のスイッチ素子67が各々接続される。

電圧変換ユニット31は外部に露出した端子として、前記二次電池パック21を接続する電池接続端子62，62の他に、電源回路１の給電電圧ＶCHGが発生する電圧ラインに接続される本体電源接続端子71，71と、前記直流出力電圧Ｖo1，Ｖo2が与えられる負荷３とは別に、任意の負荷３Ａが直接接続される放電端子72をそれぞれ備えている。前記昇圧・降圧部32は、リチウムイオン二次電池22を充電する充電回路としての機能を有し、バックアップ電源として組み込まれる二次電池パック21内の二次電池の仕様にあわせて、ＤＣ／ＤＣコンバータ55からの給電電圧ＶCHGを昇圧または降圧するように設計・調整される。具体的には、二次電池の最適充電電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ55からの給電電圧ＶCHGよりも低いことが予め判っている場合は、当該給電電圧ＶCHGを最適充電電圧に降圧する降圧チョッパ電源（降圧部）が組み込まれ、逆に二次電池の最適充電電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ55からの給電電圧ＶCHGよりも高いことが予め判っている場合は、当該給電電圧ＶCHGを最適充電電圧に昇圧する昇圧チョッパ電源（昇圧部）が組み込まれる。

また、昇圧・降圧部32から二次電池パック21内の二次電池に与える電圧を、このリチウムイオン二次電池22の最適充電電圧に設定・調整するのに、電圧変換ユニット31に与えられる入力電圧（給電電圧ＶCHG）を検出する手段を設けたり、或いは決められた入力電圧に対し、二次電池の端子電圧を検出する手段を設けたりしてもよい。さらには、二次電池の種類を物理的に判別する電池判別手段を電圧変換ユニット31に備え、使用する二次電池に応じて、降圧部若しくは昇圧部のいずれか一方を動作させる構成としてもよい。こうすれば、どのような二次電池に対しても、電圧変換ユニット31から二次電池パック21に最適な電圧を供給できる。

満充電検出部34は、昇圧・降圧部32からリチウムイオン二次電池22に供給される充電電流を検出する抵抗74の両端に接続される。この電流検出素子としての抵抗74は、他の素子で構成されてもよい。ここでの満充電検出部34は、抵抗74により検出されるリチウムイオン二次電池22への充電電流に基づき、このリチウムイオン二次電池22が満充電状態となったら、昇圧・降圧部32の動作を停止させる充電停止信号を当該昇圧・降圧部32に出力する。また低電圧検出部35は、リチウムイオン二次電池22の端子電圧が自己放電により所要値にまで低下した低電圧状態を検出すると、昇圧・降圧部32の動作を開始させる充電開始信号を当該昇圧・降圧部32に出力するようになっている。なお、満充電検出部34による満充電の検出レベルは、使用する二次電池および電源回路１の仕様に応じて容易に可変設定できるように構成される。

放電回路33は、昇圧・降圧部32と抵抗74からなる直列回路をバイパスして、電圧変換ユニット31の出力端子である一方の電池接続端子62から、電圧変換ユニット31の入力端子である一方の本体電源接続端子71にダイオード75を介して接続される放電ライン76により構成される。このダイオード75は、電源回路１からの給電電圧ＶCHGが昇圧・降圧部32を介さずに二次電池パック21側に直接供給されるのを阻止する機能を有する。また、好ましくは放電ライン76の途中に、リチウムイオン二次電池22の端子電圧を本体電源接続端子71若しくは放電端子72のいずれかに供給する切替手段としての切替スイッチ77が設けられる。これにより、使用する製品（負荷）にあわせてリチウムイオン二次電池22からの電力供給を、電源回路１を介したものか否かに選択することができる。

なお、給電電圧ＶCHGが二次電池の最適充電電圧よりも低く、昇圧・降圧部32で昇圧を行なう場合には、交流入力電圧Ｖｉが正常に供給されている状態でも、二次電池からダイオード75を介して本体電源接続端子71に電流が流れ込んで、二次電池を充電するモードに移行しない。したがって、この場合は、ダイオード75のカソードを放電端子72に直接接続し、充電用のラインと放電用のラインを別々に切り離すのが望ましい。

次に、上記構成についてその作用を説明すると、商用電源51からの交流入力電圧Ｖｉが電源回路１内に正常に供給されている場合は、この交流入力電圧Ｖｉがフィルタ53およびＰＦＣ回路54により、昇圧された直流電圧ＶDC1に変換される。そして、ＰＦＣ回路54からの直流電圧ＶDC1はＤＣ／ＤＣコンバータ55に印加され、このＤＣ／ＤＣコンバータ55で得られた直流出力電圧Ｖo1，Ｖo2が、本体ケース７に接続する負荷３に与えられると共に、リチウムイオン二次電池22を充電するための給電電圧ＶCHGがＤＣ／ＤＣコンバータ55から発生する。なお、これらの直流出力電圧Ｖo1，Ｖo2および給電電圧ＶCHGは、ＤＣ／ＤＣコンバータ55に内蔵する帰還回路（図示せず）により、その安定化が図られている。

一方、交流入力電圧Ｖｉの低下時若しくは停電時にも、負荷３に一定時間電力を供給させたい場合は、図１〜図４に示す二次電池パック21を装着する。ここでの電源回路１は、従来例における鉛蓄電池４を充放電するのに適した仕様で設計されている。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ55から出力される給電電圧ＶCHGは、鉛蓄電池の最適充電電圧である直流27Vに設定され、また交流入力電圧Ｖｉが入力端子52，52に印加される場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ55から給電電圧ＶCHGが常時出力される。したがって、最適充電電圧が直流27Vの鉛蓄電池４を使用する場合は、電圧交換ユニット31を介さずそのまま電源回路１の給電電圧ＶCHGの電圧ラインに鉛蓄電池４の両端間を直接接続すればよい。

これに対して、環境面などを考慮して、鉛蓄電池４以外の二次電池であるリチウムイオン二次電池22を使用する場合は、このリチウムイオン二次電池22の最適充電電圧が概ね直流24.6Vであるため、電源回路１にそのまま繋ぐと、直流27Vの給電電圧ＶCHGがリチウムイオン二次電池22に常時供給され、リチウムイオン二次電池22の寿命が著しく低下する。そこで仕様の異なる二次電池を使用する場合は、その二次電池の仕様に合せて設計された電圧変換ユニット31を、電源回路１とリチウムイオン二次電池22との間に介在させる。すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ55からの給電電圧ＶCHGは、昇圧・降圧部（この場合は降圧機能だけを有していればよい）32によってリチウムイオン二次電池22の最適充電電圧である直流24.6Vに変換され、この降圧した直流電圧がリチウムイオン二次電池22に供給される。そのため、電源回路１の内部に手を加えなくても、二次電池パック21に対応した電圧変換ユニット31を単に組み込むだけで、リチウムイオン二次電池22を最適な電圧で充電することができる。

また、電圧変換ユニット31内に設けられた満充電検出部34は、抵抗74を流れる充電電流の減少によって、リチウムイオン二次電池22が満充電状態であるか否かを監視しており、リチウムイオン二次電池22の満充電状態を検出すると、降圧チョッパ回路からなる昇圧・降圧部32にその動作を停止させる充電停止信号を出力する。このように、リチウムイオン二次電池22が満充電状態となったら、昇圧・降圧部32からリチウムイオン二次電池22への給電が停止されるため、リチウムイオン二次電池22が過剰に充電されるのを防止できる。また、この場合は自己放電によってリチウムイオン二次電池22の端子電圧が次第に低下するが、当該端子電圧が、負荷３のバックアップ保障時間に対応した所要値にまで低下すると、今度は電圧変換ユニット31内に設けられた低電圧検出部35が、昇圧・降圧部32にその動作を開始させる充電開始信号を出力する。そのため、リチウムイオン二次電池22の自己放電時に交流入力電圧Ｖｉの低下若しくは停電が発生した場合でも、バックアップ保障時間以上の長さで、負荷３に電力を供給し続けることが可能になる。

なお、二次電池として最適充電電圧が直流27Ｖ以外の鉛蓄電池を利用する場合は、満充電検出部34や低電圧検出部35を組み込んでいない別仕様の電圧変換ユニット31を装着すればよい。つまり、ここにある電圧変換ユニット31は、利用する二次電池の仕様（最適充電電圧や自己放電特性など）に応じて複数種用意されていることが好ましい。

上記電圧変換ユニット31を組み込んだ状態で、交流入力電圧Ｖｉが低下若しくは停電すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ55から電圧変換ユニット31の本体電源接続端子71に与えられる給電電圧ＶCHGも低下する。このとき、切替スイッチ77によりダイオード75のカソードを本体電源接続端子71に接続していると、当該ダイオード75が導通してリチウムイオン二次電池22から電源回路１のバッテリコンバータ56に給電が行なわれる。これを受けてバッテリコンバータ56は、リチウムイオン二次電池22からの給電電圧を、ＰＦＣ回路54からの直流電圧ＶDC1と略同レベルの直流電圧ＶDC2に昇圧し、この直流電圧ＶDC2を各ＤＣ／ＤＣコンバータ55の入力側に供給する。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ55の出力側に接続した負荷３は、リチウムイオン二次電池22の電力供給を受け続けることになる。また、前記切替スイッチ77によりダイオード75のカソードを放電端子72に接続していると、今度はＤＣ／ＤＣコンバータ55に接続する負荷３ではなく、この放電端子72に接続した別の負荷３Ａに電力が供給される。このように、放電端子72と切替スイッチ77の組み合わせで、負荷３，３Ａのいずれかにリチウムイオン二次電池22からの電力を選択的に供給することができる。但し、給電電圧ＶCHGがリチウムイオン二次電池22の端子電圧よりも低い場合には、昇圧・降圧部32が昇圧機能を有するため、前述のようにダイオード75のカソードを放電端子72に直接接続しなければならない。

以上のように本実施例における無停電電源装置は、交換可能な二次電池としてのリチウムイオン二次電池22と、入力電圧Ｖｉの正常時にはリチウムイオン二次電池22への給電を行なう一方で、入力電圧Ｖｉの低下若しくは停電時には負荷３に引き続き電力を供給するために、リチウムイオン二次電池22から給電を受ける主電源部としての電源回路１を備えた本体電源たる本体ケース７とからなる無停電電源装置において、電源回路１からリチウムイオン二次電池22に与えられる給電電圧ＶCHGを、リチウムイオン二次電池22の最適充電電圧に昇圧または降圧する昇圧・降圧部32を備えた電圧変換ユニット31を、電源回路１とリチウムイオン二次電池22との間に接続している。

この場合、仕様の異なるリチウムイオン二次電池22をバックアップ電源として使用する際に、このリチウムイオン二次電池22を電源回路１に直接接続するのではなく、昇圧・降圧部32を備えた電圧変換ユニット31を介して電源回路１に接続する。こうすると電圧変換ユニット31は、電源回路１からリチウムイオン二次電池22に与える給電電圧ＶCHGを、このリチウムイオン二次電池22を充電するに適した電圧に昇圧または降圧する。このように、電源回路１とリチウムイオン二次電池22との間に電圧変換ユニット31を介在させるだけで、電源回路１内に一切手を加えることなく、リチウムイオン二次電池22を最適な電圧で充電することができる。そのため、既存の電子回路１に一切手を加えることなく、様々な仕様の二次電池をバックアップ電源として問題なく使用できる無停電電源装置を提供できる。

また、本実施例の電圧変換ユニット31は、リチウムイオン二次電池22の満充電を検出すると、このリチウムイオン二次電池22への給電を停止して自己放電させる満充電検出部34を備えている。

この場合、例えばリチウムイオン二次電池22のような二次電池と共に電圧交換ユニット31を組み込むと、この電圧交換ユニット31に備えた満充電検出部34がリチウムイオン二次電池22の満充電を検出したときに、リチウムイオン二次電池22への給電を停止して自己放電させる。このように、常時給電を行なう必要のないリチウムイオン二次電池22のような二次電池に対し、必要最小限の給電を行なうことで、リチウムイオン二次電池22の寿命を可及的に延ばすことが可能になる。

さらに、本実施例の電圧変換ユニット31は、リチウムイオン二次電池22の端子電圧が所要値にまで低下したのを検出すると、このリチウムイオン二次電池22への給電を開始させる低電圧検出部35を備えている。

この場合、電圧交換ユニット31に接続したリチウムイオン二次電池22の端子電圧が、例えば装置として保証する負荷３のバックアップ時間に対応した所要値にまで低下すると、満充電検出部34が満充電を検出するまで、リチウムイオン二次電池22への給電が行なわれる。こうすることで、リチウムイオン二次電池22の充電状態に拘らず、入力電圧Ｖｉの低下時や停電時に負荷３への電力供給を一定時間継続させることができる。

また、本実施例の電圧変換ユニット31は、電源回路１を経由せずにリチウムイオン二次電池22からの出力電圧を、電源回路１に接続したものとは別の負荷３Ａに供給する放電端子72を備えている。

こうすると、電圧変換ユニット31に設けた放電端子72を任意の負荷に直接繋ぐことにより、電源回路１を経由せずに負荷３Ａへの電力供給を行なうことが可能になる。

また本実施例では、電源回路１を収容する本体ケース７の内部に電圧変換ユニット31を設けてもよい。こうすると、電圧変換ユニット31が本体ケース７の内部に予め組み込まれているので、本体ケース７に例えばリチウムイオン二次電池22などの種々の二次電池を繋ぐだけで、その二次電池を充電するのに最適な給電電圧を供給することが可能になる。また、本体ケース７の外部に電圧変換ユニット31が露出せず、電圧変換ユニット31が邪魔にならない利点もある。

さらに別な変形例として、電圧変換ユニット31を本体ケース７とリチウムイオン二次電池22との間に接続可能に設けてもよい。こうすると、本体ケース７とリチウムイオン二次電池22との間に電圧変換ユニット31を接続できることから、独自に設計した本体ケース７やリチウムイオン二次電池22をそのまま利用して、このリチウムイオン二次電池22に最適な給電電圧を供給できると共に、本体ケース７の内部に電圧変換ユニット31の収納スペースを確保できなくても、電圧変換ユニット31を問題なく利用できる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。例えば、実施例ではリチウムイオン二次電池22をバックアップ電源として使用する例を示したが、それ以外のあらゆる二次電池に対しても適用可能である。また、装置に供給される入力電圧は直流であってもよい。

本発明における好ましい一実施形態を示す無停電電源装置のブロック構成図である。同上、図１の変形例を示す無停電電源装置のブロック構成図である。同上、図１のさらに変形例を示す無停電電源装置のブロック構成図である。同上、無停電電源装置のさらに詳細なブロック構成図である。従来例における無停電電源装置の一例を示すブロック構成図である。従来例における無停電電源装置の別な一例を示すブロック構成図である。

符号の説明

１電源回路（主電源部）
３，３Ａ負荷
22 リチウムイオン二次電池（二次電池）
31 電圧変換ユニット
32 昇圧・降圧部
34 満充電検出部
35 低電圧検出部
72 放電端子

Claims

交換可能な二次電池と、入力電圧の正常時には前記二次電池への給電を行ない、前記入力電圧の低下若しくは停電時には負荷に電力を供給するために前記二次電池から給電を受ける主電源部を備えた本体電源とからなる無停電電源装置において、前記主電源部から前記二次電池に与えられる給電電圧を、該二次電池の最適充電電圧に昇圧または降圧する昇圧・降圧部を備えた電圧変換ユニットを、前記主電源回路と前記二次電池との間に接続したことを特徴とする無停電電源装置。
前記電圧変換ユニットは、前記二次電池の満充電を検出すると、前記二次電池への給電を停止させる満充電検出部を備えたことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
前記電圧変換ユニットは、前記二次電池の端子電圧が所要値にまで低下したのを検出すると、前記二次電池への給電を開始させる低電圧検出部を備えたことを特徴とする請求項２記載の無停電電源装置。
前記電圧変換ユニットは、前記主電源部を経由せずに前記二次電池からの出力電圧を負荷に供給する放電端子を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の無停電電源装置。
前記電圧変換ユニットを前記本体電源の内部に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の無停電電源装置。
前記電圧変換ユニットを前記本体電源と前記二次電池との間に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の無停電電源装置。