JP2006166534A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池を内蔵した電源装置において、ユーザごとの異なる要求仕様に柔軟に対応すること。
【解決手段】入力電圧が正常である場合に、二次電池が充電制御され、前記入力電圧が低下もしくは停電した場合に、前記二次電池からの電力を負荷に供給するための電源主回路を具備する電源装置において、前記電源主回路の制御に必要な所定のデータが保持されるデータベースと、前記入力電圧と前記データベースに保持されている所定のデータに基づいて前記電源主回路を制御する制御部と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源装置に関するものであり、特に、短時間の瞬時停電時や長時間の停電時において、負荷に対する電力供給能力を備えた二次電池内蔵の電源装置に関するものである。

近年、二次電池を組み込んだ種々の電源装置が多方面で利用されている。これらの電源装置は、瞬時停電時の瞬断防止用あるいは短時間の停電時のバックアップ用として利用されているものもあれば、無停電電源装置として数時間程度の停電時に利用されるものもある。

これらの電源装置において、電源装置に組み込まれる二次電池に対する制御は、例えば、充電時間の長短、二次電池のバックアップ時間の長短、あるいは装置の設置場所の温度といったような個々の利用状況（運転状況）や、電源装置が設置される環境条件などに基づいて決定されていた。より具体的には、二次電池に対する充電電圧の設定値（以下「充電電圧指令値」と呼称）、充電電流の設定値（以下「充電電流指令値」と呼称）、および終止電圧の設定値（以下「終止電圧指令値」と呼称）など（以下「制御指令情報」と総称）が、電源装置の使用環境温度やバックアップ時間など（以下「ユーザ側仕様情報」と総称）の条件や、二次電池の種類、二次電池に保証される放電時間（以下「放電保証時間」と呼称）、およびメーカ側が保証する終止電圧（以下「放電保証終止電圧」と呼称）など（以下「メーカ側仕様情報」と総称）の条件に基づいて決定されていた。なお、放電保証終止電圧および放電保証時間をさらに詳細に説明すると、放電保証終止電圧とは、電池性能を保証するものとして規定された放電終了時の下限電圧であり、放電保証時間とは、設定された放電電流ごとに異なる、放電保証終止電圧までの放電時間である。

さらに、従来の電源装置では、一度決定された制御指令情報が運用中に変更されることはなく、この制御指令情報は、ユーザ側仕様情報や、メーカ側仕様情報などに基づいて電源装置の仕様と共に決定されるのが一般的であった。

なお、例えば二次電池の電池残量を推定する従来技術としては、電池電圧の変化に基づいて当該二次電池の電池残量を推定する手法が一般的であるが、最近では、このような電池電圧の変化を利用する手法以外にも、二次電池を構成する素電池に関するデータと組電池に関するデータとを分離し、これらのデータに基づいて二次電池の電池残量を推測する手法などが開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−１５７９１２号公報

ところで、電源装置として、停電時のバックアップ電源として使用する二次電池の種類や仕様などに対応させ、上記制御指令情報を個々の機種ごとに設定することはあっても、電源装置の同一機種については、これらの制御指令情報を固定するのが通常であった。したがって、同一機種について個々の利用状態に応じて制御指令情報を異ならせるような制御は行われていなかった。

しかしながら、同一機種の電源装置であっても、例えば停電時のバックアップ時間や、電源装置の使用環境温度、電源装置の耐用期間などのユーザ側からの要求仕様は異なっているのが一般的である。したがって、従来の電源装置では、ユーザごとに異なる要求仕様に対する電源装置の最適化は行われておらず、電源装置の能力を最大限に活用することはできなかった。

また、二次電池を制御するための制御指令情報は、製品の製造時に固定的に設定され、その後変更されることがないのに対し、二次電池の充放電特性は、使用時間の経過や、使用環境温度の変化などに起因して変動する。この場合、最初に固定的に設定された制御指令情報と、使用時間の経過に伴って変化し得る制御指令情報（現時点での最適値）との間に有意差が生じ、当該最適値とは異なる制御指令情報によって二次電池が制御される結果、二次電池のバックアップ時間が低下したり、二次電池の劣化の進行が速まるなどの弊害が生ずるようになる。

このため、従来の電源装置にあっては、個々のユーザの利用状況に適した仕様ではなく、画一的な仕様の電源装置が提供されることとなり、ユーザごとの異なる要求仕様に応じた二次電池、ひいては電源装置の最適化が為されておらず、過剰な余裕度（マージン）や、無駄な余裕度の設定を余儀なくされていた。

なお、上記特許文献１に示される従来技術では、素電池に関するデータや、組電池に関するデータなどのメーカ側仕様情報を利用してはいるものの、使用環境温度やバックアップ時間などのユーザ側仕様情報が全く考慮されていないため、ユーザごとの異なる要求仕様に応じた電源装置の最適化が為されているわけではなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ユーザごとの異なる要求仕様に柔軟かつ的確に対応できる電源装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電源装置にあっては、入力電圧が正常である場合に、充電制御回路により二次電池を充電制御し、前記入力電圧が低下もしくは停電した場合に、前記二次電池から負荷に電力を供給する電源主回路を具備する電源装置において、前記電源主回路の制御に必要な所定のデータが保持されるデータベースと、前記入力電圧と前記データベースに保持されている所定のデータに基づいて前記電源主回路を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、電源主回路の制御に必要な所定のデータが保持されるデータベースが備えられ、主として入力電圧の電圧レベルに基づいて電源主回路の制御を行っていた制御部が、さらにデータベースに保持されている所定のデータに基づいて電源主回路を制御するようになるので、ユーザごとの異なる要求仕様に柔軟かつ的確に対応することができる。

つぎの発明にかかる電源装置にあっては、上記の発明において、前記データベースに保持されるデータが、特段の事情のない限り変更できない情報に基づいて定められる静的データと、経時的に変更され得る情報に基づいて定められる動的データ、とに分類されていることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電源装置にあっては、上記の発明において、前記静的データが、ユーザ側の要求に基づいて定められるユーザ側仕様情報であることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電源装置にあっては、上記の発明において、前記ユーザ側仕様情報には、使用環境温度、バックアップ時間、充電時間および電池寿命にかかる情報のうちの１以上の情報が含まれていることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電源装置にあっては、上記の発明において、前記二次電池の放電終了時の下限電圧である放電保証終止電圧が、前記バックアップ時間および該二次電池の放電開始時電圧に基づいて定められることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電源装置にあっては、上記の発明において、前記二次電池の放電終了時の下限電圧である放電保証終止電圧が、前記バックアップ時間、前記二次電池の放電開始時電圧および該二次電池の電池電圧と該二次電池の放電時間との垂下特性に基づいて定められることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電源装置にあっては、上記の発明において、前記静的データが、ユーザ側の要求とは関係のないメーカ側の事情に基づいて定められるメーカ側仕様情報であることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電源装置にあっては、上記の発明において、前記メーカ側仕様情報には、前記二次電池の種類、放電保証時間および放電保証終止電圧にかかる情報ならびに該二次電池の充・放電特性にかかる情報のうちの１以上の情報が含まれていることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電源装置にあっては、上記の発明において、前記動的データが、前記電源主回路を構成する少なくとも一つの構成部の動作状態が計測されたデータである計測データと、前記制御部から制御対象となる構成部に対して出力される制御指令情報に基づくデータと、に区分されていることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電源装置にあっては、上記の発明において、前記計測データには、前記充電制御回路の動作状態を計測した、充電電圧、充電電流、放電電圧および終止電圧の各計測データのうちの１以上のデータが含まれていることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電源装置にあっては、上記の発明において、前記計測データには、前記二次電池の電池温度計測データが含まれていることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電源装置にあっては、上記の発明において、前記制御指令情報には、前記充電制御回路に出力される充電電圧指令値、充電電流指令値および終止電圧指令値にかかる情報のうちの１以上の情報が含まれていることを特徴とする。

つぎの発明にかかる電源装置にあっては、上記の発明において、前記二次電池が、リチウムイオン電池であることを特徴とする。

本発明にかかる電源装置によれば、データベースが備えられ、このデータベースに保持されている所定のデータに基づいて、電源装置の運用中であっても二次電池の性能に基づいた充電制御を行うようにしているので、過剰な余裕度や、無駄な余裕度の設定を防止することができ、装置規模の必要以上の大型化を抑止することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる電源装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明にかかる電源装置（交流ＵＰＳ）の構成を示すブロック図である。同図において、電源装置１は、整流器１４、インバータ１５、二次電池２１、充電制御回路２２、制御部２５およびデータベース２６の各構成部を備えており、これらの各構成部と切換スイッチ２７および／または直流切換スイッチ２８の作用によって、交流電源１１の交流出力あるいは二次電池２１の直流出力に基づくインバータ１５の交流出力を負荷に供給する。

つぎに、電源装置１を構成する各構成部の接続関係について説明する。図１において、例えばＡＣ１００Ｖを出力する交流電源１１からの交流入力を直接負荷に供給するためのバイパスライン１３が、交流電源１１と負荷への給電を切換えるための切換スイッチ２７の一つの入力端子との間に設けられている。また、このバイパスライン１３とは異なり、安定化した交流入力を負荷に供給するために、交流電源１１からの交流入力を整流して直流出力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器としての整流器１４と、整流器１４もしくは停電バックアップ用の電源である二次電池２１からの直流出力を交流出力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器としてのインバータ１５と、による直列接続構成部が、交流電源１１と切換スイッチ２７の他の入力端子との間に挿入されている。この構成により、切換スイッチ２７の接点が一方の入力端子に接続されると、交流電源１１からの交流入力が、そのまま切換スイッチ２７を通して負荷に伝送される。一方、切換スイッチ２７の接点が他方の入力端子に接続されると、インバータ１５からの直流出力が切換スイッチ２７を通して負荷に伝送される。

ところで、二次電池２１としては鉛電池を使用するのが一般的であるが、近年この鉛電池に代えて、複数のセルを直列および並列に接続したリチウムイオン電池が注目されている。リチウムイオン電池は、鉛電池に比べて軽量、薄型で、高電力密度を有する。例えば、リチウムイオン電池の単セル当たりの充電電圧は約４Ｖであり、鉛電池の約２倍である。つまり、リチウムイオン電池は鉛電池の半分の直列接続数で同一の充電電圧を取り出せることになる。なお、リチウムイオン電池の単セル当たりの容量は鉛電池よりも低く、鉛電池と同一の容量を得るには並列接続数を増やす必要があるが、リチウムイオン電池には、同一の容量および充電電圧を得るのに、鉛電池よりも小形かつ軽量に二次電池２１を構成できるという利点がある。

図１に戻って、二次電池２１を充電するための機器（構成部）であり、交流電源１１からの交流入力を直流出力に変換して二次電池２１に供給する充電制御回路２２が、交流電源１１と二次電池２１との間に接続されている。また、整流器１４からインバータ１５に至る直流出力ライン１７と、充電制御回路２２から二次電池２１に至る直流出力ライン２３との間には、交流出力電圧の正常時または停電時において接点が切換わる直流切換スイッチ２８が接続されている。

制御部２５は、電源主回路１０を構成する切換スイッチ２７、整流器１４、インバータ１５、充電制御回路２２、直流切換スイッチ２８のそれぞれの動作を監視または制御するための構成部であり、制御部２５の制御出力は、インバータ１５、充電制御回路２２、切換スイッチ２７および直流切換スイッチ２８の各構成部に出力される。

データベース２６には、上述のユーザ側仕様情報、メーカ側仕様情報にかかるデータや、制御指令情報を算出するための基礎となるデータの他、二次電池２１関連のデータ（例えば、終止電圧、放電電圧、電池温度）や、充電制御回路２２関連のデータ（例えば、充電電圧、充電電流）などが、恒常的に、あるいは一時的に保持される。これらのデータは、制御部２５によって必要に応じて参照され、ユーザごとの異なる要求仕様に基づいて構成された電源装置の最適化を目的とした制御が行われる。なお、データベース２６に登録されるデータの詳細については後述する。

つぎに、図１に示した電源装置の動作について説明する。同図において、交流電源１１からの交流入力が通常の電圧レベルの場合、直流切換スイッチ２８をオフにして交流入力をそのまま負荷に供給するか、さもなければ図１の実線矢印で示すように、交流入力を整流器１４により整流して直流出力に変換し、この直流出力をインバータ１５で所望の交流出力（例えばＡＣ１００Ｖ）に変換して負荷に供給する。また、それと共に、交流入力を充電制御回路２２により直流出力に変換して二次電池２１に供給し、二次電池２１を充電させる。一方、交流入力が、例えば停電などで所定の電圧レベルを下回ると、直流切換スイッチ２８をオンに切換え、図１の点線矢印で示すように、二次電池２１からの直流出力をインバータ１５において所望電圧の交流出力に変換し、この交流出力を負荷に供給する。なお、これらの制御は、制御部２５の出力に基づいて行われる。

つぎに、図２を用いて、データベース２６に保持されるデータの流れについて説明する。図２は、データベース２６に保持されるデータの流れを図１に示す電源装置の主要構成部上に示した図である。データベース２６では、例えば図２に示すような２つのカテゴリーに分類された５種類のデータが処理される。２つのカテゴリーとは、データの持つ時間的な特性に着目した場合の区分であり、一例を挙げるならば、静的データと動的データとに分類することができる。また、５種類のデータとは、カテゴリーごとにデータの使用目的や、データの出所に着目した分類であり、一例を挙げるならば、同図に示すような、ユーザ側仕様情報を含む静的データ１、メーカ側仕様情報を含む静的データ２、例えば充電制御回路２２にかかる計測データを含む動的データ１、例えば二次電池２１にかかる計測データを含む動的データ２、制御指令情報を含む動的データ３などに分類することができる。なお、静的データとは電源装置の出荷後は特段の事情のない限り変更できない情報に基づいて定められるデータとして捉えることができ、動的データとは電源装置の運用中であっても経時的に変更され得る情報に基づいて定められるデータとして捉えることができる。

さらに、静的データ１の実体情報であるユーザ側仕様情報とは、例えば、使用環境温度、バックアップ時間、充電時間、電源装置としての寿命、などのユーザ側の視点（要求）に基づいて決定される情報である。また、静的データ２の実体情報であるメーカ側仕様情報とは、例えば、電源装置に組み込まれる二次電池の種類、充電特性（例えば、温度をパラメータとする充電電圧、充電電流の時間特性）、放電特性（例えば、温度をパラメータとする放電電圧、放電電流の時間特性）、放電保証時間、放電保証終止電圧などの情報であり、ユーザ側の要求とは関係なくメーカ側の事情で決定される情報である。

これらの情報を別な観点から見れば、ユーザ側仕様情報とは電源装置の出荷時にユーザに対応して設定される情報であるのに対し、メーカ側仕様情報とはユーザに依らず一律固定的に設定され情報であると捉えることもできる。

一方、動的データ１として分類される計測データには、例えば、二次電池２１を充電制御する充電制御回路２２の動作状態や、二次電池２１を放電制御する際の二次電池２１の動作状態を計測したものであり、例えば、充電電圧、充電電流、放電電圧、終止電圧などが該当する。また、動的データ２として分類される計測データには、例えば、二次電池２１の電池温度などが該当する。他方、動的データ３の実体情報である制御指令情報とは、制御部２５から制御対象となる構成部に対して出力される制御情報（制御信号）であり、例えば、充電制御回路２２対して出力される充電電圧指令値、充電電流指令値、終止電圧指令値などが該当する。

なお、これらの制御指令情報は、前述のユーザ側仕様情報、メーカ側仕様情報、計測情報などに基づいて生成されるとともに、データベース２６に登録される。また、この制御指令情報を別な観点から見れば、電源装置の出荷後は特段の事情のない限り変更できない情報として捉えることもできる。

加えて、図２の例では、充電制御回路２２のみを制御部２５の制御対象として示しているが、制御部２５の制御対象が充電制御回路２２に限定されるものではない。例えば、二次電池２１の出力を制御する制御部が充電制御回路２２の外部に構成されているような場合には、当該構成部を制御対象としてもよい。また、図２には図示していない整流器１４や、インバータ１５などを制御するような場合には、それらの構成部が制御対象となることは勿論のことである。

つぎに、データベース２６に所定の情報が登録されるときの処理フローについて説明する。なお、図３は、静的データ（静的データ１，２）のデータベース２６への登録処理を示すフローチャートである。同図に示すフローでは、静的データ（ユーザ側仕様情報である静的データ１、あるいはメーカ側仕様情報である静的データ２）が入力され（あるいは読み込まれ）（ステップＳ１０１）、入力された情報がデータベース２６に登録される（ステップＳ１０２）。

一方、動的データについても図３と同様な処理フローに基づいて登録される。図４は、例えば、充放電制御処理時に計測される計測データ（動的データ１）のデータベース２６への登録処理を示すフローチャートである。同図において、例えば、充電制御回路２２または制御部２５によって、定期的あるいは非定期的な充放電制御処理が行われるとき（ステップＳ２０１）、制御部２５の指示に基づいて計測された所定の情報（例えば、充電電圧、充電電流、終止電圧、放電電圧など）がデータベース２６に登録される（ステップＳ２０２）。

なお、上述のデータ（動的データ１）以外にも、例えば二次電池２１の計測データである動的データ２や、例えば制御対象である充電制御回路２２への制御指令情報である動的データ３についても、それぞれ所定あるいは所望のタイミングでデータベース２６に登録される。

つぎに、データベース２６に登録されている登録情報を更新する場合の更新処理フローについて説明する。図５は、データベース２６に登録されている制御指令情報の更新処理を示すフローチャートである。同図において、制御対象が特定され、当該制御対象にかかる評価項目が選択される（ステップＳ３０１）。この処理では、例えば充電制御回路２２が制御対象として特定された場合、例えば上述の３つの制御指令情報（充電電圧指令値、充電電流指令値および終止電圧指令値）の中から１以上の制御指令情報が評価項目として選択される。１以上の制御指令情報が選択された後、データベース２６に登録されている登録データの中から、当該制御指令情報に関係のあるデータが抽出され（ステップＳ３０２）、当該抽出データに基づいて新たな制御指令情報（制御指令情報としての候補値）が算出され（ステップＳ３０３）、算出された制御指令情報と現在の制御指令情報（データベース２６に登録されているデータ）とが比較されるとともに、更新の必要性の有無が判断される（ステップＳ３０４）。更新の必要性が有ると判断した場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）には、現在の制御指令情報が新たに算出された制御指令情報に更新される。一方、更新の必要性がないと判断した場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）には、更新処理を行わずに処理を終了する。

これまでの説明は、データベース２６に保持されるデータの性質や、データベース２６への登録処理などの説明が中心であった。つぎに、二次電池の放電特性の温度依存性や、電池性能の劣化等を考慮した二次電池の充放電制御について説明する。

図６−１および図６−２は、リチウムイオン電池の放電特性の一例を示す図である。より詳細には、図６−１は、二次電池２１の動作温度（以下「電池温度」と呼称）に関わらず二次電池２１の放電開始時電圧、すなわち二次電池２１の充電電圧を一定にした場合の放電特性であり、一方、図６−２は、電池温度に応じて二次電池２１の充電電圧を可変した場合の放電特性である。なお、Ｖ_Mは所定の充電電圧（一定値）である。

図６−１において、電池温度の高温時（温度Ｔ_H）には、実線Ｋ１で示されるような放電時間の長い放電特性を示すが、電池温度が低下するにしたがって、波線Ｋ２（温度Ｔ_M：Ｔ_M＜Ｔ_H）あるいは一点鎖線Ｋ３（温度Ｔ_L：Ｔ_L＜Ｔ_M）で示される放電特性のように、放電時間が次第に短くなって行く特性が表れている。

このように、リチウムイオン電池は、バッテリ温度が高温になる程、放電時間が長くなって放電特性が向上し、逆にバッテリ温度が低温になる程、放電時間が短くなって放電特性が悪化する。

これに対し、図６−２の実線Ｌ１、波線Ｌ２および一点鎖線Ｌ３の各放電特性のように、電池温度の高温時（Ｔ_H）には充電電圧を低く設定（Ｖ_L＜Ｖ_M）する一方で、電池温度の低温時（Ｔ_L）には充電電圧を高く設定（Ｖ_H＞Ｖ_M）するような制御を行えば、放電時間の温度依存性を小さくすることができる。なお、このような充電電圧の制御は、放電の終了付近において急峻な電圧降下特性を有する鉛蓄電池よりも、放電時間の経過に伴い端子電圧が緩やかに低下する特性を示すリチウムイオン電池において特に効果的である。

なお、リチウムイオン電池において、図６−１および図６−２の放電特性曲線から明らかなように、同程度の電池温度を比較すると、充電電圧を高く設定した方が放電時間の延長効果が得られる。しかしながら、充電電圧を常時高く設定すると電池寿命が短くなり、その結果、電源装置の耐用期間が短くなるという弊害が生ずるので、充電電圧の設定にあたっては、電池寿命を考慮する必要がある。

一方、充電電圧の設定にあたっては、放電保証終止電圧や、放電保証時間についても考慮する必要がある。なお、当然のことではあるが、要求された電源装置のバックアップ時間は、二次電池に保証されるバックアップ時間よりも短く設定される。

上述のようなデータベースを利用した二次電池２１に対する充電電圧の制御は、電源装置の設計手法に大きな変革をもたらすことになる。例えば、ある温度以下でユーザ要求のバックアップ時間を満足することができない場合に、今までの設計手法では、二次電池２１の電池容量の増加などによって対処していた。しかしながら、本発明では、例えばデータベースに保持されている制御指令情報の一つである充電電圧指令値に基づいて二次電池２１を制御することができるので、二次電池２１の最適化を図ることができ、その一方で電源装置が必要以上に大型化するのを防止することができる。

なお、二次電池２１に対する制御指令情報としての充電電圧指令値は、電池温度を検出する温度検出手段（図示省略）の出力である電池温度検出出力、電池寿命、放電保証終止電圧、および放電保証時間などのデータベース登録情報や、その他の条件に基づいて、制御部２５によって算出される。算出された情報は所定の判定条件に基づき、データベース２６において登録処理あるいは更新処理が実行される。

ところで、電池温度の低温時に要求された電源装置のバックアップ時間を満足させるために、図６−２の一点鎖線で示した放電特性に表されるような、二次電池２１の充電電圧を高く設定（Ｖ_H＞Ｖ_M）するような制御を行えばよいことは上述したとおりである。しかしながら、二次電池２１の充電電圧には上限があり、放電保証終止電圧や放電保証時間との関係で、必ずしも要求された電源装置のバックアップ時間を満足させることができない場合も想定される。このような場合において、例えば二次電池２１がリチウムイオン電池の場合には、放電時間の経過に伴い端子電圧が緩やかに低下する放電特性を利用し、放電保証終止電圧の値そのものを一時的に下げることによって要求された電源装置のバックアップ時間を満足させるような制御を行うことができる。また、電源装置が、二次電池２１の温度を制御する温度制御手段を備えている場合には、要求された電源装置のバックアップ時間を満足させることができるところまで、二次電池２１の温度を上昇させるような温度制御を併用することができる。

なお、これらの制御は、放電時間の経過に伴い端子電圧が緩やかに低下するリチウムイオン電池の放電特性を利用するものであり、リチウムイオン電池の長所を大いに活用することができる。

また、充電電圧や放電時間の制御と、温度制御手段による制御とを併用してもよい。なお、これらの制御手法を併用することにより、温度制御手段単独で行った場合に比べて二次電池２１の温度上昇を最小限度に抑制することができるので、消費電力を低減させることができる。

なお、放電保証終止電圧は、一般的に固定値として扱われる場合が多い。しかしながら、固定値に限定されるものではなく、例えば図６−１などに示した放電特性における放電時間と電池電圧との垂下特性（ｄＶ／ｄｔ）に基づいて算出してもよい。この場合、放電保証終止電圧が、二次電池２１の劣化や、二次電池２１の温度特性などのファクタの基に算出されるので、電源装置の性能保証をより確実なものとすることができる。

図７は、性能劣化を考慮したリチウムイオン電池の放電特性を示す図である。同図において、実線Ｌ３で示される曲線はその符号が示すように図６−２の一点鎖線Ｌ３で示した曲線と同一であり、電池温度の低温時（温度Ｔ_L）に充電電圧（放電開始電圧）を上昇させた場合の放電特性を示している。一方、波線Ｌ３'で示される曲線は、例えば使用時間の経過とともに性能が劣化した二次電池の放電特性を示している。二次電池の性能が劣化した場合、放電保証終止電圧Ｖ₀を満足する放電時間が短縮され（ｔ₀→ｔ₀'）、その結果、二次電池に保証されるバックアップ時間が電源装置のバックアップ時間を満足しない状況が生起する可能性がある。この場合には、例えば図７の一点鎖線Ｌ３''で示した曲線のように二次電池２１の充電電圧を高く設定することにより、要求された放電保証時間（ｔ₀'→ｔ₀''(≒ｔ₀)）を確保することができる。

なお、図７の波線Ｌ３'に示されるような放電特性は、例えば二次電池２１をリフレッシュするための定期的／非定期的な充放電制御処理などの際に計測される計測データに基づいて算出することができる。また、このとき算出された放電特性にかかるデータは、所望のタイミングで利用できるように、データベース２６に登録しておくことが好ましい。

これまで、データベースを有する電源装置（交流ＵＰＳ）の構成および作用について詳細に説明してきたが、データベースの適用は交流ＵＰＳに限定されるものではなく、例えば直流ＵＰＳにも適用することもできる。例えば、図８は、上述のデータベースが適用された電源装置（直流ＵＰＳ）の構成を示すブロック図である。同図において、電源装置２は、整流器１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、二次電池２１、充電制御回路２２、制御部２５およびデータベース２６の各構成部を備えており、これらの各構成部と整流素子３２，３３の作用によって、交流電源１１の交流出力あるいは二次電池２１の直流出力に基づくＤＣ／ＤＣコンバータ３１の直流出力を負荷に供給することができる。

なお、制御部２５は、電源主回路３０を構成する、整流器１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、充電制御回路２２、整流素子３２，３３のそれぞれの動作を監視または制御するための構成部であり、制御部２５の制御出力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１および充電制御回路２２の各構成部に出力される。

また、図８に示した電源装置（直流ＵＰＳ）の動作はつぎのとおりである。同図において、交流電源１１からの交流入力が通常の電圧レベルの場合、実線矢印で示すように、交流入力が整流器１４により整流されて直流出力に変換され、この直流出力がＤＣ／ＤＣコンバータ３１で所望の直流出力（例えばＤＣ２４Ｖ，ＤＣ１２Ｖ，ＤＣ５Ｖ，・・・）に変換されて負荷に供給される。また、それと共に、交流入力が充電制御回路２２によって直流出力に変換されて二次電池２１に供給され、二次電池２１が所定の電圧まで充電される。一方、交流入力が、例えば停電などで所定の電圧レベルを下回った場合、同図の点線矢印で示すように、二次電池２１からの直流出力がＤＣ／ＤＣコンバータ３１において所望電圧の直流出力に変換され、この直流出力が負荷に供給される。なお、これらの制御は、制御部２５の出力に基づいて行われる。

以上説明したように、本発明にかかる電源装置によれば、電源装置の運用中であっても、電源装置に具備されるデータベースに保持される所定のデータに基づいて、二次電池の性能に基づいた充放電制御を行うことができるので、これまでの画一的な仕様の電源装置しか提供できなかったものが、個々のユーザの利用状況に適した仕様の電源装置の提供が可能となり、過剰な余裕度や、無駄な余裕度の設定を防止することができ、装置規模の必要以上の大型化を抑止することができる。

また、本発明にかかる電源装置によれば、二次電池の劣化等をも考慮した制御を行うことができるので、二次電池の寿命や、二次電池の交換サイクルを延伸することができ、電源装置の価格上昇を抑止することができ、あるいは電源装置のコストダウンを実現することができる。

なお、この実施形態においては、データベースを交流ＵＰＳや、直流ＵＰＳに適用する例について説明したが、これらの電源装置に限定されるものではなく、二次電池を使用する電源装置に広く適用することができる。

また、この実施形態では、特に、リチウムイオン電池を中心に説明してきたが、リチウムイオン電池に限定されるものではなく、端子電圧が緩やかに低下するような放電特性を有する二次電池に対して広く適用することができる。

一方、鉛蓄電池のような放電の終了付近において急峻な電圧降下特性を有する二次電池であっても、例えば放電時間と電池電圧との垂下特性にかかるデータベース情報の精度を向上させるとともに、精度向上が図られたデータベース情報に基づいて急峻な電圧降下特性にかかる部分の制御を詳密に行うようにすれば、リチウムイオン電池に準じた効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる電源装置は、二次電池を内蔵した無停電電源装置として有用であり、特に、スペース的な制約があり、装置規模を小型化したい場合などに適している。

本発明にかかる電源装置（交流ＵＰＳ）の構成を示すブロック図である。 データベースに保持されるデータの流れを図１に示した電源装置の主要構成部上に示した図である。 静的データ（静的データ１，２）のデータベースへの登録処理を示すフローチャートである。 充放電制御処理時に計測される計測データ（動的データ１）のデータベースへの登録処理を示すフローチャートである。 データベースに保持されている制御指令情報の更新処理を示すフローチャートである。 リチウムイオン電池の放電特性（バッテリ電圧：一定）の一例を示す図である。 リチウムイオン電池の放電特性（バッテリ電圧：可変）の一例を示す図である。 性能劣化を考慮したリチウムイオン電池の放電特性を示す図である。 本発明にかかる電源装置（直流ＵＰＳ）の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，２ 電源装置
１０，３０ 電源主回路
１１ 交流電源
１３ バイパスライン
１４ 整流器
１５ インバータ
１７，２３ 直流出力ライン
２１ 二次電池
２２ 充電制御回路
２５ 制御部
２６ データベース
２７ 切換スイッチ
２８ 直流切換スイッチ
３１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２，３３ 整流素子

Claims (13)

1. 入力電圧が正常である場合に、二次電池が充電制御され、前記入力電圧が低下もしくは停電した場合に、前記二次電池からの電力を負荷に供給するための電源主回路を具備する電源装置において、
   前記電源主回路の制御に必要な所定のデータが保持されるデータベースと、
   前記入力電圧と前記データベースに保持されている所定のデータに基づいて前記電源主回路を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする電源装置。
2. 前記データベースに保持されるデータが、特段の事情のない限り変更できない情報に基づいて定められる静的データと、経時的に変更され得る情報に基づいて定められる動的データ、とに分類されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記静的データが、ユーザ側の要求に基づいて定められるユーザ側仕様情報であることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記ユーザ側仕様情報には、使用環境温度、バックアップ時間、充電時間および電池寿命にかかる情報のうちの１以上の情報が含まれていることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
5. 前記二次電池の放電終了時の下限電圧である放電保証終止電圧が、前記バックアップ時間および該二次電池の放電開始時電圧に基づいて定められることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 前記二次電池の放電終了時の下限電圧である放電保証終止電圧が、前記バックアップ時間、前記二次電池の放電開始時電圧および該二次電池の電池電圧と該二次電池の放電時間との垂下特性に基づいて定められることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
7. 前記静的データが、ユーザ側の要求とは関係のないメーカ側の事情に基づいて定められるメーカ側仕様情報に基づくデータであることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
8. 前記メーカ側仕様情報には、前記二次電池の種類、放電保証時間および放電保証終止電圧にかかる情報ならびに該二次電池の充・放電特性にかかる情報のうちの１以上の情報が含まれていることを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
9. 前記動的データが、前記電源主回路を構成する少なくとも一つの構成部の動作状態が計測されたデータである計測データと、前記制御部から制御対象となる構成部に対して出力される制御指令情報に基づくデータと、に区分されていることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
10. 前記計測データには、前記充電制御回路の動作状態を計測した、充電電圧、充電電流、放電電圧および終止電圧の各計測データのうちの１以上のデータが含まれていることを特徴とする請求項９に記載の電源装置。
11. 前記計測データには、前記二次電池の電池温度計測データが含まれていることを特徴とする請求項９に記載の電源装置。
12. 前記制御指令情報には、前記充電制御回路に出力される充電電圧指令値、充電電流指令値および終止電圧指令値にかかる情報のうちの１以上の情報が含まれていることを特徴とする請求項９に記載の電源装置。
13. 前記二次電池が、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の電源装置。

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