JP2006203978A

JP2006203978A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP2006203978A
Application number: JP2005010694A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Mori; 和也森
Original assignee: NEC Tokin Tochigi Ltd; NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】高温時の充電による二次電池の劣化を抑え、また周囲の環境に対応して充電電流を制御して充電を行う二次電池の充電装置を持つ無停電電源装置を得る。
【解決手段】制御部２００と二次電池１ａと、前記二次電池１ａを充電する充電装置１００とで構成された無停電電源装置３００であって、前記充電装置１００は、前記二次電池１ａの温度を測定する第１の手段を備え、二次電池１ａの温度によって充電の動作と停止を制御する第２の手段を備え、また、二次電池１ａの温度によって充電電流を制御する第３の手段を備え、更に、電池電圧を測定する第４の手段を備え、満充電電圧に到達すれば充電を停止し、一定の電圧を下回れば充電を再開する無停電電源装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の劣化を抑えた充電装置を有する無停電電源装置に関する。

無停電電源装置は、通常、充電装置に配置された二次電池を満充電にしておき、停電や電圧低下が起こった時には二次電池から機器へ電力を供給する。停電などで二次電池が使用され、一定の電力を消費した後、二次電池の交換が行われない場合は、次の停電に備えて前記二次電池の充電を行う必要がある。

従来の無停電電源装置では、停電による被害のリスクを最小限にするために、二次電池の置かれている状況を鑑みることなく放電後、即時に充電が行われていた。

特許文献１には、充電装置に関して、二次電池の温度を検出する手段と、二次電池の電圧を検出する手段とを有する充電装置について記載されている。

特開平９−１８２３０８号公報

充電時に温度が高くなる可能性がある場合には、充電することによって二次電池の劣化が早まる可能性がある。二次電池の温度が下がるまでの間、二次電池を充電しないことによる停電リスクに比べて、二次電池の劣化による信頼性の低下が重要視される場合には、充電のタイミングを制御することが要求される。しかし、従来の無停電電源装置の二次電池の充電装置では、充電のタイミングを制御することが充分、行われていなかった。

本発明の課題は、高温時の充電による二次電池の劣化を抑え、また周囲の環境に対応して充電電流を制御して充電を行う二次電池の充電装置を持つ無停電電源装置を提供することである。

即ち、本発明は、制御部と二次電池と、前記二次電池を充電する充電装置とで構成された無停電電源装置であって、前記充電装置は、前記二次電池の温度を測定する第１の手段を備え、前記第１の手段によって検出された二次電池の温度によって充電の動作と停止を制御する第２の手段を備え、また、前記第１の手段によって検出された二次電池の温度によって充電電流を制御する第３の手段を備え、更に、電池電圧を測定する第４の手段を備え、満充電電圧に到達すれば充電を停止し、一定の電圧を下回れば充電を再開する無停電電源装置である。

また、本発明は、前記充電装置は二次電池の放電電流と時間を測定する第５の手段を備え、放電停止後からある一定の時間で充電を再開する制御を行う無停電電源装置である。

また、本発明は、前記充電装置は二次電池を冷却する第６の手段を備えた無停電電源装置である。

また、本発明は、前記充電装置は二次電池がリチウムイオン二次電池である無停電電源装置である。

本発明によれば、高温時の充電による二次電池の劣化を抑え、また周囲の環境に対応して充電電流を制御して充電を行う二次電池の充電装置を持つ無停電電源装置を提供できる。

本発明の実施の形態による無停電電源装置について、以下に説明する。本発明の無停電電源装置は、制御部と二次電池と、前記二次電池を充電する充電装置とで構成された無停電電源装置であって、前記充電装置は、前記二次電池の温度を測定する第１の手段を備え、前記第１の手段によって検出された二次電池の温度によって充電の動作と停止を制御する第２の手段を備え、また、前記第１の手段によって検出された二次電池の温度によって充電電流を制御する第３の手段を備え、更に、電池電圧を測定する第４の手段を備え、満充電電圧に到達すれば充電を停止し、一定の電圧を下回れば充電を再開する。

第１の手段としては、サーミスター、熱電対、バイメタル等の温度センサが用いられる。第２の手段としては、半導体式スイッチ回路が用いられ、この中には前記温度センサの出力値を判定する比較回路が含まれている。第３の手段としては、半導体式の可変の電流供給回路が用いられる。第４の手段は、半導体式の電圧検出回路であって、基準電圧としてツェナーダイオードを用いる電圧検出回路である。

ここで、制御部は、主電源が正常に機能するか、あるいは停電状態であるかを検知する停電検知機能を有する。そして、停電状態の場合は、二次電池を対象機器に接続する。

更に、本発明は、前記充電装置は二次電池の放電電流と時間を測定する第５の手段を備えており、二次電池の放電停止後、ある一定の時間で充電を再開する制御を行う。これは、二次電池を容量が空の状態ではなく、少しでも容量のある状態としておくためである。

また、本発明は、前記充電装置は二次電池を冷却する第６の手段を備えている。この第６の手段は、ファン、あるいは、ペルチエ素子等が用いられる。

前記二次電池として、リチウムイオン二次電池を用いるのが容量面等で好ましいが、これに限られるものではない。

図１は、本発明の実施例による無停電電源装置の説明図である。図１に示すように、無停電電源装置３００は、制御部２００と、充電装置１００と、二次電池１ａにて構成されている。ここで、制御部２００は、電源５１が正常に機能するか、あるいは停電状態であるかを検知する停電検知機能を有する。そして、停電状態の場合は、二次電池１ａを機器４００に接続する。

図２は、本発明の無停電電源装置の充電装置のブロック図である。図２に示すように、点線で囲まれた部分が充電装置の本体を表す。本発明の無停電電源装置の充電装置は、充電回路２に温度測定回路３とスイッチ回路４が接続された構成である。ここで、スイッチ回路４の一方の端部は、電源５１に接続されている。

二次電池１の温度を温度測定回路３で測定し、二次電池１がある温度以上であれば充電による劣化が大きいと判断して、スイッチ回路４を切って充電を停止する。また、充電を許可しても充電電流を小さくする方が劣化を抑えられる場合には充電回路の充電電流設定を調節して、充電を最小限に行いながら、二次電池１の劣化を抑える。例えば、二次電池１が４５℃以上であれば充電は行わず、二次電池が４５℃未満３０℃以上では充電を行うが、０．２Ｃ充電に止めておき、二次電池が３０℃未満の場合には充電電流を１Ｃに設定して、急速充電を行う。ここで、充電電流１Ｃは、１時間で電池を満充電とする電流であり、また、充電電流０．２Ｃは、５時間で電池を満充電とする電流である。

図３は、図２に示す無停電電源装置の充電装置でのフローチャート図である。また、図４は、図２に示す無停電電源装置の充電装置の電池温度と充電電流の関係の説明図である。

図３に示す無停電電源装置の充電装置のフローチャートにおいて、停電であるか、停電でないかを制御部が判断し、停電でない場合には、二次電池が満充電であるか否かを判断し、二次電池が満充電でない場合は、以下のように充電を行う。

即ち、電池温度が４５℃以上であれば、充電せずに、本フローチャートの前の流れのアルゴリズムに従って、停電検知が継続される。また、電池温度が４５℃未満であって、かつ３０℃以上の場合は、０．２Ｃ充電を開始する。ここで、前記０．２Ｃ充電においては、再度、本フローチャトの、前の流れのアルゴリズムに従って充電が継続される。

電池温度が３０℃未満の場合は、１Ｃ充電を行う。ここで、前記の１Ｃ充電中においては、再度、本フローチャトの、前の流れのアルゴリズムに従って充電が行われる。

また、図３に示す無停電電源装置の充電装置のフローチャートより、停電の場合は、二次電池より電力供給を行い、過放電となった時に、アラームを出して、完全に終了する。

図５は、本発明による実施例２の無停電電源装置の充電装置のブロック図である。図５の中で点線で囲まれた部分が充電装置の本体を表す。本発明の無停電電源装置の充電装置は、充電回路２に電圧測定回路６が付加され、また温度測定回路３とスイッチ回路４が接続された構成である。ここで、スイッチ回路４の一方の端部は、電源５１に接続されており、また電圧測定回路６の一方の端部は、二次電池１のプラス電極とマイナス電極に接続されている。

本発明の無停電電源装置は、屋外で非常用電源としての使用に適している。非常用電源は、通常、二次電池を満充電にしておく必要があが、充電回路を動作させたままにすると、無駄な消費が予想され、充電効率が悪くなる。

そこで、二次電池がある電圧以上に充電されれば充電回路を停止させ、その後、二次電池が自己放電などにより、ある値以下まで電圧が下がれば充電回路を動作させ、充電を再開する。満充電電圧が３３．６Ｖの二次電池において、３３．６Ｖまで一度充電されれば充電回路を停止させ、自己放電により電圧が３２．０Ｖ以下になるまで充電回路を停止させ、電力消費は電圧測定回路のみにする。

図６は、本発明による実施例３の無停電電源装置の充電装置のブロック図である。図６に示すように、点線で囲まれた部分が充電装置の本体を表す。本発明の無停電電源装置の充電装置は、充電回路２に電圧測定回路６が付加され、さらに中央制御回路８が付加され、また温度測定回路３と、充電中の電流を検出する電流測定回路７とスイッチ回路４が接続された構成である。ここで、スイッチ回路４の一方の端部は電源５１に接続されており、また電流測定回路７は二次電池を充電する回路の中に直列に配置されている。

本発明の二次電池は、高温状態が長時間続いた場合に、二次電池が非常用の電源として機能しないようなことがないように、放電が終了してからある一定の時間後（例えば１時間後）は、温度が下がらなくても充電できる構成にしている。但し、あまりに高温である場合には少しでも劣化を抑えるために充電電流を小さくして充電する。（例えば、０．２Ｃ充電）放電終了は、図中の電流測定回路７により判断する。

放電電流が０になった時に、二次電池が５０℃で１時間経っても温度が下がらず５０℃であったとする。充電停止温度が４５℃であったとすると、１時間後に充電が行われないことになる。但し、０．２Ｃ程度で充電すると、さらに二次電池の温度が上がる場合には０．１Ｃなどのように電流値を下げて充電を再開する。

停電が復帰した時に二次電池の温度が充電停止温度以上で、ある一定の時間が経っても温度が下がらなかったとする。電池の劣化を防ぐことができる代わりに次の停電に対する保証がいつまで経ってもできないことになるので、起動もしくは停電復帰から１時間以内であれば、多少の電池の劣化は妥協して充電する。

図７は、図６に示す二次電池の充電装置のフローチャート図である。図７に示す無停電電源装置の充電装置のフローチャートより、停電であるか否かを、停電でない場合には、二次電池が満充電であるか否かを判断し、二次電池が満充電でない場合は、以下のように充電を行う。

即ち、電池温度が４５℃以上で、かつ起動もしくは停電復帰から１時間以内であれば、４５℃以上の状態にて待機し、一方、電池温度が４５℃以上で、かつ１時間を越えれば、０．２Ｃ充電を開始する。ここで、電池温度が４５℃未満であって、かつ３０℃以上の場合は、同じく０．２Ｃ充電を開始する。前記０．２Ｃ充電においては、再度、本フローチャトの、前の流れのアルゴリズムに従って充電が継続される。

電池温度が３０℃未満の場合は、１Ｃ充電を行う。ここで、前記１Ｃ充電中においては、再度、本フローチャトの前の流れのアルゴリズムに従って充電が行われる。

また、図７に示す二次電池の充電装置でのフローチャートより、停電の場合は、二次電池より電力供給を行い、二次電池が過放電のとなった時に、アラームを出して、完全に終了する。

図８は、本発明による実施例４の無停電電源装置の充電装置のブロック図である。図８に示すように、点線で囲まれた部分が充電装置の本体を表す。本発明の無停電電源装置の充電装置は、充電回路２に電圧測定回路６が付加され、さらに中央制御回路８が付加され、また温度測定回路３と充電中の電流を検出する、電流測定回路７と、スイッチ回路４が接続され、さらにリチウムイオン二次電池１０を冷却するための冷却装置９を設けた構成である。ここで、スイッチ回路４の一方の端部は、電源５１に接続されており、また電流測定回路７は、リチウムイオン二次電池１０を充電する回路の中に、直列に配置されている。

本発明の無停電電源装置の充電装置では、二次電池としてリチウムイオン二次電池１０を用いた。二次電池が高温状態であり、かつ、温度の低下が望めない場合には冷却装置を動作させ二次電池を素早く冷却することができる。無停電電源装置の応用では、停電復帰後に商用電源から電力を供給して冷却装置を動かせば、停電時に不必要に二次電池の電力消費をなくすことが可能である。

本発明は、二次電池の劣化を抑えた充電に好適な充電装置を有する無停電電源装置であって、特に、太陽発電貯蔵装置、ハイブリッド自動車、携帯機器等の応用に利用される。

本発明の実施例による無停電電源装置の説明図。本発明の実施例１による無停電電源装置の充電装置のブロック図。図２に示す無停電電源装置の充電装置のフローチャート図。図２に示す無停電電源装置の充電装置の電池温度と充電電流の関係を示す図。本発明の実施例２による無停電電源装置の充電装置のブロック図。本発明の実施例３による無停電電源装置の充電装置のブロック図。図６に示す無停電電源装置の充電装置のフローチャート図。本発明の実施例４による無停電電源装置のブロック図。

符号の説明

１，１ａ二次電池
２充電回路
３温度測定回路
４スイッチ回路
６電圧測定回路
７電流測定回路
８中央制御回路
９冷却装置
１０リチウムイオン二次電池
５１電源
１００充電装置
２００制御部
３００無停電電源装置
４００機器

Claims

制御部と二次電池と、前記二次電池を充電する充電装置とで構成された無停電電源装置において、前記充電装置は、前記二次電池の温度を測定する第１の手段を備え、前記第１の手段によって検出された二次電池の温度によって充電の動作と停止を制御する第２の手段を備え、また、前記第１の手段によって検出された二次電池の温度によって充電電流を制御する第３の手段を備え、更に、電池電圧を測定する第４の手段を備え、満充電電圧に到達すれば充電を停止し、一定の電圧を下回れば充電を再開することを特徴とする無停電電源装置。
前記充電装置は、二次電池の放電電流と時間を測定する第５の手段を備え、放電停止後からある一定の時間で充電を再開する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
前記充電装置は、二次電池を冷却する第６の手段を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の無停電電源装置。
前記充電装置は、二次電池がリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の無停電電源装置。