JP3289467B2 - バッテリ監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無停電電源装置等にお
いて、主電源装置をバックアップするバッテリの寿命を
予測するバッテリ監視装置に関する。

【０００２】無停電電源装置では、ＡＣ入力により装置
に電源を供給する主電源装置と、停電，瞬断等の異常が
発生したとき主電源装置に代わって装置に電源を供給す
るバッテリより構成される。

【０００３】このバッテリは、一般に鉛蓄電池等の蓄電
池が使用され、バックアップ時点で十分な性能が発揮で
きるよう、主電源装置が稼働中のときに充電されている
が、経年変化等により、充電を行ってもバッテリ電圧が
徐々に低下し、遂には規定電圧値以下になる。

【０００４】この規定電圧値以下になる蓄電池の寿命は
一般に３年程度とされていて、定期的に交換されている
が、蓄電池の寿命は環境温度による変動が大きいため、
実際には十分なマージンがとられて早めに交換されてい
る。

【０００５】しかし、設置環境も変動する場合があり、
停電時に十分なバックアップができないとか、交換が早
すぎて効率的でないといった課題がある。このため、装
置運用中にバッテリの寿命を予測する簡易なバッテリ監
視装置が求められている。

【０００６】

【従来の技術】図６は従来例の構成図、図７は蓄電池の
温度と寿命の関係を表す図、図８は無停電電源装置の環
境温度例を表す図である。

【０００７】図６は無停電電源装置の１例を示したもの
である。主電源装置１において、ＡＣ−ＤＣ変換部２
は、ＡＣ１００ｖを直流電圧ＤＣ１（例えば１３ｖ）に
変換し、ＤＣ−ＤＣ変換部３は、ＤＣ１から５ｖ，１２
ｖ等の直流電圧を生成する。

【０００８】バッテリ７は、ＡＣ１００の供給が停止、
即ち停電または瞬断が発生したとき、ＤＣ３（例えば１
２ｖ）をＤＣ−ＤＣ変換部３に供給するもので、停電検
出部５はＡＣ１００の切断を検出した場合、リレー４を
駆動してリレー接点4aをＡＣ−ＤＣ変換部２側からバッ
テリ７側に切り替える。これにより、ＤＣ−ＤＣ変換部
３はバッテリ７の供給するＤＣ３を入力として５ｖ，１
２ｖ等のＤＣ２に変換する。

【０００９】なお、バッテリ７は通常鉛蓄電池が使用さ
れ、ＡＣ−ＤＣ変換部２が正常で、ＤＣ−ＤＣ変換部３
にＤＣ１を供給している場合は、ダイオードＤを通じて
直流電圧ＤＣ１が供給されて充電状態となる。

【００１０】このような、無停電電源装置において、バ
ッテリ７として、例えば鉛蓄電池を使用した場合は、使
用／不使用に関わらず、その寿命は３年程度であり、環
境温度等によるマージンをみて３年以内の所定期間で交
換するようにしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
無停電電源装置のバッテリ７は、常に充電されていて待
機状態にあるが、経年変化等により、充電後の電圧が徐
々に低下し、遂には、ＤＣ−ＤＣ変換部３の入力に必要
な電圧以下に低下する。このため、バッテリ７の性能に
基づく寿命期間内に交換を行うことが必要とされるが、
寿命は環境温度に大きく左右される。

【００１２】図７は環境温度と寿命との関係を表したも
ので、寿命は温度に大きく依存していることが判る。従
って設置環境が判れば、このような特性に基づいて寿命
が推定できるが、設置環境温度も、図８に示すように、
大きく変動する場合が多く、正確に寿命を予測すること
が困難となっている。

【００１３】データ処理装置等では、バッテリ寿命に達
した無停電電源装置で停電事故等が発生すると、メモリ
に保存している情報が失われるという重大な事故が発生
するため、十分なマージンをとってバッテリを交換して
いるが、効率的でないといった課題がある。また、予測
できない寿命短縮の場合も考えられる。

【００１４】本発明は上記課題に鑑み、無停電電源装置
においてバッテリの寿命を簡易に監視するバッテリ監視
装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のバッテリ監視装置は、図１の本発明の原理
図に示すように、装置に電源を供給する主電源装置30
と、主電源装置30が稼働中のときは該装置から切り離さ
れて充電されるとともに主電源装置30の異常発生時には
該装置に電源を供給するバッテリ35とを備えた無停電電
源装置におけるバッテリ監視装置であって、バッテリ35
に接続される所定の負荷34と、バッテリ35を該装置およ
び主電源装置30から切り離し、且つ前記負荷34に接続す
る負荷接続部33と、バッテリ電圧を測定する電圧検出部
32と、該装置への電源供給切断指示により負荷接続部33
を制御してバッテリ35を負荷34に接続し、その接続時点
および一定時間経過時点におけるバッテリ電圧をそれぞ
れ該電圧検出部32により測定するとともに前記２点間の
バッテリ電圧差を演算し、該電圧差が所定値以上の場合
はバッテリ寿命と判定してその判定結果を不揮発性メモ
リ24に格納し、電源投入時に不揮発性メモリ24から該判
定結果を読み出して出力する寿命判定部31とを設けるよ
うに構成する。

【００１６】

【作用】

(1) 充電後のバッテリ電圧は、図３のバッテリ寿命判定
原理を表す図に示すように、時間経過とともに放物線を
描いて低下し、しかも、寿命接近とともにその傾斜が大
きくなる。このような傾向はバッテリの未使用状態でも
発生するが、負荷を大きくすれば顕著に現れる。

【００１７】本発明の寿命予測は、このバッテリ電圧の
経年変化曲線を利用したもので、任意の２時点間Δｔ(t
n , tn＋Δｔ) におけるバッテリ電圧差ΔVnが予め設定
した所定値ΔＶmax 以上になったとき、バッテリ寿命と
判定するようにしたもので、寿命と判定した場合はアラ
ームを発生する。

【００１８】なお、負荷34の値は、Δt を数分程度以下
とし、そのΔt でΔVnとΔVmaxとの差異が認識できるよ
うな値を使用する。この判定処理を運用状態で、且つ任
意の時点で行う。寿命判定部31は、先ず、負荷接続部33
を制御してバッテリ35を電源供給先の装置, 主電源装置
30等から切離すとともに負荷34に接続し、接続時点(tn)
と、一定時間経過時点(tn ＋Δt)の２時点で、電圧検出
部32によりバッテリ電圧を測定する。そして、その２時
点の電圧差ΔVnと所定の比較電圧差ΔVmaxとを比較し、 ΔVn ≧ ΔVmax ならば、つまり放物線の傾斜が一定以上傾斜していれ
ば、バッテリ寿命と判定してアラームを発生する。

【００１９】以上の判定処理を定期的に行うことによ
り、個々の装置ごとにバッテリ35の寿命予測を正確に行
うことが可能となり、環境温度による寿命変動に対処で
き、バッテリ交換を効率化させることができる。 (2) 以上の寿命判定動作は任意の時点で行うことができ
るが、業務処理中に行う場合は、バッテリが切り離され
ているので停電発生に対処させねばならない。これを避
けるために、業務処理終了等において、装置の電源を切
断する際に判定動作を行い、判定結果を不揮発性メモリ
に格納しておく。そして、次の電源投入時にその判定結
果を出力させる。

【００２０】以上のごとく、処理中のデータがメモリ中
に存在しない業務処理終了後に判定動作を行うので、判
定動作時の事前／事後処理が簡易となり、また定期的に
判定を行うことができる。 (3) 上記と同じ理由から、バッテリを複数個で構成して
おき、順次各バッテリを負荷接続部により接続して各バ
ッテリの寿命判定をシリアルに行うように構成する。

【００２１】これにより、業務処理中の任意の時点で寿
命判定を行うことができるため、特に２４時間運転の装
置への適用が容易となる。 (4) なお、寿命判定中に主電源装置に異常が発生した場
合、その異常検出により負荷接続部を元の状態に切り替
えて主電源装置をバックアップするように構成しておけ
ば、寿命判定のためにバッテリがバックアップとして機
能しない事態が回避される。

【００２２】

【実施例】以下、図を用いて本発明の実施例を詳細に示
す。図２は一実施例の構成図、図３はバッテリ寿命判定
原理を表す図、図４は一実施例（その１）のフローチャ
ート図、図５は一実施例（その２）のフローチャート図
である。なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を表
す。

【００２３】図２の構成は本願発明のすべての項目を包
含するもので、BAT1，BAT2が並列に接続されている、
リレー13により停電発生時には寿命判定動作から元の
状態に復帰させる、寿命判定は電源切断時で、アラー
ムは電源投入時のアラーム出力指令による、ことを可能
としている。但し、 (1) 上記のようにバッテリが並列に接続され、且つシ
リアルに寿命判定を行うときは、他方でバックアップで
きるので、運用中でも支障なく寿命判定動作を行うこと
ができる。

【００２４】従って、の機能、図２では復帰のための
リレー接点13b は、両方のバッテリによるバックアップ
が必要である装置を除いて、特に必要はない。また運用
中にシリアルに判定動作を行うので、のように電源切
断時点に判定動作を行う必要はないが、運用中に行うと
きは時計などの何らかの判定動作開始トリガが必要とな
る。なお、この場合は異常状態を格納する不揮発性のメ
モリ24も特に必要ない。 (2) バッテリが１個の場合で、２４時間運転の装置等で
運用中に判定を行う場合は上記の機能、即ちリレー接
点13b による復帰機能が必要となる。 (3) 電源切断時点に寿命判定を行う場合は、特にバッテ
リが２組並列である必要はない。

【００２５】以上のごとく構成はそれぞれに応じて異な
るが、本実施例では、, , の機能をすべて持つ、
つまり、電源切断時にバッテリBAT1，BAT2の判定動作を
シリアルに行って結果を不揮発性のメモリ24に格納し、
異常と判定（寿命到来と判定) した場合は、次の電源投
入時にアラームを発生する。そして、寿命判定中に停電
になった場合は、無条件で元の状態に戻してバッテリバ
ックする例を示す。

【００２６】図２において、10は主電源装置で、ＡＣ１
００ｖ入力で装置に５ｖ，１２ｖ等のＤＣ２を出力す
る。主電源装置10において、11はＡＣ−ＤＣ変換部で、
ＡＣ入力により例えば１３ｖのＤＣ１を出力する。12は
ＤＣ−ＤＣ変換部で、ＤＣ１またはバッテリBAT1,BAT2
の出力ＤＣ３を入力としてＤＣ２を出力する。

【００２７】13はリレーＲＬで、停電検出部14により制
御される。通常はＤＣ１がＤＣ−ＤＣ変換部12の入力と
なるようにリレー接点13a が接続されており、連動する
リレー接点13b は閉じている。つまり、この状態で寿命
判定動作を可能としている。また、ＡＣ１００ｖ入力が
無いとき、またはＤＣ１出力が無いときは、リレー接点
13a はBAT1，BAT2側に接続され、リレー接点13b は開
く。この状態は、バッテリバックアップ可能状態であ
る。

【００２８】BAT1, BAT2は並列に接続されたバッテリ
で、ＤＣ３（例えば１２ｖ）をＤＣ−ＤＣ変換部12に供
給する。15はリレーＲＬで、リレー接点15b によるBAT1
の主電源装置10およびBAT2からの切り離し、リレー接点
15a によるBAT1の負荷Ｒへの接続を行う。同様に、16は
リレーＲＬで、リレー接点16b によるBAT2の主電源装置
10およびBAT1からの切り離し、リレー接点15a によるBA
T2の負荷Ｒへの接続を行う。なお、BAT1, BAT2は負荷Ｒ
に同時には接続されない。

【００２９】20は負荷Ｒで、バッテリ電圧の測定間隔が
数分以内で寿命の判定ができる値、通常は装置負荷より
重い値のものが使用される。19は電圧検出部で、負荷Ｒ
の両端の電圧（それぞれ、BAT1，BAT2に負荷Ｒのみが接
続された場合のバッテリ電圧）を測定する。

【００３０】18はアナログディジタル変換器ＡＤＣで、
電圧検出部19のアナログ出力をディジタル変換する。17
は判定部で、判定指示がなされたとき、先ずリレーＲ15
を制御して、負荷ＲとBAT1とを接続してBAT1の後述する
寿命判定動作を行い、続いて、リレーＲ16を制御してBA
T2の寿命判定動作を行う。

【００３１】21はタイマで、バッテリ電圧を測定するタ
イミング、図３では最初の測定時点からのΔｔ経過を判
定部17に通知する。22は判定テーブルで、寿命判定を行
うための判定値、図３ではΔVmaxの値が格納されてい
る。

【００３２】23はアラーム発生部で、不揮発性メモリの
メモリ24を備え、判定部17からアラーム情報が通知され
たとき、メモリ24に格納し、電源投入時にアラーム出力
指令がなされたとき、メモリ24中にアラーム情報が格納
されていれば、例えばブザー等で警報を発する。

【００３３】25は判定指示部で、ここでは、電源切断操
作がなされたとき、判定部17に判定動作開始を指示し、
判定部17から判定動作終了が通知されたとき、主電源装
置10に電源切断指令を出力する。

【００３４】以上の構成により、以下に示すような寿命
判定動作が行われる。図４，図５参照 (1) 例えば、電源切断操作により電源切断指令が出力さ
れる。これにより、判定指示部25は、判定部17に判定開
始を指示する。 (2) 判定部17は、先ずBAT1の寿命判定動作を行う。この
ため、リレーＲＬ15を制御して、BAT1をBAT2, 主電源装
置10から切り離し、同時にBAT1に負荷Ｒを接続する。 (3) タイマ21を起動し、直ちにBAT1の電圧VnをＡＤＣ18
より獲得する。 (4) タイマ21は所定時間Δt 経過後に判定部17に時間経
過を通知する。 (5) これにより、判定部17はBAT1の電圧Vn+1をＡＤＣ18
より獲得する。 (6) ΔVn＝ Vn −Vn+1を演算し、判定テーブル22よりΔ
Vmaxを取り出し、ΔVnとΔVmaxとを比較する。 (7) ΔVn≧ΔVmaxか否かを判別し、 (8) ΔVn≧ΔVmaxのときは、アラーム情報をアラーム発
生部23に通知してメモリ24に保存させる。 (9) リレーＲＬ15を制御して、BAT1を負荷Ｒから外して
元の状態に戻す。 (10) 続いてリレーＲＬ16を制御してBAT2に負荷Ｒを接
続し、上記(3) 〜(9) の判定動作を行う。 (11) 以上のごとく判定動作が終了すると、判定部11は
電源切断指令を主電源装置10に送出する。

【００３５】以上により、負荷Ｒに接続された状態でΔ
ｔ間離れた時点のバッテリ電圧が測定され、その２時点
のバッテリ電圧差が所定値より大ならば寿命と判定され
て、不揮発性のメモリ24に格納された後、装置の電源が
切断される。

【００３６】なお、判定中に停電検出部14により停電が
検出されたときは、リレーＲＬ13が切替わって、リレー
接点13b がオフとなる。これによりリレーＲＬ15,16 の
電源が切断されるので、リレーＲＬ15,16 のうちの判定
動作中のリレーがオフ（図２の構成の場合は判定動作中
はオン）となって、開いているリレー接点15b または16
b が閉じてBAT1, BAT2は元の状態、即ち負荷Ｒから切り
離され、主電源装置10に接続された状態に戻る。このと
き、同時に接点13a がBAT1, BAT2側に接続されるので、
2 組のバッテリBAT1, BAT2によるバックアップ状態とな
る。 〔電源投入時の動作〕 (1) 電源投入時、装置の各部の初期設定等が行われる
が、このときアラーム出力指令が装置より出力される。 (2) アラーム発生部23はこの出力指令により、メモリ24
内を検索し、 (3) アラーム情報（寿命情報）があれば、ブザーを鳴動
させるか、表示部にバッテリ寿命を表示する。

【００３７】以上により、オペレータはバッテリ寿命到
達が通知されるから、バッテリを交換することになる。
以上のごとく、常時充電が行われるバックアップ用のバ
ッテリの寿命を、負荷接続により寿命曲線に従って判別
することができ、環境温度に相違によるバッテリの寿命
検出を正確に行うことができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のごとく、本発明のバッテリ監視装
置は、バックアップ用のバッテリに負荷を接続して寿命
を予測してアラームを発生するもので、環境温度が変動
しても的確にバッテリの寿命を検出することができるの
で、大きなマージンをとって早めにバッテリを交換する
必要がない、環境温度の大幅な変動にバッテリの寿命が
促進されてデータが失われることがない等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理図

【図２】 一実施例の構成図

【図３】 バッテリ寿命判定原理を表す図

【図４】 一実施例（その１）のフローチャート図

【図５】 一実施例（その２）のフローチャート図

【図６】 従来例の構成図

【図７】 蓄電池の温度と寿命の関係を表す図

【図８】 無停電電源装置の環境温度例を表す図

【符号の説明】

１ 主電源装置 ２ ＡＣ−ＤＣ
変換部 ３ ＤＣ−ＤＣ変換部 ４ リレー 4a リレー接点 ５ 停電検出部 10 主電源装置 11 ＡＣ−ＤＣ
変換部 12 ＤＣ−ＤＣ変換部 13 リレーRL 13a,13b リレー接点 14 停電検出部 15 リレーRL 15a リレー接点 16 リレー 16a リレー接点 17 判定部 18 アナログデ
ィジタル変換器ＡＤＣ 19 電圧検出部 20 負荷Ｒ 21 タイマ 22 判定テーブ
ル 23 アラーム発生部 24 メモリ 30 主電源装置 31 寿命判定部 32 電圧検出部 33 負荷接続部 34 負荷 35 バッテリ BAT1,BAT2 バッテリ Ｄ ダイオード

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置に電源を供給する主電源装置と、
   該主電源装置が稼働中のときは該装置から切り離されて
   充電されるとともに該主電源装置の異常発生時には該装
   置に電源を供給するバッテリとを備えた無停電電源装置
   におけるバッテリ監視装置であって、 該バッテリに接続される所定の負荷と、 該バッテリを該装置および該主電源装置から切り離し、
   且つ前記負荷に接続する負荷接続部と、 バッテリ電圧を測定する電圧検出部と、該装置への電源供給切断指示により該負荷接続部を制御
   して該バッテリを該負荷に接続し、その接続時点および
   一定時間経過時点におけるバッテリ電圧をそれぞれ該電
   圧検出部により測定するとともに前記２点間のバッテリ
   電圧差を演算し、該電圧差が所定値以上の場合はバッテ
   リ寿命と判定してその判定結果を不揮発性メモリに格納
   し、電源投入時に該不揮発性メモリから該判定結果を読
   み出して出力する寿命判定部と を設けたことを特徴とす
   るバッテリ監視装置。