JP3750659B2 - コンピュータ用バックアップ電池パック - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用交流電源が正常な時には、電源装置内の駆動回路を駆動して、負荷（コンピュータボードなど）を駆動し、停電等の不測の事態が発生した時には、商用交流電源からの電力により充電された二次電池からの放電エネルギーにより前記負荷を駆動することができるようにバックアップ機能付電源装置に備えさせたコンピュータ用バックアップ電池パックに関する。尚、前記停電とは、電力（電流）供給が断たれることを指し、例えば電力会社からの供給電力が断たれる場合や、ブレーカが落ちたり、コンセントが抜ける、あるいは断線等により供給電力が断たれる場合を指すことにする。
【０００２】
【従来の技術】
上記コンピュータ用バックアップ電池パックとしては、例えばコンピュータ用５．５インチハードディスクスペースに、２４Ｖ又は１２Ｖの出力電圧が得られるように１２Ｖの鉛蓄電池を２個直列又は並列に接続した状態で収納している電池パックが知られている。
前記鉛蓄電池は、他の二次電池に比べてコスト面において有利であるため、根強い需要があるが、近年、環境問題などの点から二次電池に鉛蓄電池を使用しない地球環境に優しいコンピュータ用バックアップ電池パックが要望されている。
そこで、環境に優しい電池の種類により必要となる充電回路などを二次電池と共にパック化して、コンピュータ用バックアップ電池パックを構成したものが提案されている（例えば特開平８−１８２３２５号公報）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１８２３２５号公報（図２（ｂ）、図３（ｂ）参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、二次電池の種類によって充電電圧や放電電圧が異なることが知られており、それらの電圧を二次電池毎に合致させなければ充電や放電が行えないことになるが、そのことについての記載が上記特許文献１に全く記載されていないため、実際には同一の電源装置に対して種類の異なる二次電池を接続して停電時に負荷を駆動することができないものであった。その点について具体的に説明する。
例えば、２Ｖ／セル×１２セル＝２４Ｖの鉛蓄電池を充電する場合には、鉛蓄電池の両端電圧を２．３Ｖ／セル（１．１５倍）×１２セル＝２７．６Ｖの定電圧にしなければ充電できない。このため、鉛蓄電池を充電するための充電器出力は、２７．６Ｖが最大となっている。
これに対してニッケル水素電池の場合には、鉛蓄電池と同じ電圧である２４Ｖにするためには、１．２Ｖ／セル×２０セル＝２４Ｖとなる。これを充電する場合には、ニッケル水素電池の両端電圧を１．５Ｖ／セル（１．２５倍）×２０セル＝３０Ｖにしなければ充電できない。しかも、ニッケル水素電池の場合には、定電流充電回路の最低入出力電圧降下が２Ｖ以上有るため、実際には３０Ｖ＋２Ｖ＝３２Ｖの充電器出力が必要になる。このことから、鉛蓄電池での充電器出力である２７．６Ｖではニッケル水素電池を充電することができない。
そこで、前記ニッケル水素電池を充電することができるように、ニッケル水素電池のセル数を例えば１８セルにすれば、１．５Ｖ／セル×１８セル＝２７Ｖであるため、充電は可能であるが、放電時の出力が１．２Ｖ／セル×１８セル＝２１．６Ｖ（鉛蓄電池の場合には２４Ｖである）になる。このため、放電が開始すると、内部インピーダンス及びダイオードの順方向電圧のため、すぐに放電終止電圧まで電圧が下がってしまい、バックアップ時間が極端に短くなる結果、高価なニッケル水素電池を十分に活用することができず、ニッケル水素電池を単にパック化するだけでは鉛蓄電池と同等なバックアップを行うことができないものであった。
【０００５】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、同一の電源装置に鉛蓄電池を除いた他の環境に優しい二次電池、特にニッケル水素電池を有効に活用することができるコンピュータ用バックアップ電池パックを提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のコンピュータ用バックアップ電池パックは、前述の課題解決のために、商用交流電源から供給される電力によりコンピュータを作動させるための駆動回路を備えた電源装置に、前記商用交流電源からの電力により充電可能で、かつ、停電時において放電してコンピュータのバックアップを行うための二次電池を備えてなるコンピュータ用バックアップ電池パックであって、前記二次電池を鉛蓄電池を除いた他の二次電池から構成し、前記二次電池からの放電電圧を昇圧させるための昇圧チョッパー回路を備えさせ、前記昇圧チョッパー回路からの出力電圧を、前記二次電池が放電することにより電圧降下して描かれる電圧波形にほぼ比例した状態で該二次電池の放電開始時から放電終止電圧に達するまで電圧降下させるための出力電圧制御回路を設けたことを特徴としている。
従って、鉛蓄電池の充電器出力と同じ又はそれよりも低い出力電圧になるように鉛蓄電池を除いた他の二次電池（例えばニッケル水素電池）セル数を設定し、その設定されたセル数により出力される値が鉛蓄電池の出力電圧と同一の値又はほぼ同じ値になるように昇圧チョッパー回路にて昇圧するのである。
又、前記昇圧チョッパー回路からの出力電圧を、前記二次電池が放電することにより電圧降下して描かれる電圧波形にほぼ比例した状態で該二次電池の放電開始時から放電終止電圧に達するまで電圧降下させるための出力電圧制御回路を設けることによって、昇圧チョッパー回路からの出力電圧を二次電池の放電による電圧降下に比例した状態で徐々に降下させることができる。これにより二次電池電圧低下信号と二次電池の放電終止点との間にコンピュータの終了処理を行わせるだけの時間差を持たせることができる。
【０００７】
又、商用交流電源から供給される電力によりコンピュータを作動させるための駆動回路を備えた電源装置に、前記商用交流電源からの電力により充電可能で、かつ、停電時において放電してコンピュータのバックアップを行うための二次電池を備えてなるコンピュータ用バックアップ電池パックであって、前記二次電池を鉛蓄電池を除いた他の二次電池から構成し、前記二次電池からの放電電圧を昇圧させるための昇圧チョッパー回路を備えさせ、前記二次電池が、ニッケル水素電池である場合には、前記昇圧チョッパー回路を構成する電子部品を実装するためのプリント基板の一方の面に加熱素子、該加熱素子用駆動回路、該二次電池に備えてなる温度検出手段からの温度が設定温度以上になった場合に該加熱素子用駆動回路を停止する停止回路を設け、該プリント基板の他方の面に前記加熱素子からの熱を伝達するための薄板状の熱伝導層を備えさせると共に該熱伝導層の上面に間隔保持部材を介して前記ニッケル水素電池を配置してもよい。
請求項１と同様に、鉛蓄電池の充電器出力と同じ又はそれよりも低い出力電圧になるように鉛蓄電池を除いた他の二次電池（例えばニッケル水素電池）セル数を設定し、その設定されたセル数により出力される値が鉛蓄電池の出力電圧と同一の値又はほぼ同じ値になるように昇圧チョッパー回路にて昇圧するのである。
又、二次電池がニッケル水素電池の場合には、特に低温時（ほぼ１０℃以下）に急速に内部インピーダンスが高くなるため、停電バックアップ時に負荷電流による電圧降下が大きくなり、バックアップ時間が極端に短くなったり、バックアップそのものができなくなる場合がある。このため、上記のように加熱素子にてニッケル水素電池を加熱することにより低温による不具合の発生を防止することができる。そして、ニッケル水素電池の加熱を直接行ってニッケル水素電池が部分的に不均一な温度になることがないように熱伝導層を介して間接的に行うことによりニッケル水素電池を均一に加熱することができるようにしている。しかも、熱伝導層の上面に間隔保持部材を介してニッケル水素電池を配置することによって、熱伝導層とニッケル水素電池との間に空間を設けることができ、その空間に空気熱の対流を発生させる事が可能になり、電池の温度分布を一層均一にすることができる。
また、前記二次電池が、ニッケル水素電池である場合には、前記昇圧チョッパー回路を構成する電子部品を実装するためのプリント基板の一方の面に加熱素子、該加熱素子用駆動回路、該二次電池に備えてなる温度検出手段からの温度が設定温度以下の場合には、前記電源装置からの電力により該加熱素子用駆動回路を駆動し、該温度検出手段からの温度が設定温度以上になった場合に該二次電池の充電を行うための切替手段を設けてもよい。つまり、電源装置からの電力を、充電時の電池温度が高放電可能な温度（例えば１０℃以上）になるまでは二次電池の充電電力を加熱素子用駆動回路を駆動する電力として利用し、二次電池の温度が前記温度以上になってから充電に切り替えるのである。この場合、充電開始が遅れることになるが、用途によっては前回の放電量が少なく充電残量が充分に残っている場合がほとんどであり、多少充電開始が遅れても問題はない。また、充電に切り替わった時、加熱素子用駆動回路への電力が止まるため、二次電池の温度が下がってくることも考えられるが、この時は再度加熱素子への電力を下げることにより充電と加熱を並行して行うことも可能である。以上の加熱と充電の繰り返し、又は充電と低電力による加熱を同時に並行して行うことにより、二次電池の放電適正温度を維持しつつ充電が可能となるのである。
【０００９】
前記加熱素子への電力供給をコンピュータ用の電源装置に本来的に備えられているペリフェラルコネクタを介して行うように該加熱素子と該ペリフェラルコネクタとを接続可能に構成している。
電源装置には、ファクシミリやプリンタなどの周辺装置に電力を供給することができるように複数のペリフェラルコネクタ（＋５Ｖ、＋１２Ｖなど）を備えており、このうちの余分なペリフェラルコネクタを加熱素子への電力供給用に利用することによって、電源装置に特別な出力コネクタを別途設けることを不要にすることができるだけでなく、加熱素子用に電池パック内に特別な電源部を用意することも不要になる。また、このペリフェラルコネクタからの２つの出力である＋５Ｖと＋１２Ｖを使い分けることによって、各出力のダミーロードにすることができ、電源装置自体の特性改善を行うことも可能である。尚、電池パック内の二次電池から加熱素子の電源を取ることも考えられるが、この場合、加熱素子に二次電池の充電パワーを取られてしまい、二次電池の充電が行えなくなることもあり、実施し難い。前記加熱素子としては、加熱のみを行うためのチップ抵抗素子などを使用することが一般的であるが、ペルチェ素子を使用することによって、低温時に温めるだけでなく、高温時に冷却することもでき産業用途のあらゆる要求に応えることもできる。
【００１０】
停電状態でかつ前記二次電池が非放電状態であることを判別するための制御回路を設け、前記制御回路からの判別結果に基づいて、前記二次電池と前記電源装置との接続を遮断するための半導体スイッチ回路を設けることによって、電池パックが電源装置に電気的に接続されたままの状態で倉庫などで長期間無通電状態で保管される時や商用交流電源からの電力が来ていない時、あるいは二次電池の放電終止後において電池が余分に自己放電することがないように半導体スイッチ回路にて二次電池と電源装置との接続を遮断することができる。また、二次電池によるバックアップ中に前記接続が遮断されると、バックアップができなくなるため、二次電池がバックアップ状態であるかを検出し、停電だけでなく、バックアップ中の検出信号も遮断するか否かの判断事項にしている。
【００１２】
前記昇圧チョッパー回路を前記基板の特定箇所に備えさせた基板ユニットと、前記基板の残る箇所に前記二次電池を配置した状態で収納可能なケーシングとからなり、前記昇圧チョッパー回路と前記二次電池とを雄雌コネクタを介して接続及び接続解除自在に構成している。
上記のようにケーシングに基板ユニット及び二次電池を取り付けるだけで電池パックを構成することができるだけでなく、メンテナンス面においても有利になる。しかも、昇圧チョッパー回路と二次電池とを雄雌コネクタを介して接続及び接続解除自在に構成することによって、最も消耗する部品である二次電池のみを新しい二次電池に迅速に取り替えることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、停電時にコンピュータを駆動するための直流電圧を後述の電源装置Ｆに出力するためのコンピュータ用バックアップ電池パック（以下において、単に電池パックという）Ｇを示している。この電池パックＧは、コンピュータ用５．５インチハードディスクスペースに、鉛蓄電池を２個直列（１２Ｖ×２個）に収納した電池パックの寸法と同一又はほぼ同一の大きさになるように構成されたものであり、鉛蓄電池と同一箇所に同一の取り付け方法にて取り付けることが可能である。具体的には、金属製（金属とほぼ同等の強度を有するものであればどのような材料であってもよい）のケーシング１に、基板ユニット２を収納してから、前記基板ユニット２の上面のうちの空きスペースに二次電池３を収納し、図示していない蓋体を上方から覆って密閉型に構成している。前記電池パックＧは、開放型に構成してもよい。図１に示すようにユニット化することによって、電池パックの組み立て作業を容易迅速に行うことができる利点があるが、ユニット化しなくてもよく、電池パックの具体的構成は自由に変更可能である。
【００１４】
前記ケーシング１は、ほぼ長方形状の下板部（底板部）１Ａとこの下板部１Ａの４つの外周辺のうちの３つの辺部から上方に立ち上げられた３枚の側板部１Ｂ，１Ｃ，１Ｄと仕切り板１Ｅとからなり、上面と１つの側面（背面）が開放された構成になっているが、他の構成であってもよい。
【００１５】
前記基板ユニット２は、後述する昇圧チョッパー回路４などを構成する回路部品がほぼ長方形状のプリント基板５の上面のうちの特定箇所（図では全体のほぼ１／３を占める後方側箇所）に取り付けられ、かつ、後端にケーシング１の開放面である背面を閉じるための蓋部６を取り付けて構成されているが、他の構成であってもよい。また、前記プリント基板５に雄（又は雌）型のコネクタ７を備えており、このコネクタ７に抜き差し自在な雌（又は雄）型のコネクタ８を前記二次電池３に備えさせており、消耗品である二次電池３のみを容易迅速に取り替えることができるように構成しているが、抜き差しできないように半田付けなどにより二次電池３の出力端を回路に完全に固定して実施することもできる。図１に示す９は、後述する充電器出力部１２に接続するためのコネクタであり、又、１０は、後述のチップ抵抗素子２８を駆動するための回路に接続されているコネクタである。
【００１６】
図２に、商用交流電源１１からの電力を利用して図示していない駆動回路を駆動することによって、マザーボードなどの負荷３３を駆動するためのバックアップ機能付電源装置Ｆを示している。この電源装置Ｆへの商用交流電源からの電力が何らかの原因で断たれることにより停電状態（負荷を駆動できない状態）になることにより、駆動回路に電力を供給するために前記二次電池３を備えた前記電池パックＧが充電器出力部（ここでは、商用交流電源からの電力が供給されている時には常時２７．６Ｖの定電圧が出力されるようになっている）１２に電気的に接続されている。
【００１７】
図２に示すように、前記電池パックＧは、二次電池３、二次電池３を充電するための充電回路１３、二次電池３からの放電電圧を昇圧させるための前記昇圧チョッパー回路４から構成している。図２に示す１４は、ダイオードである。
【００１８】
ここでは、前記二次電池３として、ニッケル水素電池を用いているが、リチウム電池やニッケルカドミウム電池の他、各種の二次電池を用いてもよい。
前記ニッケル水素電池を、具体的に説明すれば、例えばセル数を１６とした場合、１．２Ｖ／セル×１６セル＝１９．２Ｖとなる。これを充電するためには、１．５Ｖ／セル×１６セル＝２４Ｖであり、これに充電回路の電圧降下分の２Ｖを加えた２６Ｖが充電器出力部１２の端子間電圧Ｖ１が前述した鉛蓄電池の場合の２７．６Ｖであるため、ニッケル水素電池を充電することができる。そして、停電時におけるニッケル水素電池の放電の際には前記昇圧チョッパー回路４にて鉛蓄電池と同じ電圧まで昇圧することによって、バックアップ時間が短くなることがないようにしている。
【００１９】
前記ニッケル水素電池３の充電及び放電を図３に示すグラフに基づいて説明する。尚、図３において、２点鎖線で示す電圧の軌跡がニッケル水素電池の電圧を示し、実線で示す電圧の軌跡が昇圧チョッパー回路４からの出力電圧を示し、破線で示す電圧の軌跡が鉛蓄電池の充電特性及び放電特性を示している。まず、ＡＣが投入され、商用交流電源からの電力が電源装置Ｆ内に伝達されると、図示していないタイマー回路によりニッケル水素電池３が急速に充電されると同時に昇圧チョッパー回路４によりニッケル水素電池３からの電圧を所定電圧の２７．６Ｖまで昇圧し、昇圧後はその電圧を維持させる（図３に示すＡの領域参照）。前記充電が完了すると、パルス充電又はトルクル充電を行いながら満充電電圧を維持させる（図３に示すＢの領域参照）。充電完了後、停電が発生すると、二次電池３が放電を開始してバックアップを開始することにより二次電池３の充電電圧が降下し、それに伴って昇圧チョッパー回路４からの出力電圧も同様に降下し、バックアップが終了する放電終止電圧に至ることになる（図３に示すＤの領域参照）。図３のＣで示す領域は、鉛蓄電池の放電時間を示し、容量の大きなニッケル水素電池の放電時間Ｄの方が長くなっている。又、図３では、放電終止電圧に達する手前においてバッテリ電圧低下信号ＢＬを検出することによって、コンピュータに終了処理を行わせるようにしている。そして、前記昇圧チョッパー回路４からの出力電圧を図３の１点鎖線に示すように２７．６Ｖを維持させるようにすると、電圧が急激に降下するため、図３に示すバッテリ電圧低下信号ＢＬが出てから放電終止電圧に達するまでの時間ｔ２が非常に短くなり、コンピュータの終了処理を十分に行わせることができず、ハードディスクやＯＳを破壊してしまうことがあり、本願発明では、昇圧チョッパー回路４からの出力電圧を、二次電池３が放電することにより電圧降下して描かれる電圧波形にほぼ比例した状態で二次電池３の放電開始時から放電終止電圧に達するまで電圧降下させるための出力電圧制御回路１５（図４参照）を設けている。
【００２０】
図４に示すように、前記出力電圧制御回路１５は、直列に接続された２つの比較器１６，１７と出力側に配置された比較器１７の逆相入力端子に接続される三角波発生器１８を主要構成部品として構成されている。従って、ニッケル水素電池３からの放電電圧（Ｓ２点の電圧）が下がったことを検出すると、比較器１６により反転増幅されることから、Ｓ１点の電圧が上昇する。このときの電圧が三角波発生器１８からの三角波と比較され、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などからなるスイッチング素子１９のゲートへ入力されるパルス幅がコントロールされ、昇圧チョッパー回路４の出力電圧が低下するように構成されている。つまり、図５（ａ）に示すように、ニッケル水素電池３からの放電電圧（Ｓ２点の電圧）が下がっていない状態では、スイッチング素子１９のゲート電圧Ｄ１のパルス幅が図のＨ１となり、ニッケル水素電池３からの放電電圧（Ｓ２点の電圧）が下がると、図５（ｂ）に示すように、Ｓ１点の電圧が上昇することから三角波電圧Ｖ１の上回った部分が非常に幅の狭い部分になり、スイッチング素子１９のゲート電圧Ｄ１のパルス幅が幅の狭いＨ２になり、昇圧チョッパー回路４の出力電圧が低下することになる。
【００２１】
前記昇圧チョッパー回路４は、昇圧用チョークコイル２０とこの昇圧用チョークコイル２０を駆動するための前記スイッチング素子１９とこのスイッチング素子１９のＯＮ−ＯＦＦ制御するための前記出力電圧制御回路１５とからなっているが、更に図６に示すように、停電状態でかつ二次電池３が非放電状態である場合に、二次電池３から電源装置Ｆの出力部への接続を遮断するための半導体スイッチ回路２１を設けて実施してもよい。このように半導体スイッチ回路２１を設けることによって、電池パックＧが電源装置Ｆに電気的に接続されたままの状態で倉庫などで長期間無通電状態で保管される時や商用交流電源１１からの電力が来ていない時、あるいは二次電池３の放電終止後において二次電池３が余分に自己放電することがないように半導体スイッチ回路２１にて二次電池３から電源装置Ｆの出力部への接続を遮断することができる。また、二次電池３によるバックアップ中に前記接続が遮断されると、バックアップができなくなるため、二次電池３がバックアップ状態であるかを検出し、停電だけでなく、バックアップ中の検出信号も遮断するか否かの判断事項にしている。
【００２２】
つまり、図６に示すように、前記半導体スイッチ回路２１は、商用交流電源１１からの電力が入力されているか否かを判定したり、バックアップ中であるか否かを判定するための制御回路２２と、この制御回路２２からの遮断信号により回路を完全に遮断するために設けられた２つのトランジスタ２３，２４とからなり、制御回路２２からの信号に基づいてトランジスタ２３，２４をＯＮ−ＯＦＦ制御することができるようになっている。
【００２３】
前記バックアップ中であるか否かを判定する場合について詳述すれば、昇圧チョッパー回路４を駆動するためのスイッチング素子１９のドライブ用ＩＣのパルス幅を検出する検出手段２５と、その検出手段２５からのパルス幅の大きさに基づいて二次電池３の放電状態を判別する判別手段２６を前記制御回路２２に備えさせている。
具体的には、バックアップ時にはドライブ出力（Ｓ３点）のパルス幅Ｈ３が図５（ａ）で示したように広くなっている。このときの図６で示したＲＣフィルター２７を通じたＳ４の電圧は、図７（ａ）の波形で示すように、一定以上の電圧Ｄ２が保たれ、この電圧を制御回路２２が検出してバックアップ中であると判定し、また、停電中でかつバックアップしていない場合には、図５（ｂ）で示したように狭くなっている。この場合には、図７（ｂ）の波形で示すように、電圧Ｄ２が非常に低い電圧となり、この低電圧を制御回路２２が検出して停電中でかつバックアップ中ではない（非バックアップ中）と判定するのである。
【００２４】
前記基板ユニット２について詳述すれば、図１及び図８に示すように、昇圧チョッパー回路４を構成する電子部品を実装するためのプリント基板５の一方の面に加熱素子としてのチップ抵抗素子２８の多数、チップ抵抗素子用駆動回路２９（昇圧チョッパー回路４内に設けているが、一般的であるため、具体的な構成は省略している）、二次電池３の内部に備えてなるサーミスタからなる温度検出手段３４（図９参照）からの温度が設定温度以上になった場合にチップ抵抗素子用駆動回路２９を停止する停止回路３０（昇圧チョッパー回路４内に設けているが、一般的であるため、具体的な構成は省略している）を設け、プリント基板５の他方の面にチップ抵抗素子２８からの熱を伝達するための薄板状の熱伝導層３１を備えさせると共に熱伝導層３１の上面にゴムや合成樹脂等でなる複数の間隔保持部材３２を取り付けている。そして、前記間隔保持部材３２を介してニッケル水素電池３を載置支持している。
【００２５】
前記熱伝導層３１は、銅箔により薄板状に構成されたものや薄い銅板などから構成してもよい。また、前記チップ抵抗素子２８に代えて、ペルチェ素子を用いることによって、二次電池３の温度を上昇させるだけでなく、冷却して温度を下げることもできる利点がある。
又、前記チップ抵抗素子２８への電力供給を前記電源装置Ｆに備えられているペリフェラルコネクタ（図示せず）を介して行うようにチップ抵抗素子２８とペリフェラルコネクタとを接続可能に構成してもよい。具体的には、図１で示したコネクタ１０にペリフェラルコネクタを差し込んで接続することになる。
【００２６】
図９に示すように、前記制御回路２２内に、二次電池３の内部に備えてなるサーミスタからなる温度検出手段３４からの温度が設定温度以下の場合には、前記電源装置Ｆの充電器出力部１２からの電力（充電電力）により前記チップ抵抗素子用駆動回路（加熱素子用駆動回路）２９を駆動し、温度検出手段３４からの温度が設定温度以上になった場合に二次電池３の充電を充電回路１３を介して行うための切替手段３５を設けて実施してもよい。この場合、二次電池３の加熱と充電を繰り返すだけの制御を行う他、二次電池３の充電と低電力による加熱を同時に並行して行えるように低電力回路（図示せず）を設けて、二次電池３の放電適正温度を維持しつつ充電が可能になるように構成してもよい。尚、前記電池パックＧの構成は、図１及び図８に示したものから構成してもよいし、他の構成であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
鉛蓄電池の充電器出力と同じ又はそれよりも小さな出力になるように蓄電池を除いた他の二次電池（例えばニッケル水素電池）のセル数を設定し、その設定されたセル数により出力される値が蓄電池の出力と同一の値又はほぼ同じ値になるように昇圧するための昇圧チョッパー回路を設けることによって、どのような二次電池であっても、電源装置側になんら改良を加えることなく、鉛蓄電池から他の二次電池に容易に取り替えることができ、コストの高騰を抑制しながら鉛蓄電池と同等又は特にニッケル水素電池においてはそれ以上の放電時間を確保することができるコンピュータ用バックアップ電池パックを提供することができる。しかも、二次電池の外形サイズを鉛蓄電池の外形サイズに合わせることによって、鉛蓄電池と同じ箇所への取り付けが可能になり、鉛蓄電池から他の二次電池への切り替えがスムーズに行える利点がある。
【００２８】
昇圧チョッパー回路からの出力電圧を二次電池の放電による電圧降下に比例した状態で徐々に降下させる構成とすることによって、放電時間が短くなることがないだけでなく、二次電池電圧低下信号と二次電池の放電終止点との間にコンピュータの終了処理を行わせるだけの時間差を持たせることができ、ハードディスクやＯＳの破壊を確実に阻止することができる信頼性の高いものにすることができる。
【００２９】
加熱素子にてニッケル水素電池を加熱することにより、ニッケル水素電池の場合のように低温環境による不具合の発生を防止することができ、環境に左右されることのない信頼性の高いコンピュータ用バックアップ電池パックを提供することができる。しかも、二次電池への加熱を熱伝導層を介して間接的に行うことや熱伝導層の上面に間隔保持部材を介してニッケル水素電池を配置することによって、ニッケル水素電池を均一に加熱することができ、ニッケル水素電池の性能を十分に引き出すことができる利点がある。また、充電時の電池温度が高放電可能な温度（例えば１０℃以上）になるまでは電源装置からの電力（充電電力）を加熱素子用駆動回路を駆動する電力として利用し、二次電池の温度が前記温度以上になってから二次電池の充電に切り替える構成とすることによって、二次電池の加熱と充電の繰り返しを行う、又は充電と低電力による加熱を同時に並行して行って、二次電池の放電適正温度を維持しつつ充電が可能となるのである。
【００３０】
加熱素子への電力供給をコンピュータ用の電源装置に本来的に備えられているペリフェラルコネクタを介して行うことによって、加熱素子用に電池パック内に特別な電源部を用意するものに比べてコストの低減を図ることができるだけでなく、ペリフェラルコネクタからの２つの出力である＋５Ｖと＋１２Ｖを使い分けることで、電源装置自体の特性改善を行うこともでき、コスト面及び電源装置側のいずれにおいても有利になる。
【００３１】
電池パックが電源装置に電気的に接続されたままの状態で倉庫などで長期間無通電状態で保管される時や商用交流電源からの電力が来ていない時、あるいは二次電池の放電終止後において電池が余分に自己放電することがないように半導体スイッチ回路にて二次電池と電源装置との接続を遮断することによって、電源装置の再起動時の直後の停電発生にも二次電池からの放電が十分に行える状態にすることができるだけでなく、完全に放電してしまい再充電不能といったトラブル発生も阻止することができる。
【００３３】
電池パックをユニット化することによって、ケーシングに対して基板ユニットと二次電池とを取り付けるだけで済むだけでなく、メンテナンス面においても有利になる。しかも、昇圧チョッパー回路と二次電池とを雄雌コネクタを介して接続及び接続解除自在に構成することによって、最も消耗する部品である二次電池のみを新しい二次電池に迅速に取り替えることもでき、コスト面において有利になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電池パックの分解斜視図である。
【図２】電池パックの概略の回路図である。
【図３】二次電池の放電電圧及び昇圧チョッパー回路の出力電圧の電圧波形を示すグラフである。
【図４】電池パック内の出力電圧制御回路図である。
【図５】スイッチング素子のドライブ出力波形とＳ１点の電圧波形と三角波電圧波形の関係を示す説明図であり、（ａ）は二次電池の放電していない状態を示し、（ｂ）は二次電池の放電中の状態を示している。
【図６】電池パック内の半導体スイッチ回路図である。
【図７】スイッチング素子のドライブ出力波形とＳ４点の電圧波形の関係を示す説明図であり、（ａ）は二次電池が放電していない状態を示し、（ｂ）は二次電池が放電中の状態を示している。
【図８】電池パックの縦断面図である。
【図９】加熱素子の駆動と二次電池の充電の切替手段を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ケーシング １Ａ 下板部
１Ｂ，１Ｃ，１Ｃ 側板部
１Ｅ 仕切板 ２ 基板ユニット
３ 二次電池（ニッケル水素電池）
４ 昇圧チョッパー回路 ５ プリント基板
６ 蓋部
７，８，９，１０ コネクタ
１１ 商用交流電源 １２ 充電器出力部
１３ 充電回路 １４ ダイオード
１５ 出力電圧制御回路 １６，１７ 比較器
１８ 三角波発生器 １９ スイッチング素子
２０ 昇圧用チョークコイル
２１ 半導体スイッチ回路
２２ 制御回路 ２３，２４ トランジスタ
２５ 検出回路 ２６ 判別手段
２７ フィルター ２８ チップ抵抗素子
２９ チップ抵抗素子用駆動回路
３０ 停止回路 ３１ 熱伝導層
３２ 間隔保持部材 ３３ 負荷
３４ 温度検出手段 ３５ 切替手段
Ｆ 電源装置 Ｇ 電池パック
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用交流電源が正常な時には、電源装置内の駆動回路を駆動して、負荷（コンピュータボードなど）を駆動し、停電等の不測の事態が発生した時には、商用交流電源からの電力により充電された二次電池からの放電エネルギーにより前記負荷を駆動することができるようにバックアップ機能付電源装置に備えさせたコンピュータ用バックアップ電池パックに関する。尚、前記停電とは、電力（電流）供給が断たれることを指し、例えば電力会社からの供給電力が断たれる場合や、ブレーカが落ちたり、コンセントが抜ける、あるいは断線等により供給電力が断たれる場合を指すことにする。
【０００２】
【従来の技術】
上記コンピュータ用バックアップ電池パックとしては、例えばコンピュータ用５．５インチハードディスクスペースに、２４Ｖ又は１２Ｖの出力電圧が得られるように１２Ｖの鉛蓄電池を２個直列又は並列に接続した状態で収納している電池パックが知られている。
前記鉛蓄電池は、他の二次電池に比べてコスト面において有利であるため、根強い需要があるが、近年、環境問題などの点から二次電池に鉛蓄電池を使用しない地球環境に優しいコンピュータ用バックアップ電池パックが要望されている。
そこで、環境に優しい電池の種類により必要となる充電回路などを二次電池と共にパック化して、コンピュータ用バックアップ電池パックを構成したものが提案されている（例えば特開平８−１８２３２５号公報）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１８２３２５号公報（図２（ｂ）、図３（ｂ）参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、二次電池の種類によって充電電圧や放電電圧が異なることが知られており、それらの電圧を二次電池毎に合致させなければ充電や放電が行えないことになるが、そのことについての記載が上記特許文献１に全く記載されていないため、実際には同一の電源装置に対して種類の異なる二次電池を接続して停電時に負荷を駆動することができないものであった。その点について具体的に説明する。
例えば、２Ｖ／セル×１２セル＝２４Ｖの鉛蓄電池を充電する場合には、鉛蓄電池の両端電圧を２．３Ｖ／セル（１．１５倍）×１２セル＝２７．６Ｖの定電圧にしなければ充電できない。このため、鉛蓄電池を充電するための充電器出力は、２７．６Ｖが最大となっている。
これに対してニッケル水素電池の場合には、鉛蓄電池と同じ電圧である２４Ｖにするためには、１．２Ｖ／セル×２０セル＝２４Ｖとなる。これを充電する場合には、ニッケル水素電池の両端電圧を１．５Ｖ／セル（１．２５倍）×２０セル＝３０Ｖにしなければ充電できない。しかも、ニッケル水素電池の場合には、定電流充電回路の最低入出力電圧降下が２Ｖ以上有るため、実際には３０Ｖ＋２Ｖ＝３２Ｖの充電器出力が必要になる。このことから、鉛蓄電池での充電器出力である２７．６Ｖではニッケル水素電池を充電することができない。
そこで、前記ニッケル水素電池を充電することができるように、ニッケル水素電池のセル数を例えば１８セルにすれば、１．５Ｖ／セル×１８セル＝２７Ｖであるため、充電は可能であるが、放電時の出力が１．２Ｖ／セル×１８セル＝２１．６Ｖ（鉛蓄電池の場合には２４Ｖである）になる。このため、放電が開始すると、内部インピーダンス及びダイオードの順方向電圧のため、すぐに放電終止電圧まで電圧が下がってしまい、バックアップ時間が極端に短くなる結果、高価なニッケル水素電池を十分に活用することができず、ニッケル水素電池を単にパック化するだけでは鉛蓄電池と同等なバックアップを行うことができないものであった。
【０００５】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、同一の電源装置に鉛蓄電池を除いた他の環境に優しい二次電池、特にニッケル水素電池を有効に活用することができるコンピュータ用バックアップ電池パックを提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のコンピュータ用バックアップ電池パックは、前述の課題解決のために、商用交流電源から供給される電力によりコンピュータを作動させるための駆動回路を備えた電源装置に、前記商用交流電源からの電力により充電可能で、かつ、停電時において放電してコンピュータのバックアップを行うための二次電池を備えてなるコンピュータ用バックアップ電池パックであって、前記二次電池を鉛蓄電池を除いた他の二次電池から構成し、前記二次電池からの放電電圧を昇圧させるための昇圧チョッパー回路を備えさせ、前記昇圧チョッパー回路からの出力電圧を、前記二次電池が放電することにより電圧降下して描かれる電圧波形にほぼ比例した状態で該二次電池の放電開始時から放電終止電圧に達するまで電圧降下させるための出力電圧制御回路を設けたことを特徴としている。
従って、鉛蓄電池の充電器出力と同じ又はそれよりも低い出力電圧になるように鉛蓄電池を除いた他の二次電池（例えばニッケル水素電池）セル数を設定し、その設定されたセル数により出力される値が鉛蓄電池の出力電圧と同一の値又はほぼ同じ値になるように昇圧チョッパー回路にて昇圧するのである。
又、前記昇圧チョッパー回路からの出力電圧を、前記二次電池が放電することにより電圧降下して描かれる電圧波形にほぼ比例した状態で該二次電池の放電開始時から放電終止電圧に達するまで電圧降下させるための出力電圧制御回路を設けることによって、昇圧チョッパー回路からの出力電圧を二次電池の放電による電圧降下に比例した状態で徐々に降下させることができる。これにより二次電池電圧低下信号と二次電池の放電終止点との間にコンピュータの終了処理を行わせるだけの時間差を持たせることができる。
【０００７】
又、商用交流電源から供給される電力によりコンピュータを作動させるための駆動回路を備えた電源装置に、前記商用交流電源からの電力により充電可能で、かつ、停電時において放電してコンピュータのバックアップを行うための二次電池を備えてなるコンピュータ用バックアップ電池パックであって、前記二次電池を鉛蓄電池を除いた他の二次電池から構成し、前記二次電池からの放電電圧を昇圧させるための昇圧チョッパー回路を備えさせ、前記二次電池が、ニッケル水素電池である場合には、前記昇圧チョッパー回路を構成する電子部品を実装するためのプリント基板の一方の面に加熱素子、該加熱素子用駆動回路、該二次電池に備えてなる温度検出手段からの温度が設定温度以上になった場合に該加熱素子用駆動回路を停止する停止回路を設け、該プリント基板の他方の面に前記加熱素子からの熱を伝達するための薄板状の熱伝導層を備えさせると共に該熱伝導層の上面に間隔保持部材を介して前記ニッケル水素電池を配置してもよい。
請求項１と同様に、鉛蓄電池の充電器出力と同じ又はそれよりも低い出力電圧になるように鉛蓄電池を除いた他の二次電池（例えばニッケル水素電池）セル数を設定し、その設定されたセル数により出力される値が鉛蓄電池の出力電圧と同一の値又はほぼ同じ値になるように昇圧チョッパー回路にて昇圧するのである。
又、二次電池がニッケル水素電池の場合には、特に低温時（ほぼ１０℃以下）に急速に内部インピーダンスが高くなるため、停電バックアップ時に負荷電流による電圧降下が大きくなり、バックアップ時間が極端に短くなったり、バックアップそのものができなくなる場合がある。このため、上記のように加熱素子にてニッケル水素電池を加熱することにより低温による不具合の発生を防止することができる。そして、ニッケル水素電池の加熱を直接行ってニッケル水素電池が部分的に不均一な温度になることがないように熱伝導層を介して間接的に行うことによりニッケル水素電池を均一に加熱することができるようにしている。しかも、熱伝導層の上面に間隔保持部材を介してニッケル水素電池を配置することによって、熱伝導層とニッケル水素電池との間に空間を設けることができ、その空間に空気熱の対流を発生させる事が可能になり、電池の温度分布を一層均一にすることができる。
また、前記二次電池が、ニッケル水素電池である場合には、前記昇圧チョッパー回路を構成する電子部品を実装するためのプリント基板の一方の面に加熱素子、該加熱素子用駆動回路、該二次電池に備えてなる温度検出手段からの温度が設定温度以下の場合には、前記電源装置からの電力により該加熱素子用駆動回路を駆動し、該温度検出手段からの温度が設定温度以上になった場合に該二次電池の充電を行うための切替手段を設けてもよい。つまり、電源装置からの電力を、充電時の電池温度が高放電可能な温度（例えば１０℃以上）になるまでは二次電池の充電電力を加熱素子用駆動回路を駆動する電力として利用し、二次電池の温度が前記温度以上になってから充電に切り替えるのである。この場合、充電開始が遅れることになるが、用途によっては前回の放電量が少なく充電残量が充分に残っている場合がほとんどであり、多少充電開始が遅れても問題はない。また、充電に切り替わった時、加熱素子用駆動回路への電力が止まるため、二次電池の温度が下がってくることも考えられるが、この時は再度加熱素子への電力を下げることにより充電と加熱を並行して行うことも可能である。以上の加熱と充電の繰り返し、又は充電と低電力による加熱を同時に並行して行うことにより、二次電池の放電適正温度を維持しつつ充電が可能となるのである。
【０００９】
前記加熱素子への電力供給をコンピュータ用の電源装置に本来的に備えられているペリフェラルコネクタを介して行うように該加熱素子と該ペリフェラルコネクタとを接続可能に構成している。
電源装置には、ファクシミリやプリンタなどの周辺装置に電力を供給することができるように複数のペリフェラルコネクタ（＋５Ｖ、＋１２Ｖなど）を備えており、このうちの余分なペリフェラルコネクタを加熱素子への電力供給用に利用することによって、電源装置に特別な出力コネクタを別途設けることを不要にすることができるだけでなく、加熱素子用に電池パック内に特別な電源部を用意することも不要になる。また、このペリフェラルコネクタからの２つの出力である＋５Ｖと＋１２Ｖを使い分けることによって、各出力のダミーロードにすることができ、電源装置自体の特性改善を行うことも可能である。尚、電池パック内の二次電池から加熱素子の電源を取ることも考えられるが、この場合、加熱素子に二次電池の充電パワーを取られてしまい、二次電池の充電が行えなくなることもあり、実施し難い。前記加熱素子としては、加熱のみを行うためのチップ抵抗素子などを使用することが一般的であるが、ペルチェ素子を使用することによって、低温時に温めるだけでなく、高温時に冷却することもでき産業用途のあらゆる要求に応えることもできる。
【００１０】
停電状態でかつ前記二次電池が非放電状態であることを判別するための制御回路を設け、前記制御回路からの判別結果に基づいて、前記二次電池と前記電源装置との接続を遮断するための半導体スイッチ回路を設けることによって、電池パックが電源装置に電気的に接続されたままの状態で倉庫などで長期間無通電状態で保管される時や商用交流電源からの電力が来ていない時、あるいは二次電池の放電終止後において電池が余分に自己放電することがないように半導体スイッチ回路にて二次電池と電源装置との接続を遮断することができる。また、二次電池によるバックアップ中に前記接続が遮断されると、バックアップができなくなるため、二次電池がバックアップ状態であるかを検出し、停電だけでなく、バックアップ中の検出信号も遮断するか否かの判断事項にしている。
【００１２】
前記昇圧チョッパー回路を前記基板の特定箇所に備えさせた基板ユニットと、前記基板の残る箇所に前記二次電池を配置した状態で収納可能なケーシングとからなり、前記昇圧チョッパー回路と前記二次電池とを雄雌コネクタを介して接続及び接続解除自在に構成している。
上記のようにケーシングに基板ユニット及び二次電池を取り付けるだけで電池パックを構成することができるだけでなく、メンテナンス面においても有利になる。しかも、昇圧チョッパー回路と二次電池とを雄雌コネクタを介して接続及び接続解除自在に構成することによって、最も消耗する部品である二次電池のみを新しい二次電池に迅速に取り替えることもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、停電時にコンピュータを駆動するための直流電圧を後述の電源装置Ｆに出力するためのコンピュータ用バックアップ電池パック（以下において、単に電池パックという）Ｇを示している。この電池パックＧは、コンピュータ用５．５インチハードディスクスペースに、鉛蓄電池を２個直列（１２Ｖ×２個）に収納した電池パックの寸法と同一又はほぼ同一の大きさになるように構成されたものであり、鉛蓄電池と同一箇所に同一の取り付け方法にて取り付けることが可能である。具体的には、金属製（金属とほぼ同等の強度を有するものであればどのような材料であってもよい）のケーシング１に、基板ユニット２を収納してから、前記基板ユニット２の上面のうちの空きスペースに二次電池３を収納し、図示していない蓋体を上方から覆って密閉型に構成している。前記電池パックＧは、開放型に構成してもよい。図１に示すようにユニット化することによって、電池パックの組み立て作業を容易迅速に行うことができる利点があるが、ユニット化しなくてもよく、電池パックの具体的構成は自由に変更可能である。
【００１４】
前記ケーシング１は、ほぼ長方形状の下板部（底板部）１Ａとこの下板部１Ａの４つの外周辺のうちの３つの辺部から上方に立ち上げられた３枚の側板部１Ｂ，１Ｃ，１Ｄと仕切り板１Ｅとからなり、上面と１つの側面（背面）が開放された構成になっているが、他の構成であってもよい。
【００１５】
前記基板ユニット２は、後述する昇圧チョッパー回路４などを構成する回路部品がほぼ長方形状のプリント基板５の上面のうちの特定箇所（図では全体のほぼ１／３を占める後方側箇所）に取り付けられ、かつ、後端にケーシング１の開放面である背面を閉じるための蓋部６を取り付けて構成されているが、他の構成であってもよい。また、前記プリント基板５に雄（又は雌）型のコネクタ７を備えており、このコネクタ７に抜き差し自在な雌（又は雄）型のコネクタ８を前記二次電池３に備えさせており、消耗品である二次電池３のみを容易迅速に取り替えることができるように構成しているが、抜き差しできないように半田付けなどにより二次電池３の出力端を回路に完全に固定して実施することもできる。図１に示す９は、後述する充電器出力部１２に接続するためのコネクタであり、又、１０は、後述のチップ抵抗素子２８を駆動するための回路に接続されているコネクタである。
【００１６】
図２に、商用交流電源１１からの電力を利用して図示していない駆動回路を駆動することによって、マザーボードなどの負荷３３を駆動するためのバックアップ機能付電源装置Ｆを示している。この電源装置Ｆへの商用交流電源からの電力が何らかの原因で断たれることにより停電状態（負荷を駆動できない状態）になることにより、駆動回路に電力を供給するために前記二次電池３を備えた前記電池パックＧが充電器出力部（ここでは、商用交流電源からの電力が供給されている時には常時２７．６Ｖの定電圧が出力されるようになっている）１２に電気的に接続されている。
【００１７】
図２に示すように、前記電池パックＧは、二次電池３、二次電池３を充電するための充電回路１３、二次電池３からの放電電圧を昇圧させるための前記昇圧チョッパー回路４から構成している。図２に示す１４は、ダイオードである。
【００１８】
ここでは、前記二次電池３として、ニッケル水素電池を用いているが、リチウム電池やニッケルカドミウム電池の他、各種の二次電池を用いてもよい。
前記ニッケル水素電池を、具体的に説明すれば、例えばセル数を１６とした場合、１．２Ｖ／セル×１６セル＝１９．２Ｖとなる。これを充電するためには、１．５Ｖ／セル×１６セル＝２４Ｖであり、これに充電回路の電圧降下分の２Ｖを加えた２６Ｖが充電器出力部１２の端子間電圧Ｖ１が前述した鉛蓄電池の場合の２７．６Ｖであるため、ニッケル水素電池を充電することができる。そして、停電時におけるニッケル水素電池の放電の際には前記昇圧チョッパー回路４にて鉛蓄電池と同じ電圧まで昇圧することによって、バックアップ時間が短くなることがないようにしている。
【００１９】
前記ニッケル水素電池３の充電及び放電を図３に示すグラフに基づいて説明する。尚、図３において、２点鎖線で示す電圧の軌跡がニッケル水素電池の電圧を示し、実線で示す電圧の軌跡が昇圧チョッパー回路４からの出力電圧を示し、破線で示す電圧の軌跡が鉛蓄電池の充電特性及び放電特性を示している。まず、ＡＣが投入され、商用交流電源からの電力が電源装置Ｆ内に伝達されると、図示していないタイマー回路によりニッケル水素電池３が急速に充電されると同時に昇圧チョッパー回路４によりニッケル水素電池３からの電圧を所定電圧の２７．６Ｖまで昇圧し、昇圧後はその電圧を維持させる（図３に示すＡの領域参照）。前記充電が完了すると、パルス充電又はトルクル充電を行いながら満充電電圧を維持させる（図３に示すＢの領域参照）。充電完了後、停電が発生すると、二次電池３が放電を開始してバックアップを開始することにより二次電池３の充電電圧が降下し、それに伴って昇圧チョッパー回路４からの出力電圧も同様に降下し、バックアップが終了する放電終止電圧に至ることになる（図３に示すＤの領域参照）。図３のＣで示す領域は、鉛蓄電池の放電時間を示し、容量の大きなニッケル水素電池の放電時間Ｄの方が長くなっている。又、図３では、放電終止電圧に達する手前においてバッテリ電圧低下信号ＢＬを検出することによって、コンピュータに終了処理を行わせるようにしている。そして、前記昇圧チョッパー回路４からの出力電圧を図３の１点鎖線に示すように２７．６Ｖを維持させるようにすると、電圧が急激に降下するため、図３に示すバッテリ電圧低下信号ＢＬが出てから放電終止電圧に達するまでの時間ｔ２が非常に短くなり、コンピュータの終了処理を十分に行わせることができず、ハードディスクやＯＳを破壊してしまうことがあり、本願発明では、昇圧チョッパー回路４からの出力電圧を、二次電池３が放電することにより電圧降下して描かれる電圧波形にほぼ比例した状態で二次電池３の放電開始時から放電終止電圧に達するまで電圧降下させるための出力電圧制御回路１５（図４参照）を設けている。
【００２０】
図４に示すように、前記出力電圧制御回路１５は、直列に接続された２つの比較器１６，１７と出力側に配置された比較器１７の逆相入力端子に接続される三角波発生器１８を主要構成部品として構成されている。従って、ニッケル水素電池３からの放電電圧（Ｓ２点の電圧）が下がったことを検出すると、比較器１６により反転増幅されることから、Ｓ１点の電圧が上昇する。このときの電圧が三角波発生器１８からの三角波と比較され、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などからなるスイッチング素子１９のゲートへ入力されるパルス幅がコントロールされ、昇圧チョッパー回路４の出力電圧が低下するように構成されている。つまり、図５（ａ）に示すように、ニッケル水素電池３からの放電電圧（Ｓ２点の電圧）が下がっていない状態では、スイッチング素子１９のゲート電圧Ｄ１のパルス幅が図のＨ１となり、ニッケル水素電池３からの放電電圧（Ｓ２点の電圧）が下がると、図５（ｂ）に示すように、Ｓ１点の電圧が上昇することから三角波電圧Ｖ１の上回った部分が非常に幅の狭い部分になり、スイッチング素子１９のゲート電圧Ｄ１のパルス幅が幅の狭いＨ２になり、昇圧チョッパー回路４の出力電圧が低下することになる。
【００２１】
前記昇圧チョッパー回路４は、昇圧用チョークコイル２０とこの昇圧用チョークコイル２０を駆動するための前記スイッチング素子１９とこのスイッチング素子１９のＯＮ−ＯＦＦ制御するための前記出力電圧制御回路１５とからなっているが、更に図６に示すように、停電状態でかつ二次電池３が非放電状態である場合に、二次電池３から電源装置Ｆの出力部への接続を遮断するための半導体スイッチ回路２１を設けて実施してもよい。このように半導体スイッチ回路２１を設けることによって、電池パックＧが電源装置Ｆに電気的に接続されたままの状態で倉庫などで長期間無通電状態で保管される時や商用交流電源１１からの電力が来ていない時、あるいは二次電池３の放電終止後において二次電池３が余分に自己放電することがないように半導体スイッチ回路２１にて二次電池３から電源装置Ｆの出力部への接続を遮断することができる。また、二次電池３によるバックアップ中に前記接続が遮断されると、バックアップができなくなるため、二次電池３がバックアップ状態であるかを検出し、停電だけでなく、バックアップ中の検出信号も遮断するか否かの判断事項にしている。
【００２２】
つまり、図６に示すように、前記半導体スイッチ回路２１は、商用交流電源１１からの電力が入力されているか否かを判定したり、バックアップ中であるか否かを判定するための制御回路２２と、この制御回路２２からの遮断信号により回路を完全に遮断するために設けられた２つのトランジスタ２３，２４とからなり、制御回路２２からの信号に基づいてトランジスタ２３，２４をＯＮ−ＯＦＦ制御することができるようになっている。
【００２３】
前記バックアップ中であるか否かを判定する場合について詳述すれば、昇圧チョッパー回路４を駆動するためのスイッチング素子１９のドライブ用ＩＣのパルス幅を検出する検出手段２５と、その検出手段２５からのパルス幅の大きさに基づいて二次電池３の放電状態を判別する判別手段２６を前記制御回路２２に備えさせている。
具体的には、バックアップ時にはドライブ出力（Ｓ３点）のパルス幅Ｈ３が図５（ａ）で示したように広くなっている。このときの図６で示したＲＣフィルター２７を通じたＳ４の電圧は、図７（ａ）の波形で示すように、一定以上の電圧Ｄ２が保たれ、この電圧を制御回路２２が検出してバックアップ中であると判定し、また、停電中でかつバックアップしていない場合には、図５（ｂ）で示したように狭くなっている。この場合には、図７（ｂ）の波形で示すように、電圧Ｄ２が非常に低い電圧となり、この低電圧を制御回路２２が検出して停電中でかつバックアップ中ではない（非バックアップ中）と判定するのである。
【００２４】
前記基板ユニット２について詳述すれば、図１及び図８に示すように、昇圧チョッパー回路４を構成する電子部品を実装するためのプリント基板５の一方の面に加熱素子としてのチップ抵抗素子２８の多数、チップ抵抗素子用駆動回路２９（昇圧チョッパー回路４内に設けているが、一般的であるため、具体的な構成は省略している）、二次電池３の内部に備えてなるサーミスタからなる温度検出手段３４（図９参照）からの温度が設定温度以上になった場合にチップ抵抗素子用駆動回路２９を停止する停止回路３０（昇圧チョッパー回路４内に設けているが、一般的であるため、具体的な構成は省略している）を設け、プリント基板５の他方の面にチップ抵抗素子２８からの熱を伝達するための薄板状の熱伝導層３１を備えさせると共に熱伝導層３１の上面にゴムや合成樹脂等でなる複数の間隔保持部材３２を取り付けている。そして、前記間隔保持部材３２を介してニッケル水素電池３を載置支持している。
【００２５】
前記熱伝導層３１は、銅箔により薄板状に構成されたものや薄い銅板などから構成してもよい。また、前記チップ抵抗素子２８に代えて、ペルチェ素子を用いることによって、二次電池３の温度を上昇させるだけでなく、冷却して温度を下げることもできる利点がある。
又、前記チップ抵抗素子２８への電力供給を前記電源装置Ｆに備えられているペリフェラルコネクタ（図示せず）を介して行うようにチップ抵抗素子２８とペリフェラルコネクタとを接続可能に構成してもよい。具体的には、図１で示したコネクタ１０にペリフェラルコネクタを差し込んで接続することになる。
【００２６】
図９に示すように、前記制御回路２２内に、二次電池３の内部に備えてなるサーミスタからなる温度検出手段３４からの温度が設定温度以下の場合には、前記電源装置Ｆの充電器出力部１２からの電力（充電電力）により前記チップ抵抗素子用駆動回路（加熱素子用駆動回路）２９を駆動し、温度検出手段３４からの温度が設定温度以上になった場合に二次電池３の充電を充電回路１３を介して行うための切替手段３５を設けて実施してもよい。この場合、二次電池３の加熱と充電を繰り返すだけの制御を行う他、二次電池３の充電と低電力による加熱を同時に並行して行えるように低電力回路（図示せず）を設けて、二次電池３の放電適正温度を維持しつつ充電が可能になるように構成してもよい。尚、前記電池パックＧの構成は、図１及び図８に示したものから構成してもよいし、他の構成であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
鉛蓄電池の充電器出力と同じ又はそれよりも小さな出力になるように蓄電池を除いた他の二次電池（例えばニッケル水素電池）のセル数を設定し、その設定されたセル数により出力される値が蓄電池の出力と同一の値又はほぼ同じ値になるように昇圧するための昇圧チョッパー回路を設けることによって、どのような二次電池であっても、電源装置側になんら改良を加えることなく、鉛蓄電池から他の二次電池に容易に取り替えることができ、コストの高騰を抑制しながら鉛蓄電池と同等又は特にニッケル水素電池においてはそれ以上の放電時間を確保することができるコンピュータ用バックアップ電池パックを提供することができる。しかも、二次電池の外形サイズを鉛蓄電池の外形サイズに合わせることによって、鉛蓄電池と同じ箇所への取り付けが可能になり、鉛蓄電池から他の二次電池への切り替えがスムーズに行える利点がある。
【００２８】
昇圧チョッパー回路からの出力電圧を二次電池の放電による電圧降下に比例した状態で徐々に降下させる構成とすることによって、放電時間が短くなることがないだけでなく、二次電池電圧低下信号と二次電池の放電終止点との間にコンピュータの終了処理を行わせるだけの時間差を持たせることができ、ハードディスクやＯＳの破壊を確実に阻止することができる信頼性の高いものにすることができる。
【００２９】
加熱素子にてニッケル水素電池を加熱することにより、ニッケル水素電池の場合のように低温環境による不具合の発生を防止することができ、環境に左右されることのない信頼性の高いコンピュータ用バックアップ電池パックを提供することができる。しかも、二次電池への加熱を熱伝導層を介して間接的に行うことや熱伝導層の上面に間隔保持部材を介してニッケル水素電池を配置することによって、ニッケル水素電池を均一に加熱することができ、ニッケル水素電池の性能を十分に引き出すことができる利点がある。また、充電時の電池温度が高放電可能な温度（例えば１０℃以上）になるまでは電源装置からの電力（充電電力）を加熱素子用駆動回路を駆動する電力として利用し、二次電池の温度が前記温度以上になってから二次電池の充電に切り替える構成とすることによって、二次電池の加熱と充電の繰り返しを行う、又は充電と低電力による加熱を同時に並行して行って、二次電池の放電適正温度を維持しつつ充電が可能となるのである。
【００３０】
加熱素子への電力供給をコンピュータ用の電源装置に本来的に備えられているペリフェラルコネクタを介して行うことによって、加熱素子用に電池パック内に特別な電源部を用意するものに比べてコストの低減を図ることができるだけでなく、ペリフェラルコネクタからの２つの出力である＋５Ｖと＋１２Ｖを使い分けることで、電源装置自体の特性改善を行うこともでき、コスト面及び電源装置側のいずれにおいても有利になる。
【００３１】
電池パックが電源装置に電気的に接続されたままの状態で倉庫などで長期間無通電状態で保管される時や商用交流電源からの電力が来ていない時、あるいは二次電池の放電終止後において電池が余分に自己放電することがないように半導体スイッチ回路にて二次電池と電源装置との接続を遮断することによって、電源装置の再起動時の直後の停電発生にも二次電池からの放電が十分に行える状態にすることができるだけでなく、完全に放電してしまい再充電不能といったトラブル発生も阻止することができる。
【００３３】
電池パックをユニット化することによって、ケーシングに対して基板ユニットと二次電池とを取り付けるだけで済むだけでなく、メンテナンス面においても有利になる。しかも、昇圧チョッパー回路と二次電池とを雄雌コネクタを介して接続及び接続解除自在に構成することによって、最も消耗する部品である二次電池のみを新しい二次電池に迅速に取り替えることもでき、コスト面において有利になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電池パックの分解斜視図である。
【図２】電池パックの概略の回路図である。
【図３】二次電池の放電電圧及び昇圧チョッパー回路の出力電圧の電圧波形を示すグラフである。
【図４】電池パック内の出力電圧制御回路図である。
【図５】スイッチング素子のドライブ出力波形とＳ１点の電圧波形と三角波電圧波形の関係を示す説明図であり、（ａ）は二次電池の放電していない状態を示し、（ｂ）は二次電池の放電中の状態を示している。
【図６】電池パック内の半導体スイッチ回路図である。
【図７】スイッチング素子のドライブ出力波形とＳ４点の電圧波形の関係を示す説明図であり、（ａ）は二次電池が放電していない状態を示し、（ｂ）は二次電池が放電中の状態を示している。
【図８】電池パックの縦断面図である。
【図９】加熱素子の駆動と二次電池の充電の切替手段を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ケーシング １Ａ 下板部
１Ｂ，１Ｃ，１Ｃ 側板部
１Ｅ 仕切板 ２ 基板ユニット
３ 二次電池（ニッケル水素電池）
４ 昇圧チョッパー回路 ５ プリント基板
６ 蓋部
７，８，９，１０ コネクタ
１１ 商用交流電源 １２ 充電器出力部
１３ 充電回路 １４ ダイオード
１５ 出力電圧制御回路 １６，１７ 比較器
１８ 三角波発生器 １９ スイッチング素子
２０ 昇圧用チョークコイル
２１ 半導体スイッチ回路
２２ 制御回路 ２３，２４ トランジスタ
２５ 検出回路 ２６ 判別手段
２７ フィルター ２８ チップ抵抗素子
２９ チップ抵抗素子用駆動回路
３０ 停止回路 ３１ 熱伝導層
３２ 間隔保持部材 ３３ 負荷
３４ 温度検出手段 ３５ 切替手段
Ｆ 電源装置 Ｇ 電池パック
Claims (6)
- 商用交流電源から供給される電力によりコンピュータを作動させるための駆動回路を備えた電源装置に、前記商用交流電源からの電力により充電可能で、かつ、停電時において放電してコンピュータのバックアップを行うための二次電池を備えてなるコンピュータ用バックアップ電池パックであって、前記二次電池を鉛蓄電池を除いた他の二次電池から構成し、前記二次電池からの放電電圧を昇圧させるための昇圧チョッパー回路を備えさせ、前記昇圧チョッパー回路からの出力電圧を、前記二次電池が放電することにより電圧降下して描かれる電圧波形にほぼ比例した状態で該二次電池の放電開始時から放電終止電圧に達するまで電圧降下させるための出力電圧制御回路を設けたことを特徴とするコンピュータ用バックアップ電池パック。
- 商用交流電源から供給される電力によりコンピュータを作動させるための駆動回路を備えた電源装置に、前記商用交流電源からの電力により充電可能で、かつ、停電時において放電してコンピュータのバックアップを行うための二次電池を備えてなるコンピュータ用バックアップ電池パックであって、前記二次電池を鉛蓄電池を除いた他の二次電池から構成し、前記二次電池からの放電電圧を昇圧させるための昇圧チョッパー回路を備えさせ、前記二次電池が、ニッケル水素電池である場合には、前記昇圧チョッパー回路を構成する電子部品を実装するためのプリント基板の一方の面に加熱素子、該加熱素子用駆動回路、該二次電池に備えてなる温度検出手段からの温度が設定温度以上になった場合に該加熱素子用駆動回路を停止する停止回路を設け、該プリント基板の他方の面に前記加熱素子からの熱を伝達するための薄板状の熱伝導層を備えさせると共に該熱伝導層の上面に間隔保持部材を介して前記ニッケル水素電池を配置してなるコンピュータ用バックアップ電池パック。
- 前記二次電池が、ニッケル水素電池である場合には、前記昇圧チョッパー回路を構成する電子部品を実装するためのプリント基板の一方の面に加熱素子、該加熱素子用駆動回路、該二次電池に備えてなる温度検出手段からの温度が設定温度以下の場合には、前記電源装置からの電力により該加熱素子用駆動回路を駆動し、該温度検出手段からの温度が設定温度以上になった場合に該二次電池の充電を行うための切替手段を設けてなる請求項１記載のコンピュータ用バックアップ電池パック。
- 前記加熱素子への電力供給をコンピュータ用の電源装置に備えられているペリフェラルコネクタを介して行うように該加熱素子と該ペリフェラルコネクタとを接続可能に構成してなる請求項２又は３記載のコンピュータ用バックアップ電池パック。
- 停電状態でかつ前記二次電池が非放電状態であることを判別するための制御回路を設け、前記制御回路からの判別結果に基づいて、前記二次電池と前記電源装置との接続を遮断するための半導体スイッチ回路を設けてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンピュータ用バックアップ電池パック。
- 前記昇圧チョッパー回路を前記基板の特定箇所に備えさせた基板ユニットと、前記基板の残る箇所に前記二次電池を配置した状態で収納可能なケーシングとからなり、前記昇圧チョッパー回路と前記二次電池とを雄雌コネクタを介して接続及び接続解除自在に構成してなる請求項１〜５のいずれかに記載のコンピュータ用バックアップ電池パック。
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