JP3945563B2 - 二次電池装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池を冷却する冷却ファンを備えた二次電池装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近時、各種の電子機器の駆動源として、Ｎi-ＭＨ蓄電池等の二次電池が多く用いられている。また商用電源を駆動源とするコンピュータやサーバ等の情報処理機器においても、そのバックアップ用の電源として上記二次電池が数多く用いられている。
【０００３】
この種の二次電池を備えた二次電池装置は、一般的には二次電池の満充電を検出してその充電を停止制御することで、その過充電を防止する充電制御回路を備えて構成される。ちなみにＮi-Ｃd蓄電池やＮi-ＭＨ蓄電池等のアルカリ系の二次電池における充電制御回路は、例えば電池電圧のピーク値を検出したり（ピーク値検出法）、或いは上記電池電圧がピーク値から所定電圧だけ低下したことを検出して（−ΔＶ法）、その充電を停止制御するように構成される。また或いは充電に伴ってその電池温度が上昇することを利用して、電池温度が所定値に達したことを検出して（ＴＣＯ法）、または所定の温度から予め設定された温度だけ電池温度が上昇したことを検出して（ΔＴ法）、或いは単位時間当たりの電池温度の上昇率を検出して（ΔＴ／Δｔ法）、その充電を停止制御する充電制御法等も適宜採用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで二次電池は、電池温度が高い状態に長時間に亘って晒されると、その電池特性が大きく劣化する。この為、一般的には熱的負荷を受けることが少ない温度の低い部位に二次電池を設けるように配慮されるが、その設置スペースが限られるような場合には、二次電池装置に二次電池を冷却するための冷却ファンを組み込む等の対策が講じられる。そして二次電池の温度上昇に伴って上記冷却ファンを作動させる等して、その温度上昇を低く抑えるようにしている。
【０００５】
しかしながら冷却ファンを作動させて二次電池の温度上昇を抑えていると、その充電時に電池温度が上がり難くなり、これに伴って電池電圧の変化も緩慢となるので、上述した充電制御に遅れが生じたり、充電制御自体が有効に機能しなくなる等の虞がある。特に電池温度に応じて冷却ファンの作動を制御した場合、冷却ファンの作動時には電池温度が低下し、冷却ファンの作動停止に伴って電池温度が上昇するので、その充電制御が著しく困難になると言う不具合が生じる。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、二次電池を冷却する冷却ファンを備えた二次電池装置において、上記二次電池の充電制御を安定に、しかも確実に行わせるようにした簡易な構成の二次電池装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る二次電池装置は、充電可能な二次電池と、この二次電池の充電を制御する充電制御部と、上記二次電池を冷却する冷却ファンと、前記二次電池の温度に応じて上記冷却ファンの作動を制御するファン制御部とを具備し、特に上記ファン制御部に前記二次電池を充電する際、前記冷却ファンの作動を強制的に禁止する機能を設けたことを特徴としている。
【０００８】
即ち、本発明に係る二次電池装置は、二次電池の充電時における冷却ファンの作動を禁止する機能を備え、二次電池を自然な状態に保ちながら、つまり冷却ファンを用いて強制的に冷却する状態を避けて、その充電を制御するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る二次電池装置について説明する。
この実施形態に係る二次電池装置は、例えば図１に示すように電子機器１０を組み込んだタワー型の筐体１１に収納されて使用される無停電電源装置２０として実現される。そしてこの無停電電源装置２０は、上記筐体１１に内蔵された上記電子機器１０の電源部３０から電力供給を受けて該無停電電源装置２０が備える二次電池ＢＡＴを充電し、停電時には上記電源部３０に代わって前記電子機器１０に対して電力を供給する如く構成される。特にこの無停電電源装置（二次電池装置）２０は、筐体１１における外部機器装着用の、例えば３.５インチ用ドライブベイに組み込んで用いられるように構成されている。
【００１０】
さて前記電源部３０は、例えば図２に示すように商用電源（交流電力）１を整流・平滑化する整流平滑回路２と、この整流平滑回路２の出力（直流）を交流変換して絶縁トランスＴの一次巻線Ｔ１を駆動する第１のインバータ回路３を備える。そしてこの第１のインバータ回路３による絶縁トランスＴの一次巻線Ｔ１の駆動に伴って該絶縁トランスＴの二次巻線Ｔ２に生起される電力を、整流平滑回路４を介して整流平滑化した後、この整流平滑化した直流電力からレギュレータ５にて前記電子機器１０に供給する為の、例えば３.３Ｖ,５Ｖ,１２Ｖの直流安定化電圧を生成するものとなっている。
【００１１】
また前記絶縁トランスＴには三次巻線Ｔ３が設けられている。そして前述した第１のインバータ回路３による一次巻線Ｔ１の駆動に伴って上記三次巻線Ｔ３に生起される電力は、その充電部をなすリミッタ６からダイオード７を介して取り出され、前記二次電池ＢＡＴを充電する電力として前記二次電池装置（無停電電源装置）２０に対して出力されるようになっている。
【００１２】
また電源部３０には、前記三次巻線Ｔ３を駆動する第２のインバータ回路８が設けられている。この第２のインバータ回路８は、前記商用電源１が停電する等して第１のインバータ回路３が作動停止したとき、前記二次電池装置２０が内蔵する二次電池ＢＡＴから供給される電力を交流変換して前記三次巻線Ｔ３を駆動する役割を担っている。この第２のインバータ回路８による三次巻線Ｔ３の駆動により前記二次巻線Ｔ２には、前記第１のインバータ回路３による一次巻線Ｔ１を駆動したときと同様な電力が生起される。この結果、レギュレータ５は、商用電源１の停電時には二次電池ＢＡＴからの電力供給を受けて所定の安定化直流電圧を生成し、電子機器１０に対して出力する。
【００１３】
尚、電源部３０には、レギュレータ５を始めとする電源部各部の動作状態、例えば安定化直流電圧の電圧値や、整流出力回路２の出力電圧等を検出して、その作動状態を監視する電源状態監視部９が設けられている。そしてこの電源状態監視部９により検出された電源状態の情報は、前記二次電池装置２０に対して通知されるようになっている。また二次電池装置２０には、後述するように二次電池ＢＡＴを冷却する冷却ファン２５が設けられており、この冷却ファン２５は前記電源部３０が生成出力する安定化直流電圧を駆動源として作動するように構成されている。
【００１４】
ここで前記二次電池装置２０について説明すると、この二次電池装置２０は、例えば図３に示すようにＮi-ＭＨ蓄電池等の二次電池ＢＡＴを備え、上述した如く構成される電源部３０から電力供給を受けて上記二次電池ＢＡＴを充電して電力エネルギを蓄えると共に、前記商用電源１の停電時に前記二次電池ＢＡＴを放電させて前記電源部３０に電力を供給し、該電源部３０を駆動するように構成されている。
【００１５】
即ち、この二次電池装置２０は、例えば直列に接続された複数の電池セルからなる二次電池ＢＡＴを備え、その正極端を放電用端子[Ｄ＋]に接続すると共に、充電制御用のスイッチ素子（ＦＥＴ）１１を介して充電用端子[Ｃ＋]に接続している。また二次電池ＢＡＴの負極端は、電流検出用の抵抗１２を介して充放電共通の負極端子[−]に接続されている。
【００１６】
ちなみに上記放電用端子[Ｄ＋]は、前記電源部３０における三次巻線Ｔ３の一方の端子に接続されるものであり、また充電用端子[Ｃ＋]は、前記ダイオード７を介してリミッタ６に接続されるものである。また前記負極端子[−]は前記電源部８のインバータ８に接続される。そして前記二次電池ＢＡＴの充電は、前記絶縁トランスＴの三次巻線Ｔ３に生起されて充電用端子[Ｃ＋]と負極端子[−]との間に加えられる電圧を、前記スイッチ素子（ＦＥＴ）１１をスイッチング制御することにより行われる（パルス充電）。また二次電池ＢＡＴからの蓄積電力の放電は、前記電源部８のインバータ８の制御の下で前記放電用端子[Ｄ＋]および負極端子[−]から三次巻線Ｔ３を介して電流を流し、該三次巻線Ｔ３を駆動することによって行われる。
【００１７】
しかしてこの二次電池装置２０には、前記二次電池ＢＡＴの電池電圧を検出する電池電圧検出部１３が設けられると共に、該二次電池ＢＡＴの温度を検出する温度検出部１４が設けられている。上記電池電圧検出部１３は、前記二次電池ＢＡＴ全体の電池電圧を検出する機能を備える。また前記温度検出部１４は、例えば二次電池ＢＡＴの周面に貼付された温度センサ１５を用いて前記二次電池ＢＡＴの温度（電池温度）を検出する役割を担っている。また二次電池ユニット２０には、前述した如く二次電池ＢＡＴの充放電路に直列に介挿された抵抗１２の両端間に生じる電圧降下から該二次電池ＢＡＴの充放電電流を検出すると共に、その電圧降下の極性から二次電池ＢＡＴの充電／放電状態の別を検出する電流検出部１５が設けられている。
【００１８】
そしてこの二次電池ユニット２０の主体部をなす、例えばＣＰＵからなる電池状態監視部１７は、前記電池電圧検出部１３により検出される電池電圧、温度検出部１４により検出される電池温度、更には前記電流検出部１６により検出される充放電電流から二次電池ＢＡＴの状態、具体的にはその充電状態や放電状態を検出し、以下に説明するように、その充電を制御するものとなっている。
【００１９】
即ち、電池状態監視部１７は、電池電圧と電池温度とから二次電池ＢＡＴが満充電状態に至ったか否かを監視しており（満充電検出機能）、二次電池ＢＡＴの満充電が検出されるまでパルス充電制御部１８を制御して前記スイッチ素子（ＦＥＴ）１１をスイッチング駆動し、二次電池ＢＡＴをパルス充電している。そして二次電池ＢＡＴが満充電に至った後には、その充電を停止して二次電池ＢＡＴの過充電を防止している。
【００２０】
尚、二次電池ＢＡＴの充電制御に関しては、充電時には略一定の電圧を示す二次電池ＢＡＴの電池電圧が満充電状態に近付くに従って上昇し、やがてピークに達した後に該電池電圧が低下する現象から満充電を検出してその充電を制御する−ΔＶ検出方式や、充電時における電池温度上昇率を検知して充電を制御する方式、更にはピーク電圧検出方式等の従来より種々提唱されている充電制御方式が適宜採用される。また満充電を検出して二次電池ＢＡＴに対する充電を停止した後、自己放電によって二次電池ＢＡＴの充電量が低下した場合には、電池状態監視部１７の制御の下で二次電池ＢＡＴの充電を再開したり、或いは二次電池ＢＡＴを間欠充電する等の制御を行うことも勿論可能である。
【００２１】
また前記電池状態監視部１７は、上述した如くして二次電池ＢＡＴの充電を制御する一方、前述した如く検出される電池電圧と充電電流とから該二次電池ＢＡＴの充電量を検出している（充電量検出機能）。更に電池状態監視部１７は、例えば二次電池ＢＡＴの充電路を遮断する直前の前記二次電池ＢＡＴの電池電圧Ｖonと、上記充電路の遮断後における前記二次電池ＢＡＴの開放電池電圧Ｖoffとから該二次電池ＢＡＴの内部抵抗を求めている。そしてこの内部抵抗が該二次電池ＢＡＴの電池寿命と密接な対応関係を有することに立脚して当該二次電池ＢＡＴの電池寿命を求めている（電池寿命検出機能）。その他にも電池状態監視部１７は、二次電池ＢＡＴの電池温度の異常情報を検出する機能、更には電源監視部１９を介して前記電源部３０の異常状態を監視する機能を備える。
【００２２】
また前記二次電池装置２０には、前記電池状態監視部１７にて検出された二次電池ＢＡＴの充電量や充電／放電の状態を表示する表示部２１や、異常検出時等に警報を発する警報器２２が組み込まれる。更に二次電池ユニット２０には、例えばＲＳ２３２Ｃからなる通信インターフェースを介して外部機器、具体的には前記電源部３０から電力（安定化直流電圧）を受けて駆動される図示しないコンピュータ（ＰＣボード）等の電子機器との間で、前述した如く求められる二次電池ＢＡＴの状態を示す情報を通知する為の通信装置２３が設けられる。
【００２３】
更にはこの二次電池装置２０には、前記温度検出部１４により検出される二次電池ＢＡＴの電池温度に応じて該二次電池ＢＡＴを冷却するための冷却ファン２５を作動させる為のファン制御部２６が設けられている。このファン制御部２６は、基本的には前記二次電池ＢＡＴの電池温度が予め設定した管理温度を上回るとき、前記冷却ファン２５を作動させることで該二次電池ＢＡＴを冷却し、その電池温度が上記管理温度、或いは上記管理温度よりも低い別の管理温度を下回るときには冷却ファン２５の作動を停止させるように、その作動を制御する機能を備える。
【００２４】
しかしてこの二次電池装置２０が特徴とするところは、前記ファン制御部２６が前記二次電池ＢＡＴの充電時に前記冷却ファン２５の作動を強制的に禁止する機能を備えている点にある。即ち、ファン制御部２６は、例えば図４にその概略的な処理制御の流れを示すように、例えば前記電池状態監視部１７による監視結果から、前記二次電池ＢＡＴが充電中であるか否かを判定し［ステップＳ１］、二次電池ＢＡＴが充電中である場合には、前記冷却ファン２５に対する作動制御を停止して該冷却ファン２５の作動を停止させるものとなっている［ステップＳ２］。この冷却ファン２５の作動禁止は、例えば前記電源部３０から供給されるファン駆動用の電源ラインを遮断することによってなされる。そして前記二次電池ＢＡＴが充電中でない場合にのみ、前記冷却ファン２５に対する上述した作動制御を実行するものとなっている［ステップＳ３］。
【００２５】
かくして上述した如く構成される二次電池装置２０によれば、二次電池ＢＡＴの充電中、ファン制御部２６の制御の下で冷却ファン２５の作動が禁止されるので該二次電池ＢＡＴが強制的に冷却されることはない。従って二次電池ＢＡＴの充電電圧やその電池温度は、その充電の進行に伴って従いに変化し、充電量に応じた挙動を示すことになる。これ故、前記電池状態監視部１７は二次電池ＢＡＴの充電状態を的確にモニタすることが可能となり、その充電制御（満充電に伴う充電の停止制御）を遅滞なく確実に行うことが可能となる。
【００２６】
そして仮に二次電池ＢＡＴの電池温度が、その周囲環境の影響を受けて高くなっている場合であっても、充電開始からの電池電圧や電池温度の変化は、その充電量に応じた挙動を示すので、その満充電状態を確実に検出し、該二次電池ＢＡＴに対する充電を確実に停止することが可能となる。またこのようにして二次電池ＢＡＴの充電中、冷却ファン２５の作動を強制的に停止させても、一般的にはその充電が所定の時間内に完了するので、二次電池ＢＡＴが長時間に亘って高温状態に晒される虞はない。従って二次電池ＢＡＴを冷却するための冷却ファン２５を備えるといえども、この冷却ファン２５による影響を排除して二次電池ＢＡＴに対する安定した充電制御が可能となる等の効果が奏せられる。
【００２７】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは冷却ファン２５の駆動源を電源部３０から得るものとして説明したが、二次電池装置２０の内部にて上記冷却ファン２５を駆動する電力を生成するようにしても良い。但し、この場合には冷却ファン２５の駆動の為に、二次電池ＢＡＴに充電した電力を使用することになる。また特殊な例ではあるが、冷却ファン２５に代えてペルチェ効果素子等を用いて二次電池ＢＡＴを冷却するように構成された装置においても、本発明を同様に適用することが可能である。要は本発明は二次電池ＢＡＴを冷却する機能を備えた二次電池装置において、二次電池を充電する際、その冷却機能を停止させることで二次電池の充電状態を正確に監視することで、安定した充電制御を可能とするものであり、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、二次電池を冷却するための冷却ファンの作動を、該二次電池の充電中には強制的に停止させるので、充電に伴う二次電池の電池電圧や電池温度の変化を正確に捉えることが可能となり、その充電制御を的確に行うことが可能となる。これ故、二次電池の過充電を確実に防止することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池装置を無停電電源装置として用いる場合の例を示す図。
【図２】無停電電源装置としての二次電池装置が接続される電源部の構成例を示す図。
【図３】本発明の一実施形態に係る二次電池装置の概略的な構成を示す図。
【図４】図４に示す二次電池装置におけるファン制御部による冷却ファンの動作制御手順を示す図。
【符号の説明】
１０ 電子機器
１３ 電池電圧検出部
１４ 温度検出部
１５ 温度センサ
１６ 電流検出部
１７ 電池状態監視部
１８ パルス充電制御部
２０ 二次電池装置
２５ 冷却ファン
２６ ファン制御部
３０ 電源部

Claims (1)

1. 充電可能な二次電池と、この二次電池の充電を制御する充電制御部と、上記二次電池を冷却する冷却ファンと、前記二次電池の温度に応じて上記冷却ファンの作動を制御すると共に、前記二次電池の充電時には前記冷却ファンの作動を強制的に禁止するファン制御部とを具備したことを特徴とする二次電池装置。

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