JP4280183B2 - 装置内蔵タイプバッテリ電源の起動方法、および同装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気装置に内蔵されている電源バッテリボックスを起動させて充電を開始する技術に関するものである。

図３は、電源バッテリボックス９を内蔵した電気装置４のブロック図である。
電気装置４は電源プラグ５を介して商用電源（交流１００ボルト）の供給を受け、ＡＣ−ＤＣコンバータ６によって整流し、ＤＣ−ＤＣコンバータ７により所望の形態の直流電源に変換して負荷８に与える。
前記の商用電源が停電する場合に備えて、バッテリボックス９が内蔵されている。
商用電源が供給されているときは、ＡＣ−ＤＣコンバータ６で整流された直流電力の一部をバッテリボックス９に与えて充電（矢印ｃ）しておき、商用電源を失ったときは、充電電力を蓄えてあったバッテリボックス９から直流電力を放電（矢印ｄ）して負荷８に供給する。これにより、例えばメモリ機構などのように消費電力の小さい電気機器は相当長時間に亙って機能を保持することができる。

図４は、公知のバッテリボックスの１例を示すブロック図である。バッテリＢは、メインスイッチ１０および充放電制御回路１１を直列に介してＡＣ−ＤＣコンバータ６から充電電力を与えられて充電（矢印ｃ）され、必要に応じて放電（矢印ｄ）し、ＤＣ−ＤＣコンバータ７を介して負荷８に直流電力を供給する。
特開２０００−１９７３４７号公報 特開２００３−３０９９３７号公報

前掲の図４に示した従来例によると、このバッテリボックス８を内蔵した電気装置を商用電源に接続し起動・停止させるたびに、その電気装置のメインスイッチを操作する他に、バッテリボックス８のメインスイッチ１０を操作して開閉しなければならないので非常に面倒である。特に、１台の電気装置に複数台のバッテリボックスが内蔵されている場合はさらに面倒である。
のみならず、メインスイッチ１０の操作には知識を必要とし、操作を誤るとバッテリＢを劣化させてしまう虞れが有る。
例えば、長時間の放電によってバッテリ電圧が低下したとき、メインスイッチ１０を開かずに放置しておくと、過放電によってバッテリの劣化が早まる。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、
手動操作を必要とせず、自動的に適正な充電動作が行なわれる技術を提供するにある。

請求項１に係る発明方法の構成は、（図１参照）装置内蔵タイプバッテリ電源を起動させる方法において、
予め、バッテリＢの充放電回路中に充放電制御回路１１を接続介挿するとともに、該充放電制御回路の入力電源を供給する補助電源回路Ｂ１２を設け、
かつ上記補助電源回路Ｂ１２の作動開始・停止を制御する補助電源スイッチ１３を設けておき、
前記バッテリに充電電力を供給しているＡＣ−ＤＣコンバータ６の電圧Ｖａｄが規定値
（Ｖ１）になったとき、補助電源回路Ａ２０が起動して起動回路（１４）を作動させスタンバイ(ＶａｄがＶ３になることを待っている状態)となり、次にＶａｄが規定値(Ｖ３)となったとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センス１５によって検出して、その出力信号を起動回路１４に入力させ、
起動回路１４は、前記補助電源スイッチ１３を閉じて、補助電源回路Ｂ１２から充放電制御回路１１に対して入力電源を与えることにより、
上記充放電制御回路１１を作動させてバッテリ電源を起動させることを特徴とする。

以上に説明した請求項１の発明方法によると、ＡＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖａｄが所定値Ｖ３に達したとき、これを検知したＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センスの出力信号によって起動回路が作動して補助電源スイッチを閉じる。
これにより、補助電源回路Ｂが電源を得て機能し、充放電制御回路に対して入力電源を与える。
すると充放電制御回路が入力電源を得て作動し、バッテリ電源の状態に応じてバッテリへの充電動作が自動的に開始される。

請求項２に係る発明方法の構成は、（図１参照）前記補助電源スイッチ（１３）を、予め「一度閉じたら、起動回路（１４）が停止しない限り開かない構造」にしておいて、停電などによって前記の電圧Ｖａｄが規定値（Ｖ３）以下になっても、該補助電圧スイッチを閉じた状態に保持して補助電源回路Ｂ（１２）の出力を継続させることを特徴とする

以上に説明した請求項２の発明方法によると、ＡＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖａｄが規定電圧Ｖ３に達してバッテリ電源が起動し充電が開始された後、停電など何らかのトラブルで上記ＡＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖａｄが低下して規定電圧Ｖ３を下回っても、補助電源スイッチは閉じた状態に保たれる。これによって、補助電源回路Ｂの出力が維持される。
補助電源回路Ｂの出力維持によって、充放電制御回路１１の機能が維持され、停電中もバッテリＢから供給されるエネルギーによって、バッテリボックスの完全停止を回避することができる（バッテリの過放電防止のためのバッテリボックス完全停止は、請求項３の発明方法によって行なわれる）。

請求項３に係る発明装置の構成は、（図１参照）装置内蔵タイプバッテリ電源を起動させる装置において、
バッテリ（Ｂ）の充放電回路中に介挿接続された充放電制御回路（１１）と、該充放電制御回路に対してその入力電源を供給している補助電源回路Ｂ（１２）と、上記補助電源回路の作動開始・停止を制御する補助電源スイッチ（１３）とが設けられており、
かつ、前記バッテリに充電電力を供給するＡＣ−ＤＣコンバータ（６）の電圧Ｖａｄを検出するＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センス（１５）と、その出力信号を入力される起動回路（１４）および該起動回路に電源を供給する補助電源回路Ａ（２０）とが設けられていて、
前記ＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センス（１５）の検出電圧Ｖａｄが規定値（Ｖ３）まで上昇すると、起動回路（１４）が作動して前記補助電源スイッチ（１３）を閉じるようになっていて、該補助電源スイッチが閉じられると補助電源回路Ｂ（１２）が充放電制御回路（１１）に対して入力電源を供給してバッテリ電源を起動させる構造であることを特徴とする。

以上に説明した請求項３の発明装置によると、ＡＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖａｄが所定値Ｖ３に達したとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センスがこれを検知し、その出力信号により起動回路が作動して補助電源スイッチが閉じられる。
これにより、補助電源回路Ｂが電源を得て機能し、充放電制御回路に対して入力電源を与える。
すると充放電制御回路が入力電源を得て作動し、バッテリ電源の状態に応じてバッテリへの充電動作が自動的に開始される。

請求項４に係る発明装置の構成は、（図１参照）前記補助電源スイッチ１３が、「一度閉じたら、起動回路１４が停止しない限り開かない構造」であることを特徴とする。

以上に説明した請求項４の発明装置によると、ＡＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖａｄが規定電圧Ｖ３に達して充電が開始された後、停電など何らかのトラブルで上記ＡＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖａｄが低下して規定電圧Ｖ３を下回っても、補助電源スイッチは閉じた状態に保たれ、これにより補助電源回路Ｂの出力が維持される。
補助電源回路Ｂの出力維持によって、充放電制御回路１１の機能が維持され、停電中もバッテリＢから供給されるエネルギーによって、バッテリボックスの完全停止を回避することができる。

請求項１の発明方法によると、ＡＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖａｄが所定値Ｖ３に達したとき、これを検知したＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センスの出力信号によって起動回路が作動して補助電源スイッチを閉じる。
これにより、補助電源回路Ｂが電源を得て機能し、充放電制御回路に対して入力電源を与え、該充放電制御回路の作動によってバッテリ電源の状態に応じて、バッテリへの充電が自動的に開始される。

請求項２の発明方法によると、ＡＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖａｄが規定電圧Ｖ３に達して充電が開始された後、停電など何らかのトラブルで上記ＡＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖａｄが低下して規定電圧Ｖ３を下回っても、補助電源スイッチは閉じた状態に保たれる。これによって、補助電源回路Ｂの出力が維持される。
補助電源回路Ｂの出力維持によって、充放電制御回路１１の機能が維持され、停電中もバッテリＢから供給されるエネルギーによって、バッテリボックスの完全停止を回避することができる

請求項３の発明装置によると、ＡＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖａｄが所定値Ｖ３に達したとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センスがこれを検知し、その出力信号により起動回路が作動して補助電源スイッチが閉じられる。
これにより、補助電源回路Ｂが電源を得て機能し、充放電制御回路に対して入力電源を与える。
すると充放電制御回路が入力電源を得て作動し、バッテリ電源の状態に応じてバッテリへの充電動作が自動的に開始される。

請求項４の発明装置によると、ＡＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖａｄが規定電圧Ｖ３に達して充電が開始された後、停電など何らかのトラブルで上記ＡＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖａｄが低下して規定電圧Ｖ３を下回っても、補助電源スイッチは閉じた状態に保たれ、これにより補助電源回路Ｂの出力が維持される。
補助電源回路Ｂの出力維持によって、充放電制御回路１１の機能が維持され、停電中もバッテリＢから供給されるエネルギーによって、バッテリボックスの完全停止を回避することができる。

図１は、本発明に係る装置内蔵タイプバッテリ電源の起動・停止装置の実施形態を示すブロック図である。
ＡＣ−ＤＣコンバータ６とＤＣ−ＤＣコンバータ７とを接続している電気回路上の点Ｐに、バッテリボックス１９が接続されている。
上記の接続点ＰとバッテリＢとを結ぶ充放電線路に、充放電制御回路１１とバッテリラインスイッチ１６とが直列に介挿接続されている。
符号１２を付して示したのは、上記充放電制御回路１１の入力電源を供給している補助電源回路Ｂである（本例では直流５Ｖおよび直流１２Ｖを供給している）。
この補助電源回路Ｂ１２は、補助電源スイッチ１３を直列に介してＡＣ−ＤＣコンバータ６から給電されている。
従って、この補助電源スイッチ１３が開かれると補助電源回路Ｂ１２は電源を失ってその機能を喪失し、充放電制御回路１１に対する電源供給が断たれる。これにより、バッテリの充電動作が行なわれなくなり、バッテリ電源は停止する。
上記の補助電源回路Ｂ１２は、後に詳しく述べる放電終止回路１７に対しても電源を供給している。

前記ＡＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧を検出するＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センス１５が設けられ、その出力信号は起動回路１４に入力される。
この起動回路１４は、ＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センス１５の出力信号と、補助電源回路Ａの出力電源とを受けて作動し、補助電源スイッチ１３を開閉駆動する。
前記のＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センス１５は、ＡＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖａｄが所定値に達すると起動回路１４を作動させて、補助電源スイッチ１３を閉じさせるようになっている。
このため、ＡＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖａｄが所定値Ｖ３に達するまでは、起動回路１４が補助電源スイッチ１３を閉じさせず、補助電源回路Ｂ１２に給電しないので充放電制御回路１１が作動しない。このためバッテリ電源が起動せず、バッテリへの充電が開始されない。

前記の補助電源スイッチ１３は、一旦閉じられると、起動回路１４が停止しない限り開かないようになっている。その理由は次のとおりである。
停電その他のトラブルによって、コンバータ６の出力電圧Ｖａｄが消失したとき、(Ｖ４以下になったとき)、バッテリボックス１９はバッテリＢに蓄えられたエネルギーによってＤＣ-ＤＣコンバータ７に電力を供給する。この時、当該バッテリボックス１９はバッテリＢによって蓄えられたエネルギーの供給を受けて、当該バッテリボックス１９自身の作動を維持しなければならない。このため、充放電制御回路１１の作動に必要な電源（例えば５ｖ，１２ｖ）を補助電源回路Ｂから与えなければならない。このため、前記の補助電源スイッチ１３を閉じたままに保持する。
ただし、これだけではバッテリを過放電させてしまう虞れが有るので、次に述べるようにして、バッテリが過放電しないうちに放電を遮断する。
バッテリＢと充放電制御回路１１との間にバッテリラインスイッチ１６が介挿接続されるとともに、バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧センス１８が設けられている。
上記バッテリ電圧センス１８は、バッテリの電圧が所定値Ｖ２以下になると放電終止回路１７を作動させてバッテリラインスイッチ１６を開かせる。これにより、バッテリの放電が行われなくなる。

上記のように構成された本発明装置の機能について次に述べる。
図２は、起動／終止電圧値を表したグラフであって、横軸に時間をとり、縦軸に電圧をとってある。
縦軸(電圧)が０の点は、商用電源が停電し、またはＡＣ-ＤＣコンバータ６が故障するなどのトラブルが有った場合である。なお、バッテリボックスが組み込まれている電気装置自身が停止している場合も電圧が０になっている。
縦軸に示した電圧Ｖ１は、補助電源回路Ａが出力を開始する電圧である（詳細後述）。 同じく電圧Ｖ２は、バッテリの放電を終止させる電圧であり（詳細後述）。
電圧Ｖ３は、バッテリ電源が起動し、バッテリ電源の状態に応じて充電を開始する電圧、Ｖ４はバッテリに放電を開始させる電圧である。
次に、詳しく説明する。

（図１と図２とを併せて参照）時間軸上で、時刻Ｔ０以前は電圧ゼロ、すなわちＡＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖａｄが０である。この状態でバッテリボックス１９は、その作動を完全停止している。
時刻Ｔ１で、電圧がＶ１まで上昇すると（条件 Ｖａｄ＞Ｖ１）、補助電源回路Ａ２０がライン（ｅ）で出力を開始し（例えば５ｖ）、起動回路１４はスタンバイ状態となる。

時刻Ｔ２で、ＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センス１５が電圧上昇を検知して、その出力信号を起動回路１４に与える。検出電圧がＶ３に達すると（条件 Ｖａｄ＞Ｖ３）、該起動回路１４は補助電圧スイッチ１３を閉じる。
これにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖａｄはライン（ｂ）を介して補助電源回路Ｂ１２に給電を開始する。該補助電源回路Ｂは出力（例えば５ｖ，１２ｖ）をライン（ｃ）で充放電制御回路１１に給電するとともにライン（ｄ）で放電終止回路１７に給電する。
放電終止回路１７はバッテリラインスイッチ１６を閉じる。
このようにして、ＡＣ−ＤＣコンバータ６の出力電圧Ｖａｄは、ライン（ｆ）−充放電制御回路１１ーライン（ｇ）−バッテリラインスイッチ１６ーバッテリＢの経路で充電が開始され、バッテリボックス１９は充電モードになる。

時刻Ｔ３で停電すると、実線で示したＡＣ／ＤＣ出力電圧（Ｖａｄ）カーブは急激に低下してゼロになる。バッテリボックス１９は、充放電制御回路１１の作用で自動的に放電モードとなり、ＤＣ-ＤＣコンバータ７にはバッテリＢに蓄えられていたエネルギーが供給される。
すなわち、バッテリＢ−バッテリラインスイッチ１６−ライン（ｇ）−充放電制御回路１１ーライン（ｆ）の経路で、矢印ｄのように，ＤＣ−ＤＣコンバータ７に給電される。 これと同時に、バッテリＢ−バッテリラインスイッチ１６−ライン（ｇ）−充放電制御回路１１ーライン（ｆ）−ライン（ａ）を経て補助電源回路Ａ２０に給電されるとともに、バッテリＢ−バッテリラインスイッチ１６−ライン（ｇ）−充放電制御回路１１ーライン（ｂ）−補助電源スイッチ１３を経て補助電源回路Ｂ１２にも給電される。

このようにして電源喪失（Ｖａｄ＝０）に耐えている間に電源が回復すると、本図２の時刻Ｔ１におけると同様の作動に戻り、さらに自動的に時刻Ｔ２におけると同様の作動が行なわれて充電モードに復元する。しかし、問題は停電が長時間継続した場合である。
本図２に鎖線で描いてあるように、時刻Ｔ３で停電した後、放電中のバッテリ電圧は次第に低下する。これを放置しておくと、停電が長時間に及んだ場合、該バッテリが過放電して劣化を早める虞れが有る。

バッテリ電圧が次第に低下して、時刻Ｔ４でＶ２に達すると、バッテリ電圧センス１８の検出信号によって、放電終止回路１７がバッテリラインスイッチ１６を開く。
バッテリラインスイッチ１６が開かれると、図においてライン（ｇ）よりも上の方に在る回路には給電されなくなる。
給電を失った補助電源回路Ａ２０は出力を止める。これにより起動回路１４が停止し、補助電源スイッチ１３が開かれる。
補助電源スイッチ１３が開かれると補助電源回路Ｂが出力を止めるので、充放電制御回路１１および放電終止回路１７が停止する。このようにして、バッテリボックス１９は完全停止の状態になる。

本発明を実施する場合、補助電源回路Ａ２０が起動・停止する電圧Ｖ１、および補助電源回路Ｂが起動・停止する電圧を、放電終止電圧Ｖ２よりも低く設定しておかねばならない。その理由は次のとおりである。
もし仮に、補助電源回路Ａの起動・停止電圧を放電終止電圧Ｖ２よりも高く設定しておくと、放電モードの状態においてバッテリ電圧が次第に低下したとき、バッテリ電圧センス１８が放電終止電圧を検知して放電終止回路１７を作動させる以前に、該補助電源回路Ａが停止して、バッテリボックスが完全停止してしまう。補助電源回路Ｂ１２についても同様である。
このようにして、バッテリＢの電圧が放電終止電圧Ｖ２まで低下しないうちにバッテリボックス１９が完全停止してしまうと、バッテリの充電量に余裕を残して放電を停止することになり、その結果、停電時におけるバッテリのバックアップ能力が充分に発揮されない。

本発明の実施例を描いたブロック図 上記実施例における作動を説明するための、入力電圧／バッテリ電圧の経時変化を表した図表 バッテリボックスを備えた電気装置の従来例を示すブロック図 従来例のバッテリボックスを説明するためのブロック図

符号の説明

４…電気装置
５…電源プラグ
６…ＡＣ−ＤＣコンバータ
７…ＤＣ−ＤＣコンバータ
８…負荷
９…バッテリボックス
１０…メインスイッチ
１１…充放電制御回路
１２…補助電源回路Ｂ
１３…補助電源スイッチ
１４…起動回路
１５…ＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センス
１６…バッテリラインスイッチ
１７…放電終止回路
１８…バッテリ電圧センス
１９…バッテリボックス
２０…補助電源回路Ａ

Claims (4)

1. 装置内蔵タイプバッテリ電源を起動させる方法において、
   予め、バッテリ（Ｂ）の充放電回路中に充放電制御回路（１１）を接続介挿するとともに、該充放電制御回路（１１）の入力電源を供給する補助電源回路Ｂ（１２）を設け、
   かつ上記補助電源回路Ｂ（１２）の作動開始・停止を制御する補助電源スイッチ（１３）を設けておき、
   前記バッテリに充電電力を供給しているＡＣ−ＤＣコンバータ（６）の電圧Ｖａｄが、
   規定値(Ｖ１)となったとき、補助電源回路Ａ（２０）が起動して起動回路（１４）を作動させスタンバイ(Ｖａｄが規定値Ｖ３になることを待っている状態)となり、
   次にＶａｄが規定値(Ｖ３)になったとき、ＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センス（１５）により、これを検出して、その出力信号を起動回路（１４）に入力させ、
   起動回路（１４）は、前記補助電源スイッチ（１３）を閉じて、補助電源回路Ｂ（１２）から充放電制御回路（１１）に対して入力電源を与えることにより、
   上記充放電制御回路（１１）を作動させてバッテリ電源を起動させることを特徴とする、装置内蔵タイプバッテリ電源の起動方法。
2. 前記補助電源スイッチ（１３）を、予め「一度閉じたら、起動回路（１４）が停止しない限り開かない構造」にしておいて、停電などによって前記の電圧Ｖａｄが規定値（Ｖ３）以下になっても、該補助電圧スイッチを閉じた状態に保持して補助電源回路Ｂ（１２）の出力を継続させることを特徴とする、請求項１に記載した装置内蔵タイプバッテリ電源の起動方法。
3. 装置内蔵タイプバッテリ電源を起動させる装置において、
   バッテリ（Ｂ）の充放電回路中に介挿接続された充放電制御回路（１１）と、該充放電制御回路に対してその入力電源を供給している補助電源回路（１２）と、上記補助電源回路の作動開始・停止を制御する補助電源スイッチ（１３）とが設けられており、
   かつ、前記バッテリに充電電力を供給するＡＣ−ＤＣコンバータ（６）の電圧Ｖａｄを検出するＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センス（１５）と、その出力信号を入力される起動回路（１４）および該起動回路に電源を供給する補助電源回路Ａ（２０）とが設けられていて、
   前記ＡＣ−ＤＣコンバータ出力電圧センス（１５）の検出電圧Ｖａｄが規定値まで上昇すると、起動回路（１４）が作動して前記補助電源スイッチ（１３）を閉じるようになっていて、該補助電源スイッチが閉じられると補助電源回路（１２）が充放電制御回路（１１）に対して入力電源を供給して充電動作を始めとして、停電時には放電を可能ならしめる構造であることを特徴とする、装置内蔵タイプバッテリ電源の起動装置。
4. 前記補助電源スイッチ（１３）は、「一度閉じたら、起動回路（１４）が停止しない限り開かない構造」であることを特徴とする、請求項３に記載した装置内蔵タイプバッテリ電源の起動装置。

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