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JP2003309933A - バッテリ充電方法及び該充電方法を実施するバックアップ電源装置 - Google Patents

バッテリ充電方法及び該充電方法を実施するバックアップ電源装置

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JP2003309933A
JP2003309933A JP2002109925A JP2002109925A JP2003309933A JP 2003309933 A JP2003309933 A JP 2003309933A JP 2002109925 A JP2002109925 A JP 2002109925A JP 2002109925 A JP2002109925 A JP 2002109925A JP 2003309933 A JP2003309933 A JP 2003309933A
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芳秀 高橋
Masahiro Hamaogi
昌弘 濱荻
Setsu Tanabe
節 田邉
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隆雄 後藤
Tamahiko Kanouda
玲彦 叶田
Minehiro Nemoto
峰弘 根本
Fumikazu Takahashi
史一 高橋
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Hitachi Information and Telecommunication Engineering Ltd
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Hitachi Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 AC/DC変換部の電源容量を増加させるこ
となく、充電モードに応じて一定電流でバッテリ充電を
行うこと。 【解決手段】 AC/DC変換部101と、該AC/DC
変換部101から出力された直流電圧を所定値の電圧に変
換するDC/DC変換部102と、前記AC/DC変換部1
01からの電流を取り込んで充電を行うバッテリ209とを
備えるバックアップ電源装置300のバッテリ充電方法で
あって、前記AC/DC変換部101の限界電流値bとバ
ッテリに対する急速充電モード又は低速充電モード時の
バッテリ充電電流値eとを回路220及び204によって設定
し、DC/DC変換部の電流値aを検出し、前記限界電
流値bからDC/DC変換部からの電流値aを減算した
バッテリ充電可能な充電可能電流値cと前記モードによ
り設定されたバッテリ充電電流値eを比較し、両電流値
のうちの低電流値によってバッテリ充電を行うもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電源装置における無停
電を行うためのバッテリへのバッテリ充電方法及び、該
充電方法を実施するバックアップ電源装置に係り、特に
AC/DC変換部に負荷を与えずに好適にバッテリ充電
を行うことができるバッテリ充電方法及び該充電方法を
実施するバックアップ電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にコンピュータシステムにおける周
辺装置は、定電源を確保するための電源装置と停電時に
対応するための無停電装置(UPS)が接続されてい
る。この従来技術による電源システムは、図2に示す如
く、交流電源200から電流Iin及び電圧Vinから成る
電力を入力としてバッテリ充電を行う無停電装置500
と、該無停電装置500からの交流電圧を直流電圧に変
換して負荷装置300に出力する電源装置100とから
構成され、前記無停電装置500は、入力電圧VinをA
C/DC変換部1により直流電圧に変換し、電圧V
DC/AC変換部2により交流に戻してから次段の電源
装置100に供給すると共に電流Iを充放電回路3を
介してバッテリ4に充電するものであり、電源装置10
0は、無停電装置500からの交流電圧をAC/DC変
換部101により直流に変換し、更にDC/DC変換部
102により所定電圧の直流電流を負荷装置300に供
給する様に構成され、充放電回路3がAC/DC変換部
1の出力から指定されたワット数の電力をバッテリ4に
充電する様に構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この様に構成された電
源システムは、負荷装置300の必要とする電力によっ
て電流値が変化するため、AC/DC変換部及びDC/
DC変換部の容量を、負荷装置の必要とする電流に応じ
て大容量に設計する必要があると言う不具合があった。
例えば負荷装置が複数の磁気ディスク装置が接続された
場合は、磁気ディスク装置の電源投入時の起動電流や装
置立ち上がり時の突入電流が大きく、これら起動電流等
に対応することができる大容量に設計しなければならな
かった。
【0004】更に従来システムは、バッテリの充電特性
をワット数で指定しているため、入力電圧が変動した場
合や負荷装置の電力が変動した場合は、充電電流も変化
し、例えば充電電流が微少な場合は充電時間が冗長にな
りバッテリの回復が遅くなり、逆に充電電流が過大な場
合は過充電になり、危険な状態になると言う不具合が有
った。
【0005】更に従来システムは、例えばバッテリの消
耗が多く、急速に充電しなければならない場合でも、指
定されたワット数で充電を行うために充電時間が冗長に
なると言う不具合があった。
【0006】本発明の目的は、前述の従来技術による不
具合を除去することであり、バッテリへの充電電流をバ
ッテリの消耗度合いに応じて一定に保つことができるバ
ッテリ充電方法及び該充電方法を実施するバックアップ
電源装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明は、交流電圧を直流電圧に変換するAC/DC変
換部と、該AC/DC変換部から出力された直流電圧を
所定値の電圧に変換するDC/DC変換部と、前記AC
/DC変換部から電流を取り込んで充電を行うバッテリ
とを備えるバックアップ電源装置のバッテリ充電方法に
おいて、前記AC/DC変換部の限界電流値bとバッテ
リに対する急速充電モード又は低速充電モード時のバッ
テリ充電電流値eとを設定し、前記DC/DC変換部の
電流値aを検出し、前記限界電流値bからDC/DC変
換部からの電流値aを減算したバッテリ充電可能な充電
可能電流値cと前記モードにより設定されたバッテリ充
電電流値eを比較し、両電流値のうちの低電流値によっ
てバッテリ充電を行うことを第1の特徴とする。
【0008】更に本発明は、交流電圧を直流電圧に変換
するAC/DC変換部と、該AC/DC変換部から出力
された直流電圧を所定値の電圧に変換するDC/DC変
換部と、前記AC/DC変換部から電流を取り込んで充
電を行うバッテリとを備えるバックアップ電源装置であ
って、前記AC/DC変換部の限界電流値bを設定する
第1の設定回路と、バッテリに対する急速充電モード又
は低速充電モード時のバッテリ充電電流値eを設定する
第2の設定回路と、前記DC/DC変換部からの電流値
aを検出する電流検出回路と、前記限界電流値bからD
C/DC変換部からの電流値aを減算したバッテリ充電
可能な充電可能電流値cと前記モードにより設定された
バッテリ充電電流値eを比較し、両電流値のうちの低電
流値によってバッテリ充電を行う回路とを備えることを
第2の特徴とする。
【0009】
【発明実施の形態】以下、本発明の一実施形態によるバ
ッテリ充電方法及びバックアップ電源装置を図面を参照
して詳細に説明する。図1は本実施形態によるバッテリ
充電方法を適用したバックアップ電源装置の主な回路構
成を示す図である。
【0010】まず本実施形態によるバックアップ電源装
置は、交流電源と負荷装置間に配置され、ニッケル水素
電池をバッテリとして使用するものであって、該バッテ
リの放電量に伴い、バッテリの充電量が小さい場合は所
定の大電流によって充電を行う急速充電モード(例え
ば、容量が3Ahのバッテリの場合、6Aによる急速充
電)と、バッテリの充電量が大きい場合は所定の小電流
によって充電を行う低速充電モード(例えば、容量が3
Ahのバッテリの場合、0.6Aによる低速充電)とを
持ち、図1に示す如く、従来と同等のAC/DC変換部
101とDC/DC変換部102と、前記DC/DC変
換部102の出力電流値を入力部にて電圧値として検出
する電流検出部5と、該電流検出部5の両端から延びる
線路間に挿入されるコンデンサ210と、該線路の一方
の線路に設けられるダイオード211及びMOSFET
213から成る並列回路と、該並列回路の出力及び前記
線路の他方間に挿入されるダイオード212と、チョー
クコイル214と、バッテリ209と、該バッテリ20
9に供給される電流値を電圧値として検出する検出回部
206とを備え、前記コンデンサ210/ダイオード2
12/MOSFET213/チョークコイル214が降
圧回路を構成し、前記MOSFET213が後述する指
令信号によってオン/オフ制御されることによってバッ
テリ209への充電が行われる様に構成されている。
尚、本実施形態においてはニッケル水素電池をバッテリ
として使用する例を説明するが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。
【0011】このMOSFET213をオン/オフする
回路構成は、電流値を電圧値に変換して制御を行うもの
であって、前記AC/DC変換部101の限界電流値を
電圧値bとして予め設定するための設定回路220と、
前記電流検出部5及び設定回路220の両出力abを入
力として限界値bから検出値aを減算する減算器201
と、該減算器201の出力cと後述するスライスレベル
hを入力とし、掛け算を行う掛け算器202と、バッテ
リ209への充電すべき電流値を急速又は低速モードに
応じた電圧値eとして設定するための充電電流値設定回
路204と、該設定回路204から指定された電圧値e
と前記掛け算器202の出力dとを比較して低レベルの
値fを出力する比較器203と、該比較器203の出力
fと前記バッテリ電流検出部206からの出力gを入力
として減算することによりスライスレベルhを出力する
減算器208と、所定の三角波信号iを出力する三角波
発生回路205と、前記スライスレベルhと前記三角波
発生回路205からの三角波信号iを入力とし、前記ス
ライスレベルhによって指定された幅のパルス信号jを
出力することによってMOSFET213を駆動するパ
ルス発生器207とを備える。尚、前記モードの切替
は、バッテリ209の電圧値を図示しない回路によって
検出し、充電量に応じて切り換えるものである。
【0012】<急速充電モードの動作説明>この回路
は、まず、AC/DC変換器101の能力である出力電
流の限界値を電圧bとして設定回路220により設定す
ると共に、バッテリ209に充電すべき電流値を設定回
路204により電圧eとして指定し、前記限界値の電圧
bから実際にDC/DC変換部102に供給している電
流検出回路5からの電圧値aを減算器201により減算
し、現在、AC/DC変換部の能力からDC/DC変換
部に供給している電流値を引いた値、即ち、バッテリ充
電可能な電流に相当する電圧cを出力する。ここで、例
えば、AC/DC変換部の限界が15A(設定回路22
0の出力bが15V)、電流検出回路5により検出した
電流が5A(出力aが5V)、バッテリの消耗が多く急
速充電モードで6Aでの充電が充電電流値設定回路20
4により6Vとして設定され、減算器201は差分10
Vを出力した場合(掛け算器202の動作は後述)、比
較器203には出力dの10Vと設定回路204の出力
eの6Vが入力され、比較器203から低い値である6
Vが出力fとして出力される。
【0013】ここでバッテリ電流検出回路206の出力
gが6V、即ち適正な場合は減算器208の出力は0と
なり、現在のスライスレベルhが維持され、6Aによる
バッテリ充電が保持され、バッテリ電流検出回路206
の出力gが8V、即ち過大な場合は減算器208により
g−f(8V−6V)=2Vがスライスレベルhとして
出力され、パルス発生器207からの三角波信号iのパ
ルス幅を狭めた出力jによりMOSFET213を駆動
することによって、バッテリ209へ供給する電流値を
6Aに下げる様に動作し、逆にバッテリ電流検出回路2
06の出力gが4V、即ち少ない場合は減算器208に
よりg−f(4V−6V)=−2Vがスライスレベルh
として出力され、パルス発生器207からの三角波信号
iのパルス幅を広めた出力jによりMOSFET213
を駆動することによって、バッテリ209へ供給する電
流値を6Aに上げる様に動作する。
【0014】従って本実施形態によるバックアップ電源
装置は、急速充電モードの場合、充電電流設定回路20
4によって指定した急速充電電流を6Aに維持しながら
バッテリ充電を行うことができる。また本実施形態は、
負荷装置の必要とする電力が増大した場合、その増大を
電流検出回路5により検出し、バッテリ充電に使用でき
る電流値を減算器201から出力cとして出力し、6V
を下回る場合は比較器203の出力が当該下回った電流
値に相当する電圧値を出力するため、MOSFET21
3による充電電流値を下げることによって、負荷が増大
した場合であってもAC/DC変換部の能力の範囲内且
つ急速にバッテリ充電を行うことができる。逆に負荷が
減収した場合においては比較器203から6Vが出力さ
れるため、バッテリ209の過充電を防止することもで
きる。
【0015】尚、前述の掛け算器202は、前述した様
に減算器201の出力cと後述するスライスレベルhを
入力とし、掛け算を行うことによって、入力電圧とバッ
テリ電圧の比率を示すパラメータであるデューティを検
出して電流値の補正を行うものである。例えば、バッテ
リ電流検出器206で検出した電流値が2A、AC/D
C変換器101の出力電圧が48V、バッテリ電圧が3
0Vのとき、実際には、バッテリ209に対して[2A
×(出力電圧/バッテリ電圧)=2A×(48V/30
V)]=3.2Aまで充電することができ、この補正を
行うものである。
【0016】<低速充電モードの動作説明>このモード
時の回路は、前述の設定回路220による限界値の電圧
bによる設定、設定回路204による充電すべき電流値
の電圧eによる設定、充電電流値設定回路204による
低速充電モードによる0.6Vの設定が成されているも
のとする。ここで、本回路は、前記限界値の電圧bから
実際にDC/DC変換部102に供給している電流検出
回路5からの電圧値aを減算器201により減算し、現
在、AC/DC変換部の能力からDC/DC変換部に供
給している電流値を引いた値、即ち、バッテリ充電可能
な電流に相当する電圧cを出力する。ここで、例えば、
AC/DC変換部の限界が15A(設定回路220の出
力bが15V)、電流検出回路5により検出した電流が
5A(出力aが5V)、バッテリの消耗が少ない低速充
電モードで0.6Aでの充電が充電電流値設定回路20
4により0.6Vとして設定されていた場合、減算器2
01は差分10Vを出力し(掛け算器202の動作は除
く)、比較器203には出力dの10Vと設定回路20
4の出力eの0.6Vが入力され、比較器203から低
い値である0.6Vが出力fとして出力される。
【0017】ここでバッテリ電流検出回路206の出力
gが0.6V、即ち適正な場合は減算器208の出力は
0となり、現在のスライスレベルhが維持され、0.6
Aによるバッテリ充電が保持され、バッテリ電流検出回
路206の出力gが8V、即ち過大な場合は減算器20
8によりg−f(8V−0.6V)=7.4Vがスライ
スレベルhとして出力され、パルス発生器207からの
三角波信号iのパルス幅を狭めた出力jによりMOSF
ET213を駆動することによって、バッテリ209へ
供給する電流値を0.6Vに下げる様に動作し、逆にバ
ッテリ電流検出回路206の出力gが0.2V、即ち少
ない場合は減算器208によりg−f(0.2−0.6
V)=−0.4Vがスライスレベルhとして出力され、
パルス発生器207からの三角波信号iのパルス幅を広
めた出力jによりMOSFET213を駆動することに
よって、バッテリ209へ供給する電流値を0.6Vに
上げる様に動作する。
【0018】従って本実施形態によるバックアップ電源
装置は、低速充電モードの場合、充電電流設定回路20
4によって指定した低速充電電流を0.6Aに維持しな
がらバッテリ充電を行うことができる。
【0019】この様に本実施形態によるバックアップ電
源装置は、予めAC/DC変換器の限界電流値の設定、
急速又は低速充電モードによる充電電流の設定を行い、
各モードにより指定された一定電流値によってバッテリ
充電を行うことができ、このため急速充電モード時には
短時間にバッテリ充電を行うことにより過充電を防止す
ることができ、低速充電モード時には少ない充電電流に
よりバッテリ充電を行うことによりAC/DC変換部に
影響がない範囲でバッテリ充電を行うことができる。
【0020】更に本実施形態によるバックアップ電源装
置は、予めAC/DC変換器の限界電流値を設定すると
共に負荷装置に供給しているDC/DC変換部の供給電
流を検出し、両者の差分の範囲内でバッテリ充電を行う
ため、AC/DC変換部の容量を必要最低限に抑えるこ
とができる。
【0021】具体的に説明すると、高速充電モードの場
合、従来技術においてはAC/DC変換部の負荷が通常
5Aで周期的に13A必要となるとき、AC/DC変換
部は13Aに充電用電流値6Aを加え、更にマージンを
考慮した20A以上の大容量にしなければならなかった
が、本実施形態においては、AC/DC変換部1の電流
限界値を設定し、この限界値からDC/DC変換部に供
給されている検出電流値減算した値(出力c)の範囲内
で、モードにより設定された充電電流値により充電を行
うため、即ち、従来の如く設定されたワット数に従った
電流値を設定しないため、大容量のAC/DC変換部を
不必要とすることができる。
【0022】またDC/DC変換部負荷が5A→13A
(20s間)→5Aと変化するとき、バックアップ電源
の取り込み電流は6A→2A(20s間)→6Aとなる
ため、AC/DC変換部は11A→15A→11Aと従
来に比べて低容量にすることができる。
【0023】尚、前記実施形態においては、電流値を一
旦電圧値に変換してバッテリへの充電電流をモードに応
じて一定値に保つ例を説明したが本発明は、これに限ら
れるものではなく、電流値そのものを検出して制御する
様に構成しても良い。
【0024】
【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、AC/
DC変換部の限界電流値bとバッテリに対する急速充電
モード又は低速充電モード時のバッテリ充電電流値eと
を設定し、DC/DC変換器の電流値aを検出し、前記
限界電流値bからDC/DC変換器の電流値aを減算し
たバッテリ充電可能な充電可能電流値cと前記モードに
より設定されたバッテリ充電電流値eを比較し、両電流
値のうちの低電流値によってバッテリ充電を行うことに
よって、バッテリへの充電電流をバッテリの消耗度合い
に応じて一定に保つことができると共にAC/DC変換
部の容量を小容量とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるバックアップ電源装
置の主な回路構成を示す図。
【図2】従来技術による電源システムを説明するための
図。
【符号の説明】
101:AC/DC変換部、102:DC/DC変換
部、200:交流電源、300:負荷装置、5:電流検
出部、201:減算器、202:掛け算器、203:比
較器、204:充電電流設定回路、205:三角波発生
回路、207:パルス発生回路、208:減算器、20
9:バッテリ、220:AC/DC変換部の限界電流設
定回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱荻 昌弘 神奈川県足柄上郡中井町グリーンテクなか い 日立コンピュータ機器 株式会社内 (72)発明者 田邉 節 神奈川県足柄上郡中井町グリーンテクなか い 日立コンピュータ機器 株式会社内 (72)発明者 後藤 隆雄 神奈川県足柄上郡中井町グリーンテクなか い 日立コンピュータ機器 株式会社内 (72)発明者 叶田 玲彦 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 根本 峰弘 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 史一 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 5G003 AA01 BA01 CA02 GB03 GB06 5H030 AA02 AA03 AA09 AS03 BB01 BB21 FF42

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電圧を直流電圧に変換するAC/D
    C変換部と、該AC/DC変換部から出力された直流電
    圧を所定値の電圧に変換するDC/DC変換部と、前記
    AC/DC変換部から電流を取り込んで充電を行うバッ
    テリとを備えるバックアップ電源装置のバッテリ充電方
    法であって、前記AC/DC変換部の限界電流値bとバ
    ッテリに対する急速充電モード又は低速充電モード時の
    バッテリ充電電流値eとを設定し、前記DC/DC変換
    部の電流値aを検出し、前記限界電流値bからDC/D
    C変換部からの電流値aを減算したバッテリ充電可能な
    充電可能電流値cと前記モードにより設定されたバッテ
    リ充電電流値eを比較し、両電流値のうちの低電流値に
    よってバッテリ充電を行うことを特徴とするバッテリ充
    電方法。
  2. 【請求項2】 交流電圧を直流電圧に変換するAC/D
    C変換部と、該AC/DC変換部から出力された直流電
    圧を所定値の電圧に変換するDC/DC変換部と、前記
    AC/DC変換部から電流を取り込んで充電を行うバッ
    テリとを備えるバックアップ電源装置であって、前記A
    C/DC変換部の限界電流値bを設定する第1の設定回
    路と、バッテリに対する急速充電モード又は低速充電モ
    ード時のバッテリ充電電流値eを設定する第2の設定回
    路と、前記DC/DC変換部からの電流値aを検出する
    電流検出回路と、前記限界電流値bからDC/DC変換
    部からの電流値aを減算したバッテリ充電可能な充電可
    能電流値cと前記モードにより設定されたバッテリ充電
    電流値eを比較し、両電流値のうちの低電流値によって
    バッテリ充電を行う回路とを備えることを特徴とするバ
    ックアップ電源装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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