(57)【要約】      （修正有）【課題】異常報知に疎漏なく対応して確実な電源バックアップ機能の維持が可能な電源装置を提供する。【解決手段】電源兼充電装置１からラインＬ+、Ｌ- を介して負荷装置２に、直流電力が供給されるように構成した上で、ラインＬ+、Ｌ- に二次電池３を並列に接続してバックアップが得られるようにした電源装置において、電源兼充電装置１の＋側電源端子とラインＬ+ の間に周期的にオンオフ制御されるスイッチ部１０１を設け、スイッチ部１０１がオフのとき、電圧測定部１０２では、二次電池３からラインＬ+、Ｌ- に現れている電圧だけが測定され、これにより二次電池３に関する異常も検出できるようにしたもの。スイッチ部１０１がオフされたときの負荷装置２の電源電圧はコンデンサ１１が維持する。【選択図】図１
2011176987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線から給電され所望の電圧の直流を出力する電源兼充電装置と、当該電源兼充電装置の出力に給電線路を介して接続された負荷装置と、前記電源兼充電装置の＋側電源端子と前記給電線路の＋側ラインの間に順方向に接続された第１のダイオードと、前記＋側ラインと前記負荷装置の＋側電源端子の間に順方向に接続された第２のダイオードと、前記＋側ラインと−側ラインに接続された二次電池とを備えた電源装置において、
前記第１のダイオードと前記＋側ラインの間に接続されたスイッチ回路と、
前記＋側ラインと前記−側ラインの間に現れる直流電圧を測定する電圧測定部と、
前記スイッチ回路を予め設定してある周期毎に予め設定してある時間だけオフにするスイッチ制御手段と、
前記負荷装置の電源端子間に並列に接続されたコンデンサとを設け、
前記スイッチ制御手段により前記スイッチ回路がオンオフ動作されている状態で前記電圧測定部による電圧の測定値が予め設定してある異常検出用の電圧以下になったとき、異常が報知されるように構成したことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックアップ用の二次電池を備えた電源装置に係り、特に、浮動充電状態にしてある二次電池をパックアップに用いた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータなど、各種の電子機器の動作には、当然のこととして電力が必要であり、このため電源装置が不可欠である。
しかも、ここでコンピュータなど各種のデータを電子的に処理する電子機器の場合、電源装置による電力の供給が一瞬でも途切れたとすれば、処理中のデータが喪失してしまう虞がある。
ここで、このような電力供給の瞬間的な途切れのことは、一般に“瞬断”と呼ばれているが、このような瞬断に配慮した電源装置として、一方では、コンデンサを用いて電源供給のバックアップが得られるようにした技術が従来から知られている(例えば特許文献１参照)。
【０００３】
また、他方では、二次電池により電源がバックアップされた状態で動作させるようにした電源装置も従来から知られており、図２はその一例を示したものである。
ここで、この図２の従来技術においては、電力線(商用電力線)から給電されている安定化直流電源装置などの電源兼充電装置１を用い、その＋側と−側の電源端子からコンピュータなどの負荷装置２に、２本のラインＬ+、Ｌ- からなる給電線路を介して直流電力が供給されるように構成した上で、ラインＬ+、Ｌ- に二次電池３を並列に接続したものである。なお、この二次電池には、例えばリチウムイオン電池が用いられる。
【０００４】
このとき、一方のラインＬ+ にはダイオード４とダイオード５を順方向に直列に接続し、これらダイオード４、５の間に二次電池３の＋端子が接続されるようにし、これにより、通常は電源兼充電装置１から負荷装置２に電力が供給され、且つ、これと共に電源兼充電装置１から二次電池３に常時充電が行われているという状態、いわゆる浮動充電状態が得られるようにしている。
なお、二次電池３としては、例えばリチウムイオン電池を用いれば良い。
【０００５】
従って、この後、何等かの理由、例えば停電などにより電源兼充電装置１からの電力供給が停止したときは、ダイオード４の働きにより、二次電池２が電源兼充電装置１から電気的に隔離されるので、そのままで途切れることなく連続的に二次電池２から負荷装置２に電力が供給されるようになり力が途切れることなく連続的に供給されるようになり、瞬断も含め、停電時にも負荷装置２を動作状態に維持することができるというバックアップ機能が得られることになる。
【０００６】
また、この従来技術においては、二次電池３と電力供給ラインの間に更にヒューズ６が設けてあり、二次電池３に過大な電流が流れたとき溶断し、それ以上過大な電流が二次電池３に流れないようにする。
そして、これにより二次電池３が充電状態にあるときは、電源兼充電装置１から過大な充電電流が二次電池３に流れないように保護し、停電などに際して二次電池３から負荷装置２に電力が供給されている状態になったときは、二次電池３から負荷装置２に過大な電流が流れないように保護する働きが得られるようにしてある。
【０００７】
更に、この電源装置の場合、電圧監視装置７を備え、ラインＬ+ とラインＬ- の間に現れる直流電圧を計測し、ラインＬ+ とラインＬ- の間の直流電圧が予め設定してある電圧以下になったとき、警報音や警告灯、画面表示などの報知手段により異常が報知されるようにしてあり、この結果、電源装置による電源バックアップ機能に異常が発生した場合には、直ちに異常発生が報知される。
【０００８】
従って、この従来技術の電源装置によれば、二次電池３による電源バックアップ機能の喪失を知らぬまま放置してしまう虞がなくなり、停電などに際して処理中のデータが喪失してしまうという事態の発生を未然に防ぎ、この結果、コンピュータなど、各種の電子機器の信頼性維持に寄与することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−４４４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来技術は、異常の態様によっては対応できない場合がある点に配慮がされておらず、異常検出に疎漏が生じてしまうという問題があった。
すなわち、上記従来技術の場合、図２において、二次電池３からラインＬ+、Ｌ- に至る接続経路に異常が生じた場合は検出できず、従って、異常検出に疎漏が生じてしまうのである。
【００１１】
具体的に説明すると、電圧監視装置７は、ラインＬ+、Ｌ- に現れている電圧を取り込んで計測しているが、ここで、電力線に停電(瞬断を含む)が無く、正常に電力が供給されている状態では、ラインＬ+、Ｌ- には、供給電源兼充電装置１から定格値の直流電圧が出力されており、従って、このとき、たとえ二次電池３からラインＬ+、Ｌ- に至る接続経路に異常が生じていたとしても、電圧監視装置７では異常が検出されることはなく、正常に機能しているものとされてしまう。
【００１２】
ここで、二次電池３からラインＬ+、Ｌ- に至る接続経路に異常が生じた場合の具体例には、例えば次の事例が挙げられる。
(a) 二次電池３の端子とラインＬ+、Ｌ- の接続路に断線が生じた場合。
(b) ヒューズ６が溶断した場合。
(c) 二次電池３の端子部分で電線の接続が外れた場合。
従って、これらの場合、電圧監視装置７では異常が検出されることはなく、正常に機能しているものとされてしまうことになる。
【００１３】
しかして、ここで、いま、電力線に停電(瞬断を含む)が発生したとする。
そうすると、今度は、ラインＬ+、Ｌ- に現れていた電圧が喪失してしまうので、電圧監視装置７による異常報知が為されることになる。
しかし、このとき二次電池３による電圧はラインＬ+、Ｌ- に現れていないので、とき既に遅く、ここで負荷装置２に対する電源供給は途切れてしまうことになり、従って、異常報知は得られるが、電源バックアップ機能は喪失してしまうことになる。
【００１４】
これは、この電源装置の場合、電圧監視装置７により異常が検出されるのは、電源兼充電装置１からの電力供給と二次電池３からの電力供給の双方が重なって失われてしまった場合だけに限られるからである。
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点にも対処可能で、的確な異常報知による確実な電源バックアップ機能の維持が可能な電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、電力線から給電され所望の電圧の直流を出力する電源兼充電装置と、当該電源兼充電装置の出力に給電線路を介して接続された負荷装置と、前記電源兼充電装置の＋側電源端子と前記給電線路の＋側ラインの間に順方向に接続された第１のダイオードと、前記＋側ラインと前記負荷装置の＋側電源端子の間に順方向に接続された第２のダイオードと、前記＋側ラインと−側ラインに接続された二次電池とを備えた電源装置において、前記第１のダイオードと前記＋側ラインの間に接続されたスイッチ回路と、前記＋側ラインと前記−側ラインの間に現れる直流電圧を測定する電圧測定部と、前記スイッチ回路を予め設定してある周期毎に予め設定してある時間だけオフにするスイッチ制御手段と、前記負荷装置の電源端子間に並列に接続されたコンデンサとを設け、前記スイッチ制御手段により前記スイッチ回路がオンオフ動作されている状態で前記電圧測定部による電圧の測定値が予め設定してある異常検出用の電圧以下になったとき、異常が報知されるようにして達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、常閉接点型スイッチがオフされたとき、電圧測定部では二次電池の電圧だけが計測されるようになり、この結果、本発明によれば、二次電池から給電線路に至る接続経路に異常が生じた場合も含めて常に的確な異常報知が得られるようになる。
また、この結果、本発明によれば、電源バックアップ機能の喪失を知らぬまま放置してしまう虞がなくなり、停電などに際して処理中のデータが喪失してしまうという事態の発生を未然に防ぎ、コンピュータなど、各種の電子機器の信頼性維持に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る電源装置の実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】従来技術による電源装置の一例を示すブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る電源装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態で、ここで、まず、電源兼充電装置１と負荷装置２、二次電池３、ダイオード４、５は、図２により説明した従来技術に係る電源装置と同じである。
従って、この実施形態は、図２により説明した従来技術に係る電源装置から電圧監視装置７を除き、代りにスイッチ部１０１と電圧測定部１０２を備えた電圧監視装置１０を設け、更にコンデンサ１１を追加したものに相当する。
【００１９】
ここで、まず、スイッチ部１０１は、図示のように、電源兼充電装置１の＋側電源端子とラインＬ+ の間に挿入した形で接続され、図示してないスイッチ制御手段により開閉制御されるように構成されている。
そして、このときのスイッチ部１０１の開閉制御は周期ｐで繰り返され、その都度、オン(回路接続状態)からオフ(回路遮断状態)に切り替えられ、時間τだけオフにされる。このときの周期ｐとオフ時間τについては後で詳述する。
なお、図では、スイッチ部１０１が機械的スイッチを表わすシンボルで描かれているが、半導体スイッチでも良い。
【００２０】
次に、電圧測定部１０２は、ラインＬ+ とラインＬ- に接続され、これらラインＬ+、Ｌ- の間に現れている電圧を測定する機能と、ラインＬ+ とラインＬ- の間の直流電圧が予め設定してある電圧以下になったとき、警報音や警告灯、画面表示などの報知手段により異常を報知する機能とが得られるように構成されている。
【００２１】
一方、コンデンサ１１は、所望の静電容量Ｃを備え、図示のように、負荷装置２の電源端子間に並列に接続されることにより電荷を蓄え、これにより、いわゆる電源バックアップ用コンデンサとして機能する。
このため、コンデンサ１１としては、例えば電気二重層コンデンサなど、比較的大きな静電容量(ファラッド(Ｆ)単位の静電容量)が容易に得られるコンデンサで構成するのが望ましい。しかし、通常の電解コンデンサでもよい。
なお、このときの静電容量Ｃの値についても、詳細は後述する。
【００２２】
次に、この実施形態の動作について説明する。
まず、この実施形態においても、通常は電源兼充電装置１から負荷装置２に電力が供給され、且つ、これと共に電源兼充電装置１から二次電池３に常時充電が行われているという状態、いわゆる浮動充電状態が得られる点は、従来技術の場合と同じである。
【００２３】
そして、この後、何等かの理由、例えば停電などにより電源兼充電装置１からの電力供給が停止したときは、ダイオード４の働きにより、二次電池２が電源兼充電装置１から電気的に隔離されるので、そのままで二次電池２から負荷装置２に電力が供給されるようになり、この結果、電力が途切れることなく連続的に供給されるようになり、瞬断も含め、停電時にも負荷装置２を動作状態に維持することができるというバックアップ機能が得られる点も、やはり従来技術の場合と同じである。
【００２４】
また、この実施形態でも、二次電池３と電力供給ラインの間に更にヒューズ６が設けてあるので、二次電池３に過大な電流が流れたとき溶断し、それ以上過大な電流が二次電池３に流れないようにされ、これにより二次電池３が充電状態にあるときは、電源兼充電装置１から過大な充電電流が二次電池３に流れないように保護し、停電などに際して二次電池３から負荷装置２に電力が供給されている状態になったときは、二次電池３から負荷装置２に過大な電流が流れないように保護する働きが得られる点も、従来技術の場合と同じである。
【００２５】
次に、この実施形態が、電圧監視装置１０とコンデンサ１１を備えたことにより得られる動作、つまり従来技術とは異なる動作について説明する。
まず、電圧監視装置１０のスイッチ部１０１は、上記したように、周期ｐでオンからオフにされ、このときオフされる期間は時間τである。
従って、システムが動作しているとき、このスイッチ部１０１は、通常はオンであるが、予め設定してある周期ｐ毎に予め設定してある時間τだけオフにされる動作を繰り返していることになる。
【００２６】
そして、まず、スイッチ部１０１がオンのときについてみると、これは、当然のこととして、図２で説明した従来技術の場合と同じであるが、一応、詳しく説明すると、まず、このとき電圧測定部１０２では、電源兼充電装置１からダイオード４(第１のダイオード)を介してラインＬ+、Ｌ- に現れている電圧が測定される。
【００２７】
そこで、いま、停電もなく、電源兼充電装置１にも異常がなく、二次電池３にも異常がなく、二次電池３からラインＬ+、Ｌ- に至る接続線にも異常がなく、ヒューズ６も溶断していない場合を想定し、このときスイッチ部１０１がオンであった場合を「ケース１」と規定する。
そうすると、この「ケース１」の場合、二次電池３は浮動充電状態でバックアップに備えた状態にあり、従って、ラインＬ+、Ｌ- には、主として電源兼充電装置１から出力されている直流電圧の電圧値で決る電圧ＥA が現れている。
【００２８】
このとき電圧測定部１０２には、予め所望の異常判定電圧Ｅth(＜ＥA)が設定してあるので、異常が検知されることはなく、報知されることもない。
つまり、この「ケース１」の場合、この実施形態でも図２で説明した従来技術の場合と同じである。
【００２９】
次に、停電がなく電源兼充電装置１にも異常はないが、二次電池３に異常が発生していた場合、又は二次電池３からラインＬ+、Ｌ- に至る接続線に異常が発生していた場合、或いはヒューズ６が溶断していた場合の何れかを想定し、このときスイッチ部１０１がオンであった場合を「ケース２」と規定する。
そうすると、この「ケース２」の場合、スイッチ部１０１がオンなので、ラインＬ+、Ｌ- には、電源兼充電装置１から出力されている直流電圧が依然として現れており、従って、この「ケース２」の場合も異常が検知されることはなく、報知されることもない点で、図２で説明した従来技術の場合と同じである。
【００３０】
また、反対に、二次電池３には異常がなく、二次電池３からラインＬ+、Ｌ- に至る接続線にも異常がなく、ヒューズ６も溶断していないが、しかし、停電が発生し、又は電源兼充電装置１に異常が発生した場合を想定し、このときスイッチ部１０１がオンであった場合を「ケース３」と規定する。
しかしながら、この「ケース３」の場合も、ラインＬ+、Ｌ- には、二次電池３から出力されている直流電圧が依然として現れており、従って、この「ケース３」の場合も異常が検知されることはなく、報知されることもない点で、図２で説明した従来技術の場合と同じである。
【００３１】
次に、スイッチ部１０１がオフにされた場合、電源兼充電装置１の出力はラインＬ+、Ｌ- から切り離されてしまう。
従って、このとき電圧測定部１０２では、ダイオード５があるので、二次電池３から接続線を介してラインＬ+、Ｌ- に現れている電圧だけが測定される。
そこで、このとき二次電池３には異常がなく、また、このとき二次電池３からラインＬ+、Ｌ- に至る接続線にも異常がなく、且つヒューズ６も溶断していないとすれは、ラインＬ+、Ｌ- には二次電池３の出力電圧ＥB(≒ＥA)が現れている。
このとき電圧測定部１０２は、予め所望の電圧値Ｅth(＜ＥB)の異常判定電圧が設定してあり、従って、このときも異常が検知されることはない。
【００３２】
そこで、今度は、二次電池３に何らかの異常が発生した場合、又は二次電池３からラインＬ+、Ｌ- に至る接続線に異常が発生した場合、或いはヒューズ６に溶断が発生した場合を想定し、このときスイッチ部１０１がオフであった場合を「ケース４」と規定する。
そうすると、この「ケース４」の場合、たとえ停電がなく、電源兼充電装置１にも異常がないとしても、とにかくスイッチ部１０１がオフされているので、電圧測定部１０２では、二次電池３からラインＬ+、Ｌ- に現れているであろう電圧が測定される。
【００３３】
従って、このとき、二次電池３に何らかの異常が発生していたとすれは、確実に異常が検出され、報知が為される。
また、このとき、二次電池３からラインＬ+、Ｌ- に至る接続線に異常が発生していた場合も同じで、やはり確実に異常が検出され、報知が為される。
更に、このとき、ヒューズ６が溶断していた場合もやはり同じで、同じく確実に異常が検出され、報知が為される。
【００３４】
従って、この実施形態によれば、従来技術では検出できず、異常発生が報知できなかった以下の場合でも確実に異常が検出でき、バックアップ機能を維持することができる。
(a) 二次電池３の端子とラインＬ+、Ｌ- の接続路に断線が生じた場合。
(b) ヒューズ６が溶断した場合。
(c) 二次電池３の端子部分で電線の接続が外れた場合。
【００３５】
次に、この実施形態においてスイッチ部１０１に設定される周期ｐと時間τについて説明する。
まず、周期ｐ、つまりスイッチ部１０１がオンからオフに切り替えられる周期については、負荷装置３の動作に支障を来さない範囲で短く設定するのが望ましい。
周期ｐを短くすればスイッチ部１０１がオフされる頻度が高くなり、その分、二次電池３によるバックアップ機能が喪失されていることを停電の発生や電源兼充電装置１の異常発生にさきがけて検出できる確率が高くなるからである。
【００３６】
そして、この場合、バックアップ機能の喪失について適切な対応をとるのに余裕が得られ、その分、適切な対応が可能になるからである。
なお、この周期ｐについては実験的に決めれば良いが、実用上の一応の目安としては、分(minute)単位の時間が考えられる。
【００３７】
次に、時間τ、つまりスイッチ部１０１がオンからオフに切り替えられ、オフ状態を保っている時間については、コンデンサ１１による負荷装置２の電源バックアップが可能な時間を勘案して設定するのが望ましい。
スイッチ部１０１がオフされたとき、負荷装置２に対する電力供給は二次電池２に依存している。そして、このとき、二次電池２による電力供給が得られない場合、負荷装置２に対する電力供給はコンデンサ１１による電源バックアップに依存する。
【００３８】
ところで、コンデンサの電圧は、いうまでもなく蓄積されている電荷量に依存し、従って、電力を取り出した場合、時間と共に低下するから、コンデンサ１１により電源バックアップされる時間、つまり時間τは短い方が望ましい。
もしも時間τが不必要に長く設定されていたとすれば、周期ｐ毎に負荷装置２の電源電圧が脈動してしまうことになってしまうからである。
また、この電圧の低下の度合いはコンデンサ１１の静電容量Ｃで決まり、従って、静電容量Ｃが大きくできれば、電源バックアップ可能な時間は長くなり、このとき前述のように電気二重層コンデンサの存在からは充分に対応が可能であるが、しかし、これにはコストアップとスペース増加が伴ってしまう。
【００３９】
このとき、電圧測定部１０２による電圧測定に必要な時間は、通常、かなり短くて済む。
従って、時間τとして、実用上は周期ｐに比較してかなり短い時間の設定が可能で、この場合、コンデンサ１１としては、それほど大きな静電容量Ｃは必要とせず、一応の目安としてはミリ秒オーダで済むものと考えられる。
【符号の説明】
【００４０】
１  電源兼充電装置(安定化直流電源装置など)
２  負荷装置(コンピュータなどの電子機器)
３  二次電池(リチウムイオン電池などの二次電池)
４  ダイオード(第１のダイオード)
５  ダイオード(第２のダイオード)
６  ヒューズ(fuse)
７  電圧監視装置(従来技術の場合)
１０  電圧監視装置(本発明による実施形態の場合)
１０１  スイッチ部
１０２  電圧測定部
Ｌ+  ライン(給電線路を構成する＋側の線)
Ｌ-  ライン(給電線路を構成する−側の線)
【図１】
2011176987.tif 000003
【図２】
2011176987.tif 000004