(57)【要約】【課題】電源のバックアップ用の蓄電池劣化判定装置及び劣化判定方法に関し、負荷の動作中に於いて蓄電池の劣化の有無を判定する。【解決手段】負荷３に供給する電流を検出する抵抗４等による電流検出回路と、蓄電池１の劣化判定時に、蓄電池１の電圧を印加して流れる電流を調整可能とするトランジスタ１０等を含む電子負荷回路と、蓄電池１の劣化判定時に、負荷３に供給する電流と電子負荷回路に流れる電流との和を、蓄電池１の容量に対応した所定値となるように、電子負荷回路を制御する電流制御回路１１と、蓄電池１の劣化判定時に於ける蓄電池１の端子電圧の変化を測定して、蓄電池１の劣化の有無を判定する判定回路１５とを含み、判定電圧以下に端子電圧が低下した時、蓄電池１の劣化と判定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に動作電力を供給する電源に対するバックアップ用の蓄電池の劣化の有無を判定する蓄電池劣化判定装置に於いて、
前記電源又は前記蓄電池から前記負荷に供給する電流を検出する電流検出回路と、
前記蓄電池の劣化判定時に該蓄電池の電圧を印加して流れる電流を調整可能とした電子負荷回路と、
前記蓄電池の劣化判定時にのみ該蓄電池から前記負荷に供給する電流と前記電子負荷回路に流れる電流との和を前記蓄電池の容量に対応した所定値となるように前記電子負荷回路を制御する電流制御回路と、
前記蓄電池の劣化判定時に於ける該蓄電池の端子電圧の変化を測定して該蓄電池の劣化の有無を判定する判定回路と
を備えたことを特徴とする蓄電池劣化判定装置。
【請求項２】
前記蓄電池の劣化判定時に前記負荷に流れる電流と前記電子負荷回路に流れる電流とを同一の電流検出回路により検出する構成を備えたことを特徴とする請求項１記載の蓄電池劣化判定装置。
【請求項３】
前記蓄電池の劣化判定開始により起動し、劣化判定期間経過によりリセットして前記蓄電池と前記電子負荷回路との間を切り離す為のタイマを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電池劣化判定装置。
【請求項４】
前記判定回路は、前記蓄電池の劣化判定期間内に於ける該蓄電池の電圧変化が大きくて該蓄電池の劣化を判定した時に該蓄電池と前記電子負荷回路との間を切り離す構成を備えたことを特徴とする請求項１又は２又は３記載の蓄電池劣化判定装置。
【請求項５】
負荷に動作電力を供給する電源に対するバックアップ用の蓄電池の劣化の有無を判定する蓄電池劣化判定方法に於いて、
前記電源の出力電圧を低下又は遮断して、前記蓄電池からのみ前記負荷に電流を供給し、該電流が前記蓄電池の容量に対応した所定値となるように該蓄電池に接続した電子負荷回路に流れる電流を制御し、劣化判定期間内の前記蓄電池の端子電圧の変化が予め定めた値以上の時に劣化と判定する過程を含む
ことを特徴とする蓄電池劣化判定方法。
【請求項６】
前記蓄電池の劣化判定期間内に、該蓄電池の劣化と判定した時に、該蓄電池と前記電子負荷回路との間を切り離す過程を含むことを特徴とする請求項５記載の蓄電池劣化判定方法。
【請求項７】
前記電源から前記蓄電池に対する充電電流が流れるか否かを検出して、該電源と該蓄電池との接続状態を監視し、該電源に該蓄電池が接続されていない状態の時の蓄電池劣化判定を中止する過程を含むことを特徴とする請求項５記載の蓄電池劣化判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に動作電力を供給するスイッチング電源等の電源に対するバックアップ用の蓄電池が劣化したか否かを判定する蓄電池劣化判定装置及び蓄電池劣化判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の電子回路等の負荷に動作電力を供給するスイッチング電源等の電源は、無停電構成であることが要望されている。その為に、バックアップ用として蓄電池を設け、電源から常時充電し、停電時や電源の障害発生時には、バックアップ用の蓄電池から負荷に動作電力を供給する構成が知られている。
【０００３】
このようなバックアップ用の蓄電池は、停電時や障害発生時にのみ負荷に動作電力を供給するものであるから、蓄電池が正常に動作するか否かを監視する必要がある。しかし、蓄電池の端子電圧が正常であっても、負荷に動作電力を供給すると、端子電圧が短時間で低下して、所定の時間、継続して動作電力を供給することができないことがある。即ち、蓄電池が劣化して、所定の容量を維持できない状態となることがある。
【０００４】
蓄電池の劣化判定手段としては、既に各種の手段が提案されており、大電流放電を一定時間行って、放電後の端子電圧を測定し、所定値以下に低下する場合は劣化と判定する手段等が一般的である。又例えば、蓄電池を一定電流値でパルス放電させて、端子電圧の変化を基に内部インピーダンスを求め、その内部インピーダンスの増加により、蓄電池の劣化を判定する手段が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２１７１０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の蓄電池の劣化判定手段は、負荷と切り離して行うものが一般的である。しかし、バックアップ用の蓄電池は、スイッチング電源等の電源に対するバックアップ用であるから、常に負荷に対して電流を供給できる状態で待機している必要がある。従って、従来の劣化判定手段のように、蓄電池を負荷と切り離して試験を行うことができないものである。
本発明は、常にバックアップ可能の状態に於いて蓄電池の劣化判定を可能とすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の蓄電池劣化判定装置は、図１を参照して説明すると、各種の電子回路等の負荷３に動作電力を供給するスイッチング電源等の電源２に対するバックアップ用の蓄電池１の劣化の有無を判定する蓄電池劣化判定装置であって、電源２又は蓄電池１から負荷３に供給する電流を検出する抵抗４や比較器５等からなる電流検出回路と、蓄電池１の劣化判定時に、蓄電池１の電圧を印加して流れる電流を調整可能としたトランジスタ１０等を含む電子負荷回路と、蓄電池１の劣化判定時にのみ、蓄電池１から負荷３に供給する電流と電子負荷回路に流れる電流との和を、蓄電池１の容量に対応した所定値となるように、電子負荷回路を制御する電流制御回路１１と、蓄電池１の劣化判定時に於ける蓄電池１の端子電圧の変化を測定して該蓄電池の劣化の有無を判定する判定回路１５とを含む構成を有するものである。
【０００８】
又蓄電池１の劣化判定時に、負荷３に流れる電流と電子負荷回路に流れる電流とを同一の電流検出回路により検出する構成とすることができる。又蓄電池１の劣化判定開始により起動し、劣化判定期間経過によりリセットして、蓄電池１と電子負荷回路との間を切り離す為のタイマ１２を備えることができる。又判定回路１１は、蓄電池１の劣化判定期間内に於ける蓄電池１の電圧変化が大きくて、蓄電池１の劣化を判定した時に、蓄電池と電子負荷回路との間を切り離す構成を備えることができる。
【０００９】
又本発明の蓄電池劣化判定方法は、負荷３に動作電力を供給する電源２に対するバックアップ用の蓄電池１の劣化の有無を判定する蓄電池劣化判定方法であって、電源２の出力電圧を低下又は遮断して、蓄電池１からのみ負荷３に電流を供給し、この電流が蓄電池１の容量に対応した所定値となるように、蓄電池１に接続した電子負荷回路に流れる電流を制御し、劣化判定期間内の蓄電池の端子電圧の変化が予め定めた値以上の時に劣化と判定する過程を含むものである。
【００１０】
又蓄電池１の劣化判定期間内に、蓄電池の劣化と判定した時に、蓄電池と電子負荷回路との間を切り離す過程を含むことができる。又電源２から蓄電池１に対する充電電流が流れるか否かを検出して、電源２と蓄電池１との接続状態を監視し、電源２に蓄電池１が接続されていない状態の時の蓄電池劣化判定を中止する過程を含むことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態の説明図であり、１はバックアップ用の蓄電池、２は交流電圧を整流して直流電圧を出力する構成や、スイッチング電源等の構成の電源、３は電子回路等の負荷、４は負荷電流検出用の抵抗、５は負荷電流検出用の比較器、６は加算回路、７は蓄電池劣化判定開始によりオンとするスイッチ回路、８は電子負荷回路に流れる電流の検出用の抵抗、９は電流検出用の比較器、１０は電子負荷回路を構成するトランジスタ、１１は電子負荷回路に流れる電流を制御する電流制御回路、１２はタイマ、１３，１４は温度検出器、１５は判定回路、１６，１７は抵抗、１８は電流制御用の基準電源を示す。
【００１２】
電源２の出力電圧は、蓄電池１を充電する為に、蓄電池１の端子電圧より高く設定され、常時は、蓄電池１を充電すると共に、負荷３に動作電力を供給している。停電や障害により電源２の出力電圧が低下又は零となると、蓄電池１の端子電圧の方が高くなり、蓄電池１から負荷３に対して動作電力を供給する。即ち、電源２に対するバックアップ作用を行うことができる。なお、その場合に、電源２に対して逆流しないように、図示を省略したダイオード等を設けている。
【００１３】
又蓄電池１の劣化判定の為に、抵抗４の両端の電圧を電流値として検出する電流検出回路と、蓄電池１の電圧をスイッチ回路７を介して印加し、流れる電流を制御するトランジスタ１０等を含む電子負荷回路と、この電子負荷回路に流れる電流を抵抗８の両端の電圧として検出する比較器９を含む電流検出回路と、蓄電池１の劣化判定時にのみ、蓄電池１から負荷３に供給する電流と電子負荷回路に流れる電流との和、即ち、比較器５，９の出力信号レベルの和を、蓄電池１の容量に対応した所定値となるように、電子負荷回路を制御する電流制御回路１１と、蓄電池１の劣化判定時に於ける蓄電池１の端子電圧の変化を測定して、蓄電池１の劣化の有無を判定する判定回路１５とを備えている。又タイマ１２や温度検出器１３，１４等を含むものである。
【００１４】
蓄電池１の劣化判定を行う場合、劣化判定開始信号と、蓄電池１の電流容量に対応した電流調節信号とを入力する。この劣化判定開始信号により、電源２は、出力電圧を蓄電池１の端子電圧より低くなるように、或いは零となるように制御し、それによって、バックアップ動作時と同様に、蓄電池１からのみ負荷３に動作電力を供給する状態とする。又劣化判定開始信号により、スイッチ回路７をオンとして、抵抗８とトランジスタ１０との直列回路を含む電子負荷回路を蓄電池１に並列に接続し、蓄電池１から負荷３に動作電力を供給すると共に、この電子負荷回路に所定の電流を流し、蓄電池１としては、その電流容量に対応した所定の比率の電流を流す状態とする。
【００１５】
又劣化判定開始信号により、タイマ１２を起動する。このタイマ１２は劣化判定期間を経過した時にスイッチ回路７をオフとする信号を出力し、又タイマ１２は起動から劣化判定期間中は、電流制御回路１１に対する電流調節信号を有効とする信号を電流制御回路１１に対して入力する。例えば、この信号を出力するタイマ１２の出力端子は、常時はローインピーダンスとして、基準電源１８及び電流量調節信号がバイパスされて、電流制御回路１１に入力されないようにし、又起動から劣化判定期間中は、ハイインピーダンスとして、基準電源１８及び電流量調節信号により、電流制御回路１１が制御動作を行うような構成とすることができる。
【００１６】
又劣化判定開始信号により、判定回路１５は、蓄電池１の端子電圧の測定を開始し、予め定めた劣化判定期間に於ける蓄電池１の端子電圧の変化を測定して劣化判定電圧と比較し、蓄電池１の端子電圧が劣化判定電圧以下となると、蓄電池１が劣化したと判定し、例えば、赤色の発光表示を行い、又はアラーム鳴動等を行う。又この劣化判定時点で、図示を省略した経路でスイッチ回路７をオフとして、劣化判定動作を終了する。又劣化判定電圧以下には低下しない場合は、劣化していないと判定して、例えば、青色の発光表示を行うことができる。又劣化判定開始信号は、図示を省略した上位の制御装置等から一定期間毎に自動的に入力或いは必要時に手動で入力することができる。
【００１７】
又スイッチ回路７がオンとなると、蓄電池１に、抵抗８とトランジスタ１０とを含む電子負荷回路が接続された状態となり、抵抗８と比較器９とによりトランジスタ１０を介して流れる電子負荷電流を検出する。又抵抗４と比較器５とにより、負荷３に流れる負荷電流を検出し、加算回路６により、負荷電流と電子負荷電流との和を求めて、電流制御回路１１に入力する。この電流制御回路１１は、加算回路６からの電流値と、基準電源１８の電圧を電流量調節信号により調節した値とを比較して、トランジスタ１０を制御する。
【００１８】
蓄電池の劣化判定に於いて、例えば、判定電流を０．３Ｃと称されるように、蓄電池の電流容量の３０％とし、蓄電池の端子電圧の変化を測定する場合が一般的であり、蓄電池の電流容量が例えば２００Ａであると、判定電流を６０Ａとして劣化判定を行うことになる。このように、蓄電池１の劣化判定時に於ける判定電流を、電流量調節信号によって設定するものであり、電子負荷回路を構成するトランジスタ１０には、判定電流と負荷３に流れる負荷電流との差分の電流が流れるように制御されることになる。
【００１９】
図２は劣化判定動作の説明図であり、（Ａ）は良好時、（Ｂ）は劣化時を示し、（Ａ），（Ｂ）に於ける（ａ）は電源２の出力電圧Ｖａ、（ｂ）は蓄電池１の電流Ｉｂ、（ｃ）は蓄電池１の端子電圧Ｖｂ０，Ｖｂ１を示し、又Ｖｒは劣化判定電圧、Ｔ１は劣化判定期間、Ｔ２は劣化発生時の一例の期間を示す。
【００２０】
劣化判定開始により、電源２の出力電圧Ｖａを蓄電池１の端子電圧Ｖｂ０より低下又は零とし、負荷３及び電子負荷回路に電流Ｉｂを供給する。それにより、蓄電池１の端子電圧Ｖｂ０は、Ｖｂ１のように次第に低下する。そして、劣化判定期間Ｔ１の経過時に、劣化判定電圧Ｖｒ以下に低下しない場合は、良好と判定する。
【００２１】
このような蓄電池１の良好時に対して、劣化時は、（Ｂ）の（ｃ）に示すように、劣化判定期間Ｔ１内に於いて蓄電池１の端子電圧Ｖｂ１が劣化判定電圧Ｖｒ以下となる。その時点で判定回路１５からの制御により、スイッチ回路７をオフとし、電源２の出力電圧を正常のＶａに戻す。即ち、劣化判定期間Ｔ１内の期間Ｔ２により劣化判定した時は、劣化判定動作を停止し、蓄電池１に対する余分な放電を停止する。
【００２２】
又温度検出器１３，１４により、電流測定用の抵抗８やトランジスタ１０や他の回路部分の温度を検出し、所定の温度より上昇すると、焼損等の障害が発生するから、その時の温度検出信号により、スイッチ回路７をオフとして、蓄電池１の劣化判定動作を停止する。又判定回路１５による劣化判定期間Ｔ１の経過後にスイッチ回路７をオフとして、劣化判定動作を停止するものであるが、この動作ができない場合等に於いて、劣化判定開始信号により起動されたタイマ１２が劣化判定期間を経過した時に、スイッチ回路７をオフとして、劣化判定動作を停止させることができる。
【００２３】
図３は本発明の他の実施の形態の説明図であり、図１と同一符号は同一機能部分を示し、２１は電流測定用の抵抗、２２は比較器を示す。この実施の形態は、抵抗２１に、負荷３に流れる負荷電流と、トランジスタ１０を含む電子負荷回路に流れる電子負荷電流との和の電流が流れるから、図１に於ける抵抗４と比較器５と加算回路６とを省略することができる。又蓄電池１の劣化判定の動作は、図１に示す場合と同様であるから、重複した説明は省略する。
【００２４】
又電流検出の為に抵抗４，８，２１を用いた場合を示すが、直流電流を測定する構成のカレントトランスを用いることも可能である。又スイッチ回路７の機能を電子負荷回路を構成するトランジスタ１０により実現する構成とすることも可能である。即ち、劣化判定開始信号により、電流制御回路１１が動作を開始して、トランジスタ１０をオンとし、且つ電流量調節信号に従った電流を流すように制御する構成とすることができる。その場合、スイッチ回路７を温度検出器１３，１４による異常温度上昇検出信号により遮断するトリップ回路とすることができる。又電子負荷回路は電界効果トランジスタを用いる構成を示しているが、バイポーラトランジスタ等のトランジスタを用いることも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、電源２のバックアップ用の蓄電池１の劣化の有無を判定する蓄電池劣化判定装置及び蓄電池劣化判定方法であって、蓄電池１の劣化判定時に、蓄電池１から負荷３に供給する負荷電流の不足分をトランジスタ１０を含む電子負荷回路に流すように電流制御回路１１によって制御し、蓄電池１の端子電圧の変化を判定回路１５により測定し、判定電圧と比較することにより、蓄電池１の劣化の有無を判定するものであり、負荷３の動作を継続し、その動作状態が変動しても、電源２のバックアップ用の蓄電池１の劣化の有無を判定できる利点がある。
【００２６】
又蓄電池１の電流容量に対応した電流を流すように電子負荷回路を制御できるから、各種のバックアップ用の蓄電池に対して定期的或いは随時、劣化の有無を判定することができ、バックアップ用としての信頼性向上に寄与することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の説明図である。
【図２】劣化判定動作の説明図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の説明図である。
【符号の説明】
１  蓄電池
２  電源
３  負荷
４  抵抗
５  比較器
６  加算回路
７  スイッチ回路
８  抵抗
９  比較器
１０  トランジスタ
１１  電流制御回路
１２  タイマ
１３，１４  温度検出器
１５  判定回路
１８  電流制御用の基準電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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