JP2002058170A - 無停電電源装置 - Google Patents
無停電電源装置Info
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- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 102100033007 Carbonic anhydrase 14 Human genes 0.000 description 1
- 101000867862 Homo sapiens Carbonic anhydrase 14 Proteins 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 リチウムイオン二次電池の採用によって小型
軽量の無停電電源装置を提供する。 【解決手段】 複数個のリチウムイオン二次電池のセル
３１を直列接続して電池モジュール３０を複数個直列接
続して電池電源２０を構成する。電池モジュール３０に
は、セル３１群を直列に充電する充電回路３２と、各セ
ル３１の電圧を検出して過充電及び過放電を防止する機
能と備えた電池保護回路３３と、セル３１の電圧を検出
して所定電圧以上のセル３１を放電回路３７を通して放
電させるセルバランス回路とが内蔵されている。
軽量の無停電電源装置を提供する。 【解決手段】 複数個のリチウムイオン二次電池のセル
３１を直列接続して電池モジュール３０を複数個直列接
続して電池電源２０を構成する。電池モジュール３０に
は、セル３１群を直列に充電する充電回路３２と、各セ
ル３１の電圧を検出して過充電及び過放電を防止する機
能と備えた電池保護回路３３と、セル３１の電圧を検出
して所定電圧以上のセル３１を放電回路３７を通して放
電させるセルバランス回路とが内蔵されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池を備えた
無停電電源装置に関する。
無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】無停電電源装置は、商用交流電源に停電
が発生した場合に二次電池に蓄えた電力を負荷に供給す
る構成であるが、その二次電池としては従来より、鉛蓄
電池が使用されている。これは安価であって、かつ、充
放電管理が簡単であるという理由による。
が発生した場合に二次電池に蓄えた電力を負荷に供給す
る構成であるが、その二次電池としては従来より、鉛蓄
電池が使用されている。これは安価であって、かつ、充
放電管理が簡単であるという理由による。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の装
置ではバックアップ時間は短時間であることが一般的で
あるから、二次電池には比較的短い時間内に大きな電流
を供給するハイレート放電が要求される。しかしなが
ら、鉛蓄電池はハイレート放電時には容量を確保できな
いから、勢い、定格容量の大きな電池を搭載する必要が
ある。このため、従来の無停電電源装置は、電池収容ス
ペースのために大型化し、かつ、重量が極めて重くなる
という欠点があった。
置ではバックアップ時間は短時間であることが一般的で
あるから、二次電池には比較的短い時間内に大きな電流
を供給するハイレート放電が要求される。しかしなが
ら、鉛蓄電池はハイレート放電時には容量を確保できな
いから、勢い、定格容量の大きな電池を搭載する必要が
ある。このため、従来の無停電電源装置は、電池収容ス
ペースのために大型化し、かつ、重量が極めて重くなる
という欠点があった。
【０００４】かかる欠点を解消するため、ハイレート放
電が可能なリチウムイオン電池を使用することが考えら
れる。これによれば、放電レートが高くても容量低下が
少ないことから電池容量が小さくて済み、しかもエネル
ギー密度が鉛蓄電池に比べて相当に高いから、大幅な小
型・軽量化を達成することができる。しかしながら、リ
チウムイオン二次電池は過充電・過放電に弱いため充放
電制御が大変に複雑であり、しかも、高電圧を確保すべ
く多くのセルを直列接続すると、セル間のアンバランス
が生ずるために安全上の問題が生ずる等の問題があっ
た。
電が可能なリチウムイオン電池を使用することが考えら
れる。これによれば、放電レートが高くても容量低下が
少ないことから電池容量が小さくて済み、しかもエネル
ギー密度が鉛蓄電池に比べて相当に高いから、大幅な小
型・軽量化を達成することができる。しかしながら、リ
チウムイオン二次電池は過充電・過放電に弱いため充放
電制御が大変に複雑であり、しかも、高電圧を確保すべ
く多くのセルを直列接続すると、セル間のアンバランス
が生ずるために安全上の問題が生ずる等の問題があっ
た。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、リチウムイオン二次電池の使用を可能にして小型軽
量の無停電電源装置を提供することを目的とする。
で、リチウムイオン二次電池の使用を可能にして小型軽
量の無停電電源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１の無停電電源装置は、複数個のリチウムイオン
二次電池のセルを直列接続してなる電池モジュールを複
数個直列接続して所要の出力電圧を得るようにした電池
電源を備え、前記電池モジュールには、前記セルの直列
回路に接続されてそのセル群の充電を行う充電回路と、
前記各セルの過充電及び過放電を防止する機能を備えた
電池保護回路を備えたところに特徴を有する。
請求項１の無停電電源装置は、複数個のリチウムイオン
二次電池のセルを直列接続してなる電池モジュールを複
数個直列接続して所要の出力電圧を得るようにした電池
電源を備え、前記電池モジュールには、前記セルの直列
回路に接続されてそのセル群の充電を行う充電回路と、
前記各セルの過充電及び過放電を防止する機能を備えた
電池保護回路を備えたところに特徴を有する。
【０００７】この場合、電池モジュールには更に所定電
圧以上のセルを放電させるセルバランス回路を備えるこ
ともでき（請求項２の発明）、また、セルの温度を検出
する温度センサを設け、前記電池保護回路は温度センサ
により所定温度以上の温度が検出された場合には前記充
電回路の充電動作を停止させる構成とすることができる
（請求項５の発明）。また、電池電源の直流出力を交流
に変換するインバータ回路を備えた構成でもよく（請求
項３の発明）、その場合、電池モジュールの電池保護回
路は、前記各セルの電圧を検出可能とし、その電圧が所
定値以下に低下したことを検出した場合には前記インバ
ータ回路の動作を停止させるようにしてもよい（請求項
４の発明）。
圧以上のセルを放電させるセルバランス回路を備えるこ
ともでき（請求項２の発明）、また、セルの温度を検出
する温度センサを設け、前記電池保護回路は温度センサ
により所定温度以上の温度が検出された場合には前記充
電回路の充電動作を停止させる構成とすることができる
（請求項５の発明）。また、電池電源の直流出力を交流
に変換するインバータ回路を備えた構成でもよく（請求
項３の発明）、その場合、電池モジュールの電池保護回
路は、前記各セルの電圧を検出可能とし、その電圧が所
定値以下に低下したことを検出した場合には前記インバ
ータ回路の動作を停止させるようにしてもよい（請求項
４の発明）。
【０００８】
【発明の作用および効果】本発明では、電池電源として
リチウムイオン電池を使用することにより、放電レート
が高くても小さな定格容量の電池で済み、しかもエネル
ギー密度が高いから、大幅な小型・軽量化を達成するこ
とができる。また、電池電源は、複数のリチウムイオン
二次電池のセルを直列接続してモジュール化してあり、
各電池モジュールに充電回路及び電池保護回路を備える
から、充電途中に一つのセルでも電圧が所定値以上に上
昇したら充電を中止して過充電を防止し、また、一つの
セルでも電圧が所定値以下に低下したら放電を中止して
過放電を防止することができる。さらに、各電池モジュ
ールにセルバランス回路を設けた場合には、各セルの電
圧を検出して所定電圧以上となるセルがあるときには、
そのセルの放電を行わせるから、セル間のバランスをと
ることができて局部的な過電圧が生じてしまうことを確
実に防止することができる。
リチウムイオン電池を使用することにより、放電レート
が高くても小さな定格容量の電池で済み、しかもエネル
ギー密度が高いから、大幅な小型・軽量化を達成するこ
とができる。また、電池電源は、複数のリチウムイオン
二次電池のセルを直列接続してモジュール化してあり、
各電池モジュールに充電回路及び電池保護回路を備える
から、充電途中に一つのセルでも電圧が所定値以上に上
昇したら充電を中止して過充電を防止し、また、一つの
セルでも電圧が所定値以下に低下したら放電を中止して
過放電を防止することができる。さらに、各電池モジュ
ールにセルバランス回路を設けた場合には、各セルの電
圧を検出して所定電圧以上となるセルがあるときには、
そのセルの放電を行わせるから、セル間のバランスをと
ることができて局部的な過電圧が生じてしまうことを確
実に防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を常時インバータ給
電方式の無停電電源装置に適用した一実施形態について
図面を参照して説明する。交流入力端子１０は入力トラ
ンス１１及びチョークコイル１２を介してコンバータ１
３に接続され、ここで交流電力が直流変換されてインバ
ータ１４に与えられる。インバータ１４の出力トランス
１５は交流スイッチ１６を介して交流出力端子１７に連
なる。コンバータ１３とインバータ１４との間には本発
明に係る電池電源２０が接続され、図示しない交流ライ
ンから充電されると共に、インバータ１４に逆流阻止ダ
イオード１８を介して直流電力を供給できるようになっ
ている。
電方式の無停電電源装置に適用した一実施形態について
図面を参照して説明する。交流入力端子１０は入力トラ
ンス１１及びチョークコイル１２を介してコンバータ１
３に接続され、ここで交流電力が直流変換されてインバ
ータ１４に与えられる。インバータ１４の出力トランス
１５は交流スイッチ１６を介して交流出力端子１７に連
なる。コンバータ１３とインバータ１４との間には本発
明に係る電池電源２０が接続され、図示しない交流ライ
ンから充電されると共に、インバータ１４に逆流阻止ダ
イオード１８を介して直流電力を供給できるようになっ
ている。
【００１０】さて、上記電池電源２０は複数台（例えば
７台）の電池モジュール３０を直列接続して所要電圧を
得るようになっており、その電池モジュール３０は全て
標準化された同一構成である。これを詳細に示すと、図
２に示すようになっており、これを説明する。各電池モ
ジュール３０には、リチウムイオン二次電池のセル３１
が計４個直列接続され、定格出力電圧は例えば１４．４
Ｖに設定してある。各セル３１の直列回路に対して充電
回路３２が設けられ、フロート充電できるようになって
いる。この充電回路３２は、例えば交流１００Ｖを入力
として直流１６．４Ｖを出力するスイッチング電源によ
り構成してある。
７台）の電池モジュール３０を直列接続して所要電圧を
得るようになっており、その電池モジュール３０は全て
標準化された同一構成である。これを詳細に示すと、図
２に示すようになっており、これを説明する。各電池モ
ジュール３０には、リチウムイオン二次電池のセル３１
が計４個直列接続され、定格出力電圧は例えば１４．４
Ｖに設定してある。各セル３１の直列回路に対して充電
回路３２が設けられ、フロート充電できるようになって
いる。この充電回路３２は、例えば交流１００Ｖを入力
として直流１６．４Ｖを出力するスイッチング電源によ
り構成してある。
【００１１】また、この電池モジュール３０には電池保
護回路３３が設けられ、各セル３１毎の電圧信号と、例
えば２個ずつを２列に並べた４個のセル３１群の中央に
配置した温度センサ３４からの温度信号が与えられるよ
うになっている。そして、この電池保護回路３３は、 ４個のうちのいずれかのセル３１の電圧が所定電圧以
下に低下した場合、又は ４個のセル３１群の直列電圧が所定電圧以下に低下し
た場合には、前記インバータ１４に放電停止信号Ｓs を
出力してインバータ１４の運転を停止するようになって
おり、これにて各セル３１の過放電を防止するようにな
っている。また、電池保護回路３３は、 ４個のうちのいずれかのセル３１の電圧が所定電圧以
上に上昇した場合、 ４個のセル３１群の直列電圧が所定電圧以上に上昇し
た場合、又は 前記温度センサ３４によってセル３１の温度が所定温
度以上に上昇した場合には、前記充電回路３２の動作を
停止してセル３１の過充電を防止するようにしている。
護回路３３が設けられ、各セル３１毎の電圧信号と、例
えば２個ずつを２列に並べた４個のセル３１群の中央に
配置した温度センサ３４からの温度信号が与えられるよ
うになっている。そして、この電池保護回路３３は、 ４個のうちのいずれかのセル３１の電圧が所定電圧以
下に低下した場合、又は ４個のセル３１群の直列電圧が所定電圧以下に低下し
た場合には、前記インバータ１４に放電停止信号Ｓs を
出力してインバータ１４の運転を停止するようになって
おり、これにて各セル３１の過放電を防止するようにな
っている。また、電池保護回路３３は、 ４個のうちのいずれかのセル３１の電圧が所定電圧以
上に上昇した場合、 ４個のセル３１群の直列電圧が所定電圧以上に上昇し
た場合、又は 前記温度センサ３４によってセル３１の温度が所定温
度以上に上昇した場合には、前記充電回路３２の動作を
停止してセル３１の過充電を防止するようにしている。
【００１２】一方、各セル３１には、これらに並列に抵
抗３５及び例えばＦＥＴからなるスイッチング素子３６
を直列接続した放電回路３７がそれぞれ接続されてい
る。そして、前記電池保護回路３３は各セル３１毎の電
圧を監視し、いずれかのセル３１が所定電圧以上に上昇
したときには、前述したように充電動作を停止すると共
に、そのセル３１に対応するスイッチング素子３６をオ
ンさせて放電を行わせる。これにてそのセル３１の電圧
が低下すると、そのスイッチング素子３６はオフに復帰
する。これにより、４個のセル３１群のうちのいずれか
が局部的に過充電状態となることを防止してセル３１間
のバランスをとることができ、上記電池保護回路３３の
一部と上記放電回路３７がセルバランス回路を構成す
る。
抗３５及び例えばＦＥＴからなるスイッチング素子３６
を直列接続した放電回路３７がそれぞれ接続されてい
る。そして、前記電池保護回路３３は各セル３１毎の電
圧を監視し、いずれかのセル３１が所定電圧以上に上昇
したときには、前述したように充電動作を停止すると共
に、そのセル３１に対応するスイッチング素子３６をオ
ンさせて放電を行わせる。これにてそのセル３１の電圧
が低下すると、そのスイッチング素子３６はオフに復帰
する。これにより、４個のセル３１群のうちのいずれか
が局部的に過充電状態となることを防止してセル３１間
のバランスをとることができ、上記電池保護回路３３の
一部と上記放電回路３７がセルバランス回路を構成す
る。
【００１３】また、上述のように４セルの電池モジュー
ル３０を７個直列にすることにより、２８個ものリチウ
ムイオン二次電池のセル３１が直列接続された形態にな
るが、モジュール化によって４個ずつが電池保護回路３
３によって充放電が監視されて保護され、かつ、セルバ
ランス回路によってセル３１間のバランスが保たれてい
るから、安全に高電圧化することができる。このような
電池モジュール３０単位の電池保護及び充電を確保する
という構成によって、初めてリチウムイオン二次電池の
利用が可能となり、大幅な小型・軽量化が達成できる。
ル３０を７個直列にすることにより、２８個ものリチウ
ムイオン二次電池のセル３１が直列接続された形態にな
るが、モジュール化によって４個ずつが電池保護回路３
３によって充放電が監視されて保護され、かつ、セルバ
ランス回路によってセル３１間のバランスが保たれてい
るから、安全に高電圧化することができる。このような
電池モジュール３０単位の電池保護及び充電を確保する
という構成によって、初めてリチウムイオン二次電池の
利用が可能となり、大幅な小型・軽量化が達成できる。
【００１４】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、例えば次のような実施の形態も本発明の
技術的範囲に属する。 （１）上記実施形態では、電池モジュール３０において
各セル３１電圧を検出してセル３１の状態を検出する構
成としたが、これに限らず、例えばセル３１の内圧上昇
を検出して過充電等を検出する構成であってもよく、要
は、セルの状態を検出して過充電及び過放電を防止する
機能を有すればよい。 （２）上記実施形態では、インバータ１４を備えた交流
出力の無停電電源装置の例を示したが、直流出力のもの
であってもよい。 （３）上記実施形態では、電池モジュール３０は４個の
セル３１を直列接続し、この電池モジュール３０を７個
直列接続して電池電源２０を構成したが、セルの直列接
続数や電池モジュールの直列接続数はこれに限られない
ことは勿論である。
ものではなく、例えば次のような実施の形態も本発明の
技術的範囲に属する。 （１）上記実施形態では、電池モジュール３０において
各セル３１電圧を検出してセル３１の状態を検出する構
成としたが、これに限らず、例えばセル３１の内圧上昇
を検出して過充電等を検出する構成であってもよく、要
は、セルの状態を検出して過充電及び過放電を防止する
機能を有すればよい。 （２）上記実施形態では、インバータ１４を備えた交流
出力の無停電電源装置の例を示したが、直流出力のもの
であってもよい。 （３）上記実施形態では、電池モジュール３０は４個の
セル３１を直列接続し、この電池モジュール３０を７個
直列接続して電池電源２０を構成したが、セルの直列接
続数や電池モジュールの直列接続数はこれに限られない
ことは勿論である。
【図１】 本発明の一実施形態を示す無停電電源装置の
全体のブロック図
全体のブロック図
【図２】 電池モジュールのブロック図
１３……コンバータ １４……インバータ ２０……電池電源 ３０……電池モジュール ３１……セル ３２……充電回路 ３３……電池保護回路 ３４……温度センサ ３６……放電回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０２ Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０２Ｃ ３０２Ｄ 7/04 7/04 Ｌ 7/10 7/10 Ｌ 9/06 ５０３ 9/06 ５０３Ａ ５０３Ｂ ５０４ ５０４Ｂ Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA03 CA14 CB01 CB04 CC04 DA13 GA01 5G015 FA08 GA06 GA07 HA04 JA09 JA36 JA53 JA55 5H030 AA03 AA04 AS03 BB01 BB21 FF22 FF42 FF43 FF44
Claims (5)
- 【請求項１】 複数個のリチウムイオン二次電池のセル
を直列接続してなる電池モジュールを複数個直列接続し
て所要の出力電圧を得るようにした電池電源を備え、前
記電池モジュールには、前記セルの直列回路に接続され
てそのセル群の充電を行う充電回路と、前記各セルの過
充電及び過放電を防止する機能を備えた電池保護回路と
を備えることを特徴とする無停電電源装置。 - 【請求項２】 前記電池モジュールには、さらに所定電
圧以上のセルを放電させるセルバランス回路を備えるこ
とを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。 - 【請求項３】 複数個のリチウムイオン二次電池のセル
を直列接続してなる電池モジュールを複数個直列接続し
て所要の出力電圧を得るようにした電池電源と、この電
池電源の直流出力を交流に変換して負荷に供給するイン
バータ回路とを備え、前記電池モジュールには、前記セ
ルの直列回路に接続されてそのセル群の充電を行う充電
回路と、前記各セルの状態を検出して過充電及び過放電
を防止する機能と備えた電池保護回路と、前記セル間の
電圧を検出して所定電圧以上のセルを放電させるセルバ
ランス回路とを備えることを特徴とする無停電電源装
置。 - 【請求項４】 前記電池モジュールの前記電池保護回路
は前記各セルの電圧を検出可能となっており、その電圧
が所定値以下に低下したことを検出した場合には前記イ
ンバータ回路の動作を停止させることを特徴とする請求
項３記載の無停電電源装置。 - 【請求項５】 前記電池モジュールには前記セルの温度
を検出する温度センサが設けられ、前記電池保護回路は
前記温度センサにより所定温度以上の温度が検出された
場合には前記充電回路の充電動作を停止させる構成とし
てあることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
記載の無停電電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000244055A JP2002058170A (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | 無停電電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000244055A JP2002058170A (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | 無停電電源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002058170A true JP2002058170A (ja) | 2002-02-22 |
Family
ID=18734802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000244055A Pending JP2002058170A (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | 無停電電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002058170A (ja) |
Cited By (14)
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-
2000
- 2000-08-11 JP JP2000244055A patent/JP2002058170A/ja active Pending
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