JP2009240078A - 電源制御装置 - Google Patents

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誠 小宮山
Kodai Murayama
広大 村山
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Abstract

【課題】 電源のエネルギー残量の管理が容易でエネルギー効率を向上させることが可能な電源制御装置を実現する。
【解決手段】複数の電源の電圧を適宜選択して負荷に供給する電源制御装置において、2つの電源と、2つの電源の電圧をそれぞれ測定する2つの電圧測定手段と、2つの電源の電圧の一方を選択する選択スイッチ手段と、2つの電圧測定手段の出力が印加されると共に選択スイッチ手段を制御して2つの電源のうち電圧の低い方の電源を選択して負荷に電圧を供給し選択された電源のエネルギー残量が0%になるまで使用する制御手段とを設ける。
【選択図】 図1

Description

本発明は、複数の電源の電圧を適宜選択して負荷に供給する電源制御装置に関し、特に電源のエネルギー残量の管理が容易でエネルギー効率を向上させることが可能な電源制御装置に関する。
従来の複数の電源の電圧を適宜選択して負荷に供給する電源制御装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
特開昭63−114332号公報 特開平04−123118号公報 特表平09−114529号公報 特開2002−215273号公報
図3は従来の複数の電源の電圧を適宜選択して負荷に供給する電源制御装置の一例を示す構成ブロック図である。
図3において、1は主電源用の二次電池、2はバックアップ用の二次電池若しくは安定化電源であるバックアップ電源、3及び4は各電源からの電圧の供給を制御する供給スイッチ手段、5及び6はどちらか一方の電源を選択するための選択スイッチ手段、7は負荷、8及び9は各電源の電圧を測定する電圧測定手段、10は電源制御装置全体を制御する制御手段、11はアラーム等を表示させる表示手段である。また、3,4,5,6,8,9,10及び11は電源制御装置を構成している。
二次電池1の出力は、供給スイッチ手段3の入力端子に印加され、バックアップ電源2の出力は、供給スイッチ手段4の入力端子に印加される。
また、供給スイッチ手段3の出力端子は、選択スイッチ手段5の入力端子及び電圧測定手段8の入力端子にそれぞれ接続され、供給スイッチ手段4の出力端子は、選択スイッチ手段6の入力端子及び電圧測定手段9の入力端子にそれぞれ接続される。
選択スイッチ手段5及び6の出力端子はそれぞれ負荷7の一端に接続され、負荷7の他端は接地される。
また、電圧測定手段8及び9の出力はそれぞれ制御手段10に接続され、制御手段10からの表示信号は表示手段11に接続される。
最後に、制御手段10からの2つの供給スイッチ手段への共通の制御信号は供給スイッチ手段3及び4の制御入力端子にそれぞれ印加され、制御手段10からの選択スイッチ手段への個別の制御信号は選択スイッチ手段5及び6の制御入力端子に個々に印加される。
ここで、図3に示す従来例の動作を図4を用いて説明する。図4は制御手段10の動作を説明するフロー図である。
図4中”S001”において制御手段10は、制御信号により供給スイッチ手段3及び4を”ON”にして二次電池1及びバックアップ電源2から電圧を電圧制御装置に供給させると共に、電圧測定手段8及び9で二次電池1及びバックアップ電源2の出力電圧の値を測定させ、それぞれの電圧値を監視する。
図4中”S002”において制御手段10は、制御信号により選択スイッチ手段5を”ON”にすると共に、選択スイッチ手段6を”OFF”にして、主電源である二次電池1を選択して、二次電池1から供給される電圧を負荷7に供給する。
図4中”S003”において制御手段10は、電圧測定手段8で測定される電圧値に基づき負荷7で利用可能な二次電池1のエネルギーの残量が”0%”(以下、単に、エネルギー残量が”0%”と呼ぶ。)になったか否かを判断し、二次電池1のエネルギー残量が”0%”になるまで待機する。
図4中”S003”において二次電池1のエネルギー残量が”0%”になったと判断した場合、図4中”S004”において制御手段10は、制御信号により選択スイッチ手段5を”OFF”にすると共に、選択スイッチ手段6を”ON”にして、バックアップ用のバックアップ電源2を選択して、バックアップ電源2から供給される電圧を負荷7に供給する。
そして、図4中”S005”において制御手段10は、主電源である二次電池1のエネルギー残量が”0%”になった旨のアラームを表示手段11に表示させると共に、図4中”S006”において制御手段10は、電圧測定手段8の電圧値を監視して主電源である二次電池1がエネルギー残量”100%”の二次電池に交換されるまで待機する。
図4中”S006”において二次電池1が交換されたと判断した場合には、図4中”S007”において制御手段10は、表示手段11のアラームを解除すると共に、図4中”S002”のステップに戻る。
この結果、主電源である二次電池からの電圧を優先的に負荷に供給し、負荷で利用可能な二次電池のエネルギー残量が”0%”になった場合に、当該二次電池を交換するまでの間、バックアップ電源からの電圧を負荷に供給することにより、複数の電源の電圧を適宜選択して負荷に供給することが可能になる。
また、図5は従来の複数の電源の電圧を適宜選択して負荷に供給する電源制御装置の他の一例を示す構成ブロック図である。
図5において、12及び13は第1及び第2の二次電池、14及び15は各電源からの電圧の供給を制御する供給スイッチ手段、16及び17はどちらか一方の電源を選択するための選択スイッチ手段、18は負荷、19及び20は各電源の電圧を測定する電圧測定手段、21は電源制御装置全体を制御する制御手段、22はアラーム等を表示させる表示手段である。また、14,15,16,17,19,20,21及び22は電源制御装置を構成している。
第1の二次電池12の出力は、供給スイッチ手段14の入力端子に印加され、第2の二次電池13の出力は、供給スイッチ手段15の入力端子に印加される。
また、供給スイッチ手段14の出力端子は、選択スイッチ手段16の入力端子及び電圧測定手段19の入力端子にそれぞれ接続され、供給スイッチ手段15の出力端子は、選択スイッチ手段17の入力端子及び電圧測定手段20の入力端子にそれぞれ接続される。
選択スイッチ手段16及び17の出力端子はそれぞれ負荷18の一端に接続され、負荷18の他端は接地される。
また、電圧測定手段19及び20の出力はそれぞれ制御手段21に接続され、制御手段21からの表示信号は表示手段22に接続される。
最後に、制御手段21からの2つの供給スイッチ手段への共通の制御信号は供給スイッチ手段14及び15の制御入力端子にそれぞれ印加され、制御手段21からの選択スイッチ手段への個別の制御信号は選択スイッチ手段16及び17の制御入力端子に個々に印加される。
ここで、図5に示す従来例の動作を図6を用いて説明する。図6は制御手段21の動作を説明するフロー図である。
図6中”S101”において制御手段21は、制御信号により供給スイッチ手段14及び15を”ON”にして2つの二次電池12及び13から電圧を電圧制御装置に供給させると共に、電圧測定手段19及び20で2つの二次電池12及13の出力電圧の値を測定させ、それぞれの電圧値を監視する。
図6中”S102”において制御手段21は、測定されたそれぞれ電圧値を比較して、一方の二次電池の電圧値が他方の二次電池の電圧値よりも高いか否か(具体的には、第1の二次電池12の電圧値が第2の二次電池13の電圧値よりも高いか否か)を判断する。
もし、図6中”S102”において一方の二次電池(具体的には、第1の二次電池12)の方の電圧値が高いと判断した場合には、図6中”S103”において制御手段21は、制御信号により選択スイッチ手段16を”ON”にすると共に、選択スイッチ手段17を”OFF”にして、一方の二次電池(具体的には、第1の二次電池12)を選択して、一方の二次電池から供給される電圧を負荷18に供給して、図6中”S105”のステップに進む。
もし、図6中”S102”において他方の二次電池(具体的には、第2の二次電池13)の方の電圧値が高いと判断した場合には、図6中”S104”において制御手段21は、制御信号により選択スイッチ手段16を”OFF”にすると共に、選択スイッチ手段17を”ON”にして、他方の二次電池(具体的には、第2の二次電池13)を選択して、他方の二次電池から供給される電圧を負荷18に供給して、図6中”S105”のステップに進む。
図6中”S105”において制御手段21は、電圧測定手段19及び20で測定される電圧値に基づき、2つの二次電池が二次電池の交換作業の時間を担保するのに最低限必要な所定のエネルギー残量に達したか否かを判断し、もし、所定のエネルギー残量に達していなかれば、図6中”S102”のステップに戻る。
このため、図5に示す従来例においては、2つの二次電池が所定のエネルギー残量に達するまで、図6中”S102”〜”S105”のステップを繰り返すことになるので、2つの二次電池12及び13のうち常に電圧値の高い二次電池から電圧が負荷に供給されることになる。言い換えれば、2つの二次電池12及び13はほぼ同時に電力が消費されることになる。
図6中”S105”において2つの二次電池が二次電池の交換作業の時間を担保するのに最低限必要な所定のエネルギー残量に達したと判断した場合には、図6中”S106”制御手段21は、2つの二次電池が二次電池の交換作業の時間を担保するのに最低限必要な所定のエネルギー残量に達した(言い換えれば、二次電池の交換時期に達した)旨のアラームを表示手段22に表示させる
そして、図6中”S107”において制御手段21は、電圧測定手段19及び20の電圧値を監視して2つの二次電池12及び13がエネルギー残量”100%”の二次電池にそれぞれ交換されるまで待機する。
図6中”S107”において2つの二次電池12及び13が両方とも交換されたと判断した場合には、図6中”S108”において制御手段21は、表示手段22のアラームを解除すると共に、図6中”S102”のステップに戻る。
この結果、2つの二次電池のうち常に電圧値の高い二次電池から電圧が負荷に供給することにより、複数の電源の電圧を適宜選択して負荷に供給することが可能になる。
しかし、図3に示す従来例では、バックアップ電源2は主電源である二次電池1の交換作業の間、負荷7に十分な電圧を供給することが可能なエネルギー残量を常に保持している必要性があるため、バックアップ電源のエネルギー残量の管理が煩雑であると言った問題点があった。
また、図5に示す従来例では、2つの二次電池が二次電池の交換作業の時間を担保するのに最低限必要な所定のエネルギー残量に達した時点で2つの二次電池を交換するため、取り外した二次電池の充電時に、メモリ効果の発生防止等のために”所定のエネルギー残量”を放電させる必要性があり、放電時間がかかると共に、”所定のエネルギー残量”の放電によるエネルギーロスが生じてエネルギー効率が悪化してしまうと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、電源のエネルギー残量の管理が容易でエネルギー効率を向上させることが可能な電源制御装置を実現することにある。
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
複数の電源の電圧を適宜選択して負荷に供給する電源制御装置において、
2つの電源と、前記2つの電源の電圧をそれぞれ測定する2つの電圧測定手段と、前記2つの電源の電圧の一方を選択する選択スイッチ手段と、前記2つの電圧測定手段の出力が印加されると共に前記選択スイッチ手段を制御して前記2つの電源のうち電圧の低い方の電源を選択して負荷に電圧を供給し選択された電源のエネルギー残量が0%になるまで使用する制御手段とを備えたことにより、交換作業の時間を考慮したエネルギー残量の管理が容易であり、二次電池のエネルギーを使い切るため、放電時間が不要になり、放電によるエネルギーロスがないのでエネルギー効率が向上させることが可能になる。
請求項2記載の発明は、
請求項1記載の発明である電源制御装置において、
前記制御手段が、
選択された電源のエネルギー残量が0%になった場合に前記選択スイッチ手段を制御して先に選択されたかった方の電源を選択して負荷に電圧を供給すると共に表示手段にアラームを表示させることにより、交換作業の時間を考慮したエネルギー残量の管理が容易であり、二次電池のエネルギーを使い切るため、放電時間が不要になり、放電によるエネルギーロスがないのでエネルギー効率が向上させることが可能になる。
請求項3記載の発明は、
請求項2記載の発明である電源制御装置において、
前記制御手段が、
エネルギー残量が0%になった電源が交換された場合に表示手段のアラームを解除すると共に前記2つの電源のうち電圧の低い方の電源を選択して負荷に電圧を供給することにより、交換作業の時間を考慮したエネルギー残量の管理が容易であり、二次電池のエネルギーを使い切るため、放電時間が不要になり、放電によるエネルギーロスがないのでエネルギー効率が向上させることが可能になる。
請求項4記載の発明は、
請求項1記載の発明である電源制御装置において、
前記電源が、
一次電池、二次電池、若しくは、燃料電池であることにより、交換作業の時間を考慮したエネルギー残量の管理が容易であり、二次電池のエネルギーを使い切るため、放電時間が不要になり、放電によるエネルギーロスがないのでエネルギー効率が向上させることが可能になる。
請求項5記載の発明は、
請求項1記載の発明である電源制御装置において、
前記電圧測定手段の代わりに電圧比較器を用いたことにより、交換作業の時間を考慮したエネルギー残量の管理が容易であり、二次電池のエネルギーを使い切るため、放電時間が不要になり、放電によるエネルギーロスがないのでエネルギー効率が向上させることが可能になる。
請求項6記載の発明は、
請求項1記載の発明である電源制御装置において、
前記制御手段が、
前記2つの電源の電解液の比重の測定結果に基づき電源を選択して負荷に電圧を供給し選択された電源のエネルギー残量が0%になるまで使用することにより、交換作業の時間を考慮したエネルギー残量の管理が容易であり、二次電池のエネルギーを使い切るため、放電時間が不要になり、放電によるエネルギーロスがないのでエネルギー効率が向上させることが可能になる。
本発明によれば次のような効果がある。
請求項1,2,3,4,5及び請求項6の発明によれば、2つの二次電池の内、電圧の低い方の一方の二次電池のエネルギーを使い切ってから他方の二次電池の電圧を負荷に供給して一方の二次電池を交換することにより、交換作業の時間を考慮したエネルギー残量の管理が容易であり、二次電池のエネルギーを使い切るため、放電時間が不要になり、放電によるエネルギーロスがないのでエネルギー効率が向上させることが可能になる。
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明に係る電源制御装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
図1において、23及び24は電源である第1及び第2の二次電池、25及び26は各電源からの電圧の供給を制御する供給スイッチ手段、27及び28はどちらか一方の電源を選択するための選択スイッチ手段、29は負荷、30及び31は各電源の電圧を測定する電圧測定手段、32は電源制御装置全体を制御する制御手段、33はアラーム等を表示させる表示手段である。また、25,26,27,28,30,31,32及び33は電源制御装置を構成している。
第1の二次電池23の出力は、供給スイッチ手段25の入力端子に印加され、第2の二次電池24の出力は、供給スイッチ手段26の入力端子に印加される。
また、供給スイッチ手段25の出力端子は、選択スイッチ手段27の入力端子及び電圧測定手段30の入力端子にそれぞれ接続され、供給スイッチ手段26の出力端子は、選択スイッチ手段28の入力端子及び電圧測定手段31の入力端子にそれぞれ接続される。
選択スイッチ手段27及び28の出力端子はそれぞれ負荷29の一端に接続され、負荷29の他端は接地される。
また、電圧測定手段30及び31の出力はそれぞれ制御手段32に接続され、制御手段32からの表示信号は表示手段33に接続される。
最後に、制御手段32からの2つの供給スイッチ手段への共通の制御信号は供給スイッチ手段25及び26の制御入力端子にそれぞれ印加され、制御手段32からの選択スイッチ手段への個別の制御信号は選択スイッチ手段27及び28の制御入力端子に個々に印加される。
ここで、図1に示す実施例の動作を図2を用いて説明する。図2は制御手段32の動作を説明するフロー図である。
図2中”S301”において制御手段32は、制御信号により供給スイッチ手段25及び26を”ON”にして2つの二次電池23及び24から電圧を電圧制御装置に供給させると共に、電圧測定手段30及び31で2つの二次電池23及び24の出力電圧の値を測定させ、それぞれの電圧値を監視する。
図2中”S302”において制御手段32は、測定されたそれぞれ電圧値を比較して、一方の二次電池の電圧値が他方の二次電池の電圧値よりも低いか否か(具体的には、第1の二次電池23の電圧値が第2の二次電池24の電圧値よりも低いか否か)を判断する。
もし、図2中”S302”において一方の二次電池(具体的には、第1の二次電池23)の方の電圧値が低いと判断した場合には、図2中”S303”において制御手段32は、制御信号により選択スイッチ手段27を”ON”にすると共に、選択スイッチ手段28を”OFF”にして、一方の二次電池(具体的には、第1の二次電池23)を選択して、一方の二次電池から供給される電圧を負荷29に供給する。
そして、図2中”S304”において制御手段32は、負荷29で利用可能な一方の二次電池(具体的には、第1の二次電池23)のエネルギー残量が”0%”(以下、単に、エネルギー残量が”0%”と呼ぶ。)になるまで待機する。
このため、図1に示す実施例においては、一方の二次電池のエネルギー残量が”0%”に達するまで、言い換えれば、一方の二次電池を使い切るまで、一方の二次電池を使用し続けることになる。
もし、図2中”S304”において一方の二次電池(具体的には、第1の二次電池23)のエネルギー残量が”0%”になった場合には、図2中”S305”において制御手段32は、制御信号により選択スイッチ手段27を”OFF”にすると共に、選択スイッチ手段28を”ON”にして、他方の二次電池(具体的には、第2の二次電池24)を選択して、他方の二次電池から供給される電圧を負荷29に供給する。
そして、図2中”S306”制御手段32は、一方の二次電池(具体的には、第1の二次電池23)のエネルギー残量が”0%”になった(言い換えれば、一方の二次電池を使い切った)旨のアラームを表示手段33に表示させる
そして、図2中”S307”において制御手段32は、電圧測定手段30の電圧値を監視して一方の二次電池23がエネルギー残量”100%”の二次電池に交換されるまで待機する。
図2中”S307”において一方の二次電池23が交換されたと判断した場合には、図2中”S308”において制御手段32は、表示手段33のアラームを解除すると共に、図2中”S302”のステップに戻る。
一方、もし、図2中”S302”において一方の二次電池(具体的には、第1の二次電池23)の方の電圧値が高いと判断した場合には、図2中”S309”において制御手段32は、制御信号により選択スイッチ手段27を”OFF”にすると共に、選択スイッチ手段28を”ON”にして、他方の二次電池(具体的には、第2の二次電池24)を選択して、他方の二次電池から供給される電圧を負荷29に供給する。
そして、図2中”S310”において制御手段32は、負荷29で利用可能な他方の二次電池(具体的には、第2の二次電池24)のエネルギー残量が”0%”(以下、単に、エネルギー残量が”0%”と呼ぶ。)になるまで待機する。
このため、図1に示す実施例においては、他方の二次電池のエネルギー残量が”0%”に達するまで、言い換えれば、他方の二次電池を使い切るまで、他方の二次電池を使用し続けることになる。
もし、図2中”S310”において他方の二次電池(具体的には、第2の二次電池24)のエネルギー残量が”0%”になった場合には、図2中”S311”において制御手段32は、制御信号により選択スイッチ手段27を”ON”にすると共に、選択スイッチ手段28を”OFF”にして、一方の二次電池(具体的には、第1の二次電池23)を選択して、一方の二次電池から供給される電圧を負荷29に供給する。
そして、図2中”S312”制御手段32は、他方の二次電池(具体的には、第2の二次電池24)のエネルギー残量が”0%”になった(言い換えれば、他方の二次電池を使い切った)旨のアラームを表示手段33に表示させる
そして、図2中”S313”において制御手段32は、電圧測定手段31の電圧値を監視して他方の二次電池24がエネルギー残量”100%”の二次電池に交換されるまで待機する。
図2中”S313”において他方の二次電池24が交換されたと判断した場合には、図2中”S314”において制御手段32は、表示手段33のアラームを解除すると共に、図2中”S302”のステップに戻る。
この結果、2つの二次電池の内、電圧の低い方の一方の二次電池のエネルギーを使い切ってから他方の二次電池の電圧を負荷に供給して一方の二次電池を交換することにより、交換作業の時間を考慮したエネルギー残量の管理が容易であり、二次電池のエネルギーを使い切るため、放電時間が不要になり、放電によるエネルギーロスがないのでエネルギー効率が向上させることが可能になる。
また、二次電池の交換作業はどちらか一方になるので、作業効率が向上すると共に、一方の二次電池のエネルギー残量が”0%”になった時点では、他方の二次電池のエネルギー残量は十分にあるので交換作業の時間に余裕が生じることになる。
なお、図1に示す実施例では電源として2つの二次電池を用いる電源制御装置を例示しているが、電源としては二次電池ではなく一次電池や燃料電池等であっても構わない。また、電源である二次電池等の数は2つ以上であればいくつであっても構わない。
また、図1に示す実施例では各二次電池の電圧を電圧測定手段を用いて測定監視しているが、電圧測定手段の代わりに電圧比較器(コンパレータ)を用いて、予め設定された閾値を越えるか否かで二値化された信号に基づき制御手段が選択スイッチ手段の”ON/OFF”を制御しても構わない。
また、図1に示す実施例では各二次電池の電圧を電圧測定手段を用いて測定監視しているが、電圧以外の物理量(例えば、電解液の比重等)を測定し、測定結果に基づき制御手段が選択スイッチ手段の”ON/OFF”を制御しても構わない。
また、図1に示す実施例では各二次電池の電圧の供給を制御する2つの供給スイッチ手段を備えているが、動作中は2つとも”ON”の状態であるので、供給スイッチ手段は必須の構成要素ではない。
また、図1に示す実施例では説明の簡単のために選択スイッチ手段を2つ設けているが、勿論、2つの電源の電圧の一方を選択する機能を有するものでれば1つの選択スイッチ手段であっても構わない。
本発明に係る電源制御装置の一実施例を示す構成ブロック図である。 制御手段の動作を説明するフロー図である。 従来の電源制御装置の一例を示す構成ブロック図である。 制御手段の動作を説明するフロー図である。 従来の電源制御装置の他の一例を示す構成ブロック図である。 制御手段の動作を説明するフロー図である。
符号の説明
1,12,13,23,24 二次電池
2 バックアップ電源
3,4,14,15,25,26 供給スイッチ手段
5,6,16,17,27,28 選択スイッチ手段
7,18,29 負荷
8,9,19,20,30,31 電圧測定手段
10,21,32 制御手段
11,22,33 表示手段

Claims (6)

  1. 複数の電源の電圧を適宜選択して負荷に供給する電源制御装置において、
    2つの電源と、
    前記2つの電源の電圧をそれぞれ測定する2つの電圧測定手段と、
    前記2つの電源の電圧の一方を選択する選択スイッチ手段と、
    前記2つの電圧測定手段の出力が印加されると共に前記選択スイッチ手段を制御して前記2つの電源のうち電圧の低い方の電源を選択して負荷に電圧を供給し選択された電源のエネルギー残量が0%になるまで使用する制御手段と
    を備えたことを特徴とする電源制御装置。
  2. 前記制御手段が、
    選択された電源のエネルギー残量が0%になった場合に前記選択スイッチ手段を制御して先に選択されたかった方の電源を選択して前記負荷に電圧を供給すると共に表示手段にアラームを表示させることを特徴とする
    請求項1記載の電源制御装置。
  3. 前記制御手段が、
    エネルギー残量が0%になった電源が交換された場合に表示手段のアラームを解除すると共に前記2つの電源のうち電圧の低い方の電源を選択して負荷に電圧を供給することを特徴とする
    請求項2記載の電源制御装置。
  4. 前記電源が、
    一次電池、二次電池、若しくは、燃料電池であることを特徴とする
    請求項1記載の電源制御装置。
  5. 前記電圧測定手段の代わりに電圧比較器を用いたことを特徴とする
    請求項1記載の電源制御装置。
  6. 前記制御手段が、
    前記2つの電源の電解液の比重の測定結果に基づき電源を選択して負荷に電圧を供給し選択された電源のエネルギー残量が0%になるまで使用することを特徴とする
    請求項1記載の電源制御装置。
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