JP2020088956A - 電池作動型機器の多重化電源制御システム及び多重化電源制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池を備える電池作動型機器において、回路構成を複雑にすることなく、電池の電力消耗や自然消耗などによる複数の電池間のアンバランスによる電力負荷を生じることを回避し、効率よく電池を使用することができる多重化電源制御システム及び多重化電源制御方法を提供する。【解決手段】電池作動型機器１は、複数系統に分断されて電力の供給源となる電池部１１，２１と、電池部１１，２１に接続された電源制御部１２，２２と、電池部１１，２１からの作動電力を受給して機器を作動させる作動部１３，２３と、を有する。作動部１３，２３は、複数系統のいずれか１つ又はその組み合わせに属する電池部１１，２１からの作動電力を受給することで、１つの電池部が消耗していても他の電池部から電力を賄ったり、作動部の作業内容によって電力消費量に応じた電力供給を行ったりすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、複数系統に多重化された電源からの電力供給を制御する多重化電源制御システム及び多重化電源制御方法に関する。

汎用又は市販の機器に電力を供給する方法として、商用電源を交流から直流に変換して供給するものや、一次電池や二次電池（蓄電池）等の電池電源を用いて供給するものがある。商用電源は継続的な電力供給が可能である反面、コンセント等の近くでしか使用できないという場所的な制約がある。一方、電池電源は、場所的な制約はない反面、電池の消耗により突如機器が作動しないという不便さがある。

このような電池電源の供給に依存する電池作動型機器においては、電池残量を測定して電池の交換を使用者に促すものや、電池以外の別電源（例えば、商用電源、ソーラー発電による電源、電気二重層コンデンサによる充電電源など）を用いて電力を供給するものが存在する。例えば、特許文献１に記載の電池バックアップ回路は、電池消耗時における負荷回路への有効電圧域の持続時間を長くしたものであり、電気二重層コンデンサを急速充電し、整流して負荷回路に電力を供給するものである。

特開平４−２２２４２７号公報

しかしながら、電源のバックアップシステムは多数存在して、１つの電源の喪失時に別の電源によって対応することができるものの、電池作動型機器において、電池電源とバックアップ用の電池以外の別電源を搭載すると、整流回路や電圧変換回路等の構成が必要となることから回路構成が複雑になる。

また、電池作動型機器では、単純にバックアップ用電源として複数系統の電池を備えているだけでは、機器の待機電力による電力消耗や不使用時における電池の自然消耗といった問題を考慮する必要があり、これを考慮しないと複数の電池のアンバランスによる電力負荷が生じてしまい、かえって電池の消耗を早めてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、回路構成を複雑にすることなく複数の電池を備えており、電池の電力消耗や自然消耗などによる複数の電池間のアンバランスによる電力負荷を生じることを回避し、効率よく電池を使用することができる電池作動型機器の多重化電源制御システム及び多重化電源制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、以下のものを提供する。

（１） 電池作動型機器に電力を供給する多重化電源制御システムであって、複数系統に分断されて電力の供給源となる電池部と、前記電池部に接続された電源制御部と、前記電池部からの作動電力を受給して前記機器を作動させる作動部と、を有し、前記作動部は、複数系統のいずれか１つ又はその組み合わせに属する前記電池部からの作動電力を受給することを特徴とする多重化電源制御システム。

本発明によれば、作動部は、複数系統に並列に分断されて電力の供給源となる電池部から作動電力を受給する際に、複数系統のいずれか１つ又はその組み合わせに属する電池部からの受給となるように電源制御部は制御することから、１つの電池部が消耗していても他の電池部から電力を賄うことができ、電池消耗によって電池作動型機器が作動しないといった不具合のリスクを低減することができる。

また、作動部の作動内容によって、大容量の電力を消費するときは複数系統に属する電池部を接続し、小容量の電力を消費するときは１つの系統に属する電池部を接続するなど、電力消費量に応じた効率のよい電力供給を可能にすることができる。

（２） 前記電源制御部は、接続された前記電池部からの作動電力を前記作動部に対して供給するか否かを判断することを特徴とする多重化電源制御システム。

本発明によれば、電源制御部は、作動部への作動電力の供給をどの電池部から行うのかを判断することにより、１つの電池部が消耗していても他の電池部から電力を賄ったり、作動部の作業内容によって電力消費量に応じた電力供給を行ったり、適切な電力供給を制御することで効率のよい電力供給を可能にすることができる。

（３） 前記電源制御部は、接続された前記電池部からの作動電力を前記作動部に対して供給するか否かを判断するとともに、作動電力を供給する場合の供給量を決定することを特徴とする多重化電源制御システム。

本発明によれば、電源制御部は、作動部への作動電力の供給をどの電池部から行うのかを判断するとともに、各々の電池部からの作動電力の供給量を決定することから、適切な電力供給を制御することで効率のよい電力供給を可能にすることができる。

（４） 前記電源制御部は、前記電池部ごとに複数系統で構成されており、複数系統の前記電源制御部同士が連携していることを特徴とする多重化電源制御システム。

本発明によれば、電池部ごとに構成された複数の電源制御部が連携していることから、電池作動型機器全体としての電池部からの電力供給を制御することができ、効率のよい電力供給を可能にすることができる。

（５） 前記作動部は、前記電池部ごとに複数系統で構成されていることを特徴とする多重化電源制御システム。

本発明によれば、作動部は、複数系統に並列に構成されていることから、１つの作動部が異常や不具合等で作動しなくても他の作動部で対応することができ、異常や不具合のリスクを低減することができる。

（６） 前記電源制御部は、外部機器からの指令を受信し得る待機電力を前記電池部から受給することを特徴とする多重化電源制御システム。

本発明によれば、電源制御部は、外部機器からの指令を受信し得る待機電力を電池部から受給することから、待機電力の受給を複数系統のいずれか１つ又はその組み合わせに属する電池部から行うことで、１つの電池部のみに負荷が生じないように制御したり、電池の電力消耗や自然消耗などによる複数の電池間のアンバランスによる電力負荷を生じることを回避したりして、効率のよい電力供給を可能にすることができる。

（７） 複数系統に分断されて電力の供給源となる電池部と、当該電池部に接続された電源制御部と、当該電池部からの作動電力を受給して前記機器を作動させる作動部と、を有する電池作動型機器に電力を供給する多重化電源制御方法であって、前記電源制御部は、外部機器からの指令に応答し得る状態において、外部機器からの指令を受信するステップと、受信した指令の内容を解析するステップと、前記電池部からの作動電力を前記作動部に対して供給するか否かを判断するステップと、前記作動部に対して作動電力を供給するステップと、を含むことを特徴とする多重化電源制御方法。

本発明によれば、複数系統に並列に分断されて電力の供給源となる電池部から作動部に作動電力を受給する際に、外部機器からの指令を受信して、その指令内容によって作動部に対して作動電力を供給することから、外部機器からの指令内容に応じた効率のよい電力供給を可能にすることができる。

（８） 前記電源制御部は、前記電池部からの作動電力を前記作動部に対して供給するか否かを判断する際に、供給元となる前記電池部及び供給先となる前記作動部の組み合わせを決定するステップを含むことを特徴とする多重化電源制御方法。

本発明によれば、電源制御部は、電池部及び作動部の組み合わせを決定して作動電力を供給することから、１つの電池部が消耗していても他の電池部から電力を賄うことができ、電池消耗によって電池作動型機器が作動しないといった不具合のリスクを低減することができ、また、１つの作動部が異常や不具合等で作動しなくても他の作動部で対応することで異常や不具合のリスクを低減することができる。

（９） 前記電源制御部は、前記電池部からの作動電力を前記作動部に対して供給するか否かを判断する際に、作動電力を供給する場合の供給量を決定するステップを含むことを特徴とする多重化電源制御方法。

本発明によれば、作動部の作動内容によって、大容量の電力を消費するときは複数系統に属する電池部を接続し、小容量の電力を消費するときは１つの系統に属する電池部を接続するなど、電力消費量に応じた効率のよい電力供給を可能にすることができる。

（１０） 前記電池部ごとに複数系統で構成されている前記電源制御部は、それぞれの処理が連携しているステップを含むことを特徴とする多重化電源制御方法。

本発明によれば、電池部ごとに構成された複数の電源制御部が連携することから、電池作動型機器全体としての電池部からの電力供給を制御することができ、効率のよい電力供給を可能にすることができる。

（１１） 前記電源制御部は、外部機器からの指令を受信し得る待機電力を前記電池部から受給するステップを含むことを特徴とする多重化電源制御システム。

本発明によれば、電源制御部は、外部機器からの指令を受信し得る待機電力を電池部から受給することから、待機電力の受給を複数系統のいずれか１つ又はその組み合わせに属する電池部から行うことで、１つの電池部のみに負荷が生じないように制御したり、電池の電力消耗や自然消耗などによる複数の電池間のアンバランスによる電力負荷を生じることを回避したりして、効率のよい電力供給を可能にすることができる。

本発明は、電池作動型機器が複数の電池部で構成されることによって、１つの電池部が消耗していても他の電池部から電力を賄うことができるとともに、電池部を効果的に使用することで効率よく電池を使用することができるという効果がある。

本発明の実施の形態に係る多重化電源制御システムの構成図。 本発明の実施の形態に係る多重化電源制御システムの構成図。 本発明の実施の形態に係る多重化電源制御システムの構成図。 本発明の実施の形態に係る多重化電源制御システムの構成図。 多重化電源制御システムの処理の手順を示すフロー図。 多重化電源制御システムの処理の手順を示すフロー図。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本発明の実施形態における多重化電源制御システムは、開閉可能な扉（ドア）や金庫などの開閉物を開閉する機器などに搭載され又は取り付けられて開閉機構を駆動するための電力を供給したり、外部との通信接続を維持する通信機器などに搭載され又は取り付けられて通信内容を伝達するための電力を供給したりする。

図１は、本発明の実施の形態に係る第１の多重化電源制御システムの概略構成図であり、電池消耗や電源喪失などの不具合や異常時に対する電源バックアップの観点から電池作動型の電子機器１に２個の電子基板１０，２０が独立して備えられ、電子基板１０又は電子基板２０か両方の電子基板１０，２０から供給される作動電力をもって作動機構を駆動させ、電子機器１を作動させる。なお、図１では、電子基板は２個であるが、バックアップをより確実にするために電子基板は３個以上であってもよい。この場合には、いずれかの電子基板かその組み合わせによって供給される作動電力をもって、電子機器１を作動させる。

電子基板１０，２０は、汎用の電池が装着されて電力の供給源となる電池部１１，２１と、電池部１１，２１に接続された電源制御部１２，２２と、電池部１１，２１からの作動電力を受給して電子機器１を作動させる作動部１３，２３と、が別系統として構成されているが、電源制御部１２と電源制御部２２とは電気的に接続されて互いに連携している。

図１において、作動部１３への電力供給方式は３通りあり、第１方式は電池部１１からの作動電力を供給するもの、第２方式は電池部２１からの作動電力を供給するもの、第３方式は電池部１１及び電池部２１からの作動電力を供給するものである。一般的には第１方式や第３方式によるが、第２方式も取り入れることによって作動部２１の不具合や異常時に対応することができる。なお、作動部１４への電力供給方式も作動部１３の場合と同様である。

図２は、本発明の実施の形態に係る第２の多重化電源制御システムの概略構成図であり、電池消耗や電源喪失などの不具合や異常時に対する電源バックアップの観点から電子機器１に２個の電子基板３０，４０が独立して備えられ、電子基板３０又は電子基板４０か両方の電子基板３０，４０から供給される作動電力をもって、電子機器１を作動させる。なお、図２では、電子基板は２個であるが、バックアップをより確実にするために電子基板は３個以上であってもよい。この場合には、いずれかの電子基板かその組み合わせによって供給される作動電力をもって、電子機器１を作動させる。

電子基板３０，４０は、汎用の電池が装着されて電力の供給源となる電池部３１，４１と、電池部３１，４１に接続された電源制御部３２，４２と、が別系統として構成されているが、電源制御部３２と電源制御部４２とは電気的に接続されて互いに連携している。電源制御部３２と電源制御部４２との下流側には、電池部３１，４１からの電力を受給して電子機器１を作動させる作動部５０が単独として構成されている。

図２において、作動部５０への電力供給方式は３通りあり、第１方式は電池部３１からの作動電力を供給するもの、第２方式は電池部４１からの作動電力を供給するもの、第３方式は電池部３１及び電池部４１からの作動電力を供給するものである。電池部３１，４１によって電源バックアップの確実性を担保することができる。

図３は、本発明の実施の形態に係る第３の多重化電源制御システムの概略構成図であり、電池消耗や電源喪失などの不具合や異常時に対する電源バックアップの観点から、電池部６１又は電池部６２か両方の電池部６１，６２から供給される作動電力をもって、電子機器１を作動させる。なお、図３では、電池部は２個であるが、バックアップをより確実にするために電池部は３個以上であってもよい。この場合には、いずれかの電池部かその組み合わせによって供給される作動電力をもって、電子機器１を作動させる。

図３においては、汎用の電池が装着されて電力の供給源となる電池部６１，６２と、電池部６１，６２に接続された電源制御部６３と、電池部６１，６２からの作動電力を受給して電子機器１を作動させる作動部６４，６５と、で構成されている。電源制御部６３は、複数の電池部６１，６２の電力供給を制御して、作動部６４又は作動部６５に作動電力を供給する。図１及び図２に比べて電源制御部を１個で構成しているため、電源制御部同士の同期・連携は必要なく、回路構成が簡単となる。また、外部からの指令に対する電源制御を単一のアルゴリズムで実行することができる。

図３において、作動部６４への電力供給方式は３通りあり、第１方式は電池部６１からの作動電力を供給するもの、第２方式は電池部６２からの作動電力を供給するもの、第３方式は電池部６１及び電池部６２からの作動電力を供給するものである。なお、作動部６５への電力供給方式も作動部６４の場合と同様である。

図４は、本発明の実施の形態に係る第４の多重化電源制御システムの概略構成図であり、電池消耗や電源喪失などの不具合や異常時に対する電源バックアップの観点から、電池部７１又は電池部７２か両方の電池部７１，７２から供給される作動電力をもって、電子機器１を作動させる。なお、図４では、電池部は２個であるが、バックアップをより確実にするために電池部は３個以上であってもよい。この場合には、いずれかの電池部かその組み合わせによって供給される作動電力をもって、電子機器１を作動させる。

図４においては、汎用の電池が装着されて電力の供給源となる電池部７１，７２と、電池部７１，７２に接続された電源制御部７３と、電池部７１，７２からの作動電力を受給して電子機器１を作動させる作動部７４と、で構成されている。電源制御部７３は、複数の電池部７１，７２の電力供給を制御して、作動部７４に作動電力を供給する。図１及び図２に比べて電源制御部を１個、作動部を１個で構成しているため、電源制御部同士の同期・連携は必要なく、回路構成が簡単となる。また、外部からの指令に対する電源制御を単一のアルゴリズムで実行して、作動部を動作することができる。

図４において、作動部７４への電力供給方式は３通りあり、第１方式は電池部７１からの作動電力を供給するもの、第２方式は電池部７２からの作動電力を供給するもの、第３方式は電池部７１及び電池部７２からの作動電力を供給するものである。

図５は、本発明の実施の形態に係る多重化電源制御システムの処理の流れを示す図であり、主に電源制御１や電源制御２といった複数系統の電源制御部で構成されるシステム（図１及び図２）に関するものである。

まず、各々の電源制御部は、電池部からの待機電流を受ける通電状態で待機している（ステップＳ１−１，Ｓ２−１）。待機電力の供給は、複数の電源制御部の各々の電池部の電池残量に基づいて、供給元となる電池部を決定してもよい。なお、電池残量の計測器を電源制御部は備えている。

この際、例えば図１に示すシステム構成では各々の作動部にも通電することで、作動部が活性化されるかどうかの活性確認を行ってもよい。活性確認によって、活性状態にある場合は作動部は正常に機能する状態であり、不活性状態にある場合は作動部は異常であると判断することができる。

通電状態で待機している間に、電源制御部は外部からの指令を受信したか否かを判断する（ステップＳ１−２，Ｓ２−２）。すなわち、外部から電子機器１の作動を要求する指令を受信していない場合は通電（待機）状態を継続する一方、受信した場合は電源制御部相互間において受信確認を行う（ステップＳ１−３，Ｓ２−３）。この受信確認において、例えば一方の電源制御部は指令を受信し、他方の電源制御部は指令を受信しない場合、一方の電源制御部は他方の系統に不具合があるとして、一方の系統のみによって電力を供給する制御を行う。

外部機器としては、携帯電気通信端末（スマートフォン）などがあり、例えば、開閉可能な扉（ドア）や金庫などの開閉物を開閉する電子機器の場合は、Ｗｉ−ＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの通信を用いて開閉の指令を電子機器１に与える。電子機器はこの通信を行う通信部を備えている。

受信確認において電源制御部への受信があった場合は、指令内容の解析を行う（ステップＳ１−４，Ｓ２−４）。例えば、外部からの指令が動作コマンドで送信されるのであれば、コマンドに対応した動作内容が記述されたテーブルを参照して動作コマンドの解析を行う。

例えば、開閉の指令を電子機器１が受信した場合には、開にするか、閉にするか、開をして閉をするかなどの指令内容を動作コマンドから解析する。このとき、各コマンドに応じた消費電力量もテーブルから参照され、消費電力量の大小は電力供給を行う作動部を決定する際の参考とする。

指令内容の解析の後、作動部に電力供給を行うか否かを判断し（ステップＳ１−５，Ｓ２−５）、電力供給する場合の供給量を決定する（ステップＳ１−６，Ｓ２−６）。この際、電源制御部相互間で連携を行う。例えば、一方の系統で電力供給を賄う場合は、一方の系統のみで電力供給を行い、他方の系統は再び通電（待機）状態に遷移する。一方の系統と他方の系統とで交互に電力供給を賄う場合は、供給履歴を記したカウンターを用いて前回使用した系統を参照して、一方か他方かを決定する。指令内容によっては大容量の電力が必要とされる場合は、一方か他方かの系統で電力供給を賄うという選択の他、一方と他方との両方の系統で電力供給を賄うという選択ができる。複数の電源制御部は、各々の電池部の電池残量や受信した指令内容に基づいて適切な電力供給方式を決定する。なお、電池残量の計測器を電源制御部は備えている。

電源制御部は、決定した電力供給要否の判断及び電力供給量に基づいて、作動部に作動電力を供給する（ステップＳ１−７，Ｓ２−７）。これにより、電子機器１が作動して開閉機構の駆動や通信内容を伝達といった機能が実行される。

図６は、本発明の実施の形態に係る多重化電源制御システムの処理の流れを示す図であり、主に単独の電源制御部で構成されるシステム（図３及び図４）に関するものである。

まず、電源制御部は、電池部からの微弱電流を受ける通電状態で待機している（ステップＳ３−１）。この際、例えば作動部にも通電することで、作動部が活性化されるかどうかの活性確認を行ってもよい。活性確認によって、活性状態にある場合は作動部は正常に機能する状態であり、不活性状態にある場合は作動部は異常であると判断することができる。

通電状態で待機している間に、電源制御部は外部機器からの指令を受信したか否かを判断する（ステップＳ３−２）。すなわち、外部機器から電子機器１の作動を要求する指令を受信していない場合は通電（待機）状態を継続する一方、受信した場合は、指令内容の解析を行う（ステップＳ３−４）。例えば、外部機器からの指令が動作コマンドで送信されるのであれば、コマンドに対応した動作内容が記述されたテーブルを参照して動作コマンドの解析を行う。

指令内容の解析の後、作動部に電力供給を行う供給源（電池部６１，電池部６２、電池部７１，電池部７２）と供給量を決定する（ステップＳ３−４）。例えば、一方の電池部で電力供給を賄う場合は、一方の電池部のみで電力供給を行う。一方の電池部と他方の電池部とで交互に電力供給を賄う場合は、供給履歴を記したカウンターを用いて前回使用した電池部を参照して、一方か他方かを決定する。指令内容によっては大容量の電力が必要とされる場合は、一方か他方かの電池部で電力供給を賄うという選択の他、一方と他方との両方の電池部で電力供給を賄うという選択ができる。電源制御部は、各々の電池部の電池残量や受信した指令内容に基づいて適切な電力供給方式を決定する。

電源制御部は、決定した電力供給源及び電力供給量に基づいて、作動部に作動電力を供給する（ステップＳ３−５）。これにより、電子機器１が作動して開閉機構の駆動や通信内容を伝達といった機能が実行される。

本発明は、電池消耗等による電子機器が正常作動しない不測の事態を回避するためのシステムとして有用である。

１ 電子機器（電池作動型機器）
１０，２０，３０，４０ 電子基板

Claims (11)

1. 電池作動型機器に電力を供給する多重化電源制御システムであって、
   複数系統に分断されて電力の供給源となる電池部と、
   前記電池部に接続された電源制御部と、
   前記電池部からの作動電力を受給して前記電池作動型機器を作動させる作動部と、
   を有し、
   前記作動部は、複数系統のいずれか１つ又はその組み合わせに属する前記電池部からの作動電力を受給することを特徴とする多重化電源制御システム。
2. 前記電源制御部は、接続された前記電池部からの作動電力を前記作動部に対して供給するか否かを判断することを特徴とする請求項１記載の多重化電源制御システム。
3. 前記電源制御部は、接続された前記電池部からの作動電力を前記作動部に対して供給するか否かを判断するとともに、作動電力を供給する場合の供給量を決定することを特徴とする請求項１記載の多重化電源制御システム。
4. 前記電源制御部は、前記電池部ごとに複数系統で構成されており、
   複数系統の前記電源制御部同士が連携していることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の多重化電源制御システム。
5. 前記作動部は、前記電池部ごとに複数系統で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の多重化電源制御システム。
6. 前記電源制御部は、外部機器からの指令を受信し得る待機電力を前記電池部から受給することを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の多重化電源制御システム。
7. 複数系統に分断されて電力の供給源となる電池部と、当該電池部に接続された電源制御部と、当該電池部からの作動電力を受給して前記機器を作動させる作動部と、を有する電池作動型機器に電力を供給する多重化電源制御方法であって、
   前記電源制御部は、
   外部機器からの指令に応答し得る状態において、外部機器からの指令を受信するステップと、
   受信した指令の内容を解析するステップと、
   前記電池部からの作動電力を前記作動部に対して供給するか否かを判断するステップと、
   前記作動部に対して作動電力を供給するステップと、
   を含むことを特徴とする多重化電源制御方法。
8. 前記電源制御部は、前記電池部からの作動電力を前記作動部に対して供給するか否かを判断する際に、供給元となる前記電池部及び供給先となる前記作動部の組み合わせを決定するステップを含むことを特徴とする請求項７記載の多重化電源制御方法。
9. 前記電源制御部は、前記電池部からの作動電力を前記作動部に対して供給するか否かを判断する際に、作動電力を供給する場合の供給量を決定するステップを含むことを特徴とする請求項７又は８記載の多重化電源制御方法。
10. 前記電池部ごとに複数系統で構成されている前記電源制御部は、それぞれの処理が連携しているステップを含むことを特徴とする請求項７から９のいずれか記載の多重化電源制御方法。
11. 前記電源制御部は、外部機器からの指令を受信し得る待機電力を前記電池部から受給するステップを含むことを特徴とする請求項７から１０のいずれか記載の多重化電源制御システム。

Images