(57)【要約】  第１電池パックは、第１電池モジュールと第１制御部を含む。第２電池パックは、第２電池モジュールと第２制御部を含む。第１電池パックと第２電池パックは本体に脱着自在に装着される。起動管理部は、第１制御部と第２制御部とが同じタイミングで起動しないように起動の指示を行う。早く起動した第１制御部は、第１電池モジュールからＡＣ負荷に電力を供給する通常モードで動作する。遅く起動した第２制御部は、第２電池モジュールからＡＣ負荷に電力を供給しない待機モード動作する。
2016047095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換部を含み、負荷に電力を供給可能な電源装置において、
複数の電池を有する第１電池モジュールと、前記第１電池モジュールから電力が供給され、電源装置全体を制御する第１制御部とを含み、前記電源装置の本体に脱着自在に装着される第１電池パックと、
複数の電池を有する第２電池モジュールと、前記第２電池モジュールから電力が供給され、前記電源装置全体を制御する第２制御部を含み、前記電源装置の本体に脱着自在に装着される第２電池パックと、
前記第１制御部及び前記第２制御部とが同じタイミングで起動しないように前記第１制御部及び前記第２制御部に起動を指示する起動管理部とを備え、
前記第１制御部が前記第２制御部より早く起動した場合、前記第１制御部は前記電源装置全体を制御し、前記第１電池モジュールから前記負荷に電力を供給する通常モードで動作するとともに、前記第２制御部は前記第１制御部が通常モードで動作している間、前記第２モジュールから前記負荷に電力を供給しない待機モードで動作する、電源装置。
【請求項２】
前記第２制御部は処理を実行するアクティブ状態と処理を停止するスリープ状態を交互に繰り返す、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１電池パックは第１スイッチを含み、前記第１電池モジュールは前記電力変換部と前記第１スイッチを介して電力線で接続され、前記第２電池パックは第２スイッチを含み、前記第２電池モジュールは前記電力変換部と前記第２スイッチを介して前記電力線で接続されており、
前記第１制御部あるいは前記第２制御部は、前記第１スイッチあるいは前記第２スイッチが開状態のときの前記電力線の電圧レベルに基づき、前記通常モードあるいは前記待機モードのいずれかで動作することを決定する、
請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１電池パックは前記第１スイッチが開状態で前記電源装置の本体に装着され、前記第１制御部は前記通常モードで動作することを決定すると前記第１スイッチを閉状態に切り替える、
請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記第２電池パックは前記第２スイッチが開状態で前記電源装置の本体に装着され、前記第２制御部は前記待機モードで動作することを決定すると前記第２スイッチを開状態のまま維持する、
請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記第１制御部は第１電池モジュールの充電状態を検出する第１状態検出部を含み、前記第１電池モジュールの充電状態が所定のしきい値より低くなると、前記第２制御部に前記通常モードに遷移するように指示し、前記第２制御部が通常モードに遷移して前記第２スイッチが閉状態に切り替わると、前記第１制御部は動作を停止する停止モードに遷移して前記第１スイッチを開状態に切り替える、
請求項５に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの二次電池を備え、商用交流電源が停電した場合や屋外で商用交流電源が利用できない場合に、二次電池から電力供給を行う可搬型の電源装置が知られている。可搬型の電源装置では、電力供給の持続時間の長時間化とともに、屋外に持ち運ぶための可搬性や、屋外の環境下においても安定的な電力供給を実現するための耐久性や信頼性の向上が求められる。従来のある方法では、一体的に構成した電池モジュールを基台上に立設配置し、インバータと制御基板を電池モジュールに隣接して配置している（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２５３８３８号公報
【発明の概要】
【０００４】
上記従来方法によって、装置内部の空間密度を高めることができるかもしれないが、電池モジュールとインバータとそれらを制御する制御基板が一体的に電源装置に収納されているので、制御基板に何らかの要因で異常が発生した場合、電源装置が利用できなくなることもある。
【０００５】
そこで本発明は、電力供給の持続時間を長時間化するとともに、屋外の環境下においても安定的な電力供給が可能な電源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明に係る電源装置は、電力変換部を含み、負荷に電力を供給可能な電源装置において、複数の電池を有する第１電池モジュールと、前記第１電池モジュールから電力が供給され、前記電力装置全体を制御する第１制御部とを含み、前記電源装置の本体に脱着自在に装着される第１電池パックと、複数の電池を有する第２電池モジュールと、前記第２電池モジュールから電力が供給され、前記電力装置全体を制御する第２制御部を含み、前記電源装置の本体に脱着自在に装着される第２電池パックと、前記第１制御部及び前記第２制御部とが同じタイミングで起動しないように前記第１制御部及び前記第２制御部に起動を指示する起動管理部とを備え、前記第１制御部が前記第２制御部より早く起動した場合、前記第１制御部は前記電源装置全体を制御し、前記第１電池モジュールから前記負荷に電力を供給する通常モードで動作するとともに、前記第２制御部は前記第１制御部が通常モードで動作している間、前記第２モジュールから前記負荷に電力を供給しない待機モードで動作する。
【０００７】
本発明によれば、電力供給の持続時間を長時間化するとともに、屋外の環境下においても安定的な電力供給が可能な電源装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る電源装置を説明するための図である。
【図２】図２は本発明の実施形態に係る操作部を説明するための図である。
【図３】図３は本発明の実施形態に係る起動管理部を説明するための図である。
【図４】図４は本発明の実施形態に係る電池パックを説明するための図である。
【図５】図５は動作モードの設定制御に関わる動作フローチャートである。
【図６】図６は動作モードの遷移制御に関わる動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態を具体的に説明する前に概要について述べる。可搬型の電源装置の持続時間を長時間化するために、少なくとも２つの電池パックを備え、電力供給している一方の電池パックの充電状態が低下すると他方の電池パックから電力供給するように切り替えることが考えられる。電力供給できなくなった一方の電池パックを取り外すことができれば、電源装置の重量を小さくすることができ、可搬性を向上させることができる。それぞれの電池パックに電源装置全体を制御する制御部を含めれば、一方の電池パックの制御部に異常を生じ、電源装置から電力供給できなくなった場合であっても、一方の電池パックを取り外し、他方の電池パックの制御部が電源装置全体を制御するように切り替えることで電力供給を継続でき、電源装置全体の耐久性や信頼性を向上させることができる。この場合、それぞれの制御部はそれぞれの電池パックから電力供給を受けて動作することになるので、一方の電池パックが電力供給している間、他方の電池パックの制御部は消費電力を抑制するように間欠動作を行うことにより、電力供給を行わない待機中の消費電力を抑制して持続時間を長くすることができる。電力線を介して本体と一方の電池パック及び他方の電池パックをそれぞれ接続し、一方の電池パックから電力供給を行う場合、電力線の電圧レベルを監視すれば、一方の電池パックから電力供給されているかを簡単に判定することができる。一方の電池パックと他方の電池パックが同時に起動すると、電力線の電圧レベルを監視しても電力供給が行われているかどうか判定できないことがあるので、一方の電池パックと他方の電池パックが同じタイミングで起動することを禁止することが好ましい。
【００１０】
そこで、本発明の実施形態では、一方の電池パックと他方の電池パックのそれぞれに電源装置全体を制御する制御部を含め、一方の電池パック及び他方の電池パックのそれぞれを電源装置の本体に脱着自在に装着し、一方の電池パックと他方の電池パックが同時に起動することを禁止する。これにより、一方の電池パックの動作モードを電力供給する通常モードに、他方の電池パックの動作モードを電力供給しない待機モードに簡単に設定することができる。結果、電力供給の持続時間の長時間化と、安定的な電力供給を簡単な構成で実現することができる。
【００１１】
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る電源装置１を説明するための図である。本実施形態では、電源装置１はＡＣ負荷１４に交流電力を供給するとともに、ＤＣ負荷１６に直流負荷を供給可能なバックアップ用の可搬型電源装置を想定する。電源装置１は、本体１０と、電池パック１２で総称される第１電池パック１２ａと第２電池パック１２ｂを備える。第１電池パック１２ａ及び第２電池パック１２ｂは本体１０に脱着自在に装着される。本体１０は、インバータ２０（電力変換部とも言う）、コンバータ２２、操作部２４、起動管理部２６、第１電力線２８、第２電力線３０及び通信線３２を備える。第１電池パック１２ａは、第１電池モジュール４０ａ、第１充電スイッチ４２ａ、第１放電スイッチ４４ａ（第１スイッチとも言う）、第１制御部４６ａ、第１正極端子４８ａ及び第１負極端子５０ａを備える。第２電池パック１２ｂは、第２電池モジュール４０ｂ、第２充電スイッチ４２ｂ、第２放電スイッチ４４ｂ（第２スイッチとも言う）、第２制御部４６ｂ、第２正極端子４８ｂ及び第２負極端子５０ｂを備える。
【００１３】
以下、必要に応じて、第１電池モジュール４０ａ及び第２電池モジュール４０ｂを電池モジュール４０と総称することがある。同様に、第１充電スイッチ４２ａ及び第２充電スイッチ４２ｂを充電スイッチ４２と、第１放電スイッチ４４ａ及び第２放電スイッチ４４ｂを放電スイッチ４４と、第１制御部４６ａ及び第２制御部４６ｂを制御部４６と、それぞれ総称することがある。同様に、第１正極端子４８ａ及び第２正極端子４８ｂを正極端子４８と、第１負極端子５０ａ及び第２負極端子５０ｂを負極端子５０と、第１電力線２８及び第２電力線３０を電力線と、それぞれ総称することがある。
【００１４】
インバータ２０は、制御部４６からの指示に従い、電池モジュール４０を放電させ、電池モジュール４０から電力線を介して供給される直流電力を交流電力に変換してＡＣ負荷１４に供給する。また、放電する際、インバータ２０は、制御部４６からの指示に従い、放電電圧および放電電流を管理する。
【００１５】
コンバータ２２は、電池モジュール４０から電力線を介して供給される直流電力の電圧レベルを所定の電圧レベルに変換してＤＣ負荷１６に供給する。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態に係る操作部２４を説明するための図である。操作部２４は、状態表示部５２で総称される第１状態表示部５２ａ及び第２状態表示部５２ｂと、起動／停止ボタン５４で総称される第１起動／停止ボタン５４ａと第２起動／停止ボタン５４ｂを含む。第１状態表示部５２ａ及び第１起動／停止ボタン５４ａは、第１電池パック１２ａに対応づけられ、第２状態表示部５２ｂ及び第２起動／停止ボタン５４ｂは、第２電池パック１２ｂに対応づけられている。利用者は第１起動／停止ボタン５４ａを長押しして第１電池パック１２ａの起動を指示し、第２起動／停止ボタン５４ｂを長押しして第２電池パック１２ｂの起動を指示する。操作部２４は、利用者からの入力された起動指示を起動管理部２６に出力する。第１状態表示部５２ａは、発光ダイオードＬＤａ１、発光ダイオードＬＤａ２、発光ダイオードＬＤａ３及び発行ダイオードＬＤａ４を含む。同様に、第２状態表示部５２ｂは、発光ダイオードＬＤｂ１、発光ダイオードＬＤｂ２、発光ダイオードＬＤｂ３及び発行ダイオードＬＤｂ４を含む。操作部２４は、制御部４６から受け取った充電状態（充電率とも言う）を示す指標であるＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆ Ｃｈａｒｇｅ）や過充放電などの異常状態情報を、状態表示部５２の４つの発光ダイオードを点灯することで利用者に通知する。例えば、操作部２４は、制御部４６から受け取った異常状態情報に基づき、発光ダイオードＬＤａ１あるいは発光ダイオードＬＤｂ１を点滅させる。また、操作部２４は、制御部４６から受け取ったＳＯＣに基づき、発光ダイオードＬＤａ２、発光ダイオードＬＤａ３及び発光ダイオードＬＤａ４あるいは発光ダイオードＬＤｂ２、発光ダイオードＬＤｂ３及び発光ダイオードＬＤｂ４を段階的に点灯する。また、操作部２４は、４つの発光ダイオード全てを点滅させることにより対応する電池パックが待機モードにあることを利用者に通知する。
【００１７】
起動管理部２６は、第１電池パック１２ａ及び第２電池パック１２ｂが同じタイミングで起動することを禁止する。利用者が第１起動／停止ボタン５４ａ及び第２起動／停止ボタン５４ｂを同時に長押しし、第１電池パック１２ａ及び第２電池パック１２ｂそれぞれの起動を指示した場合、起動管理部２６は、第１電池パック１２ａ及び第２電池パック１２ｂとも起動を禁止する。一方、利用者が第１起動／停止ボタン５４ａあるいは第２起動／停止ボタン５４ｂのどちらか一方を長押しし、第１電池パック１２ａあるいは第２電池パック１２ｂのどちらか一方の起動を指示した場合、起動管理部２６は、指示された電池パック１２の起動を許可する。
【００１８】
図３は、本発明の実施形態に係る起動管理部２６を説明するための図である。起動管理部２６は、第１選択部５６及び第２選択部５８を含む。第１選択部５６は、第１切替部６０及び第２切替部６２を含み、第２選択部５８は、第３切替部６４及び第４切替部６６を含む。第１切替部６０、第２切替部６２、第３切替部６４及び第４切替部６６は、例えば、機械式スイッチである。第１切替部６０は接点Ｕを含む。同様に、第２切替部６２は接点Ｖを含み、第３切替部６４は接点Ｘを含み、第４切替部６６は接点Ｙを含む。
【００１９】
接点Ｕは第１電力線２８からの出力を第３切替部６４の入力側に切り替えるための接点である。接点Ｖは第４切替部６６からの出力を第１電池パック１２ａの入力側に切り替えるための接点である。接点Ｘは第１切替部６０からの出力を第２電池パック１２ｂの入力側に切り替えるための接点である。接点Ｙは第１電力線２８からの出力を第２切替部６２の入力側に切り替えるための接点である。
【００２０】
第２起動／停止ボタン５４ｂが長押しされることに応じて、起動管理部２６は、第１切替部６０及び第２切替部６２の接続状態を決定する。具体的には、第２起動／停止ボタン５４ｂが長押しされると、第１切替部６０及び第２切替部６２のそれぞれの第１接点（図３の上側の接点）が閉路され、そうでなければ第１切替部６０及び第２切替部６２のそれぞれの第２接点（図３の下側の接点）が閉路される。同様に、第１起動／停止ボタン５４ａが長押しされることに応じて、起動管理部２６は、第３切替部６４及び第４切替部６６の接続状態を決定する。具体的には、第１起動／停止ボタン５４ａが長押しされると、第３切替部６４及び第４切替部６６のそれぞれの第１接点が閉路され、そうでなければ第３切替部６４及び第４切替部６６のそれぞれの第２接点が閉路される。
【００２１】
起動管理部２６は、第２起動／停止ボタン５４ｂが長押しされていない（つまり、第１切替部６０及び第２切替部６２のそれぞれの第２接点が閉路されている）ときに、第１起動／停止ボタン５４ａが長押しされる（つまり、第３切替部６４及び第４切替部６６のそれぞれの第１接点が閉路される）と、第１電池パック１２ａに第１電力線の電圧レベルを出力する。また、起動管理部２６は、第１起動／停止ボタン５４ａが長押しされていない（つまり、第３切替部６４及び第４切替部６６のそれぞれの第２接点が閉路されている）ときに、第２起動／停止ボタン５４ｂが長押しされる（つまり、第１切替部６０及び第２切替部６２のそれぞれの第１接点が閉路される）と、第２電池パック１２ｂに第１電力線の電圧レベルを出力する。
【００２２】
一方、起動管理部２６は、第１起動／停止ボタン５４ａ及び第２起動／停止ボタン５４ｂが長押しされなければ（つまり、第１切替部６０、第２切替部６２、第３切替部６４及び第４切替部６６のそれぞれの第２接点が閉路される）、第１電池パック１２ａ及び第２電池パック１２ｂに第１電力線の電圧レベルを出力しない。また、起動管理部２６は、第１起動／停止ボタン５４ａ及び第２起動／停止ボタン５４ｂが長押しされる（つまり、第１切替部６０、第２切替部６２、第３切替部６４及び第４切替部６６のそれぞれの第１接点が閉路される）と、第１電池パック１２ａ及び第２電池パック１２ｂに第１電力線の電圧レベルを出力しない。
【００２３】
制御部４６は、起動管理部２６から第１電力線の電圧レベルを受け取ると起動処理を実行する。このようにして、起動管理部２６は、第１電池パック１２ａ及び第２電池パック１２ｂが同じタイミングで起動しないように、第１制御部４６ａ及び第２制御部４６ｂに対して起動の指示を行う。
【００２４】
図１に戻る。第１電力線２８は電池モジュール４０のプラス側をインバータ２０及びコンバータ２２のそれぞれのプラス側に接続するための配線である。第２電力線３０は、電池モジュール４０のマイナス側をインバータ２０及びコンバータ２２のそれぞれのマイナス側に接続するための配線である。通信線３２は、例えば、ＥＩＡ−４８５規格に準拠した伝送方式で、コマンド信号などを制御部４６とインバータ２０との間で送受信する。
【００２５】
図４は、本発明の実施形態に係る電池パック１２を説明するための図である。電池パック１２は、上述した電池モジュール４０、充電スイッチ４２、放電スイッチ４４、正極端子４８及び負極端子５０の他、逆流防止回路４５、端子電圧計測部７０、電力線電圧計測部７２、電流計測部７４、温度計測部７６及びＳＣＰ７８を含む。上述した電池モジュール４０などと同様、これらが第１電池パック１２ａに含まれる場合は、第１逆流防止回路４５ａ、第１端子電圧計測部７０ａ、第１電力線電圧計測部７２ａ、第１電流計測部７４ａ、第１温度計測部７６ａ及び第１ＳＣＰ７８ａと表記する。これらが第２電池パック１２ｂに含まれる場合は、第２逆流防止回路４５ｂ、第２端子電圧計測部７０ｂ、第２電力線電圧計測部７２ｂ、第２電流計測部７４ｂ、第２温度計測部７６ｂ及び第２ＳＣＰ７８ｂと表記する。
【００２６】
電池モジュール４０は、１つ以上の二次電池から構成される。電池モジュール４０に含まれる二次電池は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。図４では、直列接続された複数の二次電池にて電池モジュール４０が構成されているが、電池モジュール４０を構成する二次電池の個数は１つでも良い。また、電池モジュール４０に含まれる二次電池の一部又は全部は、互いに並列接続されていても良い。本実施形態において、放電及び充電は、特に説明がない限り電池モジュール４０の放電及び充電を意味する。
【００２７】
充電スイッチ４２は、負極端子５０と電流計測部７４との間に配置されるスイッチング素子である。放電スイッチ４４は、逆流防止回路４５と電流計測部７４との間に配置されるスイッチング素子である。スイッチング素子として、例えば、半導体スイッチの一つであるｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)を用いることができる。ｎ型ＭＯＳＦＥＴの代わりにＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧａＮトランジスタ、ＳｉＣトランジスタなどを用いてもよい。逆流防止回路４５は、放電スイッチ４４と第２電力線３０との間に配置されるスイッチング素子とダイオードの並列回路である。逆流防止回路４５のダイオードは、カソード端子が放電スイッチ４４に接続され、アノード端子が第２電力線３０に接続される。逆流防止回路４５のダイオードは、スイッチング素子の寄生ダイオードであってもよい。シームレスな電池パック１２の切り替えを実現するためには、切替元の電池パック１２と切替先の電池パック１２が共に第２電力線３０に接続されることが好ましい。しかしながら、切替先の電池パック１２のほうが切替元の電池パック１２より電圧が高いので、切替元の電池パック１２と切替先の電池パック１２を共に第２電力線３０に接続すると、切替先の電池パック１２から切替元の電池パック１２に電流が逆流する恐れがある。そこで、電池パック１２を切り替える際、切替元の電池パック１２は、逆流防止回路４５のダイオードを介して放電スイッチ４４と第２電力線３０が接続されるように、逆流防止回路４５のスイッチング素子を開状態にする。これにより、切替元の電池パック１２は、逆流防止回路４５のダイオードを介して第２電力線３０に接続されるので、切替先の電池パック１２から電流が逆流することを防止できる。
【００２８】
正極端子４８は、電池モジュール４０のプラス側を図示しない充電器のプラス側に接続するための端子である。負極端子５０は、電池モジュール４０のマイナス側を図示しない充電器のマイナス側に接続するための端子である。
【００２９】
端子電圧計測部７０は、電池モジュール４０と放電スイッチ４４との間に配置され、電池モジュール４０を構成する各複数の二次電池のそれぞれの端子電圧（複数の二次電池のそれぞれの正極及び負極間の電位差）の電圧値Ｖｄを検出する。端子電圧計測部７０は、検出した各二次電池の電圧値Ｖｄを制御部４６に出力する。
【００３０】
電力線電圧計測部７２は、放電スイッチ４４と電力線との間に配置され、第１電力線２８及び第２電力線３０間の電位差の電圧値Ｖｐｌを検出する。電力線電圧計測部７２は、検出した電圧値Ｖｐｌを制御部４６に出力する。電流計測部７４（例えば、シャント抵抗）は、ＳＣＰ７８と充電スイッチ４２及び放電スイッチ４４との間に配置され、電池モジュール４０に流れる電流の電流値Ｉｄを測定する。電流計測部７４は、検出した電流値Ｉｄを制御部４６に出力する。温度計測部７６（例えば、サーミスタ）は、電池モジュール４０の温度Ｔｄ（例えば、電池モジュール４０の表面温度）を検出する。温度計測部７６は、検出した温度Ｔｄを制御部４６に出力する。ＳＣＰ７８は、電池モジュール４０が過電圧状態にならないように、内蔵するヒューズを溶断することで二次電池を二次的に保護する。
【００３１】
制御部４６は、電源装置１全体を管理する。制御部４６は、動作モードとして通常モード、待機モード及び停止モードを有する。通常モードは、放電スイッチ４４を閉状態とし、電池モジュール４０からインバータ２０あるいはコンバータ２２を介してＡＣ負荷１４あるいはＤＣ負荷１６に電力供給を行う動作モードである。通常モードにおいて、制御部４６は、電池モジュール４０から電力供給を受けて動作している。待機モードは、放電スイッチ４４を開状態とし、ＡＣ負荷１４あるいはＤＣ負荷１６に電力供給を行わない動作モードである。待機モードにおいても制御部４６は、電池モジュール４０から電力供給を受けて動作するが、制御部４６における消費電力が通常モードより低くなるように、処理を停止するスリープ状態と処理を実行するアクティブ状態を交互に繰り返しながら動作する。停止モードは、電池モジュール４０から電力供給を受けず制御部４６が停止している動作モードである。制御部４６は、停止モードに遷移する際、放電スイッチ４４を開状態にする。本実施形態では、電池パック１２は、取り外されて充電されることを想定する。このため、充電スイッチ４２は、動作モードに関わらず開状態にあるが、正極端子４８及び負極端子５０を介して充電器が電池パック１２に接続されたことを検出すると、制御部４６は、充電スイッチ４２を閉状態にして充電制御を実行する。制御部４６は、電池パック１２側を制御するパック制御部８０及び本体１０側を制御する本体制御部８２を含む。パック制御部８０は、状態検出部８４及び動作モード制御部８６を含む。第１電池パック１２ａは、第１パック制御部８０ａ及び第１本体制御部８２ａを含み、第１パック制御部８０ａは、第１状態検出部８４ａ及び第１動作モード制御部８６ａを含む。同様に、第２電池パック１２ｂは、第２パック制御部８０ｂ及び第２本体制御部８２ｂを含み、第２パック制御部８０ｂは、第２状態検出部８４ｂ及び第２動作モード制御部８６ｂを含む。
【００３２】
状態検出部８４は、電流値Ｉｄ、電圧値Ｖｄ及び温度Ｔｄを含む電池状態データを用いて電池モジュール４０のＳＯＣ、劣化度合いを示す指標であるＳＯＨ（ＳｔａｔｅＯｆ Ｈｅａｌｔｈ）、内部抵抗Ｒ、充放電許容電力等の電池状態を推定する。また、状態検出部８４は、過充電、過放電、低温、高温などの異常状態を検出すると異常状態情報として出力する。
【００３３】
状態検出部８４は、例えば、電流計測部７４から受け取った電流値Ｉｄを積算し、各二次電池のＳＯＣを推定する。状態検出部８４は、端子電圧計測部７０から受け取った電圧値Ｖｄから各二次電池の開放電圧ＯＣＶ（ＯｐｅｎＣｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ、開放電圧とも言う）を推定し、ＳＯＣとＯＣＶとの関係を記述したＳＯＣ−ＯＣＶテーブルを参照してＳＯＣを推定してもよい。
【００３４】
状態検出部８４は、例えば、下記式（１）及び式（２）により、推定したＳＯＣの変化値と、その変化に要した期間における電流積算値をもとに各二次電池のＳＯＨを推定する。
【００３５】
ＳＯＨ＝（ＦＣＣ／Ｃｉ）×１００    ・・・（１）
ＦＣＣ＝（Ｑｔ／ΔＳＯＣ）×１００    ・・・（２）
ここで、ＦＣＣ（Ｆｕｌｌ Ｃｈａｒｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ）は二次電池の満充電容量、Ｃｉは二次電池の初期容量（設計容量）、ΔＳＯＣはＳＯＣの変化値、ＱｔはΔＳＯＣに要した区間容量（電流積算値）をそれぞれ示す。即ち、ＳＯＨは初期容量Ｃｉに対する満充電容量ＦＣＣの割合で定義される。なお、ＳＯＨの定義から明らかなように、劣化度合いが大きくなると、ＳＯＨが小さくなる。
【００３６】
状態検出部８４は、例えば、推定したＳＯＨと温度計測部７６から受け取った温度Ｔｄを考慮しながら、ＳＯＣと内部抵抗Ｒとの関係を記述したＳＯＣ−Ｒテーブルを参照し、内部抵抗Ｒを推定する。
【００３７】
動作モード制御部８６は、制御部４６の動作モードを決定する。動作モード制御部８６は、停止モードにおいて起動管理部２６から起動の指示を受け取ると、電力線電圧計測部７２から受け取った電圧値Ｖｐｌを参照して、通常モードで動作するか待機モードで動作するか決定する。このため、動作モード制御部８６は、電圧値Ｖｐｌを第１しきい値と比較する。起動管理部２６から起動の指示を受け取ったタイミングでは、自身の放電スイッチ４４は開状態にある。よって、電圧値Ｖｐｌが第１しきい値より大きければ、既に他の電池パック１２が通常モードにあってインバータ２０に電力供給を行っていることになる。この場合、動作モード制御部８６は、待機モードで動作することを決定する。他方、電圧値Ｖｐｌが第１しきい値以下であれば、通常モードの電池パック１２が存在しないことになる。この場合、動作モード制御部８６は、通常モードで動作することを決定する。
【００３８】
同じタイミングで複数の電池パック１２が電圧値Ｖｐｌを参照すると、通常モードの電池パック１２が存在しないと判断し、複数の電池パック１２が同時に通常モードで動作する可能性がある。本実施形態では、起動管理部２６により複数の電池パック１２の起動が禁止されるので、動作モード制御部８６は、誤判断することなく動作モードを決定することができる。
【００３９】
動作モード制御部８６は、動作モードを決定する際、通信線３２を介してインバータとの間で通信が行われているかを参照することもできる。既に他の電池パック１２が通常モードにあってインバータ２０に電力供給を行っている場合、放電制御を行うため、通信線３２を介してコマンド信号などが送受信されている。このため、動作モード制御部８６は、電圧値ｐｌが第１しきい値より小さく、かつ、通信線３２を介してインバータとの間で通信が実行されていない場合、通常モードで動作することを決定してもよい。これにより、より正確に動作モードの決定することができ、信頼性をさらに向上させることができる。
【００４０】
通常モードにおいて電池モジュール４０のＳＯＣが低くなると、動作モード制御部８６は、通信線３２を介して、待機モードにある他方の電池パック１２に通常モードに遷移するように指示を行う。以下、説明の便宜上、第１電池パック１２ａの動作モードが通常モードであり、第２電池パック１２ｂの動作モードが待機モードであることを想定する。第１動作モード制御部８６ａは、第１電池モジュール４０ａのＳＯＣが第３しきい値（所定のしきい値とも言う）より低くなると、第１逆流防止回路４５ａのスイッチング素子を開状態とし、通信線３２を介して第２電池パック１２ｂに対し、通常モードに遷移するように指示を行う。通信線３２を介して指示を受け取った第２動作モード制御部８６ｂは、第２電池モジュール４０ｂのＳＯＣが第４しきい値（第３しきい値＜第４しきい値）より大きければ、第２逆流防止回路４５ｂのスイッチング素子を閉状態とし、第２放電スイッチ４４ｂを閉状態とし、通常モードに遷移する。第２動作モード制御部８６ｂは、通信線３２を介して第１電池パック１２ａに対し、通常モードに遷移したことを通知する。通信線３２を介して通知を受け取った第１動作モード制御部８６ａは、第１放電スイッチ４４ａを開状態とした後、停止モードに遷移する。第２電池パック１２ｂが通常モードに遷移するまで第１電池パック１２ａからの電力供給を継続するので、シームレスな電池パック１２の切り替えが実現できる。
【００４１】
本体制御部８２は、インバータ制御部８８及び表示制御部９０を含む。第１本体制御部８２ａは、第１インバータ制御部８８ａ及び第１表示制御部９０ａを含む。同様に、第２本体制御部８２ｂは、第２インバータ制御部８８ｂ及び第２表示制御部９０ｂを含む。
【００４２】
インバータ制御部８８は、通信線３２を介してインバータ２０との間でコマンド信号などを送受信し、放電制御を実行する。表示制御部９０は、状態検出部８４から受け取ったＳＯＣや異常状態情報を操作部２４に出力する。
【００４３】
以上の構成による制御部４６の動作を説明する。図５は、動作モードの設定制御に関わる動作フローチャートである。電力線電圧計測部７２は、電圧値Ｖｐｌを検出する（Ｓ１０）。動作モード制御部８６は、電圧値Ｖｐｌを第１しきい値と比較する（Ｓ１１）。電圧値Ｖｐｌが第１しきい値より小さければ（Ｓ１１のＮ）、動作モード制御部８６は、通信線３２を監視する（Ｓ１２）。動作モード制御部８６は、通信線３２上を伝搬する信号を解析し、インバータ２０との間で送受信されるべきコマンド信号などが抽出できないか確認する（Ｓ１３）。インバータ２０との間で通信が実行されていなければ（Ｓ１３のＮ）、動作モード制御部８６は、動作モードを通常モードに設定する（Ｓ１４）。電圧値Ｖｐｌが第１しきい値以上の場合（Ｓ１１のＹ）あるいはインバータ２０との間で通信が実行されている場合（Ｓ１３のＹ）、動作モード制御部８６は、動作モードを待機モードに設定する（Ｓ１５）。
【００４４】
図６は、動作モードの遷移制御に関わる動作フローチャートである。第１状態検出部８４ａは、第１電池モジュール４０ａのＳＯＣを検出する（Ｓ２０）。第１動作モード制御部８６ａは、ＳＯＣを第３しきい値と比較する（Ｓ２１）。ＳＯＣが第３しきい値より小さければ（Ｓ２１のＹ）、第１動作モード制御部８６ａは、第２電池パック１２ｂに対し、通常モードに遷移するように指示する（Ｓ２２）。第２電池パック１２ｂが通常モードに遷移すると（Ｓ２３のＹ）、第１動作モード制御部８６ａは、停止モードに遷移する。
【００４５】
本発明の実施形態によれば、第１電池パック１２ａは、第１電池モジュール４０ａと第１制御部４６ａを含む。第２電池パック１２ｂは、第２電池モジュール４０ｂと第２制御部４６ｂを含む。第１電池パック１２ａと第２電池パック１２ｂは本体１０に脱着自在に装着される。起動管理部２６は、第１制御部４６ａと第２制御部４６ｂとが同じタイミングで起動しないように起動の指示を行う。早く起動した第１制御部４６ａは、第１電池モジュール４０ａからＡＣ負荷１４に電力を供給する通常モードで動作する。遅く起動した第２制御部４６ｂは、第２電池モジュール４０ｂからＡＣ負荷１４に電力を供給しない待機モード動作する。このため、的確に２つの電池パック１２の動作モードを決定することができ、電源装置全体の耐久性や信頼性を向上させることができる。第２制御部４６ｂは、処理を実行するアクティブ状態と処理を停止するスリープ状態を交互に繰り返す。このため、第２制御部４６ｂの消費電力を抑制することができ、待機モード時の第２電池モジュール４０ｂのＳＯＣの低下を少なくすることができるので、電力供給の持続時間を長時間化できる。第１電池モジュール４０ａは、第１放電スイッチ４４ａを介して電力線でインバータ２０と接続され、第２電池モジュール４０ｂは、第２第２放電スイッチ４４ｂを介して電力線でインバータ２０と接続される。動作モード制御部８６は、放電スイッチ４４が開状態にあるときの電力線の電圧値Ｖｐｌに基づき、動作モードを決定する。このため、安定的な電力供給を簡単な構成で実現することができる。第１電池パック１２ａは、停止モードで本体１０に装着され、第１動作モード制御部８６ａが通常モードで動作することを決定すると、第１放電スイッチ４４ａを閉状態にする。このため、的確に動作モードを決定することができる。第２電池パック１２ｂは、停止モードで本体１０に装着され、第２動作モード制御部８６ｂが待機モードで動作することを決定すると、第１放電スイッチ４４ａを開状態のままとする。このため、的確に動作モードを決定することができる。第１電池モジュール４０ａのＳＯＣが第３しきい値より低くなると、第１動作モード制御部８６ａは、第２電池パック１２ｂに対して通常モードに遷移するように指示を行い、第２電池パック１２ｂが通常モードに遷移すると、第１動作モード制御部８６ａは、第１放電スイッチ４４ａを開状態として停止モードに遷移する。このため、電力供給が中断されることなく第１電池パック１２ａから第２電池パック１２ｂに切り替えることができ、電力供給の長時間化と安定化を実現することができる。
【００４６】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４７】
上述の実施の形態では２つの電池パックを備える電源装置１の例を説明した。この点、電源装置１は３つ以上の電池パックを備え、１つの電池パックが通常モードで動作し、残りの電池パックが待機モードで動作してもよい。
【００４８】
なお、本実施の形態に係る発明は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。
［項目１］
電力変換部を含み、負荷に電力を供給可能な電源装置において、複数の電池を有する第１電池モジュールと、前記第１電池モジュールから電力が供給され、電源装置全体を制御する第１制御部とを含み、前記電源装置の本体に脱着自在に装着される第１電池パックと、複数の電池を有する第２電池モジュールと、前記第２電池モジュールから電力が供給され、前記電源装置全体を制御する第２制御部を含み、前記電源装置の本体に脱着自在に装着される第２電池パックと、前記第１制御部及び前記第２制御部とが同じタイミングで起動しないように前記第１制御部及び前記第２制御部に起動を指示する起動管理部とを備え、前記第１制御部が前記第２制御部より早く起動した場合、前記第１制御部は前記電源装置全体を制御し、前記第１電池モジュールから前記負荷に電力を供給する通常モードで動作するとともに、前記第２制御部は前記第１制御部が通常モードで動作している間、前記第２モジュールから前記負荷に電力を供給しない待機モードで動作する、電源装置。
［項目２］
前記第２制御部は処理を実行するアクティブ状態と処理を停止するスリープ状態を交互に繰り返す、項目１に記載の電源装置。
［項目３］
前記第１電池パックは第１スイッチを含み、前記第１電池モジュールは前記電力変換部と前記第１スイッチを介して電力線で接続され、前記第２電池パックは第２スイッチを含み、前記第２電池モジュールは前記電力変換部と前記第２スイッチを介して前記電力線で接続されており、前記第１制御部あるいは前記第２制御部は、前記第１スイッチあるいは前記第２スイッチが開状態のときの前記電力線の電圧レベルに基づき、前記通常モードあるいは前記待機モードのいずれかで動作することを決定する、項目２に記載の電源装置。
［項目４］
前記第１電池パックは前記第１スイッチが開状態で前記電源装置の本体に装着され、前記第１制御部は前記通常モードで動作することを決定すると前記第１スイッチを閉状態に切り替える、項目３に記載の電源装置。
［項目５］
前記第２電池パックは前記第２スイッチが開状態で前記電源装置の本体に装着され、前記第２制御部は前記待機モードで動作することを決定すると前記第２スイッチを開状態のまま維持する、項目４に記載の電源装置。
［項目６］
前記第１制御部は第１電池モジュールの充電状態を検出する第１状態検出部を含み、前記第１電池モジュールの充電状態が所定のしきい値より低くなると、前記第２制御部に前記通常モードに遷移するように指示し、前記第２制御部が通常モードに遷移して前記第２スイッチが閉状態に切り替わると、前記第１制御部は動作を停止する停止モードに遷移して前記第１スイッチを開状態に切り替える、項目５に記載の電源装置。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る電源装置は、可搬型のバックアップ電源等に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  本体、１２  電池パック、１２ａ  第１電池パック、１２ｂ  第２電池パック、１４  ＡＣ負荷、１６  ＤＣ負荷、２０  インバータ、２２  コンバータ、２４  操作部、２６  起動管理部、２８  第１電力線、３０  第２電力線、３２  通信線、４０  電池モジュール、４０ａ  第１電池モジュール、４０ｂ  第２電池モジュール、４２  充電スイッチ、４２ａ  第１充電スイッチ、４２ｂ  第２充電スイッチ、４４  放電スイッチ、４４ａ  第１放電スイッチ、４４ｂ  第２放電スイッチ、４５  逆流防止回路、４５ａ  第１逆流防止回路、４５ｂ  第２逆流防止回路、４６  制御部、４６ａ  第１制御部、４６ｂ  第２制御部、４８  正極端子、４８ａ  第１正極端子、４８ｂ  第２正極端子、５０  負極端子、５０ａ  第１負極端子、５０ｂ  第２負極端子、５２  状態表示部、５２ａ  第１状態表示部、５２ｂ  第２状態表示部、５４  起動／停止ボタン、５４ａ  第１起動／停止ボタン、５４ｂ  第２起動／停止ボタン、５６  第１選択部、５８  第２選択部、６０  第１切替部、６２  第２切替部、６４  第３切替部、６６  第４切替部、７０  端子電圧計測部、７０ａ  第１端子電圧計測部、７０ｂ  第２端子電圧計測部、７２  電力線電圧計測部、７２ａ  第１電力線電圧計測部、７２ｂ  第２電力線電圧計測部、７４  電流計測部、７４ａ  第１電流計測部、７４ｂ  第２電流計測部、７６  温度計測部、７６ａ  第１温度計測部、７６ｂ  第２温度計測部、７８  ＳＣＰ、７８ａ  第１ＳＣＰ、７８ｂ  第２ＳＣＰ、８０  パック制御部、８０ａ  第１パック制御部、８０ｂ  第２パック制御部、８２  本体制御部、８２ａ  第１本体制御部、８２ｂ  第２本体制御部、８４  状態検出部、８４ａ  第１状態検出部、８４ｂ  第２状態検出部、８６  動作モード制御部、８６ａ  第１動作モード制御部、８６ｂ  第２動作モード制御部、８８  インバータ制御部、８８ａ  第１インバータ制御部、８８ｂ  第２インバータ制御部、９０  表示制御部、９０ａ  第１表示制御部、９０ｂ  第２表示制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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