(57)【要約】      （修正有）【課題】継続稼動が必要となるシステムに安定な電力を供給できるように、電池の状態に応じて電池ユニットを交換するタイミングを取得することができる電源装置を提供する。【解決手段】本電源装置は、電気的に接続される複数の電池ユニットａ〜ｈからなるエネルギー蓄積電池アレイと、各電池ユニットａ〜ｈに対して充電又は放電を行う充放電ユニットと、システムの電気的状態を取得するための制御ユニット２４とを含む。制御ユニット２４は、エネルギー蓄積電池アレイと交換された新たな電池ユニット２０３の電気的状態を取得して、充放電手段又は受動的に待機する方式によって、新たな電池ユニット２０３とシステム全体の電気的特性を一致させるように適当な時点で新たな電池ユニット２０３を稼動させる。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置であって、
電気的に接続される複数の電池ユニットからなるエネルギー蓄積電池アレイであって、該エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態を測定するための主系統制御回路を有し、前記各電池ユニットが前記主系統制御回路に電気的に接続されると共に該各電池ユニットの電気的状態を測定するための副系統制御回路を有し、前記電源装置の稼働中に前記各電池ユニットのうちの一つ又は複数の電池ユニットを交換できるように構成されるエネルギー蓄積電池アレイと、
前記エネルギー蓄積電池アレイ又はそのうちの前記各電池ユニットに対して充電又は放電を行うと共に、一つ又は複数のスイッチによって前記主系統制御回路又は前記副系統制御回路を電気的に接続するように構成される充放電ユニットと、
前記主系統制御回路と前記副系統制御回路に電気的に接続されており、前記エネルギー蓄積電池アレイ及び前記複数の電池ユニットの電気的状態を取得すると共に、その電気的状態に基づいて稼働中に交換すべき電池ユニットをオンオフするように制御するための制御ユニットと、
を含むことを特徴とする無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置。
【請求項２】
前記各電池ユニットの前記副系統制御回路は複数の接続ピンを介して前記主系統制御回路に電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置。
【請求項３】
前記複数の接続ピンは、一組の充放電制御ピンと、稼働中に交換すべき電池ユニットのオンオフを制御するための一組の信号ピンと、を少なくとも含むことを特徴とする請求項２に記載の無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置。
【請求項４】
前記充放電ユニットは、前記制御ユニットに電気的に接続されると共に前記エネルギー蓄積電池アレイ又はそのうちの前記各電池ユニットに対して放電を行うための放電ユニット及び／又は前記制御ユニットに電気的に接続されると共に前記エネルギー蓄積電池アレイ又はそのうちの前記各電池ユニットに対して充電を行うための充電ユニットを含むことを特徴とする請求項１に記載の無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置。
【請求項５】
前記放電ユニットは、前記各電池ユニットに電気的に接続される放電経路にある抵抗であることを特徴とする請求項４に記載の無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置。
【請求項６】
前記制御ユニットは、
前記エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態と前記複数の電池ユニットの電気的状態を取得するための電気的状態取得モジュールと、
前記エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態と稼動中に交換すべき前記一つ又は複数の電池ユニットの電気的状態を比較するための電気的状態比較モジュールと、
前記エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態と稼動中に交換すべき前記一つ又は複数の電池ユニットの電気的状態を制御するための電気的状態制御モジュールと、
前記取得した電気的状態に基づいて稼働中に交換すべき前記一つ又は複数の電池ユニットのオンオフを制御するスイッチング制御モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項１又は４に記載の無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置。
【請求項７】
前記電気的状態は、前記各電池ユニットと前記エネルギー蓄積電池アレイの電圧、残留電力又は充電状態であることを特徴とする請求項６に記載の無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置。
【請求項８】
外部から前記複数の電池ユニットの稼動数量を制御する制御スイッチを含むことを特徴とする請求項１に記載の無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置。
【請求項９】
前記電源装置における交換すべき電池ユニットが存在することを表示するための状態表示部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置。
【請求項１０】
稼動中に交換すべき前記一つ又は複数の電池ユニットと電気的状態を測定した前記エネルギー蓄積電池アレイは同じループにあることを特徴とする請求項１に記載の無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置に関し、特に電池の状態に応じて電池ユニットを交換するタイミングを取得することができる電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
長時間にわたって継続稼動が必要な電子システムにおいて、電力を持続的に供給することは基本の条件であるため、従来技術ではシステムの稼働中に電池を直接的に交換できる技術が開発された。従来技術の一つとして、電流制限（ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｍｉｔ）の技術によって稼動中に電池を直接的に交換できる電源装置の電力出力構造の模式図を示す図１を参照して説明する。図１に示す電力を供給する電源装置において、エネルギーを蓄積する主な設備は複数の電池パック(Ｂａｔｔｅｒｙ Ｐａｃｋ)（１０５、１０６、１０７、１０８）からなるエネルギー蓄積装置やエネルギー蓄積システムである。複数の電池パック（１０５、１０６、１０７、１０８）は回路基板（図示せず）によって互いに接続され、電力出力ユニット１０１を介して外部装置に電力を供給する。
【０００３】
このような電池装置では、電流制限ユニット１０３を特に備えている。電流制限ユニット１０３は、電力出力ユニット１０１へ出力する電流を制御することができる。電流制限ユニット１０３は、通常の給電状態の場合、安定な電流を出力できるように制御を行い、複数の電池パック（１０５、１０６、１０７、１０８）を置き換える場合（例えば、電池パックを交換したり、電池パックを取り出したり、電池パックを取り付けたりするなどの動作を含む）、電池パックを置き換える際に安定な電流を出力できるように制御を行うことができるため、電力を供給する機能に影響を与えることがない。
【０００４】
このようなエネルギー蓄積システムは複数の電池パックからなるものであるため、そのうちの一つの電池パックを取り出して他の一つの電池パックを取り付ける場合、エネルギーシステムが継続稼動する状態で電池パックを交換すると、エネルギーシステムに大きな突入電流（ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎt）やサージ電流（ｓｕｒｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）が生じるようになってしまう。その原因は、予備の電池パックの電気的特性（例えば、電圧、残留電力、充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）など）と、稼働中のエネルギーシステムの電気的特性との間に所定の差異が存在するためであり、その差異によって予備の電池パックとエネルギーシステムの接触瞬間に突入電流やサージ電流が生じたことによって、システムに悪影響を与え、システムにダメージを与える恐れがある。
【０００５】
そこで、システムの稼働中にいずれかの電池ユニットが損傷して故障の電池ユニットを交換する場合、特定の回路手段で電池を交換する際に生じた過電圧（ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ）や過電流（ｏｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ）などのサージ現象を防ぐことができる電気保護手段も開発されつつある。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
継続稼動が必要となるシステムに安定な電力を供給できること、適当なタイミングで新たな電池パックを交換できること、過電流や過電圧を有効に防ぐことができること、サージ現象で生じた過電流や過電圧による損傷を防ぐことができることといった効果を有する電源装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従来技術において、電池アレイにおける一つの電池パック若しくは一部の電池パックに異常が発生して、異常が発生した電池パックを交換する場合、新たな電池パックの電圧や電気的特性と継続稼働中のシステムの電圧や電気的特性の差異による大きなサージ電流が生じる恐れがある。そこで上記事情を鑑みて、本考案では、ハードウェア手段やファームウェア手段によって電池パックを交換する際に残留電力や充電状態を能動的に調整したり、又は受動的に検知したりすることによって適当な電気的接続のタイミングを取得することができる、無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置を提供する。
【０００８】
本考案の電源装置は、電気的に接続される複数の電池ユニットからなるエネルギー蓄積電池アレイと、エネルギー蓄積電池アレイ又はそのうちの各電池ユニットに対して充電を行う充電ユニットと、放電経路に設けられる放電ユニットと、エネルギー蓄積電池アレイ及び複数の電池ユニットの電気的状態を取得すると共に、その電気的状態に基づいて稼働中に交換すべき電池ユニットをオンオフするように制御するための制御ユニットと、を含む。
【０００９】
電気的状態は、各電池ユニットとエネルギー蓄積電池アレイの電圧、残留電力又は充電状態であってもよい。後述の実施例の例示のように、エネルギー蓄積電池アレイは電気的状態を測定するための主系統制御回路を備え、各電池ユニットは各電池ユニットの電気的状態を測定するための副系統制御回路を備える。ここで注意すべき点は、エネルギー蓄積電池アレイにおける複数の電池ユニットを交換する場合、電池ユニットを一つずつ交換してもよく、複数の電池ユニットを同時に交換してもよい。
【００１０】
放電ユニット又は充電ユニットは、一つ又は複数のスイッチを介して主系統制御回路又は副系統制御回路に電気的に接続される。制御ユニットは、電気的状態の分析結果に基づいてこれらのスイッチを直接的に制御することによって充電と放電のタイミングを制御する。このため、適当なタイミングで交換された電池ユニットをエネルギー蓄積電池アレイに電気的に接続させることができる。
【００１１】
制御ユニットは、エネルギー蓄積電池アレイと複数の電池ユニットの電気的状態を取得するための電気的状態取得モジュールと、エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態と稼働中に交換すべき一つ又は複数の電池ユニットの電気的状態を比較するための比較モジュールと、エネルギー蓄積電池アレイが稼動中に一つ又は複数の交換すべき電池ユニットの電気的状態を制御する電気的状態制御モジュールと、取得した電気的状態に基づいて稼働中に交換すべき一つ又は複数の電池ユニットをオンオフするように制御するためのスイッチング制御モジュールと、を含む。
【考案の効果】
【００１２】
本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置によれば、電池パックを交換する際に装置全体における電池パックの電気的パラメーターに基づいて適当な電気的接続のタイミングを取得することによって新たな電池パックを適当なタイミングで交換することができるため、過電流や過電圧を有効に防止でき、サージ現象が生じることを有効に防止でき、ひいてはサージ現象で生じた過電流や過電圧による損傷を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来技術の電池を直接的に交換できる電源装置の電力出力構造の模式図である。
【図２】本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置の模式図である。
【図３】本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置の実施例の模式図である。
【図４】本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置に適用する充放電回路の模式図である。
【図５】本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置に適用する充電回路の模式図である。
【図６】本考案の実施例において稼働中に電池を交換するステップの第１のフローチャートである。
【図７】本考案の実施例において稼働中に電池を交換するステップの第２のフローチャートである。
【図８】本考案の実施例において稼働中に電池を交換するステップの第３のフローチャートである。
【考案を実施するための形態】
【００１４】
本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置（以下、電源装置という）は、稼働中の電源装置における電池ユニットを交換する場合、ファームウェア手段やハードウェア手段によって主系統全体又は電池ユニットの電気的パラメーターを調整して、適当なタイミングで電池ユニットを主系統に電気的に接続させることによって、電池ユニットと主系統を接続する際に生じたサージ現象による不安定とダメージといった不具合を防ぐことができる。
【００１５】
図２は本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置の模式図を示している。図２に示す無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置は、主系統２０と副系統とに大きく分けられる。電池ユニットは、充電を行ったりエネルギーを蓄積したりすることができる電池パック(Ｂａｔｔｅｒｙ Ｐａｃｋ)であることが好ましい。主系統２０は、稼働中の電池アレイであり、互いに直列又は／及び並列した電池ユニットａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈと、それらに関する制御回路と、を含むようにしてもよい。副系統は、単一の電池ユニットであり、例えばオフされた電池ユニット、開路された電池ユニット、交換された新たな電池ユニットなどを指す。
【００１６】
電気的に接続された複数の電池ユニットａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈからなるエネルギー蓄積電池アレイは、該エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態を測定するための主系統制御回路２３を備えている。主系統制御回路２３は、各電池ユニット（ここで副系統という）の副系統制御回路２２にそれぞれ電気的に接続されており、制御信号を送受信すると共に、各電池ユニットの電気的パラメーター（例えば、電圧、残留電力又は／及び充電状態などの情報を含む）を取得することによってアレイ全体の電気的状態を測定するためのものである。
【００１７】
各電池ユニットａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ（故障の電池ユニット２０１と新たな電池ユニット２０３を含む）は、主系統制御回路２３に電気的に接続されると共に各電池ユニットの電気的状態を測定するための副系統制御回路２２を有する。このような回路配置によって、制御信号と上述した各種の電気的パラメーター（電気的状態）を送受信する。ここで注意すべき点は、本考案の電源装置において、電源装置の稼働中に複数の電池ユニットを交換する場合、電池ユニットを一つずつ交換してもよく、複数の電池ユニットを同時に交換してもよい。
【００１８】
例を挙げて説明する。破線で示したものは、エネルギー蓄積電池アレイにおける故障の電池ユニット２０１である。従来技術では、稼働中のシステムにおいて、一つ又は複数の電池ユニットが故障すると、システム全体の給電効率に影響を与えるだけではなく、給電システム全体を一時的に停止しなければ故障の電池ユニットを交換することができない。そこで、故障の電池ユニットを交換すると同時に給電システム全体を安定で持続稼動できるようなニーズに応じて、本考案の電源装置は、電池ユニットを交換すると同時に、主系統２０と各電池ユニットの副系統の電気的状態を判断して、電気的状態を能動的又は受動的に調整することによって、適当な電気的接続のタイミングを得る。
【００１９】
本実施例において、主系統制御回路２３は、各副系統制御回路２２から各電池ユニットの電気的状態を取得し、この電気的状態に基づいて主系統全体の電気的状態を得ると共に、故障又は不具合の電池ユニットをオフすることができる。本考案の電源装置は、制御ユニット２４を更に含む。制御ユニット２４は、主系統制御回路２３と副系統制御回路２２に電気的に接続されており、主系統制御回路２３又は各副系統制御回路２２からエネルギー蓄積電池アレイと複数の電池ユニットの電気的状態を取得する。
【００２０】
交換すべき電池ユニット（図示の故障の電池ユニット２０１）が開路されたことを判断した後、システムを持続稼動すると同時に、故障の電池ユニット２０１を交換すべき電池ユニット（図示の新たな電池ユニット２０３）に置き換える。制御ユニット２４は、取得した主系統２０の電気的状態と新たな電池ユニット２０３が交換された副系統の電気的状態に基づいて、能動的又は受動的な方式で主系統２０と副系統の電気的状態が一致になるタイミングを取得して、そのタイミングで稼働中に交換された一つ又は複数の電池ユニットと主系統２０の間の電気的接続をオンオフするように制御する。
【００２１】
実施例に示すように、各電池ユニットの副系統制御回路２２は、複数の接続ピンを介してエネルギー蓄積電池アレイの主系統制御回路２３に電気的に接続される。複数の接続ピンは、一組の充放電ピンと稼働中に交換すべき電池ユニットをオンオフするための一組の信号ピンを少なくとも有する。
【００２２】
制御ユニット２４は、主系統２０と各副系統の電圧、残留電力、充電状態などの電気的状態を対比するように動作する時、エネルギー蓄積電池アレイ又はそのうちの各電池ユニットに対して充電や放電を行うための充放電ユニットによって調整が行われる。充放電ユニットは、一つ又は複数のスイッチを介して主系統制御回路２３又は副系統制御回路２２に電気的に接続される。
【００２３】
図２に示す実施例において、充放電ユニットは、制御ユニット２４に電気的に接続されており、エネルギー蓄積電池アレイ又はそのうちの各電池ユニット（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ）に対して放電を行うための放電ユニット２８を含んでもよい。放電ユニット２８の実施方式として、各電池ユニットに電気的に接続される放電経路にある抵抗であってもよい。放電ユニット２８は、電圧が不一致になる主系統２０と稼働中に交換すべき一つ又は複数の電池ユニットに対して調整を行う。
【００２４】
また、実施例に示すように、エネルギー蓄積電池アレイ又はそのうちの各電池ユニットに対して充電を行う充電ユニット２６を更に含んでもよい。本考案の電源装置は、充電ユニット２６と放電ユニット２８を同時に備えてもよく、充電ユニット２６と放電ユニット２８のうちの一つのみを備えてもよい。本実施例において、充電ユニット２６は、制御ユニット２４に電気的に接続されており、制御ユニット２４からの指令に基づいて主系統２０全体又は各副系統に対して充電を行うようにしてもよい。また、新たな電池ユニットを交換した場合、充電ユニット２６は、一致する電気的状態になるように主系統２０又は交換された新たな電池ユニットに対して充電を行うことによって、主系統２０と新たな電池ユニットを結合する際のサージ現象を防ぐことができる。
【００２５】
本考案において、制御ユニット２４は、ハードウェア手段やファームウェア手段で実現してもよく、所望の機能に応じてハードウェア手段やファームウェア手段で実現した複数の回路モジュールであってもよい。図に示すように、制御ユニット２４は、電気的状態取得モジュール２４１、電気的状態比較モジュール２４２、電気的状態制御モジュール２４３及びスイッチング制御モジュール２４４を含む。
【００２６】
電気的状態取得モジュール２４１は、制御ユニット２４においてエネルギー蓄積電池アレイと複数の電池ユニットの電気的状態を取得するための回路モジュールであり、主系統制御回路２３と副系統制御回路２２に電気的に接続されることによって各制御回路が測定した電気的数値（又は電気的パラメーター）をそれぞれ取得する。
【００２７】
電気的状態は測定した電圧を含む。主系統全体の電圧は、各副系統の電圧を合計して除算した平均値であってもよく、他の方法で演算した数値であってもよい。また、電気的状態は、各エネルギー蓄積電池アレイの残留電力（全体のエネルギー蓄積電力も主系統２０の残留電力である）であってもよく、演算した充電状態であってもよい。一般的には、充電状態は、システムのエネルギーのパーセントと定義したものであり、例えば電池の現在容量と定格容量のパーセントであってもよく、エネルギーを蓄積する電池が現在蓄積している電力と電池が使用できる電力のパーセントであってもよい。
【００２８】
電気的状態取得モジュール２４１で電気的状態を取得した後、電気的状態比較モジュール２４２は、エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態と稼働中に交換すべき一つ又は複数の電池ユニットの電気的状態とを比較する。比較した電気的状態の差異は、例えば新たな電池ユニットを取り入れる際に生じたサージ現象又は他の不具合原因などによって生じたものである。その差異を改善又は解消するために、電気的状態制御モジュール２４３はエネルギー蓄積電池アレイ又は稼働中に交換すべき一つ又は複数の電池ユニットの電気的状態を制御し、その制御として、例えば充放電ユニットによって主系統２０又は各副系統に対して充放電を行うことと、主系統２０又は各副系統の電気的状態の変動を観察して適当なタイミングで新たな電池ユニットを稼動することとなどを含む。
【００２９】
本実施例において、電池ユニットを交換して新たな電池ユニット２０３をエネルギー蓄積電池アレイの回路に取り入れる時、新たな電池ユニット２０３の挿入によってサージ現象が生じることを防ぐために、接続ピンが一旦開路状態になって、制御ユニット２４におけるスイッチング制御モジュール２４４は取得した電気的状態に基づいて制御信号を生成し、副系統制御回路２２によって稼働中に交換すべき電池ユニット（この例において、新たな電池ユニット２０３に対して）のオンオフを制御する。
【００３０】
図３は本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置の実施例の模式図を示している。図３は、直列又は／及び並列した複数の電池ユニット３０８からなる電池アレイを示している。各電池ユニット３０８の副系統制御回路はマイクロコントローラーユニット（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、以下ＭＣＵという）３０に電気的に接続されることによって本考案の電源装置を実現する。ここで注意すべき点は、本考案の電源装置は複数のループを含んでもよい。各ループは、互いに直列と並列された複数の電池ユニットを備えており、稼動中にそのうちの一つ又は複数の電池ユニットを交換することができる。本考案の電源装置が制御する電気的パラメーターは、必ずしも電源装置全体が一致するよう調整する必要がなく、同じループにおける稼働中に交換すべき一つ又は複数の電池ユニットのみを調整すればよい。
【００３１】
また、複数の電池ユニット３０８からなる電池アレイの両端が充放電ユニット３１１にそれぞれ電気的に接続される。ＭＣＵ３０は充放電スイッチ３９を介して充放電ユニット３１１とシステムとの間の回路経路のオンオフを制御することによって、本考案の電源装置は充放電ユニット３１１によって電池アレイに対して充電を行う（ここで、調節する際の放電プロセスをも含む）。
【００３２】
実施例において、ＭＣＵ３０は、各電池ユニット３０８の副系統制御回路から必要なパラメーターを取得し、図に示すように、バスを介して電圧、残留電力、又は充電状態などの電気的状態を含む系統管理信号３０１を取得する。ＭＣＵ３０は、装置全体が出力する電圧値を測定するための電流測定回路３０３を含んでもよい。本実施例においては、抵抗３０５に接続される回路によって測定を行う。電源装置全体が新たな電池ユニットの交換が必要になる場合、ＭＣＵ３０は、取得した各種の電気的パラメーターに基づいて比較と判断を行い、主系統と副系統の間の電気的状態が一致すると、交換された新たな電池ユニットを主系統に電気的に接続させる。これにより、交換のプロセスを完了する。
【００３３】
また、電源装置は、電源装置における交換すべき電池ユニットが存在することを表示するための状態表示部３２を備える。例えば、ランプの点滅又は警告音によって不具合が生じている一つ又は複数の電池ユニットが存在することを管理者に伝える。
【００３４】
また、操作利便性を有するように、電源装置は、外部から複数の電池ユニットの稼動数量を制御するための制御スイッチ３４を含む。管理者は、制御スイッチ３４によって電池アレイ全体における稼動する必要のある一部の電池ユニットを決定することができる。
【００３５】
また、電源装置は、内部データを外部の系統に提供するための外部接続インタフェース３８を含む。管理者は、外部接続インタフェース３８を介して装置全体の稼動に関する電気的パラメーターを取得することができる。また、電源装置は、装置全体をオンオフするための電源スイッチ３６を含んでもよい。
【００３６】
図４は電源装置に適用する充放電回路を示している。電源装置における各副系統４０１（即ち、各単一の電池ユニット）は、切り換えスイッチ４０３を介して充電ユニット４２又は放電ユニット４４に電気的に接続される。電源装置における制御ユニット４０は、取得したシステム全体の電気的状態と各副系統の電気的状態に基づいて切り換え制御を行う。
【００３７】
例を挙げて説明する。通常状態の場合、充電ユニット４２に切り換えると、充電ユニット４２は副系統４０１に対して充電を行う。新たな電池ユニットを交換する場合、所望の充放電のニーズに応じて、副系統４０１に対する充電を切り換えてもよい。また、放電ユニット４４に切り換えると、放電を行う。
【００３８】
図５は電源装置に適用する充電回路の模式図を示している。図５において、制御ユニット５０は、異なる副系統５０１，５０３に電気的に接続されることによって、各副系統の電気的状態を取得する。電源装置は、異なる経路スイッチ５０５，５０７を介して副系統５０１，５０３にそれぞれ電気的に接続されるための充電ユニット５２を含む。制御ユニット５０は、経路スイッチ５０５，５０７に電気的に接続されており、取得した主系統の電気的状態と副系統５０１，５０３の電気的状態に基づいてスイッチの切り換えを行う。
【００３９】
上述した回路設計を応用する場合、電源装置の稼動は能動的方式又は受動的方式をそれぞれ採用してもよい。
【００４０】
（受動的方式）
電源装置において、一つ又は複数の電池ユニットを交換する場合、先ず、電力供給をオフして、電池ユニットを新たな電池ユニットに交換した後、開路状態のままで制御ユニットが「受動的」に電源装置全体の電気的状態と交換された電池ユニットの電気的状態が一致するまで待機して、電気的状態が一致すると、電力供給をオンすることによって、副系統を主系統と一緒にスムーズに稼動させる。
【００４１】
受動的方式において、制御ユニットは、主系統と副系統（交換された新たな電池ユニット）に対して容量計算を行い、主系統の電池容量（例えば、各電池ユニットの平均値など）と新たな電池ユニットの電池容量が一致すると、経路スイッチによって主系統と副系統との間の電力供給をオンする。これにより、サージ電流の発生を防ぐことができるため、電源装置の使用寿命を伸ばすことができる。
【００４２】
図６に示すのは、残留電力を主な電気的状態の参考基準とする場合のフローチャートである。電源装置における電池ユニットを新たな電池ユニットに交換する必要があると判断された場合（ステップＳ６０１）、制御ユニットは、主系統と副系統の現在の電池容量を測定し、副系統が「開路」状態で主系統に接続される時、信号ピンによってその電池容量を測定する（ステップＳ６０３）。
【００４３】
続いて、制御ユニットは電池容量が一致するか否かを判定する（ステップＳ６０５）。主系統と副系統の電気的状態が不一致である場合（Ｎ分岐）、処理をステップＳ６０３へ戻して、主系統と副系統の電池の残留電力を再び測定し、制御ユニットによってデータ（又は電気的パラメーター）を取得する。一方、主系統と副系統の残留電力が一致する場合（Ｙ分岐）、ステップＳ６０７へ移行して、制御ユニットは副系統と主系統の間の電力供給をオンして（例えば充放電ピンをイネーブル（ｅｎａｂｌｅ）する）、これにより、新たな電池ユニットを主系統に電気的に接続させる（ステップＳ６０９）。
【００４４】
（能動的方式）
電源装置における一つ又は複数の電池ユニットを交換する場合、交換すべき電池ユニットの電力供給をオフして、新たな電池ユニットを交換した後、開路状態のままで保持する。続いて、制御ユニットは、副系統を駆動して、主系統の電気的状態と一致になるように副系統の電気的状態を「能動的」に調整する。
【００４５】
調整方式として、例を挙げて説明すると、例えば抵抗（内部抵抗又は外部抵抗）で交換された新たな電池ユニットの電圧を消耗することによって、主系統と副系統（即ち、交換された新たな電池ユニットを含む各電池ユニット）の電圧が一致してから、スイッチをオンして副系統を主系統に電気的に接続させる。これにより、電池パック同士の電気的状態の不均一によるサージ現象（例えばサージ電流など）を防ぐことができるため、電源装置へのダメージを防ぐことができ、電源装置の使用寿命を伸ばすことができる。
【００４６】
図７は本考案の実施例における稼働中に電池を交換するフローチャートを示している。電源装置における電池ユニットを新たな電池ユニットに交換する必要があると判断された場合、ループを開路して、交換すべき電池ユニットを新たな電池ユニットに交換し（ステップＳ７０１）、新たな電池ユニットに電力を供給する前に、充放電ピンはディスエーブル（ｄｉｓａｂｌｅ）状態を呈する。制御ユニットは主系統の電気的状態と交換された新たな電池ユニットがある副系統の電気的状態（例えば電圧など）を取得し（ステップＳ７０３）、二つの電圧が一致するか否かを判定する（ステップＳ７０５）。
【００４７】
主系統と交換された新たな電池ユニットがある副系統の電圧が不一致であることを判定した場合（Ｎ分岐）、電力を供給することによるサージ現象を防ぐために、副系統を開路状態のままで保持する。電気的状態が一致するために、その方法として、制御ユニットは充電ユニットを駆動して、主系統と副系統のうちの電圧が低い一方に充電を行うようにしてもよく、主系統と副系統のうちの電圧が高い一方に放電を行うようにしてもよい（ステップＳ７０７）。
【００４８】
充放電を行った後、主系統と副系統の電圧が一致することを判定した場合（Ｙ分岐）、制御ユニットは、副系統制御回路をオンするための充放電ピンをイネーブルし（ステップＳ７０９）、副系統を主系統に電気的に接続させることによって、新たな電池ユニットを稼動させる（ステップＳ７１１）。
【００４９】
また、図８は主系統と副系統の充電状態を比較するフローチャートを示している。ステップＳ８０１からスタートする。電源装置に新たな電池ユニットを取り付け、副系統が主系統に電気的に接続される時、先ず、副系統を開路状態のままで保持し、制御ユニットは主系統と副系統の充電状態を計算して充電状態に関する情報を取得し（ステップＳ８０３）、両方の充電状態が一致するか否かを判定する（ステップＳ８０５）。
【００５０】
現在の充電状態が不一致であることを判定した場合（Ｎ分岐）、電源装置の設定に応じて充放電ユニットによって充電又は放電を行う（ステップＳ８０７）と同時に、主系統と副系統の充電状態を計算する。両方の充電状態が一致すると（Ｙ分岐）、制御ユニットは、副系統を主系統に電気的に接続することによって、新たな電池ユニットを稼動させる（ステップＳ８１１）。
【００５１】
本考案の電源装置は、電池ユニットを交換する前及び新たな電池ユニットを稼動する前に、電気的特性測定手段によって交換すべき電池ユニットと電源装置における同じループにある電池ユニットの電気的状態の差異に関する情報（交換すべき電池ユニットと電源装置における電池ユニットの電圧、残留電力、充電状態を含む）を取得し、その電気的状態を自発的に調整したり、又は受動的に検知したりすることによって、電気的状態が一致する時点で交換された電池ユニットを稼動させる。これにより、電気的状態の差異によるサージ又は不具合な状態を防ぐことができる。
【００５２】
例を挙げて説明する。上述した主系統と副系統の電気的状態が一致するか否かを判定するステップにおいて、所定の差異範囲を定め、更に主系統の電気的特性は各電池ユニットの総合又は平均によるものであってもよい。例えば、充電状態の差異は３％の範囲にあるならば、一致すると判定するようにしてもよく、主系統と副系統の差異は２％の範囲（若しくは適当な範囲）にあるならば、一致すると判定するようにしてもよく、主系統と副系統の残留電力の差異は３．５％の範囲（若しくは適当な範囲）にあるならば、一致すると判定するようにしてもよい。また、上述した実施例は、本考案の好ましい実施態様に過ぎず、本考案の実施の範囲を限定するものではない。
【００５３】
上述したように、本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置によれば、稼働中に電源装置における電池パックを交換できる目的を達成できるだけではなく、各系統の電気的状態を取得して電力供給をオンオフするタイミングを判定することによって、電気的状態が異なる主系統と副系統を電気的に接続することによるサージで電源装置にダメージを与えることを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００５４】
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ：電池ユニット
２２：副系統制御回路
２４：制御ユニット
２０１：故障の電池ユニット
２０３：新たな電池ユニット
２４１：電気的状態取得モジュール
２４２：電気的状態比較モジュール
２４３：電気的状態制御モジュール
２４４：スイッチング制御モジュール
２３：主系統制御回路
２６：充電ユニット
２８：放電ユニット
３２：状態表示部
３４：制御スイッチ
３０５：抵抗
３０８：電池ユニット
３１１：充放電ユニット
４０：制御ユニット
４２：充電ユニット
４４：放電ユニット
５０：制御ユニット
５２：充電ユニット
【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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【図７】
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【図８】
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