JP2009118054A - 端末網制御装置用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端末網制御装置の電源である電池に代えて、別の電源装置を使用する場合に、端末網制御装置の変更なしに、電源装置の消耗や異常を通報することができる端末網制御装置用電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置７の消耗や異常が発生した場合は、電源装置７の停電検知部１４又は電池消耗検知部１５が検知し、出力電圧制御部１６にその信号が入力される。このとき、トランジスタ１はオフからオンに転じて、分圧された電圧がフィードバックＦＢとして入力されるＤＣ／ＤＣコンバータ１７の出力は、通常の３Ｖから、端末網制御装置５が電池電圧低下を検知する電圧（約２．４Ｖ）にまで意図的に下げて出力されるので、センタ側では電源装置７の異常を把握することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、通信回線を利用して遠隔検針を行うテレメータシステムの端末網制御装置用電源装置に関する。

図７には電池駆動される端末網制御装置の全体構成図が示されている。図７に示すように、ガス、水道、電気などのメータを、電話回線などの通信回線を利用してセンタ側より遠隔検針するテレメータシステムにおいては、端末網制御装置（以下、「ＮＣＵ」と略す）は、主として電池駆動である。その理由は、ＮＣＵの動作回数が月に数回に限られるというように動作頻度が低く、且つ待機時の消費電力がマイクロアンペアオーダーと少ないため、電池で運用しても１０年程度の間にわたって動作可能なことである。

しかしながら、電池は消耗するため、特許文献１にあるように、ＮＣＵが電池切れを起こす前にセンタに電池末期であることを通報し、それを受けてＮＣＵに電池交換などのメンテナンスを行うことによって、システムが長期に渡って円滑に運用できるようにしている。特許文献１に記載されている自動検針端末装置は、電圧検知部が電池電源部の電池電圧を所定の電圧と比較することで電池の電圧低下を検出したときに、電話回線からダイヤルしてセンタ側に電池低下情報を通報し、更に、通報後、所定時間経過するまでは端末装置を正常に動作させてメンテナンス期間を確保し、所定時間経過すると端末装置を自動的に停止させて、端末装置の電圧低下に起因した誤作動を防止することを図っている。

その一方で、特定用途で頻繁に動作させるＮＣＵや、携帯電話の無線通信を利用したＮＣＵなどの場合は、待機時の消費電力がミリアンペアオーダーと大きく、電池の消耗が早くなる。したがって、頻繁にＮＣＵのメンテナンスが必要となるか、或いは、ＮＣＵに多くの電池を搭載しなければならなくなる。

このような場合は、商用電源を利用するほうがメンテナンス、コスト、大きさの面で有利となる。例えば、電池駆動のＮＣＵに対して商用電源を利用する場合は、商用電源を電池と同じ直流電圧にレギュレートするＮＣＵ用電源装置を用意し、ＮＣＵの電池接続口に接続する。また商用電源の代わりに太陽電池と蓄電池を利用した電源なども考えられる。

テレメータシステムにおいて、端末網制御装置用電源装置が商用電源駆動の電源装置である場合、コンセントがユーザーによって抜かれた場合や停電時には動作不能となるので、そうした電源供給の確実性の点では電池駆動に劣る。それをカバーするため、補助電源としてバックアップ電池や、大容量キャパシタを持つ電源装置がある。

このような補助電源付きの電源装置でも、コンセントが抜かれた場合などには、至急ユーザーに連絡するなどメンテナンスを行わなければ補助電源も使い果たしてしまう事態となる。そのため、コンセント抜けや停電を検知したときには、センタに通報しなければならない。また、補助電源がバックアップ電池の場合、補助電源の動作頻度によってはバックアップ電池も消耗し、補助電源の機能を果たさなくなってしまう。そのため、バックアップ電池の消耗を検知したときには、センタに通報しなければならない。

他に、太陽電池と蓄電池を利用した電源装置も考えられるが、こうした電源装置では、日射量不足による充電量の不足や、蓄電池の充放電回数、使用時間による寿命がきた場合には、それぞれセンタに通報しなければならない。

つまり、テレメータシステムを円滑に運用するためには、上記の電源装置のどれを採用した場合でも、それぞれセンタに通報する必要な事態が生じる。
ところがこれらの通報を行うためには、停電や寿命などそれぞれの異常の情報をＮＣＵに伝える必要がある。情報を伝えるには電源装置からＮＣＵへの信号線の設置や、ＮＣＵのソフトウェアの変更が必要となるが、既存のＮＣＵの場合には大幅な改造となり、対策として現実的ではない。
特開平５−１２２３８８号公報

そこで、電源装置が異常状態にあることの情報を通報するために、電源装置の状態が停電又はバックアップ電池の寿命である等の異常状態に変化するときに、その電源状態を端末網制御装置への出力に反映させる点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、電源装置の状態が異常状態に変化するときに、その電源状態を端末網制御装置への出力に反映させることにより、電源装置が異常状態に変化したことついての情報がセンタに通報され、早急な電源回復を図るメンテナンスを実施することを可能にする、テレメータシステムにおける端末網制御装置用電源装置を提供することである。

主なＮＣＵは電池駆動であるため、電池電圧の低下を検知し、センタへ通報する機能を持っている。本発明ではこの機能を利用する。即ち、本発明による端末網制御装置用電源装置は、通信回線を利用して遠隔検針を行うテレメータシステムの端末網制御装置に用いられる電源装置であって、端末網制御装置に出力される電源装置の出力電圧値が当該電源装置の電源状態に応じて可変であることを特徴としている。

通常時は電源装置からＮＣＵの定格電圧を出力する。例えばリチウム電池１本で動作のＮＣＵの場合は３Ｖである。この電圧は、端末網制御装置が通常動作する第１電圧値とされる。
電源装置の異常時、つまり停電やコンセント抜けの検知、バックアップ電池の消耗、充電量不足、蓄電池の寿命など、センタに通報する必要のある場合は、電源装置から出力する電圧を意図的に低下させて出力する。低下させる電圧値は、ＮＣＵが電池電圧低下と判断してその旨を発呼する第２電圧値とする。例えば、リチウム電池１本で動作するＮＣＵの場合はＮＣＵによって異なるが２．４Ｖなどとなる。

また、電源装置の内部にバックアップ電池を具備している場合には、バックアップ電池が寿命の場合は第２電圧値を出力し、それ以外の場合は第１電圧値を出力することができる。また、電源装置の内部にバックアップ電池を具備している場合には、バックアップ電池の電圧が一定電圧以上であることに応じて第１電圧値を出力し、バックアップ電池の電圧が一旦一定電圧以下になることに応じて、以後電圧値が一定電圧を超えて上昇しても、第２電圧値を継続して出力することができる。

また、電源装置が商用電源を電源とし、商用電源からの電源供給が停電又はコンセント抜けに起因して途絶えた場合に作動するバックアップ手段を具備している場合には、通常は商用電源に基づいて第１電圧値を出力し、商用電源からの電源供給が途絶えることに応じてバックアップ手段に基づいて第２電圧値を出力することができる。また、電源装置が内部に蓄電池を具備している場合には、通常は第１電圧値を出力し、蓄電池の充放電回数が一定以上になった場合に第２電圧値を出力することができる。

また、電源装置が通常は第１電圧値を出力し、電源装置の動作時間が一定以上になった場合に第２電圧値を出力することができる。また、通常は第１電圧値を出力し、電源装置に異常が発生した場合に第２電圧値を出力することができる。

更に、この端末網制御装置用電源装置においては、商用電源又は蓄電池などの主電源からの停電又は充電不足等の電源異常を検知する主電源異常検知部と、蓄電池又はバックアップ電池を備える場合はそのバックアップ電池の電池消耗検知部と、出力電圧制御部とを備え、出力電圧制御部は、通常は第１電圧値を出力し、主電源異常検知部からの出力信号又は電池消耗検知部からの出力信号に基づいて第２電圧値を出力する構成にできる。

電源装置の異常時にこのような電圧操作をすることによって、ＮＣＵは、電池電圧低下と判断し、センタへ通報する。センタ側では、ＮＣＵに電池ではなく電源装置を接続していることを把握していれば、電池電圧低下通報ではなく、電源装置の異常であると解釈でき、メンテナンスを行うことができる。

例えば、商用電源とバックアップ電池で構成される電源装置では、通報があった場合、停電、コンセント抜けかバックアップ電池の消耗と考えられる。同時に多数のＮＣＵから通報が来た場合は地域的な停電と考えられ、この場合は停電の復旧を待つ事となる。通報が一つのＮＣＵの場合はコンセント抜け又はバックアップ電池の消耗が疑われるためユーザーに連絡し、コンセント抜けがないか確認していただく。コンセント抜けでなければバックアップ電池の消耗ということになるので出動して対応する。

以上のように、この発明によれば、電源装置の出力電圧値が電源装置の停電・コンセント抜け、或いは電池消耗や使用履歴等の電源状態に応じて可変とされるので、電源装置の電源状態が異常である旨の異常情報が端末網制御装置に伝わったこととなり、電源装置の種類により適時にメンテナンスを行うことによってシステムの円滑な運用が可能となる。また、本発明によるとＮＣＵに信号線の追加やソフトウェアの更新などの変更を必要とせず、既存のシステムに適用可能である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、この発明による端末網制御装置用電源装置が適用されるテレメータシステムの一例を示す全体構成図である。図２は図１に示す端末網制御装置のブロック図、図３は図２に示すブロック図に対応する回路図である。

図１の示すテレメータシステム１において、センタ側装置２は通信回線網３を介して無線基地局４と接続されており、無線基地局４は、携帯電話無線仕様であって、端末網制御装置（以下、「ＮＣＵ」と略す）５と無線通信６によってデータ通信可能である。ＮＣＵ５は、その電源装置７から電力の供給を受け、水道、ガス、電気などのメータ８とデータ通信可能である。

図２に示すように、図１に示す電源装置７においては、ＡＣ／ＤＣコンバータ部１１は、商用交流電源１０のＡＣ１００Ｖを直流電圧にレギュレートする。本実施例では、バックアップ電池１３より高い５Ｖにレギュレートしている。電源切替部１２は、停電などに起因してＡＣ／ＤＣコンバータ１１からの電圧が一定以下となった場合などに、バックアップ電池１３が電源として使われるように動作する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧がバックアップ電池１３の電圧より高い場合は、簡単に直列にダイオードを挿入するのみでも構成できる。後述する停電検知部１４の信号を受けてトランジスタなどによるスイッチとしてもよい。

電池消耗検知部１５は、バックアップ電池１３の消耗の有無を検知する。停電検知部１４の出力信号と電池消耗検知部１５の出力信号は、出力電圧制御部１６に入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ部１７は、出力電圧制御部１６で制御された電圧を出力する。制御電圧の１つは本実施例のＮＣＵ５の定格電圧である３Ｖとし、もう１つはＮＣＵ５が電池電圧低下を検知する電圧である２．４Ｖとする。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１７には出力電圧を任意に決められるように出力電圧制御部１６からフィードバック入力がある。本実施例のＤＣ／ＤＣコンバータ１７はフィードバック電圧が１．２３Ｖであるので、所望の出力電圧を抵抗で分圧した値が１．２３Ｖとなるような抵抗値を決めればよい。計算式で表すと、出力電圧＝１．２３×（１＋Ｒ１／Ｒ２）となる。ここで、図３において出力電圧制御部１６に示すように、Ｒ１は分圧抵抗のうち上側の抵抗１の抵抗値、Ｒ２は下側の抵抗２の抵抗値である。

本実施例では、抵抗１を８２０ｋΩ、抵抗２を５６０ｋΩ、抵抗１と並列に置かれる抵抗１ａを１．５ＭΩとしている。トランジスタ１がオフの場合は抵抗１と抵抗２の分圧となり、出力電圧は約３Ｖとなる。トランジスタ１がオンの時は抵抗１と抵抗１ａの合成抵抗値である約５３０ｋΩと抵抗２の分圧となり、出力電圧は約２．４Ｖとなる。
つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ部１７は、出力電圧制御部１６のトランジスタ１をオフとすればＮＣＵ５の定格電圧である３Ｖを、トランジスタ１をオンにすればＮＣＵ５が電池電圧低下を検知する電圧である２．４Ｖを出力する。

停電検知部１４は、商用電源１０からの電源供給が途絶えた場合に出力電圧制御部１６のトランジスタ１をオンする信号を出力する電圧検知回路１である。電圧検知回路１はトランジスタや電圧検知ＩＣなどを利用して容易に実現できる。

電池消耗検知部１５は、電源装置７内のバックアップ電池１３の消耗を検知した場合に出力電圧制御部１６のトランジスタ１をオンする信号を出力する電圧検知回路２である。

電池消耗検知部１５の具体的な構成においては、色々な方法がある。一つの方法として、バックアップ電池１３の電圧値で消耗を判断する方法があるが、電池の電圧は放電深度、温度、負荷によって大きく変動する。動作時などの負荷の大きい時は電圧値が低下し、待機時などの負荷の小さい時は電圧値が回復していく。この性質のため、一定電圧を閾値として信号を出力した場合、動作中の特に負荷の大きい一瞬だけ信号を出力し、その他動作時や待機時などには電池の電圧が回復し信号を出力しないことが考えられ、結果としてＤＣ／ＤＣコンバータ１７の出力電圧が不規則に変化することとなり、ＮＣＵ５が不安定になる可能性が高い。それを避けるために電池電圧が一定電圧以下となった場合、出力信号をラッチする方法がよい。また、更には、新品の電池を交換した際に出力がラッチされたままでは電池交換が反映されないので、新品の電池電圧程度であれば出力信号のラッチを解除する回路を設けるのがよい。

図４に電池消耗検知部１５の一例をブロック図として示す。バックアップ電池１３の電圧を２種類の電圧検知ＩＣで検知する。低いほうの電圧値がラッチ電圧で２Ｖとし、高いほうの電圧値は解除電圧で３Ｖとする。バックアップ電池１３の電圧が２Ｖを下回った場合は、出力電圧制御部１６に信号を出力してラッチする。つまり、一旦、バックアップ電池１３の電圧が２Ｖを下回れば、再び２Ｖを超えても信号を出力し続ける。また、新しいバックアップ電池１３に交換した場合などにはラッチを解除しなければならないので、３Ｖを超えればラッチを解除するようになっている。

図５には、図４に示す電池消耗検知部１５におけるバックアップ電池１３の電圧と各部の出力波形例が示されている。バックアップ電池１３の電圧が３Ｖ以上であれば、２種類の電圧検知ＩＣの出力はいずれもＨ（ＱはＬ、Ｒの反転信号はＬ）であり、その結果、出力電圧制御部１６への出力信号はＨ（トランジスタ１をＯＦＦ）となる。バックアップ電池１３の電圧が３Ｖよりも低下（２Ｖ以上）すれば、電圧検知ＩＣ（３Ｖ）の出力がＬとなる。したがって、Ｒの反転信号はＨになるが、ＱはＬのままであるので、出力電圧制御部１６への出力信号はＨ（ＯＦＦ）が維持される。バックアップ電池１３の電圧が更に低下して、一旦２Ｖよりも低下すると、その後、２Ｖを回復して電圧検知ＩＣ（２Ｖ）がＨになっても、ＱもＲの反転信号も共にＨとなり、出力電圧制御部１６への出力信号はＬ（トランジスタ１をＯＮ）となり、その後もその状態が維持される。バックアップ電池１３の新品への交換によって電圧が３Ｖを回復すると、当初の状態に復帰する。

このように、本実施例によれば、電源装置７は、通常時、ＮＣＵ５の定格電圧である３Ｖを出力しているが、電源装置７の電源状態の異常、つまりコンセント抜けや停電、電源装置７に内蔵のバックアップ電池１３の消耗が生じて、電源供給能力が通常ではない又はそれと見なし得る事態が生じたと判断される場合、ＮＣＵ５への出力電圧を２．４Ｖに意図的に低下させる。ＮＣＵ５は、電圧低下を受けて電池電圧低下と判断し、センタ側装置２にその旨を通報する。通報を受けたセンタ側装置２は、この通報を電源装置７の異常であると解釈する。電源装置７のメンテナンスを行うことによってシステムの円滑な運用を図ることができる。

図６は、電源装置の他の実施形態を示すブロック図である。図６に示す電源装置２１は、電源を太陽電池２０から取り、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの蓄電池（２次電池）２６に電力を蓄える電源装置である。このようなシステムの場合、日照不足による電力不足が懸念されるため、充電不足検知部２７で電力不足を検知する。充電不足検知部２７は、閾値電圧を１日以上下回った場合に、信号を出力電圧制御部３６に出力するなどが考えられる。

また、蓄電池２６は充放電回数や動作時間による寿命があるため、電池消耗検知部２５でそれを検知する。電池消耗検知部２５は、充放電制御部２４の信号から充放電回数をカウントし、例えば、５００回になると寿命と判断し信号を出力する。更に、電池消耗検知部２５は、動作開始からの時間をカウントし、例えば、３年を過ぎると信号を出力するなどが考えられる。このように、一定の使用履歴が生じて電源供給能力が通常ではないと見なし得る事態が生じたと判断される場合も、ＮＣＵ５への出力電圧が意図的に低下され、ＮＣＵ５は電圧低下を受けて電池電圧低下と判断し、センタ側装置２にその旨が通報される。

他に電源装置の異常として検知できるものがあれば、装置異常検知部２８でそれを検知し信号を出力する。充電不足検知部２７、電池消耗検知部２５或いは装置異常検知部２８からのこれらの信号を出力電圧制御部３６で受け、出力電圧制御部３６がＤＣ／ＤＣコンバータ３７を経てＮＣＵ５への出力電圧を制御することにより、ＮＣＵ５がセンタ側装置２に通報することとなる。これによってセンタ側装置２で電源装置２１の異常を把握することができる。

本発明による端末網制御装置用電源装置が適用されるテレメータシステムの一例を示す全体構成図である。 図１に示す端末網制御装置用電源装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図２に示す端末網制御装置用電源装置の詳細図である。 図３に示す端末網制御装置用電源装置における電池消耗検知部の詳細図である。 図４に示す電池消耗検知部が検知する波形の一例を示す図である。 他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。 電池駆動の端末網制御装置の全体構成図である。

符号の説明

１ テレメータシステム ２ センタ側装置
３ 通信回線網 ４ 無線基地局
５ 端末網制御装置 ６ 無線通信
７ 電源装置 ８ メータ
１０ 商用交流電源 １１ ＡＣ／ＤＣコンバータ部
１２ 電源切替部 １３ バックアップ電池
１４ 停電検知部 １５ 電池消耗検知部
１６ 出力電圧制御部 １７ ＤＣ／ＤＣコンバータ部
２０ 太陽電池 ２１ 電源装置
２４ 充放電制御部 ２５ 電池消耗検知部
２６ 蓄電池（２次電池） ２７ 充電不足検知部
２８ 装置異常検知部 ３６ 出力電圧制御部

Claims (9)

1. 通信回線を利用して遠隔検針を行うテレメータシステムの端末網制御装置に用いられる電源装置であって、前記端末網制御装置に出力される前記電源装置の出力電圧値が当該電源装置の電源状態に応じて可変であることを特徴とする端末網制御装置用電源装置。
2. 請求項１に記載の端末網制御装置用電源装置において、
   前記出力電圧値は、前記端末網制御装置が通常動作する第１電圧値と、前記端末網制御装置が電池電圧低下を発呼する第２電圧値とであることを特徴とする端末網制御装置用電源装置。
3. 請求項２に記載の端末網制御装置用電源装置において、
   内部にバックアップ電池を具備しており、前記バックアップ電池が寿命の場合は前記第２電圧値を出力し、それ以外の場合は前記第１電圧値を出力することを特徴とする端末網制御装置用電源装置。
4. 請求項２に記載の端末網制御装置用電源装置において、
   内部にバックアップ電池を具備しており、前記バックアップ電池の電圧が一定電圧以上であることに応じて前記第１電圧値を出力し、前記バックアップ電池の電圧が一旦前記一定電圧以下になることに応じて、以後電圧値が前記一定電圧を超えて上昇しても、前記第２電圧値を継続して出力することを特徴とする端末網制御装置用電源装置。
5. 請求項２に記載の端末網制御装置用電源装置において、
   商用電源を電源とし、前記商用電源からの電源供給が停電又はコンセント抜けに起因して途絶えた場合に作動するバックアップ手段を具備しており、通常は前記商用電源に基づいて前記第１電圧値を出力し、前記商用電源からの電源供給が途絶えることに応じて前記バックアップ手段に基づいて前記第２電圧値を出力することを特徴とする端末網制御装置用電源装置。
6. 請求項２に記載の端末網制御装置用電源装置において、
   内部に蓄電池を具備しており、通常は前記第１電圧値を出力し、前記蓄電池の充放電回数が一定以上になった場合に前記第２電圧値を出力することを特徴とする端末網制御装置用電源装置。
7. 請求項２に記載の端末網制御装置用電源装置において、
   通常は前記第１電圧値を出力し、前記電源装置の動作時間が一定以上になった場合に前記第２電圧値を出力することを特徴とする端末網制御装置用電源装置。
8. 請求項２に記載の端末網制御装置用電源装置において、
   通常は前記第１電圧値を出力し、前記電源装置に異常が発生した場合に前記第２電圧値を出力することを特徴とする端末網制御装置用電源装置。
9. 請求項２に記載の端末網制御装置用電源装置において、
   商用電源又は蓄電池などの主電源からの停電又は充電不足等の電源異常を検知する主電源異常検知部と、前記蓄電池又はバックアップ電池を備える場合はそのバックアップ電池の電池消耗検知部と、出力電圧制御部とを備え、
   前記出力電圧制御部は、通常は前記第１電圧値を出力し、前記主電源異常検知部からの出力信号又は前記電池消耗検知部からの出力信号に基づいて前記第２電圧値を出力することを特徴とする端末網制御装置用電源装置。

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