JP2010057232A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑かつ連結点の増大化を招く検出構造を要することなく、計器用変流器を用いない簡易な構成で、迅速かつ確実に接続解除を検出し、逆潮流による事故を確実に防止することを目的とする。
【解決手段】
本発明の電源装置１００は、電源装置の上流に他の電源装置を連結する際、入力プラグ１２０と出力コンセント１２６とを接続するバイパススイッチ１５０と、入力プラグに印加される電圧を測定する入力電圧計１５２と、測定された電圧の本来の電圧推移からの逸脱を検知するとバイパススイッチを切断するバイパス切断部１５６とを備えることを特徴としている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、予め二次電池に蓄電しておき、接続された負荷に単独または連結して電力を供給することが可能な電源装置に関する。

停電等により発電所を含む電力供給システムからの電力の供給が一時的に途絶えることがある。一方、このような停電時においてもエアコン、冷蔵庫等の電気機器には継続的な電力の供給が必要である。この場合、コンセントへ接続していたプラグを、屋内配線とは独立して電力供給可能なポータブル電源装置等の外部電源に接続して動作することができる。かかる外部電源は、燃料電池や二次電池を利用したものがあり、燃料電池の例では水素を燃料として数百Ｗ以上の電力を生成できるものもある（例えば、特許文献１）。

上記電源装置が供給すべき電力容量は、接続する電気機器の負荷によってそれぞれ相異し、また、突入電流等の突発的な消費にも耐え得る量でなくてはならない。しかし、いかなる負荷にも対応できるように電力容量の異なる複数種類の電源装置を準備するのは、購入や運搬にコストがかかりすぎて実用的ではない。そこで、複数の電源をマスタースレーブ方式で接続したり、電力容量の等しい複数の電源装置をその負荷に応じて適切な数だけ連結したりして電気機器に電力を供給する技術（例えば、特許文献２および３）が知られている。

このような複数連結された電源装置は、電力を重畳するため、それぞれのインバータの出力を連接するバイパス線が設けられている。しかし、連結された複数の電源装置から１または複数の電源装置を分離することでその連結を意図的に解除、または誤って解除してしまうと、インバータからの電圧が残存する互いの連結部分の接触端子が露出する。この露出した端子、例えばプラグ形状の端子が何らかに接触すると、残存する電圧や逆潮流によって短絡、地絡、感電といった事故を招きかねない。そこで、このような電源装置同士の接続解除を客観的に判断する技術が必要となる。

例えば、特許文献４では、コネクタの接続状態をリミットスイッチで検出する技術が開示され、リミットスイッチがオフされるとコネクタが嵌合状態にないことを把握することができる。また、特許文献５では、特許文献４のような機械的検出構造の他、嵌合検出手段として光の検知構造が示されている。

さらに、このような機械的な嵌合検知のみならず、電気的な切断を利用した技術もある。例えば、特許文献６では、全てのパッケージが連結したときに結線され、終端のパッケージでその断線検出ラインを折り返すことでコネクタのどの位置で断線が生じてもコネクタ抜けを検出できることが開示されている。
特開２００４−３１９３６７号公報 特開平８−２２３８０８号公報 特開２００２−２６２５７７号公報 特開平１０−１７８７０１号公報 特開２００５−２６９８８３号公報 特開平５−２９０９２６号公報

しかし、リミットスイッチや光の検知構造といった機械的検出構造は、通常のコネクタに特別な機構を付加するものであり、コストの増加やコネクタ占有体積の増大を伴うことを考慮すると実現性に乏しかった。

また、断線検出ラインを用いた電気的検出構造では、主たる電線とは別に断線検出専用の電線を設ける必要が生じる。このような、電線の芯数の増加は機械的検出構造同様、コスト増加および電線ユニットの大型化を招いてしまう。

さらに上述したリミットスイッチ、光の検知構造、断線検出ラインはいずれも主たる電線の断線を間接的に検出しているに過ぎず、実際に断線しているが断線状態が検出されない、また、断線していないが断線状態が誤検出される等の誤判定が生じ得、信頼性に欠けるといった問題があった。

そこで、本願発明者等は、複数台連結された電源装置の接続が解除されたとき、当該電源装置に入力される電流が変動することに着目し、かかる電流を直接測定し、電源装置間や商用コンセントと当該電源装置との間の接続が解除されたことを把握して、バイパススイッチを迅速かつ確実に切断する技術を見出した。

しかし、電源装置に入力される電流を測定するための計器用変流器（ＣＴ：Current Transformers）は、重量および占有体積が大きく、電力容量によっては電源装置自体の重量および体積が増大してしまうことになる。そこで、本願発明者等は上述した技術をさらに発展させ、本願発明に想到した。

本発明は、このような課題に鑑み、複雑かつ連結点の増大化を招く検出構造を要することなく、計器用変流器を用いない簡易な構成で、迅速かつ確実に接続解除を検出し、逆潮流による事故を確実に防止することが可能な制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる電源装置の代表的な構成は、入力プラグと、入力プラグから入力された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、変換された直流電力の電流量を制御する充電器と、充電器から出力された直流電力を蓄電する二次電池と、蓄電された直流電力を交流電力に変換するインバータと、変換された交流電力の出力端として機能する出力コンセントと、を備える電源装置であって、当該電源装置の上流に他の電源装置を連結する際、入力プラグと出力コンセントとを接続するバイパススイッチと、入力プラグに印加される電圧を測定する入力電圧計と、測定された電圧の本来の電圧推移からの逸脱を検知するとバイパススイッチを切断するバイパス切断部と、をさらに備えることを特徴とする。

ここでは、電源装置を連結する際に上流からの電力を下流に伝達するためのバイパススイッチが設けられている。本発明では、電源装置に内蔵された入力電圧計を用いて電圧を直接測定し、本来の電圧推移からの逸脱を検知することで、電源装置間や商用コンセントと電源装置との間の接続解除を把握している。従って、主たる回路自体の接続状態を高い信頼性で迅速かつ確実に検出することが可能となり、確実にバイパススイッチを切断することができる。

バイパス切断部は、入力プラグに印加される電圧が所定期間内に所定電圧と交差しないことで逸脱を検知してもよい。

当該電源装置に入力される交流電力の周期性からすると所定期間内には必ず所定電圧と交差するはずである。本発明では、所定期間内に所定電圧と交差しなかった場合に、そのときの電圧推移は本来の電圧推移から逸脱している、即ち、上流の電源装置または商用コンセントと接続解除されていると判断し、バイパススイッチを迅速かつ確実に切断する。こうして逆潮流による事故を確実に防止することが可能となる。

バイパス切断部は、入力プラグに印加される電圧と参照電圧との偏差の積分値が所定値以上となることで逸脱を検知してもよい。

測定された電圧が本来の電圧推移から逸脱している場合、両電圧間の偏差（差分）がある程度連続して生じていることとなる。本発明では、入力プラグに印加される電圧と参照電圧との偏差の積分値が所定値以上となった場合に、そのときの電圧推移は本来の電圧推移から逸脱している、即ち、上流の電源装置または商用コンセントと接続解除されていると判断し、バイパススイッチを迅速かつ確実に切断する。こうして逆潮流による事故を確実に防止することが可能となる。

電源装置は、出力コンセントから流出する電流値を測定する出力電流計と、連結された一段上流の電源装置から受信した上流に連結された全ての電源装置の電力容量に、当該電源装置の単電力容量を加算して総電力容量を導出する電力加算部と、導出された総電力容量と当該電源装置のみの単電力容量との比で出力電流計に測定された電流を按分した電流を導出する按分電流導出部と、インバータからの出力電流を按分した電流となるように制御する電流制御部とをさらに備えてもよい。

本発明は、自体の出力コンセントを通過する電流を、総電力容量と単電力容量との比で内部的に按分しているので、電源装置内部で自己完結的にインバータの出力電流を制御することができる。従って、複雑な外部配線を要することなく、単に複数の電源装置を直列に連結するのみといった単純な構成および作業で容易かつ迅速に供給電力を増加させることが可能となる。また、充電に用いられる入力プラグを電源装置の連結に兼用することで、電源装置を連結するために別途特別な構成を用いる必要もなくなる。

また、本発明の電源装置では、自体を含む、自体より上流にある全ての電源装置の総電力容量と自体の単電力容量とでインバータからの電流を調整しているので、総電力容量を把握する必要がある。ここでは、各電源装置がそれぞれ総電力容量を把握しており、電源装置のデイジーチェーンを通じて電力容量を連鎖的に伝達している。従って、下流にある電源装置は、連結される全ての電源装置の構成や台数を把握しなくても、一段上流から受信した電力容量に自体の単電力容量を加算するだけで、自体を含む総電力容量を把握することができる。さらに、按分電流導出部は、電源装置の台数ではなく、実際の総電力容量および単電力容量といったアナログ量で電流を按分しているので、連結される電源装置の電力容量が等しくてはならない等の規制がなく、様々な電力容量の電源装置を連結することが可能である。

当該電源装置の電力容量は、所定の単位電力容量の倍数で置き換えられてもよい。かかる構成により、例えば５０Ｗを１とした場合に２５０Ｗを５とする等、電源装置の上流から下流への電力容量の伝達を簡単な（小さい）数値で置き換えることができ、情報を伝達するための構成を簡易化できる。また、数値やそのビット数が少ないので伝達エラーを削減でき信頼性の向上を図ることが可能となる。

連結される全ての電源装置の単電力容量が実質的に等しい場合、総電力容量は上流に連結された電源装置の総数に１を加算した値であり、単電力容量は１で置き換えられてもよい。

かかる構成により、上述した倍数同様、電源装置間の情報の伝達を単純化することが可能となる。また、受信した数値が上流で駆動している電源装置の総数となるので、総電力容量を導出できると共に何台の電源装置が上流に連結されているかを把握することができる。

以上説明したように本発明によれば、複雑かつ連結点の増大化を招く検出構造を要することなく、計器用変流器を用いない簡易な構成で、迅速かつ確実に接続解除を検出し、逆潮流による事故を確実に防止することが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

商用のコンセントからの電力供給が停電等により途絶えた場合や、そのようなコンセントが存在しない場合であっても、ポータブル電源装置等の外部電源を用いることで、電力供給システムと独立して電力を給電し様々な電気機器を動作させることが可能である。しかし、電源装置の連結を解除すると連結部分の接触端子が露出し、短絡、地絡、感電といった事故を招きかねない。本実施形態では、複雑かつ連結点の増大化を招く検出構造を要することなく、簡易な構成で、迅速かつ確実に接続解除を検出し、逆潮流による事故を確実に防止することができる電源装置を提供する。ここでは、理解を容易にするため、まず、本実施形態の電源装置を単体で利用する場合を説明し、その後で、電源装置を連結したときの動作を説明する。

（電源装置１００）
図１は、電源装置１００の外観を示した斜視図である。特に、図１中（ａ）は、電源装置１００を横置きしたときの正面図を、（ｂ）はその背面図を、（ｃ）は、縦置きしたときの正面図を示している。

電源装置１００は、図１（ａ）のように例えば、３００ｍｍ×３００ｍｍ×１００ｍｍの外形寸法を有する筐体１１０に覆われ、横置きにした状態で緩衝部材１１２を通じて床面と接触する。また、図１（ａ）における平面（上面）には、他の電源装置１００を重畳するときに、その緩衝部材１１２を嵌入するための凹部１１４が設けられている。

さらに、図１（ａ）における正面には当該電源装置１００への充電を行うための入力プラグ１２０が巻き取り機構を用いて伸張可能に設けられ、入力プラグ１２０はプラグ収納スイッチ１２２によってプラグ収納溝１２４に収納される。そして、当該電源装置１００に充電された電力は、出力コンセント１２６を通じて任意の電気機器へ供給される。本実施形態では、電源装置１００の電力容量として、ＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚで２５０Ｗ程度を想定している。

電源装置１００内で実質的に電力を蓄電する二次電池１２８は、図１（ｂ）のように、筐体１１０背面に設けられた電池収納溝１３０に例えばプッシュロック方式により脱着可能に収納され、経年による性能劣化が生じたときは交換できるようになっている。本実施形態では、二次電池としてリチウムイオン電池を用いているが、ニッケル水素やニッケルカドミウム等様々な蓄電池を用いることもできる。

かかる電源装置１００を運搬する場合、図１（ｃ）のように縦置きに置き換え、ハンドル１３２を把持する。また、緩衝部材１１２が設けられた面には、連結する電源装置１００間で情報伝達を行う発光素子の光を透過する透過窓１３４が、凹部１１４が設けられた面には受光素子の光を透過する透過窓１３６が、表裏対応する位置に設置されている。

図２は、電源装置１００を単体で動作する場合における部分的な機能を示した電気ブロック図である。ここでは、理解を容易にするために電源装置１００を単体で利用する場合の機能のみを抜粋している。

このような充電式の電源装置１００の場合、準備段階において、二次電池１２８の蓄電量を増やすため入力プラグ１２０を商用コンセント１４８に挿入して充電を行う。ここで、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４０は、商用コンセント１４８から得た、例えば１００Ｖの交流電力を直流電力に変換し、充電器１４２は、二次電池１２８への充電電流が適切な量となるよう、その直流電力の電流量を制御している。こうして二次電池１２８への十分な蓄電が遂行されると、入力プラグ１２０は商用コンセント１４８から抜脱され、電源装置１００が移動可能な状態となる。電源装置１００を利用する際には、二次電池１２８に蓄電された直流電力がインバータ１４４によって再度交流電力に変換され、出力コンセント１２６を通じて電気機器に供給される。

このとき、電気機器の負荷が大きく、電源装置１００単体では電力容量が不足している場合に、複数の電源装置１００を適切な数だけ連結して十分な電力容量を確保する。

図３は、電源装置１００を連結した場合の接続イメージを示した電気ブロック図である。ここでは、複数の電源装置１００（１００ａ、１００ｂ）が、上流に配置された電源装置の出力コンセント１２６に自体の入力プラグ１２０を挿入してその電力を受電する。

図３を参照すると、電源装置１００（１００ａ、１００ｂ）は、図２を用いて上述した構成に加え、バイパススイッチ１５０と、入力電圧計１５２と、バイパス切断部１５６とを含んで構成されている。

バイパススイッチ１５０は、当該電源装置の上流に他の電源装置を連結する際、例えば、図３（ａ）のように電源装置１００ｂの上流に電源装置１００ａを連結する場合において、上流の電源装置１００ａからの電力を下流に伝達するため入力プラグ１２０と出力コンセント１２６とを接続する。従って、電源装置１００ｂでは、電源装置１００ａの電力と、電源装置１００ｂ自体の電力とを重畳して出力コンセント１２６から出力することとなる。

入力電圧計１５２は、重量および占有体積が有利な、抵抗分圧および電圧計等で構成され、入力プラグ１２０に印加される電圧を測定する。本実施形態では、入力電圧計１５２が主たる回路（入力プラグ１２０から出力コンセント１２６に至るまでの回路）に印加される電圧を直接測定しているので、電源装置１００ａや商用コンセント１４８と、当該電源装置１００ｂとの間の接続解除を高い信頼性で迅速かつ確実に検出することが可能となる。

バイパス切断部１５６は、入力電圧計１５２において測定された電圧の推移（電圧推移）が、本来の電圧推移から逸脱しているかどうかを判断し、その逸脱を検知すると、バイパススイッチを切断する。例えば、入力電圧計１５２で測定された電圧推移が本来の電圧推移と異なると判断された場合、入力プラグ１２０からは電力が供給されていない、即ち、図３（ｂ）に示すように、入力プラグ１２０の接続は解除されていると見なすことができ、その場合、インバータ１４４やさらに下流の電源装置１００からの逆潮流を回避するためバイパススイッチ１５０が切断される。

図４は、入力電圧計１５２で測定される電圧推移とバイパススイッチ１５０の切断タイミングとの関係を示したタイミングチャートである。ここでは、横軸に時間、縦軸に入力電圧計１５２の測定電圧値が示されている。

電源装置１００ｂが、最上流ではない電源装置として機能しているとき、後述する参照電圧Ｖrefは、上流の電源装置１００ａと同期しているので、図４中破線で示す軌跡を描くはずである。しかし、時点（１）において上流の電源装置１００ａとの接続が解除されると、入力電圧計１５２の電圧推移は、破線と異なる実線の軌跡を描く。かかる実測値の軌跡（実線）は、電流フィードバックに外乱が加わり、本来の軌跡（破線）と比較して、電圧変動が鈍るように推移する。

かかる電圧推移の相異を検知したバイパス切断部１５６は、時点（２）において、バイパススイッチ１５０を切断し、自体の電源装置１００ｂを最上流の電源装置として設定すると共に、新たなゼロクロス地点から電圧を立ち上げなおす。時点（２）〜（３）において、電圧推移は多少の振動を伴っているが、時点（３）になると、その振動も収まり、自体より下流にある電源装置１００の基準電圧を維持する。

ここで、電源装置１００を３台以上連結した場合に、下流に連結されたすべての電源装置１００が一度に接続解除を検知することも考えられる。この場合、例えば、それまでの接続状態において自体が上流から何番目に接続されているか把握することにより、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）×順番（１、２、…）の時間だけ猶予をみて、その間に上流に接続された電源装置１００のいずれかが最上流の電源装置１００として復帰すると、自体のバイパススイッチ１５０を維持し、上記の時間を経過した後も電圧が安定しなかった場合、自体を最上流とみなしてバイパススイッチ１５０を切断する。

このとき、バイパス切断部１５６は、入力プラグ１２０に印加される電圧が所定期間内、例えば１５ｍｓｅｃに所定電圧、例えば＋１００Ｖと交差（横断、到達、経由）しないことで逸脱を検知してもよい。

当該電源装置１００ｂに入力される交流電力を例えば１００Ｖ、５０Ｈｚとすると、その周期性から２０ｍｓｅｃの間に振幅を１４１Ｖとする正弦波を描くはずである。従って、１５ｍｓｅｃの間には、少なくとも＋１００Ｖと交差するはずである。本実施形態では、所定期間内に所定電圧と交差しなかった場合に、そのときの電圧推移は本来の電圧推移から逸脱している、即ち、上流の電源装置１００ａまたは商用コンセント１４８と接続解除されていると判断し、自体のバイパススイッチ１５０を迅速かつ確実に切断する。こうして逆潮流による事故を確実に防止することが可能となる。

また、所定期間と所定電圧の組合せとして、１０ｍｓｅｃと０Ｖとを挙げることができる。上述したように交流電力は、０Ｖを中心とした正弦波であることから、２０ｍｓｅｃに２回、即ち、１０ｍｓｅｃに１回はゼロクロスするはずである。従って、１０ｍｓｅｃ（実際にはマージンを見て１２ｍｓｅｃ程度とするのが好ましい。）の間に、電圧推移が０Ｖを１回も経由しなければ、接続が解除されたと判断することができる。

また、バイパス切断部１５６は、入力プラグ１２０に印加される電圧と、後述する参照電圧（図４中破線で示した軌跡）Ｖrefとの偏差の積分値が所定値以上となることで逸脱を検知してもよい。

測定された電圧推移が本来の電圧推移から逸脱している場合、図４を参照して理解できるように、両電圧間の偏差（差分）がある程度連続して生じていることとなる。本実施形態では、入力プラグ１２０に印加される電圧と参照電圧Ｖrefとの偏差の積分値が所定値以上となった場合に、そのときの電圧推移は本来の電圧推移から逸脱している、即ち、上流の電源装置１００ａまたは商用コンセント１４８と接続解除されていると判断し、自体のバイパススイッチ１５０を迅速かつ確実に切断する。こうして逆潮流による事故を確実に防止することが可能となる。

かかる電源装置１００の構成により、複雑かつ連結点の増大化を招く追加機構や他のケーブルといった検出構造を要することなく、また、計器用変流器ＣＴを用いない簡易な構成で、迅速かつ確実に接続解除を検出し、逆潮流による事故を確実に防止することが可能となる。

以下では電源装置１００のさらに詳細な構成を述べ、どのようにして電源装置１００の連結を可能としているか説明する。

図５は、電源装置１００の全体的な電気的機能を示した電気ブロック図である。ここで、電源装置１００は、入力プラグ１２０と、出力コンセント１２６と、二次電池１２８と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４０と、充電器１４２と、インバータ１４４と、バイパススイッチ１５０と、入力電圧計１５２と、バイパス切断部１５６と、充電スイッチ１６０と、インバータスイッチ１６２と、出力電流計１６４と、電力加算部１６６と、按分電流導出部１６８と、電流制御部１７０と、受光素子１８０と、発光素子１８２とを含んで構成される。

このうち入力プラグ１２０、出力コンセント１２６、二次電池１２８、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４０、充電器１４２、インバータ１４４、バイパススイッチ１５０、入力電圧計１５２、バイパス切断部１５６に関しては、図１〜図４を用いて既に説明されているので、ここでは、構成の相違する充電スイッチ１６０、インバータスイッチ１６２、出力電流計１６４、電力加算部１６６、按分電流導出部１６８、電流制御部１７０を主として説明する。また、受光素子１８０および発光素子１８２については後程詳述する。

充電スイッチ１６０は、二次電池１２８への充電の際、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４０と充電器１４２とを接続する。かかるＡＣ／ＤＣコンバータ１４０と充電器１４２とは、入力プラグ１２０に入力されている電力が商用コンセント１４８からの電力であるか、上流の電源装置１００の二次電池１２８からの電力であるかを自動的に判定し、商用コンセント１４８からであれば接続するとしてもよく、外部スイッチ等を通じてユーザにより手動で接続されてもよい。

インバータスイッチ１６２は、インバータ１４４と出力コンセント１２６とを中継し、二次電池１２８に十分な電力が蓄電され、かつ二次電池１２８からの出力が指示された場合にその接続をオンする。またインバータスイッチ１６２とインバータ１４４とを一体形成し、インバータ１４４のオンオフ動作によってインバータスイッチ１６２のオンオフを代行し、インバータスイッチ１６２自体を省略することもできる。

出力電流計１６４は、計器用変流器等の電流計で構成され、出力コンセント１２６から流出する電流、即ち、上流に連結された全ての電源装置１００および当該電源装置１００の総電流Ｉsumを測定する。

電力加算部１６６は、連結された一段上流の電源装置１００から受光素子１８０を通じて受信した、上流に連結された全ての電源装置１００の電力容量Ｐrefに、当該電源装置１００の単電力容量Ｐindを加算し、総電力容量Ｐsumを導出する。

本実施形態の電源装置１００では、後述する按分電流導出部１６８において、自体を含む、自体より上流にある全ての電源装置１００の総電力容量Ｐsumと自体の単電力容量Ｐindとでインバータ１４４からの電流Ｉindを調整する。従って、按分電流導出部１６８は、総電力容量Ｐsumを把握する必要がある。ここでは、各電源装置１００がそれぞれ総電力容量を把握しており、電源装置１００のデイジーチェーンを通じて電力容量を連鎖的に伝達している。従って、下流にある電源装置１００は、連結される全ての電源装置１００の構成や台数を把握しなくても、一段上流から受信した電力容量Ｐrefに自体の単電力容量Ｐindを加算するだけで、自体を含む総電力容量Ｐsumを把握することができる。

按分電流導出部１６８は、電力加算部１６６が導出した総電力容量Ｐsumと当該電源装置１００のみの単電力容量Ｐindとの比で、出力電流計１６４において測定された電流を按分した電流Ｉind’を導出する。こうして、電気機器の負荷に必要な総電流（出力電流計１６４が測定した電流Ｉsum）の一部、ここでは自体の電力容量分だけ賄うこととなる。

また、按分電流導出部１６８は、電源装置１００の台数ではなく、実際の総電力容量Ｐsumおよび単電力容量Ｐindといったアナログ量で電流Ｉsumを按分しているので、総電力容量Ｐsumも単電力容量Ｐindもあらゆる数値をとることができ、連結される電源装置１００の電力容量が互いに等しくてはならない等の規制がなく、様々な電力容量の電源装置１００を連結することが可能となる。

電流制御部１７０は、インバータ１４４からの出力電流Ｉindを、按分電流導出部１６８が按分した電流Ｉind’となるように制御する。

このとき、電流制御部１７０は、出力コンセント１２６を通過する電流（総電流）Ｉsumを按分した電流Ｉind’とインバータ１４４からの出力電流Ｉindとの偏差ΔＩが０となるように、インバータ１４４の電圧を制御する。具体的には、ＰＩ制御部１７２およびＰＷＭ１７４によるパルス幅変調を通じて、インバータ１４４の電圧Ｖindが調整される。

図６は、電流制御部１７０の概略的な制御系を示した説明図である。電流制御部１７０は、総電流Ｉsumを按分した電流Ｉind’を目標値とすると共にインバータ１４４からの出力電流Ｉindを制御量とする、図６に一点鎖線で示したアウターループ（電流ループ）と、按分した電流Ｉind’とインバータ１４４からの出力電流Ｉindとの差分に増幅器１７６による比例定数を乗じた電圧換算値Ｖtrgを目標値とすると共にインバータ１４４の電圧Ｖindを制御量とする、図６に二点鎖線で示したインナーループ（電圧ループ）とから構成されている。

ここでは、インバータ１４４からの出力電流Ｉindを、電圧換算値Ｖtrgを用いて閉ループ制御している。即ち、按分した電流Ｉind’に基づく電流制御が遂行される。ただし、自体が最上流に位置する場合、按分電流Ｉind’と出力電流Ｉindとが等しくなり、アウターループが無効化され、インナーループによる電圧制御が主制御となる。即ち、最上流の電源装置１００では電圧制御が、その下流の電源装置１００では電流制御が遂行される。

かかるインバータ１４４の出力電流Ｉindおよび電圧Ｖindのフィードバック制御では、横流に相当する、按分電流Ｉind’と出力電流Ｉindとの偏差が残ってしまうが、負荷が大きくなると電流に占める横流の割合が小さくなるのでさほどの問題を生じない。かかるフィードバック制御により、より安定したインバータ１４４の出力電流Ｉindを供給することが可能となり、電源装置１００において総電流Ｉsumの按分を担うことができる。

本実施形態において、電流制御部１７０のインナーループはＰＩ制御部１７２によるＰＩ制御が遂行される。Ｐ制御（比例制御）は当該インナーループにおいて比例ゲインとして機能し、Ｉ制御（積分制御）は、Ｐ制御で排除しきれない経時による定常偏差を吸収する。かかる構成により定常偏差を排除するために比例ゲインＰを過渡に上げなくて済むので振動等の障害を招くことなく、安定した電力を供給することができる。

また、電流制御部１７０は、自体の系に、参照電圧Ｖrefとの偏差Ｖabmによるフィードフォワードを含んでいる。ここで参照電圧Ｖrefは電圧テーブルに基づく固定値である。上述したアウターループおよびインナーループによるフィードバック制御のみでは、電圧換算値Ｖtrgの変動によるインナーループへの影響が大きくなり、インナーループの制御を乱すおそれがある。本実施形態では、フィードフォワードによって電圧換算値Ｖtrgの変動を適切に吸収し、本来のインバータの電圧制御を乱すことなく安定した電力を供給することができる。

また、無効電力の偏差の一部をなす横流は、電源装置１００の出力が定格に比べて非常に低い場合に生じることもあるが、ほぼ定格で利用される場合、横流は無視できるレベルになる。本実施形態の電流制御部１７０では、負荷電流と横流のうち電圧の位相差による横流を許容し、制御対象を負荷電流のみと単純化することで、処理負荷を低減しつつ負荷電流のバランスをとり、インバータ１４４への制御信号演算の高速化を図ることができる。このような高速化により制御遅れも改善され、位相差を低減できると共に横流を回避することが可能となる。こうして、インバータ１４４から安定した電力を供給することができる。

このように本実施形態においては、当該電源装置１００の出力コンセント１２６を通過する電流Ｉsumを、総電力容量Ｐsumと単電力容量Ｐindとの比で内部的に按分しているので、電源装置１００内部で自己完結的にインバータの出力電流Ｉindを制御することができる。従って、複雑な外部配線を要することなく、単に複数の電源装置１００を直列に連結するのみといった単純な構成および作業で容易かつ迅速に供給電力を増加させることが可能となる。

上述した電源装置１００において、電力加算部１６６は、さらに、導出された総電力容量Ｐsumを連結された下流の電源装置１００に発光素子１８２を通じて送信する。かかる構成により、自体までの総電力容量Ｐsumを、下流の電源装置１００における上流の電力容量Ｐrefとして送信することができ、連鎖的に電力容量を伝達することが可能となる。

また、電源装置１００間の電力容量Ｐrefの伝達は、上述した発光素子１８２や受光素子１８０に限らず、有線による電気信号や磁気信号等、様々な伝達手段によって構成されてもよい。

ここで、自体のインバータ１４４から電流を出力しない場合、電力加算部１６６は、上流に連結された電源装置１００から受信した電力容量Ｐrefをそのまま総電力容量Ｐsumとして下流の電源装置に送信する。

入力プラグ１２０から出力コンセント１２６までの電力系統は二次電池１２８およびインバータ１４４の電力系統と独立して存在するため、一台の電源装置１００（ここでは自体の電源装置）が解列したとしても、上流から下流への電力系統は途切れない。また、上流に連結された電源装置１００から受信した電力容量Ｐrefをそのまま下流に送信する構成により、その解列した電源装置１００がなかったものとして電源装置１００を構成することができ、下流における総電力容量の計算に影響を与えないで済む。

以上説明した電源装置１００は、充電に利用される入力プラグ１２０を上流の電源装置１００の出力コンセント１２６に接続することで、電源装置１００の連結状態を構成する。

図７は、４つの電源装置１００を連結した場合の組み立て構成を示した外観斜視図である。ここでは、４つの電源装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄが、それぞれ、自体の入力プラグ１２０を上流の電源装置の出力コンセント１２６に接続させることによって連結状態を構成している。そして、電源装置１００ａの電力を電源装置１００ｂに、その総電力を電源装置１００ｃに、さらにその総電力を電源装置１００ｄにといった具合に、下流側に電力が蓄積され、電源装置１００ｄの出力コンセントからその総電力が供給される。このとき各電源装置１００の個々の電力は、本実施形態の電流按分によって均一的に消費される。

また、各電源装置１００を重畳する際、下流の凹部１１４に上流の緩衝部材１１２を嵌入することで、上流の電源装置１００を位置決めできる。ここでは、電源装置１００が４つの場合を例に挙げているが、かかる数に限定されないことは言うまでもない。また、ここでは、４つの等しい電力容量の電源装置１００を選択しているが、各電源装置１００の電力容量を任意に選択できることは上述した通りである。このような電源装置１００の電力容量が相違する場合においても本実施形態が遂行可能であることを以下に示す。

図８は、電力容量が相違する複数の電源装置１００を連結した場合の電流配分を説明するための説明図である。ここでは、電源装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄがそれぞれ２５０Ｗ、５００Ｗ、２５０Ｗ、７５０Ｗの電力容量を有している。従って、それぞれの電力加算部１６６による総電力容量Ｐsumは、デイジーチェーン形式で順次計算され、上流である電源装置１００ａから２５０Ｗ、７５０Ｗ、１０００Ｗ、１７５０Ｗとなる。

ここで、終端の負荷において例えば７Ａの電流が消費される場合、電源装置１００ｄの出力コンセント１２６を通過する電流も７Ａとなり、電源装置１００ｄのインバータ１４４の出力電流Ｉindは、総電力容量Ｐsumと各電源装置１００の単電力容量Ｐindを用いて、Ｉsum×Ｐind／Ｐsum＝７×７５０／１７５０＝３Ａとなる。同様に、電源装置１００ｃ、１００ｂ、１００ａのインバータ１４４の出力電流Ｉindは、１Ａ、２Ａ、１Ａとなり、各電源装置１００の電力容量に相応した電流を出力することが可能となる。

ところで、図８の例では、電源装置１００の電力容量として、２５０Ｗ、５００Ｗ、７５０Ｗの３種類が挙がっている。このように電源装置１００が所定の単位電力容量、ここでは２５０Ｗの倍数で置き換えることができる場合、電源装置１００間で基数として２５０Ｗを規定し、電源装置１００間において、電力容量そのものに代えて、その倍数を伝達することができる。

図９は、電力容量が相違する複数の電源装置１００を連結した場合の他の電流配分を説明するための説明図である。ここでは、図８同様、電源装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄがそれぞれ２５０Ｗ、５００Ｗ、２５０Ｗ、７５０Ｗの電力容量を有している。しかし、総電力容量Ｐsumは、その倍数で置き換えられるので、上流から１、３、４、７となる。そして、自体の単電力容量Ｐindも倍数で置き換えられるので、上流から、１、２、１、３となる。従って、導出すべきインバータ１４４の出力電流Ｉindは、図８と等しくなるものの、電力加算部１６６や按分電流導出部１６８の計算時間が短縮される。

かかる構成により、電源装置１００の上流から下流への電力容量の伝達を簡単な（小さい）数値（整数）のみで表すことができ、情報を伝達するための構成を簡易化できる。また、数値やそのビット数が少ないので伝達エラーを削減でき信頼性の向上を図ることが可能となる。さらには電力加算部１６６や按分電流導出部１６８等の計算も単純化でき、不要に高価な計算回路を構築する必要もなくなる。

さらに、連結される全ての電源装置１００の単電力容量が実質的に等しい場合、総電力容量Ｐsumは、一段上流の電源装置１００から受信した、上流に連結された電源装置１００の総数に１を加算した値で、単電力容量Ｐindは１で置き換えることができる。

図１０は、電力容量が相等しい複数の電源装置１００を連結した場合の他の電流配分を説明するための説明図である。ここでは、図９と相違し、電源装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄは全て２５０Ｗの電力容量で構成され、単電力容量は１で置き換えられる。

図１０の構成でも、図９同様、電源装置１００間の情報の伝達を単純化することが可能となり、さらに、受信した数値が上流で駆動している電源装置の総数となるので、総電力容量Ｐsumを導出できると共に何台の電源装置１００が上流に連結されているかを把握することができる。

また、図９や図１０のように、電源装置１００間の情報の伝達を単純な数値化、例えば、３ビット（８台分）で表現できる数値にすると、その伝達構造も簡易に構成することができる。本実施形態では、図１に示したように電源装置１００の表裏に対応して発光素子１８２用の透過窓１３４および受光素子１８０用の透過窓１３６が設けられているので、図７のように電源装置１００を重畳した場合、上流の発光素子１８２と一段下流の受光素子１８０が対向する。こうして、発光素子１８２と受光素子１８０との情報の伝達が可能となる。ここで発光素子１８２として、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)やランプを用いることができる。

電源装置１００の受光素子１８０は、上流の発光素子１８２から所定のビット数、例えば３ビットの情報を得て、その値により上流の総電力容量を把握し、自体の単電力容量である例えば１を加算して自体までの総電力容量を導出する。そして、その値を発光素子１８２で表示し、下流の電源装置１００に伝達する。また、発光素子１８２および受光素子１８０がそれぞれ１ビット分しか準備されていない場合、点滅回数や発光時間（パルス幅）で情報を伝達することもできる。さらに、出力コンセント１２６から入力プラグ１２０への主電力線に電力容量を示す電機信号を重畳することで伝達することも可能である。

かかる構成により、煩雑な電気的接続をすることなく、発光素子１８２と受光素子１８０とを向かい合わせるだけで、絶縁性や防水性を維持しつつ電力容量を伝達することができる。従って、入力プラグ１２０と上流の電源装置１００の出力コンセント１２６との接続のみで複数の電源装置１００を連結することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した電源装置１００は、それぞれ単独で充電し、電源放出時には連結して容量を増やすことを想定しているが、かかる場合に限られず、インバータスイッチ１６２を切り、バイパススイッチ１５０と充電スイッチ１６０を接続することで、充電時にも電源装置１００を連結することができる。

本発明は、予め二次電池に蓄電しておき、接続された負荷に単独または連結して電力を供給することが可能な電源装置に利用することができる。

電源装置の外観を示した斜視図である。 電源装置を単体で動作する場合における部分的な機能を示した電気ブロック図である。 電源装置を連結した場合の接続イメージを示した電気ブロック図である。 入力電圧計で測定される電圧推移とバイパススイッチの切断タイミングとの関係を示したタイミングチャートである。 電源装置の全体的な電気的機能を示した電気ブロック図である。 電流制御部の概略的な制御系を示した説明図である。 ４つの電源装置を連結した場合の組み立て構成を示した外観斜視図である。 電力容量が相違する複数の電源装置を連結した場合の電流配分を説明するための説明図である。 電力容量が相違する複数の電源装置を連結した場合の他の電流配分を説明するための説明図である。 電力容量が相等しい複数の電源装置を連結した場合の他の電流配分を説明するための説明図である。

符号の説明

１００ …電源装置
１２０ …入力プラグ
１２６ …出力コンセント
１２８ …二次電池
１４０ …ＡＣ／ＤＣコンバータ
１４２ …充電器
１４４ …インバータ
１４８ …商用コンセント
１５０ …バイパススイッチ
１５２ …入力電圧計
１５６ …バイパス切断部
１６０ …充電スイッチ
１６２ …インバータスイッチ
１６４ …出力電流計
１６６ …電力加算部
１６８ …按分電流導出部
１７０ …電流制御部
２１０ …情報伝達部

Claims (6)

1. 入力プラグと、該入力プラグから入力された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、該変換された直流電力の電流量を制御する充電器と、該充電器から出力された直流電力を蓄電する二次電池と、該蓄電された直流電力を交流電力に変換するインバータと、該変換された交流電力の出力端として機能する出力コンセントと、を備える電源装置であって、
   当該電源装置の上流に他の電源装置を連結する際、入力プラグと出力コンセントとを接続するバイパススイッチと、
   前記入力プラグに印加される電圧を測定する入力電圧計と、
   前記測定された電圧の本来の電圧推移からの逸脱を検知すると前記バイパススイッチを切断するバイパス切断部と、
   をさらに備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記バイパス切断部は、前記入力プラグに印加される電圧が所定期間内に所定電圧と交差しないことで前記逸脱を検知することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記バイパス切断部は、前記入力プラグに印加される電圧と参照電圧との偏差の積分値が所定値以上となることで前記逸脱を検知することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
4. 前記出力コンセントから流出する電流値を測定する出力電流計と、
   連結された一段上流の電源装置から受信した上流に連結された全ての電源装置の電力容量に、当該電源装置の単電力容量を加算して総電力容量を導出する電力加算部と、
   前記導出された総電力容量と当該電源装置のみの単電力容量との比で前記出力電流計に測定された電流を按分した電流を導出する按分電流導出部と、
   前記インバータからの出力電流を前記按分した電流となるように制御する電流制御部と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 当該電源装置の電力容量は、所定の単位電力容量の倍数で置き換えられることを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 連結される全ての電源装置の単電力容量が実質的に等しい場合、
   前記総電力容量は上流に連結された電源装置の総数に１を加算した値であり、前記単電力容量は１で置き換えられることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。

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