JP2010148163A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な外部配線を要することなく容易かつ迅速に複数の電源装置を連結させ安定した電力の供給を可能とすると共に、垂下特性の本来の機能を維持したまま、横流を回避しつつ過電流からの保護を図ることを目的とする。
【解決手段】
本発明の電源装置１００は、二次電池１２８と、インバータ１４２と、出力コンセント１２６を通過する電流を測定する電流測定部１５２と、上流に連結された総ての電源装置および当該電源装置の総電力容量と単電力容量との比で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１５４と、按分した電流とインバータからの出力電流との偏差が０となるようにインバータの出力電圧を制御する電流制御部１５６と、自体が最上流となる場合に、インバータからの出力電流が所定電流に到達すると、出力電圧を所定電圧に垂下する電圧垂下部１６０と、を備えることを特徴とする。
【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１参照）。

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う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違う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。

図１１は、複数の電源装置の電力を１つの負荷に供給する例を示したブロック図である。ここでは、複数の電源装置１０の出力同士が並列に接続され負荷１２に繋がっている。電源装置１０内には、電力が蓄電された二次電池１４が設けられ、その二次電池１４の直流電力がインバータ１６を通じて交流電力に変換され、負荷１２に供給される。

このとき、各電源装置１０の電流制御部１８は、インバータ１６への電圧制御および位相制御を通じて、自体が生成する交流電力を他の電源装置１０の交流電力に合わせ、横流電流の発生を抑制する。電流制御部１８では、総電流測定部２０によって測定された負荷１２への総電流Ｉsumを接続された電源装置１０の個数で按分した電流と、電流測定部２２によって測定されたインバータ自体の出力電流Ｉindとが比較され、その偏差が０（ゼロ）になるようにインバータ１６の電圧および位相が調整される。

かかる技術により各電源装置１０のインバータ１６の出力電流をバランスさせることができ、非線形負荷の変動にも追従することができる。しかし、このように複数の電源装置１０が並列接続されている場合であっても、無制限に電流を供給できるわけではなく、例えば、負荷１２が電動機等の始動時に過大な電流を要する機器であった場合、その始動電流によって電源装置１０が過負荷状態となる。電源装置１０は、電源自体の破損を回避するため、負荷電流が所定電流値を超過すると出力電圧を垂下して負荷電流を制限する。このような保護特性を一般に電圧垂下特性といい、その垂下の軌跡によってフの字垂下、逆Ｌ垂下等様々な垂下特性が知られている。
特開２００４−３１９３６７号公報 特開平８−２２３８０８号公報 特開２００２−２６２５７７号公報

かかる垂下特性を図１１に示したような並列接続された複数の電源装置１０に適用すると、電源装置１０それぞれにおける出力電流Ｉindが所定電流を超える所謂、過電流状態に陥ったとき、全ての電源装置１０の電圧が垂下する。しかし、垂下特性はそのパラメータを互いに合わせたとしても、電源装置１０における個々の電子部品の特性の違いからそれぞれの電源装置１０における垂下特性に差が生じ、出力電圧や出力電流のバランスが崩れ横流が生じる。

本発明は、このような課題に鑑み、複雑な外部配線を要することなく容易かつ迅速に複数の電源装置を連結させ安定した電力の供給を可能とすると共に、垂下特性の本来の機能を維持したまま、横流を回避しつつ過電流からの保護を図ることが可能な電源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、本発明の電源装置の代表的な構成は、二次電池と、二次電池からの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、出力コンセントに接続され、当該電源装置を他の電源装置の下流に連結している間、上流からの交流電力を出力コンセントに導電する入力プラグと、出力コンセントを通過する電流を測定する電流測定部と、上流に連結された総ての電源装置および当該電源装置の総電力容量と当該電源装置のみの単電力容量との比で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、測定された電流を按分した電流とインバータからの出力電流との偏差が０となるようにインバータの出力電圧を制御する電流制御部と、自体が最上流となる場合に、インバータからの出力電流が所定電流に到達すると、出力電圧を所定電圧に垂下する電圧垂下部と、を備えることを特徴とする。

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、本発明では、各電源装置のインバータの出力電流をバランスさせる際、負荷電流（出力コンセントを通過する電流）と横流のうち負荷電流のみを制御することで、処理負荷を低減しつつ負荷電流のバランスをとることが可能となる。

さらに、自体が最上流の場合、下流の電源装置はその最上流の電源装置の追従運転を実行するので、自体が最上流となる場合にのみ垂下特性を持たせれば、下流の電源装置においてもそれに追従した垂下特性が実行される。従って、垂下特性の本来の機能を維持したまま、横流を回避しつつ過電流からの保護を図ることが可能となる。

電圧垂下部は、所定時間経過後においても出力電流が所定電流のままであればインバータからの交流電力を遮断してもよい。

垂下特性は、負荷電流が所定電流値に到達すると、その負荷電流を下げるべく出力電圧を垂下する特性である。しかし、出力電圧を垂下させても過電流状態が継続するようであればやがて電源装置自体の破損を招きかねない。本発明では、過電流状態が所定時間経過するとインバータからの交流電力を遮断して当該電源装置を保護している。

本発明の電源装置の他の代表的な構成は、二次電池と、二次電池からの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、出力コンセントに接続され、当該電源装置を他の電源装置の下流に連結している間、上流からの交流電力を出力コンセントに導電する入力プラグと、出力コンセントを通過する電流を測定する電流測定部と、上流に連結された総ての電源装置および当該電源装置の総電力容量と当該電源装置のみの単電力容量との比で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、測定された電流を按分した電流とインバータからの出力電流との偏差が０となるようにインバータの出力電圧を制御する電流制御部と、自体が最上流ではない場合に、インバータからの出力電流が所定電流のまま所定時間を経過すると、インバータからの交流電力を遮断する電圧垂下部と、を備えることを特徴とする。

上述した発明同様、本発明においても、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であり、また、処理負荷を低減しつつ負荷電流のバランスをとることが可能となる。

さらに、自体が最上流ではない、即ち、下流に位置する場合、最上流の電源装置の追従運転を実行するので、出力電圧や出力電流も最上流の電源装置に追従し、垂下特性の本来の機能を維持したまま、横流を回避しつつ過電流からの保護を図ることが可能となる。

電流制御部は、按分した電流を目標値とすると共にインバータからの出力電流を制御量とするアウターループと、按分した電流とインバータからの出力電流との差分の電圧換算値を目標値とすると共にインバータの電圧を制御量とするインナーループと、から構成されてもよい。

かかるインバータの出力電流および電圧のフィードバック制御により、より安定したインバータの出力電流を供給することが可能となり、当該電源装置において総電流の按分を担うことができる。

また、電源装置は、入力プラグから入力された交流電力を直流電力に変換し、二次電池を充電する充電器と、入力プラグと、充電器または出力コンセントとを排他的に接続切替する接続切替部と、をさらに備えてもよい。

このように、入力プラグを二次電池の充電と電源装置の連結とに兼用することで、充電用に予め入力プラグを有する電源装置において、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り、また、電源装置に本来設けられるべき主回路の大幅な変更を伴うことなく、接続切替部による切替を通じて充電モードと電源装置連結モードとを切り替えることができる。

以上説明したように本発明によれば、複雑な外部配線を要することなく容易かつ迅速に複数の電源装置を連結させ安定した電力の供給を可能とすると共に、垂下特性の本来の機能を維持したまま、横流を回避しつつ過電流からの保護を図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、電力供給システムから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。本実施形態では、負荷容量が相違する様々な電気機器に対応する電力容量を、容易かつ迅速な連結で確保可能な電源装置を提供する。また、本実施形態では、連結された電源装置が過電流状態になった場合であっても、単体の電源装置同様、垂下特性の本来の機能を維持したまま、横流を回避しつつ過電流からの保護を図ることも目的としている。ここでは、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、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を、（ｂ）はその背面を、（ｃ）は、縦置きしたときの正面を示している。

電源装置１００は、図１（ａ）のように筐体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。従って、本実施形態では当該二次電池１２８を、後述する充電器１４０により充電する構成を主として説明しているが、二次電池１２８のみを取り外し、別体の充電装置で充電することもできる。即ち、充電器１４０を電源装置１００内に備えない構成も本実施形態の技術的範囲に属することとなる。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、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等を用いてもよいし、燃料電池やその他の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発光素子の光を透過して受光素子に伝達する透過窓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おり、本実施形態における他の電気回路に関しては図３を用いて後述する。

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の蓄電量を高めるため入力プラグ１２０を商用コンセント１４８に挿入して充電を行う。ここで、充電器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整流すると共に、二次電池１２８への充電電流が適切な量となるように制御している。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が利用可能な状態となる。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１４２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は、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。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３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、接続切替部１５０と、充電器１４０と、二次電池１２８と、インバータ１４２と、出力コンセント１２６と、電流測定部１５２と、按分電流導出部１５４と、電流制御部１５６と、電力加算部１５８と、電圧垂下部１６０と、レジスタ１６２とを含んで構成される。このうち入力プラグ１２０、充電器１４０、二次電池１２８、インバータ１４２、出力コンセント１２６に関しては、図１および図２を用いて既に説明されているので、ここでは、構成の相違する接続切替部１５０、電流測定部１５２、按分電流導出部１５４、電流制御部１５６、電力加算部１５８、電圧垂下部１６０を主として説明する。

接続切替部１５０は、入力プラグ１２０と充電器１４０または入力プラグ１２０と出力コンセント１２６のいずれかの組合せを排他的に接続する。そして、二次電池１２８への充電（充電モード）の際には、入力プラグ１２０と充電器１４０とを接続し、充電完了後は、電源装置１００を連結するため（電源装置連結モード）、入力プラグ１２０と出力コンセント１２６とを接続する。かかる接続の切替は、接続切替部１５０が入力プラグ１２０の接続先を検知して自動的に遂行されるとしてもよいし、スイッチ等を通じてユーザにより手動で遂行されてもよい。

このように、充電に用いられる入力プラグ１２０を電源装置１００の連結に兼用することで、電源装置１００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り、また、電源装置１００に本来設けられるべき主回路の大幅な変更を伴うことなく、接続切替部１５０による切替を通じて充電モードと電源装置連結モードとを切り替えることができる。

電流測定部１５２は、計器用変流器（ＣＴ：Current Transformers）等の電流計で構成され、出力コンセント１２６を通過する電流、即ち、上流に連結された総ての電源装置１００および当該電源装置１００の総電流Ｉsumを測定する。

按分電流導出部１５４は、上流に連結された総ての電源装置１００および当該電源装置１００の総電力容量Ｐsumと当該電源装置１００のみの単電力容量（電源装置１００単体での電力容量）Ｐindとの比で、電流測定部１５２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（電流測定部１５２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。

電流制御部１５６は、インバータ１４２からの出力電流Ｉindを、按分電流導出部１５４が按分した電流Ｉind’となるように制御する。ここで、電流制御部１５６は、出力コンセント１２６を通過する電流（総電流）Ｉsumとインバータ１４２からの出力電流Ｉindとの無効電力の偏差ΔＱおよび有効電力の偏差ΔＰが０となるように、インバータ１４２の電圧および位相を制御することもできるが、本実施形態では、電圧の位相差による横流を許容し、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１４２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１４２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１４２の電圧Ｖindが調整される。

図４は、電流制御部１５６の概略的な制御系を示した説明図である。電流制御部１５６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１４２からの出力電流Ｉindを制御量とする、図４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１４２からの出力電流Ｉindの差分に増幅器１７０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１４２の電圧Ｖindを制御量とする、図４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。また、電流制御部１５６は、上述した回路構成に限られず、インバータ１４２からの出力電圧調整および位相調整が可能な様々な回路を適用することが可能である。

ここでは、インバータ１４２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。

インバータ１４２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、安定したインバータ１４２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。

また、電流制御部１５６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を過度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。

さらに、電流制御部１５６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はレジスタ１６２に格納されている固定値である。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１４２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。

このように、電流制御部１５６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１４２への制御信号演算の高速化を図ることができる。かかる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。

電力加算部１５８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、上流に連結された総ての電源装置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、上述したように、自体を含む、自体より上流にある総ての電源装置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１４２からの出力電流Ｉindを調整しているので、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、連結される総ての電源装置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。

また、このとき按分電流導出部１５４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総電流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。

電力加算部１５８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。このとき上流の電力容量Ｐrefが０であると、それは当該電源装置１００が最上流の電源装置１００であることを示すこととなる。

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１４２から電流を出力しない場合、電力加算部１５８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１４２の電力系統と独立して存在するため、一つのインバータ１４２（ここでは自体のインバータ）の出力が停止したとしても、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、その出力が停止したインバータ１４２を有する電源装置１００がなかったものとして電源装置１００の連結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。

電圧垂下部１６０は、当該電源装置１００が最上流（１台目）となる場合に、インバータ１４２からの出力電流が所定電流に到達（を超過）すると、参照電圧Ｖrefを調節して出力電圧を所定電圧に垂下する。

図５は、電圧垂下部１６０による垂下特性を示した説明図である。電源装置１００が最上流のとき、内部では電圧制御が為されている。ここで、出力電流が定格の１２０％に達した場合、電圧垂下部１６０は、出力電圧を目標値（１００％）の９０％まで垂下させる（１）。

このように、当該電源装置１００が最上流の場合、下流の電源装置１００は、その最上流の電源装置１００の追従運転を実行するので、自体が最上流となる場合にのみ垂下特性を持たせれば、下流の電源装置１００においても、後述するように、それに追従した垂下特性が実行される。従って、連結した電源装置１００全体で垂下特性の本来の機能を維持したまま、横流を回避しつつ過電流からの保護を図ることが可能となる。

また、電圧垂下部１６０は、当該電源装置１００が最上流のとき、出力電圧を垂下してから所定時間経過後においても出力電流が所定電流のままであればインバータ１４２からの交流電力を遮断する（２）。

垂下特性は、負荷電流が所定電流値に到達すると、その負荷電流を下げるべく出力電圧を垂下する特性である。しかし、出力電圧を垂下させても過電流状態が継続するようであればやがて電源装置１００自体の破損を招きかねない。本実施形態では、過電流状態が所定時間経過するとインバータ１４２からの交流電力を遮断して当該電源装置１００を保護している。

さらに、電圧垂下部１６０は、自体が最上流ではない、下流の２台目以降である場合に、インバータ１４２からの出力電流が所定電流のまま所定時間を経過すると、インバータ１４２からの交流電力を遮断する。

図６は、電圧垂下部１６０による垂下特性を示した説明図である。電源装置１００が最上流ではないとき、内部では最上流の電源装置１００に追従する電流制御が為されている。ここで、出力電流が定格の１２０％に達した場合、所定時間が経過するのを待って、インバータ１４２からの交流電力を遮断する（３）。

このように、当該電源装置１００が下流に位置する場合、最上流の電源装置１００の追従運転を実行するので、出力電圧や出力電流も最上流の電源装置１００に追従し、最上流の電源装置１００の垂下動作に合わせて、ほぼ同タイミングで垂下特性が実現される。

ここで、電源装置１００が下流に位置する場合の追従動作を図４を用いて説明する。電源装置１００において、インバータ１４２と出力コンセント１２６の間にはリアクトルが入っているので、インバータの出力電圧Ｖindと、電源装置１００の出力電圧とは相異する。これは、電源装置１００の出力電圧に対してインバータの出力電圧Ｖindを上下させることでインバータ１４２からの出力電流Ｉindを調整し得ることを示す。また、電源装置１００が下流に位置する場合の電流制御では、増幅器１７０がＰＩ制御のＰ要素となり、インバータ１４２の出力電圧Ｖindと参照電圧Ｖrefとが一致する場合を除いて、按分電流Ｉind’と出力電流Ｉindとの間には常に偏差が残ることとなる。

ここで、最上流の電源装置１００において垂下特性が働き、最上流の電源装置１００の出力電圧Ｖindが垂下すると、電源装置１００全体の出力電圧が下がり、当該電源装置１００のインバータ１４２からの出力電流Ｉindが増加する。そうすると総電流Ｉsumを按分した電流Ｉind’と出力電流Ｉindとの偏差が増加するため電圧換算値Ｖtrgがマイナスになり、インバータ１４２の出力電圧Ｖindが低下する。こうして、出力電圧Ｖindを低下させるために要する按分電流Ｉind’と出力電流Ｉindとの偏差と、低下した出力電圧Ｖindによって得られる出力電流Ｉindの大きさと、がバランスした状態に落ち着く。

こうして、電源装置１００が下流にある場合であっても、垂下特性の本来の機能を維持したまま、横流を回避しつつ過電流からの保護を図ることが可能となる。

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、下流側に電力が累積され、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１５８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１４２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１４２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の倍数で表すことができる場合、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、その倍数で表されるので、上流から１、３、４、７となる。そして、自体の単電力容量Ｐindも倍数で表されるので、上流から、１、２、１、３となる。従って、導出すべきインバータ１４２の出力電流Ｉindは、図８と等しくなるものの、電力加算部１５８や按分電流導出部１５４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１５８や按分電流導出部１５４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、連結される総ての電源装置１００の単電力容量（単体における電力容量）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で表すことができる。

図１０は、電力容量が実質的に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は総て２５０Ｗの電力容量で構成され、単電力容量は１で表される。

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容易に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、自己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を用いて表示し、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気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、説明した電源装置１００によって、複雑な外部配線を要することなく容易かつ迅速に複数の電源装置１００を連結させ安定した電力の供給を可能とすると共に、垂下特性の本来の機能を維持したまま、横流を回避しつつ過電流からの保護を図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、本発明はかかる実施形態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。

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で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。 電圧垂下部による垂下特性を示した説明図である。 電圧垂下部による垂下特性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。 電力容量が実質的に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。 従来技術における複数の電源装置の電力を１つの負荷に供給する例を示したブロック図である。

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 …充電器
１４２ …インバータ
１５０ …接続切替部
１５２ …電流測定部
１５４ …按分電流導出部
１５６ …電流制御部
１５８ …電力加算部
１６０ …電圧垂下部
１６２ …レジスタ

Claims (5)

1. 二次電池と、
   前記二次電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記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、
   前記出力コンセントに接続され、当該電源装置を他の電源装置の下流に連結している間、上流からの交流電力を出力コンセントに導電する入力プラグと、
   前記出力コンセントを通過する電流を測定する電流測定部と、
   上流に連結された総ての電源装置および当該電源装置の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、
   前記測定された電流を按分した電流と前記インバータからの出力電流との偏差が０となるように該インバータの出力電圧を制御する電流制御部と、
   自体が最上流となる場合に、前記インバータからの出力電流が所定電流に到達すると、前記出力電圧を所定電圧に垂下する電圧垂下部と、
   を備えることを特徴とする、電源装置。
2. 前記電圧垂下部は、所定時間経過後においても前記出力電流が所定電流のままであれば前記インバータからの交流電力を遮断することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 二次電池と、
   前記二次電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記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、
   前記出力コンセントに接続され、当該電源装置を他の電源装置の下流に連結している間、上流からの交流電力を出力コンセントに導電する入力プラグと、
   前記出力コンセントを通過する電流を測定する電流測定部と、
   上流に連結された総ての電源装置および当該電源装置の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、
   前記測定された電流を按分した電流と前記インバータからの出力電流との偏差が０となるように該インバータの出力電圧を制御する電流制御部と、
   自体が最上流ではない場合に、前記インバータからの出力電流が所定電流のまま所定時間を経過すると、前記インバータからの交流電力を遮断する電圧垂下部と、
   を備えることを特徴とする、電源装置。
4. 前記電流制御部は、
   前記按分した電流を目標値とすると共に前記インバータからの出力電流を制御量とするアウターループと、
   前記按分した電流と前記インバータからの出力電流との差分の電圧換算値を目標値とすると共に前記インバータの電圧を制御量とするインナーループと、
   から構成され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. 前記入力プラグから入力された交流電力を直流電力に変換し、前記二次電池を充電する充電器と、
   前記入力プラグと、前記充電器または前記出力コンセントとを排他的に接続切替する接続切替部と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電源装置。

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