JP2019088109A

JP2019088109A - 給電制御システム

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Publication number: JP2019088109A
Application number: JP2017214821A
Authority: JP
Inventors: 市川　晴久; Haruhisa Ichikawa; 晴久市川; 横川　慎二; Shinji Yokogawa; 慎二横川; 佑介川喜田; Yusuke Kawakita
Original assignee: University of Electro Communications NUC
Current assignee: University of Electro Communications NUC
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2037-11-07
Also published as: JP7038402B2

Abstract

【課題】異なる出力電圧、出力電力、提供可能電力量の電源群の能力を合成し、異なる受電圧、受電電力、受電電力量を要求する負荷群に要求を満たす電力供給を行えるようにする。【解決手段】ＶＧハブはＶＧコントローラの制御に従い、複数の電源デバイスから電力の供給を受けて、複数の負荷デバイスに電力を分配することができる。また、デバイスの変化に基づいて接続状態を更新することで、最適な電力の分配を実現することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、電源群から負荷群に給電を行う、給電制御システムに関する。

温室効果ガスの増加に伴い、地球温暖化現象は年々深刻化する傾向にある。温室効果ガスの排出を削減する策として、再生可能エネルギーの利用を促進する動きが活発化しつつある。再生可能エネルギーの多くは、太陽光発電等の供給電力が不安定な発電手段である。これら不安定な発電手段を電力インフラストラクチャに適用するには、大規模な蓄電手段が望まれる。大規模な蓄電手段とは、ダム施設のように広大な土地を利用するもののほか、家庭に設置できる程度の蓄電池を広く普及させることで、個々の蓄電能力は小さくとも、電力網全体で大規模な蓄電能力を形成することが考えられる。この時、蓄電池には電力網全体における電力の需給に応じて充放電を管理する技術が必要になる。
つまり、再生可能エネルギーの一層の普及には、電力のインテリジェントネットワーク化が望まれる。

非特許文献１には、本発明に類似する技術として、複数の電源デバイスから電源を共有する技術が開示されている。

Annette Werth, Nobuyuki Kitamura, and Kenji Tanaka Conceptual Study for Open Energy Systems:Distributed Energy Network Using Interconnected DC Nanogrids IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID, VOL. 6, NO. 4, JULY 2015,インターネット＜http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7070698/?reload=true＞

一方、今日、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）はパソコン等の情報機器におけるインターフェースに限らず、スマートフォンを始めとするバッテリ駆動機器の電源供給手段として広く普及している。近年になって、ＵＳＢＰＤ（USB Power Delivery）という、ＵＳＢインターフェースにおける新たな電源供給のための規格が策定された。

ＵＳＢＰＤでは最大１００Ｗの電力供給が可能になり、また、ケーブル接続状態を変えずに電源と負荷の関係を逆転させるロールスワップという機能が導入された。この機能によって、電源や負荷（以下、総称して「デバイス」と呼ぶ）をハブで接続し、電源と負荷の関係や電力供給量をコンピュータ制御することが可能になった。しかし、単一の電源と複数の負荷との接続が想定されており、複数の電源（以下「電源群」）、複数の負荷（以下「負荷群」と呼ぶ）をハブ接続し、電源群のトータルな電力供給能力を負荷群に配分、提供する機能は設けられていない。

一つの負荷が要求する電力あるいは電力量が個別の電源の能力を上回っている場合、電源群として負荷の要求を上回る電力供給能力があっても負荷の要求を満たすことができない。例えば、スマートフォン用の蓄電池の出力電力はパソコンが要求する電力よりも小さいことが多く、このような電池を複数用意してもパソコンに適切な電力で充電することができない。今後ますます増加すると予想される、電池駆動機器のための様々な能力を有する蓄電池を電力網全体の大規模な蓄電能力として活用するためには、電源群と負荷群をインテリジェントに接続する機能が不可欠である。

本発明はかかる課題を解決し、電源群と負荷群を相互接続し、電源群のトータルな電力供給能力（出力電力及び電力量）を負荷群に提供する給電制御システムの実現を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の給電制御システムは、複数の電源デバイスから直流電力の供給を受けて、複数の負荷デバイスに電力を分配するハブと、ハブに複数の電源デバイスと複数の負荷デバイスの接続状態を制御する命令を発行するコントローラとを具備する。

本発明により、異なる出力電圧、出力電力、出力可能電力量の電源群と異なる受電電圧、受電電力、必要受電電力量の負荷群を相互接続できる、給電制御システムを提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下に記す実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係る給電制御システムと電源デバイス、負荷デバイスの一例を含む全体構成を示す概略ブロック図である。デバイスのハードウェア構成の一例として、ノートパソコンのハードウェア構成を示すブロック図である。電源デバイスまたは負荷電源デバイスのソフトウェア機能の一例として、ノートパソコンの、主にバッテリとＵＳＢＰＤＩ／Ｆ周辺におけるソフトウェア機能を示すブロック図である。負荷デバイスのソフトウェア機能の、負荷とＵＳＢＰＤ端子周辺におけるソフトウェア機能を示すブロック図である。ＶＧコントローラのハードウェア構成を示すブロック図である。ＶＧコントローラのソフトウェア機能を示すブロック図である。デバイスに設けられているデバイス諸元情報のフィールド構成を示す表である。ＶＧハブのハードウェア構成を示すブロック図である。電源変換処理部の機能ブロック図である。ＶＧハブのソフトウェア機能を示すブロック図である。ＶＧネットワークの接続例と、ＶＧハブの内部機能の変化の例を示す図である。ＶＧネットワーク確立の手順を示すシーケンス図である。

［給電制御システムの全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係る給電制御システム１０１の全体構成を示す、概略ブロック図である。
図１において、バッテリで動作する第一ノートパソコン１０２ａ、第二ノートパソコン１０２ｂ及び第三ノートパソコン１０２ｃ、携帯型無線ルータ１０３、スピーカーマイク１０４、そしてプロジェクタ１０５が、ＵＳＢＰＤ規格のＵＳＢハブであるＶＧハブ１０６に接続されている。ＶＧとは発明者らが命名した略称であり、Virtual Gridの略である。これ以降、ＶＧハブ１０６に接続される機器を「デバイス」と総称する。
ＶＧハブ１０６と携帯型無線ルータ１０３は、携帯電話回線等の移動体通信網を通じてインターネット１０７に接続され、必要に応じてＶＧコントローラ１０８と通信を行う。

デバイスの種類は様々であるが、電源という観点で見ると、以下の三種類に分類できる。
（ａ）電力を他に供給する電源デバイス
（ｂ）他から電力の供給を受容し電力を消費する負荷デバイス
（ｃ）利用シーンに応じて電力の供給と受容を切り替えることができる負荷電源デバイス
図１の場合、携帯型無線ルータ１０３、スピーカーマイク１０４とプロジェクタ１０５は負荷デバイスである。第一ノートパソコン１０２ａ、第二ノートパソコン１０２ｂ及び第三ノートパソコン１０２ｃは、負荷電源デバイスである。なおこれ以降、第一ノートパソコン１０２ａ、第二ノートパソコン１０２ｂ及び第三ノートパソコン１０２ｃを区別しないときは、ノートパソコン１０２と略す。
また、図１では示していないが、例えばＵＳＢＰＤを装備するＡＣアダプタは、電源デバイスである。

例えば、図１に示されるデバイスとＶＧハブ１０６が、商用交流が利用できない場所にあったとする。そしてそのような場所で、第一ノートパソコン１０２ａ、第二ノートパソコン１０２ｂ及び第三ノートパソコン１０２ｃのユーザがインターネット経由で遠隔地にいるユーザと１時間の会議を行いたいと考えたとする。ユーザはＶＧハブ１０６に装備されているタッチパネルディスプレイを操作して、ＶＧコントローラ１０８と通信を行い、遠隔会議の時間と会議に必要なデバイスとして、携帯型無線ルータ１０３、スピーカーマイク、プロジェクタの利用を申告する。すると、ＶＧコントローラ１０８は予めデバイスＩＤマスタ（図５及び図６で後述）に登録されている利用可能デバイスを読み込み、利用可能デバイスリストを作成して、ＶＧハブ１０６へ送信する。

ユーザは、ＶＧハブ１０６のタッチパネルディスプレイに表示されたＶＧコントローラ１０８の指示に従い、デバイスをＶＧハブ１０６に接続する。ＶＧハブ１０６は、自身に接続されたデバイスを逐一、ＶＧコントローラ１０８に報告する。ＶＧコントローラ１０８は、ＶＧハブ１０６に接続されたデバイスに対し、最適なサービス実現計画を作成し、ＶＧハブ１０６に送信する。ＶＧハブ１０６は、ＶＧコントローラ１０８から受信したサービス実現計画に基いて、デバイスに対し、種々の制御を行う。特に、負荷電源デバイスに対しては、負荷デバイスとして振る舞うのか、電源デバイスとして振る舞うのかを指示する。

ＶＧハブ１０６は、複数の電源デバイスに対し、サービス実現計画に従い、それぞれのデバイスが接続しているＶＧハブ１０６のポートのＵＳＢＰＤプロファイルを設定し、ポートと電源デバイスとのＵＳＢＰＤプロトコルを動作させる。電源デバイスは、ＵＳＢＰＤポートを通じて電力の供給を実行する。ＶＧハブ１０６は、複数の電源デバイスから供給される各々の電力に対し、所定の電圧まで昇圧し、更に定電流制御を行って、電源バスに接続する。そして、複数の負荷デバイスに対し、各々の負荷デバイスが要求する電圧にまで降圧した上で、電力を供給する。この電力供給を行うため、ＶＧハブ１０６は、複数の負荷デバイスに対し、サービス実現計画に従い、それぞれのデバイスが接続しているＶＧハブ１０６のポートのＵＳＢＰＤプロファイルを設定し、ポートと負荷デバイスとのＵＳＢＰＤプロトコルを動作させる。

ＶＧコントローラ１０８は、ＶＧハブ１０６が実施する複数の電源デバイスに対する制御、内部の電源バスにおける昇圧電圧の設定、複数の負荷デバイスに対する制御等を命令する。その際、電源デバイスがサービス実現計画に指定される電力量供給を完了した場合、あるいは、電源デバイスの中にバッテリ残量が規定値を下回るものが出現した場合は、当該電源デバイスによる電力供給を停止する。同様に、負荷デバイスがサービス実現計画に指定される電力量を受給完了した場合もその負荷への電力供給を停止する。

これ以降、ＶＧコントローラ１０８が作成したサービス実現計画に従って、ＶＧハブ１０６に複数のデバイスが接続された状態を、ＶＧネットワークと呼ぶ。ＶＧネットワークとは、バッテリ駆動機器等（デバイス）を組み合わせて極めて小規模なコンピュータ制御の直流電力送配電網を迅速に構築するものである。本発明は、このＶＧネットワークを確立し、適切に運用することを目的とする。

［デバイスのハードウェア構成の一例］
図２は、デバイスのハードウェア構成の一例として、ノートパソコン１０２のハードウェア構成を示すブロック図である。
ノートパソコン１０２は、バス２０１に接続されたＣＰＵ２０２、ＲＯＭ２０３、ＲＡＭ２０４、表示部２０５、操作部２０６、不揮発性ストレージ２０７とＮＩＣ（Network Interface Card）２０８、無線ＬＡＮインターフェース（以下「無線ＬＡＮＩ／Ｆ」と略）２０９を備える。更にバス２０１には、ＵＳＢＰＤインターフェース（以下「ＵＳＢＰＤＩ／Ｆ」と略）２１０、充放電制御回路２１１、バッテリモニタ回路２１２が接続されている。
バッテリ２１３から出力される電力は、バッテリモニタ回路２１２と充放電制御回路２１１を通じて、ＵＳＢＰＤＩ／Ｆ２１０の電源ラインに供給される。また逆に、ＵＳＢＰＤＩ／Ｆ２１０の電源ラインから供給される電力は、充放電制御回路２１１とバッテリモニタ回路２１２を通じて、バッテリ２１３を充電する。

［電源デバイスのソフトウェア機能の一例］
図３は、電源デバイスまたは負荷電源デバイスのソフトウェア機能の一例として、ノートパソコン１０２の、主にバッテリ２１３とＵＳＢＰＤＩ／Ｆ２１０周辺におけるソフトウェア機能を示すブロック図である。
バッテリ２１３のプラス側電源ノードは電流センサ３０１の一端に接続される。電流センサ３０１の他端は放電用スイッチ３０２を介してＵＳＢＰＤ端子３０３の電源ライン３０４に接続される。

ＵＳＢＰＤ端子３０３の電源ライン３０４には更に、充電用スイッチ３０５を通じて充電制御部３０６の一端が接続されている。充電制御部３０６は、バッテリ２１３に対し定電流制御及び満充電に近い状態における定電圧制御を実行する。
充電制御部３０６の他端は電流センサ３０１と放電用スイッチ３０２の接続点に接続されている。放電用スイッチ３０２と充電用スイッチ３０５は排他的に動作する。

電流センサ３０１、放電用スイッチ３０２及び充電用スイッチ３０５は、充放電制御部３０７に接続される。充放電制御部３０７は、ＵＳＢＰＤ端子３０３の情報ライン３０８に接続されている。また、充放電制御部３０７は、ＲＯＭ２０３または不揮発性ストレージ２０７に格納されているデバイス諸元情報３０９を読み込み、必要に応じてＵＳＢＰＤ端子３０３の情報ライン３０８を通じて外部の機器にデバイス諸元情報３０９の内容を送信する。

充放電制御部３０７は、バッテリ残量計測部３１０を内蔵する。充放電制御部３０７のバッテリ残量計測部３１０は、バッテリ２１３の電圧を分圧抵抗Ｒ３１１及びＲ３１２で分圧した電圧を計測して、電流センサ３０１から得られる電流情報と共に、バッテリ２１３の残量を算出する。なお、バッテリ２１３の残量算出には、電流センサ３０１から得られる電流値を積分する他、検出した電圧に対しＲＯＭに記憶されたバッテリプロファイルを参照してバッテリ残量を演算するバッテリ残量算出専用ＩＣを用いる等、様々な手法が存在する。充放電制御部３０７は、必要に応じてＶＧハブ１０６にバッテリ残量を報告する。

［負荷デバイスのソフトウェア機能の一例］
図４は、負荷デバイスのソフトウェア機能の、負荷とＵＳＢＰＤ端子３０３周辺におけるソフトウェア機能を示すブロック図である。
入出力制御部４０１はＵＳＢＰＤ端子３０３の情報ライン３０８を通じて外部の機器にデバイス諸元情報３０９の内容を送信し、外部から許可を受けて、負荷４０２とＵＳＢＰＤ端子３０３の電源ライン３０４との間に設けられている負荷スイッチ４０３をオン・オフ制御する。

［ＶＧコントローラ１０８のハードウェア構成］
図５は、ＶＧコントローラ１０８のハードウェア構成を示すブロック図である。
ＶＧコントローラ１０８は、バス５０１に接続されたＣＰＵ５０２、ＲＯＭ５０３、ＲＡＭ５０４、不揮発性ストレージ５０５とＮＩＣ５０６を備える。ＶＧコントローラ１０８にパソコンを流用する場合は表示部５０７と操作部５０８を有する場合がある。ＶＧコントローラ１０８には、一般的なサーバ機で構成する他、クラウドコンピューティングで構成することも多い。このため、不揮発性ストレージ５０５にはネットワークＯＳと、サーバ機またはクラウド計算機資源をＶＧコントローラ１０８として稼働させるためのプログラムが格納されている。

［ＶＧコントローラ１０８のソフトウェア機能］
図６は、ＶＧコントローラ１０８のソフトウェア機能を示すブロック図である。
入出力制御部６０１は、デバイスと通信を行う。その際、ＶＧネットワークに接続されるべきデバイスのＩＤ候補を決定するため、デバイスマスタ６０２とデバイス関係テーブル６０３を参照する。
デバイスマスタ６０２は、デバイスのデバイス諸元情報３０９が多数格納されているマスタテーブルである。デバイスマスタ６０２のフィールド構成は、図７で後述するデバイス諸元情報３０９で説明する。

デバイス関係テーブル６０３は、あるデバイスＩＤと、当該デバイスＩＤとデバイス機能識別名称、電圧、電流、特徴情報等において互換関係を判断できる他のデバイスＩＤの、１対多の関係が記憶されている関係テーブルである。
サービス実現計画作成処理部６０４は、デバイス関係テーブル６０３から所定のデバイス機能識別名称に基づくデバイスＩＤリストを作成して、そのデバイスＩＤリストにあるデバイスの情報に基づき、サービス実現計画を作成する。そして、作成したサービス実現計画を、サービス実現計画を実行するＶＧハブ１０６へ送信する。

［デバイス諸元情報３０９及びデバイスマスタ６０２のフィールド構成］
図７は、デバイスに設けられているデバイス諸元情報３０９のフィールド構成を示す表である。また、このデバイス諸元情報３０９のフィールド構成は、デバイスマスタ６０２のフィールド構成にも含まれている。
デバイス諸元情報３０９は、デバイスＩＤフィールド、デバイス機能識別名フィールド、デバイス種類フィールド、需要電源電圧フィールド、需要電源電流フィールド、供給電源電圧フィールド、供給電源電流フィールド、供給電力フィールド、バッテリ容量フィールド、バッテリ供給可能容量フィールド、デバイス特徴情報フィールドを有する。

デバイスＩＤフィールドには、デバイスを一意に識別するデバイスＩＤが格納される。
デバイス名フィールドには、デバイスの機能識別名称が格納される。
デバイス種類フィールドには、デバイスの種類、すなわち電源デバイス、負荷デバイス、負荷電源デバイスの何れかを示す属性情報が格納される。
需要電源電圧フィールドには、外部から電力の供給を受ける際に要求される電源電圧が格納される。
需要電源電流フィールドには、外部から電力の供給を受ける際に要求される電源電流が格納される。
供給電源電圧フィールドには、外部に電力を供給する際に出力可能な電源電圧が格納される。
供給電源電流フィールドには、外部に電力を供給する際に出力可能な電源電流が格納される。

バッテリ容量フィールドには、デバイスのバッテリ２１３の最大容量が格納される。そしてこのバッテリ容量フィールドは、バッテリ２１３の劣化度に応じて更新されることが望ましい。このバッテリ容量フィールドに記憶されているバッテリ容量に、現在のバッテリ２１３の残容量率を乗算することで、現在のバッテリ残量を算出することができる。バッテリ残量がわかると、当該デバイスを電源デバイスとして利用すべきか、負荷デバイスとして充電させるべきか、あるいはＶＧネットワークから切り離すべきかが分かる。また現在構築されているＶＧネットワークの稼働可能時間はどの程度になるのかを判断することができるので、これを類推して予測演算することが可能になる。

バッテリ供給可能容量フィールドには、バッテリ２１３から供給して良いとする電力量が格納される。バッテリ２１３は充放電の繰り返しや満充電状態で放置することで劣化する。バッテリ２１３が劣化すると、バッテリ２１３の最大容量とは別に、放電可能容量も変動する。バッテリ２１３の過放電を防ぎ、バッテリ２１３の過剰な劣化を防ぐために、バッテリ供給可能容量を設定し、バッテリ供給可能容量の範囲内で放電を行うことが好ましい。また、ノートパソコン等のような負荷電源デバイスの場合、負荷として自らが使用するために残しておくべき電力量を考慮してバッテリ供給可能容量を設定することが望ましいことがある。このような場合、バッテリ供給可能容量フィールドに格納する値は、負荷電源デバイスのユーザによって任意の値に書き換えが可能であることが好ましい。

デバイス特徴情報フィールドには、デバイスの特徴を示す情報が格納される。例えば、負荷デバイスであるスピーカーマイク１０４とプロジェクタ１０５を比較すると、会議における利用の優先順位は、ノートパソコン１０２の表示画面を共有するプロジェクタ１０５よりも、遠隔地の会議参加者と通話するために必要なスピーカーマイク１０４の方が上である。そこで、プロジェクタ１０５のデバイス諸元情報３０９のデバイス特徴情報には、スピーカーマイク１０４よりも優先順位が下である旨を示す情報が格納される。

［ＶＧハブ１０６のハードウェア構成］
図８は、ＶＧハブ１０６のハードウェア構成を示すブロック図である。
制御ブロック８０１は、バス８０２に接続されたＣＰＵ８０３、ＲＯＭ８０４、ＲＡＭ８０５、表示部８０６、操作部８０７、不揮発性ストレージ８０８とＮＩＣ８０９、移動体通信網Ｉ／Ｆ８１０を備える。表示部８０６と操作部８０７はタッチパネルディスプレイ８１１を構成する。更にバス８０２にはＵＳＢＰＤＩ／Ｆ８１２、制御インターフース（以下「制御Ｉ／Ｆ」と略）８１３が接続されている。

ＵＳＢＰＤ端子３０３の情報ライン３０８は、ＵＳＢＰＤＩ／Ｆ８１２に接続されている。ＵＳＢＰＤ端子３０３の電源ラインは、電源変換処理部８１４に接続されている。
電源変換処理部８１４の他端は、電源バス８１５に接続されている。電源バス８１５は、複数のデバイスで電力を共有するための１本の導線である。また、電源変換処理部８１４は、制御Ｉ／Ｆ８１３を通じて制御ブロック８０１の制御を受ける。

［電源変換処理部８１４の機能構成］
図９は、電源変換処理部８１４の機能ブロック図である。
ＵＳＢＰＤ端子３０３の電源ラインは、切替スイッチ９０１に接続される。この切替スイッチ９０１は、電源ラインを電力供給側とするか、電力需要側とするかを切り替えるためのスイッチである。
電源ラインを電力供給側とすることは、ＵＳＢＰＤ端子３０３に接続されるデバイスを電源デバイスとして用いることを意味する。
電源ラインを電力需要側とすることは、ＵＳＢＰＤ端子３０３に接続されるデバイスを負荷デバイスとして用いることを意味する。

切替スイッチ９０１の電力供給側ノードには、更に電圧源スイッチ９０２を通じて参照電圧生成部９０３が接続されている。参照電圧生成部９０３の中身は非絶縁のブーストコンバータ（昇圧コンバータ）と、非絶縁のバックコンバータ（降圧コンバータ）である。参照電圧生成部９０３は、制御ブロック８０１の制御命令を受けて、電源バス８１５に基準電圧を出力する。
もし、電源バス８１５の基準電圧が、電源デバイスが出力する電源電圧よりも低い場合は、参照電圧生成部９０３の内部でバックコンバータが機能する。
もし、電源バス８１５の基準電圧が、電源デバイスが出力する電源電圧よりも高い場合は、参照電圧生成部９０３の内部でブーストコンバータが機能する。

切替スイッチ９０１の電力供給側ノードには、更に電流源スイッチ９０４を通じて定電流制御部９０５が接続されている。定電流制御部９０５の中身は非絶縁のブーストコンバータとバックコンバータと、定電流源回路である。定電流制御部９０５は、制御ブロック８０１の制御命令を受けて、ブーストコンバータまたはバックコンバータを用いて電源バス８１５より少し高い電圧を生成した後、定電流源回路にて電源バス８１５に一定の電流を供給する。電源バス８１５に供給する電流は、ＶＧコントローラ１０８によって電源デバイスが供給可能な電流を越えない値に設定される。
もし、電源バス８１５の基準電圧が、電源デバイスが出力する電源電圧よりも低い場合は、定電流制御部９０５の内部でバックコンバータが機能して、定電流源回路に電源電圧を供給する。
もし、電源バス８１５の基準電圧が、電源デバイスが出力する電源電圧よりも高い場合は、定電流制御部９０５の内部でブーストコンバータが機能して、定電流源回路に電源電圧を供給する。
電源バス８１５に接続されている複数の負荷電源バスよりなる負荷群に対し、単一の電源デバイスでは電源供給能力が不足することがありうる。しかしそのような場合でも、複数の電源デバイスを電流源に設定し、それぞれの電流源が電源バス８１５に対し、ＶＧコントローラ１０８によって定められた電流を供給することで、安全な直流電源の並列接続が実現できる。すなわち、複数の電源デバイスよりなる電源群よりなるトータルの電源供給能力を負荷群に与えることが可能になる。

電源バス８１５の設定電圧は、電源バス８１５に接続される負荷デバイスのうち、最も高い電圧を要求する負荷デバイスの電圧に合わせる。
更に、降圧制御部９０６に内蔵されるバックコンバータ内部の電圧降下分を考慮して、負荷デバイスが要求する電圧が出力できる最低限の電圧に設定する。
例えば、降圧制御部９０６のバックコンバータ内部の電圧降下分が１Ｖである場合、ＵＳＢＰＤの仕様に基づき、電源バス８１５の設定電圧は
・負荷デバイスが要求する最大電圧が５Ｖなら、６Ｖ
・負荷デバイスが要求する最大電圧が９Ｖなら、１０Ｖ
・負荷デバイスが要求する最大電圧が１５Ｖなら、１６Ｖ
・負荷デバイスが要求する最大電圧が２０Ｖなら、２１Ｖ
とする。

電源バス８１５の設定電圧が決まったら、これに合わせて各々の電源デバイスにおける電源供給制御方法が定電流制御部９０５にて設定される。
（１）電源バス８１５の設定電圧よりも電源デバイスの出力電圧が高ければ、定電流制御部９０５の内部ではバックコンバータを使用する。但し、このバックコンバータも内部の電圧降下があるので、正しくは
「電源バス８１５の設定電圧」＜「電源デバイスの出力電圧」−「バックコンバータ内部の電圧降下分」
という条件になる。

（２）電源バス８１５の設定電圧よりも電源デバイスの出力電圧が低ければ、定電流制御部９０５の内部ではブーストコンバータを使用する。但し、このブーストコンバータには入力電圧と出力電圧との間に必要最低電位差があるので、正しくは
「電源バス８１５の設定電圧」＞「電源デバイスの出力電圧」＋「ブーストコンバータ内部の必要最低電位差」
という条件になる。

（３）上記（１）及び（２）の条件に当てはまらない場合がある。つまり、
「電源バス８１５の設定電圧」≧「電源デバイスの出力電圧」−「バックコンバータ内部の電圧降下分」
又は
「電源バス８１５の設定電圧」≦「電源デバイスの出力電圧」＋「ブーストコンバータ内部の必要最低電位差」
という場合である。そのような場合は、電源デバイスの出力電圧をブーストコンバータで少し昇圧した後、バックコンバータで少し降圧することで、目的とする電圧を生成する。
定電流源回路はパワートランジスタで電流の制限制御を行うので、なるべく電源バス８１５の電圧に近い出力電圧に設定することで、定電流源回路における損失を最小に留めることができる。

切替スイッチ９０１の電力需要側ノードには、降圧制御部９０６が接続されている。降圧制御部９０６の中身は非絶縁のバックコンバータである。降圧制御部９０６は、制御ブロック８０１の制御命令を受けて、電源バス８１５から得られる電力の電圧を、ＵＳＢＰＤ端子３０３に接続されている負荷デバイスが要求する電圧まで降圧する。
すなわち、電源バス８１５の基準電圧は、全ての負荷デバイスのうち、最も高い電圧を要求する負荷デバイスの電圧に合わせて設定される。

切替スイッチ９０１、電圧源スイッチ９０２、電流源スイッチ９０４、参照電圧生成部９０３、定電流制御部９０５及び降圧制御部９０６は、制御Ｉ／Ｆ８１３を通じて制御ブロック８０１によって制御される。

［ＶＧハブ１０６のソフトウェア機能］
図１０は、ＶＧハブ１０６のソフトウェア機能を示すブロック図である。
入出力制御部１００１は、インターネット１０７を通じてＶＧコントローラ１０８と通信を行い、ＶＧハブ１０６自身のデバイス諸元情報３０９を送信する。また、ＵＳＢＰＤ端子３０３に接続されているデバイスのデバイス諸元情報３０９もＶＧコントローラ１０８へ送信する。そして、入出力制御部１００１は、ＶＧコントローラ１０８の命令に従い、電源変換処理部８１４を制御する。

［ＶＧネットワークの接続例とＶＧハブ１０６の機能変化の例］
図１１は、ＶＧネットワークの接続例と、ＶＧハブ１０６の内部機能の変化の例を示す図である。図１のデバイスがＶＧハブ１０６に接続される際に、ＶＧハブ１０６の内部がどのような機能を実現しているのかを示す説明図である。
携帯型無線ルータ１０３とスピーカーマイク１０４とプロジェクタ１０５に接続される電源変換処理部８１４は、降圧制御部９０６として機能する。

第二ノートパソコン１０２ｂと第三ノートパソコン１０２ｃに接続される電源変換処理部８１４は、定電流制御部９０５として機能する。また、図１１には図示していないが、第二ノートパソコン１０２ｂと第三ノートパソコン１０２ｃ、そして後述する第一ノートパソコン１０２ａは、バッテリ残容量率が所定の閾値を下回った際に、電源デバイスとしての機能を停止させることも可能である。
第一ノートパソコン１０２ａに接続される電源変換処理部８１４は、参照電圧生成部９０３として機能する。また、第一ノートパソコン１０２ａのバッテリ残量が十分多い場合には、定電流制御部９０５も同時に稼働させることも可能である。
このように、複数の電源デバイスについて、１つを定電圧源とし、他を定電流源とすることで、電源デバイスにおける電流の逆流を防ぎ、安全な電源の共有を実現することができる。

［ＶＧネットワーク確立の手順］
図１２は、ＶＧネットワーク確立の手順を示すシーケンス図である。
先ず、ＶＧネットワーク確立に先立ち、予め各々のデバイス１２０１はＶＧコントローラ１０８にデバイス諸元情報３０９を送信する（Ｓ１２０１）。ＶＧコントローラ１０８はデバイス諸元情報３０９を受信すると、デバイスマスタ６０２に登録する（Ｓ１２０２）。

ステップＳ１２０３以降から、実際の現場におけるＶＧネットワークの確立と運用のステップである。
ユーザ１２０２は、ＶＧハブ１０６のタッチパネルディスプレイ８１１を操作して、ＶＧコントローラ１０８にサービスの要求を行う（Ｓ１２０３、Ｓ１２０４）。なお、ＶＧハブ１０６を操作する代わりに、インターネット１０７に接続されている他のデバイス１２０１を操作して、ＶＧコントローラ１０８にサービスの要求を行ってもよい（Ｓ１２０３、Ｓ１２０５）。すると、ＶＧコントローラ１０８はＶＧハブ１０６またはデバイス１２０１から、サービスの要求を受信する（Ｓ１２０６）。

ＶＧコントローラ１０８は、ステップＳ１２０６におけるサービス要求の受信に呼応して、デバイス関係テーブル６０３を検索して、デバイスＩＤリストを作成する。そして、このデバイスＩＤリストに記録されているデバイスＩＤを検索キーとして、デバイスマスタ６０２を検索し、デバイスＩＤリストにリストアップされた各々のデバイス１２０１の種類等を取得する。そして、サービス実現計画を作成する（Ｓ１２０７）。そして、作成したサービス実現計画に基づく、ＶＧネットワーク接続デバイス候補をＶＧハブ１０６へ送信する（Ｓ１２０８）。

ＶＧハブ１０６は、ＶＧネットワーク接続デバイス候補を受信すると、これをタッチパネルディスプレイ８１１に表示する（Ｓ１２０９）。ユーザ１２０２はタッチパネルディスプレイ８１１に表示されたＶＧネットワーク接続デバイス候補の一覧を見て、これからＶＧハブ１０６に接続しようとするデバイス１２０１を選択する操作を行う（Ｓ１２１０）。ＶＧハブ１０６は、ユーザ１２０２によって選択されたデバイス１２０１のリストをＶＧコントローラ１０８に送信する（Ｓ１２１１）。

ＶＧコントローラ１０８は、ＶＧハブ１０６からデバイス１２０１のリストを受信すると（Ｓ１２１２）、当該デバイス１２０１のリストに従ってＶＧネットワークの構成を作成し、これをＶＧハブ１０６に送信する（Ｓ１２１３）。ＶＧハブ１０６はＶＧコントローラ１０８から受信したＶＧネットワーク構成をタッチパネルディスプレイ８１１に表示する（Ｓ１２１４）。ユーザ１２０２はＶＧハブ１０６のタッチパネルディスプレイ８１１に表示されたＶＧネットワーク構成にしたがって、デバイス１２０１をＶＧハブ１０６に接続する、ＶＧネットワーク構築作業を行う（Ｓ１２１５）。

ＶＧハブ１０６は、ＶＧネットワーク構成に合致するデバイス１２０１の接続を確認したら、ＶＧコントローラ１０８にＶＧネットワークの構成を報告する（Ｓ１２１６）。ＶＧコントローラ１０８は、ＶＧハブ１０６から受信したＶＧネットワーク構成を基に、サービス実現計画を更新して（Ｓ１２１７）、新たなサービス実現計画をＶＧハブ１０６に送信する（Ｓ１２１８）。ＶＧハブ１０６はＶＧコントローラ１０８からサービス実現計画を受信すると、サービス実現計画を実行する（Ｓ１２１９）。ＶＧハブ１０６に接続された各々のデバイス１２０１は、電源デバイスや負荷デバイスとして、電力の需給が行われる。

ＶＧネットワークの運用中、例えば、ＶＧハブ１０６に接続されていたデバイス１２０１が切断される等のＶＧハブ１０６における状態変化や（Ｓ１２２０）、ＶＧハブ１０６に接続されていた電源デバイスのバッテリ残量が所定の閾値を下回った等のデバイス１２０１における状態変化（Ｓ１２２１）が生じる場合がある。このとき、状態変化情報はＶＧハブ１０６を介してＶＧコントローラ１０８に送信され（Ｓ１２２２）、ステップＳ１２０７からサービス実現計画の更新が行われる。
ＶＧハブ１０６またはデバイス１２０１からＶＧネットワークの運用終了を受けると、ＶＧコントローラ１０８はサービスを終了する（Ｓ１２２３）。

本発明の実施形態においては、給電制御システム１０１を開示した。
ＶＧハブ１０６はＶＧコントローラ１０８の制御に従い、複数の電源デバイスから電力の供給を受けて、複数の負荷デバイスに電力を分配することができる。また、デバイスの変化に基づいて接続状態を更新することで、最適な電力の分配を実現することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例を含む。

１０１…給電制御システム、１０２…ノートパソコン、１０３…携帯型無線端末、１０４…スピーカーマイク、１０５…プロジェクタ、１０６…ＶＧハブ、１０７…インターネット、１０８…ＶＧコントローラ、２０１…バス、２０２…ＣＰＵ、２０３…ＲＯＭ、２０４…ＲＡＭ、２０５…表示部、２０６…操作部、２０７…不揮発性ストレージ、２０８…ＮＩＣ、２０９…無線ＬＡＮインターフェース、２１０…ＰＤインターフェース、２１１…充放電制御回路、２１２…バッテリモニタ回路、２１３…バッテリ、３０１…電流センサ、３０２…放電用スイッチ、３０３…ＰＤ端子、３０４…電源ライン、３０５…充電用スイッチ、３０６…充電制御部、３０７…充放電制御部、３０８…情報ライン、３０９…デバイス諸元情報、３１０…バッテリ残量計測部、４０１…入出力制御部、４０２…負荷、４０３…負荷スイッチ、５０１…バス、５０２…ＣＰＵ、５０３…ＲＯＭ、５０４…ＲＡＭ、５０５…不揮発性ストレージ、５０６…ＮＩＣ、５０７…表示部、５０８…操作部、６０１…入出力制御部、６０２…デバイスマスタ、６０３…デバイス関係テーブル、６０４…サービス実現計画作成処理部、８０１…制御ブロック、８０２…バス、８０３…ＣＰＵ、８０４…ＲＯＭ、８０５…ＲＡＭ、８０６…表示部、８０７…操作部、８０８…不揮発性ストレージ、８０９…ＮＩＣ、８１０…移動体通信網Ｉ／Ｆ、８１１…タッチパネルディスプレイ、８１３…制御インターフース、８１４…電源変換処理部、８１５…電源バス、９０１…切替スイッチ、９０２…電圧源スイッチ、９０３…参照電圧生成部、９０４…電流源スイッチ、９０５…定電流制御部、９０６…降圧制御部、１００１…入出力制御部、１２０１…デバイス、１２０２…ユーザ

Claims

複数の電源デバイスから直流電力の供給を受けて、複数の負荷デバイスに電力を分配するハブと、
前記ハブに前記複数の電源デバイスと前記複数の負荷デバイスの接続状態を制御する命令を発行するコントローラと
を具備する、給電制御システム。
前記複数の電源デバイスの個々の出力電力及び／または電力量が、前記複数の負荷デバイスの合計負荷要求を満たさない場合でも、前記複数の電源デバイスの電力供給能力を合成して前記複数の負荷デバイスが要求する電力および電力量を提供することを特徴とする、請求項１に記載の給電制御システム。
前記ハブは、
電源バスと、
前記電源バスに基準電圧を与える参照電圧生成部と、
前記電源デバイスから供給される電力を、前記基準電圧に合わせて定電流制御を行う、定電流制御部と、
前記電源バスから前記負荷デバイスが要求する電圧まで降圧する降圧制御部と
を具備する、請求項１または２に記載の給電制御システム。
前記コントローラは、前記電源デバイスのバッテリ残量に基づいて、前記ハブに対し、前記複数の電源デバイスと前記複数の負荷デバイスの接続状態の制御を更新する、請求項１〜３のいずれかに記載の給電制御システム。