JP2023011678A - Power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通信機器、センサー等から構成されるワイヤレスセンサーネットワーク用の電源システムに関するものであり、特に複数の電圧を、複数の外部出力端子に出力でき、複数のタイミングでのON/OFF制御が可能で、太陽電池や二次電池、一次電池を電源とする電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system for a wireless sensor network composed of communication devices, sensors, etc., and in particular, it can output a plurality of voltages to a plurality of external output terminals, and can perform ON/OFF control at a plurality of timings. The present invention relates to a power supply system that is capable of using a solar battery, a secondary battery, or a primary battery as a power supply.
近年、すべての物がインターネットにつながるIoT(Internet of Things)端末の標準的な通信方式として、LPWA(Low Power Wide Area)通信が注目されている。具体的には、LoRa方式、SIGFOX(登録商標)方式、NB-IoT方式等が知られている。これらの通信方式の特徴は、従来方式の1~2ケタ低い消費電力を使いながら、数キロメートル~数十キロメートルという広範囲での、通信が可能になる点である。この結果、IoT端末の消費電力が低下するだけではなく、その基地局の消費電力も低下させることもできる。さらに、この基地局のサイズも大幅に小型化した結果、電信柱や建物の外壁や塀への取り付けが可能になる。 In recent years, LPWA (Low Power Wide Area) communication has attracted attention as a standard communication method for IoT (Internet of Things) terminals in which all things are connected to the Internet. Specifically, the LoRa system, the SIGFOX (registered trademark) system, the NB-IoT system, and the like are known. A feature of these communication systems is that they enable communication over a wide range of several kilometers to several tens of kilometers while using power consumption that is one or two orders of magnitude lower than conventional systems. As a result, not only the power consumption of the IoT terminal is reduced, but also the power consumption of the base station can be reduced. In addition, the size of this base station has also been greatly reduced, so that it can be attached to telephone poles, the outer walls of buildings, and walls.
また、LPWA通信では、伝送レートが数十バイト/秒から数百キロバイト/秒と、他の通信方式と比較して遅いため、高度な半導体技術を用いることなく通信チップを安価に大量生産することができる。この結果、通信モジュールの低コスト化が可能である。さらに、LPWA通信では、基地局のコストが安いだけでなく、小型であるため、一つの基地局を設置するためのコストが大幅に低下する。さらに、一つの基地局がカバーできる領域も広いため、基地局数を削減することも可能であり、結果として、通信費の大幅な削減が可能になる。 In addition, since LPWA communication has a transmission rate of several tens of bytes/second to several hundred kilobytes/second, which is slower than other communication methods, it is difficult to mass-produce communication chips at low cost without using advanced semiconductor technology. can be done. As a result, it is possible to reduce the cost of the communication module. Furthermore, in LPWA communication, not only is the cost of a base station low, but also the size of the base station is small, which greatly reduces the cost of installing one base station. Furthermore, since one base station can cover a wide area, it is possible to reduce the number of base stations, resulting in a significant reduction in communication costs.
以上、説明したようなLPWA通信が普及することにより、太陽電池と二次電池の組合せた電源システムや一次電池を電源とする電源システムにより駆動可能なIoT通信端末を含むIoTシステムが普及していくと予想されている。このようなIoTシステムにとって重要なことは、IoT通信端末の消費電力のみならず、IoTシステムを構成する様々な電圧、消費電流のセンサー、カメラ、電子ディスプレイ等の電源をも確保することである。なお、本明細書では、1台以上の無線通信端末と1台以上センサー類からなるユニットのことをIoTシステムと定義する。通常、1台のIoT通信端末には1台のIoT通信端末と、1~3台のセンサー類が接続されることが一般的である。 As described above, with the spread of LPWA communication as described above, IoT systems including IoT communication terminals that can be driven by a power supply system that uses a combination of a solar cell and a secondary battery or a power supply system that uses a primary battery as a power source will spread. is expected. What is important for such an IoT system is not only the power consumption of IoT communication terminals, but also the power supply of various voltage and current consumption sensors, cameras, electronic displays, etc. that make up the IoT system. In this specification, an IoT system is defined as a unit composed of one or more wireless communication terminals and one or more sensors. Generally, one IoT communication terminal and one to three sensors are connected to one IoT communication terminal.
このような多様な機器に対して電源を供給するシステムとしては、たとえば、特許文献1に記載された電源供給装置を使用することができる。この電源供給システムは、電圧が異なる複数の電源から、電圧、消費電流が異なる複数の電気回路に電源供給することが可能である。
As a system for supplying power to such various devices, for example, the power supply device described in
また、IoTシステムでは、システム全体の消費電力を抑制することも重要である。そのためには、IoTシステムを構成する機器への電力供給を、必要な機器に必要なタイミングで行うことにより、待機電力を削減することが可能になる。たとえば、特許文献2には、あらかじめ登録された起動パターンによって、無線通信装置の送信回路、受信回路に電源投入される例が記載されている。これにより、無線通信装置を駆動させる必要がある時間以外の待機電力を最低限に抑えることが可能になる。 Also, in an IoT system, it is important to suppress the power consumption of the entire system. For this purpose, standby power can be reduced by supplying power to the devices constituting the IoT system at the necessary timing. For example, Patent Document 2 describes an example in which power is turned on to a transmission circuit and a reception circuit of a wireless communication device according to a pre-registered startup pattern. This makes it possible to minimize standby power consumption during times other than the time when the wireless communication device needs to be driven.
特許文献2では、予め決められた起動パターンによって、無線通信装置に電源供給されるシステムとなっているが、IoTシステムの運用上、これだけでは不都合が生じる場合がある。たとえば、河川の洪水監視用の水位センサーの計測値を無線通信装置で送信するような用途の場合、水位センサーの計測が必要になるのは増水した時である。この場合、通常時には無線通信装置に電源を投入する必要はなく、センサーを常時起動させておき、センサーの計測値が一定値以上になったときのみ頻繁なセンシングや通信を行う構成とするのが合理的である。 In Patent Literature 2, power is supplied to the wireless communication device according to a predetermined startup pattern, but this alone may cause problems in terms of the operation of the IoT system. For example, in the case of an application in which the measurement value of a water level sensor for monitoring flooding in a river is transmitted by a wireless communication device, the measurement of the water level sensor becomes necessary when the water level rises. In this case, there is no need to turn on the power to the wireless communication device in normal times, and the sensor is always activated, and frequent sensing and communication are performed only when the measured value of the sensor exceeds a certain value. Be reasonable.
このようなシステムを実現する公知例としては特許文献3をあげることができる。特許文献3では電力を供給する電池と、電力を消費するセンサー、無線通信機との間に複数の電力供給経路を有し、システム全体の消費電力が大きい場合のみ、DCコンバータを経由して、センサー、無線通信機に電力を供給するシステムとなっている。こうすることにより、電池の電力を有効活用できるとしている。さらに、特許文献3によれば、無線通信機からの情報をもとに、上記電力供給経路を切替えることができるとされている。 Patent document 3 can be cited as a known example of realizing such a system. In Patent Document 3, there are multiple power supply paths between a battery that supplies power, a sensor that consumes power, and a wireless communication device, and only when the power consumption of the entire system is large, via a DC converter, It is a system that supplies power to sensors and wireless communication devices. By doing so, it is possible to effectively utilize the power of the battery. Furthermore, according to Patent Document 3, the power supply path can be switched based on information from the wireless communication device.
また、IoTシステムでは、システムを構成する機器の消費電力や、設置場所によって、商用のAC電源、あるいは太陽電池、一次電池等、様々な電源が使用される可能性を考慮しておく必要がある。様々な電池に対応できる電源回路の例としては、特許文献4に記載されたような電源回路の公知例がある。この電源回路により出力電圧が異なる異種の電池を電源として使用できるようになる。 In addition, in IoT systems, it is necessary to consider the power consumption of the devices that make up the system and the possibility that various power sources such as commercial AC power, solar cells, and primary batteries will be used depending on the installation location. . As an example of a power supply circuit compatible with various batteries, there is a well-known example of a power supply circuit as described in Patent Document 4. This power supply circuit allows different types of batteries with different output voltages to be used as power supplies.
以上の先行技術はいずれも優れたものであるが、様々な用途に使用されるIoTシステム用の電源システムとして要求される機能を実現する場合、様々な課題が発生する。
(A)IoTシステム用の電源システムとして、要求される機能のうち最も重要な機能は、IoTシステムを構成する様々な電圧の機器に電力を供給することである。また、IoTシステムの仕様が変更になった際にも、電源システムの仕様変更を極力抑えることである。IoTシステムは様々な種類のセンサーや通信機から構成されるため、それぞれのシステムに対して電源システムを再設計することは非効率だからである。
All of the above prior arts are excellent, but various problems occur when realizing the functions required as a power supply system for IoT systems used for various purposes.
(A) As a power supply system for an IoT system, the most important function among the functions required is to supply power to devices of various voltages that constitute the IoT system. In addition, even when the specifications of the IoT system are changed, the change in the specifications of the power supply system should be suppressed as much as possible. This is because the IoT system is composed of various types of sensors and communication devices, and it is inefficient to redesign the power supply system for each system.
特許文献1は、主に本課題に対してなされた発明であり、この電源システムは、電源の上流部に位置し、電圧、電流を柔軟に変更できる電源供給基板と、電源の下流部に位置し、電源供給基板で調整された所定の電力を負荷機器に供給するための機能基板、および、電源供給基板と機能基板を接続するコネクタから構成されている。さらに、機能基板には電圧電流情報格納手段が設けられており、機能基板に接続される負荷機器が要求する電圧電流情報が格納されている。この情報を電源供給基板に伝送することにより、電源供給基板において、適切な電圧、電流の調整ができるようになっている。
本先行技術は、機能基板のハードウェア構成、および、機能基板の電圧電流情報を変更することによって、様々な幅広い電流容量、電圧種の負荷機器からなるシステムに対応できる優れた技術である。しかしながら、昨今のIoTシステムは、消費電力が極めて小さなLPWA通信機や、センサーから構成されており、電流容量に対する制限は大きくない。したがって、本先行技術のように、システム構成によって電源システムのハードウェア構成を変更することがコスト上の負担となっている。
(B)IoTシステム用の電源システムとして、次に要求される機能はIoTシステム全体の消費電力の低減である。先に説明したように、昨今のIoTシステムは、消費電力が極めて小さなLPWA通信機や、センサーから構成されており、通常、電池が電源として使用されている。したがって、通信頻度が高い場合、あるいはセンサー類の消費電力が大きい場合、さらに、接続される機器の数が多い場合、また、長期間電池交換ができない用途等で、必要とされる電池のサイズが大きくなってしまうという課題がある。(中には太陽電池から電源供給されるIoTシステムも存在するが、多くの場合、太陽電池から鉛電池やリチウムイオン電池といった二次電池に充電された電力を消費する構成となっている。このため、ここでは簡単のため、太陽電池から電源供給されるIoTシステムも電池を電源とするIoTシステムと表現する。)
特許文献2および3は、本課題に対してなされた発明である。特許文献2は、無線通信装置に関するものであり、システムの消費電力を削減するため、予め定められた「パターン」に従って、電池からの電力供給をON/OFFする。また、特許文献3は、センサーと無線通信機を電池によって駆動させるシステムに関するものである。このシステムは、センサーの動作状態に応じて、省電力な電源供給経路を選択することが可能なシステムであり、設置環境をセンシングすることにより、システム全体の消費電力を低減できるものである。
This prior art is an excellent technique that can cope with a system composed of load devices with a wide variety of current capacities and voltage types by changing the hardware configuration of the function board and the voltage and current information of the function board. However, recent IoT systems are composed of LPWA communication devices and sensors with extremely low power consumption, and current capacity is not greatly limited. Therefore, as in the prior art, changing the hardware configuration of the power supply system according to the system configuration is a cost burden.
(B) As a power supply system for IoT systems, the next required function is to reduce the power consumption of the entire IoT system. As described above, recent IoT systems are composed of LPWA communication devices and sensors that consume very little power, and batteries are usually used as power sources. Therefore, when the communication frequency is high, when the power consumption of sensors is large, when the number of connected devices is large, or when the battery cannot be replaced for a long period of time, the size of the battery required is small. There is the problem of getting bigger. (There are some IoT systems that supply power from solar batteries, but in many cases, they are configured to consume power charged from solar batteries to secondary batteries such as lead batteries and lithium ion batteries. Therefore, for the sake of simplicity, an IoT system powered by a solar battery is also referred to as a battery-powered IoT system.)
Patent Documents 2 and 3 are inventions made to solve this problem. Patent Literature 2 relates to a wireless communication device, in which power supply from a battery is turned on/off according to a predetermined "pattern" in order to reduce power consumption of the system. Moreover, Patent Document 3 relates to a system in which a sensor and a wireless communication device are driven by a battery. This system is capable of selecting a power-saving power supply route according to the operating state of the sensor, and by sensing the installation environment, it is possible to reduce the power consumption of the entire system.
これらの先行技術は、電源を一定の条件のもと、ON/OFFすることにより、不要な待機電力を削減することが可能な電源システムを提供するものであり優れた技術である。しかしながら、IoTシステムに要求される汎用的な電源システムとしては、様々な負荷機器を外部から接続した場合でも、各機器を個別にON/OFF制御することが必要である。特に、電圧種や電源供給先が複数、存在した場合に、これらを個別にON/OFF制御できることが重要であるが、これらの先行技術にはこの方法は示されていない。
(C)IoTシステムでは、システムを構成する機器の消費電力や、設置場所によって、商用のAC電源、あるいは太陽電池、一次電池等、様々な電源が使用される可能性を考慮しておく必要がある。たとえば、工場内のIoTシステムでは商用電源を使用することが容易であるが、農業用途のIoTシステムでは、一般的に商用電源を使用することが困難である。しかし、設置場所が水田や畑であり容易に電池交換が可能なため、安価なアルカリ乾電池を使用できる。同じ農業用途でも、消費電力が大きいIoTシステムに電力を供給する電源システムの場合、太陽電池から電力供給される鉛電池が使用される。鉛電池は安価な二次電池であるが、高温に弱く、2-3年に一度、電池交換が必要である。一方、橋梁や崖などの電池交換が困難な場所に設置されるIoTシステムや低温から高温までの広い温度範囲が要求される用途の場合、耐環境性に優れ、長期間使用可能な二酸化マンガンリチウム電池が使用される。また、このように電池交換を頻繁に行えない場所で、さらに消費電力が大きい用途では、鉛電池と比較して長期間、電池交換が不要なリチウムイオン電池が使用される。なお、これらの電池は一般的に電圧が異なり、アルカリ乾電池は1.5V前後、鉛電池直列接続数によって異なり一般的には6V~24V、二酸化マンガンリチウム電池は3V前後、リチウムイオン電池は3.7V前後である。
These prior arts are excellent because they provide a power supply system capable of reducing unnecessary standby power by turning on/off the power under certain conditions. However, as a general-purpose power supply system required for the IoT system, even when various load devices are connected from the outside, it is necessary to individually turn ON/OFF each device. In particular, when there are a plurality of voltage types and power supply destinations, it is important to be able to control the ON/OFF of these individually, but this method is not disclosed in these prior arts.
(C) In an IoT system, it is necessary to consider the possibility of using various power sources, such as commercial AC power, solar cells, and primary batteries, depending on the power consumption of the devices that make up the system and the installation location. be. For example, it is easy to use a commercial power supply for an IoT system in a factory, but it is generally difficult to use a commercial power supply for an IoT system for agricultural use. However, since the installation location is a paddy field or field and the batteries can be easily replaced, inexpensive alkaline batteries can be used. For the same agricultural applications, a lead-acid battery powered by a solar battery is used for a power supply system that supplies power to an IoT system that consumes a large amount of power. Lead-acid batteries are inexpensive secondary batteries, but they are vulnerable to high temperatures and require battery replacement every 2-3 years. On the other hand, for IoT systems installed in places where it is difficult to replace batteries, such as bridges and cliffs, and for applications that require a wide temperature range from low to high temperatures, lithium manganese dioxide has excellent environmental resistance and can be used for a long time. Batteries are used. Lithium-ion batteries, which do not require battery replacement for a long period of time compared to lead-acid batteries, are used in places where frequent battery replacement is not possible and in applications that consume a large amount of power. These batteries generally have different voltages: about 1.5V for alkaline dry batteries, 6V to 24V depending on the number of lead batteries connected in series, about 3V for manganese dioxide lithium batteries, and 3.5V for lithium ion batteries. It is around 7V.
様々な電池に対応できる電源システムの例としては、特許文献4に記載されたような電源回路の先行技術がある。この先行技術では、電子機器の電池収納部の電極にDC/DCコンバータを接続し、さらに電池収納部にセットされた電池の種類を検出する検出手段を設けて、この検出結果に基づいて、供給電源をDC/DCコンバータの出力か、または電池の出力に切り替えるよう電源切替えを行う。これにより、出力電圧が異なる異種の電池を電源として使用できるようにしている。 As an example of a power supply system compatible with various batteries, there is a prior art of a power supply circuit as described in Patent Document 4. In this prior art, a DC/DC converter is connected to the electrodes of the battery compartment of the electronic device, and detection means for detecting the type of the battery set in the battery compartment is provided. The power supply is switched to switch the power supply to the output of the DC/DC converter or the output of the battery. This allows different types of batteries with different output voltages to be used as power sources.
本先行技術は、様々な電池を電源として使用できる優れた技術であるが、電池の種類が異なった場合の電池残量の計測方法、電池の劣化診断方法は記載されていないため、通信装置を通じて、電池残量がなくなる前に電池残量を計測して、必要に応じて電池交換を行うこと、ができないという問題が発生する。 This prior art is an excellent technology that can use various types of batteries as a power supply. , the remaining battery level cannot be measured before the remaining battery level runs out and the battery cannot be replaced as necessary.
以上、まとめると、本発明の課題は以下のとおりである。
(A)システム構成が変更になり、出力電源数やこれらの電圧が変化した場合においても、ハードウェアの変更を行う必要のない電源システムを提供すること。
(B)電圧種や電源供給先が複数、存在した場合に、これらを個別にON/OFF制御できる電源システムを提供すること。
(C)電源システムの電源として種類の異なる電池を使用した場合においても、電池残量の計測、電池の劣化診断等を行うことができる電源システムを提供すること。
In summary, the problems of the present invention are as follows.
(A) To provide a power supply system that does not require hardware changes even when the system configuration is changed and the number of output power supplies and their voltages are changed.
(B) To provide a power supply system capable of individually controlling ON/OFF when there are a plurality of voltage types and power supply destinations.
(C) To provide a power supply system capable of measuring the remaining battery level, diagnosing deterioration of the battery, etc. even when different types of batteries are used as the power supply for the power supply system.
上記課題を解決するため、発明者らは鋭意検討を行った結果、以下の電源システムを考案するに至った。以下、詳細に説明する。 In order to solve the above problems, the inventors conducted extensive studies, and as a result, came up with the following power supply system. A detailed description will be given below.
通常、IoTシステムでは1台の通信機と1~3台のセンサー類からなる接続機器と電源システムにより構成される。また、これらの機器の電圧は3.3V、5V、12Vのいずれかが一般的である。たとえば、このようなIoTシステムの場合、システム構成が変わった場合においても電源システムのハードウェアを変更する必要がないようにするためには、少なくとも4台の接続機器が3種類の電圧に対応できるように12個の外部出力端子が必要になる。通常、外部出力端子の数は、コスト的にも回路基板に占めるスペース的にも、影響が大きいため、極力減らす必要がある。そこで、外部出力端子は必要最低限に抑えた上で、外部出力端子の前段に、FET(Field Effect Transistor)等の選択制御手段を設け、ディップスイッチ等の設定変更で各外部出力端子に割り当てる電圧を変更する方法を考案した。すなわち、
(1)電池と、前記電池の電圧を昇圧若しくは降圧する複数の電圧昇降圧手段と、外部の機器に電力を供給するための複数の外部出力手段と、前記電圧昇降圧手段と前記外部出力手段の間に配置され、前記外部出力手段に対応付けられた選択制御手段と、前記外部出力手段に出力すべき電圧情報からなる出力電圧割当情報を格納する出力電圧割当情報格納手段と、前記選択制御手段を制御する電源システム制御手段を備え、複数の前記電圧昇降圧手段から出力される昇降電圧は、互いに相違し、前記電源システム制御手段は、前記出力電圧割当情報に基づいて前記選択制御手段により前記昇降電圧から1つの出力電圧を選択し、前記選択制御手段が対応付けられた前記外部出力手段は、前記出力電圧を外部の機器に供給することを特徴とする電源システム。
Normally, an IoT system consists of one communication device, one to three connected devices consisting of sensors, and a power supply system. Also, the voltage of these devices is generally 3.3V, 5V, or 12V. For example, in the case of such an IoT system, in order to avoid the need to change the hardware of the power supply system even if the system configuration changes, at least four connected devices can support three types of voltages. Thus, 12 external output terminals are required. Normally, the number of external output terminals has a great influence on both cost and space occupied on the circuit board, so it is necessary to reduce it as much as possible. Therefore, after limiting the number of external output terminals to the necessary minimum, selection control means such as FETs (Field Effect Transistors) are provided in front of the external output terminals. devised a method to change the i.e.
(1) a battery, a plurality of voltage step-up/step-down means for stepping up or stepping down the voltage of the battery, a plurality of external output means for supplying power to an external device, the voltage step-up/step-down means, and the external output means selection control means disposed between and associated with said external output means; output voltage allocation information storage means for storing output voltage allocation information consisting of voltage information to be output to said external output means; and said selection control The boosted voltage output from the plurality of voltage booster/boost means is different from each other, and the power supply system control means controls the selection control means based on the output voltage allocation information. A power supply system according to
このようにすることにより、外部出力端子の数を大幅に削減することが可能になる。ただし、本発明のように限られた数の外部出力端子を様々な電圧に使用する場合、以下の問題が発生する。 By doing so, it is possible to significantly reduce the number of external output terminals. However, when using a limited number of external output terminals for various voltages as in the present invention, the following problems occur.
通常、電源システムに異なる電圧の出力端子が複数存在する場合、誤挿入防止のため、異なった外観の出力端子やコネクタを使用し、場合によっては出力される電圧値を外部出力端子に印字して表示することが一般的である。しかしながら、本発明では、各出力端子に印加される電圧をユーザーが決めるため、出力端子の形状では電圧を判別できない。つまり、同形状あるいは、複数の外部出力がパッケージ化された出力端子(たとえば、複数の端子接続が可能な複数口端子)では、どの端子にどの機器を繋げば良いか明確に判別できないのである。 Normally, when there are multiple output terminals with different voltages in a power supply system, output terminals and connectors with different appearances are used to prevent incorrect insertion, and in some cases the output voltage value is printed on the external output terminal. It is common to display However, in the present invention, since the user determines the voltage applied to each output terminal, the voltage cannot be determined by the shape of the output terminal. In other words, it is not possible to clearly determine which device should be connected to which terminal for output terminals of the same shape or packaged with a plurality of external outputs (for example, a multi-port terminal capable of connecting a plurality of terminals).
また、外部出力端子に印加される電圧を、ディップスイッチ等の目視できるスイッチを使って設定したとしても、ディップスイッチの切替えが不十分な場合、あるいは人為的なエラーで誤った設定をした場合、最悪の場合、接続機器を故障させてしまう恐れがある。 Also, even if the voltage applied to the external output terminal is set using visible switches such as DIP switches, if the DIP switches are not switched sufficiently, or if an incorrect setting is made due to human error, In the worst case, it may damage the connected device.
そこで、以下のように、ディップスイッチや半導体メモリ等の出力電圧割当情報格納手段に格納された情報を、多色LED等の出力電圧割当情報表示手段により、表示させることが極めて重要である。すなわち、
(2)前記外部出力手段のうち形状が同一の外部出力手段については、前記出力電圧に相当する電圧情報を表示する出力電圧表示手段を備えた(1)に記載の電源システム。
Therefore, it is extremely important to display the information stored in the output voltage allocation information storage means such as DIP switches and semiconductor memory by means of the output voltage allocation information display means such as multicolor LEDs, as described below. i.e.
(2) The power supply system according to (1), further comprising output voltage display means for displaying voltage information corresponding to the output voltage for the external output means having the same shape among the external output means.
さらに、複数の外部出力端子の出力を外部出力端子ごとにON/OFF制御する場合でも、電源システムの改変なしに対応するために、発明者等は、出力状態という概念を導入することとした。出力状態とは、各外部出力端子のON/OFFの状態の組合せのことである。たとえば、外部出力端子が四個ある場合、出力状態としては、端子1:ON,端子2:ON,端子3:ON、端子4:ONから端子1:OFF、端子2:OFF、端子3:OFF、端子4:OFFまで、16通りの組合せが存在する。この16通りの組合せの一つ一つを出力状態として、ユーザーが設定する方式とすることで、例えば4ビットのディップスイッチで一つの出力状態を登録することが可能になる。 Furthermore, the inventors have introduced the concept of the output state in order to control the ON/OFF of the outputs of a plurality of external output terminals for each external output terminal without modifying the power supply system. An output state is a combination of ON/OFF states of each external output terminal. For example, when there are four external output terminals, the output states are as follows: terminal 1: ON, terminal 2: ON, terminal 3: ON, terminal 4: ON, terminal 1: OFF, terminal 2: OFF, terminal 3: OFF. , terminal 4: OFF, there are 16 combinations. By setting each of these 16 combinations as an output state by a user, it becomes possible to register one output state with a 4-bit DIP switch, for example.
この出力状態を複数登録しておき、これを選択制御手段により選択制御することにより、様々な状況に合わせたON/OFF制御が可能になる。すなわち、
(3)複数の前記外部出力手段からの出力のONまたはOFFの組合せを指定した、複数の出力状態情報を格納するための出力状態情報格納手段を備え、前記電源システム制御手段は、前記出力状態情報に基づいて前記選択制御手段を制御する(1)又は(2)に記載の電源システム。
By registering a plurality of these output states and selectively controlling them by the selection control means, it is possible to perform ON/OFF control according to various situations. i.e.
(3) output state information storage means for storing a plurality of output state information specifying ON or OFF combinations of outputs from the plurality of external output means; The power supply system according to (1) or (2), which controls the selection control means based on information.
また、複数の出力状態を切替えるタイミングを決める方法としては、各出力状態が有効となる条件をディップスイッチや半導体メモリ等の出力状態切替えタイミング情報格納手段に格納する。各出力状態を有効にする条件として、出力状態ごとにタイマーで切り替えるか、センサーからの接点入力や通信機からのデータ入力による外部トリガーによって切り替えるかを設定できるようにすれば良い。また、タイマーによって切り替える場合は、該当する時間を設定できるようにしておけば良い。すなわち、
(4)出力状態切替えタイミング情報を格納するための出力状態切替えタイミング情報格納手段を備え、前記電源システム制御手段は、出力状態切替えタイミング情報に基づいて前記選択制御手段を制御する(3)に記載の電源システム。
(5)前記出力状態切替えタイミング情報は、外部トリガーモードとタイマーモードのいずれが選択されているかの情報と、タイマーモードの時間情報を含む(4)に記載の電源システム。
Also, as a method of determining the timing of switching between a plurality of output states, conditions for enabling each output state are stored in an output state switching timing information storage means such as a DIP switch or a semiconductor memory. As a condition for enabling each output state, it is possible to set whether switching is performed by a timer for each output state, or switching is performed by an external trigger based on contact input from a sensor or data input from a communication device. Moreover, when switching by a timer, it is sufficient to set the corresponding time. i.e.
(4) An output state switching timing information storage unit for storing output state switching timing information is provided, and the power supply system control unit controls the selection control unit based on the output state switching timing information. power system.
(5) The power supply system according to (4), wherein the output state switching timing information includes information indicating which of the external trigger mode and the timer mode is selected, and time information of the timer mode.
本発明の電源システムの、もう一つの特徴は様々な電池を電源として接続できることであり、特に、電池の種類が異なった場合でも電池残量の計測、電池の劣化診断が可能なことである。これらを行うためには、接続された電池の使用可能な上限電圧、下限電圧が必要である。一般的に、電池の上限電圧、下限電圧は電池の種類のよって異なり、また、電池残量は上限電圧と下限電圧の間の電圧を計測することにより、推定できるからである。また、電池が劣化した際には、多くの場合、充電後の電池電圧が上限電圧まで上昇しないことによって劣化診断を行うことができるからである。すなわち、以下のような電源システムとすれば良い。
(6)複数種の電池が選択可能であり、選択した電池の上限電圧情報と下限電圧情報からなる電源情報を格納する電源情報格納手段と、前記電源情報格納手段に電源情報を伝送するための電源情報伝送手段と、を備える(1)乃至(5)のいずれに記載の電源システム。
Another feature of the power supply system of the present invention is that various batteries can be connected as power supplies, and in particular, even if the types of batteries are different, it is possible to measure the remaining battery level and diagnose deterioration of the battery. In order to do these things, the usable upper limit voltage and lower limit voltage of the connected battery are required. This is because the upper limit voltage and lower limit voltage of a battery generally differ depending on the type of battery, and the remaining battery capacity can be estimated by measuring the voltage between the upper limit voltage and the lower limit voltage. Also, when the battery deteriorates, in many cases, the deterioration can be diagnosed by checking that the battery voltage after charging does not rise to the upper limit voltage. That is, the following power supply system may be used.
(6) A power supply information storage means for storing power supply information consisting of upper limit voltage information and lower limit voltage information of the selected battery, and a power supply information storage means for transmitting the power supply information to the power supply information storage means. The power supply system according to any one of (1) to (5), further comprising power supply information transmission means.
また、このようなシステムでは、様々なシステム制御情報の設定をディップスイッチの設定や半導体メモリへのデータ転送によって行うことができるが、設定データを有効にさせるためのシステム制御情報リセットスイッチがあれば、よりユーザビリティが高いシステムとなる。すなわち、
(7)情報入手命令を発するシステム制御リセット手段を備え、前記情報入手命令を得た前記電源システム制御手段は、前記出力電圧割当情報格納手段から前記出力電圧割当情報を入手する(1)又は(2)に記載の電源システム。
(8)情報入手命令を発するシステム制御リセット手段を備え、前記情報入手命令を得た前記電源システム制御手段は、前記出力電圧割当情報格納手段から前記出力電圧割当情報を入手し、前記出力状態情報格納手段から前記出力状態情報を入手する(3)に記載の電源システム。
(9)情報入手命令を発するシステム制御リセット手段を備え、前記情報入手命令を得た前記電源システム制御手段は、前記出力電圧割当情報格納手段から前記出力電圧割当情報を入手し、前記出力状態情報格納手段から前記出力状態情報を入手し、前記出力状態切替えタイミング情報格納手段から前記出力状態切替えタイミング情報を入手する(4)に記載の電源システム。
In such a system, various system control information can be set by setting DIP switches or transferring data to semiconductor memory. , resulting in a system with higher usability. i.e.
(7) A system control reset means for issuing an information acquisition command is provided, and the power supply system control means having received the information acquisition command acquires the output voltage allocation information from the output voltage allocation information storage means (1) or ( 2) The power supply system described in 2).
(8) A system control reset means for issuing an information acquisition command is provided, and the power supply system control means having received the information acquisition command acquires the output voltage allocation information from the output voltage allocation information storage means and outputs the output state information. The power supply system according to (3), wherein the output state information is obtained from storage means.
(9) A system control reset means for issuing an information acquisition command is provided, and the power supply system control means having received the information acquisition command acquires the output voltage allocation information from the output voltage allocation information storage means and outputs the output state information. The power supply system according to (4), wherein the output state information is obtained from a storage means, and the output state switching timing information is obtained from the output state switching timing information storage means.
本発明によれば、システム構成が変更になり、出力電源数やこれらの電圧が変化した場合においても、ハードウェアの変更を行う必要のない電源システムを提供することができる。さらに、電圧種や電源供給先が複数、存在した場合に、これらを個別にON/OFF制御できる電源システムを提供することができる。また、電源システムの電源として種類の異なる電池を使用した場合においても、電池残量の計測、電池の劣化診断等を行うことができる電源システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a power supply system that does not require hardware changes even when the system configuration is changed and the number of output power supplies and their voltages are changed. Furthermore, when there are a plurality of voltage types and power supply destinations, it is possible to provide a power supply system capable of individually controlling ON/OFF of these. In addition, it is possible to provide a power supply system capable of measuring the remaining amount of the battery, diagnosing deterioration of the battery, etc., even when different types of batteries are used as the power supply of the power supply system.
図1を用いて、本発明を実施するための形態を説明する。まず、電源システム100の概要を説明し、その後、詳細を説明する。
A mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIG. First, an outline of the
図1は本発明の電源システムのブロック図である。電源として使用する電池142から出力された電力を複数のDC/DCコンバータで三種類の電圧に変換し、出力制御スイッチ群136を介して外部出力端子111~114に三種類の電圧が出力される構成となっている。また、電源システム制御部130は、主に二つの役割を担っている。出力制御スイッチ群136の制御とシステム情報表示部150へのシステム情報の表示である。
FIG. 1 is a block diagram of the power supply system of the present invention. The power output from the
出力制御スイッチ群136を制御するためには、出力状態切替えタイミング情報格納部122、出力電圧割当情報格納部123、出力状態情報格納部124の情報をもとにしている。また、これらの情報格納部122~124の情報を更新するタイミングは、システム制御情報リセットボタン131が押されたタイミングである。
Information in the output state switching timing
さらに、システム情報表示部150には、各外部出力端子111~114に出力される電圧情報、電池142の電池残量情報や電池劣化情報が表示される。各外部出力端子111~114に出力される電圧情報は、出力電圧割当情報格納部123の情報をもとに行われ、電池142の電池残量情報と電池劣化情報は、電池142の電圧を電圧計測スイッチ138と分圧回路部132を介して電源システム制御部130で計測することにより行われる。システム情報表示部150に情報が表示されるタイミングは、システム制御情報リセットボタン131が押されたタイミングであり、この際、電源システム制御部130は、電圧計測スイッチ138を制御することにより電池142の電圧を計測して、電池残量情報、電池劣化情報を算出する。
Further, the system
次に本発明の電源システムの詳細を説明する。 Next, the details of the power supply system of the present invention will be described.
<電源>
この電源システムの特徴の一つは様々な電圧の電池を電源として使用できることである。たとえば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、二酸化マンガンリチウム電池、アルカリ電池、ニッケル水素電池等の電池に対応できる。ただし、本システムでは許容できる入力電圧の下限を二酸化マンガンリチウム電池の下限電圧の2Vとしているため、アルカリ電池とニッケル水素電池を使用する場合は直列接続にして使用する必要がある。また、直列接続後の下限電圧を2V以上とする必要がある。たとえば、アルカリ乾電池の下限電圧は0.8Vであるので、アルカリ電池を使用する場合は三直列以上にする必要がある。また、ニッケル水素電池の下限電圧は1Vであるので、ニッケル水素電池を使用する場合は二直列以上にする必要がある。また、本電源システムの許容できる上限の入力電圧は15Vであるので、この範囲で直列数を変更しても良い。
<Power supply>
One of the features of this power supply system is that batteries of various voltages can be used as the power supply. For example, batteries such as lead-acid batteries, lithium ion batteries, lithium manganese dioxide batteries, alkaline batteries, and nickel-metal hydride batteries can be used. However, since the lower limit of the allowable input voltage in this system is 2 V, which is the lower limit voltage of manganese dioxide lithium batteries, when using alkaline batteries and nickel-metal hydride batteries, they must be connected in series. Also, the lower limit voltage after series connection must be 2 V or more. For example, since the lower limit voltage of alkaline dry batteries is 0.8 V, it is necessary to use three or more series when using alkaline batteries. In addition, since the lower limit voltage of the nickel-metal hydride battery is 1 V, when using the nickel-metal hydride battery, it is necessary to connect two or more in series. Also, since the upper limit of the input voltage that can be tolerated by this power supply system is 15 V, the number of series connections may be changed within this range.
図2は、本発明のシステムが電源として使用できる電池の一般的な1セルあたりの公称電圧、下限電圧、上限電圧、およびの本システム用の電源として使用する際の使用可能な直列接続範囲を示す図である。この図にあるように多様な電圧の電池を多様な直列接続した電池に対応できることが特徴である。電池の直列数を増やして電池電圧を高くした場合、同じ電力を出力するための電流が少なくなるため、出力電力を上げることができるというメリットがあるが、リチウムイオン電池や二酸化マンガンリチウム電池のように、エネルギー密度が高く可燃性の液体を使用している電池の場合、直列数を上げると危険性が増すため、電池の安全性を担保するための電池監視回路等のコストが高くなるという問題がある。 FIG. 2 shows the nominal voltage per cell, the lower limit voltage, the upper limit voltage, and the series connection range that can be used as a power supply for the system of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing; As shown in this figure, the feature is that it can handle various series-connected batteries with various voltages. Increasing the battery voltage by increasing the number of batteries connected in series reduces the amount of current required to output the same amount of power, which has the advantage of increasing the output power. In addition, in the case of batteries that use flammable liquids with high energy density, increasing the number of series connections increases the danger, so there is a problem that the cost of battery monitoring circuits, etc., to ensure battery safety increases. There is
さらに、リチウムイオン電池や鉛電池、ニッケル水素電池等の二次電池の場合、太陽電池等の発電機器と接続して使用する。図3は太陽電池と本発明の電源システムを接続した太陽光発電電源システムのブロック図である。本太陽光発電電源システム300は、太陽電池301、ソーラーチャージャー302、本発明の電源システム100から構成されている。太陽電池301により発電された電力はソーラーチャージャー302において、最大電力追従制御により出力電力が最大化される。また、ソーラーチャージャー302はこの電力を二次電池に適した充電電圧に変換したうえで、電源システム100内の二次電池を充電する。
Furthermore, in the case of secondary batteries such as lithium ion batteries, lead batteries, and nickel-hydrogen batteries, they are used by being connected to power generators such as solar batteries. FIG. 3 is a block diagram of a photovoltaic power supply system in which solar cells and the power supply system of the present invention are connected. The photovoltaic power
図2に示した上限電圧は、二次電池の場合、ソーラーチャージャー302にて生成される電力の電圧にほぼ対応している。ソーラーチャージャー302から伝送された電力は、電池の電力よりも優先的に使用され、最終的に負荷機器101~104に供給される。太陽電池301で生成される電力が負荷機器101~104で消費される電力をまかなうことができている場合、太陽光発電された電力が、二次電池の充電にも使用されるよう制御されている。太陽光発電がない夜間には、日中、二次電池に充電された電力を使用する。
The upper limit voltage shown in FIG. 2 approximately corresponds to the voltage of the power generated by the
次に、複数の異なる種類の電池が取り付けられた場合の、電池残量の計測、電池劣化診断の方法について説明する。電池残量計測、電池劣化診断を行うため電池電圧の計測を行う方法を、図1を用いて説明する。電池電圧を計測するためには電圧計測スイッチ138を制御し分圧回路部132によって電池電圧を約1/5に分圧し、実際の電圧の20%程度に低下させる。電源システム制御部は、通常、低消費電力のマイコンを使用するが、マイコンが電圧を計測するには、マイコンが処理できる電圧(通常は5V以下)にする必要があるからである。通常、このような低消費電力のマイコンを使用するシステムでは5V以下の電池を使うため、このような問題は発生しないが、本発明の電源システムでは、マイコンが処理できる電圧が3.3V以下であり、これに対して15Vまでの電池の電圧を計測する必要があるため、このような工夫が必要である。
Next, a method for measuring remaining battery capacity and diagnosing battery deterioration when a plurality of different types of batteries are attached will be described. A method of measuring the battery voltage for measuring the remaining battery level and diagnosing battery deterioration will be described with reference to FIG. In order to measure the battery voltage, the
以上の方法で計測された電池電圧は、予め電源情報格納部121に格納されている電池の上限電圧情報と下限電圧情報の間の値になる。この間にならない場合は、すでに下限電圧以下となり、電池交換が必要な状態となっているか、誤った電池が接続された場合が想定されるため、電源システムの停止等の処置を行う。なお、電源情報格納部121としては、半導体メモリを使用しているが、半導体メモリにデータを伝送するためには外部からの通信が必要になるため、用途によっては通信が不要なディップスイッチを電源情報格納部121として採用することも可能である。
The battery voltage measured by the above method is a value between the upper limit voltage information and the lower limit voltage information of the battery stored in advance in the power supply
電池残量を推定するためには、上限電圧を残量100%、下限電圧を残量0%として、計測時の残量を推定する。この推定方法には様々な方法があるが、精度は低いが、最も低コストで推定できる方法は、上限電圧と下限電圧の間を直線補間して、計測電圧値から電池残量を推定する方法である。精度良く計測する必要がある場合は、計測電圧の値と同時に電池の種類情報を電源情報格納部121に格納しておく。こうすることにより、電池の種類ごとに異なる放電カーブを参照し、これをもとに電池残量を推定することができる。また、電池電圧は放電電流が大きい状態で計測すると、誤差が大きくなるため、負荷機器が稼働していない時間を選んで計測する等の対策を行うことも有効である。
In order to estimate the remaining battery capacity, the remaining capacity at the time of measurement is estimated by setting the upper limit voltage to 100% and the lower limit voltage to 0%. There are various methods for estimating this, but the method that can estimate at the lowest cost, although the accuracy is low, is a method of linearly interpolating between the upper limit voltage and the lower limit voltage and estimating the remaining battery capacity from the measured voltage value. is. If accurate measurement is required, battery type information is stored in the power supply
二次電池の劣化度を判定する場合、満充電になっている可能性が高い時間帯、たとえば、太陽光発電により充電する場合は日没直後の時間に定期的に電池電圧を測定し、その値を記録しておけば良い。雨天の日には充電量が十分ではないこともあるが、ある一定期間、この測定を繰り返すことにより、その間の最も高い電池電圧が、満充電状態だと推定できる。この電池電圧と、予め電源情報格納部121に格納されている上限電圧を比較し、この差から電池の劣化度を推定するのである。この方法は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池の劣化診断としては、限定的な効果しか得られないが、鉛電池に対して有効である。
When judging the degree of deterioration of a secondary battery, the battery voltage is measured periodically during times when the battery is likely to be fully charged, for example, immediately after sunset when the battery is charged by solar power generation. You should record the value. Although the battery charge may not be sufficient on rainy days, by repeating this measurement for a certain period of time, the highest battery voltage during that period can be estimated as a fully charged state. This battery voltage is compared with the upper limit voltage previously stored in the power supply
リチウムイオン電池や、ニッケル水素電池に対しても有効な方法は、電池残量が少なくなる日の出前の時間帯にも、定期的に電池の電圧を測定し、その値を記録しておけば良い。こうすることにより、二次電池の劣化度合い(上記した満充電状態からの電圧の低下量)の推移を継続的に計測することができる。たとえば、図3に示した太陽光発電システムでは、太陽光による発電がなかったとしても、5日間、システム全体に電力供給できるよう電池の容量を選定する。この際、電池の劣化を考慮して予め2倍程度の容量にする。24時間一定の比率で電力が消費されるシステムでは、発電が止まる日没から日の出までの時間から一時間当たりの電池残量の低下量を計測することができる。この値を二次電池の劣化度合いとして管理すれば良い。この値から二次電池が、5日間の電力を賄えなくなった時点を電池の交換時期として管理するのである。 An effective method for lithium-ion batteries and nickel-metal hydride batteries is to measure the battery voltage periodically even before sunrise, when the remaining battery power is low, and record the value. . By doing so, it is possible to continuously measure the transition of the degree of deterioration of the secondary battery (the amount of voltage drop from the above-described fully charged state). For example, in the photovoltaic power generation system shown in FIG. 3, the capacity of the battery is selected so that power can be supplied to the entire system for five days even if there is no photovoltaic power generation. At this time, considering deterioration of the battery, the capacity should be approximately doubled in advance. In a system that consumes power at a constant rate for 24 hours, it is possible to measure the amount of decrease in the remaining battery level per hour from sunset to sunrise when power generation stops. This value may be managed as the degree of deterioration of the secondary battery. Based on this value, the point at which the secondary battery can no longer supply power for five days is managed as the battery replacement timing.
以上、詳細に述べたように、異なった数種類の電池が接続されたとしても、あらかじめ、電池の上限電圧と下限電圧情報、または、電池の種類情報、放電カーブ情報等、電池の上限電圧と下限電圧を特定できる情報を格納することにより、電池の残量を推定することができる。こうして得られた電池残量情報を接続されている通信機を介してシステム管理サーバに転送することにより、電池交換が必要な時期を知ることができる。また、電源システム基板に電池残量を表示する手段(たとえば、LED素子等)を設けておくことにより、定期点検の際に電池残量を知ることができ、その場で電池交換することができる。 As described in detail above, even if several different types of batteries are connected, the upper limit voltage and lower limit voltage information of the battery, the type information of the battery, the discharge curve information, etc. By storing information that can identify the voltage, the remaining battery capacity can be estimated. By transferring the remaining battery level information thus obtained to the system management server via the connected communication device, it is possible to know when the battery needs to be replaced. In addition, by providing a means (for example, an LED element, etc.) for displaying the remaining battery level on the power supply system board, the remaining battery level can be known during regular inspections, and the battery can be replaced on the spot. .
<昇降圧回路>
図1に示したように本発明の電源システムでは三種類のDC/DCコンバータ133~135を搭載している。このDC/DCコンバータ133~135の特徴は昇圧と降圧の両方が可能であるということである。さらに様々な電池の電圧に対応するため、入力可能な電圧範囲が広く2Vから15Vまでの電力の入力が可能である。また、DC/DCコンバータごとに昇降圧後の電圧が異なっており、それぞれ、3.3V、5V、12Vの三種類の電圧を生成できるようにしている。
<Buck-boost circuit>
As shown in FIG. 1, the power supply system of the present invention includes three types of DC/DC converters 133-135. A feature of the DC/
<電圧制御>
図1に示したように3種類のDC/DCコンバータ133~135により昇降圧された電力は四つの外部出力端子111~114に供給しうる構成となっている。各電圧を外部出力端子に割り振る役割を担っている部分が出力制御スイッチ群136である。出力制御スイッチ群136は、外部出力端子111に対応付けられた出力制御スイッチ1361と、外部出力端子112に対応付けられた出力制御スイッチ1362と、外部出力端子113に対応付けられた出力制御スイッチ1363と、外部出力端子114に対応付けられた出力制御スイッチ1364で構成される。
<Voltage control>
As shown in FIG. 1, the electric power stepped up and down by three types of DC/DC converters 133-135 is configured to be supplied to four external output terminals 111-114. The output control switch group 136 is responsible for allocating each voltage to the external output terminals. The output control switch group 136 includes an
ここで出力制御スイッチ群136の動作を詳細に説明するため、外部出力端子111に供給される電力を制御する部分の出力制御スイッチ1361、および外部出力端子111に関連した出力制御関連部分のみを図4に示した。外部出力端子111に供給される電力を制御している出力制御スイッチ1361は三つのFETから構成されている。それぞれ、3.3V用スイッチ401、5V用スイッチ402、12V用スイッチ403である。これらのスイッチは主に二つの役割を担っている。一つは外部出力端子111への供給電力の電圧選定、もう一つの役割は外部出力端子111への供給電力のON/OFF制御である。これらの動作について以下に説明する。
Here, in order to explain the operation of the output control switch group 136 in detail, only the
外部出力端子111への供給電力の電圧選定を行えるよう、本電源システムでは出力割当情報格納部123が設けられている。具体的には外部出力端子ごとに、2ビットのディップスイッチが設けられており、ユーザーは外部出力端子ごとの電圧をディップスイッチの設定により行える。たとえば、出力電圧割当情報格納部123において、外部出力端子111用の電圧として3.3Vが選択された場合、電源システム情報部130は出力電圧割当情報格納部123の設定変更がなされるまで、5V用スイッチ402、12V用スイッチ403を、常にOFF状態にするよう制御する。また、出力電圧割当情報格納部123において選択された3.3V用スイッチ401は以下に説明するON/OFF制御を担うことになる。以上、外部出力端子111用の出力制御スイッチについて詳細に説明したが、他の外部出力端子112~114についても同様の動作を行う。
In order to select the voltage of the power supplied to the
なお、図5は図1の変形例である。出力制御スイッチ群137は、3.3V用スイッチ、5V用スイッチ、12V用スイッチで構成される出力制御スイッチ1371~1373と、5V用スイッチのみで構成される出力制御スイッチ1374で構成される。出力制御スイッチ群137のように、出力制御スイッチ群は、必ずしも同じタイプの出力制御スイッチで構成される必要はない。 Note that FIG. 5 is a modification of FIG. The output control switch group 137 is composed of output control switches 1371 to 1373 composed of a 3.3V switch, a 5V switch and a 12V switch, and an output control switch 1374 composed only of a 5V switch. Like the output control switch group 137, the output control switch group need not necessarily consist of the same type of output control switches.
また、出力制御スイッチは必ずしも全ての外部出力端子に対応して設ける必要はなく、例えば、一部の外部出力端子は、DC/DCコンバータ133~135により昇降圧された電力のいずれかを常に出力するものでもよい。 In addition, it is not necessary to provide output control switches corresponding to all the external output terminals. It may be something to do.
<ON/OFF制御>
つぎに、ON/OFF制御の方法について説明する。本電源システムでは出力状態という概念を導入している。出力状態とは、各外部出力端子のON/OFFの状態の組合せのことである。たとえば、外部出力端子111~114の、出力状態としては、外部出力端子111:ON,外部出力端子112:ON,外部出力端子113:ON、外部出力端子114:ONから始まり、外部出力端子111:OFF、外部出力端子112:OFF、外部出力端子113:OFF、外部出力端子114:OFFまで、16通りの組合せが存在する。この16通りの組合せの一つ一つを出力状態として、ユーザーが設定する方式とすることで、例えば4ビットのディップスイッチで一つの出力状態を登録することが可能になる。この出力状態を複数登録しておき、これを出力制御スイッチ群136で選択制御することにより、様々な状況に合わせたON/OFF制御が可能になる。本発明の電源システムでは、出力状態格納部124に二種類の出力状態を登録できるようにしている。具体的には出力状態ごとに4ビットのディップスイッチを設けている。
<ON/OFF control>
Next, a method of ON/OFF control will be described. This power supply system introduces the concept of an output state. An output state is a combination of ON/OFF states of each external output terminal. For example, the output states of the
この二つの出力状態を切替えることにより、外部出力端子111~114のON/OFFを個別に制御することが可能になる。たとえば、負荷機器101として通信機が接続され、負荷機器102としてセンサーが接続されているとする。また、常時センサーを起動させておき、センサーが対象を検知したときのみ通信機が必要な情報を送信するような場合を考える。このようなケースでは、出力状態1として外部出力端子111をON、外部出力端子112をONとし、出力状態2として外部出力端子111をOFF、外部出力端子112をONと設定しておけばよい。こうすることにより、必要な時のみONされていればよい外部出力端子111の通信機は、必要な時のみONに切り替えられ、常時ONされている必要がある外部出力端子112は、常時ONに制御される。
By switching between these two output states, ON/OFF of the
つぎに上記出力状態を切替えるタイミングの設定方法を説明する。本電源システムでは、二つの方法で出力状態を切替えることができる。一つはタイマーによる切替えモード、もう一つは外部トリガーによる切替えモードである。切替えモードを選択できるよう出力状態ごとに1ビットのディップスイッチが出力状態切替えタイミング情報格納部122として設けられている。こうすることにより、出力状態1では外部トリガーモード、出力状態2ではタイマーモードを選択するようなハイブリッド制御も可能となる。たとえば、上記通信機とセンサーの例では、センサーによる対象の検知が外部トリガーに相当し、一定時間通信を行うと自動的に通信機の電源をOFFにする制御が、上記ハイブリッド制御に相当する。外部トリガーの方法としては、通信による外部トリガーと、センサー出力の電圧変化による外部トリガーの二つの方法に対応できるようになっている。なお、タイマー設定は出力状態ごとに可能となっており、それぞれ1秒から7日までの間で16種類の時間を選択できるよう4ビットのディップスイッチが出力状態切替えタイミング情報格納部122として設けられている。
Next, a method for setting the timing for switching the output state will be described. In this power supply system, the output state can be switched in two ways. One is a switching mode by a timer, and the other is a switching mode by an external trigger. A 1-bit DIP switch is provided as the output state switching timing
<システム情報表示>
つぎにシステム情報表示について説明する。通常、電源システムに異なる電圧の出力端子が複数存在する場合、誤挿入防止のため、異なった外観の出力端子やコネクタを使用し、場合によっては出力される電圧値を外部出力端子に印字して表示することが一般的である。しかしながら、本発明では、各出力端子に印加される電圧をユーザーが決めるため、出力端子の形状では電圧を判別できない。つまり、同形状あるいは、複数の外部出力がパッケージ化された出力端子では、どの端子にどの機器を繋げば良いか明確に判別できないのである。
<System information display>
Next, system information display will be explained. Normally, when there are multiple output terminals with different voltages in a power supply system, output terminals and connectors with different appearances are used to prevent incorrect insertion, and in some cases the output voltage value is printed on the external output terminal. It is common to display However, in the present invention, since the user determines the voltage applied to each output terminal, the voltage cannot be determined by the shape of the output terminal. In other words, with output terminals of the same shape or packaged with a plurality of external outputs, it is not possible to clearly determine which device should be connected to which terminal.
たとえば本発明の電源システムでは、外部出力端子111~114として、四本の接地用電線を含め8本の電線の接続が可能な複数口端子を使用している。このように、一つの部品にすることにより製造コストを削減できるからである。ただし、このように異なる電圧が出力される端子を一つの部品とすることにより、電圧を間違えて接続するリスクが高くなる。この問題を避けるため、本発明の電源システムでは、四個の外部出力端子に対応した緑と青と赤の3色LED四個をシステム情報表示部150として設けてある。LEDの色がそれぞれの外部出力端子に印加されている電圧に対応しており、緑が3.3V、青が5V、赤が12Vに対応している。このようなシステム情報表示部があることにより、負荷機器の電力線の誤挿入を大幅に削減することが可能になる。
For example, in the power supply system of the present invention, as the
また、このLEDは電池の残量表示の役割も担っている。先に述べた方法により、電池の残量を計測したのち、残量に対応した緑のLEDを点滅させる。具体的にはLEDが一つ点滅:電池残量0~25%、二つ点滅:電池残量26~50%、三つ点滅:電池残量51~75%、四つ点滅:電池残量76~100%としている。さらにこのLEDを電池の劣化情報表示、エラー情報表示としても利用可能である。 This LED also plays a role of displaying the remaining battery level. After measuring the remaining amount of the battery by the method described above, the green LED corresponding to the remaining amount is blinked. Specifically, one LED flashes: 0 to 25% remaining battery, 2 flashes: 26 to 50% remaining battery, 3 flashes: 51 to 75% remaining battery, 4 flashes: 76 remaining battery. ~100%. Furthermore, this LED can also be used to display battery deterioration information and error information.
<システム制御情報リセットボタン>
本電源システムではシステム制御リセットボタンを一回押すことにより、システム制御リセットボタンから電源システム制御部130に情報入手命令が発せられ、情報入手命令により電源システム制御部130が以下の一連のプロセスを実行するように設定されている。
・電源情報格納部121からの電源情報の入手
・出力状態切替えタイミング情報格納部からの出力状態切替えタイミング情報の入手
・出力電圧割当情報格納部123からの出力電圧割当情報の入手
・出力状態情報格納部124からの出力状態情報の入手
・電池残量計測の開始
・電池残量計測結果の表示
・出力電圧割当情報の表示
・出力状態1の出力
このようにシステム制御情報リセットボタンを押すことにより、ディップスイッチへの設定登録、結線作業、電池交換作業を行う際の人為的ミスを削減することが可能になる。
<System control information reset button>
In this power supply system, when the system control reset button is pressed once, an information acquisition command is issued from the system control reset button to the power supply
Acquisition of power supply information from the power supply
本発明は、接続されている負荷機器の消費電力や、気温が、特定の間隔で変動する場所、用途で使用される電源システムに関する。特に、通信機器やセンシング、さらに電子ペーパーを用いたデジタルサイネージ機器のように定期的に電力を消費する負荷機器に電力を供給する電源システムや、屋外機器に電源供給を行う電源システムに適応すれば大きな効果ある。 The present invention relates to a power supply system used in places and applications where the power consumption of connected load devices and temperature fluctuate at specific intervals. In particular, if it can be applied to a power supply system that supplies power to load equipment that regularly consumes power, such as communication equipment, sensing, and digital signage equipment that uses electronic paper, or to a power supply system that supplies power to outdoor equipment. It has great effect.
100 電源システム
101 第一の負荷機器
102 第二の負荷機器
103 第三の負荷機器
104 第四の負荷機器
111 第一の外部出力端子
112 第二の外部出力端子
113 第三の外部出力端子
114 第四の外部出力端子
121 電源情報格納部
122 出力状態切替えタイミング情報格納部
123 出力電圧割当情報格納部
124 出力状態情報格納部
130 電源システム制御部
131 システム制御情報リセットボタン
132 分圧回路部
133 DC/DCコンバータ(3.3V)
134 DC/DCコンバータ(5V)
135 DC/DCコンバータ(12V)
136 出力制御スイッチ群
1361、1362、1363、1364 出力制御スイッチ
137 出力制御スイッチ群
1371、1372、1373、1374 出力制御スイッチ
138 電圧計測スイッチ
141 電池(12V)
142 電池(3V)
143 電池(6V)
150 システム情報表示部
300 太陽光発電電源システム
301 太陽電池
302 ソーラーチャージャー
401 3.3V用スイッチ
402 5V用スイッチ
403 12V用スイッチ
500 電源システム
100
134 DC/DC converter (5V)
135 DC/DC converter (12V)
136 output
142 Battery (3V)
143 Battery (6V)
150 System
Claims (3)
電源と、
前記電源の電圧を計測する電圧計測手段と、
前記複数種の電源から選択した電源の上限電圧情報と下限電圧情報からなる電源情報を格納する電源情報格納手段と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電圧計測手段で計測した前記電源の電圧が前記電源情報格納手段で格納された前記上限電圧情報と前記下限電圧情報の範囲内に無いときに、前記電源が前記複数種の電源から選択した電源ではない電池が使用されたものと判断し前記電源システムの停止処理を行う、
ことを特徴とする電源システム。 A power supply system that can use multiple types of power supplies,
a power supply;
voltage measuring means for measuring the voltage of the power supply;
power supply information storage means for storing power supply information consisting of upper limit voltage information and lower limit voltage information of a power supply selected from the plurality of types of power supplies;
a control unit;
with
When the voltage of the power supply measured by the voltage measuring means is not within the range of the upper limit voltage information and the lower limit voltage information stored in the power supply information storage means, the control section determines that the power supply is of the plurality of types. Judging that a battery other than the power source selected from the power source has been used, performing stop processing of the power source system;
A power system characterized by:
電源と、
前記電源の電圧を計測する電圧計測手段と、
前記複数種の電源から選択した電源の上限電圧情報と下限電圧情報ならびに電源の種類情報からなる電源情報を格納する電源情報格納手段と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電源情報格納手段で格納された前記上限電圧情報と前記下限電圧情報、ならびに前記電源の種類情報をもとに、前記電圧計測手段で計測した前記電源の電圧から前記電源の残量を推定する、
ことを特徴とする電源システム。 A power supply system that can use multiple types of power supplies,
a power supply;
voltage measuring means for measuring the voltage of the power supply;
power supply information storage means for storing power supply information including upper limit voltage information, lower limit voltage information, and power supply type information of a power supply selected from the plurality of types of power supplies;
a control unit;
with
Based on the upper limit voltage information and the lower limit voltage information stored in the power supply information storage means and the type information of the power supply, the control unit measures the voltage of the power supply measured by the voltage measurement means. Estimate remaining amount,
A power system characterized by:
太陽光発電から充電する二次電池と、
前記二次電池の電圧を計測する電圧計測手段と、
前記二次電池の上限電圧情報からなる電源情報を格納する電源情報格納手段と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電圧計測手段で日没直後の前記二次電池の電圧を定期的に計測し、定期的に計測した日没直後の前記二次電池の電圧のうち最も高い電圧と、前記電源情報格納手段で格納されている前記上限電圧情報との差によって前記二次電池の劣化度を推定する、
ことを特徴とする電源システム。 A power supply system powered by a secondary battery charged from solar power,
a secondary battery that is charged from solar power;
voltage measuring means for measuring the voltage of the secondary battery;
power source information storage means for storing power source information including upper limit voltage information of the secondary battery;
a control unit;
with
The control unit periodically measures the voltage of the secondary battery immediately after sunset by the voltage measuring means, and measures the highest voltage among the periodically measured voltages of the secondary battery immediately after sunset, and the estimating the degree of deterioration of the secondary battery by a difference from the upper limit voltage information stored in the power supply information storage means;
A power system characterized by:
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