JP2023039262A - 電源装置及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で精度よく二次電池の残容量の算出を行うこと。【解決手段】実施形態に係る、二次電池の放電電圧に基づいて二次電池の残容量を算出する電源装置は、ＡＣ電源回路と、二次電池と、充電回路と、放電回路と、制御回路とを備える。ＡＣ電源回路は、ＡＣ電源からのＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。充電回路は、ＡＣ電源からのＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、ＤＣ電圧によって二次電池を充電する。放電回路は、二次電池を放電する。制御回路は、二次電池の放電電流を検出し、検出した放電電流に基づいて充電回路から出力される電流を制御することで、二次電池から放電回路に出力される電流をキャンセルする。【選択図】 図１

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、電源装置及び超音波診断装置に関する。

電力を消費する装置（電力消費装置）に無停電電源装置等の電源装置が接続される。電源装置は、通常時に、電力消費装置に電力を供給するとともに、停電等によって電力が断たれた場合に、電力消費装置に電力を供給する。無停電電源装置は、商用のＡＣ（交流）電源に接続されて使用され、ＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply）と呼ばれる。

また、従来、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の電子機器に搭載される二次電池の残容量（ＲＣ：Remaining Capacity）は、満充電容量（ＦＣＣ：Full Charge Capacity）、すなわち、満充電状態における二次電池の電気量（電流値×時間）又は電力量（電力値×時間）のそれぞれに対して、充電／放電電流又は充電／放電電力の積算値（充放電量）を加算／減算して算出されている。いわゆる残容量は、満充電容量に対する相対残容量（ＲＳＯＣ：Relative State Of Charge）として表されることもある。このように残容量の算出の元になる満充電容量は、二次電池の使用に伴う劣化に応じて低下するにも関わらず、二次電池の実際の使用状態において満充電状態から放電終止状態になるまで放電（又は放電終止状態から満充電状態になるまで充電）されることが殆どないため、正確な満充電容量を算出する機会に乏しいのが実情である。

そこで、第１及び第２時点における二次電池の放電電圧（無負荷電圧）から算出した相対残容量の変化量と、第１及び第２時点の間における充放電量の変化量とから、二次電池の満充電容量を算出する技術がある。このように、二次電池の放電電圧に基づいて算出した満充電容量を相対残容量に乗じることで二次電池の残容量が算出される。さらに、二次電池の残容量を算出したときからの充放電量を加算／減算することによって新たな残容量が算出される。

特開２００９－１６５２０３号公報

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、簡易な構成で精度よく二次電池の残容量の算出を行うことである。ただし、本明細書等に開示の実施形態により解決される課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を、本明細書等に開示の実施形態が解決する他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係る、二次電池の放電電圧に基づいて二次電池の残容量を算出する電源装置は、ＡＣ電源回路と、二次電池と、充電回路と、放電回路と、制御回路とを備える。ＡＣ電源回路は、ＡＣ電源からのＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。充電回路は、ＡＣ電源からのＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、ＤＣ電圧によって二次電池を充電する。放電回路は、二次電池を放電する。制御回路は、二次電池の放電電流を検出し、検出した放電電流に基づいて充電回路から出力される電流を制御することで、二次電池から放電回路に出力される電流をキャンセルする。

図１は、第１の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す概略図。 図２は、第１の比較例に係る電源装置の構成の一例を示す概略図。 図３は、第２の比較例に係る電源装置の構成の一例を示す概略図。 図４は、第３の比較例に係る電源装置の構成の一例を示す概略図。 図５は、第１の実施形態に係る電源装置を設ける超音波診断装置の構成の一例を示す概略図。 図６は、超音波診断装置に設けられる、第１の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す概略図。 図７は、超音波診断装置に設けられる、第２の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す概略図。

以下、図面を参照しながら、電源装置及び超音波診断装置の実施形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す概略図である。

図１は、第１の実施形態に係る電源装置１０と、電力消費装置２０とを示す。電源装置１０は、無停電電源装置、すなわちＵＰＳであり、ＡＣ（交流）電源回路１１と、ダイオード１２と、可変充電回路（ＡＣ－ＤＣコンバータ）１３と、放電回路（ＤＣ－ＤＣコンバータ）１４と、ダイオード１５と、電池パック１６と、電流計１７と、制御回路１８とを備える。構成要素１３～１８は、電池ユニットＵを構成する。また、電池パック１６は、二次電池Ｃと残容量算出回路Ｄとを備える。なお、制御回路１８と、残容量算出回路Ｄとは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ:Application Specific Integrated Circuit）等によって構成される。

電力消費装置２０は、一般に電力を消費する全ての電子機器を意味する。例えば、電力消費装置２０は、図５を用いて後述する医用画像診断装置（例えば、超音波診断装置１００）や、ＰＣ（Personal Computer）、スマートフォン、及びタブレット等のコンピュータや、デジタルカメラや、家電製品等のうち電力を消費する電子部品を意味する。例えば、超音波診断装置１００の電力を消費する電子部品とは、図５に示す装置本体３０（超音波プローブ４０、入力インターフェース５０、ディスプレイ６０を含む場合もある）である。

電源装置１０は、電力消費装置２０に接続され、ＡＣ電源回路１１と、ダイオード１２とを介して電力消費装置２０に電力を供給する。ＡＣ電源回路１１は、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。一方で、電源装置１０は、停電等によってＡＣ電源からの電力が断たれた場合に、電池ユニットＵを介して電力消費装置２０に電力を供給する。

電池パック１６の二次電池Ｃは、充電を行うことにより繰り返し使用することができる電池（化学電池）を意味し、蓄電池又はバッテリとも呼ばれる。例えば、二次電池Ｃは、定電流充電と低電圧充電とを組み合わせる必要のあるリチウムイオンバッテリであることが好適である。

電池パック１６の残容量算出回路Ｄは、二次電池Ｃの残容量を算出（推定）する。残容量算出回路Ｄは、二次電池Ｃの残容量を、満充電容量、すなわち、満充電状態における二次電池Ｃの電気量又は電力量のそれぞれに対して、充電／放電電流、又は、充電／放電電力の積算値（充放電量）を加算／減算して算出する。いわゆる残容量は、満充電容量に対する相対残容量として表されることもある。このように残容量の算出の元になる満充電容量は、二次電池Ｃの使用に伴う劣化に応じて低下するにも関わらず、二次電池Ｃの実際の使用状態において満充電状態から放電終止状態になるまで放電（又は放電終止状態から満充電状態になるまで充電）されることが殆どないため、正確な満充電容量を算出する機会に乏しい。

そこで、残容量算出回路Ｄは、第１及び第２時点における二次電池Ｃの放電電圧（無負荷電圧、すなわち、開放電圧）から算出した、第１及び第２時点の間における相対残容量の変化量と、第１及び第２時点の間における充放電量の変化量とから、二次電池Ｃの満充電容量を算出する。そして、残容量算出回路Ｄは、二次電池Ｃの放電電圧に基づいて算出した満充電容量を相対残容量に乗じることで二次電池Ｃの残容量を算出する。さらに、残容量算出回路Ｄは、二次電池Ｃの残容量を算出したときからの充放電量を加算／減算することによって二次電池Ｃの新たな残容量を算出する。

ここで、二次電池Ｃが充電されていない時は、二次電池Ｃから放電回路１４を介して常時の放電電流が流れることとなる。放電電流値が閾値を超えると、二次電池Ｃの開放電圧が測定できないため、二次電池Ｃの残容量の算出を正しく行うことができなくなる。そこで、電源装置１０は、電力消費装置２０がＡＣ電源回路１１により動作していて、非充電時等の軽負荷時に、二次電池Ｃが負荷に電力を供給し続ける場合に可変充電回路１３から電力を出力することで、二次電池Ｃが供給する電力を相殺するものとする。それにより、電源装置１０は、二次電池Ｃの残容量の算出タイミングを提供し、残容量算出回路Ｄは、算出タイミングで、放電電圧から残容量の算出を精度よく行うことができる。

残容量算出回路Ｄによる二次電池Ｃの残容量の算出タイミングで、制御回路１８は、電流計１７により二次電池Ｃの放電電流値を検出し、放電回路１４の消費電力（軽負荷電力）Ｐ１を全て可変充電回路１３から供給するように制御する。つまり、制御回路１８による制御により、二次電池Ｃの放電電流Ｉ３をキャンセルする。ここで、二次電池Ｃの放電電流Ｉ３のキャンセルとは、二次電池Ｃの放電電流Ｉ３を「０」とする場合の他、二次電池Ｃの放電電流Ｉ３が閾値以下（又は未満）の場合を含む。以下、二次電池Ｃの放電電流Ｉ３のキャンセルが、放電電流Ｉ３＝０の場合を意味するものとして説明する。

二次電池Ｃの放電電流Ｉ３がキャンセルされるとき、電力消費装置２０の消費電力Ｐ２はＡＣ電源からＡＣ電源回路１１とダイオード１２とを介して供給される。電圧は、Ｖ０＞Ｖ４に調整され、放電回路１４の出力電力は無い。放電回路１４は消費電力Ｐ１でアイドル動作を行い、消費電力Ｐ１は可変充電回路１３からのみ供給される（Ｉ１＝Ｉ２）。なお、制御回路１８は、二次電池Ｃの放電電流Ｉ３がキャンセルされるように（Ｉ３＝０）、可変充電回路１３からの電流をフィードバック制御することが好適である。

一方で、電源装置１０に対する比較例について図２～図４を用いて説明する。

図２は、第１の比較例に係る電源装置の構成の一例を示す概略図である。

図２は、第１の比較例に係る電源装置１０Ｐと、電力消費装置２０とを示す。電源装置１０Ｐは、ＡＣ電源回路１１と、ダイオード１２と、充電回路１３Ｐと、放電回路１４と、ダイオード１５と、電池パック１６とを備える。また、構成要素１３Ｐ、１４～１６は、電池ユニットＵＰを構成する。

電源装置１０Ｐは、電力消費装置２０に接続され、ＡＣ電源回路１１と、ダイオード１２とを介して電力消費装置２０に電力を供給する。一方で、電源装置１０Ｐは、停電等によって電力が断たれた場合に、電池ユニットＵＰを介して電力消費装置２０に電力を供給する。なお、図２において、図１に示す構成と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。

電源装置１０Ｐにおいて、電力消費装置２０の消費電力Ｐ２は、ＡＣ電源からＡＣ電源回路１１とダイオード１２とを介して供給される。電圧はＶ０＞Ｖ４に調整され、放電回路１４の出力電力は無い。放電回路１４は消費電力Ｐ１でアイドル動作を行い、消費電力Ｐ１は二次電池Ｃからのみ供給される（Ｉ３＝Ｉ２）。この場合、充電は休止され充電回路１３Ｐの出力電流は「０」となる（Ｉ１＝０）。

図２の構成では、図１の構成とは異なり、二次電池Ｃの放電電流Ｉ３をキャンセルできないので、二次電池Ｃの残容量の算出の精度がよくない。

図３は、第２の比較例に係る電源装置の構成の一例を示す概略図である。

図３は、第２の比較例に係る電源装置１０Ｑと、電力消費装置２０とを示す。電源装置１０Ｑは、ＡＣ電源回路１１Ｑと、ダイオード１２Ｑと、充電回路１３Ｑと、放電回路１４Ｑと、ダイオード１５Ｑと、電池パック１６とを備える。

電源装置１０Ｑは、電力消費装置２０に接続され、ＡＣ電源回路１１Ｑと、ダイオード１２Ｑと、放電回路１４Ｑとを介して電力消費装置２０に電力を供給する。一方で、電源装置１０Ｑは、停電等によって電力が断たれた場合に、電池パック１６と、ダイオード１５Ｑと、放電回路１４Ｑとを介して電力消費装置２０に電力を供給する。なお、図３において、図１に示す構成と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。

電源装置１０Ｑにおいて、電力消費装置２０の消費電力Ｐ２は、ＡＣ電源からＡＣ電源回路１１Ｑと、ダイオード１２Ｑと、放電回路１４Ｑとを介して供給される。電圧はＶ０＞Ｖ１に調整され、二次電池Ｃの出力電力は無い。また、放電回路１４Ｑの変換損失である消費電力Ｐ１はＡＣ電源回路１１Ｑから供給される。

図３の構成では、図１の構成と同様に、二次電池Ｃの放電電流をキャンセルすることができるので、精度よく二次電池Ｃの残容量の算出を行うことができる。しかしながら、図３の構成では、二次電池Ｃの電圧程度の低電圧でダイオード１５Ｑに通電することになるため、電力損失が発生してしまうという課題がある。

図４は、第３の比較例に係る電源装置の構成の一例を示す概略図である。

図４は、第３の比較例に係る電源装置１０Ｒと、電力消費装置２０とを示す。電源装置１０Ｒは、ＡＣ電源回路１１と、ダイオード１２と、充電回路１３Ｒ，１３Ｒ´と、放電回路１４と、ダイオード１５と、電池パック１６，１６´と、スイッチ１９，１９´とを備える。

電源装置１０Ｒは、電力消費装置２０に接続され、ＡＣ電源回路１１と、ダイオード１２とを介して電力消費装置２０に電力を供給する。一方で、電源装置１０Ｐは、停電等によって電力が断たれた場合に、電池パック１６，１６´を介して電力消費装置２０に電力を供給する。なお、図４において、図１に示す構成と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。また、図示していないが、電池パック１６，１６´には、図１に示す構成と同様に、それぞれ二次電池Ｃおよび残容量算出回路Ｄが備えられている。

電源装置１０Ｒにおいて、スイッチ１９，１９´により電池パック１６，１６´を切り替え可能であり、電池パック１６，１６´のうち放電電圧を測定するもののみスイッチ１９，１９´をオープンとする。

図４の構成では、図１の構成と同様に、電池パック１６，１６´の各二次電池Ｃの放電電流をキャンセルすることができるので、精度よく二次電池Ｃの残容量の算出を行うことができる。しかしながら、図４の構成では、放電電圧の測定時にも装置（例えば、スイッチ１９，１９´）を駆動する可能性があるため、切り替え機能が無い場合で不要であった電池パックを冗長追加する課題がある。

以上説明したように、図１に示す電源装置１０によれば、残容量の算出を精度よくできなくなる原因であった常時の放電電流と同等の電流を可変充電回路１３から供給するのみで切り替えが不要となり、図２～図４で説明した課題を解決することができる。つまり、図１に示す電源装置１０によれば、可変充電回路１３から出力される電流を制御して二次電池Ｃの放電電流をキャンセルすることができるので、適切なタイミングで、精度よく、二次電池Ｃの放電電圧に基づいて二次電池Ｃの残容量を算出することができる。

（第１の実施形態の適用例）
電源装置１０は、具体的には、医用画像データを生成する医用画像診断装置や、医用画像データを処理する画像処理装置（ワークステーションを含む）や、医用画像データを管理する医用画像データを管理する画像サーバの一部として設けられる。以下、電源装置１０が、医用画像診断装置としての超音波診断装置の一部として設けられる場合について説明する。しかし、その場合に限定されるものではない。例えば、電源装置１０は、医用画像診断装置としての単純Ｘ線装置、Ｘ線透視撮影装置、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、及び核医学診断装置等の一部として設けられる場合であってもよい。

図５は、超音波診断装置の構成の一例を示す概略図である。図６は、超音波診断装置に設けられる電源装置１０の構成の一例を示す概略図である。なお、超音波診断装置に設けられる電源装置１０の構成及び動作は、図１に示す電源装置１０の構成及び動作と同等であるので説明を省略する。

図５は、電源装置１０を設ける超音波診断装置１００を示す。超音波診断装置１００は、電源装置１０と、電力消費装置２０（図１に図示）としての装置本体３０と、超音波プローブ４０と、入力インターフェース５０と、ディスプレイ６０とを示す。なお、装置本体３０に、超音波プローブ４０と、入力インターフェース５０と、ディスプレイ６０と、電源装置１０とのうちの少なくとも１個を加えた装置を装置本体と称する場合もある。以下の説明では、装置本体３０の外部に、超音波プローブ４０と、入力インターフェース５０と、ディスプレイ６０と、電源装置１０との全てが備えられる場合について説明する。

電源装置１０は、図１を用いて説明した構成及び機能を備え、電力消費装置２０としての装置本体３０に電力を供給する。

装置本体３０は、電源装置１０から電力の供給を受け、超音波の送受信を制御するとともに、超音波の送受信に基づく超音波画像データを生成する。装置本体３０は、送受信回路３１と、Ｂモード処理回路３２と、ドプラ処理回路３３と、画像生成回路３４と、画像メモリ３５と、ネットワークインターフェース３６と、処理回路３７と、メインメモリ３８とを備える。回路３１～３４は、特定用途向け集積回路等によって構成されるものである。しかしながら、その場合に限定されるものではなく、回路３１～３４の機能の全部又は一部は、処理回路３７がプログラムを実行することで実現されるものであってもよい。

送受信回路３１は、送信回路及び受信回路（図示省略）を有する。送受信回路３１は、処理回路３７による制御の下、超音波の送受信における送信指向性と受信指向性とを制御する。なお、送受信回路３１が装置本体３０に設けられる場合について説明するが、送受信回路３１は、超音波プローブ４０に設けられてもよいし、装置本体３０と超音波プローブ４０との両方に設けられてもよい。なお、送受信回路３１は、送受信部の一例である。

送信回路は、パルス発生回路、送信遅延回路、及びパルサ回路等を有し、超音波振動子に駆動信号を供給する。パルス発生回路は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。送信遅延回路は、超音波プローブ４０の超音波振動子から発生される超音波をビーム状に集束し、送信指向性を決定するために必要な圧電振動子ごとの遅延時間を、パルス発生回路が発生する各レートパルスに対し与える。また、パルサ回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波振動子に駆動パルスを印加する。送信遅延回路は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、圧電振動子面から送信される超音波ビームの送信方向を任意に調整する。

受信回路は、アンプ回路、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器、及び加算器等を有し、超音波振動子が受信したエコー信号を受け、このエコー信号に対して各種処理を行ってエコーデータを生成する。アンプ回路は、エコー信号をチャンネル毎に増幅してゲイン補正処理を行う。Ａ／Ｄ変換器は、ゲイン補正されたエコー信号をＡ／Ｄ変換し、デジタルデータに受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算器は、Ａ／Ｄ変換器によって処理されたエコー信号の加算処理を行ってエコーデータを生成する。加算器の加算処理により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。

Ｂモード処理回路３２は、処理回路３７による制御の下、受信回路からエコーデータを受信し、対数増幅、及び包絡線検波処理等を行って、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（２次元又は３次元データ）を生成する。このデータは、一般に、Ｂモードデータと呼ばれる。なお、Ｂモード処理回路３２は、Ｂモード処理部の一例である。

ドプラ処理回路３３は、処理回路３７による制御の下、受信回路からのエコーデータから速度情報を周波数解析し、平均速度、分散、パワー等の移動体の移動情報を多点について抽出したデータ（２次元又は３次元データ）を生成する。このデータは、一般に、ドプラデータと呼ばれる。ここで、移動体とは、例えば、血流や、心壁等の組織、造影剤である。なお、ドプラ処理回路３３は、ドプラ処理部の一例である。

画像生成回路３４は、処理回路３７による制御の下、超音波プローブ４０が受信したエコー信号に基づいて、所定の輝度レンジで表現された超音波画像を画像データとして生成する。例えば、画像生成回路３４は、超音波画像として、Ｂモード処理回路３２によって生成された２次元のＢモードデータから反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像を生成する。また、画像生成回路３４は、超音波画像として、ドプラ処理回路３３によって生成された２次元のドプラデータから移動態情報を表す平均速度画像、分散画像、パワー画像、又は、これらの組み合わせ画像としてのカラードプラ画像を生成する。なお、画像生成回路３４は、画像生成部の一例である。

画像メモリ３５は、例えば、磁気的若しくは光学的記録媒体、又は半導体メモリ等のプロセッサにより読み取り可能な記録媒体等を有する。画像メモリ３５は、処理回路３７の制御による制御の下、画像生成回路３４によって生成された、心拍データに対応付けられた複数心拍分の超音波画像データを保存する。画像メモリ３５に保存された複数の超音波画像データは、被検体の心拍データと１心拍（１つの心周期）単位で対応付けられる。具体的には、例えば画像メモリ３５に保存された各超音波画像データは、１心拍に対応する心拍データに対応付けられる。

ネットワークインターフェース３６は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワークインターフェース３６は、この各種プロトコルに従って、超音波診断装置１００と、外部機器（図示省略）とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続等を適用することができる。ここで、電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線／有線の病院基幹のＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワーク及び衛星通信ネットワーク等を含む。

また、ネットワークインターフェース３６は、非接触無線通信用の種々のプロトコルを実装してもよい。この場合、装置本体３０は、例えば超音波プローブ４０と、ネットワークを介さず直接にデータ送受信することができる。なお、ネットワークインターフェース３６は、ネットワーク接続部の一例である。

処理回路３７は、専用又は汎用のＣＰＵ（central processing unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）の他、ＡＳＩＣ、及び、プログラマブル論理デバイス等を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：simple programmable logic device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：complex programmable logic device）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：field programmable gate array）等が挙げられる。

また、処理回路３７は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した回路要素の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、メインメモリ３８は回路要素ごとに個別に設けられてもよいし、単一のメインメモリ３８が複数の回路要素の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。なお、処理回路３７は、処理部の一例である。

メインメモリ３８は、ＲＡＭ（random access memory）、フラッシュメモリ（flash memory）等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって構成される。メインメモリ３８は、ＵＳＢ（universal serial bus）メモリ及びＤＶＤ（digital video disk）等の可搬型メディアによって構成されてもよい。メインメモリ３８は、処理回路３７において用いられる各種処理プログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（operating system）等も含まれる）や、プログラムの実行に必要なデータを記憶する。また、ＯＳに、操作者に対するディスプレイ６０への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力インターフェース５０によって行うことができるＧＵＩ（graphical user interface）を含めることもできる。なお、メインメモリ３８は、記憶部の一例である。

超音波プローブ４０は、前面部に複数個の微小な振動子（圧電素子）を備え、スキャン対象を含む領域、例えば管腔体を含む領域に対して超音波の送受波を行う。各振動子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルスに変換し、また、受信時には反射波を電気信号（受信信号）に変換する機能を有する。超音波プローブ４０は小型、軽量に構成されており、ケーブル（又は無線通信）を介して装置本体３０に接続される。

入力インターフェース５０は、操作者によって操作が可能な入力デバイスと、入力デバイスからの信号を入力する入力回路とを含む。入力デバイスは、トラックボール、スイッチ、マウス、キーボード、操作面に触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力デバイス、及び音声入力デバイス等によって実現される。操作者により入力デバイスが操作されると、入力回路はその操作に応じた信号を生成して処理回路３７に出力する。なお、入力インターフェース５０は、入力部の一例である。

ディスプレイ６０は、例えば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等の一般的な表示出力装置により構成される。ディスプレイ６０は、処理回路３７の制御に従って各種情報を表示する。なお、ディスプレイ６０は、表示部の一例である。

電源装置１０は、電力消費装置２０（図１に図示）の一例である装置本体３０（超音波プローブ４０、入力インターフェース５０、ディスプレイ６０を含む場合もある）に電力を供給する。

以上説明したように、図５及び図６に示す超音波診断装置１００の電源装置１０によれば、残容量の算出が精度よくできなくなる原因であった常時の放電電流と同等の電流を可変充電回路１３から供給するのみで、切り替えが不要となり、図２～図４で説明した課題を解決することができる。つまり、図５及び図６に示す超音波診断装置１００の電源装置１０によれば、可変充電回路１３から出力される電流を制御して二次電池Ｃの放電電流をキャンセルすることができるので、適切なタイミングで、正確に精度よく、二次電池Ｃの放電電圧に基づいて二次電池Ｃの残容量を算出することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態に係る電源装置１０は、ＡＣ電源回路１１が電池ユニットＵと独立して構成され、電力消費装置２０（例えば、装置本体３０）の消費電力の変動が十分に小さい場合に、二次電池Ｃの放電電圧に基づいて二次電池Ｃの残容量を算出するものである。なお、電源装置１０（図５及び図６に図示）において、装置本体３０の消費電力の変動が十分に小さい場合、つまり、消費電力が安定する場合としては、装置本体３０が長時間使用されない場合（検査待ち画面が表示されている場合）や、処理回路３７のＣＰＵのクロックブーストが停止中の場合を含む。

一方で、電源回路が簡易な構成、つまり、ＡＣ電源回路１１が電池ユニットＵと独立して構成されるものではない場合、言い換えれば、常時変換方式である場合、電力消費装置２０（例えば、装置本体３０）の負荷電力Ｐ２が急減する場合に、ＡＣ電源回路の出力電圧が上昇し、二次電池Ｃに過大な電圧が印加されるという課題がある。この課題を解決するために、第２の実施形態に係る電源装置１０Ａは、負荷電力Ｐ２が急減する前に制御回路１８Ａがフィードフォワード制御信号を装置本体３０から受信することで、ＡＣ電源回路の電流出力を停止し電圧上昇を防止する。装置本体３０がフィードフォワード制御信号を発する具体的な条件として、消費電力が大きなプッシュパルスが停止するタイミングがある。

この場合、電源装置１０Ａは、放電電流Ｉ３を負荷に追従させるため、装置本体３０の消費電力Ｐ２の変動に応じて装置本体３０からフィードフォワード制御信号を受信し、フィードフォワード制御信号に基づいて電流Ｉ３をキャンセルするタイミングを制御する。なお、超音波診断装置の構成については、図５に示すものと同等であるので、説明を省略する。

図７は、超音波診断装置に設けられる、第２の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す概略図である。

図７は、第２の実施形態に係る電源装置１０Ａと、電力消費装置２０としての装置本体３０とを示す。電源装置１０Ａは、電源装置１０（図１に図示）と同様に、無停電電源装置、すなわちＵＰＳである。電源装置１０Ａは、ＡＣ電源回路１１と、可変充電回路１３Ａと、放電回路１４Ａと、電池パック１６と、電流計１７と、制御回路１８Ａとを備える。可変充電回路１３Ａは、ＤＣ電圧に基づいて、二次電池Ｃを充電する。なお、制御回路１８Ａと、残容量算出回路Ｄとは、特定用途向け集積回路等によって構成される。また、ＡＣ電源回路１１と、可変充電回路１３Ａとは単一の回路構成とすることもでき、その場合、回路数の削減を実現することもできる。

なお、図７において、図１及び図６に示す構成と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。

二次電池Ｃの充電時は、可変充電回路１３Ａは、負荷電力（放電回路１４Ａの消費電力Ｐ１＋装置本体３０の消費電力Ｐ２）相当の電流Ｉ２と充電電流Ｉ３（値は負）の和に等しい電流Ｉ１を供給する（Ｉ２＋Ｉ３＝Ｉ１）。充電完了後は、制御回路１８Ａによる制御により二次電池Ｃの放電電流Ｉ３をキャンセルし（Ｉ３＝０）、可変充電回路１３Ａは、Ｉ２＝Ｉ１となる電流を供給する。制御回路１８Ａは、負荷電流Ｉ２が急減少する場合（閾値を超えて減少する場合）に、装置本体３０からフィードフォワード制御信号を受信する。制御回路１８Ａは、制御回路１８の動作に加え、フィードフォワード制御信号の受信タイミングで、ＡＣ電源回路１１Ａの電流出力を停止し電圧上昇を防止する制御を行う。

例えば、装置本体３０の消費電力が急減する場合（消費電力の減少が閾値を超える場合）としては、入力インターフェース５０としてのフリーズボタンが押圧された場合、つまり、装置本体３０のアナログ回路の動作が停止された場合と、超音波画像データを生成する診断モードから患者情報入力モードに切り替わった場合と、ディスプレイ６０の動作（例えば、表示）が停止された場合とのうち少なくとも１つを含む。例えば、装置本体３０のアナログ回路は、装置本体３０の送受信端のＦＥ（Front-End）である送受信回路３１等を含み、送受信回路３１で送信パルスを生成する送信回路（Ｔ_Ｘ）や、エコー信号を受信する受信回路（Ｒ_Ｘ）等を意味する。

超音波診断装置１００の簡易構成の電源装置１０Ａによれば、可変充電回路１３Ａから出力される電流を制御して二次電池Ｃの放電電流をキャンセルすることができるので、適切なタイミングで、精度よく、二次電池Ｃの放電電圧に基づいて二次電池Ｃの残容量を算出することができる。また、簡易構成の電源装置１０Ａによれば、装置本体３０の消費電力が急減する場合に、ＡＣ電源回路１１の出力電圧が上昇して二次電池Ｃに過大電圧が印加されることを防止することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、簡易な構成で精度よく二次電池の残容量の算出を行うことができる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせ、実施形態と１又は複数の変形例との組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，１０Ａ…電源装置
２０…電力消費装置
１１…ＡＣ電源回路
１２…ダイオード
１３，１３Ａ…可変充電回路
１４，１４Ａ…放電回路
１５…ダイオード
１６…電池パック
１７…電流計
１８，１８Ａ…制御回路
３０…装置本体
１００…超音波診断装置
Ｃ…二次電池
Ｄ…残容量算出回路

Claims (7)

1. 二次電池の放電電圧に基づいて前記二次電池の残容量を算出する電源装置であって、
   ＡＣ電源からのＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するＡＣ電源回路と、
   前記二次電池と、
   前記ＡＣ電源からのＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、前記ＤＣ電圧によって前記二次電池を充電する充電回路と、
   前記二次電池を放電する放電回路と、
   前記二次電池の放電電流を検出し、検出した前記放電電流に基づいて前記充電回路から出力される電流を制御することで、前記二次電池から前記放電回路に出力される電流をキャンセルする制御回路と、
   を備える電源装置。
2. 前記制御回路は、前記二次電池の前記放電電流がキャンセルされるように前記充電回路から出力される電流をフィードバック制御する、
   請求項１に記載の電源装置。
3. 前記二次電池は、リチウムイオンバッテリである、
   請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置と、
   前記電源装置から電力の供給を受け、超音波の送受信を制御するとともに前記超音波の送受信に基づく超音波画像データを生成する装置本体と、
   を備えた電源装置。
5. 二次電池の放電電圧に基づいて前記二次電池の残容量を算出する電源装置と、前記電源装置から電力の供給を受け、超音波の送受信を制御するとともに前記超音波の送受信に基づく超音波画像データを生成する装置本体とを備えた超音波診断装置であって、
   前記電源装置は、
   ＡＣ電源からのＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するＡＣ電源回路と、
   前記二次電池と、
   前記ＤＣ電圧に基づいて、前記二次電池を充電する充電回路と、
   前記二次電池を放電する放電回路と、
   前記二次電池の放電電流に基づいて前記充電回路から出力される電流を制御することで、前記二次電池から前記放電回路に出力される電流をキャンセルする制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、前記装置本体の消費電力の変動に応じて前記装置本体からフィードフォワード制御信号を受信し、前記フィードフォワード制御信号に基づいて前記ＡＣ電源回路の電流出力を停止する、
   超音波診断装置。
6. 前記ＡＣ電源回路と前記充電回路とが単一の回路構成である、
   請求項５に記載の超音波診断装置。
7. 前記装置本体は、前記フィードフォワード制御信号を、前記装置本体の送受信回路の動作が停止された場合と、前記超音波画像データを生成する診断モードから患者情報入力モードに切り替わった場合と、ディスプレイの表示が停止された場合とのうち少なくとも１つに基づいて発する、
   請求項５又は６に記載の超音波診断装置。

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