JP3174003U - Power supply that can replace the energy module without a power outage - Google Patents
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Abstract
【課題】継続稼動が必要となるシステムに安定な電力を供給できるように、電池の状態に応じて電池ユニットを交換するタイミングを取得することができる電源装置を提供する。
【解決手段】本電源装置は、電気的に接続される複数の電池ユニットa〜hからなるエネルギー蓄積電池アレイと、各電池ユニットa〜hに対して充電又は放電を行う充放電ユニットと、システムの電気的状態を取得するための制御ユニット24とを含む。制御ユニット24は、エネルギー蓄積電池アレイと交換された新たな電池ユニット203の電気的状態を取得して、充放電手段又は受動的に待機する方式によって、新たな電池ユニット203とシステム全体の電気的特性を一致させるように適当な時点で新たな電池ユニット203を稼動させる。
【選択図】図2Provided is a power supply device capable of acquiring the timing for replacing a battery unit according to the state of a battery so that stable power can be supplied to a system that requires continuous operation.
The power supply apparatus includes an energy storage battery array including a plurality of electrically connected battery units a to h, a charge / discharge unit for charging or discharging each battery unit a to h, and a system. And a control unit 24 for acquiring the electrical state of the. The control unit 24 acquires the electrical state of the new battery unit 203 that has been replaced with the energy storage battery array, and uses the charging / discharging means or a passive standby method to electrically connect the new battery unit 203 and the entire system. A new battery unit 203 is operated at an appropriate time to match the characteristics.
[Selection] Figure 2
Description
本考案は、無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置に関し、特に電池の状態に応じて電池ユニットを交換するタイミングを取得することができる電源装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply device capable of exchanging energy modules without a power failure, and more particularly to a power supply device capable of acquiring a timing for replacing a battery unit according to a state of a battery.
長時間にわたって継続稼動が必要な電子システムにおいて、電力を持続的に供給することは基本の条件であるため、従来技術ではシステムの稼働中に電池を直接的に交換できる技術が開発された。従来技術の一つとして、電流制限(current limit)の技術によって稼動中に電池を直接的に交換できる電源装置の電力出力構造の模式図を示す図1を参照して説明する。図1に示す電力を供給する電源装置において、エネルギーを蓄積する主な設備は複数の電池パック(Battery Pack)(105、106、107、108)からなるエネルギー蓄積装置やエネルギー蓄積システムである。複数の電池パック(105、106、107、108)は回路基板(図示せず)によって互いに接続され、電力出力ユニット101を介して外部装置に電力を供給する。
In an electronic system that requires continuous operation over a long period of time, it is a basic condition that electric power is continuously supplied. Therefore, in the prior art, a technology has been developed in which a battery can be directly replaced during system operation. As one of the prior arts, a description will be given with reference to FIG. 1 showing a schematic diagram of a power output structure of a power supply device that can directly replace a battery during operation by a current limit technique. In the power supply apparatus for supplying power shown in FIG. 1, the main equipment for storing energy is an energy storage device or energy storage system including a plurality of battery packs (105, 106, 107, 108). The plurality of battery packs (105, 106, 107, 108) are connected to each other by a circuit board (not shown), and supply power to the external device via the
このような電池装置では、電流制限ユニット103を特に備えている。電流制限ユニット103は、電力出力ユニット101へ出力する電流を制御することができる。電流制限ユニット103は、通常の給電状態の場合、安定な電流を出力できるように制御を行い、複数の電池パック(105、106、107、108)を置き換える場合(例えば、電池パックを交換したり、電池パックを取り出したり、電池パックを取り付けたりするなどの動作を含む)、電池パックを置き換える際に安定な電流を出力できるように制御を行うことができるため、電力を供給する機能に影響を与えることがない。
Such a battery device particularly includes a current limiting
このようなエネルギー蓄積システムは複数の電池パックからなるものであるため、そのうちの一つの電池パックを取り出して他の一つの電池パックを取り付ける場合、エネルギーシステムが継続稼動する状態で電池パックを交換すると、エネルギーシステムに大きな突入電流(inrush current)やサージ電流(surge current)が生じるようになってしまう。その原因は、予備の電池パックの電気的特性(例えば、電圧、残留電力、充電状態(SOC:State Of Charge)など)と、稼働中のエネルギーシステムの電気的特性との間に所定の差異が存在するためであり、その差異によって予備の電池パックとエネルギーシステムの接触瞬間に突入電流やサージ電流が生じたことによって、システムに悪影響を与え、システムにダメージを与える恐れがある。 Since such an energy storage system is composed of a plurality of battery packs, when one of the battery packs is taken out and another battery pack is attached, the battery pack is replaced while the energy system is continuously operated. Therefore, a large inrush current and a surge current are generated in the energy system. The cause is that there is a predetermined difference between the electrical characteristics of the spare battery pack (for example, voltage, residual power, state of charge (SOC), etc.) and the electrical characteristics of the operating energy system. This is because there is an inrush current or surge current at the moment of contact between the spare battery pack and the energy system due to the difference, which may adversely affect the system and damage the system.
そこで、システムの稼働中にいずれかの電池ユニットが損傷して故障の電池ユニットを交換する場合、特定の回路手段で電池を交換する際に生じた過電圧(overvoltage)や過電流(overcurrent)などのサージ現象を防ぐことができる電気保護手段も開発されつつある。 Therefore, when one of the battery units is damaged during the operation of the system and the defective battery unit is replaced, such as an overvoltage or an overcurrent generated when the battery is replaced by a specific circuit means. Electrical protection means that can prevent the surge phenomenon are also being developed.
継続稼動が必要となるシステムに安定な電力を供給できること、適当なタイミングで新たな電池パックを交換できること、過電流や過電圧を有効に防ぐことができること、サージ現象で生じた過電流や過電圧による損傷を防ぐことができることといった効果を有する電源装置を提供することを課題とする。 Stable power can be supplied to systems that require continuous operation, new battery packs can be replaced at appropriate times, overcurrent and overvoltage can be effectively prevented, and damage caused by overcurrent and overvoltage caused by surge phenomenon It is an object of the present invention to provide a power supply device having an effect that can be prevented.
従来技術において、電池アレイにおける一つの電池パック若しくは一部の電池パックに異常が発生して、異常が発生した電池パックを交換する場合、新たな電池パックの電圧や電気的特性と継続稼働中のシステムの電圧や電気的特性の差異による大きなサージ電流が生じる恐れがある。そこで上記事情を鑑みて、本考案では、ハードウェア手段やファームウェア手段によって電池パックを交換する際に残留電力や充電状態を能動的に調整したり、又は受動的に検知したりすることによって適当な電気的接続のタイミングを取得することができる、無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置を提供する。 In the prior art, when an abnormality occurs in one battery pack or some battery packs in the battery array and the battery pack in which the abnormality has occurred is replaced, the voltage and electrical characteristics of the new battery pack and the ongoing operation Large surge currents may occur due to differences in system voltage and electrical characteristics. In view of the above circumstances, in the present invention, when the battery pack is replaced by hardware means or firmware means, the residual power and the charged state are actively adjusted or passively detected. Provided is a power supply device capable of obtaining the timing of electrical connection and capable of exchanging energy modules without a power failure.
本考案の電源装置は、電気的に接続される複数の電池ユニットからなるエネルギー蓄積電池アレイと、エネルギー蓄積電池アレイ又はそのうちの各電池ユニットに対して充電を行う充電ユニットと、放電経路に設けられる放電ユニットと、エネルギー蓄積電池アレイ及び複数の電池ユニットの電気的状態を取得すると共に、その電気的状態に基づいて稼働中に交換すべき電池ユニットをオンオフするように制御するための制御ユニットと、を含む。 The power supply apparatus of the present invention is provided in an energy storage battery array composed of a plurality of electrically connected battery units, a charge unit that charges the energy storage battery array or each of the battery units, and a discharge path. A discharge unit; a control unit for obtaining an electrical state of the energy storage battery array and the plurality of battery units and controlling the battery unit to be replaced during operation based on the electrical state; including.
電気的状態は、各電池ユニットとエネルギー蓄積電池アレイの電圧、残留電力又は充電状態であってもよい。後述の実施例の例示のように、エネルギー蓄積電池アレイは電気的状態を測定するための主系統制御回路を備え、各電池ユニットは各電池ユニットの電気的状態を測定するための副系統制御回路を備える。ここで注意すべき点は、エネルギー蓄積電池アレイにおける複数の電池ユニットを交換する場合、電池ユニットを一つずつ交換してもよく、複数の電池ユニットを同時に交換してもよい。 The electrical state may be the voltage, residual power, or state of charge of each battery unit and energy storage battery array. As illustrated in the embodiments described later, the energy storage battery array includes a main system control circuit for measuring an electrical state, and each battery unit is a sub-system control circuit for measuring the electrical state of each battery unit. Is provided. It should be noted that when replacing a plurality of battery units in the energy storage battery array, the battery units may be replaced one by one or the plurality of battery units may be replaced simultaneously.
放電ユニット又は充電ユニットは、一つ又は複数のスイッチを介して主系統制御回路又は副系統制御回路に電気的に接続される。制御ユニットは、電気的状態の分析結果に基づいてこれらのスイッチを直接的に制御することによって充電と放電のタイミングを制御する。このため、適当なタイミングで交換された電池ユニットをエネルギー蓄積電池アレイに電気的に接続させることができる。 The discharging unit or the charging unit is electrically connected to the main system control circuit or the sub system control circuit via one or a plurality of switches. The control unit controls the timing of charging and discharging by directly controlling these switches based on the analysis result of the electrical state. For this reason, the battery unit exchanged at an appropriate timing can be electrically connected to the energy storage battery array.
制御ユニットは、エネルギー蓄積電池アレイと複数の電池ユニットの電気的状態を取得するための電気的状態取得モジュールと、エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態と稼働中に交換すべき一つ又は複数の電池ユニットの電気的状態を比較するための比較モジュールと、エネルギー蓄積電池アレイが稼動中に一つ又は複数の交換すべき電池ユニットの電気的状態を制御する電気的状態制御モジュールと、取得した電気的状態に基づいて稼働中に交換すべき一つ又は複数の電池ユニットをオンオフするように制御するためのスイッチング制御モジュールと、を含む。 The control unit includes an energy storage battery array and an electrical state acquisition module for acquiring an electrical state of the plurality of battery units, and an electrical state of the energy storage battery array and one or more batteries to be replaced during operation. A comparison module for comparing the electrical state of the units, an electrical state control module for controlling the electrical state of one or more battery units to be replaced while the energy storage battery array is in operation, and the acquired electrical And a switching control module for controlling to turn on or off one or more battery units to be replaced during operation based on the state.
本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置によれば、電池パックを交換する際に装置全体における電池パックの電気的パラメーターに基づいて適当な電気的接続のタイミングを取得することによって新たな電池パックを適当なタイミングで交換することができるため、過電流や過電圧を有効に防止でき、サージ現象が生じることを有効に防止でき、ひいてはサージ現象で生じた過電流や過電圧による損傷を防ぐことができる。 According to the power supply device capable of exchanging energy modules without an uninterruptible power according to the present invention, when replacing the battery pack, an appropriate electrical connection timing is obtained based on the electrical parameters of the battery pack in the entire device. Can replace a new battery pack at an appropriate time, effectively preventing overcurrent and overvoltage, effectively preventing the occurrence of a surge phenomenon, and eventually causing damage caused by the overcurrent and overvoltage caused by the surge phenomenon. Can be prevented.
本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置(以下、電源装置という)は、稼働中の電源装置における電池ユニットを交換する場合、ファームウェア手段やハードウェア手段によって主系統全体又は電池ユニットの電気的パラメーターを調整して、適当なタイミングで電池ユニットを主系統に電気的に接続させることによって、電池ユニットと主系統を接続する際に生じたサージ現象による不安定とダメージといった不具合を防ぐことができる。 The power supply apparatus (hereinafter referred to as a power supply apparatus) capable of exchanging energy modules without a power failure according to the present invention is the whole main system or battery by firmware means or hardware means when replacing the battery unit in the operating power supply apparatus. By adjusting the electrical parameters of the unit and electrically connecting the battery unit to the main system at an appropriate timing, problems such as instability and damage due to the surge phenomenon that occur when connecting the battery unit and the main system are eliminated. Can be prevented.
図2は本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置の模式図を示している。図2に示す無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置は、主系統20と副系統とに大きく分けられる。電池ユニットは、充電を行ったりエネルギーを蓄積したりすることができる電池パック(Battery Pack)であることが好ましい。主系統20は、稼働中の電池アレイであり、互いに直列又は/及び並列した電池ユニットa,b,c,d,e,f,g,hと、それらに関する制御回路と、を含むようにしてもよい。副系統は、単一の電池ユニットであり、例えばオフされた電池ユニット、開路された電池ユニット、交換された新たな電池ユニットなどを指す。
FIG. 2 is a schematic diagram of a power supply apparatus capable of exchanging energy modules without power failure according to the present invention. The power supply device capable of exchanging energy modules with no power failure shown in FIG. 2 is roughly divided into a
電気的に接続された複数の電池ユニットa,b,c,d,e,f,g,hからなるエネルギー蓄積電池アレイは、該エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態を測定するための主系統制御回路23を備えている。主系統制御回路23は、各電池ユニット(ここで副系統という)の副系統制御回路22にそれぞれ電気的に接続されており、制御信号を送受信すると共に、各電池ユニットの電気的パラメーター(例えば、電圧、残留電力又は/及び充電状態などの情報を含む)を取得することによってアレイ全体の電気的状態を測定するためのものである。
An energy storage battery array including a plurality of electrically connected battery units a, b, c, d, e, f, g, and h has a main system control for measuring an electrical state of the energy storage battery array. A
各電池ユニットa,b,c,d,e,f,g,h(故障の電池ユニット201と新たな電池ユニット203を含む)は、主系統制御回路23に電気的に接続されると共に各電池ユニットの電気的状態を測定するための副系統制御回路22を有する。このような回路配置によって、制御信号と上述した各種の電気的パラメーター(電気的状態)を送受信する。ここで注意すべき点は、本考案の電源装置において、電源装置の稼働中に複数の電池ユニットを交換する場合、電池ユニットを一つずつ交換してもよく、複数の電池ユニットを同時に交換してもよい。
Each battery unit a, b, c, d, e, f, g, h (including a failed
例を挙げて説明する。破線で示したものは、エネルギー蓄積電池アレイにおける故障の電池ユニット201である。従来技術では、稼働中のシステムにおいて、一つ又は複数の電池ユニットが故障すると、システム全体の給電効率に影響を与えるだけではなく、給電システム全体を一時的に停止しなければ故障の電池ユニットを交換することができない。そこで、故障の電池ユニットを交換すると同時に給電システム全体を安定で持続稼動できるようなニーズに応じて、本考案の電源装置は、電池ユニットを交換すると同時に、主系統20と各電池ユニットの副系統の電気的状態を判断して、電気的状態を能動的又は受動的に調整することによって、適当な電気的接続のタイミングを得る。
An example will be described. What is indicated by a broken line is a
本実施例において、主系統制御回路23は、各副系統制御回路22から各電池ユニットの電気的状態を取得し、この電気的状態に基づいて主系統全体の電気的状態を得ると共に、故障又は不具合の電池ユニットをオフすることができる。本考案の電源装置は、制御ユニット24を更に含む。制御ユニット24は、主系統制御回路23と副系統制御回路22に電気的に接続されており、主系統制御回路23又は各副系統制御回路22からエネルギー蓄積電池アレイと複数の電池ユニットの電気的状態を取得する。
In the present embodiment, the main
交換すべき電池ユニット(図示の故障の電池ユニット201)が開路されたことを判断した後、システムを持続稼動すると同時に、故障の電池ユニット201を交換すべき電池ユニット(図示の新たな電池ユニット203)に置き換える。制御ユニット24は、取得した主系統20の電気的状態と新たな電池ユニット203が交換された副系統の電気的状態に基づいて、能動的又は受動的な方式で主系統20と副系統の電気的状態が一致になるタイミングを取得して、そのタイミングで稼働中に交換された一つ又は複数の電池ユニットと主系統20の間の電気的接続をオンオフするように制御する。
After determining that the battery unit to be replaced (failed
実施例に示すように、各電池ユニットの副系統制御回路22は、複数の接続ピンを介してエネルギー蓄積電池アレイの主系統制御回路23に電気的に接続される。複数の接続ピンは、一組の充放電ピンと稼働中に交換すべき電池ユニットをオンオフするための一組の信号ピンを少なくとも有する。
As shown in the embodiment, the sub system control circuit 22 of each battery unit is electrically connected to the main
制御ユニット24は、主系統20と各副系統の電圧、残留電力、充電状態などの電気的状態を対比するように動作する時、エネルギー蓄積電池アレイ又はそのうちの各電池ユニットに対して充電や放電を行うための充放電ユニットによって調整が行われる。充放電ユニットは、一つ又は複数のスイッチを介して主系統制御回路23又は副系統制御回路22に電気的に接続される。
The
図2に示す実施例において、充放電ユニットは、制御ユニット24に電気的に接続されており、エネルギー蓄積電池アレイ又はそのうちの各電池ユニット(a,b,c,d,e,f,g,h)に対して放電を行うための放電ユニット28を含んでもよい。放電ユニット28の実施方式として、各電池ユニットに電気的に接続される放電経路にある抵抗であってもよい。放電ユニット28は、電圧が不一致になる主系統20と稼働中に交換すべき一つ又は複数の電池ユニットに対して調整を行う。
In the embodiment shown in FIG. 2, the charging / discharging unit is electrically connected to the
また、実施例に示すように、エネルギー蓄積電池アレイ又はそのうちの各電池ユニットに対して充電を行う充電ユニット26を更に含んでもよい。本考案の電源装置は、充電ユニット26と放電ユニット28を同時に備えてもよく、充電ユニット26と放電ユニット28のうちの一つのみを備えてもよい。本実施例において、充電ユニット26は、制御ユニット24に電気的に接続されており、制御ユニット24からの指令に基づいて主系統20全体又は各副系統に対して充電を行うようにしてもよい。また、新たな電池ユニットを交換した場合、充電ユニット26は、一致する電気的状態になるように主系統20又は交換された新たな電池ユニットに対して充電を行うことによって、主系統20と新たな電池ユニットを結合する際のサージ現象を防ぐことができる。
Moreover, as shown in an Example, you may further include the charging unit 26 which charges with respect to an energy storage battery array or each battery unit of them. The power supply device of the present invention may include the charging unit 26 and the discharging unit 28 at the same time, or may include only one of the charging unit 26 and the discharging unit 28. In the present embodiment, the charging unit 26 is electrically connected to the
本考案において、制御ユニット24は、ハードウェア手段やファームウェア手段で実現してもよく、所望の機能に応じてハードウェア手段やファームウェア手段で実現した複数の回路モジュールであってもよい。図に示すように、制御ユニット24は、電気的状態取得モジュール241、電気的状態比較モジュール242、電気的状態制御モジュール243及びスイッチング制御モジュール244を含む。
In the present invention, the
電気的状態取得モジュール241は、制御ユニット24においてエネルギー蓄積電池アレイと複数の電池ユニットの電気的状態を取得するための回路モジュールであり、主系統制御回路23と副系統制御回路22に電気的に接続されることによって各制御回路が測定した電気的数値(又は電気的パラメーター)をそれぞれ取得する。
The electrical
電気的状態は測定した電圧を含む。主系統全体の電圧は、各副系統の電圧を合計して除算した平均値であってもよく、他の方法で演算した数値であってもよい。また、電気的状態は、各エネルギー蓄積電池アレイの残留電力(全体のエネルギー蓄積電力も主系統20の残留電力である)であってもよく、演算した充電状態であってもよい。一般的には、充電状態は、システムのエネルギーのパーセントと定義したものであり、例えば電池の現在容量と定格容量のパーセントであってもよく、エネルギーを蓄積する電池が現在蓄積している電力と電池が使用できる電力のパーセントであってもよい。 The electrical state includes the measured voltage. The voltage of the entire main system may be an average value obtained by summing and dividing the voltages of each sub system, or may be a numerical value calculated by another method. Further, the electrical state may be the residual power of each energy storage battery array (the total energy storage power is also the residual power of the main system 20), or may be a calculated charge state. In general, the state of charge is defined as a percentage of the system's energy, for example, it may be a percentage of the battery's current capacity and rated capacity, such as the current power stored by the battery that stores the energy. It may be the percentage of power that the battery can use.
電気的状態取得モジュール241で電気的状態を取得した後、電気的状態比較モジュール242は、エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態と稼働中に交換すべき一つ又は複数の電池ユニットの電気的状態とを比較する。比較した電気的状態の差異は、例えば新たな電池ユニットを取り入れる際に生じたサージ現象又は他の不具合原因などによって生じたものである。その差異を改善又は解消するために、電気的状態制御モジュール243はエネルギー蓄積電池アレイ又は稼働中に交換すべき一つ又は複数の電池ユニットの電気的状態を制御し、その制御として、例えば充放電ユニットによって主系統20又は各副系統に対して充放電を行うことと、主系統20又は各副系統の電気的状態の変動を観察して適当なタイミングで新たな電池ユニットを稼動することとなどを含む。
After acquiring the electrical status with the electrical
本実施例において、電池ユニットを交換して新たな電池ユニット203をエネルギー蓄積電池アレイの回路に取り入れる時、新たな電池ユニット203の挿入によってサージ現象が生じることを防ぐために、接続ピンが一旦開路状態になって、制御ユニット24におけるスイッチング制御モジュール244は取得した電気的状態に基づいて制御信号を生成し、副系統制御回路22によって稼働中に交換すべき電池ユニット(この例において、新たな電池ユニット203に対して)のオンオフを制御する。
In this embodiment, when the battery unit is replaced and a
図3は本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置の実施例の模式図を示している。図3は、直列又は/及び並列した複数の電池ユニット308からなる電池アレイを示している。各電池ユニット308の副系統制御回路はマイクロコントローラーユニット(Micro Control Unit、以下MCUという)30に電気的に接続されることによって本考案の電源装置を実現する。ここで注意すべき点は、本考案の電源装置は複数のループを含んでもよい。各ループは、互いに直列と並列された複数の電池ユニットを備えており、稼動中にそのうちの一つ又は複数の電池ユニットを交換することができる。本考案の電源装置が制御する電気的パラメーターは、必ずしも電源装置全体が一致するよう調整する必要がなく、同じループにおける稼働中に交換すべき一つ又は複数の電池ユニットのみを調整すればよい。
FIG. 3: has shown the schematic diagram of the Example of the power supply device which can replace | exchange an energy module without a power failure based on this invention. FIG. 3 shows a battery array comprising a plurality of
また、複数の電池ユニット308からなる電池アレイの両端が充放電ユニット311にそれぞれ電気的に接続される。MCU30は充放電スイッチ39を介して充放電ユニット311とシステムとの間の回路経路のオンオフを制御することによって、本考案の電源装置は充放電ユニット311によって電池アレイに対して充電を行う(ここで、調節する際の放電プロセスをも含む)。
Further, both ends of the battery array composed of a plurality of
実施例において、MCU30は、各電池ユニット308の副系統制御回路から必要なパラメーターを取得し、図に示すように、バスを介して電圧、残留電力、又は充電状態などの電気的状態を含む系統管理信号301を取得する。MCU30は、装置全体が出力する電圧値を測定するための電流測定回路303を含んでもよい。本実施例においては、抵抗305に接続される回路によって測定を行う。電源装置全体が新たな電池ユニットの交換が必要になる場合、MCU30は、取得した各種の電気的パラメーターに基づいて比較と判断を行い、主系統と副系統の間の電気的状態が一致すると、交換された新たな電池ユニットを主系統に電気的に接続させる。これにより、交換のプロセスを完了する。
In the embodiment, the
また、電源装置は、電源装置における交換すべき電池ユニットが存在することを表示するための状態表示部32を備える。例えば、ランプの点滅又は警告音によって不具合が生じている一つ又は複数の電池ユニットが存在することを管理者に伝える。
Further, the power supply device includes a
また、操作利便性を有するように、電源装置は、外部から複数の電池ユニットの稼動数量を制御するための制御スイッチ34を含む。管理者は、制御スイッチ34によって電池アレイ全体における稼動する必要のある一部の電池ユニットを決定することができる。
Further, the power supply apparatus includes a
また、電源装置は、内部データを外部の系統に提供するための外部接続インタフェース38を含む。管理者は、外部接続インタフェース38を介して装置全体の稼動に関する電気的パラメーターを取得することができる。また、電源装置は、装置全体をオンオフするための電源スイッチ36を含んでもよい。
The power supply device also includes an
図4は電源装置に適用する充放電回路を示している。電源装置における各副系統401(即ち、各単一の電池ユニット)は、切り換えスイッチ403を介して充電ユニット42又は放電ユニット44に電気的に接続される。電源装置における制御ユニット40は、取得したシステム全体の電気的状態と各副系統の電気的状態に基づいて切り換え制御を行う。
FIG. 4 shows a charge / discharge circuit applied to the power supply device. Each sub-system 401 (that is, each single battery unit) in the power supply apparatus is electrically connected to the charging
例を挙げて説明する。通常状態の場合、充電ユニット42に切り換えると、充電ユニット42は副系統401に対して充電を行う。新たな電池ユニットを交換する場合、所望の充放電のニーズに応じて、副系統401に対する充電を切り換えてもよい。また、放電ユニット44に切り換えると、放電を行う。
An example will be described. In the normal state, when switching to the charging
図5は電源装置に適用する充電回路の模式図を示している。図5において、制御ユニット50は、異なる副系統501,503に電気的に接続されることによって、各副系統の電気的状態を取得する。電源装置は、異なる経路スイッチ505,507を介して副系統501,503にそれぞれ電気的に接続されるための充電ユニット52を含む。制御ユニット50は、経路スイッチ505,507に電気的に接続されており、取得した主系統の電気的状態と副系統501,503の電気的状態に基づいてスイッチの切り換えを行う。
FIG. 5 shows a schematic diagram of a charging circuit applied to the power supply device. In FIG. 5, the
上述した回路設計を応用する場合、電源装置の稼動は能動的方式又は受動的方式をそれぞれ採用してもよい。 When the circuit design described above is applied, the operation of the power supply apparatus may employ an active method or a passive method.
(受動的方式)
電源装置において、一つ又は複数の電池ユニットを交換する場合、先ず、電力供給をオフして、電池ユニットを新たな電池ユニットに交換した後、開路状態のままで制御ユニットが「受動的」に電源装置全体の電気的状態と交換された電池ユニットの電気的状態が一致するまで待機して、電気的状態が一致すると、電力供給をオンすることによって、副系統を主系統と一緒にスムーズに稼動させる。
(Passive method)
When replacing one or more battery units in a power supply, first turn off the power supply, replace the battery unit with a new battery unit, and then keep the control unit “passive” in the open circuit state. Wait until the electrical status of the entire power supply unit matches the electrical status of the replaced battery unit. Make it work.
受動的方式において、制御ユニットは、主系統と副系統(交換された新たな電池ユニット)に対して容量計算を行い、主系統の電池容量(例えば、各電池ユニットの平均値など)と新たな電池ユニットの電池容量が一致すると、経路スイッチによって主系統と副系統との間の電力供給をオンする。これにより、サージ電流の発生を防ぐことができるため、電源装置の使用寿命を伸ばすことができる。 In the passive method, the control unit calculates the capacity of the main system and the sub system (new battery unit replaced), and determines the battery capacity of the main system (for example, the average value of each battery unit) and the new system. When the battery capacities of the battery units match, the power supply between the main system and the sub system is turned on by the path switch. Thereby, since generation | occurrence | production of a surge current can be prevented, the service life of a power supply device can be extended.
図6に示すのは、残留電力を主な電気的状態の参考基準とする場合のフローチャートである。電源装置における電池ユニットを新たな電池ユニットに交換する必要があると判断された場合(ステップS601)、制御ユニットは、主系統と副系統の現在の電池容量を測定し、副系統が「開路」状態で主系統に接続される時、信号ピンによってその電池容量を測定する(ステップS603)。 FIG. 6 is a flowchart in the case where the residual power is used as a reference standard for the main electrical state. When it is determined that the battery unit in the power supply device needs to be replaced with a new battery unit (step S601), the control unit measures the current battery capacity of the main system and the sub system, and the sub system is “open”. When connected to the main system in a state, the battery capacity is measured by the signal pin (step S603).
続いて、制御ユニットは電池容量が一致するか否かを判定する(ステップS605)。主系統と副系統の電気的状態が不一致である場合(N分岐)、処理をステップS603へ戻して、主系統と副系統の電池の残留電力を再び測定し、制御ユニットによってデータ(又は電気的パラメーター)を取得する。一方、主系統と副系統の残留電力が一致する場合(Y分岐)、ステップS607へ移行して、制御ユニットは副系統と主系統の間の電力供給をオンして(例えば充放電ピンをイネーブル(enable)する)、これにより、新たな電池ユニットを主系統に電気的に接続させる(ステップS609)。 Subsequently, the control unit determines whether or not the battery capacities match (step S605). If the electrical statuses of the main system and the sub system do not match (N branch), the process returns to step S603, the residual power of the main system and sub system batteries is measured again, and data (or electrical) is measured by the control unit. Parameter). On the other hand, when the residual powers of the main system and the sub system match (Y branch), the process proceeds to step S607, and the control unit turns on the power supply between the sub system and the main system (for example, enables the charge / discharge pin). Thus, a new battery unit is electrically connected to the main system (step S609).
(能動的方式)
電源装置における一つ又は複数の電池ユニットを交換する場合、交換すべき電池ユニットの電力供給をオフして、新たな電池ユニットを交換した後、開路状態のままで保持する。続いて、制御ユニットは、副系統を駆動して、主系統の電気的状態と一致になるように副系統の電気的状態を「能動的」に調整する。
(Active method)
When replacing one or a plurality of battery units in the power supply device, the power supply of the battery unit to be replaced is turned off, a new battery unit is replaced, and then held in an open circuit state. Subsequently, the control unit drives the sub system and adjusts the electrical state of the sub system to “active” so as to coincide with the electrical state of the main system.
調整方式として、例を挙げて説明すると、例えば抵抗(内部抵抗又は外部抵抗)で交換された新たな電池ユニットの電圧を消耗することによって、主系統と副系統(即ち、交換された新たな電池ユニットを含む各電池ユニット)の電圧が一致してから、スイッチをオンして副系統を主系統に電気的に接続させる。これにより、電池パック同士の電気的状態の不均一によるサージ現象(例えばサージ電流など)を防ぐことができるため、電源装置へのダメージを防ぐことができ、電源装置の使用寿命を伸ばすことができる。 As an adjustment method, an example will be described. For example, by depleting the voltage of a new battery unit replaced by a resistor (internal resistance or external resistance), the main system and the sub system (that is, the new battery replaced) After the voltages of the battery units including the unit match, the switch is turned on to electrically connect the sub system to the main system. As a result, a surge phenomenon (for example, surge current) due to non-uniform electrical state between battery packs can be prevented, so that damage to the power supply device can be prevented and the service life of the power supply device can be extended. .
図7は本考案の実施例における稼働中に電池を交換するフローチャートを示している。電源装置における電池ユニットを新たな電池ユニットに交換する必要があると判断された場合、ループを開路して、交換すべき電池ユニットを新たな電池ユニットに交換し(ステップS701)、新たな電池ユニットに電力を供給する前に、充放電ピンはディスエーブル(disable)状態を呈する。制御ユニットは主系統の電気的状態と交換された新たな電池ユニットがある副系統の電気的状態(例えば電圧など)を取得し(ステップS703)、二つの電圧が一致するか否かを判定する(ステップS705)。 FIG. 7 shows a flowchart for replacing the battery during operation in the embodiment of the present invention. When it is determined that it is necessary to replace the battery unit in the power supply device with a new battery unit, the loop is opened and the battery unit to be replaced is replaced with a new battery unit (step S701). Before supplying power to the charge / discharge pin, the charge / discharge pin is in a disabled state. The control unit acquires the electrical state (for example, voltage) of the sub-system with the new battery unit replaced with the electrical state of the main system (step S703), and determines whether the two voltages match. (Step S705).
主系統と交換された新たな電池ユニットがある副系統の電圧が不一致であることを判定した場合(N分岐)、電力を供給することによるサージ現象を防ぐために、副系統を開路状態のままで保持する。電気的状態が一致するために、その方法として、制御ユニットは充電ユニットを駆動して、主系統と副系統のうちの電圧が低い一方に充電を行うようにしてもよく、主系統と副系統のうちの電圧が高い一方に放電を行うようにしてもよい(ステップS707)。 If it is determined that the voltage of the sub-system with a new battery unit replaced with the main system does not match (N branch), leave the sub-system open to prevent the surge phenomenon caused by supplying power. Hold. In order to match the electrical state, as a method, the control unit may drive the charging unit to charge one of the main system and the sub system that has a lower voltage, or the main system and the sub system. One of the two having the higher voltage may be discharged (step S707).
充放電を行った後、主系統と副系統の電圧が一致することを判定した場合(Y分岐)、制御ユニットは、副系統制御回路をオンするための充放電ピンをイネーブルし(ステップS709)、副系統を主系統に電気的に接続させることによって、新たな電池ユニットを稼動させる(ステップS711)。 When it is determined that the voltages of the main system and the sub system match after performing charging / discharging (Y branch), the control unit enables a charge / discharge pin for turning on the sub system control circuit (step S709). The new battery unit is operated by electrically connecting the sub system to the main system (step S711).
また、図8は主系統と副系統の充電状態を比較するフローチャートを示している。ステップS801からスタートする。電源装置に新たな電池ユニットを取り付け、副系統が主系統に電気的に接続される時、先ず、副系統を開路状態のままで保持し、制御ユニットは主系統と副系統の充電状態を計算して充電状態に関する情報を取得し(ステップS803)、両方の充電状態が一致するか否かを判定する(ステップS805)。 FIG. 8 shows a flowchart for comparing the charge states of the main system and the sub system. The process starts from step S801. When a new battery unit is installed in the power supply unit and the sub system is electrically connected to the main system, first, the sub system is held open, and the control unit calculates the charging status of the main system and the sub system. Then, information on the state of charge is acquired (step S803), and it is determined whether or not both states of charge match (step S805).
現在の充電状態が不一致であることを判定した場合(N分岐)、電源装置の設定に応じて充放電ユニットによって充電又は放電を行う(ステップS807)と同時に、主系統と副系統の充電状態を計算する。両方の充電状態が一致すると(Y分岐)、制御ユニットは、副系統を主系統に電気的に接続することによって、新たな電池ユニットを稼動させる(ステップS811)。 When it is determined that the current charging state is inconsistent (N branch), charging or discharging is performed by the charging / discharging unit according to the setting of the power supply device (step S807), and at the same time, the charging state of the main system and the sub system is changed. calculate. When both charging states match (Y branch), the control unit electrically operates the new battery unit by electrically connecting the sub system to the main system (step S811).
本考案の電源装置は、電池ユニットを交換する前及び新たな電池ユニットを稼動する前に、電気的特性測定手段によって交換すべき電池ユニットと電源装置における同じループにある電池ユニットの電気的状態の差異に関する情報(交換すべき電池ユニットと電源装置における電池ユニットの電圧、残留電力、充電状態を含む)を取得し、その電気的状態を自発的に調整したり、又は受動的に検知したりすることによって、電気的状態が一致する時点で交換された電池ユニットを稼動させる。これにより、電気的状態の差異によるサージ又は不具合な状態を防ぐことができる。 The power supply device according to the present invention is configured so that the battery unit to be replaced by the electrical characteristic measuring means and the electrical state of the battery unit in the same loop in the power supply device before replacing the battery unit and operating the new battery unit. Obtain information about the difference (including the battery unit voltage to be replaced and the battery unit voltage, residual power, and charge state in the power supply) and adjust its electrical state spontaneously or detect it passively Thus, the replaced battery unit is operated when the electrical state matches. Thereby, it is possible to prevent a surge or a troubled state due to a difference in electrical state.
例を挙げて説明する。上述した主系統と副系統の電気的状態が一致するか否かを判定するステップにおいて、所定の差異範囲を定め、更に主系統の電気的特性は各電池ユニットの総合又は平均によるものであってもよい。例えば、充電状態の差異は3%の範囲にあるならば、一致すると判定するようにしてもよく、主系統と副系統の差異は2%の範囲(若しくは適当な範囲)にあるならば、一致すると判定するようにしてもよく、主系統と副系統の残留電力の差異は3.5%の範囲(若しくは適当な範囲)にあるならば、一致すると判定するようにしてもよい。また、上述した実施例は、本考案の好ましい実施態様に過ぎず、本考案の実施の範囲を限定するものではない。 An example will be described. In the step of determining whether or not the electrical state of the main system and the sub system coincides with each other, a predetermined difference range is defined, and the electrical characteristics of the main system are based on the total or average of each battery unit. Also good. For example, if the difference in the state of charge is in the range of 3%, it may be determined that they match. If the difference between the main system and the sub system is in the range of 2% (or an appropriate range), it will match. Then, it may be determined, and if the difference in residual power between the main system and the sub system is in the range of 3.5% (or an appropriate range), it may be determined that they match. The above-described embodiments are merely preferred embodiments of the present invention, and do not limit the scope of implementation of the present invention.
上述したように、本考案に係る無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置によれば、稼働中に電源装置における電池パックを交換できる目的を達成できるだけではなく、各系統の電気的状態を取得して電力供給をオンオフするタイミングを判定することによって、電気的状態が異なる主系統と副系統を電気的に接続することによるサージで電源装置にダメージを与えることを防ぐことができる。 As described above, according to the power supply device capable of exchanging energy modules without power failure according to the present invention, not only can the purpose of replacing the battery pack in the power supply device be achieved during operation, but also the electrical state of each system. By acquiring and determining the timing for turning on and off the power supply, it is possible to prevent the power supply apparatus from being damaged by a surge caused by electrically connecting the main system and the sub system having different electrical states.
a、b、c、d、e、f、g、h:電池ユニット
22:副系統制御回路
24:制御ユニット
201:故障の電池ユニット
203:新たな電池ユニット
241:電気的状態取得モジュール
242:電気的状態比較モジュール
243:電気的状態制御モジュール
244:スイッチング制御モジュール
23:主系統制御回路
26:充電ユニット
28:放電ユニット
32:状態表示部
34:制御スイッチ
305:抵抗
308:電池ユニット
311:充放電ユニット
40:制御ユニット
42:充電ユニット
44:放電ユニット
50:制御ユニット
52:充電ユニット
a, b, c, d, e, f, g, h: Battery unit 22: Sub system control circuit 24: Control unit 201: Faulty battery unit 203: New battery unit 241: Electrical state acquisition module 242: Electricity State comparison module 243: electrical state control module 244: switching control module 23: main system control circuit 26: charging unit 28: discharging unit 32: state display unit 34: control switch 305: resistor 308: battery unit 311: charging / discharging Unit 40: Control unit 42: Charging unit 44: Discharging unit 50: Control unit 52: Charging unit
Claims (10)
電気的に接続される複数の電池ユニットからなるエネルギー蓄積電池アレイであって、該エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態を測定するための主系統制御回路を有し、前記各電池ユニットが前記主系統制御回路に電気的に接続されると共に該各電池ユニットの電気的状態を測定するための副系統制御回路を有し、前記電源装置の稼働中に前記各電池ユニットのうちの一つ又は複数の電池ユニットを交換できるように構成されるエネルギー蓄積電池アレイと、
前記エネルギー蓄積電池アレイ又はそのうちの前記各電池ユニットに対して充電又は放電を行うと共に、一つ又は複数のスイッチによって前記主系統制御回路又は前記副系統制御回路を電気的に接続するように構成される充放電ユニットと、
前記主系統制御回路と前記副系統制御回路に電気的に接続されており、前記エネルギー蓄積電池アレイ及び前記複数の電池ユニットの電気的状態を取得すると共に、その電気的状態に基づいて稼働中に交換すべき電池ユニットをオンオフするように制御するための制御ユニットと、
を含むことを特徴とする無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置。 It is a power supply unit that can replace the energy module without a power failure,
An energy storage battery array comprising a plurality of electrically connected battery units, comprising a main system control circuit for measuring an electrical state of the energy storage battery array, wherein each battery unit is the main system A sub-system control circuit that is electrically connected to the control circuit and measures an electrical state of each battery unit, and one or more of the battery units are operated during operation of the power supply device An energy storage battery array configured to allow replacement of battery units;
The energy storage battery array or each battery unit of the energy storage battery array is charged or discharged, and the main system control circuit or the sub system control circuit is electrically connected by one or a plurality of switches. Charging / discharging unit,
It is electrically connected to the main system control circuit and the sub system control circuit, acquires the electrical state of the energy storage battery array and the plurality of battery units, and is in operation based on the electrical state A control unit for controlling to turn on / off the battery unit to be replaced;
A power supply unit capable of exchanging energy modules without power failure.
前記エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態と前記複数の電池ユニットの電気的状態を取得するための電気的状態取得モジュールと、
前記エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態と稼動中に交換すべき前記一つ又は複数の電池ユニットの電気的状態を比較するための電気的状態比較モジュールと、
前記エネルギー蓄積電池アレイの電気的状態と稼動中に交換すべき前記一つ又は複数の電池ユニットの電気的状態を制御するための電気的状態制御モジュールと、
前記取得した電気的状態に基づいて稼働中に交換すべき前記一つ又は複数の電池ユニットのオンオフを制御するスイッチング制御モジュールと、
を更に含むことを特徴とする請求項1又は4に記載の無停電でエネルギーモジュールの交換が可能な電源装置。 The control unit is
An electrical state acquisition module for acquiring an electrical state of the energy storage battery array and an electrical state of the plurality of battery units;
An electrical state comparison module for comparing the electrical state of the energy storage battery array with the electrical state of the one or more battery units to be replaced during operation;
An electrical state control module for controlling the electrical state of the energy storage battery array and the electrical state of the one or more battery units to be replaced during operation;
A switching control module for controlling on / off of the one or more battery units to be replaced during operation based on the acquired electrical state;
The power supply apparatus according to claim 1 or 4, wherein the energy module can be replaced without an uninterruptible power.
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