JP6323822B1 - 電源装置および電源制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】効率的に充電及び電力供給を継続することができ、充電容量の追加も可能な電源装置および電源制御方法を提供する。【解決手段】複数のバッテリーユニット（３０ａ〜３０ｄ）と、負荷に対してバッテリーユニット（３０ａ〜３０ｄ）からの電力を出力する出力部（４３）と、複数のバッテリーユニット（３０ａ〜３０ｄ）と出力部（４３）の接続を制御する制御部（５１）を有し、制御部（５１）は、複数のバッテリーユニット（３０ａ〜３０ｄ）のうち充電残量が第１所定量以上でかつ最も少ないものを選択して出力部（４３）に接続する電源装置。【選択図】図３

Description

本発明は、電源装置および電源制御方法に関する。
従来から、太陽電池とバッテリーを組み合わせた緊急用電源が提案されている。これらの緊急用電源は、大規模な災害が発生し商用電力系統から電力が供給されない状況が発生した場合にも、災害復旧作業や日常生活の電源として利用することが想定されている。
特許文献１には、可搬台車内に太陽電池パネルとバッテリーとインバータとを収容した可搬式電源装置が記載されている。特許文献１では、太陽光による発電から電力の出力までに要する各装置を１つの可搬台車内に収容することで、電力コストを削減するとともに移動が可能であるとされている。
また、特許文献２には、フレキシブルな太陽電池モジュールと、充電コントローラと、充電クレードルを接続し、交換可能な二次電池モジュールを充電クレードルに接続することで太陽光発電した電力を二次電池モジュールに充電する太陽光発電システムが記載されている。特許文献２では太陽電池モジュールとして大面積のフレキシブルなものを採用し、充電コントローラと充電クレードルを小型化することで発電量と可搬性を確保している。また、二次電池を交換可能なモジュール形式とし複数の二次電池モジュールを交換することで、充電容量を追加することができるため実質的に最大充電容量を拡大することが可能となっている。
特開２０１６−１１５３２３号公報 特開２０１７−１１２６８９号公報
しかし特許文献１の従来技術では、太陽電池パネルの面積は可搬台車に収容可能なものに限定されるため、単位時間あたりの発電量を増加させることが困難であった。また、可搬車台の内部にバッテリーを搭載しているため、バッテリーサイズも可搬台車に収容可能なものに限定され、最大充電容量を増加させることも困難であった。さらに、緊急用電源として要求される発電量と最大充電容量を実現するには、可搬台車のサイズを大きくする必要があり、移動が困難になるという問題が発生する。
一方、特許文献２の従来技術では、可搬性を重視すると二次電池モジュールのサイズが制限されて、１つの二次電池モジュールの充電容量に限界があるため、システム全体としての充電容量を確保するためには頻繁に二次電池モジュールの交換作業が生じていた。また、充電した複数の二次電池モジュールを緊急用電源として用いる場合には、１つの二次電池モジュールの充電容量を使い切った時点で別の二次電池モジュールに交換する必要があり、継続的な二次電池モジュールの使用は困難であった。
そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、効率的に充電及び電力供給を継続することができ、充電容量の追加も可能な電源装置および電源制御方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の電源装置は、バッテリー接続部に交換可能に接続された複数のバッテリーユニットと、負荷に対して前記バッテリーユニットからの電力を出力する出力部と、前記バッテリーユニットに対して電力を供給する入力部と、前記複数のバッテリーユニットと前記出力部および前記入力部の接続を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記複数のバッテリーユニットのうち充電残量が第１所定量以上でかつ最も少ないものを選択して前記出力部に接続し、前記複数のバッテリーユニットのうち充電残量が第２所定量未満でかつ最も多いものを選択して前記入力部に接続し、前記制御部は、前記入力部、前記出力部および前記複数のバッテリーユニットの接続状態を検出し、何れかの前記接続状態が変化した場合には、前記入力部および前記出力部に接続する前記バッテリーユニットを再選択することを特徴とする。
このような本発明の電源装置では、全てのバッテリーユニットが同時に残量無しになることを防止し、充電容量の追加をしながら効率的に充電及び電力供給を継続することができる。
また本発明の一態様では、前記バッテリー接続部には、前記バッテリーユニットの接続を確保するロック手段が備えられており、前記制御部は、前記ロック手段が非接続状態の場合には前記バッテリー接続部に接続された前記バッテリーユニットを制御対象から除外する。
また上記課題を解決するために、本発明の電源制御方法は、バッテリー接続部に交換可
能に接続された複数のバッテリーユニットから出力部に対する電力供給と、入力部から前記複数のバッテリーユニットに対する電力供給を制御する電源制御方法であって、前記複数のバッテリーユニットの充電残量を測定する測定工程と、前記複数のバッテリーユニットのうち充電残量が第１所定量以上でかつ最も少ないものを選択する出力選択工程と、前記出力選択工程で選択された前記バッテリーユニットと前記出力部を接続する出力接続工程と、前記複数のバッテリーユニットのうち充電残量が第２所定量未満でかつ最も多いものを選択する入力選択工程と、前記入力選択工程で選択された前記バッテリーユニットを前記入力部に接続する入力接続工程と、前記入力部、前記出力部および前記複数のバッテリーユニットの接続状態を検出し、何れかの前記接続状態が変化した場合には、前記出力選択工程と前記入力選択工程を実施する接続状態検出工程とを有することを特徴とする。
このような本発明の電源制御方法では、全てのバッテリーユニットが同時に残量無しになることを防止し、充電容量の追加をしながら効率的に充電及び電力供給を継続することができる。
また本発明の一態様では、前記バッテリーユニットの接続を確保するロック手段の状態を検知する検知工程と、前記検知工程で非接続状態と判定された前記バッテリーユニットを制御対象から除外する除外工程を有する。
本発明では、効率的に充電及び電力供給を継続することができ、充電容量の追加も可能な電源装置および電源制御方法を提供することができる。
第１実施形態に係る電源装置１００を示す模式図であり、図１（ａ）は電源装置１００全体の構成を示す模式断面図であり、図１（ｂ）は操作パネル４０を示す模式図である。 第１実施形態に係るバッテリーユニット３０の概略を示す模式図であり、図２（ａ）は模式斜視図であり、図２（ｂ）は模式底面図である。 第１実施形態に係る電源装置１００の回路構成を示すブロック図である。 電源装置１００の初期動作を示すフローチャートである。 電源装置１００によるバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの制御動作を示すフローチャートである。
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係る電源装置１００を示す模式図であり、図１（ａ）は電源装置１００全体の構成を示す模式断面図であり、図１（ｂ）は操作パネル４０を示す模式図である。図１（ａ）に示すように電源装置１００は、筐体１０と車輪２０とバッテリーユニット３０と操作パネル４０を備えている。
筐体１０は、各部材を保持して内部で接続する部材であり、複数のバッテリーユニット３０を収容して交換可能に保持する。また、筐体１０の底部には複数の車輪２０が取り付けられ、使用者が操作しやすい側面上部には操作パネル４０が取り付けられている。また、筐体１０の前後にはハンドル１１が設けられている。筐体１０のバッテリーユニット３０が収容される領域は、バッテリーユニット３０の接続と固定をする機能を備えており、当該領域全体が本発明におけるバッテリー接続部に相当している。
車輪２０は、筐体１０の底部に回転可能に軸支された部材である、使用者が筐体１０のハンドル１１を操作することで、車輪２０が回転して電源装置１００が移動可能となっている。ハンドル１１や車輪２０に操舵装置や制動装置を設けるとしてもよく、車輪２０をモーター等で駆動するとしてもよい。
バッテリーユニット３０は、筐体１０の搭載位置に交換可能に収容される二次電池である。バッテリーユニット３０を構成する二次電池材料としては従来公知の鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池など用いることができ、電源装置１００の可搬性を向上させるためにはリチウムイオン電池を用いることが好ましい。バッテリーユニット３０には、負荷に対して電流を制御しながら供給するため、保護回路や放電制御回路などの回路を搭載しておく。また、満充電状態では電力供給を遮断するとしてもよく、所定の電圧値を下回った場合には放電を停止するとしてもよい。
操作パネル４０は、電源装置１００への充電源や負荷を接続し充電や放電を操作するとともに、バッテリーユニット３０を含む電源装置１００の状態を示す部材である。図１（ｂ）に示すように操作パネル４０は、表示部４１と、入力部４２ａ，４２ｂと、出力部４３と、出力スイッチ４４と、メインスイッチ４５を備えている。
表示部４１は、電源装置１００の各種情報を表示する装置であり、例えば液晶表示装置などが挙げられる。筐体１０に搭載された情報処理手段によって制御プログラムが実行され、文字情報や画像情報が生成されることで表示画面が制御されている。表示部４１としてタッチパネル式の液晶表示装置を用い、所定の操作を入力する情報入力手段を兼用するとしてもよい。
入力部４２ａ，４２ｂは、外部の電力源から電源装置１００に対して電流を供給するためのコネクタである。入力部４２ａ，４２ｂに接続される外部の電力源としては、商用電源であってもよく太陽電池パネルであってもよい。
出力部４３は、電源装置１００から外部の負荷に対して電流を供給するためのコネクタである。出力部４３の出力規格は限定されないが、商用電源に接続して使用する電気設備を駆動するためには商用電源と同じ電圧および周波数とすることが好ましい。ここでは出力部４３を１つ備える例を示したが、種類の異なる複数の出力部４３を備えるとしてもよい。
出力スイッチ４４は、出力部４３に接続された配線に対して電力供給の可否を決定するためのスイッチである。出力スイッチ４４がオンの場合には、バッテリーユニット３０から出力部４３に至る配線を接続し、オフの場合には切断する。出力スイッチ４４のオン／オフは、出力部４３から外部への電力供給を最終的に決定するためのものであり、電源装置１００のバッテリーユニット３０に対する充電制御や放電制御とは無関係に設定可能である。
メインスイッチ４５は、電源装置１００全体の制御を開始するためのスイッチである。メインスイッチ４５がオンの場合には、後述する電源制御方法を実行し、オフの場合には電源制御方法を停止する。
図２は本実施形態に係るバッテリーユニット３０の概略を示す模式図であり、図２（ａ）は模式斜視図であり、図２（ｂ）は模式底面図である。図２（ａ）（ｂ）に示すようにバッテリーユニット３０は、バッテリー本体３１と、把手部３２と、バッテリーコネクタ３３を備えている。
バッテリー本体３１は、内部に二次電池のセルや電極、制御回路等を収容する筐体である。バッテリー本体３１の上面には把手部３２が設けられており、底面にはバッテリーコネクタ３３が設けられている。バッテリー本体３１の外形は、筐体１０に設けられた収納箇所に対応した略直方体形状となっている。図２に示した例ではバッテリー本体３１として略直方体形状を示したが、略円筒形状や略平板状等の任意の形状であってよい。
把手部３２は、バッテリー本体３１の上面に取り付けられ、使用者が把持してバッテリーユニット３０を運搬しやすくするための部材である。把手部３２を設ける位置は天面以外であってもよく、バッテリーユニット３０の重量によっては把手部３２を２つ設けて両手で取り扱うとしてもよい。
バッテリーコネクタ３３は、バッテリー本体３１の底面に設けられたコネクタであり、筐体１０の対応する位置に設けられた本体側の接続部に対応した形状を有し、筐体１０側の接続部との機械的接続を確保する。また、バッテリーコネクタ３３は、バッテリー本体３１内部の配線が接続された電気的接点を有しており、筐体１０側の接続部との電気的接続を確保する。
図１（ａ）に示した電源装置１００の所定位置に対してバッテリーユニット３０を情報から挿入すると、筐体１０側の接続部とバッテリーコネクタ３３とが機械的および電気的に接続される。電源装置１００にバッテリーユニット３０が接続されると、バッテリーユニット３０内部の制御回路と筐体１０側の回路が接続され、筐体１０とバッテリーユニット３０との間で情報伝達および電力の入出力が可能となる。
バッテリーユニット３０を挿入した後に、図示しないロック手段をオン状態として、バッテリーユニット３０の抜き取りを禁止する。ロック手段としては、例えば筐体１０側に設けられた規制部材によりバッテリーユニット３０の上面を抑える構造や、バッテリーコネクタ３３に対するラッチ構造など従来公知のものを用いることができる。また、ロック手段にはオン／オフを検知するセンサーが設けられており、電源装置１００の制御回路に接続されている。
図３は本実施形態に係る電源装置１００の回路構成を示すブロック図である。電源装置１００の制御回路は図３に示すように、メインＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１、ＡＣ／ＤＣコンバータ５２、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）コントローラ５３、入力切替スイッチ５５、充放電切替スイッチ５６ａ〜５６ｄ、ＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８、照明スイッチ５９、インジケータ６０、照明部６１、ＤＣ／ＡＣインバータ６２を備えている。また制御回路の各部には、図１（ｂ）に示した表示部４１、入力部４２ａ，４２ｂ、出力部４３、出力スイッチ４４、メインスイッチ４５も接続されている。
メインＣＰＵ５１は、電源装置の各要素に接続されて各部の情報を取得するとともに、制御回路の各部のおける動作を制御する情報処理装置であり、内部または外部に備えて記憶部に記憶されたプログラムを呼び出して後述する電源制御方法を実行する。また、メインＣＰＵ５１にはメインスイッチ４５が接続されており、メインスイッチ４５のオン／オフでメインＣＰＵ５１によるバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの充放電制御の開始および停止が切り替えられる。
ＡＣ／ＤＣコンバータ５２は、入力側が入力部４２ａに接続されて交流を直流に変換して出力側に出力する変換器である。ＡＣ／ＤＣコンバータ５２の出力側は入力切替スイッチ５５に接続されている。入力部４２ａには商用電源を接続可能とされており、商用電源から供給される例えば１００Ｖの交流を３０Ｖの直流に変換する。
ＭＰＰＴコントローラ５３は、入力側が入力部４２ｂに接続されて出力側が入力切替スイッチ５５に接続された最大電力点追従制御器である。入力部４２ｂには太陽電池パネルを接続可能とされており、太陽電池パネルから供給される電力が最大となるように電流と電圧値を変換して出力する。
入力切替スイッチ５５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５２の出力側とＭＰＰＴコントローラ５３の出力側を選択するスイッチである。図３に破線で示したように、入力切替スイッチ５５の出力側は充放電切替スイッチ５６ａ〜５６ｄの充電端子にそれぞれ接続されている。
充放電切替スイッチ５６ａ〜５６ｄは、充電端子と放電端子とバッテリー側端子を備え、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの充電と放電を切り替えるスイッチである。充放電切替スイッチ５６ａ〜５６ｄの充電端子は入力切替スイッチ５５の出力側に接続されバッテリー側端子はバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄにそれぞれ接続されている。充放電切替スイッチ５６ａ〜５６ｄの放電端子は、ＤＣ／ＡＣインバータ６２、ＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８に接続されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ５７，５８は、それぞれ充放電切替スイッチ５６ａ〜５６ｄの放電端子に接続されており、バッテリーユニット３０から供給される直流電流の電圧を変換して出力する電圧変換器である。例えばＤＣ／ＤＣコンバータ５７の出力はインジケータ６０に接続され、１２Ｖの電源電圧を供給してインジケータ６０を駆動する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５８の出力は照明スイッチ５９を介して照明部６１に接続され、５Ｖの電源電圧を供給して照明部６１を駆動する。
照明スイッチ５９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５８と照明部６１の接続と切断を切り替えるスイッチである。インジケータ６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５７からの電力を供給されて放電状態を示す部品であり、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子で構成されている。照明部６１は、ＬＥＤ等の発光素子を用いた照明装置であり、照明スイッチ５９の動作に連動して点灯と消灯が切り替えられる。
ＤＣ／ＡＣインバータ６２は、充放電切替スイッチ５６ａ〜５６ｄの放電端子に接続され、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄが出力する直流電流を交流に変換する変換器である。ＤＣ／ＡＣインバータ６２の出力側は出力部４３に接続されており、出力部４３を介して外部の負荷に対して電力を供給する。例えば、２４Ｖのバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄからの出力をＤＣ／ＡＣインバータ６２で１００Ｖの交流に変換して出力部４３に出力する構成とすると、出力部４３には通常の商用電源を用いる電気設備を接続することができる。また、ＤＣ／ＡＣインバータ６２の出力側または入力側に出力スイッチ４４を設けておき、出力スイッチ４４をオフすることで出力部４３からの出力を強制的に遮断し、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの放電を停止して充電動作のみとすることができる。
次に、図４および図５を用いて本実施形態の電源装置１００の動作を説明する。図４は電源装置１００の初期動作を示すフローチャートである。図５は電源装置１００によるバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの制御動作を示すフローチャートである。
初めに、電源装置１００のメインスイッチ４５がオフの場合であっても、入力部４２ａへの商用電源の接続か、入力部４２ｂへの太陽電池パネルの接続か、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄのいずれかの接続がある場合には、メインＣＰＵ５１は図４に示す初期動作をスタートさせる。これらのいずれかの電力源が電源装置１００に接続されている場合には、メインＣＰＵ５１を駆動するための電力を供給可能であり、予め記憶されたプログラムに従ってステップＳ１を実行する。
ステップＳ１はパワーオンリセットステップであり、電源装置１００が備える各部を初期化して起動する。このステップを実行することで、電源装置１００を初期状態に設定し、電源装置１００を正確に駆動するための準備を行う。初期状態とは、各種スイッチをオフや中立状態にすること、メインＣＰＵ５１に読み込まれているプログラムの初期化などである。パワーオンリセットステップが終了した後はステップＳ２に移行する。
ステップＳ２はセットアップ情報取得ステップであり、電源装置１００が備える各部の情報を取得する。このステップで取得する情報としては、各種スイッチのオン／オフや入力部４２ａ，４２ｂへの電源接続の有無と供給されている電圧値、出力部４３への負荷の接続の有無などである。セットアップ情報取得ステップが終了した後はステップＳ３に移行する。
ステップＳ３はバッテリー接続判定ステップであり、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｂの接続の有無、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｂに対するロック手段の状態を取得し、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｂの何れかが接続されている場合にはステップＳ４に移行し、何れも接続されていない場合には、ステップＳ３を繰り返して、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｂのどれかが接続されるまで待機する。
ステップＳ４はＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）起動ステップであり、接続されたバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄに対して電力を供給して、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄに内蔵されたＢＭＳを起動させる。ＢＭＳ起動ステップが終了した後にステップＳ５に移行する。
ステップＳ５はバッテリー情報取得ステップであり、ステップＳ４で起動したバッテリーユニット３０ａ〜３０ｂのＢＭＳからバッテリーユニット３０ａ〜３０ｂに関する各種情報を取得する。このステップで取得する情報としては、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄに個別に割り振られた識別番号、出力電圧、充電残量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）などである。バッテリー情報取得ステップが終了した後は初期動作を終了して待機状態とする。
メインスイッチ４５がオン状態になると、メインＣＰＵ５１は図５に示す制御動作をスタートさせ、予め記憶されてプログラムに従ってステップＳ１１を実行する。
ステップＳ１１は充放電対象選択ステップであり、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄに内蔵されているＢＭＳにより提供される充電残量を取得し、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄについて充電の優先順位と放電の優先順位を決定する。このステップは本発明における測定工程に相当する。
また、入力部４２ａ，４２ｂへの電源接続の有無に基いて、入力切替スイッチ５５を電源が接続されている側に切り替える。入力部４２ａ，４２ｂの両方にそれぞれ商用電源と太陽電池パネルが接続されている場合には、商用電源が接続された入力部４２ａへの接続を優先する。または、２つの電源が接続されていることを表示部４１に表示し、どちらの電源から充電するかを入力して入力結果に応じた接続に切り替えるとしてもよい。
このとき、接続されているバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの充電残量が多いものほど充電の優先順位を高く設定し、充電残量の少ないものほど放電の優先順位を高く設定する。また、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄのうちロック手段がオフ状態のものを検知し（検知工程）、検知されたものを制御動作中の充電対象および放電対象から除外する（除外工程）。充放電対象選択ステップが終了した後にステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１２は出力スイッチ検知ステップであり、出力スイッチ４４のオン／オフ状態を検知するステップである。出力スイッチ４４がオン状態の場合にはステップＳ１３に移行し、オフの場合にはステップＳ１４に移行する。
ステップＳ１３は放電開始ステップであり、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄのうち予め設定された最低充電量（第１所定量）以上の充電残量のものの中から、ステップＳ１１で決定された放電優先順位の最も高いものを放電対象として選択する（出力選択工程）。一例としてバッテリーユニット３０ｂが放電対象として選択された場合には、充放電切替スイッチ５６ｂを放電端子側に切り替え、バッテリーユニット３０ｂがＤＣ／ＡＣインバータ６２に接続される（出力接続工程）、これにより、出力部４３に接続された負荷に対してバッテリーユニット３０ｂから電力を供給し放電する。放電開始ステップが終了した後にステップＳ１４に移行する。
ステップＳ１４は充電開始ステップであり、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄのうち予め設定された許容充電量（第２所定量）未満の充電残量のものの中から、ステップＳ１１で決定された充電優先順位の最も高いものを充電対象として選択する（入力選択工程）。一例としてバッテリーユニット３０ｃが充電対象として選択された場合には、充放電切替スイッチ５６ｃを充電端子側に切り替え、バッテリーユニット３０ｃが入力切替スイッチ５５に接続される（入力接続工程）。これにより、入力部４２ａに接続された商用電源または入力部４２ｂに接続された太陽電池パネルがバッテリーユニット３０ｃに接続され、商用電源または太陽電池パネルから電力が供給されてバッテリーユニット３０ｃが充電される。充電開始ステップが終了した後にステップＳ１５に移行する。
ステップＳ１５は充電状態判定ステップであり、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄのうち選択された充電対象の充電残量を検出し、充電残量が許容充電量に達しているかを判定する。充電残量が許容充電量に達している場合にはステップＳ１６に移行し、達していない場合にはステップＳ１７に移行する。
ステップＳ１６は充電停止ステップであり、充電対象に対する充電を停止するとともに、表示部４１に満充電であることを表示する。一例としてバッテリーユニット３０ｃが充電対象であった場合には、充放電切替スイッチ５６ｃを中立側に切り替える。充電停止ステップが終了した後にステップＳ１１に移行する。
ステップＳ１７は放電状態判定ステップであり、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄのうち選択された放電対象の充電残量を検出し、充電残量が最低充電量より少ないかを判定する。充電残量が最低充電量より少ない場合にはステップＳ１８に移行し、最低充電量以上の場合にはステップＳ１９に移行する。
ステップＳ１８は放電停止ステップであり、放電対象からの放電を停止するとともに、表示部４１に残量がゼロであることを表示する。一例としてバッテリーユニット３０ｂが充電対象であった場合には、充放電切替スイッチ５６ｂを中立側に切り替える。放電停止ステップが終了した後にステップＳ１１に移行する。
ステップＳ１９は終了判定ステップであり、メインスイッチ４５のオン／オフを検出して、オンの場合にはステップＳ２０に移行し、オフの場合には入力切替スイッチ５５と充放電切替スイッチ５６ａ〜５６ｄを全て中立側に切り替えて制御動作を終了する。
ステップＳ２０は接続状態検出ステップであり、入力部４２ａ，４２ｂ、出力部４３、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの接続状態が変化したかを検出する。これらの何れかの接続状態が変化した場合、例えばバッテリーユニット３０ａが取り外された場合や、太陽電池パネルとの接続が解除された場合などにはステップＳ１１に移行する。接続状態に変化がない場合にはステップＳ１５に移行する。
電源装置１００では、メインＣＰＵ５１により上述した制御動作が実行されることで、複数のバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄを用いた充電と放電を並行して継続的に実施することができる。以下、具体的な状況例を用いて電源装置１００による充電動作と放電動作について説明する。
はじめにバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄを筐体１０に装着し、太陽電池パネルを入力部４２ｂに接続し、負荷である電気設備を出力部４３に接続する。この段階では、メインスイッチ４５がオン／オフいずれの状態であっても図４に示した初期動作が実行され、各部の初期化と各バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの充電残量が検出される。
メインスイッチ４５をオンにすると図５に示した制御動作が実行される。このとき、例えばバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの充電残量がそれぞれ１００％、２０％、８０％、３％であったとする。例えば、最低充電量を５％と設定し許容充電量を１００％と設定しておいた場合には、最低充電量以上で最も充電残量が少ないバッテリーユニット３０ｂが放電対象に選択され、充放電切替スイッチ５６ｂが放電端子側に接続される。また、許容充電量未満で最も充電残量が多いバッテリーユニット３０ｃが充電対象に選択され、充放電切替スイッチ５６ｃが充電端子側に接続される。太陽電池パネルは入力部４２ｂに接続されているため、入力切替スイッチ５５は入力部４２ｂ側に接続される。
これにより、太陽電池パネルでの発電は入力部４２ｂ、ＭＰＰＴコントローラ５３、入力切替スイッチ５５、充放電切替スイッチ５５ｃを経由してバッテリーユニット３０ｃに供給され、バッテリーユニット３０ｃが充電される。また、出力スイッチ４４がオンの状態である場合には、バッテリーユニット３０ｂは充放電切替スイッチ５５ｂ、ＤＣ／ＡＣインバータ６２、出力部４３を介して放電し、負荷に対して電力を供給する。
バッテリーユニット３０ｃの充電残量が１００％まで到達した場合や、バッテリーユニット３０ｂの充電残量が５％未満となった場合には、それぞれ充電対象と放電対象の再選択が行われて、充電と放電が継続して行われる。満充電になったバッテリーユニット３０ｃや、全放電になったバッテリーユニット３０ｂについては満充電や全放電が表示部４１に表示される。
表示部４１に満充電や全放電であることが表示されるので、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄのうち満充電のものや全放電のものについては、ロック手段を外してバッテリーユニット３０ｂまたは３０ｃを交換することができる。バッテリーユニット３０ｂまたは３０ｃを交換すると、接続状態が変化したことを検出して充電対象と放電対象の再選択が行われる。この交換作業の間も図５に示した制御動作は実行中であり、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄのうち交換せずロック手段がオンのままのものの中から充電対象と放電対象が選択され、充電と放電が継続される。
このとき、充電対象として充電残量が８０％のバッテリーユニット３０ｃを選択しているので、充電残量が２０％のものや３％のものを充電するよりも満充電に到達するまでの時間が短くなる。これにより、早めのタイミングで、満充電になったバッテリーユニット３０ｃを充電残量が少ない新たなバッテリーユニット３０ｃ’に交換して、電源装置１００全体での充電可能な容量を増加させることができる。
同様に、放電対象として充電残量が２０％のバッテリーユニット３０ｂを選択しているので、充電残量が１００％のものや８０％のものを放電するよりも全放電に到達するまでの時間が短くなる。これにより、早めのタイミングで、全放電になったバッテリーユニット３０ｂを充電済みの新たなバッテリーユニット３０ｂ’に交換して、電源装置１００全体の充電残量を増加させることができる。
電源装置１００での充電と放電を考えると、太陽電池パネルを用いた発電は常に同じ発電量を確保できるわけではなく、負荷による電力消費も常に一定であるわけでもない。そこで、発電量が比較的大きく電力消費が少ない状況では、満充電になったバッテリーユニット３０ｃを新たなバッテリーユニット３０ｃ’に交換することで、充電可能な充電容量を増加させる。発電量が比較的小さく電力消費が多い状況では、全放電になったバッテリーユニット３０ｂを満充電になったバッテリーユニット３０ｃに交換することで、放電可能な充電残量を増加させておく。これにより、発電量や電力消費に応じてフレキシブルに充電を重視するか放電を重視するかを選択することができる。
上述したように、負荷による電力消費が多い場面では、可能な限り充電残量が多いものをバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄとして装着することで、電力供給の持続時間を長くすることができる。また、負荷による電力消費が少ない場合や、負荷に対して電力供給をせず出力スイッチ４４をオフにした場合には、可能な限り充電残量が少ないものをバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄとして装着することで、充電動作の持続時間を長くすることができる。本発明の電源装置１００および電源制御方法では、これらのバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの交換や充電動作と放電動作を組み合わせることで、複数のバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄを用いて効率的に充電及び電力供給を継続することができ、充電容量の追加も可能である。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。本実施形態ではバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの充電残量がそれぞれ４％、３％、１００％、１００％であったとする。この場合、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの全てが最低充電量を下回るか許容充電量以上となっている。この場合、表示部４１にバッテリーユニット３０ａ〜３０ｄの満充電と全放電を表示し交換を促す。
または表示部４１の入力機能を用い、最低充電量の設定値を変更するとしてもよく、バッテリーユニット３０ａ〜３０ｄから強制的に充電対象や放電対象を選択する強制充電モードや強制放電モードを備えるとしてもよい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
１０…筐体
１１…ハンドル
１００…電源装置
２０…車輪
３０，３０ａ〜３０ｄ…バッテリーユニット
３１…バッテリー本体
３２…把手部
３３…バッテリーコネクタ
４０…操作パネル
４１…表示部
４２ａ，４２ｂ…入力部
４３…出力部
４４…出力スイッチ
４５…メインスイッチ
５１…メインＣＰＵ
５２…ＡＣ／ＤＣコンバータ
５３…ＭＰＰＴコントローラ
５５…入力切替スイッチ
５６ａ〜５６ｄ…充放電切替スイッチ
５７，５８…ＤＣ／ＤＣコンバータ
５９…照明スイッチ
６０…インジケータ
６１…照明部
６２…ＤＣ／ＡＣインバータ

Claims (4)

  1. バッテリー接続部に交換可能に接続された複数のバッテリーユニットと、
    負荷に対して前記バッテリーユニットからの電力を出力する出力部と、
    前記バッテリーユニットに対して電力を供給する入力部と、
    前記複数のバッテリーユニットと前記出力部および前記入力部の接続を制御する制御部を有し、
    前記制御部は、前記複数のバッテリーユニットのうち充電残量が第１所定量以上でかつ最も少ないものを選択して前記出力部に接続し、前記複数のバッテリーユニットのうち充電残量が第２所定量未満でかつ最も多いものを選択して前記入力部に接続し、
    前記制御部は、前記入力部、前記出力部および前記複数のバッテリーユニットの接続状態を検出し、何れかの前記接続状態が変化した場合には、前記入力部および前記出力部に接続する前記バッテリーユニットを再選択することを特徴とする電源装置。
  2. 請求項１に記載の電源装置であって、
    前記バッテリー接続部には、前記バッテリーユニットの接続を確保するロック手段が備えられており、
    前記制御部は、前記ロック手段が非接続状態の場合には前記バッテリー接続部に接続された前記バッテリーユニットを制御対象から除外することを特徴とする電源装置。
  3. バッテリー接続部に交換可能に接続された複数のバッテリーユニットから出力部に対する電力供給と、入力部から前記複数のバッテリーユニットに対する電力供給を制御する電源制御方法であって、
    前記複数のバッテリーユニットの充電残量を測定する測定工程と、
    前記複数のバッテリーユニットのうち充電残量が第１所定量以上でかつ最も少ないものを選択する出力選択工程と、
    前記出力選択工程で選択された前記バッテリーユニットと前記出力部を接続する出力接続工程と、
    前記複数のバッテリーユニットのうち充電残量が第２所定量未満でかつ最も多いものを選択する入力選択工程と、
    前記入力選択工程で選択された前記バッテリーユニットを前記入力部に接続する入力接続工程と、
    前記入力部、前記出力部および前記複数のバッテリーユニットの接続状態を検出し、何れかの前記接続状態が変化した場合には、前記出力選択工程と前記入力選択工程を実施する接続状態検出工程とを有することを特徴とする電源制御方法。
  4. 請求項３に記載の電源制御方法であって、
    前記バッテリーユニットの接続を確保するロック手段の状態を検知する検知工程と、
    前記検知工程で非接続状態と判定された前記バッテリーユニットを制御対象から除外する除外工程を有することを特徴とする電源制御方法。
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