JP7436295B2 - バッテリーパック、システム、動作状態伝送方法及びプログラム - Google Patents
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Description
第1章では、本実施形態に係るハードウェア構成について説明する。図1は、バッテリーパック1及び接続対象の機器10を含むシステム100の模式図である。図1に示されるように、システム100は、バッテリーパック1と、接続対象の機器10とを備える。本実施形態では、バッテリーパック1は、接続対象の機器10に電力を供給するものである。バッテリーパック1及び機器10がバッテリーパック1の有する第1接続端子T1及び機器10の有する第2接続端子T2を通じて第1電力D1及び第2電力D2を機器10に供給可能に構成される。これにより、機器10は、第1電力D1に基づいて動作し、第2電力に基づいて制御されるように構成される。システム100は、図1に示されるように、情報処理装置20をさらに備えてもよい。情報処理装置20は、バッテリーパック1の動作状態に関わる情報を、電気通信回線を通じて取得することができる。
図2は、バッテリーパック1及び機器10の回路図である。バッテリーパック1は、電源部2と、バッテリー保護回路3と、記憶部4と、通信部5、電力出力回路6と、電圧変換回路7と、信号出力回路8と、測定部9とを備える。以下、構成要素についてさらに詳述する。
電源部2は、バッテリーパック1の電力供給源である。電源部2は、例えば、二次電池21により構成することができる。二次電池21は、繰り返し充放電ができる電池(充電式電池)であり、バッテリーパック1に電力を供給可能に構成される。
バッテリー保護回路3は、バッテリーパック1が異常な動作状態となったときに、バッテリーパック1及び機器10を保護する。バッテリー保護回路3は、電源部2、電力出力回路6、信号出力回路8、及び測定部9に接続される。バッテリー保護回路3は、電力出力回路6及び信号出力回路8を制御する。バッテリー保護回路3の動作電源は電源部2から供給される。
判断部31は、バッテリーパック1の動作状態の異常の発生の有無を判断可能に構成される。さらに、判断部31は、動作状態の異常の種別を判断可能に構成される。ここで、動作状態の異常の種別とは、例えば、過充電状態、過放電状態、バッテリーパック1の充放電時に発生する電圧値及び電流値の異常、並びにバッテリーパック1内の電子機器から発生する熱の異常である。異常の種別は、これらに特定されず、バッテリーパック1の動作状態の異常に該当する全ての事象である。例えば、判断部31が、バッテリーパック1の電圧値、電流値及び電子機器の温度等のデータを取得し、予め記憶部4に記憶されている閾値と比較することにより異常の発生の有無を判断してもよい。
信号通信部32は、バッテリーパック1の動作状態が異常であると判断された場合、異常の種別を信号化する。信号はデジタル電気信号であるため、デジタル-アナログ変換回路(不図示)でアナログ電気信号に変換されて、信号出力回路8に送信される。例えば、電圧異常の場合、電気信号は、オンとオフを一回繰り返す。電子機器の温度異常の場合、電気信号は、オンとオフを二回繰り返す。このようにして信号通信部32は、動作状態の異常の種別が識別できるように信号化する。信号化にあたり、信号通信部32は、オン又はオフの状態にさせる時間を変えて電気信号を識別させてもよい。
電力測定部33は、電源部2から出力される第1電力D1を測定可能に構成される。電力測定部33は、第1電力D1の電圧値又は電流値を測定する。具体的には、電力測定部33は、負荷となる抵抗91の前後の電圧を測定し、2点間の電位差を抵抗91の値で割って第1電力D1の電流を測定する。電圧値も同様に電圧測定回路(不図示)によって測定される。電流値及び電圧値はアナログ電気信号であるため、アナログ-デジタル回路(不図示)でデジタル電気信号に変換される。
受付部34は、測定機器92の出力値を受付可能に構成される。測定機器92の出力値が電圧値又は電流値のアナログ電気信号である場合、出力データはアナログ-デジタル変換回路(不図示)でデジタル電気信号に変換される。受付部34は、デジタル電気信号に変換された出力データを受け付ける。測定機器92は、バッテリーパック1の内部のみならず、バッテリーパック1の外部に備えられてもよい。
履歴保存部35は、判断部31により異常が発生したと判断された場合、異常が発生したと判断された時刻及び異常が発生した時点における動作状態を履歴として保存可能に構成される。換言すると、履歴保存部35は、異常が発生したと判断された時刻及び動作状態の異常の種別を記憶部4に記憶させる。
履歴通信部36は、履歴保存部35が保存する履歴に係るデータ等を、後述する通信部5に送信する。送信するタイミングは、履歴保存部35が動作状態を履歴として保存する毎でもよく、所定の間隔でもよい。
記憶部4は、前述の記載により定義される様々な情報を記憶する。これは、例えばソリッドステートドライブ(Solid State Drive:SSD)等のストレージデバイスとして、あるいは、プログラムの演算に係る一時的に必要な情報(引数、配列等)を記憶するランダムアクセスメモリ(Random Access Memory:RAM)等のメモリとして実施されうる。また、これらの組合せであってもよい。特に、記憶部4は、判断部31により、バッテリーパック1に異常が発生したと判断された場合、異常が発生したと判断された時刻及び異常が発生した時点における動作状態を記憶する。また、記憶部4は、判断プログラム、信号通信プログラム、電力測定プログラム、受付プログラム、履歴保存部プログラム及び履歴通信部プログラムを記憶する。また、記憶部4は、これ以外にもバッテリー保護回路3によって実行されるバッテリー保護回路3に係る種々のプログラム等を記憶している。
通信部5は、USB、IEEE1394、Thunderbolt、有線LANネットワーク通信等といった有線型の通信手段が好ましいものの、無線LANネットワーク通信、LTE/3G等のモバイル通信、Bluetooth(登録商標)通信等を必要に応じて含めてもよい。即ち、これら複数の通信手段の集合として実施することがより好ましい。特に、バッテリー保護回路3と、記憶部4と、外部の情報処理装置20とは、所定の通信規格において通信可能に構成されることが好ましい。
電力出力回路6は、CFET61(Charge Field Effect Transistor)と、DFET62(Discharge Field Effect Transistor)とを備え、バッテリーパック1の充放電を切換える。電力出力回路6は、電源部2及び信号出力回路8に接続されている。さらにバッテリーパック1に異常が発生したときに、機器10に第2電力D2を出力するため、電力出力回路6は電圧変換回路7と接続されている。
電圧変換回路7は、電力出力回路6と信号出力回路8に接続され、電力出力回路6から入力された第1電力D1の第1電圧値V1を第2電圧値V2に変換する。電圧変換回路7は、第2電圧値V2に変換された第2電力D2を信号出力回路8に出力する。第2電圧値V2の大きさは第1電圧値V1より小さい。(第2電圧値V2/第1電圧値V1)の値は、0より大きく1より小さい。
信号出力回路8は、電圧変換回路7と第1接続端子T1に接続され、ダイオード81と、FET82(Field Effect Transistor)とを備える。信号出力回路8は、判断部31により判断されたバッテリーパック1の動作状態の異常の種別に基づいて、電圧変換回路7から入力された第2電力D2の第2電圧値V2を変動させるように構成される。具体的には、信号通信部32から送られた電気信号がFET82を制御し第2電力D2の第2電圧を変動させる。このようにして、信号出力回路8は、機器10にバッテリーパック1の動作状態の異常の種別等を表す電気信号を伝送する。
測定部9は、測定機器92を備える。測定部9は、バッテリー保護回路3と接続されており、測定機器92の測定した物理量は、バッテリー保護回路3に出力される。
本節では、バッテリーパック1に接続される機器10について説明する。バッテリーパック1の第1接続端子T1と、機器10の第2接続端子T2が接続されて、バッテリーパック1から第1電力D1及び第2電力D2が機器10に供給される。バッテリーパック1に接続できるものであれば、機器10の用途は限定されない。例えば、機器10は、チェンソー,刈払機,ヘッジトリマ,ブロワなどの手持ち式作業機械、丸のこ,バンドソーなどの切断機、投光器や発電機などの産業機械製品であってもよい。機器10は、信号判定回路11と、制御部12と、動作部13とを備える。以下、各構成要素についてさらに説明する。
信号判定回路11は、アナログ-デジタル変換回路(不図示)を備える。信号判定回路11は、バッテリーパック1から入力された第1電力D1及び第2電力D2のアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換する。デジタル化された電気信号は、制御部12に出力される。
制御部12は、バッテリーパック1から入力された第2電力D2の第2電圧値V2の変動値を識別する。そして、制御部12は、識別した変動値に基づき、第2電力D2によって機器10を制御可能に構成される。制御部12は、CPU121を備える。具体的には、CPU121は、信号判定回路11から入力された電気信号に基づいて機器10内の電子機器及び動力機器を制御する。
動作部13は、動力機器であるモーター131を備える。動作部13は、少なくとも第1電力D1が入力される。そして、動作部13は、入力された第1電力D1によって動作可能に構成される。一方、第2電力D2の大きさは動作部13を動作させる電力値以下であるため、動作部13に第2電力D2が入力された場合にはモーター131は動作しない。
本節では、情報処理装置20について説明する。情報処理装置20は、電気通信回線を通じて、バッテリーパック1と所定の通信規格において通信可能に構成される。情報処理装置20は、通信部5からバッテリーパック1動作状態の異常及び異常の種別に関するデータをリアルタイムで取得できる。そのため、使用されている多数のバッテリーパック1の動作状態を迅速に把握することができる。このようなデータは、保守や修理に有用である。
第2章では、第1章で説明したバッテリーパック1の動作状態伝送方法について説明する。接続対象の機器10に電力を供給するバッテリーパック1の動作状態伝送方法は、電力出力ステップを備える。電力出力ステップでは、バッテリーパック1の動作状態が正常である場合、第1電力D1を出力する。バッテリーパック1の動作状態が異常である場合、第2電力D2を出力する。第1電力D1は、機器10を動作させるための電力であり、第2電力D2は、機器10が動作しない大きさの電力である。これにより機器10にバッテリーパック1の動作状態を伝送する。具体的に、この動作状態伝送方法を説明する。
(アクティビティA01)
バッテリーパック1は、接続対象の機器10の有するモーター131を動作させる第1電力D1を出力する。
(アクティビティA02)
判断部31は、バッテリーパック1の動作状態が正常か異常かを判断する。動作状態が正常である場合は、アクティビティA01が実行される。動作状態が異常である場合は、アクティビティA03が実行される。
(アクティビティA03)
判断部31は、バッテリーパック1の動作状態の異常の種別を判断する。
(アクティビティA04)
電圧変換回路7は、第1電力D1の第1電圧値V1を第2電圧値V2に変換し、第2電力D2として出力する。
(アクティビティA05)
信号出力回路8は、動作状態の異常の種別に基づいて、第2電力D2の第2電圧値V2を、第2電圧値V2と第3電圧値V3の間で変動させる。
(アクティビティA06)
信号出力回路8は、変動された第2電力D2の第2電圧値V2を、電気信号として出力する。
(アクティビティA07)
バッテリーパック1の動作状態の異常の電気信号が、機器10の信号判定回路11に入力される。
(アクティビティA08)
制御部12のCPU121は、デジタル化された動作状態の異常信号から動作状態の種別を判定する。
(アクティビティA09)
制御部12のCPU121は、機器10内の電子機器を制御する。そして、第2電力D2が動作部13に入力されると、動作部13の有するモーター131を停止させてもよい。さらに、動作状態の異常の種別を機器10又は情報処理装置20のディスプレイ(不図示)に表示してもよい。
[ここまで]
下記のような態様によって前述の実施形態を実施してもよい。
(2)履歴保存部35は、さらにバッテリーパック1と機器10を接続した回数を記憶部4に記憶してもよい。バッテリーパック1の利用者が、劣化したバッテリーパック1を交換する時期を予測する上で有利である。
(3)測定部9の有する測定機器92は、バッテリーパック1の外部にあってもよい。バッテリーパック1の使用環境を把握することで、より安全にバッテリーパック1を使用することができる。さらに充電環境も把握できるため、より安全にバッテリーパック1に電力を充電することもできる。
(4)機器10は、記憶部を備えてもよい。このとき、制御部12のCPU121は、バッテリーパック1の動作状態の異常を表す電気信号を受信するときに、異常が発生した時刻及び異常が発生した時点における動作状態を履歴として記憶部に保存する。機器10の製造業者、販売業者又は管理業者等が機器10の品質を解析する上で、保存されたデータは有用である。
(5)二次電池21の残量に応じて、電圧変換回路7は、第2電圧値V2を制御してもよい。信号出力回路8は、電圧値の下がった第2電圧値V2を変動させることで、二次電池21の残量が少なくなったときでも確実にバッテリーパック1の動作状態の異常の有無又は異常の種別を接続対象の機器10に伝送することができる。
前記バッテリーパックにおいて、判断部と、信号出力回路とをさらに備え、前記判断部は、前記動作状態の異常の種別を判断可能に構成され、前記信号出力回路は、前記判断された異常の種別に基づいて、前記第2電力の第2電圧値を変動させるように構成される、もの。
前記バッテリーパックにおいて、電力測定部をさらに備え、前記電力測定部は、前記第1電力を測定可能に構成され、前記判断部は、前記電力測定部により測定された前記第1電力の電圧値又は電流値に基づいて、前記動作状態の異常の種別を判断可能に構成される、もの。
前記バッテリーパックにおいて、受付部をさらに備え、前記受付部は、測定機器の出力値を受付可能に構成され、前記判断部は、前記受付部により受け付けられた前記出力値に基づいて、前記動作状態の異常の種別を判断可能に構成される、もの。
前記バッテリーパックにおいて、履歴保存部をさらに備え、前記判断部は、前記動作状態の異常の発生の有無を判断可能に構成され、前記履歴保存部は、前記判断部により前記異常が発生したと判断された場合、前記異常が発生したと判断された時刻及び前記異常が発生した時点における前記動作状態を履歴として保存可能に構成される、もの。
前記バッテリーパックにおいて、二次電池をさらに備え、前記二次電池は、前記バッテリーパックに電力を供給可能に構成され、前記信号出力回路は、前記二次電池の残量が所定の閾値以下である場合、前記第2電圧値を変動させるように構成される、もの。
システムであって、前記バッテリーパックと、前記機器とを備え、これらが前記バッテリーパックの有する第1接続端子及び前記機器の有する第2接続端子を通じて前記第1電力及び前記第2電力を前記機器に供給可能に構成され、前記機器は、前記第1電力に基づいて動作し、前記第2電力に基づいて制御されるように構成される、もの。
前記システムにおいて、前記機器は、制御部と、動作部とをさらに備え、前記制御部は、前記第2電力の第2電圧値の変動値を識別し、識別した前記変動値に基づき、前記第2電力によって前記機器を制御可能に構成され、前記動作部は、少なくとも前記第1電力が入力され、入力された前記第1電力によって動作可能に構成される、もの。
前記システムにおいて、前記機器は、産業機械製品である、もの。
接続対象の機器に電力を供給するバッテリーパックの動作状態伝送方法であって、電力出力ステップを備え、前記電力出力ステップでは、前記バッテリーパックの動作状態が正常である場合、第1電力を出力し、前記バッテリーパックの動作状態が異常である場合、第2電力を出力し、前記第1電力は、前記機器を動作させるための電力であり、前記第2電力は、前記機器が動作しない大きさの電力であり、これにより前記機器に前記バッテリーパックの動作状態を伝送する、方法。
コンピュータを、電力出力回路を制御する制御部として機能させるプログラムであって、前記制御部は、接続対象の機器に電力を供給するバッテリーパックの動作状態が正常である場合、第1電力を出力するように前記電力出力回路を制御し、前記バッテリーパックの動作状態が異常である場合、第2電力を出力するように前記電力出力回路を制御し、前記第1電力は、前記機器を動作させるための電力であり、前記第2電力は、前記機器が動作しない大きさの電力である、もの。
もちろん、この限りではない。
2 :電源部
21 :二次電池
3 :バッテリー保護回路
30 :通信バス
31 :判断部
32 :信号通信部
33 :電力測定部
34 :受付部
35 :履歴保存部
36 :履歴通信部
4 :記憶部
5 :通信部
6 :電力出力回路
61 :CFET
62 :DFET
7 :電圧変換回路
8 :信号出力回路
81 :ダイオード
82 :FET
9 :測定部
91 :抵抗
92 :測定機器
10 :機器
11 :信号判定回路
12 :制御部
121 :CPU
13 :動作部
131 :モーター
20 :情報処理装置
100 :システム
D1 :第1電力
D2 :第2電力
T1 :第1接続端子
T11 :第1プラス側接続端子
T12 :第1マイナス側接続端子
T2 :第2接続端子
T21 :第2プラス側接続端子
T22 :第2マイナス側接続端子
V1 :第1電圧値
V2 :第2電圧値
V3 :第3電圧値
Claims (11)
- 接続対象の機器に電力を供給するバッテリーパックであって、
電力出力回路を備え、
前記機器には前記電力出力回路を介して電力が供給され、
前記電力出力回路は、
前記バッテリーパックの動作状態が正常である場合、第1電力を出力するように構成され、
前記バッテリーパックの動作状態が異常である場合、第2電力を出力するように構成され、
前記第1電力は、前記機器を動作させるための電力であり、
前記第2電力は、電圧の値が0より大きく且つ前記第1電力の電圧の値より小さく、前記機器が動作しない大きさの電力である、
もの。 - 請求項1に記載のバッテリーパックにおいて、
判断部と、信号出力回路とをさらに備え、
前記判断部は、前記動作状態の異常の種別を判断可能に構成され、
前記信号出力回路は、前記判断された異常の種別に基づいて、前記第2電力の第2電圧値を変動させるように構成される、もの。 - 請求項2に記載のバッテリーパックにおいて、
電力測定部をさらに備え、
前記電力測定部は、前記第1電力を測定可能に構成され、
前記判断部は、前記電力測定部により測定された前記第1電力の電圧値又は電流値に基づいて、前記動作状態の異常の種別を判断可能に構成される、もの。 - 請求項2又は請求項3に記載のバッテリーパックにおいて、
受付部をさらに備え、
前記受付部は、測定機器の出力値を受付可能に構成され、
前記判断部は、前記受付部により受け付けられた前記出力値に基づいて、前記動作状態の異常の種別を判断可能に構成される、もの。 - 請求項2~請求項4の何れか1つに記載のバッテリーパックにおいて、
履歴保存部をさらに備え、
前記判断部は、前記動作状態の異常の発生の有無を判断可能に構成され、
前記履歴保存部は、前記判断部により前記異常が発生したと判断された場合、前記異常が発生したと判断された時刻及び前記異常が発生した時点における前記動作状態を履歴として保存可能に構成される、もの。 - 請求項2~請求項5の何れか1つに記載のバッテリーパックにおいて、
二次電池をさらに備え、
前記二次電池は、前記バッテリーパックに電力を供給可能に構成され、
前記信号出力回路は、前記二次電池の残量が所定の閾値以下である場合、前記第2電圧値を変動させるように構成される、もの。 - 請求項1~請求項6の何れか1つに記載のバッテリーパックと、前記機器とを備え、
これらが前記バッテリーパックの有する第1接続端子及び前記機器の有する第2接続端子を通じて前記第1電力及び前記第2電力を前記機器に供給可能に構成され、
前記機器は、
前記第1電力に基づいて動作し、
前記第2電力に基づいて制御されるように構成される、もの。 - 請求項7に記載のシステムにおいて、
前記機器は、制御部と、動作部とをさらに備え、
前記制御部は、
前記第2電力の第2電圧値の変動値を識別し、
識別した前記変動値に基づき、前記第2電力によって前記機器を制御可能に構成され、
前記動作部は、
少なくとも前記第1電力が入力され、
入力された前記第1電力によって動作可能に構成される、もの。 - 請求項7又は請求項8に記載のシステムにおいて、
前記機器は、産業機械製品である、もの。 - 接続対象の機器に電力を供給するバッテリーパックの動作状態伝送方法であって、
電力出力ステップを備え、
前記電力出力ステップでは、
前記バッテリーパックの動作状態が正常である場合、第1電力を出力し、
前記バッテリーパックの動作状態が異常である場合、第2電力を出力し、
前記第1電力は、前記機器を動作させるための電力であり、
前記第2電力は、電圧の値が0より大きく且つ前記第1電力の電圧の値より小さく、前記機器が動作しない大きさの電力であり、
これにより前記機器に前記バッテリーパックの動作状態を伝送する、方法。 - コンピュータを、電力出力回路を制御する制御部として機能させるプログラムであって、
前記電力出力回路は、接続対象の機器に電力を供給するバッテリーパックに備えられ、当該電力出力回路を介して前記機器に電力が供給され、
前記制御部は、
前記バッテリーパックの動作状態が正常である場合、第1電力を出力するように前記電力出力回路を制御し、
前記バッテリーパックの動作状態が異常である場合、第2電力を出力するように前記
電力出力回路を制御し、
前記第1電力は、前記機器を動作させるための電力であり、
前記第2電力は、電圧の値が0より大きく且つ前記第1電力の電圧の値より小さく、前記機器が動作しない大きさの電力である、もの。
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