WO2021182308A1 - アダプタ及び直流電力利用システム - Google Patents

Abstract

アダプタ２０は、直流の入力電力が外部電源１０から入力される入力端子５１～５３と、入力端子５１～５３から入力された直流電力を外部に供給する出力端子であって、交流用電気機器の電力端子が接続可能な出力端子１６ａ、１６ｂと、入力端子５１と出力端子１６ａとの間に電気的に接続されたスイッチ素子１５と、スイッチ素子１５に電気的に接続された制御回路９とを備える。制御回路９は、スイッチ素子１５の接続及び切断を周期で制御することにより、出力端子１６ａ、１６ｂから出力される直流電力が周期で切断されるように、スイッチ素子１５を制御する。

Description

アダプタ及び直流電力利用システム

　本発明は、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池の電池パックの直流電力を、交流電力用の電気機器にも適用できるようにするためのアダプタ、及び直流電力利用システムに関する。

　近年、交流電力が入力される電気機器の電源として、電池パックを使用する試みがなされている。その一例として、電池パックにアダプタを接続する場合がある。この場合、アダプタは、電池パックから出力される直流電力を交流に変換して、電気機器へ供給する。

　特開２０１９－１７１８０号公報には、直流源と、電力変換部と、コンセントを備えた直流給電システムが開示されている。この直流給電システムにおいて、電力変換部は、直流源から供給される直流電圧を、商用電源の交流電圧の周波数と同じ周波数の電圧に変換する。これにより、交流が入力される市販の電気機器をコンセントに接続して動作させることができる。

　特許第４６７４２４６号公報には、電気機器の電源として用いる電池パックが開示されている。この電池パックは、電池セル群と、電池セル群の直流電圧を交流電圧に変換する放電制御回路と、交流出力端子とを備える。電池パックは、電気機器の無負荷状態が所定時間以上継続すると、電池から交流出力端子への放電を制御する通電遮断素子を遮断状態に切り替える。

特開２０１９－１７１８０号公報 特許第４６７４２４６号公報

　上記従来技術では、直流電源の電圧を、電気機器で使用する電圧の周波数に合わせて変換する電圧変換器が必要となる。しかし、例えば、インバータ等の電圧変換器を用いると、電圧変換器を含むアダプタの構成が複雑になる。その結果、アダプタのサイズ及びコストが増大する。

　そこで、本願は、簡単な構成で、交流電力用の電気機器に直流電源からの電力を供給することができるアダプタを開示する。

　本発明の実施形態に係るアダプタは、直流の入力電力が外部電源から入力される入力端子と、前記入力端子から入力された直流電力を外部に供給する出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に電気的に接続されたスイッチ素子と、前記スイッチ素子に電気的に接続された制御回路と、を備える。前記制御回路は、前記スイッチ素子の接続及び切断を周期で制御することにより、前記出力端子から出力される直流電力が前記周期で切断されるように、前記スイッチ素子を制御する。

　本開示によれば、簡単な構成で、交流電力用の電気機器に直流電源からの電力を供給することができる。

図１は、本実施形態のアダプタの構成例を示す図である。 図２は、図１における出力端子から出力される直流電圧の波形の例を示す図である。 図３は、図１に示す識別回路及び識別素子のより詳細な構成例を示す図である。 図４は、図１に示す識別回路及び識別素子の他の構成例を示す図である。 図５は、図１に示すアダプタに電圧検出回路を追加した構成例を示す図である。

　発明者らは、交流電力で動作する電気機器に、直流電圧を供給しても動作できる場合があることに着目した。例えば、交流電力で動作することを想定した交流整流子モータを備える交流電力用電気工具は、直流電圧を供給しても動作できる場合がある。そこで、電池パックの直流電力を、変換せずに直流電力として供給するシステムを検討した。例えば、上記の電気工具に直流電力を供給して、交流電力で動作した場合と同等の性能を発揮させようとすると、高圧の直流電圧が求められることがある。高圧の直流電圧を、交流電力用の電気機器に供給して動作させる場合、直流電力に起因する問題が生じることがわかった。例えば、直流電力を供給している電気機器の電源スイッチを遮断した時に、電源スイッチの接点でアークが発生し得る。アークにより、電源スイッチが故障する場合がある。

　発明者らは、直流電力を入力する入力端子と、直流電力を出力する出力端子の間を接続及び切断するスイッチ素子を備えるアダプタを検討した。そして、このアダプタで、スイッチ素子の接続及び切断を周期で制御することにより、出力端子から出力される直流電力を周期で切断する構成に想到した。これにより、簡単な構成で、交流電力用の電気機器に直流電力を供給することによる問題を解決することができる。下記の実施形態は、この知見に基づくものである。

　本発明の実施形態に係るアダプタは、直流の入力電力が外部電源から入力される入力端子と、前記入力端子から入力された直流電力を外部に供給する出力端子であって、交流電力で動作することが想定された交流用の電気機器の電力端子が接続可能な出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に電気的に接続されたスイッチ素子と、前記スイッチ素子に電気的に接続された制御回路と、を備える。前記制御回路は、前記スイッチ素子の接続及び切断を周期で制御することにより、前記出力端子から出力される直流電力が前記周期で切断されるように、前記スイッチ素子を制御する。

　上記アダプタによれば、入力端子から入力された直流電力は、ほぼそのまま変換されずに、出力端子から出力される。出力端子は、交流用の電気機器の電力端子が接続可能に構成される。この構成において、制御回路に制御されるスイッチ素子によって、出力端子から出力される直流電力は、周期で切断される。これにより、出力端子に交流電力用の電気機器が接続された場合、電気機器に周期的に切断された直流電力が入力される。そのため、例えば、交流電力用の電気機器で電源スイッチが遮断された場合に、電源スイッチにアークが発生しにくくなる。このように、上記アダプタは、入力された直流電力を出力する簡単な構成としつつ、スイッチ素子の制御によって、交流電力用電気機器に直流電力を供給することによる問題を解決できる。結果として、上記アダプタは、簡単な構成で、交流電力用の電気機器に直流電源からの電力を供給することができる。

　上記アダプタにより、例えば、リチウムイオン電池などの二次電池を含む電池パックのような外部電源からの高電圧の直流電圧を、交流電力用の電気機器に供給することができる。そのため、商用電源のない場所や、ＡＣコードが作業の邪魔になるような場所でも、電気機器を使用可能になる。また、容量の大きい商用電源を使用する場合に比べて、直流電源を使用する場合は、平均電圧を考慮した電力供給ができるため、電圧降下(パワーダウン)を気にしないで、電気機器を使用することができる。

　前記制御回路により制御される前記スイッチ素子のデューティ比は５０％を超えてもよい。すなわち、出力される直流電力の１周期において接続期間を切断期間より長くするようスイッチ素子の接続及び切断が制御されてもよい。これにより、入力端子から入力される入力電圧に対する出力端子から出力される電圧の割合を高くすることができる。

　前記アダプタは、前記入力端子と電気的に接続され、前記入力電力の電圧を検出する電圧検出回路をさらに備えてもよい。前記制御回路は、前記電圧検出回路により検出された前記入力電力の電圧に応じて、前記周期、及び、前記スイッチ素子の１周期における切断期間の少なくとも１つを決定することができる。例えば、アーク発生を効果的に抑制するのに適したスイッチ素子の切断期間は、入力電圧によって異なることがわかっている。制御回路が、入力電圧に応じて、周期及び１周期におけるスイッチ素子の切断期間の少なくとも１つを決定することで、アーク発生の抑制等、直流電力供給に関わる問題の解決に適した直流電力を出力端子から出力することができる。

　前記アダプタは、前記出力端子に接続される外部機器の識別信号を検出する識別回路をさらに備えてもよい。前記識別回路が前記識別信号を検出すると、前記制御回路は前記スイッチ素子を切断状態から接続状態にして前記スイッチ素子の制御を開始することができる。これにより、接続される外部機器が識別できた場合に、その出力端子から電力を出力することができる。例えば、外部機器が出力端子に接続されていない期間は、スイッチ素子を切断しておき、外部機器の識別信号が検出されると、スイッチ素子を接続して、出力端子から電力を出力できるように制御することができる。

　前記アダプタは、前記出力端子に接続される外部機器の前記識別信号を検出する識別回路をさらに備えてもよい。前記制御回路は、前記識別回路で検出された識別信号に応じて、前記周期、及び前記スイッチ素子の１周期における切断期間の少なくとも一つを決定することができる。これにより、出力端子に接続される外部機器に応じた周期又は切断期間で、切断される直流電力を供給することができる。

　前記アダプタは、前記外部電源から出力される過放電信号を検出する回路を備えてもよい。この場合、前記アダプタは、前記過放電信号に基づいて、前記入力端子と前記出力端子の接続を遮断するよう構成されてもよい。これにより、外部電源が過放電になった場合に、外部電源からの電力の供給を停止することができる。

　前記アダプタは、前記外部電源から出力される温度信号を検出する回路を備えてもよい。この場合、前記アダプタは、前記温度信号に基づいて、前記入力端子と前記出力端子の接続を遮断するよう構成されてもよい。これにより、例えば、外部電源の温度が異常な場合（例えば、許容範囲外になった場合等）に、外部電源からの電力の供給を停止することができる。

　前記アダプタは、出力端子から供給される電流を検出する回路を備えてもよい。この場合、前記アダプタは、検出された前記電流に基づいて、前記入力端子と前記出力端子の接続を遮断するよう構成されてもよい。これにより、出力端子から外部へ供給される電流が異常な場合（例えば、許容範囲外になった場合等）に、外部電源から外部への電力の供給を停止することができる。

　前記入力端子は、前記外部電源に含まれる複数の電池を接続できる複数の正負入力端子対を含んでもよい。この場合、前記複数の正負入力端子対に前記複数の電池が接続されると前記複数の電池が互いに直列に接続された状態となるように、前記複数の正負入力端子対のうち少なくとも２つの端子が電気的に接続されていてもよい。これにより、正極端子及び負極端子をそれぞれ有する複数の電池をアダプタに接続した場合に、複数の電池を直列に接続した状態にできる。そのため、複数の電池を直列に接続して得られる電圧を出力端子から出力することができる。

　本発明の実施形態における直流電力利用システムは、電気機器と、前記電気機器に着脱可能なアダプタとを備える。前記電気機器は、交流電力で動作することが想定された交流用の電気機器である。前記電気機器は、電力が入力される電力端子と、交流整流子モータと、前記電力端子と前記交流整流子モータとの間に接続された電源スイッチと、を有する。前記アダプタは、直流の入力電力が外部電源から入力される入力端子と、前記電気機器の前記電力端子に接続可能であり、前記入力端子から入力された直流電力を外部に供給する出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に電気的に接続されたスイッチ素子と、前記スイッチ素子に電気的に接続された制御回路と、を有する。前記制御回路は、前記スイッチ素子の接続及び切断を周期で制御することにより、前記出力端子から出力される直流電力が前記周期で切断されるように、前記スイッチ素子を制御する、直流電力利用システム。

　上記構成において、電気機器の交流整流子モータは、交流電流を流しても、直流電流を流しても動作可能である。また、電気機器の電力端子は、アダプタの出力端子に接続可能である。そのため、アダプタの出力端子から供給される直流電力によって電気機器が動作可能である。この構成において、制御回路に制御されるスイッチ素子によって、出力端子から出力される直流電力は、周期で切断される。これにより、出力端子に交流電力用の電気機器が接続された場合、電気機器に周期的に切断された直流電力が入力される。そのため、上記アダプタは、入力された直流電力を出力する簡単な構成としつつ、スイッチ素子の制御によって、交流電力用電気機器に直流電力を供給することによる問題を解決できる。結果として、上記アダプタは、簡単な構成で、交流電力用の電気機器に直流電源からの電力を供給することができる。

　前記電気機器は、前記アダプタへ識別信号を供給する識別信号供給回路をさらに有してもよい。前記アダプタは、前記電気機器の識別信号を検出する識別回路をさらに有してもよい。前記識別回路が前記識別信号を検出すると、前記アダプタの前記制御回路は前記スイッチ素子を切断状態から接続状態にして前記スイッチ素子の制御を開始する。

　［実施形態］
　以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。図中同一及び相当する構成については同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。

　（アダプタの構成例）
　図１は、本実施形態におけるアダプタの構成例を示す図である。図１に示す例では、アダプタ２０は、電池パック１０及び交流電力で動作する電気機器（以下、ＡＣ電気機器と称する。）３０に接続可能である。アダプタ２０は、電池パック１０から直流の入力電力を入力し、ＡＣ電気機器３０へ直流の電力を出力する。すなわち、アダプタ２０は、交流電力で動作することが想定されている交流用のＡＣ電気機器３０に、電池パックからの直流電力を供給する。アダプタ２０は、入力端子５１～５３、８１～８３と、出力端子１６ａ、１６ｂと、スイッチ素子１５と、制御回路９を備える。

　電池パック１０は、アダプタ２０に接続可能である。電池パック１０は、複数の群セル１０１～１０３を備える。群セル１０１～１０３の各々は、直列に接続された複数の電池を含む。群セル１０１～１０３の各々は、電池の正極に接続される正極端子１１～１３、及び電池の負極に接続される負極端子４１～４３を有する。なお、電池パック１０の構成は、図１に示す例に限られない。例えば、単セルなどの群セル以外の電池が電池パックに含まれてもよい。電池パックの電池の種類は、特に限定されないが、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池とすることができる。

　電池パックの群セル１０１～１０３の各々の出力電圧（定格電圧）は、これに限られないが、例えば、ＤＣ２０～５０Ｖとしてもよい。例えば、１セルの定格電圧を３．７Ｖとすると、１０個のセルを直列にした群セルの出力電圧は、ＤＣ３７Ｖとなる。この場合、３つの群セルを直列に接続した場合の出力電圧は、ＤＣ１１１Ｖとなる。

　ＡＣ電気機器３０は、交流電力で動作するように構成された電気機器であるが、直流電力でも動作可能な電気機器である。ＡＣ電気機器３０は、交流電力で直流電力でも動作できる電気機器である。ＡＣ電気機器３０は、例えば、電力端子、交流整流子モータ及び電源スイッチを有する電気工具であってもよい。図１に示す例では、ＡＣ電気機器３０は、電力端子３６、電力端子３６に接続される交流整流子モータ３５、及び電力端子３６とモータ３５の間の接続と切断を切り替える電源スイッチＳＷ１を備える。なお、ＡＣ電気機器３０には、これら以外にも、回路や部品等が設けられてもよい。

　本発明の実施形態における交流整流子モータ３５は、例えば、直流電流及び交流電流のいずれかが流れても動作可能なユニバーサルモータである。図１に示す例では、一例として、交流整流子モータ３５に、電力端子３６から入力された電流がそのまま供給される簡単な構成となっている。この場合、電力端子３６から入力された電圧が変換されることなく交流整流子モータ３５に印加される。そのため、電力端子３６から入力された電圧を変換して交流整流子モータ３５に供給するための駆動回路等が不要になる。なお、電気機器の構成は、図１に示す構成に限られない。

　電源スイッチＳＷ１は、例えば、ユーザの操作によってオン／オフ制御可能に構成されてもよい。電源スイッチＳＷ１により、交流整流子モータ３５の駆動と停止が制御される。図１に示す例では、電源スイッチＳＷ１は、電力端子３６と交流整流子モータ３５をつなぐ２本の線路のうち一方に設けられる片切スイッチであるが、電源スイッチＳＷ１は、これらの２本の経路の両方の接続と切断を切り替える両切スイッチであってもよい。

　交流整流子モータ３５は、これに限られないが、例えば、界磁、ブラシ、整流子、及び電機子を含む構成とすることができる。この場合、界磁及び電機子には、電力端子３６から入力された電流が供給される。

　ＡＣ電気機器３０は、電力端子３６から入力される交流電力で動作することが想定されている。そのため、電力端子３６は、交流電源に接続可能な形態である。例えば、電力端子３６は、例えば、商用電源のコンセントに接続可能なプラグに形成されてもよい。

　アダプタ２０の入力端子５１～５３、８１～８３には、外部電源の一例である電池パック１０から直流の入力電力が入力される。出力端子１６ａ、１６ｂから、入力端子５１～５３、８１～８３から入力された直流電力を外部に出力される。入力端子と出力端子は、電力を伝送する伝送線路で接続される。出力端子１６ａ、１６ｂは、出力コネクタ１６に設けられる。出力コネクタ１６は、例えば、コンセント形状の多極コネクタであってもよい。出力端子１６ａ、１６ｂは、ＡＣ電気機器３０の電力端子３６に接続可能に構成される。すなわち、出力端子１６ａ、１６ｂは、直流電力のみならず交流電力でも動作することを想定した交流用の電気機器の電力端子３６であるプラグに接続可能な形状を有する。

　図１に示す例では、入力端子は、複数の正負入力端子対（５１と８１、５２と８２、５３と８３）を含む。各正負入力端子対は、プラス入力端子（正入力端子）５１～５３とマイナス入力端子（負入力端子）８１～８３を含む。出力端子は、プラス出力端子１６ａとマイナス出力端子１６ｂを含む。複数の正負入力端子対（５１と８１、５２と８２、５３と８３）のそれぞれに、電池パックの群セルの正極端子及び負極端子（１１と４１、１２と４２、１３と４３）が接続可能である。

　アダプタ２０内において、複数の正負入力端子対のうち１つの正負入力端子対のプラス入力端子５１がプラス出力端子１６ａに接続され、他の正負入力端子対のマイナス入力端子８３が、マイナス出力端子１６ｂに接続される。これらのプラス入力端子５１及びマイナス入力端子８３以外の入力端子については、異なる正負入力端子対のプラス入力端子とマイナス入力端子が、伝送線路（８５ａ、８５ｂ）により互いに接続されている。これにより、複数の正負入力端子対（５１と８１、５２と８２、５３と８３）に、複数の群セル１０１～１０３がそれぞれ接続されると、複数の群セルが互いに直列に接続された状態となる。すなわち、電池パック１０の複数の群セル１０１～１０３は、アダプタ２０に接続されると直列に接続される。アダプタ２０の出力端子１６ａ、１６ｂからは、直列に接続された複数の群セル１０１～１０３の電圧が出力される。

　アダプタ２０のスイッチ素子１５は、入力端子と出力端子との間に電気的に接続される。本例では、マイナス入力端子８３とマイナス出力端子１６ｂの間にスイッチ素子１５が接続される。スイッチ素子１５は、入力端子と出力端子の間の接続及び切断を切り替える。スイッチ素子１５は、制御回路９に接続される。スイッチ素子１５の接続及び切断は、制御回路９により制御される。

　一例として、スイッチ素子１５は、ＦＥＴにより構成される。この場合、ＦＥＴのソース及びドレインが、入力端子と出力端子の間の経路に対して直列に接続される。ＦＥＴのゲートは、制御回路９に接続される。

　制御回路９は、スイッチ素子１５の接続及び切断を周期で制御する。制御回路９によるスイッチ素子１５の制御により、出力端子１６ａ、１６ｂから出力される直流電力が制御された周期で切断される。制御される周期（すなわち周波数）は、可変であってもよい固定であってもよい。

　図１に示す例では、制御回路９は、スイッチ素子１５を駆動する駆動回路９５を含む。駆動回路９５は、スイッチ素子１５に制御信号を供給して、スイッチ素子１５の接続及び切断（オン及びオフ）を制御する。例えば、スイッチ素子１５がＦＥＴである場合、駆動回路９５は、スイッチ素子１５のゲート電圧信号を供給することで、オン及びオフを制御する。

　図２は、出力端子から出力される直流電圧の波形の例を示す図である。図２（ａ）に示すように、出力電圧が０となる切断期間（オフ期間）が周期Ｔで繰り返される。図２（ａ）に示す例では、出力電圧において、デューティ比（オンデューティ）は、８０％である。例えば、制御回路９がスイッチ素子１５のデューティ比を８０％とすることで、図２（ａ）のような波形の直流電圧が出力端子から出力される。

　制御回路９によるスイッチ素子１５の制御によって、ＡＣ電気機器３０に直流電力を供給することによる問題を解決できる。例えば、ＡＣ電気機器３０に高電圧の直流電力を供給している時に電源スイッチＳＷ１が切断された場合、アークが発生し、電源スイッチが切れずに焼き付いてしまうことが起こり得る。本実施形態では、制御回路９のスイッチ素子１５の制御により、出力される直列電力が周期的に切断される。そのため、ＡＣ電気機器３０における電源スイッチＳＷ１の切断時にアークしにくくなる。なお、制御回路９によるスイッチ素子の制御により、解決できる問題は、上記アークの例に限られない。

　制御回路９は、スイッチ素子１５のデューティ比及び１周期における切断期間の少なくとも一方を制御することができる。これにより、出力電圧のオフ期間の長さ及び頻度の少なくとも一方を制御できる。

　例えば、図２（ｂ）は、図２（ａ）の波形に対して、周期すなわち周波数を固定し、デューティ比を変化させた場合の波形例を示す。このように、周期（周波数）は一定でデューティ比を変更することで、出力電圧のオフ期間の長さを調整することができる。

　図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す波形に対して、デューティ比を固定し、周期すなわち周波数を変化させた場合の波形例を示す。このように、デューティ比は一定で周期すなわち周波数を変更することで、出力電圧のオフ期間の長さ及び頻度を調整することができる。

　図２（ｄ）は、図２（ａ）に示す波形に対して、接続期間（オン期間）を固定し、オフ期間を変化させた場合の波形例を示す。このように、オン期間を固定しオフ期間を変更することで、出力電圧のオフ期間の長さ及び頻度を調整することができる。

　制御回路９によって制御されるスイッチ素子１５のデューティ比は、特に限定されないが、例えば、５０％を超える範囲で設定されてもよい。デューティ比が大きい程、１周期におけるオン期間が長くなる。その結果、入力端子へ入力される電圧に対する出力端子から出力される電圧の割合が高くなる。すなわち、ＡＣ電気機器３０に供給される平均電圧又は実効電圧が高くなる。この観点から、制御回路９によって制御されるスイッチ素子１５のデューティ比は、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましく、８０％以上がさらに好ましく、９０％以上がさらに好ましい。

　一例として、図２（ａ）に示す例において、電池パック１０からの入力電圧をＤＣ１２６Ｖとする。オン期間は８ｍｓｅｃ、オフ期間は２ｍｓｅｃである。デューティ比は（Ｔ１／Ｔ）×１００＝（８／１０）＝８０％である。この場合、周波数ｆは１００Ｈｚである。実効電圧ＶＲＭＳ＝１１２．Ｖである。平均電圧ＶＡＶＥ＝１００．８Ｖとなる。

　（過放電、温度、電流を検出する構成例）
　再び、図１を参照し、アダプタ２０は、過放電信号入力端子６１～６３、温度信号入力端子７１～７３を有する。過放電信号入力端子６１～６３、及び、温度信号入力端子７１～７３は、複数の正負入力端子対のそれぞれに対して設けられる。正負入力端子対に群セルの正極端子と負極端子が接続された状態において、群セルの過放電信号出力端子２１～２３が過放電信号入力端子６１～６３に接続され、温度信号出力端子３１～３３が温度信号入力端子７１～７３に接続される。これにより、複数の正負入力端子対に接続される複数の群セル１０１～１０３のそれぞれから、過放電信号及び温度信号を入力することができる。

　群セル１０１～１０３のそれぞれは、過放電検出回路（図示略）を有する。過放電検出回路は、過放電信号出力端子２１～２３に接続される。過放電検出回路が、群セルの過放電を検出すると、過放電信号出力端子２１～２３から過放電信号を出力する。

　群セル１０１～１０３のそれぞれは、サーミスタ１ａ、１ｂ、１ｃを有する。サーミスタ１ａ、１ｂ、１ｃは、温度信号出力端子３１～３３及び負極端子４１～４３に接続される。サーミスタは、群セルの温度を示す温度信号を、温度信号出力端子３１～３３から出力する。

　制御回路９は、過放電検出回路９１、温度検出回路９２、電流検出回路９３、及び識別回路９４を含む。過放電信号入力端子６１～６３は、過放電検出回路９１に接続される。過放電検出回路９１は、過放電信号入力端子６１～６３のそれぞれから入力される過放電信号により各群セル１０１～１０３の過放電を検出する。温度信号入力端子７１～７３は、温度検出回路９２に接続される。温度検出回路９２は、温度信号入力端子７１～７３のそれぞれから入力される温度信号により各群セル１０１～１０３の温度を検出する。

　電流検出回路９３は、入力端子と出力端子の間の線路上に接続された電流検出用抵抗Ｒ１に接続される。電流検出回路９３は、電流検出用抵抗Ｒ１の両端の電圧により、入力端子と出力端子の間の線路上に流れる電流を検出することができる。

　制御回路９は、過放電検出回路９１において、複数の群セル１０１～１０３のうちいずれかの過放電が検出された場合に、スイッチ素子１５を切断する。すなわち、入力端子と出力端子の間の電力の伝送を停止する。アダプタ２０に接続された複数の群セルのいずれかにおいて過放電が発生した場合に、電池パック１０からの電力入力及びＡＣ電気機器３０への電力供給を停止することができる。

　制御回路９は、温度検出回路９２において、複数の群セル１０１～１０３のうちいずれかの温度に異常が検出された場合に、スイッチ素子１５を切断する。すなわち、入力端子と出力端子の間の電力の伝送を停止する。アダプタ２０に接続された複数の群セルのいずれかにおいて温度の異常が発生した場合に、電池パック１０からの電力入力及びＡＣ電気機器３０への電力供給を停止することができる。

　制御回路９は、電流検出回路９３において、複数の群セル１０１～１０３のうちいずれかの電流に異常（例えば、過電流）が検出された場合に、スイッチ素子１５を切断する。すなわち、入力端子と出力端子の間の電力の伝送を停止する。出力端子から出力される電流に異常が発生した場合に、電池パック１０からの電力入力及びＡＣ電気機器３０への電力供給を停止することができる。

　なお、スイッチ素子１５とは別に、入力端子と出力端子の間に他のスイッチ素子が設けられてもよい。制御回路９は、過放電、温度異常、又は電流異常を検出した時に、この他のスイッチ素子を切断するよう構成されてもよい。

　（ＡＣ電気機器を識別する構成例）
　図１に示す例では、アダプタ２０は、識別素子１７を有する。制御回路９は、識別回路９４を有する。識別回路９４及び識別素子１７は、アダプタ２０に接続されるＡＣ電気機器３０から識別信号を検出することで、ＡＣ電気機器３０を識別する。

　図３は、図１に示す識別回路９４及び識別素子１７のより詳細な構成例を示す図である。図３に示す例では、識別素子１７は、端子であり、ＡＣ電気機器３０の識別素子３４である端子と接続可能に構成されている。識別素子１７は、識別回路９４に接続される。ＡＣ電気機器３０では、識別素子３４に識別抵抗が接続されている。アダプタ２０の識別素子１７が、ＡＣ電気機器３０の識別素子３４に接続されると、アダプタ２０の識別回路９４と、ＡＣ電気機器３０の識別抵抗Ｒ２が電気的に接続される。識別回路９４は、識別抵抗Ｒ２の抵抗値に基づく信号が識別信号として検出される。例えば、識別抵抗Ｒ２の電圧、電流又は抵抗値が識別信号として検出される。識別抵抗Ｒ２は、アダプタ２０に識別信号を供給する識別信号供給回路の一例である。

　図４は、図１に示す識別回路９４及び識別素子１７の他の構成例を示す図である。図４に示す例では、識別素子１７は、無線通信を行うためのアンテナを有し、ＡＣ電気機器３０の識別素子３４が有するアンテナと無線通信可能に構成されている。識別素子１７は、識別回路９４に接続される。ＡＣ電気機器３０では、識別素子３４にメモリを備えた制御回路３７が接続されている。アダプタ２０の識別回路９４は、識別素子１７、３４を介して、ＡＣ電気機器３０の制御回路３７と無線通信可能である。識別回路９４は、ＡＣ電気機器３０の制御回路３７のメモリに記録された識別情報を、識別信号として無線通信を介して受信する。この無線通信の形態は、特に限定されないが、例えば、識別素子１７は、ＲＦＩＤのリーダライタとし、識別素子３４及び制御回路３７をＲＦＩＤタグとすることができる。制御回路３７は、識別信号供給回路の一例である。

　なお、識別素子３４及び識別回路９４は、出力端子１６ａ、１６ｂに接続されている状態のＡＣ電気機器から識別信号を取得する態様であってもよいし、出力端子１６ａ、１６ｂに接続されていない状態のＡＣ電気機器から識別信号を取得可能であってもよい。

　識別回路９４は、識別信号を検出することにより、ＡＣ電気機器３０を識別する。識別回路９４は、例えば、メモリを備え、メモリに予め記録された識別情報と、外部から取得した識別信号が示す識別情報とが一致する場合に、識別信号として検出することができる。これにより、識別回路９４は、ＡＣ電気機器３０を識別することができる。

　制御回路９は、識別回路９４が、ＡＣ電気機器３０の識別信号を検出すると、スイッチ素子１５を切断状態から接続状態にしてスイッチ素子１５の制御を開始することができる。この場合、制御回路９は、例えば、ＡＣ電気機器３０が、出力端子１６ａ、１６ｂに接続されていない場合は、スイッチ素子１５を切断状態にしておき、ＡＣ電気機器３０が、出力端子１６ａ、１６ｂに接続され、且つ、識別回路９４がＡＣ電気機器３０の識別信号を検出した場合に、スイッチ素子１５を切断状態から接続状態に切り替えて、スイッチ素子１５の制御を開始することができる。

　これにより、アダプタ２０は、識別できるＡＣ電気機器３０が接続された場合に、電力を供給し、識別できない電気機器が接続された場合には、電力を供給しないように構成される。そのため、例えば、直流電力で動作可能な識別されたＡＣ電気機器が接続された場合に直流電力を供給し、その他の識別されないＡＣ電気機器が接続された場合に、直流電力を供給しないようにすることができる。

　なお、スイッチ素子１５とは別に、入力端子と出力端子の間に他のスイッチ素子が設けられてもよい。制御回路９は、識別されたＡＣ電気機器が出力端子１６ａ、１６ｂに接続されていない間は、この他のスイッチを切断するように構成されてもよい。

　制御回路９は、識別回路９４で検出された識別信号に応じて、スイッチ素子１５の切断の周期、及びスイッチ素子の１周期における切断期間の少なくとも１つを決定することができる。これにより、ＡＣ電気機器３０に応じて、直流電力を制御することができる。例えば、制御回路９は、ＡＣ電気機器３０と識別情報と制御情報とを対応付けて予め記録したメモリを有してもよい。制御情報として、例えば、スイッチ素子１５の切断の周期（すなわち周波数）、及びスイッチ素子の１周期における切断期間の少なくとも１つを示す情報を予め記録しておくことができる。これにより、検出された識別信号を示す識別情報に応じた制御を決定することができる。制御回路９は、検出された識別信号に応じて、スイッチ素子１５を切断する周期（周波数）、デューティ比、及び、１周期における切断期間又は接続期間の長さの少なくとも１つを変更することができる。

　ＡＣ電気機器３０によって、動作に適した直流電圧は異なる場合がある。また、ＡＣ電気機器３０の電源スイッチＳＷ１のサイズや構成によって、アーク抑制に適した切断期間の長さや周期は異なる場合がある。そのため、ＡＣ電気機器３０に応じて調整された直流電圧を供給することが好ましい。本実施形態では、制御回路９がＡＣ電気機器３０から取得した識別信号に応じてスイッチ素子１５を制御する。これにより、ＡＣ電気機器３０に応じた直流電圧を供給することができる。

　（入力電圧に基づいて出力を制御するための構成例）
　図５は、図１に示すアダプタ２０の構成に、電圧検出回路９６を追加した構成を示す図である。電圧検出回路９６は、入力端子５１と電気的に接続される。電圧検出回路９６は、入力電力の電圧を検出する。電池パック１０がアダプタ２０に接続された状態で、電池パック１０の複数の群セル１０１～１０３を直列に接続した場合の電圧が、電圧検出回路９６で検出される。

　制御回路９は、電圧検出回路９６により検出された入力電力の電圧に応じて、スイッチ素子１５を切断する周期、及びスイッチ素子１５の１周期における切断期間の少なくとも１つを決定することができる。これにより、入力電力の電圧に応じて、スイッチ素子を切断する周期及び１周期における切断期間の少なくとも１つが制御される。例えば、制御回路９は、検出された入力電力の電圧に応じて、スイッチ素子１５を切断する周期（周波数）、デューティ比、及び、１周期における切断期間又は接続期間の長さの少なくとも１つを変更することができる。

　図５に示す例では、制御回路９は、入力電圧、すなわち、電池パック１０の複数の群セル１０１～１０３を直列に接続した場合の電圧に応じて、出力端子１６ａ、１６ｂから出力される直流電圧のオフ期間の周期又は長さを変更することができる。これにより、ＡＣ電気機器３０に直流電力を供給することにより生じ得る問題の解決に適した電圧を出力することができる。例えば、ＡＣ電気機器３０の電源スイッチＳＷ１切断時のアーク抑制のためには、ＡＣ電気機器３０に供給される直流電力におけるオフ期間の長さは、出力される直流電圧に応じて変更することが好ましい。制御回路９は、入力電力に応じてスイッチ素子１５の切断を制御することで、出力電圧に応じてオフ期間を調整することができる。例えば、入力電力の電圧が高くなると、スイッチ素子１５の切断期間を長くして、オフ期間を長くし、入力電力の電圧が低くなると、スイッチ素子１５の切断期間を短くして、オフ期間を短くすることができる。

　図２（ａ）～図２（ｄ）を参照し、入力電力に応じた出力電力の切断時間の制御例を説明する。図２（ａ）は、入力電圧がＤＣ１２６Ｖの場合である。この場合、上述したように、周期Ｔ＝１０ｍｓｅｃ（周波数ｆ＝１００Ｈｚ）、オフ期間２ｍｓｅｃ、デューティ比８０％、実効電圧ＶＲＭＳ＝１１２．７Ｖ、平均電圧ＶＡＶＥ＝１００．８Ｖである。

　図２（ｂ）の例では、入力電圧がＤＣ７５Ｖである。図２（ｂ）では、図２（ａ）の場合より入力電圧が低いため、周波数が変えずにデューティ比を９０％として、オフ期間を短くしている。この場合、周期Ｔ＝１０ｍｓｅｃ（周波数ｆ＝１００Ｈｚ）、オフ期間１ｍｓｅｃ、デューティ比９０％、実効電圧ＶＲＭＳ＝７１．７Ｖ、平均電圧ＶＡＶＥ＝６７．５Ｖである。図２（ｂ）の場合は、デューティ比が９０％と図２（ａ）のデューティ比８０％より高い。そのため、入力電圧に対する出力電圧の割合が大きくなる。

　図２（ｃ）の例では、入力電圧がＤＣ７５Ｖである。図２（ｃ）では、図２（ａ）の場合より入力電圧が低いため、デューティ比は変えずに周期を５ｍｓｅｃとして、オフ期間を短くしている。この場合、周期Ｔ＝５ｍｓｅｃ（周波数ｆ＝２００Ｈｚ）、オフ期間１ｍｓｅｃ、デューティ比８０％、実効電圧ＶＲＭＳ＝６７．１Ｖ、平均電圧ＶＡＶＥ＝６０Ｖである。この例では、周波数を高くできる。周波数を高くすることで、よりアーク抑制効果を高めることができる。

　図２（ｄ）に例では、入力電圧がＤＣ７５Ｖである。図２（ｄ）では、図２（ａ）の場合より入力電圧が低いため、オン期間は変えずにオフ期間を短くして１ｍｓｅｃとしている。この場合、周期Ｔ＝９ｍｓｅｃ（周波数ｆ＝１１１Ｈｚ）、オフ期間１ｍｓｅｃ、デューティ比８８．９％、実効電圧ＶＲＭＳ＝７０．７Ｖ、平均電圧ＶＡＶＥ＝６６．７Ｖである。

　図２（ａ）に示す例では、平均電圧が１００．８Ｖとなっている。これにより、例えば、１００．８ＶでＡＣ電気機器を動作させることができる。高電圧の出力を確保する観点からは、入力電圧が１２５Ｖ以上の場合、制御回路９は、出力端子から出力される電圧の平均電圧が８０Ｖ以上となるように、スイッチ素子１５の切断期間を制御する事が好ましく、前記平均電圧が１００Ｖ以上となるよう制御することがより好ましい。

　なお、制御回路９の駆動回路９５は、スイッチ素子１５の接続及び切断をＰＷＭ制御してもよい。ＰＷＭ制御により、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、入力電力の電圧に応じて、デューティ比を変更することができる。

　なお、制御回路９は、入力電力の電圧以外の物理量に基づいてスイッチ素子１５を制御してもよい。例えば、制御回路９は、出力電力の電圧をスイッチ素子１５のＰＷＭ制御にフィードバックしてすることで、出力電力の電圧が一定になるよう制御することもできる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、スイッチ素子１５は、プラス入力端子５１とプラス出力端子１６ａの間に接続されてもよい。

　また、制御回路９は、集積回路で構成されるプロセッサであってもよい。例えば、制御回路９の機能の少なくとも一部は、プロセッサがプログラムを実行することにより実現されてもよい。このようなプログラム及びプログラムを記録した非一時的な(non-transitory)記録媒体も、本発明の実施形態に含まれる。

　過放電検出回路９１、温度検出回路９２、電流検出回路９３、識別回路９４及び電圧検出回路９６の少なくとも１つを省略してもよい。過放電検出回路９１、温度検出回路９２、電流検出回路９３、及び識別回路９４の少なくとも１つは、制御回路９内ではなく、制御回路９の外に設けられてもよい。

　電池パックの入力端子への接続を検出する入力接続検出部をさらに備えてもよい。アダプタは、入力端子への接続が検出されていない間は、入力端子と出力端子の間を切断されるよう構成されてもよい。ＡＣ電気機器の出力端子への接続を検出する出力接続検出部をさらに備えてもよい。アダプタは、出力端子への接続が検出されていない間は、入力端子と出力端子の間を切断されるよう構成されてもよい。

　上記の例では、アダプタ２０は、電池パック１０及びＡＣ電気機器に対して着脱可能に構成される。アダプタは、外部電源又は電気機器に内蔵されてもよい。例えば、アダプタを内蔵した電池パックも本発明の実施形態に含まれる。この場合、アダプタの出力端子が、電池パックの出力端子となる。電池パックから出力される直流電力は、周期的に切断される。アダプタの出力端子から出力される直流電圧の平均電圧は、例えば、ＤＣ６０～２５０Ｖとしてもよい。この平均電圧は、７０Ｖ以上が好ましく、８０Ｖ以上がより好ましい。また、この平均電圧は、１８０Ｖ以下が好ましく、１５０Ｖ以下がより好ましい。これにより、例えば、交流１００Ｖで動作する電気機器に電力を供給することができる。

　また、アダプタは、電気機器に内蔵されてもよい。この場合、アダプタを内蔵した電気器は、アダプタの入力端子が、電気機器の入力端子となる。アダプタのスイッチ素子は、入力端子と交流整流子モータとの間に配置される。外部電源から入力端子に直流電力が入力された場合に、アダプタのスイッチ素子が周期で切断される。

　なお、上記例では、電池パック１０の複数の群セル１０１～１０３を、アダプタ２０において、直列に接続する構成である。アダプタにおける複数の電池（例えば群セル）の接続形態は、これに限られない。例えば、複数の電池をアダプタにおいて並列に接続する構成であってもよい。この場合、アダプタの出力端子からは、複数の電池を並列に接続した場合の電圧が出力される。

　上記例では、アダプタ２０に接続可能な電池パック１０は１つであるが、複数の電池パック１０がアダプタに接続可能であってもよい。例えば、３つの群セル１０１～１０３のそれぞれが、独立した電池パックであってもよい。この場合も、アダプタが、複数の電池パックを直列に接続する構成であってもよいし、複数の電池パックを並列に接続する構成であってもよい。

　１０：電池パック、１５：スイッチ素子、１６ａ、１６ｂ：出力端子、２０：アダプタ、３０：ＡＣ電気機器、５１～５３：入力端子、８１～８３：出力端子、９：制御回路

Claims (9)

1. 　直流の入力電力が外部電源から入力される入力端子と、
   　前記入力端子から入力された直流電力を外部に供給する出力端子であって、交流電力で動作することが想定された交流用の電気機器の電力端子が接続可能な出力端子と、
   　前記入力端子と前記出力端子との間に電気的に接続されたスイッチ素子と、
   　前記スイッチ素子に電気的に接続された制御回路と、を備え、
   　前記制御回路は、前記スイッチ素子の接続及び切断を周期で制御することにより、前記出力端子から出力される直流電力が前記周期で切断されるように、前記スイッチ素子を制御する、アダプタ。
2. 　前記制御回路により制御される前記スイッチ素子のデューティ比は５０％を超える、請求項１に記載のアダプタ。
3. 　前記入力端子と電気的に接続され、前記入力電力の電圧を検出する電圧検出回路をさらに備え、
   　前記制御回路は、前記電圧検出回路により検出された前記入力電力の電圧に応じて、前記周期、及び前記スイッチ素子の１周期における切断期間の少なくとも１つを決定する、請求項１又は２に記載のアダプタ。
4. 　前記出力端子に接続される外部機器の識別信号を検出する識別回路をさらに備え、
   　前記識別回路が前記識別信号を検出すると、前記制御回路は前記スイッチ素子を切断状態から接続状態にして前記スイッチ素子の制御を開始する、請求項１～３のいずれか１項に記載のアダプタ。
5. 　前記出力端子に接続される外部機器の前記識別信号を検出する識別回路をさらに備え、
   　前記制御回路は、前記識別回路で検出された識別信号に応じて、前記周期、及び前記スイッチ素子の１周期における切断期間の少なくとも一つを決定する、請求項１～４のいずれか１項に記載のアダプタ。
6. 　前記外部電源から出力される過放電信号を検出する回路、前記外部電源から出力される温度信号を検出する回路、及び、前記出力端子から供給される電流を検出する回路のうち少なくとも一つをさらに備え、
   　前記過放電信号、前記温度信号又は前記電流のいずれかに基づいて、前記入力端子と前記出力端子の接続を遮断する、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のアダプタ。
7. 　前記入力端子は、前記外部電源に含まれる複数の電池を接続できる複数の正負入力端子対を含み、
   　前記複数の正負入力端子対に前記複数の電池が接続されると前記複数の電池が互いに直列に接続された状態となるように、前記複数の正負入力端子対のうち少なくとも２つの端子が電気的に接続されている、請求項１～６のいずれか１項に記載のアダプタ。
8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載のアダプタと、電気機器を備えた直流電力利用システムであって、
   　前記電気機器は、交流電力で動作することが想定された交流用の電気機器であって、
   　　電力が入力される電力端子と、
   　　交流整流子モータと、
   　　前記電力端子と前記交流整流子モータとの間に接続された電源スイッチと、を有する、直流電力利用システム。
9. 　前記電気機器は、前記アダプタへ識別信号を供給する識別信号供給回路をさらに有し、
   　前記アダプタは、前記電気機器の識別信号を検出する識別回路をさらに有し、
   　前記識別回路が前記識別信号を検出すると、前記アダプタの前記制御回路は前記スイッチ素子を切断状態から接続状態にして前記スイッチ素子の制御を開始する、請求項８に記載の直流電力利用システム。

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