電池システム
【課題】電源システムの循環接続に関する課題を解決する。
【解決手段】電源１００は、電池モジュール１１０の直列回路と、インバータ回路１２０と、出力コンセント端子１２２と、充電回路１２３と、入力インレット端子１２４と、メインコントローラ１２５とを含む。メインコントローラ１２５は、インバータ回路１２０から出力された交流電圧が、出力コンセント端子１２２を介して、入力インレット端子１２４に入力されたことを検出した場合に、インバータ回路１２０と充電回路１２３を停止させる。
【解決手段】電源１００は、電池モジュール１１０の直列回路と、インバータ回路１２０と、出力コンセント端子１２２と、充電回路１２３と、入力インレット端子１２４と、メインコントローラ１２５とを含む。メインコントローラ１２５は、インバータ回路１２０から出力された交流電圧が、出力コンセント端子１２２を介して、入力インレット端子１２４に入力されたことを検出した場合に、インバータ回路１２０と充電回路１２３を停止させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池等の二次電池の電力を電気機器に供給してその電気機器を駆動するための電源すなわち電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気機器は、商用電源から供給される交流電圧を用いて駆動される。一方、商用電源については、それのコンセント端子が設置される場所が限定的であったり、非常時のように電力そのものがそのコンセント端子から得られない状況があったりする。こうしたことから、近年、リチウムイオン電池等の二次電池を内蔵し、その二次電池に蓄えられた電力を交流電圧に変換して、商用電源から独立して電気機器への電力供給を行うことができる電池システムが市場に登場しつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９５６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、リチウムイオン電池等の二次電池から出力される直流電圧を交流電圧に変換する電池システムにおいては、その交流電圧を電気機器へ供給し続ける動作に伴い、前記二次電池の残容量が低下し、やがて放電不可となる。すなわち、残容量が低下した二次電池を充電する必要がある。
【０００５】
二次電池の充電のためには、商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する充電回路が必要であるが、その充電回路へ交流電圧を入力するためには、商用電源と接続するための入力端子が必要となる。具体的には、商用電源の交流電圧が出力されるコンセント端子に接続可能な入力プラグ端子である。
【０００６】
一方、二次電池から出力される直流電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧を電気機器へ供給する電池システムにおいては、電気機器が有する電力入力用のプラグ端子と接続可能な出力端子、すなわち、商用電源のコンセント端子と同じ形状の出力コンセント端子が必要となる。
【０００７】
したがって、嵌め合い形状に関し、前記電池システムが有する前記出力コンセント端子と前記入力プラグ端子との関係は、商用電源のコンセント端子と電気機器の電力入力用のプラグ端子との関係と同様である。そのため、ユーザは、前記電池システムを使用する際、前記電池システムの入力用プラグ端子を、同じ電池システムが有する出力コンセント端子に誤って接続(以下、「循環接続」と称する)する可能性は避けられない。
【０００８】
また、前記電池システムが有する前記出力コンセント端子と前記入力プラグ端子は、互いに接続可能な形状であることから、当該電池システム１台における循環接続に限らず、複数台の電池システムによる循環接続も想定される。具体的には、１台目の電池システムの入力プラグ端子が２台目の電池システムの出力コンセント端子に、２台目の電池システムの入力プラグ端子が３台目の電池システムの出力コンセント端子に、という順に接続され、最終的にｎ台目の電池システムの入力プラグ端子が１台目の電池システムの出力コンセント端子に循環接続される状態である。
【０００９】
このように循環接続された状態にある電池システムは、その内部に有する回路の故障が想定される。また、その回路が故障しない場合であっても、その回路による消費が続き、二次電池の残容量が低下する状態が想定され、電池システムとしての機能低下につながる。また、誤って循環接続された電池システムが、故障しなくても動き続けていることを視認したユーザは、一見、電源短絡をしている様子にも見え、その状態が好ましい状況ではないと不安に感じることになる。したがって、電池システムが循環接続された場合に、当該電池システムが動作し続ける状態を回避することは、その電源自体の故障回避、及び、ユーザへの安心感提供という両面から、解決することが望ましい。
【００１０】
以上の事情を背景にして、本発明は、電池システムが循環接続された場合に、その電池システムが動作し続ける状態を回避することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。
【００１２】
さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。
【００１３】
（１）電気機器の電源として用いられる電池システムであって、
複数の電池セルで構成されて成る電池セル群と、
前記電池セル群の直流電圧を交流電圧に変換および出力する出力部と、
前記出力部から電気機器へ電力を供給するための電力出力端子と、
交流電圧を入力して直流電圧に変換し前記電池セル群を充電する充電部と、
前記充電部に電力を入力するための電力入力端子と、
前記電力入力端子の電圧もしくは電流またはそれに応じて変化する電圧もしくは電流を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果（例えば、特定の事象（例えば、前記出力部による交流電圧の出力）の開始時刻から、当該出力信号に特定の変化（当該出力信号によって表される電圧が、直流電圧から交流電圧に変化することや、当該出力信号によって表される電圧の振幅がしきい値を超えること）が出現する時刻までの経過時間の長さ）に基づき、当該電池システムの前記出力部と前記電力入力端子とが互いに接続される循環接続の有無、および/または、当該電池システムの前記出力部と別の電池システムの前記電力入力端子とが互いに接続されるとともに、前記他の電池システムの前記出力部と当該電池システムの前記電力入力端子とが互いに接続される循環接続の有無を判定する判定部と
を含む電池システム。
【００１４】
（２）さらに、
前記出力部および前記充電部の起動または停止を制御する制御部を含み、
前記判定部は、前記検出部が、前記出力部による交流電圧の出力が開始されてから所定時間内に、前記電力入力端子に交流電圧が入力される状態を検出した場合に、前記循環接続が存在すると判定し、前記制御部により、前記出力部および／または前記充電部を停止させる（１）項に記載の電池システム。
【００１５】
（３）さらに、
表示部を含み、
前記判定部は、前記検出部が、前記出力部による交流電圧の出力が開始されてから所定時間内に、前記電力入力端子に交流電圧が入力される状態を検出した場合に、前記循環接続が存在すると判定し、前記表示部の表示状態を変更する（１）または（２）項に記載の電池システム。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電池システムが循環接続された場合に、当該電池システムが動作し続ける状態を自動的に回避するか、または、その状態の存在をユーザに告知してその状態を回避するための操作をユーザに促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に従う電池システムが収容する電池モジュールを示す機能ブロック図である。
【図２】前記電池システムを示す機能ブロック図である。
【図３】図２に示す電池システムの制御シーケンスを示すフローチャートである。
【図４】図２に示す電池システムを、自己完結的に循環接続された状態で示す機能ブロック図である。
【図５】図２に示す電池システムを、別の同種の電池システムと循環接続された状態で示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照することにより、本発明の例示的な一実施形態に従う電池システムの一例である電源１００を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、電源１００が収容する電池モジュール１１０の機能ブロック図を示す。電源１００は、９個の電池セル（例えば、リチウムイオン電池によって構成される）１１１を収容する。
【００２０】
それら９個の電池セル１１１は、互いに直列に接続され、電池モジュール充電用ＦＥＴ（通電遮断素子の一例）１１２および電池モジュール放電用ＦＥＴ１１３を介し、電池モジュール端子１１４に接続される。
【００２１】
電池モジュールコントローラ１１５は、電池セル１１１の電圧を検知するための電圧検知部１１６、電池セル１１１の温度を検知のための温度検知部１１７、および、電池セル１１１に流れる電流を検知するための電流検知部１１９のうちの少なくとも１つを用いて電池セル１１１の状態を検知し、その検知結果に基づき、電池モジュール充電用ＦＥＴ１１２と電池モジュール放電用ＦＥＴ１１３を制御して充電電流および／または放電電流の通電または停止を行う。
【００２２】
また、電池モジュールコントローラ１１５は、信号送受信部（例えば、有線または無線の通信を可能にするための要素）１１８を有し、その信号送受信部１１８を介して、後述のメインコントローラ１２５と信号の送受信を行う。
【００２３】
図２は、電源１００を機能ブロック図で示す。
【００２４】
４個の電池モジュール１１０は電池モジュール端子１１４を介して直列接続され、インバータ回路１２０と出力切替部１２１とを介して出力コンセント端子１２２に接続され、また、充電回路１２３を介して入力インレット端子１２４に接続される。
【００２５】
メインコントローラ１２５は、直列接続された４個の電池モジュール１１０が通電状態にある場合には、それら電池モジュール１１０から電力を受けて駆動し、一方、少なくとも１個の電池モジュール１１０が通電状態になく、直列接続された４個の電池モジュール１１０からの電力が受けられない場合には、バックアップ付電源回路１２６より電力供給を受けて駆動する。
【００２６】
メインコントローラ１２５には、電池モジュール１１０の電圧を検知する電圧検知部１２７、入力インレット端子１２４に電力が入力されたことを検知する入力検知部１２９、および、電池モジュール１１０に内蔵される電池セル１１１の残容量や電源１００の動作状態を表示する表示部１０４が接続される。表示部１０４が、外部からの信号に応じて表示状態が変化するデバイスである。この表示部１０４は、例えば、点灯／消灯状態や色、輝度、配列などの表示状態を変更可能なＬＥＤによるインジケータや、画面上に表示される図形や文字による表示状態を変更可能な液晶ディスプレイＬＣＤである。
【００２７】
ケーブル１４０は、それの一端部において入力インレット端子１２４に接続可能であり、他端部において入力プラグ端子１４１を有する。入力プラグ端子１４１は、商用電源のコンセント端子に嵌り入る形状を有しており、図示しないが、よく知られている電気機器の電力入力用のプラグ端子の形状と実質的に同じである。
【００２８】
また、メインコントローラ１２５は、信号送受信部（例えば、有線または無線の通信を可能にするための要素）１３０と、電池モジュール１１０内の信号送受信部１１８を介して、電池モジュール１１０内の電池モジュールコントローラ１１５と信号の送受信を行う。
【００２９】
電池モジュールコントローラ１１５は、電池セル１１１の電圧、温度、電流、または、メインコントローラ１１５から受信した信号に基づき、充電、および、放電の可否を判断し、電池モジュール充電用ＦＥＴ１１２、および、電池モジュール放電用ＦＥＴ１１３を制御し、選択的に入出力、および、停止する。
【００３０】
また、電池モジュールコントローラ１１５は、前述の電池セル１１１の電圧、温度、電流に関する状態や充放電可否を示す示す信号をメインコントローラ１２５へ送信する。
【００３１】
メインコントローラ１２５は、直列接続された電池モジュール１１０の電圧、または、各電池モジュール１１０より受信した信号に基づき、充電、および、放電の可否を判断し、充電回路１２３、および、インバータ回路１２０を制御し、選択的に充電の実行と停止、および、インバータ出力の実行と停止を行なう。また、メインコントローラ１２５は、充電、および、インバータ出力の可否の判断結果に従い、電池モジュール１１０の入出力の許可または禁止を示す信号を電池モジュールコントローラ１１５へ送信する。
【００３２】
インバータ回路１２０は、直列接続された電池モジュール１１０の直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換回路の一例であり、商用電源の正弦波と同じ形の電圧波形を擬似的に出力するものである。
【００３３】
メインコントローラ１２５は、電池モジュールコントローラ１１５を通じて、電池セル１１１が、例えば、過放電、高温、過負荷といった放電を許可できない状態であることを検知した場合、インバータ回路１２０を停止する。
【００３４】
充電回路１２３は、入力インレット端子１２４に接続されたケーブル１４０を通じて交流電圧を入力し、その入力された交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧により、電池モジュール１１０に収容される電池セル群の充電を行う。特に、電池セル１１１がリチウムイオン電池である場合、電池セル電圧が所定電圧に達するまでは上限電流を設けた電流制御を行い、電池セル電圧が所定電圧に達してからは、充電中の電池セル電圧が前記所定電圧を超えないように電流制御を行うと良い。
【００３５】
メインコントローラ１２５は、電池モジュールコントローラ１１５を通じて、電池セル１１１が、例えば、過充電、高温、過電流充電といった充電を許可できない状態であることを検知した場合、充電回路１２３を停止する。
【００３６】
また、メインコントローラ１２５は、入力検知部１２９に接続され、入力インレット端子１２４に充電可能な電圧が入力される状態を検知し、選択的に充電、および、停止する。
【００３７】
メインコントローラ１２５は、後述する制御シーケンスに基づき出力切替部１２１を制御し、出力切替部１２１のＡ側、すなわち、入力インレット端子１２４側、または、出力切替部１２１のＢ側、すなわち、インバータ回路１２０の出力側と選択的に接続される。これにより、出力コンセント端子１２２からは、入力インレット端子１２４から入力した商用電源等の交流電圧、または、インバータ回路１２０から出力された交流電圧を選択的に出力することができる。
【００３８】
バックアップ付電源回路１２６は、その内部に、電池モジュール１１０が有する電池セル群とは別の蓄電部を有する。直列接続された４個の電池モジュール１１０が通電状態になく、メインコントローラ１２５、インバータ回路１２０、充電回路１２３、入力検知部１２９、表示部１０４などが、電池モジュール１１０から電力を受け取れない場合に、電池モジュール１１０に代わって電力を供給し、それらの起動等を補助する。また、直列接続された４個の電池モジュール１１０が通電状態にある場合には、バックアップ付電源回路１２６は、電池モジュール１１０、または、充電回路１２３から電力を受け取り、自身の内部に有する蓄電部を充電する。
【００３９】
図３は、電源１００の制御シーケンスを示すフローチャートである。
【００４０】
ステップＳ１０１では、メインコントローラ１２５が、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５へ通電を許可するための許可信号を送信する。送信するタイミングとは、例えば、図示しないが、電源１００にスイッチを設け、そのスイッチをオンに操作した場合、また、電源１００に外部からの粉塵や水などから出力コンセント端子１２２を保護するための可動式カバー、および、前記カバーの開閉に連動して動作するスイッチを設け、そのスイッチによって、前記カバーが開いて出力コンセント端子１２２に電気機器の入力プラグ端子を接続できる状態であることを検知した場合である。なお、前述のスイッチの状態を検知したり、許可信号を送信したりする際には、バックアップ付電源回路１２６から供給される電力を利用すると良い。
【００４１】
ステップＳ１０２では、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５が、前記許可信号を受信し、電池モジュール充電用ＦＥＴ１１２と電池モジュール放電用ＦＥＴ１１３をオンする。電源１００に収容される全ての電池モジュール１１０が通電可能な状態となり、インバータ回路１２０による出力、および、充電回路１２３による充電を可能とする。
【００４２】
ステップＳ１０３では、メインコントローラ１２５が、入力検知部１２９を通じて、入力インレット端子１２４に商用電源等の交流電圧が入力される状態を検知した場合はステップＳ１０４、前記交流電圧入力状態を検知しない場合は、ステップＳ１１１へ移行する。
【００４３】
ステップＳ１０４では、出力切替部１２１をＡ側に接続する。この状態においては、入力インレット端子１２４から出力コンセント端子１２２への通電経路が形成される。
【００４４】
ステップＳ１０５において、メインコントローラ１２５は、電圧検知部１２７を通じて検出された直列接続された電池モジュール１１０の電圧や、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５から受信する信号を用いて、電池セル１１１が満充電状態であるかを判断し、選択的にステップＳ１０８の充電制御の実行、または、ステップＳ１０６の充電停止を実行する。
【００４５】
ステップＳ１０６において、充電停止した場合は、ステップＳ１０７へ移行し、表示部１０４を用いて、満充電状態であることを表示し、ユーザへ知らせる。
【００４６】
ステップＳ１０８において、充電実行中は、ステップＳ１０９において、表示部１０４を用いて、充電中の状態にあることを表示し、ユーザへ知らせる。充電中の状態を表示する一例として、電池セル群への充電量を示すと良い。なお、充電回路１２３による充電中、インバータ回路１２０は停止状態にある。
【００４７】
ステップＳ１１０では、充電実行中に、メインコントローラ１２５が、入力検知部１２９を通じて、入力インレット端子１２４に交流電圧が入力される状態を検知し、入力状態であればステップＳ１０５に帰還し充電を継続し、入力状態でなければステップＳ１１０へ移行する。
【００４８】
なお、出力切替部１２１をＡ側に接続した状態で充電を行っている際は、入力インレット端子１２４に入力された交流電圧を出力コンセント端子１２２へバイパス出力可能である。なお、入力インレット端子１２４に入力される交流電圧とは、商用電源であっても、別の電源１００の出力コンセント端子１２２からケーブル１４０を介して入力される交流電圧であっても良く、バイパス出力は、前述のそれぞれの交流電圧に対応する。
【００４９】
ステップＳ１１１では、出力切替部１２１をＢ側に接続する。この状態においては、電池モジュール１１０からインバータ回路１２０を介して出力コンセント端子１２２へ交流電圧を出力する経路、および、入力インレット端子１２４から充電回路１２３を介して電池モジュール１１０へ充電する経路が形成される。
【００５０】
ステップＳ１１２において、メインコントローラ１２５は、電圧検知部１２７を通じて検出された直列接続された電池モジュール１１０の電圧や、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５から受信する信号を用いて、電池セル１１１の残容量がゼロの状態であるかを判断し、選択的にステップＳ１１７のインバータ回路１２０の出力の実行、または、ステップＳ１１３のインバータ回路１２０の停止を実行する。
【００５１】
ステップＳ１１３において、インバータ回路１２０を停止した場合は、ステップＳ１１４へ移行し、表示部１０４を用いて、残容量がゼロの状態であることを表示し、ユーザへ知らせる。
【００５２】
ステップＳ１１５において、メインコントローラ１２５は、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５へ通電を禁止するための禁止信号を送信し、ステップＳ１１６では、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５が、前記禁止信号を受信し、電池モジュール充電用ＦＥＴ１１２と電池モジュール放電用ＦＥＴ１１３をオフする。電源１００に収容される全ての電池モジュール１１０が通電不可の状態となり、インバータ回路１２０による出力、充電回路１２３による充電を不可とする。これによって、電源１００における消費電流の低減、異常時に各通電箇所を遮断することによる回路信頼性の確保、などを実現することができる。
【００５３】
ステップＳ１１７において、インバータ回路１２０の出力中は、ステップＳ１１８において、表示部１０４を用いて、インバータ回路１２０の出力中の状態にあることを表示し、ユーザへ知らせる。インバータ回路１２０の出力中の状態を表示する一例として、電池セル群の残容量を示すと良い。なお、インバータ回路１２０の出力中、充電回路１２３は停止状態にある。
【００５４】
ステップＳ１１９では、インバータ回路１２０の出力中に、メインコントローラ１２５が、入力検知部１２９を通じて入力インレット端子１２４に交流電圧が入力される状態を検知し、入力状態でない場合には、ステップＳ１１２に帰還し出力を継続し、入力状態にある場合には、ステップＳ１２１へ移行する。
【００５５】
ステップＳ１２１において、メインコントローラ１２５は、ステップＳ１１７でインバータ回路１２０を出力開始してから、ステップＳ１１９で交流電圧が入力されていることを検知するまでに要した時間を前記タイムラグＴとして検出し、そのタイムラグＴがしきい値Ｔｔｈ以下であれば、ステップＳ１２２へ、そうでなければ、ステップＳ１０４へ帰還する。タイムラグＴを検出する意義については、後述する。
【００５６】
ステップＳ１２２において、メインコントローラ１２５は、独立した電気回路という形態ではなく、ソフトウェア上の機能実現部としてカウンタを有し、そのカウンタ値Ｎを１だけインクリメントする。カウンタ値Ｎを用いる意義についても、後述する。ステップＳ１２３において、そのカウンタ値Ｎが所定のしきい値Ｎｔｈ以上、例えば、「２」以上であれば、ステップＳ１２０を経てステップＳ１２４へ移行し、そうでなければ、ステップＳ１０４へ帰還する。ステップＳ１２０においては、メインコントローラ１２５は、インバータ回路１２０を停止する。カウンタ値Ｎがしきい値Ｎｔｈ以上である場合は、後述する電源１００が循環接続されていることを確実に検出した状態にあるため、ステップＳ１２４においては、表示部１０４を用いて、ユーザによって不適切な操作が為されたこと（電源１００の端子の接続状態が不適切であること）を表すエラー表示（例えば、特定のインジケータの点灯または消灯や、文字や特定の図形によるメッセージ）を行い、ユーザへ知らせる。
【００５７】
続いて、ステップＳ１２５へ移行し、メインコントローラ１２５は、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５へ通電を禁止するための禁止信号を送信し、ステップＳ１１６で、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５が、前記禁止信号を受信し、電池モジュール充電用ＦＥＴ１１２と電池モジュール放電用ＦＥＴ１１３をオフする。循環接続状態にある電源１００に収容される全ての電池モジュール１１０を通電不可の状態として、インバータ回路１２０による出力、充電回路１２３による充電を不可とする。これによって、循環接続状態にある電源１００の故障を防止することができる。
【００５８】
なお、循環接続状態にある電源１００に収容される全ての電池モジュール１１０が通電不可となった状態で、表示部１０４によるエラー表示を継続する場合には、バックアップ付電源回路１２６から、メインコントローラ１２５、および、表示部１０４へ電力供給を行なうことで、エラー表示を継続することができる。
【００５９】
ここで、電源１００が循環接続される状態、および、その場合において信頼性を確保する本実施形態に従う例示的な制御方法について図３ないし図５を用いて詳しく説明する。
【００６０】
図４は、電源１００を循環接続された状態で示す機能ブロック図である。
【００６１】
入力インレット端子１２４に接続されたケーブル１４０の入力プラグ端子１４１は、出力コンセント端子１２２に循環接続されている。この状態における電源１００の制御の流れを図３を参照して説明する。なお、電池セル１１１の残容量はゼロでないものとする。また、後に詳述するが、ステップＳ１２２で用いられるカウンタ値Ｎの初期値は「０」、および、ステップＳ１２３で用いられるしきい値Ｎｔｈは「２」とする。
【００６２】
図４に示すように、出力切替部１２１がＡ側に接続されている場合、入力インレット端子１２４と出力コンセント端子１２２は同電位であり、いずれの電圧もゼロである。したがって、ステップＳ１０３において、メインコントローラ１２５は、入力検知部１２９を通じて、それの検出部位の電圧がゼロであることを検知し、入力インレット端子１２４に交流電圧が入力されていない状態であると判定して、ステップＳ１１１へ移行する。
【００６３】
メインコントローラ１２５は、ステップＳ１１１で、出力切替部１２１をＢ側に接続し、ステップＳ１１７で、インバータ回路１２０を起動し出力を開始する。インバータ回路１２０から出力された交流電圧は、出力コンセント端子１２２、および、ケーブル１４０の入力プラグ端子１４１を介して、入力インレット端子１２４に入力される。
【００６４】
ステップＳ１１９で、メインコントローラ１２５は、入力検知部１２９を通じて入力インレット端子１２４に交流電圧が入力される状態を検知し、ステップＳ１２１へ移行する。
【００６５】
ステップＳ１２１で、メインコントローラ１２５は、ステップＳ１１７でインバータ回路１２０を起動してから、ステップＳ１１９で前記交流電圧が入力されていることを検知するまでに要した時間をタイムラグＴとして検出する。そのタイムラグＴの長さは、メインコントローラ１２５内のタイマを用いて計測される。そのタイムラグＴの長さは、ステップＳ１１７の実行によってインバータ回路１２０を起動することによって発生した交流電圧が入力検知部１２９を通じて即時検知されることになるため、例えば、０．１秒以内というように非常に短い時間である。そのタイムラグＴが、所定のしきい値Ｔｔｈ、例えば、１秒以下である場合に、ステップＳ１２２へ移行する。
【００６６】
Ｔ＜＝Ｔｔｈの判定が行なわれた時点で（Ｓ１２１：Ｙｅｓ）、実質、循環接続が為されたものと判断することができる。別の表現をするならば、インバータ回路１２０が起動するのと同時に、ユーザがケーブル１４０の入力プラグ端子１４１を商用電源のコンセント端子に差し込む可能性は低いため、Ｔ＜＝Ｔｔｈなる事象は、循環接続されている場合に限り起こり得ることと仮定することが妥当である。したがって、ステップＳ１２１において循環接続であると判断されたら、ステップＳ１２２およびＳ１２３を経ることなく、ステップＳ１２０を経てステップＳ１２４へ移行しても良い。
【００６７】
一方、Ｔ＞Ｔｔｈの判定が行なわれた場合（Ｓ１２１：Ｎｏ）、インバータ回路１２０が起動して即時、インバータ回路１２０からの交流電圧が入力検知部１２９によって検知された状態ではないため、ユーザが循環接続することなく、ケーブル１４０の入力プラグ端子１４１を、商用電源のコンセント端子、または、別の電源１００の出力コンセント端子１２２に接続したものと推定することができる。
【００６８】
ステップＳ１２２およびＳ１２３は、循環接続状態の有無を判定する精度を高めるための判定フローである。インバータ回路１２０が起動するのと同時に、ユーザがケーブル１４０の入力プラグ端子１４１を商用電源のコンセント端子に差し込む可能性は低いが、ユーザは商用電源による充電を実施したいために入力プラグ端子１４１を商用電源ノコンセント端子に差し込んだにもかかわらず、前述のステップＳ１２１における判定がＹＥＳとなることも稀に想定される。
【００６９】
ステップＳ１２１にて、Ｔ＜＝Ｔｔｈの判定が行なわれると、ステップＳ１２２において、カウンタ値Ｎを１だけインクリメントして「１」とする。ステップＳ１２３で、カウンタ値Ｎがしきい値Ｎｔｈである「２」より小さいと判定されるため、ステップＳ１０４へ帰還する。
【００７０】
メインコントローラ１２５は、ステップＳ１０４で、出力切替部１２１をＡ側に接続し、ステップＳ１０８で、充電回路１２３を起動する。ただし、電源１００は、ケーブル１４０によって循環接続されており、入力インレット端子１２４に入力される電圧はゼロであることをステップＳ１１０で判定し、ステップＳ１１１へ移行する。
【００７１】
ステップＳ１１１以降は、前述と同じ流れで、再びステップＳ１２３まで移行する。この際、カウンタ値Ｎは「２」となり、ステップＳ１２３において、カウンタ値Ｎがしきい値Ｎｔｈである「２」以上であると判定されるため、ステップＳ１２０を経てステップＳ１２４へ移行する。これにより、誤判定することなく循環接続状態を検知し、ユーザへのエラー表示も確実に行ない、また、確実に各回路を停止させることで、故障を防ぐことができる。
【００７２】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、循環接続の有無を判定するために、電源１００の出力コンセント端子１２２から出力される交流電圧が、特定の条件で、特定の時間的電圧変化パターン（前述のタイムラグＴがしきい値Ｔｔｈ以下であること）を示すという事実に着目し、入力検知部１２９と前述のタイマとを用いて、電源１００の入力インレット端子１２４に入力される電圧が、出力コンセント端子１２２から出力される交流電圧であるか否かを判定するようになっている。
【００７３】
すなわち、本実施形態においては、４個の電池モジュール１１０が、前記（１）項における「電池セル群」の一例を構成し、インバータ回路１２０が同項における「出力部」の一例を構成し、出力コンセント端子１２２が同項における「電力出力端子」の一例を構成し、充電回路１２３が同項における「充電部」の一例を構成し、入力インレット端子１２４が同項における「電力入力端子」の一例を構成し、入力検知部１２９が同項における「検出部」の一例を構成し、メインコントローラ１２５のうち、図３のステップＳ１１７およびＳ１２１を実行する部分が同項における「判定部」の一例を構成しているのである。
【００７４】
以上、１台の電源１００が自己完結的に循環接続された場合に、その信頼性を確保する方法の例示的な一実施形態を説明したが、循環接続する電源１００の数は１台とは限らない。
【００７５】
図５は、２台の電源１００Ａおよび１００Ｂを循環接続された状態で示す機能ブロック図である。
【００７６】
電源１００Ａの出力コンセント端子１２２Ａに接続されたケーブル１４０Ａは、入力インレット端子１２４Ｂに接続され、一方、電源１００Ｂの出力コンセント端子１２２Ｂに接続されたケーブル１４０Ｂは、入力インレット端子１２４Ａに接続され、これにより、２台の電源１００Ａおよび１００Ｂは循環接続された状態にある。
【００７７】
この場合であっても、２台の電源１００Ａおよび１００Ｂは、それぞれ前述の制御フローに従い、循環接続状態にあることを検出し、それぞれが各回路を停止し、エラー表示する。すなわち、循環接続される電源の台数が２台以上であっても循環接続を検出することができる。また、その検出のために、新規の端子や回路を追加する必要もないため、コストアップすることなく、信頼性の高いシステムを提供できる。
【００７８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［発明の概要］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池等の二次電池の電力を電気機器に供給してその電気機器を駆動するための電源すなわち電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気機器は、商用電源から供給される交流電圧を用いて駆動される。一方、商用電源については、それのコンセント端子が設置される場所が限定的であったり、非常時のように電力そのものがそのコンセント端子から得られない状況があったりする。こうしたことから、近年、リチウムイオン電池等の二次電池を内蔵し、その二次電池に蓄えられた電力を交流電圧に変換して、商用電源から独立して電気機器への電力供給を行うことができる電池システムが市場に登場しつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９５６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、リチウムイオン電池等の二次電池から出力される直流電圧を交流電圧に変換する電池システムにおいては、その交流電圧を電気機器へ供給し続ける動作に伴い、前記二次電池の残容量が低下し、やがて放電不可となる。すなわち、残容量が低下した二次電池を充電する必要がある。
【０００５】
二次電池の充電のためには、商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する充電回路が必要であるが、その充電回路へ交流電圧を入力するためには、商用電源と接続するための入力端子が必要となる。具体的には、商用電源の交流電圧が出力されるコンセント端子に接続可能な入力プラグ端子である。
【０００６】
一方、二次電池から出力される直流電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧を電気機器へ供給する電池システムにおいては、電気機器が有する電力入力用のプラグ端子と接続可能な出力端子、すなわち、商用電源のコンセント端子と同じ形状の出力コンセント端子が必要となる。
【０００７】
したがって、嵌め合い形状に関し、前記電池システムが有する前記出力コンセント端子と前記入力プラグ端子との関係は、商用電源のコンセント端子と電気機器の電力入力用のプラグ端子との関係と同様である。そのため、ユーザは、前記電池システムを使用する際、前記電池システムの入力用プラグ端子を、同じ電池システムが有する出力コンセント端子に誤って接続(以下、「循環接続」と称する)する可能性は避けられない。
【０００８】
また、前記電池システムが有する前記出力コンセント端子と前記入力プラグ端子は、互いに接続可能な形状であることから、当該電池システム１台における循環接続に限らず、複数台の電池システムによる循環接続も想定される。具体的には、１台目の電池システムの入力プラグ端子が２台目の電池システムの出力コンセント端子に、２台目の電池システムの入力プラグ端子が３台目の電池システムの出力コンセント端子に、という順に接続され、最終的にｎ台目の電池システムの入力プラグ端子が１台目の電池システムの出力コンセント端子に循環接続される状態である。
【０００９】
このように循環接続された状態にある電池システムは、その内部に有する回路の故障が想定される。また、その回路が故障しない場合であっても、その回路による消費が続き、二次電池の残容量が低下する状態が想定され、電池システムとしての機能低下につながる。また、誤って循環接続された電池システムが、故障しなくても動き続けていることを視認したユーザは、一見、電源短絡をしている様子にも見え、その状態が好ましい状況ではないと不安に感じることになる。したがって、電池システムが循環接続された場合に、当該電池システムが動作し続ける状態を回避することは、その電源自体の故障回避、及び、ユーザへの安心感提供という両面から、解決することが望ましい。
【００１０】
以上の事情を背景にして、本発明は、電池システムが循環接続された場合に、その電池システムが動作し続ける状態を回避することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。
【００１２】
さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。
【００１３】
（１）電気機器の電源として用いられる電池システムであって、
複数の電池セルで構成されて成る電池セル群と、
前記電池セル群の直流電圧を交流電圧に変換および出力する出力部と、
前記出力部から電気機器へ電力を供給するための電力出力端子と、
交流電圧を入力して直流電圧に変換し前記電池セル群を充電する充電部と、
前記充電部に電力を入力するための電力入力端子と、
前記電力入力端子の電圧もしくは電流またはそれに応じて変化する電圧もしくは電流を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果（例えば、特定の事象（例えば、前記出力部による交流電圧の出力）の開始時刻から、当該出力信号に特定の変化（当該出力信号によって表される電圧が、直流電圧から交流電圧に変化することや、当該出力信号によって表される電圧の振幅がしきい値を超えること）が出現する時刻までの経過時間の長さ）に基づき、当該電池システムの前記出力部と前記電力入力端子とが互いに接続される循環接続の有無、および/または、当該電池システムの前記出力部と別の電池システムの前記電力入力端子とが互いに接続されるとともに、前記他の電池システムの前記出力部と当該電池システムの前記電力入力端子とが互いに接続される循環接続の有無を判定する判定部と
を含む電池システム。
【００１４】
（２）さらに、
前記出力部および前記充電部の起動または停止を制御する制御部を含み、
前記判定部は、前記検出部が、前記出力部による交流電圧の出力が開始されてから所定時間内に、前記電力入力端子に交流電圧が入力される状態を検出した場合に、前記循環接続が存在すると判定し、前記制御部により、前記出力部および／または前記充電部を停止させる（１）項に記載の電池システム。
【００１５】
（３）さらに、
表示部を含み、
前記判定部は、前記検出部が、前記出力部による交流電圧の出力が開始されてから所定時間内に、前記電力入力端子に交流電圧が入力される状態を検出した場合に、前記循環接続が存在すると判定し、前記表示部の表示状態を変更する（１）または（２）項に記載の電池システム。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電池システムが循環接続された場合に、当該電池システムが動作し続ける状態を自動的に回避するか、または、その状態の存在をユーザに告知してその状態を回避するための操作をユーザに促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に従う電池システムが収容する電池モジュールを示す機能ブロック図である。
【図２】前記電池システムを示す機能ブロック図である。
【図３】図２に示す電池システムの制御シーケンスを示すフローチャートである。
【図４】図２に示す電池システムを、自己完結的に循環接続された状態で示す機能ブロック図である。
【図５】図２に示す電池システムを、別の同種の電池システムと循環接続された状態で示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照することにより、本発明の例示的な一実施形態に従う電池システムの一例である電源１００を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、電源１００が収容する電池モジュール１１０の機能ブロック図を示す。電源１００は、９個の電池セル（例えば、リチウムイオン電池によって構成される）１１１を収容する。
【００２０】
それら９個の電池セル１１１は、互いに直列に接続され、電池モジュール充電用ＦＥＴ（通電遮断素子の一例）１１２および電池モジュール放電用ＦＥＴ１１３を介し、電池モジュール端子１１４に接続される。
【００２１】
電池モジュールコントローラ１１５は、電池セル１１１の電圧を検知するための電圧検知部１１６、電池セル１１１の温度を検知のための温度検知部１１７、および、電池セル１１１に流れる電流を検知するための電流検知部１１９のうちの少なくとも１つを用いて電池セル１１１の状態を検知し、その検知結果に基づき、電池モジュール充電用ＦＥＴ１１２と電池モジュール放電用ＦＥＴ１１３を制御して充電電流および／または放電電流の通電または停止を行う。
【００２２】
また、電池モジュールコントローラ１１５は、信号送受信部（例えば、有線または無線の通信を可能にするための要素）１１８を有し、その信号送受信部１１８を介して、後述のメインコントローラ１２５と信号の送受信を行う。
【００２３】
図２は、電源１００を機能ブロック図で示す。
【００２４】
４個の電池モジュール１１０は電池モジュール端子１１４を介して直列接続され、インバータ回路１２０と出力切替部１２１とを介して出力コンセント端子１２２に接続され、また、充電回路１２３を介して入力インレット端子１２４に接続される。
【００２５】
メインコントローラ１２５は、直列接続された４個の電池モジュール１１０が通電状態にある場合には、それら電池モジュール１１０から電力を受けて駆動し、一方、少なくとも１個の電池モジュール１１０が通電状態になく、直列接続された４個の電池モジュール１１０からの電力が受けられない場合には、バックアップ付電源回路１２６より電力供給を受けて駆動する。
【００２６】
メインコントローラ１２５には、電池モジュール１１０の電圧を検知する電圧検知部１２７、入力インレット端子１２４に電力が入力されたことを検知する入力検知部１２９、および、電池モジュール１１０に内蔵される電池セル１１１の残容量や電源１００の動作状態を表示する表示部１０４が接続される。表示部１０４が、外部からの信号に応じて表示状態が変化するデバイスである。この表示部１０４は、例えば、点灯／消灯状態や色、輝度、配列などの表示状態を変更可能なＬＥＤによるインジケータや、画面上に表示される図形や文字による表示状態を変更可能な液晶ディスプレイＬＣＤである。
【００２７】
ケーブル１４０は、それの一端部において入力インレット端子１２４に接続可能であり、他端部において入力プラグ端子１４１を有する。入力プラグ端子１４１は、商用電源のコンセント端子に嵌り入る形状を有しており、図示しないが、よく知られている電気機器の電力入力用のプラグ端子の形状と実質的に同じである。
【００２８】
また、メインコントローラ１２５は、信号送受信部（例えば、有線または無線の通信を可能にするための要素）１３０と、電池モジュール１１０内の信号送受信部１１８を介して、電池モジュール１１０内の電池モジュールコントローラ１１５と信号の送受信を行う。
【００２９】
電池モジュールコントローラ１１５は、電池セル１１１の電圧、温度、電流、または、メインコントローラ１１５から受信した信号に基づき、充電、および、放電の可否を判断し、電池モジュール充電用ＦＥＴ１１２、および、電池モジュール放電用ＦＥＴ１１３を制御し、選択的に入出力、および、停止する。
【００３０】
また、電池モジュールコントローラ１１５は、前述の電池セル１１１の電圧、温度、電流に関する状態や充放電可否を示す示す信号をメインコントローラ１２５へ送信する。
【００３１】
メインコントローラ１２５は、直列接続された電池モジュール１１０の電圧、または、各電池モジュール１１０より受信した信号に基づき、充電、および、放電の可否を判断し、充電回路１２３、および、インバータ回路１２０を制御し、選択的に充電の実行と停止、および、インバータ出力の実行と停止を行なう。また、メインコントローラ１２５は、充電、および、インバータ出力の可否の判断結果に従い、電池モジュール１１０の入出力の許可または禁止を示す信号を電池モジュールコントローラ１１５へ送信する。
【００３２】
インバータ回路１２０は、直列接続された電池モジュール１１０の直流電圧を交流電圧に変換する電圧変換回路の一例であり、商用電源の正弦波と同じ形の電圧波形を擬似的に出力するものである。
【００３３】
メインコントローラ１２５は、電池モジュールコントローラ１１５を通じて、電池セル１１１が、例えば、過放電、高温、過負荷といった放電を許可できない状態であることを検知した場合、インバータ回路１２０を停止する。
【００３４】
充電回路１２３は、入力インレット端子１２４に接続されたケーブル１４０を通じて交流電圧を入力し、その入力された交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧により、電池モジュール１１０に収容される電池セル群の充電を行う。特に、電池セル１１１がリチウムイオン電池である場合、電池セル電圧が所定電圧に達するまでは上限電流を設けた電流制御を行い、電池セル電圧が所定電圧に達してからは、充電中の電池セル電圧が前記所定電圧を超えないように電流制御を行うと良い。
【００３５】
メインコントローラ１２５は、電池モジュールコントローラ１１５を通じて、電池セル１１１が、例えば、過充電、高温、過電流充電といった充電を許可できない状態であることを検知した場合、充電回路１２３を停止する。
【００３６】
また、メインコントローラ１２５は、入力検知部１２９に接続され、入力インレット端子１２４に充電可能な電圧が入力される状態を検知し、選択的に充電、および、停止する。
【００３７】
メインコントローラ１２５は、後述する制御シーケンスに基づき出力切替部１２１を制御し、出力切替部１２１のＡ側、すなわち、入力インレット端子１２４側、または、出力切替部１２１のＢ側、すなわち、インバータ回路１２０の出力側と選択的に接続される。これにより、出力コンセント端子１２２からは、入力インレット端子１２４から入力した商用電源等の交流電圧、または、インバータ回路１２０から出力された交流電圧を選択的に出力することができる。
【００３８】
バックアップ付電源回路１２６は、その内部に、電池モジュール１１０が有する電池セル群とは別の蓄電部を有する。直列接続された４個の電池モジュール１１０が通電状態になく、メインコントローラ１２５、インバータ回路１２０、充電回路１２３、入力検知部１２９、表示部１０４などが、電池モジュール１１０から電力を受け取れない場合に、電池モジュール１１０に代わって電力を供給し、それらの起動等を補助する。また、直列接続された４個の電池モジュール１１０が通電状態にある場合には、バックアップ付電源回路１２６は、電池モジュール１１０、または、充電回路１２３から電力を受け取り、自身の内部に有する蓄電部を充電する。
【００３９】
図３は、電源１００の制御シーケンスを示すフローチャートである。
【００４０】
ステップＳ１０１では、メインコントローラ１２５が、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５へ通電を許可するための許可信号を送信する。送信するタイミングとは、例えば、図示しないが、電源１００にスイッチを設け、そのスイッチをオンに操作した場合、また、電源１００に外部からの粉塵や水などから出力コンセント端子１２２を保護するための可動式カバー、および、前記カバーの開閉に連動して動作するスイッチを設け、そのスイッチによって、前記カバーが開いて出力コンセント端子１２２に電気機器の入力プラグ端子を接続できる状態であることを検知した場合である。なお、前述のスイッチの状態を検知したり、許可信号を送信したりする際には、バックアップ付電源回路１２６から供給される電力を利用すると良い。
【００４１】
ステップＳ１０２では、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５が、前記許可信号を受信し、電池モジュール充電用ＦＥＴ１１２と電池モジュール放電用ＦＥＴ１１３をオンする。電源１００に収容される全ての電池モジュール１１０が通電可能な状態となり、インバータ回路１２０による出力、および、充電回路１２３による充電を可能とする。
【００４２】
ステップＳ１０３では、メインコントローラ１２５が、入力検知部１２９を通じて、入力インレット端子１２４に商用電源等の交流電圧が入力される状態を検知した場合はステップＳ１０４、前記交流電圧入力状態を検知しない場合は、ステップＳ１１１へ移行する。
【００４３】
ステップＳ１０４では、出力切替部１２１をＡ側に接続する。この状態においては、入力インレット端子１２４から出力コンセント端子１２２への通電経路が形成される。
【００４４】
ステップＳ１０５において、メインコントローラ１２５は、電圧検知部１２７を通じて検出された直列接続された電池モジュール１１０の電圧や、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５から受信する信号を用いて、電池セル１１１が満充電状態であるかを判断し、選択的にステップＳ１０８の充電制御の実行、または、ステップＳ１０６の充電停止を実行する。
【００４５】
ステップＳ１０６において、充電停止した場合は、ステップＳ１０７へ移行し、表示部１０４を用いて、満充電状態であることを表示し、ユーザへ知らせる。
【００４６】
ステップＳ１０８において、充電実行中は、ステップＳ１０９において、表示部１０４を用いて、充電中の状態にあることを表示し、ユーザへ知らせる。充電中の状態を表示する一例として、電池セル群への充電量を示すと良い。なお、充電回路１２３による充電中、インバータ回路１２０は停止状態にある。
【００４７】
ステップＳ１１０では、充電実行中に、メインコントローラ１２５が、入力検知部１２９を通じて、入力インレット端子１２４に交流電圧が入力される状態を検知し、入力状態であればステップＳ１０５に帰還し充電を継続し、入力状態でなければステップＳ１１０へ移行する。
【００４８】
なお、出力切替部１２１をＡ側に接続した状態で充電を行っている際は、入力インレット端子１２４に入力された交流電圧を出力コンセント端子１２２へバイパス出力可能である。なお、入力インレット端子１２４に入力される交流電圧とは、商用電源であっても、別の電源１００の出力コンセント端子１２２からケーブル１４０を介して入力される交流電圧であっても良く、バイパス出力は、前述のそれぞれの交流電圧に対応する。
【００４９】
ステップＳ１１１では、出力切替部１２１をＢ側に接続する。この状態においては、電池モジュール１１０からインバータ回路１２０を介して出力コンセント端子１２２へ交流電圧を出力する経路、および、入力インレット端子１２４から充電回路１２３を介して電池モジュール１１０へ充電する経路が形成される。
【００５０】
ステップＳ１１２において、メインコントローラ１２５は、電圧検知部１２７を通じて検出された直列接続された電池モジュール１１０の電圧や、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５から受信する信号を用いて、電池セル１１１の残容量がゼロの状態であるかを判断し、選択的にステップＳ１１７のインバータ回路１２０の出力の実行、または、ステップＳ１１３のインバータ回路１２０の停止を実行する。
【００５１】
ステップＳ１１３において、インバータ回路１２０を停止した場合は、ステップＳ１１４へ移行し、表示部１０４を用いて、残容量がゼロの状態であることを表示し、ユーザへ知らせる。
【００５２】
ステップＳ１１５において、メインコントローラ１２５は、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５へ通電を禁止するための禁止信号を送信し、ステップＳ１１６では、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５が、前記禁止信号を受信し、電池モジュール充電用ＦＥＴ１１２と電池モジュール放電用ＦＥＴ１１３をオフする。電源１００に収容される全ての電池モジュール１１０が通電不可の状態となり、インバータ回路１２０による出力、充電回路１２３による充電を不可とする。これによって、電源１００における消費電流の低減、異常時に各通電箇所を遮断することによる回路信頼性の確保、などを実現することができる。
【００５３】
ステップＳ１１７において、インバータ回路１２０の出力中は、ステップＳ１１８において、表示部１０４を用いて、インバータ回路１２０の出力中の状態にあることを表示し、ユーザへ知らせる。インバータ回路１２０の出力中の状態を表示する一例として、電池セル群の残容量を示すと良い。なお、インバータ回路１２０の出力中、充電回路１２３は停止状態にある。
【００５４】
ステップＳ１１９では、インバータ回路１２０の出力中に、メインコントローラ１２５が、入力検知部１２９を通じて入力インレット端子１２４に交流電圧が入力される状態を検知し、入力状態でない場合には、ステップＳ１１２に帰還し出力を継続し、入力状態にある場合には、ステップＳ１２１へ移行する。
【００５５】
ステップＳ１２１において、メインコントローラ１２５は、ステップＳ１１７でインバータ回路１２０を出力開始してから、ステップＳ１１９で交流電圧が入力されていることを検知するまでに要した時間を前記タイムラグＴとして検出し、そのタイムラグＴがしきい値Ｔｔｈ以下であれば、ステップＳ１２２へ、そうでなければ、ステップＳ１０４へ帰還する。タイムラグＴを検出する意義については、後述する。
【００５６】
ステップＳ１２２において、メインコントローラ１２５は、独立した電気回路という形態ではなく、ソフトウェア上の機能実現部としてカウンタを有し、そのカウンタ値Ｎを１だけインクリメントする。カウンタ値Ｎを用いる意義についても、後述する。ステップＳ１２３において、そのカウンタ値Ｎが所定のしきい値Ｎｔｈ以上、例えば、「２」以上であれば、ステップＳ１２０を経てステップＳ１２４へ移行し、そうでなければ、ステップＳ１０４へ帰還する。ステップＳ１２０においては、メインコントローラ１２５は、インバータ回路１２０を停止する。カウンタ値Ｎがしきい値Ｎｔｈ以上である場合は、後述する電源１００が循環接続されていることを確実に検出した状態にあるため、ステップＳ１２４においては、表示部１０４を用いて、ユーザによって不適切な操作が為されたこと（電源１００の端子の接続状態が不適切であること）を表すエラー表示（例えば、特定のインジケータの点灯または消灯や、文字や特定の図形によるメッセージ）を行い、ユーザへ知らせる。
【００５７】
続いて、ステップＳ１２５へ移行し、メインコントローラ１２５は、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５へ通電を禁止するための禁止信号を送信し、ステップＳ１１６で、各電池モジュール１１０の電池モジュールコントローラ１１５が、前記禁止信号を受信し、電池モジュール充電用ＦＥＴ１１２と電池モジュール放電用ＦＥＴ１１３をオフする。循環接続状態にある電源１００に収容される全ての電池モジュール１１０を通電不可の状態として、インバータ回路１２０による出力、充電回路１２３による充電を不可とする。これによって、循環接続状態にある電源１００の故障を防止することができる。
【００５８】
なお、循環接続状態にある電源１００に収容される全ての電池モジュール１１０が通電不可となった状態で、表示部１０４によるエラー表示を継続する場合には、バックアップ付電源回路１２６から、メインコントローラ１２５、および、表示部１０４へ電力供給を行なうことで、エラー表示を継続することができる。
【００５９】
ここで、電源１００が循環接続される状態、および、その場合において信頼性を確保する本実施形態に従う例示的な制御方法について図３ないし図５を用いて詳しく説明する。
【００６０】
図４は、電源１００を循環接続された状態で示す機能ブロック図である。
【００６１】
入力インレット端子１２４に接続されたケーブル１４０の入力プラグ端子１４１は、出力コンセント端子１２２に循環接続されている。この状態における電源１００の制御の流れを図３を参照して説明する。なお、電池セル１１１の残容量はゼロでないものとする。また、後に詳述するが、ステップＳ１２２で用いられるカウンタ値Ｎの初期値は「０」、および、ステップＳ１２３で用いられるしきい値Ｎｔｈは「２」とする。
【００６２】
図４に示すように、出力切替部１２１がＡ側に接続されている場合、入力インレット端子１２４と出力コンセント端子１２２は同電位であり、いずれの電圧もゼロである。したがって、ステップＳ１０３において、メインコントローラ１２５は、入力検知部１２９を通じて、それの検出部位の電圧がゼロであることを検知し、入力インレット端子１２４に交流電圧が入力されていない状態であると判定して、ステップＳ１１１へ移行する。
【００６３】
メインコントローラ１２５は、ステップＳ１１１で、出力切替部１２１をＢ側に接続し、ステップＳ１１７で、インバータ回路１２０を起動し出力を開始する。インバータ回路１２０から出力された交流電圧は、出力コンセント端子１２２、および、ケーブル１４０の入力プラグ端子１４１を介して、入力インレット端子１２４に入力される。
【００６４】
ステップＳ１１９で、メインコントローラ１２５は、入力検知部１２９を通じて入力インレット端子１２４に交流電圧が入力される状態を検知し、ステップＳ１２１へ移行する。
【００６５】
ステップＳ１２１で、メインコントローラ１２５は、ステップＳ１１７でインバータ回路１２０を起動してから、ステップＳ１１９で前記交流電圧が入力されていることを検知するまでに要した時間をタイムラグＴとして検出する。そのタイムラグＴの長さは、メインコントローラ１２５内のタイマを用いて計測される。そのタイムラグＴの長さは、ステップＳ１１７の実行によってインバータ回路１２０を起動することによって発生した交流電圧が入力検知部１２９を通じて即時検知されることになるため、例えば、０．１秒以内というように非常に短い時間である。そのタイムラグＴが、所定のしきい値Ｔｔｈ、例えば、１秒以下である場合に、ステップＳ１２２へ移行する。
【００６６】
Ｔ＜＝Ｔｔｈの判定が行なわれた時点で（Ｓ１２１：Ｙｅｓ）、実質、循環接続が為されたものと判断することができる。別の表現をするならば、インバータ回路１２０が起動するのと同時に、ユーザがケーブル１４０の入力プラグ端子１４１を商用電源のコンセント端子に差し込む可能性は低いため、Ｔ＜＝Ｔｔｈなる事象は、循環接続されている場合に限り起こり得ることと仮定することが妥当である。したがって、ステップＳ１２１において循環接続であると判断されたら、ステップＳ１２２およびＳ１２３を経ることなく、ステップＳ１２０を経てステップＳ１２４へ移行しても良い。
【００６７】
一方、Ｔ＞Ｔｔｈの判定が行なわれた場合（Ｓ１２１：Ｎｏ）、インバータ回路１２０が起動して即時、インバータ回路１２０からの交流電圧が入力検知部１２９によって検知された状態ではないため、ユーザが循環接続することなく、ケーブル１４０の入力プラグ端子１４１を、商用電源のコンセント端子、または、別の電源１００の出力コンセント端子１２２に接続したものと推定することができる。
【００６８】
ステップＳ１２２およびＳ１２３は、循環接続状態の有無を判定する精度を高めるための判定フローである。インバータ回路１２０が起動するのと同時に、ユーザがケーブル１４０の入力プラグ端子１４１を商用電源のコンセント端子に差し込む可能性は低いが、ユーザは商用電源による充電を実施したいために入力プラグ端子１４１を商用電源ノコンセント端子に差し込んだにもかかわらず、前述のステップＳ１２１における判定がＹＥＳとなることも稀に想定される。
【００６９】
ステップＳ１２１にて、Ｔ＜＝Ｔｔｈの判定が行なわれると、ステップＳ１２２において、カウンタ値Ｎを１だけインクリメントして「１」とする。ステップＳ１２３で、カウンタ値Ｎがしきい値Ｎｔｈである「２」より小さいと判定されるため、ステップＳ１０４へ帰還する。
【００７０】
メインコントローラ１２５は、ステップＳ１０４で、出力切替部１２１をＡ側に接続し、ステップＳ１０８で、充電回路１２３を起動する。ただし、電源１００は、ケーブル１４０によって循環接続されており、入力インレット端子１２４に入力される電圧はゼロであることをステップＳ１１０で判定し、ステップＳ１１１へ移行する。
【００７１】
ステップＳ１１１以降は、前述と同じ流れで、再びステップＳ１２３まで移行する。この際、カウンタ値Ｎは「２」となり、ステップＳ１２３において、カウンタ値Ｎがしきい値Ｎｔｈである「２」以上であると判定されるため、ステップＳ１２０を経てステップＳ１２４へ移行する。これにより、誤判定することなく循環接続状態を検知し、ユーザへのエラー表示も確実に行ない、また、確実に各回路を停止させることで、故障を防ぐことができる。
【００７２】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、循環接続の有無を判定するために、電源１００の出力コンセント端子１２２から出力される交流電圧が、特定の条件で、特定の時間的電圧変化パターン（前述のタイムラグＴがしきい値Ｔｔｈ以下であること）を示すという事実に着目し、入力検知部１２９と前述のタイマとを用いて、電源１００の入力インレット端子１２４に入力される電圧が、出力コンセント端子１２２から出力される交流電圧であるか否かを判定するようになっている。
【００７３】
すなわち、本実施形態においては、４個の電池モジュール１１０が、前記（１）項における「電池セル群」の一例を構成し、インバータ回路１２０が同項における「出力部」の一例を構成し、出力コンセント端子１２２が同項における「電力出力端子」の一例を構成し、充電回路１２３が同項における「充電部」の一例を構成し、入力インレット端子１２４が同項における「電力入力端子」の一例を構成し、入力検知部１２９が同項における「検出部」の一例を構成し、メインコントローラ１２５のうち、図３のステップＳ１１７およびＳ１２１を実行する部分が同項における「判定部」の一例を構成しているのである。
【００７４】
以上、１台の電源１００が自己完結的に循環接続された場合に、その信頼性を確保する方法の例示的な一実施形態を説明したが、循環接続する電源１００の数は１台とは限らない。
【００７５】
図５は、２台の電源１００Ａおよび１００Ｂを循環接続された状態で示す機能ブロック図である。
【００７６】
電源１００Ａの出力コンセント端子１２２Ａに接続されたケーブル１４０Ａは、入力インレット端子１２４Ｂに接続され、一方、電源１００Ｂの出力コンセント端子１２２Ｂに接続されたケーブル１４０Ｂは、入力インレット端子１２４Ａに接続され、これにより、２台の電源１００Ａおよび１００Ｂは循環接続された状態にある。
【００７７】
この場合であっても、２台の電源１００Ａおよび１００Ｂは、それぞれ前述の制御フローに従い、循環接続状態にあることを検出し、それぞれが各回路を停止し、エラー表示する。すなわち、循環接続される電源の台数が２台以上であっても循環接続を検出することができる。また、その検出のために、新規の端子や回路を追加する必要もないため、コストアップすることなく、信頼性の高いシステムを提供できる。
【００７８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［発明の概要］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器の電源として用いられる電池システムであって、
複数の電池セルで構成されて成る電池セル群と、
前記電池セル群の直流電圧を交流電圧に変換および出力する出力部と、
前記出力部から電気機器へ電力を供給するための電力出力端子と、
交流電圧を入力して直流電圧に変換し前記電池セル群を充電する充電部と、
前記充電部に電力を入力するための電力入力端子と、
前記電力入力端子の電圧もしくは電流またはそれに応じて変化する電圧もしくは電流を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、当該電池システムの前記出力部と前記電力入力端子とが互いに接続される循環接続の有無、および/または、当該電池システムの前記出力部と別の電池システムの前記電力入力端子とが互いに接続されるとともに、前記他の電池システムの前記出力部と当該電池システムの前記電力入力端子とが互いに接続される循環接続の有無を判定する判定部と
を含む電池システム。
【請求項２】
さらに、
前記出力部および前記充電部の起動または停止を制御する制御部を含み、
前記判定部は、前記検出部が、前記出力部による交流電圧の出力が開始されてから所定時間内に、前記電力入力端子に交流電圧が入力される状態を検出した場合に、前記循環接続が存在すると判定し、前記制御部により、前記出力部および／または前記充電部を停止させる請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
さらに、
表示部を含み、
前記判定部は、前記検出部が、前記出力部による交流電圧の出力が開始されてから所定時間内に、前記電力入力端子に交流電圧が入力される状態を検出した場合に、前記循環接続が存在すると判定し、前記表示部の表示状態を変更する請求項１または２に記載の電池システム。
【請求項１】
電気機器の電源として用いられる電池システムであって、
複数の電池セルで構成されて成る電池セル群と、
前記電池セル群の直流電圧を交流電圧に変換および出力する出力部と、
前記出力部から電気機器へ電力を供給するための電力出力端子と、
交流電圧を入力して直流電圧に変換し前記電池セル群を充電する充電部と、
前記充電部に電力を入力するための電力入力端子と、
前記電力入力端子の電圧もしくは電流またはそれに応じて変化する電圧もしくは電流を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、当該電池システムの前記出力部と前記電力入力端子とが互いに接続される循環接続の有無、および/または、当該電池システムの前記出力部と別の電池システムの前記電力入力端子とが互いに接続されるとともに、前記他の電池システムの前記出力部と当該電池システムの前記電力入力端子とが互いに接続される循環接続の有無を判定する判定部と
を含む電池システム。
【請求項２】
さらに、
前記出力部および前記充電部の起動または停止を制御する制御部を含み、
前記判定部は、前記検出部が、前記出力部による交流電圧の出力が開始されてから所定時間内に、前記電力入力端子に交流電圧が入力される状態を検出した場合に、前記循環接続が存在すると判定し、前記制御部により、前記出力部および／または前記充電部を停止させる請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
さらに、
表示部を含み、
前記判定部は、前記検出部が、前記出力部による交流電圧の出力が開始されてから所定時間内に、前記電力入力端子に交流電圧が入力される状態を検出した場合に、前記循環接続が存在すると判定し、前記表示部の表示状態を変更する請求項１または２に記載の電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１１６０３５（Ｐ２０１３−１１６０３５Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５８５４４（Ｐ２０１２−５８５４４）
【出願日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【分割の表示】特願２０１１−２６１５７７（Ｐ２０１１−２６１５７７）の分割
【原出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（５０７３０７６５１）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【分割の表示】特願２０１１−２６１５７７（Ｐ２０１１−２６１５７７）の分割
【原出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（５０７３０７６５１）
【Ｆターム（参考）】
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