WO2012086645A1

WO2012086645A1 - 電源装置

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Publication number: WO2012086645A1
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Inventors: 功治倉山
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Abstract

簡素化された装置構成で接点融着等の異常を確実に検出し、過放電や過充電による二次電池の危険性を排除する電源装置を提供する。電源装置１の動作を監視して制御すると共に、電源装置１の異常を監視する制御部７と、制御部７と接続し、充電した電気を放電する二次電池３と、二次電池３と負荷１３との間に形成される電池回路網８に接続する主接点９と、主接点９に直列に接続され、通常時には投入状態になっている補助接点１０と、主接点９における電圧値、電流値及び／又は導通状態を計測し、計測した情報及び制御部７からの主接点９に関する動作情報に基づいて、補助接点１０を開放状態にする異常検出回路１１ａとを備える。　

Description

電源装置

　本発明は、二次電池を用いた電源装置に関する。

　例えば、土木工事、電気工事、建築工事等で使用されるエンジン発電機は、排気される排ガス中のＣＯ₂、ＮＯｘ、黒煙、有害粒子状物質等により環境を汚してしまう。また、エンジンの騒音は深夜の睡眠妨害など生活環境にも影響を与えることから、排ガスと騒音のない二次電池を応用した電源装置（電池式発電機）の実用化が期待されている。現在、最も将来性を期待されている技術としてリチウムイオン二次電池が挙げられる。

　このような二次電池を用いた電源装置の一般的な回路図を図９に示す。図９の電源装置では、起動スイッチが押下されると制御部が主接点を投入し、インバータが起動されて二次電池から負荷への放電が可能となる。また、停止スイッチが押下されると制御部が主接点を開放し、電源装置を停止させる。電源装置が停止している間は、二次電池に蓄電されている電気が待機電力として消費される。充電時には充電装置と接続し、二次電池との間で閉回路を形成して充電が行われる。規定容量以上の充電がなされると、制御部が二次電池から取得している二次電池に関する情報に基づいて、充電装置からの充電を停止させる。

　二次電池（例えば、リチウム電池、ニッケル水素電池等）は、単位面積あたりのエネルギー量が非常に大きいことから、何らかの異常が発生した場合に内部圧力が上昇し、高温のガスが噴射する等の事態を招く可能性があり、それらの危険性を排除する技術が強く望まれている。特に、リチウム電池は過充電、過放電に弱く、過充電では一般的に鉛電池が５００％前後に対してリチウム電池は１５０％から２００％程度と低く、更に過充電が発生した場合は電池の内部短絡による電極材料の融解など、内容物の噴出による危険がある。また、過放電では最低規定電圧以下になると電池の逆反応により電池自体が加熱し、同様に危険な状態となるなどの現状がある。

　図９に示すように、二次電池の直流電流を開閉する主接点は、長期の使用により接点が接点融着する場合があり、制御部が主接点を開放しているにも関わらず放電が継続され、過放電になってしまう。一般的に交流回路であれば周期的に電圧波形の０Ｖ点（ゼロクロス）があるため、接点に生じるアーク放電が切れ易く接点融着は発生しにくいが、二次電池のような直流回路の場合は、電圧が一定であるためアーク放電が切れにくく、長期的な使用や大電流下での使用は接点融着が発生しやすい。接点融着により二次電池が過放電してしまうと、電池の性能が低下したり、電池の逆反応により上述したような重大な事態を招いてしまう。

　接点の接点融着を検出し、自動車のバッテリが上がらないようにする技術として、例えば特許文献１に示す技術が開示されている。特許文献１に示す技術は、電気自動車の電源制御装置であって、コントロールユニットによるメインコンタクタの遮断時に、溶着検出部が補助バッテリの端子電圧を検出する電圧検出器の検出電圧を所定の比較電圧と比較し、当該比較電圧を超える電圧を検出するときにメインコンタクタに溶着が発生していると判定し、これによってメインコンタクタに溶着が発生した場合には必ずＤＣ－ＤＣコンバータが動作を続けるので、そのコンバータの動作の継続の有無によって溶着の発生の有無を確実に判定することができて溶着検出の信頼性を高め、また、溶着検出部がメインコンタクタの溶着発生を検出したときにＤＣ－ＤＣコンバータを停止させることにより、運転者が何らかの溶着回避のための対策をとらなかった場合にも、メインバッテリのバッテリ上がりが起きないようにするものである。

　また、二次電池を用いた装置は、一般的に二次電池を安全に使用するために外部から二次電池を監視制御する回路（バッテリーマネジメントシステム）や装置自体で内部から監視する回路（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）等を有している。例えば、電気自動車など二次電池を搭載する機器では、これらシステム自体を維持する電力を二次電池自体か補助バッテリーから取得しており、装置停止中も常に回路電力が消費されている。

　電気自動車のように１０ｋＷｈから３０ｋＷｈ程度の大きな容量を搭載し、鉛蓄電池などの補助バッテリーを搭載したものであれば、このような装置停止中の過放電は皆無と考えられるが、例えば、携帯用のポータブル電源装置や産業用機器など、二次電池のみを搭載した１ｋＷｈから１０ｋＷｈ未満のものでは長期間使用しなかった場合、システムが二次電池から電力を消費し、二次電池は過放電してしまうという問題がある。この問題を解決するために、電気自動車のように補助バッテリーを設けるという手段が考えられるが、鉛蓄電池などの補助バッテリーは寿命が短く、且つ重量が重いため携帯用のポータブル電源装置等には向いていない。

特開平０８－１８２１１５号公報

　特許文献１に示す技術は、メインコンタクタの制御、溶着の検出、インバータへの溶着検出信号の出力を全てコントロールユニットで行っているため、万が一コントロールユニットに問題が発生している場合には、溶着の検出が正確に行われない可能性があるという課題を有する。また、コントロールユニットが正常であっても、様々な装置のノイズ等により、コントロールユニットへの信号が乱れ、正確な制御をできなくなってしまう可能性があるという課題を有する。

　特に、特許文献１のように自動車用のコントロールユニットではなく、例えば深夜の工事現場やマンホール内での使用を目的とするような携帯用のポータブル電源装置を制御する制御装置の場合、装置構成の簡素化、軽量化、電池の長時間使用、低コスト等の条件が求められており、なるべく高コストな基板や予備系統の配設等をしない装置構成であることが望まれるが、そのような回路の場合、上記のようなノイズ等により信号の乱れが生じてしまい、ＣＰＵ（中央演算処理装置）の停止やフリーズ現象などが発生してしまう場合がある。

　また、上述したように、装置自体が長期間放置された場合に、二次電池特有の監視制御回路の自己消費による過放電が発生してしまい、危険な状態に陥ってしまう場合がある。さらに、充電装置による過充電を防止するために、制御部が二次電池から取得した情報に基づいて充電を停止させることは可能であるが、二次電池と制御部との間の信号がノイズ等の影響を受けて不正確な情報となる可能性があり、信頼性を維持することができない場合がある。

　そこで、本発明は、簡素化された装置構成で接点融着等の異常を確実に検出し、過放電等による二次電池の危険性を排除するとともに、装置停止中も二次電池が内部消費電源を消費しない構成を有する電源装置を提供する。

　本願に開示する電源装置は、二次電池を用いた電源装置において、前記電源装置の動作を監視して制御すると共に、前記電源装置の異常を監視する制御手段と、前記制御手段と接続し、充電した電気を放電する二次電池と、前記二次電池と負荷との間に形成される電池回路網に配設される主接点と、前記電池回路網に前記主接点と直列に接続され、前記電源装置の停止時には開放状態になっている補助接点とを備え、前記電源装置の停止動作時には、前記主接点の開放後に前記補助接点が開放され、前記電源装置の起動動作時には、前記補助接点の投入後に前記主接点が投入されるものである。

　このように、本願に開示する電源装置においては、二次電池と負荷とを接続する電池回路網に主接点と補助接点とを直列に接続して配設しているため、仮に主接点において接点融着等の異常が発生した場合であっても、補助接点を開放することで二次電池の過放電を確実に防止することができるという効果を奏する。

　また、電源装置の停止動作時には、主接点の開放後に補助接点が開放され、電源装置の起動動作時には、補助接点の投入後に主接点が投入されるため、主接点が正常に動作していれば、補助接点の開放・投入の動作が電気的に切断された状態で行われ、補助接点における接点融着等の発生を排除して予備の接点として信頼性の高い動作を行うことができるという効果を奏する。

　本願に開示する電源装置は、前記主接点における電圧値、電流値及び／又は導通状態を計測し、当該計測した情報及び前記制御手段からの前記主接点に関する動作情報に基づいて、前記補助接点を開放状態にする異常検出回路とを備えるものである。

　このように、本願に開示する電源装置においては、主接点に関する制御手段からの動作情報、並びに異常検出回路が計測した主接点における電圧値、電流値及び／又は導通状態に基づいて、補助接点を開放状態に制御するため、制御手段とは別途に設けられた異常検出回路が、主接点における電圧値、電流値及び／又は導通状態を正確に計測し、接点融着等の異常発生の有無を確実に検出して、電池の高温化やガスの噴出等の危険を回避することができるという効果を奏する。つまり、仮に制御手段に異常が発生したり、ノイズにより信号の送受信に異常が発生した場合であっても、異常検出回路が主接点における両端の電圧値、電流値及び／又は導通状態を測定し、補助接点を開放することで危険を回避することができる。なお、ここで言うノイズとは、例えば内蔵するインバータの負荷状態や回路固有の共振点で発生する高調波や接続される負荷等から発生するものである。

　また、このような異常検出回路を備える構成とすることで、ノイズの影響を抑制するための高コストな基板や予備系統の配設しなくても確実に異常を検出でき、装置構成を簡素化することができるという効果を奏する。

　本願に開示する電源装置は、前記異常検出回路が、前記電池回路網の両端の電圧値をアナログ値で計測し、当該電圧値が任意の範囲を逸脱した場合に、前記補助接点を開放状態にするものである。

　このように、本願に開示する電源装置においては、電池回路網の両端の電圧値をアナログ値で計測し、当該電圧値が任意の範囲を逸脱した場合に、前記補助接点を開放状態にするため、制御手段自体に異常があったり、ノイズにより二次電池と制御手段との間の信号の送受信に異常が発生した場合であっても、異常検出回路が単独で電池回路網を開放して危険を回避することができるという効果を奏する。特に、電池回路網の両端の電圧値をアナログ値で直接読み取ることで、デジタル値に見られるようなノイズ等の影響による数値の異常を抑制でき、確実に電圧値を判別することができる。

　本願に開示する電源装置は、前記異常検出回路がコンパレータを用いて前記電池回路網の両端の電圧値をアナログ値で計測するものである。

　このように、本願に開示する電源装置は、異常検出回路がコンパレータを用いて前記電池回路網の両端の電圧値をアナログ値で計測するため、電池回路網の両端の電圧値を、簡単な回路構成でノイズ等の影響を抑制して正確に計測することができるという効果を奏する。

　本願に開示する電源装置は、前記異常検出回路が、当該異常検出回路の電源に絶縁トランスを備えるものである。

　このように、本願に開示する電源装置は、異常検出回路の電源に絶縁トランスを備えるため、インバータ側や二次電池側から発生するノイズに影響されず高い信頼度で異常を検出することができるという効果を奏する。

　本願に開示する電源装置は、前記電源装置を停止させるための自己復帰型の停止スイッチと、前記二次電池と前記制御手段との間の電気的な接続を、当該制御手段の制御により前記電源装置の停止時には開放、前記電源装置の起動時には投入にスイッチングするリレー回路とを備え、前記停止スイッチをＯＮにした場合に、当該停止スイッチからの信号が前記制御手段に入力され、当該制御手段が入力された信号に基づいて前記主接点を開放すると共に、前記異常検出回路が前記電池回路網の両端の電圧値を計測し、当該電圧値に異常がなければ、前記制御手段が前記電源装置における全ての処理を停止後に、前記リレー回路におけるスイッチを開放し、その後前記補助接点を開放するものである。

　このように、本願に開示する電源装置は、停止する場合には異常検出回路が電池回路網における電圧値の異常をチェックした後に、全ての処理を停止してから制御手段と二次電池との間の接続が切断されるため、電源が停止している間に、例えば接点融着等の異常が原因で二次電池からの放電がされ続け、過放電になってしまうことを防止することができるという効果を奏する。

　また、制御手段と二次電池との間の接続が切断されるため、電源装置が停止している間は、制御手段への電力の供給が一切行われず、長期間使用しない場合であっても過放電を確実に防止することができるという効果を奏する。

　さらに、装置を停止させる際に、突然シャットダウンした場合には再起動時にシステムプログラムのフリーズなどの不具合を招く可能性があるが、異常がない場合には全ての処理を停止後に、最後にリレー回路を開放して制御手段を停止させるため、プログラムのフリーズ等の不具合を防止して、再起動をスムーズに行うことが可能になるという効果を奏する。

　本願に開示する電源装置は、前記電源装置を起動させるための自己復帰型の起動スイッチと、前記リレー回路におけるスイッチの両端に接続され、前記起動スイッチの投入により前記制御手段と前記二次電池との間、及び前記異常検出回路と前記二次電池との間を電気的に接続するブリッジ回路とを備え、前記リレー回路におけるスイッチが開放されている場合に、前記起動スイッチをＯＮにしたときに、前記ブリッジ回路により前記異常検出回路に前記二次電池からの電力が供給されると、当該異常検出回路が起動し、当該異常検出回路が、当該異常検出回路と前記二次電池との間の第１の電気回路網の電圧値を計測し、計測された電圧値に異常があれば補助接点を未投入とし異常がなければ補助接点を投入すると共に、前記ブリッジ回路により前記制御手段に前記二次電池からの電力が供給されると、前記制御手段の制御により前記リレー回路におけるスイッチが投入され、当該制御手段が前記電源装置の状態を確認し、前記異常検出回路による前記第１の電気回路網における電圧値の異常の確認後、及び前記制御手段による前記電源装置の状態の確認後に、前記制御手段が、当該制御手段と前記補助接点と前記二次電池との間の第２の電気回路網の電圧値の異常を確認し、異常がなければ前記主接点を投入して前記二次電池からの放電を開始するものである。

　このように、本願に開示する電源装置は、制御手段が制御するリレー回路に並列にブリッジ回路を設け、起動スイッチによる起動と同時にブリッジ回路により制御手段と二次電池との間、及び異常検出回路と二次電池との間を電気的に接続し、異常検出回路が当該異常検出回路と二次電池との間の第１の電気回路網の電圧値に異常があるかどうかに応じて補助接点の投入・開放を行うと共に、制御手段が電池の状態に異常があるかどうかを確認してから、当該制御手段が、当該制御手段と補助接点と二次電池との間の第２の電気回路網の電圧値の異常を確認するため、電源装置の停止中に二次電池から制御手段への電力の供給を行わなくても各回路を円滑に起動することができると共に、電源装置の起動時に、異常検出回路による二次電池のアナログ電圧値が検出されて異常のチェックが行われるため、より信頼性の高い起動動作を実現することができるという効果を奏する。

　本願に開示する電源装置は、前記異常検出回路又は前記制御手段に接続し、前記電池回路網に配設されるＣＴを備え、前記制御装置が、前記電源装置の電源がＯＮの状態で且つ前記ＣＴで測定された電流値が所定時間計測されない場合に、前記電源装置の電源をＯＦＦにするものである。

　このように、本願に開示する電源装置においては、電源装置の電源がＯＮの状態で且つ電池回路網に配設されるＣＴで測定された電流値が所定時間計測されない場合に、電源装置の電源をＯＦＦにするため、電源の消し忘れによる電池の消費を防止し、過放電による危険を回避することができるという効果を奏する。

　本願に開示する電源装置は、前記電池回路網に接続し、前記二次電池に充電を行う充電器と、前記充電器の動作を監視して制御する充電制御手段とを備え、前記制御手段が、前記充電制御手段と通信回路で接続されているものである。

　このように、本願に開示する電源装置においては、二次電池に充電を行う充電器と、充電器の動作を監視して制御する充電制御手段とを備え、制御手段が充電制御手段と通信回路で接続されているため、電源装置の状態を充電器側でも監視することができ、電源装置の何らかの異常により充電動作中に不具合が発生したような場合であっても、充電器側で充電動作を停止することができ、過充電を防止して危険を回避することができるという効果を奏する。

　本願に開示する電源装置は、前記制御手段及び／又は異常検出回路を強制的に停止又は再起動する停止／再起動手段を有するものである。

　このように、本願に開示する電源装置においては、制御手段及び／又は異常検出回路を強制的に再起動する停止／再起動手段を有するため、ノイズ等の発生により演算装置が機能停止になったような場合であっても、直ちに強制終了して再起動することができるという効果を奏する。強制終了させなくても、異常検出回路が過放電を検出することで、強制的に電池回路網を開放することができるが、電源装置が過放電の状態になるまで待つ必要があり効率が悪い。したがって、必要に応じて強制的に再起動させるリセット機能が必要となる。

　本願に開示する電源装置は、前記制御手段及び／又は異常検出回路が異常を検出した場合に、当該異常を報知する報知手段を備えるものである。

　このように、本願に開示する電源装置においては、制御手段及び／又は異常検出回路が異常を検出した場合に、当該異常を報知する報知手段を備えるため、異常が検出された場合に使用者にそれを報知して直ちに対応することができるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る電源装置の内部構造を示す図である。第１の実施形態に係る電源装置の回路図である。第２の実施形態に係る電源装置の回路図である。第３の実施形態に係る電源装置の回路図である。第３の実施形態に係る電源装置の第２の回路図である。第４の実施形態に係る電源装置の回路図である。第４の実施形態に係る電源装置の起動動作を示すフローチャートである。第４の実施形態に係る電源装置の停止動作を示すフローチャートである。二次電池を用いた電源装置の一般的な回路図である。

　以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符
号を付けている。
　　（本発明の第１の実施形態）
　本実施形態に係る電源装置について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る電源装置の内部構造を示す図、図２は、本実施形態に係る電源装置の回路図である。

　本実施形態に係る電源装置は、電源装置の動作を監視して制御すると共に、電源装置の異常を監視する制御部と、制御部に接続し、充電した電気を放電する二次電池と、二次電池と負荷との間に形成される電池回路網に接続する主接点と、主接点に直列に接続され、電源装置の停止時には開放状態になっている補助接点と、主接点における電圧値、電流値及び／又は導通状態を計測し、計測した情報及び制御手段からの主接点に関する動作情報に基づいて、補助接点を開放状態にする異常検出回路とを備えるものである。また、本実施形態電源装置は、当該電源装置の停止動作時には、主接点の開放後に補助接点が開放され、電源装置の起動動作時には、補助接点の投入後に主接点が投入されるものである。

　図１において、電源装置１は、例えば深夜の工事現場やマンホール内での使用を目的とするような、持ち運びがしやすい携帯用のポータブル電源装置である。筐体２内には、下部に複数の二次電池３で構成されるモジュール電池４と、上部にインバータ５とを有している。二次電池の種類としては、充放電できるものであればよく、例えば、リチウム電池、ニッケル水素電池等である。筐体２は、前面に開口部を有する本体部２ａと、本体部２ａの開口部を封止する蓋部２ｂとからなり、本体部２ａの開口部には電源装置１を操作するための操作パネル（図示しない）やインターフェース部（図示しない）を有する。

　電源装置１は、例えば１～２０個のモジュール電池４を有しており、その適用電圧はＤＣ１２Ｖ～ＤＣ３５０Ｖ程度である。モジュール電池４の状態は、常に制御部（図２の制御部７を参照）により監視されており、異常が発生した場合には対応するエラーコードが出力される。その一例を表１に示す。モジュール電池４の電圧、温度、各セルの電圧、温度等が詳細に監視され、異常を検出している。

　図２の回路図において、電源装置１の制御回路６は、電源装置１の動作を監視して制御しつつ、電源装置１の異常を監視する制御部７と、制御部７との間で電池情報等の送受信を通信可能に接続され、充電した電気を放電する二次電池３と、二次電池３と負荷１４との間に形成される電池回路網８に配設される主接点９と、主接点９に直列に接続され、通常時は投入状態になっている補助接点１０と、二次電池３から放電される直流電力を交流電力に変換するインバータ５と、制御部７との間で情報の送受信を通信可能に接続され、主接点９における電圧値（Ａ，Ｃ間の電圧値）、電流値（Ｂ，Ｄ間の電流値）及び／又は導通状態（Ｂ，Ｄ間の導通状態）を計測すると共に、その計測値及び制御部７からの主接点９に関する動作情報（主接点のＯＮ／ＯＦＦ情報）に基づいて、主接点９に生じた異常を検知し、補助接点１０を開放状態に制御する検出部１１と、制御部７や検出部１１が検出した異常を外部に報知する報知部１２と、電源のＯＮ／ＯＦＦ情報を制御部に入力する起動／停止スイッチ１３とを備える。

　また、検出部１１は、電池回路網８の電圧値をアナログ値で検出するために、コンパレータ回路により形成される異常検出回路１１ａと、インバータ回路側及び二次電池側、並びに二次電池通信側から発生するノイズの影響を最小限に抑えるための絶縁トランス１１ｂを備える。異常検出回路１１ａは、Ａ，Ｃ間のアナログ電圧に何らかの異常がある場合に、補助接点１０を開放状態（未投入の状態）に制御する。このコンパレータと絶縁トランスの組み合わせによりノイズに強く信頼性が高い検出部１１を形成することができる。　

　主接点９と補助接点１０とは、電池回路網８内に直列に接続されており、電源装置１の起動動作時には、補助接点１０の投入後に主接点９が投入され、電源装置１の停止動作時には、主接点９の開放後に補助接点１０が開放される構成となっている。すなわち、仮に主接点９に接点融着等の異常が発生している場合であっても、補助接点１０を切断することで二次電池３の過放電を確実に防止することができ、且つ主接点９に接点融着等の異常が発生していない限り、電池回路網８に電気が供給されている状態で補助接点１０の投入・開放が行われることがないため、補助接点１０に接点融着等の異常が発生することがなく、信頼性が高い予備接点として機能させることが可能となる。

　図２において、電源装置１の外部機器として、二次電池３から電池回路網８、インバータ５、ＡＣコンセント等を介して電気を供給される負荷１４と、電池回路網８の両端（Ａ，Ｃ間）に接続され、二次電池３に電気を供給する充電装置１５とを有する。充電時は、電源装置１を充電装置１５が設置されている場所に運んで接続することで、二次電池３に充電することができる。二次電池３の充電が完了すると、充電装置１５との接続を切り、電源装置１を使用する場所に運んで負荷１４と接続し、負荷１４に対して二次電池３に充電された電気を放電する。

　主接点９及び補助接点１０が投入された状態で二次電池３と負荷１４とを接続すると、負荷１４に対して二次電池３に充電された電気が放電される。制御部７は、二次電池３の電池情報を受信しつつ、受信した情報に応じて主接点９の開閉を制御する。正常時においては、主接点９が投入された状態で負荷１４が接続されると、二次電池３の電気が放電され、電圧値が次第に下がる。制御部７は、二次電池３の電池残量を監視し、二次電池３が過放電になる前に主接点９を開放し、二次電池３の電気の放電を停止する。

　上記のように、正常時においては、制御部７の管理により過放電になることを防止することができるが、主接点９が接点融着により常に投入状態になってしまっている場合には、制御部７の管理下で過放電を防止することができなくなってしまう。すなわち、制御部７が主接点９を開放し、二次電池３の放電を停止した場合であっても、主接点９を物理的に開放することができず、放電が継続されて二次電池３が過放電になってしまい、非常に危険な事態を招いてしまう。

　このような事態に対応するために、異常検出回路１１ａが電池回路網８の電圧（Ａ，Ｃ間の電圧値）を計測し、制御部７が主接点９を開放しているにも関わらず、主接点９の電圧値が計測された場合には、主接点９に接点融着が発生していると判断し、異常検出回路１１ａが補助接点１０を開放する。そうすることで、主接点９に接点融着が発生している場合であっても、確実に過放電を防止することができる。同様に、必要に応じて図２に示すような構成（制御部７とＢ点との接続、制御部７とＤ点との接続）とすることで、Ｂ，Ｄ間の電流値、Ｂ，Ｄ間の導通状態を検出し、異常検出回路１１ａが補助接点１０を開放するようにしてもよい。
　制御部７や異常検出回路１１ａが異常を検出した場合は、報知部１２によりその旨が報
知され、報知された情報に基づいて使用者が対応することができる。

　なお、制御部７が、電源がＯＦＦであるにも拘らず二次電池３の放電がなされていることを検出し、補助接点１０を開放することが可能であるが、二次電池３と制御部７との間の通信がインバータ５等のノイズの影響で正確に行われない可能性があり、信頼性が低いものとなってしまう。そのため、検出部１１を別途設けることが非常に重要となる。このとき、二次電池３と制御部７との間で行う通信とは異なる通信形態で、制御部７と異常検出部１１との間の通信を行うことが望ましい。

　また、ノイズ等の発生により演算装置が機能停止になったり、フリーズ現象が発生したような場合に、電源装置本体を直ちに強制終了して再起動する停止／再起動部（例えば、リセットボタン）を有するようにしてもよい。前記に示したように、検出部１１は過放電を検出することで、強制的に電池回路網８を開放することができるが、フリーズ現象が発生したような場合は、電源装置１が過放電の状態になるまで待つ必要があり効率が悪い。したがって、必要に応じて強制的に再起動させるリセット機能を備えることが望ましい。

　さらに、異常検出回路１１ａは、接点融着の異常だけではなく、例えば接点融着以外の理由による過放電、過充電、内部短絡等が生じた場合の二次電池３の異常を検出するようにしてもよい。通常であれば、上記のような異常が発生した場合には、制御部７が主接点９を開放することで解消することができるが、前記に示したように主接点９が接点融着してしまった場合や、ノイズ等による二次電池３と制御部７との間の通信の異常や、制御部７自体に何らかの異常が発生した場合には、主接点９の制御が正確に行われず、様々な異常に対処することができなくなってしまう。すなわち、制御部７と並行して異常検出部１１がＡ，Ｃ間の電圧値を計測し、設定値との比較により異常を検知することで、二次電池３と制御部７との間の通信の異常や、制御部７自体に何らかの異常が発生した場合であっても、補助接点１０を開放して、異常に対処することができる。

　　（本発明の第２の実施形態）
　本実施形態に係る電源装置について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る電源装置の回路図である。図２と異なるのは、電池回路網８内に制御部７に接続するＣＴ１６を備えることである。なお、図３では、ＣＴ１６は制御部７に接続している図を示しているが、検出部１１に接続されるようにしてもよい。

　本実施形態に係る電源装置１は、前記各実施形態における電源装置１の機能が拡張されたものであり、電池回路網８内に制御部７に接続して配設されるＣＴ１６を備え、制御部７が、電源装置１の電源がＯＮの状態で且つＣＴ１６で測定された電流値が所定時間計測されない場合に、電源装置１の電源をＯＦＦにするものである。

　なお、本実施形態において、前記各実施形態と重複する説明については省略する。

　電源装置１の本体のスイッチを切り忘れ、又は何らかの原因でＯＮの状態のままで放置された場合、二次電池３が放電され続け、最終的には過放電の状態になり危険が生じてしまう。本実施形態では、そのような危険を回避するために、制御部７がＣＴ１６で電池回路網８に流れる電流値を取得し、本体電源がＯＮの状態で、且つ、電池回路網８に流れる電流値がゼロの状態が所定時間以上（例えば、１分、５分、１０分等に設定可能とする）続いた場合には、本体の電源をＯＦＦにすることで過放電を防止する。

　なお、ＣＴ１６が検出部１１に接続されている場合は、制御部７が検出部１１からＣＴ１６の計測値の情報を取得するようにし、ＣＴ１６が制御部７に接続されている場合は、直接ＣＴ１６から計測値の情報を取得するようにしてもよい。

　　（本発明の第３の実施形態）
　本実施形態に係る電源装置について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る電源装置の回路図である。本実施形態に係る電源装置１は、充電装置１５が、制御部７に通信で接続する充電制御部１７を備える。
　なお、本実施形態において、前記各実施形態と重複する説明については省略する。

　図４に示すように、充電装置１５は、制御部７から受信した情報に基づいて充電装置１５側の主接点１８を制御する充電制御部１７と、ＡＣ／ＤＣ変換を行う充電器１９とを備える。通常の場合（例えば、図９の場合）、電源装置１と充電装置１５とが接続されると、充電器１９を介して電源装置側のＡ，Ｃ間の配線に接続されることで二次電池３に充電がなされ、十分な量の電気が充電されたら制御部７が充電装置１５に対してその旨の情報を送信して、充電を停止する。しかしながら、上述したようにノイズ等の影響により制御部７からの通信に異常が発生してしまうと、充電が停止されず過充電になってしまう。

　このような危険を回避するために、本実施形態においては、電源装置１と充電装置１５とが接続されると、まず制御部７が充電制御部１７に二次電池３の電池情報を送信する。充電制御部１７は、受信した電池情報により充電する量や時間を演算することができる。そして、充電制御部１７が演算した充電量や充電時間を超えても、制御部７からの充電停止の信号が来ない場合は、電源装置１側に何らかの異常が発生していると判断し、充電装置側の主接点１８を解放して充電を停止する。充電装置側の主接点１８については、０Ｖの状態から次第に充電されるため、接点融着が発生することはない。このように、充電装置１５でも二次電池３の電池情報を管理することで、過充電を確実に防止することができる。

　また、充電装置１５の＋，－は、それぞれ電源装置側のＢ，Ｃ間の配線に接続されており、電源装置１と充電装置１５とが接続されると、充電制御部１７から制御部７を介して異常検出回路１１ａを起動させて補助接点１０を投入する。補助接点１０が投入されることで、充電装置１５と二次電池３とが電気的に接続され、二次電池３への充電が可能になると共に、異常検出回路１１ａがＡ，Ｃ間のアナログ電圧の値を検出することで、過充電の異常を検出することも可能となる。充電を正常に終了する際には、充電装置１５からの電気の供給が完全に終わってから補助接点１５が開放されることが望ましい。

　なお、ここでは、充電装置１５の＋，－を電源装置側のＢ，Ｃ間の配線に接続しているが、補助接点１０を介さずに前記各実施形態と同様にＡ，Ｃ間に接続して充電を行うようにしてもよい。
　また、図４では電源装置１と充電装置１５とがそれぞれ個別の装置として記載されているが、図５に示すように充電装置１５が内蔵された一体的なシステムとしてもよい。

　（本発明の第４の実施形態）
　本実施形態に係る電源装置について、図６ないし図９を用いて説明する。図６は、本実施形態に係る電源装置の回路図、図７は、本実施形態に係る電源装置の起動動作を示すフローチャート、図８は、本実施形態に係る電源装置の停止動作を示すフローチャートである。
　なお、本実施形態において、前記各実施形態と重複する説明については省略する。

　本実施形態に係る電源装置は、電源装置を停止させるための自己復帰型の停止スイッチと、二次電池と制御手段との間の電気的な接続を、制御手段の制御により電源装置の停止時には開放、前記電源装置の起動時には投入にスイッチングするリレー回路とを備え、停止スイッチをＯＮにした場合に、停止スイッチからの信号が制御手段に入力され、当該制御手段が入力された信号に基づいて主接点を開放すると共に、異常検出回路が電池回路網の両端の電圧値を計測し、電圧値に異常がなければ、制御手段が電源装置における全ての処理を停止後に、リレー回路におけるスイッチを開放し、その後補助接点を開放する。

　また、電源装置を起動させるための自己復帰型の起動スイッチと、リレー回路におけるスイッチの両端に接続され、起動スイッチの投入により制御手段と二次電池との間、及び異常検出回路と二次電池との間を電気的に接続するブリッジ回路とを備え、リレー回路におけるスイッチが開放されている場合に、起動スイッチをＯＮにしたときに、ブリッジ回路により異常検出回路に二次電池からの電力が供給されて異常検出回路が起動し、当該異常検出回路と二次電池との間の第１の電気回路網の電圧値を計測し、電圧値に異常があれば補助接点を未投入とし異常がなければ補助接点を投入すると共に、ブリッジ回路により制御手段に二次電池からの電力が供給されると、制御手段の制御によりリレー回路におけるスイッチが投入され、制御手段が電源装置の状態を確認し、異常検出回路による第１の電気回路網における電圧値の異常の確認後、及び制御手段による電源装置の状態の確認後に、制御手段が、当該制御手段と補助接点と二次電池との間の第２の電気回路網の電圧値の異常を確認し、異常がなければ主接点を投入して二次電池からの放電を開始する。

　図６において、前記各実施形態の場合と異なるのは、検出部１１にブリッジ回路１９とリレー回路２０とを備え、外部には装置の電源をＯＮ／ＯＦＦするための自己復帰型の起動スイッチ１３ａと停止スイッチ１３ｂとを備える。リレー回路２０のスイッチは制御部７により投入・開放が制御され、スイッチが投入されると二次電池３から制御部７に電気が供給される。すなわち、電源装置１が起動している場合はリレー回路２０のスイッチが投入され、電源装置１が停止している場合はリレー回路２０のスイッチが開放される。ブリッジ回路１９は、リレー回路２０におけるスイッチの両端に接続され、起動スイッチ１３ａが投入されることで制御部７と二次電池３との間を電気的に接続すると共に、絶縁トランス１１ｂと二次電池３との間を電気的に接続する。停止スイッチ１３ｂは制御部７に接続され、そのＯＮ／ＯＦＦ情報が制御部７に入力される。

　なお、図６においても図４や図５の場合と同様に、充電装置１５において充電制御部を備え、二次電池３への過充電の防止を行うようにしてもよい。また、充電装置１５の＋，－は、図４や図５の場合と同様にＢ，Ｃ間に接続し、充電制御部から制御部７を介してリレー回路２０のスイッチを投入し、二次電池３からの電気の供給を受けて異常検出回路１１ａを起動し、補助接点１０を投入して充電を開始するようにしてもよい。この場合、異常検出回路１１ａがＡ，Ｃ間のアナログ電圧の値を検出することができるため、過充電の異常を検出することが可能となる。また、充電を正常に終了する際には、充電装置１５からの電気の供給が完全に終わってから補助接点１５が開放されることが望ましい。
　また、補助接点１０を介さずに図２や図３の場合と同様に、Ａ，Ｃ間に接続して充電を行うようにしてもよい。

　次に、本実施形態における電源装置の動作について説明する。図７は電源装置の起動時の動作を示すフローチャートである。まず、使用者により起動スイッチ１３ａが押下されると、ブリッジ回路１９がＯＮとなり（Ｓ７０１）、二次電池３からブリッジ回路１９を経由して制御部７、絶縁トランス１１ｂに電気が供給される。絶縁トランス１１ｂに電気が供給されることで、異常検出回路１１ａが起動し（Ｓ７０２）、Ａ，Ｃ間の電圧が確認される（Ｓ７０３）。Ａ，Ｃ間の電圧が正常であれば補助接点１０を投入する（Ｓ７０４）。Ａ，Ｃ間の電圧が異常であれば、報知部１２で「二次電池アナログ電圧異常」を報知して（Ｓ７０５）、補助接点１０を未投入の状態とする（Ｓ７０６）。

　また、Ｓ７０１でブリッジ回路１９がＯＮになると、二次電池３からブリッジ回路１９を経由して制御部７に電気が供給され、制御部７が起動する（Ｓ７０７）。制御部７が起動すると、制御部７の制御によりリレー回路２０がＯＮとなる（Ｓ７０８）。リレー回路２０がＯＮになると、二次電池３から制御部７に安定的に電気が供給されて、制御部７が機能することができるようになる。制御部７が起動すると、通信により二次電池３に関する情報（例えば、電池残量、温度、電池電圧等）を取得し、二次電池３の情報を確認する（Ｓ７０９）。

　二次電池３の状態が何かしらの異常であれば、報知部１２で「二次電池異常」を報知し（Ｓ７１０）、制御部７により全てのプロセスの停止処理を完了させる（Ｓ７１１）。全てのプロセスが完了したらリレー回路２０を開放し（Ｓ７１２）、補助接点１０が投入されている場合は補助接点１０を開放して（Ｓ７１３）、電源装置１を異常状態で停止させる。Ｓ７０９で二次電池３の状態に異常がなければ、制御部７がＢ，Ｃ間の電圧を検出する（Ｓ７１４）。Ｂ，Ｃ間の電圧が異常（例えば、０Ｖ）である場合は、ステップＳ７０６にて補助接点１０が未投入の状態となっていると考えられ、報知部１２で「アナログ電圧異常」を報知して（Ｓ７１５）、制御部７により全てのプロセスの停止処理を完了させる（Ｓ７１６）。全てのプロセスが完了したらリレー回路２０を開放し（Ｓ７１７）、電源装置１を異常状態で停止させる。

　なお、Ｓ７１４において、Ｂ，Ｃ間の電圧が０Ｖより大きい場合の異常値で検出されたときは、その異常に対応するエラー表示が報知部１２によりなされ、制御部７が全てのプロセスを停止し、リレー回路２０を開放し、補助接点１０を開放して電源装置１を異常状態で停止させる。

　Ｓ７１４でＢ，Ｃ間の電圧が正常である場合は、制御部７が主接点９を投入し（Ｓ７１８）、インバータを起動後、報知部１２に電池残量が表示されて（Ｓ７１９）、電源装置１の起動が正常に完了する。

　図８は電源装置の停止時の動作を示すフローチャートである。まず、使用者により停止スイッチ１３ｂが押下されると、制御部７が主接点９を開放する（Ｓ８０１）。異常検出回路１１ａがＢ，Ｃ間の電圧を確認し（Ｓ８０２）、電圧有の場合は主接点９が開放されているにも関わらず電圧が検出されているため、主接点９に接点融着が発生していると判断し、報知部１２が「主接点融着」を報知する（Ｓ８０３）。接点融着が検出されると、制御部７により全てのプロセスの停止処理を完了させ（Ｓ８０４）、リレー回路２０を開放し（Ｓ８０５）、補助接点１０を開放して（Ｓ８０６）、電源装置１を異常状態で停止させる。

　Ｓ８０２でＢ，Ｃ間の電圧が電圧無の場合は、ＣＴ１６の電流を検出する（Ｓ８０７）。ＣＴ１６の電流が電流有の場合は、主接点９が開放されているにも関わらず電流が検出されているため、主接点９に接点融着が発生していると判断し、報知部１２が「主接点融着」を報知する（Ｓ８０８）。接点融着が検出されると、制御部７により全てのプロセスの停止処理を完了させ（Ｓ８０９）、リレー回路２０を開放し（Ｓ８１０）、補助接点１０を開放して（Ｓ８１１）、電源装置１を異常状態で停止させる。

　なお、ＣＴ１６の構成及び処理については必ずしも備える必要はないが、例えば主接点９で接点融着が発生しているものの、その程度が非常に低く、接点融着が発生しているにも関わらず、ＡＣ間に十分な電圧値が計測されないような場合もあり得るため、ＣＴ１６による電流検出を行うことでより確実に接点融着を検出して二次電池３の過放電を防止することができ、信頼性を高めることができる。

　Ｓ８０７でＣＴ１６の電流が電流無の場合は、主接点９が正常に開放されていると判断し、制御部７が通信により二次電池３に関する情報を取得し、二次電池３の情報を確認する（Ｓ８１２）。二次電池３の状態が何かしらの異常であれば、報知部１２で「二次電池異常」を報知し（Ｓ８１３）、制御部７により全てのプロセスの停止処理を完了させ（Ｓ８１４）、リレー回路２０を開放し（Ｓ８１５）、補助接点１０を開放して（Ｓ８１６）、電源装置１を異常状態で停止させる。

　Ｓ８１２で二次電池３の状態に異常がなければ、制御部７により全てのプロセスの停止処理を完了させ（Ｓ８１７）、リレー回路２０を開放し（Ｓ８１８）、補助接点１０を開放して（Ｓ８１９）、電源装置１を正常に停止させる。
　以上が、本実施形態における電源装置１の起動動作と停止動作である。

　なお、電源装置１が異常状態で停止した場合には、その異常状態に関する情報が不揮発性の記憶部（不揮発メモリとする）に記憶されるようにしてもよい（例えば、制御部７によるプロセス停止の際に、不揮発メモリに異常情報を書き込む）。使用者は、報知部１２により報知された情報に基づいて、電源装置１の異常を回復させると共に、図８に示す停止処理をチェック処理として実行する。チェック処理が正常に行われると、Ｓ８１７の制御部７によるプロセス停止の際に、不揮発メモリの情報を正常に書き換える。

　図８に示す停止処理をチェック処理として実行する場合、例えば、図７において制御部７が起動した後にチェック処理を挿入するようにしてもよい。すなわち、制御部７が起動した際に、不揮発メモリに書き込まれている情報を読み、その情報が異常状態である場合にはチェック処理を行う。

　このように、起動動作時には二次電池３の健全状態や接点融着など、システム自体の健全状態を確認後に放電の許可を促し、停止動作時には主接点の接点融着が無いことを確認し、回路が健全に停止したことを確認後、シャットダウン処理を実施し、全ての回路が健全なプロセスでシャットダウンが完了したのち、最後に保持していたリレー回路を開放して停止を完了するため、電源装置の停止中に装置の異常（主接点の接点融着等）や、待機電力の消費による過放電等の発生を確実に防止しつつ、突然のシャットダウンによる次回起動時のシステムプログラムのフリーズ等の不具合を回避することができる。
　なお、上記各実施形態において、風力発電、太陽光発電、地熱発電等の自然エネルギーを利用して充電装置から二次電池に充電されるようにしてもよい。

　以上の前記各実施形態により本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は実施形態に記載の範囲には限定されず、これら各実施形態に多様な変更又は改良を加えることが可能である。そして、かような変更又は改良を加えた実施の形態も本発明の技術的範囲に含まれる。このことは、特許請求の範囲及び課題を解決する手段からも明らかなことである。

　　１　電源装置
　　２　筐体
　　３　二次電池
　　４　モジュール電池
　　５　インバータ
　　６　制御回路
　　７　制御部
　　８　電池回路網
　　９　主接点
　　１０　補助接点
　　１１　検出部
　　１１ａ　異常検出回路
　　１１ｂ　絶縁トランス
　　１２　報知部
　　１３　起動／停止スイッチ
　　１３ａ　起動スイッチ
　　１３ｂ　停止スイッチ
　　１４　負荷
　　１５　充電装置
　　１６　ＣＴ
　　１７　充電制御部
　　１８　充電装置主接点
　　１９　充電器

Claims

　二次電池を用いた電源装置において、
　前記電源装置の動作を監視して制御すると共に、前記電源装置の異常を監視する制御手段と、
　前記制御手段と接続し、充電した電気を放電する二次電池と、
　前記二次電池と負荷との間に形成される電池回路網に配設される主接点と、
　前記電池回路網に前記主接点と直列に接続され、前記電源装置の停止時には開放状態になっている補助接点とを備え、
　前記電源装置の停止動作時には、前記主接点の開放後に前記補助接点が開放され、前記電源装置の起動動作時には、前記補助接点の投入後に前記主接点が投入されることを特徴とする電源装置。
　請求項１に記載の電源装置において、
　前記主接点における電圧値、電流値及び／又は導通状態を計測し、当該計測した情報及び前記制御手段からの前記主接点に関する動作情報に基づいて、前記補助接点を開放状態にする異常検出回路とを備えることを特徴とする電源装置。
　請求項２に記載の電源装置において、
　前記異常検出回路が、前記電池回路網の両端の電圧値をアナログ値で計測し、当該電圧値が任意の範囲を逸脱した場合に、前記補助接点を開放状態にすることを特徴とする電源装置。
　請求項２又は３に記載の電源装置において、
　前記異常検出回路がコンパレータを用いて前記電池回路網の両端の電圧値をアナログ値で計測することを特徴とする電源装置。
　請求項２ないし４のいずれかに記載の電源装置において、
　前記異常検出回路が、当該異常検出回路の電源に絶縁トランスを備えることを特徴とする電源装置。
　請求項２ないし５のいずれかに記載の電源装置において、
　前記電源装置を停止させるための自己復帰型の停止スイッチと、
　前記二次電池と前記制御手段との間の電気的な接続を、当該制御手段の制御により前記電源装置の停止時には開放、前記電源装置の起動時には投入にスイッチングするリレー回路とを備え、
　前記停止スイッチをＯＮにした場合に、当該停止スイッチからの信号が前記制御手段に入力され、当該制御手段が入力された信号に基づいて前記主接点を開放すると共に、前記異常検出回路が前記電池回路網の両端の電圧値を計測し、当該電圧値に異常がなければ、前記制御手段が前記電源装置における全ての処理を停止後に、前記リレー回路におけるスイッチを開放し、その後前記補助接点を開放することを特徴とする電源装置。
　請求項６に記載の電源装置において、
　前記電源装置を起動させるための自己復帰型の起動スイッチと、
　前記リレー回路におけるスイッチの両端に接続され、前記起動スイッチの投入により前記制御手段と前記二次電池との間、及び前記異常検出回路と前記二次電池との間を電気的に接続するブリッジ回路とを備え、
　前記リレー回路におけるスイッチが開放されている場合に、前記起動スイッチをＯＮにしたときに、
　前記ブリッジ回路により前記異常検出回路に前記二次電池からの電力が供給されると、当該異常検出回路が起動し、当該異常検出回路が、当該異常検出回路と前記二次電池との間の第１の電気回路網の電圧値を計測し、計測された電圧値に異常があれば補助接点を未投入とし異常がなければ補助接点を投入すると共に、
　前記ブリッジ回路により前記制御手段に前記二次電池からの電力が供給されると、前記制御手段の制御により前記リレー回路におけるスイッチが投入され、当該制御手段が前記電源装置の状態を確認し、
　前記異常検出回路による前記第１の電気回路網における電圧値の異常の確認後、及び前記制御手段による前記電源装置の状態の確認後に、前記制御手段が、当該制御手段と前記補助接点と前記二次電池との間の第２の電気回路網の電圧値の異常を確認し、異常がなければ前記主接点を投入して前記二次電池からの放電を開始することを特徴とする電源装置。
　請求項１ないし７のいずれかに記載の電源装置において、
　前記異常検出回路又は前記制御手段に接続し、前記電池回路網に配設されるＣＴを備え、
　前記制御装置が、前記電源装置の電源がＯＮの状態で且つ前記ＣＴで測定された電流値が所定時間計測されない場合に、前記電源装置の電源をＯＦＦにすることを特徴とする電源装置。
　請求項１ないし８のいずれかに記載の電源装置において、
　前記電池回路網に接続し、前記二次電池に充電を行う充電器と、
　前記充電器の動作を監視して制御する充電制御手段とを備え、
　前記制御手段が、前記充電制御手段と通信回路で接続されていることを特徴とする電源装置。
　請求項１ないし９のいずれかに記載の電源装置において、
　前記制御手段及び／又は異常検出回路を強制的に停止又は再起動する停止／再起動手段を有することを特徴とする電源装置。
　請求項１ないし１０のいずれかに記載の電源装置において、
　前記制御手段及び／又は異常検出回路が異常を検出した場合に、当該異常を報知する報知手段を備えることを特徴とする電源装置。