JP3174482U

JP3174482U - エネルギー装置

Info

Publication number: JP3174482U
Application number: JP2012000077U
Authority: JP
Inventors: 瑩崟張; 育潤林; 正宗林; 沛橋鍾
Original assignee: 順達科技股▲分▼有限公司
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: TWM435096U

Abstract

【課題】電子システムが長時間電源オフ状態に入る場合に、電池モジュールの使用寿命を延長させる。
【解決手段】エネルギー装置１０は、給電システム１１、充電モジュール１７及び主制御器１３を備える。給電システム１１は、互いに並列する複数の電池モジュールを備える。充電モジュール１７は、給電システム１１と電池モジュールとに電気的に接続される。主制御器１３は、電子システム１１が電源オフ状態に入ってから所定の時間が経過したと判定した時、各電池モジュールの現時点の電圧値を取得し、取得した各電圧値と当該各電圧値と対応する最適な保存電圧値とを比較して、比較結果に基づいて複数の電池モジュールから一つの特定の電池モジュールを選定する。主制御器１３は、特定の電池モジュールを対応する最適な保存電圧値にまで充電するように充電モジュール１７を制御する。
【選択図】図１

Description

本考案は、エネルギー装置に関し、特に保存状態を制御可能なエネルギー装置（ＳｔｏｒａｇｅｓｔａｔｕｓｃｏｎｔｒｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙＵｎｉｔ）に関するものである。

ここ数年、様々な携帯式電子機器が普及している。携帯電話、ノートパソコン、タブレットコンピューター及びデジタルカメラなどの携帯式電子機器は日常生活に不可欠なものとなっている。これらの携帯式電子機器は通常、繰り返して充放電可能な電池（即ち、二次電池）をエネルギー蓄積装置として電力を供給するのに使用している。

通常、充放電可能な電池を使用した後、繰り返して充電動作と放電動作を行うにつれ、電池性能が劣化しつつある。充放電可能な電池に関する技術は通常、充電安全性と放電安全性を考慮して、特性劣化を防ぐために、過充電保護、過放電保護、過電流保護又は短絡保護などの保護機能を有している。

従来の充放電可能な電池に関する技術は、およそ充放電操作及び使用環境による電池性能への影響のみを考慮している。しかしながら、充放電可能な電池の保存条件もその使用寿命に関わる要因の一つである。一般に、充放電可能な電池は、長時間使用されない保存状態において、自然に電力を放電している。電力が放電されて電圧が最低動作電圧よりも低くなると、電池の劣化を招いて使用寿命を短縮するようになってしまう。

ここ数年、充放電可能な電池は、一般の電子装置だけではなく、電気自動車までに適用できるようになっており、応用分野の広がりに伴い、電池の高信頼性と電池の長寿命などへの要求も高まっている。本考案は、従来の充放電可能な電池に関する技術が電池保存条件を考慮しない実情に鑑みて成されたものである。

本考案に係るエネルギー装置は、電子システムが電源オフ状態に入ってから所定の時間が経過すると、各電池モジュールの現時点の電圧値を取得し、取得した各電圧値と当該各電圧値と対応する最適な保存電圧値と比較することで特定の電池モジュールを選定し、特定の電池モジュールを最適な保存電圧値まで充電するように充電モジュールを制御する。これにより、エネルギー装置は、電子システムが長時間電源オフ状態に入る場合、電池モジュールの電圧値を最適な保存電圧値に調整することによって、電池モジュールの使用寿命を延長する効果を奏することができる。

本考案は、負荷を有する電子システムに適用できるエネルギー装置を提供する。エネルギー装置は、給電システム、充電モジュール及び主制御器を備えている。給電システムは、複数の電池モジュールと、電力伝送ターミナルと、を備えている。複数の電池モジュールは互いに並列して、電力伝送ターミナルを介して負荷に電気的に接続される。充電モジュールは、入力ターミナルと複数の出力ターミナルと、を備えている。入力ターミナルは、給電システムの電力伝送ターミナルに電気的に接続され、給電システムから出力される電力を受ける。出力ターミナルは各電池モジュールにそれぞれ電気的に接続される。主制御器は充電モジュールと給電システムに電気的に接続される。主制御器は複数の最適な保存電圧値を有する。最適な保存電圧値は、各電池モジュールのそれぞれに対応する。最適な保存電圧値とは、電池の使用寿命を延長できる最良な保存電圧値を指すものである。主制御器は、電子システムが電源オフ状態に入ってから所定の時間が経過したと判定したとき、各電池モジュールの現時点の電圧値を取得し、取得した各電圧値と当該各電圧値と対応する最適な保存電圧値とを比較して、比較結果に基づいて複数の電池モジュールから一つの特定の電池モジュールを選定する。特定の電池モジュールの現時点の電圧値は、対応する最適な保存電圧値よりも小さい。主制御器は、特定の電池モジュールを特定の電池モジュールと対応する最適な保存電圧値にまで充電するように充電モジュールを制御する。

実施例において、エネルギー装置は、各電池モジュールと電力伝送ターミナルとの間にそれぞれ電気的に接続すると共に、各電池モジュールと電力伝送ターミナルの間の伝送経路の接続状態を制御する。主制御器は、特定の電池モジュールを充電するように充電モジュールを制御する前に、特定の電池モジュールが電気的に接続するスイッチを開放すると共に、他の電池モジュールが電気的に接続するスイッチを閉じる。

また、実施例において、各電池モジュールはエネルギー蓄積ユニットをそれぞれ備える。各電池モジュールをそれぞれが有する各エネルギー蓄積ユニットの種類によって区別すると、電池モジュールは第１の電池モジュールと第２の電池モジュールと、を含む。電子システムの動作モードは第１の電力モードと第２の電力モードを有する。電子システムの起動期間を第１の電力モードとして定義し、電子システムの安定状態を第２の電力モードとして定義する。主制御器は、電子システムの動作モードが第１の電力モードであるかもしくは第２の電力モードであるかに応じて、第１の電池モジュール及び第２の電池モジュールと対応するスイッチを閉じるように制御することで第１の電池モジュール及び第２の電池モジュールと給電システムの並列状態を制御する。

本考案に係るエネルギー装置によれば、電子システムが長時間電源オフ状態に入る場合、各電池モジュールの電圧値を動的に調整して、現時点の電圧値が最適な保存電圧値よりも低い電池モジュールに対して充電を行うことによって、最良な保存条件で電池モジュールを保存することができる。これにより、電池モジュールの使用寿命を延長する効果を奏することができる。また、本考案に係るエネルギー装置は、動作モードに応じて、第１の電池モジュール又は第２の電池モジュールと給電システムを並列させたり切断させたりするように選択的に制御することで、動作モードに応じて最適な電池モジュールを選択して給電システムと並列させることができる。これにより、電池モジュールの選択自由度を向上すると共にエネルギー装置全体のコストを低減することができる。

本考案に係るエネルギー装置の実施例のブロック模式図である。本考案に係るエネルギー装置の制御方法の実施例のフローチャートである。本考案に係るエネルギー装置の制御方法の実施例における長時間保存を判定する処理のフローチャートである。本考案に係るエネルギー装置の制御方法の実施例における保存電圧を判定する処理のフローチャートである。本考案に係るエネルギー装置の制御方法の実施例における電力モードを切り換える処理のフローチャートである。本考案に係るエネルギー装置の制御方法のほかの実施例のブロック模式図である。図６の電池制御器の具体的のブロック模式図である。

本考案に係るエネルギー装置の主要な特徴は、電池モジュールの保存電圧を調整する機能を装置内部に整合することによって、最良な保存条件で電池モジュールを保存することができることにある。

図１は本考案に係るエネルギー装置の実施例のブロック模式図である。図１に示すように、エネルギー装置１０は電子システム１に設置されており、電子システム１の負荷１９に対して電力を供給する。電子システム１は、携帯電話、ノートパソコン、タブレットコンピューター又はデジタルカメラ等の電子装置であってもよく、電気自動車、無停電電源装置（ＵＰＳ）等の電機システムであってもよい。負荷１９はこれらの装置やシステムの受電部である。エネルギー装置１０は、給電システム１１、主制御器１３及び充電モジュール１７を備えている。給電システム１１と充電モジュール１７とは主制御器１３に電気的に接続されている。

図１に示すように、給電システム１１は、複数の第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと複数の第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎとを備えている。複数の第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと複数の第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎとのそれぞれは、繰り返して充放電可能なエネルギー蓄積ユニット（図示せず）を備えている。エネルギー蓄積ユニットはいわゆる電池コアである。複数の第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍは第１の種類の電池コアを有している。一方、複数の第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎは第１の種類の電池コアと異なる第２の種類の電池コアを有している。二種類の電池コアは異なる特性を有している。具体的には、二種類の電池コアは、パワー電池コアとエネルギー電池コアであってもよい。パワー電池コアは、瞬間的に大電流を出力する性能を有するが、エネルギー密度は低い。一方、エネルギー電池コアは、エネルギー密度は高いが、大電流を出力することができない。エネルギー装置１０は、動作条件に応じて適当な種類の電池コアを選択して電力を供給することができる。

以下、特別な指定がない限り、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎとを電池モジュールと略称する。

図１に示すように、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎとは互いに並列的に、電力伝送ターミナルＡ１，Ａ２を介して電力を負荷１９に供給する。給電システム１１は、複数のスイッチ１５１−１〜１５１−Ｍ、１５３−１〜１５３−Ｎを更に備えている。各スイッチ１５１−１〜１５１−Ｍ、１５３−１〜１５３−Ｎは、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍ及び第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎと電力伝送ターミナルＡ１との間にそれぞれ電気的に接続されている。例えば、スイッチ１５１−１は第１の電池モジュール１１１−１と電力伝送ターミナルＡ１との間に電気的に接続されている。スイッチ１５１−１〜１５１−Ｍ、１５３−１〜１５３−Ｎは制御ターミナルを有しており、この制御ターミナルを介して主制御器１３から出力されるスイッチング制御信号Ｃ_１−１〜Ｃ_１−Ｍ、Ｃ_２−１〜Ｃ_２−Ｎをそれぞれ受信し、二つのターミナルの間の伝送経路の接続状態を制御する。スイッチ１５１−１〜１５１−Ｍ、１５３−１〜１５３−Ｎは、機械式スイッチを使用してもよく、若しくはバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）又はその他のパワートランジスタなどの素子を用いる電子式スイッチ回路を使用してもよい。

充電モジュール１７は、入力ターミナルＰ／Ｉ及び複数の出力ターミナルＰ／Ｏ１−１〜Ｐ／Ｏ１−Ｍ、Ｐ／Ｏ２−１〜Ｐ／Ｏ２−Ｎを備えている。入力ターミナルＰ／Ｉは、給電システム１１の電力伝送ターミナルＡ１に電気的に接続され、給電システム１１から出力される電力を受ける。出力ターミナルＰ／Ｏ１−１〜Ｐ／Ｏ１−Ｍ、Ｐ／Ｏ２−１〜Ｐ／Ｏ２−Ｎは、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎにそれぞれ電気的に接続されている。充電モジュール１７は、主制御器１３に電気的に接続される制御ターミナルＣｔｒｌを備えている。充電モジュール１７の内部には電圧変換回路と定電圧回路(ｖｏｌｔａｇｅｒｅｇｕｌａｔｏｒｃｉｒｃｕｉｔ)とが備えられている。充電モジュール１７は、先ず主制御器１３で制御され、続いて給電システム１１からの出力電力を受けてその出力電力を充電電力に変換した後、主制御器１３が選定した電池モジュールに対して充電を行う。

図１に示すように、主制御器１３は、制御ユニット１３１、記憶ユニット１３３、電圧検知ユニット１３５及び電流検知ユニット１３７を備えている。制御ユニット１３１はエネルギー装置１０の論理制御コアであり、メモリに記憶されているファームウェアによって処理論理を定義することで装置の所望の機能を実現する。記憶ユニット１３３は、装置の処理に関する各種のデータと各種のパラメーターを記憶するためのメモリである。電圧検知ユニット１３５は、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎとに電気的に接続され、各電池モジュールの電圧信号Ｖ_１−１〜Ｖ_１−Ｍ、Ｖ_２−１〜Ｖ_２−Ｎを受信することで各電池モジュールの現時点の電圧値を取得し、検知結果を制御ユニット１３１に送信する。電圧検知ユニット１３５は、ループ電圧の変化を検知するためのものであり、公知の電圧検知回路を使用してもよい。電流検知ユニット１３７は電力伝送ターミナルＡ２に電気的に接続され、給電システム１１が電気的に接続される負荷１９の給電ループの負荷電流値を検知して、検知結果を制御ユニット１３１に送信する。電流検知ユニット１３７は、ループ電流の変化を検知するためのものであり、公知の電流検知回路を使用してもよい。

エネルギー装置１０の主な特徴は電池モジュールの保存電圧を調整する機能を有することである。電子システム１が長時間電源オフ状態に入るとき、各電池モジュールの電圧を所定の保存電圧値（所定の保存電圧値は最低動作電圧よりも高い）にまで制御すれば、自然放電によって電圧が最低動作電圧よりも低くなることを防ぐことができる。例えば、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎとは最適な保存電圧値をそれぞれ有している。ここで、最適な保存電圧値とは、電池の使用寿命を延長できる最良な保存電圧値を指すものである。電子システム１が長時間電源オフ状態に入る時、各電池モジュールの電圧をそれぞれ対応する最適な保存電圧値にまで制御すれば、自然放電によって電圧が最低動作電圧よりも低くなることを防ぐことができる。これにより、電池モジュールの使用寿命を有効に延長することができる。また、異なる類別の電池モジュールは異なる最適な保存電圧値を有している。また、本考案はこれに限定されるものではない。所定の保存電圧値は、最適な保存電圧値であるだけではなく、最低動作電圧よりも高いほかの電圧値であってもよい。以下、本実施例では、保存電圧値を最適な保存電圧値とする。

先ず、保存電圧値の主な調節方式について説明する。図１に示すように、主制御器１３の記憶ユニット１３３には、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎとのそれぞれが対応する最適な保存電圧値を記憶している。主制御器１３は、電子システム１が電源オフ状態に入ってから所定の時間が経過したと判定した後、各第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと各第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎとのそれぞれの現時点の電圧値を取得する。そして、それぞれの電圧値が対応する最適な保存電圧値と比較し、比較結果に応じて現時点の電圧値が最適な保存電圧値よりも低くなっている電池モジュールを特定の電池モジュールとして選定する。次に、主制御器１３は、特定の電池モジュールを対応する最適な保存電圧値にまで充電するように充電モジュール１７を制御する。具体的には、特定の電池モジュールに充電を行う時、制御ユニット１３１は、スイッチング制御信号によって特定の電池モジュールと対応するスイッチを開放して特定の電池モジュールと給電システム１１の電気接続を切断した後、給電システム１１の出力電力で特定の電池モジュールを充電するように充電モジュール１７を制御する。

特定の電池モジュールの充電が終了した後、主制御器１３は、現時点の電圧値が最適な保存電圧値よりも低い次の特定の電池モジュールを選定してから、この次の特定の電池モジュールを充電するように充電モジュール１７を制御する。このプロセスによれば、エネルギー装置１０は順に、現時点の電圧値が最適な保存電圧値よりも低い電池モジュールを対応する最適な保存電圧値にまで充電することができる。

以下、本考案を詳しく説明する。図１と図２を参照しながら説明する。図２は本考案に係るエネルギー装置の制御方法の実施例のフローチャートである。また、エネルギー装置の構造は図１に示す。図２に示すように、本考案に係るエネルギー装置の制御方法は下記のステップを含んでいる。

先ず、主制御器１３は、電流検知ユニット１３７によって負荷電流を検知する（ステップＳ１００）。次に、主制御器１３は、電圧検知ユニット１３５によって各第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと各第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎとのそれぞれの現時点の電圧値を検知する（ステップＳ２００）。次に、主制御器１３は、長時間保存を行うか否かを判定する（ステップＳ３００）。主制御器１３は、エネルギー装置１０が長時間保存を行うと判定した場合（ステップＳ３００のＹ分岐）、保存電圧を判定する処理を実行する（ステップＳ４００）。一方、主制御器１３は、エネルギー装置１０が長時間保存を行わないと判定した場合（ステップＳ３００のＮ分岐）、電力モードを切り換える処理を実行する（ステップＳ５００）。次に、処理をステップＳ１００に移行し、主制御器１３は、再び電流検知ユニット１３７によって負荷電流を検知する。以上、エネルギー装置１０の制御方法の主フローチャートを説明した。次に、各処理を詳しく説明する。

図１〜図３を参照しながら説明する。図３は本考案に係るエネルギー装置の制御方法の実施例における長時間保存を判定する処理のフローチャートである。長時間保存を行うか否かを判定する（ステップＳ３００）処理において、先ず、主制御器１３は、負荷電流値が所定の電流値よりも低いか否かを判定する（ステップＳ３０３）。ここで、所定の電流値は主制御器１３の判定基準となる。即ち、主制御器１３は、所定の電流値に基づいて電子システム１が電源オフ状態に入るか否かを判定する。また、所定の電流値は、電子システム１のスタンバイ電流値に応じて設定されており、予め記憶ユニット１３３に記憶されている。ステップＳ３０３の判定結果がＮ（偽）であることは電子システム１０の電源がオンであることを示している。その場合、主制御器１３は、無負荷時間を復帰（リセット）し、この処理のプロセスを終了する（ステップＳ３０７）。一方、ステップＳ３０３の判定結果がＹ（真）である場合、無負荷時間を累計又はカウントする（ステップＳ３０５）。次に、主制御器１３は、無負荷時間が所定の時間値に到達するか否かを判定する（ステップＳ３０９）。ここで、所定の時間値は主制御器１３の判定基準となる。即ち、主制御器１３は、所定の時間値に基づいて電子システム１が長時間電源オフ状態に入るか否かを判定する。また、所定の時間値は、予め記憶ユニット１３３に記憶されている。ステップＳ３０９の判定結果がＮ（偽）である場合、この処理のプロセスを終了する。一方、ステップ３０９の判定結果がＹ（真）である場合、主制御器１３は、保存電圧制御プロセスを実行する（ステップＳ３１１）。即ち、主制御器１３は、保存電圧を判定する処理を実行する（図２のステップＳ４００）。

図１〜図４を参照しながら説明する。図４は本考案に係るエネルギー装置の制御方法の実施例における保存電圧を判定する処理のフローチャートである。また、エネルギー装置の構造は図１に示す。図４に示すように、保存電圧を判定する（ステップ４００）処理は下記のステップを含んでいる。

先ず、主制御器１３の制御ユニット１３１は、電圧検知ユニット１３５による検知結果に応じて、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎとのそれぞれの現時点の電圧値を取得し、それらの現時点の電圧値と最適な保存電圧値を比較することで電圧差値を取得する（ステップＳ４０３）。ここで、電圧差値は、各電池モジュールの現時点の電圧値がそれぞれ対応する最適な保存電圧値よりも低い数値の差値である。

続いて、主制御器１３は、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎの電圧差値が参照電圧値よりも低いか否かを判定する（ステップＳ４０５）。ここで、参照電圧値は、主制御器１３が電池モジュールに対して充電を行うか否かを判定する基準である。電池モジュールの現時点の電圧値と最適な保存電圧値との電圧差値が参照電圧値よりも低い場合、主制御器１３は、その電池モジュールに対して充電を行わないように制御する。例を挙げて説明すると、例えば、予め設定された参照電圧値が０．５Ｖ、電池モジュールの現時点の電圧値が３．４Ｖ、最適な保存電圧値が３．８Ｖ、電圧差値が０．４Ｖである場合、電圧差値は参照電圧値よりも低いため、その電池モジュールに対する充電を行う必要がない。また、必要に応じて、参照電圧値を予め設定すると共に記憶ユニット１３３に記憶しておくようにしてもよい。

ステップＳ４０５の判定結果がＹ（真）である場合、全ての電池モジュールの電圧差値が参照電圧値よりも低いため、保存電圧制御プロセスを終了する。一方、ステップＳ４０５の判定結果がＮ（偽）である場合、主制御器１３は、電圧差値が参照電圧値よりも大きい複数の電池モジュールから一つを特定の電池モジュールとして選定する（ステップＳ４０７）。主制御器１３は、特定の電池モジュールを対応する最適な保存電圧値にまで充電するように充電モジュール１７に対して制御信号を送信する（ステップＳ４０９）。ステップＳ４０９において、主制御器１３は、特定の電池モジュールと対応するスイッチにスイッチング制御信号を送信することによって、特定の電池モジュールと給電システム１１とを電気的に切断させると共に、他の電池モジュールと給電システム１１との並列接続を保持している。続いて、主制御器１３は、充電モジュール１７に給電システムからの電力を受けさせ、特定の電池モジュールと対応する出力ターミナルに充電電力を出力させるように制御する。

主制御器１３は、特定の電池モジュールの充電が終了した後、他の充電すべき電池モジュールがあるか否かを判定する（ステップＳ４１１）。ステップＳ４１１の判定結果がＹ（真）である場合、主制御器１３は、電圧差値が参照電圧値よりも大きいほかの電池モジュールから次の特定の電池モジュールを選定（ステップＳ４１３）してから、この処理のプロセスを終了する。一方、ステップＳ４１１の判定結果がＮ（偽）である場合、主制御器１３は、保存電圧制御プロセスを終了する。

また、ステップＳ４０７において、主制御器１３は、電圧差値の大きさに応じて電池モジュールの充電順序を決めるようにしてもよい。言い換えれば、エネルギー装置１０は、電圧差値が一番大きい電池モジュールに優先的に充電を行ってから、電圧差値が二番目高い電池モジュールに充電を行う。即ち、電圧差値の大きさに応じて、順に全ての充電すべき電池モジュールに対して保存電圧を調整する。

これにより、エネルギー装置１０は、各電池モジュールの電圧を最適な電圧値に調整することによって、電池モジュールが最良な長時間保存条件を有すると共に、電池モジュールの使用寿命を延長する効果を奏することができる。

ここで注意すべき点は、給電システム１１の電圧値が所定の設定値に下げたり最低動作電圧よりも低くなったりするようになると、エネルギー装置１０は保存電圧制御プロセスを実行しない。また、電池モジュールの電圧値が最低動作電圧よりも低くなると、電池モジュールが早めに劣化するという不具合が起こるため、主制御器１３は、ユーザーに低電圧状態になる旨を通報するように電子システム１に警告信号を出力させるように制御してもよい。

以下、本考案のほかの主要な特徴を説明する。一般的に、電子装置を起動する際に大きな電力を消費するため、電子システムのニーズを満たすように、電池は大電流を出力しなければならない。パワー電池は、瞬間的に大電流を出力する性能を有するが、エネルギー密度が低いため、通常、その定格容量がエネルギー電池モジュールの半分しかない。従来の技術では、電池の給電時間を延長するためにエネルギー電池が使用されることが多い。この場合には、電子システムの起動瞬間の電力ニーズを満たすために、電池コアを増設しなければならない。その分、装置のコストも増加してしまう。定格容量が２４Ｖ（ボルト）／１０Ａｈ（アンペア・アワー）で、３０Ａの出力電流を３０秒間で許容できる電子システムを例示して説明すると、一般的にエネルギー電池モジュールの定格出力電流が０．５Ｃ（電池容量）であるため、電池モジュールがエネルギー電池モジュールのみを使用する場合、エネルギー電池モジュールが３０Ａの電流を出力しようとすると、エネルギー電池モジュールは６０Ａｈの定格容量を有する必要がある。そうすると、電子システムのニーズを満たすものの、電池モジュールのコストは６倍ほど増加してしまう。一方、パワー電池のみを使用する場合、電池容量がエネルギー電池の半分しかないため、２倍の電池コアを使用する必要がある。

上述の問題を克服するために、本考案は混合式の電池コアを使用して給電を行う。図１に示すように、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎとは異なる類別のエネルギー蓄積ユニットを有する。本実施例において、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍのエネルギー蓄積ユニットはパワー電池コアであり、第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎのエネルギー蓄積ユニットはエネルギー電池コアである。エネルギー装置１０は、消費電力量の差異に応じて動作モードを第１の電力モードと第２の電力モードとに分けられる。エネルギー装置１０は、動作モードに応じて、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎを選定して給電システム１１に接続する。

図１と図５を参照しながら説明する。図５は本考案に係るエネルギー装置の制御方法の実施例における電力モードを切り換える処理のフローチャートである。また、エネルギー装置の構造は図１に示す。図５に示すように、電力モードを切り換える処理（ステップＳ５００）は下記のステップを含んでいる。

先ず、主制御器１３は、スイッチ１５３−１〜１５３−Ｎにスイッチング制御信号Ｃ_２−１〜Ｃ_２−Ｎを送信することによって、伝送経路を開放させ、第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎと給電システム１１との間の接続状態を切断させる（ステップＳ５０１）。続いて、主制御器１３は、電子システム１の状態が電力モードの切り換え条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ５０３）。ステップＳ５０３の判定結果がＮ（偽）である場合、この処理のプロセスを終了する。ステップＳ５０３の判定結果がＹ（真）である場合、主制御器１３は、スイッチ１５３−１〜１５３−Ｎにスイッチング制御信号Ｃ_２−１〜Ｃ_２−Ｎを送信することによって、伝送経路を閉じさせ、第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎと給電システム１１とを接続させる（ステップＳ５０５）。

具体的に言えば、電子システム１の起動期間を第１の電力モードとして定義し、電子システム１の安定状態を第２の電力モードとして定義する。電子システム１が起動される際に、エネルギー装置１０は、第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎと給電システム１１を切断させるように制御する。続いて、エネルギー装置１０は、時間を累計又はカウントする方式、若しくは負荷電流を検知する方式などの方式で、電子システム１が起動プロセスを完了して安定状態に入るか否かを判定する。エネルギー装置１０は、電力の切り換え条件を満たすと判定した場合、第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎと給電システム１１を接続させるように制御する。

上述の実施例において、エネルギー装置１０は、第２の電池モジュール１１３−１〜１１３−Ｎと給電システム１１を切断させたり接続させたりするように制御する。但し、本考案はこれに限定されるものではなく、他の実施例において、エネルギー装置１０は、第１の電池モジュール１１１−１〜１１１−Ｍと給電システムを切断させたり接続させたりするように制御してもよい。

また、上述の実施例において、電子システム１の給電方式について説明したが、本考案は充電方式に適用すると共に充電システムの出力特性に合わせることによって、並列的に充電する電池モジュールの類別を制御するようにしてもよい。

上述のエネルギー装置１０は、動作モードに応じて、第１の電池モジュール又は第２の電池モジュールと給電システムを並列させたり切断させたりするように選択的に制御するようにしているため、動作モードのニーズに応じて適合する電池モジュールを選択したり二種類以上の電池モジュールを使用したりすることができることで、電池モジュールの選択自由度を向上でき、エネルギー装置全体のコストを低減できる。

図６は本考案に係るエネルギー装置の制御方法のほかの実施例のブロック模式図である。図６に示すように、エネルギー装置２０は電子システム２に設置されると共に、負荷２９に給電を行う。

図６に示すように、エネルギー装置２０は、給電システム２１、主制御器２３及び充電モジュール２７を備えている。主制御器２３は、制御ユニット２３１、記憶ユニット２３３及び電流検知ユニット２３５を備えている。給電システム２１と充電モジュール２７とは主制御器２３に電気的に接続されている。給電システム２１は、第１の電池モジュール２１１−１〜２１１−Ｍ、第２の電池モジュール２１３−１〜２１３−Ｎ及びスイッチ２５１−１〜２５１−Ｍ、２５３−１〜２５３−Ｎを備えている。給電システム２１は、電力伝送ターミナルＢ１、Ｂ２を介して負荷２９に対して電力を伝送する。

実施例１との相違点は下記の通りである。実施例２においては、第１の電池モジュール２１１−１〜２１１−Ｍと第２の電池モジュール２１３−１〜２１３−Ｎとの内部には電池制御器２１２−１〜２１２−Ｍ、２１４−１〜２１４−Ｎをそれぞれ有することによって、それぞれの電池モジュールの内部からそれぞれの電池モジュールの現時点の電圧値を検知して、検知結果に基づいて通信信号Ｄ_１−１〜Ｄ_１−Ｍ、Ｄ_２−１〜Ｄ_２−Ｎを生成すると共に、生成した通信信号Ｄ_１−１〜Ｄ_１−Ｍ、Ｄ_２−１〜Ｄ_２−Ｎを主制御器２３に送信する。電池制御器２１２−１〜２１２−Ｍ、２１４−１〜２１４−Ｎは、主制御器２３で制御されることで、それぞれのスイッチ２５１−１〜２５１−Ｍ、２５３−１〜２５３−Ｍにスイッチング制御信号Ｃ_１−１’〜Ｃ_１−Ｍ’、Ｃ_２−１’〜Ｃ_２−Ｎ’を送信して、伝送経路の接続状態を制御する。

図７に示すように、電池制御器２１２は、制御ユニット２１２１、電圧検知ユニット２１２３及び通信ユニット２１２５を備えている。制御ユニット２１２１は電池モジュールの制御コアである。電圧検知ユニット２１２３は電池モジュールの現時点の電圧値を検知するためのものである。通信ユニット２１２５は電池制御器２１２と主制御器２３との信号伝送インタフェースとして機能すると共に、電圧検知ユニット２１２３の検知結果を主制御器２３に送信するためのものである。

本実施例に係るエネルギー装置の回路構造の電圧制御プロセスと電力モードの切り換えプロセスは第１の実施例と同じであるため、その説明は省略する。

（実施例の効果）
本考案に係るエネルギー装置によれば、電子システムが長時間電源オフ状態に入る場合、各電池モジュールの電圧値を動的に調整して、現時点の電圧値が最適な保存電圧値よりも低い電池モジュールに対して充電を行うことによって、最良な保存条件で電池モジュールを保存することができる。これにより、電池モジュールの使用寿命を延長する効果を奏することができる。また、本考案に係るエネルギー装置は、動作モードに応じて、第１の電池モジュール又は第２の電池モジュールと給電システムを接続させたり切断させたりするように選択的に制御することで、動作モードに応じて最適な電池モジュールを選択して給電システムと接続させることができるため、電池モジュールの選択自由度を向上すると共にエネルギー装置全体のコストを低減することができる。

上述した実施例は、本考案の好ましい実施態様に過ぎず、本考案の実施の範囲を限定するものではない。

Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２：電力伝送ターミナル
Ｐ／Ｉ：入力ターミナル
Ｐ／Ｏ：出力ターミナル
１、２：電子システム
１０、２０：エネルギー装置
１１、２１：給電システム
１１１、２１１：第１の電池モジュール
１１３、２１３：第２の電池モジュール
１３、２３：主制御器
１３１、２３１、２１２１：制御ユニット
１３３、２３３：記憶ユニット
１３５、２３５、２１２３：電圧検知ユニット
１３７：電流検知ユニット
１５１、１５３、２５１、２５３：スイッチ
１７、２７：充電モジュール
１９、２９：負荷
２１２、２１４：電池制御器
２１２５：通信ユニット

Claims

負荷を有する電子システムに適用するエネルギー装置であって、
複数の電池モジュールと、電力伝送ターミナルと、を有し、前記複数の電池モジュールが互いに並列すると共に前記電力伝送ターミナルを介して前記負荷に電気的に接続されるように構成される給電システムと、
前記給電システムの前記電力伝送ターミナルに電気的に接続されると共に前記給電システムから出力する電力を受ける入力ターミナルと、前記各電池モジュールにそれぞれ電気的に接続される複数の出力ターミナルと、を有する充電モジュールと、
前記充電モジュールと前記給電システムとに電気的に接続されており、前記各電池モジュールのそれぞれに対応する複数の保存電圧値を有する主制御器と、
を備え、
前記主制御器は、前記電子システムが電源オフ状態に入ってから所定の時間が経過したと判定した時、前記各電池モジュールの現時点の電圧値を取得すると共に、当該電圧値とそれぞれ対応する前記保存電圧値とを比較して、比較結果に基づいて前記複数の電池モジュールから一つの特定の電池モジュールを選定し、
前記特定の電池モジュールの現時点の電圧値は対応する前記保存電圧値よりも小さく、
前記主制御器は、前記特定の電池モジュールを前記特定の電池モジュールと対応する前記保存電圧値にまで充電するように前記充電モジュールを制御することを特徴とするエネルギー装置。
前記主制御器は、前記特定の電池モジュールの充電が終了した後、前記複数の電池モジュールから次の特定の電池モジュールを選定すると共に、前記次の特定の電池モジュールを前記次の特定の電池モジュールと対応する前記保存電圧値までに充電するように前記充電モジュールを制御することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー装置。
前記主制御器は、前記各電池モジュールの現時点の電圧値と、当該各現時点の電圧値とそれぞれ対応する前記保存電圧値との電圧差値と、を取得し、
前記電圧差値は、前記各電池モジュールの現時点の電圧値がそれぞれ対応する前記保存電圧値よりも低い数値であり、
前記主制御器は、前記各電池モジュールの電圧差値に応じて前記特定の電池モジュールを選定し、
前記特定の電池モジュールの前記電圧差値は他の前記複数の電池モジュールの前記電圧差値よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のエネルギー装置。
前記主制御器は、前記電力伝送ターミナルに電気的に接続されると共に前記電力伝送ターミナルに流れる負荷電流値を検知する電流検知ユニットを備え、前記負荷電流値が所定の電流値よりも低いことを検知した時、前記電子システムが前記電源オフ状態に入ったと判定することを特徴とする請求項１に記載にのエネルギー装置。
前記各電池モジュールと前記電力伝送ターミナルとの間に電気的に接続されると共に前記各電池モジュールと前記電力伝送ターミナルの間の伝送経路の接続状態を制御する複数のスイッチを更に備え、
前記主制御器は、前記特定の電池モジュールに充電を行うように前記充電モジュールを制御する前に、前記特定の電池モジュールが電気的に接続する前記スイッチを開放し、他の前記電池モジュールが電気的に接続する前記スイッチを閉じることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー装置。
前記各電池モジュールはエネルギー蓄積ユニットをそれぞれ備え、
前記各電池モジュールの前記各エネルギー蓄積ユニットの種類によって区別すると、前記各電池モジュールは少なくとも第１の電池モジュールと第２の電池モジュールを含み、
前記電子システムの動作モードは、第１の電力モードと第２の電力モードを有し、
前記主制御器は、前記電子システムの前記動作モードが前記第１の電力モードであるかもしくは前記第２の電力モードであるかに応じて、前記第１の電池モジュール及び前記第２の電池モジュールと対応する前記各スイッチの閉じるように制御することで前記第１の電池モジュール及び前記第２の電池モジュールと前記給電システムの並列状態を制御することを特徴とする請求項５に記載のエネルギー装置。
前記各スイッチは、前記主制御器に電気的に接続される制御ターミナルをそれぞれ備え、
前記主制御器は、
前記各電池モジュールと対応する前記各保存電圧値と前記所定の時間値を記憶する記憶ユニットと、
前記電力伝送ターミナルに電気的に接続され、前記電力伝送ターミナルに流れる負荷電流値を検知する電流検知ユニットと、
前記各電池モジュールに電気的に接続され、前記各電池モジュールの現時点の電圧値を検知する電圧検知ユニットと、
前記記憶ユニット、前記電流検知ユニット、前記電圧検知ユニット、前記充電モジュール及び前記複数のスイッチに電気的に接続される制御ユニットと、
を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のエネルギー装置。
前記各電池モジュールは電池制御器をそれぞれ備え、
前記各スイッチは、それぞれ対応する前記電池モジュールの前記電池制御器に電気的に接続される制御ターミナルをそれぞれ有し、
前記各電池制御器のそれぞれは、
電圧検知ユニットと、
前記主制御器に電気的に接続される通信ユニットと、
前記電圧検知ユニットと前記通信ユニットに電気的に接続される制御ユニットと、
を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のエネルギー装置。