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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-10
(45)【発行日】2023-07-19
(54)【発明の名称】電池駆動装置
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20230711BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 K
H02J7/00 302C
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019097110
(22)【出願日】2019-05-23
(65)【公開番号】P2020191759
(43)【公開日】2020-11-26
【審査請求日】2022-02-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000005223
【氏名又は名称】富士通株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】川▲崎▼ 健一
【審査官】下林 義明
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１８－５３０９８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５２３６７０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２
Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６
Ｈ０１Ｍ １０／４２ － １０／４８
Ｈ０２Ｍ ３／００ － ３／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電池と、前記複数の電池の直並列構成を切り替え信号に従って切り替えるスイッチ回路と、
前記複数の電池からの入力電力を電圧変換して回路に供給するコンバータと、
前記コンバータへの入力電圧を監視し、前記入力電圧と前記コンバータの電力変換効率との相関データを参照して、前記電力変換効率が高くなるように前記切り替え信号を出力する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記電力変換効率が前記直並列構成の切り替え前に比べて切り替え後の方が高いと判定されている状態が所定時間以上継続した場合、前記直並列構成を切り替える、電池駆動装置。
【請求項2】
複数の電池と、前記複数の電池の直並列構成を切り替え信号に従って切り替えるスイッチ回路と、
前記複数の電池からの入力電力を電圧変換して回路に供給するコンバータと、
前記コンバータへの入力電圧を監視し、前記入力電圧と前記コンバータの電力変換効率との相関データを参照して、前記電力変換効率が高くなるように前記切り替え信号を出力する制御回路とを備え、
前記スイッチ回路は、前記複数の電池のうち少なくとも一つの電池の挿入を検知すると、前記複数の電池のうち少なくとも一つの電池からの入力電力を前記コンバータに供給させる起動回路を有する、電池駆動装置。
【請求項3】
複数の電池と、前記複数の電池の直並列構成を切り替え信号に従って切り替えるスイッチ回路と、
前記複数の電池からの入力電力を電圧変換して回路に供給するコンバータと、
前記コンバータへの入力電圧を監視し、前記入力電圧と前記コンバータの電力変換効率との相関データを参照して、前記電力変換効率が高くなるように前記切り替え信号を出力する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記入力電圧と前記コンバータから前記回路に供給される出力電圧との差分の絶対値が所定値よりも低いと判定された場合、前記コンバータの電圧変換を利用せずに前記入力電圧が前記回路に供給されるように制御する、電池駆動装置。
【請求項4】
複数の電池と、前記複数の電池の直並列構成を切り替え信号に従って切り替えるスイッチ回路と、
前記複数の電池からの入力電力を電圧変換して回路に供給するコンバータと、
前記コンバータへの入力電圧を監視し、前記入力電圧と前記コンバータの電力変換効率との相関データを参照して、前記電力変換効率が高くなるように前記切り替え信号を出力する制御回路とを備え、
前記回路は、動作電圧が異なる複数の回路部を含み、
前記コンバータは、前記入力電力を電圧変換して、前記複数の回路部の夫々に異なる出力電圧を供給し、
前記制御回路は、前記入力電圧の監視データと、前記出力電圧の夫々に対して定義された複数の前記相関データとを用いて、前記入力電力を算出し、前記入力電力の算出値が小さくなるように前記切り替え信号を出力する、電池駆動装置。
【請求項5】
前記制御回路は、前記入力電圧の監視データと、前記出力電圧の夫々に対して定義された複数の前記相関データとを用いて、前記出力電圧の夫々に電圧変換したときの複数の電力変換効率を導出し、前記複数の回路部の夫々の消費電力を、対応する電力変換効率で除算することによって、前記入力電力を算出する、請求項４に記載の電池駆動装置。
【請求項6】
前記制御回路は、前記直並列構成の切り替え前後の前記電力変換効率を前記相関データを参照して比較し、前記直並列構成を前記電力変換効率が高くなる方に設定する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電池駆動装置。
【請求項7】
前記制御回路は、前記直並列構成の切り替え前の前記入力電圧の監視データに基づいて前記直並列構成の切り替え後の前記入力電圧を想定し、前記入力電圧の想定値と前記相関データとに基づいて、前記直並列構成の切り替え後の前記電力変換効率を推定する、請求項６に記載の電池駆動装置。
【請求項8】
前記相関データを予め格納するメモリを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の電池駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の電池で駆動される装置（電池駆動装置）に関する。
【背景技術】
【0002】
電池駆動装置を正常動作させるためには、その動作電圧を一定範囲（例えば、３Ｖ±０．３Ｖ）に抑制することが求められる。しかしながら、電池電圧はその消費状況に応じて大きく変化してしまう（例えば、２．０～４．２Ｖ）。このような場合、電池電圧の変化を吸収してその動作電圧を一定範囲に抑制するコンバータが使用されることがある（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平８－１６８１８２号公報
【文献】特開平１０－１７４２８４号公報
【文献】特開平１１－２１５６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、コンバータの電力変換効率は、コンバータへの入力電圧によって変動するため、電池残量（電池容量）を有効に利用できない場合がある。例えば、電力変換効率が入力電圧の変動により０．５まで低下してしまうと、電池駆動装置を正常動作させるために必要な電力を供給するのに、その２倍の電池電力が必要になるので、電池残量を有効に利用できない。
【0005】
そこで、本開示は、電池残量を有効に利用可能な電池駆動装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示は、
複数の電池と、
前記複数の電池の直並列構成を切り替え信号に従って切り替えるスイッチ回路と、
前記複数の電池からの入力電力を電圧変換して回路に供給するコンバータと、
前記コンバータへの入力電圧を監視し、前記入力電圧と前記コンバータの電力変換効率との相関データを参照して、前記電力変換効率が高くなるように前記切り替え信号を出力する制御回路とを備える、電池駆動装置を提供する。
複数の電池と、
前記複数の電池の直並列構成を切り替え信号に従って切り替えるスイッチ回路と、
前記複数の電池からの入力電力を電圧変換して回路に供給するコンバータと、
前記コンバータへの入力電圧を監視し、前記入力電圧と前記コンバータの電力変換効率との相関データを参照して、前記電力変換効率が高くなるように前記切り替え信号を出力する制御回路とを備える、電池駆動装置を提供する。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、電池残量を有効に利用可能な電池駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】センサシステムの構成例を示す図である。
【図2】一比較形態における電池駆動装置の構成例を示す図である。
【図3】入力電圧と電力変換効率との関係を例示する図である。
【図4】一比較形態における電池駆動装置の２直列構成を例示する図である。
【図5】一比較形態における電池駆動装置の３直列構成を例示する図である。
【図6】放電深度と入力電圧との関係を例示する図である。
【図7】入力電圧と電力変換効率との関係を例示する図である。
【図8】入力電圧の上下限を広げた場合の入力電圧の時間的な変化を例示する図である。
【図9】入力電圧の上下限を狭めた場合の入力電圧の時間的な変化を例示する図である。
【図10】電力変換効率が高くなるように複数の電池の直並列構成を切り替えた場合の入力電圧の時間的な変化を例示する図である。
【図11】入力電圧と電力変換効率との関係を例示する図である。
【図12】第１の実施形態における電池駆動装置の構成例を示す図である。
【図13】第１の実施形態におけるスイッチ制御の内容を例示する図である。
【図14】第１の実施形態における電池駆動装置が行う第１の制御例を示すフローチャートである。
【図15】第１の制御例による直並列構成の切り替え動作を例示するタイミングチャートである。
【図16】第１の実施形態における電池駆動装置が行う第２の制御例を示すフローチャートである。
【図17】第２の制御例による直並列構成の切り替え動作を例示するタイミングチャートである。
【図18】第２の実施形態における電池駆動装置の構成例を示す図である。
【図19】第２の実施形態におけるスイッチ制御の内容を例示する図である。
【図20】第２の実施形態における電池駆動装置が行う制御例を示すフローチャートである。
【図21】スタータの構成を例示する図である。
【図22】スタータの動作を例示するタイミングチャートである。
【図23】スタータの各部の波形を例示する図である。
【図24】スイッチ制御部の構成を例示する図である。
【図25】ＲＳフリップフロップの基本動作を例示するタイミングチャートである。
【図26】接続制御回路の動作を例示するタイミングチャートである。
【図27】第３の実施形態における電池駆動装置の構成例を示す図である。
【図28】第３の実施形態における電池駆動装置が行う制御例を示すフローチャートである。
【図29】第３の実施形態におけるコンバータの構成を例示する図である。
【図30】第３の実施形態におけるコンバータの動作を例示する図である。
【図31】第３の実施形態におけるコンバータの入出力電圧特性を例示する図である。
【図32】第４の実施形態における電池駆動装置の構成例を示す図である。
【図33】入力電圧と各電圧への電力変換効率との関係を例示する図である。
【図34】第４の実施形態における電池駆動装置が行う制御例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示の実施形態を図面に従って説明する。
【0010】
図１は、一実施形態におけるセンサシステムの構成例を示す図である。図１に示すセンサシステム１０００は、複数のセンサノード４と、少なくも一つのゲートウェイ５と、少なくとも一つの管理サーバ７とを備える。センサノード４は、本実施形態における電池駆動装置の一例である。
【0011】
複数のセンサノード４を分散配置することによって、或るエリア内で各センサノード４によって検知された観測データ（例えば、温度のような環境データなど）を収集することが可能となる。センサノード４は、外部電源の確保が困難な配置場所では、センサノード４毎に搭載された電池から供給される電力で駆動される。そのような電池駆動のセンサノード４を使用する場合、運用管理面において、電池の交換作業や充電作業のコストが大きいため、電池寿命ができるだけ延びるように、電池残量を有効に利用することが重要である。
【0012】
例えば下水道氾濫検知システムでは、下水道の水位をセンシングするセンサノード４は、各マンホールの直下に設置されるため、電源線を引いてくることが非常に困難な場合がある。そのため、センサノード４は電池駆動で動作する。また、電池交換作業のコストが大きいため、できるだけ電池寿命を延ばすことが好ましい。そのため、データ取得の不要な時間帯ではセンシング動作を停止させて不要な消費電力を抑制し、必要な時間帯だけセンシング動作を実行させるといった間欠的な動作制御が行われる。
【0013】
更に、水位のような環境データを収集する環境センシングシステムにおいては、運用継続性が重要である。いつのまにかセンサノード４の電池残量が底をついて、データの取得ができない状態が続くと、システム全体として著しい信頼性の低下を招くことにつながる。ゆえに、一次電池駆動のセンサノード４を使用する場合は、電池残量が無くなる前に電池交換作業を行うことが重要であり、リチウムイオン電池のような二次電池駆動のセンサノード４を使用する場合は、電池残量が無くなる前に充電作業を行うことが重要である。つまり、電池残量を有効に使い切ることが重要である。
【0014】
管理サーバ７は、複数のセンサノード４のそれぞれから収集した情報を処理する処理装置の一例である。管理サーバ７は、各センサノード４で測定された電池残量を各センサノード４からゲートウェイ５及びネットワーク６を介して収集し、各センサノード４から収集した電池残量を用いて、各センサノード４の電池の残量を管理する。これによって、センサノード４が広範囲に分散していても、管理サーバ７は、各センサノード４の電池の残量の時間的変化をモニタリングするなどの遠隔管理を行うことができる。管理サーバ７は、例えば、各センサノード４から離れた場所に設置されたクラウドサーバである。
【0015】
センサノード４が検知する観測データの具体例として、温度、湿度、降水量、水位、電圧、電流、電力、電力量、圧力、通信量、光度、照度、加速度、音、歪みなどが挙げられる。観測データは、これらに限られない。
【0016】
なお、管理サーバ７は、センサノード４が検知した観測データ及びセンサノード４に搭載された電池の残量データを、ゲートウェイ５を介さずに、センサノード４から直接収集してもよい。また、ゲートウェイ５が、複数のセンサノード４のそれぞれから収集した情報を処理する処理装置として機能してもよい。例えば、ゲートウェイ５が各センサノード４の電池の残量を管理してもよい。
【0017】
管理サーバ７は、センサノード４のそれぞれから収集した残量データに応じて、センサノード４のそれぞれから情報を収集する頻度（言い換えれば、センサノード４のそれぞれが情報を送信する頻度）を変更する。センサノード４は、情報の送信に自身に搭載された電池の電力を使用する。したがって、管理サーバ７は、センサノード４のそれぞれから情報を収集する頻度を変更することによって、センサノード４のそれぞれの電池残量を遠隔調整できる。管理サーバ７は、例えば、観測データや残量データなどのデータの送信をセンサノード４に対して要求するデータ送信要求信号を送信し、データ送信要求信号を送信する頻度を変更することで、センサノードのそれぞれから情報を収集する頻度を変更できる。
【0018】
例えば、管理サーバ７は、各センサノード４の電池残量が同一地域内で揃うように、センサノード４が情報を送信する頻度を地域ごとに変更する。これにより、例えば、各センサノード４の電池残量の枯渇時期が同一地域内で揃うため、センサノード４の充電又は交換を地域ごとに一斉に行うことができ、運用管理コストが低減する。図１には、地域８Ａ，８Ｂ，８Ｃのそれぞれに、複数のセンサノード４とゲートウェイ５が配置されている形態が示されている。
【0019】
例えば、管理サーバ７は、同一地域内において、電池残量データが基準値よりも少ないセンサノード４から観測データを収集する頻度を、電池残量データが当該基準値よりも多いセンサノード４から観測データを収集する頻度よりも下げる。あるいは、管理サーバ７は、同一地域内において、電池残量データが基準値よりも多いセンサノード４から観測データを収集する頻度を、電池残量データが当該基準値よりも少ないセンサノード４から観測データを収集する頻度よりも上げる。
【0020】
管理サーバ７は、データ送信要求信号をネットワーク６を介して各地域内のゲートウェイ５に送信する。各地域内のゲートウェイ５は、自身と同一地域内のセンサノード４のそれぞれから情報を取得し、取得した情報をネットワーク６を介して管理サーバ７にアップロードする。
【0021】
なお、センサノード４とゲートウェイ５との間の情報の送受は、近距離無線通信などの無線通信で行われてもよいし、有線通信で行われてもよい。また、ゲートウェイ５とネットワーク６との間の情報の送受は、有線通信で行われてもよいし、無線通信で行われてもよい。また、各センサネットワークを管理するゲートウェイ５に管理サーバ７の管理機能の一部を持たせて、センサシステム１０００を分散型の管理システムとしてもよい。
【0022】
次に、センサノードの構成について説明する。まず、本実施形態におけるセンサノードと比較するため、一比較形態におけるセンサノードの構成について説明する。
【0023】
【0024】
センサノード１０は、電池１２と、ＰＣ（Power Converter）１４と、センサ処理部１５と、アンテナ１９とを備えるセンサデバイスである。
【0025】
電池１２は、一次電池でも、充放電可能な二次電池でもよい。一次電池の具体例として、乾電池が挙げられる。二次電池の具体例として、リチウムイオン電池やリチウムポリマ電池などが挙げられる。
【0026】
ＰＣ１４は、電池１２からの直流の電力を昇圧または降圧変換し、昇圧または降圧変換した直流の電力をセンサ処理部１５に供給する直流－直流コンバータである。
【0027】
センサ処理部１５は、センサ１６により検知された観測データをセンサノード外部に送信するセンシング動作を行う回路である。センサ処理部１５は、電池１２からＰＣ１４を介して供給される電力を使用して、センシング動作を行う。センサ処理部１５は、例えば、センサ１６と、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）１７と、ＲＦ（Radio Filter）部１８とを有する。
【0028】
センサ１６は、温度等の所定の観測データを検知する。ＭＣＵ１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを含み、演算等の処理を行う。ＲＦ部１８は、変調処理及び復調処理を行う。
【0029】
ＭＣＵ１７は、センサ１６によって検知された観測データを取得する。ＭＣＵ１７は、アンテナ１９で受信した観測データ送信要求信号がＲＦ部１８を介して入力されると、センサ１６から取得した観測データをＲＦ部１８を介してアンテナ１９から送信するセンシング動作を行う処理部である。したがって、センサノード１０から離れた場所に設置された管理サーバ７は、観測データ送信要求信号を送信することによって、各エリアに配置されたセンサノード１０によって検知された観測データを収集できる。
【0030】
ＭＣＵ１７は、アンテナ１９で受信した残量データ送信要求信号がＲＦ部１８を介して入力されると、不図示の電池残量計測回路が計測した電池１２の残量データをＲＦ部１８を介してアンテナ１９から送信する。したがって、センサノード１０から離れた場所に設置された管理サーバ７は、残量データ送信要求信号を送信することによって、各エリアに配置されたセンサノード１０に搭載された電池１２の残量データを収集できる。電池残量計測回路又はＭＣＵ１７は、計測された電池１２の残量に基づいて電池１２の充電時期又は交換時期を算出してもよい。ＭＣＵ１７は、電池１２の充電時期又は交換時期を知らせる信号や当該時期が近づいている又は過ぎていることを知らせる信号をアンテナ１９から送信してもよい。
【0031】
ところで、センサ処理部１５内の各回路（センサ１６、ＭＣＵ１７及びＲＦ部１８など）を正常動作させ続けるためには、一定電圧（例えば、３．０Ｖ）の供給が求められる。しかしながら、電池１２の電池電圧は、その消費状況に応じて刻々と変化する（例えば２．０～４．２Ｖ）。ＰＣ１４は、電池電圧がそのように変化しても、その変化を吸収して、各回路が正常動作するように一定電圧を供給する。
【0032】
しかしながら、図３に示すように、ＰＣ１４が一定の出力電圧（例えば、３．０Ｖ）を各回路へ供給する際の電力変換効率は、ＰＣ１４へ入力される入力電圧（電池電圧）に大きく依存する。電力変換効率は、電池１２が供給する電力（ＰＣ１４へ入力される電力）に対して、ＰＣ１４を通して各回路へ供給できる電力（ＰＣ１４から出力される電力）の割合を表す。電力変換効率が１．０であるとは、ＰＣ１４へ入力される電力が、全く電力損失の無いまま、ＰＣ１４から出力されることを意味する。例えば、ＰＣ１４への入力電圧が２．０～４．２Ｖの範囲を外れて、電力変換効率が０．５まで低下しまうと、各回路を正常動作させるために必要な電力を供給するのに、その２倍の電池電力が必要になってしまい、電池残量が有効利用できなくなる。
【0033】
そのような問題に対応するため、例えば図４，５に示すように、センサノード１０は、複数の電池１２（図４，５には、６つの電池１２ａ～１２ｆを例示）の直並列構成を切り替える機能を有する。図４は、２つの電池が直列に接続される３つの直列回路が並列に接続された構成に切り替えられた状態を示し、図５は、３つの電池が直列に接続される２つの直列回路が並列に接続された構成に切り替えられた状態を示す。
【0034】
図６は、電池の放電深度とＰＣへの入力電圧との関係を例示する図である。センサノード１０は、ＰＣ１４の電力変換効率が所定値以下に低下しない範囲に入力電圧の上限／下限の制約を設け、電池電圧が変化しても、その制約を守るように、複数の電池の直並列を切り替える機能を有する。一般的な電池は、新品状態から枯渇するまで電圧が低下していくという特徴を持つ。そこで、センサノード１０は、複数の電池を並列構成にして使用し始め、放電深度が進み、電池電圧がＰＣ１４への入力電圧の下限値まで低下すると、複数の電池の接続構成を並列構成から直列構成に切り替える。これにより、電池残量の有効利用が可能となる。
【0035】
例えば、図６は、値段の安いアルカリ乾電池を６本利用する例を示している。アルカリ乾電池は、放電深度が進むことによる電圧変化量が比較的大きな特性を有し、新品状態では１．５Ｖの電圧を出力するが、枯渇寸前には０．８Ｖ程度まで低下するという特徴を持つ。そこで、センサノード１０は、ＰＣ１４への入力電圧の上限／下限をそれぞれ４．２Ｖ／２．０Ｖとすると、最初は、３．０Ｖを出力可能な２直列３並列の構成（図４参照）で使用を開始する。そして、放電深度が進み、電池電圧がＰＣ１４への入力電圧の下限値２．０Ｖまで低下すると、センサノード１０は、複数の電池１２の接続構成を、３．０Ｖ以上出力できるように３直列２並列の構成（図５参照）に切り替える。これにより、電池残量の有効利用が可能となる。
【0036】
しかしながら、図７に示すように、ＰＣ１４の電力変換効率は、入力電圧が、昇圧範囲Ｘ１、降圧範囲Ｘ２、入力電圧と各回路への供給電圧との差が所定値未満の範囲Ｘ３、あるいは当該差が所定値以上の範囲にあるかによって、大きく変化する。そのため、電力変換効率が最大になるようにＰＣ１４への入力電圧範囲の上限／下限を適切に設定することは難しい。
【0037】
例えば図８に示すように、入力電圧の上限／下限の制約を広げた場合（ケースＣＡ：２．０～４．２Ｖ）では、その上限／下限の制約の範囲内においても、電力変換効率の高低がある。そのため、上限／下限の制約を守るように制御しても、より電力変換効率の高い領域を使い切れない。逆に、図９に示すように、最も電力変換効率の高い領域を狙って、入力電圧の上限／下限の制約を狭めた場合（ケースＣＢ：２．７～３．３Ｖ）では、入力電圧を細かく切り替えられるように、直並列構成の選択肢を大幅に増やすことが求められる。そのため、回路規模が大きくなるおそれがある。また、厳しい上限／下限の制約を守るために、頻繁に直並列構成を切り替えることによって、かえって損失が大きくなるおそれがある。
【0038】
そこで、本実施形態におけるセンサノードは、予め取得しておいたＰＣの電力変換効率の特性グラフを持っておく。そして、本実施形態におけるセンサノードは、ＰＣへの入力電圧を観測し、予め取得しておいた特性グラフを参照して、図１０に示すように、電力変換効率がより高くなるように複数の電池の直並列構成を切り替えることで、電池残量の有効利用を実現する。
【0039】
例えば、ＰＣの電力変換効率が、図１１に示す特性を有し、本実施形態におけるセンサノードが、上述の比較形態と同様に、アルカリ乾電池の接続構成を２直列か３直列かに選択する切替構成（図４，５参照）を備える場合を例に挙げて説明する。
【0040】
２直列時のＰＣへの入力電圧が３．０Ｖと観測された場合、センサノードは、２直列時（３．０Ｖ）の効率Ａ１と、３直列時（４．５（＝３．０×３／２）Ｖ）の効率Ｂ１とを、特性グラフ上で比較する。この場合、Ａ１＞Ｂ１なので、センサノードは、より効率の高い２直列構成を選択する。
【0041】
放電深度が進み、２直列時のＰＣへの入力電圧が２．６Ｖと観測された場合、センサノードは、２直列時（２．６Ｖ）の効率Ａ２と、３直列時（３．９（＝２．６×３／２）Ｖ）の効率Ｂ２とを、特性グラフ上で比較する。この場合、Ｂ２＞Ａ２に逆転するので、センサノードは、２直列構成から、より効率の高い３直列構成に切り替える。
【0042】
３直列構成に切り替え後、放電深度が更に進み、３直列時のＰＣへの入力電圧が３．３Ｖと観測された場合、３直列時（３．３Ｖ）の効率Ｂ３と、２直列時（２．２（＝３．３×２／３）Ｖ）の効率Ａ３とを、特性グラフ上で比較する。この場合、依然として電力変換効率は３直列時の方が２直列時に比べて高いので（Ｂ３＞Ａ３）、センサノードは、より効率の高い３直列構成を維持する。
【0043】
このように、本実施形態におけるセンサノードは、特性グラフを使って直並列構成の切り替えを制御することによって、上述の比較形態（図８，９）に比べて、より効率の高い領域を使用できるようになるので（図１０参照）、電池残量の有効利用が可能となる。
【0044】
また、入力電圧と電力変換効率との相関データ（例えば、図１１に示すような特性グラフ）を利用することにより、観測された入力電圧に対応する電力変換効率を当該相関データに基づいて導出できる。これにより、ＰＣへの入力電流及びＰＣからの出力電流を測定する電流測定部が無くても、入力電圧の観測データに基づいて電力変換効率を推定できる。その結果、例えば、センサノード内のＭＣＵ等の制御回路の演算負荷の低減や応答性の向上を実現できる。
【0045】
次に、本実施形態におけるセンサノードの構成例について説明する。
【0046】
図１２は、第１の実施形態における電池駆動装置の一例であるセンサノードの構成例を示す図である。図１２に示すセンサノード１０１は、複数の電池１２（図１２には、６個の電池１２ａ～１２ｆを例示）を電源とする機器である。第１の実施形態において上述の比較形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。
【0047】
センサノード１０は、複数の電池１２ａ～１２ｆと、ＰＣ１４と、センサ処理部１５と、アンテナ１９とを備えるセンサデバイスである。センサノード１０は、６個の電池１２（１２ａ～１２ｆ）の接続形態を、２直列３並列の構成か３直列２並列の構成に切り替える機能を有する。センサノード１０は、ＭＣＵ１７からの切り替え信号に従って、６個の電池１２の直並列構成を２直列３並列と３直列２並列のいずれか一方に切り替えるスイッチ回路１３を備える。
【0048】
スイッチ回路１３は、例えば、複数のスイッチｓｗ０，ｓｗ１，ｓｗ２，ｓｗ３，ｓｗ４と、ＭＣＵ１７からの切り替え信号に従って複数のスイッチｓｗ０，ｓｗ１，ｓｗ２，ｓｗ３，ｓｗ４のスイッチ制御（ｓｗ制御）を行うスイッチ制御部１１とを有する。複数のスイッチｓｗ０～ｓｗ４は、それぞれ、図１２に示すように、複数の電池１２の各々の電極間を接続するライン（配線経路）のいずれかに挿入されている。複数のスイッチｓｗ０～ｓｗ４は、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のトランジスタにより形成された素子である。
【0049】
図１３は、第１の実施形態におけるスイッチ制御の内容を例示する図である。スイッチｓｗ０，ｓｗ１，ｓｗ２をオンさせ且つスイッチｓｗ３，ｓｗ４をオフさせる切り替え信号がＭＣＵ１７からスイッチ制御部１１に出力されると、複数の電池１２は、２直列３並列構成に切り替わる。一方、スイッチｓｗ０，ｓｗ１，ｓｗ２をオフさせ且つスイッチｓｗ３，ｓｗ４をオンさせる切り替え信号がＭＣＵ１７からスイッチ制御部１１に出力されると、複数の電池１２は、３直列２並列構成に切り替わる。
【0050】
なお、切り替え構成は、この例に限られない。例えば、１２個の電池を使用する場合、スイッチ回路１３は、１２個の電池の接続形態を、２直列６並列構成、３直列４並列構成、４直列３並列構成のいずれかに切り替える構成を有してもよい。
【0051】
図１２に示すＭＣＵ１７は、ＰＣ１４への入力電圧ＶＭＯＮを監視（計測）し、入力電圧ＶＭＯＮとＰＣ１４の電力変換効率との相関データを参照して、ＰＣ１４の電力変換効率が高くなるように、複数の電池１２の直並列構成を切り替える切り替え信号を出力する。ＭＣＵ１７は、制御回路の一例である。
【0052】
ＭＣＵ１７は、ＰＣ１４への入力電圧ＶＭＯＮを監視し、例えばＭＣＵ１７内のＡＤ（Analog to Digital）コンバータでモニタリングする。
【0053】
また、ＭＣＵ１７は、入力電圧ＶＭＯＮとＰＣ１４の電力変換効率との相関データを予め格納するメモリを備える。メモリに予め格納される相関データは、例えば、入力電圧と電力変換効率との関係を定めるテーブルデータでもよいし、入力電圧と電力変換効率との関係を定める関係式の係数でもよい。例えば、相関データがテーブルデータの場合、ＭＣＵ１７は、テーブルデータを参照することによって、入力電圧ＶＭＯＮの監視データ（計測データ）に対応する電力変換効率を導出する。例えば、相関データが入力電圧と電力変換効率との関係を定める関係式の係数である場合、ＭＣＵ１７は、メモリから読み出した係数を反映した関係式に従って、入力電圧ＶＭＯＮの監視データ（計測データ）に対応する電力変換効率を導出する。なお、相関データが格納されるメモリは、ＭＣＵ１７内部の記憶装置に限られず、ＭＣＵ１７外部の記憶装置でもよい。このように、センサノード１０１が相関データを予め格納するメモリを備えることで、ＰＣ１４への入力電流及びＰＣ１４からの出力電流を測定する電流測定部がなくても、入力電圧ＶＭＯＮの計測データに対応する電力変換効率を導出できる。
【0054】
さらに、ＭＣＵ１７は、メモリに記憶されたプログラムで記述された構成切り替えアルゴリズムに従って動作する。構成切り替えアルゴリズムは、ＰＣ１４への入力電圧を監視し、入力電圧とＰＣ１４の電力変換効率との相関データを参照して、ＰＣ１４の電力変換効率が高くなるように、電池１２の直並列構成を切り替える信号を出力する動作をＭＣＵ１７にさせる手順である。ＭＣＵ１７が実現する機能は、構成切り替えアルゴリズムを記述するプログラムに従ってＭＣＵ１７内のＣＰＵ（Central Processing Unit）が動作することにより実現される。
【0055】
図１４は、構成切り替えアルゴリズムを図式化したフローチャートであり、第１の実施形態における電池駆動装置の一例であるセンサノード１０１のＭＣＵ１７が行う第１の制御例を示す。
【0056】
まず、電池１２が挿入されてＭＣＵ１７が起動すると（ステップＳ１０）、ＭＣＵ１７は、スイッチｓｗ０，ｓｗ１，ｓｗ２をオンさせ且つスイッチｓｗ３，ｓｗ４をオフさせる切り替え信号をスイッチ制御部１１に出力する（ステップＳ１２）。これにより、電池１２の接続構成は、２直列３並列構成になる。
【0057】
ステップＳ１４にて、ＭＣＵ１７は、２直列３並列時の入力電圧ＶＭＯＮの計測データに対応する電力変換効率Ａを、メモリに格納された相関データを参照することによって導出する。３直列２並列の構成に切り替えた場合に想定される入力電圧ＶＭＯＮは、２直列３並列時の１．５倍になる。そこで、ＭＣＵ１７は、３直列２並列時の入力電圧の想定値（２直列３並列時の入力電圧ＶＭＯＮの計測データの１．５倍の値）に対応する電力変換効率Ｂを、メモリに格納された相関データを参照することによって導出する。
【0058】
ＭＣＵ１７は、ＡがＢ以上の場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、３直列２並列に比べて２直列３並列の方が高い電力変換効率であるとして、２直列３並列構成を維持する。一方、ＭＣＵ１７は、ＢがＡよりも大きい場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、２直列３並列に比べて３直列２並列の方が高い電力変換効率であるとして、３直列２並列構成に切り替える（ステップＳ１６）。
【0059】
３直列２並列構成に切り替え後、ステップＳ１８にて、ＭＣＵ１７は、３直列２並列時の入力電圧ＶＭＯＮの計測データに対応する電力変換効率Ｂを、メモリに格納された相関データを参照することによって導出する。２直列３並列の構成に切り替えた（戻した）場合に想定される入力電圧ＶＭＯＮは、３直列２並列時の（２／３）倍になる。そこで、ＭＣＵ１７は、２直列３並列時の入力電圧の想定値（３直列２並列時の入力電圧ＶＭＯＮの計測データの（２／３）倍の値）に対応する電力変換効率Ａを、メモリに格納された相関データを参照することによって導出する。
【0060】
ＭＣＵ１７は、ＢがＡ以上の場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、２直列３並列に比べて３直列２並列の方が高い電力変換効率であるとして、３直列２並列構成を維持する。一方、ＭＣＵ１７は、ＡがＢよりも大きい場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、３直列２並列に比べて２直列３並列の方が高い電力変換効率であるとして、２直列３並列構成に再び切り替える（ステップＳ１２）。
【0061】
このように、ＭＣＵ１７は、電池１２の直並列構成の切り替え前後の電力変換効率を相関データを参照して比較し、電池１２の直並列構成を電力変換効率が高くなる方に設定するので、電池残量の有効利用が可能となる。特に、ＭＣＵ１７は、直並列構成の切り替え前の入力電圧の監視データに基づいて直並列構成の切り替え後の入力電圧を想定する。そして、ＭＣＵ１７は、入力電圧のその想定値と相関データとに基づいて、直並列構成の切り替え後の電力変換効率を推定する。これにより、直並列構成を実際に切り替えなくても、切り替え後の電力変換効率を推定できるので、直並列構成を実際に切り替えることによる無駄な電力消費を抑制できる。
【0062】
なお、上述の実施形態を一般化し、Ｍ直列Ｎ並列構成からＮ直列Ｍ並列構成に切り替える場合、ＭＣＵ１７は、Ｍ直列Ｎ並列時の入力電圧ＶＭＯＮの計測データを（Ｎ／Ｍ）倍することによって、Ｎ直列Ｍ並列時の入力電圧の想定値を算出できる。Ｍ，Ｎは、互いに異なる正の整数を表す。この点、後述の他の実施形態についても同様である。
【0063】
ところで、図１５に示すように、実際の電池電圧は、デバイス動作（より具体的には、センサ処理部１５の動作）による影響によって変動する。本実施形態では、ＰＣ１４への入力電圧のレベルに応じて、より高い電力変換効率を得るための最適な直並列構成が選択される。直並列構成を切り替えた後の時間が十分に長ければ、直並列構成を切り替えることによって、電池残量の有効活用等のメリットが得られる。しかしながら、直並列構成を切り替えてから切り替え前の構成に戻すまでの時間が短か過ぎる場合、直並列構成の切り替え時に発生する損失エネルギーの方が、切り替えることによる電池残量の有効活用のメリットに比べて大きく見えてしまう。その結果、直並列構成を切り替えると、直並列構成を切り替えない場合に比べて、かえって電力損失が大きくなるおそれがある。
【0064】
例えば、デバイス動作時には３直列２並列構成の方が電力変換効率が高くなり、デバイス停止時（スタンバイ時）には２直列３並列構成の方が電力変換効率が高くなるとする。このようなケースでは、デバイス動作期間が所定時間（例えば、１０秒）以上である場合、２直列３並列構成を３直列２並列構成に切り替えた方が好ましいが、所定時間未満である場合、２直列３並列構成のまま切り変えない方が電力的にメリットがある。
【0065】
図１６は、直並列構成の切り替え判定に時間の概念を追加した構成切り替えアルゴリズムを図式化したフローチャートであり、第１の実施形態における電池駆動装置の一例であるセンサノード１０１のＭＣＵ１７が行う第２の制御例を示す。図１６は、図１４のフローチャート例と同様の論理構成であり、図１６のステップＳ２０，Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８は、それぞれ、図１４のステップＳ１０，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１８に対応する。図１６のステップＳ２４，Ｓ２８は、時間の条件が図１４のステップＳ１４，Ｓ１８に対して追加された点で異なる。具体的には、所定時間（例えば、１０秒間）以上の間、電力変換効率が直並列構成の切り替え前に比べて切り替え後の方が高いと判定されている状態が所定時間以上継続しないと、直並列構成を切り替えないようにしている。所定時間という時間的なヒステリシスを持たせることによって、直並列構成を切り替えにくくしている。
【0066】
図１６において、Ａは、２直列３並列時の電力変換効率を表し、Ｂは、３直列２並列時の電力変換効率を表す。ＭＣＵ１７は、ＢがＡよりも大きい状態が所定時間以上継続しない場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、３直列２並列に比べて２直列３並列の方が高い電力変換効率であるとして、２直列３並列構成を維持する。一方、ＭＣＵ１７は、ＢがＡよりも大きい状態が所定時間以上継続した場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、２直列３並列に比べて３直列２並列の方が高い電力変換効率であるとして、３直列２並列構成に切り替える（ステップＳ２６）。
【0067】
同様に、ＭＣＵ１７は、ＡがＢよりも大きい状態が所定時間以上継続しない場合（ステップＳ２８：ＮＯ）、２直列３並列に比べて３直列２並列の方が高い電力変換効率であるとして、３直列２並列構成を維持する。一方、ＭＣＵ１７は、ＡがＢよりも大きい状態が所定時間以上継続した場合（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、３直列２並列に比べて２直列３並列の方が高い電力変換効率であるとして、２直列３並列構成に再び切り替える（ステップＳ２２）。
【0068】
図１７は、図１６に示す第２の制御例による直並列構成の切り替え動作を例示するタイミングチャートである。図１７に示すようにデバイス動作時間が比較的短い場合、直並列構成の切り替えが起こりにくくなっている。最初のデバイス動作による電圧変動によって、Ａ＞Ｂの状態からＢ＞Ａの状態に遷移する。しかしながら、２直列３並列よりも３直列２並列の方が効率的によいと判定されている状態が、１０秒の所定時間よりも短い５秒間しか継続しないので、ＭＣＵ１７は、３直列２並列への構成変更を指示せずに、２直列３並列構成を維持する。次のｂ＞Ａの状態は、連続１０秒間続いているので、ＭＣＵ１７は、３直列２並列への構成変更を指示する。
【0069】
３直列２並列構成へ一旦変更すると、２直列３並列構成へ戻りにくくなっている。３直列２並列構成への変更後、Ｂ＞Ａの状態からＡ＞Ｂの状態に遷移している。しかしながら、２直列３並列の方が効率的によいと判定されている状態が、１０秒の所定時間よりも短い５秒間しか継続しないので、ＭＣＵ１７は、２直列３並列への構成変更を指示せずに、３直列２並列構成を維持する。
【0070】
このように、電池電圧が変動することによって最適な直並列構成が変化しても、デバイス動作の時間が比較的短く、直並列構成の切り替えによる損失の方が大きくなるケースにおいては、直並列構成を切り替えないことで、無駄な電力損失を回避できる。
【0071】
また、電力変換効率が比較的高いＰＣ１４には、スイッチングレギュレータが使用されている場合が多い。この場合、ミリ秒クラスの時間幅の短いスパイク電流が定期的にＰＣの入力部に流れることによって、入力電圧ＶＭＯＮが変動し、電力変換効率が最適な直並列構成が頻繁に切り替わる問題が起こり得る。しかしながら、図１６，１７に示す第２の制御例では、そのような問題も解決できる。
【0072】
図１８は、第２の実施形態における電池駆動装置の一例であるセンサノードの構成例を示す図である。図１８に示すセンサノード１０２は、複数の電池１２（図１８には、６個の電池１２ａ～１２ｆを例示）を電源とする機器である。第２の実施形態において上述の比較形態及び実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。
【0073】
センサノード１０２は、スイッチ回路１３がスタータ２０を有する点で、上述のセンサノード１０１と異なる。スタータ２０は、複数の電池１２のうち少なくとも一つの電池の挿入を検知すると、複数の電池１２のうち少なくとも一つの電池からの入力電力をＰＣ１４に供給させる起動回路の一例である。
【0074】
電池１２の挿入時にスイッチｓｗ０～ｓｗ４が全てオフしていた場合、電池１２からＰＣ１４への電源供給がされない。その結果、ＭＣＵ１７が起動せず、直並列構成の切り替え指示もできなくなり、センサノードがデッドロックしてしまう可能性もある。しかしながら、図１８に示すスタータ２０を設けることで、電池１２の挿入時のスイッチｓｗ０～ｓｗ４のオン／オフ状態に関係なく、複数の電池１２のうち少なくとも一つの電池からＰＣ１４に電力が供給可能となる。
【0075】
スタータ２０は、複数の電池１２のうち少なくとも一つの電池の挿入を検知すると、スイッチｓｗ０～ｓｗ４の各初期状態を確定させるスタータ制御を行う。例えば図１９に示すように、スタータ２０は、複数の電池１２のうち少なくとも一つの電池の挿入を検知すると、スイッチｓｗ０をオンにし且つｓｗ１～ｓｗ４をオフにする起動信号をスイッチ制御部１１に出力する。これにより、少なくとも一つの電池（図１８の場合、２つの電池１２ａ，１２ｂ）からＰＣ１４へ電源供給が開始することにより、ＭＣＵ１７が起動する。
【0076】
図２０は、スタータ２０を備えた電池駆動装置の一例であるセンサノード１０２が行う制御例を示すフローチャートである。
【0077】
スタータ２０は、複数の電池１２のうち少なくとも一つの電池の挿入を検知すると（ステップＳ３０）、スイッチｓｗ０～ｓｗ４の各初期状態を確定させるスタータ制御を行う（ステップＳ３２）。スタータ２０は、スタータ制御において、スイッチｓｗ０をオンにし且つｓｗ１～ｓｗ４をオフにする起動信号をスイッチ制御部１１に出力する。これにより、少なくとも一つの電池からＰＣ１４へ電源供給が開始することにより、ＭＣＵ１７が起動する（ステップＳ３６）。ＭＣＵ１７が起動すると、ＭＣＵ１７は、複数の電池１２の接続形態を２直列３並列の構成に切り替える切り替え信号を出力するスイッチ制御を行う（ステップＳ３８）。ＭＣＵ１７は、切り替え信号の出力後、スタータ２０の動作を解除する（ステップＳ４０）。
【0078】
図２０のステップＳ４２，Ｓ４４，Ｓ４６，Ｓ４８は、それぞれ、図１４のステップＳ１４、Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ１２又は図１６のステップＳ２４、Ｓ２６，Ｓ２８，Ｓ２２と同様のため、上述の説明を援用することでそれらの説明を省略する。
【0079】
図２１は、スタータの構成を例示する図である。図２１に示すスタータ２０は、ディレイ回路２１と、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）インバータ２４と、スタートパルス生成回路２７とを有する。
【0080】
ディレイ回路２１は、電池１２ａと電池１２ｂとの直列回路に並列に接続されている。ディレイ回路２１は、容量素子２２と抵抗素子２３とが直列に接続された構成を有し、容量素子２２のキャパシタンスと抵抗素子２３の抵抗値とによるＲＣ時定数を利用してディレイ電圧ｖｃｒを出力する。
【0081】
ＣＭＯＳインバータ２４は、ＮＭＯＳ２６とＰＭＯＳ２５とを有し、ＮＭＯＳ２６とＰＭＯＳ２７との共通ゲート電極に入力されるディレイ電圧ｖｃｒに対して、検知電圧ｖｄｅｔをＮＭＯＳ２６とＰＭＯＳ２７との共通ドレイン電極から出力する。なお、ＮＭＯＳは、Ｎチャネル型のＭＯＳ電界効果トランジスタを表し、ＰＭＯＳは、Ｐチャネル型のＭＯＳ電界効果トランジスタを表す。
【0082】
スタートパルス生成回路２７は、検知電圧ｖｄｅｔの入力に対して、１ショットのスタートパルスｓｐを出力する。スタートパルス生成回路２７は、例えば、検知電圧ｖｄｅｔの入力に対してディレイ信号ｄを出力する奇数段のインバータ列２８と、検知電圧ｖｄｅｔとディレイ信号ｄとの論理積であるスタートパルスｓｐを出力する論理積ゲート２９とを有する。インバータ列２８は、スタートパルスｓｐのパルス幅を決定するためのディレイ回路である。
【0083】
【0084】
図２３は、図２１の構成を有するスタータ２０の各部の波形を例示する図である。２つの電池１２ａ，１２ｂが挿入されると、電池電圧ＶＢＡＴが上昇し始める。電池電圧ＶＢＡＴの上昇に伴ってディレイ電圧ｖｃｒが遅れて立ち上がり、その後、低下し始める。ディレイ電圧ｖｃｒの低下によりＰＭＯＳ２５がオンし且つＮＭＯＳ２６がオフすると、検知電圧ｖｄｅｔがハイレベルになる。検知電圧ｖｄｅｔの立ち上がりエッジに対して所定のディレイ時間の経過後に、１ショットのスタートパルスｓｐが出力される。
【0085】
図２４は、図１８に示すスイッチ制御部１１の構成を例示する図である。スイッチ制御部１１は、スタータ２０と同様に、電池挿入時の電池電圧ＶＢＡＴで動作する。スイッチ制御部１１は、スイッチｓｗ０～ｓｗ４の夫々に対して設けられる複数のＲＳフリップフロップと、論理和ゲート３６と、接続制御回路３０とを有する。
【0086】
第１のＲＳフリップフロップは、ＮＯＲゲート３７ａ，３７ｂを使用して形成され、第２のＲＳフリップフロップは、ＮＯＲゲート３７ｃ，３７ｄを使用して形成され、第３のＲＳフリップフロップは、ＮＯＲゲート３７ｅ，３７ｆを使用して形成される。第４のＲＳフリップフロップは、ＮＯＲゲート３７ｇ，３７ｈを使用して形成され、第５のＲＳフリップフロップは、ＮＯＲゲート３７ｉ，３７ｊを使用して形成される。ＮＯＲは、否定論理和を表す。スイッチｓｗ０～ｓｗ４は、それぞれ、トランスファーゲートである。接続制御回路３０は、インバータ列３１，３２，３３と、論理積ゲート３４と、否定論理和ゲート３５とを有する。
【0087】
図２５は、ＲＳフリップフロップの基本動作を例示するタイミングチャートである。Ｓｘは、各ＲＳフリップフロップのセット入力Ｓ０～Ｓ４を表し、Ｒｘは、各ＲＳフリップフロップのリセット入力Ｒ０～Ｒ４を表す。Ｑｘは、各ＲＳフリップフロップの正転出力Ｑ０～Ｑ４を表し、Ｑｘｂは、各ＲＳフリップフロップの反転出力Ｑ０ｂ～Ｑ４ｂを表す。スイッチｓｗｘは、スイッチｓｗ０～ｓｗ４を表す。Ｓｘにハイレベルのパルスが入力されると、スイッチｓｗｘはオンし、Ｒｘにハイレベルのパルスが入力されると、スイッチｓｗｘはオフする。
【0088】
図２６は、図２５に示す接続制御回路３０の動作を例示するタイミングチャートである。ＭＣＵ１７から供給される構成切替信号Ｃは、電池１２の直並列構成の切り替えを指令する上述の切り替え信号に相当する。接続制御回路３０は、構成切替信号Ｃがローレベルからハイレベルに変化すると、ハイレベルのパルス信号ＡＡを出力し、構成切替信号Ｃがハイレベルからローレベルに変化すると、ハイレベルのパルス信号ＢＢを出力する。
【0089】
図２４は、パルス信号ＡＡを２直列３並列構成用のパルスとし、パルス信号ＢＢを３直列２並列構成用のパルスとした場合のスイッチ制御部１１の回路構成例を示す。図２４に示すスイッチ制御部１１によれば、図１９に示すスイッチ制御の内容を実現できる。具体的には、スタートパルスｓｐによってスイッチｓｗ０がオンになった後、スタートパルスｓｐは自動的に解除される（図２２，２３参照）。スタートパルスｓｐの解除後は、構成切替信号Ｃを図２６のように遷移させることによって、電池１２の直並列構成を、２直列３並列か３直列２並列に切り替えできる。したがって、図２４に示す回路例では、特にＭＣＵ１７側からスタータ２０に解除信号を出力しなくてもよい。
【0090】
図２７は、第３の実施形態における電池駆動装置の一例であるセンサノードの構成例を示す図である。図２７に示すセンサノード１０３は、複数の電池１２（図２７には、６個の電池１２ａ～１２ｆを例示）を電源とする機器である。第３の実施形態において上述の比較形態及び実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。
【0091】
図１３は、電力変換効率の更なる改善を狙った例を示す。ＭＣＵ１７は、入力電圧とＰＣ１４からセンサ処理部１５に供給される出力電圧との差分の絶対値が所定値よりも低いと判定された場合、ＰＣ１４の電圧変換を利用せずに入力電圧がセンサ処理部１５に供給されるように制御する。これにより、ＰＣ１４での電力変換損失を略ゼロにし、電力変換効率を限りなく１．０に近づけることができる。
【0092】
例えば、ＭＣＵ１７は、当該差分の絶対値が所定値よりも低いと判定された場合、ＰＣ１４の電圧変換を停止させるバイパス指令を出力する。これにより、電圧変換動作が停止したＰＣ１４を経由又は迂回して入力電圧がセンサ処理部１５に供給される。あるいは、ＭＣＵ１７は、当該差分の絶対値が所定値よりも低いと判定された場合、センサ処理部１５への入力電圧の供給をＰＣ１４を経由せずに迂回させるバイパス指令を出力してもよい。これにより、ＰＣ１４の電圧変換を利用せずに入力電圧がそのままセンサ処理部１５に供給される。
【0093】
例えば、３．０Ｖ中心で動作するセンサ処理部１５は、通常、±１０％程度の動作マージンを持っているので、入力電圧が２．７～３．３Ｖの間にある場合、ＰＣ１４をバイパスして更に効率を高めることができる。
【0094】
図２８は、第３の実施形態における電池駆動装置の一例であるセンサノード１０３のＭＣＵ１７が行う制御例を示す。
【0095】
電池１２が挿入されると、ＭＣＵ１７は、起動する（ステップＳ５０）。ＭＣＵ１７は、起動後、ＰＣ１４のバイパス指令を出力するか否かのバイパス判定を行う（ステップＳ５１）。ステップＳ５１にて、例えば、ＭＣＵ１７は、入力電圧ＶＭＯＮが、センサ処理部１５の動作電圧を含む電圧範囲（例えば、２．７Ｖ以上３．３Ｖ以下）にあるか否かを判定する。ＭＣＵ１７は、入力電圧ＶＭＯＮが当該電圧範囲にある場合、バイパス指令を出力し（ステップＳ５２）、入力電圧ＶＭＯＮが当該電圧範囲にない場合、ＰＣ１４の昇圧又は降圧変換を制御する（ステップＳ５３）。
【0096】
なお、電池電圧の変動対策のため、ＭＣＵ１７は、入力電圧ＶＭＯＮが当該電圧範囲にある状態が所定時間以上継続しない場合、バイパス指令を出力しないようにしてもよい。この場合、ＭＣＵ１７は、例えば、入力電圧ＶＭＯＮが当該電圧範囲にある状態が所定時間（例えば１０秒間）以上継続した場合、バイパス指令を出力する。
【0097】
図２９は、第３の実施形態におけるＰＣ１４の構成例を示す。ＰＣ１４は、入力電力を電圧変換して出力電圧を供給する昇降圧コンバータと、昇降圧コンバータをバイパスするバイパススイッチＢＳＷとを有する。ＭＣＵ１７からのバイパス指令が無い通常モードでは、バイパススイッチＢＳＷはオフしており、昇降圧コンバータは動作する。ＭＣＵ１７からのバイパス指令があるバイパス指示モードでは、昇降圧コンバータは停止され、バイパススイッチＢＳＷがオンする。バイパススイッチＢＳＷのオンにより、ＰＣ１４への入力電圧は、図３１に示すように、出力電圧としてほとんどそのまま出力され、センサ処理部１５内の各回路に供給される。
【0098】
図３２は、第４の実施形態における電池駆動装置の一例であるセンサノードの構成例を示す図である。図３２に示すセンサノード１０４は、複数の電池１２（図３２には、６個の電池１２ａ～１２ｆを例示）を電源とする機器である。第４の実施形態において上述の比較形態及び実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。
【0099】
図３２は、センサ処理部１５は、動作電圧が異なる複数の回路部を含み、ＰＣ１４は、入力電力を電圧変換して、それらの複数の回路部の夫々に異なる出力電圧を供給する場合を示す。例えば、ＭＣＵ１７、ＲＦ部１８及びセンサ１６の動作電圧を、それぞれ、３．０Ｖ、３．３Ｖ、５．０Ｖとする。ＰＣ１４は、電池１２の電池電圧が入力される一つの入力部に対して、それぞれ異なる一定電圧を出力する３つの変換出力部を有する。つまり、ＰＣ１４は、ＭＣＵ１７に一定の出力電圧Ｖ１（＝３．０Ｖ）を供給し、ＲＦ部１８に一定の出力電圧Ｖ２（＝３．３Ｖ）を供給し、センサ１６に一定の出力電圧Ｖ３（＝５．０Ｖ）を供給する。
【0100】
電池１２の総出力電力Ｐ（言い換えれば、ＰＣ１４への入力電力Ｐ）は、
Ｐ＝（センサ処理部１５の平均消費電力）／（ＰＣ１４の電力変換効率）
・・・式１
と定義できるので、
Ｐ＝（Ｗ１／η１）＋（Ｗ２／η２）＋（Ｗ３／η３）
・・・式２
とも定義できる。ここで、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、それぞれ、ＭＣＵ１７の平均消費電力、ＲＦ部１８の平均消費電力、センサ１６の平均消費電力を表す。η１，η２，η３は、それぞれ、ＰＣ１４が入力電圧を出力電圧Ｖ１に電圧変換したときの電力変換効率、ＰＣ１４が入力電圧を出力電圧Ｖ２に電圧変換したときの電力変換効率、ＰＣ１４が入力電圧を出力電圧Ｖ３に電圧変換したときの電力変換効率を表す。
Ｐ＝（センサ処理部１５の平均消費電力）／（ＰＣ１４の電力変換効率）
・・・式１
と定義できるので、
Ｐ＝（Ｗ１／η１）＋（Ｗ２／η２）＋（Ｗ３／η３）
・・・式２
とも定義できる。ここで、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、それぞれ、ＭＣＵ１７の平均消費電力、ＲＦ部１８の平均消費電力、センサ１６の平均消費電力を表す。η１，η２，η３は、それぞれ、ＰＣ１４が入力電圧を出力電圧Ｖ１に電圧変換したときの電力変換効率、ＰＣ１４が入力電圧を出力電圧Ｖ２に電圧変換したときの電力変換効率、ＰＣ１４が入力電圧を出力電圧Ｖ３に電圧変換したときの電力変換効率を表す。
【0101】
ＭＣＵ１７は、出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の夫々に対して定義された３種類の相関データを予め格納するメモリを備える。図３３は、入力電圧と電力変換効率との相関データとして、３種類の特性データを示す。図３３において、“ＭＣＵ”は、出力電圧Ｖ１に対して定義された相関データを表し、“ＲＦ”は、出力電圧Ｖ２に対して定義された相関データを表し、“センサ”は、出力電圧Ｖ３に対して定義された相関データを表す。これらの相関データは、上述と同様、テーブルデータ又は演算式の係数として、メモリに格納される。
【0102】
ＭＣＵ１７は、入力電圧ＶＭＯＮの監視データに対応する電力変換効率η１を、出力電圧Ｖ１に対して定義された相関データを参照することによって導出する。ＭＣＵ１７は、入力電圧ＶＭＯＮの監視データに対応する電力変換効率η２を、出力電圧Ｖ２に対して定義された相関データを参照することによって導出する。ＭＣＵ１７は、入力電圧ＶＭＯＮの監視データに対応する電力変換効率η３を、出力電圧Ｖ３に対して定義された相関データを参照することによって導出する。
【0103】
また、平均消費電力Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、それぞれ異なるが、ほぼ変化しないことから、ＭＣＵ１７は、平均消費電力Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を予め格納するメモリを備える。
【0104】
したがって、ＭＣＵ１７は、入力電圧の監視データと、出力電圧の夫々に対して定義された複数の相関データとを用いて、上記の式２内の電力変換効率η１，η２，η３を算出できる。そして、ＭＣＵ１７は、メモリに予め格納された平均消費電力Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の夫々を、対応する電力変換効率η１，η２，η３で除算し、除算して得られた各値を式２に従って合算する。これにより、電池１２の総出力電力Ｐ（言い換えれば、ＰＣ１４への入力電力Ｐ）が算出される。
【0105】
ＭＣＵ１７は、この入力電力Ｐの算出値が小さくなるように、電池１２の直並列構成の切り替えを指令する切り替え信号を出力する。これにより、電池残量の有効利用が可能となる。
【0106】
図３４は、第４の実施形態における電池駆動装置の一例であるセンサノード１０４のＭＣＵ１７が行う制御例を示すフローチャートである。
【0107】
まず、電池１２が挿入されてＭＣＵ１７が起動すると（ステップＳ６０）、ＭＣＵ１７は、スイッチｓｗ０，ｓｗ１，ｓｗ２をオンさせ且つスイッチｓｗ３，ｓｗ４をオフさせる切り替え信号をスイッチ制御部１１に出力する（ステップＳ６２）。これにより、電池１２の接続構成は、２直列３並列構成になる。
【0108】
ステップＳ６４にて、ＭＣＵ１７は、２直列３並列時の入力電圧ＶＭＯＮの計測データに対応する電力変換効率η１，η２，η３を、メモリに格納された３種の相関データを参照することによって導出する。ＭＣＵ１７は、導出した電力変換効率η１，η２，η３とメモリに予め格納された平均消費電力Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３とを式２に代入することによって、２直列３並列時の入力電圧ＶＭＯＮの計測データに対応する、ＰＣ１４への入力電力ＰＡを導出する。
【0109】
一方、３直列２並列の構成に切り替えた場合に想定される入力電圧ＶＭＯＮは、２直列３並列時の１．５倍になる。そこで、ＭＣＵ１７は、３直列２並列時の入力電圧の想定値（２直列３並列時の入力電圧ＶＭＯＮの計測データの１．５倍の値）に対応する電力変換効率η１，η２，η３を、メモリに格納された３種の相関データを参照することによって導出する。ＭＣＵ１７は、導出した電力変換効率η１，η２，η３とメモリに予め格納された平均消費電力Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３とを式２に代入することによって、３直列２並列時の入力電圧ＶＭＯＮの想定値に対応する、ＰＣ１４への入力電力ＰＢを導出する。
【0110】
ＭＣＵ１７は、ＰＡがＰＢ以下の場合（ステップＳ６４：ＮＯ）、３直列２並列に比べて２直列３並列の方が電池１２の総出力電力が低いとして、２直列３並列構成を維持する。一方、ＭＣＵ１７は、ＰＢがＰＡよりも小さい場合（ステップＳ６４：ＹＥＳ）、２直列３並列に比べて３直列２並列の方が電池１２の総出力電力が低いとして、３直列２並列構成に切り替える（ステップＳ６６）。
【0111】
３直列２並列構成に切り替え後、ステップＳ６８にて、ＭＣＵ１７は、３直列２並列時の入力電圧ＶＭＯＮの計測データに対応する電力変換効率η１，η２，η３を、メモリに格納された３種の相関データを参照することによって導出する。ＭＣＵ１７は、導出した電力変換効率η１，η２，η３とメモリに予め格納された平均消費電力Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３とを式２に代入することによって、３直列２並列時の入力電圧ＶＭＯＮの計測データに対応する、ＰＣ１４への入力電力ＰＢを導出する。
【0112】
一方、２直列３並列の構成に切り替えた（戻した）場合に想定される入力電圧ＶＭＯＮは、３直列２並列時の（２／３）倍になる。そこで、ＭＣＵ１７は、２直列３並列時の入力電圧の想定値（３直列２並列時の入力電圧ＶＭＯＮの計測データの（２／３）倍の値）に対応する電力変換効率η１，η２，η３を、メモリに格納された３種の相関データを参照することによって導出する。ＭＣＵ１７は、導出した電力変換効率η１，η２，η３とメモリに予め格納された平均消費電力Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３とを式２に代入することによって、２直列３並列時の入力電圧ＶＭＯＮの想定値に対応する、ＰＣ１４への入力電力ＰＡを導出する。
【0113】
ＭＣＵ１７は、ＰＢがＰＡ以下の場合（ステップＳ６８：ＮＯ）、２直列３並列に比べて３直列２並列の方が電池１２の総出力電力が低いとして、３直列２並列構成を維持する。一方、ＭＣＵ１７は、ＰＡがＰＢよりも小さい場合（ステップＳ６８：ＹＥＳ）、３直列２並列に比べて２直列３並列の方が電池１２の総出力電力が低いとして、２直列３並列構成に再び切り替える（ステップＳ６２）。
【0114】
このように、ＭＣＵ１７は、電池１２の直並列構成の切り替え前後のＰＣ１４への入力電力を相関データを参照して比較し、電池１２の直並列構成を当該入力電力が低くなる方に設定するので、電池残量の有効利用が可能となる。特に、ＭＣＵ１７は、直並列構成の切り替え前の入力電圧の監視データに基づいて直並列構成の切り替え後の入力電圧を想定する。そして、ＭＣＵ１７は、入力電圧のその想定値と相関データとに基づいて、直並列構成の切り替え後のＰＣ１４への入力電力を推定する。これにより、直並列構成を実際に切り替えなくても、切り替え後の電力変換効率を推定できるので、直並列構成を実際に切り替えることによる無駄な電力消費を抑制できる。
【0115】
以上、電池駆動装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【0116】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
複数の電池と、
前記複数の電池の直並列構成を切り替え信号に従って切り替えるスイッチ回路と、
前記複数の電池からの入力電力を電圧変換して回路に供給するコンバータと、
前記コンバータへの入力電圧を監視し、前記入力電圧と前記コンバータの電力変換効率との相関データを参照して、前記電力変換効率が高くなるように前記切り替え信号を出力する制御回路とを備える、電池駆動装置。
（付記２）
前記制御回路は、前記直並列構成の切り替え前後の前記電力変換効率を前記相関データを参照して比較し、前記直並列構成を前記電力変換効率が高くなる方に設定する、付記１に記載の電池駆動装置。
（付記３）
前記制御回路は、前記直並列構成の切り替え前の前記入力電圧の監視データに基づいて前記直並列構成の切り替え後の前記入力電圧を想定し、前記入力電圧の想定値と前記相関データとに基づいて、前記直並列構成の切り替え後の前記電力変換効率を推定する、付記２に記載の電池駆動装置。
（付記４）
前記制御回路は、前記電力変換効率が前記直並列構成の切り替え前に比べて切り替え後の方が高いと判定されている状態が所定時間以上継続した場合、前記直並列構成を切り替える、付記１から３のいずれか一項に記載の電池駆動装置。
（付記５）
前記スイッチ回路は、前記複数の電池のうち少なくとも一つの電池の挿入を検知すると、前記複数の電池のうち少なくとも一つの電池からの入力電力を前記コンバータに供給させる起動回路を有する、付記１から４のいずれか一項に記載の電池駆動装置。
（付記６）
前記制御回路は、前記入力電圧と前記コンバータから前記回路に供給される出力電圧との差分の絶対値が所定値よりも低いと判定された場合、前記コンバータの電圧変換を利用せずに前記入力電圧が前記回路に供給されるように制御する、付記１から５のいずれか一項に記載の電池駆動装置。
（付記７）
前記回路は、動作電圧が異なる複数の回路部を含み、
前記コンバータは、前記入力電力を電圧変換して、前記複数の回路部の夫々に異なる出力電圧を供給し、
前記制御回路は、前記入力電圧の監視データと、前記出力電圧の夫々に対して定義された複数の前記相関データとを用いて、前記入力電力を算出し、前記入力電力の算出値が小さくなるように前記切り替え信号を出力する、付記１から６のいずれか一項に記載の電池駆動装置。
（付記８）
前記制御回路は、前記入力電圧の監視データと、前記出力電圧の夫々に対して定義された複数の前記相関データとを用いて、前記出力電圧の夫々に電圧変換したときの複数の電力変換効率を導出し、前記複数の回路部の夫々の消費電力を、対応する電圧変換効率で除算することによって、前記入力電力を算出する、付記７に記載の電池駆動装置。
（付記９）
前記相関データを予め格納するメモリを備える、付記１から８のいずれか一項に記載の電池駆動装置。
（付記１０）
複数の電池と、
センサと、
前記センサより検知されたデータを電池駆動装置外部に送信するセンシング動作を行うセンサ処理部と、
前記複数の電池の直並列構成を切り替え信号に従って切り替えるスイッチ回路と、
前記複数の電池からの入力電力を電圧変換して回路に供給するコンバータと、
前記コンバータへの入力電圧を監視し、前記入力電圧と前記コンバータの電力変換効率との相関データを参照して、前記電力変換効率が高くなるように前記切り替え信号を出力する制御回路とを備える、電池駆動装置。
（付記１１）
複数の電池駆動装置と、前記電池駆動装置のそれぞれから収集した情報を処理する処理装置とを備え、
前記電池駆動装置は、それぞれ、
複数の電池と、
センサと、
前記センサより検知されたデータを電池駆動装置外部に送信するセンシング動作を行うセンサ処理部と、
前記複数の電池の直並列構成を切り替え信号に従って切り替えるスイッチ回路と、
前記複数の電池からの入力電力を電圧変換して回路に供給するコンバータと、
前記コンバータへの入力電圧を監視し、前記入力電圧と前記コンバータの電力変換効率との相関データを参照して、前記電力変換効率が高くなるように前記切り替え信号を出力する制御回路とを備える、センサシステム。
（付記１）
複数の電池と、
前記複数の電池の直並列構成を切り替え信号に従って切り替えるスイッチ回路と、
前記複数の電池からの入力電力を電圧変換して回路に供給するコンバータと、
前記コンバータへの入力電圧を監視し、前記入力電圧と前記コンバータの電力変換効率との相関データを参照して、前記電力変換効率が高くなるように前記切り替え信号を出力する制御回路とを備える、電池駆動装置。
（付記２）
前記制御回路は、前記直並列構成の切り替え前後の前記電力変換効率を前記相関データを参照して比較し、前記直並列構成を前記電力変換効率が高くなる方に設定する、付記１に記載の電池駆動装置。
（付記３）
前記制御回路は、前記直並列構成の切り替え前の前記入力電圧の監視データに基づいて前記直並列構成の切り替え後の前記入力電圧を想定し、前記入力電圧の想定値と前記相関データとに基づいて、前記直並列構成の切り替え後の前記電力変換効率を推定する、付記２に記載の電池駆動装置。
（付記４）
前記制御回路は、前記電力変換効率が前記直並列構成の切り替え前に比べて切り替え後の方が高いと判定されている状態が所定時間以上継続した場合、前記直並列構成を切り替える、付記１から３のいずれか一項に記載の電池駆動装置。
（付記５）
前記スイッチ回路は、前記複数の電池のうち少なくとも一つの電池の挿入を検知すると、前記複数の電池のうち少なくとも一つの電池からの入力電力を前記コンバータに供給させる起動回路を有する、付記１から４のいずれか一項に記載の電池駆動装置。
（付記６）
前記制御回路は、前記入力電圧と前記コンバータから前記回路に供給される出力電圧との差分の絶対値が所定値よりも低いと判定された場合、前記コンバータの電圧変換を利用せずに前記入力電圧が前記回路に供給されるように制御する、付記１から５のいずれか一項に記載の電池駆動装置。
（付記７）
前記回路は、動作電圧が異なる複数の回路部を含み、
前記コンバータは、前記入力電力を電圧変換して、前記複数の回路部の夫々に異なる出力電圧を供給し、
前記制御回路は、前記入力電圧の監視データと、前記出力電圧の夫々に対して定義された複数の前記相関データとを用いて、前記入力電力を算出し、前記入力電力の算出値が小さくなるように前記切り替え信号を出力する、付記１から６のいずれか一項に記載の電池駆動装置。
（付記８）
前記制御回路は、前記入力電圧の監視データと、前記出力電圧の夫々に対して定義された複数の前記相関データとを用いて、前記出力電圧の夫々に電圧変換したときの複数の電力変換効率を導出し、前記複数の回路部の夫々の消費電力を、対応する電圧変換効率で除算することによって、前記入力電力を算出する、付記７に記載の電池駆動装置。
（付記９）
前記相関データを予め格納するメモリを備える、付記１から８のいずれか一項に記載の電池駆動装置。
（付記１０）
複数の電池と、
センサと、
前記センサより検知されたデータを電池駆動装置外部に送信するセンシング動作を行うセンサ処理部と、
前記複数の電池の直並列構成を切り替え信号に従って切り替えるスイッチ回路と、
前記複数の電池からの入力電力を電圧変換して回路に供給するコンバータと、
前記コンバータへの入力電圧を監視し、前記入力電圧と前記コンバータの電力変換効率との相関データを参照して、前記電力変換効率が高くなるように前記切り替え信号を出力する制御回路とを備える、電池駆動装置。
（付記１１）
複数の電池駆動装置と、前記電池駆動装置のそれぞれから収集した情報を処理する処理装置とを備え、
前記電池駆動装置は、それぞれ、
複数の電池と、
センサと、
前記センサより検知されたデータを電池駆動装置外部に送信するセンシング動作を行うセンサ処理部と、
前記複数の電池の直並列構成を切り替え信号に従って切り替えるスイッチ回路と、
前記複数の電池からの入力電力を電圧変換して回路に供給するコンバータと、
前記コンバータへの入力電圧を監視し、前記入力電圧と前記コンバータの電力変換効率との相関データを参照して、前記電力変換効率が高くなるように前記切り替え信号を出力する制御回路とを備える、センサシステム。
【符号の説明】
【0117】
４ センサノード
５ ゲートウェイ
７ 管理サーバ
１０，１０１，１０２，１０３，１０４ センサノード
１１ スイッチ制御部
１２ 電池
１３ スイッチ回路
１４ ＰＣ
１５ センサ処理部
１６ センサ
１７ ＭＣＵ
２０ スタータ
３０ 接続制御回路
１０００ センサシステム
５ ゲートウェイ
７ 管理サーバ
１０，１０１，１０２，１０３，１０４ センサノード
１１ スイッチ制御部
１２ 電池
１３ スイッチ回路
１４ ＰＣ
１５ センサ処理部
１６ センサ
１７ ＭＣＵ
２０ スタータ
３０ 接続制御回路
１０００ センサシステム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】