CN102142702A - 太阳能电池电源装置及二次电池的充电方法 - Google Patents

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三野孝之
森名贤一
栗原俊武
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Abstract

本发明提供一种太阳能电池电源装置及二次电池的充电方法。太阳能电池电源装置具备：串联或并联连接了多个可充电的电池单元的电池组；具备多个可产生对电池组进行充电的电力的太阳能电池单元的太阳能电池面板；可控制利用由太阳能电池面板发电的电力对电池组进行充电时的充电电流或充电电压的充电控制部；用于检测电池组的充电电流的电流检测部件；和用于检测电池组的电池电压的电压检测部件，充电控制部构成为：设置电池组接近满充电时在规定时刻阻断充电电流的充电暂停期间，并比较电池组的电池电压和规定电压值即再次开始电压值，当该电池电压在规定电压值即再次开始电压值以上时，判断出电池组已被满充电后，阻断充电电流。

Description

太阳能电池电源装置及二次电池的充电方法
技术领域
本发明涉及能够将由太阳光发电的电力贮存在二次电池中来加以利用的太阳能电池电源装置及使用了太阳能电池的二次电池的充电方法，特别涉及能够不通过DC/DC转换器，而直接连接太阳能电池和二次电池，来稳定地进行从太阳能电池到二次电池的充电的太阳能电池电源装置和使用了太阳能电池的二次电池的充电方法。
背景技术
考虑到CO2削减等环境问题，提出了对使用不依赖于化石燃料的自然能源来发电的电力进行蓄电并加以利用的电源系统(例如，参照专利文献1)。在该电源系统中，如图35所示，经由开关元件连接太阳能电池和二次电池，用控制电路来控制开关元件的接通/断开，进行从太阳能电池向二次电池的充电控制。由此，能够在二次电池中预先贮存利用白天的太阳光得到的电力，在需要时对二次电池进行放电来使用电力。
专利文献1：JP特开2008-141806号公报
在这种电源系统中，不是利用通常的商用电源那种能够得到稳定的输出的电力对二次电池进行充电，而是必须利用随着太阳光不同而输出变动较大的不稳定电力对二次电池进行充电。在太阳能电池中很难得到始终稳定的发电，随着天气或一天的时刻、季节等，所得到的电力就会不同，特别是每小时的变化非常大。另一方面，为了长期稳定地使用二次电池，按照根据与使用的二次电池的种类相应的合适的电流值、电压值等条件，在避免过充电的同时使其成为满充电的方式进行充电很重要。
因此，利用作为不稳定的电力源的太阳能电池，来准确地对二次电池进行充电直到满充电为止是不容易的。此外，在充电结束时，必须恰当地检测出二次电池已被满充电，并阻断充电电流，而该时刻的判断也很困难。特别是，满充电的判断是基于充电电流或电压等来进行的，但因为利用太阳能电池得到的充电电流本身随着时间变动较大，所以无法区分电流值变小的原因在于二次电池的满充电，还是在于太阳能电池的发电量。因此，存在满充电的检测非常难，且误检测的可能性很高的问题。
若阻断充电电流的时刻较晚，则成为过充电，会缩短二次电池的寿命。根据二次电池的种类，二次电池由于满充电而受到的影响也变大。然而，若阻断充电电流的时刻过早，则会在还未被满充电的状态下充电结束，能够从二次电池中取出的电容量变少，从而无法发挥本来的容量。这样，在组合了以往的太阳能电池与二次电池的电源装置中，用于充分发挥二次电池的性能的充电是很困难的。
发明内容
本发明鉴于以往的这种问题而完成。本发明的主要目的在于，提供一种在组合了太阳能电池和二次电池的电源装置中，能够适当地对二次电池进行充电的太阳能电池电源装置和使用了太阳能电池的二次电池的充电方法。
为了达成上述目的，本发明的第1太阳能电池电源装置具备：电池组，其串联或并联连接了多个可充电的电池单元；太阳能电池面板，其具备多个能够产生对所述电池组进行充电的电力的太阳能电池单元；充电控制部，其能够控制利用由所述太阳能电池面板发电的电力对电池组进行充电时的充电电流或充电电压；和电压检测部件，其用于检测所述电池组的电池电压，在所述太阳能电池电源装置中，所述充电控制部构成为：设置所述电池组接近满充电时在规定的时刻阻断充电电流的充电暂停期间，并比较所述电池组的电池电压和作为规定电压值的再次开始电压值，在该电池电压成为作为规定电压值的再次开始电压值以上的情况下，判断出所述电池组已被满充电之后，阻断充电电流。由此，可以得到如下优点：能够准确地检测满充电，解除或减少由于充电电流的不稳定而产生的满充电的误判断，安全且最大限度地利用二次电池。
此外，根据第2太阳能电池电源装置，还可以具备电池箱，该电池箱在内部收纳所述电池组和充电控制部。由此，能够构筑如下的电源系统：在单元型的电池箱中内置所需的部件，并将该部件与太阳能电池面板连接，从而能够进行充放电。
并且，根据第3太阳能电池电源装置，可以预先具备多个所述太阳能电池面板和电池箱，并在每个太阳能电池面板上连接各个电池箱。由此，能够得到如下优点：可连接多个太阳能电池面板来增加发电量，且通过可与多个单元相连，能够灵活地构筑与要求的电力和规模相应的电源系统。
并且，根据第4太阳能电池电源装置，还可以具备耗尽型和增强型的一对FET(场效应晶体管)，该一对FET连接于所述太阳能电池面板与电池组之间，允许从所述太阳能电池面板向电池组的充电，并且在相互相反的方向上被串联连接，作为阻止从所述电池组流向太阳能电池面板的电流的逆电流阻止部件。由此，与以往的逆电流阻止用的肖特基二极管等相比，能够实现大幅降低了导通电阻且损耗少的电源装置。
并且，根据第5太阳能电池电源装置，所述充电控制部可以是除了控制所述电池组的充电电流之外，还控制放电电流的充放电控制部，所述充放电控制部在所述电池组放电时，当该电池组的电压变为第二切断电压值以下时，将输出电流切换为PWM(脉宽调制)控制。由此，即使电池组的容量降低，因为能够通过PWM来抑制输出电流，所以实质上能够延长可驱动时间。因此，可以得到如下优点：例如，在作为电源装置的负载使用照明的情况下，能够延长照明的点亮时间。
并且，根据第6太阳能电池电源装置，还可以具备电动自行车用的电池包的充电器，作为由所述电池组驱动的负载。由此，能够在自行车停放处等场所附加具备发电功能的单机式自行车用电池包充电功能。
并且，根据第7太阳能电池电源装置，还可以具备由所述电池组驱动的照明部件。由此，能够得到具备发电功能的单机式照明装置。
并且，根据第8太阳能电池电源装置，所述照明部件可以由发光二极管构成。由此，作为低耗电量的照明而有利于夜间的照明时间的长时间化。
并且，根据第9太阳能电池电源装置，所述照明部件可以是路灯。由此，能够实现在白天用太阳光发电并蓄电，在夜间利用该电力进行照明的清洁的路灯。
并且，根据第10太阳能电池电源装置，可以将向所述电池单元充电的充电电压设定为比从该电池单元的特性出发应判断为满充电的电压还低的电压。由此，能够减少对电池单元充电时的负担，实现长寿命化，并实现免维护的电源装置。
并且，根据第11太阳能电池电源装置，电池单元可以是锂离子二次电池。由此，提高了容积密度，抑制了电池组的尺寸和重量，特别是在高处设置型的电源装置中很有利。而且，因为充电时产生吸热反应，所以能够避免电池单元的过热。
并且，根据第12太阳能电池电源装置，所述电池组的额定电压可以是所述太阳能电池面板在25℃时的最大输出动作电压的0.7～0.9倍。由此，能够考虑到太阳能电池单元的动作电压受到电池单元的单元电压的影响的状况，来选择适当的太阳能电池面板的一个单元的额定电压。
并且，根据第13太阳能电池电源装置，可以将所述电池单元的可充电温度区域设定得不同于可放电温度区域，与该可充电区域相比，该可放电区域更向低温侧扩大。由此，即使在与白天充电时相比温度往往会变低的夜间也能够有效地放电。
并且，根据第14使用了太阳能电池的二次电池的充电方法，该充电方法利用由具备多个太阳能电池单元的太阳能电池面板发电的电力，向串联或并联连接了多个可充电的电池单元的电池组提供充电电流来进行充电，所述使用了太阳能电池的二次电池的充电方法，包括：设置若测量充电电压的同时，检测出所述电池组接近了满充电，则在规定的时刻阻断充电电流的充电暂停期间的步骤；在该充电暂停期间，测量所述电池组的电池电压的步骤；和在该电池电压成为作为规定电压值的再次开始电压值以上的情况下，判断出所述电池组已被满充电之后，阻断充电电流的步骤。由此，能够得到如下优点：能够准确地检测满充电，解除或减少由于充电电流的不稳定而产生的满充电的误判断，安全且最大限度地利用二次电池。
附图说明
图1是对将实施例1所涉及的太阳能电池电源装置应用于自行车停放处的充电设备的例子进行说明的示意图。
图2是从下方看到的图1的自行车停放处的屋顶的示意图。
图3是表示图1的太阳能电池电源装置的结构的框图。
图4是表示控制台的正面的示意图。
图5是从上面看到的电池箱的外观的立体图。
图6是从下面看到的图5的电池箱的立体图。
图7是表示从图5取下了上壳的状态的分解立体图。
图8是图5的VIII-VIII线的剖视图。
图9是表示在图7中又从下壳取下了电池组的状态的分解立体图。
图10是表示图9的电池座的放大立体图。
图11是将电池组分解后的分解立体图。
图12是表示引导板的弯折的立体图。
图13是表示充电电流的变化的一个例子的坐标图。
图14是表示太阳能电池电源装置的充电控制部件的电路图。
图15是表示充放电控制部的电路图。
图16是表示用太阳能电池面板对电池组进行充电的充电方法的流程图。
图17是表示按照以往的充电方法，用太阳能电池面板进行充电时的充放电电流的时间变化的坐标图。
图18是表示按照实施例1所涉及的充电方法，用太阳能电池面板进行充电时的充放电电流的时间变化的坐标图。
图19是表示变形例所涉及的充放电控制部的电路图。
图20是表示变形例所涉及的能够与商用电源连接的太阳能电池电源装置的框图。
图21是从正面侧看到的实施例2所涉及的太阳能电池电源装置的外观立体图。
图22是从背面侧看到的图21的太阳能电池电源装置的立体图。
图23是表示从图22的太阳能电池电源装置上取下电池盖来使电池箱露出后的状态的立体图。
图24是从背面侧的斜上方看到的电池箱的外观立体图。
图25是从斜下方看到的图24的电池箱的立体图。
图26是从正面侧的斜下方看到的图24的电池箱的立体图。
图27是图24的电池箱的XXVII-XXVII线的水平剖视图。
图28是表示从图24的电池箱上取下外壳后的状态的分解立体图。
图29是表示从图28的状态又从内壳上拔下了电池组的状态的分解立体图。
图30是从正面看到的电池组的立体图。
图31是表示针对图30的上级，从电池座上拔下了电池单元的状态的分解立体图。
图32是从背面看到的变形例所涉及的太阳能电池电源装置的立体图。
图33是从背面看到的另一变形例所涉及的太阳能电池电源装置的立体图。
图34是表示充电时的电池单元的电压波形的坐标图。
图35是表示利用以往的太阳能电池对二次电池进行充电的电路的框图。
图中：100、200、300、400、500、600...太阳能电池电源装置；2...支柱；3...基底部；4...照明部件；10、410...太阳能电池面板；11...面板部；12、312...电池盖；14...连接部；15...外框；20...电池箱；21...外壳；21A...上壳；21B...下壳；22...内壳；23...管；24...平板；30...固定金属零件；31...上端固定金属零件；32...下端固定金属零件；33...圆孔；34...狭缝；35...第二狭缝；36...固定螺丝；37...コ字状片；38...コ字状片卡止口；40...电池组；41...电池单元；42...电池座；43...引导板；50...充放电控制部；402...支柱；404...照明灯；420...电池箱；421A...上壳；421B...下壳；424...弹性体；440...电池组；441...电池单元；442...电池座；443...引导板；450...充放电控制部；451...充电控制部件；452、452B...逆电流阻止部件；453...充电开关；454...放电开关；455...电压检测部件；456...电流检测部件；457...保护电路；460...控制台；461...门；462...逆变器；464、464B...开关电路；RF...屋顶；AB...电动自行车；BP...电池包；BC...电池包充电器；SB...小型摩托车用电源；MS...网；LD...负载；AC...商用电源。
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。但是，以下所示的实施方式是举例说明用于具体化本发明的技术思想的太阳能电池电源装置和使用了太阳能电池的二次电池的充电方法的实施方式，本发明并不将太阳能电池电源装置和使用了太阳能电池的二次电池的充电方法特定为以下的实施方式。另外，绝不是将技术方案的范围所示的部件特定为实施方式的部件。特别是，只要没有特别特定的记载，并不将本发明的范围仅限定为实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等，这些仅仅是说明例。另外，各附图所示的部件的大小和位置关系等，存在为了使说明明确而夸张了的情况。并且在以下说明中，相同的名称、符号表示相同或同质的部件，适当省略详细说明。并且，构成本发明的各要素既可以为用相同的部件构成多个要素，从而用一个部件共用多个要素的方式，也可以反之将一个部件的功能用多个部件来分担实现。此外，在一部分实施例、实施方式中说明的内容中，也存在可应用于其他实施例、实施方式等的内容。
(实施例1)
图1～图20表示本发明的实施例1所涉及的太阳能电池电源装置400。在这些图中，分别表示了如下内容：图1是对将太阳能电池电源装置应用于自行车停放处的充电设备的例子进行说明的示意图；图2是从下方看到的自行车停放处的屋顶的示意图；图3是表示图1的太阳能电池电源装置的结构的框图；图4是控制台的正面的示意图；图5是从上面看到的电池箱的外观的立体图；图6是从下面看到的图5的电池箱的立体图；图7是从图5将上壳取下后的状态的分解立体图；图8是图5的VIII-VIII线的剖视图；图9是表示又从下壳取下了电池组的状态的分解立体图；图10是表示图9的电池座的放大立体图；图11是将电池组分解后的分解立体图；图12是表示引导板的弯折的立体图；图13是表示充电电流的变化的一个例子的坐标图；图14是表示太阳能电池电源装置的充电控制部件的电路图；图15是表示充放电控制部的电路图；图16是利用太阳能电池面板对电池组进行充电的充电方法的流程图；图17是表示按照以往的充电方法，利用太阳能电池面板进行充电时的充放电电流的时间变化的坐标图；图18是表示按照实施例1所涉及的充电方法，利用太阳能电池面板进行充电时的充放电电流的时间变化的坐标图；图19是表示变形例所涉及的充放电控制部的电路图；图20是变形例所涉及的能够连接商用电源的太阳能电池电源装置的框图。
在具备对所谓电动自行车AB用的电池包BP进行充电的充电器BC的自行车停放处中，应用这些图所示的太阳能电池电源装置400，作为用于对自行车用电池包BP的充电器BC提供电力的电源装置。在该电源系统中，电池包充电器BC成为负载。此外，负载不限于此，例如也可以将自行车停放处的照明灯404作为负载来驱动。或者，作为充电器，不限于自行车用电池包BP的充电器BC，也可以用其他充电器，例如，利用电动小型摩托车用的电池包的充电器来取代自行车用电池包充电器，或者在自行车用电池包充电器上进行连接。此外，也可以设置用于在电动小型摩托车上连接充电电缆来进行插入式充电的小型摩托车用电源SB，或与商用电源相同的AC100V的插座或AC200V的插座等。这样，对于负载，可以根据用途来适当连接、追加各种负载。在以下例子中，对电动自行车用的电池包充电器BC和照明灯404的驱动进行说明。
图1的电源系统具备：自行车停放处的屋顶RF所具备的太阳能电池面板410；在屋顶RF下面以用户的手够得着的高度处具备的控制台460；和照明灯404。在屋顶RF的背面，如图2的立体图和图3的示意剖视图所示，具备电池箱420。控制台460例如设置于支承屋顶RF的支柱402上。通过在屋顶RF的下表面固定电池箱420来躲避风雨，并且用金属制的网MS来保护电池箱420的表面，从而能够确保通气性，并实现散热。
(控制台460)
在电池箱420的内部收纳电池组440和充放电控制部450。该电池箱420与太阳能电池面板410和控制台460相连。在控制台460的内部，具备：对来自电池箱420的输出电压进行变换的逆变器462；介于逆变器462和负载之间的开关电路464；作为负载的电动自行车用电池包的充电器BC；和用于经由充电电缆对电动小型摩托车供电的小型摩托车用电源SB。
如图4的正面图所示，该控制台460具备开闭式的门461，打开门461，具备能够安装电池包BP的电池包充电器BC(在图1的例子中为电动自行车用)。控制台460的门461经由微动开关等与开关电路464连动，若打开门461，则开关电路464被切换，充电器导通。
此外，在控制台460上，也可以设置显示当前的瞬间发电量、一天的累积发电量、或者使用中的负载的耗电量等的显示面板。
另外，虽然在本例中只连接了一台电池包充电器BC，但当然也能够连接两台以上。此外，也能够连接不同种类的电池包充电器。特别是在图1的例子中，因为通过逆变器462，将来自电池箱420的输出姑且变换为与商用电源相同的AC100V，所以能够连接各种电气设备，通用性极高。但是，也可以取代逆变器而连接DC/DC转换器，由此，无需变换为AC100V，而是直接变换为能够驱动作为负载的各种电气设备的DC(或者AC)电压，从而也能够提高变换效率。
(照明灯404)
照明灯404适合使用LED。该照明灯404在夜间自动被点亮，白天自动被熄灭。其切换可以使用太阳能电池面板410的发电量。即，若太阳能电池面板410的发电量成为一定值以下，则可以判断为日落而被点亮，反之若发电量成为一定值以上，则可以判断为天亮而被熄灭。因此，可以不需要照度传感器等。
此外，该照明灯404除了平时被点亮之外，也可以是感知人的活动来点亮的传感灯。由此，在提高防盗效果的同时，因为在不使用时能够被熄灭，所以节电效果也很高，在容量有限的电源装置中尤其理想。除此之外，因为该照明灯404不需要商用电源，所以在停电时或灾害时也能够被点亮，因此也能够起到应急灯的作用。
因为该构造的太阳能电池电源装置400能够设置于已有的自行车停放处的屋顶RF上，所以能够有效利用现有的设备，并且附加电动自行车的充电功能和照明灯404的电源，因此在能够控制设备投资方面较为理想。特别是通过附加电动自行车的充电功能，能够促进电动自行车的普及，进而也减少汽车和摩托车的使用机会，有望扩大CO2削减效果。
另外，在图1的例子中，使用三张额定功率为210W等级的面板作为太阳能电池面板410，并将它们并联连接为共计630W的额定输出。此外，并联连接三个太阳能电池面板410，并与一台电池箱420连接。因此，在图2、图3所示的屋顶RF的背面固定有一台电池箱420。并且，将三张太阳能电池面板410的输出经由电池箱420与一台控制台460连接，并利用一台逆变器462进行电压变换。在此，使逆变器462的输入电压为DC42V～60V的可变电压，并将输出电压变换为AC100V。
(电池箱420)
图5和图6表示电池箱420的外形。电池箱420为薄型平板状，在周围具有固定部。固定部使开有螺丝孔的固定片在四角和中间突出，并通过将螺丝插入螺丝孔等来将电池箱420固定于希望的部位，例如，如图2所示，能够固定于自行车停放处的屋顶RF的背面。
此外，如图7和图8所示，电池箱420分为上壳421A和下壳421B两部分，可以在内部内置电池组440和充放电控制部450。上壳421A和下壳421B为散热性、刚度优异的金属制，通过螺旋夹来固定。此外，在固定上壳421A和下壳421B时，还可通过在界面上夹持垫片等弹性体424，来实现电池箱420的防水。此外，如图7所示，在电池箱420的内部配置有两组将电池单元441纵横排列的电池组440，并且在电池组440和下壳421B的间隙中配置有充放电控制部450。如图8的剖视图所示，电池组440配置成一列，电池箱420内的收纳空间被设计为能够收纳将电池单元441排列为一列的电池组440的大小。
(电池组440)
如图9和图10所示，电池组440连接收纳了电池单元441的电池座442而构成。电池单元441的外形为圆筒形，在将多个电池单元441平行排列的状态下保持在电池座442中。电池座442成型为如下状态：排列了多个开口为圆筒状的筒状，该圆筒状能够在内部插入电池单元441。该电池座442是绝缘性、耐热性优异的树脂制。此外，插入了电池单元441的电池座442在电池单元441的端面上固定引导板443。
(引导板443)
如图11和图12所示，引导板443以电和机械方式连接电池座442彼此。该引导板443为弯折了两张金属片的形状，如图12所示，在各金属片上固定了电池座442的端面的状态下，通过弯曲被固定成将电池座442彼此排列在同一平面上的状态。该引导板443在最初展开的状态下，在排列为两段的电池座442的端面上，能够通过点焊等将各金属片固定在各个电池座442上。根据这种结构，能够从同一端面进行两个电池座442的焊接，操作效率较高。并且，在焊接后，在金属片与金属片的中间弯折为U字状，能够从如图12所示的排列为两段的状态变成如图11所示的展开为一段的状态，由此，能够在同一平面上将电池座442固定为在对置面上相互连接的状态。并且，在引导板443的端面上根据需要介入绝缘板，防止无意的导通。
这样一来，在将插入到电池座442的10个电池单元441并联电连接的状态下，如图8所示那样并联连接在横向上相邻的两个电池座442的电池单元441，并且如图9所示那样使四个电池座442在纵向上相邻，构成将电池单元441串联连接的电池模块。因此，收纳于电池箱420中的电池模块将10并联的电池座442当作4串联构成电池组440，并将该电池组440并联连接为两组，从而将电池单元441电连接为4串联20并联来当作电池模块，并对该电池模块进行充电，或者从电池模块输出电力。
(电池单元441)
电池单元441使用在一个方向上延伸的圆柱状或圆筒状的电池单元。该电池适合使用锂离子二次电池或镍氢电池、镍镉电池等二次电池。特别优选锂离子二次电池。因为锂离子二次电池的容积密度较高，所以适合于电池组440的小型化、轻量化。而且，锂离子二次电池可充放电的温度区域比铅蓄电池和镍氢电池宽，能够在全年有效地充放电。
此外，电池单元441的正极材料优选使用磷酸铁系材料。由此，能够提高安全性，且能够抑制充放电的温度依赖性，特别是在低温时也能够维持比较高的充放电效率，因此即使在冬季也能够高效地充放电。
并且，锂离子二次电池的正极可以为三种成分正极。该锂离子二次电池在正极上取代以往的钴酸锂，而使用Li-Ni-Mn-Co复合氧化物和钴酸锂的混合物。该锂离子二次电池通过在正极上除了锂离子之外还使用由三种成分构成的Ni-Mn-Co，从而能够在高电压下进行充电且热稳定性较高，可将充电最大电压提高至4.3V来增大容量。
但是，在所使用的电池单元441中，优选将充电时的电压有意地设定为比判断为满充电的电压更低的电压。例如，在使用锂离子二次电池的情况下，虽然一般条件下是在4.2V附近判断为满充电，但设定为以4V判断为满充电。由此，能够实现电池单元441的长寿命化。
而且，优选将由电池单元441构成的电池组440(电池模块)的标称电压的额定电压(若为锂离子二次电池，则成为约3.7～4.0V/单元乘以串联数的电压值)选择为比太阳能电池面板410的最大输出动作电压Vop还低。更优选为Vop的70～90％。这是因为，太阳能电池面板410的动作电压受到电池组440的电压的影响，所以远离Vop的电压会减少充电电力。并且，与电池组440的放电深度相比，太阳能电池面板410的电压变高。因此，为了进行满充电，更优选在接近满充电状态时接近Vop的情形。此外，考虑到太阳能电池面板410的电压随着温度而变动，需要选择适当的电池组440电压。因此，更优选上述电压范围。
此外，在本实施例中，通过设定为上述电压范围，在充电电池单元441时，可以不使用DC/DC转换器，能够抑制DC/DC转换器内的功率损耗。由此，能够进行高效充电，并且能够消除DC/DC转换器的交换作业的同时，可减少部件个数，因此有望实现因故障率降低而带来的可靠性的提高、低成本化、长期免维护。并且，在本实施例中，由于是上述电压范围，所以在充电电池单元41时可以不需用DC/DC转换器。
此外，将电池单元441的可充电温度区域和可放电温度区域设定得不同，并设定为可放电区域向低温侧扩大。由此，即使在与白天的充电时相比成为较低温度的情况较多的夜间，也能够有效地放电。
(充放电控制部450)
充放电控制部450适当地控制利用由太阳能电池面板410发电的电力对电池组440进行充放电的充电电流、充电电压。特别是，太阳能电池面板410的发电量随着天气或季节、时间等而变动较大。使这种经常变动的发电量稳定化，从而恰当地对电池单元441进行充电。
此外，还控制对充电后的电力能量进行放电时的输出电流、电压。充放电方式也可以适当使用已知的方式，例如可以为了防止过充电而采取脉冲充电。并且，对电池单元的充电电压是根据所使用的被串联连接的电池单元数进行设定的。此时，优选设定为比根据电池单元的特性应判断为满充电的电压更低的电压。由此，能够降低对电池单元进行充电时的负担，从而延长电池单元的寿命，能够为免维护的电源装置的实现作贡献。例如，在使用锂离子二次电池作为电池单元情况下，通过将充电电压抑制为4.0V/单元，而不是通常的4.2V/单元，从而能够实现长寿命化，并且能够减少电池组的更换频度。
此外，放电时的控制可以使用PWM方式。由此，通过调整放电时的脉冲宽度、占空比，能够进行点亮时的亮度控制和耗电量的调整。特别是，通过PWM方式控制LED的照度调整，从而可通过调整PWM的占空比来简单地抑制随着电池单元的放电深度变化的电池电压所引起的照度变化。此外，与利用了变压器等的控制相比，能够高效地供电，并能够确保长时间的照明开启时间。
此外，该充放电控制部450能够根据太阳能电池面板410的电压来判断电池单元441的充电和放电之间的切换。即，若太阳升起，太阳能电池面板410的电压上升，则开始电池单元441的充电，反之，若太阳落下，电压降低，则从充电模式切换为放电模式，开始照明部件4的驱动。
通过采用在电池箱420内收纳充放电控制部450的结构，不仅电池单元441的温度管理等变得容易，而且能够避免用于控制电池单元441的充放电的信号线等露出于外部。特别是，因为能够使作为主布线的、连接太阳能电池面板410和电池单元441的布线距离最短，所以能够抑制风等产生的摩擦引起的磨损或接触不良、断线等故障。这样，能够得到耐候性优异的稳定性、可靠性高的结构。
该太阳能电池电源装置400在白天将由太阳能电池面板410发电的电力贮存在电池组440中，在夜间，利用贮存的电力点亮照明部件即LED照明灯404。在LED照明灯404上，预先串联连接有限制电流电阻和LED元件，根据所施加的电压和限制电阻的值决定的电流被接通。在以往的电源系统中，由于在点亮时，电池的电压直接被施加于LED照明器具上，因此流过根据照明器具内的限制电阻和电池的电压决定的电流。一般，电池余量越高，则电池电压也越高，而且流过的电流越大，则LED越明亮，所以在以往的系统中，越是刚点亮后，即日落后的傍晚，则LED越明亮，随着时间的经过而变暗。此外，在由于无日照等而电池电压降低的情况下也会变暗。
对此，在本实施例中，利用开关电路464控制为在白天LED不被点亮，并且通过追加PWM控制，来与电池电压成反比地控制PWM的接通占空比，从而能够维持一定的亮度。作为具体的PWM占空比的决定方法的一个例子，可以列举如下方法：预先将电池电压区分为几个等级，存储与该各电压对应的占空比，并与测量出的电池电压相应地基于存储值决定占空比。或者，也可以采用根据测量出的电流求出平均电流，并将占空比控制为接近期望的平均电流值。此外，在电池组的放电时，若电池组的电压成为规定的电压值(第二切断电压值)以下，则也可以将输出电流切换为PWM控制。
在这种太阳能电池电源装置中，为了昼夜间的接通/断开切换和电池组保护，很多情况下具有利用了微型计算机的控制系统。此外，很多通用型微型计算机设备具有PWM控制端子和A/D转换端口。另一方面，即使在不具有电池电压的测量功能的情况下，也能够通过简单电路的追加来测量电池电压。此外，因为在锂离子电池中，往往具有检测电压或电流的保护电路控制微型计算机，所以在这种情况下，只通过软件的变更，就能够在不追加电路的情况下实现上述控制。并且，也可以使用与上述相同的PWM控制，并根据电池组的状态和经过时间而改变照明的亮度。例如，在持续无日照而导致电池组的剩余容量降低的情况下，使亮度变暗，或者，也可以在黄昏时点得较亮，在深夜反而稍微减少照明光使其变暗。这种控制也如上述那样只通过微型计算机的软件的变更就能够不花费成本的情况下实现。
(太阳能电池面板410)
另一方面，太阳能电池面板410是在平面上配置多个太阳能电池单元，且将该面作为太阳光的受光面而使其露出于表面的平板状的面板(solarpanel)。太阳能电池单元可以使用非晶硅系或晶体硅系、或者它们的混合(HIT)型太阳能电池单元、GaAs、CIS系等化合物系太阳能电池、有机系太阳能电池。因为这些太阳能电池的温度系数较小，所以可以得到太阳能电池面板410输出最大功率时的电压即最大输出动作电压Vop的季节变动较小的优点。因此，具有用于在四季都高效地进行充电的电压设计变得容易的优点。此外，在太阳能电池面板410中，可发电的电流-电压特性根据温度而变化。作为一个例子，在图13中示出晴天时的AM-1.51000W/m2的照射状态的输出。如该图所示，太阳能电池面板的温度越高，则可使用的区域越窄。而且，可利用的区域也根据所选择的电池单元的充电电压而产生变化。
如上所述，电池箱420内的电池模块将锂离子电池即电池单元441电连接为4串联20并联，从而进行充电、输出。电池单元在3.2V～4.2V左右的范围内变动，而在电池容量比较大的3.7V～4.0V的电池电压范围内使用时，4串联的电池模块的电池电压成为14.8V～16.0V的范围。一般，与铅电池的充电电压为14V以下程度的情况相比，在利用太阳能电池面板对由锂离子电池构成的电池模块直接进行充电的情况下，以比铅电池的充电电压更大的电压进行充电。因此，如图13所示，以大功率(电流×电压)进行充电，可以得到能够有效地利用太阳能电池面板的输出的优点。
(充电电路的动作)
接下来，根据图14说明通过太阳能电池面板410对电池组440进行充电的充电电路的动作。图14所示的太阳能电池电源装置400连接太阳能电池面板410和电池箱420。该电池箱420内置有逆电流阻止部件452、充电开关453、电池组440、电压检测部件455、电流检测部件456、充电控制部件451。该充电电路通过充电控制部件451控制充电开关453，从而将由太阳能电池面板410产生的电力以适当的电流、电压提供给电池组440，来进行充电。
逆电流阻止部件452阻止电流从充电后的电池组440向太阳能电池面板410侧逆向流动的状况。例如，使用肖特基二极管。电压检测部件455检测电池组440的充电电压或电池电压。此外，电流检测部件456检测电池组440的充电电流。这些信息被发送到充电控制部件451中，充电控制部件451基于充电电压、充电电流，控制充电开关453。充电开关453可以使用晶体管等开关元件。由此，构成了利用充电控制部件控制充电开关453，且将由太阳能电池面板410发电的电力充电电池组440的充电电路。
此外，也可以如图15的变形例那样，在电池组440上根据需要而在与太阳能电池面板410之间连接保护电路457，在过充电等异常充电时，阻断充电电流来保护电池组440。例如，可以使用在电池组的温度过高的情况下阻止通电的PTC元件或在充电电流较高的情况下阻断电路的温度保险丝等。
并且，在电池箱420中，除了充电电路，还可以包括放电电路。基于图15说明这种例子。在本例中，电池箱420取代充电控制部件451，而具备不仅能够控制充电而且还能够控制放电的充放电控制部450。充放电控制部450在电池组440放电时控制放电开关454，从而控制与负载LD相对应的输出电流或输出电压。
另外，图15的电路例是一个例子，当然也可以适当采用具备同等功能的其他电路结构。例如，虽然在图15的例子中，在太阳能电池面板410与电池组440之间配置了充电开关453和放电开关454，但是采用在太阳能电池面板与充电开关及放电开关之间配置电池组的结构，也能够实现相同的功能。
(满充电的判断)
电池模块的充电方法随着所使用的电池单元的种类而不同。并且，满充电的检测方法也随着电池单元的种类和充电方法而不同。例如，在使用镍镉电池或镍氢电池的情况下，进行恒定电流充电，通过在满充电附近检测电池单元的电压降低的AV，从而判断为满充电。另一方面，在使用锂离子电池的情况下，利用规定了最大的电流、电压的恒定电流(MAX电流0.5～1C左右)/恒定电压(MAX4.2V/单元左右)充电，在电流为规定值以下的条件下，设为满充电。
但是，在利用太阳能电池面板对电池模块进行充电的情况下，发电的状态随着太阳光的状态而变化，因此充电电流不固定。因此，特别是在利用太阳能电池面板对锂离子电池进行充电的情况下，由于充电电流的时间变化激烈，所以若想要将充电电流利用于满充电的判断，则无法区分充电电流降低的原因是由于锂离子电池的满充电还是由于太阳能电池面板的发电量不足，存在产生满充电的误判断的隐患。
因此，在本实施例中，通过设置在规定的时刻阻断充电电流的充电暂停期间，测量电池模块(电池组)的电池电压，从而避免这种误判断。以下，基于图34的表示电池单元的电压波形的坐标图和图16的流程图，对本实施例所涉及的使用了太阳能电池面板的电池模块的充电和满充电判断方法进行说明。在此，在电池模块的特性上，达到了容量比满充电小的规定容量时，判断为满充电。此外，设充电开关处于接通状态。
首先，在步骤S1中，判断是否在充电中。在该步骤中，通过检测充电电流的有无，判断是否在充电中。在继续进行充电的情况下，进入步骤S2，在非充电中的情况下反复步骤S1。另外，在充电中的判断步骤中，也可以检测电池模块是否在某种程度上接近了满充电。例如，最初利用恒定电流对锂离子二次电池进行充电，并对单元电压成为规定的电压值以上而从恒定电流充电切换为恒定电压充电的时刻进行检测。然后，若检测出从恒定电流充电切换到恒定电压充电，则不是将充电电流设为固定值，而是切换为设置了在规定的时刻阻断(切断)充电电流的充电暂停期间的间歇充电模式。对于充电暂停期间，例如将阻断充电电流的充电暂停期间设置为5秒。此外，在进入各充电暂停期间之前，预先通过充电电流检测部件456测量充电电流。
接下来在步骤S2中，测量电池模块的电池电压，并与规定的电压(＝切断电压值)比较该电池电压。在电池电压低于切断电压值的情况下，判断为还未达到满充电，返回步骤S1，循环上述步骤。
电池电压是由电压检测部件455测量的。或者，也可以通过单元电压检测部件测量构成电池模块的电池单元的电池电压来代替使用。切断电压值例如在锂离子电池的情况下，被设定为每一单元3.5V～4.20V左右，优选3.95～4.15V左右。由于电池电压比充电时的电压稍低，因此连降低部分也加在一起进行设定。在图34的例子中，将切断电压值设定为4.05V(电池容量约80％左右)。
另一方面，在电池电压为切断电压值以上的情况下，进入步骤S3，将充电开关453断开。其结果，充电被中止，如图34所示，电池单元的电压逐渐降低。接下来进入步骤S4，判断从充电开关453的断开开始是否经过了规定时间。在还未经过的情况下反复步骤S4的循环，在经过了规定时间的情况下，进入步骤S5。规定时间选择电压充分下降的时间，例如，可以利用3s～20s左右，在图34的例子中，设定为规定时间T＝5s。
接下来在步骤S5中，判断电池模块的电池单元电压是否超过了规定电压值即再次开始电压值。即，因为电池单元越接近满充电，则单元电压的下降越少，所以通过在经过规定时间T之后，电池单元电压是否降低到比再次开始电压值更低的值，来判断满充电。在高于再次开始电压值的情况下，即单元电压的降低较少的情况下，进入步骤S6-1，判断为满充电，并结束处理。再次开始电压值可以设定为比切断电压低0.3～2.0V左右的值，例如，设定为低0.5V的4.0V/单元。
另一方面，在低于再次开始电压值的情况下，判断为还未达到满充电，进入步骤S6-2，将充电开关453切换为接通，接下来返回步骤S1，反复进行上述步骤。由此，可判断电池模块的满充电。
另外，虽然原本作为电池模块或电池单元的电池电压优选使用开路电压，但在图15的电路例中，因为负载LD始终连接在放电电路上，驱动负载LD的放电开关454始终为接通，所以无法测量开路电压。因此，在本实施例中，用电池电压代替开路电压。但是，当然也可以根据负载不需要始终供给电力等负载的使用形式，暂时阻断负载和放电电路等来测量开路电压，作为电池电压。
在图17、图18中，示出利用太阳能电池面板对电池模块进行充电时的充放电电流的时间变化的一个例子的坐标图。在这些图中，分别表示了如下内容：图17是表示基于以往的满充电判断方法的电池的容量RSOC(Relative State Of Charge：相对容量)、电池电压、电流、FCC(Full ChargeCapacity：满充电容量)、RC(Remaining Capacity：剩余容量)、温度等的变化的坐标图，图18是表示基于本实施例所涉及的满充电判断方法的这些变化的坐标图。此外，在图中，正的充电电流表示电池模块正在被充电，负的充电电流表示正在被放电。如这些图所示，判断出电池模块的电流值随着时间变动较大，太阳能电池面板的发电量即充电电流随着时间而变化激烈。由于这种不稳定的充电电流，在以往的通过充电电流的降低检测满充电的方法中，存在如下情况：如图17所示，即使电池的容量RSOC较小，换言之，还未被充电至满充电，也会错误地判断为满充电。
对此，根据本实施例所涉及的满充电判断方法，因为不像以往那样只根据电池单元的充电电流降低的情况判断为满充电，所以可以避免将由于太阳能电池面板的输出降低引起的充电电流的降低误检测为满充电的状况。即，即使是这种不稳定的充电电流，也能够根据充电暂停期间的电池电压，大致把握电池模块的充电状态。即，若充电进展到某种程度，则电池电压应该变高，反之，若充电还不充分，则电池电压应该较低。因此，除了充电电流外，还使用该电池电压，从而能够实现准确的满充电的检测。
如上所述，充电控制部件451能够判断太阳能电池面板对电池模块进行了满充电。而且，通过避免满充电的误判断，能够确保电池模块的充电量，可最大限度地发挥其性能。
(逆电流元件部件)
另外，在图14、图15的例子中，因为使用肖特基二极管作为逆电流元件部件，所以在驱动时始终通电，从而产生因电压降(约0.6V)引起的损耗。即，二极管的正方向电压×电流为损耗部分，使充电效率降低。此外，还考虑到由于发热而对充电电路产生影响。特别是，若太阳能电池面板成为高输出，且充电电流变大，则发热量也随之变大，需要用于设置散热板的空间，而且部件的增加和大型化也连带成本的增加。此外，若二极管较大型，则漏电流也变大。
因此，为了避免这种问题，可以取代二极管而使用晶体管等元件。若使用一个晶体管，则在截止时存在流过逆电流的隐患，因此通过串联连接两个具有反向的特性的晶体管，从而阻止逆电流。在图19中示出了这种变形例。该图所示的太阳能电池电源装置500取代图15的电路例中的肖特基二极管，使用了增强型FET和耗尽型FET，作为逆电流元件部件452B。因为这些FET的导通电阻极其小，是数mV，所以能够抑制损耗。
另外，即使串联连接两个FET，若在日落时持续导通状态，则也存在因来自电池模块的电压而导致流过逆电流的隐患。因此，在规定的时刻使FET截止，测量太阳能电池面板410的输出电压，并与判断为日落的阈值电压进行比较，判断是否为日落。例如，使FET每隔一分钟截止一秒，确认太阳能电池面板410的输出电压。此外，在检测出降低至日落阈值电压后，为了防止误检测，也连续地进行10秒间的电压检测，若能够连续地确认出在日落阈值电压以下，则确定是日落的判断。同样，设定用于检测日出的日出阈值电压，确认是否在该阈值电压以上，或者在一旦检测出日出阈值电压的情况下，也连续地确认10秒间。
图1的电源系统使白天的太阳光照射太阳能电池面板410上来使其发电，利用该电力对电池模块进行充电，并利用该贮存的电力驱动负载。即，检测出在电动自行车用的电池包充电器BC上连接了电池包BP，对该电池包进行充电，若充电完成，则停止充电。另一方面，若到了夜间，则自动点亮照明灯404，若天亮，则自动熄灭照明灯404。这些并不是使用商用电源进行的，而是通过由太阳能电池面板410得到的电力驱动的，因此是利用对CO2排放削减有贡献的清洁能源的可提供自给自足型电力的电源系统。
另外，虽然在本例中，对没有连接商用电源而是具备发电功能的自给自足式(stand-alone)太阳能电池电源装置进行了说明，但根据用途，当然也可以同时使用商用电源。例如，如图20所示，通过采用将太阳能电池电源装置600预先连接在商用电源AC上，且在因持续数日无日照等而导致电池模块的容量不足的情况下可从商用电源AC得到电力来对负载提供电力的系统，可作为能够避免不能提供电力的状况且具备后援支持的电源装置，能够提高可靠性。
(开关电路464B)
在图20的电路例中，开关电路464B起到切换商用电源供给的功能。该开关电路464B监视电池模块的输出电压，若输出电压变为规定的值(第三切断电压值)以下，则将商用电源连接在太阳能电池电源装置600上，切换为来自商用电源的供给。然后，通过商用电源驱动负载。另外，也可以在通过商用电源驱动负载的一方面，还通过商用电源对电池模块进行充电。或者，也可以以如下方式构成：取代通过商用电源驱动负载，而是在通过商用电源暂时充电电池模块的基础上，负载从被充电的电池模块接收电力供给。在任何一种情况下，都是在电池模块的输出电压恢复至第三切断电压值以上时，开关电路464B断开商用电源。
(实施例2路灯)
在以上的实施例1中，说明了利用太阳能电池电源装置400，在自行车停放处附加电池包的充电功能的例子，但连接太阳能电池电源装置的负载不限于本例，可以连接各种电气设备。以下，基于图21～图31，作为实施例2说明将路灯当作负载的太阳能电池电源装置100的例子进行。在这些图中，分别表示了如下内容：图21是从正面侧看到的太阳能电池电源装置的外观立体图；图22是从背面侧看到的立体图；图23是从图22取下电池盖使电池箱露出的状态的立体图；图24是从背面侧的斜上方看到的电池箱的外观立体图；图25是从斜下方看到的立体图；图26是从正面侧的斜下方看到的立体图；图27是从图24的XXVII-XXVII线看到的水平剖视图；图28是从图24取下了外壳的状态的分解立体图；图29是从图28进一步从内壳上拔下了电池组的状态的分解立体图；图30是从正面看到的电池组的立体图；图31是针对图30的上段，从电池座拔下了电池单元的状态的分解立体图。
这些图所示的太阳能电池电源装置100表示了适用于路灯用电源装置的例子。因此，太阳能电池电源装置100被固定于支柱的上端。如图21和图22所示，该路灯具备：在剖面为矩形状的支柱2的上端以倾斜的姿势被固定的基底部3；固定于该基底部3的剖面为矩形状的太阳能电池电源装置100；和在其下方同样固定于支柱2上的照明部件4。太阳能电池电源装置100使太阳能电池面板10露出在金属制的矩形板状的基底部3的表面侧，并且如图23所示，在背面侧固定有内置了电池组的电池箱20。此外，如图22所示，电池箱20用电池盖12覆盖了外部，从而从风雨雪等中双重保护电池单元41。该太阳能电池电源装置100使白天的太阳光照射太阳能电池面板10来使其发电，并利用该电力对电池组进行充电，在夜间，通过该电力驱动照明部件4。由此，能够在不使用商用电源的情况下，在夜间点亮路灯，能够得到具备发电功能的自给自足式路灯。
(太阳能电池面板10)
太阳能电池面板10与实施例1相同，是在平面上配置多个太阳能电池单元，且使该表面作为太阳光的受光面而露出的平板状的面板(solarpanel)。太阳能电池面板10的设置角度是根据与支柱2的角度决定的。
太阳能电池面板10具备矩形板状的面板部11、和安装于该面板部11外周的由铝合金等构成的外框15。面板部11是如下构造：在其表面的受光面侧使用具有透光性的强化玻璃、在背面使用薄膜，从而在其间夹持太阳能电池单元，在内部的间隙中填充了透明树脂。此外，外框15在长边的四个边上具有剖面为大致L字形状的突出部13。为了将突出部13固定于基底部3上，在突出部13的表面部分利用公知的部件设置螺母部。由此，从基底部3的背面侧使用螺栓来固定突出部13。
另一方面，基底部3由大致矩形状的金属制(铁等材质)的平板24、和在平板24的大致中心部通过点焊等而固定的圆筒状的连接部14构成。在基底部3的平板24中，以能够搭载太阳能电池面板10的方式决定平板24的宽度。此外，在支柱2的上端具有插入到连接部14的内部的圆筒状连接部，将该圆筒状连接部插入到连接部14中，并从外部利用螺旋夹等公知的部件进行固定。
在平板24上设有开口，此处与支柱2连通。来自电池箱20的电布线经过其他开口从平板24的背面侧配置于平板24的表面侧即太阳能电池面板10侧之后，经过上述平板24的开口配设在支柱2之中。在其他开口中，来自太阳能电池面板10的输出线被布线于电池箱20中。
对于太阳能电池面板10的设置角度而言，一般，可知根据被设置的场所的纬度能够得到年间最大发电量的最合适的角度，但在本实施方式中，优选采用比这种已知的最合适角度还大的设置角度。在估计每个季节的太阳高度的情况下，冬季优选设置角度较大，夏季优选设置角度较小。在本实施方式中，通过使设置角度大于标准的设置角度，特别是提高了冬季的发电量。通过采用这种设置角度，虽然夏季的发电量会降低，但因为在夏季可充分确保日照时间，所以几乎不会在夜间的照度和点亮时间等上产生问题。反之，通过采用适合冬季的设置，能够增大在冬季通过太阳能电池面板10得到的来自太阳光的热量。因为来自太阳光的热量可使电池单元的温度上升，能够提高发电电力，所以能够抑制因电池单元的低温引起的充电量即电力的降低，并且能够抑制在夏季产生的热量，因此，结果能够得到冬季的发电量确保和夏季的温度上升抑制这样的优异的效果。
(电池箱20)
在太阳能电池面板10的背面固定电池箱20。如图24～图27等所示，电池箱20其外形为平板状的箱形，与太阳能电池面板10固定的一侧的固定面为平面状。此外，如图24所示，对背面侧的角部进行倒角来减少风的阻力。该电池箱20的外部由热传导性优异的金属制的外壳21构成。在四角上设有固定金属零件30，作为用于与太阳能电池面板10进行固定的固定机构。通过固定金属零件30，该电池箱20被固定为与太阳能电池面板10大致平行。由此，在固定电池箱20之后也能够与太阳能电池面板10一体地维持板状，能够使太阳能电池电源装置100的外形比较细长化。此外，将收纳于电池箱20中的电池组与太阳能电池面板10大致平行地隔开配置。其结果，太阳能电池面板10能够通过太阳光的热对电池单元41均匀地加热，特别是提高冬季的充电效率。像这样，通过按照电池组40的可充电温度的上限不超过夏季，且下限不超过冬季的方式构成，能够实现效率较高的二次电池的有效利用。
另外，如图23所示，优选在太阳能电池面板10的背面，将电池箱20设置于比支柱2的固定部分更靠上方的位置处。由此，风被支柱2遮挡的情况变少，电池箱20直接暴露在风中，从而特别是能够抑制夏季的电池箱20的温度上升。
(电池组40)
在电池箱20内，配置多个可充电的圆筒形电池单元41。如图28～图31等所示，这些电池单元41沿着圆筒形的延长方向被串联连接而构成电池模块。电池组40是将多个电池模块平行地配置多条而构成的。将电池模块保持为垂直姿势，即如图31所示，圆筒形的电池单元41为纵置。由此，如后述那样，通过热的自然对流，电池箱20内的空气被循环，即使在夏季也可避免过度的加热，可以得到能够在全年有效驱动电池单元41的优点。此外，关于电池单元的形状，除了圆柱状或圆筒状之外，也可以采用具有厚度的矩形板状的方形电池。
在图27的例子中，将八支电池单元错开排列成两列，将共计16个单元并联连接，并且如图31所示那样，在上下方向上串联连接四个电池座42，设为四个单元的串联连接。准备两个图31状态的电池组40，并联电连接之后设为如图27、图31所示的电池箱20、电池组40。通过这种结构，将电池单元41电连接为4串联32并联，从而进行充电、放电。此外，通过改变电池座42等，也能够适当改变并联的数量(例如，26并联)、串联连接的数量。
(电池单元41)
电池单元41使用在一个方向上延伸的圆柱状或圆筒状的电池单元。该电池也能够适当使用锂离子二次电池或镍氢电池、镍镉电池等二次电池。特别优选锂离子二次电池。由于锂离子二次电池容积密度较高，所以可控制在能够设置于太阳能电池面板10的背面上的尺寸和重量范围内。除此之外，具有充电时产生吸热反应的特性。特别是在充电速度较快时吸热作用变得显著。其结果，在充电速度较快的夏季，能够抑制电池温度变得过高，并且在充电速度较慢的冬季，能够抑制电池温度的降低。并且，锂离子二次电池的可充放电的温度区域比铅蓄电池和镍氢电池宽，能够在全年有效率地充放电。
如图29所示，电池组40在被收纳于内壳22的状态下，进一步被收纳于外壳21中。内壳22以在内部收纳电池组40的方式形成为一边开口的箱形，由散热性优异的金属板等构成。此外，为了将内壳22固定于外壳21的内部，使用了螺丝的螺合等。在图29的例子中，在纵向方向上配置多条在内面切割有使螺丝经过的螺纹槽的金属制管23，通过螺丝在外壳21的内部固定该管23，从而在外壳的内面以按压状态固定有内壳22。管23形成为与外壳22的内面的纵向方向长度大致相同的大小。此外，在内壳22的外面形成有插入管23的V字状的槽。并且，外壳21被分割为上壳21A和下壳21B这两部分，并在内部收纳内壳22，并且如图28～图29所示，在内壳22的下部收纳控制电池单元41的充放电的充放电控制部50。
(电池座42)
如图29～图31所示，各电池单元41收纳于电池座42中。电池座42被分为两部分，按照从上下夹入圆筒形的电池单元41的方式完全覆盖电池单元41的外部。并且，在电池座42的端面上，通过引导板43连接电池单元41的端面彼此。此外，通过螺丝的螺合等固定电池座42彼此。优选设置于电池箱20内的电池单元41在厚度方向上配置为一列或两列以下。通过这样进行设置，能够比较容易地向电池组40整体传递太阳能电池面板10的背面的热。在图27的例中，通过错开配置两列的电池单元41，将电池单元41设为约1.5列，从而使电池箱20的厚度变薄。
(电池盖12)
此外，如图22所示，利用电池盖12覆盖电池箱20的外部。通过利用电池盖12覆盖电池箱20，能够保护电池箱20远离风雪雨和鸟等，并且在设计方面也能够提高与太阳能电池面板10的一体感。特别是，优选将电池盖12配置为部分覆盖支柱2。特别是，通过将支柱2的覆盖部分设为倾斜面，从而能够减小从下方刮上来的风的阻力，有助于稳定地支承太阳能电池面板10。该电池盖12由薄金属板等散热性和持久性优异的金属板构成。在本例中，通过将电池箱20和电池盖12都设为金属板，还可将金属板表面作为散热板来利用，对收纳于内部的电池组40的空气冷却很有利。特别是，因为太阳能电池面板10大多设置于高处，所以可将配置于通风良好的高处的电池盖12暴露于外部空气中，从而能够抑制夏季的温度上升。由此，可成为利用了自然风的气冷式太阳能电池电源装置，能够实现不消耗化石燃料的清洁的自足型系统。
(固定机构)
并且，该电池箱20由与太阳能电池面板10不同的材料构成，具有用于在太阳能电池面板10的背面以自由装卸的方式固定的固定机构。在图23～图26的例子中，在电池箱20的上端和下端，分别在左右两处设有固定金属零件30，作为固定机构。如图24所示，上端的固定金属零件31将前端部分弯折，剖视时，成为弯曲成コ字状的コ字状片37。此外，剖视时，下端向该コ字状片37的该コ字状的反方向弯折为L字状，并固定在电池箱20上。并且，在中间部分，作为卡止环而开口有圆孔33、和从圆孔33向上方延伸且宽度比圆孔33的直径窄的狭缝34。
另一方面，如图23所示，在基底部3的背面，在与上端固定金属零件31对应的位置上开口有能够卡止固定金属零件31的コ字状的矩形状的コ字状片卡止口38。进而，作为卡止突起而固定固定螺丝36，从圆孔33插入的固定螺丝36经过狭缝34之后，固定螺丝36的螺丝头螺合于狭缝34，从而能够进行固定。由此，通过将コ字状片37卡止于コ字状片卡止口38，并且采用向固定突起插入卡止环的悬吊式，能够极大地简化连接机构，且极大地减少故障和缺陷，从而可作为经受得住长期使用的免维护构造或高可靠性的构造。并且，在更换电池单元时的高空作业之际，因为能够以悬吊式暂时悬挂来保持，所以能够阻止在固定作业途中电池单元掉落等情况，操作性也被提高。
此外，如图25～图26所示，下端的固定金属零件32预先开口有第二狭缝35，同样地，插入到太阳能电池面板10的背面的螺丝经过第二狭缝35之后，螺丝头螺合于该第二狭缝35，从而进行固定。通过该固定机构，能够简单地在太阳能电池面板10的背面上固定或拆卸电池箱20，电池箱20的更换和维护等作业变得容易。特别是，在路灯这种电池箱20被配置于高处的用途中，这种简易的装卸机构在圆滑地进行安装、更换作业方面很有效。
另外，上述固定机构是一个例子，当然也可以适当使用其他结构。例如，可以适当使用通过钩状等突起或卡止片在太阳能电池面板10的背面悬挂电池箱20的构造，同样地可以适当使用钩和环的组合或者L字金属零件、螺旋夹等已知的可装卸的固定机构。并且，虽然在上述例子中，说明了将电池箱设为平板状而固定于基底部的背面的构造，但也可以采用使电池箱远离基底部而配置的结构。
在以往的太阳能电池电源装置中，由于是在太阳能电池面板的框体内配置了蓄电池的结构，因此蓄电池的更换作业不太容易。蓄电池有寿命，特别是以往的镍镉电池的寿命比较短，需要进行更换作业，但该作业所需的时间和費用成为负担。对此，在实施例2中，通过将内置了电池单元41的电池箱20设为单元式，使其在太阳能电池面板上装卸自如，从而使这种更换作业能够圆滑地进行，提高了维护时的可操作性。
(照明部件4)
通过将由太阳能电池面板10发电的能量暂时充电到电池组40中，并使该电池组40放电，从而驱动图21所示的照明部件4。该照明部件4优选低耗电量的部件，例如使用发光二极管(LED)。与荧光灯等相比，LED耗电量低，即使利用很少的电力，也能够长时间被点亮。而且，与白炽灯等相比，基本不用担心会破碎，实质上可以无需进行更换作业，能够实现长期的免维护。并且，LED不仅可以始终被点亮或连续被点亮，而且可以被脉冲点亮或闪烁。例如，若电池组40的剩余容量变少，则从始终点亮切换为脉冲点亮，从而能够延长点亮时间。脉冲点亮的接通/关断周期优选设定为人类无法识别程度的高频，例如可以为10kHz～50Hz左右。若使用这种脉冲点亮，则能够进一步抑制耗电量，特别是在日照时间较短的冬季或雨期等持续阴天的情况下，能够用于延长点亮时间。特别是，因为能够在电池单元中蓄电的电力只有太阳光，所以在雨天等持续无日照的情况下，能够避免、控制因贮存在电池单元中的电力不足而导致不能进行夜间照明的状况。
该路灯在山区或荒岛等无法利用或者难以利用商用电源的环境中，可作为夜间的照明来便利地使用。此外，在这种状况下，优选免维护，并优选利用寿命长的电池单元和照明部件。例如，通过使用锂离子二次电池作为电池单元，能够以更少的电池单元数来充放电较高的电力。此外，通过将二次电池的充电时的电流或电压抑制在额定值以下，能够减少对二次电池的负荷，从而实现长寿命化。并且，若使用发光二极管(LED)作为照明部件，则因为与白炽灯或荧光灯相比耗电量低，且元件的寿命也长达点亮时间1万小时以上，能够实现免维护环境，因此非常理想。
此外，虽然在上述实施例中，如图23所示，说明了在太阳能电池面板10的背面固定了一个电池箱20的结构，但不限于该结构，例如，也可以如图32所示的太阳能电池电源装置200那样，构成为以支柱2为中心在上下纵向配置了两个电池箱20的结构，或者配置三个以上的电池箱，或者将电池箱横向配置。在图33中，作为变形例，示出在电池盖312上纵向配置两个电池箱，而且将两个电池盖312横向配置的太阳能电池电源装置300的例子。在该例中，以支柱2为中心，在左右水平地排列了两个电池盖312。
如上所述，能够实现在未与商用电源连接的情况下可利用的单机式电源装置。特别是，在灾害这种无法利用商用电源的情况下也能够利用电力，所以能够适当地用作应急用的电源装置，例如可作为应急灯或应急电源装置。此外，由于不消耗化石燃料，作为清洁且益于生态环境的电源也很理想。
(产业上的可利用性)
能够将使用了本发明所涉及的太阳能电池电源装置和太阳能电池的二次电池的充电方法适当应用于不需要商用电源的单机式照明装置或电动自行车的电池充电装置等中。

Claims (14)

1.一种太阳能电池电源装置，其具备：串联或并联连接了多个可充电的电池单元的电池组；具备多个能够产生对所述电池组进行充电的电力的太阳能电池单元的太阳能电池面板；能够控制利用由所述太阳能电池面板发电的电力对电池组进行充电时的充电电流或充电电压的充电控制部；和用于检测所述电池组的电池电压的电压检测部件，该太阳能电池电源装置的特征在于，
所述充电控制部构成为：设置所述电池组接近满充电时在规定的时刻阻断充电电流的充电暂停期间，并比较所述电池组的电池电压和作为规定电压值的再次开始电压值，在该电池电压为作为规定电压值的再次开始电压值以上的情况下，判断出所述电池组已被满充电之后，阻断充电电流。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池电源装置，其特征在于，
该太阳能电池电源装置还具备电池箱，该电池箱在内部收纳所述电池组和充电控制部。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池电源装置，其特征在于，
该太阳能电池电源装置预先具备多个所述太阳能电池面板和电池箱，
在每个太阳能电池面板上连接各个电池箱。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的太阳能电池电源装置，其特征在于，
该太阳能电池电源装置还具备一对场效应晶体管，该一对场效应晶体管连接于所述太阳能电池面板与电池组之间，允许从所述太阳能电池面板向电池组的充电，并且在相互相反的方向上被串联连接，作为阻止从所述电池组流向太阳能电池面板的电流的逆电流阻止部件。
5.根据权利要求1至4的任一项所述的太阳能电池电源装置，其特征在于，
所述充电控制部是除了控制所述电池组的充电电流之外，还控制放电电流的充放电控制部，
所述充放电控制部在所述电池组放电时，在该电池组的电压变为第二切断电压值以下时，将输出电流切换为脉宽调制控制。
6.根据权利要求1至5的任一项所述的太阳能电池电源装置，其特征在于，
该太阳能电池电源装置还具备电动自行车用的电池包的充电器，作为由所述电池组驱动的负载。
7.根据权利要求1至6的任一项所述的太阳能电池电源装置，其特征在于，
该太阳能电池电源装置还具备由所述电池组驱动的照明部件。
8.根据权利要求9所述的太阳能电池电源装置，其特征在于，
所述照明部件由发光二极管构成。
9.根据权利要求10所述的太阳能电池电源装置，其特征在于，
所述照明部件是路灯。
10.根据权利要求1至9的任一项所述的太阳能电池电源装置，其特征在于，
将向所述电池单元充电的充电电压设定为比从该电池单元的特性出发应判断为满充电的电压还低的电压。
11.根据权利要求1至10的任一项所述的太阳能电池电源装置，其特征在于，
所述电池单元为锂离子二次电池。
12.根据权利要求1至11的任一项所述的太阳能电池电源装置，其特征在于，
所述电池组的额定电压是所述太阳能电池面板在25℃时的最大输出动作电压的0.7～0.9倍。
13.根据权利要求1至12的任一项所述的太阳能电池电源装置，其特征在于，
将所述电池单元的可充电温度区域设定得不同于可放电温度区域，与该可充电区域相比，该可放电区域更向低温侧扩大。
14.一种使用了太阳能电池的二次电池的充电方法，该充电方法利用由具备多个太阳能电池单元的太阳能电池面板发电的电力，向串联或并联连接了多个可充电的电池单元的电池组提供充电电流来进行充电，所述使用了太阳能电池的二次电池的充电方法，包括：
设置若测量充电电压的同时，检测出所述电池组接近了满充电，则在规定的时刻阻断充电电流的充电暂停期间的步骤；
在该充电暂停期间，测量所述电池组的电池电压的步骤；和
在该电池电压成为作为规定电压值的再次开始电压值以上的情况下，判断出所述电池组已被满充电之后，阻断充电电流的步骤。
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