CN102918745A - 太阳能电池系统 - Google Patents

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栗原俊武
三野孝之
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种太阳能电池系统，能在不经由DC/DC转换器的情况下向二次电池供给太阳能电池的输出从而有效地对二次电池进行充电、且在不经由DC/DC转换器的情况下从二次电池向负载供给电力从而使负载稳定地动作。太阳能电池系统具备：二次电池(1)、对该二次电池(1)进行充电的太阳能电池(2)、从该太阳能电池(2)和二次电池(1)供给电力的负载(3)、和从商用电源(9)向该负载(3)供给电力的电源电路(4)，且太阳能电池(2)的输出电压在不被稳定化的情况下供给至二次电池(1)。太阳能电池系统具备：对二次电池(1)的剩余容量进行检测的控制电路(6)、和对从太阳能电池(2)向二次电池(1)的电力供给进行控制的太阳能电池充电开关(12)，控制电路(6)利用二次电池(1)的剩余容量将太阳能电池充电开关(12)切换为接通/断开，在二次电池(1)与负载(3)连接的状态下在对二次电池(1)进行充放电的同时从二次电池(1)向负载(3)供给电力。

Description

太阳能电池系统
技术领域
本发明涉及由太阳能电池对二次电池进行充电、并从太阳能电池和二次电池向负载的照明等供给电力的太阳能电池系统，尤其涉及适用于将太阳能电池的电力蓄积至二次电池中以向蔬菜种植工厂的照明等负载供给的太阳能电池系统。
背景技术
将太阳能电池的输出蓄积至二次电池中的太阳能电池系统已经被开发。(参照专利文献1)
该太阳能电池系统在太阳能电池与二次电池之间连接了DC/DC转换器。DC/DC转换器将太阳能电池的输出电压控制成恒定的电压之后输出。这样，利用由DC/DC转换器构成的稳定化电路使太阳能电池的输出稳定化成恒定的电压之后输出的系统，能够利用恒定的电压对二次电池进行充电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-282296号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，利用由DC/DC转换器构成的稳定化电路使太阳能电池的输出稳定化之后对二次电池进行充电的系统，不仅电路结构变得复杂导致部件成本变高，因由DC/DC转换器构成的稳定化电路的电力损耗，还存在这利用太阳能电池的输出无法有效地对二次电池进行充电的不足。尤其是，对于太阳能电池的输出大的装置而言，会产生由DC/DC转换器构成的稳定化电路的成本变得极高，并且电力损耗也变大的弊病。另外，使太阳能电池的输出电压稳定化的DC/DC转换器，需要在FET等开关元件中使用耐得住高电压的高耐压的开关元件，因而部件成本也变高。其原因在于，随着二次电池的充电的行进而充电电流变小，太阳能电池的输出电压会上升。
在不使太阳能电池的输出稳定化的情况下、即不使用由DC/DC转换器构成的稳定化电路的情况下，向二次电池直接地供给太阳能电池的输出，从而能够消除以上不足。该系统通过将太阳能电池经由二极管而与二次电池连接从而能够得以实现。利用太阳能电池对二次电池进行充电的系统，需要在二次电池被充满电的状态下停止二次电池的充电。其原因在于，二次电池由于过充电会变得显著劣化、且不能安全地使用。因此，例如在白天利用太阳能电池对二次电池进行充电、且二次电池被充满电时，需要将太阳能电池从二次电池分离以停止二次电池的充电。
但是，从二次电池被分离的太阳能电池，负载电流减少，导致输出电压变得相当高。因而，若采用将从二次电池被分离的太阳能电池的输出直接供给至负载的电路结构，则处于变高的电压被输入至负载的状态。因此，不连接由DC/DC转换器构成的稳定化电路的太阳能电池系统，无法将向负载供给的供给电压控制在一定范围内，故存在无法使负载稳定化之后进行动作的不足。
本发明是为了解决以上不足而开发的。本发明的重要目的在于提供一种太阳能电池系统，能够在不经由DC/DC转换器的情况下向二次电池供给太阳能电池的输出从而有效地对二次电池进行充电、且在不经由DC/DC转换器的情况下从二次电池向负载供给电力从而使负载稳定地进行动作。
而且，太阳能电池系统为了将向负载供给的供给电压控制在一定范围内，能够在负载的供给侧连接DC/DC转换器。因为该太阳能电池系统能够将变动的二次电池的输出或太阳能电池的输出稳定化在恒定的电压范围内之后向负载供给，所以能够使负载稳定地进行动作。
不过，在该DC/DC转换器中，在二次电池的充电被停止从而负载电流减少了的状态下，从太阳能电池输入变得相当高的电压。从太阳能电池输出的高电压被施加给DC/DC转换器的开关元件。因而，在DC/DC转换器中需要使用耐得住负载电流减少后的太阳能电池的输出电压这样的耐压、即高耐压的FET或晶体管等高价开关元件，从而部件成本变高。另外，高耐压的开关元件成为接通电阻大、使DC/DC转换器的电力效率降低的原因。因而，存在无法有效地向负载供给电力的不足。
本发明还是为了解决以上不足而开发的。本发明的另一重要目的在于提供一种太阳能电池系统，能够在与负载连接的DC/DC转换器中不使用高耐压的开关元件，而使部件成本变得廉价且在电力效率方面优良的DC/DC转换器，向负载有效地供给电力，而且在不经由DC/DC转换器的情况下由太阳能电池有效地对二次电池进行充电，且从二次电池向负载供给被控制在恒定的电压范围内的电力从而使负载稳定地动作。
用于解决技术问题所采用的技术方案以及发明效果
本发明的太阳能电池系统，具备：二次电池1、在不经由稳定化电路的情况下对该二次电池1进行充电的太阳能电池2、从该太阳能电池2和二次电池1供给电力的负载3、30、和从商用电源9向该负载3、30供给电力的电源电路4。太阳能电池系统使太阳能电池2的输出电压在不被稳定化成恒压的情况下供给至二次电池1。而且，太阳能电池系统具备：对二次电池1的剩余容量进行检测的控制电路6、和被该控制电路6控制以对从太阳能电池2向二次电池1的电力供给进行控制的太阳能电池充电开关12。控制电路6存储对二次电池1进行充电的最大容量、和被设定为比该最大容量小的容量的设定容量。控制电路6对由太阳能电池2充电的二次电池1被充电至最大容量的状态进行检测，从而将太阳能电池充电开关12切换为断开，以停止太阳能电池2对二次电池1的充电，对向负载3、30放电的二次电池1的剩余容量的设定容量进行检测并将太阳能电池充电开关12切换为接通，以切换为由太阳能电池2对二次电池1进行充电的状态。太阳能电池系统使控制电路6根据二次电池1的剩余容量将太阳能电池充电开关12切换为接通/断开，在二次电池1与负载3、30连接的状态下在对二次电池1进行充放电的同时从二次电池1向负载3、30供给电力。
以上的太阳能电池系统的特征在于，在不经由DC/DC转换器的情况下向二次电池供给太阳能电池的输出从而有效地对二次电池进行充电，同时在不经由DC/DC转换器的情况下从二次电池向负载供给电力从而使负载稳定地动作。其原因在于，以上的太阳能电池系统在不使太阳能电池的输出电压稳定化成恒压的情况下向二次电池供给从而对二次电池进行充电，并且由太阳能电池充电的二次电池被充电至最大容量的状态下，将控制从太阳能电池向二次电池的电力供给的太阳能电池充电开关切换为断开以停止太阳能电池对二次电池的充电，进而若二次电池的剩余容量被充电至设定容量则将太阳能电池充电开关切换为接通以利用太阳能电池对二次电池进行充电。该太阳能电池系统因为在不经由DC/DC转换器的情况下由太阳能电池对二次电池进行充电，所以利用太阳能电池能够有效地对二次电池进行充电。另外，该太阳能电池系统在二次电池的剩余容量变为最大容量时，将太阳能电池充电开关切换为断开从而切断太阳能电池的输出，因为不会从太阳能电池向负载供给电力而从二次电池向负载供给电力，所以变为高电压的电力不会从太阳能电池向负载供给，在负载中没有使用高耐压的元件，故能够使负载稳定地动作。这样，利用二次电池的剩余容量将太阳能电池充电开关切换为接通/断开，因为在二次电池与负载连接的状态下对二次电池进行充放电的同时从二次电池向负载供给电力，所以能够将从二次电池向负载供给的电力控制在恒定的电压范围内，从而使负载稳定地动作。
本发明的太阳能电池系统能够具备使二次电池1的电压稳定化之后向负载3、30供给的稳定化电路5，由稳定化电路5使二次电池1的输出稳定化之后向负载3、30供给。
以上的太阳能电池系统因为能够利用稳定化电路使从二次电池向负载的供给电压控制在一定范围内，所以能够使变动的二次电池的输出稳定化之后向负载供给，从而使负载稳定地动作。尤其是，该太阳能电池系统无需在与负载连接的稳定化电路(例如，DC/DC转换器)中使用高耐压的开关元件。因而，在DC/DC转换器的开关元件中能够使用耐压低的FET或晶体管等的廉价部件。另外，非高耐压的开关元件能够使接通电阻变小并实现DC/DC转换器的优良的电力效率，从而能够有效地向负载供给电力。另外，因为从太阳能电池不经由DC/DC转换器来向二次电池进行充电，所以能够有效地利用太阳能电池对二次电池进行充电。此外，因为利用DC/DC转换器使二次电池的输出电压稳定化成恒定的电压之后向负载供给，所以利用电压变化的二次电池也能实现使负载稳定地动作的特征。
本发明的太阳能电池系统能够使电源电路4经由电源二极管24而与负载3、30连接。
以上的太阳能电池系统即便在二次电池的电压处于下降的状态，也不会用开关等进行切换，而能够向负载连续地供给电力。为此，即便二次电池的电压下降，也不会引起瞬时停电等弊病，能够始终稳定地向负载供给电力。
本发明的太阳能电池系统能够使太阳能电池2经由充电二极管22而与二次电池1连接，且将二次电池1经由负载二极管23而与负载3、30连接，而且电源电路4的电源二极管24被连接在负载二极管23与负载3、30之间。
以上的太阳能电池系统能够在电源电路不对二次电池进行充电的情况下，由被太阳能电池充电的二次电池、和电源电路向负载稳定地供给电力。
本发明的太阳能电池系统能够使太阳能电池充电开关12被连接在太阳能电池(2)的负极侧的输出、或者正极侧的输出。
本发明的太阳能电池系统能够具备对电源电路4向负载3、30供给电力进行控制的电源开关14，该电源开关14被控制电路6控制。
以上的太阳能电池系统能够利用电源开关对从电源电路向负载的电力供给进行控制，以控制二次电池的放电状态。因而，能够将停止二次电池的放电的剩余容量控制在最佳值，在保护二次电池的同时进行放电，从而能够防止二次电池的劣化而延长寿命。
本发明的太阳能电池系统能够具备对从二次电池1向负载3、30的放电进行控制的放电开关13。
以上的太阳能电池系统能够利用放电开关对从二次电池向负载的电力供给进行控制，以对放电二次电池的状态进行控制。因而，能够将停止二次电池的放电的剩余容量控制在最佳值，在保护二次电池的同时进行放电，从而能够防止二次电池1的劣化而延长寿命。
本发明的太阳能电池系统能够使二次电池1为锂离子电池。
以上的太阳能电池系统因为能够使二次电池选择为相对于剩余容量而言电压变化大的锂离子电池，所以即便是二极管，也能够稳定地切换向负载的电力供给。其原因在于，若二次电池的电压下降，则可按下述方式进行切换：能够经由二极管从二次电池或电源电路向负载自动地供给电力。
附图说明
图1是本发明的一实施例涉及的太阳能电池系统的框图。
图2是表示被太阳能电池充电的二次电池的剩余容量的变化的图。
图3是本发明的其他实施例涉及的太阳能电池系统的框图。
图4是本发明的其他实施例涉及的太阳能电池系统的框图。
图5是本发明的其他实施例涉及的太阳能电池系统的框图。
图6是本发明的其他实施例涉及的太阳能电池系统的框图。
图7是本发明的其他实施例涉及的太阳能电池系统的框图。
图8是本发明的其他实施例涉及的太阳能电池系统的框图。
图9是本发明的一实施例涉及的太阳能电池系统向负载供给电力的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图来说明本发明的实施例。其中，以下所示的实施例只是对用于使本发明的技术思想具体化的太阳能电池系统进行例示，本发明并未将太阳能电池系统特定为以下内容。而且，为了更易理解权利要求书，本说明书将与实施例示出的部件对应的编号附注给“权利要求书”以及“用于解决技术问题所采用的技术方案一栏”所示的部件。其中，并非将权利要求书所示的部件特定为实施例的部件。
以下，详细叙述将太阳能电池系统使用于在被封闭的室内种植蔬菜的蔬菜种植工厂的照明中的具体例。其中，本发明的太阳能电池系统并非将用途特定为蔬菜种植工厂的照明，例如也能够使用于不间断电源装置、或者将白天利用太阳能电池对二次电池1进行充电而夜间供给电力、或在白天的峰值功率时利用太阳能电池进行充电的二次电池1的输出加以利用的装置等中。
图1所示的太阳能电池系统具备：二次电池1、在不经由稳定化电路的情况下对该二次电池1进行充电的太阳能电池2、从该太阳能电池2和二次电池1供给电力的负载3、和从商用电源9向该负载3供给电力的电源电路4。以上的太阳能电池系统在不利用稳定化电路使太阳能电池2的输出电压稳定化的情况下向二次电池1供给，从而利用太阳能电池2有效地对二次电池1进行充电。
而且，图1的太阳能电池系统具备：对被太阳能电池2充电的二次电池1的剩余容量进行检测的控制电路6、和被该控制电路6控制以对从太阳能电池2向二次电池1的电力供给进行控制的太阳能电池充电开关12。而且，还具备：被控制电路6控制为接通/断开，以对从二次电池1向负载3的放电、即从二次电池1向负载3的电力供给进行控制的放电开关13。
太阳能电池充电开关12串联连接充电二极管22，并经由这些串联电路将太阳能电池2与二次电池1相连接。太阳能电池充电开关12根据被控制电路6检测的二次电池1的剩余容量而被切换为接通/断开，从而对二次电池1的充电状态进行控制。
放电开关13串联连接负载二极管23，并经由这些串联电路将二次电池1与负载3相连接。而且，电源电路4经由电源二极管24而与负载3连接。负载3经由负载二极管23从二次电池1供给电力，并且经由电源二极管24从电源电路4供给电力。负载3在处于二次电池1的剩余容量大于外部电力供给容量的状态下，从二次电池1进行电力供给，在处于二次电池1的剩余容量小于外部电力供给容量时，从电源电路4进行电力供给。在从二次电池1供给电力的状态下，放电开关13被切换为接通(ON)，在停止从二次电池1的电力供给的状态下，放电开关13被切换为断开(OFF)。
二次电池1将多个电池单体10串联连接起来以提高输出电压。电池单体10为锂离子电池。锂离子电池相对于剩余容量的电压变动大，能根据电压正确地检测剩余容量。其中，二次电池可采用能充电的全部电池。例如，在二次电池中能够采用镍氢电池或镍镉电池等能充电的全部电池。将多个电池单体10串联连接起来的二次电池1的额定电压为48V(串联13个，3.7V/cell×13＝48.1V)。其中，本发明的太阳能电池系统并非特定二次电池的电压，二次电池的电压例如能够采用5V～100V。
图2用曲线A示出被太阳能电池2充电的二次电池1的剩余容量随着时间一起变化的状态。而且，该图用曲线B示出太阳能电池2的输出变化的状态，且用曲线C示出负载3消耗电力的状态。在该图中，将在蔬菜种植工厂中被使用的照明设为负载3，将负载3的消耗电力设为约700W，将太阳能电池2的额定输出设为2kW，将二次电池1的最大容量设为3.1kWh，并示出晴天时的太阳能电池2的输出。
控制电路6如图2所示那样，为了控制二次电池1的剩余容量，而存储了：对二次电池1进行充电的最大容量、设定为比该最大容量小的容量的设定容量、开始从电源电路4向负载3的电力供给的外部电力供给容量、停止从电源电路4向负载3的电力供给的外部电力停止容量、停止二次电池1的放电的最低容量、再次开始二次电池1的放电的放电开始容量。最大容量被设定为将二次电池1充满电的状态、即剩余容量为100％的状态，设定容量被设定为剩余容量为95％的状态。其中，最大容量未必被设定为剩余容量为100％的状态，例如能够设定为90％～100％。另外，设定容量能够设定得比最大容量小例如2％～50％、优选小3％～10％。若将设定容量设定得较小，则将太阳能电池充电开关12设为接通状态而一次放电的容量变大。不过，若将设定容量设定得较小，则在太阳能电池2的输出下降而无法利用太阳能电池2对二次电池1进行充电之后，能利用二次电池1向负载3供给电力的时间变短。相反，若将设定容量设定得较大，则一次放电的容量变小，故需要频繁地将太阳能电池充电开关12切换为接通/断开。并且，设定容量设定得比外部电力供给容量、外部电力停止容量、放电开始容量、最低容量还大。外部电力供给容量被设定为二次电池1被放电从而剩余容量下降的状态，例如剩余容量为20％的状态。其中，外部电力供给容量能够设定为10％～50％。另外，外部电力停止容量被设定为剩使余容量为40％的状态。其中，外部电力停止容量能够设定为20％～60％。而且，最低容量被设定为将二次电池1完全放电的状态、即剩余容量为0％的状态。其中，最低容量未必被设定为剩余容量为0％的状态，例如也能够设定为0％～10％。此外，放电开始容量能够设定得比最低容量大，例如被设定为30％。其中，放电开始容量能够设定为10％～50％。
而且，控制电路6具备对二次电池1的剩余容量进行检测的剩余容量检测电路16。剩余容量检测电路16利用二次电池1的电压对剩余容量进行检测，或者根据二次电池1的充放电电流的累计值对剩余容量进行检测，又或者利用根据电压所检测的剩余容量对由二次电池1的充放电电流的累计值所检测的剩余容量进行修正，由此检测剩余容量。根据二次电池1的电压对剩余容量进行检测的剩余容量检测电路16，将相对于电压的剩余容量以函数的形式进行存储，或者以查询表的形式进行存储，并将所检测的电压与函数或查询表进行比较来运算剩余容量。对充放电的电流进行累计来检测剩余容量的剩余容量检测电路16，将充电电流的累计值与剩余容量进行相加，从剩余容量之中减去放电电流的累计值，由此运算剩余容量。
以上的控制电路6利用剩余容量对二次电池1的充电状态进行检测。不过，控制电路也能够利用电池电压对二次电池的充电状态进行检测。根据电池电压来检测二次电池的充电状态的方法的特征在于，能够简化电路结构。尤其是，电池单体为锂离子电池的二次电池具有如下特征：因为能够根据电池电压正确地确定剩余容量，所以能够利用所检测的电池电压来检测二次电池的充电状态。
控制电路6利用二次电池1的剩余容量将太阳能电池充电开关12控制为接通/断开。太阳能电池充电开关12被控制为接通状态从而利用太阳能电池2对二次电池1进行充电，被切换为断开状态从而停止太阳能电池2对二次电池1的充电。控制电路6在将太阳能电池充电开关12设为接通的状态下，对被太阳能电池2充电的二次电池1的剩余容量进行检测，若所检测的剩余容量成为最大容量，则将太阳能电池充电开关12从接通切换为断开，停止太阳能电池2对二次电池1的充电。没有被太阳能电池2充电的二次电池1，向负载3供给电力从而剩余容量下降。若二次电池1的剩余容量低于设定容量，则控制电路6将太阳能电池充电开关12从断开切换为接通，从而处于再次对二次电池1进行充电的状态。
在太阳能电池2的发电电力大于负载3的消耗电力的发电状态下、即太阳能电池2的输出向负载3供给电力的同时对二次电池1进行充电的状态下，如图2的曲线A所示那样，太阳能电池充电开关12被切换为接通/断开，二次电池1使剩余容量在最大容量与设定容量之间上下地变动的同时被充放电。若二次电池1的剩余容量变为最大容量，则太阳能电池充电开关12被切换为断开从而剩余容量逐渐减少，若放电至设定容量则太阳能电池充电开关12被切换为接通从而剩余容量逐渐增加。
电源电路4是内置了稳定化电路的开关电源，该稳定化电路具有将输出电压控制在恒定的电压的恒压特性。开关电源将被输入的交流变换成直流，利用DC/DC转换器将该直流变换为恒定的电压之后输出。内置恒压特性的稳定化电路的电源电路4，将输出电压设定为二次电池1的额定电压的48V。内置稳定化电路的电源电路4能够取代二次电池1而向负载3输出恒定的电压。其中，电源电路未必需要内置稳定化电路。
电源电路4具备控制向负载3的电力供给的电源开关14。电源开关14被设置在开关电源的输入侧、即输入商用电源9的输入侧。设置于输入侧的电源开关14在接通状态下，将开关电源设为动作状态来向负载3供给电力。若电源开关14变为断开状态，则开关电源变为不动作，电源电路4不会向负载3供给电力。基于该电路结构，能够将电源开关14处于断开状态下的开关电源的电力消耗设为0。其中，电源开关14也能设置于开关电源的输出侧。
控制电路6利用二次电池1的剩余容量将电源开关14控制为接通/断开。电源开关14被控制为接通状态从而从电源电路4向负载3供给电力，被切换为断开从而停止从电源电路4的电力供给。控制电路6在从二次电池1向负载3供给电力的状态下，对二次电池1的剩余容量进行检测，若所检测的剩余容量下降至外部供给容量，则将电源开关14切换为接通，从而从电源电路4向负载3供给电力。在从电源电路4向负载3供给电力的状态下，二次电池1被太阳能电池2充电从而剩余容量增加。若二次电池1的剩余容量变得高于外部电力停止容量，则控制电路6将电源开关14从接通切换为断开，从而停止从电源电路4向负载3的电力供给。
而且，若二次电池1的剩余容量下降至最低容量，则控制电路6将放电开关13切换为断开，从而停止从二次电池1的放电。在将放电开关设为断开的状态下，负载3从电源电路4供给电力。放电被停止的二次电池1被太阳能电池2充电从而剩余容量增加。若二次电池1被充电至放电再次开始容量，则控制电路6将放电开关14从断开切换为接通，从而再次开始从二次电池1的放电。
若二次电池1的剩余容量成为最大容量，则以上的太阳能电池系统将太阳能电池充电开关12切换为断开，从而将太阳能电池2从二次电池1分离，而从二次电池1向负载3供给电力。即、在二次电池1的剩余容量成为最大容量从而停止从太阳能电池2的充电的状态下，由太阳能电池充电开关12切断太阳能电池2的输出，不会从太阳能电池2向负载3供给电力，而从二次电池2向负载3供给电力。因而，负载电流减少成为高电压的太阳能电池2的输出没有被供给至负载3，在负载3中不用使用高耐压的FET或晶体管等高价开关元件就能稳定地动作。而且，若二次电池1的剩余容量下降至设定容量，则该太阳能电池系统将太阳能电池充电开关12切换为接通从而从太阳能电池2向负载3供给电力，另外在太阳能电池2的发电电力小于负载3的消耗电力的发电状态下，从二次电池1向负载3供给电力，若二次电池1的剩余容量下降至外部电力供给容量，则将电源开关14切换为接通从而从电源电路4向负载3供给电力。负载3的额定的输入电压约48V，由于负载3的特性，即便向负载3供给的电压比额定的输入电压的值稍大或者稍小(例如，约40V～约60V)也能够动作。因此，该太阳能电池系统通过将电源开关14切换为接通的外部电力供给容量设定得比利用来自二次电池1的供给电压能使负载3稳定地动作的最低的容量还大，则在负载3的输入侧不用连接DC/DC转换器等稳定化电路，就能够利用二次电池1的输出使负载3稳定地动作。
虽然图1的太阳能电池系统在不使二次电池1的输出稳定化的情况下向负载3供给，但是本发明的太阳能电池系统也能够如图3至图8所示那样利用稳定化电路5使二次电池1的输出稳定化之后向负载3供给。该太阳能电池系统能够利用稳定化电路5将从二次电池1向负载3的供给电压控制在一定范围内，所以能够使变动的二次电池1的输出稳定化之后向负载3供给，从而能够使负载3稳定地动作。
此外，在图3至图8所示的太阳能电池系统中，关于与前述的图1所示的太阳能电池系统相同的构成要素赋予相同符号，并省略其详细说明。
稳定化电路5是将随着剩余容量而变动的二次电池1的电压稳定化为恒定的电压之后向负载3供给的DC/DC转换器。图3的太阳能电池系统经由放电开关13、稳定化电路5和负载二极管23的串联电路，将二次电池1与负载3相连接。该串联电路优选在稳定化电路5的输入侧连接放电开关13。其原因在于，在放电开关13断开状态下，处于使稳定化电路5不动作的状态，从而二次电池1的无端的电力消耗为0。负载二极管23既能连接在放电开关13与稳定化电路5之间，也能连接在放电开关13与二次电池1之间。
图3的太阳能电池系统在稳定化电路5的输出侧连接电源电路4的输出侧。在此，连接稳定化电路5的太阳能电池系统能够切换稳定化电路5的动作状态，从而对从二次电池1向负载3的电力供给进行控制。因此，在此，连接由DC/DC转换器构成的稳定化电路5的太阳能电池系统，能够将DC/DC转换器并用为放电开关。将DC/DC转换器并用为放电开关的太阳能电池系统，利用控制电路对DC/DC转换器的开关元件进行控制，从而对从二次电池向负载的电力供给进行控制。其原因在于，通过将DC/DC转换器的开关元件保持在断开状态，从而DC/DC转换器处于非动作状态，能停止从二次电池向负载的电力供给，以规定的周期将开关元件切换为接通/断开，从而能够从二次电池向负载供给电力。
DC/DC转换器中与变压器的初级侧串联连接了开关元件。以一定的周期将该开关元件切换为接通/断开，从而在变压器的次级侧输出交流。向变压器的次级侧输出的交流被整流电路整流而变换为直流之后输出。该电路结构的DC/DC转换器对将开关元件切换为接通的占空比进行控制，在将输出电压稳定化为恒定的电压之后输出。若开关元件被保持在断开状态，则不向变压器的初级侧输入电力，在变压器的次级侧没有交流输出，从而输出变为0V。即、DC/DC转换器处于非动作状态，二次电池的电力没有被供给至负载。若以一定的周期将开关元件切换为接通/断开，则在变压器的次级侧输出的交流被变换为直流并控制为恒定的电压之后输出。
虽然图3的太阳能电池系统在稳定化电路5的输出侧连接了电源电路4的输出侧，但是太阳能电池系统也能够如图4所示那样在较之二次电池1和电源电路4的输出侧的连接点18更靠近负载3侧连接稳定化电路5。在负载3侧连接稳定化电路5的太阳能电池系统，能够利用稳定化电路5使二次电池1的输出电压和电源电路4的输出电压双方稳定化之后向负载3供给。而且，太阳能电池系统也能够如图5所示那样将稳定化电路5内置于负载30的内部。
图1、以及图3至图5所示的太阳能电池系统没有利用电源电路4对二次电池1进行充电。图6所示的太阳能电池系统利用电源电路4对二次电池1进行充电。该太阳能电池系统将电源电路4的输出侧经由电源二极管24而与二次电池1连接。对二次电池1进行充电的电源电路4是内置恒压·恒流电路的开关电源。开关电源具有将输出电压稳定化为对二次电池1进行充电的电压的恒压特性、和将输出电流限制为恒定的电流的恒流特性。开关元件的输出电压设定为二次电池1的额定电压的48V，输出电流设定为能对二次电池1进行充电的最大电流。该太阳能电池系统利用深夜电力进行充电。利用深夜电力对二次电池1进行充电的太阳能电池系统，能够在有效地利用廉价的深夜电力的同时对二次电池1进行充电。这样，利用电源电路4对二次电池1进行充电的太阳能电池系统，优选基于次日的天气或日照状态的预测对二次电池1进行充电。例如，在预测次日的天气良好、且预计基于太阳能电池2的发电充足的情况下，不用利用电源电路4对二次电池1进行充电，从而有效地利用基于太阳能的发电电力。相反，在预测次日的天气差、且预计基于太阳能电池2的发电不充足的情况下，通过利用深夜电力以电源电路4对二次电池1进行充电，从而能够节省电费。
而且，能利用电源电路4对二次电池1进行充电的太阳能电池系统，也能够利用来自电源电路4的电力对剩余容量已下降至最低容量以下的二次电池1进行强制性充电。由于剩余容量下降至最低容量的二次电池1处于过放电状态，因而并不希望长时间保持在该状态。因此，该太阳能电池系统通过利用电源电路4对处于过放电状态的二次电池1进行强制性充电，从而能够有效地防止二次电池的劣化。
而且，图7所示的太阳能电池系统示出将图3所示的太阳能电池系统中的太阳能电池充电开关12、放电开关13以及电源开关14分别与负极侧的输出连接的例子。即、图7的太阳能电池系统将太阳能电池充电开关12与太阳能电池2的负极侧输出进行连接，并且将放电开关13连接在二次电池1的负极侧的输出与负载3之间，进而将电源开关14与电源电路4的负极侧输出连接。图7的太阳能电池系统将太阳能电池2的正极侧的输出经由充电二极管22而与二次电池1的正极侧输出连接，并且将二次电池1的正极侧输出经由稳定化电路5和负载二极管23的串联电路而与负载3连接，进而将电源电路4的正极侧的输出经由电源二极管24而与负载3连接。该太阳能电池系统利用控制电路6将太阳能电池充电开关12、放电开关13和电源开关14控制为接通/断开，以控制二次电池1的充电状态和向负载3的通电状态。
而且，图8所示的太阳能电池系统示出将图6所示的太阳能电池系统中的太阳能电池充电开关12、放电开关13以及电源开关14分别与负极侧输出连接的例子。即、图8的太阳能电池系统将太阳能电池充电开关12与太阳能电池2的负极侧输出连接，并且将放电开关13连接在二次电池1的负极侧输出与负载3之间，进而将电源开关14与电源电路4的负极侧的输出连接。而且，图中的太阳能电池系统将太阳能电池2的正极侧输出经由充电二极管22而与二次电池1的正极侧输出连接，并且将二次电池1的正极侧的输出经由稳定化电路5和负载二极管23的串联电路而与负载3连接。而且，该太阳能电池系统为了利用电源电路4对二次电池1进行充电，而将电源电路4的正极侧的输出经由电源二极管24而与二次电池1的正极侧连接，并且将二次电池1的负极侧的输出经由电源充电开关17而与电源电路4的负极侧连接。该太阳能电池系统利用控制电路6将太阳能电池充电开关12、放电开关13、电源开关14和电源充电开关17控制为接通/断开，以控制二次电池1的充电状态和向负载3的通电状态。
如图7和图8所示，将太阳能电池充电开关12、放电开关13、电源开关14以及电源充电开关17连接于负极侧输出的太阳能电池系统的特征在于，使这些开关为FET等开关元件，从而能够简化其控制。
而且，虽然图7和图8所示的太阳能电池系统将二次电池1的正极侧的输出经由稳定化电路5而与负载3连接，但是也能够省略该稳定化电路，或者也能够内置于负载中。
以上的太阳能电池系统如图2所示，根据太阳能电池2的发电量，由控制电路6如下那样控制二次电池1的充放电状态以及向负载3、30的电力供给状态。
[太阳能电池2的发电量小于负载3的消耗电力的状态]
在向负载3、30供给电力的时刻，控制电路6将放电开关13切换为接通，从二次电池1向负载3、30供给电力。太阳能电池充电开关12被保持在接通状态，由太阳能电池2发出的电力被供给至二次电池1。此时，由于日照不足等而导致太阳能电池2的发电量小于负载3、30的消耗电力，所以能够从二次电池1向负载3、30供给不足的电力。若二次电池1被放电、且剩余容量下降至外部电力供给容量，则控制电路6将电源开关14切换为接通，开始从电源电路4向负载3、30的电力供给。然后，二次电池1以太阳能电池2的发电电力进行充电，若剩余容量变高至外部电力停止容量，则控制电路6将电源开关14切换为断开，停止从电源电路4向负载3、30的电力供给。在反复以上状态的同时从太阳能电池2、二次电池1和电源电路4向负载3、30供给电力。
[太阳能电池2的发电量大于负载3、30的消耗电力的状态]
在从二次电池1向负载3、30供给电力的状态下，由太阳能电池2发出的电力被供给至二次电池1。此时，因为太阳能电池2的发电量大于负载3、30的消耗电力，所以太阳能电池2的发电电力被供给至负载3、30，并且剩余的电力被供给至二次电池1，从而对二次电池1进行充电。若二次电池1被充电、且剩余容量变高至最大容量，则控制电路6将太阳能电池充电开关12切换为断开，停止从太阳能电池2的电力供给。在该状态下，从二次电池1向负载3、30供给电力。若二次电池1被放电、且剩余容量下降至设定容量，则控制电路6将太阳能电池充电开关12切换为接通，向负载3、30供给太阳能电池2的发电电力，同时利用剩余的电力对二次电池2进行充电。在反复以上状态的同时，从太阳能电池2和二次电池1向负载3、30供给电力。
以上的太阳能电池系统进行以下动作来向负载3、30供给电力。
[n＝1的步骤]
在向负载3、30供给电力的时刻，控制电路6将放电开关13切换为接通，从二次电池1向负载3、30供给电力。此时，太阳能电池充电开关12保持为接通，电源开关14保持为断开。
[n＝2的步骤]
控制电路6对二次电池1的剩余容量进行检测。
[n＝3、4的步骤]
将所检测到的剩余容量与外部电力供给容量进行比较。若剩余容量大于外部电力供给容量，则进入n＝5的步骤。若剩余容量在外部电力供给容量以下，则控制电路6将电源开关14切换为接通，在开始了从电源电路4向负载3、30的电力供给之后，进入n＝5的步骤。
[n＝5、6的步骤]
将所检测到的剩余容量与外部电力停止容量进行比较。若剩余容量小于外部电力停止容量，则进入n＝7的步骤。若剩余容量在外部电力停止容量以上，则控制电路6将电源开关14切换为断开，在停止了从电源电路4向负载3、30的电力供给之后，进入n＝7的步骤。
[n＝7至11的步骤]
将所检测到的剩余容量与最大容量进行比较。若剩余容量小于最大容量，则进入n＝12的步骤。若剩余容量在最大容量以上，则控制电路6将太阳能电池充电开关12切换为断开，停止从太阳能电池2的电力供给。然后，直到二次电池1的剩余容量下降至设定容量为止，循环n＝8至10的步骤。若二次电池1的剩余容量下降至设定容量，则将太阳能电池充电开关12切换为接通，返回n＝2的步骤。
[n＝12至16的步骤]
将所检测到的剩余容量与最低容量进行比较。若剩余容量大于最低容量，则返回n＝2的步骤。若剩余容量在最低容量以下，则控制电路6将放电开关13切换为断开，停止从二次电池1的放电。然后，在直到二次电池1的剩余容量达到放电开始容量为止，循环n＝13至15的步骤。若二次电池1的剩余容量变高至放电开始容量，则将放电开关13切换为接通，返回n＝2的步骤。
符号说明：
1...二次电池
2...太阳能电池
3...负载
4...电源电路
5...稳定化电路
6...控制电路
9...商用电源
10...电池单体
12...太阳能电池充电开关
13...放电开关
14...电源开关
16...剩余容量检测电路
17...电源充电开关
18...连接点
22...充电二极管
23...负载二极管
24...电源二极管
30...负载

Claims (8)

1.一种太阳能电池系统，具备：二次电池(1)、在不经由稳定化电路的情况下对该二次电池(1)进行充电的太阳能电池(2)、从该太阳能电池(2)和所述二次电池(1)被供给电力的负载(3；30)、和从商用电源(9)向该负载(3；30)供给电力的电源电路(4)，所述太阳能电池(2)的输出电压在没有被稳定至恒压的情况下供给至二次电池(1)，
所述太阳能电池系统具备：对所述二次电池(1)的剩余容量进行检测的控制电路(6)、和被该控制电路(6)控制从而对从所述太阳能电池(2)向二次电池(1)的电力供给进行控制的太阳能电池充电开关(12)，
所述控制电路(6)存储对二次电池(1)进行充电的最大容量、和设定为比该最大容量要小的容量的设定容量，
所述控制电路(6)对由所述太阳能电池(2)充电的二次电池(1)被充电至最大容量的状态进行检测，从而将所述太阳能电池充电开关(12)切换为断开，以停止太阳能电池(2)对二次电池(1)的充电，
所述控制电路(6)对向负载(3；30)放电的二次电池(1)的剩余容量的设定容量进行检测，从而将太阳能电池充电开关(12)切换为接通，以切换至由太阳能电池(2)对二次电池(1)进行充电的状态，
所述控制电路(6)根据所述二次电池(1)的剩余容量将所述太阳能电池充电开关(12)切换为接通/断开，在将二次电池(1)与负载(3；30)连接的状态下对二次电池(1)进行充放电的同时从二次电池(1)向负载(3；30)供给电力。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池系统，其中，
所述太阳能电池系统具备使所述二次电池(1)的电压稳定化之后向负载(3；30)供给的稳定化电路(5)，
由稳定化电路(5)使所述二次电池(1)的输出稳定化之后向负载(3；30)供给。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池系统，其中，
所述电源电路(4)经由电源二极管(24)而与负载(3；30)连接。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池系统，其中，
所述太阳能电池(2)经由充电二极管(22)而与二次电池(1)连接，且二次电池(1)经由负载二极管(23)而与负载(3；30)连接，而且所述电源电路(4)的电源二极管(24)被连接在负载二极管(23)与负载(3；30)之间。
5.根据权利要求1至4任一项所述的太阳能电池系统，其中，
所述太阳能电池充电开关(12)被连接在太阳能电池(2)的负极侧的输出或者正极侧的输出。
6.根据权利要求1至5任一项所述的太阳能电池系统，其中，
所述太阳能电池系统具备对所述电源电路(4)向负载(3；30)供给电力进行控制的电源开关(14)，
该电源开关(14)由所述控制电路(6)进行控制。
7.根据权利要求1至6任一项所述的太阳能电池系统，其中，
所述太阳能电池系统具备对从所述二次电池(1)向负载(3；30)的放电进行控制的放电开关(13)。
8.根据权利要求1至7任一项所述的太阳能电池系统，其中，
所述二次电池(1)为锂离子电池。
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