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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stromquellenvorrichtung und
ein Ladungssteuerverfahren, das in der Stromquellenvorrichtung zu
verwenden ist, und betrifft, genauer ausgedrückt, die Stromquellenvorrichtung,
in der durch eine Solarzelle erzeugte Energie zeitweilig in einem
elektrischen Doppelschichtkondensator gespeichert wird, und die
ein Sekundärelement
aufweist, das basierend auf dem in dem elektrischen Doppelschichtkondensator
gespeicherten elektrischen Strom geladen wird, und zur Verwendung
zum Beispiel sogar an einem Ort geeignet ist, wo keine Energieinfrastruktur
bereitgestellt ist, sowie das Ladungssteuerverfahren, das in der
oben genannten Stromquellenvorrichtung zu verwenden ist.
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität der Japanischen Patentanmeldung
Nr. 2004-145705, die am 14. Mai 2004 eingereicht wurde, welche hiermit
durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Eine
Stromquellenvorrichtung mit einer durch eine Solarzelle zu ladenden
Sekundärzelle,
die Sonnenlichtenergie in Elektrizität umwandelt, wird als eine
Stromquelle für
elektronische Einrichtungen oder dergleichen an einem Ort verwendet,
wo keine Ener gieinfrastruktur bereitgestellt ist. Die konventionelle
Stromquellenvorrichtung birgt jedoch ein Problem darin, dass durch
die Solarzelle zu erzeugender Strom aufgrund von Änderungen
in der umliegenden Umgebung wie zum Beispiel Variationen in der
Intensität
von Sonnenlicht (Sonnenbestrahlung) und in der Umgebungstemperatur
nicht stabil ist. Zum Lösen dieser
Probleme wird eine wie oben beschriebene Stromquellenvorrichtung
zum Verbessern solcher Probleme vorgeschlagen.
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Eine
solcher konventionellen Stromquellenvorrichtungen ist zum Beispiel
in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2002-238182
(siehe Seite 1, 1 innerhalb
desselben Patentdokuments) offenbart, in der eine Solarzelle und
ein elektrischer Doppelschichtkondensator parallel geschaltet sind,
und ein Diodenarray zum Erzeugen einer Bezugsspannung zum Bestimmen
eines Arbeitspunkts der Solarzelle sehr nahe zu der Solarzelle angeordnet
ist, und infolgedessen das Diodenarray und die Solarzelle wärmegekoppelt
werden, was den Bezugsspannungswert mit einer Temperaturcharakteristik
der Solarzelle übereinstimmen
lässt.
Infolgedessen wird der Arbeitspunkt der Solarzelle ein am besten
geeigneter Arbeitspunkt, an dem maximale Effizienz erhalten werden
kann, und während
der Arbeitspunkt sequentiell so korrigiert wird, um auf eine Änderung
in dem am besten geeigneten Arbeitspunkt zu reagieren, die durch
eine Änderung
der Temperatur der Solarzelle verursacht wird, wird eine Batterie durch
eine Schalteinrichtung und einen Konstantstrom-Gleichstromumrichter
aufgeladen.
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Die
oben beschriebene konventionelle Stromquellenvorrichtung birgt jedoch
die folgenden Probleme. Das heißt,
zum Beispiel, wenn in der oben beschriebenen konventionellen Stromquellenvorrichtung
die Solarzelle an einer Stelle weit von der Stromquellenvorrichtung
entfernt angeordnet ist, da eine Schaltung zum Erzeugen der Bezugsspannung
von der Stromquellenvorrichtung getrennt ist, eine elektrische Verdrahtung
zwischen der Schaltung zum Erzeugen der Bezugsspannung und der Stromquellenvorrichtung
lang gestaltet wird, und infolgedessen elektrisches Rauschen und
ein durch Verdrahtungswiderstand erzeugter Spannungsabfall auftreten, welche
eine Verschlechterung der Genauigkeit der Bezugsspannung hervorrufen
und verursachen, dass der Arbeitspunkt der Solarzelle nicht auf
einem optimalen Wert sein wird. Ein anderes Prob lem besteht darin,
dass, wenn die Batterie, die einen einteiligen Aufbau aufweist,
so dass die Solarzelle und die Stromquellenvorrichtung miteinander
integriert sind, draußen
angeordnet wird, eine Temperatur der Batterie ihre Obergrenze in
einem Verwendungstemperaturbereich übersteigt, zum Beispiel in
einer Umgebung mit hoher Temperatur in einem Zustand Mitte des Sommers
ohne Wind, und infolgedessen eine Gefahr besteht, dass die Batterie
Wärme erzeugt oder
zusammenbricht. Darüber
hinaus besteht im Fall von Konstantstromladung in einer Umgebung niedriger
Temperatur die Möglichkeit,
dass die Ladungseffizienz aufgrund eines Anstiegs in Innenimpedanz
der Batterie selbst sinkt. Darüber
hinaus besteht die Möglichkeit,
selbst wenn nur die Batterie drinnen in mäßigen Temperaturumgebungen
angeordnet wird, dass ein Abfall in der Effizienz beim Konstantstromladen
aufgrund eines Anstiegs des Widerstands von Verdrahtungen zum Anschließen der
Batterie an die Stromquellenvorrichtung auftritt.
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Es
besteht noch ein weiteres Problem darin, dass, wenn durch die Solarzelle
erzeugter elektrischer Strom in einem solchen Zustand niedrig ist,
in dem die Intensität
von Sonnenlicht am Morgen oder am Abend, an einem wolkigen Tag oder
dergleichen niedrig ist, eine lange Zeit zum Erhöhen der Ladespannung auf den
am meisten geeigneten Arbeitspunkt aufgrund von Kriechstrom in dem
elektrischen Doppelschichtkondensator oder aufgrund von Strom benötigt wird,
der in einem statischen Zustand in inneren Schaltungen der Stromquellenvorrichtung
verbraucht wird, und eine Periode, die zum Bringen der Schalteinrichtung
in einen EINGESCHALTETEN Zustand benötigt wird, lang gestaltet wird,
was eine Verschlechterung der Ladeeffizienz verursacht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts
des Obigen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der
Schaffung einer Stromquellenvorrichtung, die ein Sekundärelement
in einer stabilen Weise sogar in einem Zustand aufladen kann, in
dem durch die Solarzelle erzeugter Strom aufgrund von Änderungen
in der Intensität
von Sonnenlicht (Sonnenbestrahlung) und/oder Umgebungstemperatur
variiert, und die ferner ein Sekundärelement hocheffizient laden kann,
ohne durch Impedanz des Sekundärelements
und der Verdrahtungen beeinträchtigt
zu werden.
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Einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge, wird eine Stromquellenvorrichtung
geschaffen, umfassend:
mindestens eine Solarzelle;
einen
Stromspeicherabschnitt, der durch elektromotorische Kraft zu laden
ist, die durch die Solarzelle erzeugt wird, und zum Speichern von
Elektrizität;
ein
Sekundärelement,
das durch die in dem Stromspeicherabschnitt gespeicherte Elektrizität zu laden ist;
einen
Spannungsdetektionsabschnitt zum Detektieren der Spannung des Stromspeicherabschnitts
und, wenn die Spannung des Stromspeicherabschnitts eine Schwellenspannung
eines hohen Pegels übersteigt,
ein Ladungssteuersignal hält,
das zum Laden des Sekundärelements
in einer aktiven Betriebsart verwendet wird, und Ladungsstartoperationen
ausführt,
und anschließend,
wenn die Spannung des Stromspeicherabschnitts eine Schwellenspannung eines
niedrigen Pegels erreicht, das Ladungssteuersignal in einer inaktiven
Betriebsart hält
und eine Ladungsanhalteoperation ausführt; und
einen Ladungssteuerabschnitt
zum Laden des Sekundärelements,
wenn das Ladungssteuersignal in der aktiven Betriebsart ist, basierend
auf der in dem Stromspeicherabschnitt gespeicherten Elektrizität.
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Im
Vorhergehenden ist eine bevorzugte Betriebsart eine solche, in der
der Spannungsdetektionsabschnitt umfasst:
einen ersten Komparator
zum Vergleichen der Spannung des Stromspeicherabschnitts mit der
Schwellenspannung des hohen Pegels und zum Ausgaben eines ersten
Vergleichsergebnisses;
einen zweiten Komparator zum Vergleichen
der Spannung des Stromspeicherabschnitts mit der Schwellenspannung
des niedrigen Pegels und zum Ausgeben eines zweiten Vergleichsergebnisses;
und
eine Halteschaltung zum Halten des Ladungssteuersignals
in der aktiven Betriebsart oder in der inaktiven Betriebsart gemäß dem ersten
Vergleichsergebnis oder dem zweiten Vergleichsergebnis.
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Ferner
ist eine bevorzugte Betriebsart eine solche, bei der der Ladungssteuerabschnitt
umfasst:
eine Schalteinheit, die EINZUSCHALTEN ist, wenn das
Ladungssteuersignal in der aktiven Betriebsart ist und zum Laden
des Sekundärelements
basierend auf der in dem Stromspeicherabschnitt gespeicherten Elektrizität;
eine
Konstantstrom-Ladungssteuereinheit zum Laden des Sekundärelements
bei einem spezifizierten Konstantstrom, wenn die Spannung des Sekundärelements
niedriger als eine spezifizierte Schwellenspannung ist; und
eine
Konstantspannungs-Ladungssteuereinheit zum Laden des Sekundärelements
bei einer spezifizierten Konstantspannung, wenn die Spannung des
Sekundärelements
die spezifizierte Schwellenspannung übersteigt.
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Ferner
ist eine bevorzugte Betriebsart eine solche, bei der der Stromspeicherabschnitt
umfasst:
einen elektrischen Doppelschichtkondensator;
wobei
die Innenimpedanz des elektrischen Doppelschichtkondensators so
eingestellt ist, dass sie niedriger als die der Solarzelle ist.
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Weiter
ist eine bevorzugte Betriebsart eine solche, die weiter umfasst:
einen
Hilfsstromspeicherabschnitt; und
einen Hilfsspannungsdetektionsabschnitt
zum Laden des Hilfsstromspeicherabschnitts durch die elektromotorische
Kraft der Solarzelle, wenn das Ladungssteuersignal in der aktiven
Betriebsart ist, und, wenn die Spannung des Hilfsstromspeicherabschnitts
die Schwellenspannung des hohen Pegels übersteigt, die Spannung des
Hilfsstromspeicherabschnitts anstelle der Spannung des Stromspeicherabschnitts
an den Spannungsdetektionsabschnitt anlegt, damit der Spannungsdetektionsabschnitt
zum Detektieren der Spannung gebracht wird.
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Eine
zusätzliche
zu bevorzugende Betriebsart ist eine solche, in der der Hilfsstromspeicherabschnitt
umfasst:
einen elektrischen Doppelschichtkondensator,
wobei
die Innenimpedanz des elektrischen Doppelschichtkondensators niedriger
als die der Solarzelle eingestellt wird.
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Einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge, wird ein Ladungssteuerverfahren geschaffen,
das in einer Stromquelleneinrichtung zu verwenden ist, die mindestens
eine Solarzelle, einen Stromspeicherabschnitt, der durch von der
Solarzelle zu erzeugende elektromotorische Kraft zu laden ist und
zum Speichern von Elektrizität,
und ein Sekundärelement
umfasst, das durch die in dem Stromspeicherabschnitt gespeicherte
Elektrizität
zu laden ist, wobei das Steuerverfahren umfasst:
Detektieren
der Spannung des Stromspeicherabschnitts, Halten eines Ladungssteuersignals,
das zum Laden des zweiten Sekundärelements
in einer aktiven Betriebsart verwendet wird und eine Ladungsstartoperation
ausführt,
wenn die Spannung des Stromspeicherabschnitts eine Schwellenspannung
eines hohen Pegels übersteigt,
und danach Halten des Ladungssteuersignals in einer inaktiven Betriebsart
und Ausführen
einer Ladungsanhalteoperation, wenn die Spannung des Stromspeicherabschnitts
eine Schwellenspannung eines niedrigen Pegels erreicht, und
Laden
des Sekundärelements
basierend auf der in dem Stromspeicherabschnitt gespeicherten Elektrizität, wenn
das Ladungssteuersignal in der aktiven Betriebsart ist.
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Einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge, wird eine Stromquellenvorrichtung
geschaffen, umfassend:
mindestens eine Solarzelle;
einen
Stromspeicherabschnitt, der durch von der Solarzelle erzeugte elektromotorische
Kraft zu laden ist und zum Speichern von Elektrizität;
ein
Sekundärelement,
das durch die in dem Stromspeicherabschnitt gespeicherte Elektrizität zu laden ist;
einen
Ladungsein/ausschalt-Steuerabschnitt zum Detektieren der Spannung
des Stromspeicherabschnitts, der, wenn die Spannung des Stromspeicherabschnitts
eine Schwellenspannung eines hohen Pegel übersteigt, ein zum Laden des
Sekundärelements
verwendetes Ladungssteuersignal von einer aktiven Betriebsart in
eine inaktive Betriebsart ändert
und hält,
und eine Ladungsstartoperation ausführt, und danach, wenn die Spannung
des Stromspeicherabschnitts eine Schwellenspannung eines niedrigen
Pegels erreicht, das Ladungssteuersignal aus der aktiven Betriebsart
in die inaktive Betriebsart ändert
und hält
und eine Ladungsanhalteoperation ausführt; und
einen Ladungssteuerabschnitt
zum Laden des Sekundärelements,
wenn das Ladungssteuersignal in der aktiven Betriebsart ist, basierend
auf der in dem Stromspeicherabschnitt gespeicherten Elektrizität.
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Mit
den oben aufgeführten
Konfigurationen detektiert der Spannungsdetektionsabschnitt die
in dem Stromspeicherabschnitt gespeicherte Spannung und hält, wenn
die Spannung die Schwellenspannung des hohen Pegels übersteigt,
das zum Laden des Sekundärelements
verwendete Ladungssteuersignal in der aktiven Betriebsart und führt die Ladungsstartoperation
durch. Wenn danach die Spannung des Stromspeicherabschnitts die
Schwellenspannung des niedrigen Pegels wird, hält der Spannungsdetektionsabschnittdas
Ladungssteuersignal in der inaktiven Betriebsart und führt die
Ladungsanhalteoperation durch. Wenn das Ladungssteuersignal in der
aktiven Betriebsart ist, lädt
der Stromspeicherabschnitt das Sekundärelement basierend auf dem
in dem Stromspeicherabschnitt gespeicherten Strom. Sogar in einer
Umgebung, in der der durch die Solarzelle erzeugte Strom aufgrund
von Änderungen
in Sonnenlichtintensität
und/oder in der Umgebungstemperatur variiert, kann daher das Sekundärelement
in einer stabilen Weise geladen werden. Ferner ist es nicht erforderlich,
dass der erste und zweite Komparator nahe der Solarzelle platziert werden
und deshalb werden die Komparatoren nicht durch Umgebungstemperatur
beeinflusst, was äußerst genaue
Detektion der Spannung durch Erzeugung einer genauen Schwellenspannung
eines hohen Pegels und genauen Schwellenspannung eines niedrigen
Pegels ermöglicht.
Wenn die Spannung des Sekundärelements
niedriger als die spezifizierte Schwellenspannung ist, lädt weiter
die Konstantstrom-Ladungssteuereinheit das Sekundärelement bei
einem spezifischen Strom und, wenn die Spannung des Sekundärelements
die spezifizierte Schwellenspannung übersteigt, lädt die Konstantspannungs-Ladungssteuereinheit
das Sekundärelement
bei einer spezifischen Konstantspannung, wodurch das Sekundärelement
mit hoher Effizienz geladen werden kann, ohne durch die Impedanz
des Sekundärelements
und der Verdrahtungen beeinflusst zu werden. Wenn das Ladungssteuersignal
in der aktiven Betriebsart ist, lädt darüber hinaus der Hilfsspannungsdetektionsabschnitt
den Hilfsstromspeicherabschnitt durch die elektromotorische Kraft
der Solarzelle und, wenn die Spannung des Hilfsstromspeicherabschnitts
die Schwellenspannung des hohen Pe gels übersteigt, wird die Spannung
des Hilfsstromspeicherabschnitts anstelle der Spannung des Stromspeicherabschnitts
dem Spannungsdetektionsabschnitt zur Detektion der Spannung zugeführt, wodurch
effektivere Ladung des Sekundärelements ermöglicht wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und andere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten
Zeichnungen deutlicher werden, in denen:
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1 ein
schematisches Schaltbild ist, das elektrische Konfigurationen einer
Stromquellenvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ein
Kurvenbild ist, das eine Ausgangscharakteristik zeigt, welche sich
in einer Weise ändert,
um der Intensität
von an ein Solarzellenmodul von 1 angelegtem
Sonnenlicht zu entsprechen;
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3 ein
Kurvenbild ist, das eine Ausgangsimpedanzcharakteristik zeigt, die
sich in einer Weise ändert,
um der Intensität
von an ein Solarzellenmodul von 1 angelegtem
Sonnenlicht zu entsprechen;
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4 ein
Kurvenbild ist, das eine Temperaturcharakteristik des Solarzellenmoduls
von 1 zeigt;
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5 ein
Kurvenbild ist, das die tägliche Änderung
in Größen von
Stromerzeugung durch das Solarzellenmodul von 1 zeigt,
welches in einem festen Zustand platziert ist;
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6 ein
Diagramm ist, das die Operationen einer Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung
erklärt;
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7 eine
Tabelle ist, die einen wahren Wert einer RS-FF-(Rückstell-Flip-Flop)
Schaltung vom NOR-Typ zeigt;
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8 ein
Impulsplan ist, der Operationen erklärt, die auszuführen sind,
wenn ein Lithiumionen-Sekundärelement
in der Stromquellenvorrichtung von 1 geladen
wird;
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9 ein
Kurvenbild ist, das eine Ladungscharakteristik des in 1 gezeigten
Lithiumionen-Sekundärelements
zeigt;
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10 ein
Kurvenbild ist, das eine Ladungscharakteristik eines in 1 gezeigten
elektrischen Doppelschichtkondensators zeigt;
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11 ein
schematisches Schaltbild ist, das elektrische Konfigurationen einer
Stromquellenvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 ein
schematisches Schaltbild ist, das elektrische Konfigurationen einer
Stromquelleneinrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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13 ein
Impulsplan ist, der Operationen erklärt, die während der Ladung eines Lithiumionen-Sekundärelements
in einer Stromquellenvorrichtung von 12 ausgeführt werden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
besten Arten zum Ausführen
der vorliegenden Erfindung sollen detaillierter unter Verwendung
verschiedener Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden. Der vorliegenden Erfindung zufolge,
wird eine Stromquellenvorrichtung geschaffen, die so konfiguriert
ist, um Spannung eines elektrischen Doppelschichtkondensators zu
detektieren, der durch von einer Solarzelle erzeugte elektromotorische
Kraft aufzuladen ist, und wenn die Spannung eine Schwellenspannung
eines hohen Pegels übersteigt,
um ein Ladungssteuersignal zum Laden eines Sekundärelements
in einer aktiven Betriebsart zu halten und eine Operation zum Starten
der Ladung des Sekundärelements
auszuführen,
und danach, wenn die Spannung des elektrischen Doppelschichtkondensators
eine Schwellenspannung eines niedrigen Pegels erreicht, das Ladungssteuersignal
in einer inaktiven Betriebsart zu halten und die Ladungsoperation
anzuhalten, und, wenn das Ladungssteuersignal in einer aktiven Betriebsart
ist, das Sekundärelement
basierend auf in dem elektrischen Doppelschichtkondensator gespeichertem
Strom zu laden.
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Erste Ausführungsform
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1 ist
ein Schaltbild, das elektrische Konfigurationen einer Stromquellenvorrichtung
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Die wie in 1 gezeigte
Stromquelleneinrichtung umfasst ein Solarzellenmodul 1,
ein erstes Rückwärtsstrom-Verhinderungselement
(Einrichtung) 2, ein Strombegrenzungselement 3,
ein Überspannungsschutzelement
(Einrichtung) 4, einen elektrischen Doppelschichtkondensator 5,
einen Gleichstromumrichter 6 vom Boostertyp, eine Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7,
eine Ladungssteuerschaltung 8 für ein Sekundärelement
und eine Sekundärelementpackung 9.
Das Solarzellenmodul 1 besteht aus einer Mehrzahl von Solarzellen,
die in Reihe und/oder parallel geschaltet (angeordnet) sind, um
direkt Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. In der
Ausführungsform
wird insbesondere des Solarzellenmodul 1 durch Kombinieren
von Solarzellen aufgebaut, die auf einem aus einem Siliziumhalbleiter
oder einem Verbundhalbleiter bestehenden Substrat ausgebildet sind,
welcher in einer planaren Weise angeordnet ist und eine wie in 2 gezeigte
Ausgangscharakteristik, eine wie in 3 gezeigte
Impedanzcharakteristik, und eine wie in 4 gezeigte
Temperaturcharakteristik aufweist.
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Das
heißt,
in dem wie in 2 gezeigten Solarzellenmodul ändert sich
ein Ausgangsstrom abhängig
von der Intensität
von an die Solarzellen angelegtem Sonnenlicht und, genau ausgedrückt, je höher die
Intensität
des Sonnenlichts wird, desto größer wird
der Ausgangsstrom und, wenn die Intensität von Sonnenlicht höher wird,
erreicht die Ausgangsspannung einen gesättigten Pegel. Das wie in 3 gezeigte
Solarzellenmodul 1 hat eine Ausgangsimpedanzcharakteristik
mit Korrelation zu der Intensität von
Sonnenlicht abgeleitet von einer Ausgangscharakteristik, wie in 2 gezeigt
ist. Zum Beispiel beträgt
eine Ausgangsimpedanz der Solarzellenmoduls 1 eines Typs
mit 0,8 W (Watt) etwa 5 Ω bei
dem Minimum, selbst wenn die Sonnenlichtintensität hoch ist und variiert, wenn
die Sonnenlichtintensität
niedrig ist, in einem Bereich von 100 Ω oder mehr und liegt in der
Größenordnung
von mehreren zehn Ω bei
einer praktischen Ausgangsspannung. Wie in 4 gezeigt
ist, variiert die Ausgangsspannung des Solarzellenmoduls 1 in
einer solchen Weise, um einer Änderung
in Umgebungstemperaturen des Solarzellenmoduls 1 zu entsprechen,
und wenn die Sonnenlichtintensität
auf dem gleichen Pegel ist, gilt insbesondere, je höher die
Temperatur wird, um so niedriger wird die Ausgangsspannung, und
je niedriger die Temperatur wird, desto höher wird die Ausgangsspannung.
Wenn darüber
hinaus das planare Solarzellenmodul 1 auf den Boden oder
in einem Gebäude in
einem festen Zustand in einer Richtung platziert wird, wie in 5 gezeigt
ist, ändert
sich die Intensität,
mit der Sonnenlicht an die Solarzelle angelegt wird, im Verlauf
der Zeit aufgrund einer Änderung
in einer Position der Sonne verursacht durch die Drehung der Erde,
und deshalb ändert
sich eine Größe von durch
das Solarzellenmodul 1 erzeugtem Strom auch im Verlauf
der Zeit gemäß der in 2 gezeigten
Ausgangscharakteristik.
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Das
erste Rückwärtsstrom-Verhinderungselement 2 besteht
zum Beispiel aus einer Schottky-Diode, die eine niedrige Vorwärtsspannung
erzeugt, und verhindert, wenn eine Ausgangsspannung von dem Solarzellenmodul 1 aufgrund
von Operationen an einem dunklen Ort oder bei Nacht sinkt, einen
Zusammenbruch des Solarzellenmoduls 1 verursacht durch
einen Rückwärtsstrom,
der von einer Schaltung (elektrischer Doppelschichtkondensator)
einer hinteren Stufe zugeführt
wird. Das Strombegrenzungselement 3 besteht zum Beispiel
aus einem Widerstand mit einem Widerstandswert von mehreren Ohm
oder dergleichen und begrenzt, wenn ein Solarzellenmodul mit einer
sehr hohen Stromerzeugungsfähigkeit
für das
Solarzellenmodul 1 als eine Stromquelle verwendet wird,
oder wenn eine Gleichstrom-Stabilisierungsstromquelle zeitweilig
als die Stromquelle verwendet wird, Einschaltstromspitzen in den
elektrischen Doppelschichtkondensator 5 und an hinteren
Stufen angeordneter Schaltungen. Das Überspannungsschutzelement 4 besteht
zum Beispiel aus einer Konstantspannungsdiode und begrenzt, wenn
eine von dem Solarzellenmodul 1 ausgegebene Spannung eine
Spannungsfestigkeit des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 übersteigt,
eine an den elektrischen Doppelschichtkondensator 5 angelegte
Spannung auf eine spezifische Konstantspannung, um den elektrischen
Doppelschichtkondensator 5 gegen Verschlechterung in den Charakteristiken
wie zum Beispiel einem Anstieg im ESR (Äquivalenzreihenwiderstand)
des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 zu schützen, der
durch Überspannungsbelastung
und/oder seine Volumenausdehnung und vom Zusammenbruch verknüpfter Elemente
verursacht wird.
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Der
elektrische Doppelschichtkondensator 5 weist eine Charakteristik
auf, dass er niedrig hinsichtlich ESR aufgrund einer solchen Konfiguration
ist, dass er von einem Wassertyp ist, bei dem eine gelöste Schwefelsäure als
eine Elektrolyselösung
verwendet wird, oder von einem organischen Typ sein kann, bei dem
eine organische Elektrolyselösung
verwendet wird. Nun soll angenommen werden, dass ein ESR 5b des
elektrischen Doppelschichtkondensators 5 "Rx" (Widerstandswert)
ist und seine elektrostatische Kapazität 5a "Cx" (Kapazität) darstellt. Wenn
eine Elementfläche
des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 etwa 20 mm × 30 mm
ist, beträgt
seine Spannungsfestigkeit etwa 5 V, der "Rx" ist 200
mΩ oder
weniger und die "Cx" ist 30 mF oder mehr.
Deshalb wird eine hohe Ausgangsimpedanz des Solarzellenmoduls 1,
wie in der Größenordnung von
mehreren zehn Ohm, in eine niedrige Impedanz in der Größenordnung
von mΩ umgewandelt,
d. h. weniger als 1 Ω,
und wobei eine Größe von Elektrizität, die äquivalent
zu einem Produkt der Kapazität
Cx und einer Ladespannung des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 ist,
gespeichert wird, und infolgedessen durch das Solarzellenmodul 1 erzeugte elektrische
Energie als eine Stromquelle niedriger Impedanz verwendet werden
kann.
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Der
Gleichstromumrichter 6 vom Boostertyp besteht aus Schaltungsreglern
(nicht gezeigt) und wird als eine Stromquelle der Ladungssteuerschaltung 8 des
Sekundärelements
zum Laden eines Lithiumionen-Sekundärelements 92 eines
LDO (Low Drop Out) Reglers 71 in der Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 verwendet.
Zum hocheffizienten Entladen geladener Energie des elektrischen
Doppelschichtkondensators 5 ist es erforderlich, dass der Gleichstromumrichter 6 vom
Boostertyp ein hohes Spannungsverstärkungsverhältnis aufweist. Genauer ausgedrückt, wird
zum Erreichen hocheffektiver Ladung der geladenen Energie des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 selbst
bei einem hohen Spannungsverstärkungsverhältnis, das
dreimal größer als
eine Eingangsspannung ist, eine Verstärkungsoperation durch Verwendung
eines PWM- (Pulsweitenmodulation) Verfahrens, eines PFM- (Pulsfrequenzmodulation)
Verfahrens, eines durch Kombinieren dieser Verfahren erhaltenen
Verfahrens, eines synchronen Gleichrichtungsverfahrens oder dergleichen
ausgeführt.
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Die
Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 umfasst den LDO-Regler 71,
eine Kondensatorspannungs-Detektionsschaltung 72 und eine
Gate-Schalter-Steuerschaltung 73. Der LDO-Regler 71 ist
eine Stromschaltung vom Step-Down-Typ zum Versorgen einer Kondensatorspannungs-Detektionsschaltung 72 und
einer Gate-Schalter-Steuerschaltung 73 mit Strom. Die Kondensatorspannungs-Detektionsschaltung 72 umfasst
einen Niederspannungsdetektor 721, einen Hochspannungsdetektor 722,
eine Bezugsspannungsquelle 723 und eine Bezugsspannungsquelle 724.
In dem Niederspannungsdetektor 721 wird eine Schwellenspannung "VL" (Schwellenspannung
mit niedrigem Pegel) durch die Bezugsspannungsquelle 723 festgelegt,
und, wie in 6 gezeigt ist, wenn die Ladespannung
des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 niedriger
als die Schwellenspannung "VL" ist, wird ein Niedriges
Signal (mit einem niedrigen Pegel) aus einem Ausgangsanschluss VDL
des Niederspannungsdetektors 721 ausgegeben, und wenn die
Ladespannung des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 höher als
die Schwellenspannung "VL" ist, wird ein Hohes Signal
(mit einem hohen Pegel) von einem Ausgangsanschluss VDH des Hochspannungsdetektors 722 ausgegeben.
Zu diesem Zeitpunkt weist die Schwellenspannung "VL" eine
Hysterese in einem Bereich zwischen VL (–) und VL (+) auf. In dem Hochspannungsdetektor 722 wird
eine Schwellenspannung "VH" (Schwellenspannung
mit hohem Pegel) eingestellt (VL < VH)
und, wenn die Ladespannung des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 niedriger
als die Schwellenspannung "VH" ist, wird ein Niedriges
Signal von dem Ausgangsanschluss VDL des Niederspannungsdetektors 721 ausgegeben, und
wenn die Ladespannung des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 höher als
die Schwellenspannung "VH" ist, wird ein Hohes
Signal von dem Ausgangsanschluss VDH des Hochspannungsdetektors
ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt weist die Schwellenspannung "VH" eine Hysterese in einem Bereich
zwischen VH (–)
und VH (+) auf. Signale von den Ausgangsanschlüssen VDL und VDH werden zu der
Gate-Schalter-Steuerschaltung 73 übertragen.
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Die
Gate-Schalter-Steuerschaltung 73 besteht aus einer Inverter-
(INV) Schaltung und einer RS-FF-Schaltung 732 vom NOR-Typ.
Das VDL-Ausgangssignal wird durch die INV-Schaltung 731 invertiert
und das invertierte Signal wird zu einem Anschluss "R" (Rücksetzanschluss)
der RS-FF-Schaltung 732 vom NOR-Typ übertragen, die Operationen einer
Flip-Flop-Schaltung ausführt,
und das VDH-Ausgangssignal wird direkt zu einem Anschluss "S" (Setzanschluss) der RS-FF-Schaltung 732 vom NOR-Typ übertragen.
Durch Konfigurieren der Schaltungen wie oben aufgeführt, wird
ein durch Umkehren eines Ergebnisses von einer Operation eines Komparators
erhaltenes Signal unter Verwendung einer Schwellenspannung "VL" als einen Bezugswert zum
Anschluss "R" übertragen, und, genauer ausgedrückt, wenn
eine Ladespannung des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 niedriger
als die Schwellenspannung "VL" ist, wird ein Hohes
Signal zum Anschluss "R" übertragen, und wenn die Ladespannung
die Schwellenspannung "VL" übersteigt, wird ein Niedriges
Signal zum Anschluss "R" übertragen. Darüber hinaus
wird zum Anschluss "S" ein durch Verwendung
eines Ergebnisses von Operationen des Komparators erhaltenes Signal
unter Verwendung einer Schwellenspannung "VH" als
einen Bezugswert übertragen,
und, genauer ausgedrückt, wenn
eine Ladespannung des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 niedriger
als die Schwellenspannung "VH" ist, wird ein Niedriges
Signal zum Anschluss "S" übertragen, und wenn die Ladespannung die
Schwellenspannung "VH" übersteigt, wird ein Hohes Signal
zum Anschluss "S" übertragen.
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Die
RS-FF-Schaltung 732 vom NOR-Typ führt Operationen einer Rücksetz-Setz-Flip-Flop-Schaltung vom
NOR-Typ aus und führt
eine EIN-AUS-Steuerung zwischen Kontakt "1" und
Kontakt "2" in einem Gate-Schalter 82 gemäß einem
von einem Anschluss "Q" ausgegebenen Signal
aus, das durch einen Steueranschluss "3" des Gate-Schalters 82 zu übertragen
ist, der an den Anschluss "Q" angeschlossen ist.
Wenn in diesem Fall als ein Anfangszustand eine Ladespannung des elektrischen
Doppelschichtkondensators 5 eine Zwischenspannung zwischen
den Schwellenspannungen VL und VH darstellt, und während der
Kontakt "1" mit dem Kontakt "2" verbunden ist, wenn die Ladespannung
des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 abfällt und
die Schwellenspannung "VL" erreicht, geht ein
von dem Anschluss "Q" ausgegebenes Signal
auf niedrigen Pegel und, wie in 7 gezeigt
ist, wird der Kontakt "1" in dem Gate-Schalter 82 von
seinem Kontakt "2" getrennt (AUS).
Wenn dann eine Verstärkung
der Ladespannung beginnt, wobei der Gate-Schalter 82 im
AUSGESCHALTETEN Zustand gehalten wird und die Ladespannung eine Schwellenspannung "VH" erreicht, geht ein
von dem Anschluss "Q" ausgegebenes Signal
auf hohen Pegel und der Kontakt "1" wird erneut mit
dem Kontakt "2" verbunden (EIN),
und wenn die Ladespannung des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 erneut
beginnt, abzufallen, wobei der Gate-Schalter 82 im EINGESCHALTETEN
Zustand gehalten wird, und eine Schwellenspannung "VL" erreicht, wird der
Kontakt "1" erneut von dem Kontakt "2" getrennt (AUS) und der Gate-Schalter 82 wird
im AUSGESCHALTETEN Zustand gehalten, bis die Ladespannung auf die Schwellenspannung "VH" verstärkt wird.
Auf diese Weise werden durch Steuern einer Ladespannung des elektrischen
Doppelschichtkondensators 5 unter Verwendung von zwei Arten
von Schwellenspannungen Operationen zum Halten des Gate-Schalters 82 in
einem EINGESCHALTETEN oder AUSGESCHALTETEN Zustand durchgeführt.
-
Die
Sekundärelement-Ladungssteuerschaltung 8 umfasst
einen Ladungssteuerschalter 81, einen Gate-Schalter 82,
einen Ladeverfahren-Auswahlschalter 83, eine CC (Konstantstrom)
Ladungssteuerschaltung 84, eine CV (Konstantspannung) Ladungssteuerschaltung 85,
ein zweites Rückwärtsstrom-Verhinderungselement
(Einrichtung) 86, ein Ladestrom-Detektionselement 87 und
ein Ladespannungs-Detektionselement 88. Der Ladungssteuerschalter 81 besteht
aus einem pMOS (P-Kanal-Metalloxidhalbleiter) Transistor. Der Gate-Schalter 82 umfasst
einen Kontakt "1", mit dem sowohl
ein Steueranschluss, an den ein Anschluss "Q" der RS-FF-Schaltung 732 vom
NOR-Typ angeschlossen ist, als auch ein Gate des Ladungssteuerschalters 81 verbunden
sind, und einen Kontakt "2", mit dem der Ladeverfahren-Auswahlschalter 83 verbunden
ist. Der Ladeverfahren-Auswahlschalter 83 umfasst einen
Kontakt "z", mit dem der Kontakt "2" im Gate-Schalter 82 verbunden
ist, einen Kontakt "x", mit dem die CC-Ladungssteuer schaltung 84 verbunden
ist, und einen Kontakt "y", mit dem die CV-Ladungssteuerschaltung 85 verbunden
ist. Der Ladeverfahren-Auswahlschalter 83 umfasst ferner
ein Ladespannungs-Detektionsmittel oder eine solche Einrichtung
(nicht gezeigt) zum Verbinden des Kontakts "z" mit
dem Kontakt "x", wenn eine Ladespannung niedriger
als eine spezifische Spannung ist, und zum Verbinden des Kontakts "z" mit dem Kontakt "y", wenn
die Ladespannung die spezifische Spannung übersteigt.
-
Die
CC-Ladungssteuerschaltung 84 steuert einen Strompegel eines
Gates des Ladungssteuerschalters 81, so dass ein durch
das Ladestrom-Detektionsmittel 87 zu detektierender Ladestrom
ein spezifischer Konstantstrom wird. Die CV-Ladesteuerschaltung 85 steuert
einen Spannungspegel des Gates des Ladungssteuerschalters 81,
so dass ein durch das Ladespannungs-Detektionselement 88 zu detektierender
Ladestrom eine spezifische Konstantspannung wird. Das zweite Rückwärtsstrom-Verhinderungselement 86 besteht
zum Beispiel aus einer Schottky-Diode, die eine niedrige Vorwärtsspannung erzeugt
und einen Zusammenbruch des Ladungssteuerschalters 81 verhindert,
der durch einen von einer Sekundärelementpackung 9 zugeführten Rückwärtsstrom
verursacht werden könnte.
Das Ladestrom-Detektionselement 87 besteht aus Widerständen und
detektiert einen Ladestrom. Das Ladespannungs-Detektionselement 88 umfasst
Widerstände 88a und 88b,
die beide in Reihe geschaltet sind, und teilt die Ladespannung durch
die Widerstände 88a und 88b und
detektiert die geteilte Spannung.
-
Der
Gate-Schalter 82 wird entweder in einen Zustand gesetzt,
in dem sein Kontakt "1" mit seinem Kontakt "2" verbunden ist, oder einen Zustand,
in dem sein Kontakt "1" von seinem Kontakt "2" getrennt ist. So wird der Ladeverfahren-Auswahlschalter 83 in
einen Zustand gesetzt, in dem sein gemeinsamer Kontakt "z" immer entweder mit seinem Kontakt "x" oder "y" verbunden
ist. Deshalb wird die Sekundärelement-Ladungssteuerschaltung 8 in
Zustände
von drei Operationstypen abhängig
von einem Zustand der Schalter gesetzt, die den Gate-Schalter 82 und
den Ladeverfahren-Auswahlschalter 83 einschließen. Das
heißt,
wenn bei den ersten Schaltoperationen der Kontakt "1" im Gate-Schalter 82 von seinem
Kontakt "2" getrennt ist, ist
eine Gate-Source-Spannung in dem Ladungssteuerschalter 81 null, was
verursacht, dass eine Source-Drain-Spannung null ist und infolgedessen
die Sekundärelementpackung 9 nicht
entladen wird.
-
Wenn
bei der zweiten Schaltoperation der Kontakt "1" und
der Kontakt "2" im Gate-Schalter 82 miteinander
verbunden sind und die Kontakte "z" und "x" im Ladeverfahren-Auswahlschalter 83 miteinander
verbunden sind, wird die Gate-Elektrode des Ladungssteuerschalters 81 an
die CC-Ladungssteuerschaltung 84 angeschlossen, die Ladung
der Sekundärelementpackung 9 unter
vorgegebenem Konstantstrom verursacht, so dass ein Konstantstrom
zu dem Ladestrom-Detektionselement 87 fließt.
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Wenn
bei der dritten Schaltoperation der Kontakt "1" und
der Kontakt "2" im Gate-Schalter 82 miteinander
verbunden sind und die Kontakte "z" und "y" in dem Ladeverfahren-Auswahlschalter 83 miteinander
verbunden sind, wird die Gate-Elektrode des Ladungssteuerschalters 81 an
die CV-Ladungssteuerschaltung 85 angeschlossen, die Ladung
der Sekundärelementpackung 9 unter
einer vorgegebenen Spannung verursacht, so dass eine Konstantspannung
zu dem Ladespannungs-Detektionselement 88 erzeugt wird.
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Die
Sekundärelementpackung 9 besteht
aus einer Ladungs-/Entladungsschutzschaltung 91 und dem
Lithiumionen-Sekundärelement 92.
Die Ladungs-/Entladungsschutzschaltung 91 schützt das Lithiumionen-Sekundärelement 92 gegen Überladung
durch die Sekundärelement-Ladungssteuerschaltung 8,
gegen durch überschüssige Lieferung von
Strom an Lasten verursachte Überladung,
durch einen Fehler eines Kurzschlusses in einer Last und/oder in
einer Steuerschaltung und durch Trennung auf einer positiven Seite
des Lithiumionen-Sekundärelements 92 verursachten Überstrom,
und trennt das Lithiumionen-Sekundärelement 92 von der Sekundärelement-Ladesteuerschaltung 8 und
von Lasten zum Schutz des Lithiumionen-Sekundärelements 92.
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8 ist
ein Impulsplan, der auszuführende Operationen
erklärt,
wenn das Lithiumionen-Sekundärelement 92 in
der Stromquellenvorrichtung von 1 geladen
wird. 9 ist ein Diagramm, das eine Ladungscharakteristik
des Lithiumionen-Sekundärelements 92 zeigt. 10 ist
ein Diagramm, das eine Ladungscharakteristik des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 zeigt.
Ein in der Stromquellenvorrichtung der Ausführungsform zu verwendendes Steuerverfahren
soll unter Bezugnahme auf die 8, 9 und 10 erklärt werden.
Wenn das Solarzellenmodul 1 mit Sonnenlicht bestrahlt wird, wird
Strom in dem elektrischen Doppelschichtkondensator 5 durch
eine elektrischen Strom erzeugende Operation des Solarzellenmoduls 1 durch
das erste Rückwärtsstrom-Verhinderungselement 2 und
das Strombegrenzungselement 3 gemäß einer Spannungsausgangscharakteristik
zu der Sonnenlichtintensität
gespeichert, wie zum Beispiel in 2 gezeigt
ist. Wie in 8 gezeigt ist, wird, wenn eine
Ladespannung "Vedlc" in dem elektrischen
Doppelschichtkondensator 5 auf einer Schwellenspannung "VL" ist, da der Kontakt "1" und der Kontakt "2" im Gate-Schalter 82 in
einem AUSGESCHALTETEN Zustand (Trennungszustand) sind, die Operation zum
Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92 angehalten,
befinden sich die in einer hinteren Stufe des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 platzierten
Schaltungen in einem unbelasteten Zustand außer dem Stromverbrauch der
Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 im inaktiven Zustand,
und deshalb ist der elektrische Doppelschichtkondensator 5 in
einer Ladebetriebsart und die Ladespannung "Vedlc" wird von der Schwellenspannung "VL" auf eine Schwellenspannung "VH" verstärkt. Während dieser
Periode wird der Gate-Schalter 82 in einem AUSGESCHALTETEN
Zustand gemäß der in 7 gezeigten
Halteoperation gehalten.
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Wenn
zu einem Zeitpunkt t1 eine Ladespannung "Vedlc" des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 die
Schwellenspannung "VH" erreicht, wird durch
Operationen der Kondensatorspannungs-Detektionsschaltung 72 der
Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 eine von dem Niederspannungsdetektor 721 ausgegebene
Spannung Hoch und wird eine von dem Hochspannungsdetektor 722 ausgegebene Spannung
Hoch, und deshalb wird eine von der Gate-Schalter-Steuerschaltung 73 ausgegebene Spannung
Hoch und der Kontakt "1" und Kontakt "2" im dem Gate-Schalter 82 werden
in einen EINGESCHALTETEN Zustand (Verbindungszustand) durch die
Steueroperationen gebracht, wie in den 6 und 7 gezeigt
ist. Dies verursacht, dass der Gate-Schalter 82 im EINGESCHALTETEN
Zustand ist und startet die Operation zur Ladung des Lithiumionen-Sekundärelements 92.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird gemäß einer
Ladespannung des Lithiumionen-Sekundärelements 92 eine
Konstantstrom-Ladebetriebsart oder eine Konstantspannungs-Ladebetriebsart
durch das Ladespannungs-Detektionselement oder eine solche Einrichtung
(nicht gezeigt) des Ladeverfahren-Auswahlschalters 83 ausgewählt. Wenn
zum Beispiel die Konstantstrom-Ladebetriebsart als die Ladebetriebsart
ausgewählt
wird, werden die Kontakte "z" und "x" im Ladeverfahren-Auswahlschalter 83 miteinander verbunden
und das Lithiumionen-Sekundärelement 92 wird
unter einem vorgegebenen Stromwert Icc geladen. An dieser Stelle
weist der dem Lithiumionen-Sekundärelement 92 zuzuführende Ladestrom Ichg
einen zu großen
Stromwert auf, um bei einer Ausgangsimpedanz dem Solarzellenmodul 1 zugeführt zu werden,
und deshalb wird der elektrische Doppelschichtkondensator 5 in
eine Entladebetriebsart gesetzt, und zu einem Entladungszeitpunkt
Ton1 fällt
die dem elektrischen Doppelschichtkondensator 5 zuzuführende Ladespannung "Vedlc" von der Schwellenspannung "VH" auf die Schwellenspannung "VL". Während dieser
Periode wird der Gate-Schalter 82 im EINGESCHALTETEN Zustand durch
Halteoperationen gehalten, wie in 7 gezeigt
ist.
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Wenn
zu einem Zeitpunkt t2 die Ladespannung "Vedlc" des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 erneut
die Schwellenspannung "VL" erreicht, wird durch
Operationen der Kondensatorspannungs-Detektionsschaltung 72 der
Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 eine von dem Niederspannungsdetektor 721 ausgegebene
Spannung Niedrig und eine von dem Hochspannungsdetektor 722 ausgegeben
Spannung wird Niedrig, und durch die wie in den 6 und 7 gezeigten
Steueroperationen wird eine von der Gate-Schalter-Steuerschaltung 73 ausgegebene
Spannung Niedrig und der Gate-Schalter 82 wird in einen
EINGESCHALTETEN Zustand gesetzt. Infolgedessen wird die Operationen zum
Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92 angehalten
und die in einer hinteren Stufe des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 platzierten Schaltungen
sind in einem unbelasteten Zustand außer dem Stromverbrauch der
Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 im inaktiven Zustand,
und deshalb befindet sich der elektrische Doppelschichtkondensator 5 erneut
in einer Ladebetriebsart und die Ladespannung "Vedlc" wird von der Schwellenspannung "VL" zu der Schwellenspannung "VH" verstärkt. Während dieser
Periode wird der Gate-Schalter 82 durch die in 7 gezeigte
Halteoperation in einem AUSGESCHALTETEN Zustand gehalten.
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Durch
Wiederholung der obigen Operationen wird das Lithiumionen-Sekundärelement 92 periodisch
geladen. Wenn das Lithiumionen-Sekundärelement 92 sich seinem
vollständig
geladenen Zustand nähert
und eine vorgegebene Ladespannung erreicht wird, wird die Konstantstrom-Ladebetriebsart
durch das Ladespannungs-Detektionsmittel oder diese Einrichtung
(nicht gezeigt) des Ladeverfahren-Auswahlschalters 83 ausgewählt. Da
zu diesem Zeitpunkt die Kontakte "z" und "y" in dem Ladeverfahren-Auswahlschalter 83 miteinander
verbunden sind und das Lithiumionen-Sekundärelement 92 unter
einem vorgegebenen Spannungswert geladen wird, wird der Ladestrom
Ichg des Lithiumionen-Sekundärelements 92 zu
einem Zeitpunkt t3 zu einem Wert (zum Beispiel Icv), der kleiner
als der gesetzte Stromwert Icc ist, und während einer Entladungszeit
Ton2 bis zu einem Zeitpunkt t4 wird der elektrische Doppelschichtkondensator 5 entladen,
und infolgedessen wird die Entladungszeit Ton2 länger als die Entladungszeit Ton1
gestaltet.
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Wie
in 9 gezeigt ist, wird ein Lithiumionen-Sekundärelement 92 mit
einer extrem kleinen Ladekapazität
von beispielsweise etwa 3V als seine Anfangsspannung periodisch
unter einer ersten Stufe geladen, da seine Operation in der Konstantstrom-Ladebetriebsart
ist, und dann wird eine Spannung des Lithiumionen-Sekundärelements 92 graduell
erhöht
und wird, wenn die Spannung einen vorgegebenen Spannungswert (zum
Beispiel 4,2 V) erreicht hat, erneut periodisch geladen, da seine
Operation in die Konstantspannungs-Ladebetriebsart gebracht wird.
Eine Spannung des Lithiumionen-Sekundärelements 92, die
während
der Konstantstrom-Ladebetriebsart auftritt, synchron mit periodischen
Ladeoperationen, wird aufgrund von Innenimpedanz des Lithiumionen-Sekundärelements 92 verstärkt, während Stromanlegungszeit
des während der
Operation in der Konstantspannungs-Ladebetriebsart fließenden periodischen
Ladestroms, wenn das Lithiumionen-Sekundärelement 92 sich seinem vollständig geladenen
Zustand annähert,
aufgrund der verlängerten
Entladeperiode des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 länger gestaltet
wird.
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Da
das Solarzellenmodul 1 eine solche wie in 2 gezeigte
Ausgangscharakteristik aufweist, steigt die Ladespannung "Vedlc" des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 schnell,
wenn Sonnenlicht intensiv ist (zum Beispiel zum Zeitpunkt T3, wie in 10 gezeigt);
wenn Sonnenlicht jedoch schwach ist (zum Beispiel zu den Zeitpunkten
T1 und T5, wie in 10 gezeigt), steigt die Ladespannung "Vedlc" sanft an, und wenn
nachts kein Sonnenlicht vorhanden ist (zum Beispiel Zeitpunkt T2
und T4, wie in 10 gezeigt), sinkt die Spannung "Vedlc" sanft, und wenn
kein Sonnenlicht in der Nacht vorhanden ist (zum Beispiel Zeitpunkte
T2 und T4, wie in 10 gezeigt ist), selbst wenn
der elektrische Doppelschichtkondensator 5 in einem unbelasteten
Zustand ist, sinkt die Ladespannung "Vedlc" sanft aufgrund eines Kriechstroms des
elektrischen Doppelschichtkondensators 5 oder aufgrund
von Verbrauch von in der Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 gehaltenem
Strom. Wenn die Ladespannung "Vedlc" nach Wiederholung
ihres Anstiegs und Abfalls die Schwellenspannung "VH" zum Zeitpunkt "tn" erreicht hat, beginnt
Ladung des Lithiumionen-Sekundärelements 92 und
die Ladespannung "Vedlc" sinkt sehr schnell. Wenn
in diesem Fall eine maximale Ausgangsbetriebsspannung oder Abfallspannung
des Solarzellenmoduls 1 als eine Schwellenspannung "VH" gesetzt wird, die
für den
Start der Ladung des Lithiumionen-Sekundärelements 92 zu verwenden
ist, sinkt in der Praxis aufgrund von Wetteränderungen, Verbrauch von in
der Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 gehaltenem Strom,
oder dergleichen, die Frequenz, bei der die Ladespannung "Vedlc" die Schwellenspannung "VH" erreicht, und durch
das Solarzellenmodul 1 erzeugte elektrische Energie wird
für lange
Zeit nur in einem Zustand gehalten, in dem die Energie gespeichert
wird, und infolgedessen wird ein Periode von Operationen zum Laden
des Lithiumionen-Sekundärelements 92 lang
gestaltet und effektive Übertragung
von Energie wird unmöglich.
Deshalb verbessern optimale Einstellungen von Spannungsschwellenwerten
VH und VL für
sequentielle Übertragung
von Energie zu dem Lithiumionen-Sekundärelement 92 und des
ESR 5b (Rx) und der elektrostatischen Kapazität 5a (Cx)
in dem elektrischen Doppelschichtkondensator 5 die Ladungseffizienz.
-
Da
ferner, wie in 5 gezeigt ist, die tägliche Änderung
in den Größen von
Stromerzeugung im Sinne von Zeit abhängig von einem Sonnenlichtzustand
variiert, verbessert optimales Einstellen der Schwellenspannung "VH" zum Verlängern der
Zeit, die durch die Operation zum Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92 an
einem Tag belegt wird, und optimales Einstellung des ESR 5b (Rx)
und der elektrostatischen Kapazität 5a (Cx) in dem elektrischen
Doppelschichtkondensator 5 die Ladeeffizienz. Darüber hinaus
wird die Ladungseffizienz durch Einstellen der Schwellenspannung "VL", die zum Anhalten
der Ladung des Lithiumionen-Sekundärelements 92 verwendet
wird, auf einen niedrigstmöglichen
Wert verbessert, zum Ermöglichen,
dass von dem elektrischen Doppelschichtkondensator 5 zuzuführende Ladeenergie
so groß wie
möglich
ist,.
-
Zum
effektiven Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92 in einer
Weise, um auf Änderungen
in einem Sonnenlichtzustand zu reagieren, der durch eine Wetteränderung
oder die Position der Sonne, oder durch eine Anbringungsart des
Solarzellenmoduls 1 verursacht wird, kann durch Einstellen der
Schwellenspannung "VH" für den Start
der Operation zum Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92 auf einen
Wert, der niedriger als eine maximale Ausgangsbetriebsspannung des
Solarzellenmoduls 1 ist, selbst bei Vorliegen einer Sonnenlichttemperaturumgebung,
in der Sonnenlicht vergleichsweise schwach ist, oder einer hohen
Temperaturumgebung, in der eine Ausgangsspannung des Solarzellenmoduls 1 sinkt,
die Ladungsoperation begonnen werden. Genauer ausgedrückt, wird
die Schwellenspannung "VH" auf einen Wert eingestellt,
der 90% oder weniger der maximalen Ausgangsbetriebsspannung des
Solarzellenmoduls 1 darstellt. Andererseits ist es durch
Einstellen der zum Anhalten der Operation zum Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92 verwendeten
Schwellenspannung "VL" auf einen Wert,
der niedriger als ein unterer Grenzwert einer Eingangsspannung des
Gleichstromumrichters 6 vom Booster-Typ ist, möglich, mehr
Ladeenergie des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 zu
nehmen. Genauer ausgedrückt,
beträgt
die Schwellenspannung "VL" 2 V oder weniger.
Darüber hinaus
wird zum Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92 selbst
während
stürmischem
Wetter, das sich häufig ändert, direkt
nach Sonnenaufgang, direkt vor Sonnenuntergang, durch Einstellen
einer Ladeperiode auf eine kurze Zeitspanne, die kürzer als
eine Intervallperiode von Änderungen
in der Sonnenlichtintensität
ist, genauer ausgedrückt,
zu einer Zeit zwischen mehreren Sekunden bis mehreren Minuten, sogar
in einer Umgebung, in der Änderungen im
Sonnenlicht groß sind,
problemlose Operation zum Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92 zum Verbessern
eines Ladebetriebsverhältnisses
an einem Tag ausgeführt.
-
Zum
Beispiel kann durch Anwenden der folgenden Bedingungen, die mit
den Gleichungen (1) bis (5) einzustellen sind, eine in der Ausführungsform verwendete
typische Ladeperiode berechnet werden:
-
[Betriebsbedingungen]
-
- ESR 5b des elektrischen Doppelschichtkondensators 5;
Rx = 100 (mΩ);
- Elektrostatische Kapazität 5 s
des elektrischen Doppelschichtkondensators 5; Cx = 40 (mF);
- Ladestart-Schwellenspannung; VH = 5 (V);
- Ladeanhalte-Schwellenspannung; VL = 2 (V);
- Ladestrom von Lithiumionen-Sekundärelement 92;
- Konstantstrom (CC)-Betriebsart Icc = 0,1(A)
- Energieerzeugungsstrom des Solarzellenmoduls 1; IP
= 0,05 (A)
-
[ESR-Verlust]
-
-
Verlust =
0,1 (A) x 0,1 (Ω)
= 0,01 (V) Gleichung (1)
-
[Ladeperiode des elektrischen
Doppelschichtkondensators 5]
-
-
Toff = 0,04
(F) x | 2 (V) + 0,01 (V) – 5
(V) |/0,05 (A) = 2,4 (s)Gleichung
(2)
-
[Entladeperiode des elektrischen
Doppelschichtkondensators 5 (= Periode zum Laden von Lithiumionen-Sekundärelement 92)]
-
-
Ton = 0,04
(F) x | 5 (V) – 0,01
(V) – 2
(V)|/ 0,1 (A) = 1,2 (s) Gleichung
(3)
-
[Ladeperiode]
-
-
T = Ton +
Toff = 1,2 +2,4 = 3,6 (s) Gleichung
(4)
-
[Ladenutzleistung]
-
-
D = Ton/T
= 1,2/3,6 = 33% Gleichung (5)
-
Infolge
der obigen Berechnung unter Verwendung der Gleichungen (1) bis (5)
wird, wenn 100 mΩ als
der ESR 5b des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 gesetzt
wird, 40 mF als die elektrostatische Kapazität 5a des elektrischen
Doppelschichtkondensators 5 gesetzt wird, und das Solarzellenmodul 1 mit
seinem Energieerzeugungsstrom Ip von 0,05A verwendet wird, eine
Ladeperiode etwa 3,6 Sekunden erhalten. Zu dieser Zeit beträgt ein Ladenutzleitungsverhältnis des
Lithiumionen-Sekundärelements 92 etwa
33%.
-
Darüber hinaus
sind das Solarzellenmodul 1 und der elektrische Doppelschichtkondensator 5 parallel
geschaltet und die Impedanz des Solarzellenmoduls 1 wird
als 10 Ω oder
mehr geschätzt,
was einhundertmal größer oder
mehr als der ESR 5b des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 ist,
und deshalb ist eine Ausgabe von dem Solarzellenmodul 1 1%
oder kleiner, was beinahe unbedeutend ist. Infolgedessen wird in
der Berechnung einer Entladeperiode des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 angenommen,
dass kein Solarzellenmodul 1 im Sinne von elektrischer Äquivalenz
vorhanden ist.
-
Daher
detektiert gemäß der ersten
Ausführungsform
die Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 eine Spannung
des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 und hält, wenn
die detektierte Spannung eine Schwellenspannung "VH" übersteigt,
ein Ladungssteuersignal (Ausgangssignal des Anschlusses "Q"), das zum Laden der Sekundärelementpackung 9 in
einer aktiven Betriebsart (auf hohem Pegel) zum Ausführen einer
Startoperation zum Laden der Sekundärelementpackung 9 verwendet
wird, und hält,
wenn anschließend
eine Spannung des elektrischen Doppelschichtkondensators 5 eine
Schwellenspannung "VL" erreicht, ein Ladungssteuersignal
in einer inaktiven (niedriger Pegel) Betriebsart und führt eine
Operation zum Anhalten der Ladung durch, und, wenn das Ladungssteuersignal
in eine aktive Betriebsart gesetzt wird, lädt die Sekundärelement-Ladungssteuerschaltung 8 die
Sekundärelementpackung 9 basierend
auf dem in dem elektrischen Doppelschichtkondensator 5 gespeicherten
Strom. Deshalb kann die Sekundärelementpackung 9 sogar
in einer Umgebung, in der durch die Solarzelle erzeugter Strom aufgrund
von Änderungen
in der Sonnenlichtintensität
und/oder Umgebungstemperatur variiert, in einer stabilen Weise geladen
werden. Da es ferner nicht erforderlich ist, dass die Kondensatorspannungs-Detektionsschaltung 72 in
der Nähe
des Solarzellenmoduls 1 angeordnet ist, ermöglicht hochgenaue
Erzeugung von Schwellenspannungen VH und VL die Detektion einer
Spannung, ohne durch Umgebungstemperaturen des Solarzellenmoduls 1 beeinflusst
zu werden. Wenn eine Spannung der Sekundärelementpackung 9 niedriger
als eine spezifizierte Schwellenspannung ist, lädt darüber hinaus die CC-Ladungssteuerschaltung 84 die
Sekundärelementpackung 9 bei
einem spezifizierten Konstantstrom und, wenn eine Spannung der Sekundärelementpackung 9 den
spezifizierten Schwellenwert übersteigt,
lädt die
CV-Ladungssteuerschaltung 85 die Sekundärelementpackung 9 bei
einer spezifizierten Konstantspannung, wodurch die Sekundärelementpackung 9 mit
hoher Effizienz geladen werden kann, ohne durch Impedanz der Sekundärelementpackung 9 und
der Verdrahtungen beeinträchtigt
zu werden.
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Zweite Ausführunsgform
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11 ist
ein Schaltbild, das elektrische Konfigurationen einer Stromquellenvorrichtung
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. In 11 sind
die gleichen Bezugsziffern Komponenten mit den gleichen Funktionen
wie denjenigen in 1 zugewiesen. In der Stromquellenvorrichtung
der zweiten Ausführungsform
ist ein Ausgangskonverter 10 in einer hinteren Stufe in
einer Sekundärelementpackung 9 in 11 angebracht.
Der Ausgangskonverter 10 besteht aus einem Gleichstromumrichter 101 und
einem Gleichstromumrichter 102. Eingangsanschlüsse der
Gleichstromumrichter 101, 102 sind gemeinsam an
einen Anschluss positiver Polarität der Sekundärelementpackung 9 angeschlossen.
Ein Ausgang A des Gleichstromumrichters 101 ist an eine
Last L1 angeschlossen; und ein Ausgang B des Gleichstromumrichters 102 ist
an eine Last L2 angeschlossen. Andere Konfigurationen der Komponenten
haben die gleichen Konfigurationen wie diejenigen in 1.
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Bei
der Stromquellenvorrichtung der zweiten Ausführungsform wird, wie im Fall
der ersten Ausführungsform,
elektrische Energie, die von Sonnenenergie durch das Solarzellenmodul 1 umgewandelt
wurde, als Ladeenergie für
einen elektrischen Doppelschichtkondensator 5 gespeichert
und ein Lithiumionen-Sekundärelement 92 wird
periodisch aufgeladen. Durch Verwendung der Ladespannung des Lithiumionen-Sekundärelements 92 wird
den Lasten L1 und L2 stabilisierter Strom von den Gleichstromumrichtern 101 und 102 zugeführt.
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Dritte Ausführunsgform
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12 ist
ein Schaltbild, das elektrische Konfigurationen der Stromquellenvorrichtung
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. In 12 sind
Komponenten mit der gleichen Funktion wie denjenigen in 1 die
gleichen Bezugsziffern zugewiesen worden. Die Stromquellenvorrichtung
der dritten Ausführungsform
umfasst ein Solarzellenmodul 1, ein erstes Rückwärtsstrom-Verhinderungselement 2,
ein Strombegrenzungselement 3, einen Gleichstromumrichter 6 vom
Booster-Typ, eine Ladungs ein/ausschaltsteuerschaltung 7,
eine Sekundärelement-Ladungssteuerschaltung 8, eine
Sekundärelementpackung 9,
einen Hauptkondensator 11, einen Unterkondensator 12,
ein Hauptkondensator-Überspannungsschutzelement 13 (Einrichtung),
ein Unterkondensator-Überspannungsschutzelement
(Einrichtung) 14, ein Hauptkondensator-Rückwärtsstrom-Verhinderungselement 15,
ein Unterkondensator-Rückwärtsstrom-Verhinderungselement
(Einrichtung) (Einrichtung) 16, eine Ladekondensator-Auswahlschaltung 17,
eine Kondensatorladespannungs-Vergleichsschaltung 18 und
eine Unterkondensator-Entladungssteuerschaltung 19. Der Hauptkondensator 11 weist
einen ESR 11b und eine elektrostatische Kapazität 11a auf,
und der Unterkondensator 12 hat einen ESR 12b und
eine elektrostatische Kapazität 12a.
Jeder des Hauptkondensators 11 und Unterkondensators 12 besteht
aus einem elektrischen Doppelschichtkondensator mit niedrigem ESR
(Äquivalenzreihenwiderstand),
indem er so aufgebaut wird, um von einem Wassertyp zu sein, bei dem
eine gelöste
Schwefelsäure
als eine Elektrolyselösung
verwendet wird, oder von einem organischen Typ zu sein, in dem eine
organische Elektrolyselösung
verwendet wird. Deshalb wird hohe Ausgangsimpedanz in der Größenordnung
mehrerer zehn Ohm bei einer praktischen Ausgangsspannung des Solarzellenmoduls 1 in
niedrige Impedanz umgewandelt, die in der Größenordnung von mΩ, d. h.
weniger als 1 Ω liegt,
und eine Größe von Elektrizität äquivalent
zu einem Produkt der elektrostatischen Kapazität und der Ladespannung des
elektrischen Doppelschichtkondensators wird gespeichert, wodurch
die durch das Solarzellenmodul 1 erzeugte Energie als eine
Stromquelle niedriger Impedanz verwendet werden kann.
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Die
Ladekondensator-Auswahlschaltung 17 besteht aus einer Auswahlschalter-Steuerschaltung 171 und
einem Auswahlschalter 172. Die Auswahlschalter-Steuerschaltung 171 steuert
den Auswahlschalter 172 gemäß einem Auswahlschalter-Steuersignal "W" (ausgegeben von einer Gate-Schalter-Steuerschaltung 73).
Der Auswahlschalter 172 umfasst Kontakte "c", "a" und "b". Die Kondensatorladespannungs-Vergleichsschaltung 18 besteht
aus einem Komparator (CMP) zum Vergleichen einer Spannung des Hauptkondensators 11 mit
einer Spannung des Unterkondensators 12 und zum Ausgeben
eines Schaltersteuersignals "VCMP".
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Die
Unterkondensator-Entladungssteuerschaltung 19 umfasst einen
Entladungsschalter 191, eine Unterkondensator-Spannungsdetektionsschaltung 192 und
eine Entladungsschalter-Steuerschaltung. Der Entladungsschalter 191 umfasst
einen Steueranschluss, Kontakt 3 und Kontakt 4.
Die Unterkondensator-Spannungsdetektionsschaltung 192 umfasst
einen Vsub-Detektor zum Vergleichen einer Spannung des Unterkondensators 12 mit
einer Schwellenspannung "VS" einer Bezugsspannungsquelle 194 zum
Ausgeben eines Schaltersteuersignals "VDS".
Der Vsub-Detektor hat eine Hysteresecharakteristik. Die Entladungsschalter-Steuerschaltung 193 steuert
den Entladungsschalter 191 gemäß dem Schaltersteuersignal "VDS" oder dem Schaltersteuersignal "VCMP".
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13 ist
ein Impulsplan, der Operationen erklärt, welche während der
Ladung eines Lithiumionen-Sekundärelements 92 in
der Stromquellenvorrichtung von 12 ausgeführt werden.
Das in der Stromquelle der dritten Ausführungsform zu verwendende Steuerverfahren
wird durch Bezugnahme auf 13 beschrieben.
In dem Fall, in welchem der Kontakt "c" des
Auswahlschalters 172, der den Ladekondensator-Auswahlschalter 17 bildet,
mit seinem Kontakt "a" in einem Anfangszustand
verbunden ist, wird bei Bestrahlung des Solarzellenmoduls 1 mit Sonnenlicht
Sammlung von Energie in dem Hauptkondensator 11 durch das
erste Rückwärtsstrom-Verhinderungselement 2 und
das Strombegrenzungselement 3 durch eine Stromerzeugungsoperation
des Solarzellenmoduls 1 basierend auf der Ausgangscharakteristik
begonnen, die, wie in 2 gezeigt, abhängig von
der Sonnenlichtintensität
variiert.
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Wenn,
wie in 13 gezeigt ist, eine Ladespannung
Vmain des Hauptkondensators 11 auf einer Schwellenspannung "VL" ist, da ein Gate-Schalter 82 sich
in einem AUSGESCHALTETEN Zustand befindet und eine Operation zum
Laden des Lithiumionen-Sekundärelements
angehalten ist, und deshalb Schaltungen in einer hinteren Stufe
des Hauptkondensators 11 in einem ungeladenen Zustand sind, außer dem
Stromverbrauch der Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 im
inaktiven Zustand, wird daher der Hauptkondensator 11 in
eine Ladebetriebsart gesetzt und die Ladespannung Vmain wird von
der Schwellenspannung "VL" auf eine Schwellenspannung "VH" verstärkt. Während dieser
Periode wird der Gate-Schalter 82 in einem AUSGESCHALTETEN
Zustand gemäß einer
in 7 gezeigten Halteoperation gehalten. Da zu diesem
Zeitpunkt der Entladeschalter 191 der Unterkondensator-Entladungssteuerschaltung 19 in
einem AUSGESCHALTETEN Zustand ist, fällt eine Ladespannung "Vsub" graduell von einer
anfänglichen
Ladespannung durch Verbrauch von Strom, der in den Steuerschaltungen (Kondensatorladespannungs-Vergleichsschaltung 18 und
Unterkondensator-Entladungssteuerschaltung 19) gehalten
wird, die mit dem Unterkondensator 12 verknüpft sind.
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Wenn
zu einem Zeitpunkt t1 eine Ladespannung "Vmain" des Hauptkondensators 11 die
Schwellenspannung "VH" erreicht, wird durch
Operationen einer Kondensatorspannungs-Detektionsschaltung 72 der
Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 eine von einem Niederspannungsdetektor 721 ausgegebene
Spannung Hoch und wird eine von einem Hochspannungsdetektor 722 ausgegebene
Spannung Hoch, und deshalb wird eine von der Gate-Schalter-Steuerschaltung 73 ausgegebene
Spannung Hoch und der Gate-Schalter 82 wird
durch die Steueroperationen in einen EINGESCHALTETEN Zustand gesetzt,
wie in den 6 und 7 gezeigt
ist. Dies verursacht den Start der Operation zum Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92.
In diesem Fall wird wie in dem Fall der ersten Ausführungsform entweder
die Konstantstrom-Ladebetriebsart oder Konstantspannungs-Ladebetriebsart
durch eine Ladespannung des Lithiumionen-Sekundärelements 92 ausgewählt. Zum
Beispiel sind in dem Fall der Konstantstrom-Ladebetriebsart Kontakte "z" und "x" in
einem Ladeverfahren-Auswahlschalter 83 miteinander verbunden
und das Lithiumionen-Sekundärelement 92 wird
unter einem vorgegebene Stromwert Icc geladen. Zu diesem Zeitpunkt
hat der dem Lithiumionen-Sekundärelement 92 zuzuführende Ladestrom Ichg
einen Stromwert, der zu groß ist,
um durch Ausgangsimpedanz des Solarzellenmoduls 1 zugeführt zu werden,
und deshalb wird der Hauptkondensator 11 in eine Entladebetriebsart
gesetzt und die Ladespannung Vmain fällt von der Schwellenspannung "VH" auf die Schwellenspannung "VL". Während dieser
Periode wird der Gate-Schalter 82 in einem EINGESCHALTETEN
Zustand durch Halteoperationen gehalten, wie in 7 gezeigt
ist.
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Wenn
die Operation zum Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92 begonnen
wird, steuert die Auswahlschalter-Steuerschaltung 171 in
der Ladekondensator-Auswahlschaltung 17 durch ein Auswahlschalter-Steuersignals "w", das von einem Ausgangsanschluss der
Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 zugeführt wird,
den Auswahlschalter 172, so dass sein Kontakt "c" mit seinem Kontakt "b" verbunden
wird. Die Verbindung zwischen den Kontakten "c" und "b" verursacht den Start der Operation zum
Laden des Unterkondensators 12 und der Anstieg in der Ladespannung "Vsub" beginnt. Dieser Kontaktzustand
wird während
der Periode von Operationen zum Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92 gehalten.
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Wenn
zum Zeitpunkt t2 eine Ladespannung "Vmain" des Hauptkondensators 11 erneut
die Schwellenspannung "VL" erreicht, wird durch
Operationen der Kondensatorspannungs-Detektionsschaltung 72 der
Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 eine von dem Niederspannungsdetektor 721 ausgegebene
Spannung Niedrig und wird eine von dem Hochspannungsdetektor 722 ausgegeben
Spannung Niedrig, und folglich eine von der Gate-Schalter-Steuerschaltung 73 ausgegebene
Spannung Niedrig und der Gate-Schalter 82 wird durch wie
in den 6 und 7 gezeigte Steueroperationen
in einen AUSGESCHALTETEN Zustand gebracht. Dies verursacht ein Anhalten
der Operation zum Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92. Dann
steuert die Auswahlschalter-Steuerschaltung 171 in der Ladekondensator-Auswahlschaltung 17 durch
ein Auswahlschalter-Steuersignal "w",
das von einem Ausgangsanschluss der Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 zugeführt wird,
den Auswahlschalter 172 so, dass sein Kontakt "c" mit seinem Kontakt "a" verbunden
wird. Die Verbindung zwischen den Kontakten "c" und "a" verursacht den Start der Operation zum
Laden des Hauptkondensators 11 und den Anstieg in der Ladespannung "Vmin". Da zu diesem Zeitpunkt
der Entladeschalter 191 in der Unterkondensator-Entladungssteuerschaltung 19 in
einem AUSGESCHALTETEN Zustand ist, fällt die Ladespannung "Vsub" des Unterkondensators 12 graduell von
ihrer anfänglichen
Ladespannung durch Verbrauch von in der Kondensatorladespannungs-Vergleichsschaltung 18 und
Unterkondensator-Entladungssteuerschaltung 19 gehaltenen
Strom, die mit dem Unterkondensator 12 verknüpft sind.
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Wenn
zu einem Zeitpunkt t3 eine Ladespannung "Vmain" des Hauptkondensators 11 erneut
die Schwellenspannung "VH" erreicht, wird durch
Operationen der Kondensatorspannungs-Detektionsschaltung 72 der
Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 eine von dem Niederspannungsdetektor 721 ausgegebene
Spannung Hoch und eine von dem Hochspannungsdetektor 722 detektierte
Spannung wird Hoch, und folglich wird eine von der Gate-Schalter-Steuerschaltung 73 ausgegebene
Spannung Hoch und der Gate-Schalter 82 wird
durch wie die in den 6 und 7 gezeigten
Steueroperationen in einen EINGESCHALTETEN Zustand gebracht. Dies verursacht
erneut den Start der Operation zum Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92.
Zum diesem Zeitpunkt wird durch eine Ladespannung des Lithiumionen-Sekundärelements 92 entweder
die Konstantstrom-Ladebetriebsart oder Konstantspannungs-Ladebetriebsart
ausgewählt.
Zum Beispiel werden im Fall der Konstantstrom-Ladebetriebsart die
Kontakte "z" und "x" in dem Ladeverfahren-Auswahlschalter 83 miteinander
verbunden und das Lithiumionen-Sekundärelement 92 wird unter
einem vorgegebenen Stromwert Icc geladen. Zu diesem Zeitpunkt hat
der dem Lithiumionen-Sekundärelement 92 zuzuführende Ladestrom
Ichg einen Stromwert, der zu groß ist, um durch Ausgangsimpedanz des
Solarzellenmoduls 1 zugeführt zu werden, und deshalb
wird der Hauptkondensator 11 in eine Entladebetriebsart
gebracht und die Ladespannung Vmain fällt von der Schwellenspannung "VH" auf die Schwellenspannung "VL". Während dieser
Periode wird der Gate-Schalter 82 durch
die wie in 7 gezeigten Halteoperationen
in einem EINGESCHALTETEN Zustand gehalten.
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Wenn
die Operation zum Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92 wieder
durch ein Auswahlschalter-Steuersignal "w" gestartet
wird, das von einem Ausgangsanschluss der Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 zugeführt wird,
steuert die Auswahlschalter-Steuerschaltung 171 in
der Ladekondensator-Auswahlschaltung 17 den Auswahlschalter 172 so,
dass sein Kontakt "c" mit seinem Kontakt "b" verbunden wird. Die Verbindung zwischen
den Kontakten "c" und "b" verursacht den Start der Operation
zum Laden des Unterkondensators 12 und den Beginn des Anstiegs
in der Ladespannung "Vsub". Wenn zu einem Zeitpunkt
t4 die Ladespannung "Vsub" eine vorbestimmte
Schwellenspannung "VS" erreicht, die höher als
die Schwellenspannung "VH" ist, überträgt die die Unterkondensator-Entladungssteuerschaltung 19 bildende
Unterkondensator-Spannungsdetektionsschaltung 192 ein Schaltersteuersignal "VDS" zu der Entladeschalter-Steuerschaltung 193 und
bringt den Entladeschalter 191 in einen EINGESCHALTETEN
Zustand. Infolgedessen wird anstelle einer Spannung von dem Hauptkondensator 11 eine
Spannung von dem Unterkondensator 12 der Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 zugeführt. Deshalb
stoppt das Lithiumionen-Sekundärelement 92 die
Ladeoperationen, indem es durch den Hauptkondensator 11 gesteuert
wird, und startet dann die Ladeoperationen, indem es durch den Unterkondensator 12 gesteuert
wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ladespannung des Hauptkondensators 11 niedriger
als die Ladespannung des Unterkondensators 12, das Rückwärtsstrom-Verhinderungselement 15 des
Hauptkondensators verhindert jedoch, dass ein Entladestrom von dem
Unterkondensator 12 in den Hauptkondensator 11 fließt, und das
Lithiumionen-Sekundärelement 92 wird
geladen.
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Aufgrund
eines Anstiegs in der Ladespannung Vmain des Hauptkondensators 11 durch
Stromerzeugung des Solarzellenmoduls 1 und eines Abfalls
in der Ladespannung "Vsub" des Unterkondensators 12 durch
Laden des Lithiumionen-Sekundärelements 92, überträgt die Kondensatorladespannungs-Vergleichsschaltung 18 zum
Zeitpunkt t5, wenn diese Ladespannungen "Vmain" und "Vsub" einen
Spannungswert "Vx" erreichen, ein Schaltersteuersignal "VCMP" zu der Entladeschalter-Steuerschaltung 193 und
bringt den Entladeschalter 191 in einen AUSGESCHALTETEN
Zustand. Durch eine Endladungsoperation, bei der die Ladespannung "Vsub" des Unterkondensators 12 von "VS" auf "Vx" fällt, wird
das Lithiumionen-Sekundärelement 92 geladen
und Hilfsladung während
der Periode "Tsub" wird ermöglicht.
Hierdurch wird effektive Ladung des Lithiumionen-Sekundärelements 92 zugelassen.
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Durch
Wiederholung der obigen Operationen wird das Lithiumionen-Sekundärelement 92 periodisch
gemäß zwei Perioden
von einer Entladungsperiode des Hauptkondensators 11 und
einer Entladungsperiode des Unterkondensators 12 geladen. Wenn
das Lithiumionen-Sekundärelement 92 sich seinem
vollständig
geladenen Zustand annähert
und eine vorgegebene Ladespannung erreicht wird, wird die Konstantspannungs-Lade betriebsart
gewählt.
Zu diesem Zeitpunkt sind die Kontakte "z" und "y" in dem Ladeverfahren-Auswahlschalter 83 miteinander
verbunden und das Lithiumionenelement 92 wird unter eine
vorgegebenen Spannung geladen, wodurch der Ladestrom kleiner als
der Strom Icc wird und die Entladungszeit des Hauptkondensators 11 und
Unterkondensators 12 wird länger.
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Auf
diese Weise wird gemäß der dritten
Ausführungsform
das Lithiumionen-Sekundärelement 92 durch
die Entladeoperationen geladen, in denen die Ladespannung "Vsub" des Unterkondensators 12 von "VS" auf "Vx" fällt, und
daher wird die Hilfsladung während
der Periode "Tsub" ermöglicht und
das Lithiumionen-Sekundärelement 92 wird
verglichen mit der ersten Ausführungsform
effektiver geladen.
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Es
ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die
obigen Ausführungsformen
begrenzt ist, sondern geändert
und modifiziert werden kann, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung
abzuweichen. Zum Beispiel können
anstelle der in der Ladungsein/ausschaltsteuerschaltung 7 verwendete Schaltungskonfigurationen
andere Konfigurationen verwendet werden, solange die Konfigurationen
die gleichen Funktionen aufweisen. Der Ladesteuerschalter 81 muss
nicht nur aus pMOS aufgebaut sein, sondern auch ein bipolarer Transistor
und andere Antriebskomponenten mit der gleichen Funktion wie der des
bipolaren Transistors können
verknüpft
werden.
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Da
in der Stromquellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Sekundärelement
wie zum Beispiel das Lithiumionen-Sekundärelement, das in einem Informationsendgerät oder dergleichen
verwendet wird, durch Sonnenlichtenergie geladen werden kann, die
auf einer semipermanenten Basis zugeführt werden kann, können Informationsendgeräte sogar
an einem Ort oder einer Region betrieben werden, wo keine Energieinfrastruktur
vorgesehen ist. Deshalb kann die Stromquellenvorrichtung der vorliegenden
Erfindung als eine Stromquelle zum Beispiel für drahtlose Netzsysteme, flächendeckende
Endgeräte,
nicht besetzte Überwachungssysteme,
oder dergleichen verwendet werden.