JP2002058175A - 独立型電源システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電量が不足している場合にも、確実に鉛蓄
電池に対する余剰の充電をおこなうことを可能とし、サ
ルフェーションの発生を防止した長寿命の独立型電源シ
ステムを提供する。 【解決手段】 発電手段と該発電手段によって発電され
た電力を貯える鉛蓄電池とを備えた独立型電源システム
において、鉛蓄電池に対する充電を行う為の補助蓄電手
段と該補助蓄電手段による鉛蓄電池への充電を制御する
為の充電制御手段とを設け、充電制御手段により鉛蓄電
池の充電量が所定の充電量よりも多くなる補助充電を補
助蓄電手段から行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、独立型電源システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】独立型電源システムは、商用電源のない
ところで安定した電力を得るシステムで、小型のもので
は街路灯などから大型のものでは村落電化システムま
で、さまざまな形態で利用されている。本システムで
は、太陽電池や風力発電機などの不安定な電源を使用す
ることも多く、安定した電力を得るために、一般的に蓄
電池と組み合わせてシステムを構成することが多い。こ
の蓄電池には用途に応じて鉛蓄電池、ニッケルカドミウ
ム蓄電池などか使用されるが、比較的大容量のシステム
では価格面から鉛蓄電池が使用されている。

【０００３】図３はこのような独立型電源システムの従
来例を示すブロック構成図で、１は太陽電池、２は充放
電制御回路、３は鉛蓄電池、４は照明機器等の負荷であ
る。

【０００４】本例の独立型電源システムでは、昼間は太
陽電池１より充放電制御回路２を介して鉛蓄電池３が充
電され、鉛蓄電池３が満充電になると、充放電制御回路
２により鉛蓄電池３への充電が停止される。なお、昼間
は充放電制御回路２により鉛蓄電池３から負荷４への電
力供給が阻止されている。また、夜間は、充放電制御回
路２により太陽電池１の発電停止が検知され、鉛蓄電池
３から負荷４への電力供給が開始され、負荷４の動作が
可能にされる。なお、鉛蓄電池３の放電量があらかじめ
設定された値を越えれば、充放電制御回路２にて蓄電池
３からの放電が停止され、鉛蓄電池３の過放電が防止さ
れるように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような独立型電源
システムにおいては、太陽電池等の発電手段により得ら
れる電力をできるだけ有効に利用する為に、鉛蓄電池の
充電状態を常に１００％未満として使用する場合が多
い。これは、１００％の充電状態に近くなると充電効率
が低下し電力が無駄に消費されるためであって、例え
ば、充電状態の上限が９０％を越えることのないように
充電制御されるのであるが、鉛蓄電池には、放電状態で
放置すると負極板に不活性な硫酸鉛が蓄積していわゆる
サルフェーションが発生して可逆容量が低下して電池の
寿命が短くなるという特性があり、上記のように常に放
電状態で電池を使用した場合には、鉛蓄電池の容量が低
下し、さらには寿命が短くなってしまうという問題があ
った。

【０００６】また、上記のような使用をしない場合であ
っても、天候不良等により太陽電池の発電電力が低い状
態が続いた場合、鉛蓄電池が常時充電不足状態となり、
いわゆるサルフェーションが発生し、上記同様に鉛蓄電
池の容量は著しく減少し結果的に蓄電池の寿命が大幅に
短くなるという問題があった。

【０００７】ところで、上記のようなサルフェーション
を防止する方法として、適当な時期に鉛蓄電池を過充電
することで硫酸鉛の蓄積を防止し、回復不能な状態にな
るのを未然に防ぐという方法があり、この方法を用いる
ことで上記のような問題を解消するということも考えら
れる。

【０００８】しかしながら、太陽電池や風力発電機等の
自然エネルギーを利用した発電手段を備えた独立電源型
システムの場合、必要な電力が常時得られるわけではな
く、過充電をしようとする際に必要な電力が得られる保
証がなく、設定した時期に設定通りの充電量を充電する
過充電制御を確実に行うことが難しいという問題があっ
た。

【０００９】本発明は、発電量が不足している場合に
も、確実に鉛蓄電池に対する余剰の充電をおこなうこと
を可能とし、サルフェーションの発生を防止した長寿命
の独立型電源システムを提供することを目的とするもの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、従来備えられていた鉛蓄電池とは別に
蓄電手段を設置し、この蓄電手段により鉛蓄電池に余剰
の充電を行うようにした。

【００１１】すなわち、本発明は、発電手段と該発電手
段によって発電された電力を貯える為の主たる鉛蓄電池
とを備えた独立型電源システムであって、前記鉛蓄電池
に対する充電を行う為の補助蓄電手段と該補助蓄電手段
による主たる鉛蓄電池への充電を制御する為の充電制御
手段とを備え、該充電制御手段が、鉛蓄電池の充電量が
所定の充電量よりも多くなる補助充電を行うように制御
動作することを特徴とする独立型電源システムである。

【００１２】本発明によれば、例えば、上記説明したよ
うな過充電である補助充電を行う場合に、補助蓄電手段
に蓄えられた電力が用いられるため、発電手段の発電量
に関係なく補助充電が確実に行われる。

【００１３】なお、充電制御手段は、補助充電を行う時
期を判断し、所定の量の電力を主たる鉛蓄電池に充電す
るように構成されるが、補助充電を行う時期は、例え
ば、予め補助充電を行う時間間隔を設定することで判断
するようにしても良いし、主たる鉛蓄電池の充電状態や
使用状態をモニターし、これらの状態が予め設定された
条件に合致したかどうかを見ることで判断するようにし
ても良い。また、補助充電は、主たる鉛蓄電池が過充電
状態になるような充電量を充電する充電とするのが好ま
しいが、必ずしも過充電状態にまでする必要はなく、予
め設定した充電量よりも充電量が多くなるような充電と
すれば良い。例えば、発電手段による充電が９０％の上
限とされている場合には、９５％の充電状態になるよう
な充電でも良いし、発電手段による発電量不足が続き、
例えば、充電量６０％といったような低い充電状態が所
定の期間続くような場合には、これを例えば９５％の充
電状態になるように充電するようにしても良く、このよ
うにすることでサルフェーションの発生が抑制される。

【００１４】特に、充電制御手段は、鉛蓄電池の充電量
が設定充電量以上になった際に補助充電を行うように制
御動作するように構成するのが好ましく、このようにす
ることで、効果的な補助充電を少ない電気量で行うこと
ができて、補助蓄電手段の容量を小さくできる。例え
ば、補助充電を過充電となる充電として設定し、主たる
鉛蓄電池の通常の最大充電量を９０％に設定した場合、
設定充電量を通常の最大充電量の近く、例えば、８５％
に設定しておけば、１１０％の過充電の場合でも、補助
充電による充電は２５％を行えば良く、このような設定
充電量を設けないような場合に比べて少ない充電量で過
充電状態を達成できる。すなわち、設定充電量が設けら
れていなければ、例えば５０％の状態から補助充電が行
われることもあり、この場合には、６０％もの充電が必
要となる。

【００１５】補助蓄電手段としては、鉛蓄電池、アルカ
リ蓄電池、リチウム蓄電池、コンデンサー、フライホイ
ール等、電力を蓄えることができるものであればどのよ
うなものでも用いることができるが、その充電状態は、
補助充電を行う前の時点で満充電状態に近くなるように
されているのが良い。これは、このように制御すること
で、補助蓄電手段の蓄電容量を小さくすることができる
からである。 なお、補助蓄電手段の充電は、発電手段
により行うようにするのであるが、例えば、主たる鉛蓄
電池と補助蓄電手段とが上記充電制御手段により制御さ
れる双方向コンバータを介して接続され、鉛蓄電池に供
給される電力の一部が前記双方向コンバータを介して補
助蓄電手段に充電されるように構成すると、双方向コン
バータにより、補助充電の制御と補助蓄電手段への充電
制御の両方が行われるようになって、システム構成を簡
素なものとする事ができるので好ましい。

【００１６】また、本願発明は、発電手段が自然エネル
ギーを利用した発電手段である場合に好適に用いること
ができ、特に、気象状態に発電量が大きく左右され易い
太陽電池または風力発電機を発電手段とする場合に適し
ている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を示しな
がら、本発明についてさらに説明する。

【００１８】以下に示す実施形態では、補助蓄電手段に
対し常時わずかな電流を発電手段から流すことにより、
補助蓄電手段を満充電状態にしておき、これによって補
助蓄電手段の蓄電容量を最大限利用できるようにしてい
る。このようにすることで、補助蓄電手段の容量を小さ
くできる。

【００１９】そして、満充電状態にされた補助蓄電手段
からコンバータを介して鉛蓄電池が均等充電（補助充電
に相当）されるように構成されている。均等充電のタイ
ミングは、鉛蓄電池が比較的充電されている時が好まし
いため、コンバータはこのようなタイミングで均等充電
動作を行うようにプログラム制御されており、コンバー
タの出力電圧、すなわち主たる鉛蓄電池への充電電圧
は、均等充電に必要な電圧となるように設定されてい
る。

【００２０】図１は、本発明実施形態の独立型電源シス
テムの構成を示すブロック構成図である。本実施形態の
独立型電源システムは、太陽電池１からなる発電手段と
該発電手段によって発電された電力を貯える為の主たる
鉛蓄電池３とを備えた独立型電源システムであって、鉛
蓄電池３に対する充電を行う為の補助蓄電手段である電
気二重層コンデンサ５と、電気二重層コンデンサ５によ
る主たる鉛蓄電池３への充電を制御する為の充電制御手
段を備えてこれにより制御される双方向コンバータ６と
を備え、鉛蓄電池３と電気二重層コンデンサ５とが双方
向コンバータ６を介して接続されたものであり、さら
に、太陽電池１と負荷４、鉛蓄電池３とは充電制御回路
２を介して接続されている。

【００２１】そして、双方向コンバータ６は、内部に備
えた充電制御手段により、鉛蓄電池３の充電量が所定の
充電量よりも多くなる補助充電を行うように制御動作す
るとともに、充電制御回路２を経由して鉛蓄電池３に供
給される電力の一部が双方向コンバータ６を介して電気
二重層コンデンサ５に充電されるように構成されてい
る。

【００２２】さらに、本実施形態のシステムでは、電気
二重層コンデンサ５を常時満充電状態とするため、一定
期間毎に双方向コンバータ６をしばらくの間運転して、
電気二重層コンデンサ５を補充電するようにしており、
一方、双方向コンバータ６にて鉛蓄電池３の電圧を監視
し、鉛蓄電池３のおよその充電状態を検出して、一定の
期間毎に鉛蓄電池３が満充電に近いタイミングを見計ら
って、電気二重層コンデンサ５から双方向コンバータ６
を介して鉛蓄電池３を充電するように構成されている。
これにより、鉛蓄電池３には充分な電力が供給され、確
実に均等充電がおこなわれる。

【００２３】図２は、本発明の別の実施形態の独立型電
源システムの構成を示すブロック構成図である。上記実
施形態のシステムと比べ、発電手段として風力発電機
７、補助蓄電手段としてニッケルカドミウム蓄電池８が
使用されている点で異なるものであるが、その他の構
成、基本動作や効果については、図１に示したものと同
様である。

【００２４】なお、上記実施形態のシステムにおいて
は、補助蓄電手段の容量は主たる鉛蓄電池の容量と同一
である必要はなく、鉛蓄電池をほぼ満充電状態から過充
電状態にするのに足る容量であればよいので、鉛蓄電池
容量の１／３〜１／５程度で充分である。また、蓄電手
段としては、電気二重層コンデンサやニッケルカドミウ
ム蓄電池以外に、鉛蓄電池など他の蓄電手段を用いても
良い。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、補助蓄電手段により鉛
蓄電池に補助充電を行うようにしたので、例えば、定期
的に補助充電を確実に行うことができ、サルフェーショ
ンの発生を防止することができて鉛蓄電池の長寿命化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態の独立型電源システムの構成を示す
ブロック構成図である。

【図２】 別の実施形態の独立型電源システムの構成を
示すブロック構成図である。

【図３】 独立型電源システムの従来例を示すブロック
構成図である。

【符号の説明】

１ 太陽電池 ２ 充放電制御回路 ３ 鉛蓄電池 ４ 負荷 ５ 電気二重層コンデンサ ６ 双方向コンバータ ７ 風力発電機 ８ ニッケルカドミウム蓄電池

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電手段と該発電手段によって発電され
   た電力を貯える為の主たる鉛蓄電池とを備えた独立型電
   源システムであって、 前記鉛蓄電池に対する充電を行う為の補助蓄電手段と該
   補助蓄電手段による主たる鉛蓄電池への充電を制御する
   為の充電制御手段とを備え、 該充電制御手段が、鉛蓄電池の充電量が所定の充電量よ
   りも多くなる補助充電を行うように制御動作することを
   特徴とする独立型電源システム。
2. 【請求項２】 上記充電制御手段は、鉛蓄電池の充電量
   が設定充電量以上になった際に補助充電を行うように制
   御動作することを特徴とする請求項１記載の独立型電源
   システム。
3. 【請求項３】 主たる鉛蓄電池と補助蓄電手段とが上記
   充電制御手段により制御される双方向コンバータを介し
   て接続され、鉛蓄電池に供給される電力の一部が前記双
   方向コンバータを介して補助蓄電手段に充電されるよう
   に構成されていることを特徴とする請求項１または２記
   載の独立型電源システム。
4. 【請求項４】 上記発電手段が、太陽電池または風力発
   電機であることを特徴とする請求項１，２または３記載
   の独立型電源システム。