JP2004064885A

JP2004064885A - 太陽電池を電源とする電源管理システムと、それを利用する情報装置

Info

Publication number: JP2004064885A
Application number: JP2002219685A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Masuda; 増田　清; Hiroshi Yoshida; 吉田　裕詩
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】太陽電池が設置された個別の条件を十分反映した充電条件で充電でき、それにより特に蓄電池への過充電を防止することが出来る情報装置とその電源管理システムを提供する。また蓄電池の残存電力に応じて通信間隔を異ならせて、蓄電池の省電力制御を行なう。
【解決手段】情報センターでは蓄電池電圧情報と予めデータベース化されているこの情報装置特有の諸情報および最新の天気予報情報等を勘案して、太陽電池の起電力を蓄電池に送出すべきか又は切断すべきかの充電制御情報、および送信間隔を決定する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池を電源とする電源管理システムとそれを利用する情報装置に関する。より厳密には、太陽電池を利用して蓄電池を充電するシステムにおいて、その蓄電池の過充電を防止し、かつ効率的に蓄電池の電力を使用することが出来る電源管理システムに関する。本発明は、例えば遠隔地で通常のＡＣ電源を使用することが出来ず太陽電池のみを電源とする雨量計、温度計、地震観測計等の遠隔監視装置、さらに無線通信中継器等の情報装置の電源管理システムに用いることが出来る。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池から蓄電池に充電する場合の過充電防止機能については、太陽電池及び、蓄電池の電圧を監視して充電ＯＮ／ＯＦＦを切り替えるなど既存の充電システムが多く存在する。一般に太陽電池の出力はその特性上、モジュールの設置場所、取り付け角度、天候、日照時間などに大きく左右され、またその太陽電池で充電される蓄電池の仕様についても、あらかじめ標準仕様で製作される場合は単純だが、実際には利用条件に合わせて、接続される蓄電池の仕様も若干変わることが多い。
【０００３】
このような太陽電池の充電条件については、充電回路に工夫をして太陽電池の起電力に応じた充電回路のＯＮ／ＯＦＦ制御、蓄電池容量に応じた充電電流の制御は、一般にはあらかじめ充電回路の定数を設定することにより行なわれている。しかしながらこの定数を決定するために、太陽電池が設置されたそれぞれの現場での日照条件等を１年を通して予想するのは実際には難しく、予め最適な設定をすることは容易ではない。従ってこの充電回路の定数設定はあくまでも標準的な充電条件を基に算出された定数であり、必ずしもその太陽電池が設置された個別的条件から算出されたものではない。
【０００４】
また、個別的な充電条件を算出して充電定数等を設定しようとすると、充電回路が煩雑になることによって高価なものとなったり、現場での設定ミスによる障害の可能性が出てくるという不具合が生ずる。
【０００５】
さらにまた、蓄電池に蓄積された電力の利用方法についても、ＡＣ電源の無い遠隔地に設置された単純な情報装置では、蓄積された電力量や現在の太陽電池の起電力などに関係なく、あらかじめ設定された条件に合致したタイミングでセンターへ情報を送信するものが多い。しかしながらこの時の無線通信に費やされる電力は、その他のセンサー等が測定に消費する電力に比較して大きいため、通信頻度は消費電力に大きく影響する。このため、通信頻度が数時間に１回程度で十分な用途においてはそれほど問題とはならないが、出来るだけ通信頻度を上げて、きめの細かい情報収集を行いたい場合には、蓄電池の容量並びに太陽電池の発電容量に余裕を持たせる必要が生じ、設置費用が増大するという不具合を生ずる。
【０００６】
さらにまた、蓄電池の寿命についても、単独で動作させていたのでは蓄電池の劣化状況を判断するのは難しく、設置された装置毎に蓄電池の利用条件が変わるため、使用されている蓄電池の劣化状況も一概に期間だけでは決められない。そのため通常は余裕を持って定期的な交換する必要があり、場合によっては無駄な費用の発生となる。また、一部の蓄電池の劣化が予想を上回ったときには、運用停止のトラブルに発展しかねないという不具合を有していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような不具合を解消するためのもので、第１の目的は太陽電池が設置された個別の条件を十分反映した充電条件で充電でき、それにより特に蓄電池への過充電を防止することが出来る情報装置とその電源管理システムを提供することである。
【０００８】
本発明の第２の目的は、遠隔地に設置された情報措置とその監視センター間で通信を行なう際に、この通信が他の処理に比べて比較的消費電力が大きいため、蓄電池の残存電力に応じて通信条件を変更して出来るだけ効率的な通信を行なうことが出来る情報装置とその電源管理システムを提供することである。
【０００９】
本発明の第３の目的は、太陽電池および蓄電池の出力電圧から劣化状況を把握し、適切な交換時期を判断する電源管理システムを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源管理システムでは、太陽電池と、太陽電池で発電された電力を蓄える蓄電池と、前記太陽電池の発電電圧及び蓄電池の出力電圧を監視する電圧監視モジュールとで構成し、データベースに記憶された前記太陽電池固有の充電制御情報に基づき、前記監視モジュールにより蓄電池の過充電防止のために充電ＯＮ／ＯＦＦ制御が行なわれるように構成したことを特徴とする。このように構成することで、従来の充電防止回路のように、一義的にＯＮ／ＯＦＦ制御されるのではなく、データベースに記憶されたその太陽電池の固有のデータに基づき充電がされるので効率的な充電と過充電防止を行なうことができる。
【００１１】
また前記充電制御情報には、前記太陽電池の発電実績データを含み、前記太陽電池が設置されている場所固有の情報である設置位置とその方向、その場所での季節的平均日照時間、日照量、ならびに太陽電池のタイプ、容量および劣化情報を含むことを特徴とする。これらのデータを参照して充電制御が行なわれるので、よりきめ細かな制御が可能となる。さらにこの太陽電池と蓄電池の劣化情報により、太陽電池と蓄電池が所定の性能以下になった場合には、前記太陽電池と蓄電池を交換すべき警報を出すように構成されている。従って劣化による電圧の異常低下を未然に防止することが可能となる。
【００１２】
本電源管理システムでは、前記充電制御情報には、さらに前記蓄電池の時間経過毎の蓄電能力特性情報、消費電力特性情報を含み、また前記太陽電池が設置されている場所の天気予報情報を含むことを特徴とする。またその充電制御情報は、情報センターでデータベース化されており、前記情報センターから前記電圧監視モジュールに通信回線を経由してダウンロードされるように構成したことを特徴とする。天気予報情報を含むことで、早めに充電を行う等の対応が可能であり、また情報センターでデータベース化されているので、類似の設置条件にある太陽電池のＯＮ／ＯＦＦ制御が可能となる。
【００１３】
さらに前記充電制御情報は、イベント的に前記情報センターから前記電圧監視モジュールに通信回線を経由してダウンロードされるように構成したことを特徴とする。従って地震や台風の発生という突発的な事態にもフレキシブルに対応することができる。
【００１４】
本発明にかかる電源管理システムではさらに、前記蓄電池の出力電圧に応じて情報送信の送信間隔を変化させる省電力制御を行う制御部を含むことを特徴とし、これにより蓄電池の電力を有効的に利用することができる。その他、本発明では上述の機能を有する情報装置を開示する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１６】
図１は本発明のシステム構成図である。情報装置１、情報センター７、情報装置のユーザ８、および情報装置の保守員９が通信回線で結ばれている。実際には複数の情報装置１が情報センター７から遠隔地に設置されている。また情報センター７と、ユーザ８および保守員９は電話回線で結ばれたり、あるいはインターネット経由でユーザ８および保守員９が情報センター７のホームページへ直接アクセスし、逆に情報センター７はユーザ８および保守員９へメールで連絡を取るように構成してもよい。これらは全て図示しない内蔵する通信制御部を介して相互に接続されている。
【００１７】
情報装置１は、発電機能を有する太陽電池２、その太陽電池２に接続された蓄電池３、蓄電池３から電力の供給を受けて制御処理および図示しない通信制御部とのインターフェースをとる制御部５、その制御部５の制御を受ける各種のセンサー６、そして全体の電力管理を行なう電圧監視モジュール４から構成されている。なおセンサー６は、例えばこの情報装置１が雨量計であれば雨量センサーであり、温度計であれば温度センサーであり、さらに例えば無線通信中継器であれば無線中継ユニットであり、特にセンサーに限定されない。
【００１８】
情報装置１内の電圧監視モジュール４は、蓄電池３に関する充電制御情報を情報センター７から受信して、その充電制御情報に従い太陽電池２の起電力を蓄電池３へ供給したり切断するための充電制御信号を太陽電池２と蓄電池３の間に設けたＯＮ／ＯＦＦスイッチ４Ａへ送出する過充電防止機能を有している。すなわち蓄電池３の出力電圧をチェックする蓄電池電圧監視を行ない、この蓄電池電圧情報を所定のタイミングで情報センター７に送出する。情報センター７ではこの蓄電池電圧情報と予めデータベース化されているこの情報装置特有の諸情報および最新の天気予報情報等を勘案して太陽電池２の起電力を蓄電池３に送出すべきか、又は切断すべきかの充電制御情報が決定される。この情報装置特有の諸情報とは例示すると以下のような情報である。ただしこれらの例示には限定されない。
【００１９】
１）この情報装置が設置されている場所特有情報の太陽電池の発電能力に関連する情報、例えば太陽電池の設置位置とその方向、その場所での季節的平均日照時間、日照量、太陽電池のタイプと容量ならびに劣化情報等により異なる。
２）蓄電池の時間経過毎の蓄電能力特性情報、なおこれは蓄電池タイプ、容量等により異なる。
３）消費電力特性情報、なおこれはセンサー６の接続数、センサー種別等により異なる。
【００２０】
なお最新の天気予報情報等とは、蓄電池３が有効電圧を維持することが出来る期間内のその局所的な天気情報であり、これは定期的に気象庁等から得られる一般情報の他に、情報センターの過去データから自己学習的に得られた独自情報も含む情報である。
【００２１】
上記の諸条件を勘案して情報センター７で決定される充電すべきか否かの充電制御情報は、上述の判断材料となる多くの諸情報を例えばＩＦ．．．ＴＨＥＮ形式で条件化した知識ベース化を活用して決定される。このように多くの諸情報を基に決定する充電制御情報は、ＩＦ．．．ＴＨＥＮ形式以外の他の多くの既存技術で、どのような場合に太陽電池２の起電力を蓄電池３に送出すべきか、又は切断すべきかを決定することができるため、その詳細は省略する。このように太陽電池による充電タイミングを一義的に決定する従来技術とは異なり、本発明においては情報装置１が設置された個別の条件を詳細に勘案してこの充電制御情報が決定されるので、効率よく蓄電池を充電することができ、また電池寿命を短縮させる過充電を防止することが可能となる。
【００２２】
さらに電圧監視モジュール４は、上述の蓄電池電圧監視の結果、もし所定の電圧まで低下したことが検知されると、制御部５に対してセンサー６のセンシング情報を情報センター７へ送出する送信間隔を一定条件下で長く設定する。これは比較的大きな消費電力を必要とするセンターへの通信の通信頻度を下げて蓄電池３の残存電力を出来るだけ長時間維持させるためである。このいわば省電力制御機能は、電圧監視モジュール４単独で、検知された蓄電池電圧値を基に比較的単純に判断するか、または検知された蓄電池電圧値を一旦、情報センター７へ送り、そこで上記の情報装置特有の諸情報を参照して判断してもよい。この判断は、情報センターのデータベースを活用して行なわれ、さらに自己学習的に信頼性を向上することが出来る。具体的な自己学習方法は、多くの既存技術を使用することが可能である。
【００２３】
情報センター７では、上記のように複数の情報装置１を同時に監視してその電源管理を行なうのみでなく、さらに太陽電池２および蓄電池３の能力劣化が検知されその寿命終了が検知されたら、保守員９へその旨の自動通知を行なう。これにより、人手を介せずに多くの情報装置のメンテナンス管理をすることが可能となる。
【００２４】
さらに情報センター７では、情報装置１の状態をリアルタイムでユーザ８に対してメールで報告する現状報告機能を有し、また反対にユーザ８は必要に応じて情報センター７のホームページにアクセスして情報装置のデータを得ることが出来るように構成されている。
【００２５】
次に本発明の運転サービス情報仲介システムの動作を図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図３のフローチャートを参照にして説明する。まず図２（Ａ）は本発明による電源管理システムの過充電防止機能についての動作フローチャートである。既に述べたように本発明に係る情報装置は各種センシング機能を有する遠隔監視装置の他、例えば通信中継器等を含む各種の装置を含むが、本動作フローチャートではセンシング機能を有する遠隔監視装置について例示をする。
【００２６】
この過充電防止機能は情報装置側機能と情報センター側機能で構成されている。情報装置側では、まずセンシング情報および電源情報を、予め設定したタイミングでセンターへ送信し（ＳＴ０１）、センター側でその情報を受信する（ＳＴ０２）。センター側では蓄電池充電のＯＮ／ＯＦＦを過去の経験を蓄積したデータベース、および天気予報等から判断し（ＳＴ０３）、センター側から充電制御情報を送信し（ＳＴ０４）、情報装置側でその情報を受信する（ＳＴ０５）。このデータベースは、一義的に充電のＯＮ／ＯＦＦを予め決定してある従来技術とは異なり、多くの条件下でのきめ細かな判断を含むので、効率的な充電を行なうことが出来る。その充電指示（ＳＴ０６）により充電ＯＮ（ＳＴ０７）あるいは充電ＯＦＦ（ＳＴ０８）の処理がされ、これらのステップが繰り返される。一方センター側では、センシング情報および電源情報をデータベースに格納し（ＳＴ０９）、同時にセンシング情報および電源情報を元にホームページを更新し、ユーザからのアクセスに備える（ＳＴ１０）。その後必要に応じてユーザへは、メール等で通知する（ＳＴ１１）。なお情報装置側からセンター側へ定期的に電源情報が送信されているので、その蓄電性能をセンター側でその電源情報から充放電パターンを求め、電池寿命を判断することができ、設置された装置毎に異なる使用環境下での適切な電池交換が可能となる。
【００２７】
図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示す通常的な過充電防止のルーティーンではなく、センター側で突発的に充電条件を変更する場合、例えば地震予知がされて、特に頻繁に遠隔地に設置された地震計から通常よりも頻繁にデータの受信を必要とする場合、情報装置側では通常より大きな通信電力を必要とするため、そのためにセンター側ではＯＮ／ＯＦＦ条件を設定して（ＳＴ１２）、センター側から蓄電池充電のＯＮ／ＯＦＦ条件を送信し（ＳＴ１３）、情報装置側でそれを受信して（ＳＴ１４）、定期的に蓄電池電圧監視を行い（ＳＴ１５）、それにより充電のＯＮ／ＯＦＦ処理を行なう（ＳＴ１６，ＳＴ１７，ＳＴ１８）。これによりイベント的な充電が可能となる。またこのように予めセンター側から簡単な充電条件（充電開始電圧や終了電圧）を指定して、情報装置側で充電制御することにより、データ量を削減することが可能となる。
【００２８】
次に図３には本発明に係る省電力制御機能の処理フローが示されている。すなわち情報装置側では図１に示す電圧監視モジュール４で定期的に蓄電池の電圧監視が行なわれ（ＳＴ１９）、その蓄電池電圧に応じてセンターへの監視情報の送信間隔を設定し（ＳＴ２０）、センターへの監視情報送信はその送信間隔で行なわれる（ＳＴ２１，ＳＴ２２）。
【００２９】
【発明の効果】
上述のように、本発明の電源管理システムを利用することによって、太陽電池による充電タイミングを一義的に決定する従来技術とは異なり、情報装置が設置された個別の条件を詳細に勘案してこの充電制御情報が決定されるので、効率よく蓄電池を充電することができ、また電池寿命を短縮させる過充電を防止することが可能となる。
【００３０】
さらに蓄電池電圧監視の結果、もし所定の電圧まで低下したことが検知されると、センシング情報を情報センターへ送出する送信間隔を一定条件下で長く設定する。これにより比較的大きな消費電力を必要とするセンターへの通信の通信頻度を下げて蓄電池３の残存電力を出来るだけ長時間維持させることが可能となる。
【００３１】
さらに情報センターは、太陽電池および蓄電池の能力劣化が検知されその寿命終了が検知されたら、保守員へその旨の自動通知を行なうことにより、人手を介せずに多くの情報装置のメンテナンス管理をすることが可能となる。
【００３２】
さらに情報センターでは、情報装置の状態をリアルタイムでユーザに対してメールで報告する現状報告機能を有し、また反対にユーザは必要に応じて情報センターのホームページにアクセスして情報装置のデータを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のシステム構成図である。
【図２】（Ａ）は過充電防止機能の動作フローチャートで、（Ｂ）は他の過充電防止機能の動作フローチャートである。
【図３】図３は省電力制御機能の動作フローチャートである。

Claims

太陽電池と、太陽電池で発電された電力を蓄える蓄電池と、前記太陽電池の発電電圧及び蓄電池の出力電圧を監視する電圧監視モジュールとで構成し、データベースに記憶された前記太陽電池固有の充電制御情報に基づき、前記監視モジュールにより蓄電池の過充電防止のために充電ＯＮ／ＯＦＦ制御が行なわれるように構成したことを特徴とする電源管理システム。
前記充電制御情報には、前記太陽電池の発電実績データを含むことを特徴とする請求項１記載の電源管理システム。
前記充電制御情報には、前記太陽電池が設置されている場所固有の情報である設置位置とその方向、その場所での季節的平均日照時間、日照量、ならびに太陽電池のタイプ、容量、および前記太陽電池と蓄電池の劣化情報を含むことを特徴とする請求項１記載の電源管理システム。
前記太陽電池と蓄電池の劣化情報により所定の性能以下になった場合には、前記太陽電池と蓄電池を交換すべき警報を出すように構成したことを特徴とする請求項３記載の電源管理システム。
前記充電制御情報には、さらに前記蓄電池の時間経過毎の蓄電能力特性情報、消費電力特性情報を含むことを特徴とする請求項３記載の電源管理システム。
前記充電制御情報には、さらに前記太陽電池が設置されている場所の天気予報情報を含むことを特徴とする請求項５記載の電源管理システム。
前記充電制御情報は、情報センターでデータベース化されており、前記情報センターから前記電圧監視モジュールに通信回線を経由してダウンロードされるように構成したことを特徴とする請求項１記載の電源管理システム。
前記充電制御情報は、イベント的に前記情報センターから前記電圧監視モジュールに通信回線を経由してダウンロードされるように構成したことを特徴とする請求項１記載の電源管理システム。
請求項１記載の電源管理システムにさらに、前記蓄電池の出力電圧に応じて情報送信の送信間隔を変化させる省電力制御を行う制御部を含むことを特徴とする請求項１記載の電源管理システム。
太陽電池と、太陽電池で発電された電力を蓄える蓄電池と、前記太陽電池の発電電圧及び蓄電池の出力電圧を監視する電圧監視モジュールと、外部のセンサーを制御し、かつ通信制御を行う制御部とで構成した情報装置において、通信回線で結ばれた情報センターからダウンロードした前記太陽電池固有の充電制御情報に基づき、前記監視モジュールにより蓄電池の過充電防止のために充電ＯＮ／ＯＦＦ制御を行なうように構成したことを特徴とする情報装置。
前記制御部は、前記蓄電池の出力電圧に応じて情報送信の送信間隔を変化させる省電力制御を行うように構成したことを特徴とする請求項１０記載の情報装置。