JP2004120950A

JP2004120950A - Solar cell portable power supply

Info

Publication number: JP2004120950A
Application number: JP2002283871A
Authority: JP
Inventors: Yasumichi Kanai; 金井　康通; Masato Mino; 三野　正人; Satoshi Nakayama; 中山　諭
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solar cell portable power supply which comprises solar cells not connected in series and is used as a power supply for portable electric and electronic equipment and a power supply for charging a secondary battery. <P>SOLUTION: The following elements are added to the stage subsequent to a boosting circuit connected with a solar cell module: a power storage element for storing boosting output; an overcurrent/overvoltage prevention circuit which prevents the power storage element from being overcharged; a converter which converts the boosting output or the output of the power storage element and supplies power to a load with constant voltage or constant current; a switch for controlling the power supply from the power storage element to the converter; a switch for controlling whether to supply power to portable equipment; and a judgment circuit which controls these switches. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池携帯電源に係り、特に、太陽電池をエネルギー源として利用する電源、充電器、及び各種電気・電子機器に利用される太陽電池携帯電源に関する。また、本発明は、直列接続されていない太陽電池をエネルギー源とした太陽電池携帯電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池単セル利用技術を携帯電源に適用した例について説明する。一般的な太陽電池１セルの出力電圧は０．５Ｖ程度と低いため、電気・電子機器を動作させたり、ニッカド電池やニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池を充電することはできないので、太陽電池を直列化して電圧を上げている（例えば、特許文献１）。しかし、太陽電池を直列接続した構成は、影の影響を受けやすく、携帯機器用途の太陽電池構成として向いていない。つまり、この直列接続構成の太陽電池モジュールは、構成する太陽電池１セルの何割かが影になるだけで、太陽電池モジュール全体の何割かが影になったのと同じ効果が発生し、出力が大幅に低下してしまう。携帯機器に搭載した場合、太陽電池モジュール全体が光を受光するのは難しく、また、太陽電池モジュール全体が光を受光するように強いるのは、利用者にとって使いづらい印象を与えることとなる。
【０００３】
この現象を低減する手段として太陽電池と並列にバイパスダイオードを挿入する方法（例えば、特許文献１）が知られているが、従来の携帯機器用電源では、太陽電池モジュール自体の直列数が６〜１２セルと少ないため、効果が発揮できないのが実状である。このように、太陽電池をエネルギー源とした携帯電源では、直列接続した太陽電池から効率良く電力を取り出すのが難しい。
【０００４】
さらに、直列接続された太陽電池モジュールを作製するには、前述のバイパスダイオードの付加に加え、直列接続するために太陽電池表面と隣接する太陽電池裏面を繋ぐ配線やセル間の絶縁対策が必要である。モジュール効率を高めるため、各太陽電池セルは、配線のための隙間やセル間絶縁のための隙間を小さくする必要があり、精度よくセルを配置する技術が要求される。これが、太陽電池モジュールのコストの上昇の一因となっている。
【０００５】
このように、直列接続された太陽電池モジュールから携帯機器に電力供給を行う際の諸問題を解決する方法として、例えば、直列接続されていない太陽電池と昇圧回路から構成されるものがある（例えば、特許文献２参照）。直列接続した太陽電池で問題であったコストや影の影響を低減し携帯用途として優れた特性を実現している。当該技術で使われている昇圧回路は、一般に用いられる昇圧回路とは異なり、一般的な太陽電池１セルからの昇圧動作を可能とした昇圧回路である。ここでは、上述の昇圧回路自体の動作原理についての説明は省略する。当該技術を適用することで太陽電池の直列接続による諸問題を回避し、更に太陽電池形状についても任意の形状にすることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２１７７０８号
【特許文献２】
特願２００２−００１４６２号。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の昇圧回路を用いる技術には、以下のような問題がある。
【０００８】
上述の昇圧回路には、太陽電池への光照射量によって、発電照度の下限と起動照度というものがある。即ち、夜間や曇りなどで発電が停止すると昇圧回路が完全に停止してしまい、再度起動するには、発電照度の下限を上回る光照射が必要となる。起動照度に達しない場合は、全く電力が得られず、曇天時には、発電効率が悪くなるという問題がある。
【０００９】
また、上述の昇圧回路では、昇圧出力の一部を昇圧回路に戻すことで、低電圧動作の実現と高い変換効率を実現している。このため、昇圧回路が起動する前から負荷が接続されていると、昇圧回路に十分な電力が供給されず変換効率が悪化して、さらに電力が不足するため、昇圧回路が起動できないという問題がある。また、昇圧回路が動作していても、電力供給能力を上回る負荷が接続されると、昇圧出力電圧の低下が起こり、昇圧回路への電力供給量が低下して、昇圧回路の昇圧能力と変換効率の低下を招くため、さらに、出力電圧が低下する負の連鎖が発生して、昇圧回路は停止してしまうという問題がある。特に、太陽電池が小面積の場合や曇天時などでは、発電量が少ないため、一度動作が停止すると、起動照度に達しないため、昇圧回路が起動せず、装置への信頼性を著しく損なうという問題がある。
【００１０】
このように、直列接続されていない太陽電池と上述の従来の技術による昇圧回路を組み合わせただけでは、従来の直列接続された太陽電池の諸問題を解決できるものの、太陽電池携帯電源に適用するには信頼性、利便性の点で問題が残る。本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、直列接続されていない太陽電池を携帯電気電子機器の電源及び二次電池の充電の電源として用いる際に、昇圧回路に安定した電力を供給できる太陽電池携帯電源を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理を説明するための図である。
【００１２】
本発明は、太陽電池をエネルギー源として利用する携帯機器に使用される太陽電池携帯電源であって、
直列接続されておらず、出力電圧が０．５Ｖ程度の太陽電池単セルまたは、単セルを複数並列接続した太陽電池モジュール１１１と、
太陽電池モジュール１１１の後段に接続され、太陽電池モジュール１１１の出力を昇圧対象とする昇圧回路１１２と、
昇圧回路１１２の昇圧出力の少なくとも一部を蓄積しておき、該昇圧回路１１２の昇圧出力電圧が低下した場合に該昇圧回路１１２へ電力を供給する蓄電素子５０と、を有する。
【００１３】
また、本発明は、昇圧回路１１２と蓄電素子５０との間に設けられ、該蓄電素子５０への過充電を防止するための過電流・過電圧防止回路を更に有する。
【００１４】
また、本発明は、昇圧回路１１２の昇圧出力、または、蓄電素子５０の出力を変換して定電圧または、定電流で負荷に電力を供給するコンバータを更に有する。
【００１５】
また、本発明は、蓄電素子５０とコンバータとの間に設けられ、該蓄電素子５０から該コンバータへの電力の供給を制御する第１のスイッチを更に有する。
【００１６】
また、本発明は、携帯機器に電力を供給するか否かを制御する第２のスイッチを更に有する。
【００１７】
また、本発明は、携帯機器に供給する電力の過電圧、過電流、低電圧、低電流または、蓄電素子５０の放電終止電圧を検出し、該携帯機器に電力を供給するか否かを制御する第２のスイッチ、または、該蓄電素子５０からコンバータへの電力の供給を制御する第１のスイッチを制御する判定回路を更に有する。
【００１８】
また、本発明は、判定回路に接続され、蓄電量低下状態、ショート、または過電流を含む状態を表示する表示回路を更に有する。
【００１９】
上記のように、本発明では、太陽電池モジュールと昇圧回路の他に、昇圧回路の昇圧出力を蓄電する蓄電素子を設けることにより、昇圧回路が一度起動して発電を始めると、二次電池もしくは電気二重層コンデンサ等の蓄電素子に発電電力が蓄えられ、曇天などで、昇圧回路が停止しそうな場合は、蓄電素子から昇圧回路に電力を供給することで昇圧回路が完全に停止することを防止し、起動照度以下の日射量においても安定した発電を実現することが可能となる。
【００２０】
また、蓄電素子がない場合は、携帯機器を接続した時に流れる突入電流や携帯機器の中にあるモータの始動時などに流れる大きな消費電流により、消費電力が発電電力を上回ると昇圧出力電圧が著しく低下して昇圧回路が停止してしまうことが発生する。特に、昇圧回路の起動照度以下の発電環境では、一度、昇圧回路の動作が停止してしまうと、発電することができない極めて厳しい状態に陥ることとなる。昇圧出力を蓄電素子により蓄電することで、消費電力が発電電力を超えた電力は蓄電素子から供給できるので、昇圧電圧の低下も低減でき、安定した発電が期待できる。
【００２１】
さらに、昇圧回路の昇圧出力を蓄電素子に蓄えることで、携帯機器への電力供給が夜間にも可能となることや、発電時に携帯機器を接続しておく必要がなくなり、発電と給電が時間軸上で別々でよく、利用者の生活パターンに合わせた利用を可能にし、著しく利便性を向上させることが可能となる。
【００２２】
また、本発明では、昇圧回路と蓄電素子との間に蓄電素子の過充電を防止するための過電流、過電圧防止回路を設けたことにより、利用者が直列接続されていない太陽電池セルから構成される太陽電池モジュールを気軽に増設しても、二次電池や電気二重層コンデンサ等の蓄電素子の電気的特性を加速劣化させることはなく、蓄電素子の電気的特性が維持されることで、昇圧回路の安定動作を実現し、発電システム効率と太陽電池携帯電源の信頼性を著しく高める。同時に、利用者は電源内部の状態について特別な注意を払う必要がなく利便性を向上させることが可能となる。
【００２３】
また、本発明では、昇圧回路の昇圧出力もしくは、蓄電素子の出力を変換して定電圧もしくは、定電流で携帯機器に供給するコンバータを設けることで、昇圧回路の安定動作を目的とした蓄電素子固有の電気特性に縛られることなく、携帯機器の要求する電力形態で電力の供給が可能となる。
【００２４】
また、本発明では、蓄電素子とコンバータとの間に、蓄電素子からコンバータへの電力の供給を制御する第１のスイッチを備えたことにより、本電源から携帯機器に電力を供給していない時に、コンバータによる無駄な電力消費を無くすことで、蓄電素子の蓄電エネルギーを温存して、昇圧回路への安定した電力供給により、起動照度を下回る曇天時の発電を安定させ、効率良い発電を実現することが可能となる。
【００２５】
また、本発明では、電源から携帯機器に電力を供給するか否かを制御する第２のスイッチを設けたことにより、電源の電力供給能力を超えた携帯機器からの過大な電力要求に対して、電力の供給を停止して、蓄電素子の出力電圧の急激な低下を防止することで、昇圧回路の動作停止を回避し、効率よい発電と電源の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２６】
また、本発明では、電源から携帯機器に供給する電力の過電圧、過電流、低電流、蓄積素子の放電終止電圧（電気的特性に由来する放電を停止すべき蓄電残エネルギー量の状態のいずれか）を検出して、電源から携帯機器に電力を供給するか否かを制御する第２のスイッチもしくは、蓄電素子からコンバータへの電力の供給を制御する第１のスイッチをオフ制御する。このように、コンバータから携帯機器への電力の供給を制御できるようにスイッチを付加したことにより、蓄電素子の蓄電量が低下した場合や、コンバータの出力が短絡した場合にも、昇圧回路の動作を安定化でき、本携帯電源の曇天時の発電安定性や発電効率を改善することが可能となる。
【００２７】
また、表示回路により状態を表示した後に、蓄電素子とコンバータの間にある第１のスイッチをオフすることが可能となり、利便性と信頼性を向上させることが可能となる。また、蓄電素子として二次電池の過放電や電気二重層コンデンサの電圧低下を著しく低減することが可能となり、二次電池の過放電による二次電池の劣化やコンバータ出力短絡による発熱などの危険な状態を回避することが可能となり、電源の安全性を確保できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施の形態について説明する。
【００２９】
［第１の実施の形態］
携帯電源における最適な太陽電池モジュールの構成は、太陽電池セルを直列接続していないことである。太陽電池セルには、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体を用いたものなど、一般に広く普及しているものが使用できるが、直列接続されていない太陽電池からの出力電圧は最大でも０．５Ｖ強であり、動作状態では、０．３〜０．４Ｖ程度の低い出力電圧しか得られないことから、直列接続していない太陽電池で電子回路を動作させることは困難である。従って、直列接続されていない太陽電池出力を携帯機器が要求する電圧へ昇圧することができなかったが、最近、特願２００２−００１４６２号に開示されている構成の昇圧回路を適用することで、直列接続されていない太陽電池からの出力電圧を携帯機器が要求する動作電圧にまで昇圧することが可能となった。
【００３０】
しかしながら、この単セル昇圧技術を現実に携帯電源に適用するには、克服すべき課題が残されており、本発明では、太陽電池単セル昇圧技術を携帯電源に適用する構成を具体的に示す。
【００３１】
図２は、本発明の第１の実施の形態における太陽電池携帯電源の構成図（その１）である。図２に示す太陽電池携帯電源は、昇圧対象である直列接続されていない太陽電池セルから構成される太陽電池モジュール１１１、太陽電池モジュール１１１の出力を昇圧する昇圧回路１１２、蓄電素子５０から構成され、蓄電素子５０は昇圧回路１１２の後段に接続されている。
【００３２】
蓄電素子５０には、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、鉛蓄電池、電気二重層コンデンサなどの一般的な素子を用いることができる。
【００３３】
回路の動作は、昇圧回路１１２の昇圧出力の少なくとも一部を蓄電素子５０に蓄えておき、太陽電池モジュール１１１の出力が低下して、昇圧回路１１２のエネルギー源である昇圧出力電圧が低下した場合に、蓄電素子５０に蓄えておいたエネルギーを昇圧回路１１２に供給することで、昇圧回路１１２の動作が完全に停止して発電効率が低下することを防止し、起動照度以下の日射量においても安定した発電を実現するものである。
【００３４】
また、蓄電素子５０がない場合は、携帯機器を接続した時に流れる突入電流や携帯機器の中にあるモータの始動時などに流れる大きな消費電流により、消費電力が発電電力を上回ると昇圧出力電圧が著しく低下して昇圧回路１１２が停止してしまう。特に昇圧回路１１２の起動照度以下の発電環境では、一度、昇圧回路の動作が停止してしまうと、発電することができない極めて厳しい状態に陥ることになる。昇圧出力を蓄電素子５０へ蓄電することで、消費電力が発電電力を超えた電力は、蓄電素子５０から供給されるので、昇圧電圧の低下も低減でき安定した発電が期待できる。
【００３５】
さらに、昇圧回路１１２の昇圧出力を蓄電素子５０に蓄えることで、携帯機器への電力供給が夜間にも可能になることや、発電時に携帯機器を接続しておく必要がなくなり、発電と給電が時間軸上で別々でよく、利用者の生活パターンに合わせた利用を可能にし、著しく利便性が向上する利点もある。
【００３６】
蓄電素子５０から昇圧回路１１２の動作停止を防ぐための電力供給ルートの構成として、図３、図４、図５、図６の構成が有効である。
【００３７】
図３は、蓄電素子５０に蓄電エネルギーがあれば、蓄電素子５０から直接的に昇圧回路１１２の駆動エネルギーが供給される。しかし、太陽電池モジュール１１１からの発電が期待でいない夜間でも蓄電素子５０から昇圧回路１１２への電力供給が行われ、電力損失が発生してしまう。昇圧回路１１２の動作を維持するために必要な電力は、１００マイクロワット以下なので、実際には問題にならないが、必要であれば、図４に示すように、蓄電素子５０の出力から昇圧回路１１２の電源端子への電力供給配線途中に、光感応型抵抗素子６１、例えば、Ｃｄｓなどの半導体素子を挿入すればよい。光感応型抵抗素子６１の抵抗値の可変範囲は市販のものでおよそ１００オーム〜１メガオームの範囲である。
【００３８】
さらに、抵抗値の可変範囲を広くするには、例えば、図５に示すような光感応型抵抗素子６１とトランジスタなどの半導体素子を組み合わせてスイッチング回路を構成すればよい。同図に示す光感応型素子６１は、光抵抗素子７２、抵抗素子７３、ＰＮＰトランジスタ７４、ＮＰＮトランジスタ７５から構成される。同図における素子定数は、各素子の電気的特性やスイッチングする光照度に応じて随時設計すればよい。また同図に示した回路は、バイポーラトランジスタ以外にも電界効果型のトランジスタを用いたり、光感応型抵抗素子の代わりにフォトダイオードやフォトトランジスタなどの光感応素子を用いることができる。
【００３９】
さらに、昇圧回路１１２の動作維持の観点から、図６に示す整流素子６０を用いる回路も有効である。同図は、昇圧回路１１２の昇圧出力の少なくとも一部を昇圧回路１１２の電源入力端子に供給して昇圧動作を維持すると共に、整流素子６０を通して、蓄電素子５０に昇圧出力を供給している。蓄電素子５０の放電終止電圧は昇圧回路１１２の動作維持電圧に比べて高いと仮定する。この回路構成では、晴天時など昇圧回路１１２から昇圧出力が十分に得られるときは、整流素子６０を通じて蓄電素子５０に電力が供給される。一方、曇天時などで昇圧電圧が蓄電素子５０の単位電圧以下に低下した場合は、昇圧出力が蓄電素子５０には供給されず、専ら昇圧回路１１２の動作状態維持のために働く。また、携帯機器への電力供給は、蓄電素子５０からの供給が支配的であり、携帯機器への過剰な電力供給においても、昇圧出力電圧は蓄電素子５０の端子電圧を下回ることはない。これにより、上記の仮定から図６の回路構成においても、昇圧回路１１２の十分な安定化が達成できる。蓄電素子５０から昇圧回路１１２に直接電力を供給していないので、夜間に無駄な電力消費も発生しない。
【００４０】
［第２の実施の形態］
本実施の形態では、昇圧回路１１２と蓄電素子５０との間に過電流・過電圧防止回路を設けた構成を説明する。
【００４１】
図７は、本発明の第２の実施の形態における太陽電池携帯電源の構成を示す。同図に示す太陽電池携帯電源は、昇圧対象である直列接続されていない太陽電池セルから構成される太陽電池モジュール１１１、太陽電池モジュール１１１の出力を昇圧する昇圧回路１１２、蓄電素子５０、過電流・過電圧防止回路５１から構成される。
【００４２】
過電流・過電圧防止回路５１は、蓄電素子５０の特性に合わせて、公知の過充電防止ＩＣや、定電圧・定電流回路を構成すればよい。
【００４３】
本実施の形態では、第１の実施の形態に過電流・過電圧防止回路５１を付加することで、太陽電池モジュール１１１の並列枚数やモジュール面積の大小に関わらず蓄電素子５０を保護することが可能となり、過充電による蓄電素子５０の著しい劣化を防止することで、昇圧回路１１２への安定的な電力供給を実現するものである。太陽電池携帯電源の利用者は、電源内部の状態を気にする必要がなくなり、利便性と信頼性を向上することができる。
【００４４】
また、昇圧回路１１２の動作停止を防ぐための電力供給ルートは、第１の実施の形態と同様に、光感応型にしたり、図８に示すように、昇圧出力から供給してもよい。整流素子６０は、必要に応じて過電流・過電圧防止回路５１の入力側に直列に接続する。
【００４５】
［第３の実施の形態］
本実施の形態では、第１、第２の実施の形態で出力電圧が昇圧回路１１２の動作を安定化させる蓄電素子５０の端子電圧に固定されてしまい、携帯機器が必要とする電圧を提供できない課題を解決するために、昇圧回路１１２の昇圧出力もしくは、蓄電素子５０の出力を変換して定電圧もしくは定電流で負荷に電力を供給するコンバータを設けた構成である。
【００４６】
図９は、本発明の第３の実施の形態における太陽電池携帯電源の構成を示す。同図に示す太陽電池携帯電源は、昇圧対象でる直列接続されていない太陽電池セルから構成される太陽電池モジュール１１１、当該太陽電池モジュール１１１の出力を昇圧する昇圧回路１１２、蓄電素子５０、過電流・過電圧防止回路５１、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２から構成される。
【００４７】
このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２を設けたことにより、蓄電素子５０の電圧特性に制限されず、多様な携帯機器に電力を供給することが可能となる。コンバータ５２は、市販のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを適用すればよいが、公知の電圧変換コンバータ構成など一般的なコンバータ回路で実現できる。
【００４８】
［第４の実施の形態］
本実施の形態では、第３の実施の形態の構成の蓄電素子５０とＤＣ−ＤＣコンバータ５２との間に蓄電素子５０からＤＣ−ＤＣコンバータ５２への電力供給を制御するためのスイッチを設けた構成である。
【００４９】
図１０は、本発明の第４の実施の形態における太陽電池形態電源の構成を示す。同図に示す太陽電池携帯電源は、昇圧対象である直列接続されていない太陽電池セルから構成される太陽電池モジュール１１１、当該太陽電池モジュール１１１の出力を昇圧する昇圧回路１１２、蓄電素子５０、過電流・過電圧防止回路５１、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２、及びスイッチ５３から構成される。
【００５０】
本実施の形態では、蓄電素子５０からＤＣ−ＤＣコンバータ５２への電力供給を制御するスイッチ５３を付加したものである。これにより、蓄電素子５０の電圧が低下した際に、スイッチ５３をオフにして、蓄電素子５０の放電を止めることで、昇圧回路１１２の動作の安定性の向上を図るものである。
【００５１】
また、蓄電素子５０の過放電防止により、蓄電素子５０の加速劣化が防止でき、昇圧回路１１２の信頼性の向上や、携帯機器が接続されていない状態でのＤＣ−ＤＣコンバータ５２による無駄な電力消費を防止することができる。スイッチ５３は、一般的な機械的な開閉機構、あるいは、半導体による電子的なスイッチを用いることができる。また、機械的なスイッチと半導体スイッチの組み合わせでもよく、公知のスイッチ機構を使うことが可能である。
【００５２】
スイッチ５３のオフ制御は、蓄電素子５０が二次電池の場合は、蓄電素子５０の蓄電量が５〜２０％程度になった時に、システムとして蓄電量が無くなったものと判断し、スイッチ５３をオフにするようにした。また、蓄電素子５０が電気二重層コンデンサなどコンデンサ特性を示す場合は、昇圧回路１１２の動作維持電圧より高い電圧でスイッチ５３をオフ制御するようにした。これらは、上述のように、曇天時の発電特性を改善するのに必要な電力を蓄電素子５０内に確保するためである。
【００５３】
［第５の実施の形態］
本実施の形態では、電源から携帯機器に電力を供給するか否かを制御するスイッチを設けた構成を説明する。
【００５４】
図１１は、本発明の第５の実施の形態における太陽電池携帯電源の構成を示す。同図に示す太陽電池携帯電源は、昇圧対象である直列接続されていない太陽電池セルから構成される太陽電池モジュール１１１、当該太陽電池モジュール１１１の出力を昇圧する昇圧回路１１２、蓄電素子５０、過電流・過電圧防止回路５１、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２、スイッチ５３、スイッチ５４から構成される。本実施の形態では、前述の第４の実施の形態において、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２からの携帯機器への電力供給を制御するためのスイッチ５４を付加したものである。これにより、スイッチ５３をオンするときに、携帯機器への接続をスイッチ５４によりオフしておくことができるので、蓄電素子５０からの過大な放電電流が携帯機器へ流れることをを禁止して、蓄電素子５０の端子電圧が急激に低下して昇圧回路１１２の動作が停止することを防止することができる。ＤＣ−ＤＣコンバータ５２においても、起動時に負荷が接続されていると過電流や出力電圧の立ち上がりの遅延により、起動に失敗することがあるが、スイッチ５４により携帯機器を切り離した状態でＤＣ−ＤＣコンバータ５２を起動することで、容易に起動でき、電源の信頼性を向上することができる。
【００５５】
このように、スイッチ５４の付加により昇圧回路１１２の曇天時の発電特性を大幅に向上するものである。スイッチ５４は、一般的なフォトモスリレーや電磁リレーあるいは半導体による電子的なスイッチを用いることができる。また、機械的なスイッチと半導体スイッチの組み合わせでもよく、公知のスイッチ機構を使うことが可能である。
【００５６】
［第６の実施の形態］
本実施の形態では、電源から携帯機器に供給する電力の過電圧、過電流、低電圧、低電流、または、蓄電素子５０の放電終止電圧を検出し、電源から携帯機器に電力を供給するか否かを制御するスイッチまたは、蓄電素子５０からＤＣ−ＤＣコンバータ５２への電力の供給を制御するスイッチを制御する構成を説明する。
【００５７】
図１２は、本発明の第６の実施の形態における太陽電池携帯電源の構成を示す。同図に示す太陽電池携帯電源は、昇圧対象である直列接続されていない太陽電池セルから構成される太陽電池モジュール１１１、当該太陽電池モジュール１１１の出力を昇圧する昇圧回路１１２、蓄電素子５０、過電流・過電圧防止回路５１、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２、スイッチ５３、スイッチ５４、蓄電素子電圧・出力電圧・出力電流判定回路５５、状態表示回路５６から構成される。
【００５８】
本実施の形態では、第５の実施の形態において、蓄電素子電圧・出力電圧・出力電流判定回路５５と、状態表示回路５６を付加したものである。
【００５９】
本実施の形態において、ＤＣ−ＤＣコンバータ５２の出力電圧、出力電流を監視し、スイッチ５４から出力された電力が短絡や過大電流あるいは回路故障により異常な電圧が出力された場合に、蓄電素子電圧・出力電圧・出力電流判定回路５５により、即時にスイッチ５４をオフ状態とし、蓄電素子５０の端子電圧が急激に低下して、昇圧回路１１２の動作が停止したり、接続した携帯機器が破壊されるのを防ぐ。また、出力電流の異常な低電流状態から携帯機器の不使用状態を検出して、スイッチ５３をオフ制御することで、蓄電素子５０の蓄電量の低下を防止して、昇圧回路１１２の安定動作をはかるものである。また、蓄電素子電圧・出力電圧・出力電流判定回路５５がスイッチ５４をオフした後に状態表示回路５６による、蓄電量低下状態やショートや過電流などの状態を表示した後に、スイッチ５３をオフすることで、使用者への利便性と無駄な電力消費による昇圧回路１１２の不安定な動作を防止できる。状態表示回路５６には、ＬＥＤや液晶パネルなど一般的なものを使うことができる。これにより、第５の実施の形態での課題である出力状態異常時の高速なオフ制御が可能となり、昇圧回路１１２への影響を最小限に抑えることができる。
【００６０】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
【００６１】
【発明の効果】
上述のように、特に直列接続していない太陽電池を用いた太陽電池モジュールは低コストで高効率な発電を実現するが、直列接続していない太陽電池の出力を昇圧することは特殊な昇圧技術が必要であり、この昇圧技術を現実の太陽電池携帯電源に適用するには、曇天時における発電効率の低下や携帯機器への電力供給による昇圧回路の不安定性発現という大きな課題があったが、本発明によれば、昇圧出力を蓄積し、昇圧回路に安定した電力を供給することで、曇天時にも効率の良い発電動作が可能となる。
【００６２】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータによる蓄電素子の電圧を変換することで携帯機器が必要とする動作電圧を供給するが可能となる。
【００６３】
さらに、スイッチを２ヵ所に付加することで、携帯機器による昇圧回路への影響を最小限にでき、昇圧回路の安定動作を実現して太陽電池携帯電源の信頼性の向上に効果を発揮する。太陽電池携帯電源から携帯機器への給電が停止した場合に状態表示回路により、停止理由等を表示することで、利便性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における太陽電池形態電源の構成図（その１）である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における太陽電池形態電源の構成図（その２）である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における太陽電池形態電源の構成図（その３）である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における太陽電池形態電源の構成図（その４）である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における太陽電池形態電源の構成図（その５）である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における太陽電池形態電源の構成図（その１）である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における太陽電池形態電源の構成図（その２）である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における太陽電池形態電源の構成図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態における太陽電池形態電源の構成図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態における太陽電池形態電源の構成図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態における太陽電池形態電源の構成図である。
【符号の説明】
５０　蓄電素子
５１　過電流・過電圧防止回路
５２　ＤＣ−ＤＣコンバータ
５３，５４　スイッチ
５５　蓄電素子電圧・出力電圧・出力電流判定回路
６０　整流素子
６１　光感応型抵抗素子
７２　光抵抗素子
７３　抵抗素子
７４　ＰＮＰトランジスタ
７５　ＮＰＮトランジスタ
１１１　太陽電池モジュール、昇圧対象である直列接続されていない太陽電池セルから構成される太陽電池モジュール
１１２　昇圧回路、直列接続されていない太陽電池出力を昇圧する昇圧回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar cell portable power supply, and more particularly to a power supply using a solar cell as an energy source, a charger, and a solar cell portable power supply used for various electric / electronic devices. In addition, the present invention relates to a portable solar battery power source that uses solar batteries that are not connected in series as an energy source.
[0002]
[Prior art]
An example in which the conventional solar cell single cell utilization technology is applied to a portable power supply will be described. Since the output voltage of one general solar cell is as low as about 0.5 V, it is not possible to operate electric / electronic devices or charge a secondary battery such as a nickel-cadmium battery, a nickel-metal hydride battery, or a lithium-ion battery. The voltage is increased by serializing solar cells (for example, Patent Document 1). However, a configuration in which solar cells are connected in series is susceptible to shadows, and is not suitable as a solar cell configuration for portable devices. In other words, in the solar cell module having the series connection configuration, the same effect as that in which only a part of one solar cell constituting the cell is shaded is produced, and the output is reduced. It will drop significantly. When mounted on a portable device, it is difficult for the entire solar cell module to receive light, and forcing the entire solar cell module to receive light gives a user an impression that it is difficult to use.
[0003]
As a means for reducing this phenomenon, a method of inserting a bypass diode in parallel with a solar cell (for example, Patent Document 1) is known. However, in a conventional power supply for portable devices, the number of series solar cell modules themselves is 6 to 6. In reality, the effect cannot be exhibited because the number is as small as 12 cells. As described above, it is difficult for a portable power supply using a solar cell as an energy source to efficiently extract power from the solar cells connected in series.
[0004]
Further, in order to manufacture a series-connected solar cell module, in addition to the addition of the bypass diode described above, it is necessary to provide wiring connecting the front surface of the solar cell and the back surface of the adjacent solar cell and insulation measures between cells in order to connect in series. is there. In order to increase module efficiency, it is necessary for each solar cell to have a small gap for wiring and a gap for inter-cell insulation, and a technique for accurately arranging cells is required. This contributes to an increase in the cost of the solar cell module.
[0005]
As described above, as a method of solving various problems when power is supplied from a solar cell module connected in series to a portable device, for example, there is a method that includes a solar cell that is not connected in series and a booster circuit (for example, , Patent Document 2). The effects of cost and shadow, which were problems with solar cells connected in series, have been reduced, and excellent characteristics have been realized for portable applications. The booster circuit used in this technology is a booster circuit that enables a boosting operation from one general solar cell, unlike a booster circuit generally used. Here, description of the operation principle of the booster circuit itself is omitted. By applying this technology, various problems due to the series connection of the solar cells can be avoided, and the solar cell can have any shape.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-217708
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application No. 2002-001462.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the technique using the conventional booster circuit has the following problems.
[0008]
The above-mentioned booster circuit has a lower limit of power generation illuminance and a starting illuminance depending on the amount of light irradiation on the solar cell. That is, when the power generation stops at night or cloudy, the booster circuit completely stops, and in order to start again, light irradiation exceeding the lower limit of the power generation illuminance is required. When the starting illuminance is not reached, no electric power is obtained at all, and there is a problem that power generation efficiency is deteriorated in cloudy weather.
[0009]
In the above-described booster circuit, low voltage operation and high conversion efficiency are realized by returning part of the boosted output to the booster circuit. For this reason, if a load is connected before the booster circuit starts, sufficient power is not supplied to the booster circuit, the conversion efficiency deteriorates, and the power becomes insufficient, so that the booster circuit cannot start. is there. In addition, even if the booster circuit is operating, if a load that exceeds the power supply capacity is connected, the boosted output voltage will drop, and the amount of power supplied to the booster circuit will decrease, and the booster circuit's boosting capacity and conversion will be reduced. Since the efficiency is reduced, a negative chain in which the output voltage is reduced occurs, and the booster circuit is stopped. In particular, when the solar cell has a small area or when it is cloudy, the amount of power generation is small, so once the operation is stopped, the starting illuminance does not reach and the booster circuit does not start, which significantly impairs the reliability of the device. There's a problem.
[0010]
Thus, by simply combining a solar cell that is not connected in series and the above-described booster circuit according to the conventional technique, it is possible to solve various problems of the conventional series-connected solar cell, but to apply the present invention to a solar cell portable power supply. Problems remain in terms of reliability and convenience. The present invention has been made in view of the above points, and can provide stable power to a booster circuit when a solar cell that is not connected in series is used as a power supply for a portable electronic device and a power supply for charging a secondary battery. It is intended to provide a solar battery portable power supply.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
[0012]
The present invention is a solar battery portable power supply used for portable equipment that uses a solar battery as an energy source,
A solar cell unit that is not connected in series and whose output voltage is about 0.5 V, or a solar cell module 111 in which a plurality of single cells are connected in parallel;
A booster circuit 112 that is connected to the subsequent stage of the solar cell module 111 and targets the output of the solar cell module 111 to be boosted;
A power storage element that stores at least a part of the boosted output of the booster circuit and supplies power to the booster circuit when the boosted output voltage of the booster circuit decreases.
[0013]
Further, the present invention further includes an overcurrent / overvoltage prevention circuit provided between booster circuit 112 and power storage element 50 to prevent overcharge of power storage element 50.
[0014]
Further, the present invention further includes a converter that converts the boosted output of booster circuit 112 or the output of power storage element 50 and supplies power to the load with a constant voltage or a constant current.
[0015]
Further, the present invention further includes a first switch provided between power storage element 50 and the converter, for controlling supply of power from power storage element 50 to the converter.
[0016]
Further, the present invention further includes a second switch for controlling whether to supply power to the portable device.
[0017]
In addition, the present invention detects overvoltage, overcurrent, low voltage, low current of power supplied to the portable device, or the discharge end voltage of the storage element 50, and controls whether to supply power to the portable device. There is further provided a determination circuit that controls the second switch or the first switch that controls supply of power from the power storage element 50 to the converter.
[0018]
In addition, the present invention further includes a display circuit connected to the determination circuit and configured to display a state including a low state of charge, a short circuit, or an overcurrent.
[0019]
As described above, in the present invention, in addition to the solar cell module and the booster circuit, by providing a storage element for storing the boosted output of the booster circuit, once the booster circuit is activated and starts generating power, the secondary battery or When power generation is stored in a storage element such as an electric double-layer capacitor and the boost circuit is likely to stop due to cloudy weather, etc., the power storage element supplies power to the boost circuit to prevent the boost circuit from stopping completely However, stable power generation can be realized even with the amount of solar radiation below the starting illuminance.
[0020]
In addition, if there is no power storage element, the boost output voltage will increase significantly if the power consumption exceeds the generated power due to the inrush current flowing when the portable device is connected or the large current consumption flowing when starting the motor in the portable device. This may cause the voltage drop to stop the booster circuit. In particular, in a power generation environment in which the illuminance is equal to or lower than the startup illuminance of the booster circuit, once the operation of the booster circuit is stopped, an extremely severe state in which power cannot be generated falls. By storing the boosted output by the power storage element, power whose power consumption exceeds the generated power can be supplied from the power storage element. Therefore, a decrease in the boosted voltage can be reduced, and stable power generation can be expected.
[0021]
Furthermore, by storing the boosted output of the booster circuit in the storage element, power can be supplied to the portable device at night, and it is not necessary to connect the portable device at the time of power generation. In this case, it is possible to use the information separately according to the life pattern of the user, and it is possible to remarkably improve the convenience.
[0022]
Further, according to the present invention, by providing an overcurrent and overvoltage prevention circuit between the booster circuit and the storage element to prevent overcharge of the storage element, a configuration is made up of solar cells in which a user is not connected in series. Even if a solar cell module is easily added, the electrical characteristics of the storage element such as a secondary battery or an electric double layer capacitor will not be accelerated and deteriorated, and the electrical characteristics of the storage element will be maintained. The stable operation of the booster circuit is realized, and the power generation system efficiency and the reliability of the solar cell portable power supply are significantly improved. At the same time, the user does not need to pay special attention to the state inside the power supply, and the convenience can be improved.
[0023]
Further, in the present invention, by providing a converter that converts the boosted output of the booster circuit or the output of the storage element and supplies the output to the portable device with a constant voltage or a constant current, the storage element for the purpose of stable operation of the booster circuit is provided. Power can be supplied in the power mode required by the portable device without being bound by the inherent electric characteristics.
[0024]
Further, according to the present invention, the first switch for controlling the supply of power from the power storage element to the converter is provided between the power storage element and the converter, so that power is not supplied from the power supply to the portable device. By eliminating unnecessary power consumption by the converter, the stored energy of the storage element is preserved, and stable power supply to the booster circuit stabilizes power generation under cloudy weather below the starting illuminance, realizing efficient power generation. It becomes possible.
[0025]
Further, in the present invention, by providing the second switch for controlling whether to supply power from the power supply to the portable device, an excessive power request from the portable device exceeding the power supply capability of the power supply is provided. By stopping the supply of power and preventing a sharp drop in the output voltage of the power storage element, it is possible to avoid stopping the operation of the booster circuit, and to efficiently generate power and improve the reliability of the power supply.
[0026]
Further, according to the present invention, any one of overvoltage, overcurrent, low current, and the end-of-discharge voltage of the storage element (the state of the remaining storage energy amount at which the discharge due to the electrical characteristics is to be stopped) is provided. ) Is detected, and the second switch for controlling whether to supply power from the power supply to the portable device or the first switch for controlling the supply of power from the power storage element to the converter is turned off. By adding a switch to control the supply of electric power from the converter to the portable device, the operation of the booster circuit can be performed even when the storage amount of the storage element is reduced or when the output of the converter is short-circuited. Can be stabilized, and the power generation stability and power generation efficiency of the portable power supply in cloudy weather can be improved.
[0027]
After the state is displayed by the display circuit, the first switch between the power storage element and the converter can be turned off, so that convenience and reliability can be improved. In addition, it is possible to significantly reduce the overdischarge of the secondary battery and the voltage drop of the electric double layer capacitor as a storage element. The state can be avoided, and the safety of the power supply can be ensured.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
[First Embodiment]
An optimal configuration of a solar cell module in a portable power supply is that solar cells are not connected in series. As the solar cells, those generally used widely, such as those using monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, and compound semiconductors, can be used, but the output voltage from solar cells not connected in series is maximum. However, since it is slightly more than 0.5 V and only a low output voltage of about 0.3 to 0.4 V can be obtained in an operating state, it is difficult to operate an electronic circuit with solar cells that are not connected in series. Therefore, the output of the solar cell not connected in series could not be boosted to the voltage required by the portable device, but recently, by applying the booster circuit having the configuration disclosed in Japanese Patent Application No. 2002-001462, It has become possible to boost the output voltage from solar cells not connected in series to the operating voltage required by portable devices.
[0030]
However, there are still problems to be overcome in order to apply this single-cell boosting technology to a portable power supply in practice, and the present invention specifically shows a configuration in which the solar cell single-cell boosting technology is applied to a portable power supply. .
[0031]
FIG. 2 is a configuration diagram (part 1) of the solar cell portable power supply according to the first embodiment of the present invention. The solar cell portable power supply shown in FIG. 2 includes a solar cell module 111 composed of non-series connected solar cells to be boosted, a booster circuit 112 for boosting the output of the solar cell module 111, and a power storage element 50. , The power storage element 50 is connected to the subsequent stage of the booster circuit 112.
[0032]
As the power storage element 50, for example, a general element such as a lithium ion secondary battery, a nickel hydride secondary battery, a nickel cadmium secondary battery, a lead storage battery, and an electric double layer capacitor can be used.
[0033]
The operation of the circuit is performed when at least a part of the boosted output of the booster circuit 112 is stored in the storage element 50, the output of the solar cell module 111 is reduced, and the boosted output voltage that is the energy source of the booster circuit 112 is reduced. In addition, by supplying the energy stored in the storage element 50 to the booster circuit 112, the operation of the booster circuit 112 is completely stopped to prevent the power generation efficiency from lowering. This is to realize stable power generation.
[0034]
If the power storage element 50 is not provided, the boosted output voltage increases when the power consumption exceeds the generated power due to an inrush current flowing when the portable device is connected or a large current consumption flowing when starting the motor in the portable device. The voltage drops significantly and the booster circuit 112 stops. In particular, in a power generation environment where the illuminance is equal to or lower than the activation illuminance of the booster circuit 112, once the operation of the booster circuit is stopped, a very severe state in which power cannot be generated falls. By storing the boosted output in the power storage element 50, the power whose power consumption exceeds the generated power is supplied from the power storage element 50, so that the reduction in the boosted voltage can be reduced and stable power generation can be expected.
[0035]
Further, by storing the boosted output of the booster circuit 112 in the storage element 50, it becomes possible to supply power to the portable device even at night, and it is not necessary to connect the portable device at the time of power generation. There is also an advantage that it can be separated on the time axis and can be used according to the life pattern of the user, and the convenience is remarkably improved.
[0036]
3, 4, 5, and 6 are effective as a configuration of a power supply route for preventing the operation of the booster circuit 112 from the power storage element 50.
[0037]
In FIG. 3, if the storage element 50 has storage energy, the drive energy of the booster circuit 112 is directly supplied from the storage element 50. However, even at night when power generation from the solar cell module 111 is not expected, power is supplied from the power storage element 50 to the booster circuit 112, and power loss occurs. Since the power required to maintain the operation of the booster circuit 112 is not more than 100 microwatts, it does not actually matter, but if necessary, as shown in FIG. The light-sensitive resistor 61, for example, a semiconductor element such as Cds may be inserted in the middle of the power supply wiring to the power supply terminal. The variable range of the resistance value of the light-sensitive resistive element 61 is a commercially available one and is in a range of about 100 ohm to 1 megaohm.
[0038]
Further, in order to widen the variable range of the resistance value, for example, a switching circuit may be configured by combining a photosensitive element 61 and a semiconductor element such as a transistor as shown in FIG. The light-sensitive element 61 shown in the figure includes a light resistance element 72, a resistance element 73, a PNP transistor 74, and an NPN transistor 75. The element constants in the figure may be designed as needed according to the electrical characteristics of each element and the illuminance to be switched. Further, the circuit shown in the figure can use a field-effect transistor other than the bipolar transistor, or use a photosensitive element such as a photodiode or a phototransistor instead of the photosensitive resistive element.
[0039]
Further, a circuit using the rectifying element 60 shown in FIG. 6 is also effective from the viewpoint of maintaining the operation of the booster circuit 112. In the figure, at least a part of the boosted output of the booster circuit 112 is supplied to the power input terminal of the booster circuit 112 to maintain the boosting operation, and the boosted output is supplied to the electric storage element 50 through the rectifier 60. It is assumed that the discharge end voltage of the storage element 50 is higher than the operation maintaining voltage of the booster circuit 112. In this circuit configuration, when a sufficient boosted output is obtained from the booster circuit 112, such as when the weather is fine, power is supplied to the power storage element 50 through the rectifying element 60. On the other hand, when the boosted voltage drops below the unit voltage of power storage element 50 in cloudy weather or the like, the boosted output is not supplied to power storage element 50, and works solely to maintain the operating state of booster circuit 112. In addition, the power supply to the portable device is predominantly supplied from the power storage device 50, and the boosted output voltage does not fall below the terminal voltage of the power storage device 50 even when the power is excessively supplied to the mobile device. Thus, from the above assumption, even in the circuit configuration of FIG. 6, sufficient stabilization of the booster circuit 112 can be achieved. Since power is not supplied directly from the power storage element 50 to the booster circuit 112, unnecessary power consumption does not occur at night.
[0040]
[Second embodiment]
In this embodiment, a structure in which an overcurrent / overvoltage prevention circuit is provided between the booster circuit 112 and the power storage element 50 will be described.
[0041]
FIG. 7 shows a configuration of a solar cell portable power supply according to the second embodiment of the present invention. The solar cell portable power supply shown in the figure includes a solar cell module 111 composed of non-series connected solar cells to be boosted, a boosting circuit 112 for boosting the output of the solar cell module 111, a storage element 50, an overcurrent -It is composed of an overvoltage prevention circuit 51.
[0042]
The overcurrent / overvoltage prevention circuit 51 may be a known overcharge prevention IC or a constant voltage / constant current circuit according to the characteristics of the electric storage element 50.
[0043]
In this embodiment, by adding the overcurrent / overvoltage prevention circuit 51 to the first embodiment, it is possible to protect the electricity storage element 50 regardless of the number of paralleled solar cell modules 111 or the size of the module area. Thus, stable power supply to the booster circuit 112 is realized by preventing remarkable deterioration of the power storage element 50 due to overcharging. The user of the solar cell portable power supply does not need to worry about the internal state of the power supply, and can improve convenience and reliability.
[0044]
Further, the power supply route for preventing the operation stop of the booster circuit 112 may be of a light-sensitive type, as in the first embodiment, or may be supplied from a boosted output as shown in FIG. The rectifier element 60 is connected in series to the input side of the overcurrent / overvoltage protection circuit 51 as necessary.
[0045]
[Third Embodiment]
In this embodiment, the output voltage is fixed to the terminal voltage of the electric storage element 50 for stabilizing the operation of the booster circuit 112 in the first and second embodiments, and the voltage required by the portable device cannot be provided. In order to solve the problem, a configuration is provided in which a converter that converts the boosted output of the booster circuit 112 or the output of the storage element 50 and supplies power to the load with a constant voltage or a constant current is provided.
[0046]
FIG. 9 shows a configuration of a solar cell portable power supply according to the third embodiment of the present invention. The solar cell portable power supply shown in the figure includes a solar cell module 111 composed of non-series connected solar cells to be boosted, a booster circuit 112 for boosting the output of the solar cell module 111, a power storage element 50, an overcurrent -It is composed of an overvoltage prevention circuit 51 and a DC-DC converter 52.
[0047]
By providing the DC-DC converter 52 in this manner, power can be supplied to various portable devices without being limited by the voltage characteristics of the power storage element 50. The converter 52 may be a commercially available DC-DC converter module, but can be realized by a general converter circuit such as a known voltage conversion converter configuration.
[0048]
[Fourth Embodiment]
In this embodiment, a switch for controlling power supply from power storage element 50 to DC-DC converter 52 is provided between power storage element 50 and DC-DC converter 52 having the configuration of the third embodiment. Configuration.
[0049]
FIG. 10 shows a configuration of a solar cell type power supply according to the fourth embodiment of the present invention. The solar cell portable power supply shown in the figure includes a solar cell module 111 composed of non-series connected solar cells to be boosted, a boosting circuit 112 for boosting the output of the solar cell module 111, a power storage element 50, It comprises a current / overvoltage prevention circuit 51, a DC-DC converter 52, and a switch 53.
[0050]
In the present embodiment, a switch 53 for controlling power supply from the power storage element 50 to the DC-DC converter 52 is added. Thus, when the voltage of the power storage element 50 decreases, the switch 53 is turned off to stop discharging of the power storage element 50, thereby improving the stability of the operation of the booster circuit 112.
[0051]
In addition, by preventing over-discharge of the storage element 50, accelerated deterioration of the storage element 50 can be prevented, the reliability of the booster circuit 112 can be improved, and wasteful power by the DC-DC converter 52 when no portable device is connected. Consumption can be prevented. As the switch 53, a general mechanical opening / closing mechanism or an electronic switch using a semiconductor can be used. Further, a combination of a mechanical switch and a semiconductor switch may be used, and a known switch mechanism can be used.
[0052]
When the power storage element 50 is a secondary battery, when the power storage amount of the power storage element 50 becomes about 5 to 20%, it is determined that the power storage amount has been exhausted as a system. I turned it off. When the storage element 50 exhibits a capacitor characteristic such as an electric double layer capacitor, the switch 53 is controlled to be turned off at a voltage higher than the operation maintaining voltage of the booster circuit 112. These are for securing the electric power necessary for improving the power generation characteristics in cloudy weather in the electric storage element 50 as described above.
[0053]
[Fifth Embodiment]
In this embodiment, a configuration in which a switch for controlling whether to supply power from a power supply to a portable device is provided will be described.
[0054]
FIG. 11 shows a configuration of a solar cell portable power supply according to the fifth embodiment of the present invention. The solar cell portable power supply shown in the figure includes a solar cell module 111 composed of non-series connected solar cells to be boosted, a boosting circuit 112 for boosting the output of the solar cell module 111, a power storage element 50, It comprises a current / overvoltage prevention circuit 51, a DC-DC converter 52, a switch 53, and a switch 54. In the present embodiment, a switch 54 for controlling the power supply from the DC-DC converter 52 to the portable device in the fourth embodiment is added. Thereby, when the switch 53 is turned on, the connection to the portable device can be kept off by the switch 54, so that an excessive discharge current from the electric storage element 50 is prevented from flowing to the portable device, It is possible to prevent the operation of the booster circuit 112 from stopping due to a sudden drop in the terminal voltage of the power storage element 50. In the DC-DC converter 52 as well, if a load is connected at the time of start-up, the start-up may fail due to an overcurrent or a delay in the rise of the output voltage. By starting the converter 52, it can be easily started, and the reliability of the power supply can be improved.
[0055]
As described above, the addition of the switch 54 greatly improves the power generation characteristics of the booster circuit 112 during cloudy weather. As the switch 54, a general photo MOS relay, an electromagnetic relay, or an electronic switch using a semiconductor can be used. Further, a combination of a mechanical switch and a semiconductor switch may be used, and a known switch mechanism can be used.
[0056]
[Sixth Embodiment]
In the present embodiment, overvoltage, overcurrent, low voltage, low current of power supplied from the power supply to the portable device, or the end-of-discharge voltage of the storage element 50 is detected, and power is supplied from the power supply to the portable device. A configuration for controlling a switch that controls the power supply or a switch that controls supply of power from the power storage element 50 to the DC-DC converter 52 will be described.
[0057]
FIG. 12 shows a configuration of a solar cell portable power supply according to the sixth embodiment of the present invention. The solar cell portable power supply shown in the figure includes a solar cell module 111 composed of non-series connected solar cells to be boosted, a booster circuit 112 for boosting the output of the solar cell module 111, a power storage element 50, It comprises a current / overvoltage prevention circuit 51, a DC-DC converter 52, a switch 53, a switch 54, a storage element voltage / output voltage / output current determination circuit 55, and a state display circuit 56.
[0058]
This embodiment is different from the fifth embodiment in that a storage element voltage / output voltage / output current determination circuit 55 and a state display circuit 56 are added.
[0059]
In the present embodiment, the output voltage and output current of the DC-DC converter 52 are monitored, and when the power output from the switch 54 outputs an abnormal voltage due to short-circuit, excessive current, or circuit failure, the voltage of the storage element The switch 54 is immediately turned off by the output voltage / output current determination circuit 55, and the terminal voltage of the power storage element 50 is rapidly reduced to stop the operation of the booster circuit 112 or to break the connected portable device. To prevent In addition, by detecting the non-use state of the portable device from the abnormally low current state of the output current and controlling the switch 53 to be off, it is possible to prevent the storage amount of the storage element 50 from being reduced, and to operate the booster circuit 112 stably. To measure. Further, after the storage element voltage / output voltage / output current determination circuit 55 turns off the switch 54, the state display circuit 56 displays the state of a low storage amount, a short circuit, an overcurrent, and the like, and then turns off the switch 53. Thus, unstable operation of the booster circuit 112 due to convenience for the user and wasteful power consumption can be prevented. As the status display circuit 56, a general one such as an LED or a liquid crystal panel can be used. Thereby, high-speed off control at the time of an abnormal output state, which is a problem in the fifth embodiment, can be performed, and the influence on the booster circuit 112 can be minimized.
[0060]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications are possible within the scope of the claims.
[0061]
【The invention's effect】
As mentioned above, solar cell modules that use solar cells that are not connected in series in particular achieve high-efficiency power generation at low cost, but boosting the output of solar cells that are not connected in series is a special boosting technology. In order to apply this boosting technology to the actual portable power source of a solar cell, there were major issues such as a decrease in power generation efficiency in cloudy weather and the instability of the boosting circuit due to power supply to the portable device. According to the present invention, by accumulating the boosted output and supplying stable power to the booster circuit, an efficient power generation operation can be performed even in cloudy weather.
[0062]
Further, by converting the voltage of the power storage element by the DC-DC converter, it becomes possible to supply the operating voltage required by the portable device.
[0063]
In addition, by adding switches to two locations, the effect of the portable device on the booster circuit can be minimized, and the booster circuit can be operated stably to improve the reliability of the solar battery portable power supply. When the power supply from the solar battery portable power supply to the portable device is stopped, the status display circuit displays the reason for the stop and the like, thereby improving the convenience.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram (part 1) of a solar cell type power supply according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram (part 2) of a solar cell type power supply according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram (part 3) of a solar cell type power supply according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram (part 4) of a solar cell type power supply according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram (part 5) of a solar cell type power supply according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram (part 1) of a solar cell type power supply according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram (part 2) of a solar cell type power supply according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a solar cell type power supply according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram of a solar cell type power supply according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a configuration diagram of a solar cell type power supply according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a configuration diagram of a solar cell type power supply according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
50 storage element
51 Overcurrent / overvoltage protection circuit
52 DC-DC converter
53,54 switch
55 Storage element voltage / output voltage / output current judgment circuit
60 rectifier
61 Light-sensitive resistive element
72 Photoresistance element
73 resistance element
74 PNP transistor
75 NPN transistor
111 solar cell module, solar cell module composed of non-series connected solar cells to be boosted
112 booster circuit, booster circuit for boosting solar cell output not connected in series

Claims

A solar cell portable power supply used for portable equipment that uses a solar cell as an energy source,
A solar cell unit that is not connected in series and whose output voltage is about 0.5 V, or a solar cell module in which a plurality of unit cells are connected in parallel,
A booster circuit that is connected to the subsequent stage of the solar cell module and that sets the output of the solar cell module as a boost target;
A power storage element for storing at least a part of the boosted output of the booster circuit and supplying power to the booster circuit when the boosted output voltage of the booster circuit decreases. Power supply.

The solar cell portable power supply according to claim 1, further comprising an overcurrent / overvoltage protection circuit provided between the booster circuit and the power storage element for preventing the power storage element from being overcharged.

The solar cell portable power supply according to claim 1 or 2, further comprising a converter that converts a boosted output of the booster circuit or an output of the power storage element and supplies power to the load with a constant voltage or a constant current.

The solar cell portable power supply according to claim 3, further comprising a first switch provided between the power storage element and the converter and configured to control supply of power from the power storage element to the converter.

The solar cell portable power supply according to any one of claims 1 to 4, further comprising a second switch for controlling whether to supply power to the portable device.

The second switch that detects overvoltage, overcurrent, low voltage, low current of power supplied to the portable device or a discharge end voltage of the power storage element and controls whether to supply power to the portable device. The solar cell portable power supply according to claim 4 or 5, further comprising a determination circuit that controls the first switch that controls supply of power from the power storage element to the converter.

7. The portable solar cell power supply according to claim 6, further comprising a display circuit connected to the determination circuit and configured to display a state including a low charged state, a short circuit, or an overcurrent.