JP2011036043A - 二次電池の充電制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電が不安定である自然力利用発電装置を用いて、二次電池に充電する場合に、さらに発動発電機でも充電できるようにする。
【解決手段】バッテリー１４に充電制御装置２１を介して、ソーラーパネル１５、商用電源接続装置のほか、燃料タンク１６ａを有する発動発電機１６を設ける。充電制御装置２１は、バッテリの電圧を監視するバッテリ電圧監視／充電制御部２１Ａと、ソーラーパネル１５の発電電圧を監視するソーラー充電制御・電圧監視部２１Ｂと、前記両部２１Ａ，２１Ｂよりの信号を受けバッテリー１４の電圧が第１の設定値以下でかつソーラーパネル１５の発電電圧が所定値以上でない場合に、発電発動機１６を起動し、バッテリー１４に発動発電機１６により充電する発動発電機充電制御・電圧監視・始動／停止制御部２１Ｅとを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、二次電池の充電制御システムに関するものである。

ＬＥＤは、消費電力が少なく発熱せず、寿命が長いので、各種の表示部分に使用されており、このようなＬＥＤを用いた道路標識やビル内部の案内標識等の表示装置は知られている（例えば特許文献１参照）。これらの表示装置が表示する内容は、例えば、「工事中」や「この先で事故発生」等の予め定められた一定の文句であって、内蔵するメモリに記憶された表示内容を表示している。

このような表示装置のＬＥＤ表示部等は、電力を消費する負荷装置であって、電源として、自然力を利用した太陽光発電装置によって充電される二次電池を有する。この二次電池は、太陽光発電装置による充電不足の場合には、ＡＣ電源より充電することもできるようになっている。

特開２００８−２０９８０９号公報

そのような表示装置では、太陽光発電装置での充電不足が発生した場合に、近くにＡＣ電源がないなどの理由により、ＡＣ電源により二次電池に充電できない場合もある。

また、太陽光発電装置に代えて、負荷装置の電源である二次電池に、自然力を利用した風力発電装置により充電する場合にも、同様な課題がある。

この発明は、発電が不安定である自然力利用発電装置を用いて、二次電池に充電する場合に、さらに発動発電機でも充電できるようにすることで、負荷装置の起動を安定化できる充電制御装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、負荷装置の電源となる二次電池と、太陽光発電装置または風力発電装置などの自然力利用発電装置と、商用電源を利用した充電装置と、前記自然力利用発電装置あるいは前記充電装置による前記二次電池への充電を制御する充電制御装置とを備える二次電池の充電制御システムであって、前記二次電池に、前記充電制御装置を介して、燃料タンクを有する発動発電機を設け、前記充電制御装置が、前記二次電池の電圧を監視する第１の電圧監視手段と、前記自然力利用発電装置の発電電圧を監視する第２の電圧監視手段と、前記第１及び第２の電圧監視手段よりの信号を受け前記二次電池の電圧が第１の設定値以下でかつ前記自然力利用発電装置の発電電圧が所定値以上でない場合に、前記発電発動機を起動し、前記二次電池に前記発動発電機により充電する充電制御手段とを備えることを特徴とする。

このようにすれば、充電制御装置によって、二次電池の電圧を監視し、二次電池の充電不足が判明した時点で発動発電機を起動させ、強制的に充電を行う一方、十分な充電を行った後あるいは設定時間の充電を終了した後に、発動発電機を停止させることで、発動発電機の燃料の節約と効率的な充電との両立を図ることができる。

また、二次電池は、必要なときに、必要な時間だけ強制充電することができるので、二次電池の寿命を延ばすと共に、負荷装置が停止するのを防止することができる。

請求項２に記載のように、前記発動発電機の燃料タンクに残燃料検出手段が設けられ、前記充電制御手段は、前記残燃料検出手段よりの信号を受け、前記二次電池の電圧が第１の設定値以下でかつ前記自然力利用発電装置の発電電圧が所定値以上でない場合であって、残燃料がある場合にのみ前記発動発電機を起動するものであることが望ましい。

このようにすれば、自然力利用発電装置での発電電圧が不足の時に発動発電機を起動して、充電がなされる。

請求項３に記載のように、前記充電制御手段は、前記発動発電機の残燃料があっても、前記二次電池の電圧が前記第１の設定値よりも小さい第２の設定値以下である場合には、商用電源により充電するものであることが望ましい。

このようにすれば、負荷装置が停止され、過放電が防止される。

請求項４に記載のように、前記発動発電機制御手段は、タイマー手段に連係され、前記二次電池に前記発動発電機により充電する時間を一定時間とすることができる。

このようにすれば、二次電池を完全に充電できなくとも、発電発動機の作動時間を一定時間とすることで、燃料の節約が図れる。

請求項５に記載のように、前記発動発電機は、セルモータを起動するモードとして、通常のパワーで起動する通常モードと、通常のパワーを抑制してセルモータを起動する清音モードとを有することが望ましい。

このようにすれば、夜間など、静かに運転しなければならないときにパワーを抑制して時間をかけて充電することで清音化（静音化）が図れる。

本発明は、上記のように構成したから、二次電池の電圧を監視し、二次電池の充電不足が判明した時点で発動発電機を起動させ、強制的に充電を行う一方、十分な充電を行った後あるいは設定時間の充電を終了した後に、発動発電機を停止させることで、発動発電機の燃料の節約と効率的な充電との両立を図ることができる。

本発明に係る負荷装置であるＬＥＤ表示部などを含む情報表示装置の正面図である。 同側面図である。 同背面図である。 前記情報表示装置の制御系のブロック図である。 充電制御装置の構成図である。 バッテリー制御のフローチャート図である。 ＡＣ充電処理制御のフローチャート図である。 発動発電機の駆動制御のフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

この発明の実施の形態は、図１〜図３に示すように、負荷装置であるＬＥＤ表示部などを含む情報表示装置の電源としてのバッテリー（二次電池）の充電制御システムに適用したものである。

この情報表示装置１は、負荷装置として横型のＬＥＤ表示部１１を備え、ＬＥＤ表示部１１の両端部の上部に、複数個のフラッシュライト１２ａを有するフラッシュライト部１２（負荷装置）が設けられている。このフラッシュライト１２ａは、ＬＥＤ表示部１１にデータが表示されている間は交互に点滅する構成とされている。そのために、表示装置１が所定の表示データを表示中であることを視覚者に知らせることができ、重要な表示データを間違いなく報知可能となる。

また、情報表示装置１は、ＬＥＤ表示部１１とフラッシュライト部１２に加えて点灯部材を内蔵する標識１３（負荷装置）を備えている。標識１３には、種々の警戒標識１３Ａや、種々の規制標識１３Ｂをそれぞれ表示可能な構成としている。なお、情報表示装置１は、装置本体１０の内部に、具体的に図示していないが、ＬＥＤ表示部１１のコントローラ、画像変換制御装置、メモリ部、順次表示制御部を備えている。

電源装置として、バッテリー１４と、ソーラーパネル１５（太陽光発電装置）、燃料タンク１６ａを有する可搬型発動発電機１６とを備えている。そのために、屋外に設置する際には、ソーラーパネル１５が生成する電力を利用してバッテリー１４の充電も可能とすることで、表示可能な時間を長くすることができる。

また、発動発電機１６での充電もできるようになっている。この発動発電機１６のセルモータを起動するモードとして、通常のパワーで起動する通常モードと、通常のパワーを抑制してセルモータを起動する清音（静音）モードとを有し、これらのモードはモード切替スイッチ（図示せず）によって切り替えられる。なお、燃料タンク１６ａには、具体的に図示していないが、燃料タンク１６ａ内の燃料の残量を検出する残燃料検出センサ（残燃料検出手段）が設けられている。また、情報表示装置１は、移動容易となるようにキャスタを備えるようにすることもできる。

そして、図４に示すように、太陽光発電装置であるソーラーパネル２４からのソーラー充電により充電制御装置２１を介して、バッテリー１４（充電電源）に充電しつつ、このバッテリー１４をＤＣ動作電源として負荷装置（ＬＥＤ表示部１１，フラッシュライト１２、標識１３）を駆動するようになっている。また、バッテリー１４には、充電制御装置２１を介して、商用電源（ＡＣ充電電源：１００Ｖ〜２００Ｖ）や発動発電機１６（ＤＣ発電電源）が接続されている。発動発電機１６と充電制御装置２１との間に、発電機始動・停止制御について自動／手動の切替を行う切替スイッチ１７が設けられている。

充電制御装置２１は、図５に示すように、バッテリー電圧監視・充電放電制御部２１Ａ（第１の電圧監視手段）と、ソーラー充電制御・電圧監視部２１Ｂ（第２の電圧監視手段）と、総合電圧監視・充電制御監視部２１Ｃ（充電制御手段）と、ＤＣ１２Ｖ電源出力制御部２１Ｄと、発動発電機充電制御・電圧監視・始動／停止制御部２１Ｅと、ＡＣ電源・充電制御・電圧監視部２１Ｆとを備える。

バッテリー電圧監視・充電放電制御部２１Ａは、常時バッテリー電圧を監視しつつ、通常はソーラーパネルからの電気にて充電しながら、負荷装置であるＬＥＤ表示部１１、フラッシュライト部１２および標識１３に電力を供給する。

ソーラー充電制御・電圧監視部２１Ｂは、ソーラーパネルからの電気を制御し、バッテリー１４に充電する。ソーラー発電電圧を監視し、夜／昼の判別をする。これにより、前記負荷装置に対し供給する電力を、昼間は大きく、夜間は小さくする制御ができるようになる。

総合電圧監視・充電制御監視部２１Ｃは、各制御部２１Ａ，２１Ｂを監視し、充電優先順位を決定し、効率的な充電を制御する。

ＤＣ１２Ｖ電源出力制御部２１Ｄは、負荷装置に供給するＤＣ電源の出力制御を行う。

発動発電機充電制御・電圧監視・始動／停止制御部２１Ｅは、総合電圧監視・充電制御監視部２１Ｃからの信号を受け、発動発電機１６の起動を行う。起動完了の監視を行い、電圧が適確に発生しているか否かを監視する。発動発電機１６による充電の際には、総合電圧監視・充電制御監視部２１Ｃのタイマー手段からの充電完了の信号（充電時間として一定時間が経過したことを知らせる信号）を受け、発動発電機１６の停止を行う。確実な停止を監視する。

ＡＣ電源・充電制御・電圧監視部２１Ｆは、外部の商用電源（ＡＣ電源）の入力を確認し、必要であれが、強制充電を行う。

続いて、充電制御装置２１での処理の流れについて説明する。
（バッテリー１４の充電制御）
図６に示すように、まず、バッテリー１４の電圧がチェックされ、バッテリー１４の電圧が１４．８Ｖ（設定充電完了電圧）以上であるか否かが判定される（ステップＳ１）。ここで、設定充電完了電圧を１４．８Ｖとしているが、これは一例で、バッテリーの種類によって変わるもので、この設定充電完了電圧以上であることで充電完了としている。

設定充電完了電圧以上であれば、ソーラー発電装置（ソーラーパネル１５）が作動中であるか否かが判定され（ステップＳ２）、ソーラー発電装置が作動中であれば、必要な電圧は確保されているので、バッテリー１４とソーラー発電装置（ソーラーパネル１５）との接続を遮断し（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻る。

一方、ソーラー発電装置が作動中でなければ、発動発電機１６が作動中であるか否かが判定される（ステップＳ４）。そして、発動発電機１６が作動中であれば、発動発電機１６を停止し（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る一方、発動発電機１６が作動中でなければ、そのままステップＳ１に戻る。

設定充電完了電圧でなければ、バッテリー１４の電圧が、設定充電完了電圧よりも小さい第１の設定値（例えば１２Ｖ）以下であるか否かが判定される（ステップＳ６）。

第１の設定値以下であれば、次いで、ソーラー発電装置（ソーラーパネル１５）によるソーラー発電電力が所定値（例えば１５Ｖ）以上であるか否かが判定され（ステップＳ７）、ソーラー発電電力が１５Ｖ以上であれば、十分な充電能力があると考えられるので、ソーラー発電回路に接続し（ステップＳ８）、ステップＳ１に戻る。一方、ソーラー発電電力が１５Ｖ以上でなければ、充電能力不足で発電発動機１６による充電が必要であると考えられるので、発動発電機１６が作動中であるか否かが判定される（ステップＳ９）。発動発電機１６が作動中であれば、発動発電機作動タイマー（総合電圧監視・充電制御監視部２１Ｃのタイマー手段）が完了したか否かが判定され（図８のステップＳ３８）、完了していれば、発動発電機１６を停止する一方、完了していなければ、発動発電機１６によるバッテリー１４への充電を継続して、ステップＳ１に戻る。

発動発電機１６が作動中でなければ、発動発電機１６の燃料タンク１６ａにおいて燃料の残りがあるか否かが判定され（ステップＳ１０）、燃料の残りがある場合には、図８に示す発電発動機起動チェック処理に移行する一方、燃料の残りがない場合には、ステップＳ１１に移行して、バッテリー１４の電圧が、第１の設定値よりも小さい第２の設定値（例えば１１Ｖ）以下であるか否かが判定される。

また、ステップＳ６の判定において、バッテリー１４の電圧が、第１の設定値以下でない場合も、バッテリー１４の電圧が第２の設定値以下であるか否かが判定される（ステップＳ１１）。

第２の設定値以下であれば、図７に示すＡＣ充電処理に移行する。ソーラー発電による充電が困難でしかも発動発電機１６の燃料が不足し発動発電機１６による充電も困難であるとき、過放電防止のために、第２の設定値以下になったところで負荷装置（ＬＥＤ表示部１１，フラッシュライト部１２、標識１３）への電力供給を停止し、ＡＣ充電することとしているのである。ＡＣ充電が必要なことは、負荷装置（ＬＥＤ表示部１１，フラッシュライト部１２、標識１３）が作動していないことでわかる。一方、バッテリー１４の電圧が、第２の設定値以下でなければ、そのままステップＳ１に移行する。
（ＡＣ充電処理）
図７に示すように、ＡＣ電源からの充電を行うＡＣ充電処理がスタートすると、ＡＣ充電処理が可能であるか否か（ＡＣ電源からの入力が可能な状態にあるか否か）が判定され（ステップＳ２１）、可能であれば、ＡＣ充電を開始する（ステップＳ２２）一方、近くにＡＣ電源がなくＡＣ入力が可能な状態にない等の理由で可能でなければ、負荷装置への出力を停止する（ステップＳ２３）。

ＡＣ充電を開始すると、ＡＣ充電が完了したか否かが判定され（ステップＳ２４）、バッテリー電圧が設定充電完了電圧になり、ＡＣ充電が完了すれば、ＡＣ入力を遮断し（ステップＳ２５）、前述したバッテリー充電制御に移行する。ＡＣ充電が完了していなければ、ステップＳ２２に戻り、ＡＣ充電が完了するまでＡＣ充電を継続する。
（発電発動機起動チェック）
図８に示すように、スタートすると、まず、清音モード設定中であるか否かが判定され（ステップＳ３１）、設定中であれば、清音モードで起動セルモータを起動する（ステップＳ３２）一方、設定中でなければ、通常モードで起動セルモータを起動する（ステップＳ３３）。ここで、通常モードとは、通常のパワーで短時間の充電を行うモードをいい、清音モードとは、夜間など、静かにしなければならないとき、パワーを抑制し、時間をかけて充電するために約１／４の動力で動作させるモードである。

セルモータ起動後、発動発電機１６のＤＣ出力電圧をチェックし(ステップＳ３４）、出力電圧が正常値であるか否かが判定される（ステップＳ３５）。ここで、出力電圧をチェックするのは、セルモータを起動させ、所定の電圧に確実になったことを確認してセルモータを開放するためである。

出力電圧が正常値であれば、セルモータを開放し(ステップＳ３６）、発電発動機１６を正常運転して充電を開始する(ステップＳ３７）一方、出力電圧が正常値でなければ、正常値になるまでステップＳ３５の判定を繰り返す。

発電発動機１６の動作時間を予め設定しておき、完全に充電できなくとも、燃料節約のため、一定時間で発動発電機１６を停止させるために、発動発電機１６の動作時間を設定しているので、総合電圧監視・充電制御監視部２１Ｃのタイマー手段でカウントしている。

そのため、充電開始後、発動発電機１６の動作時間を計測する前記タイマー手段のカウントが終了したか否かが判定され(ステップＳ３８）、完了していれば、ステップＳに移行して、発電発動機１６を停止し、通常のバッテリ充電制御に移行する。一方、完了していなければ、発電発動機１６を停止させることなく、通常のバッテリ充電制御に移行する。

前記実施の形態では、自然力利用発電装置として太陽光発電装置（ソーラーパネル１５）を用いているが、本発明はそれに限定されるものではなく、風力発電装置を用いることも可能である。

１ 情報表示装置
１１ ＬＥＤ表示部
１２ フラッシュライト部
１３ 標識
１４ バッテリー(二次電池）
１５ ソーラーパネル（太陽光発電装置）
１６ 発動発電機
１６ａ 燃料タンク
２１ 充電制御装置

Claims (5)

1. 負荷装置の電源となる二次電池と、太陽光発電装置または風力発電装置などの自然力利用発電装置と、商用電源を利用した充電装置と、前記自然力利用発電装置あるいは前記充電装置による前記二次電池への充電を制御する充電制御装置とを備える二次電池の充電制御システムであって、
   前記二次電池に、前記充電制御装置を介して、燃料タンクを有する発動発電機を設け、
   前記充電制御装置が、前記二次電池の電圧を監視する第１の電圧監視手段と、前記自然力利用発電装置の発電電圧を監視する第２の電圧監視手段と、前記第１及び第２の電圧監視手段よりの信号を受け前記二次電池の電圧が第１の設定値以下でかつ前記自然力利用発電装置の発電電圧が所定値以上でない場合に、前記発電発動機を起動し、前記二次電池に前記発動発電機により充電する充電制御手段とを備えることを特徴とする二次電池の充電制御システム。
   
2. 前記発動発電機の燃料タンクに残燃料検出手段が設けられ、
   前記充電制御手段は、前記残燃料検出手段よりの信号を受け、前記二次電池の電圧が第１の設定値以下でかつ前記自然力利用発電装置の発電電圧が所定値以上でない場合であって、残燃料がある場合にのみ前記発動発電機を起動するものであることを特徴とする請求項1記載の二次電池の充電制御システム。
   
3. 前記充電制御手段は、前記発動発電機の残燃料があっても、前記二次電池の電圧が前記第１の設定値よりも小さい第２の設定値以下である場合には、商用電源により充電するものであることを特徴とする請求項２記載の二次電池の充電制御システム。
   
4. 前記発動発電機制御手段は、タイマー手段に連係され、前記二次電池に前記発動発電機により充電する時間を一定時間とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の二次電池の充電制御システム。
   
5. 前記発動発電機は、セルモータを起動するモードとして、通常のパワーで起動する通常モードと、通常のパワーを抑制してセルモータを起動する清音モードとを有することを特徴とする請求項１記載の二次電池の充電制御システム。

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