JP2011250665A - 蓄電池制御回路および蓄電池制御装置および独立電源系システム - Google Patents

Abstract

【課題】安価で低消費電力な蓄電池制御装置、独立電源系システムを提供する。
【解決手段】１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流をバイポーラトランジスタで増幅コピーし第一の電流とし、第一の電流を抵抗負荷に流すことにより、第一の電圧に変換し、第一の電圧を用いて第一のスイッチング素子をオン・オフ制御する。このことにより電圧の変化を検出し、過放電、過充電から保護する。このことにより、少ない部品点数で、過充電、過放電に対する保護回路が実現でき、消費電力を抑えることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電池の過充電、過放電に対する保護回路および、その保護回路を用いた蓄電池制御装置、蓄電システム・発電システムに関する。

近年、太陽光発電が注目を集めている。太陽光発電システムには、独立電源システムと系統連係システムがあり、前者は太陽電池パネルまたは太陽電池モジュールにより発電した電気を蓄電池に蓄え、必要な時にそのままあるいは１００Ｖの交流に変換して用いる。一方系統連係システムは、１００Ｖの交流に変換した上で、消費される電力より発電量が少なければ電力会社の系統に売電し、消費される電力より発電量が多ければ電力会社の系統から電力を購入する。蓄電池に蓄えられた電力が少なくなると瞬時停電を経て電力会社の系統から電力を供給するように切り替えるシステムも独立電源システムに含めるものとする。

ここで、前者の場合に用いる蓄電池には鉛蓄電池が使われることが多いが、鉛蓄電池は充電をしすぎると爆発などの危険性がある過充電と呼ばれる現象、放電しすぎると蓄電量が減少したり使用できなくなったりする過放電という現象が知られている。そのため、図１に示すように、過充電、過放電を防ぐために充放電コントローラと呼ばれる蓄電池制御装置１１を用いることが一般的である。蓄電池制御装置１１は、発電装置１、蓄電池２、負荷３に接続される。尚、鉛蓄電池においては、両端の電圧に対し蓄えられている電荷は単調増加の関係にあり、両端の電圧を検出することにより蓄えられている電荷の量すなわち電力の量をある程度予測できる。

従来の蓄電池制御装置が持つ過充電、過放電を防ぐための過充電防止回路、過放電防止回路は、例えば、特許文献１に示されているように蓄電池の両端の電圧を抵抗分割して得られた電圧と参照電圧を比較器により比較し、その大小の情報をロジック回路により処理しトランジスタをオン・オフするというものである。

特開２００９−７２００２

発明の解決しようとする課題

しかしながら、そのような従来の過充電防止回路、過放電防止回路を備えた蓄電池制御装置である充放電コントローラは、消費電流が最も少ないものでも、例えば、充電時８ｍＡ、非充電時２ｍＡといった電流を消費する。ここで、１日に８時間発電し、発電時の平均発電電流が２０ｍＡとした場合、１日の発電電流総量は１６０ｍＡｈとなる。しかし、このうち９６ｍＡｈ（ミリアンペア・アワー）は充放電コントローラ自身によって消費されてしまう。蓄電池が１日に２０ｍＡｈの電流を自己放電してしまうと仮定すると、１日当たり４４ｍＡｈしか利用できないことになる。このように、小規模の独立電源システムでは、充放電コントローラにて消費される電流が無視できない。

本発明は、異常に鑑み、太陽光発電等の自然エネルギーを用いる独立電源系システム向けの低消費電力の蓄電池制御回路および蓄電池制御装置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

この課題を解決するために、本発明においては、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を太陽光発電系の２端子間に挿入し、そのダイオード系を流れる電流をバイポーラトランジスタと抵抗負荷を用いて電圧に変換し、その電圧を用いてＭＯＳトランジスタをオン・オフ制御することにより、過充電、過放電を抑制する。

発明の効果

本発明により、少ない部品点数で、過充電、過放電に対する保護回路が実現できる。また、消費電力を抑えることができる。過充電に対する保護回路は、実質的な消費電流ベースで２桁またはそれ以上減らすことができる。過放電に対する保護回路は、実質的な消費電流ベースで１桁〜２桁減らすことができる。

その結果、安価で低消費電力な蓄電池制御装置を実現でき、過充電・過放電を気にせずに使用できる安価で電力利用効率のよい小規模な独立電源システムを実現することができる。

図１は、独立電源システムの概要図である。 図２は、第１の実施の形態における過充電防止回路である。 図３は、第１の実施の形態における過充電防止回路において、スイッチング素子にＰＭＯＳトランンジスタを用いた場合の回路図である。 図４は、第１の実施の形態における過充電防止回路の変形例である。 図５は、第２の実施の形態における過充電防止回路において、スイッチング素子にＰＭＯＳトランンジスタを用いた場合の回路図である。 図６は、第３の実施の形態における過放電防止回路において、スイッチング素子にＰＭＯＳトランンジスタを用いた場合の回路図である。である。 図７は、第４の実施の形態における過充電防において、スイッチング素子にＮＭＯＳトランンジスタを用いた場合の回路図である。 図８は、第５の実施の形態における過放電防止回路である。 図９は、第５の実施の形態における過放電防止回路において、スイッチング素子にＰＭＯＳトランンジスタを用いた場合の回路図である。 図１０は、第６の実施の形態における独立電源システムのブロック図である。 図１１は、第６の実施の形態における独立電源システムにおいて、発電装置として太陽電池を用い、蓄電池に鉛蓄電池を用いた場合のブロック図である。 図１２は、第６の実施の形態における独立電源システムの回路図である。 図１３は、第７の実施の形態における独立電源システムのブロック図である。 図１４は、第７の実施の形態における独立電源システムにおいて、発電装置として太陽電池を用い、蓄電池に鉛蓄電池を用いた場合のブロック図である。 図１５は、第７の実施の形態における独立電源システムの回路図である。

［第１の実施の形態］

第１の実施の形態の回路は、過充電防止回路である。図２に、第１の実施の形態の回路図を示す。第１の実施の形態の回路は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４および、第一の回路部位１１１および、第三の回路部位１１２および、抵抗器お１１３よび、スイッチング素子１１５を持つ。これらの部分全体が過充電防止回路２１である。

ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のコレクタは発電系のプラス端子１１７−１に、ベースは回路部位１１１の一端に、エミッタは抵抗器１１３の一端およびスイッチング素子１１５のコントロール端子に接続される。回路部位１１１の一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のベースに、もう一端は回路部位１１２の一端および抵抗器１１３の一端に接続される。回路部位１１２の一端は回路部位１１１の一端および抵抗器１１３の一端に接続され、もう一端は発電系のマイナス端子１１７−２および蓄電系のマイナス端子１１７−４に接続される。抵抗器１１３の一端は回路部位１１１の一端および回路部位１１２の一端に接続され、もう一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のエミッタおよびスイッチング素子１１５のコントロール端子に接続される。スイッチング素子１１５の一端は発電系のプラス端子１１７−１に接続され、コントロール端子はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のエミッタおよび抵抗器１１３の一端に接続され、一端は蓄電系のプラス端子１１７−３に接続される。

ここで発電系とは太陽電池等の発電装置に実質的に接続された部分１１７−１、１１７−２とし、蓄電系とは鉛蓄電池等の蓄電池に実質的に接続された部分１１７−３，１１７−４とする。１１７−２と１１７−４は短絡しているが、説明の都合上別のノードであるとして説明する。実質的に接続されるとは、間にヒューズ、スイッチ、抵抗器、ダイオード、電流計等が間に挿入されている場合も含めて接続されていることを意味する。。

ここで、回路部位１１１、回路部位１１２は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を含む。直列接続したダイオードを並列接続すること、並列接続したダイオードを直列接続することも可能である。また、使用するダイオードは第１の実施の形態では発光ダイオードとするが、必ずしも発光ダイオードでなくてもよいものとする。発光ダイオードは緑色、赤色、青色、紫外、赤外などあらゆるものを用いることができる。さらに、ツェナーダイオードを用いてもよく、電圧降下がより少ないシリコンダイオード、ショットキーバリアダイオードを用いてもよい。また、これらのダイオードの組み合わせでもよく、組み合わせることにより、回路部位１１１の電圧降下の合計、回路部位１１２の電圧降下の合計を調整できる。回路部位１１１、１１２は抵抗器を含んでもよい。この抵抗器は、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が高くなったときに流れる電流を制限する役割を果たす。第２の実施の形態は、回路部位１１１が、緑色発光ダイオード１１１−１、１１１−２、１１１−３の直列接続、回路部位１１２が、緑色発光ダイオード１１２−１、１１２−２、１１２−３、１１２−４および抵抗器１１２−５直列接続の場合の例である。

スイッチング素子１１５には、ＰＭＯＳトランジスタを用いることができる。図３に、スイッチング素子１１５にＰＭＯＳトランジスタを用いた場合の回路図を示す。以下では、スイッチング素子１１５にＰＭＯＳトランジスタを用いた場合について説明する。

ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のコレクタは発電系のプラス端子１１７−１に、ベースは回路部位１１１の一端に、エミッタは抵抗器１１３の一端およびＰＭＯＳトランジスタ１１５−２のゲートに接続される。回路部位１１１の一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のベースに、もう一端は回路部位１１２の一端および抵抗器１１３の一端に接続される。回路部位１１２の一端は回路部位１１１の一端および抵抗器１１３の一端に接続され、もう一端は発電系のマイナス端子１１７−２および蓄電系のマイナス端子１１７−４に接続される。抵抗器１１３の一端は回路部位１１１の一端および回路部位１１２の一端に接続され、もう一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のエミッタおよびＰＭＯＳトランジスタ１１５−２のゲートに接続される。ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２のソースは発電系のプラス端子１１７−１に接続され、ゲートはＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のエミッタおよび抵抗器１１３の一端に接続され、ドレインは蓄電系のプラス端子１１７−３に接続される。

この回路は、発電系のプラスマイナス端子間の電圧によりダイオード群を含む回路部位１１１に流れる電流が決まる。ダイオード群を含む回路部位１１１に流れる電流は、電流が流れ始める電圧付近において、両端にかかる電圧に対して指数関数的に増大する。そして、ダイオード群を含む回路部位１１１に流れる電流を、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４で増幅およびコピーし、抵抗器１１３に流して受けることにより、ダイオード群を含む回路部位１１１に流れる電流に比例した電圧を抵抗器１１３の両端に作り出す。その電圧により決まるノード１１６の電位によりＰＭＯＳトランジスタ１１５−２が制御されるので、ダイオード群を含む回路部位１１１に流れる電流が多くなるほどＰＭＯＳトランジスタ１１５−２はソースドレイン間の抵抗を上げることになる。

発電系のプラスマイナス端子間の電圧が一定電圧値を超えるとダイオード群を含む回路部位１１１に流れる電流が一定値を超え、ノード１１６の電位が一定値を超え、ＰＭＯＳトランジスタ１１５はソースドレイン間の抵抗が一定値を超える。発電系のプラスおよびマイナスの端子に太陽電池接続した場合などは、このとき、発電系のプラスマイナス端子間の電圧がまずます上昇し、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２はソースドレイン間の抵抗がますます上昇するという正帰還がかかる。そのため、発電系のプラスマイナス端子間の電圧は一気に上昇し、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２は完全にオフになる。こうなることにより、発電系のプラスマイナス端子間の電圧が一定電圧値を超えるとＰＭＯＳトランジスタ１１５−２がオフし、発電系を蓄電系と切り離すことにより、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧を一定電圧値以上に上げない機能が実現する。

具体的には、回路部位１１１に３つの緑色発光ダイオードを、回路部位１１２に４つの緑色発光ダイオードを、抵抗器１１３に３００ｋΩの抵抗を用いることにより、消費電流数μＡ（マイクロアンペア）程度を実現した。尚、発電系のプラスマイナス端子間の電圧が一定値を超えてＰＭＯＳトランジスタ１１５−２がオフしたときにはより大きな電流が流れるが、これは、発電系で発電された電力が、蓄電系と切り離され、行き場を失った使い道の無い電流が消費されているにすぎないので、実質的な消費電流とは見なさないものとする。

このようなことが可能になる本質的理由は、ダイオードは電流が流れ始める付近の両端の電圧において、両端にかかる電圧に対して指数関数的に電流量が増大することを用いているため、複雑な増幅回路が不要であり、また、直列接続されるダイオードの個数や各ダイオードの閾値によりダイオードに流れる電流を調整し、少なく抑えることができることによる。尚、発電系と蓄電系を切り離すかどうかを決める一定電圧値は、直列接続されるダイオードの個数や各ダイオードの閾値により調整することができる。

回路部位１１１、１１２の少なくとも片方に発光ダイオードを用いた場合では発電系と蓄電系が切り離された状態では発光ダイオードがある程度の明るさで発光するため、目視により確認することができる。抵抗器１１２−５により、この時流れる電流を制限することができる。抵抗器１１２−５の抵抗値は、数百Ω〜数ｋΩが適する。この抵抗器１１２−５により電流を制限することにより、ダイオードは電流容量の小さいものを用いることができ、回路、装置の大きさを小さくでき、価格を抑えることができる。

第１の実施の形態により、安価で低消費電力な過充電防止回路が実現する。
［第１の実施の形態の変形例］

図４に、第１の実施の形態の変形例の回路図を示す。本回路は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４および、回路部位１１１および、抵抗器１１３よび、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２を持つ。これらの部分全体が過充電防止回路２１に相当する。

ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のコレクタは発電系のプラス端子１１７−１に、ベースは回路部位１１１の一端に、エミッタは抵抗器１１３の一端およびＰＭＯＳトランジスタ１１５−２のゲートに接続される。回路部位１１１の一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のベースに、もう一端は発電系のマイナス端子１１７−２および蓄電系のマイナス端子１１７−４に接続される。抵抗器１１３の一端は発電系のマイナス端子１１７−２および蓄電系のマイナス端子１１７−４に接続され、もう一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のエミッタおよびＰＭＯＳトランジスタ１１５−２のゲートに接続される。ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２のソースは発電系のプラス端子１１７−１に接続され、ゲートはＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のエミッタおよび抵抗器１１３の一端に接続され、ドレインは蓄電系のプラス端子１１７−３に接続される。

ここで、回路部位１１１は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を含む。直列接続したダイオードを並列接続すること、並列接続したダイオードを直列接続することも可能である。また、使用するダイオードは、必ずしも発光ダイオードでなくてもよいものとする。ツェナーダイオードを用いてもよい。電圧降下がより少ないシリコンダイオード、ショットキーバリアダイオードを用いてもよい。また、これらのダイオードの組み合わせでもよい。回路部位１１１は抵抗器を含んでもよい。この抵抗器は、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が高くなったときに流れる電流を制限する役割を果たす。

第１の実施の形態の変形例の動作および原理は、元の第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態の変形例は低電圧のシステムに適する。
［第２実施の形態］

第２の実施の形態は過充電防止回路の別の形態である。図５に、第２の実施の形態の回路図を示す。ただし、スイッチング素子は、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２であるとして示されている。第２の実施の形態の回路は、第１の実施の形態と同様に、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４および、第一の回路部位１１１および、第三の回路部位１１２および、抵抗器お１１３よび、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２を持つ。これらの部分全体が過充電防止回路２１である。

ここで、回路部位１１１、回路部位１１２は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を含む。直列接続したダイオードを並列接続すること、並列接続したダイオードを直列接続することも可能である。また、使用するダイオードは第２の実施の形態では、回路部位１１１が緑色発光ダイオード１１１−１とツェナーダイオード１１１−５の直列接続、回路部位１１２がツェナーダイオード１１２−６、１１２−７、抵抗器１１２−５の直列接続の場合の例である。このようにツェナーダイオードを用いてもよい。ツェナーダイオードは、電圧降下が小さいものから大きいものまでそろっており、少ない素子数で電圧降下の合計値を調整できる。この抵抗器１１２−５により、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が高くなったときに流れる電流を制限することができる。

第２の実施の形態の動作および原理は、第１の実施の形態と同様である。第２の実施の形態により、安価で低消費電力な過充電防止回路が実現する。
［第３実施の形態］

第３の実施の形態は過充電防止回路の別の形態である。図６に、第３の実施の形態の回路図を示す。ただし、スイッチング素子は、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２であるとして示されている。第３の実施の形態の回路は、第１の実施の形態、第２の実施の形態と同様に、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４および、第一の回路部位１１１および、第三の回路部位１１２および、抵抗器お１１３よび、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２を持つ。これらの部分全体が過充電防止回路２１である。

回路部位１１１、回路部位１１２は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を含む。直列接続したダイオードを並列接続すること、並列接続したダイオードを直列接続することも可能である。

第３の実施の形態では、回路部位１１１、回路部位１１２の少なくとも片方は、実質的に電流が流れる経路上のダイオードの数または種類またはその両方が、スイッチにより切り替えられる。こうすることにより、該当する回路部位における電圧降下を調整することができる。ここで、電流が流れる経路をスイッチは、ディップスイッチなどの機械的なスイッチでもよく、制御回路に接続されたＭＯＳトランジスタなどでもよい。

回路部位１１１は、第１の実施の形態と同様に、緑色発光ダイオード１１１−１、１１１−２、１１１−３の場合の例が示されている。

回路部位１１２は、緑色発光ダイオード１１２−１、１１２−２、１１２−３、１１２−４、赤色発光ダイオード１１２−８、シリコンダイオード１１２−９、１１２−１０、スイッチ１１２−１１、１１２−１２、１１２−１３、１１２−１４を持つ。

緑色発光ダイオード１１２−１のアノードは回路部位１１２の外部に、カソードは緑色発光ダイオード１１２−２のアノードに接続される。緑色発光ダイオード１１２−２のアノードは緑色発光ダイオード１１２−１のカソードに接続され、カソードは緑色発光ダイオード１１２−３のアノードに接続される。緑色発光ダイオード１１２−３のアノードは緑色発光ダイオード１１２−２のカソードに接続され、カソードはスイッチ１１２−１１、１１２−１２、１１２−１３、１１２−１４の一端に接続される。

スイッチ１１２−１１の一端は緑色発光ダイオード１１２−３のカソード、スイッチ１１２−１２、１１２−１３、１１２−１４の一端に、もう一端は緑色発光ダイオード１１２−４のアノードに接続される。スイッチ１１２−１２の一端は緑色発光ダイオード１１２−３のカソード、スイッチ１１２−１１、１１２−１３、１１２−１４の一端に、もう一端は赤色発光ダイオード１１２−８のアノードに接続される。スイッチ１１２−１３の一端は緑色発光ダイオード１１２−３のカソード、スイッチ１１２−１１、１１２−１２、１１２−１４の一端に、もう一端はシリコンダイオード１１２−９に接続される。スイッチ１１２−１４の一端は緑色発光ダイオード１１２−４のカソード、スイッチ１１２−１１、１１２−１２、１１２−１３の一端に、もう一端は緑色発光ダイオード１１２−４のカソード、赤色発光ダイオード１１２−８のカソード、シリコンダイオード１１２−１０のカソード、抵抗器１１２−５の一端に接続される。

緑色発光ダイオード１１２−４のアノードはスイッチ１１２−１１の一端に、カソードは赤色発光ダイオード１１２−８のカソード、シリコンダイオード１１２−１０のカソード、スイッチ１１２−１４の一端、抵抗器１１２−５の一端に接続される。赤色発光ダイオード１１２−８のアノードはスイッチ１１２−１２の一端に、カソードは緑色発光ダイオード１１２−４のカソード、シリコンダイオード１１２−１０のカソード、スイッチ１１２−１４の一端、抵抗器１１２−５の一端に接続される。シリコンダイオード１１２−９のアノードはスイッチ１１２−１３に、カソードはシリコンダイオード１１２−１０のアノードに接続される。シリコンダイオード１１２−１０のアノードはシリコンダイオード１１２−９のカソードに、カソードは緑色発光ダイオード１１２−４のカソード、赤色発光ダイオード１１２−８のカソード、スイッチ１１２−１４の一端、抵抗器１１２−５の一端に接続される。

抵抗器１１２−５の一端は、緑色発光ダイオード１１２−４のカソード、赤色発光ダイオード１１２−８のカソード、シリコンダイオード１１２−１０のカソード、スイッチ１１２−１４の一端に接続され、もう一端は、回路部位１１２の外部に接続される。

オンするスイッチが、スイッチ１１２−１１、１１２−１２、１１２−１３、１１２−１４の順に、回路部位１１２の電圧降下は小さくなる。第３の実施の形態では、回路部位１１２の電圧降下量を調整する例だが、回路部位１１１の電圧降下量を調整してもよく、また、回路部位１１１および回路部位１１２両方の電圧降下量を調整してもよい。

第３の実施の形態の動作および原理は、第１の実施の形態と同様である。第３の実施の形態により、安価で低消費電力な過充電防止回路が実現する。
［第４実施の形態］

第４の実施の形態の回路は、別の過充電防止回路の実施形態である。図７に、第４の実施の形態の回路図を示す。ただし、スイッチング素子は、ＮＭＯＳトランジスタ１２５−２であるとして示されている。第４の実施の形態の回路は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２４および、回路部位１２１および、回路部位１２２および、抵抗器１２３および、ＮＭＯＳトランジスタ１２５−２を持つ。これらの部分全体が過充電防止回路２１である。

ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２４のエミッタは発電系のマイナス端子１１７−２に、ベースはダイオード群１２１の一端に、コレクタは抵抗器１２３の一端およびＮＭＯＳトランジスタ１２５のゲートに接続される。回路部位１２１の一端はＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２４のベースに、もう一端は回路部位１２２および抵抗器１２３の一端に接続され、回路部位１２２の一端は回路部位１２１の一端および抵抗器１２３の一端に接続され、もう一端は発電系のプラス端子１１７−１および蓄電系のプラス端子１１７−３に接続される。抵抗器１２３の一端は、回路部位１２１の一端および回路部位１２２の一端に接続され、もう一端はＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２４のコレクタおよびＮＭＯＳトランジスタ１２５のゲートに接続される。ＮＭＯＳトランジスタのソースは発電系のマイナス端子１１７−３に接続され、ゲートはＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２４のコレクタおよび抵抗器１２３の一端に接続され、ドレインは蓄電系のマイナス端子１１７−４に接続される。

ここで発電系とは、太陽電池等の発電装置に実質的に接続された部分１１７−１、１１７−２とし、蓄電系とは、鉛蓄電池等の蓄電池に実質的に接続された部分１１７−３、１１７−４とする。１１７−１と１１７−３は短絡しているが、説明の都合上別のノードであるとして説明する。実質的に接続されるとは、間にヒューズ、スイッチ、抵抗器、ダイオード、電流計等が間に挿入されている場合も含めて接続されていることを意味する。

発電系のプラスマイナス端子間の電圧が一定電圧値を超えるとダイオード群を含む回路部位１２１に流れる電流が一定値を超え、ノード１２６の電位が一定値を下回り、ＮＭＯＳトランジスタ１２５−２はソースドレイン間の抵抗が一定値を超える。発電系のプラスおよびマイナスの端子に太陽電池接続した場合などは、このとき、発電系のプラスマイナス端子間の電圧がまずます上昇し、ＮＭＯＳトランジスタ１２５−２はソースドレイン間の抵抗がますます上昇するという正帰還がかかる。そのため、発電系のプラスマイナス端子間の電圧は一気に上昇し、ＮＭＯＳトランジスタ１２５−２は完全にオフになる。こうなることにより、発電系のプラスマイナス端子間の電圧が一定電圧値を超えるとＮＭＯＳトランジスタ１２５−２がオフし、第１の実施の形態と同様に、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧を一定電圧値以上に上げない機能が実現する。

第４の実施の形態により、安価で低消費電力な過充電防止回路が実現する。
［第５の実施の形態］

第５の実施の形態の回路は、過放電防止回路である。図８に、第５の実施の形態の回路図を示す。第５の実施の形態の回路は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４および、回路部位１３１および、回路部位１３２および、抵抗器１３３、１３８および、ＰＭＯＳトランジスタ１３７、スイッチング素子１３５を持つ。これらの部分全体が過放電防止回路２２である。

ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４のコレクタは蓄電系のプラス端子１１７−３に、ベースはダイオード群１３１のアノード側に、エミッタは抵抗器１３３の一端およびＰＭＯＳトランジスタ１３７のゲートに接続される。回路部位１３１の一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４のベースに、もう一端は１３２の一端および抵抗器１３３の一端に接続される。回路部位１３２の一端は回路部位１３１のカソードおよび抵抗器１３３の一端に接続され、もう一端は蓄電系のマイナス端子１１７−４および出力系のマイナス端子１１７−６に接続される。抵抗器１３３の一端は回路部位１３１の一端および回路部位１３２の一端に接続され、もう一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４のエミッタおよびＰＭＯＳトランジスタ１３７のゲートに接続される。ＰＭＯＳトランジスタ１３７のソースは蓄電系のプラス端子１１７−３に接続され、ゲートはＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４のエミッタおよび抵抗器１３３の一端に接続され、ドレインは抵抗器１３８の一端およびスイッチング素子１３５のコントロール端子に接続される。抵抗器１３８の一端はＰＭＯＳトランジスタ１３７のドレインおよびスイッチング素子１３５のコントロール端子に接続され、もう一端は蓄電系のマイナス端子１１７−４および出力系のマイナス端子１１７−６に接続される。スイッチング素子１３５の一端は蓄電系のプラス端子１１７−３に接続され、コントロール端子はＰＭＯＳトランジスタ１３７のドレインおよび抵抗器１３８の一端に接続され、一端は出力系のプラス端子１１７−５に接続される。

ここで蓄電系とは、鉛蓄電池等の蓄電池に実質的に接続された部分、１１７−３、１１７−４とし、出力系とは、実質的に負荷に接続された部分、１１７−５、１１７−６とする。１１７−４と１１７−６は短絡しているが、説明の都合上別のノードであるとして説明する。実質的に接続されるとは、間にヒューズ、スイッチ、抵抗器、ダイオード、電流計等が間に挿入されている場合も含めて接続されていることを意味する。。

ここで、回路部位１３１、回路部位１３２は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を含む。直列接続したダイオードを並列接続すること、並列接続したダイオードを直列接続することも可能である。また、使用するダイオードは第５の実施の形態では発光ダイオードとするが、必ずしも発光ダイオードでなくてもよいものとする。発光ダイオードは緑色、赤色、青色、紫外、赤外などあらゆるものを用いることができる。さらに、ツェナーダイオードを用いてもよく、電圧降下がより少ないシリコンダイオード、ショットキーバリアダイオードを用いてもよい。また、これらのダイオードの組み合わせでもよく、組み合わせることにより、回路部位１３１の電圧降下の合計、回路部位１３２の電圧降下の合計を調整できる。回路部位１３１、１３２は抵抗器を含んでもよい。この抵抗器は、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が高くなったときに流れる電流を制限する役割を果たす。第５の実施の形態は、回路部位１３１が、緑色発光ダイオード１３１−１、１３１−２、１３１−３の直列接続、回路部位１１２が、緑色発光ダイオード１３２−１、１３２−２、赤色発光ダイオード１３２−３、１３２−４および抵抗器１３２−５の直列接続の場合の例である。

スイッチング素子１３５には、ＰＭＯＳトランジスタを用いることができる。図９に、スイッチング素子１３５にＰＭＯＳトランジスタを用いた場合の回路図を示す。以下では、スイッチング素子１３５にＰＭＯＳトランジスタを用いた場合について説明する。

ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４のコレクタは蓄電系のプラス端子１１７−３に、ベースは回路部位１３１の一端に、エミッタは抵抗器１３３の一端およびＰＭＯＳトランジスタ１３７のゲートに接続される。回路部位１３１の一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４のベースに、もう一端は回路部位１３２の一端および抵抗器１３３の一端に接続される。回路部位１３２の一端は回路部位１３１の一端および抵抗器１３３の一端に接続され、もう一端は蓄電系のマイナス端子１１７−４および出力系のマイナス端子１１７−６に接続される。抵抗器１３３の一端は回路部位１３１の一端および回路部位１３２の一端に接続され、もう一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４のエミッタおよびＰＭＯＳトランジスタ１３７のゲートに接続される。ＰＭＯＳトランジスタ１３７のソースは蓄電系のプラス端子１１７−３に接続され、ゲートはＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４のエミッタおよび抵抗器１３３の一端に接続され、ドレインは抵抗器１３８の一端およびＰＭＯＳトランジスタ１３５−２のゲートに接続される。抵抗器１３８の一端はＰＭＯＳトランジスタ１３７のドレインおよびＰＭＯＳトランジスタ１３５のゲートに接続され、もう一端は蓄電系のマイナス端子１１７−４および出力系のマイナス端子１１７−６に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ１３５−２のソースは蓄電系のプラス端子１１７−３に接続され、ゲートはＰＭＯＳトランジスタ１３７のドレインおよび抵抗器１３８の一端に接続され、ドレインは出力系のプラス端子１１７−５に接続される。

発電系のプラスマイナス端子間の電圧によりダイオード群を含む回路部位１３１に流れる電流が決まる。ダイオード群を含む回路部位１３１に流れる電流は、電流が流れ始める電圧付近において、両端にかかる電圧に対して指数関数的に増大する。そして、回路部位１３１に流れる電流を、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４で増幅およびコピーし、抵抗器１３３に流して受けることにより、ダイオード群を含む回路部位１３１に流れる電流に比例した電圧を抵抗器１３３の両端に作り出す。その電圧により決まるノード１３６の電位によりＰＭＯＳトランジスタ１３７が駆動され、ＰＭＯＳトランジスタ１３７が流す電流と抵抗器１３８によって、ノード１３６の電位をノード１３９の電位に反転増幅する。ノード１３９の電位によってＰＭＯＳトランジスタ１３５−２が制御されるので、ダイオード群を含む回路部位１３１に流れる電流が少なくなるほどＰＭＯＳトランジスタ１３５−２はソースドレイン間の抵抗を上げることになる。

蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が一定電圧値を下回るとダイオード群を含む回路部位１３１に流れる電流が一定値を下回り、ノード１３６の電位が一定値を下回り、ノード１３９の電位が一定値を超え、ＰＭＯＳトランジスタ１３５−２はソースドレイン間の抵抗が一定値を超える。ＰＭＯＳトランジスタ１３７および抵抗器１３８による増幅段により、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧の僅かな減少によりＰＭＯＳトランジスタ１３５−２のソースドレイン間の抵抗を大幅に上昇させることができる。このことにより、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が一定値以下になると出力系と蓄電系を切り離すことにより、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧を一定値以下に下げない機能が実現する。第１の実施の形態と異なり正帰還はかからないため、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧の僅かな減少によりＰＭＯＳトランジスタ１３５のソースドレイン間の抵抗を大幅に上昇させるため、ＰＭＯＳトランジスタ１３７および抵抗器１３８による増幅段が必要なのである。

消費電流は、数十μＡ（マイクロアンペア）程度に抑えることができる。このようなことが可能になる本質的理由は、ダイオードは電流が流れ始める付近の両端の電圧において、両端にかかる電圧に対して指数関数的に電流量が増大することを用いているため、複雑な増幅回路が不要であり、また、直列接続されるダイオードの個数や各ダイオードの閾値によりダイオードに流れる電流を調整し、少なく抑えることができることによる。尚、発電系と蓄電系を切り離すかどうかを決める一定電圧値は、直列接続されるダイオードの個数や各ダイオードの閾値および、抵抗器１３８の抵抗値などにより調整することができる。

第５の実施の形態により、安価で低消費電力な過放電防止回路が実現する。尚、第４の実施の形態と第１の実施の形態の関係のように、第５の実施の形態の過放電防止回路を、ＮＭＯＳトランジスタを用いて実現してもよい。
［第６の実施の形態］

第６の実施の形態は、過充電防止回路を用いた蓄電池制御装置および独立電源系システムに関する。図１０に第６の実施の形態の独立電源系システムを示す。

第６の実施の形態の独立電源系システムでは、蓄電池２に、逆電流防止ダイオード２４、過充電防止回路２１を介して発電装置１が接続され、機械的スイッチ２３を介して負荷が接続されている。過充電防止回路２１、逆電流防止ダイオード２４、機械的スイッチ２３が蓄電池制御装置１１を構成する。すなわち、蓄電池制御装置１１に発電装置１、蓄電池２、負荷３が接続されている。尚、逆電流防止ダイオード２４は、蓄電池２と過充電防止回路２１の間でも、発電装置１と過充電防止回路２１の間でもよいものとする。また、逆電流防止ダイオード２４は、蓄電池制御装置１１の内部にあっても外部にあってもよいものとする。逆電流防止ダイオード２４は、発電装置１と一体になっていてもよい。

発電装置のプラス端子およびマイナス端子に実質的に接続されている系１１７−１、１１７−２を発電系、蓄電池のプラス端子およびマイナス端子に実質的に接続されている系１１７−３、１１７−４を蓄電系、負荷のプラス端子およびマイナス端子に実質的に接続されている系１１７−５、１１７−６を出力系とする。１１７−２と１１７−４と１１７−６は短絡しているが、説明の都合上別のノードであるとして説明する。実質的に接続されるとは、間にヒューズ、スイッチ、抵抗器、ダイオード、電流計等が間に挿入されている場合も含めて接続されていることを意味する。。

発電装置１には、自然エネルギーを利用したものが適する。特に太陽電池などが適する。蓄電池２には鉛蓄電池を用いることができる。図１１に、発電装置１に太陽電池を、蓄電池２に鉛蓄電池を用いた場合の例を示す。以下では、発電装置１に太陽電池を、蓄電池２に鉛蓄電池を用いた場合について説明する。

第６の実施の形態の独立電源系システムでは、鉛蓄電池２−１に、逆電流防止ダイオード２４、過充電防止回路２１を介して太陽電池１−１が接続され、機械的スイッチ２３を介して負荷３が接続されている。過充電防止回路２１、逆電流防止ダイオード２４、機械的スイッチ２３が蓄電池制御装置１１を構成する。すなわち、蓄電池制御装置１１に太陽電池１−１、鉛蓄電池２−１、負荷３が接続されている。尚、逆電流防止ダイオード２４は、鉛蓄電池２−１と過充電防止回路２１の間でも、太陽電池１−１と過充電防止回路２１の間でもよいものとする。また、逆電流防止ダイオード２４は、蓄電池制御装置１１の内部にあっても外部にあってもよいものとする。逆電流防止ダイオード２４は、太陽電池１−１と一体になっていてもよい。

図１２に過充電防止回路２１の内部を記載した回路図を示す。過充電防止回路２１の内部は、第１の実施の形態および図２で説明した。ここで図２におけるスイッチング素子１１５は、ＰＭＯＳトランジスタを用いることができる。スイッチング素子１１５は、ＰＭＯＳトランジスタを用いた場合の過充電防止回路２１の内部は図３で示される。図３中の回路部位１１１は少なくとも１つの発光ダイオードまたはツェナーダイオードを含む。図３では、回路部位１１１は緑色発光ダイオード１１１−１、１１１−２、１１１−３の直列接続の例が示されている。過充電防止回路２１の内部は、第１の実施の形態および図２、図３で説明したため、詳細の説明は割愛する。

発電時は、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧は、鉛蓄電池２−１のプラスマイナス間の電圧よりやや高い状態を維持する。太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧が第一の一定電圧値を超えるとダイオード群を含む回路部位１１１に流れる電流が一定値を超え、ノード１１６の電位が一定値を超え、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２はソースドレイン間の抵抗が一定値を超える。その結果、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧がますます上昇し、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２はソースドレイン間の抵抗がますます上昇するという正帰還がかかる。そのため、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧は一気に上昇し、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２は完全にオフになる。こうなることにより、太陽電池のプラスマイナス端子間の電圧が第一の一定電圧値を超えるとＰＭＯＳトランジスタ１１５−２がオフし、発電系と蓄電系すなわち、太陽電池１−１と鉛蓄電池２−１を切り離すことにより、鉛蓄電池２−１のプラスマイナス端子間の電圧を一定電圧値以上に上げない機能が実現する。すなわち過充電防止機能が実現する。

また発電系と蓄電系が切り離された状態では、太陽電池１のプラスマイナス端子間の電圧は、太陽電池の開放電圧以下の範囲で高い電圧となる。回路部位１１１、１１２の少なくとも片方に発光ダイオードを用いた場合では発電系と蓄電系が切り離された状態では発光ダイオードがある程度の明るさで発光するため、目視により確認することができる。抵抗器１１２−５により、この時流れる電流を制限することができる。抵抗器１１２−５の抵抗値は、数百Ω〜数ｋΩが適する。この抵抗器１１２−５により電流を制限することにより、ダイオードは電流容量の小さいものを用いることができ、回路、装置、システムの大きさを小さくでき、価格を抑えることができる。

発電系と蓄電系すなわち、太陽電池１と鉛蓄電池２を切り離す基準の一定電圧値は、例えば１３．２Ｖである。

機械的スイッチ２３は、負荷に電流を供給するかどうかを決めるスイッチであり、無くてもよい。負荷は、例えば照明などである。

夜になると、太陽電池１−１に太陽光が当たらなくなり、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧は、過充電の判定基準の電圧より十分小さい電圧となる。そのため、負荷３で消費された電流により鉛蓄電池２−１のプラスマイナス端子間の電圧が下がっていたら、翌日に日が昇ると同時に鉛蓄電池２−１へ充電を開始する。尚、一度発電系と蓄電系すなわち、太陽電池１−１と鉛蓄電池２−１が切り離されたら翌朝まで蓄電を開始しないことを回避するために、太陽電池１−１と過充電防止回路２１の間に切断スイッチを設けてもよい。この切断スイッチが一時的にオフすると、鉛蓄電池２−１のプラスマイナス端子間の電圧が過充電防止の判定基準電圧以下であったら充電を開始する。また、太陽電池１のプラス端子１１７−１と鉛蓄電池２−１のプラス端子１１７−３の間にバイパススイッチを導入してもよい。このバイパススイッチが一時的にオンすると、同様に鉛蓄電池２のプラスマイナス端子間の電圧が過充電防止の判定基準電圧以下であったら充電を開始する。

逆電流防止ダイオード２４の働きにより、鉛蓄電池２−１に蓄えられていた電力が夜間に太陽電池１−１の内部を通って逆方向に流出するということはない。逆電流防止ダイオード２４が、鉛蓄電池２−１と過充電防止回路２１の間にある構成の場合、発電および蓄電しない夜間の過充電防止回路２１の消費電流はさらに小さく抑えることができる。

第６の実施の形態により、過充電を気にせず使用できる、安価で、電力利用効率のよい小規模な独立電源システムを実現することができる。
［第６の実施の形態の変形例］

第６の実施の形態の変形例は、回路部位１１１、１１２にツェナーダイオードを用いている点のみが異なる。

過充電防止回路２１の内部は、第２の実施の形態および図５で説明した通りである。ここで図５におけるスイッチング素子１１５は、ＰＭＯＳトランジスタを用いた場合の図である。図５中の回路部位１１１は少なくとも１つの発光ダイオードまたはツェナーダイオードを含む。図５では、回路部位１１１が緑色発光ダイオード１１１−１とツェナーダイオード１１１−５の直列接続の場合の例である。

第６の実施の形態の変形例の動作および原理は、元の第６の実施の形態と同様である。
［第７の実施の形態］

第７の実施の形態は、過充電防止回路および過放電防止回路を用いた蓄電池制御装置および独立電源系システムに関する。図１３に第７の実施の形態の独立電源系システムを示す。

第７の実施の形態の独立電源系システムでは、蓄電池２に、過充電防止回路２１、逆電流防止ダイオード２４を介して発電装置１が接続され、機械的スイッチ２３および過放電防止回路２２を介して負荷が接続されている。過充電防止回路２１、過放電防止回路２２、逆電流防止ダイオード２４、機械的スイッチ２３が蓄電池制御装置１１を構成する。すなわち、蓄電池制御装置１１に発電装置１、蓄電池２、負荷３が接続されている。

尚、逆電流防止ダイオード２４は、蓄電池２と過充電防止回路２１の間でも、発電装置１と過充電防止回路２１の間でもよいものとする。また、逆電流防止ダイオード２４は、蓄電池制御装置１１の内部にあっても外部にあってもよいものとする。逆電流防止ダイオード２４は、発電装置１と一体になっていてもよい。

発電装置のプラス端子およびマイナス端子に実質的に接続されている系１１７−１、１１７−２を発電系、蓄電池のプラス端子およびマイナス端子に実質的に接続されている系１１７−３、１１７−４を蓄電系、負荷のプラス端子およびマイナス端子に実質的に接続されている系１１７−５、１１７−６を出力系とする。１１７−２と１１７−４と１１７−６は短絡しているが、説明の都合上別のノードであるとして説明する。実質的に接続されるとは、間にヒューズ、スイッチ、抵抗器、ダイオード、電流計等が間に挿入されている場合も含めて接続されていることを意味する。。

発電装置１には、自然エネルギーを利用したものが適する。特に太陽電池などが適する。蓄電池２には鉛蓄電池を用いることができる。図１４に、発電装置１に太陽電池を、蓄電池２に鉛蓄電池を用いた場合の例を示す。以下では、発電装置１に太陽電池を、蓄電池２に鉛蓄電池を用いた場合について説明する。

第７の実施の形態の独立電源系システムでは、鉛蓄電池２−１に、過充電防止回路２１、逆電流防止ダイオード２４を介して太陽電池１−１が接続され、機械的スイッチ２３および過放電防止回路２２を介して負荷３が接続されている。過充電防止回路２１、過放電防止回路２２、逆電流防止ダイオード２４、機械的スイッチ２３が蓄電池制御装置１１を構成する。すなわち、蓄電池制御装置１１に太陽電池１−１、鉛蓄電池２−１、負荷３が接続されている。

図１５に過充電防止回路２１、過放電防止回路２２の内部を記載した回路図を示す。過充電防止回路２１の内部は、第１の実施の形態および図２、図３で説明したため、詳細の説明は割愛する。過放電防止回路２２の内部は、第５の実施の形態および図８で説明したため、詳細の説明は割愛する。

発電時は、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧は、鉛蓄電池２−１のプラスマイナス間の電圧よりやや高い状態を維持する。太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧が第一の一定電圧値を超えるとダイオード群を含む回路部位１１１に流れる電流が一定値を超え、ノード１１６の電位が一定値を超え、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２はソースドレイン間の抵抗が一定値を超える。その結果、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧がますます上昇し、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２はソースドレイン間の抵抗がますます上昇するという正帰還がかかる。そのため、太陽電池１のプラスマイナス端子間の電圧は一気に上昇し、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２は完全にオフになる。こうなることにより、太陽電池のプラスマイナス端子間の電圧が第一の一定電圧値を超えるとＰＭＯＳトランジスタ１１５−２がオフし、発電系と蓄電系すなわち、太陽電池１−１と鉛蓄電池２−１を切り離すことにより、鉛蓄電池２−１のプラスマイナス端子間の電圧を第一の一定電圧値以上に上げない機能が実現する。すなわち過充電防止機能が実現する。

また発電系と蓄電系が切り離された状態では、太陽電池１のプラスマイナス端子間の電圧は、太陽電池の開放電圧以下の範囲で高い電圧となる。回路部位１１１、１１２の少なくとも片方に発光ダイオードを用いた場合では発電系と蓄電系が切り離された状態では発光ダイオードがある程度の明るさで発光するため、目視により確認することができる。抵抗器１１２−５により、この時流れる電流を制限することができる。抵抗器１１２−５の抵抗値は、数百Ω〜数ｋΩが適する。この抵抗器１１２−５により電流を制限することにより、ダイオードは電流容量の小さいものを用いることができ、回路、装置、システムの大きさを小さくでき、価格を抑えることができる。

発電系と蓄電系すなわち、太陽電池１と鉛蓄電池２を切り離す基準の一定電圧値は、例えば１３．２Ｖである。

機械的スイッチ２３は、負荷に電流を供給するかどうかを決めるスイッチであり、無くてもよい。負荷は、例えば照明などである。

鉛蓄電池２−１のプラスマイナス端子間の電圧が第二の一定電圧値を下回るとダイオード群を含む回路部位１３１に流れる電流が一定値を下回り、ノード１３６の電位が一定値を下回り、ノード１３９の電位が一定値を超え、ＰＭＯＳトランジスタ１３５−２はソースドレイン間の抵抗が一定値を超える。ＰＭＯＳトランジスタ１３７および抵抗器１３８による増幅段により、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧の僅かな減少によりＰＭＯＳトランジスタ１３５−２のソースドレイン間の抵抗を大幅に上昇させることができる。このことにより、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が第二の一定電圧値以下になると出力系と蓄電系を切り離すことにより、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧を第二の一定電圧値以下に下げない機能が実現する。すなわち過放電防止機能が実現する。

蓄電系と出力系すなわち、鉛蓄電池２と負荷３を切り離す基準の第二の一定電圧値は、例えば１１．２Ｖである。第一の一定電圧値は、第二の一定電圧値より必ず高く設計する。第一の一定電圧値は、第二の一定電圧値を異なる値にするには、回路部位１１１と回路部位１３１の電圧降下量を変えるか、あるいは、回路部位１１２と回路部位１３２の電圧降下量を変える方法がある。例えば、回路部位１１２では緑色発光ダイオード４つの直列接続を用いるのに対し、回路部位１３２では緑色発光ダイオード２つと赤色発光ダイオード２つの直列接続を用いるなどの方法が可能である。尚、過放電防止機能により出力系と蓄電系が切り離されると、電力会社の系統から電力が供給されるようにしてもよい。

夜になると、太陽電池１−１に太陽光が当たらなくなり、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧は、過充電の判定基準の電圧より十分小さい電圧となる。そのため、負荷３で消費された電流により鉛蓄電池２−１のプラスマイナス端子間の電圧が下がっていたら、翌日に日が昇ると同時に鉛蓄電池２−１へ充電を開始する。尚、一度発電系と蓄電系すなわち、太陽電池１−１と鉛蓄電池２−１が切り離されたら翌朝まで蓄電を開始しないことを回避するために、太陽電池１−１と過充電防止回路２１の間に切断スイッチを設けてもよい。この切断スイッチが一時的にオフすると、鉛蓄電池２−１のプラスマイナス端子間の電圧が過充電防止の判定基準電圧以下であったら充電を開始する。また、太陽電池１のプラス端子１１７−１と鉛蓄電池２−１のプラス端子１１７−３の間にバイパススイッチを導入してもよい。このバイパススイッチが一時的にオンすると、同様に鉛蓄電池２のプラスマイナス端子間の電圧が過充電防止の判定基準電圧以下であったら充電を開始する。一方、鉛蓄電池２−１のプラスマイナス端子間の電圧が戻り次第、鉛蓄電池２−１と負荷３の接続は再開される。

逆電流防止ダイオード２４の働きにより、鉛蓄電池２−１に蓄えられていた電力が夜間に太陽電池１−１の内部を通って逆方向に流出するということはない。逆電流防止ダイオード２４が、鉛蓄電池２−１と過充電防止回路２１の間にある構成の場合、発電および蓄電しない夜間の過充電防止回路２１の消費電流はさらに小さく抑えることができる。

第７の実施の形態により、過充電、過放電を気にせず使用できる、安価で電力利用効率のよい小規模な独立電源システムを実現することができる。

例えば送電コストの大きい山間部における夜間に点灯する道路標識、案内標識、看板向けの電源システムに用いることができる。また、太陽電池と過充電防止回路にて、長期間自動車に乗らないときにバッテリーがあがらないようにするための製品に用いることができる。

１ 発電装置
２ 蓄電池
１−１ 太陽電池
２−１ 鉛蓄電池
３ 負荷
１１ 蓄電池制御装置
２１ 過充電防止回路
２２ 過放電防止回路
２３ 機械的スイッチ
２４ 逆電流防止ダイオード
１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２ 回路部位
１１１−１、１１１−２、１１１−３、１１２−１、１１２−２、１１２−３、１１２−４、１２１−１、１２１−２、１２１−３、１２２−１、１２２−２、１２２−３，１２２−４、１３１−１、１３１−２、１３１−３、１３２−１、１３２−２ 緑色発光ダイオード
１１２−８、１３２−３、１３２−４ 赤色発光ダイオード
１１２−９、１１２−１０ シリコンダイオード
１１２−１１、１１２−１２、１１２−１３、１１２−１４ スイッチ
１１１−５、１１２−６、１１２−７ ツェナーダイオード
１１２−５、１２２−５、１３２−５、１１３、１２３、１３３、１３８ 抵抗器
１１４、１３４ ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ
１２４ ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ
１１５、１３５ スイッチング素子
１１５−２、１３５−２、１３７ ＰＭＯＳトランジスタ
１２５−２ ＮＭＯＳトランジスタ
１１６、１２６、１３６、１３９ ノード
１１７−１ 発電系のプラス端子
１１７−２ 発電系のマイナス端子
１１７−３ 蓄電系のプラス端子
１１７−４ 蓄電系のマイナス端子
１１７−５ 出力系のプラス端子
１１７−６ 出力系のマイナス端子

近年、太陽光発電が注目を集めている。太陽光発電システムには、独立電源システムと系統連係システムがあり、前者は太陽電池パネルまたは太陽電池モジュールにより発電した電気を蓄電池に蓄え、必要な時にそのままあるいは100Vの交流に変換して用いる。一方系統連係システムは、100Vの交流に変換した上で、消費される電力より発電量が多ければ電力会社の系統に売電し、消費される電力より発電量が少なければ電力会社の系統から電力を購入する。蓄電池に蓄えられた電力が少なくなると瞬時停電を経て電力会社の系統から電力を供給するように切り替えるシステムも独立電源システムに含めるものとする。

本発明は、以上に鑑み、太陽光発電等の自然エネルギーを用いる独立電源系システム向けの低消費電力の蓄電池制御回路および蓄電池制御装置を提供することを課題とする。

この課題を解決するために、本発明においては、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を太陽光発電系の2端子間に挿入し、そのダイオード系を流れる電流をバイポーラトランジスタと抵抗負荷を用いて電圧に変換し、その電圧を用いてMOSトランジスタをオン・オフ制御することにより、過充電、過放電を抑制する。また、ここでダイオード系の中に発光ダイオードが含まれれば、満充電を発光ダイオードの発光で確認することができる。

本発明により、少ない部品点数で、過充電、過放電に対する保護回路が実現できる。また、消費電力を抑えることができる。さらに、発光ダイオードによって満充電を目視確認することができる。過充電に対する保護回路は、実質的な消費電流ベースで2桁またはそれ以上減らすことができる。過放電に対する保護回路は、実質的な消費電流ベースで1桁〜2桁減らすことができる。

第１の実施の形態の回路は、過充電防止回路である。図２に、第１の実施の形態の回路図を示す。第１の実施の形態の回路は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４および、第一の回路部位１１１および、第二の回路部位１１２および、抵抗器お１１３よび、スイッチング素子１１５を持つ。これらの部分全体が過充電防止回路２１である。

ここで、回路部位１１１、回路部位１１２は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を含む。直列接続したダイオードを並列接続すること、並列接続したダイオードを直列接続することも可能である。また、使用するダイオードは第１の実施の形態では発光ダイオードとするが、必ずしも発光ダイオードでなくてもよいものとする。発光ダイオードは緑色、赤色、青色、紫外、赤外などあらゆるものを用いることができる。さらに、ツェナーダイオードを用いてもよく、電圧降下がより少ないシリコンダイオード、ショットキーバリアダイオードを用いてもよい。また、これらのダイオードの組み合わせでもよく、組み合わせることにより、回路部位１１１の電圧降下の合計、回路部位１１２の電圧降下の合計を調整できる。回路部位１１１、１１２は抵抗器を含んでもよい。この抵抗器は、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が高くなったときに流れる電流を制限する役割を果たす。第１の実施の形態は、回路部位１１１が、緑色発光ダイオード１１１−１、１１１−２、１１１−３の直列接続、回路部位１１２が、緑色発光ダイオード１１２−１、１１２−２、１１２−３、１１２−４および抵抗器１１２−５直列接続の場合の例である。

第１の実施の形態により、安価で低消費電力な過充電防止回路が実現する。さらに、発光ダイオードによって満充電を目視確認することができる。

第２の実施の形態は過充電防止回路の別の形態である。図５に、第２の実施の形態の回路図を示す。ただし、スイッチング素子は、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２であるとして示されている。第２の実施の形態の回路は、第１の実施の形態と同様に、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４および、第一の回路部位１１１および、第二の回路部位１１２および、抵抗器お１１３よび、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２を持つ。これらの部分全体が過充電防止回路２１である。

第２の実施の形態の動作および原理は、第１の実施の形態と同様である。第２の実施の形態により、安価で低消費電力な過充電防止回路が実現する。さらに、発光ダイオードによって満充電を目視確認することができる。

第３の実施の形態は過充電防止回路の別の形態である。図６に、第３の実施の形態の回路図を示す。ただし、スイッチング素子は、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２であるとして示されている。第３の実施の形態の回路は、第１の実施の形態、第２の実施の形態と同様に、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４および、第一の回路部位１１１および、第二の回路部位１１２および、抵抗器お１１３よび、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２を持つ。これらの部分全体が過充電防止回路２１である。

スイッチ１１２−１１の一端は緑色発光ダイオード１１２−３のカソード、スイッチ１１２−１２、１１２−１３、１１２−１４の一端に、もう一端は緑色発光ダイオード１１２−４のアノードに接続される。スイッチ１１２−１２の一端は緑色発光ダイオード１１２−３のカソード、スイッチ１１２−１１、１１２−１３、１１２−１４の一端に、もう一端は赤色発光ダイオード１１２−８のアノードに接続される。スイッチ１１２−１３の一端は緑色発光ダイオード１１２−３のカソード、スイッチ１１２−１１、１１２−１２、１１２−１４の一端に、もう一端はシリコンダイオード１１２−９に接続される。スイッチ１１２−１４の一端は緑色発光ダイオード１１２−３のカソード、スイッチ１１２−１１、１１２−１２、１１２−１３の一端に、もう一端は緑色発光ダイオード１１２−４のカソード、赤色発光ダイオード１１２−８のカソード、シリコンダイオード１１２−１０のカソード、抵抗器１１２−５の一端に接続される。

第３の実施の形態の動作および原理は、第１の実施の形態と同様である。第３の実施の形態により、安価で低消費電力な過充電防止回路が実現する。さらに、発光ダイオードによって満充電を目視確認することができる。

第４の実施の形態により、安価で低消費電力な過充電防止回路が実現する。さらに、発光ダイオードによって満充電を目視確認することができる。

第５の実施の形態により、安価で低消費電力な過放電防止回路が実現する。さらに、発光ダイオードによって満充電を目視確認することができる。尚、第４の実施の形態と第１の実施の形態の関係のように、第５の実施の形態の過放電防止回路を、ＮＭＯＳトランジスタを用いて実現してもよい。

第６の実施の形態の独立電源系システムでは、蓄電池２に、逆電流防止ダイオード２４、過充電防止回路２１を介して発電装置１が接続され、機械的スイッチ２３を介して負荷３が接続されている。過充電防止回路２１、逆電流防止ダイオード２４、機械的スイッチ２３が蓄電池制御装置１１を構成する。すなわち、蓄電池制御装置１１に発電装置１、蓄電池２、負荷３が接続されている。尚、逆電流防止ダイオード２４は、蓄電池２と過充電防止回路２１の間でも、発電装置１と過充電防止回路２１の間でもよいものとする。また、逆電流防止ダイオード２４は、蓄電池制御装置１１の内部にあっても外部にあってもよいものとする。逆電流防止ダイオード２４は、発電装置１と一体になっていてもよい。

第６の実施の形態により、過充電を気にせず使用できる、安価で、電力利用効率のよい小規模な独立電源システムを実現することができる。さらに、発光ダイオードによって満充電を目視確認することができる。

第７の実施の形態により、過充電、過放電を気にせず使用できる、安価で電力利用効率のよい小規模な独立電源システムを実現することができる。さらに、発光ダイオードによって満充電を目視確認することができる。

図１は、独立電源システムの概要図である。 図２は、第１の実施の形態における過充電防止回路である。 図３は、第１の実施の形態における過充電防止回路において、スイッチング素子にＰＭＯＳトランンジスタを用いた場合の回路図である。 図４は、第１の実施の形態における過充電防止回路の変形例である。 図５は、第２の実施の形態における過充電防止回路において、スイッチング素子にＰＭＯＳトランンジスタを用いた場合の回路図である。 図６は、第３の実施の形態における過放電防止回路において、スイッチング素子にＰＭＯＳトランンジスタを用いた場合の回路図である。である。 図７は、第４の実施の形態における過充電防止回路において、スイッチング素子にNＭＯＳトランンジスタを用いた場合の回路図である。 図８は、第５の実施の形態における過放電防止回路である。 図９は、第５の実施の形態における過放電防止回路において、スイッチング素子にＰＭＯＳトランンジスタを用いた場合の回路図である。 図１０は、第６の実施の形態における独立電源システムのブロック図である。 図１１は、第６の実施の形態における独立電源システムにおいて、発電装置として太陽電池を用い、蓄電池に鉛蓄電池を用いた場合のブロック図である。 図１２は、第６の実施の形態における独立電源システムの回路図である。 図１３は、第７の実施の形態における独立電源システムのブロック図である。 図１４は、第７の実施の形態における独立電源システムにおいて、発電装置として太陽電池を用い、蓄電池に鉛蓄電池を用いた場合のブロック図である。 図１５は、第７の実施の形態における独立電源システムの回路図である。

ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のコレクタは発電系のプラス端子１１７−１に、ベースは回路部位１１１の一端に、エミッタは抵抗器１１３の一端およびスイッチング素子１１５のコントロール端子に接続される。回路部位１１１の一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のベースに、もう一端は回路部位１１２の一端および抵抗器１１３の一端に接続される。回路部位１１２の一端は回路部位１１１の一端および抵抗器１１３の一端に接続され、もう一端は発電系のマイナス端子１１７−２および蓄電系のマイナス端子１１７−４に接続される。抵抗器１１３の一端は回路部位１１１の一端および回路部位１１２の一端に接続され、もう一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のエミッタおよびスイッチング素子１１５のコントロール端子に接続される。スイッチング素子１１５の一端は発電系のプラス端子１１７−１に接続され、コントロール端子はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のエミッタおよび抵抗器１１３の一端に接続され、もう一端は蓄電系のプラス端子１１７−３に接続される。

ここで発電系とは太陽電池等の発電装置に実質的に接続された部分１１７−１、１１７−２とし、蓄電系とは鉛蓄電池等の蓄電池に実質的に接続された部分１１７−３，１１７−４とする。１１７−２と１１７−４は短絡しているが、説明の都合上別のノードであるとして説明する。実質的に接続されるとは、間にヒューズ、スイッチ、抵抗器、ダイオード、電流計等が間に挿入されている場合も含めて接続されていることを意味する。

ここで、第一の回路部位１１１、第二の回路部位１１２は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を含む。直列接続したダイオードを並列接続すること、並列接続したダイオードを直列接続することも可能である。また、使用するダイオードは第１の実施の形態では発光ダイオードとするが、必ずしも発光ダイオードでなくてもよいものとする。発光ダイオードは緑色、赤色、青色、紫外、赤外などあらゆるものを用いることができる。さらに、ツェナーダイオードを用いてもよく、電圧降下がより少ないシリコンダイオード、ショットキーバリアダイオードを用いてもよい。また、これらのダイオードの組み合わせでもよく、組み合わせることにより、回路部位１１１の電圧降下の合計、回路部位１１２の電圧降下の合計を調整できる。回路部位１１１、１１２は抵抗器を含んでもよい。この抵抗器は、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が高くなったときに流れる電流を制限する役割を果たす。第１の実施の形態は、回路部位１１１が、緑色発光ダイオード１１１−１、１１１−２、１１１−３の直列接続、回路部位１１２が、緑色発光ダイオード１１２−１、１１２−２、１１２−３、１１２−４および抵抗器１１２−５直列接続の場合の例である。

発電系のプラスマイナス端子間の電圧が一定電圧値を超えるとダイオード群を含む回路部位１１１に流れる電流が一定値を超え、ノード１１６の電位が一定値を超え、ＰＭＯＳトランジスタ１１５はソースドレイン間の抵抗が一定値を超える。発電系のプラスおよびマイナスの端子に太陽電池を接続した場合などは、このとき、発電系のプラスマイナス端子間の電圧がまずます上昇し、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２はソースドレイン間の抵抗がますます上昇するという正帰還がかかる。そのため、発電系のプラスマイナス端子間の電圧は一気に上昇し、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２は完全にオフになる。こうなることにより、発電系のプラスマイナス端子間の電圧が一定電圧値を超えるとＰＭＯＳトランジスタ１１５−２がオフし、発電系を蓄電系と切り離すことにより、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧を一定電圧値以上に上げない機能が実現する。

ここで、回路部位１１１、回路部位１１２は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を含む。直列接続したダイオードを並列接続すること、並列接続したダイオードを直列接続することも可能である。また、第２の実施の形態は、回路部位１１１が緑色発光ダイオード１１１−１とツェナーダイオード１１１−５の直列接続、回路部位１１２がツェナーダイオード１１２−６、１１２−７、抵抗器１１２−５の直列接続の場合の例である。
このようにツェナーダイオードを用いてもよい。ツェナーダイオードは、電圧降下が小さいものから大きいものまでそろっており、少ない素子数で電圧降下の合計値を調整できる。この抵抗器１１２−５により、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が高くなったときに流れる電流を制限することができる。

第一の回路部位１１１、第二の回路部位１１２は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を含む。直列接続したダイオードを並列接続すること、並列接続したダイオードを直列接続することも可能である。

第３の実施の形態では、回路部位１１１、回路部位１１２の少なくとも片方は、実質的に電流が流れる経路上のダイオードの数または種類またはその両方が、スイッチにより切り替えられる。こうすることにより、該当する回路部位における電圧降下を調整することができる。ここで、電流が流れる経路を切り替えるスイッチは、ディップスイッチなどの機械的なスイッチでもよく、制御回路に接続されたＭＯＳトランジスタなどでもよい。

ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２４のエミッタは発電系のマイナス端子１１７−２に、ベースは第一の回路部位１２１の一端に、コレクタは抵抗器１２３の一端および
ＮＭＯＳトランジスタ１２５のゲートに接続される。回路部位１２１の一端はＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２４のベースに、もう一端は回路部位１２２および抵抗器１２３の一端に接続され、回路部位１２２の一端は回路部位１２１の一端および抵抗器１２３の一端に接続され、もう一端は発電系のプラス端子１１７−１および蓄電系のプラス端子１１７−３に接続される。抵抗器１２３の一端は、回路部位１２１の一端および回路部位１２２の一端に接続され、もう一端はＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２４のコレクタおよびＮＭＯＳトランジスタ１２５のゲートに接続される。ＮＭＯＳトランジスタのソースは発電系のマイナス端子１１７−３に接続され、ゲートはＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２４のコレクタおよび抵抗器１２３の一端に接続され、ドレインは蓄電系のマイナス端子１１７−４に接続される。

発電系のプラスマイナス端子間の電圧が一定電圧値を超えるとダイオード群を含む回路部位１２１に流れる電流が一定値を超え、ノード１２６の電位が一定値を下回り、ＮＭＯＳトランジスタ１２５−２はソースドレイン間の抵抗が一定値を超える。発電系のプラスおよびマイナスの端子に太陽電池を接続した場合などは、このとき、発電系のプラスマイナス端子間の電圧がまずます上昇し、ＮＭＯＳトランジスタ１２５−２はソースドレイン間の抵抗がますます上昇するという正帰還がかかる。そのため、発電系のプラスマイナス端子間の電圧は一気に上昇し、ＮＭＯＳトランジスタ１２５−２は完全にオフになる。こうなることにより、発電系のプラスマイナス端子間の電圧が一定電圧値を超えるとＮＭＯＳトランジスタ１２５−２がオフし、第１の実施の形態と同様に、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧を一定電圧値以上に上げない機能が実現する。

第５の実施の形態の回路は、過放電防止回路である。図８に、第５の実施の形態の回路図を示す。第５の実施の形態の回路は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４および、第一の回路部位１３１および、第二の回路部位１３２および、抵抗器１３３、１３８および、ＰＭＯＳトランジスタ１３７、スイッチング素子１３５を持つ。これらの部分全体が過放電防止回路２２である。

ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４のコレクタは蓄電系のプラス端子１１７−３に、ベースは回路部位１３１のアノード側に、エミッタは抵抗器１３３の一端およびＰＭＯＳトランジスタ１３７のゲートに接続される。回路部位１３１の一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４のベースに、もう一端は回路部位１３２の一端および抵抗器１３３の一端に接続される。回路部位１３２の一端は回路部位１３１のカソードおよび抵抗器１３３の一端に接続され、もう一端は蓄電系のマイナス端子１１７−４および出力系のマイナス端子１１７−６に接続される。抵抗器１３３の一端は回路部位１３１の一端および回路部位１３２の一端に接続され、もう一端はＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４のエミッタおよびＰＭＯＳトランジスタ１３７のゲートに接続される。ＰＭＯＳトランジスタ１３７のソースは蓄電系のプラス端子１１７−３に接続され、ゲートはＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１３４のエミッタおよび抵抗器１３３の一端に接続され、ドレインは抵抗器１３８の一端およびスイッチング素子１３５のコントロール端子に接続される。抵抗器１３８の一端はＰＭＯＳトランジスタ１３７のドレインおよびスイッチング素子１３５のコントロール端子に接続され、もう一端は蓄電系のマイナス端子１１７−４および出力系のマイナス端子１１７−６に接続される。スイッチング素子１３５の一端は蓄電系のプラス端子１１７−３に接続され、コントロール端子はＰＭＯＳトランジスタ１３７のドレインおよび抵抗器１３８の一端に接続され、一端は出力系のプラス端子１１７−５に接続される。

ここで、第一の回路部位１３１、第二の回路部位１３２は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を含む。直列接続したダイオードを並列接続すること、並列接続したダイオードを直列接続することも可能である。また、使用するダイオードは第５の実施の形態では発光ダイオードとするが、必ずしも発光ダイオードでなくてもよいものとする。発光ダイオードは緑色、赤色、青色、紫外、赤外などあらゆるものを用いることができる。さらに、ツェナーダイオードを用いてもよく、電圧降下がより少ないシリコンダイオード、ショットキーバリアダイオードを用いてもよい。また、これらのダイオードの組み合わせでもよく、組み合わせることにより、回路部位１３１の電圧降下の合計、回路部位１３２の電圧降下の合計を調整できる。回路部位１３１、１３２は抵抗器を含んでもよい。この抵抗器は、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が高くなったときに流れる電流を制限する役割を果たす。第５の実施の形態は、回路部位１３１が、緑色発光ダイオード１３１−１、１３１−２、１３１−３の直列接続、回路部位１１２が、緑色発光ダイオード１３２−１、１３２−２、赤色発光ダイオード１３２−３、１３２−４および抵抗器１３２−５の直列接続の場合の例である。

夜になると、太陽電池１−１に太陽光が当たらなくなり、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧は、過充電の判定基準の電圧より十分小さい電圧となる。そのため、負荷３で消費された電流により鉛蓄電池２−１のプラスマイナス端子間の電圧が下がっていたら、翌日に日が昇ると同時に鉛蓄電池２−１へ充電を開始する。太陽電池１のプラス端子１１７−１と鉛蓄電池２−１のプラス端子１１７−３の間にバイパススイッチを導入してもよい。このバイパススイッチが一時的にオンすると、同様に鉛蓄電池２のプラスマイナス端子間の電圧が過充電防止の判定基準電圧以下であったら充電を開始する。

過充電防止回路２１の内部は、第２の実施の形態および図５で説明した通りである。ここで図５におけるスイッチング素子１１５は、ＰＭＯＳトランジスタを用いた場合の図である。図５中の回路部位１１１は少なくとも1つの発光ダイオードまたはツェナーダイオードを含む。図５は、回路部位１１１が緑色発光ダイオード１１１−１とツェナーダイオード１１１−５の直列接続の場合の例である。

第７の実施の形態は、過充電防止回路および過放電防止回路を用いた蓄電池制御装置および独立電源システムに関する。図１３に第７の実施の形態の独立電源システムを示す。

発電装置のプラス端子およびマイナス端子に実質的に接続されている系１１７−１、１１７−２を発電系、蓄電池のプラス端子およびマイナス端子に実質的に接続されている系１１７−３、１１７−４を蓄電系、負荷のプラス端子およびマイナス端子に実質的に接続されている系１１７−５、１１７−６を出力系とする。１１７−２と１１７−４と１１７−６は短絡しているが、説明の都合上別のノードであるとして説明する。実質的に接続されるとは、間にヒューズ、スイッチ、抵抗器、ダイオード、電流計等が間に挿入されている場合も含めて接続されていることを意味する。

第７の実施の形態の独立電源システムでは、鉛蓄電池２−１に、過充電防止回路２１、逆電流防止ダイオード２４を介して太陽電池１−１が接続され、機械的スイッチ２３および過放電防止回路２２を介して負荷３が接続されている。過充電防止回路２１、過放電防止回路２２、逆電流防止ダイオード２４、機械的スイッチ２３が蓄電池制御装置１１を構成する。すなわち、蓄電池制御装置１１に太陽電池１−１、鉛蓄電池２−１、負荷３が接続されている。

発電時は、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧は、鉛蓄電池２−１のプラスマイナス間の電圧よりやや高い状態を維持する。太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧が第一の一定電圧値を超えるとダイオード群を含む回路部位１１１に流れる電流が一定値を超え、ノード１１６の電位が一定値を超え、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２はソースドレイン間の抵抗が一定値を超える。その結果、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧がますます上昇し、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２はソースドレイン間の抵抗がますます上昇するという正帰還がかかる。そのため、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧は一気に上昇し、ＰＭＯＳトランジスタ１１５−２は完全にオフになる。こうなることにより、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧が第一の一定電圧値を超えるとＰＭＯＳトランジスタ１１５−２がオフし、発電系と蓄電系すなわち、太陽電池１−１と鉛蓄電池２−１を切り離すことにより、鉛蓄電池２−１のプラスマイナス端子間の電圧を第一の一定電圧値以上に上げない機能が実現する。すなわち過充電防止機能が実現する。

発電系と蓄電系すなわち、太陽電池１−１と鉛蓄電池２−１を切り離す基準の一定電圧値は、例えば１３.２Vである。

蓄電系と出力系すなわち、鉛蓄電池２と負荷３を切り離す基準の第二の一定電圧値は、例えば１１.２Vである。第一の一定電圧値は、第二の一定電圧値より必ず高く設計する。第一の一定電圧値を、第二の一定電圧値と異なる値にするには、回路部位１１１と回路部位１３１の電圧降下量を変えるか、あるいは、回路部位１１２と回路部位１３２の電圧降下量を変える方法がある。例えば、回路部位１１２では緑色発光ダイオード４つの直列接続を用いるのに対し、回路部位１３２では緑色発光ダイオード２つと赤色発光ダイオード２つの直列接続を用いるなどの方法が可能である。尚、過放電防止機能により出力系と蓄電系が切り離されると、電力会社の系統から電力が供給されるようにしてもよい。

夜になると、太陽電池１−１に太陽光が当たらなくなり、太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧は、過充電の判定基準の電圧より十分小さい電圧となる。そのため、負荷３で消費された電流により鉛蓄電池２−１のプラスマイナス端子間の電圧が下がっていたら、翌日に日が昇ると同時に鉛蓄電池２−１へ充電を開始する。太陽電池１−１のプラス端子１１７−１と鉛蓄電池２−１のプラス端子１１７−３の間にバイパススイッチを導入してもよい。このバイパススイッチが一時的にオンすると、同様に鉛蓄電池２のプラスマイナス端子間の電圧が過充電防止の判定基準電圧以下であったら充電を開始する。一方、鉛蓄電池２−１のプラスマイナス端子間の電圧が戻り次第、鉛蓄電池２−１と負荷３の接続は再開される。

Claims (26)

1. １つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流をバイポーラトランジスタで増幅コピーし第一の電流とし、前記第一の電流を抵抗負荷に流すことにより、第一の電圧に変換し、前記第一の電圧を用いてスイッチング素子をオン・オフ制御することを特徴とする制御回路。
2. １つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流をバイポーラトランジスタにより増幅コピーし第一の電流とし、前記第一の電流を抵抗負荷に流すことにより第一の電圧に変換し、前記第一の電圧を増幅して第二の電圧にし、前記第二の電圧を用いてスイッチング素子をオン・オフ制御することを特徴とする制御回路。
3. 前記スイッチング素子はＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御回路。
4. 前記１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群のうち少なくとも１つは発光ダイオードであることを特徴とする請求項３に記載の制御回路。
5. 前記１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群のうち少なくとも１つはツェナーダイオードであることを特徴とする請求項３に記載の制御回路。
6. 前記１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に実質的に電流が流れる経路上のダイオードの数または種類またはその両方が、スイッチにより切り替えられることを特徴とした請求項４または請求項５に記載の制御回路。
7. 第一のＰＮＰ型バイポーラトランジスタおよび、第一の回路部位および、第二の回路部位および、抵抗器および、第一のＰＭＯＳトランジスタを持ち、前記第一のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのコレクタは発電装置のプラスの系統に、ベースは前記第一の回路部位の一端に、エミッタは前記抵抗器の一端および前記第一のＰＭＯＳトランジスタのゲートに実質的に接続され、前記第一の回路部位の一端は前記第一のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのベースに、もう一端は前記第二の回路部位の一端および前記抵抗器の一端に実質的に接続され、前記第二の回路部位の一端は前記第一回路部位の一端および前記抵抗器の一端に実質的に接続され、もう一端は発電装置のマイナスの系統および蓄電池のマイナスの系統に実質的に接続され、前記抵抗器の一端は、前記第一の回路部位の一端および前記第二の回路部位の一端に実質的に接続され、もう一端は前記第一のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのエミッタおよび前記第一のＰＭＯＳトランジスタのゲートに実質的に接続され、前記第一のＰＭＯＳトランジスタのソースは発電装置のプラスの系統に実質的に接続され、ゲートは前記第一のＰＮＰ型バイポーラトランジスタのエミッタおよび前記抵抗器の一端に実質的に接続され、ドレインは蓄電池のプラスの系統に実質的に接続され、前記第一の回路部位は少なくとも一つのダイオードを含み、前記第二の回路部位は少なくとも一つのダイオードを含むことを特徴とする回路。
8. 第一のＮＰＮ型バイポーラトランジスタおよび、第一の回路部位および、第二の回路部位および、抵抗器および、第一のＮＭＯＳトランジスタを持ち、前記第一のＮＰＮ型バイポーラトランジスタのエミッタは発電装置のマイナスの系統に、ベースは前記第一の回路部位の一端に、コレクタは前記抵抗器の一端および前記第一のＮＭＯＳトランジスタのゲートに実質的に接続され、前記第一の回路部位の一端は前記第一のＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベースに、もう一端は前記第二の回路部位の一端および前記抵抗器の一端に実質的に接続され、前記第二の回路部位の一端は前記第一の回路部位の一端および前記抵抗器の一端に実質的に接続され、もう一端は発電装置のプラスの系統および蓄電池のプラスの系統に実質的に接続され、前記抵抗器の一端は、前記第一の回路部位の一端および前記第二の回路部位の一端に実質的に接続され、もう一端は前記第一のＮＰＮ型バイポーラトランジスタのコレクタおよび前記第一のＮＭＯＳトランジスタのゲートに実質的に接続され、前記第一のＮＭＯＳトランジスタのソースは発電装置のマイナスの系統に実質的に接続され、ゲートは前記第一のＮＰＮ型バイポーラトランジスタのコレクタおよび前記抵抗器の一端に実質的に接続され、ドレインは蓄電池のマイナスの系統に実質的に接続され、前記第一の回路部位は少なくとも一つのダイオードを含み、前記第二の回路部位は少なくとも一つのダイオードを含むことを特徴とする回路。
9. 前記第一の回路部位は少なくとも一つの発光ダイオードまたは少なくとも一つのツェナーダイオードを含み、前記第二の回路部位は少なくとも一つの発光ダイオードまたは少なくとも一つのツェナーダイオードを含むことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の回路。
10. 前記第一の回路部位または前記第二の回路部位の少なくとも片方に、少なくとも一つの発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項９に記載の回路。
11. 前記第一の回路部位または前記第二の回路部位は少なくとも一つの抵抗器を含むことを特徴とする請求項１０に記載の回路。
12. 前記第一の回路部位または前記第二の回路部位において実質的に電流が流れる経路上のダイオードの数または種類またはその両方が、スイッチにより切り替えられることを特徴とした請求項１１に記載の回路。
13. １つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流をバイポーラトランジスタで増幅コピーし第一の電流とし、第一の電流を抵抗負荷に流すことにより、第一の電圧に変換し、第一の電圧を用いて第一のスイッチング素子をオン・オフ制御することを特徴とする制御回路を用い、発電装置の系統の両端の電圧が一定以上になると前記１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流が増大し、前記第一のスイッチング素子がオフすることにより、発電装置の系統と蓄電池の系統が切り離されることを特徴とする蓄電池制御装置。
14. 前記第一のスイッチング素子は、ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１３に記載の蓄電池制御装置。
15. 前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群のうち少なくとも１つは発光ダイオードまたはツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１４に記載の蓄電池制御装置。
16. 第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流をバイポーラトランジスタで増幅コピーし第一の電流とし、第一の電流を抵抗負荷に流すことにより第一の電圧に変換し、第一の電圧を用いて第一のスイッチング素子をオン・オフ制御することを特徴とする制御回路を用い、発電装置の系統の両端の電圧が第一の一定電圧値以上になると前記１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流が増大し、前記第一のスイッチング素子がオフすることにより、発電装置の系統と蓄電池の系統が切り離され、第二の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流をバイポーラトランジスタで増幅コピーし第二の電流とし、第二の電流を抵抗負荷に流すことにより第二の電圧に変換し、第二の電圧を増幅して第三の電圧にし、第三の電圧を用いて第二のスイッチング素子をオン・オフ制御することを特徴とする制御回路を用い、蓄電池の系統の両端の電圧が第二の一定電圧値以下になると前記第二の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流が減少し、第二の電圧を増幅して第三の電圧にし、前記第三の電圧により前記第二のスイッチング素子がオフすることにより、前記蓄電池の系統と出力の系統が切り離され、第一の一定電圧値が第二の一定電圧値より高いことを特徴とする蓄電池制御装置。
17. 前記第一のスイッチング素子および前記第二のスイッチング素子は、ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１６に記載の蓄電池制御装置。
18. 前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群のうち少なくとも１つは発光ダイオードまたはツェナーダイオードであり、前記第二の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群のうち少なくとも１つは発光ダイオードまたはツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１７に記載の蓄電池制御装置。
19. 発電装置と蓄電池を含み、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流をバイポーラトランジスタで増幅コピーし第一の電流とし、前記第一の電流を抵抗負荷に流すことにより、第一の電圧に変換し、前記第一の電圧を用いて第一のスイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を用い、前記発電装置の系統の両端の電圧が一定電圧値以上になると前記１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流が増大し、前記第一のスイッチング素子がオフすることにより前記発電装置の系統と前記蓄電池の系統が切り離されることを特徴とする独立電源システム。
20. 前記第一のスイッチング素子はＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１９に記載の独立電源システム。
21. 発電装置と蓄電池を含み、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流をバイポーラトランジスタで増幅コピーし第一の電流とし、第一の電流を抵抗負荷に流すことにより、第一の電圧に変換し、第一の電圧を用いて第一のスイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を用い、前記発電装置の系統の両端の電圧が第一の一定電圧値以上になると前記１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流が増大し、前記第一のスイッチング素子がオフすることにより、前記発電装置の系統と前記蓄電池の系統が切り離され、第二の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流をバイポーラトランジスタで増幅コピーし第二の電流とし、第二の電流を抵抗負荷に流すことにより第二の電圧に変換し、第二の電圧を増幅して第三の電圧にし、第三の電圧を用いて第二のスイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路を用い、前記蓄電池の系統の両端の電圧が第二の一定電圧値以下になると前記第二の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる電流が減少し、該電流が変換された第二の電圧を増幅して第三の電圧にし、前記第三の電圧により前記第二のスイッチング素子がオフすることにより前記蓄電池の系統と出力の系統が切り離され、第一の一定電圧値が第二の一定電圧値より高いことを特徴とする独立電源システム。
22. 前記第一のスイッチング素子および前記第二のスイッチング素子はＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項２１に記載の独立電源システム。
23. 前記発電装置は自然エネルギーを利用したものであることを特徴とする請求項２０または請求項２２に記載の独立電源システム。
24. 前記発電装置は太陽電池であることを特徴とする請求項２３に記載の独立電源システム。
25. 前記蓄電池は鉛蓄電池であることを特徴とする請求項２４に記載の独立電源システム。
26. 前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群のうち少なくとも１つは発光ダイオードまたはツェナーダイオードであることを特徴とする請求項２５に記載の蓄電池制御装置。

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