JP2012039279A

JP2012039279A - 端末網制御装置およびテレメータシステム

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Publication number: JP2012039279A
Application number: JP2010176105A
Authority: JP
Inventors: Shunichiro Nakano; 俊一郎中野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】キャパシタ容量不足時のバックアップ用として十分な補助電池容量を確保できる端末網制御装置およびテレメータシステムを提供する。
【解決手段】太陽電池パネル３０により得た電力を端末網制御本体１０に供給するソーラー電源装置２０を備える。上記ソーラー電源装置２０は、端末網制御本体１０に電力を供給するための大容量キャパシタ２２および二次電池ＳＢと、太陽電池パネル３０で得た電力により大容量キャパシタ２２を充電するキャパシタ充電制御部２１と、大容量キャパシタ２２が満充電状態のときに太陽電池パネル３０で得た電力により二次電池ＳＢを充電する二次電池充電制御部２３と、大容量キャパシタ２２の電圧に基づいて、大容量キャパシタ２２の出力を端末網制御本体１０に接続するか、または、二次電池ＳＢの出力を端末網制御本体１０に接続するかを切り換える電源切換部２４とを有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、端末網制御装置およびテレメータシステムに関し、詳しくは、通信回線を利用して遠隔検針を行う端末網制御装置およびその端末網制御装置を備えたテレメータシステムに関する。

携帯電話網などの通信回線あるいは特定小電力無線などを利用して、ガス、水道、電気などのメータをセンター側より遠隔検針する端末網制御装置では、従来の電話回線を用いるＮＣＵ(Network Control Unit：網制御装置)に比べて消費電力が大きいため、電池駆動だけでなく、商用電源も利用されている。また、最近では、端末網制御装置として、太陽光発電を利用したソーラー電源装置も利用されている(例えば、特開２００９−１４８０６４号公報(特許文献１)参照)。

上記端末網制御装置のソーラー電源装置では、装置本体と共に１０年間の動作が要求されるため、経時劣化の少ない大容量キャパシタを主蓄電部としている。また、異常時にも動作を担保するため、補助電源としてリチウム一次電池を搭載している。図４は補助電源としてリチウム一次電池を搭載するソーラー電源装置を備えた従来の端末網制御装置の一例を示している。図４において、１１０は端末網制御本体、１２０はソーラー電源装置、１３０は太陽電池パネル、１２１は充電制御部、１２２は大容量キャパシタ、１２３は電源切換部、１２４は出力部、ＰＢはリチウム一次電池である。

しかしながら、上記端末網制御装置のソーラー電源装置１２０の大容量キャパシタ１２２は、端末網制御装置に特定小電力無線を介して接続される子機が１００台以上となる大規模システムにおいて、検針方法や動作頻度などのあらゆる動作条件に適用可能なほど十分な容量を持っていないため、端末網制御装置の動作条件が限定されるという課題がある。

また、端末網制御装置は、システム設置時に、センター側から全ての各子機に通信を行い、端末の各種設定とメータ検針テストを行う開通動作をする必要がある。これには、運用中の通常の検針よりも大きな消費電力を要する。つまり、運用中の検針動作では問題のないシステム規模であっても、開通動作時は、キャパシタ容量が不足してしまって、補助電池を使用することとなる。

このような補助電池に一次電池を用いた端末網制御装置では、キャパシタ容量を使い果たしても補助電池があり、補助電池の容量がキャパシタに比べて十分大きいので、開通動作は完了できるものの、補助電池容量を一部使用してしまうことになる。このため、上記端末網制御装置では、将来の異常時に必要な補助電池容量が少なくなってしまうという課題がある。

特開２００９−１４８０６４号公報

そこで、この発明の課題は、キャパシタ容量不足時のバックアップ用として十分な補助電池容量を確保できる端末網制御装置およびテレメータシステムを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の端末網制御装置は、
センター側装置との間で通信回線を介して通信を行う端末網制御本体と、
太陽電池で得た電力を上記端末網制御本体に供給するソーラー電源装置と
を備え、
上記ソーラー電源装置は、
上記端末網制御本体に電力を供給するために上記太陽電池で得た電力を夫々蓄電するキャパシタおよび二次電池と、
上記太陽電池で得た電力により上記キャパシタを充電するキャパシタ用充電部と、
上記キャパシタが満充電状態のときに上記太陽電池で得た電力により上記二次電池を充電する二次電池用充電部と、
上記キャパシタの電圧に基づいて、上記キャパシタの出力を上記端末網制御本体に接続するか、または、上記二次電池の出力を上記端末網制御本体に接続するかを切り換える切換部と
を有することを特徴とする。

上記構成によれば、ソーラー電源装置において、キャパシタ用充電部により太陽電池で得た電力によりキャパシタを充電し、キャパシタが満充電状態のときに二次電池用充電部により太陽電池で得た電力により二次電池を充電する。そして、キャパシタの電圧に基づいて、切換部は、キャパシタの出力を端末網制御本体に接続するか、または、二次電池の出力を端末網制御本体に接続するかを切り換える。この二次電池は、キャパシタが満充電状態のときに太陽電池で得た電力により充電されるので、例えば、キャパシタの電圧が満充電状態を示す電圧以上であるときに太陽電池で得た余剰電力を使って二次電池を充電することで、十分な二次電池容量(充電量)を確保することが可能になる。したがって、太陽電池で得た電力により充電される二次電池を補助電池として用いることによって、キャパシタ容量(充電量)不足時のバックアップ用として十分な補助電池容量(充電量)を確保できる。

また、一実施形態の端末網制御装置では、
上記切換部は、
上記キャパシタの電圧が予め設定された下限電圧よりも高いときは、上記キャパシタの出力を上記端末網制御本体に接続する一方、
上記キャパシタの電圧が上記下限電圧以下のときは、上記二次電池の出力を上記端末網制御本体に接続する。

上記実施形態によれば、キャパシタの電圧が予め設定された下限電圧よりも高いときは、切換部によりキャパシタの出力を端末網制御本体に接続する。一方、上記キャパシタの電圧が下限電圧以下のときは、切換部により二次電池の出力を端末網制御本体に接続する。これにより、キャパシタ容量(充電量)不足時に確実に二次電池から端末網制御本体に電力を供給できる。

また、この発明のテレメータシステムでは、
上記の端末網制御装置と、
上記端末網制御装置に電力を供給するための太陽電池と、
上記端末網制御装置との間で通信回線を利用して遠隔検針を行うセンター側装置と
を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、キャパシタ容量不足時のバックアップ用として十分な補助電池容量を確保できる端末網制御装置を用いることによって、検針方法や動作頻度などの動作条件が限定されることのない遠隔検針を行うことが可能になる。

以上より明らかなように、この発明の端末網制御装置によれば、キャパシタ容量不足時のバックアップ用として十分な補助電池容量を確保できる端末網制御装置を実現することができる。

また、この発明のテレメータシステムによれば、上記端末網制御装置を備えることによって、広範囲な動作条件で遠隔検針を行うことができるテレメータシステムを実現することができる。

図１はこの発明の実施の一形態の端末網制御装置を用いたテレメータシステムの全体図である。図２は上記端末網制御装置の構成図である。図３は上記端末網制御装置の他の例の構成図である。図４は従来の端末網制御装置の構成図である。

以下、この発明の端末網制御装置およびテレメータシステムを図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１はこの発明の実施の一形態の端末網制御装置を用いたテレメータシステムの構成図を示している。このテレメータシステムは、図１に示すように、親機としての端末網制御装置１と、その端末網制御装置１に電力を供給するための太陽電池パネル３０と、端末網制御装置１と特定小電力無線により通信を行う子機としての端末網制御装置２と、端末網制御装置１と無線基地局４０と通信回線網５０を介して通信を行うセンター側装置６０とを備えている。端末網制御装置１と端末網制御装置２のうち、端末網制御装置１がこの発明の端末網制御装置である。なお、このテレメータシステムは、１つの端末網制御装置１(親機)に対して２以上の端末網制御装置２(子機)を備えたものでもよいし、端末網制御装置２(子機)は無くてもよい。

また、端末網制御装置１にメータ３を接続すると共に、端末網制御装置２(子機)にメータ４を接続している。このメータ３,４は、ガス、水道、電気などのメータである。

上記端末網制御装置１は、センター側装置６０との通信および端末網制御装置２(子機)との通信を行う端末網制御本体１０と、太陽電池パネル３０からの電力を蓄電して端末網制御本体１０に供給するソーラー電源装置２０とを有している。

また、図２に端末網制御装置１の構成図を示している。この端末網制御装置１のソーラー電源装置２０は、図２に示すように、外部に設置された太陽電池パネル３０の出力が接続されたキャパシタ用充電部の一例としてのキャパシタ充電制御部２１と、キャパシタ充電制御部２１により充電される大容量キャパシタ２２と、大容量キャパシタ２２の出力が接続された二次電池用充電部の一例としての二次電池充電制御部２３と、二次電池充電制御部２３により充電される二次電池ＳＢと、大容量キャパシタ２２の出力と二次電池ＳＢの出力を(自動的に)切り換える電源切換部２４と、電源切換部２４からの出力を端末網制御本体１０側に出力する出力部２５とを有する。この出力部２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータで構成されており、端末網制御本体１０側の電源供給部に適合した電圧を出力する。

上記キャパシタ充電制御部２１では、太陽電池パネル３０からの電力を用いて、大容量キャパシタ２２の最大定格電圧を超えないように大容量キャパシタ２２に充電する。

また、二次電池充電制御部２３では、大容量キャパシタ２２が満充電状態の場合のみ、二次電池ＳＢを充電するように制御する。二次電池ＳＢの充電は、二次電池ＳＢを過充電することなく長寿命となるように適切に制御する。

上記大容量キャパシタ２２の満充電電圧は、機器ごとに規定されるが、ほとんどの場合、大容量キャパシタ２２の最大定格電圧より少し低い電圧を満充電電圧としている。最大定格電圧を超えると、大容量キャパシタ２２の劣化につながるが、大容量キャパシタ２２が持つ容量を最大限利用するには最大定格電圧に限りなく近いほうが良いためである。

この実施の形態においては、大容量キャパシタ２２の最大定格電圧は３．８Ｖであり、それを超えないよう充電制御しているため、３．７Ｖ(満充電電圧)以上であれば満充電と判断している。

上記大容量キャパシタ２２に用いられるリチウムイオンキャパシタや電気二重層コンデンサなどは、一般的なコンデンサと同様、静電容量をＣ[Ｆ]とし、キャパシタ電圧をＶ１[Ｖ]とすれば、充電電力量Ｅ[Ｗ・sec]は、
Ｅ＝Ｃ×Ｖ１^２／２
で表される。多くの場合、キャパシタ電圧Ｖ１が０Ｖになるまで、大容量キャパシタ２２の電力を使用することはできないが、使用下限電圧をＶ０[Ｖ]とすれば、使用可能電力量Ｅ[Ｗ・sec]は、
Ｅ＝Ｃ×(Ｖ１^２−Ｖ０^２)／２
となる。

また、電源切換部２４では、大容量キャパシタ２２の電力を使用するか、または、補助の二次電池ＳＢの電力を使用するかの切り替えを行う。通常は、大容量キャパシタ２２の電力を使うが、大容量キャパシタ２２の電圧が予め設定された下限電圧以下になると、電源切換部２４により二次電池ＳＢ側に切り替える。

この実施の形態においては、大容量キャパシタ２２の下限定格電圧は２．２Vであり、この電圧を下回ってはいけない。そのため、大容量キャパシタ２２の電圧が２．３V以下になると、電源切換部２４により二次電池ＳＢ側に切り替える。なお、下限定格電圧のない大容量キャパシタの場合は、後段の出力部２５のＤＣ／ＤＣコンバータの最低動作電圧などに設定することになる。

この端末網制御装置１は、運用上ほとんどが待機状態であり、待機状態における端末網制御本体１０の消費電力量は一日に約０．２Ｗｈ程度である。これに対して、太陽電池パネル３０の発電能力は、日射量１０００Ｗ／ｍ^２の場合に最大３Ｗである。しかし、太陽電池パネル３０から最大電力を取り出すには最適点追従制御が必要であり、ソーラー電源装置２０ではそのような制御を行っていないため、１０００Ｗ／ｍ^２時に約１Ｗ程度の電力を取り出すこととなる。それでも０．２Ｗｈを一日の間に充電するには十分な電力である。最大の１０００Ｗ／ｍ^２の日射量がある場合は１２分で大容量キャパシタ２２が満充電になる。そこまでの日照がなくても、昼間は少なくとも１０時間程度はあるため、２０Ｗ／ｍ^２程度の弱い日射量であっても０．２Ｗｈの発電が可能である。曇りや雨の場合でも、２０Ｗ／ｍ^２程度の日射量はあることから、多少天候の悪い日でも消費量が発電量を上回り、大容量キャパシタ２２が満充電となり、余剰発電力があるということになる。

この端末網制御装置１(親機)は、配下に端末網制御装置２(子機)を２５６台持つことができるが、端末網制御装置２(子機)の台数が増えるほど検針時に端末網制御装置１(親機)の通信量が増えることになり、消費電力が大きくなる。しかし、消費電力が小さい待機状態の端末網制御装置１(親機)では、基本的に端末網制御装置２(子機)の台数にかかわらず消費電力は同じである。

端末網制御装置１(親機)や端末網制御装置２(子機)に接続されたメータ,３４の検針の方法もいくつかある。最も単純な随意検針という方法は、センター側装置６０から一台一台端末網制御装置２(子機)を呼び出してメータ検針させる方法であるが、最も消費電力が大きくなる。端末網制御装置１(親機)はセンター側装置６０との無線通信に最も電力を消費する。この随意検針では、センター側装置６０と端末網制御装置１(親機)との間の通信を維持した状態で、時間を要する端末網制御装置２(子機)に対する特定小電力無線の通信を行うため、消費電力が大きくなる。

他に、端末網制御装置１による親機主導一括検針という方法がある。端末網制御装置１(親機)が決められた日時に配下の端末網制御装置２(子機)を一括で検針し、集めた検針データをまとめて決められた日時にセンター側装置６０に送信するという方法である。この場合、最も消費電力の大きいセンター側装置６０との通信時間が格段に短くなるため、トータルの消費電力は非常に小さくなる。

上記端末網制御装置１(親機)では、検針に親機主導一括検針を適用する条件で子機が２５６台のシステム規模が可能となっているが、随意検針を行った場合は適用可能なシステム規模が約３０台となる。

なお、従来の端末網制御装置(親機)では、システム設置時に、センター側装置から全ての子機に通信を行い、端末の各種設定とメータ検針テストを行う開通という動作をする必要がある。これには、運用中の通常の検針よりも大きな消費電力を要する。つまり、運用中の検針動作では問題のないシステム規模であっても、開通動作時はキャパシタ容量が不足してしまい、補助電池を使用することになる。なるべく天候の良い日に太陽電池パネルからの充電をさせながら開通を行うとか、複数の日にわけて開通を行うなどの策もあるが、工事の都合があり必ずしもそのようにできないのが現状である。キャパシタ容量を使い果たしても補助電池があり、補助電池の容量はキャパシタに比べて十分大きいので、開通動作は完了できるものの、補助電池の容量を一部使用してしまうこととなり、将来の異常時に必要な補助電池の容量が少なくなってしまう課題がある。また、メンテナンスフリーの太陽電池パネル,ソーラー電源装置を端末網制御装置に利用するメリットは大きいが、それによって端末網制御装置の自由な運用が多少制限されている。しかしながら、端末網制御装置を設置する事業者にとっては運用に条件がないほうがよい。今後、技術革新が進み、同サイズでキャパシタ容量が増えればよいが、現状ではキャパシタ容量を増やすと機器が大型化してしまう。現在は、キャパシタは、端末網制御装置の筐体内のＡＣ電源ユニットや、大容量電池パック収納部に納まっているが、キャパシタが大型化すると端末網制御装置内に納まらなくなり、別筐体が必要となる。そうすると、キャパシタを大型化する以上にコストアップとなり、設置作業も増えることとなり、現実的ではない。

そこで、従来は異常時の動作のために端末網制御装置に搭載されていた補助電池であるリチウム一次電池を、充電可能な二次電池に代えて、異常時に限らず、検針や開通時にキャパシタが不足する場合に積極的に二次電池を使用することによって、システム規模によらず随意検針が可能となり、運用条件の制限がなくなると共に、開通時に補助電池の電力を一部使用したとしても、その後に充電されるため、将来の異常時に必要な補助電池容量(二次電池の充電量)は変化しない。

また、二次電池も数本でキャパシタに比べれば数倍の電力量を持つので、端末網制御装置の最大システム規模である配下の子機が２５６台であっても随意検針が十分可能である。

また、上記実施形態の端末網制御装置１の待機時の電力は、システム規模によらず同じであるため、検針日以外は大容量キャパシタ２２の電力で十分であるから、大容量キャパシタ２２の電力が不足するのは月に１回の検針日のみであり、それ以外の日は大容量キャパシタ２２の満充電後に二次電池ＳＢを充電することができる。この端末網制御装置１では、毎日余剰電力が発生しているので、二次電池ＳＢの充電電力は十分すぎるほどある。

また、電池交換の際も二次電池ＳＢは、リチウム電池よりも市販品が多く流通しており安価で入手しやすいので、利便性が向上する。

また、上記実施形態の端末網制御装置１において、大容量キャパシタ２２と二次電池ＳＢとを切り換える切換信号を端末網制御本体１０へ出力してセンター側装置６０に通報する方法を採用している。しかしながら、補助電池を二次電池として積極的に使用するのであれば、図３に示す端末網制御装置１のように、切換信号の出力部はなくても構わない。

上記構成の端末網制御装置１によれば、ソーラー電源装置２０において、キャパシタ充電制御部２１により太陽電池パネル３０で得た電力により大容量キャパシタ２２を充電し、大容量キャパシタ２２が満充電状態のときに二次電池充電制御部２３により太陽電池パネル３０で得た電力により二次電池ＳＢを充電する。そして、電源切換部２４は、大容量キャパシタ２２の電圧に基づいて、大容量キャパシタ２２の出力を端末網制御本体１０に接続するか、または、二次電池ＳＢの出力を端末網制御本体１０に接続するかを切り換える。この二次電池ＳＢは、大容量キャパシタ２２が満充電状態のときに太陽電池パネル３０で得た電力により充電されるので、大容量キャパシタ２２の電圧が満充電状態を示す電圧以上であるときに太陽電池パネル３０で得た余剰電力を使って二次電池ＳＢを充電することで、十分な二次電池ＳＢの容量(充電量)を確保することが可能になる。したがって、太陽電池パネル３０で得た電力により充電される二次電池ＳＢを補助電池として用いることによって、大容量キャパシタ２２の容量(充電量)不足時のバックアップ用として十分な補助電池容量(充電量)を確保できる。

また、大容量キャパシタ２２の電圧が予め設定された下限電圧よりも高いときは、電源切換部２４により大容量キャパシタ２２の出力を端末網制御本体１０に接続する。一方、上記大容量キャパシタ２２の電圧が下限電圧以下のときは、電源切換部２４により二次電池ＳＢの出力を端末網制御本体１０に接続する。これにより、大容量キャパシタ２２の容量(充電量)不足時に確実に二次電池ＳＢから端末網制御本体１０に電力を供給することができる。

また、上記端末網制御装置１を備えたテレメータシステムによれば、大容量キャパシタ２２の容量不足時のバックアップ用として十分な補助電池容量を確保できる端末網制御装置１を用いることによって、検針方法や動作頻度などの動作条件が限定されることのない遠隔検針を行うことが可能になる。

この発明の端末網制御装置の補助電池である二次電池は、異常時のみの補助電源としてではなく、センター側から全ての各子機に通信を行って端末の各種設定とメータ検針テストを行う開通動作時に大容量キャパシタ２２の充電量が不足する場合や、恒常的な動作でキャパシタの充電量が不足する場合に補助電源として利用できる。これにより、端末網制御装置のシステム規模を気にすることなく、動作条件も自由に設定可能となり、端末網制御装置の導入がさらに促進される。

この発明の端末網制御装置では、補助電池を二次電池として、その二次電池の充電をキャパシタが満充電の場合に行う。端末網制御装置のメータ検針は、一般的に月に一度であり、一月の内のほとんどの日は端末網制御装置が待機状態である。この端末網制御装置が待機状態の場合の一日の消費電力量は非常に少ないため、天気が多少悪くても太陽光による充電で午前中には、キャパシタが満充電となる場合がほとんどである。それ以降は日照があってもキャパシタが満充電のため、満充電状態を維持する程度しか発電せず、二次電池を充電するための余剰電力は十分にある。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

１…端末網制御装置(親機)
２…端末網制御装置(子機)
３,４…メータ
１０…端末網制御本体
２０…ソーラー電源装置
２１…キャパシタ充電制御部
２２…大容量キャパシタ
２３…二次電池充電制御部
２４…電源切換部
２５…出力部
３０…太陽電池パネル
４０…無線基地局
５０…通信回線網
６０…センター側装置
ＳＢ…二次電池

Claims

センター側装置との間で通信回線を介して通信を行う端末網制御本体と、
太陽電池で得た電力を上記端末網制御本体に供給するソーラー電源装置と
を備え、
上記ソーラー電源装置は、
上記端末網制御本体に電力を供給するために上記太陽電池で得た電力を夫々蓄電するキャパシタおよび二次電池と、
上記太陽電池で得た電力により上記キャパシタを充電するキャパシタ用充電部と、
上記キャパシタが満充電状態のときに上記太陽電池で得た電力により上記二次電池を充電する二次電池用充電部と、
上記キャパシタの電圧に基づいて、上記キャパシタの出力を上記端末網制御本体に接続するか、または、上記二次電池の出力を上記端末網制御本体に接続するかを切り換える切換部と
を有することを特徴とする端末網制御装置。
請求項１に記載の端末網制御装置において、
上記切換部は、
上記キャパシタの電圧が予め設定された下限電圧よりも高いときは、上記キャパシタの出力を上記端末網制御本体に接続する一方、
上記キャパシタの電圧が上記下限電圧以下のときは、上記二次電池の出力を上記端末網制御本体に接続することを特徴とする端末網制御装置。
請求項１または２に記載の端末網制御装置と、
上記端末網制御装置に電力を供給するための太陽電池と、
上記端末網制御装置との間で通信回線を利用して遠隔検針を行うセンター側装置と
を備えたことを特徴とするテレメータシステム。