JP2012115028A - 蓄電池制御装置および独立電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】第一の一定電圧値を超えると導通が切断される第一の切断回路２０１と流れる電流を第一の一定電流値を超えないように制御する第一の電流制限回路２０２が直列接続された回路と、第二の一定電圧値を超えると導通が切断される第二の切断回路２０３と流れる電流を第二の一定電流値を超えないように制御する第二の電流制限回路２０４が直列接続された回路を、並列に持つ回路を用いる。本発明により、安価に、過充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。また、満充電に近い場合に電流を抑えて充電できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電池の過充電に対する保護装置および、その保護装置を用いた独立電源システムに関する。

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。

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、蓄電装置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充電制御回路、放電制御回路は、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号公報

しかしながら、そのような従来の充電制御回路、放電制御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、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、第一の一定電圧値を超えると導通が切断される第一の切断回路と流れる電流を第一の一定電流値を超えないように制御する第一の電流制限回路が直列接続された回路と、第二の一定電圧値を超えると導通が切断される第二の切断回路と流れる電流を第二の一定電流値を超えないように制御する第二の電流制限回路が直列接続された回路を、並列に持つ回路を用いる。第一の電流制限回路、第二の電流制限回路は、ダイオードと抵抗器を異なる順序で接続した二つの回路の中間ノードを比較して、その比較結果をＭＯＳトランジスタのゲートに入力することにより流れる電流を一定電流値を超えないように制御する。

第一の切断回路、第二の切断回路は、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、安価に、過充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。また、蓄電装置が満充電に近い場合は、充電する電流を抑えて充電することができる。過充電に対する保護回路は、実質的な消費電流ベースで1桁またはそれ以上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充電制御回路の回路図である。 図３は、第１の実施の形態における第二の回路の概略の回路図である。 図４は、第１の実施の形態における第二の回路のトランジスタレベルの回路図である。 図５は、第二の回路の流そうとする電流と流れる電流の関係である。 図６は、第１の実施の形態における第一の回路の回路図である。 図７は、第１の実施の形態における第一の回路においてスイッチング素子にＰＭＯＳトランジスタを用いた場合の回路図である。 図８は、第１の実施の形態において、蓄電装置の両端の電圧と流れる電流の上限の関係である。 図９は、第１実施の形態において、蓄電装置の両端の電圧を変えた場合のシミュレーション結果である。 図１０は、第１の実施の形態の変形例における第一の回路の回路図である。 図１１は、第２の実施の形態における充電制御回路の回路図である。 図１２は、第１の実施の形態において、蓄電装置の両端の電圧と流れる電流の上限の関係である。 図１３は、第３の実施の形態における第一の回路の回路図である。 図１４は、第４の実施の形態における第一の回路の回路図である。 図１５は、第５の実施の形態における充電制御回路の回路図である。 図１６は、第５の実施の形態における第二の回路の概略の回路図である。 図１７は、第５の実施の形態における第二の回路のトランジスタレベルの回路図である。 図１８は、第５の実施の形態における第一の回路の回路図である。 図１９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２０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２１は、第６の実施の形態における独立電源システムの詳細ブロック図である。 図２２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２３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２４は、第７の実施の形態における独立電源システムの詳細ブロック図である。 図２５は、第７の実施の形態における放電制御回路の回路図である。 [第１の実施の形態]

第１の実施の形態の回路を図２に示す。第１の実施の形態の回路は、第一の切断回路２０１、第一の電流制限回路２０２、第二の切断回路２０３、第二の電流制限回路２０４より構成される。第一の切断回路２０１と第一の電流制限回路２０２は直列に接続され、第二の切断回路２０３と第二の電流制限回路２０４は直列に接続される。そして、第一の切断回路２０１と第一の電流制限回路２０２が直列接続されたものと第二の切断回路２０３と第二の電流制限回路２０４が直列接続されたものは並列に接続される。これら全体が充電制御回路２１である。

より詳細には、以下のように接続される。第一の切断回路２０１の第一の外部端子は、第一の電流制限回路２０２の第二の外部端子に接続され、第一の切断回路２０１の第二の外部端子は第二の切断回路２０３の第二の外部端子および図示していない蓄電池のプラス端子に接続され、第一の切断回路２０１の第三の外部端子は、第一の電流制限回路２０２の第三の外部端子、第二の切断回路２０３の第三の外部端子、第二の電流制限回路２０４の第三の外部端子、図示していない蓄電装置のマイナス端子、図示していない発電装置のマイナス端子に接続される。

第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子は、第二の電流制限回路２０４の第一の外部端子、図示していない発電装置のプラス端子に接続され、第一の電流制限回路２０２の第二の外部端子は第一の切断回路２０１の第一の外部端子に接続され、第一の電流制限回路２０２の第三の外部端子は、第一の切断回路２０１の第三の外部端子、第二の切断回路２０３の第三の外部端子、第二の電流制限回路２０４の外部端子、図示していない蓄電装置のマイナス端子、図示していない発電装置のマイナス端子に接続される。

第二の切断回路２０３の第一の外部端子は、第二の電流制限回路２０４の第二の外部端子に接続され、第二の切断回路２０３の第二の外部端子は第一の切断回路２０１の第二の外部端子および図示していない蓄電池のプラス端子に接続され、第二の切断回路２０３の第三の外部端子は、第一の切断回路２０１の第三の外部端子、第一の電流制限回路２０２の第三の外部端子、第二の電流制限回路２０４の第三の外部端子、図示していない蓄電装置のマイナス端子、図示していない発電装置のマイナス端子に接続される。

第二の電流制限回路２０４の第一の外部端子は、第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子、図示していない発電装置のプラス端子に接続され、第二の電流制限回路２０４の第二の外部端子は第二の切断回路２０３の第一の外部端子に接続され、第二の電流制限回路２０４の第三の外部端子は、第一の切断回路２０１の第三の外部端子、第一の電流制限回路２０２の第三の外部端子、第二の切断回路２０３の第三の外部端子、図示していない蓄電装置のマイナス端子、図示していない発電装置のマイナス端子に接続される。

各端子間には、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てもよいものとする。

第一の切断回路２０１は、第一の一定電圧値を超えると導通が切断される働きをする。第一の電流制限回路２０２は、流れる電流が第一の一定電流値を超えないようにする働きをする。第二の切断回路は２０３、第二の一定電圧値を超えると導通が切断される働きをする。第二の電流制限回路２０４は、流れる電流が第二の一定電流値を超えないようにする働きをする。

図３に、第一の電流制限回路２０２、第二の電流制限回路２０４の中身を示す。説明は第一の電流制限回路２０２の場合のものである。第一の電流制限回路は、ダイオードと抵抗器を異なる順序で接続した２つの回路の中間ノードの電位を比較して、その比較結果をＭＯＳトランジスタのゲートに入力することにより第一の一定電流値を超えないように制御する。第一の電流制限回路２０２は、抵抗器２１１、ダイオード２１２、ダイオード２１３、抵抗器２１４、抵抗器２１５、抵抗器２１６、抵抗器２１７、抵抗器２１８、抵抗器２１９、抵抗器２２０、ＭＯＳトランジスタ２２６、比較器２２７より構成される。これら全体が第２の回路２０２である。

図４に、比較器２２７の中身をトランジスタレベルまで記載した図を示す。比較器２２７は、ＰＭＯSトランジスタ２２１、ＰＭＯＳトランジスタ２２２、ＰＭＯＳトランジスタ２２３、ＮＭＯＳトランジスタ２２４、ＮＭＯＳトランジスタ２２５より構成される。

抵抗器２１１の一端は第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子、ダイオード２１３のアノード、抵抗器２１５の一端、ＰＭＯＳトランジスタ２２１のソース端子に接続され、もう一端はダイオード２１２のアノード、抵抗器２１９の一端に接続される。ダイオード２１２のアノードは抵抗器２１１の一端、抵抗器２１９の一端に、カソードは、抵抗器２１４の一端、ＰＭＯSトランジスタ２２６のソース端子に接続される。ダイオード２１３のアノードは第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子、抵抗器２１１の一端、抵抗器２１５の一端、ＰＭＯＳトランジスタ２２１のソース端子に接続され、カソードは、抵抗器２１４の一端、抵抗器２１７の一端に接続される。抵抗器２１４の一端はダイオード２１３のカソード、抵抗器２１７の一端に接続され、もう一端はダイオード２１２のカソード、ＰＭＯＳトランジスタ２２６のソース端子に接続される。

抵抗器２１５の一端は、第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子、ダイオード２１３のアノード、ＰＭＯＳトランジスタ２２１のソース端子に接続され、もう一端は抵抗器２１６の一端、ＰＭＯSトランジスタ２２１のゲート端子に接続される。抵抗器２１６の一端は抵抗器２１５の一端、ＰＭＯSトランジスタ２２１のゲートに接続され、もう一端は第一の電流制限回路２０２の第三の外部端子に接続される。抵抗器２１７の一端は、ダイオード２１３のカソード、抵抗器２１４の一端に接続され、もう一端は、抵抗器２１８、ＰＭＯＳトランジスタ２２２のゲート端子に接続される。抵抗器２１８の一端は、抵抗器２１７の一端、ＰＭＯＳトランジスタ２２２のゲート端子に接続され、もう一端は第一の電流制限回路２０２の第三の外部端子に接続される。抵抗器２１９の一端は抵抗器２１１の一端およびダイオード２１２のアノードに接続され、もう一端は抵抗器２２０の一端、ＰＭＯＳトランジスタ２２３のゲート端子に接続される。抵抗器２２０の一端は抵抗器２１９の一端およびＰＭＯＳトランジスタ２２３のゲート端子に接続され、もう一端は第一の電流制限回路２０２の第三の外部端子に接続される。尚、第三の外部端子に接続されている素子は多いため、省略をしている。

ＰＭＯＳトランジスタ２２１のソース端子は、第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子、抵抗器２１１の一端、ダイオード２１３のアノード、抵抗器２１５の一端に接続され、ゲート端子は、抵抗器２１５の一端および抵抗器２１６の一端に接続され、ドレイン端子は、ＰＭＯSトランジスタ２２２のソース端子、ＰＭＯSトランジスタ２２３のソース端子に接続される。ＰＭＯSトランジスタ２２２のソース端子は、ＰＭＯＳトランジスタ２２１のドレイン端子、ＰＭＯＳトランジスタ２２３のソース端子に接続され、ゲート端子は、抵抗器２１７、抵抗器２１８に接続され、ドレイン端子は、ＮＭＯＳトランジスタ２２４のドレイン端子、ＮＭＯＳトランジスタ２２４のゲート端子、ＮＭＯＳトランジスタ２２５のゲート端子に接続される。ＰＭＯSトランジスタ２２３のソース端子は、ＰＭＯＳトランジスタ２２１のドレイン端子、ＰＭＯＳトランジスタ２２２のソース端子に接続され、ゲート端子は、抵抗器２１９、抵抗器２２０に接続され、ドレイン端子は、ＮＭＯＳトランジスタ２２５のドレイン端子、ＰＭＯＳトランジスタ２２６のゲート端子に接続される。

ＮＭＯＳトランジスタ２２４のソース端子は、第一の電流制限回路２０２の第三の外部端子に接続され、ゲート端子は、ＰＭＯSトランジスタ２２２のドレイン端子、ＮＭＯＳトランジスタ２２４のドレイン端子、ＮＭＯSトランジスタ２２５のゲート端子に接続され、ドレイン端子は、ＰＭＯSトランジスタ２２２のドレイン端子、ＮＭＯＳトランジスタ２２４のゲート端子、ＮＭＯSトランジスタ２２５のゲート端子に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ２２５のソース端子は、第一の電流制限回路２０２の第三の外部端子に接続され、ゲート端子は、ＰＭＯSトランジスタ２２２のドレイン端子、ＮＭＯＳトランジスタ２２４のドレイン端子、ＮＭＯSトランジスタ２２４のゲート端子に接続され、ドレイン端子は、ＰＭＯSトランジスタ２２３のドレイン端子、ＰＭＯＳトランジスタ２２６のゲート端子に接続される。

ＰＭＯＳトランジスタ２２６のソース端子は、ダイオード２１２のカソード、抵抗器２１４の一端に接続され、ゲート端子は、ＰＭＯＳトランジスタ２２３のドレイン、ＮＭＯＳトランジスタ２２５のドレインに接続され、ドレイン端子は、第一の電流制限回路２０２の第二の外部端子に接続される。

第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子から第二の外部端子に流れる電流が、第一の一定電流値に満たない場合は、抵抗器２１１とダイオード２１２の間のノードの電位は、ダイオード２１３と抵抗器２１４の間のノードの電位に比べて高くなる。そのため、抵抗器２１９と抵抗器２２０の間のノードの電位は、抵抗器２１７と抵抗器２１８の間のノードの電位に比べて高くなる。この場合、比較器の出力電位は低くなり、ＰＭＯＳトランジスタ２２６のソース・ドレイン間の電位差は小さくなる。この状態では、第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子から第二の外部端子に流れる電流は、制限がかからない状態となる。

一方、第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子から第二の外部端子に流れる電流が、第一の一定電流値を超える場合は、抵抗器２１１とダイオード２１２の間のノードの電位は、ダイオード２１３と抵抗器２１４の間のノードの電位に比べて低くなる。そのため、抵抗器２１９と抵抗器２２０の間のノードの電位は、抵抗器２１７と抵抗器２１８の間のノードの電位に比べて低くなる。この場合、比較器の出力電位は高くなり、ＰＭＯＳトランジスタ２２６のソース・ドレイン間の電位差は大きくなる。この状態では、第一の電流制限回路の第一の外部端子から第二の外部端子に流れる電流は、減っていく。

第一の電流制限回路の第一の外部端子から第二の外部端子に流れる電流が、第一の一定電流値に等しい場合は、抵抗器２１１とダイオード２１２の間のノードの電位は、ダイオード２１３と抵抗器２１４の間のノードの電位と等しくなる。そのため、抵抗器２１９と抵抗器２２０の間のノードの電位は、抵抗器２１７と抵抗器２１８の間のノードの電位と等しくなる。この場合、比較器の出力電位は適度に低くなり、ＰＭＯＳトランジスタ２２６のソース・ドレイン間の電位差は適切な値に保たれる。この状態は安定している。

以上により、第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子から第二の外部端子に流れる電流が、第一の一定電流値に満たない場合は、そのまま電流が流れ、第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子から第二の外部端子に流れる電流が、第一の一定電流値を超えると、フィードバックの原理が働くことにより、第一の一定電流値に制限される。つまり、第一の電流制限回路の第一の外部端子から第二の外部端子に流れる電流を第一の一定電流値以下に制限する回路が実現する。この回路の、流そうとする電流と流れる電流の関係は、図５に示すとおりである。

ダイオード２１２とダイオード２１３は同一のものを用いるとよい。抵抗器２１１と抵抗器２１４も同一のものを用いるとよい。ダイオード２１２とダイオード２１３には、シリコンダイオード、ショットキーバリアダイオードなどを用いることができる。第一の一定電流値は、ダイオード２１２、２１３の電圧降下を抵抗器２１１、抵抗器２１４の抵抗値で割った値の２倍となる。例えば、ダイオード２１２、２１３の電圧降下が０．４Ｖ、抵抗器２１１、抵抗器２１４の抵抗値が０．８Ωの場合、第一の一定電流値は１Ａとなる。

第二の電流制限回路２０４も第一の電流制限回路２０２と同等の動作をする。ただし、上限の電流値は第二の一定電流値となる。

図６に、第一の切断回路２０１、第二の切断回路２０３の中身を示す。説明は第一の切断回路２０１の場合にものである。

第一の切断回路は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４および、第一の切断回路部位１１１および、第一の回路部位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第一の切断回路２０１である。

ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のコレクタは第一の切断回路２０１の第一の外部端子、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、もう一端は第一の切断回路２０１の第三の外部端子に接続される。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の一端は第一の切断回路の第一の外部端子に接続され、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、もう一端は第一の切断回路２０１の第二の外部端子に接続される。

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、第一の切断回路の第一の外部端子・第三の外部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。

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７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のコレクタは第一の切断回路２０１の第一の外部端子に、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、もう一端は第一の切断回路２０１の第三の外部端子に接続される。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のソースは第一の切断回路２０１の第一の外部端子に接続され、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、ドレインは第一の切断回路の第二の外部端子に接続される。

この回路は、第一の切断回路２０１の第一の外部端子・第三の外部端子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。

第一の切断回路２０１の第一の外部端子・第三の外部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１１５−２はソース・ドレイン間の抵抗が一定値を超える。発電装置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、第一の切断回路２０１の第一の外部端子・第三の外部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、発電装置のプラス・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、第一の切断回路２０１の第一の外部端子・第三の外部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、第一の切断回路２０１の第一の外部端子を第一の切断回路２０１の第二の外部端子と切り離すことにより、第一の切断回路２０１の第二の外部端子・第三の外部端子間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、第一の切断回路の消費電流数μA（マイクロアンペア）程度を実現した。尚、第一の切断回路の第一の外部端子・第三の外部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、発電装置で発電された電力が、蓄電装置と切り離され、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第一の切断回路の第一の外部端子・第二の外部端子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。

第二の切断回路も第一の切断回路と同等の動作をする。ただし、切断される電圧値は第二の一定電圧値である。

再び図２に戻り、第１の実施の形態の回路の動作を説明する。図８に、図２の第一の実施例２０１の回路の、蓄電装置の両端の電圧と流れる電流の上限値の大まかな関係を示す。蓄電装置の両端の電圧が第二の一定電圧値より小さい場合は、流れる電流の上限は第一の一定電流値と第二の一定電流値の合計となる。発電装置で発電して蓄電装置に充電される電流がこの値以下となる場合は、発電装置で発電した電流がすべて蓄電装置に充電される。蓄電装置の両端の電圧が第二の一定電圧値より大きく第一の一定電圧値より小さい場合は、第二の切断回路２０３が切断され、流れる電流の上限は第一の一定電流値となる。発電装置で発電して蓄電装置に充電される電流がこの値以下となる場合は、発電装置で発電した電流がすべて蓄電装置に充電される。蓄電装置の両端の電圧が第一の一定電圧値より大きい場合は、第一の切断回路２０１と第二の切断回路２０３の導通が切断され、流れる電流の上限はゼロとなる、すなわち蓄電装置と発電装置は切断される。このことにより、蓄電装置が満充電に近い場合は、充電する電流を抑えて充電することができる。

実際には、第一の切断回路２０１及び第二の切断回路２０３に電流依存性がある。言い方を変えると、第一の一定電圧値および第二の一定電圧値は流れる電流によって変化する。すなわち、大きい電流を流すと切断されやすくなる。ただし説明の都合上、第一の一定電圧値および第二の一定電圧値は一定という言葉を用いている。この第一の一定電圧値、第二の一定電圧値の電流依存性による影響を最小限にするため、第一の切断回路、第二の切断回路は、第一の電流制限回路、第二の電流制限回路より蓄電装置側に配置すべきである。

図９にシミュレーションにより蓄電装置の両端の電圧を１２Ｖから１４Ｖまで増やしていったときの実際の動作を示す。ここで、第一の一定電流値は１Ａ、第二の一定電流値は２Ａとしている。このシミュレーションは、発電装置で発電して得られる電流が０Ａから３Ａまで増え、その後３Ａで一定となり、３Ａから０Ａまで減るという想定をしている。蓄電装置の両端の電圧が低い場合は発電装置で発電して得られた電流はすべて蓄電装置に充電される。蓄電装置の両端の電圧を少し大きくすると、発電装置で発電して得られる電流が増大すると、途中で第二の切断回路２０３が切断し、１Ａのみが蓄電装置に充電される。さらに蓄電装置の両端の電圧を大きくすると、第二の切断回路２０３は終始切断され、第一の切断回路、第一の電流制限回路を通じて１Ａを上限とする電流が充電される。さらに蓄電装置の両端の電圧を大きくすると、発電装置で発電して得られる電流が増大すると、途中で第一の切断回路２０１が切断し、発電装置と蓄電装置が完全に切断される。さらに蓄電装置の両端の電圧を大きくすると、終始発電装置と蓄電装置が完全に切断された状態となる。

別のシミュレーションの結果、第１の実施の形態の回路は、最大消費電流を実質１００μＡ程度に抑えることができるがわかった。ただし、第一の電流制限回路および第二の電流制限回路で電流が制限されることにより本発明の回路が無い場合充電される電流より少ない電流で充電している場合、第一の切断回路および第二の切断回路で発電装置と蓄電装置が切断されている場合に本発明の回路で消費される電流は、使い道がなく行き場を失った電流が消費されているにすぎないため、実質的な消費電流とは見なさないものとする。

第１の実施の形態により、安価で低消費電力な充電制御回路が実現する。発電装置の両端の電圧が満充電に達したかどうか発光ダイオードにより判別できる。また、蓄電装置が満充電に近い場合は、充電する電流を抑えて充電することができる。

尚、第一の切断回路２０１のような一定電圧を超えると導通が切断される回路と、第一の電流制限回路２０２のような流れる電流が一定値を超えないように制限する回路が直列接続された回路を直列接続した部分を、３つ以上並列接続した回路も本発明の請求の範囲に属するものと考える。

図１０に、第一の切断回路の変形例を示す。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第一の切断回路２０１に相当する。

ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４のコレクタは第一の切断回路２０１の第一の外部端子に、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、もう一端は第一の切断回路２０１の第三の外部端子に接続される。抵抗器１１３の一端は第一の切断回路２０１の第三の外部端子に接続され、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のソースは第一の切断回路２０１の第一の外部端子に接続され、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、ドレインは第一の切断回路の第二の外部端子に接続される。

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。第二の切断回路２０３も第一の切断回路２０１と同等の動作をする。ただし、切断される電圧値は第一の切断回路では第一の一定電圧値であるが、第二の切断回路では第二の一定電圧値である。
[第２の実施の形態]

第２の実施の形態の回路を図１１に示す。第２の実施の形態の回路は、蓄電装置の両端の電圧が低い場合、電流の制限がないことが特徴である。

第２の実施の形態の回路は、第一の切断回路２０１、第一の電流制限回路２０２、第二の切断回路２０３より構成される。これら全体が充電制御回路２１である。第一の切断回路２０１と第一の電流制限回路２０２は直列に接続される。そして、第一の切断回路２０１と第一の電流制限回路２０２が直列接続されたものと第二の切断回路２０３は並列に接続される。

より詳細には、以下のように接続される。第一の切断回路２０１の第一の外部端子は、第一の電流制限回路２０２の第二の外部端子に接続され、第一の切断回路２０１の第二の外部端子は第二の切断回路２０３の第二の外部端子および図示していない蓄電池のプラス端子に接続され、第一の切断回路２０１の第三の外部端子は、第一の電流制限回路２０２の第三の外部端子、第二の切断回路２０３の第三の外部端子、図示していない蓄電装置のマイナス端子、図示していない発電装置のマイナス端子に接続される。第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子は、第二の切断回路２０３の第一の外部端子、図示していない発電装置のプラス端子に接続され、第一の電流制限回路２０２の第二の外部端子は第一の切断回路２０１の第一の外部端子に接続され、第一の電流制限回路２０２の第三の外部端子は、第一の切断回路２０１の第三の外部端子、第二の切断回路２０３の第三の外部端子、図示していない蓄電装置のマイナス端子、図示していない発電装置のマイナス端子に接続される。第二の切断回路２０３の第一の外部端子は、第一の電流制限回路２０２の第一の外部端子、図示していない発電装置のプラス端子に接続され、第二の切断回路２０３の第二の外部端子は第一の切断回路２０１の第二の外部端子および図示していない蓄電装置のプラス端子に接続され、第二の切断回路２０３の第三の外部端子は、第一の切断回路２０１の第三の外部端子、第一の電流制限回路２０２の第三の外部端子、図示していない蓄電装置のマイナス端子、図示していない発電装置のマイナス端子に接続される。

各端子間には、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てもよいものとする。

第一の切断回路２０１、第一の電流制限回路２０２、第二の切断回路２０３の中身と動作は、第一の実施の形態で説明したとおりである。

図１２に、図１１の第２の実施の形態の回路の、蓄電装置の両端の電圧と流れる電流の上限値の大まかな関係を示す。蓄電装置の両端の電圧が第二の一定電圧値より小さい場合は、流れる電流は無制限となる。この状態では、発電装置で発電した電流はすべて蓄電装置に充電される。蓄電装置の両端の電圧が第二の一定電圧値より大きく第一の一定電圧値より小さい場合は、第二の切断回路２０３の導通が切断され、流れる電流の上限は第一の一定電流値となる。発電装置で発電して蓄電装置に充電される電流がこの値以下となる場合は、発電装置で発電した電流がすべて蓄電装置に充電される。蓄電装置の両端の電圧が第一の一定電圧値より大きい場合は、第一の切断回路と第二の切断回路が切断され、流れる電流の上限はゼロとなる、すなわち蓄電装置と発電装置は切断される。このことにより、蓄電装置が満充電に近い場合は、充電する電流を抑えて充電することができる。

実際には、第一の切断回路２０１及び第二の切断回路２０３に電流依存性がある。言い方を変えると、第一の一定電圧値および第二の一定電圧値は流れる電流によって変化する。すなわち、大きい電流を流すと切断されやすくなる。ただし説明の都合上、第一の一定電圧値および第二の一定電圧値は一定という言葉を用いている。この第一の一定電圧値、第二の一定電圧値の電流依存性による影響を最小限にするため、第一の切断回路、第二の切断回路は、第一の電流制限回路、第二の電流制限回路より蓄電装置側に配置すべきである。

第２の実施の形態により、安価で低消費電力な充電制御回路が実現する。発電装置の両端の電圧が満充電に達したかどうか発光ダイオードにより判別できる。また、蓄電装置が満充電に近い場合は、充電する電流を抑えて充電することができる。

また、蓄電装置が満充電に近い場合は、充電する電流を抑えて充電することができる。第２の実施例では、蓄電装置の電圧が低い場合は、電流を無制限とすることができる。

尚、第一の切断回路２０１のような一定電圧を超えると導通が切断される回路と、第一の電流制限回路２０２のような流れる電流が一定値を超えないように制限する回路が直列接続された回路を直列接続した部分を、３つ以上並列接続した回路から、第一の電流制限回路２０２のような流れる電流が一定値を超えないように制限する回路が一部省かれた回路も本発明の請求の範囲に属するものと考える。別の言い方をすると、第一の切断回路２０１のような一定電圧を超えると導通が切断される回路と、第一の電流制限回路２０２のような流れる電流が一定値を超えないように制限する回路が直列接続された回路を直列接続した部分２つ以上と、第二の切断回路のような一定電圧を超えると導通が切断される回路が並列に接続された回路も本請求の範囲に属するものと考える。
[第３の実施の形態]

第３の実施の形態は、第２の回路２０２に、発光ダイオードに加えてツェナーダイオードが用いられていることが特徴である。

図１３に、第３の実施の形態の第１の回路の回路図を示す。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の実施の形態における第一の切断回路２０１と同様に、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４および、第一の切断回路部位１１１および、第一の回路部位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、第一の切断回路２０１の第一の外部端子・第三の外部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。

尚、第二の切断回路も第一の切断回路と同等の動作をする。ただし、切断される電圧値は第二の一定電圧値である。

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、さらに安価で、低消費電力な充電制御回路が実現する。発電装置の両端の電圧が発光ダイオードにより３段階で判別できる。また、蓄電装置が満充電に近い場合は、充電する電流を抑えて充電することができる。
[第４の実施の形態]

第４の実施の形態は、第１の回路２０１において、第一の切断回路２０１の第一の外部端子・第三の外部端子間実質的に電流が流れる経路が選択できることが特徴である。

図１４に、第４の実施の形態における第一の切断回路の回路図を示す。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４の実施の形態の回路は、第１の実施の形態における第一の切断回路と同様に、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１１４および、第一の切断回路部位１１１および、第一の回路部位１１２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第一の切断回路２０１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４の実施の形態における第一の切断回路２０１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１１２−３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。

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４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。

尚、第二の切断回路２０３も第一の切断回路２０１と同等の動作をする。ただし、切断される電圧値は第二の一定電圧値である。

第４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４の実施の形態により、安価で、低消費電力な充電制御回路が実現する。また、第一の切断回路における切断の基準となる第一の一定電圧値、第二の切断回路における切断の基準となる第二の一定電圧値を簡易に切り替えることができる。そして、発電装置の両端の電圧が満充電に達したかどうか発光ダイオードにより判別できる。また、蓄電装置が満充電に近い場合は、充電する電流を抑えて充電することができる。
[第５の実施の形態]

第５の実施の形態は、第一の切断回路において、導通・非導通を制御しているスイッチング素子および電流を制限する素子が発電装置のマイナス端子と蓄電装置のマイナス端子の間に存在することを特徴としている。

第５の実施の形態の回路を図１５に示す。第１の実施の形態の場合とは、各回路の中身が異なるため、異なる記号を付与している。ただし、果たしている機能は同じである。第５の実施の形態の回路は、第一の切断回路２５１、第一の電流制限回路２５２、第二の切断回路２５３、第二の電流制限回路２５４より構成される。第一の切断回路２５１と第一の電流制限回路２５２は直列に接続され、第二の切断回路２５３と第二の電流制限回路２５４は直列に接続される。そして、第一の切断回路２５１と第一の電流制限回路２５２が直列接続されたものと第二の切断回路２５３と第二の電流制限回路２５４が直列接続されたものは並列に接続される。これら全体が充電制御回路２１である。

より詳細には、以下のように接続される。第一の切断回路２５１の第一の外部端子は、第一の電流制限回路２５２の第二の外部端子に接続され、第一の切断回路２５１の第二の外部端子は第二の切断回路２５３の第二の外部端子および図示していない蓄電装置のプラス端子に接続され、第一の切断回路２５１の第三の外部端子は、第一の電流制限回路２５２の第三の外部端子、第二の切断回路２５３の第三の外部端子、第二の電流制限回路２５４の第三の外部端子、図示していない蓄電装置のマイナス端子、図示していない発電装置のマイナス端子に接続される。

第一の電流制限回路２５２の第一の外部端子は、第二の電流制限回路２５４の第一の外部端子、図示していない発電装置のプラス端子に接続され、第一の電流制限回路２５２の第二の外部端子は第一の切断回路２５１の第一の外部端子に接続され、第一の電流制限回路２５２の第三の外部端子は、第一の切断回路２５１の第三の外部端子、第二の切断回路２５３の第三の外部端子、第二の電流制限回路２５４の外部端子、図示していない蓄電装置のマイナス端子、図示していない発電装置のマイナス端子に接続される。

第二の切断回路２５３の第一の外部端子は、第二の電流制限回路２５４の第二の外部端子に接続され、第二の切断回路２５３の第二の外部端子は第一の切断回路２５１の第二の外部端子および図示していない蓄電池のプラス端子に接続され、第二の切断回路２５３の第三の外部端子は、第一の切断回路２５１の第三の外部端子、第一の電流制限回路２５２の第三の外部端子、第二の電流制限回路２５４の第三の外部端子、図示していない蓄電装置のマイナス端子、図示していない発電装置のマイナス端子に接続される。

第二の電流制限回路２５４の第一の外部端子は、第一の電流制限回路２５２の第一の外部端子、図示していない発電装置のプラス端子に接続され、第二の電流制限回路２５４の第二の外部端子は第二の切断回路２５３の第一の外部端子に接続され、第二の電流制限回路２５４の第三の外部端子は、第一の切断回路２５１の第三の外部端子、第一の電流制限回路２５２の第三の外部端子、第二の切断回路２５３の外部端子、図示していない蓄電装置のマイナス端子、図示していない発電装置のマイナス端子に接続される。

各端子間には、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てもよいものとする。

第一の切断回路２５１は、第一の一定電圧値を超えると導通が切断される働きをする。第一の電流制限回路２５２は、流れる電流が第一の一定電流値を超えないようにする働きをする。第二の切断回路は２５３、第二の一定電圧値を超えると導通が切断される働きをする。第二の電流制限回路２５４は、流れる電流が第二の一定電流値を超えないようにする働きをする。

図１６に、第一の電流制限回路２５２、第二の電流制限回路２５４の中身を示す。説明は第一の電流制限回路２５２の場合にものである。第一の電流制限回路は、ダイオードと抵抗器を異なる順序で接続した２つの回路の中間ノードの電位を比較して、その比較結果をＭＯＳトランジスタのゲートに入力することにより第一の一定電流値を超えないように制御する。第一の電流制限回路２５２は、抵抗器２６１、ダイオード２６２、ダイオード２６３、抵抗器２６４、抵抗器２６５、抵抗器２６６、抵抗器２６７、抵抗器２６８、抵抗器２６９、抵抗器２７０、ＭＯＳトランジスタ２７６、比較器２７７より構成される。これら全体が第一の電流制限回路２５２である。

図１７に、比較器２７７の中身をトランジスタレベルまで記載した図を示す。比較器２７７は、ＮＭＯＳトランジスタ２７１、ＮＭＯＳトランジスタ２７２、ＮＭＯＳトランジスタ２７３、ＰＭＯＳトランジスタ２７４、ＰＭＯＳトランジスタ２７５より構成される。

抵抗器２６１の一端は第一の電流制限回路２５２の第一の外部端子、ダイオード２６３のカソード、抵抗器２６５の一端、ＮＭＯＳトランジスタ２７１のソース端子に接続され、もう一端はダイオード２６２のカソード、抵抗器２６９の一端に接続される。ダイオード２６２のアノードは抵抗器２６４の一端、ＮＭＯSトランジスタ２７６のドレイン端子に、カソードは、抵抗器２６１の一端、抵抗器２６９の一端に接続される。ダイオード２６３のアノードは、抵抗器２６４の一端、抵抗器２６７の一端に接続され、カソードは、第一の電流制限回路２５２の第一の外部端子、抵抗器２６１の一端、抵抗器２６５の一端、ＮＭＯＳトランジスタ２７１のソース端子に接続される。抵抗器２６４の一端はダイオード２６３のアノード、抵抗器２６７の一端に接続され、もう一端はダイオード２６２のアノード、ＮＭＯＳトランジスタ２７６のドレイン端子に接続される。

抵抗器２６５の一端は、第一の電流制限回路２５２の第一の外部端子、抵抗器２６１の一端、ダイオード２６３のカソード、ＮＭＯＳトランジスタ２７１のソース端子に接続され、もう一端は抵抗器２６６の一端、ＮＭＯＳトランジスタ２７１のゲート端子に接続される。抵抗器２６６の一端は抵抗器２６５の一端、ＮＭＯＳトランジスタ２７１のゲートに接続され、もう一端は第一の電流制限回路２５２の第三の外部端子に接続される。抵抗器２６７の一端は、ダイオード２６３のアノードおよび抵抗器２６４の一端に接続され、もう一端は、抵抗器２６８の一端、ＮＭＯＳトランジスタ２７２のゲート端子に接続される。抵抗器２６８の一端は、抵抗器２６７の一端、ＮＭＯＳトランジスタ２７２のゲート端子に接続され、もう一端は第一の電流制限回路２５２の第三の外部端子に接続される。抵抗器２６９の一端は、抵抗器２６１の一端、ダイオード２６２のカソードに接続され、もう一端は抵抗器２７０の一端、ＮＭＯＳトランジスタ２７３のゲート端子に接続される。抵抗器２７０の一端は抵抗器２６９の一端およびＮＭＯＳトランジスタ２７３のゲート端子に接続され、もう一端は第一の電流制限回路２５２の第三の外部端子に接続される。尚、第三の外部端子に接続されている素子は多いため、省略をしている。

ＮＭＯＳトランジスタ２７１のソース端子は、第一の電流制限回路２５２の第一の外部端子、抵抗器２６１の一端、ダイオード２６３のアノード、抵抗器２６５の一端に接続され、ゲート端子は、抵抗器２６５の一端および抵抗器２６６の一端に接続され、ドレイン端子は、ＮＭＯＳトランジスタ２７２のソース端子、ＮＭＯＳトランジスタ２７３のソース端子に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ２７２のソース端子は、ＮＭＯＳトランジスタ２７１のドレイン端子、ＮＭＯＳトランジスタ２７３のソース端子に接続され、ゲート端子は、抵抗器２６７、抵抗器２６８に接続され、ドレイン端子は、ＰＭＯＳトランジスタ２７４のドレイン端子、ＰＭＯＳトランジスタ２７４のゲート端子、ＰＭＯＳトランジスタ２７５のゲート端子に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ２７３のソース端子は、ＮＭＯＳトランジスタ２７１のドレイン端子、ＮＭＯＳトランジスタ２７２のソース端子に接続され、ゲート端子は、抵抗器２６９、抵抗器２７０に接続され、ドレイン端子は、ＰＭＯＳトランジスタ２７５のドレイン端子、ＮＭＯＳトランジスタ２７６のゲート端子に接続される。

ＰＭＯＳトランジスタ２７４のソース端子は、第一の電流制限回路２５２の第三の外部端子に接続され、ゲート端子は、ＮＭＯＳトランジスタ２７２のドレイン端子、ＰＭＯＳトランジスタ２７４のドレイン端子、ＰＭＯＳトランジスタ２７５のゲート端子に接続され、ドレイン端子は、ＰＭＯＳトランジスタ２７２のドレイン端子、ＰＭＯＳトランジスタ２７４のゲート端子、ＰＭＯＳトランジスタ２７５のゲート端子に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ２７５のソース端子は、第一の電流制限回路２５２の第三の外部端子に接続され、ゲート端子は、ＮＭＯＳトランジスタ２７２のドレイン端子、ＰＭＯＳトランジスタ２７４のドレイン端子、ＰＭＯＳトランジスタ２７４のゲート端子に接続され、ドレイン端子は、ＮＭＯSトランジスタ２７３のドレイン端子、ＮＭＯＳトランジスタ２７６のゲート端子に接続される。

ＮＭＯＳトランジスタ２７６のソース端子は、ダイオード２６２のアノード、抵抗器２６４の一端に接続され、ゲート端子は、ＮＭＯＳトランジスタ２７３のドレイン、ＰＭＯＳトランジスタ２７５のドレインに接続され、ドレイン端子は、第一の電流制限回路２５２の第二の外部端子に接続される。

第一の電流制限回路２５２の第二の外部端子から第一の外部端子に流れる電流が、第一の一定電流値に満たない場合は、抵抗器２６１とダイオード２６２の間のノードの電位は、ダイオード２６３と抵抗器２６４の間のノードの電位に比べて低くなる。そのため、抵抗器２６９と抵抗器２７０の間のノードの電位は、抵抗器２６７と抵抗器２６８の間のノードの電位に比べて低くなる。この場合、比較器の出力電位は高くなり、ＮＭＯＳトランジスタ２７６のソース・ドレイン間の電位差は小さくなる。この状態では、第一の電流制限回路２５２の第二の外部端子から第一の外部端子に流れる電流は、制限がかからない状態となる。

一方、第一の電流制限回路２５２の第二の外部端子から第一の外部端子に流れる電流が、第一の一定電流値を超える場合は、抵抗器２６１とダイオード２６２の間のノードの電位は、ダイオード２６３と抵抗器２６４の間のノードの電位に比べて高くなる。そのため、抵抗器２６９と抵抗器２７０の間のノードの電位は、抵抗器２６７と抵抗器２６８の間のノードの電位に比べて高くなる。この場合、比較器の出力電位は低くなり、ＮＭＯＳトランジスタ２７６のソース・ドレイン間の電位差は大きくなる。この状態では、第一の電流制限回路の第二の外部端子から第一の外部端子に流れる電流は、減っていく。

第一の電流制限回路の第二の外部端子から第一の外部端子に流れる電流が、第一の一定電流値に等しい場合は、抵抗器２６１とダイオード２６２の間のノードの電位は、ダイオード２６３と抵抗器２６４の間のノードの電位と等しくなる。そのため、抵抗器２６９と抵抗器２７０の間のノードの電位は、抵抗器２６７と抵抗器２６８の間のノードの電位と等しくなる。この場合、比較器の出力電位は適度に高くなり、ＮＭＯＳトランジスタ２７６のソース・ドレイン間の電位差は適切な値に保たれる。この状態は安定している。

以上により、第一の電流制限回路２５２の第二の外部端子から第一の外部端子に流れる電流が、第一の一定電流値に満たない場合は、そのまま電流が流れ、第一の電流制限回路２５２の第二の外部端子から第一の外部端子に流れる電流が、第一の一定電流値を超えると、フィードバックの原理が働くことにより、第一の一定電流値に制限される。つまり、第一の電流制限回路の第二の外部端子から第一の外部端子に流れる電流を第一の一定電流値以下に制限する回路が実現する。この回路の、流そうとする電流と流れる電流の関係は、図５に示したとおりである。

ダイオード２６２とダイオード２６３は同一のものを用いるとよい。抵抗器２６１と抵抗器２６４も同一のものを用いるとよい。ダイオード２６２とダイオード２６３には、シリコンダイオード、ショットキーバリアダイオードなどを用いることができる。第一の一定電流値は、ダイオード２６２、２６３の電圧降下を抵抗器２６１、抵抗器２６４の抵抗値割った値の２倍となる。例えば、ダイオード２６２、２６３の電圧降下が０．４Ｖ、抵抗器２６１、抵抗器２６４の抵抗値が０．８Ωの場合、第一の一定電流値は１Ａとなる。

第二の電流制限回路２５４も第一の電流制限回路２５２と同等の動作をする。ただし、上限の電流値は第二の一定電流値となる。

図１８に、第一の切断回路２５１、第二の切断回路２５３の中身を示す。説明は第一の切断回路２５１の場合にものである。第一の切断回路は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２４および、第一の切断回路部位１２１および、第一の回路部位１２２および、抵抗器１２３および、スイッチング素子を持つ。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。これらの部分全体が第一の切断回路２５１である。

ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２４のエミッタは第一の切断回路２０１の第一の外部端子に、ベースは回路部位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１２５−２のゲート端子に接続される。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の一端および抵抗器１２３の一端に接続される。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、もう一端は第一の切断回路２５１の第三の外部端子に接続される。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１２５−２のゲート端子に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１１５−２のドレインは第一の切断回路の第一の外部端子に接続され、ゲート端子は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、ソース端子は第一の切断回路２０１の第二の外部端子に接続される。

ここで、回路部位１２１、回路部位１２２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１２１の電圧降下の合計、回路部位１２２の電圧降下の合計を調整できる。回路部位１２１、１２２は抵抗器を含んでもよい。この抵抗器は、第一の切断回路の第一の外部端子・第三の外部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１２１が、緑色発光ダイオード１２１−１、１２１−２、１２１−３の直列接続、回路部位１２２が、緑色発光ダイオード１２２−１、１２２−２、１２２−３、１２２−４および抵抗器１２２−５の直列接続の場合の例である。

この回路は、第一の切断回路２５１の第一の外部端子・第三の外部端子の電圧によりダイオード群を含む回路部位１２１に流れる電流が決まる。ダイオード群を含む回路部位１２１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１２１に流れる電流を、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１２４で増幅およびコピーし、抵抗器１２３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１２１に流れる電流に比例した電圧を抵抗器１２３の両端に作り出す。その電圧により決まるノード１２６の電位によりＮＭＯＳ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１２１に流れる電流が多くなるほどＮＭＯＳトランジスタ１２５−２はソース・ドレイン間の抵抗を上げることになる。

第一の切断回路２５１の第一の外部端子・第三の外部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はソース・ドレイン間の抵抗が一定値を超える。発電装置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、第一の切断回路２５１の第一の外部端子・第三の外部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、発電装置のプラス・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、第一の切断回路２５１の第一の外部端子・第三の外部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、第一の切断回路２５１の第一の外部端子を第一の切断回路２５１の第二の外部端子と切り離すことにより、第一の切断回路２５１の第二の外部端子・第三の外部端子間電圧を一定電圧値以上に上げない機能が実現する。

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第一の切断回路の第一の外部端子・第二の外部端子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１２２−５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１２２−５の抵抗値は、数百Ω〜数ｋΩが適する。この抵抗器１２２−５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。

第二の切断回路も第一の切断回路と同等の動作をする。ただし、切断される電圧値は第二の一定電圧値である。

第５の実施の形態の回路の動作は、第１の実施の形態の回路と同様に、図８のように動作する。

第５の実施の形態により、安価で低消費電力な充電制御回路が実現する。そして、発電装置の両端の電圧が満充電に達したかどうか発光ダイオードにより判別できる。また、蓄電装置が満充電に近い場合は、充電する電流を抑えて充電することができる。

尚、第１〜第４の実施の形態の回路を導通・非導通を制御しているスイッチング素子および電流を制限する素子を発電装置のマイナス端子と蓄電装置のマイナス端子間に移動した回路も、本発明の請求の範囲に属すると考える。また、導通・非導通を制御しているスイッチング素子、電流を制限する素子のうち片方のみを発電装置のマイナス端子と蓄電装置のマイナス端子間に持つものをも本発明の請求の範囲に属すると考える。
[第６の実施の形態]

第６の実施の形態は、充電制御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１９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、蓄電装置２に、逆電流防止ダイオード２４、充電制御回路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。充電制御回路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、蓄電装置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、蓄電装置２と充電制御回路２１の間でも、発電装置１と充電制御回路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１１７−３、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。蓄電装置２には鉛蓄電池を用いることができる。図２０に、発電装置１に太陽電池を、蓄電装置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、蓄電装置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、充電制御回路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。充電制御回路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と充電制御回路２１の間でも、太陽電池１−１と充電制御回路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２１に充電制御回路２１の内部を記載した詳細ブロック図を示す。充制御止回路２１の内部は、第１の実施の形態で説明した通りである。充電制御回路２１の内部は、第１の実施の形態および図２で説明したため、詳細の説明は割愛する。第一の一定電圧値、第二の一定電圧値の電流依存性による影響を最小限にするため、第一の切断回路、第二の切断回路は、第一の電流制限回路、第二の電流制限回路より蓄電装置側に配置すべきである。

太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧が第二の一定電圧値より小さい場合は第一の一定電流値と第二の一定電流値の合計を上限とする太陽電池１−１による発電電流で鉛蓄電池２−１を充電する。太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧が第二の一定電圧値より大きく第一の一定電圧値より小さい場合は、第一の一定電流値を上限とする太陽電池１−１による発電電流で鉛蓄電池２−１を充電する。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より大きい場合は、太陽電池１−１による鉛蓄電池２−１への充電は行われない。

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。
[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。

充電制御回路２１の内部は、第１の実施の形態で説明した通り、第一の切断回路、第一の電流制限回路、第二の切断回路、第二の電流制限回路より構成される。このうち、第一の切断回路及び第二の切断回路に、図１３で説明した回路を採用する。ここで図１３におけるスイッチング素子は、ＰＭＯＳトランジスタを用いた場合の図である。図１３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１３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、充電制御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２２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、蓄電装置２に、逆電流防止ダイオード２４、充電制御回路２１を介して発電装置１が接続され、機械的スイッチ２３、放電制御回路２２を介して負荷３が接続されている。充電制御回路２１、逆電流防止ダイオード２４、機械的スイッチ２３、放電制御回路２２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、蓄電装置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、蓄電装置２と充電制御回路２１の間でも、発電装置１と充電制御回路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。蓄電装置２には鉛蓄電池を用いることができる。図２３に、発電装置１に太陽電池を、蓄電装置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、蓄電装置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システムでは、鉛蓄電池２−１に、逆電流防止ダイオード２４、充電制御回路２１を介して太陽電池１−１が接続され、機械的スイッチ２３、放電制御回路２２を介して負荷３が接続されている。充電制御回路２１、逆電流防止ダイオード２４、機械的スイッチ２３、放電制御回路２２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と充電制御回路２１の間でも、太陽電池１−１と充電制御回路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２４に充電制御回路２１の内部を記載した詳細ブロック図を示す。充電制御回路２１の内部は、第１の実施の形態で説明した通りである。充電制御回路２１の内部は、第１の実施の形態および図２で説明したため、詳細の説明は割愛する。第一の一定電圧値、第二の一定電圧値の電流依存性による影響を最小限にするため、第一の切断回路、第二の切断回路は、第一の電流制限回路、第二の電流制限回路より蓄電装置側に配置すべきである。

太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧が第二の一定電圧値より小さい場合は第一の一定電流値と第二の一定電流値の合計を上限とする太陽電池１−１による発電電流で鉛蓄電池２−１を充電する。太陽電池１−１のプラスマイナス端子間の電圧が第二の一定電圧値より大きく第一の一定電圧値より小さい場合は、第一の一定電流値を上限とする太陽電池１−１による発電電流で鉛蓄電池２−１を充電する。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より大きい場合は、太陽電池１−１による鉛蓄電池２−１への充電は行われない。

次に、放電制御回路２２の中身の例について説明する。図２５に、第７の実施の形態における放電制御回路２２の中身を示す。第７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、ＰＭＯＳトランジスタ１３５−２を持つ。これらの部分全体が放電制御回路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１３５−２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。

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７の実施の形態における放電制御回路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７の実施の形態における放電制御回路では、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。

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。第一の切断回路、第二の切断回路と異なり、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。

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、太陽電池と充電制御回路にて、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 蓄電装置
１−１ 太陽電池
２−１ 鉛蓄電池
３ 負荷
１１ 蓄電池制御装置
２１ 充電制御回路
２２ 放電制御回路
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、２１１、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２１９、２２０、２６１、２６４、２６５、２６６、２６７、２６８、２６９、２７０ 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 スイッチング素子
１１５−２、１３５−２、１３７、２２１、２２２、２２３、２２６、２７４、２７５ ＰＭＯＳトランジスタ
１２５−２、２２４、２２５、２７１、２７２、２７３、２７６ 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
２０１、２５１ 第一の切断回路
２０２、２５２ 第一の電流制限回路
２０３、２５３ 第二の切断回路
２０４、２５４ 第二の電流制限回路
２１２、２１３、２６２、２６３ ダイオード
２２７、２７７ 比較器

Claims (29)

1. 第一の一定電圧値を超えると導通が切断される第一の切断回路と電流を第一の一定電流値を超えないように制御する第一の電流制限回路が直列接続された部分と、第二の一定電圧値を超えると導通が切断される第二の切断回路と電流を第二の一定電流値を超えないように制御する第二の電流制限回路が直列接続された部分を、並列に持つことを特徴する蓄電池制御装置。
2. 第一の一定電圧値を超えると導通が切断される第一の切断回路と電流を第一の一定電流値を超えないように制御する第一の電流制限回路が直列接続された部分と、第二の一定電圧値を超えると導通が切断される第二の切断回路を、並列に持つことを特徴とする蓄電池制御装置。
3. 前記第一の電流制限回路および前記第二の電流制限回路は、ダイオードと抵抗器を異なる順序で接続した２つの回路の中間ノードの電位を比較して、その比較結果をMOSトランジスタのゲートに入力することにより第一の一定電流値および第二の一定電流値を超えないように制御することを特徴とする第１の請求項に記載の蓄電池制御装置。
4. 前記第一の電流制限回路は、ダイオードと抵抗器を異なる順序で接続した２つの回路の中間ノードの電位を比較して、その比較結果をMOSトランジスタのゲートに入力することにより第一の一定電流値を超えないように制御することを特徴とする第２の請求項に記載の蓄電池制御装置。
5. 前記第一の切断回路および前記第二の切断回路は、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第１の請求項または第２の請求項に記載の蓄電池制御装置。
6. 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第５の請求項に記載の蓄電池制御装置。
7. 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第５の請求項に記載の蓄電池制御装置。
8. 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する第５の請求項に記載の蓄電池制御装置。
9. 前記第一の切断回路および前記第二の切断回路は、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・オフ制御し、
   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
   ことを特徴とする第３の請求項または第４の請求項に記載の蓄電池制御装置。
10. 第一の一定電圧値を超えると導通が切断される第一の切断回路と電流を第一の一定電流値を超えないように制御する第一の電流制限回路が直列接続された部分と、第二の一定電圧値を超えると導通が切断される第二の切断回路と電流を第二の一定電流値を超えないように制御する第二の電流制限回路が直列接続された部分を、並列に持つ回路を用いて、
    蓄電装置の両端の電圧が第二の一定電圧値を超えない状態では第一の一定電流値と第二の一定電流値の合計を上限とする電流で発電装置から充電し、蓄電装置の両端の電圧が第二の一定電圧値を超えて第一の一定電圧値を超えない状態ではと第一の一定電流値を上限とする電流で発電装置から充電し、蓄電装置の両端の電位が第一の一定電圧値を超えると蓄電装置が発電装置から切断される
    ことを特徴とする蓄電池制御装置。
11. 第一の一定電圧値を超えると導通が切断される第一の切断回路と電流を第一の一定電流値を超えないように制御する第一の電流制限回路が直列接続された部分と、第二の一定電圧値を超えると導通が切断される第二の切断回路を、並列に持つ回路を用いて、
    蓄電装置の両端の電圧が第二の一定電圧値を超えて第一の一定電圧値を超えない状態では第一の一定電流値を上限とする電流で発電装置から充電し、蓄電装置の両端の電位が第一の一定電圧値を超えると蓄電装置が発電装置から切断される
    ことを特徴とする蓄電池制御装置。
12. 前記第一の電流制限回路および前記第二の電流制限回路は、ダイオードと抵抗器を異なる順序で接続した２つの回路の中間ノードの電位を比較して、その比較結果をMOSトランジスタのゲートに入力することにより第一の一定電流値および第二の一定電流値を超えないように制御することを特徴とする第１０の請求項に記載の蓄電池制御装置。
13. 前記第一の電流制限回路は、ダイオードと抵抗器を異なる順序で接続した２つの回路の中間ノードの電位を比較して、その比較結果をMOSトランジスタのゲートに入力することにより第一の一定電流値を超えないように制御することを特徴とする第１１の請求項に記載の蓄電池制御装置。
14. 前記第一の切断回路および前記第二の切断回路は、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第１０の請求項または第１１の請求項に記載の蓄電池制御装置。
15. 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第１４の請求項に記載の蓄電池制御装置。
16. 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第１４の請求項に記載の蓄電池制御装置。
17. 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する第１４の請求項に記載の蓄電池制御装置。
18. 第１０または第１１の請求項に記載の蓄電池制御装置であって、さらに、蓄電装置の両端の電圧が第三の一定電圧値を下回ると蓄電装置が負荷から切断されることを特徴とする蓄電池制御装置。
19. 前記第一の切断回路および前記第二の切断回路は、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・オフ制御し、
    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
    ことを特徴とする第１２の請求項または第１３の請求項に記載の蓄電池制御装置。
20. 発電装置と蓄電装置と第一の総合回路を含み、
    第一の総合回路は、第一の一定電圧値を超えると導通が切断される第一の切断回路と電流を第一の一定電流値を超えないように制御する第一の電流制限回路が直列接続された部分と、第二の一定電圧値を超えると導通が切断される第二の切断回路と電流を第二の一定電流値を超えないように制御する第二の電流制限回路が直列接続された部分を、並列に持ち、
    第一の総合回路は発電装置と蓄電装置の間に存在し、第一の切断回路および第二の切断回路は、第一の電流制限回路および第二の電流制限回路より蓄電装置側に存在し、
    第一の総合回路を用いて、蓄電装置の両端の電圧が第二の一定電圧値を超えない状態では第一の一定電流値と第二の一定電流値の合計を上限とする電流で発電装置から充電し、蓄電装置の両端の電圧が第二の一定電圧値を超えて第一の一定電圧値を超えない状態では第一の一定電流値を上限とする電流で発電装置から充電し、蓄電装置の両端の電位が第一の一定電圧値を超えると蓄電装置が発電装置から切断される
    ことを特徴とする独立電源システム。
21. 発電装置と蓄電装置と第一の総合回路を含み、
    第一の総合回路は、第一の一定電圧値を超えると導通が切断される第一の切断回路と電流を第一の一定電流値を超えないように制御する第一の電流制限回路が直列接続された部分と、第二の一定電圧値を超えると導通が切断される第二の切断回路を、並列に持ち、
    第一の総合回路は発電装置と蓄電装置の間に存在し、第一の切断回路は、第一の電流制限回路より蓄電装置側に存在し、
    第一の総合回路を用いて、蓄電装置の両端の電圧が第二の一定電圧値を超えて第一の一定電圧値を超えない状態では第一の一定電流値を上限とする電流で発電装置から充電し、蓄電装置の両端の電位が第一の一定電圧値を超えると蓄電装置が発電装置から切断されることを特徴とする独立電源システム。
22. 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第２０の請求項または第２１の請求項に記載の独立電源システム。
23. 前記発電装置は太陽電池であることを特徴とする第２０の請求項または第２１の請求項に記載の独立電源システム。
24. 前記蓄電装置は鉛蓄電池であることを特徴とする第２３の請求項に記載の独立電源システム。
25. 前記第一の電流制限回路および前記第二の電流制限回路は、ダイオードと抵抗器を異なる順序で接続した２つの回路の中間ノードの電位を比較して、その比較結果をMOSトランジスタのゲートに入力することにより第一の一定電流値および第二の一定電流値を超えないように制御することを特徴とする第２０の請求項に記載の独立電源システム。
26. 前記第一の電流制限回路は、ダイオードと抵抗器を異なる順序で接続した２つの回路の中間ノードの電位を比較して、その比較結果をMOSトランジスタのゲートに入力することにより第一の一定電流値を超えないように制御することを特徴とする第２１の請求項に記載の独立電源システム。
27. 前記第一の切断回路および前記第二の切断回路は、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第２４の請求項に記載の独立電源システム。
28. 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2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第２７の請求項に記載の独立電源システム。
29. 第２４の請求項に記載の独立電源システムであって、さらに、蓄電装置の両端の電圧が第三の一定電圧値を下回ると蓄電装置が負荷から切断されることを特徴とする独立電源システム。
    

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