JP2012231653A - 情報提供システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ表示ユニット、太陽電池及び蓄電池を備えた情報提供システムにおいて、停電補償用電力の確保及び消費電力の低減化の両方を達成する。
【解決手段】蓄電池３の充電容量を、停電時にＬＥＤ表示ユニット１の駆動に必要な電力量（停電補償電力容量）に、余裕電力量を加えた充電容量とするとともに、蓄電池３の充電残量が所定の判定閾値（停電補償に必要な電力容量に基づいて設定した判定閾値）まで降下した場合には、その蓄電池３の放電を禁止することで、停電補償用の電力容量を常に確保する。さらに、蓄電池３の充電容量が上記判定閾値よりも高くて充電状態に余裕がある場合は、蓄電池３からＬＥＤ表示ユニット１に給電する。このような構成により、停電補償用の電力を確保しながらも、商用電源２００からＬＥＤ表示ユニット１に給電される電力の消費量を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、道路情報などの各種情報を提供する情報提供システムに関する。

高速道路や一般道路の道路近傍には、交通に必要な案内情報、道路上で発生した事故、渋滞発生などの各種の道路情報を表示する道路情報板が設置されている。道路情報板としては、消費電力の低減化や保守・管理に要する手間の削減等を図ることを目的として、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた道路情報板が実用化されている。その一例として、多数のＬＥＤをドットマトリクス状に配列してユニット化したＬＥＤ表示ユニットがある（例えば、特許文献１及び２参照）。このようなＬＥＤ表示ユニットにあっては、ＬＥＤの高輝度化に伴って省電力化が進んでいる。

ＬＥＤ表示ユニットを用いて道路情報を提供するシステムとして、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池パネルを組み合わせたシステム（情報提供システム）が構築されている（例えば、特許文献３参照）。こうしたシステムでは、太陽電池パネルで発電した電力で、ＬＥＤ表示ユニットの駆動電力の一部をまかなうことにより、商用電源からＬＥＤ表示ユニットに給電される電力の消費量を低減している。また、ＬＥＤ表示ユニットを用いた情報表示装置として、地震等の災害発生時に商用電源が停電した場合に、その停電補償用電源として蓄電池を備えたものが提案されている（例えば、特許文献３及び４参照）。

特開２００５−２８４９７７号公報 特開２００３−０９８９９３号公報 特開２０１０−０６０８８２号公報 特開平０９−１４６４７１号公報

上述の如く、ＬＥＤ表示ユニットに太陽電池パネルを組み合わせることにより、商用電力の消費量を低減するシステムがあり、また、停電補償用の蓄電池を組み合わせたシステムがあるが、消費電力の低減化及び停電補償を両立したシステムは未だ実現化されていない。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、停電補償用の電力を確保しながらも、消費電力の低減化を図ることが可能な情報提供システムの提供を目的とする。

本発明は、電力供給により駆動する情報提供ユニット（例えば、ＬＥＤ表示ユニット）と、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池と、蓄電装置（蓄電池）と、前記蓄電装置の充電容量に関する値（例えば、充電電圧）を監視する充電状態監視手段と、電源制御ユニットとを備えているとともに、上記蓄電装置の充電容量を、商用電源の停電時に上記情報提供ユニットの駆動電力を確保する電力容量に、余裕電力容量を加えた充電容量としている。そして、上記電源制御ユニットは、商用電源からの電力、太陽電池で発電された電力、及び、蓄電装置に蓄電された電力のうち、いずれか１つの系統または複数の系統の電力を上記情報提供ユニットに供給する給電制御と、上記充電状態監視手段が監視している蓄電装置の充電容量に関する値が所定の判定閾値まで降下した場合に、その蓄電装置の放電を禁止する放電制限制御とを含む電源制御を行うように構成されていることを技術的特徴としている。

本発明において、上記蓄電装置の充電容量に対する上記判定閾値は、上記した停電補償に必要な電力容量に基づいて設定する。具体的には、停電補償に必要な電力容量に所定量のマージン（情報提供ユニットの駆動を考慮した容量）を加えた値（充電容量）を判定閾値とする。また、上記情報提供ユニットの具体的な例として、複数のＬＥＤがドットマトリクス状に配列されてなるＬＥＤ表示ユニットを挙げることができる。

本発明の情報提供システムによれば、停電補償用の電力容量を確保することができるとともに、消費電力の低減化を図ることができる。

すなわち、本発明の情報提供システムにおいては、蓄電装置の充電容量を、停電時に情報提供ユニットの駆動に必要な電力量（停電補償の電力容量）に、余裕電力量を加えた充電容量とし、蓄電装置の充電容量（残容量）に関する値が、所定の判定閾値（停電補償に必要な電力容量に基づいて設定した判定閾値）にまで降下した場合には、蓄電装置の放電を禁止するようにしているので、停電補償用の電力容量を常に確保することができる。しかも、蓄電装置の充電容量に関する値が上記判定閾値よりも高い状態のときには、蓄電装置に蓄電された電力を、負荷である情報提供ユニットに給電することが可能になる。これによって、停電補償用の電力を確保しながらも、商用電源から情報提供ユニットに給電される電力の消費量を低減することができる。

ここで、本発明において、蓄電装置の放電容量に関する値としては、例えば、蓄電装置の充電電圧を挙げることができる。また、蓄電装置の放電容量については、蓄電装置の充放電電流を検出し、その充放電電流を積算して充電容量（残容量）を算出するようにしてもよい。

本発明の情報提供システムによれば、停電補償用の電力を確保しながらも、消費電力の低減化を図ることができる。

本発明の情報提供システムの一例を示す概略構成図である。 図１の情報提供システムに用いるＬＥＤ表示ユニット及び太陽電池パネルの正面図（ａ）、側面図（ｂ）並びに平面図（ｃ）を併記して示す図である。 図１の情報提供システムに用いる蓄電池の充電電圧と放電時間との関係を示す図である。 電源コントロールユニットが実行する電源制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の情報提供システムの一例を示す概略構成図である。

この例の情報提供システムは、道路情報を提供（表示）するシステムであって、ＬＥＤ表示ユニット１、太陽電池パネル（ソーラーパネル）２，２、蓄電池３、及び、電源コントロールユニット１００などを備えている。これらの各部について以下に説明する。

−ＬＥＤ表示ユニット−
この例のＬＥＤ表示ユニット１は、図２に示すように、ＲＧＢの各色の多数個のＬＥＤがドットマトリクス状に配列されてなる多数のＬＥＤモジュール１ａ・・１ａを有し、それら多数のＬＥＤモジュール１ａ・・１ａを更にマトリクス状に配列した大画面の表示ユニットである。

ＬＥＤ表示ユニット１には、図示はしないが、上記ＬＥＤモジュール１ａ・・１ａの各ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路が内蔵されており、そのＬＥＤ駆動回路にてＬＥＤモジュール１ａ・・１ａの各ＬＥＤの点灯あるいは点滅することによって、各種の道路情報を文字・図形・シンボル表示することができる。このＬＥＤ表示ユニット１の上部中央に、太陽電池パネル２，２が配置されている。

なお、ＬＥＤ表示ユニット１（太陽電池パネル２，２も含む）は、一般道路や高速道路等に設置のポール（支柱）あるいは架橋に取り付けられることによって道路の上方に設置される。

−太陽電池パネル−
この例の情報提供システムでは、複数枚（この例では２枚）の太陽電池パネル２，２を備えている。各太陽電池パネル２は、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する多数の太陽電池セル２ａ・・２ａがマトリクス状に配列されている。それら多数の太陽電池セル２ａ・・２ａは直列接続（もしくは直並列接続）されている。各太陽電池パネル２は、それぞれ、後述する電源コントロールユニット１００の系統連携部１０２にＤＣ／ＤＣコンバータ１０１ｂを介して接続されている。各太陽電池パネル２には、逆流防止ダイオード２１，２１が接続されており、太陽電池パネル２の電圧が低下しても、電源コントロールユニット１００や蓄電池３等からの太陽電池パネル２への逆流が防止されている。

なお、太陽電池パネル２，２の配置場所は特に限定されないが、この例では、太陽電池パネル２，２をＬＥＤ表示ユニット１の上部に中心振り分けで配置している。また、太陽電池パネル２，２はＬＥＤ表示ユニット１の長手方向（水平方向）に沿う軸を中心（図２に示す支持軸２２を中心）として回動可能となっており、太陽電池パネル２，２の設置角度（水平面に対する傾斜角度）を調整することができる。

−蓄電池−
蓄電池３は、例えばリチウムイオン電池である。蓄電池３の充電容量（Ａｈ）は、商用電源２００が停電したときに、ＬＥＤ表示ユニット１を駆動する時間（停電補償時間：例えば最大３時間）を確保するのに必要な充電容量に、余裕電力容量を加えた充電容量としている。

この例では、蓄電池３の充電容量（Ａｈ）と、蓄電池３の充電電圧（Ｖ）とに相関がある点を利用し、例えば、図３に示すように、蓄電池３の満充電電圧（満充電容量状態）を２７Ｖとし、充電電圧＝２２Ｖを通常時の放電を終了する電圧（停電補償の電力容量を確保する電圧：判定閾値電圧Ｖｔｈ）としており、［２７Ｖ≧充電電圧＞２２Ｖ］の領域を、通常時の充放電領域（余裕充電容量）Ａｖとしている。この通常時の充放電領域Ａｖでは、蓄電池３に充電されている電力を、負荷であるＬＥＤ表示ユニット１に給電することが可能である。

−電源コントロールユニット−
電源コントロールユニット１００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ（商用電源用）１０１ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ（太陽電池用）１０１ｂ，１０１ｂ、系統連携部１０２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３、電圧共通化部１０４、蓄電池充電器１０５、ＤＣ／ＤＣコンバータ（インターフェース電源用）１０６ａ，１０６ｂ、ＤＣ／ＤＣコンバータ（制御電源用）１０６ｃ、ＤＣ／ＤＣコンバータ（表示ＬＥＤ電源用）１０６ｄ、入力状態監視部１０７、蓄電状態監視部１０８、及び、制御部１１０などを備えている。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１ａは商用電源（ＡＣ１００Ｖ）２００に接続される。ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１ａは、バックブースト（昇降圧）型のコンバータであって、商用電源２００からの交流電力を直流電力に変換して系統連携部１０２に出力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１ｂ，１０１ｂは太陽電池パネル２，２に接続されている。各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１ｂは、フライバック型の昇圧コンバータであって、各太陽電池パネル２で発電された直流電力を昇圧して系統連携部１０２に出力する。

系統連携部１０２は、商用電源２００からの電力（ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１ａで変換された直流電力）と、太陽電池パネル２，２で発電された電力（ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１ｂ，１０１ｂで昇圧された直流電力）とを系統連携して、変圧系統のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３、及び、充電系統の蓄電池充電器１０５のいずれか一方または両方に供給する、などの電力系統連携を行う。系統連携部１０２での電力の系統連携は制御部１１０によって制御される。その電力の系統連携等の詳細については後述する。

変圧系統のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、系統連携部１０２にて系統連携された電力（太陽電池パネル２，２で発電された電力のみの場合なども含む）を２６Ｖに変圧する。この変圧後の電力は電圧共通化部１０４に入力される。

蓄電池充電器１０５は、系統連携部１０２において系統連携された電力（太陽電池パネル２，２で発電された電力のみの場合なども含む）の一部を蓄電池３に充電する。この蓄電池充電器１０５による蓄電池３への電力充電は制御部１１０によって制御される。

電圧共通化部１０４は、変圧系統の電圧と充電系統の電圧とを共通の電圧に揃える機能部である。電圧共通化部１０４には、ＤＣ／ＤＣコンバータ（インターフェース電源用）１０６ａ，１０６ｂ、ＤＣ／ＤＣコンバータ（制御電源用）１０６ｃ、ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＬＥＤ電源用）１０６ｄが接続されており、その各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄに、それぞれ、電圧共通化部１０４において電圧が共通化された電力が供給される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６ａは、電圧共通化部１０４から供給された電力を−１２Ｖに変圧し、その変換後の電力（インターフェース駆動電力）をＬＥＤ表示ユニット１に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６ｂは、電圧共通化部１０４から供給された電力を１２Ｖに変圧し、その変換後の電力（インターフェース駆動電力）をＬＥＤ表示ユニット１に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６ｃは、電圧共通化部１０４から供給された電力を５Ｖに変圧し、その変換後の電力（制御部駆動電力）をＬＥＤ表示ユニット１に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６ｄは、電圧共通化部１０４から供給された電力を５Ｖ以下に変圧し、その変換後の電力（ＬＥＤ駆動電力）をＬＥＤ表示ユニット１に出力する。

入力状態監視部１０７は、商用電源２００からの商用電力と、太陽電池パネル２，２からの太陽電池電力とを系統連携した場合の電力割合（商用電力と太陽電池電力との割合）を判定する。この入力状態監視部１０７で判定された電力割合は省エネ状態を確認するための情報として制御部１１０に入力される。また、入力状態監視部１０７は、太陽電池パネル２，２から系統連携部１０２に入力される電力を監視しており、その太陽電池電力情報も制御部１１０に入力される。

蓄電状態監視部１０８は蓄電池３の蓄電状態を監視する。この例では、蓄電状態監視部１０８は、蓄電池３の充電容量（残容量）に関する値である充電電圧Ｖｂを監視する。この蓄電状態監視部１０８が監視している充電容量（充電電圧Ｖｂ）は制御部１１０に入力される。

制御部１１０は、上記入力状態監視部１０７及び蓄電状態監視部１０８の監視情報などに基づいて系統連携部１０２及び蓄電池充電器１０５などを制御して以下の電源制御を行う。なお、制御部１１０は、例えば、商用電力のコストパフォーマンスが高い時（例えば、深夜電力を契約している場合）に蓄電値３に商用電力を充電するといった電源制御も行う。

−電源制御−
電源制御の一例について図４のフローチャートを参照して説明する。この図４の制御ルーチンは電源コントロールユニット１００の制御部１１０で実行される。

まず、ステップＳＴ１０１では、蓄電状態監視部１０８の監視情報に基づいて、蓄電池３の充電電圧Ｖｂが、図３に示す判定閾値電圧Ｖｔｈ（Ｖｔｈ＝２２Ｖ）よりも大きい状態であるか否かを判定する。このステップＳＴ１０１の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（［Ｖｂ＞Ｖｔｈ］である場合）はステップＳＴ１０２に進む。ステップＳＴ１０１の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合については後述する。

ステップＳＴ１０２においては、入力状態監視部１０７の監視情報に基づいて、太陽電池パネル２，２の発電電力のみでＬＥＤ表示ユニット１を駆動することが可能であるか否かを判定する。その判定結果が否定判定である場合はステップＳＴ１０８に進む。

ステップＳＴ１０８では、系統連携部１０２を制御して太陽電池パネル２，２で発電される電力と商用電源２００からの電力とを連携してＬＥＤ表示ユニット１を駆動する。このとき、太陽電池パネル２，２で発電される電力を最大に利用し、残りの電力（駆動必要電力−発電電力）を商用電源２００でまかなうようにする。また、夜間などにおいて太陽電池パネル２，２の発電電力がない場合には、商用電源２００からの電力を利用する。この場合、蓄電池３の蓄電されている電力に余裕がある場合は、蓄電池３の電力の一部をＬＥＤ表示ユニット１に給電するようにしてもよい。なお、このステップＳＴ１０８の電源制御は、ステップＳＴ１０１の判定結果が肯定判定であり、ステップＳＴ１０２の判定結果が否定判定である状況のときに継続して実行される。

上記ステップＳＴ１０２の判定結果が肯定判定である場合は、太陽電池パネル２，２で発電される電力のみでＬＥＤ表示ユニット１を駆動する（ステップＳＴ１０３）。このとき、入力状態監視部１０７の監視情報に基づいて、太陽電池パネル２，２が発電する電力に余剰があるか否かを判定する（ステップＳＴ１０４）。その判定結果が肯定判定である場合は、余剰電力を蓄電池３に充電する（ステップＳＴ１０５）。その後、リターン（ステップＳＴ１０１に戻る）する。

一方、ステップＳＴ１０４の判定結果が否定判定である場合（太陽電池パネル２，２で発電される電力のみでＬＥＤ表示ユニット１を駆動している状況で、その発電電力に余剰がない場合）は、日陰等による影響により太陽電池パネル２，２の発電電力に脈動が生じているか否かを判定する（ステップＳＴ１０６）。その判定結果が肯定判定である場合は蓄電池３に蓄電されている電力を一時給電する（ステップＳＴ１０７）。その後にリターンする。ステップＳＴ１０６の判定結果が否定判定である場合（発電電力に脈動が生じていない場合）はリターンする。

そして、上記ステップＳＴ１０１の判定結果が否定判定である場合、つまり、蓄電池３の充電電圧Ｖｂが、図３に示す判定閾値電圧Ｖｔｈ（＝２２Ｖ）にまで降下した場合（［Ｖｂ≦Ｖｔｈ］になった場合）は蓄電池３の放電を禁止して、商用電源２００が停電したときの非常用電力容量を確保する。この放電を禁止する放電制限制御は、ステップＳＴ１０１の判定結果が否定判定である場合は継続されるが、太陽電池パネル２，２の発電電力等により蓄電池３が充電され、充電電圧Ｖｂが判定閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなった場合（［Ｖｂ＞Ｖｔｈ］である場合）は放電制限制御が解除され、蓄電池３からの給電が可能な状態に戻る。

以上のように、この例の情報提供システムによれば、蓄電池３の充電容量を、商用電源２００の停電時にＬＥＤ表示ユニット１の駆動電力を確保する電力容量に、余裕電力容量を加えた充電容量にするとともに、蓄電池３の充電容量（残容量）Ｖｂが判定閾値電圧Ｖｔｈにまで降下した場合には、その蓄電池３の放電を禁止するので、停電補償用の電力容量を常に確保することができる。これにより、例えば、地震等の災害時に商用電源２００が停電した場合であっても、「災害の事象の種類（落石、津波、道路陥没、道路水没など）」や、「その各事象が発生した場所までの距離」などをＬＥＤ表示ユニット１に表示することが可能となり、それらの道路情報をドライバ等に対して提供することができる。

しかも、蓄電池３の充電容量Ｖｂが判定閾値電圧Ｖｔｈよりも高い状態のときには、蓄電池３に蓄電されている電力を、負荷であるＬＥＤ表示ユニット１に給電することが可能になる。これによって商用電源から情報提供ユニットに給電される電力の消費量を低減することができる。

−他の実施形態−
以上の例では、蓄電池３の充電容量に関する値である充電電圧Ｖｂを用いて電源制御を行っているが、本発明はこれに限定されない。例えば、蓄電池３の充放電電流を検出し、その充放電電流を積算して蓄電池３の充電容量（残容量）を算出する。そして、その充電容量と判定閾値（停電補償に必要な電力容量に基づいて設定した容量値）と比較して、上記した「蓄電池３の充放電（給電）制御」、及び、「蓄電池３の放電制限制御」などの電源制御を行うようにしてもよい。

以上の例では、２枚の太陽電池パネル２，２を備えた情報提供システムの例について説明したが、その太陽電池パネル２の枚数は任意であって、必要な電力容量に応じて適宜に設定すればよい。また、太陽電池パネル２については、ＬＥＤ表示ユニット１の上部のほか、例えば、一般道路や高速道路等に設置のポール（支柱）あるいは架橋に取り付けるようにしてもよい。

以上の例では、蓄電池３としてリチウムイオン電池（二次電池）を用いているが、このほか、例えば、リチウムイオンキャパシタなどの他の形式の蓄電装置を用いてもよい。

以上の例では、道路情報を表示するシステムに本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば、音声等により情報を提供するシステム、所定の領域を監視する監視システムなどの他の各種の情報提供システムに利用することができる。

道路情報などの各種情報を提供する情報提供システムに利用可能であり、さらに詳しくは、太陽電池及び蓄電装置を備えた情報提供システムに有効に利用することができる。

１ ＬＥＤ表示ユニット
１ａ ＬＥＤモジュール
２ 太陽電池パネル
２ａ 太陽電池セル
３ 蓄電池
１００ 電源コントロールユニット
１０１ａ ＡＣ／ＤＣコンバータ（商用電源用）
１０１ｂ ＤＣ／ＤＣコンバータ（太陽電池用）
１０２ 系統連携部
１０３ ＤＣ／ＤＣコンバータ（変圧系統）
１０４ 電圧共通化部
１０５ 蓄電池充電器
１０６ｃ ＤＣ／ＤＣコンバータ（制御電源用）
１０６ｄ ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＬＥＤ電源用）
１０７ 入力状態監視部
１０８ 充電状態監視部
１１０ 制御部

Claims (3)

1. 電力供給により駆動する情報提供ユニットと、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池と、蓄電装置と、前記蓄電装置の充電容量に関する値を監視する充電状態監視手段と、電源制御ユニットとを備え、
   前記蓄電装置は、商用電源の停電時に前記情報提供ユニットの駆動電力を確保する電力容量に、余裕電力容量を加えた充電容量を有し、
   前記電源制御ユニットは、商用電源からの電力、前記太陽電池で発電された電力、及び、前記蓄電装置に蓄電された電力のうち、いずれか１つの系統または複数の系統の電力を前記情報提供ユニットに供給する給電制御と、前記充電状態監視手段が監視している前記蓄電装置の充電容量に関する値が所定の判定閾値まで降下した場合に、その蓄電装置の放電を禁止する放電制限制御とを含む電源制御を行うことを特徴とする情報提供システム。
2. 請求項１記載の情報提供システムにおいて、
   前記蓄電装置の充電容量に対する上記判定閾値は、前記停電補償に必要な電力容量に基づいて設定されていることを特徴とする情報提供システム。
3. 請求項１または２記載の情報提供システムにおいて、
   前記情報提供ユニットは、複数のＬＥＤがドットマトリクス状に配列されてなるＬＥＤ表示ユニットであることを特徴とする情報提供システム。

Images