JP2013121243A - Secondary battery charger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電器の出力電圧または二次電池の出力電圧を、切り替え回路を介して選択的に負荷に供給すると共に、前記発電器出力電圧を入力して、前記二次電池を所定の充電終止電圧に充電する充電制御回路を有する二次電池充電装置に関するものである。 The present invention selectively supplies an output voltage of a generator or an output voltage of a secondary battery to a load via a switching circuit, and inputs the generator output voltage to charge the secondary battery to a predetermined charge. The present invention relates to a secondary battery charger having a charge control circuit for charging to a final voltage.
発電器として太陽電池などの環境エネルギーより発電した電力を二次電池に充電して動作し、プロセスの物理量を測定して上位装置に送信する無線伝送器は、プラント内のフィールドに配置され、用途に応じた各種センサを搭載して、無線通信を介して測定値を上位システムに送信するフィールド機器である。このような無線伝送器では、電池コストおよびメンテナンス工数削減のため、使用される二次電池の寿命をできるだけ長く延ばし、交換周期長くする管理が求められる。 The wireless transmitter that operates by charging the secondary battery with power generated from environmental energy such as solar cells as a power generator, measures the physical quantity of the process, and transmits it to the host device is placed in the field in the plant and used It is a field device that is equipped with various sensors according to and transmits measured values to a host system via wireless communication. In such a wireless transmitter, in order to reduce battery costs and maintenance man-hours, management is required to extend the life of the secondary battery used as long as possible and lengthen the replacement cycle.
図4は、従来の二次電池充電装置の構成例を示す機能ブロック図である。太陽電池等で実現される発電器10(以下、太陽電池10)は、太陽光などの光エネルギーを電圧V1の電気エネルギーに変換する。 FIG. 4 is a functional block diagram showing a configuration example of a conventional secondary battery charging device. A power generator 10 (hereinafter, referred to as a solar cell 10) realized by a solar cell or the like converts light energy such as sunlight into electric energy having a voltage V1.
電源回路20は、太陽電池10で発電した電力を二次電池21に蓄えて太陽電池10の発電の有無にかかわらず負荷30を構成する無線伝送器(以下、無線伝送器30)に電力を供給する。無線伝送器30は、無線通信により上位システム40と通信する。
The
電源回路20は、二次電池21を充電する充電制御回路22を備え、この充電制御回路22は、二次電池21の電圧V2が充電終止電圧V0以上に上昇しないように充電制御する。
The
二次電池21は、リチウムイオン電池を想定する。その電池容量は、太陽電池10が発電しない期間に無線伝送器30に電力を供給するのに必要な容量を持つ。例えば天候不良で連続4日間発電しない期間があっても無線伝送器30に電力供給を可能とする場合、4日間に無線伝送器が使用する電力以上を蓄電できる容量となる。
The secondary battery 21 is assumed to be a lithium ion battery. The battery capacity has a capacity necessary for supplying power to the
ダイオードD1、D2はV1またはV2を選択して無線伝送器30に供給するスイッチ回路(切り替え回路)を形成する。ダイオードD1は、太陽電池10が発電したときの電力をOUT端子から無線伝送器30に供給すると共に、太陽電池が発電しない場合は二次電池21に充電した電力が太陽電池10側に逆流しないようにする。
The diodes D1 and D2 form a switch circuit (switching circuit) that selects V1 or V2 and supplies it to the
ダイオードD2は、太陽電池10が発電しないときには、二次電池21から放電した電力をOUT端子から無線伝送器30に供給すると共に、太陽電池10が発電した場合に放電経路を逆流して二次電池21を充電しないようにする。
The diode D2 supplies power discharged from the secondary battery 21 to the
従来装置では次のような問題がある。
(1)充電制御回路22は、太陽電池10が発電する限り、将来発電できない最長期間に備えて二次電池21を満充電電圧に維持するように動作する。一方、二次電池21としてリチウムイオン電池を用いる場合には、充電電圧が高いほど電池が劣化する性質があるため、太陽電池10の発電する期間が長くなる程、二次電池21は満充電電圧に維持されて電圧が高い期間が続くため、電池寿命が短くなるという欠点がある。
The conventional apparatus has the following problems.
(1) As long as the
(2)電池寿命が短くなることを回避するため、充電終止電圧V0を低く設定する一方、二次電池21の容量を増やすことで、二次電池トータルの充電電力を維持することも可能であるが、電池容量を増やした分の電池実装体積が増加し、電池自体も必要な容量が増えてコストが増加する。 (2) In order to avoid shortening the battery life, the charging end voltage V0 is set low, while the capacity of the secondary battery 21 is increased to maintain the total charging power of the secondary battery. However, as the battery capacity is increased, the battery mounting volume is increased, and the required capacity of the battery itself is increased to increase the cost.
本発明の目的は、二次電池の充電電圧を平均的に低下させることにより、電池容量を増やすことなく、電池寿命を延ばすことを可能とする二次電池充電装置を実現することにある。 An object of the present invention is to realize a secondary battery charger capable of extending the battery life without increasing the battery capacity by reducing the charging voltage of the secondary battery on average.
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
(1)発電器の出力電圧または二次電池の出力電圧を選択的に負荷に供給するための切り替え回路と、前記発電器出力電圧を入力して、前記二次電池を所定の充電終止電圧以下に充電する充電制御回路とを有する二次電池充電装置において、
前記充電制御回路の充電終止電圧を変更し、前記充電終止電圧の時間平均値を前記二次電池の満充電電圧以下に規制する充電規制手段を備えることを特徴とする二次電池充電装置。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) A switching circuit for selectively supplying the output voltage of the generator or the output voltage of the secondary battery to the load, and the generator output voltage are input, and the secondary battery is below a predetermined end-of-charge voltage. In a secondary battery charger having a charge control circuit for charging
A secondary battery charging apparatus, comprising: charge regulation means for changing a charge termination voltage of the charge control circuit and regulating a time average value of the charge termination voltage to be equal to or lower than a full charge voltage of the secondary battery.
(2)前記充電規制手段は、前記負荷と通信する上位システムから与えられる制御信号により前記充電終止電圧を変更することを特徴とする(1)に記載の二次電池充電装置。 (2) The secondary battery charging device according to (1), wherein the charging regulation unit changes the charge end voltage by a control signal given from a host system communicating with the load.
(3)前記充電規制手段は、前記発電器の発電能力予測情報または前記負荷の稼働状態の少なく共いずれかにより前記充電終止電圧を変更する制御信号を前記上位システムから受け取ることを特徴とする(2)に記載の二次電池充電装置。 (3) The charge regulation unit receives from the host system a control signal for changing the charge end voltage depending on at least one of the power generation capability prediction information of the generator and the operating state of the load. The secondary battery charger according to 2).
(4)前記充電規制手段は、前記上位システムからの制御信号が一定時間以上停止した場合に前記充電終止電圧を満充電電圧に切り替えるタイマ手段を備えることを特徴とする
(2)又は(3)に記載の二次電池充電装置。
(4) The charge regulation means includes timer means for switching the charge end voltage to a full charge voltage when a control signal from the host system is stopped for a predetermined time or longer. (2) or (3) The secondary battery charging device described in 1.
(5)前記充電規制手段は、前記二次電池の電圧値を前記上位システムに通知することを特徴とする(2)乃至(4)のいずれかに記載の二次電池充電装置。 (5) The secondary battery charging device according to any one of (2) to (4), wherein the charge regulation unit notifies the voltage value of the secondary battery to the host system.
(6)前記負荷は、無線手段により前記上位システムと通信するフィールド機器の内部回路であることを特徴とする(1)乃至(5)のいずれかに記載の二次電池充電装置。 (6) The secondary battery charging device according to any one of (1) to (5), wherein the load is an internal circuit of a field device that communicates with the host system by wireless means.
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
(1)本発明では、二次電池21の充電終止電圧を、上位システム40から変更できるため、今後の日照が十分見込める場合は二次電池の充電終止電圧を二次電池の21の満充電電圧より低く設定することができる。
According to the present invention, the following effects can be expected.
(1) In the present invention, since the end-of-charge voltage of the secondary battery 21 can be changed from the
(2)このため、必要な電力量以上に二次電池21を充電しないため、二次電池の電圧を低くすることができて二次電池の劣化が抑制され、無線伝送器30のメンテナンス期間を延ばすことができる。
(2) For this reason, since the secondary battery 21 is not charged more than the required amount of power, the voltage of the secondary battery can be lowered, the deterioration of the secondary battery is suppressed, and the maintenance period of the
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図1は、本発明を適用した二次電池充電装置の一実施例を示す機能ブロック図である。図4で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of a secondary battery charging device to which the present invention is applied. The same elements as those of the conventional apparatus described with reference to FIG.
図4に示した従来構成に追加される本発明の特徴部は、電源回路20に対して充電規制手段100を設けた構成にある。充電規制手段100は、無線伝送器30を経由して上位装置40から与えられる制御信号Cを保持するレジスタ101と、このレジスタ保持値をアナログ値の電圧設定信号Vsに変換するD/A変換器102よりなる。
A feature of the present invention added to the conventional configuration shown in FIG. 4 is a configuration in which the charge regulating
D/A変換器102から出力される電圧設定信号Vsは、充電終止電圧の設定値として充電制御回路22に入力され、この充電終止電圧は、無線通信を介して制御され、上位システム40側から変更することが可能となる。
The voltage setting signal Vs output from the D /
以下、本発明装置の動作を説明する。上位システム40は、例えば将来の日照情報などの電源管理情報Fを収集し、充電終止電圧を求める。例えば、今後数日間にわたり日照が十分である場合は、その日の夜間に使用する電力を賄うだけの充電終止電圧として必要以上に電池電圧が高くならないようにする。電源管理情報Fは、太陽電池10の発電能力予測情報、無線伝送器30の稼働状態情報等である。
Hereinafter, the operation of the apparatus of the present invention will be described. The
今後数日間日照が無く発電できない場合は、その日数分の電力を賄うことができる充電終止電圧に設定して発電可能期間に充電する。このように、今後の発電量予測に基づき、充電終止電池を今後必要な電力量に応じて設定できるので、二次電池21の平均電圧を低下させ満充電電圧以下にして、二次電池の劣化を抑えることができる。 If power generation is not possible without sunshine for several days in the future, the charging is set to the end-of-charge voltage that can cover the power for the number of days, and charging is performed during the power generation period. As described above, the end-of-charge battery can be set according to the amount of power required in the future based on the prediction of the amount of power generation in the future, so that the average voltage of the secondary battery 21 is lowered to the full charge voltage or less, and the secondary battery is deteriorated. Can be suppressed.
本発明によって、二次電池21の寿命が延びるため、メンテナンスを少なくし無線伝送器30が動作する期間を従来構成に比べて延長させることができる。制御信号Cや無線通信の不良が起きて充電終止電圧を設定するレジスタ101が更新できない場合でも、一定期間後に充電終止電圧を最大(例えば満充電電圧)に変更することで、充電容量を最大限確保してフェールセーフとすることができる。
According to the present invention, since the life of the secondary battery 21 is extended, maintenance can be reduced and the period during which the
図2は、本発明を適用した二次電池充電装置の他の実施例を示す機能ブロック図である。図1の充電規制手段100の構成に追加される要素は、固定値を保持するレジスタ103、切り替えスイッチ104、タイマ105である。
FIG. 2 is a functional block diagram showing another embodiment of the secondary battery charging device to which the present invention is applied. Elements added to the configuration of the
以下、動作を説明する。タイマ105に設定された一定期間内にレジスタ101が制御信号Cより再設定されないと、切り替えスイッチ104により、充電終止電圧をレジスタ101の出力値Vsからレジスタ103の固定値に切り替える。
The operation will be described below. If the
レジスタ103の値は、固定値または制御信号Cから設定される値で、例えば二次電池の最大充電電圧(満充電電圧)とする。制御信号Cもしくは上位システム40との無線通信が不良となった場合は、レジスタ101による設定が更新されないため、タイマ105に基づく一定時間後レジスタ103の値に基づく充電終止電圧で充電するように充電制御回路22は動作する。このことで、制御信号や無線通信が不良の時でも、無線伝送器30の動作可能時間を従来回路と同等とすることができる。
The value of the
図3は、本発明を適用した二次電池充電装置の更に他の実施例を示す機能ブロック図である。図1の充電規制手段100の構成に追加される要素は、A/D変換器106を設けた構成にある。このA/D変換器106は、二次電池21の電圧値V2をデジタル値に変換して制御信号Cとして無線伝送器30を経由し上位装置40に通知する。
FIG. 3 is a functional block diagram showing still another embodiment of the secondary battery charging device to which the present invention is applied. An element added to the configuration of the charge regulating means 100 in FIG. 1 is a configuration in which an A /
このような二次電池電圧の上位装置40への読み返しにより、今後無線伝送器30に必要となる電力量に基づく充電終止電圧と現在の二次電池電圧に基づいて、二次電池21で現在不足する充電に必要な電力量を推定することができる。
By reading back the secondary battery voltage to the
太陽電池がその日に発電可能な電力量が、現時点において二次電池で不足している電力量より余剰である場合は、太陽電池が発電する期間の前半では意図的に充電終止電圧を必要な充電終止電圧より低く設定し、太陽電池が発電する期間の後半に必要な充電終止電圧に変更することで、二次電池の平均電圧をさらに低く抑制することができる。これにより、電池の劣化が抑えられ電池寿命をさらに延長することが可能となる。 If the amount of power that the solar cell can generate on the day is more than the amount of power that is currently insufficient for the secondary battery, the charge that intentionally requires the end-of-charge voltage in the first half of the period during which the solar cell generates electricity. The average voltage of the secondary battery can be further reduced by setting it lower than the end voltage and changing it to the charge end voltage required in the second half of the period when the solar cell generates power. Thereby, the deterioration of the battery can be suppressed and the battery life can be further extended.
以上説明した実施例では、発電器10を太陽電池として説明したが、将来の発電電力量が上位システムで予測が可能である環境エネルギーを用いて発電する発電器、例えば温度差発電や振動発電などを用いた場合でも、その予測に基づき同様に二次電池の充電終止電圧を最適化することで電池寿命を延ばすことができる。
In the embodiment described above, the
実施例では、負荷10を無線伝送器として説明したが、無線伝送器の内部回路でもよく、無線伝送器内に電源回路20が内蔵されてもよい。また、負荷10は、伝送線またはネットワークを介して上位システム40と通信する伝送器一般に適用することができる。
In the embodiment, the
10 発電器(太陽電池)
20 電源回路
21 二次電池
22 充電制御回路
30 負荷(無線伝送器)
40 上位システム
100 充電規制手段
101 レジスタ
102 D/A変換器
103 レジスタ
104 切り替えスイッチ
105 タイマ
106 A/D変換器
10 Generator (solar cell)
20 Power supply circuit 21
40
Claims (6)
前記充電制御回路の充電終止電圧を変更し、前記充電終止電圧の時間平均値を前記二次電池の満充電電圧以下に規制する充電規制手段を備えることを特徴とする二次電池充電装置。 A switching circuit for selectively supplying the output voltage of the generator or the output voltage of the secondary battery to the load, and the generator output voltage are input to charge the secondary battery to a predetermined charge end voltage or lower. In a secondary battery charger having a charge control circuit,
A secondary battery charging apparatus, comprising: charge regulation means for changing a charge termination voltage of the charge control circuit and regulating a time average value of the charge termination voltage to be equal to or lower than a full charge voltage of the secondary battery.
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