JP2014166012A - Power source device and wireless sensor network device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、蓄電装置として電気二重層キャパシタを備える電源装置および無線センサネットワーク装置に関する。 The present invention relates to a power supply device and a wireless sensor network device including an electric double layer capacitor as a power storage device.
従来より、太陽電池等の発電装置と、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置とを備える電源装置が知られている。このような電源装置では、発電装置と蓄電装置とが接続されており、発電装置で発電された電気エネルギーが蓄電装置に蓄えられる。蓄電装置は、必要に応じて電気エネルギーを電源装置に接続されている負荷に供給する。この負荷は、例えば、センサや無線装置などである。このような電源装置の構成例が、特許文献１〜３に記載されている。 Conventionally, a power supply device including a power generation device such as a solar cell and a power storage device such as an electric double layer capacitor is known. In such a power supply device, the power generation device and the power storage device are connected, and electrical energy generated by the power generation device is stored in the power storage device. The power storage device supplies electrical energy to a load connected to the power supply device as necessary. This load is, for example, a sensor or a wireless device. Examples of the configuration of such a power supply device are described in Patent Documents 1 to 3.
特許文献１（特に［0013］，［0019］及び図２，図７参照）には、以下の構成を有する電源装置が記載されている。特許文献１に記載の電源装置は、負荷と接続されている。特許文献１に記載の電源装置は、太陽電池と、電気二重層キャパシタと、逆流防止ダイオードと、電圧検知器と、実時間時計と、ロジック回路と、電源スイッチと、電圧制御器とを備えている。太陽電池は発電装置であり、電気二重層キャパシタは蓄電装置である。逆流防止ダイオードは、電気二重層キャパシタから太陽電池への電気エネルギーの逆流を防止する。電圧検知器は、電気二重層キャパシタの充電状態を電圧値で確認する。実時間時計は、間欠動作を時間で制御する。ロジック回路は、電圧検知器の出力と実時間時計の出力の論理和を取る。電源スイッチは、ロジック回路の出力で電源供給を制御する。電圧制御器は、負荷への電圧を制御する。 Patent Document 1 (in particular, refer to [0013], [0019] and FIGS. 2 and 7) describes a power supply device having the following configuration. The power supply device described in Patent Literature 1 is connected to a load. The power supply device described in Patent Document 1 includes a solar cell, an electric double layer capacitor, a backflow prevention diode, a voltage detector, a real-time clock, a logic circuit, a power switch, and a voltage controller. Yes. The solar cell is a power generation device, and the electric double layer capacitor is a power storage device. The backflow prevention diode prevents backflow of electrical energy from the electric double layer capacitor to the solar cell. The voltage detector confirms the charge state of the electric double layer capacitor with the voltage value. The real time clock controls intermittent operation by time. The logic circuit takes a logical sum of the output of the voltage detector and the output of the real time clock. The power switch controls power supply by the output of the logic circuit. The voltage controller controls the voltage to the load.
特許文献２（特に［0019］〜［0025］及び図１参照）には、以下の構成を有する電源装置が記載されている。特許文献２に記載の電源装置は、負荷に接続されている。特許文献２に記載の電源装置は、太陽電池と、逆流防止ダイオードと、電気二重層キャパシタと、バランサーと、センサと、スイッチと、逆流防止ダイオードと、電池と、ＤＣ−ＤＣコンバータとにより構成されている。太陽電池は発電装置であり、電気二重層キャパシタは蓄電装置である。逆流防止ダイオードは、電気二重層キャパシタから太陽電池への電気エネルギーの逆流を防止する。バランサーは、電気二重層キャパシタの容量が或るレベル以下に降下したときにのみ、スイッチを作動させる。センサは、バランサーに組み込まれている。スイッチは、電池と直列に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータは、負荷に与える電圧を一定に保持する。電池は、補助二次電池である。特許文献２に記載の電源装置では、電気二重層キャパシタの容量が或るレベルを降下すると、バランサーが作動し、通常状態で閉じているスイッチが開き、電池が負荷に電気エネルギーを供給する。 Patent Document 2 (in particular, see [0019] to [0025] and FIG. 1) describes a power supply device having the following configuration. The power supply device described in Patent Document 2 is connected to a load. The power supply device described in Patent Document 2 includes a solar cell, a backflow prevention diode, an electric double layer capacitor, a balancer, a sensor, a switch, a backflow prevention diode, a battery, and a DC-DC converter. ing. The solar cell is a power generation device, and the electric double layer capacitor is a power storage device. The backflow prevention diode prevents backflow of electrical energy from the electric double layer capacitor to the solar cell. The balancer activates the switch only when the capacitance of the electric double layer capacitor drops below a certain level. The sensor is built into the balancer. The switch is connected in series with the battery. The DC-DC converter keeps the voltage applied to the load constant. The battery is an auxiliary secondary battery. In the power supply device described in Patent Document 2, when the capacitance of the electric double layer capacitor drops to a certain level, the balancer operates, the switch that is closed in a normal state is opened, and the battery supplies electric energy to the load.
特許文献３（特に［0015］〜［0025］及び図１参照）には、以下の構成を有する電源装置が記載されている。特許文献３に記載の電源装置は、負荷に接続されている。特許文献３に記載の電源装置は、太陽電池と、逆流防止ダイオードと、電気二重層キャパシタと、負荷コントローラと、ＤＣ−ＤＣコンバータとにより構成されている。太陽電池は発電装置であり、電気二重層キャパシタは蓄電装置である。逆流防止ダイオードは、電気二重層キャパシタから太陽電池への電気エネルギーの逆流を防止する。ＤＣ−ＤＣコンバータは、負荷に与える電圧を一定に保持する。負荷コントローラは、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子間に接続され、接続／遮断用のスイッチを有している。負荷コントローラは、電気二重層キャパシタから負荷に電気エネルギーを供給する際、電気二重層キャパシタから負荷への電気エネルギーの供給が必要な時のみＤＣ−ＤＣコンバータを作動させる。 Patent Document 3 (in particular, refer to [0015] to [0025] and FIG. 1) describes a power supply device having the following configuration. The power supply device described in Patent Document 3 is connected to a load. The power supply device described in Patent Document 3 includes a solar cell, a backflow prevention diode, an electric double layer capacitor, a load controller, and a DC-DC converter. The solar cell is a power generation device, and the electric double layer capacitor is a power storage device. The backflow prevention diode prevents backflow of electrical energy from the electric double layer capacitor to the solar cell. The DC-DC converter keeps the voltage applied to the load constant. The load controller is connected between the input terminals of the DC-DC converter and has a connection / cutoff switch. When supplying electric energy from the electric double layer capacitor to the load, the load controller operates the DC-DC converter only when it is necessary to supply electric energy from the electric double layer capacitor to the load.
特許文献１〜３に記載されている電源装置は、いずれも発電装置として太陽電池を備え、蓄電装置として電気二重層キャパシタを備える。図４は、電気二重層キャパシタの漏れ電流の時間変化を示すグラフである。図４に示すように、電気二重層キャパシタは、充電直後の漏れ電流が大きい。特許文献１に記載の電源装置では、電気二重層キャパシタの充電直後は、電気二重層キャパシタの漏れ電流が大きいため、太陽電池で発電された電気エネルギーの量では作動しないことがある。また、特許文献２に記載の電源装置及び特許文献３に記載の電源装置では、電気二重層キャパシタの充電開始直後は、電気二重層キャパシタの漏れ電流が大きく、電気二重層キャパシタの電圧が低下する。そのため、スイッチの作動が頻繁に起こり、動作が安定しないことがある。 Each of the power supply devices described in Patent Documents 1 to 3 includes a solar cell as a power generation device and an electric double layer capacitor as a power storage device. FIG. 4 is a graph showing the time change of the leakage current of the electric double layer capacitor. As shown in FIG. 4, the electric double layer capacitor has a large leakage current immediately after charging. In the power supply device described in Patent Literature 1, immediately after the electric double layer capacitor is charged, the electric double layer capacitor has a large leakage current, and thus may not operate with the amount of electric energy generated by the solar cell. Moreover, in the power supply device described in Patent Document 2 and the power supply device described in Patent Document 3, immediately after the start of charging of the electric double layer capacitor, the leakage current of the electric double layer capacitor is large, and the voltage of the electric double layer capacitor decreases. . For this reason, the operation of the switch frequently occurs, and the operation may not be stable.
また、特許文献１〜３に記載されている電源装置では、電気二重層キャパシタの充電開始から一定時間が経過すると漏れ電流は小さくなる。しかし、電気二重層キャパシタの電気エネルギーの負荷による消費量が多いときには、電気二重層キャパシタの電圧が低下するため、動作が不安定になる。 In addition, in the power supply devices described in Patent Documents 1 to 3, the leakage current decreases after a certain time has elapsed from the start of charging of the electric double layer capacitor. However, when the amount of electric energy consumed by the electric double layer capacitor is large, the voltage of the electric double layer capacitor is lowered and the operation becomes unstable.
そこで、この発明は、電気二重層キャパシタの充電開始直後や電気二重層キャパシタの電圧が低下したときでも、問題なく動作する電源装置および無線センサネットワーク装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a power supply device and a wireless sensor network device that can operate without problems even immediately after the start of charging of the electric double layer capacitor or when the voltage of the electric double layer capacitor drops.
この発明の電源装置は、発電部と、電気二重層キャパシタと、負荷接続部と、一次電池と、スイッチと、コントローラとを備えている。 The power supply device of the present invention includes a power generation unit, an electric double layer capacitor, a load connection unit, a primary battery, a switch, and a controller.
電気二重層キャパシタは、発電部が発電した電力を蓄積する。負荷接続部は、電気二重層キャパシタに接続され、電力の供給を受ける負荷が接続される。一次電池は、負荷接続部に接続された負荷に電力を供給する。スイッチは、負荷接続部と一次電池を接続または離間する。コントローラは、電気二重層キャパシタの電圧を検出する機能、および装置本体の起動後の経過時間を計時する機能を有し、装置本体が起動してからの経過時間または電気二重層キャパシタの電圧に応じてスイッチを制御する。 The electric double layer capacitor stores the power generated by the power generation unit. The load connection unit is connected to the electric double layer capacitor, and is connected to a load that receives power supply. The primary battery supplies power to a load connected to the load connection unit. The switch connects or separates the load connection portion and the primary battery. The controller has a function to detect the voltage of the electric double layer capacitor and a function to measure the elapsed time after starting the device main body, depending on the elapsed time after starting the device main body or the voltage of the electric double layer capacitor. Control the switch.
電気二重層キャパシタは、充電開始直後は漏れ電流が大きく、電気二重層キャパシタの電圧が低下するため、負荷に安定して電力を供給できないことがある。この構成においては、装置本体が起動してからの経過時間または電気二重層キャパシタの電圧に応じて、一次電池から負荷に電力を供給する。これにより、電源装置では、電気二重層キャパシタが充電開始直後や電気二重層キャパシタの電圧が所望の値よりも低くなったときには、一次電池から電力を供給することで、電源装置の出力が不安定になることがなく、負荷に電力を安定供給できる。 Since the electric double layer capacitor has a large leakage current immediately after the start of charging and the voltage of the electric double layer capacitor decreases, there are cases where power cannot be stably supplied to the load. In this configuration, power is supplied from the primary battery to the load in accordance with the elapsed time since the activation of the apparatus main body or the voltage of the electric double layer capacitor. Thus, in the power supply device, the output of the power supply device is unstable by supplying power from the primary battery immediately after the electric double layer capacitor starts charging or when the voltage of the electric double layer capacitor becomes lower than a desired value. Therefore, power can be stably supplied to the load.
上記発明において、コントローラは、装置本体が起動してから一定時間が経過するまで、スイッチを制御して負荷接続部と一次電池を接続し、一定時間が経過後にスイッチを制御して負荷接続部と一次電池を離間する。 In the above invention, the controller controls the switch to connect the load connection unit and the primary battery until a predetermined time elapses after the apparatus main body is activated, and controls the switch after the fixed time elapses to control the switch and the load connection unit. Separate the primary batteries.
電気二重層キャパシタは、充電開始直後は漏れ電流が大きくその電圧が低下するため、電源装置から負荷に供給する電力は不安定である。また、電気二重層キャパシタは、充電開始後の時間の経過とともに漏れ電流が減少し、一定時間が経過すると漏れ電流がほぼ一定値になり、負荷に供給する電力は安定する。この構成では、電源装置において電気二重層キャパシタの充電開始からの経過時間に応じて電気二重層キャパシタまたは一次電池から負荷に電力を供給する。これにより、負荷に対して電力を常に安定供給できる。また、一次電池だけから電力を常に供給すると、一次電池が短時間で消耗するが、電気二重層キャパシタの漏れ電流に応じて一次電池を接離するので、一次電池の消耗を防止でき長時間使用できる。 Since the electric double layer capacitor has a large leakage current immediately after the start of charging and its voltage decreases, the power supplied from the power supply device to the load is unstable. Further, in the electric double layer capacitor, the leakage current decreases with the lapse of time after the start of charging, and the leakage current becomes a substantially constant value after a certain period of time, and the power supplied to the load is stabilized. In this configuration, power is supplied from the electric double layer capacitor or the primary battery to the load in accordance with the elapsed time from the start of charging of the electric double layer capacitor in the power supply device. Thereby, electric power can always be stably supplied to the load. Also, if power is always supplied from the primary battery only, the primary battery will be consumed in a short time, but the primary battery will be connected and separated according to the leakage current of the electric double layer capacitor, preventing the primary battery from being consumed and used for a long time. it can.
上記発明において、コントローラは、一定時間が経過後に電気二重層キャパシタと一次電池の間を離間しているときに、電気二重層キャパシタの電圧が設定値未満であれば、スイッチにより電気二重層キャパシタに対して一次電池を接続し、電気二重層キャパシタの電圧が設定値以上であれば、スイッチにより電気二重層キャパシタに対して一次電池を分離する。 In the above invention, when the voltage of the electric double layer capacitor is less than the set value when the controller separates the electric double layer capacitor from the primary battery after a predetermined time has elapsed, the controller switches the electric double layer capacitor to the electric double layer capacitor. On the other hand, when the primary battery is connected and the voltage of the electric double layer capacitor is equal to or higher than the set value, the primary battery is separated from the electric double layer capacitor by the switch.
この構成においては、電気二重層キャパシタの漏れ電流がほぼ一定値になった後は、電気二重層キャパシタの電圧に応じて電気二重層キャパシタまたは一次電池から電力を供給する。これにより、負荷に対して電力を常に安定供給でき、また一次電池の消耗を防止でき長時間使用できる。 In this configuration, after the leakage current of the electric double layer capacitor becomes a substantially constant value, electric power is supplied from the electric double layer capacitor or the primary battery according to the voltage of the electric double layer capacitor. As a result, power can always be stably supplied to the load, and the primary battery can be prevented from being consumed and used for a long time.
この発明の無線センサネットワーク装置は、上記構成の電源装置と、センサと、ＲＦ−ＩＣとを備えている。センサは、環境の変化を検出して検出結果をコントローラに出力する。ＲＦ−ＩＣは、負荷接続部に接続され、アンテナを介して情報を出力する。コントローラは、センサの検出結果をＲＦ−ＩＣに出力させる。 The wireless sensor network device of the present invention includes the power supply device having the above configuration, a sensor, and an RF-IC. The sensor detects a change in the environment and outputs a detection result to the controller. The RF-IC is connected to a load connection unit and outputs information via an antenna. The controller causes the detection result of the sensor to be output to the RF-IC.
この構成においては、無線センサネットワーク装置の起動開始直後でも電源装置から安定して電力が供給されるので、センサの検出結果を安定して出力させることができる。 In this configuration, since the power is stably supplied from the power supply device even immediately after the start of activation of the wireless sensor network device, the detection result of the sensor can be stably output.
この発明によれば、電気二重層キャパシタの充電開始直後や電気二重層キャパシタの電圧が低下したときでも、問題なく負荷に電源供給することができる。 According to the present invention, it is possible to supply power to the load without problems even immediately after the start of charging of the electric double layer capacitor or even when the voltage of the electric double layer capacitor is lowered.
図１は、本発明の実施形態に係る電源装置の構成を示す回路図である。図１に示すように、電源装置１は、太陽電池１１、抵抗１２、ダイオード１３、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）２１、一次電池３１、スイッチ３２、ダイオード３３、コントローラ（ＭＣＵ）４１、および負荷接続部５１を備える。負荷接続部５１には、負荷５２が接続されている。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the power supply device 1 includes a solar cell 11, a resistor 12, a diode 13, an electric double layer capacitor (EDLC) 21, a primary battery 31, a switch 32, a diode 33, a controller (MCU) 41, and a load connection. A unit 51 is provided. A load 52 is connected to the load connection unit 51.
太陽電池１１は、出力端子１１Ａと出力端子１１Ｂを備え、太陽光などの光の照射を受けて発電する。 The solar cell 11 includes an output terminal 11A and an output terminal 11B, and generates power upon irradiation with light such as sunlight.
抵抗１２は、一方の端子が太陽電池１１の出力端子１１Ａに接続され、太陽電池１１から出力される電流を制限する。 The resistor 12 has one terminal connected to the output terminal 11 </ b> A of the solar cell 11 and limits the current output from the solar cell 11.
ダイオード１３は、アノードが抵抗１２の他方の端子に接続され、太陽電池１１に対して外部から電流が流入しないように電流の方向を制限する。 The diode 13 has an anode connected to the other terminal of the resistor 12, and restricts the direction of current so that current does not flow into the solar cell 11 from the outside.
電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）２１は、ダイオード１３のカソードと太陽電池１１の端子１１Ｂに接続され、太陽電池１１が発電した電力（電気エネルギー）を蓄積する。そして、電気二重層キャパシタ２１は、負荷接続部５１に接続された負荷５２に電力を供給する。 The electric double layer capacitor (EDLC) 21 is connected to the cathode of the diode 13 and the terminal 11B of the solar cell 11, and accumulates electric power (electric energy) generated by the solar cell 11. The electric double layer capacitor 21 supplies power to the load 52 connected to the load connection unit 51.
一次電池３１は、電気二重層キャパシタ２１に対して並列接続されている。すなわち、一次電池３１は、プラス端子がスイッチ３２とダイオード３３を介して電気二重層キャパシタ２１の一方の端子に接続され、マイナス端子が電気二重層キャパシタ２１の他方の端子に接続されている。一次電池３１は、スイッチ３２がオンのときに、負荷接続部５１に接続された負荷５２に電力を供給する。 The primary battery 31 is connected in parallel to the electric double layer capacitor 21. That is, the primary battery 31 has a plus terminal connected to one terminal of the electric double layer capacitor 21 via the switch 32 and the diode 33, and a minus terminal connected to the other terminal of the electric double layer capacitor 21. The primary battery 31 supplies power to the load 52 connected to the load connection unit 51 when the switch 32 is on.
スイッチ３２は、一次電池３１のプラス端子と、ダイオード３３のアノードに接続され、電気二重層キャパシタ２１と一次電池３１の間を接続または離間する。 The switch 32 is connected to the positive terminal of the primary battery 31 and the anode of the diode 33, and connects or separates the electric double layer capacitor 21 and the primary battery 31.
ダイオード３３は、カソードが電気二重層キャパシタ２１の一方の端子に接続され、アノードがスイッチ３２に接続され、一次電池３１に対して外部から電流が流入しないように電流の方向を制限する。 The diode 33 has a cathode connected to one terminal of the electric double layer capacitor 21, an anode connected to the switch 32, and restricts the direction of current so that no current flows into the primary battery 31 from the outside.
コントローラ（ＭＣＵ）４１は、電気二重層キャパシタ２１に対して並列接続され、電気二重層キャパシタ２１の電圧を検出する機能、および装置本体の起動後の経過時間を計時する機能を有する。コントローラ４１は、電源装置１本体を起動してからの経過時間、または電気二重層キャパシタの電圧に応じてスイッチ３２を制御する。 The controller (MCU) 41 is connected in parallel to the electric double layer capacitor 21 and has a function of detecting the voltage of the electric double layer capacitor 21 and a function of measuring an elapsed time after the activation of the apparatus main body. The controller 41 controls the switch 32 according to the elapsed time after starting the power supply device 1 main body or the voltage of the electric double layer capacitor.
負荷接続部５１は、電気二重層キャパシタ２１に接続され、電源装置１から電力の供給を受ける負荷５２が接続される。負荷５２は、太陽電池１１、電気二重層キャパシタ２１、および一次電池３１から電力の供給を受ける。 The load connection unit 51 is connected to the electric double layer capacitor 21 and connected to a load 52 that receives power supply from the power supply device 1. The load 52 is supplied with power from the solar cell 11, the electric double layer capacitor 21, and the primary battery 31.
次に、電源装置１の動作について説明する。図４に基づいて説明したように、電気二重層キャパシタは充電開始から一定時間が経過後までは漏れ電流が大きく、また、夜間など太陽電池１１の発電が停止して電気二重層キャパシタ２１を充電できず電圧が低下することがある。これらの場合、電源装置１から負荷５２に供給される電力が不安定となる。 Next, the operation of the power supply device 1 will be described. As described with reference to FIG. 4, the electric double layer capacitor has a large leakage current until a certain time has elapsed from the start of charging, and the electric power generation of the solar cell 11 stops at night and charges the electric double layer capacitor 21. The voltage may drop due to failure. In these cases, the power supplied from the power supply device 1 to the load 52 becomes unstable.
そこで、本発明では、電源装置１本体が起動してからの経過時間または電気二重層キャパシタ２１の電圧に応じてスイッチ３２を制御し、電気二重層キャパシタ２１または一次電池３１から負荷５２に電力を供給する。これにより、電気二重層キャパシタ２１の充電時間や電圧にかかわらず、電源装置１の出力が安定し、負荷５２へ電力を安定供給できる。 Therefore, in the present invention, the switch 32 is controlled in accordance with the elapsed time after the power supply device 1 is started or the voltage of the electric double layer capacitor 21, and power is supplied from the electric double layer capacitor 21 or the primary battery 31 to the load 52. Supply. Thereby, regardless of the charging time and voltage of the electric double layer capacitor 21, the output of the power supply device 1 is stabilized and power can be stably supplied to the load 52.
以下、具体的に説明する。電源装置１本体が起動したときには、太陽電池１１は発電しているものとする。図２は、電源装置１の動作を説明するためのフローチャートである。 This will be specifically described below. It is assumed that the solar cell 11 is generating power when the main body of the power supply device 1 is activated. FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the power supply device 1.
電源装置１は、不図示のタイマにより、設定時間に起動する。また、ユーザが不図示の操作部を操作することでも電源装置１を起動させることが可能である。電源装置１が起動すると、電気二重層キャパシタ２１は太陽電池１１により充電が開始される。 The power supply device 1 is activated at a set time by a timer (not shown). Further, the power supply device 1 can be activated by the user operating an operation unit (not shown). When the power supply device 1 is activated, charging of the electric double layer capacitor 21 is started by the solar cell 11.
また、図２に示すように、コントローラ４１は、電源装置１本体が起動したときには（Ｓ１）、スイッチ３２をオンにする（Ｓ２）。このとき、一次電池３１と負荷接続部５１が接続され、負荷５２には、一次電池３１から電気エネルギー（電力）が供給される。これにより、電源装置１の出力が安定するので、負荷５２を安定して動作させることができる。 As shown in FIG. 2, the controller 41 turns on the switch 32 (S2) when the main body of the power supply device 1 is activated (S1). At this time, the primary battery 31 and the load connection unit 51 are connected, and electric energy (electric power) is supplied from the primary battery 31 to the load 52. Thereby, since the output of the power supply device 1 is stabilized, the load 52 can be stably operated.
コントローラ４１は、前記のように計時機能を備えており、装置本体の起動から一定時間が経過するまでの時間の管理を行う。なお、一定時間は、電源装置１に使用する電気二重層キャパシタ２１の容量や特性に応じて設定する。例えば８時間から１２時間程度に設定する。 The controller 41 has a time measuring function as described above, and manages the time until a certain time elapses from the activation of the apparatus main body. The fixed time is set according to the capacity and characteristics of the electric double layer capacitor 21 used in the power supply device 1. For example, it is set to about 8 to 12 hours.
コントローラ４１は、起動から一定時間が経過した後に（Ｓ３）、スイッチ３２をオフにする（Ｓ４）。このとき、一次電池３１と負荷接続部５１が離間される。電源装置１の起動から一定時間が経過した後では、電気二重層キャパシタ２１の漏れ電流が小さく、電圧が設定値より高くなり、電気二重層キャパシタ２１から負荷５２に電気エネルギー（電力）が安定供給される。そのため、上記のように、一次電池３１と負荷接続部５１を離間しても、負荷接続部５１に接続されている負荷５２には電気二重層キャパシタ２１または太陽電池１１から電気エネルギー（電力）が安定供給される。これにより、電源装置１の出力を常に安定させることができる。 The controller 41 turns off the switch 32 (S4) after a certain period of time has elapsed since activation (S3). At this time, the primary battery 31 and the load connection part 51 are separated. After a certain period of time has elapsed since the power supply device 1 was started, the leakage current of the electric double layer capacitor 21 is small, the voltage becomes higher than the set value, and electric energy (electric power) is stably supplied from the electric double layer capacitor 21 to the load 52. Is done. Therefore, as described above, even if the primary battery 31 and the load connecting portion 51 are separated from each other, the load 52 connected to the load connecting portion 51 receives electric energy (electric power) from the electric double layer capacitor 21 or the solar cell 11. Stable supply. Thereby, the output of the power supply device 1 can always be stabilized.
コントローラ４１は、引き続き電気二重層キャパシタ２１の電圧を監視する。コントローラ４１は、一定時間が経過した後であり一次電池３１が負荷接続部５１と接続されていない状態において、電気二重層キャパシタ２１に蓄えられている電力（電気エネルギー）が少なくなり、電気二重層キャパシタ２１の電圧Ｖｃが設定値Ｖｓ未満であれば（Ｓ５：Ｙ）、スイッチ３２をオンにして、一次電池３１と負荷接続部５１を接続する（Ｓ６）。このとき、負荷５２には、一次電池３１から電力が供給される。また、電気二重層キャパシタ２１の電圧Ｖｃが設定値Ｖｓ以上であれば、スイッチ３２をオフにして、一次電池３１と負荷接続部５１を離間する（Ｓ４）。このとき、負荷５２には、電気二重層キャパシタ２１または太陽電池１１から電力が供給される。 The controller 41 continues to monitor the voltage of the electric double layer capacitor 21. The controller 41 reduces the electric power (electric energy) stored in the electric double layer capacitor 21 in a state in which the primary battery 31 is not connected to the load connection portion 51 after a certain time has elapsed, and the electric double layer If the voltage Vc of the capacitor 21 is less than the set value Vs (S5: Y), the switch 32 is turned on to connect the primary battery 31 and the load connection part 51 (S6). At this time, power is supplied to the load 52 from the primary battery 31. If the voltage Vc of the electric double layer capacitor 21 is equal to or higher than the set value Vs, the switch 32 is turned off and the primary battery 31 and the load connection portion 51 are separated (S4). At this time, power is supplied to the load 52 from the electric double layer capacitor 21 or the solar cell 11.
このように、電源装置１では、電気二重層キャパシタ２１の電圧Ｖｃに応じてスイッチ３２を制御するので、負荷接続部５１の出力を安定させることができる。 Thus, in the power supply device 1, since the switch 32 is controlled according to the voltage Vc of the electric double layer capacitor 21, the output of the load connection unit 51 can be stabilized.
なお、起動から一定時間が経過した時点から電気二重層キャパシタ２１に蓄えられている電気エネルギーが少なくなり、電気二重層キャパシタ２１の電圧が所望の値より低くなる時点までの期間は、電気二重層キャパシタ２１の容量や負荷が消費する電気エネルギーの大きさにもよるが、例えば１日から１０日程度である。 It should be noted that the electric double layer capacitor 21 has a small amount of electric energy stored after a certain period of time has elapsed since the start-up, and until the time when the voltage of the electric double layer capacitor 21 becomes lower than a desired value. Depending on the capacity of the capacitor 21 and the amount of electrical energy consumed by the load, for example, it is about 1 to 10 days.
また、設定値Ｖｓは、電気二重層キャパシタ２１の容量や特性に応じて設定する。 The set value Vs is set according to the capacity and characteristics of the electric double layer capacitor 21.
以上のように構成することで、電源装置１では、電気二重層キャパシタ２１が充電開始直後や電気二重層キャパシタ２１の電圧が所望の値（設定値）よりも低くなったときには、一次電池から電力を供給することで、電源装置１の出力が不安定になることがなく、負荷５２に電力を安定供給できる。 With the configuration described above, in the power supply device 1, the electric double layer capacitor 21 receives power from the primary battery immediately after the start of charging or when the voltage of the electric double layer capacitor 21 becomes lower than a desired value (set value). , The output of the power supply device 1 does not become unstable, and the power can be stably supplied to the load 52.
次に、電源装置１の応用例を説明する。図３は、本発明の実施形態に係る無線センサネットワーク装置の構成を示す回路図である。図３に示すように、上記構成の電源装置１において、負荷接続部５１に接続する負荷として、ＲＦ−ＩＣ５２１を接続し、コントローラ４１にセンサ５２３を接続することで、無線センサネットワーク装置２として使用できる。 Next, an application example of the power supply device 1 will be described. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the wireless sensor network device according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the power supply device 1 having the above-described configuration, the RF-IC 521 is connected as a load connected to the load connection unit 51, and the sensor 523 is connected to the controller 41, so that the wireless sensor network device 2 is used. it can.
センサ５２３は、自励式センサでなく他励式センサであることが好ましく、他励式であることにより、消費電力を小さくできる。センサ５２３は、環境の変化を検出して検出結果をコントローラに出力する。センサ５２３は、例えば、周囲の照度を検出して、コントローラ４１にその検出結果を出力する照度センサを用いることができる。 The sensor 523 is preferably not a self-excited sensor but a separately-excited sensor, and can be reduced in power consumption by being separately-excited. The sensor 523 detects an environmental change and outputs a detection result to the controller. As the sensor 523, for example, an illuminance sensor that detects ambient illuminance and outputs the detection result to the controller 41 can be used.
コントローラ４１は、センサ５２３が検出した結果をＲＦ−ＩＣ５２１に出力する。 The controller 41 outputs the result detected by the sensor 523 to the RF-IC 521.
ＲＦ−ＩＣ５２１は、アンテナ５２２を介して無線通信を行い、通信装置５へセンサ５２３の検出結果などの情報を送信する。 The RF-IC 521 performs wireless communication via the antenna 522 and transmits information such as the detection result of the sensor 523 to the communication device 5.
通信装置５は、アンテナ５６で受信したセンサ５２３の検出結果などの情報を不図示の表示部に表示させる。また、通信装置５は、センサ５２３の検出結果などの情報に基づいた処理を行う。 The communication device 5 displays information such as the detection result of the sensor 523 received by the antenna 56 on a display unit (not shown). Further, the communication device 5 performs processing based on information such as the detection result of the sensor 523.
無線センサネットワーク装置２は、電源装置１を備えているので、電気二重層キャパシタ２１の充電開始からの経過時間や電圧にかかわらず、電源装置１の出力が安定している。そのため、無線センサネットワーク装置２は、安定して動作する。 Since the wireless sensor network device 2 includes the power supply device 1, the output of the power supply device 1 is stable regardless of the elapsed time or voltage from the start of charging of the electric double layer capacitor 21. Therefore, the wireless sensor network device 2 operates stably.
１…電源装置
２…無線センサネットワーク装置
５…通信装置
１１…太陽電池（発電部）
１２…抵抗
１３、３３…ダイオード
２１…電気二重層キャパシタ
３１…一次電池
３２…スイッチ
４１…コントローラ
５１…負荷接続部
５２…負荷
５２１…ＲＦ−ＩＣ
５２２、５６…アンテナ
５２３…センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply device 2 ... Wireless sensor network device 5 ... Communication apparatus 11 ... Solar cell (power generation part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Resistance 13, 33 ... Diode 21 ... Electric double layer capacitor 31 ... Primary battery 32 ... Switch 41 ... Controller 51 ... Load connection part 52 ... Load 521 ... RF-IC
522, 56 ... Antenna 523 ... Sensor
Claims (4)
前記発電部が発電した電力を蓄積する電気二重層キャパシタと、
前記電気二重層キャパシタに接続され、電力の供給を受ける負荷が接続される負荷接続部と、
前記負荷接続部に接続された負荷に電力を供給する一次電池と、
前記負荷接続部と前記一次電池を接続または離間するスイッチと、
前記電気二重層キャパシタの電圧を検出する機能、および装置本体の起動後の経過時間を計時する機能を有し、前記装置本体が起動してからの経過時間または前記電気二重層キャパシタの電圧に応じて前記スイッチを制御するコントローラとを備えた電源装置。 A power generation unit,
An electric double layer capacitor for storing electric power generated by the power generation unit;
A load connection portion connected to the electric double layer capacitor and connected to a load receiving power supply;
A primary battery for supplying power to a load connected to the load connection unit;
A switch for connecting or separating the load connection unit and the primary battery;
It has a function of detecting the voltage of the electric double layer capacitor and a function of measuring the elapsed time after starting the apparatus main body, depending on the elapsed time after starting the apparatus main body or the voltage of the electric double layer capacitor And a controller for controlling the switch.
前記電気二重層キャパシタの電圧が設定値未満であれば、前記スイッチにより前記負荷接続部と前記一次電池を接続し、
前記電気二重層キャパシタの電圧が設定値以上であれば、前記スイッチにより前記負荷接続部と前記一次電池を離間する、請求項２に記載の電源装置。 When the controller separates the load battery from the primary battery after the predetermined time has elapsed,
If the voltage of the electric double layer capacitor is less than a set value, the switch and the primary battery are connected by the switch,
The power supply device according to claim 2, wherein when the voltage of the electric double layer capacitor is equal to or higher than a set value, the load connection portion and the primary battery are separated by the switch.
環境の変化を検出して検出結果を前記コントローラに出力するセンサと、
前記負荷接続部に接続され、アンテナを介して情報を他の通信装置に出力するＲＦ−ＩＣとを備え、
前記コントローラは、前記センサの検出結果を前記ＲＦ−ＩＣに出力させる、無線センサネットワーク装置。 A power supply device according to any one of claims 1 to 3,
A sensor that detects a change in the environment and outputs a detection result to the controller;
An RF-IC connected to the load connection unit and outputting information to another communication device via an antenna;
The wireless sensor network device, wherein the controller causes the RF-IC to output a detection result of the sensor.
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