JP2015061477A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の稼働状況に応じて、簡易電源装置の発電状態と蓄電池の充電状態により、発電電力や充電電力の負荷への給電を途切れさせることなく効率よく行うことが可能な電源装置を提供する。【解決手段】電源装置１０は、太陽電池パネル１が給電可能なとき、発電電力を負荷６に給電するように制御する第１制御態様と、第１制御態様において発電電力が消費電力より大きくかつ蓄電池４が充電可能なとき、負荷６に給電する発電電力の残りの電力で蓄電池４を充電するように制御する第２制御態様と、太陽電池パネル１が給電可能であるが発電電力が消費電力より小さく、かつ蓄電池４が放電可能なとき、太陽電池パネル１の発電電力及び蓄電池４からの放電電力を負荷６に給電するように制御する第３制御態様と、太陽電池パネル１が給電不能で、蓄電池４が放電可能なとき、蓄電池４からの放電電力を負荷６に給電するように制御する第４制御態様を、主制御部２１等の制御により行う。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池パネル等の簡易発電装置の発電電力と蓄電池の充電電力を負荷に供給する電源装置に関する。

従来、この種の電源装置としては、例えば特許文献１に示すように、太陽電池パネルが発電する電力を負荷へ供給しながら二次電池を充電し、二次電池からの電力を負荷へ供給する電源システムが開示されている。この電源システムは、太陽電池と、直流電力変換器と、二次電池である組電池と、直流電力変換器と組電池との間に介在する充電スイッチおよび放電スイッチとを有し、直流電力変換器の出力電圧が第１の設定値以上であることが第２の設定値の時間継続したとき充電スイッチ１３を短絡し、組電池の充電電流が第３の設定値以下であることが第４の設定値の時間継続したとき、又は組電池の電圧が第１の設定値より大きい第５の設定値以上のとき充電スイッチ１３を開放する充電制御を行うようになっている。また、この電源システムは、組電池の電圧が第６の設定値以上のとき放電スイッチを短絡し、組電池の電圧が第６の設定値より小さい第７の設定値以下のとき放電スイッチを開放する放電制御も行うようになっている。

ところで、上記のような電源システムにおいては、太陽電池の発電電力や負荷の消費電力の変動が大きく、太陽電池の発電電力と負荷の消費電力との大小が変動しやすくなるような場合には、太陽電池の発電電力を負荷に給電できるかできないかが変化し、発電電力で蓄電池に充電できるか、また蓄電池からの放電が必要なのか否かも常に変化するが、その場合に常に負荷への円滑な給電を行えるのか否かが問題となる。このような場合に、上記従来例によれば、どのような時に太陽電池の発電電力をのみを負荷に給電するか、蓄電池の放電電力のみを負荷に給電するか、あるいは太陽電池の電力と蓄電池の放電電力とを組み合わせるのかについて考慮されていない。そのため、従来例では、太陽電池の発電電力や負荷の消費電力の変動が大きい場合に、太陽電池の発電電力と蓄電池の充電電力の負荷への円滑な供給や、蓄電池への効率よい充電を行うことができないという問題がある。

特開２００８−１３１７１０号公報

本発明は、上記問題を解決しようとするものであり、負荷の稼働状況に応じて、簡易電源装置の発電状態と蓄電池の充電状態により、発電電力や充電電力の負荷への給電を途切れさせることなく効率よく行うことが可能な電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の特徴は、簡易発電装置で発電された電力と、蓄電池に充電された電力を利用して、負荷を駆動させる電源装置であって、簡易発電装置の発電電圧と電流を検出する発電電圧電流検出手段と、発電電圧電流検出手段により検出された発電電圧と電流とから発電電力を演算する発電電力演算手段と、発電電圧電流検出手段により検出された発電電圧が負荷へ給電可能な値か否かを判定する給電判定手段と、蓄電池の充電量を検出する充電量検出手段と、蓄電池が充電可能状態か否かを判定する充電判定手段と、蓄電池が放電可能状態か否かを判定する放電判定手段と、負荷の消費電力を検出する消費電力検出手段と、簡易発電装置の発電電力と消費電力との大きさを比較する電力値比較手段と、給電判定手段から給電可能との判定結果を受け、電力値比較手段により発電電力の方が大きいとの判定結果を受けたとき、発電電力を負荷に給電するように制御する第１制御態様と、第１制御態様において、さらに充電判定手段により充電可能であるとの判定結果を受けたとき、発電電力を負荷に給電すると共に、発電電力の残りの電力で蓄電池を充電するように制御する第２制御態様と、給電判定手段から給電可能との判定結果を受け、電力値比較手段により消費電力の方が大きいとの判定結果を受け、さらに放電判定手段により放電可能であるとの判定結果を受けたとき、発電電力及び蓄電池の放電電力を負荷に給電するように制御する第３制御態様と、給電判定手段から給電不可能との判定結果を受け、放電判定手段により放電可能であるとの判定結果を受けたとき、蓄電池の放電電力を負荷に給電するように制御する第４制御態様と、の４つの制御態様を連続して行う電力制御装置と、を備えたことにある。なお、簡易発電装置としては、太陽電池パネルの他、風力発電装置、小規模水力発電装置等の小規模な発電装置がある。

上記のように構成した本発明においては、負荷が稼働状態にあるとき、給電判定手段により簡易発電装置が給電可能であると判定され、電力値比較手段により発電電力が負荷の消費電力より大きいと判定されると、電力制御装置は、第１制御態様を実行することにより、簡易発電装置の発電電力を負荷に給電することができる。さらに、充電判定手段により蓄電池が充電可能状態であると判定されると、電力制御装置は、第２制御態様を実行することにより、発電電力を負荷に給電することに加えて、残りの発電電力で蓄電池を充電することができる。

また、給電判定手段により簡易発電装置が給電可能であると判定され、電力値比較手段により発電電力が負荷電力より小さいと判定され、さらに放電判定手段により蓄電池が放電可能状態であると判定されると、電力制御装置は、第３制御態様を実行することにより、簡易発電装置の発電電力及び蓄電池からの放電電力を合わせて負荷に給電することができる。

また、給電判定手段により簡易発電装置が給電不可能と判定され、放電判定手段により蓄電池が放電可能であると判定されると、電力制御装置は、第４制御態様を実行することにより、蓄電池からの放電電力のみを負荷に給電することができる。

また、本発明において、負荷の稼働状態を検出する負荷状態検出手段を設け、電力制御装置が、負荷状態検出手段から非稼働状態であるとの検出結果を受けたとき、給電判定手段から給電可能との判定結果を受け、さらに充電判定手段により充電可能であるとの判定結果を受けたとき、簡易発電装置からの発電電力を蓄電池で充電する第５制御態様を行う、ことが好ましい。本発明によれば、負荷が非稼働状態であるときは、簡易発電装置が給電可能でかつ充電判定手段により蓄電池が充電可能であると判定されると、第５制御態様が実行されて、簡易発電装置の発電電力を無駄にすることなく蓄電池を充電することができる。このように、蓄電池の充電電力が効率よく増やされるため、負荷が稼働状態になったときに、負荷への一層安定した給電が確保される。

以上に説明したように、本発明においては、負荷が稼働状態にあるときは、簡易発電装置の発電状態と蓄電池の充電状態に応じて、電力制御装置の制御に基づいて第１、第２、第３及び第４制御態様が連続して実行されることにより、負荷に適正に電力を供給すると共に、蓄電池の適正な充電状態を確保することができる。また、負荷が非稼働状態のときは、簡易発電装置の発電状態と蓄電池の充電状態に応じて、電力制御装置の制御に基づいて第５制御態様が実行されることにより、蓄電池の適正な充電状態を確保することができ、負荷が稼働状態になったときの負荷への一層安定した給電が確保される。その結果、本発明によれば、負荷の変動が大きい場合でも、可能な限り途切れさせることなく負荷への電力供給が可能になる。

本発明においては、負荷の稼働状況に応じて、簡易電源装置の発電状態と蓄電池の充電状態により、負荷への給電を、簡易電源装置の発電電力や蓄電池の充電電力を無駄にすることなく効率よく行うことができ、負荷の変動が大きい場合でも、可能な限り途切れさせることなく負荷への電力供給が可能になる。

本発明の一実施例である電源装置の概略構成を示すブロック回路図である。 同電源装置の主制御部により実行される「給電制御プログラム」のフローチャートの一部である。 同「給電制御プログラム」のフローチャートの一部である。 同「給電制御プログラム」のフローチャートの一部である。 同「給電制御プログラム」のフローチャートの一部である。 同「給電制御プログラム」のフローチャートの一部である。 同電源装置の給電制御部により実行される「充電制御プログラム」のフローチャートである。 同電源装置の表示制御部により実行される「表示制御プログラム」のフローチャートである。 同電源装置の主制御部により実行される「太陽電池状態監視プログラム」のフローチャートである。 同電源装置の主制御部により実行される「蓄電池状態監視プログラム」のフローチャートである。 同電源装置の主制御部により実行される「負荷状態監視プログラム」のフローチャートである。 実施例２に係る電源装置と太陽電池パネルと蓄電池とを組み込んだハイブリッド車等のための充電機能付きカーポートを示す側面図である。 同充電機能付きカーポートを示す正面端面図である。 同充電機能付きカーポートを示す図１２のＸ−Ｘ線方向の示すＸ−Ｘ線方向図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、一実施例である太陽電池パネル１の発電電力と蓄電池４の充電電力を利用して電力変動の大きな負荷６を稼働させるための電源装置の概略構成をブロック図により示したものである。このような負荷６としては、電力会社からの電力系統を利用できない地域において使用される例えば水浄化装置のようなものがある。太陽電池パネル１は、太陽電池を保護するためのブレーカ、逆流防止ダイオード、アレスタ等を含むターミナルボックス２を経て、電源装置１０に接続されている。蓄電池４は、電源装置１０の充電スイッチ１３、放電スイッチ１４に接続されている。負荷６は、電源装置１０の出力側のインバータ１９に接続されており、オン及びオフにより稼働開始及び停止を手動で切り替え可能な負荷稼働スイッチ６ａを設けている。ただし、負荷稼働スイッチ６ａについては、オン・オフの切り替えが電気的に行われるものとすることも可能である。この場合、オン・オフの切り替えは、予め決められたプログラムに沿って主制御部２１の制御により自動的に行われるようにすることも可能である。また、負荷６については、内部の機器の稼働状態に応じて負荷電力が変動するようになっている。

電源装置１０は、太陽電池パネル１のターミナルボックス２出力側での電圧Ｖｓと電流Ｉｓを検出するＶ，Ｉ検出器１１を設けており、Ｖ，Ｉ検出器１１の出力は、給電スイッチ１２と充電スイッチ１３、さらに給電制御部１６に並列に接続されている。給電スイッチ１２は、他端側が昇圧型のスイッチング電源回路１８に接続されており、太陽電池パネル１からの発電電力の負荷６への給電開始と停止をオン，オフにより切り替えるものである。充電スイッチ１３は、他端側が蓄電池４に接続されており、太陽電池パネル１からの発電電力による蓄電池４の充電開始と停止をオン，オフにより切り替えるものである。

また、電源装置１０は、放電スイッチ１４を設けている。放電スイッチ１４は、他端側が給電スイッチ１２の他端側に接続されており、蓄電池４の充電電力の負荷６への放電開始と停止をオン，オフにより切り替えるものである。これにより、太陽電池パネル１の発電電力と蓄電池４の放電電力が、給電スイッチ１２と放電スイッチ１４の他端側で合流可能になる。電源装置１０は、蓄電池４の充電量を検出する充電量検出器１５を設けており、充電量検出器１５の出力は、給電制御部１６に接続されている。

給電制御部１６は、Ｉ／Ｏ，ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等を含むマイクロコンピュータ等により構成されており、その入出力端子に後述する主制御部２１が接続されている。給電制御部１６は、主制御部２１の指令により、給電スイッチ１２、充電スイッチ１３及び放電スイッチ１４のオン, オフを制御するものであり、太陽電池パネル１の発電電力の負荷６への給電と蓄電池４の充電放電を制御するものである。

スイッチング電源回路１８は、太陽電池パネル１からの直流電圧１４０ｖ〜３２０ｖを、３２０ｖに昇圧して出力する。スイッチング電源回路１８には三相又は単相インバータ１９が接続されている。インバータ１９は、スイッチング電源回路１８からの電圧３２０ｖの直流電力を三相２００ｖ、単相２００ｖあるいは１００Ｖ等の交流電力に変換して負荷６に出力するものである。

主制御部２１は、給電制御部１６と共に電力制御装置を構成するもので、Ｉ／Ｏ，ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等を含むマイクロコンピュータ等により構成されており、その入出力端子には負荷稼働スイッチ６ａ、給電制御部１６、スイッチング電源回路１８、インバータ１９、及び表示制御部２３が接続されている。主制御部２１は、ＲＯＭに記憶された、図２〜図６に示す「給電制御プログラム」、図７に示す「充電制御プログラム」、図８に示す「表示制御プログラム」、図９に示す「太陽電池状態監視プログラム」、図１０に示す「蓄電池状態監視プログラム」及び図１１に示す「負荷状態監視プログラム」を、給電制御部１６、スイッチング電源回路１８、インバータ１９、及び表示制御部２３との協働により実行するようになっている。

表示制御部２３は、Ｉ／Ｏ，ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等を含むマイクロコンピュータ等により構成されており、主制御部２１の指令により、太陽電池パネル１の発電量、負荷６の消費電力値、蓄電池４への充電電力、蓄電池４の充電量、さらに電源装置１０の運転中に発生する種々の警告等の情報を表示装置２４に表示するように制御を行うものである。表示装置２４は液晶パネル等の視覚的な表示手段である。

次に、実施例の動作について説明する。
電源装置１０の電源スイッチをオンにすることにより、主制御部２１は、給電制御部１６及び表示制御部２３と共に「給電制御プログラム」の実行及び、「充電制御プログラム」、「表示制御プログラム」、「太陽電池状態監視プログラム」、「蓄電池状態監視プログラム」、及び「負荷状態監視プログラム」の割り込み実行を開始する。同時に、負荷稼働スイッチ６ａがオンにされ、負荷６が稼働を開始する。このとき、天候は晴天状態にあり、太陽電池パネル１は、後述する中間電圧Ｖｓｔより高い電圧で発電状態にあるものとする。また、蓄電池４も、満充電に近い充電状態にあるものとする。図２に示すステップ３０にて「給電制御プログラム」の実行が開始され、初期状態として給電スイッチ１２、充電スイッチ１３及び放電スイッチ１４がオフにされており、太陽電池フラグＳＰＦ、蓄電池フラグＢＡＦ、及び負荷フラグＬＯＦが読み込まれる（Ｓ３１〜３２）。各フラグの読み込みは、主制御部２１において常に行われている。なお、大文字Ｓはプログラムのステップを示すもので、以下同様である。

太陽電池フラグＳＰＦは、太陽電池パネル１の発電状態を示すものであり、発電電圧Ｖｓが最小電圧Ｖｓｍｉｎより小さく、負荷６への給電が不能状態のときは「０」を、給電可能であるが中間電圧Ｖｓｔより小さく、蓄電池４への低電流充電が可能なときは「１」を、中間電圧Ｖｓｔ以上で蓄電池４への高電流充電が可能なときは「２」で表すものとする。蓄電池フラグＢＡＦは、蓄電池４の充電状態を示すもので、低充電容量Ｖｍｉｎより小さくて放電不能なときは「０」を、Ｖｍｉｎ以上で放電可能なときは「１」を、高充電容量Ｖｍａｘでこれ以上充電が不能な満充電状態を「２」で表すものとする。負荷フラグＬＯＦは、負荷６の稼働状態を示すもので、負荷稼働スイッチ６ａがオフで負荷６が稼働していないときは「０」を、負荷稼働スイッチ６ａがオンで負荷６が稼働中のときは「１」で表すものとする。

太陽電池パネル１の稼働状態については、主制御部２１が「太陽電池状態監視プログラム」を割り込み実行することにより、常に監視されている。図９に示す「太陽電池状態監視プログラム」の実行はＳ１００にて開始され、発電電圧Ｖｓが検出され、最小電圧Ｖｓｍｉｎ以上か否かが判定される（Ｓ１０１，１０２）。発電電圧Ｖｓが最小電圧Ｖｓｍｉｎより小さいときは、太陽電池フラグＳＰＦが「０」にされて、プログラムはＳ１００に戻される（Ｓ１０３，１０４）。発電電圧Ｖｓが最小電圧Ｖｓｍｉｎ以上のときは、次に中間電圧Ｖｓｔ以上か否かが判定される（Ｓ１０５）。発電電圧Ｖｓが中間電圧Ｖｓｔより小さいときは、太陽電池フラグＳＰＦが「１」にされて、プログラムはＳ１００に戻される（Ｓ１０６，１０４）。また、発電電圧Ｖｓが中間電圧Ｖｓｔ以上のときは、太陽電池フラグＳＰＦが「２」にされて、プログラムはＳ１００に戻される（Ｓ１０７，１０４）。

蓄電池４の充電状態については、主制御部２１が「蓄電池状態監視プログラム」を割り込み実行することにより、常に監視されている。図１０に示す「蓄電池状態監視プログラム」の実行はＳ１１０にて開始され、充電電圧Ｖｂが検出され、最小電圧Ｖｂｍｉｎ以上か否かが判定される（Ｓ１１１，１１２）。充電電圧Ｖｂが最小電圧Ｖｂｍｉｎより小さいときは、蓄電池フラグＢＡＦが「０」にされて、プログラムはＳ１１０に戻される（Ｓ１１３，１１４）。充電電圧Ｖｂが最小電圧Ｖｂｍｉｎ以上のときは、次に満充電電圧Ｖｂｍａｘ以上か否かが判定される（Ｓ１１５）。充電電圧Ｖｂが満充電電圧Ｖｂｍａｘより小さいときは、蓄電池フラグＢＡＦが「１」にされて、プログラムはＳ１１０に戻される（Ｓ１１６，１１４）。また、充電電圧Ｖｂが満充電電圧Ｖｂｍａｘ以上のときは、蓄電池フラグＢＡＦが「２」にされて、プログラムはＳ１１０に戻される（Ｓ１１７，１１４）。

負荷６の稼働状態については、主制御部２１が「負荷状態監視プログラム」を割り込み実行することにより、常に監視されている。図１１に示す「負荷状態監視プログラム」の実行はＳ１２０にて開始され、負荷稼働スイッチ６ａがオンにされて負荷６が稼働状態となっているか、オフにされて停止状態となっているかが判定される（Ｓ１２１）。負荷６が稼働状態にないときは、負荷フラグＬＯＦが「０」にされて、プログラムはＳ１２０に戻される（Ｓ１２２，１２３）。負荷６が稼働状態のときは、負荷フラグＬＯＦが「１」にされて、プログラムはＳ１２０に戻される（Ｓ１２４，１２３）。

「給電制御プログラム」の実行においては、さらに負荷フラグＬＯＦが０か否かが判定される。ここでは、負荷稼働スイッチ６ａがオンにされており、負荷フラグは「１」にされているので、主制御部２１は「ＮＯ」と判定し（Ｓ３３）、次に太陽電池状態フラグＳＰＦが０か否かを判定する。ここでは、太陽電池パネル１の発電電圧は十分に高く、太陽電池フラグＳＰＦが「２」であるので、主制御部２１は「ＮＯ」と判定し（Ｓ３４）、給電スイッチ１２をオンにさせる（Ｓ３５）。これにより、太陽電池パネル１の発電電力がスイッチング電源回路１８及びインバータ１９において三相２００Ｖに変換されて、負荷６に供給される。つづいて、主制御部２１は、太陽電池パネル１の発電電圧及び電流を読み込んで発電電力Ｗｓを演算し、さらに負荷６における消費電力Ｗ_Ｌをインバータ１９を通して読み込んで、発電電力Ｗｓと消費電力Ｗ_Ｌの大小を比較する（Ｓ３６〜Ｓ３８）。

現状では、発電電力Ｗｓが十分に大きいので、プログラムはＳ３９に移され、蓄電池４の充電状態が満充電（ＢＡＦ＝２）か否かが判定される（Ｓ３９）。現在は、蓄電池４はまだ満充電状態ではないのでプログラムはＳ４０に移され、充電スイッチ１３がオンにされると共に放電スイッチ１４がオフにされて（Ｓ４０，Ｓ４１）、太陽電池パネル１の負荷６への給電の余剰電力によって蓄電池４の充電が行われる。

主制御部２１が、「給電制御プログラム」の実行中に、主制御部２１の制御に従って給電制御部１６は「充電制御プログラム」の割り込み実行を図７のＳ７０にて開始している。充電スイッチ１３がオンされたと判定されると（Ｓ７１）、続いて蓄電池４が満充電状態（ＢＡＦ＝２）か否かが判定される（Ｓ７２）。まだ蓄電池４が満充電状態（ＢＡＦ＝２）にはないので、「ＮＯ」と判定されてプログラムはＳ７３に移される。続いて太陽電池パネル１の発電状態が、発電電圧Ｖｓが最小電圧Ｖｓｍｉｎ以下であって負荷６への給電が不能状態（ＳＰＦ＝０）か、給電可能であるが中間電圧Ｖｓｔ以下であって蓄電池４への低電流充電が可能状態（ＳＰＦ＝１）か、中間電圧Ｖｓｔ以上で蓄電池４への高電流充電が可能な状態か（ＳＰＦ＝２）が判定される（Ｓ７３，Ｓ７５）。

ここでは高電流充電可能な状態なので、ＳＰＦ＝２と判定され（Ｓ７３）、高電流充電が実行される（Ｓ７４）。なお、太陽電池パネル１の発電状態が低下して低電流充電状態になると、ＳＰＦ＝１と判定され（Ｓ７３，Ｓ７５）、低電流充電が実行される（Ｓ７６）。高電流充電あるいは低電流充電状態が続く間に、天候の悪化等により、太陽電池パネル１の発電状態が大幅に低下し、給電不能状態（ＳＰＦ＝０）と判定されると（Ｓ７３，Ｓ７５，Ｓ７７）、プログラムはＳ７０に戻される。

また、主制御部２１が、「給電制御プログラム」の実行中に、主制御部２１の制御に従って表示制御部２３は「表示制御プログラム」の割り込み実行を図８のＳ８０にて開始し、太陽電池パネル１の発電電力値を受信すると、表示装置２４に発電電力値の表示を行い（Ｓ８１，Ｓ８２）、受信していないときは次に移る（Ｓ８３）。同様に、表示制御部２３は、負荷６で消費される消費電力値を受信すると表示装置２４に表示させ（Ｓ８３，Ｓ８４）、蓄電池４の充電電力値を受信すると表示装置２４に表示させ（Ｓ８５，Ｓ８６）、蓄電池４の充電量を受信すると表示装置２４に表示させ（Ｓ８７，Ｓ８８）、蓄電池４の放電電力値を受信すると表示装置２４に表示させる（Ｓ８９，Ｓ９０）。さらに、表示制御部２３は、電源装置１０の運転において生じる警告事項を受信すると、これを表示装置２４に表示させ（Ｓ９１，Ｓ９２）、プログラムの実行をＳ８０に戻す（Ｓ９３）。

太陽電池パネル１の発電電力による負荷６への給電とその余剰電力による蓄電池４の充電が行われている間に、蓄電池４が満充電（ＢＡＦ＝２）であるか否かが判定され、太陽電池パネル１が給電可能な状態であるか（フラグＳＰＦが０か否か）が判定され、さらに、発電電力Ｗｓが消費電力Ｗ_Ｌより大きいか否かが判定されている（Ｓ４２，Ｓ４３，Ｓ４４）。蓄電池４が満充電状態（ＢＡＦ＝２）にはなく、太陽電池パネル１が給電可能な状態であり、さらに、発電電力Ｗｓが消費電力Ｗ_Ｌより大きいと判定されている間は、発電電力による負荷６への給電とその余剰電力による蓄電池４の充電が続けて行われる。つまり、主制御部２１による［第２制御態様］が実行される。

ここで、蓄電池４が満充電（ＢＡＦ＝２）であると判定されると（Ｓ４２）、充電スイッチ１３がオフにされ発電電力による蓄電池４の充電が停止される（Ｓ４５）。また、太陽電池パネル１が天候の変化等により給電不可能な状態と判定されると（Ｓ４３）、給電スイッチ１２がオフにされて発電電力の負荷６への供給が停止され（Ｓ４６）、充電スイッチ１３がオフにされ発電電力による蓄電池の充電が停止される（Ｓ４５）。また、発電電力Ｗｓが消費電力Ｗ_Ｌより小さいと判定されると（Ｓ４４）、充電スイッチ１３がオフにされ発電電力による蓄電池４の充電が停止される（Ｓ４５）。この場合、プログラムはＳ３２に戻されて、以下のプログラムの実行が同様に行われる。

一方、上記Ｓ３８において発電電力Ｗｓが消費電力Ｗ_Ｌより大きいと判定されている間に、蓄電池４の充電状態が満充電（ＢＡＦ＝２）と判定された場合は（Ｓ３９）、発電電力によるこれ以上の充電はできないので、「ＹＥＳ」と判定されてプログラムはＳ３２に戻される。すなわち、太陽電池パネル１の発電電力は負荷６へのみ給電されて、蓄電池４の充電は行われないことになる。つまり、主制御部２１により［第１制御態様］が実行される。

一方、上記Ｓ３８での発電電力Ｗｓと消費電力Ｗ_Ｌの大小の比較において、消費電力Ｗ_Ｌが発電電力Ｗｓより大きいと判定されると、続いて蓄電池４が放電不能状態（ＢＡＦ＝０）か否かが判定される（Ｓ４７）。現状では、蓄電池４はまだ満充電状態に近いので、プログラムは図４に示すＳ４８に移され、放電スイッチ１４がオンにされて、蓄電池４の放電電力が太陽電池パネル１の発電電力と合わせて負荷６に給電される。つまり、主制御部２１による［第３制御態様］が実行される。

太陽電池パネル１の発電電力と蓄電池４の放電電力による負荷６への給電が行われている間に、蓄電池４が放電不能状態（ＢＡＦ＝０）であるか否かが判定され、太陽電池パネル１が給電可能な状態であるか否か（ＳＰＦ＝０か否か）が判定され、さらに、発電電力Ｗｓが消費電力Ｗ_Ｌより大きいか否かが判定されている（Ｓ４９，Ｓ５０，Ｓ５１）。蓄電池４が放電不能状態（ＢＡＦ＝０）にはなく、太陽電池パネル１が給電可能な状態であり、さらに、発電電力Ｗｓが消費電力Ｗ_Ｌより小さいと判定されている間は、発電電力と放電電力による負荷６への給電が続けて行われる。

ここで、蓄電池４が放電不能状態（ＢＡＦ＝０）になったと判定されると（Ｓ４９）、放電スイッチ１４がオフにされて蓄電池４から負荷６への放電が停止される（Ｓ５２）。また、太陽電池パネル１が天候の変化等により給電不可能な状態（ＳＰＦ＝０）と判定されると（Ｓ５０）、給電スイッチ１２がオフにされて発電電力の負荷６への供給が停止（Ｓ５３）、放電スイッチ１４がオフにされ蓄電池４から負荷６への放電が停止される（Ｓ５２）。また、発電電力Ｗｓが消費電力Ｗ_Ｌより大きくなっていると判定されると（Ｓ５１）、放電スイッチ１４がオフにされ蓄電池４から負荷６への放電が停止される（Ｓ５２）。これらの場合、プログラムはＳ３２に戻されて、以下のプログラムの実行が同様に行われる。

また、上記Ｓ３８での発電電力Ｗｓと消費電力Ｗ_Ｌの大小の比較において、消費電力Ｗ_Ｌが発電電力Ｗｓより大きいと判定され、続いて蓄電池４が放電不能状態（ＢＡＦ＝０）と判定されると（Ｓ４７）、給電スイッチ１２と放電スイッチ１４がオフにされ（Ｓ５４，Ｓ５５）、プログラムはＳ３２に戻される。つまり、太陽電池パネル１の発電電力も蓄電池４の放電電力も不十分なため、負荷６に給電されることがない。

上記「給電制御プログラム」の実行中に、Ｓ３４において太陽電池パネル１の発電電圧が低下して給電不能状態（ＳＰＦ＝０）であると判定されると、プログラムは図５のＳ５６に移されて、蓄電池４が放電可能か否かが判定される。ここでは、蓄電池４は充電容量が大きくＢＡＦが０ではないので、放電スイッチ１４がオンにされる（Ｓ５７）。これにより、太陽電池パネル１の発電電圧の給電はできないが、蓄電池４の充電電力が放電されて負荷６に給電される。つまり、主制御部２１による[第４制御態様]が実行される。この蓄電池４の放電中においては、蓄電池４が放電可能かが判定されると共に太陽電池パネル１が給電不能状態であるかが判定されている（Ｓ５８，Ｓ５９）。蓄電池４の放電中において、蓄電池４が充電不足によって放電不能状態（ＢＡＦ＝０）になると、放電スイッチ１４がオフにされて（Ｓ５８，Ｓ６０）、プログラムはＳ３２に戻される。

また、蓄電池４の放電中において、太陽電池パネル１が給電可能状態になると、その発電電力により負荷６への給電が可能になるので、放電スイッチ１４がオフにされて（Ｓ５９，Ｓ６０）、プログラムはＳ３２に戻され、以後のステップの処理が続けられる。なお、Ｓ３４において太陽電池パネル１が給電不能状態（ＳＰＦ＝０）であると判定され、さらに蓄電池４も放電不能（ＢＡＦ＝０）と判定されると（Ｓ５６，Ｓ６１）、プログラムはＳ３０に戻されて以下のステップが実行される。

上記「給電制御プログラム」の実行中に、負荷６の予定の稼働が終了し、負荷稼働スイッチ６ａがオフにされると、負荷フラグＬＯＦが０と判定されて（Ｓ３３）、プログラムは図６のＳ６２に移されて、太陽電池パネル１が給電可能状態である否かが判定される。現状は、太陽電池パネル１が高い電圧で発電状態であるため、給電可能な状態にありＳＰＦ＝０ではないと判定され（Ｓ６２）、つづいて、蓄電池４が充電可能か否かが判定される（Ｓ６３）。蓄電池４が満充電状態ではないとＢＡＦ＝２ではないと判定され（Ｓ６３）、充電スイッチ１３がオンにされる（Ｓ６４）。その結果、負荷６が稼働停止中には、太陽電池パネル１の発電電力で蓄電池４が充電される。つまり、主制御部２１により［制御態様５］が実行される。［制御態様５］が実行されることにより、蓄電池４への充電が無駄なく行われるため、負荷６が稼働されるようになったとき、負荷６への給電が一層安定して行われるようになる。この蓄電池４の充電中においては、蓄電池４が充電可能か太陽電池パネル１が給電不能状態であるかが判定され続けている（Ｓ６５，Ｓ６６）。

蓄電池４の充電中において、蓄電池４が満充電状態（ＢＡＦ＝２）となってこれ以上の充電が不能になると、充電スイッチ１３がオフにされて（Ｓ６５，Ｓ６７）、プログラムはＳ３２に戻される。また、蓄電池４の充電中において、太陽電池パネル１が給電不能状態になると、その発電電力による蓄電池４の充電が不可能になるので、充電スイッチ１３がオフにされて（Ｓ６６，Ｓ６７）、プログラムはＳ３２に戻され、以後のステップの処理が続けられる。なお、上記太陽電池パネル１が給電可能状態と判定されたとき（Ｓ６２）のときに、蓄電池４が満充電状態（ＢＡＦ＝２）で充電不能と判定されると（Ｓ６３）、プログラムはＳ３２に戻されて以下のステップが実行される。また、上記負荷６の予定の稼働が終了し負荷稼働スイッチ６ａがオフにされたとき、太陽電池パネル１が給電不能状態（ＳＰＦ＝０）と判定されると、プログラムはＳ３０に戻されて以下のステップが実行される（Ｓ６２，Ｓ６８）。

上記のように構成した実施例においては、負荷６が稼働状態にあるとき、太陽電池パネル１が給電可能であると判定され、負荷６の消費電力より発電電力が大きいと判定されると、主制御装置２１は［第１制御態様］を実行することにより、太陽電池パネル１からの電力を負荷６に給電することができる。さらに、蓄電池４が充電可能状態であると判定されると、主制御部２１は、［第２制御態様］を実行することにより、負荷６へ供給した発電電力の残りの電力で蓄電池４を充電することができる。

また、太陽電池パネル１が給電可能であると判定され、発電電力が負荷６の消費電力より小さいと判定され、さらに蓄電池４の充電量が大きくて放電可能状態であると判定されると、主制御部２１は、［第３制御態様］を実行することにより、太陽電池パネル１からの発電電力及び蓄電池４からの放電電力を合わせて負荷６に給電することができる。なお、太陽電池パネル１が給電不可能と判定され、蓄電池４が放電可能であると判定されると、主制御部２１は、［第４制御態様］を実行することにより、蓄電池４からの放電電力のみを負荷６に給電することができる。

一方、負荷６が稼働停止状態のとき、太陽電池パネル１が給電可能と判定され、さらに蓄電池４が充電可能であると判定されると、主制御部２１は、［第５制御態様］を実行することにより、太陽電池パネル１の発電電力を効率よく利用して蓄電池４を充電することができる。

本実施例においては、負荷６が稼働状態にあるときは、太陽電池パネル１の発電状態と蓄電池４の充電状態に応じて、主制御部２１の制御に基づいて第１、第２、第３及び第４制御態様が連続して実行されることにより、負荷６に適正に電力を供給すると共に、蓄電池４の適正な充電状態を確保することができる。また、負荷６が非稼働状態のときは、太陽電池パネル１の発電状態と蓄電池４の充電状態に応じて、主制御部２１の制御に基づいて第５制御態様が実行されることにより、蓄電池４の適正な充電状態を確保することができ、負荷６が稼働状態になったときの負荷６への安定した給電に寄与できる。その結果、本実施例によれば、太陽電池パネル１の発電電力の変動が大きく、かつ負荷６の消費電力変動が大きい場合にも、可能な限り途切れさせることなく負荷６への安定した電力供給が可能になる。

次に、実施例２について説明する。図１２〜図１４は、実施例２に係る電源装置１０を適用した一般住宅用の充電機能付きカーポートを側面図、正面端面図及びＸ−Ｘ線方向図である。充電機能付きカーポート１３０は、略直方体立体形状であって、正面と奥面とその中間位置の左右両端に、それぞれ一対の正面支柱１３１、奥支柱１３３、中間支柱１３２が床面Ｇ上に垂直に立設されている。ただし、奥支柱１３３のみは左右の中間位置にも１本立設されている。正面支柱１３１、中間支柱１３２、奥支柱１３３は、この順に長さが長くなっており、その上端を結んだ仮想の線が一直線になって略１０°で傾斜している。

正面支柱１３１と中間支柱１３２間は、中間支柱１３２の上端から水平に延びた横補強材１３４により連結されている。中間支柱１３２と奥支柱１３３間は、奥支柱１３３の上端から水平に延びた横補強材１３５により連結されている。一対の正面支柱１３１の上端間は、上下二段構造の前補強水平材１３６により連結されている。一対の中間支柱１３２の上端間も、上下二段構造の中間補強水平材１３７により連結されている。三本の奥支柱１３３の上端間は、一本の奥補強水平材１３８により連結されている。

上記正面支柱１３１、中間支柱１３２、奥支柱１３３の上端部、及び前補強水平材１３６、中間補強水平材１３７、奥補強水平材１３８の上縁には、太陽電池パネル１が前後３列及び左右４列の合計１２個直接配列されて固定されている。３本の奥支柱１３３の前側床面Ｇ上には、蓄電池４が載置されている。中間と右端の奥支柱１３３間の上端側には、電源装置１０が奥補強水平材１３８に吊り下げられて取り付けられている。太陽電池パネル１と蓄電池４が電源装置１０に接続されている。

実施例２においては、充電機能付きカーポート１３０に駐車された図示しないハイブリッド車に搭載された二次電池（図示しない）を負荷稼働スイッチ６ａに接続し、これをオンさせることにより、二次電池の充電を上記実施例１に示したように、昼夜を問わずに行うことができる。また、充電機能付きカーポート１３０は、中間支柱１３２、奥支柱１３３の上端部、及び前補強水平材１３６、中間補強水平材１３７、奥補強水平材１３８の上縁に、太陽電池パネル１が直接固定される構造になっており、屋根材が不要になるため、従来のカーポートに比べて安価に製造できる。また、停電や節電時においては、電源装置１０により、家庭用の電源として使用できる。

なお、上記実施例においては、負荷稼働スイッチ６ａがオンでも、負荷６における個々の装置が稼働していないときは、電源装置１０の各部の待機状態を止めることにより省電力効果を得るようにすることが可能である。また、上記実施例においては、簡易発電装置として太陽電池パネルを用いた例について説明されているが、これに限らず小規模な風力発電装置、水力発電装置等を用いることも可能である。その他、上記実施例については一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更して実施することが可能である。

１…太陽電池パネル、４…蓄電池、６…負荷、６ａ…負荷稼働スイッチ、１０…電源装置、１２…給電スイッチ、１３…充電スイッチ、１４…放電スイッチ、１６…給電制御部、２１…主制御部、２３…表示制御部、２４…表示装置。

Claims (2)

1. 簡易発電装置で発電された電力と、蓄電池に充電された電力を利用して、負荷を駆動させる電源装置であって、
   前記簡易発電装置の発電電圧と電流を検出する発電電圧電流検出手段と、
   前記発電電圧電流検出手段により検出された発電電圧と電流とから発電電力を演算する発電電力演算手段と、
   前記発電電圧電流検出手段により検出された発電電圧が前記負荷へ給電可能な値か否かを判定する給電判定手段と、
   前記蓄電池の充電量を検出する充電量検出手段と、
   前記蓄電池が充電可能状態か否かを判定する充電判定手段と、
   前記蓄電池が放電可能状態か否かを判定する放電判定手段と、
   前記負荷の消費電力を検出する消費電力検出手段と、
   前記簡易発電装置の発電電力と前記消費電力との大きさを比較する電力値比較手段と、
   前記給電判定手段から給電可能との判定結果を受け、前記電力値比較手段により前記発電電力の方が大きいとの判定結果を受けたとき、該発電電力を負荷に給電するように制御する第１制御態様と、
   前記第１制御態様において、さらに前記充電判定手段により充電可能であるとの判定結果を受けたとき、前記発電電力を負荷に給電すると共に、該発電電力の残りの電力で前記蓄電池を充電するように制御する第２制御態様と、
   前記給電判定手段から給電可能との判定結果を受け、前記電力値比較手段により前記消費電力の方が大きいとの判定結果を受け、さらに前記放電判定手段により放電可能であるとの判定結果を受けたとき、前記発電電力及び前記蓄電池の放電電力を負荷に給電するように制御する第３制御態様と、
   前記給電判定手段から給電不可能との判定結果を受け、前記放電判定手段により放電可能であるとの判定結果を受けたとき、前記蓄電池の放電電力を負荷に給電するように制御する第４制御態様と、の４つの制御態様を連続して行う電力制御装置と、
   を備えたことを特徴とする電源装置。
2. 前記負荷の稼働状態を検出する負荷状態検出手段を設け、
   前記電力制御装置が、前記負荷状態検出手段から非稼働状態であるとの検出結果を受けたとき、前記給電判定手段から給電可能との判定結果を受け、さらに前記充電判定手段により充電可能であるとの判定結果を受けたとき、前記発電電力を前記蓄電池に充電させるように制御する第５制御態様を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

Images