JP2015226378A - 独立電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池を用いた独立電源装置では、二次電池は満充電から貯蔵電力が枯渇する直前までの間を日々繰り返すため、フロート充電では、寿命を長くできないという課題があった。【解決手段】本発明の独立電源装置は、二次電池に出入りする電流量を逐次算出しておき、バルク充電によって二次電池の端子間電圧が定電圧設定値になるまで充電を行った後は、電圧一定充電によって放電した電気量分が補充されるまで充電を続け、放電した電気量と充電した電気量が等しくなったら、充電を停止するゼロ充電モードに入る。また、二次電池の端子間電圧が定電圧設定値になる前に充放電電気量がゼロになったら、定電圧設定値まで二次電池を充電し、さらに前日に放電した放電電量の所定割合を過充電する。これによって二次電池の蓄積している電気量を正確に把握でき、二次電池の寿命を延ばすことができる。【選択図】図１

Description

本発明は太陽電池モジュールと二次電池を組み合わせた独立電源装置に関する発明である。

太陽電池は太陽光を用いて発電する電池である。無尽蔵ともいえる太陽光を利用するため、クリーンで安全なエネルギーとして注目されている。しかし、夜間の太陽光がない時間帯では、発電できなくなるという課題があった。そこで、太陽電池によって発電した電気を二次電池に貯えて置き、昼間は、太陽光による発電の電気を利用し、夜間は昼間充電しておいた二次電池の電気を負荷に供給する独立電源装置が提唱されている（特許文献１、３）。

また、二次電池の充電方法に関しては、トリクル充電やフロート充電といった方法が提唱されている（特許文献２）。ここでトリクル充電とは、二次電池の自己放電分だけを充電すべく、微小電流で充電を継続する方法をいう。この充電方法では、大きく放電した電力を再度充電するには、時間がかかるものの、過充電を心配する必要はあまりない。

一方、フロート充電とは、満充電になるまで充電した後は、バイパス回路によって電流を他（負荷等）に流し、二次電池への負担を低減する方法である。電圧は二次電池にかけたままであるので、充電しながら負荷にも電力を供給されるという特徴がある。このような方法で充電するために、フロート充電は二次電池を長持ちさせることができるとされている。

特開平０５−０７４４９９号公報 特開平０８−０１７４７３号公報 特開２０１４−０１１８７３号公報

太陽電池を用いた独立電源装置は、太陽電池モジュールからの電力を負荷に出力する。したがって、夜間太陽電池モジュールが発電を行わない場合は、二次電池の電力を負荷に供給することになる。すなわち、太陽電池を用いた独立電源装置では、二次電池は夜間と昼間で放電と充電を繰り返すため、負担が多いと言える。

このような二次電池に充電を行う際は、放出した電力を所定電圧まで最大電力で充電するバルク充電と、過充電を防止するために所定時間定電圧充電を行う吸収充電と、その後自己放電分を補う電圧で充電と負荷への電力供給を行うフロート充電が行われている。

しかし、フロート充電は、常に満充電に近い状態で使用される二次電池に対しては、長寿命化に効果があるものの、太陽電池を用いた独立電源装置では、満充電から貯蔵電力が枯渇する直前までの充放電を日々繰り返すため、通常言われているように二次電池の寿命を長くできないという課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みて想到されたものである。本発明の発明者は、満充電と大量の電力放電を繰り返す二次電池にあっては、バルク充電、定電圧充電後は、全く充電を行わないゼロ充電にするのが、電池寿命を延ばすのに効果があることを実験で知見し、完成するに至った。

より具体的に本発明の独立電源装置は、
太陽エネルギーにて発電する太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールで発電した発電電力を負荷に供給するとともに、余剰電力を二次電池に充電し、前記発電電力が不足した時は前記二次電池から前記負荷に不足電力を供給する独立電源装置であって、
前記太陽電池モジュールにて発電した電力の前記二次電池への充電量および前記負荷に対する電力供給量を制御する充放電制御手段と、
前記二次電池の電圧を計測する電圧センサと、
前記二次電池への充電電流および前記二次電池からの放電電流を計測する充放電電流センサと、
前記電圧センサと前記充放電電流センサからの計測値に基づいて前記二次電池への充電電気量および前記二次電池からの放電電気量の合計である充放電電気量を演算する充放電電気量演算手段を有し、
前記充放電制御手段は、
前記二次電池の電圧が、定電圧設定値になる前に前記充放電電気量がゼロに達した際に、前記二次電池の電圧を前記定電圧設定値になるまで充電し、さらに放電電気量の所定の割合の過充電を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る独立電源装置では、
前記充放電制御手段は、前記二次電池が前記充放電電気量がマイナス値からゼロに達するまで充電されたら、前記発電電力を前記負荷への電力供給だけに使用することを特徴とする。

また、本発明に係る独立電源装置は、
前記所定の割合は、前記放電電気量の１０％であることを特徴とする。

本発明に係る独立電源装置は、使用する二次電池の満充電の状態から、使用した充放電電気量を記録しておき、充電を行う際は、充電する電気量と使用した充放電電気量が等しくなるまで定電圧で充電することとした。したがって、過充電になるおそれがない。

また、放電した電気量分を充電し終わった後は、全く充電を行わないゼロ充電モードになる。したがって、満充電と大量の放電を繰り返す、太陽電池モジュールを用いた独立電源装置の二次電池であっても、二次電池の寿命を延ばすことができる。

また、前記二次電池電圧が、前記定電圧設定値になる前に前記充放電電気量がゼロに達した際に、前記二次電池電圧を前記定電圧設定値になるまで充電し、さらに放電電気量の１０％の過充電を行うことで、二次電池に損傷を与えることなく、満充電まで電池容量を回復させることができる。したがって、電池寿命を延ばすことができる。また、この過充電を行った時に充放電電気量をリセットすることで、電池の残存電気量（電池容量）を正しく把握しながら使用することができる。

本発明に係る独立電源装置の構成を示す図である。 充放電制御手段の詳細な構成を示す図である。 充放電電気量演算手段のフローを示す図である。 本発明に係る独立電源装置の充電処理を時間軸で示したグラフである。 充電処理のフローを示す図である。 バルク充電が終了する前に充放電電気量ΣＣがゼロになった場合の動作特性を示すグラフである。

以下に本発明に係る独立電源装置について図面を参照しながら説明を行う。なお、以下の説明は本発明の一実施形態を示すのであり、本発明は以下の実施形態に限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、以下の実施形態は改変することができる。

図１は、本発明に係る独立電源装置１の構成を示す図である。本発明の独立電源装置１は、太陽電池モジュール１０と、二次電池１２と、充放電制御手段１１と、電圧センサ１３と充放電電流センサ１４と、出力端子１５を有する。太陽電池モジュール１０は配線Ｌ１によって充放電制御手段１１と接続されている。充放電制御手段１１は、二次電池１２と配線Ｌ２で接続されており、また、出力端子１５と配線Ｌ３で接続されている。出力端子１５は配線Ｌ４で負荷１９と接続される。これらの配線は図１では太線で示した。これら配線Ｌ１乃至Ｌ４は、負荷１９に供給される若しくは二次電池１２に充電される電流が流れる。

太陽電池モジュール１０は、太陽光線から光起電力効果によって電気を取り出すデバイスで、シリコンや化合物半導体、色素増感型など特にタイプは問わない。二次電池１２も特に限定されるものではなく、鉛電池、ニッケル水素、リチウムイオンなど二次電池であればよいが、鉛電池が好適に利用できる。

電圧センサ１３は二次電池１２の電圧（端子電圧若しくは端子間電圧ともいう）を検知するものであれば、特に限定されるものではない。また電圧センサ１３は充放電制御手段１１と信号線ＳＬ１で接続されている。電圧センサ１３は計測した電圧値ＳＶを信号線ＳＬ１を通じて充放電制御手段１１に送信する。

また充放電電流センサ１４は、電流センサであって、現在流れている電流が充電のための電流（充電電流）か、放電している電流（放電電流）かを判別できる電流センサである。充放電電流センサ１４は充放電制御手段１１と信号線ＳＬ２で接続されている。充放電電流センサ１４は計測した電流値ＳＡを信号線ＳＬ２を通じて充放電制御手段１１に送信する。

充放電制御手段１１は、充放電電流センサ１４の出力（ＳＡ）に基づいて、後述する充放電電気量ΣＣといった電気量を算出する。充放電制御手段１１は、例えば、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）とメモリといった組み合わせのコンピュータで実現できる。

また、太陽電池モジュール１０は起電力モニタ１６を有し、充放電制御手段１１と信号線ＳＬ３で接続されている。起電力モニタ１６は、現在の太陽電池モジュール１０の起電力の値ＳＰｖを出力として送り出すことができる。なお、起電力モニタ１６は太陽電池モジュール１０に組み込みでなくてもよい。充放電制御手段１１が太陽電池モジュール１０の起電力を知ることが出来さえすればよいので、太陽電池モジュール１０から充放電制御手段１１までの間に配置された電圧計でもよいからである。

図２には充放電制御手段１１の詳細図を示す。充放電制御手段１１には少なくとも制御装置（ＭＰＵ）２０、メモリ２４、電力制御部２２、タイマ２５を有する。制御装置２０は、メモリ２４と、太陽電池モジュール１０の起電力モニタ１６と、電力制御部２２と、充放電電流センサ１４と、電圧センサ１３とタイマ２５とに接続されている。

また、電力制御部２２は、太陽電池モジュール１０および二次電池１２および出力端子１５と配線Ｌ１乃至Ｌ３で接続されている。また、出力端子１５には負荷１９が接続される（図１参照）。

電力制御部２２は、太陽電池モジュール１０での発電電力のうち二次電池１２および出力端子１５（負荷１９）に供給する電力を調整する。また、内部には、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの電圧変換手段（図示せず）を有しており、二次電池１２への充電電圧や出力端子１５（負荷１９）への供給電圧等を所定の値で出力することができる。

さらに太陽電池モジュール１０が発電しない夜間などにおいては、二次電池１２に蓄えた電気量を出力端子１５（負荷１９）へ供給する制御も行い、二次電池１２からの電流が出力端子１５以外へは流れないようにする回路等を有している。なお、電力制御部２２のこれらの機能は、制御装置２０からの指示Ｃｏｖによって、起動、変更若しくは停止される。

次に充放電制御手段１１での機能について説明する。少なくとも本発明に係る充放電制御手段１１は、充放電電気量演算手段の機能を実現する。充放電電気量演算手段は、二次電池１２へ充電された電気量と二次電池１２から放電された電気量の合計である充放電電気量ΣＣを算出する。このように本発明に係る独立電源装置１は、二次電池１２に蓄積された電気を電気量（Ａｈ）に換算して管理する。

充放電制御手段１１では、充放電電流センサ１４からの信号（ＳＡ）から充放電電気量ΣＣを算出する充放電電気量演算手段を実現する。これは、制御装置２０が二次電池１２に流れた電流と流れた時間の積から電気量を求め、順次積算することで求められる。図３に充放電電気量演算手段のフローを示す。

図３を参照して、この処理がスタートすると（ステップＳ１０００）、初期値が設定される。初期値としては、微小時間の間の電気量であるΔＣと、積算した充放電電気量ΣＣである。これらの値をゼロに設定する（ステップＳ１０１０）。次に終了判定を行う（ステップＳ１０２０）。終了する場合は終了処理（ステップＳ１０７０）にフローを移す。

終了判定は、この処理中若しくは他の処理中であっても、作動中止の信号もしくはアクションがあれば、終了することができる。すなわち、終了判定の工程であるステップＳ１０２０には、どこからも処理が戻されていないが、これは以後のフローのどこからでもこの終了判定に戻れることを示すものとする。

次に制御装置２０は、充放電電流センサ１４からの電流値ＳＡと電流の向きを取得する（ステップＳ１０３０）。この時、取得する電流は例えば、充電用に流れた電流であれば正符号を、負荷１９に向かって流れた電流であれば、負符号をつけて扱えるようにしておくと好適である。なお、この時電圧センサ１３から二次電池１２の端子間の電圧値ＳＶを取得してもよい。

次に電流値ＳＡと所定の微小時間ΔＴを乗算し、微小充放電電気量ΔＣを得る（ステップＳ１０４０）。そして、充放電電気量ΣＣに微小充放電電気量ΔＣを加算し、新たな充放電電気量ΣＣとする（ステップＳ１０５０）。そして、微小時間ΔＴが経過するまでそのまま待機する（ステップＳ１０６０）。そして、再びステップＳ１０３０に戻り、電流値ＳＡを取得する。このようにすることで、制御装置２０は、充放電電気量ΣＣ（二次電池１２から放出若しくは充電された結果の電気量の合計）を常に保持しておくことができる。

次に本発明の独立電源装置１の動作について説明する。なお、ここで満充電容量ＦＣを決めておく。満充電容量ＦＣとは、二次電池１２を満充電にしてから完全放電されるまでの電気量であり、電流×時間（Ａ・ｈｒ：「Ａｈ」と記す）で表される。これは、通常放電曲線と呼ばれる電池の特性曲線から求めることができる。また、電池容量とは、電池に蓄積された実際の電気量をいう。電池容量は、二次電池１２の端子電圧などから想定する。

図４には、独立電源装置１の基本的な動作を説明するグラフを示す。また、図５には、独立電源装置１の動作のフローを示す。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は共に横軸が時刻を表す。時刻ｔ１からｔ４までは太陽光線を得ることができる時間帯で、充電可能時間帯とする。図４（ａ）の縦軸は二次電池１２の端子電圧（Ｖ）である。電圧Ｖ１は公称電圧である。たとえば鉛蓄電池の場合は１３．０Ｖ程度である。

またＶ２は、充電時に許容される最大電圧で、定電圧設定値である。定電圧設定値は、後述するバルク充電から吸収充電（定電圧充電）に移行する際の目安になる値である。鉛蓄電池の場合は１４．９Ｖ程度である。

図４（ｂ）では縦軸は二次電池１２に流れる充放電電流（Ａ）である。電流値が正の場合は、二次電池１２に流れ込む電流、つまり充電される電流であり、電流値が負の場合は、二次電池１２から流れ出る電流である。また、図４（ｃ）では、縦軸は二次電池１２の充放電電気量ΣＣ（Ａｈ）である。

図５のフローを参照して、図４の動作を説明する。この処理がスタートすると（ステップＳ１００）、初期設定が行われ（ステップＳ１０２）、終了判定が行われる（ステップＳ１０４）。終了判定は、独立電源装置１の電源スイッチが停止されるといった、人為的な場合だけでなく、独立電源装置１でトラブルが生じ、割り込み等がかかった場合を含めてもよい。終了する場合（ステップＳ１０４のＹ分岐）は、独立電源装置１を終了させる（ステップＳ１４０）。

今説明を簡単にするため、夜間二次電池１２が負荷１９に電力を供給するのが、図４の時刻ｔ０であるとする。この時は、充放電電気量ΣＣの積算を継続し（ステップＳ１０６）、太陽電池モジュール１０の起電力が生じたか否かを判断する（ステップＳ１０８）。図５では、「パネルｏｎ（Ｖｔｈ）」と表示した。

なお、この時の充放電電気量ΣＣは、積算値が求められる毎に放電電気量ＥＣとして記録される（ステップＳ１０６）。したがって、太陽電池モジュール１０が起動して、ステップ１０８のＹ分岐が選択された時には、夜間使用した電気の総和が放電電気量ＥＣとして記録される。

太陽電池モジュール１０の起電は、起電力モニタ１６からの値ＳＰｖを参照することで行われる。より具体的には、値ＳＰｖが所定の電圧Ｖｔｈより大きくなったかどうかで判断する。ここで電圧Ｖｔｈは太陽電池モジュール１０の発電力を利用できるか否かを判断するための閾値である。

太陽電池モジュール１０が起電する直前は、図４では時刻がｔ０からｔ１の間であり、二次電池１２の電圧（図４（ａ））は徐々に低下し、流れる電流（図４（ｂ））は二次電池１２から負荷１９に向かって流れている（符号が負）。したがって、充放電電気量ΣＣ（図４（ｃ））は、マイナス値を積算する。ΣＣは、符号はマイナスで、絶対値が大きくなる。すなわち、二次電池１２は枯渇状態に向かって減少していると言える。充放電電気量ΣＣが「−ＦＣ（Ａｈｒ）」となれば、二次電池１２の電気量は全て放出したことになる。したがって、充放電電気量ΣＣがゼロとは、満充電状態であると言い換えてもよい。

時刻ｔ１になると日が昇り太陽電池モジュール１０が発電を始める。起電力モニタ１６からの値ＳＰｖが所定の値（Ｖｔｈ）を超えたことを確認したら（ステップＳ１０８のＹ分岐）、バルク充電に移る（ステップＳ１１０）。バルク充電とは、二次電池１２への充電をＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｅｒ）制御で行う充電モードをいう。

ここでは、太陽電池モジュール１０が発電した電力のうち負荷１９が必要とする電力以外を全て二次電池１２への充電に使用する。制御装置２０は、電力制御部２２にこのような充電を行うことを指示Ｃｏｖで指示する。なお、バルク充電の間でも充放電電気量演算手段は処理を行っており、電気量の流れを算出し、充放電電気量ΣＣを積算している。

バルク充電では、二次電池１２に電流が流れ込むので、充放電電流は正となる（図４（ｂ）参照）。また、二次電池１２の端子電圧は上昇する（図４（ａ）参照）。バルク充電は二次電池１２の端子電圧が定電圧設定値Ｖ２になるまで続けられる（ステップＳ１１２のＮ分岐）。またこの間二次電池１２へ電流が流れるので、充放電電気量ΣＣは、マイナス値からゼロに向かって増える（図４（ｃ）参照）。なお、ステップＳ１１１１およびステップＳ１１１２については、図６を用いて後程説明する。

二次電池１２の端子電圧値（ＳＶ）が定電圧設定値Ｖ２になったら（ステップＳ１１２のＹ分岐）、充電電圧を一定にして充電する定電圧充電モード（吸収充電とも呼ばれる）に移行する（ステップＳ１１８）。定電圧充電モードでは、二次電池１２の端子間電圧が所定の値（ここでは定電圧設定値Ｖ２）になるように、電力制御部２２が調整を行う。一方、充放電電流は徐々に減少する（図４（ｂ）参照）。

なお、この間でも充放電制御手段１１は、負荷１９には必要な電力を供給する。また、充放電電気量演算手段も継続し、充放電電気量ΣＣを算出し続けている。充放電電気量ΣＣは、二次電池１２へ電流が流れ込むので、マイナス値からゼロに向かって増加する。

定電圧充電モードでは、制御装置２０は、充放電電気量ΣＣが目標値ＴＣになったか否かを検出している。（ステップＳ１２０）。なお、定電圧充電モードになる直前に、フラグＦＧが立っている（＝１）か否かを調べる（ステップＳ１１４）。ＦＧは過充電を行うか否かの分岐を決めるフラグである。ここでは、フラグＦＧは１でない場合（過充電は行わない場合）を続けて説明する。フラグＦＧが１でない場合（ステップＳ１１４のＮ分岐）は、充放電電気量ΣＣの目標値ＴＣをゼロに定めている（ステップＳ１１６）。

充放電電気量ΣＣがマイナス値から目標値ＴＣ（ここでは「ゼロ」）になったら、定電圧充電モードを終了する（ステップＳ１２０のＹ分岐）。つまり、本発明の独立電源装置１では、二次電池１２から放電した充放電電気量ΣＣをマイナス値で積算しておき、充放電電気量ΣＣがゼロに戻るまで二次電池１２に充電を行う。言い換えると、従来行われていたように、二次電池１２の端子間電圧に基づいて満充電と判断することをしない。このような充電制御を行うことで、二次電池１２はほとんど劣化せずに使用することができる。

定電圧充電モードが終了したら（図４の時刻ｔ３）、次にゼロ充電モードに移行する（ステップＳ１２２）。ゼロ充電モードとは、二次電池１２に対しては全く充電を行わないモードである。太陽電池モジュール１０が生み出した電力のうち負荷１９が必要とする電力が電力制御部２２から供給される。したがって、充放電電流はゼロとなる（図４（ｂ）時刻ｔ３からｔ４参照）。また、充放電電気量ΣＣの値も変化しない。

ゼロ充電モードに移行したら、日暮れになったか否かをモニタする（ステップＳ１２４）。これは起電力モニタ１６の値ＳＰｖを制御装置２０が監視することで実現できる。ステップＳ１０８と同じであるが、値ＳＰｖと比較される閾値が、ステップＳ１０８の閾値Ｖｔｈより低い、Ｖｓｓに置き換えられる。すなわち、ゼロ充電モードは、日が暮れて太陽電池モジュール１０からの電力供給が全く無くなるまで継続される（ステップＳ１２４のＹ分岐）。

日が暮れて太陽電池モジュール１０の起電力が無くなったら（ステップＳ１２４のＮ分岐）、二次電池１２は貯えた電気量から負荷１９に対して放電を開始する。この時、二次電池１２と負荷１９は、制御装置２０の指示Ｃｏｖによって電力制御部２２が接続する。処理のフローは、放電電気量ＥＣをリセットし（ステップＳ１２６）、ステップＳ１０４に戻る。ステップＳ１０４では、終了判定の後（ステップＳ１０４のＮ分岐）ふたたび、充放電電気量ΣＣにマイナス値を積算しながら負荷１９に電気を供給し、太陽電池モジュール１０の起動（ステップＳ１０８のＹ分岐）を待つ。

本発明の独立電源装置１では、所定の条件の時に、充放電電気量ΣＣが予め設定された値以上になるまで定電圧充電モードで充電する。所定の条件とは、バルク充電する際に、二次電池１２の端子電圧が定電圧設定値Ｖ２まで至らないうちに、充放電電気量ΣＣがゼロになった場合である。

また、予め設定された値とは、使用した電力（放電電気量ＥＣ）の０．１倍程度の電力である。ここで、放電電気量ＥＣの０．１倍の電力を過充電するのは、二次電池１２の端子電圧が定電圧設定値Ｖ２になってからである。二次電池１２の端子電圧が定電圧設定値Ｖ２になるまでには、充放電電気量ΣＣがａ（ａ＞０）になる（図６（ｃ））まで充電される。

充放電制御手段１１は、この時点からさらに、放電電気量ＥＣの０．１倍の電力になるまで充電する。すなわち、充放電電気量ΣＣが（ａ＋０．１×ＥＣ）まで過充電を行う。この過充電によって、二次電池１２の寿命はさらに延びる。

独立電源装置１では、充放電電気量演算手段によって、二次電池１２に対して出入りの電気量（充放電電気量ΣＣ）を算出し、その値に基づいて充電を行う。より具体的には二次電池１２から放出した放電電気量ＥＣ（符号はマイナス）と同じだけの充電電気量ＣＣ（符号はプラス）を充電する。これは、充放電電気量ΣＣがゼロになるように充電することを意味する。

しかしながら、実際には充電損失が生じ、充放電電気量ΣＣがゼロになるまで、二次電池１２に電気を流しても、充電されない電気量が生じる。つまり、計算上は充放電電気量ΣＣがゼロになっているのに、実際に二次電池１２に充電されている電気量はΣＣ−δである。なお、ここでδは微小電気量である。

したがって、充放電の回数が増えると、二次電池１２に実際に蓄積された電気量は、算出された充放電電気量ΣＣより少なくなる。すると、バルク充電が終了する前に充放電電気量ΣＣがゼロになる。図６には、そのような状態の動作特性を示す。図６（ｃ）を参照して、充放電電気量ΣＣがゼロになった時刻（ｔｆ）に図６（ａ）の二次電池１２の電圧は、定電圧設定値Ｖ２に至っていない。そこで、このような際には過充電を行い、実際に蓄積された電気量（電池容量）を満充電まで戻し、充放電電気量ΣＣをゼロにリセットする。

ところで、過充電は過剰に行うと、却って電極を損傷したり、電極面に不導体を発生させ、二次電池１２の寿命を縮める。本発明の発明者は、適切な過充電量について検討した結果、バルク充電する際の、充放電電気量ΣＣと、二次電池電圧が、図６の関係になった際に、二次電池１２電圧が定電圧設定値Ｖ２になるまで継続してバルク充電を行い、その後さらに、放電した放電電気量ＥＣの０．１倍程度に当たる電気量だけ過充電をすれば、二次電池１２にとって無理なくほぼ満充電に戻すことができ、寿命も延ばせることを見出した。なお、本発明はこの割合を０．１以外の値を排除しない。

図５を再び参照して、過充電する際の処理フローを説明する。すでに説明したように、ステップＳ１１０でバルク充電を始めると、電池電圧（端子間電圧）ＳＶがＶ２になったか否かを検出する（ステップＳ１１２）。その判断の際に、充放電電気量ΣＣがゼロを超えたか否かをさらに判断する（ステップＳ１１１１）。

そして、充放電電気量ΣＣがゼロを越えたら（ステップＳ１１１１のＹ分岐）、フラグＦＧに１を立てる（ステップＳ１１１２）。つまり、過充電を行うことをここで決定する。そして、ステップＳ１１０に戻る。充放電電気量ΣＣがゼロを越えない場合は、何もせずにステップＳ１１０に戻る。

バルク充電が終了した後（ステップＳ１１２のＹ分岐）、フラグＦＧが１か否かを判断する（ステップＳ１１４）。ここで、フラグＦＧが１でなければ、すでに説明した通り（ステップＳ１１４のＮ分岐）、通常の充電（ΣＣ＝０までの充電）を行う。

フラグＦＧが１ならば（ステップＳ１１４のＹ分岐）、過充電の目標値ＴＣをαＥＣ（ここでは０．１ＥＣ）に設定し、充放電電気量ΣＣとフラグＦＧをゼロに戻す（ステップＳ１３０）。なお、ＥＣは直前の放電電気量である。充放電電気量ΣＣをゼロに戻すのは、充放電電気量ΣＣがゼロになってから、定電圧設定値Ｖ２になるまでに充電した電気量ａに加え、さらに過充電の目標値ＴＣまで充電を行う意味である。つまり、充放電制御手段１１は、端子電圧が定電圧設定値になるまで充電し、さらに直前の放電電量の所定の割合の過充電を行う。

また、フラグＦＧをゼロに戻すのは、過充電は端子電圧が定電圧設定値Ｖ２になる前に充放電電気量ΣＣがゼロになった場合だけ行うためである。そして、定電圧充電を行う（ステップＳ１３２乃至Ｓ１３４）。ここでの処理は、ステップＳ１１８乃至Ｓ１２０の場合と同じである。

ただし、ステップＳ１３４で判断するのは、充放電電気量ΣＣが目標値ＴＣ（＝αＥＣ）になったか否かである。αは、放電電気量ＥＣの０．１倍程度を目途とする。過充電が終了したら（ステップＳ１３４のＹ分岐）、充放電電気量ΣＣの値をゼロにリセットする（ステップＳ１３６）。このようにすることで、過充電のたびごとに、充放電電気量ΣＣのゼロ点が、ほぼ満充電容量ＦＣと同じ値となるため、二次電池１２の有する電気量を正しく制御することができる。

なお、上記に説明したように、充放電電気量ΣＣが目標値ＴＣ（＝αＥＣ）まで充電する前にすでに充放電電気量ΣＣはａまで充電されている。したがって、過充電は充電を始めた時の充放電電気量ΣＣからみれば、「ａ＋ＴＣ」だけ過充電されている。電気量ａがいくらの値になるかは、二次電池の状態によって変化するため、常に決まった一定値ではない。また、さらに充電する電気量ＴＣ（＝αＥＣ）も、直前にどの程度の放電をおこなったかに依存するため、常に決まった一定値ではない。

また、充放電電気量ΣＣをリセット（ステップＳ１３６）したら、処理は、ゼロ充電モードに移行する（ステップＳ１２２）。これ以後の処理は、すでに説明した通りである。なお、日が暮れて太陽電池モジュール１０からの電力供給が全く無くなったら、前日の放電電気量ＥＣをリセットする。

以上のように本発明に係る独立電源装置１では、過充電量は二次電池１２の端子電圧が定電圧設定値Ｖ２になってから、さらに放電電気量ＥＣの１０％であるので、二次電池１２にとっては、過剰な過充電にならず、二次電池１２の寿命を長く保つことができる。

本発明の独立電源装置は、太陽電池モジュールを用いた電源装置だけでなく、二次電池の充電制御に広く利用することができる。

１ 独立電源装置
１０ 太陽電池モジュール
１１ 充放電制御手段
１２ 二次電池
１３ 電圧センサ
１４ 充放電電流センサ
１５ 出力端子
１６ 起電力モニタ
１９ 負荷
２０ 制御装置
２２ 電力制御部
２４ メモリ
２５ タイマ
ΣＣ 充放電電気量

Claims (3)

1. 太陽エネルギーにて発電する太陽電池モジュールと、
   前記太陽電池モジュールで発電した発電電力を負荷に供給するとともに、余剰電力を二次電池に充電し、前記発電電力が不足した時は前記二次電池から前記負荷に不足電力を供給する独立電源装置であって、
   前記太陽電池モジュールにて発電した電力の前記二次電池への充電量および前記負荷に対する電力供給量を制御する充放電制御手段と、
   前記二次電池の電圧を計測する電圧センサと、
   前記二次電池への充電電流および前記二次電池からの放電電流を計測する充放電電流センサと、
   前記電圧センサと前記充放電電流センサからの計測値に基づいて前記二次電池への充電電気量および前記二次電池からの放電電気量の合計である充放電電気量を演算する充放電電気量演算手段を有し、
   前記充放電制御手段は、
   前記二次電池の電圧が、定電圧設定値になる前に前記充放電電気量がゼロに達した際に、前記二次電池の電圧を前記定電圧設定値になるまで充電し、さらに放電電気量の所定の割合の過充電を行うことを特徴とする独立電源装置。
2. 前記充放電制御手段は、前記二次電池が前記充放電電気量がマイナス値からゼロに達するまで充電されたら、前記発電電力を前記負荷への電力供給だけに使用することを特徴とする請求項１に記載された独立電源装置。
3. 前記所定の割合は、前記放電電気量の１０％であることを特徴とする請求項１または２のいずれかの請求項に記載された独立電源装置。