JP2017017778A - 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】本発明に係る独立電源装置は、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一定の容量まで充電を行った後は、定電圧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、二次電池に過充電処理を行う際には、最初に充電電流が所定の閾値になるまで充電した初期過充電量を過充電する。【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、
前記二次電池が前記負荷に供給した以上の電気量を前記二次電池に過充電する際は、前記独立電源装置の前記二次電池を最初に定電圧設定値の電圧で過充電にした際に充電電流が所定の閾値以下になるまで過充電した際の初期過充電量を過充電す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、最初の過充電の際に充電電流が所定の閾値ＳＡｄより小さくなるまで過充電を行い、その過充電量を以後の過充電処理の際の過充電量とした。これは、新しい二次電池に対する最大過充電量である。そしてこの過充電量を過充電処理の毎に充電することで、二次電池は可能な限り回復させることができる。

また、二次電池の充放電電気量（蓄積された電気量）が、電力供給時に最低残存電気量以下になった場合は、負荷への給電を遮断し、満充電後でなければ給電を復帰させないので、二次電池への負担が減り電池寿命が延びる。

また、ゼロ充電時の電池電圧が劣化電圧以下になったら、二次電池の交換を通知するので、二次電池の交換時期が明確になる。

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電池電圧、充放電電流、充放電電気量の関係を示す図である。 独立電源装置の動作のフローを示す図である。 定電圧充電処理のフローを示す図である。 初期過充電処理のフローを示す図である。 過充電処理時が行われる場合の電池電圧、充放電電流、充放電電気量の関係を示す図である。 過充電処理のフローを示す図である。

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。また、二次電池１２の交換を知らせる表示器１７を有することもできる。

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。

表示器１７は、充放電制御手段１１からの信号Ｓｃｂを受け、二次電池１２の交換を知らせる。なお、表示器１７の形態は特に限定されるものではなく、無線通信や公衆回線で連結された端末であってもよい。

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と表示器１７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）。なお、出力端子１５は、充放電制御手段１１の指示によって負荷１９との接続を切断する（「Ｔ１５ｏｆｆ」という。）か、接続する（「Ｔ１５ｏｎ」という。）かを選択できる。

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（ステップＳ１０２０のＹ分岐）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）。また、二次電池１２の交換の際に終了してもよい。

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。

充放電電気量ΣＣを積算する毎に、充放電電気量ΣＣが最低残存電気量ＥＣＬより小さくなるか否かを判断する（ステップＳ１０８）。そして、充放電電気量ΣＣが最低残存電気量ＥＣＬより少なくなったら（ステップＳ１０８のＹ分岐）、出力端子１５を切断する（ステップＳ１１０）。図では「Ｔ１５ｏｆｆ」と表示した。つまり、独立電源装置１から負荷１９への電力供給は停止する。

二次電池１２は、満充電容量ＦＣの電気量を有するとはいえ、全量を放電してしまっては、寿命が著しく短くなる。放電量に限界値を設けるのは、独立電源装置１に用いる二次電池１２の寿命を長くするためである。したがって、後述するバルク充電や定電圧充電の期間であっても、太陽電池モジュール１０からの発電がない場合に、充放電電気量ΣＣが最低残存電気量ＥＣＬより小さくなれば、出力端子１５を遮断し電力供給を停止してもよい。

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。充放電電気量の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の電力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Ｓ１１２のＹ分岐）、バルク充電に移る（ステップＳ１１４）。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Ｓ１１６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）。

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Ｓ１１６のＹ分岐）、リフレッシュ（過充電処理）が必要か否かを判断する（ステップＳ１１８）。二次電池１２は、充放電を繰り返すと、端子電圧ＳＶが低下し、蓄積できる充放電電気量ΣＣも少なくなる。ここで、一定以上の電力を過充電させることで、二次電池１２をリフレッシュ（回復）させることができる。

過充電処理を行う条件は特に限定されない。過充電処理を行う条件としては、電池電圧ＳＶの電圧降下の程度を条件とする、最新の過充電処理から所定日数が経過したことを条件とする、また充放電電気量ΣＣがゼロになる時（ｔ３）と電池電圧ＳＶが定電圧設定値Ｖ２になる時（ｔ２）の間隔を条件とするなどが例示できる。

過充電処理を行わない場合（ステップＳ１１８のＮ分岐）は、定電圧充電処理を行う（ステップＳ１２２）。定電圧充電処理は、図４の時刻ｔ２から時刻ｔ３に至るまでの間の充電処理である。電池電圧ＳＶは定電圧設定値Ｖ２が一定に維持される（図４（ａ）参照）。充電される電気量が増えるにつれ、充電電流ＳＡは減少する。（図４（ｂ）参照）。充放電電気量ΣＣは、ゼロに向かって増加する（図４（ｃ）参照）。

図６には、定電圧充電（ステップＳ１２２）の詳細なフローを示す。図６を参照して、定電圧充電処理（ステップＳ１２２）に入ったら、充電目標値ＴＣをゼロにセットする（ステップＳ１５０）。次に定電圧充電を行う（ステップＳ１５２）。そして、充放電電気量ΣＣが充電目標値ＴＣ以上になったか否かを判断する（ステップＳ１５４）。

充放電電気量ΣＣが充電目標値ＴＣ以上になった場合（ステップＳ１５４のＹ分岐）は、定電圧充電処理（ステップＳ１２２）のルーチンを抜ける。また、充放電電気量ΣＣが充電目標値ＴＣ以上になっていない場合（ステップＳ１５４のＮ分岐）は、定電圧充電を続ける（ステップＳ１５２）。

再び図５を参照する。ステップＳ１１８で過充電処理を行うと判断した場合（ステップＳ１１８のＹ分岐）は、その過充電処理が最初の過充電処理か否かを判断する（ステップＳ１２０）。「最初の過充電処理」とは、独立電源装置１の二次電池１２にとって、初めて経験する過充電処理を意味する。したがって、ステップＳ１２０でＹ分岐となるのは、独立電源装置１に搭載されている二次電池１２が交換されない限り、１回だけである。言い換えると、新しい二次電池１２が搭載される毎に「最初の過充電処理」が行われる。したがって、ステップＳ１０２の初期設定に、二次電池１２の過充電処理がゼロ回目であることを入れても良い。

過充電処理が最初の過充電処理であった場合（ステップＳ１２０のＹ分岐）は、初期過充電処理（ステップＳ１２６）を行う。初期過充電処理（ステップＳ１２６）の詳細は図７に示す。図７を参照して、初期過充電処理のルーチン（ステップＳ１２６）に入ったら、定電圧充電を行う（ステップＳ１７０）。そして、充電電流ＳＡが所定の閾値であるＳＡｄ以下になっているか否かを判断する（ステップＳ１７２）。

充電電流ＳＡが閾値ＳＡｄより多ければ（ステップＳ１７２のＮ分岐）、定電圧充電を継続する（ステップＳ１７０）。充電電流ＳＡが閾値ＳＡｄより少なければ（ステップＳ１７２のＹ分岐）、初期過充電量Ｃｒｆに現在の充放電電気量ΣＣの量を記録する(ステップＳ１７４)。そして、放充電電気量ΣＣをリセット（ゼロを代入）する。

図８には、過充電を行う際の二次電池電圧（図８（ａ））、充放電電流（図８（ｂ））、充放電電気量（図８（ｃ））の関係を示す。それぞれ縦軸および横軸は、図４の場合と同じである。図８を参照して、定電圧充電は時刻ｔ２からｔ３までの間である。この間、充放電電流は次第に低下する。充電される電気量が多くなるにつれ、充電しにくくなり、内部抵抗値が上昇するからである。初期過充電処理（ステップＳ１２６）では、この時の充電電流ＳＡがＳＡｄ以下になるまで過充電を行う。

そして、充電電流ＳＡがＳＡｄ以下になったら、その時の充放電電気量ΣＣの値を初期過充電量Ｃｒｆとして記録する。この初期過充電量Ｃｒｆが、以後の過充電処理における過充電量となる。図７のステップＳ１７６で、充放電電気量ΣＣをゼロとしたのは、過充電を行った状態を満充電容量ＦＣとするためである。そしてこのルーチンを抜ける。

再び図５を参照する。ステップＳ１２０で過充電処理が最初の過充電処理でない場合（ステップＳ１２０のＮ分岐）は、過充電処理（ステップＳ１２４）を行う。図９に過充電処理（ステップＳ１２４）の詳細を示す。

図９を参照して、過充電処理（ステップＳ１２４）に入ったら、充電目標値ＴＣを初期過充電量Ｃｒｆにセットする（ステップＳ１６０）。そして、充放電電気量ΣＣが充電目標値ＴＣを超えるまで定電圧充電を行う（ステップＳ１６２およびステップＳ１６４）。そして充放電電気量ΣＣが充電目標値ＴＣを超えたら（ステップＳ１６４のＹ分岐）、充放電電気量ΣＣをリセット（ゼロを代入）し、このルーチンを抜ける。

以上のように、独立電源装置１では、最初の過充電処理（ステップＳ１２６）の際には、充電電流ＳＡが閾値ＳＡｄ以下になるまで過充電を行い、２回目以降の過充電処理（ステップＳ１２４）の場合は、最初の過充電処理で過充電した初期過充電量Ｃｒｆだけ過充電を行う。

再び図５を参照する。ステップＳ１２２、ステップＳ１２４、ステップＳ１２６で示した過充電を含む定電圧処理が終了したら、ゼロ充電（ステップＳ１３０）を行う。これは図４の時刻ｔ３から時刻ｔ４に至るまでの区間で、二次電池１２の充放電電気量ΣＣは変化しないまま維持される。つまり、太陽電池モジュール１０から供給される電力量と、負荷１９へ送信する電力放電量が等しくなるように、制御装置２０が調整する。

ゼロ充電（ステップＳ１３０）になったら、出力端子１５が遮断されているか否かを判断する（ステップＳ１３２）。そして、遮断されている場合（ステップＳ１３２のＹ分岐）は、出力端子１５を開く（ステップＳ１３４）。つまり、負荷１９に電力を送電する。

出力端子１５は、夜間充放電電気量ΣＣが最低残存電気量ＥＣＬを下回った場合に強制的に遮断された（ステップＳ１０８のＹ分岐によるステップＳ１１０）。しかし、その後１度の満充電を経た後に再び負荷１９への送電を開始する。最低残存電気量ＥＣＬまで電気量を放電した後は、満充電まで復帰させた方が二次電池１２へのダメージが少ないからである。

出力端子１５が遮断されていない場合（ステップＳ１３２のＮ分岐）は、次に電池電圧ＳＶが劣化電圧ＳＶｄ以下になっているか否かを判断する（ステップＳ１３６）。

図８を参照し、ゼロ充電の範囲（時刻ｔ３から時刻ｔ４）では、公称電圧Ｖ１になっている。しかし、二次電池１２の寿命が尽きてくると、ゼロ充電をしているにもかかわらず、電池電圧ＳＶが下がってくる。電池電圧ＳＶが劣化電圧ＳＶｄを下回った場合（ステップＳ１３６のＹ分岐）は、もう二次電池１２は使用できないと判断し、二次電池１２の交換信号Ｓｃｂを出力する（ステップＳ１３８）。図５では、「Ｂ交換表示」と記載した。使用者は、この表示を見たら二次電池１２を交換するのが望ましい。また、図８（ａ）では、電池電圧ＳＶが劣化電圧ＳＶｄを下回る場合を点線で示した。

図２を参照して、この信号Ｓｃｂは、制御装置２０が出力する。したがって、充放電制御手段１１がこの信号Ｓｃｂを出力すると言ってもよい。図１を参照して、信号Ｓｃｂは、表示器１７を点灯させることで、二次電池１２の交換を使用者に通知する。もちろん、信号Ｓｃｂは、他の端末に送信し、表示させてもよい。

再び図５を参照する。ステップＳ１４０で太陽電池パネルの発電が維持されているか否かを判断する。これは、日暮れになったか否かをモニタすることである。具体的には、図１の起電力モニタ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Ｓ１１２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Ｓ１４０のＹ分岐）。

日が暮れて太陽電池モジュール１０の起電力がなくなったら（ステップＳ１４０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、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。

なお、上記の説明においては、独立電源装置１は、太陽電地モジュール１０を用いた場合について説明したが、風力発電や地熱発電などを用いてもよい。

また、独立電源装置１は、太陽電池モジュール１０で発電できない場合には、商用電源に切り替えるようにしても良い。

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
１７ 表示器
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
Ｃｒｆ 初期過充電量
ＥＣＬ 最低残存電気量
ＳＶｄ 劣化電圧

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、
   前記二次電池が前記負荷に供給した以上の電気量を前記二次電池に過充電する際は、前記独立電源装置の前記二次電池を最初に定電圧設定値の電圧で過充電にした際に充電電流が所定の閾値以下になるまで過充電した際の初期過充電量を過充電することを特徴とする独立電源装置。
2. 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、
   前記充放電電気量が最低残存電気量以下になった場合は、前記負荷への電力供給を切断し、
   満充電した後に再び前記負荷への電力供給を開始することを特徴とする独立電源装置。
3. 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、ゼロ充電の際の前記二次電池の端子電圧が劣化電圧以下になった場合に前記二次電池の交換信号を出力することを特徴とする独立電源装置。