JP2017192180A - Autonomous terminal - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば橋梁などの外部環境に長期に亘って取り付けられる無線センサ端末などに使用して好適な自立型端末に関する。 The present invention relates to a self-supporting terminal suitable for use in a wireless sensor terminal or the like attached to an external environment such as a bridge over a long period of time.
例えば橋梁などの外部環境に取り付けられる無線センサ端末などにおいては、一旦、使用環境に取り付けた後には、できるだけメンテナンスフリーとして、人為的な作業をできるだけ不要にする必要がある。そのため、電源としては、電池の交換が頻繁に必要となる一次電池を用いることは実際的ではない。 For example, in a wireless sensor terminal or the like that is attached to an external environment such as a bridge, once it is attached to the use environment, it is necessary to make it as maintenance-free as possible and to make human work as unnecessary as possible. Therefore, it is not practical to use a primary battery that requires frequent battery replacement as a power source.
そこで、この種の無線センサ端末等においては、外部環境に応じた発電要因、例えば太陽光エネルギー、振動エネルギー、温度エネルギー、風力エネルギーなどにより発電を行う発電部を設けて、その発電部での発電電力を電源に利用することが行われる。ただし、これらの環境エネルギーは、常時、得られるわけではないので、発電した電力を蓄電して、発電エネルギーが得られない期間には蓄電した電力を併せて用いる構成を採用した自立型電源の構成とされることが多い。 Therefore, this type of wireless sensor terminal or the like is provided with a power generation unit that generates power using a power generation factor corresponding to the external environment, such as solar energy, vibration energy, temperature energy, wind energy, and the like. Electric power is used as a power source. However, since these environmental energies are not always obtained, a configuration of a self-supporting power source that employs a configuration in which the generated power is stored and the stored power is used in a period when the generated energy cannot be obtained. It is often said.
この場合に、蓄電素子としては、二次電池とキャパシタとがあるが、二次電池とキャパシタとは、一長一短があり、どちらかを単独で用いると種々の問題を生じる。そこで、従来から、二次電池とキャパシタとを併用することが行われている。 In this case, the storage element includes a secondary battery and a capacitor. However, the secondary battery and the capacitor have advantages and disadvantages, and various problems arise when either one is used alone. Therefore, conventionally, a secondary battery and a capacitor are used in combination.
例えば特許文献1(特開平11−346404号公報)には、車両の発進時等の大電流負荷に対して、キャパシタから給電し、発進時から所定時間経過には、バッテリーからの給電に切り替えるようにした電動車両用電源装置が提案されている。 For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-346404), power is supplied from a capacitor to a large current load such as when a vehicle starts, and switching to power supply from a battery is performed after a predetermined time has elapsed since the start. An electric vehicle power supply device has been proposed.
また、特許文献2(2007‐282347号公報)には、「主バッテリーと電気二重層キャパシタを並列接続し、電気二重層キャパシタからの電力供給アシストに基づいて、負荷の消費電力変動時のバッテリー出力電圧の変動を抑制できる電源システム」が記載されている。 Further, Patent Document 2 (2007-282347) discloses that “a battery output at the time of fluctuation in power consumption of a load based on a power supply assist from an electric double layer capacitor in which a main battery and an electric double layer capacitor are connected in parallel. "Power supply system that can suppress voltage fluctuation" is described.
さらに、特許文献3(特開2015‐156765号公報)には、「バッテリと併用されるキャパシタを利用してバッテリの出力を確保することにより、低温下の性能を向上させることが可能な電動車両」が記載されている。 Further, Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2015-156765) states that “an electric vehicle capable of improving performance at low temperatures by securing a battery output using a capacitor used in combination with a battery. Is described.
ところで、上述した例えば橋梁などの外部環境に無線センサ端末においては、例えば10年というような長期に亘ってメンテナンスフリーで稼働させることができることが望ましい。そのため、この種の無線センサ端末においては、発電部を備えると共に、蓄電部を備える電源について、前述のような長期に亘って交換不要とする長寿命化が望まれる。 By the way, it is desirable that the wireless sensor terminal can be operated in a maintenance-free manner for a long period of time such as 10 years in the external environment such as a bridge described above. Therefore, in this type of wireless sensor terminal, it is desired to extend the life of the power source including the power generation unit and the power storage unit so that the replacement is unnecessary for a long period of time as described above.
しかしながら、蓄電部を構成する素子の一つである二次電池の場合には、充放電回数が、例えばリチウムイオン電池の場合で1000回程度と少ない。環境発電エネルギーによる発電部は、上述のように常時発電ができず、そのため、蓄電素子の充放電回数が多くなる。したがって、二次電池のみにより蓄電部を構成した場合には、充放電の繰り返しにより、電源の寿命が短くなってしまうことになる。 However, in the case of a secondary battery that is one of the elements constituting the power storage unit, the number of times of charging and discharging is as small as about 1000 in the case of a lithium ion battery, for example. As described above, the power generation unit using energy harvesting energy cannot always generate power, and the number of charge / discharge cycles of the storage element increases. Therefore, in the case where the power storage unit is configured by only the secondary battery, the life of the power source is shortened by repeated charging and discharging.
これに対して、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタなどは、充放電回数が10万回以上であるので、長寿命化に寄与する。しかし、キャパシタ単独で蓄電部を構成しようとすると、発電部の発電不足分を補充するためには、キャパシタは、単位容積当たりの静電容量が二次電池の場合よりも大きいという問題がある。例えばリチウムイオンキャパシタの単位容積当たりの静電容量は、リチウムイオン電池のそれの1/50である。 On the other hand, the electric double layer capacitor, the lithium ion capacitor, and the like have a charge / discharge count of 100,000 times or more, which contributes to a long life. However, when the power storage unit is configured with the capacitor alone, the capacitor has a problem that the capacitance per unit volume is larger than that of the secondary battery in order to supplement the power generation shortage of the power generation unit. For example, the capacitance per unit volume of a lithium ion capacitor is 1/50 that of a lithium ion battery.
そこで、この種の無線センサ端末においても、電源回路の蓄電部には、二次電池とキャパシタとを併用することで、電源について長期信頼性を確保することができるようにすることが考えられる。 Thus, even in this type of wireless sensor terminal, it is conceivable that long-term reliability of the power supply can be ensured by using a secondary battery and a capacitor in combination in the power storage unit of the power supply circuit.
しかしながら、上述したように、従来の二次電池とキャパシタとの併用の技術は、負荷に応じて両者を切り替えたり、キャパシタによりバッテリー出力電圧の変動を抑制したり、バッテリーの出力を確保したりするもので、バッテリー及びキャパシタを併用する場合の出力電圧の制御をする技術であり、上述した電源の長寿命化による長期信頼性を確保することについては、提案されていなかった。 However, as described above, the conventional technique of using the secondary battery and the capacitor together switches the both according to the load, suppresses the fluctuation of the battery output voltage by the capacitor, or secures the output of the battery. Therefore, it is a technique for controlling the output voltage when a battery and a capacitor are used in combination, and it has not been proposed to ensure long-term reliability by extending the life of the power source described above.
この発明は、上記の点に鑑み、発電部を備えると共に、二次電池とキャパシタとを蓄電用として併用する自立型端末において、電源の長寿命化による長期信頼性を確保できるようにした自立型端末を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention is a self-supporting terminal that is equipped with a power generation unit and that can ensure long-term reliability by extending the life of a power supply in a self-supporting terminal that uses a secondary battery and a capacitor together for power storage. The purpose is to provide a terminal.
上記の課題を解決するために、請求項1の発明は、
外部環境に応じた発電要因により発電を行う発電素子を備える発電部と、
前記発電部からの電源供給を受けて充電される二次電池と、
前記発電部からの電源供給を受けて充電され、上限電圧が前記二次電池の公称電圧よりも高い蓄電用キャパシタと、
電源供給を受けて動作を行う負荷と、
前記二次電池及び前記蓄電用キャパシタと前記負荷との間に設けられるスイッチ回路と、
を備え、
前記スイッチ回路は、前記蓄電用キャパシタの端子電圧が、前記二次電池の端子電圧よりも高いときには、前記蓄電用キャパシタの端子電圧が前記負荷に供給される切替状態となり、前記蓄電用キャパシタの端子電圧が、当該蓄電用キャパシタの下限電圧以下となったときには、前記二次電池の端子電圧が前記負荷に供給される切替状態となる
ことを特徴とする自立型端末を提供する。
In order to solve the above problems, the invention of claim 1
A power generation unit including a power generation element that generates power by a power generation factor according to an external environment;
A secondary battery that is charged by receiving power from the power generation unit;
Charged by receiving power supply from the power generation unit, a capacitor for storage having an upper limit voltage higher than the nominal voltage of the secondary battery,
A load that operates with power supply, and
A switch circuit provided between the secondary battery and the storage capacitor and the load;
With
When the terminal voltage of the storage capacitor is higher than the terminal voltage of the secondary battery, the switch circuit is in a switching state in which the terminal voltage of the storage capacitor is supplied to the load, and the terminal of the storage capacitor When the voltage becomes equal to or lower than the lower limit voltage of the storage capacitor, a self-supporting terminal is provided in which the terminal voltage of the secondary battery is switched to be supplied to the load.
上述の構成の請求項1の発明による自立型端末においては、キャパシタの上限電圧は、二次電池の公称電圧よりも高い電圧とされている。このため、発電部によりキャパシタが充電されるときには、その上限電圧まで充電されることが可能であり、発電部により充電が行われれば、キャパシタの端子電圧は、二次電池の公称電圧よりも高くなる。 In the self-supporting terminal according to the first aspect of the present invention, the upper limit voltage of the capacitor is higher than the nominal voltage of the secondary battery. For this reason, when the capacitor is charged by the power generation unit, it is possible to charge up to the upper limit voltage, and if charging is performed by the power generation unit, the terminal voltage of the capacitor is higher than the nominal voltage of the secondary battery. Become.
そして、蓄電用キャパシタの端子電圧が、二次電池の端子電圧よりも高いときには、スイッチ回路により、蓄電用キャパシタの端子電圧が負荷に供給される切替状態となる。このため、発電部により蓄電用キャパシタが充電される状態では、常に、蓄電用キャパシタの端子電圧が負荷に電源電圧として供給される。 When the terminal voltage of the storage capacitor is higher than the terminal voltage of the secondary battery, the switch circuit switches to a switching state in which the terminal voltage of the storage capacitor is supplied to the load. For this reason, in the state where the power storage capacitor is charged by the power generation unit, the terminal voltage of the power storage capacitor is always supplied as the power supply voltage to the load.
そして、外部環境の変動があって、発電部での発電ができなくなる状態になっても、その状態が短期間である通常状態では、蓄電用キャパシタの端子電圧が、負荷での電力消費による放電により二次電池の端子電圧よりも低くなる前に、蓄電用キャパシタは、発電部の発電電圧により充電が再開される。そのため、通常状態では、蓄電用キャパシタは、発電部の発電電圧により充電がなされると共に、負荷による放電が繰り返されるが、蓄電用キャパシタの端子電圧が、二次電池の端子電圧よりも高い状態が維持される。 Even if the external environment fluctuates and power generation at the power generation unit becomes impossible, the terminal voltage of the storage capacitor is discharged due to power consumption at the load in a normal state where the state is short. Thus, before the voltage of the secondary battery becomes lower than that of the secondary battery, charging of the storage capacitor is resumed by the power generation voltage of the power generation unit. For this reason, in the normal state, the storage capacitor is charged by the power generation voltage of the power generation unit and is repeatedly discharged by the load, but the terminal voltage of the storage capacitor is higher than the terminal voltage of the secondary battery. Maintained.
一方、外部環境の変動により、比較的長期に亘って発電部での発電ができなくなってしまったときには、蓄電用キャパシタの端子電圧が、下限電圧以下となり、かつ、二次電池の端子電圧よりも低くなる。すると、スイッチ回路により、二次電池の端子電圧が電源電圧として負荷に供給される切替状態となる。そして、この二次電池の端子電圧が電源電圧として負荷に供給される切替状態の間は、蓄電用キャパシタは放電されることなく、発電部により充電のみがなされることになる。 On the other hand, when the power generation unit has become unable to generate power for a relatively long period due to changes in the external environment, the terminal voltage of the storage capacitor is lower than the lower limit voltage and is higher than the terminal voltage of the secondary battery. Lower. Then, the switch circuit enters a switching state in which the terminal voltage of the secondary battery is supplied to the load as the power supply voltage. During the switching state in which the terminal voltage of the secondary battery is supplied to the load as the power supply voltage, the power storage capacitor is not discharged, and only the power generation unit is charged.
その後、充電によって蓄電用キャパシタの端子電圧が、二次電池の端子電圧よりも高くなると、スイッチ回路は、再び、蓄電用キャパシタの端子電圧が負荷に供給される切替状態に戻る。その後は、上述の動作を繰り返すものである。 Thereafter, when the terminal voltage of the storage capacitor becomes higher than the terminal voltage of the secondary battery by charging, the switch circuit returns to the switching state in which the terminal voltage of the storage capacitor is supplied to the load again. Thereafter, the above-described operation is repeated.
以上のようにして、この請求項1の発明によれば、例えば発電部が、外部環境要因として太陽光エネルギーを用いる場合、通常の日常的には、蓄電用キャパシタが昼間に充電され、夜間に負荷による放電がなされて蓄電用キャパシタの端子電圧が二次電池の端子電圧より高い状態を維持し、蓄電用キャパシタの端子電圧が電源電圧として負荷に供給されるような使用態様となる。そして、例外的な気象変動、例えば10日間雨が降り続くような状態になると、蓄電用キャパシタの端子電圧が下限電圧以下となり、二次電池の端子電圧が電源電圧として負荷に供給されるような使用態様となる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, for example, when the power generation unit uses solar energy as an external environmental factor, the storage capacitor is usually charged in the daytime and at night at the nighttime. The battery is discharged by the load, the terminal voltage of the storage capacitor is maintained higher than the terminal voltage of the secondary battery, and the terminal voltage of the storage capacitor is supplied to the load as the power supply voltage. And, in an exceptional weather fluctuation, for example, when it is raining for 10 days, the terminal voltage of the storage capacitor becomes lower than the lower limit voltage, and the terminal voltage of the secondary battery is supplied to the load as the power supply voltage. It becomes an aspect.
したがって、蓄電用キャパシタは、頻繁に充放電を繰り返すが、二次電池は、例外的な場合のみ、その端子電圧が電源電圧として使用されて放電及び充電がなされ、その充放電回数は、非常に少なくなる。前述したように、蓄電用キャパシタの充放電回数の許容回数は、二次電池に比較して大きいので、頻繁に充放電を繰り返しても長寿命化への影響は小さい。そして、二次電池の充放電回数の許容回数は少ないが、請求項1の発明では、二次電池の充放電回数は非常に少なくできるので、長寿命化に寄与する。 Therefore, the storage capacitor is repeatedly charged and discharged frequently, but the secondary battery is discharged and charged by using its terminal voltage as a power supply voltage only in exceptional cases. Less. As described above, since the allowable number of times of charging / discharging of the storage capacitor is larger than that of the secondary battery, even if charging / discharging is repeated frequently, the influence on extending the life is small. And although the allowable number of times of charging / discharging of the secondary battery is small, in the invention of claim 1, the number of times of charging / discharging of the secondary battery can be very small, which contributes to a long life.
また、請求項1の発明によれば、蓄電用キャパシタのみではなく、二次電池とを併用しているので、蓄電用キャパシタのキャパシタのサイズは、蓄電用キャパシタを単独で用いる場合よりも小さくて済む。 According to the invention of claim 1, since not only the storage capacitor but also the secondary battery is used in combination, the size of the storage capacitor is smaller than that of the storage capacitor used alone. That's it.
また、請求項2の発明は、請求項1の発明の自立型端末において、
前記スイッチ回路は、前記蓄電用キャパシタの端子電圧が、前記二次電池の端子電圧よりも高いときには、前記スイッチ回路は、前記蓄電用キャパシタの端子電圧が前記負荷に供給される切替状態となり、前記蓄電用キャパシタの端子電圧が、当該蓄電用キャパシタの下限電圧以下であって、前記二次電池の端子電圧以下となったときには、前記二次電池の端子電圧が前記負荷に供給される切替状態となるものであり、
前記スイッチ回路は、前記二次電池と前記負荷との間に設けられる第1のダイオードと、前記蓄電用キャパシタと前記負荷との間に設けられる第2のダイオードとで構成される
ことを特徴とする。
The invention of claim 2 is a self-supporting terminal of the invention of claim 1,
When the terminal voltage of the storage capacitor is higher than the terminal voltage of the secondary battery, the switch circuit is in a switching state in which the terminal voltage of the storage capacitor is supplied to the load. When the terminal voltage of the storage capacitor is less than or equal to the lower limit voltage of the storage capacitor and less than or equal to the terminal voltage of the secondary battery, a switching state in which the terminal voltage of the secondary battery is supplied to the load; And
The switch circuit includes a first diode provided between the secondary battery and the load, and a second diode provided between the storage capacitor and the load. To do.
この請求項2の発明においては、スイッチ回路は、二次電池と負荷との間に設けられる第1のダイオードと、蓄電用キャパシタと負荷との間に設けられる第2のダイオードとからなる。すなわち、第1のダイオードのアノードは二次電池の出力端に接続され、また、第2のダイオードのアノードは蓄電用キャパシタの出力端に接続される。そして、第1のダイオードのカソードと第2のダイオードのカソードが共通に接続され、その共通接続点が負荷に接続される。 In the second aspect of the present invention, the switch circuit includes a first diode provided between the secondary battery and the load, and a second diode provided between the storage capacitor and the load. That is, the anode of the first diode is connected to the output terminal of the secondary battery, and the anode of the second diode is connected to the output terminal of the storage capacitor. The cathode of the first diode and the cathode of the second diode are connected in common, and the common connection point is connected to the load.
したがって、蓄電用キャパシタの端子電圧が二次電池の端子電圧よりも高いときには、第2のダイオードがオンとなり、第1のダイオードとの共通接続点の電圧が二次電池の端子電圧よりも高くなるので、第1のダイオードはオフとなる。 Therefore, when the terminal voltage of the storage capacitor is higher than the terminal voltage of the secondary battery, the second diode is turned on, and the voltage at the common connection point with the first diode is higher than the terminal voltage of the secondary battery. Therefore, the first diode is turned off.
そして、蓄電用キャパシタの端子電圧が、下限電圧よりも低くなり、かつ、二次電池の端子電圧よりも低くなると、第1のダイオードと第2のダイオードとの共通接続点の電圧が二次電池の端子電圧よりも低くなる。すると、第1のダイオードがオンとなると共に、共通接続点の電圧が、二次電池の端子電圧となって、蓄電用キャパシタの端子電圧よりも高くなるので、第2のダイオードがオフとなる。 When the terminal voltage of the storage capacitor is lower than the lower limit voltage and lower than the terminal voltage of the secondary battery, the voltage at the common connection point between the first diode and the second diode is changed to the secondary battery. The terminal voltage is lower. Then, the first diode is turned on, and the voltage at the common connection point becomes the terminal voltage of the secondary battery, which is higher than the terminal voltage of the storage capacitor, so that the second diode is turned off.
以上のように、請求項2の発明においては、スイッチ回路の第1のダイオード及び第2のダイオードは、二次電池の端子電圧と、蓄電用キャパシタの端子電圧に応じて自立的に、オンまたはオフとなる。すなわち、この請求項2の発明によれば、スイッチ回路を切り替える制御回路が不要であり、当該制御回路での電力消費を省くことができるので、電源の、より長寿命化を図ることができると共に、自立型端末の構成を簡略化することができる。 As described above, in the invention of claim 2, the first diode and the second diode of the switch circuit are turned on or off independently depending on the terminal voltage of the secondary battery and the terminal voltage of the storage capacitor. Turn off. That is, according to the second aspect of the present invention, a control circuit for switching the switch circuit is unnecessary, and power consumption in the control circuit can be omitted. The configuration of the self-supporting terminal can be simplified.
この発明によれば、発電部を備えると共に、二次電池とキャパシタとを蓄電用として併用する自立型端末において、電源の長寿命化による長期信頼性を確保できるようにした自立型端末を提供することができる。 According to the present invention, in a self-supporting terminal that includes a power generation unit and uses a secondary battery and a capacitor together for power storage, a self-supporting terminal that can ensure long-term reliability by extending the life of a power supply is provided. be able to.
以下、この発明による自立型端末を、無線センサ端末に適用した場合の実施形態を図を参照しながら説明する。この実施形態の無線センサ端末では、発電部に太陽電池モジュールを用いるようにしている。 Hereinafter, an embodiment in which a self-supporting terminal according to the present invention is applied to a wireless sensor terminal will be described with reference to the drawings. In the wireless sensor terminal of this embodiment, a solar cell module is used for the power generation unit.
図2は、この実施形態の無線センサ端末100の構成例を説明するための図である。この実施形態の無線センサ端末100では、発電部に太陽電池モジュールを用いるようにしている。この実施形態の無線センサ端末100は、外観がほぼ扁平な直方体形状を備えるパッケージ101内に、無線センサ端末100を構成する各電子回路部品が設けられて構成されたものである。図2(B)は、後述するように、パッケージ101を、外光を取り込む側の面に直交する方向から見たときの無線センサ端末100を示す図である。また、図2(A)は、図2(B)におけるA−A線断面図であり、パッケージ101内の構成例を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration example of the
パッケージ101は、塩害、高温・高湿のような過酷な外部環境に長期に曝されても内部回路の性能を維持できる高耐久性の材料、この実施形態では、非金属材料であって、ガラスと比較して強靭性を備え、軽量で、かつ、電気的絶縁性を有するセラミック材料で構成されている。そして、図2(A)に示すように、パッケージ101は、上部が開口とされ、壁部102Wにより囲まれた凹部104を有する箱型のパッケージ本体102と、蓋部103とからなる。
The
パッケージ本体102は、この実施形態では、LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics:低温同時焼成セラミックス)基板を積層した構成とされている。また、蓋部103は、透光性セラミック材料で構成されている。蓋部103は、パッケージ本体102に対して、その壁部102Wの端面において、低融点ガラス溶融による接合部材105を介して接合されており、これにより、パッケージ101は、高気密封止接合された構造とされている。
In this embodiment, the package
この実施形態では、パッケージ本体102には、自立電源を含む電源系と、振動センサや温度センサなどの複数個のセンサで外部環境因子を検出し、その検出出力を無線送信するための信号処理回路系とからなる電子回路が収納されている。この電子回路の主要な部品は、パッケージ本体102の凹部104に収納される。ただし、無線通信用のアンテナは、パッケージ本体102の壁部102Wに埋め込まれて設けられる。そして、埋め込まれるアンテナは、セラミック層の少なくとも一層を貫通するビア内に充填される導体で形成されたり、セラミック層の間にパターン形状で形成されたり、ビアとパターンの組み合わせで形成される。
In this embodiment, the package
[電子回路構成例]
図3は、この実施形態の無線センサ端末100の電子回路の構成例を示すブロック図である。この図3に示すように、この実施形態の無線センサ端末100は、自立電源回路200と負荷回路210とからなり、自立電源回路200からの電圧が、電源電圧として負荷回路210に供給される。負荷回路210は、自立電源回路200からの電圧により所定の動作を行う負荷の一例である。
[Electronic circuit configuration example]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of an electronic circuit of the
自立電源回路200は、詳細は後述するが、発電部を構成する太陽電池モジュール201と、蓄電部を構成する二次電池202及び蓄電用キャパシタ203とを備えて構成されている。
As will be described in detail later, the self-supporting
また、負荷回路210は、無線センサ端末100の全体を制御するための処理制御回路211に対して振動センサ212、トリガセンサ213、温度センサ214などの複数個のセンサが接続されると共に、通信制御回路215が接続されて構成されている。通信制御回路215には、アンテナ216が接続されている。
In the
振動センサ212は、当該無線センサ端末100が取り付けられた場所の振動を検知対象属性として検出するためのもので、この例では、MEMSセンサの構成とされている。トリガセンサ213は、無線センサ端末100に加わる衝撃など、突発的な事象を検知対象属性として検出するためのもので、これもこの例ではMEMSセンサの構成とされている。温度センサ214は、無線センサ端末100のパッケージ本体102の凹部104内の温度を検知対象属性として検出するためのもので、これもこの例では、MEMSセンサの構成とされている。
The
処理制御回路211は、この例では、例えばMPU(Micro Processor Unit;マイクロプロセッサユニット)で構成されている。そして、処理制御回路211は、時間管理機能を有し、予め定められている適宜のタイミングで振動センサ212や温度センサ214で検出された振動情報や、温度情報を取り込む。そして、処理制御回路211は、取り込んだ振動情報や温度情報から、送信情報を生成し、通信制御回路215を通じて外部に無線送信する。なお、この例では、無線送信信号生成回路は、処理制御回路211と、通信制御回路215とで構成されることになる。
In this example, the
この実施形態では、振動センサ212や温度センサ214に基づく送信情報の生成及び無線送信は、処理制御回路211での時間管理に基づいて、間欠的に実行される。また、処理制御回路211は、トリガセンサ213の検出出力を監視して、突発的な事象を検出したときには、その検出した時点で、トリガセンサ213の検出出力に基づく送信情報を生成し、通信制御回路215を通じて外部に無線送信する。
In this embodiment, transmission information generation and wireless transmission based on the
通信制御回路215は、処理制御回路211からの送信情報を、所定の変調方式の信号に変換して、アンテナ216を通じて無線送信する無線送信信号を生成する。この例では、無線送信信号は、搬送波周波数(キャリア周波数)が例えば920MHzとされている。なお、この実施形態では、通信制御回路215は、送信機能のみではなく、受信機能も備えており、処理制御回路211は、外部から通信制御回路215を通じて受信した信号を処理する無線受信信号処理回路及び当該無線受信信号処理回路での処理結果に基づいて、所定の制御を行う制御処理回路の機能も備える。
The
[パッケージ101における電子回路部品の配置例]
この例においては、図2(A)に示すように、パッケージ本体102の壁部102Wの凹部104側となる内側の面は、凹部104の底面から所定の高さh1までは、凹部104側に張り出すように構成されている。なお、高さh1は、凹部104の深さ、すなわち、凹部104の底面からパッケージ本体102の壁部102Wの端面までの距離に相当する高さh0よりも低い(h1<h0)ものとされる。
[Example of arrangement of electronic circuit components in package 101]
In this example, as shown in FIG. 2A, the inner surface on the
これにより、パッケージ本体102の凹部104には、図2(A),(B)に示すように階段状となる段差部106が設けられており、凹部104は、段差部106で囲まれる断面積が小さい小凹部104aと、段差部106以外の部分の壁部102Wで囲まれる断面積が大きい大凹部104bとを有するものとなる。
As a result, the
この例では、段差部106上に、太陽電池モジュール201が、小凹部104aを閉塞して密閉するように配置される。そして、小凹部104a内の底面部に、二次電池202、蓄電用キャパシタ203及び処理制御回路211などが配置される。
In this example, the
この実施形態では、パッケージ本体102は、LTCC基板を積層することで構成されている。そして、積層される複数のLTCC基板の間に導体パターンを設けると共に、複数のLTCC基板のそれぞれに導体を充填したビアを必要な箇所に設けることで、各電子回路部品間の電気的接続を行うようにしている。
In this embodiment, the
また、LTCC基板からなる壁部102Wには、小凹部104a内に配設されている自立電源回路200の構成要素と太陽電池モジュール201との電気的な接続のための導体が充填されているビアが設けられており、段差部106の端面において、太陽電池モジュール201の端子との電気的な接続がなされる。
Further, the
アンテナ216は、図2に示すように、パッケージ本体102の壁部102W内に埋め込まれるようにしてパッケージ101に配置される。この実施形態では、アンテナ216は、2個の棒状の導体216a及び216bで構成され、無指向性となるように構成される。
As shown in FIG. 2, the
そして、この実施形態の太陽電池モジュール201は、矩形の平板形状を有するが、当該矩形の形状部分は、凹部104と相似形とされ、その周囲部分が、段差部106の端面の部分と衝合する状態で、大凹部104b内に収納され、例えば接着材などにより接合される。したがって、太陽電池モジュール201は、パッケージ本体102の大凹部104b内にすっぽりと収まる。このため、蓋部103に直交する方向から見たとき、太陽電池モジュール202の配設位置は、アンテナ216を構成する2個の棒状の導体216a,216bが埋め込まれているパッケージ本体102の壁部102Wとは重ならないようになる。すなわち、アンテナ216は、太陽電池モジュール202には、全く邪魔されることなく、無線電波の送受信が可能の状態となる。
The
この場合に、小凹部104aには、少なくとも電子回路部品が空気層に触れることがなくなるように所定の充填材109、例えば樹脂が充填される。この充填材109の充填により、小凹部104a内に配設されている電子回路部品は空気層に触れなくなるので、水分や湿気によって、小凹部104a内の電子回路部品にサビや腐食が生じないようになり、長期にわたる気密性を有することができる。
In this case, the
以上のようにして、電子回路部品が小凹部104aに配置されると共に、小凹部104a内が充填材109で充填され、太陽電池モジュール202により小凹部104aが密閉されるようにされた後、パッケージ本体102に対して蓋部103が封止接合されることで、凹部104が密閉されて、パッケージ101は気密性を有するものとなる。なお、この実施形態のパッケージ101の側部には、後述する外部充電端子を構成するUSB(Universal Serial Bus)端子209が外部に露呈する状態で設けられており、小凹部104a内の自立電源回路200の一部の回路と接続されている。
As described above, the electronic circuit component is arranged in the
この場合に、蓋部103は、前述したように、凹部104内の太陽電池モジュール202への入射光を透過させる必要があるので、この実施形態では、透光性セラミック(アルミナ)で構成される。
In this case, as described above, the
この実施形態では、蓋部103の周縁の、パッケージ本体102の壁部102Wの端面との接合部のみを、レーザーLZにより加熱することで、パッケージ本体102に対して蓋部103を封止接合するようにする。そして、この実施形態では、パッケージ本体102の壁部102Wの端面と、蓋部103との間に設ける接合部材105としては、低融点材料、この例では、低融点ガラスを用いる。
In this embodiment, the
さらに、この実施形態では、パッケージ本体102の壁部102Wには、レーザーLZによる熱を放熱するための放熱ビア110が、複数層のLTCC基板の少なくとも一層を貫通するビア内に導体を充填することで埋め込まれて設けられている。この放熱ビア110は、図2(B)に示すように、パッケージ本体102の壁部102Wに、所定間隔で、複数個が埋め込まれて設けられている。
Furthermore, in this embodiment, the heat radiation via 110 for radiating the heat generated by the laser LZ fills the
なお、図2(B)に示すように、この実施形態の無線センサ端末100は、パッケージ本体102の底部側には、パッケージ本体102の壁部102Wよりも、当該壁部102Wに直交する方向に突出するように、鍔部102Fが形成されている。そして、この鍔部102Fに取り付け用の貫通孔102Fa,102Fb,102Fc,102Fdが形成されており、この貫通孔102Fa,102Fb,102Fc,102Fd及び取り付け対象部に穿かれた貫通孔を介して、例えば、セラミックからなるボルトを貫通させ、セラミックからなるナットで固定するようにすることができるようにしている。
As shown in FIG. 2B, the
取り付け対象部に貫通孔を穿つことができない場合には、パッケージ101の底面側が、振動センサ212により振動を検知する対象物である、例えば橋梁やトンネル付帯物、道路付帯物に、接着材により接着されるが、鍔部102Fの分だけ、無線センサ端末100を取り付ける対象物との接着部及び接合部の面積が大きくなるので、より強固に対象物に対して接着固定させて取り付けることができるようにしている。
When the through hole cannot be drilled in the attachment target portion, the bottom surface side of the
[自立電源回路の構成例]
図1は、この実施形態の無線センサ端末100の自立電源回路200の構成例を示す回路図である。太陽電池モジュール201は、この実施形態では、1または複数個の平板形状の太陽電池セルが面状に配列されて矩形状に構成されている。この例の太陽電池モジュール201は、例えば2.42ボルト〜15ボルトの発電電圧を出力する。
[Example of configuration of self-supporting power supply circuit]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a self-supporting
また、二次電池202は、この例では、リチウムイオン電池202Bで構成されている。この例のリチウムイオン電池202Bは、図4(B)に示すように、公称電圧(定格電圧)が4.1ボルトであり、許容される充放電回数は1000回程度とされている。ここで公称電圧とは、二次電池202を通常の状態で使用した場合に得られる端子間の目安として定められている電圧の値を意味している。二次電池202では、満充電状態のときは、この公称電圧よりも高い端子電圧が得られるが、放電が進んだ場合や負荷に大きな電流を供給する場合には、公称電圧より低い端子電圧になる。
Moreover, the
この例の蓄電用キャパシタ203は、二次電池202の公称電圧よりも高い上限電圧(充電上限電圧)を有する構成とされている。この例では、蓄電用キャパシタ203としては、リチウムイオンキャパシタを用いるが、1個のリチウムイオンキャパシタは、図4(A)に示すように、上限電圧(定格電圧)が3.8ボルト、下限電圧2.2ボルト、許容される充放電回数は10万回程度とされている。そこで、蓄電用キャパシタ203としては、2個のリチウムイオンキャパシタ2031と2032とを直列に接続したもので構成する。これにより、蓄電用キャパシタ203は、上限電圧が、二次電池202の公称電圧(4.1ボルト)よりも高い7.6ボルトとなり、下限電圧が4.4ボルトとなる。
The
ここで、キャパシタの上限電圧とは、充電が停止される(満充電)のときの電圧であり、また、下限電圧は、キャパシタの放電を停止して充電しなければならない電圧の値である。 Here, the upper limit voltage of the capacitor is a voltage when charging is stopped (fully charged), and the lower limit voltage is a value of a voltage that must be charged by stopping discharging of the capacitor.
この太陽電池モジュール201からの発電電圧は、DC/DC変換器204及びDC/DC変換器205に供給される。DC/DC変換器204は、二次電池202用の充電回路を構成するもので、過充電防止機能を備えている。この例ではDC/DC変換器204は、太陽電池モジュール201からの発電電圧から、4.4ボルトの出力電圧を生成する。また、DC/DC変換器205は、蓄電用キャパシタ203用の充電回路を構成するもので、過充電防止機能を備えている。この例ではDC/DC変換器205は、太陽電池モジュール201からの発電電圧から、7.9ボルトの出力電圧を生成する。
The generated voltage from the
DC/DC変換器204の出力電圧は、ダイオードD3を通じて二次電池202に供給される。ダイオードD3の順方向の降下電圧は0.3ボルトであるので、二次電池202の入力端での電圧値は、4.1ボルトとなり、二次電池202のリチウムイオン電池202Bの公称電圧と同値となり、二次電池202の過充電が防止される。
The output voltage of the DC /
また、DC/DC変換器205の出力電圧は、ダイオードD4を通じて蓄電用キャパシタ203に供給される。ダイオードD4の順方向の降下電圧は0.3ボルトであるので、蓄電用キャパシタ203の入力端での電圧値は、7.6ボルトとなり、蓄電用キャパシタ203を構成する2個のリチウムイオンキャパシタ2031及び2032の直列回路の上限電圧と同値となり、蓄電用キャパシタ203の過充電が防止される。
The output voltage of the DC /
二次電池202の端子電圧と蓄電用キャパシタ203の端子電圧とは、スイッチ回路206を通じて、DC/DC変換器207に供給される。この実施形態では、スイッチ回路206は、2個のダイオードD1及びダイオードD2で構成され、二次電池202の端子電圧がダイオードD1を通じてDC/DC変換器207に供給され、また、蓄電用キャパシタ203の端子電圧がダイオードD2を通じてDC/DC変換器207に供給される。すなわち、二次電池202の出力端子は、ダイオードD1のアノードに接続され、また、蓄電用キャパシタ203の出力端子は、ダイオードD2のアノードに接続される。そして、ダイオードD1とダイオードD2のカソードが互いに接続され、その接続点PoがDC/DC変換器207の入力端に接続される。
The terminal voltage of the
後述するように、スイッチ回路206を構成するダイオードD1とダイオードD2とは、二次電池202の端子電圧の値と、蓄電用キャパシタ203の端子電圧の値とに応じて、いずれか一方がオン(導通)、他方がオフ(非導通状態)となる。すなわち、スイッチ回路206は、制御信号により切り替えられるのではなく、二次電池202の端子電圧の値と、蓄電用キャパシタ203の端子電圧の値とに応じて、自動的に切り替えられる。
As will be described later, one of the diode D1 and the diode D2 constituting the
DC/DC変換器207は、スイッチ回路206からの電圧に基づいて、負荷回路210用の、この例では、2.5ボルトの電源電圧VDDを生成する。そして、DC/DC変換器207は、生成した電源電圧VDDを、負荷回路210の各部に供給する。
Based on the voltage from the
そして、この実施形態では、太陽電池モジュール201による充電が長期に亘ってできない場合に、緊急避難的に二次電池202を充電するようにするために、外部に露呈する外部充電端子を構成するUSB端子209が設けられており、このUSB端子209が二次電池充電回路208に接続されている。この場合、USB端子209には、USBコネクタプラグが接続されたときに、USBケーブルを通じて5ボルトの電圧が入力される。二次電池充電回路208は、5ボルトの入力電圧から、4.1ボルトの定電圧(定電流)を生成して、二次電池202に供給するようにする。
In this embodiment, in order to charge the
[自立電源回路200の動作]
自立電源回路200は、以上のように構成されているので、太陽電池モジュール201により発電がなされ、二次電池202及び蓄電用キャパシタ203が十分に充電される環境状態のときには、蓄電用キャパシタ203の上限電圧が、二次電池202の公称電圧よりも高く選定されているので、蓄電用キャパシタ203の端子電圧が、二次電池202の公称電圧よりも高くなる。すると、スイッチ回路206のダイオードD2がオン(導通状態)となり、ダイオードD1とダイオードD2のカソードの共通接続点Poの電位は、二次電池202の端子電圧よりも高くなる。このため、ダイオードD1は、オフ(非導通状態)となり、二次電池202は、満充電まで充電された後、その状態を維持するようになる。
[Operation of Stand-alone Power Supply Circuit 200]
Since the self-supporting
したがって、このときには、蓄電用キャパシタ203の端子電圧がダイオードD2を通じてDC/DC変換器207に供給され、DC/DC変換器207は、この蓄電用キャパシタ203の端子電圧から電源電圧VDDを生成し、負荷回路210に供給する。
Therefore, at this time, the terminal voltage of the
そして、太陽光エネルギーが、比較的短い間隔で繰り返し得られる通常の状態の間は、蓄電用キャパシタ203は、その端子電圧が下限電圧以下に低下する前に、太陽電池モジュール201の発電電圧により充電され、蓄電用キャパシタ203の端子電圧は、下限電圧以上を維持するようになる。
And during the normal state where solar energy is repeatedly obtained at relatively short intervals, the
すなわち、図5は、太陽光エネルギーの変化と、それに対応する蓄電用キャパシタ203の端子電圧の変化を説明するための図であり、曲線301は、太陽光エネルギーの変化を示し、折線302は、蓄電用キャパシタ203の端子電圧の変化を示している。
That is, FIG. 5 is a diagram for explaining the change in the solar energy and the corresponding change in the terminal voltage of the
この図5に示すように、曲線301で示す太陽光エネルギーが得られる期間では、蓄電用キャパシタ203は、太陽電池モジュール201の発電電圧により充電されて、折線302で示す蓄電用キャパシタ203の端子電圧は、例えば上限電圧を維持する。そして、夜間になって太陽光エネルギーが消失してしまうと、負荷回路210での電力消費による放電により、折線302で示す蓄電用キャパシタ203の端子電圧は、徐々に低下する状態となるが、図5で一点鎖線で示す下限電圧以下となる前に次に得られる太陽光エネルギーによって、蓄電用キャパシタ203は、充電されて、折線302で示す蓄電用キャパシタ203の端子電圧は、下限電圧以上を維持する。
As shown in FIG. 5, during the period in which the solar energy indicated by the curve 301 is obtained, the
しかし、例えば雨天が10日間連続するなどの例外的気象変動や、例えば工事で太陽光が当たらないインフラ設置環境変動などの状態になると、折線302で示す蓄電用キャパシタ203の端子電圧は、図5に示すように、下限電圧以下に低下するようになる。そして、蓄電用キャパシタ203の端子電圧が、二次電池202の端子電圧よりも低くなると、図1の接続点Poの電位も二次電池202の端子電圧よりも低くなるので、ダイオードD1がオン(導通状態)となる。そして、ダイオードD1がオンとなることから、接続点Poの電位が、その時の蓄電用キャパシタ203の端子電圧よりも高くなるので、ダイオードD2がオフ(非導通状態)となる。
However, for example, when there is an exceptional weather fluctuation such as rainy weather for 10 consecutive days or an infrastructure installation environment fluctuation where, for example, construction does not receive sunlight, the terminal voltage of the
これにより、蓄電用キャパシタ203の端子電圧に代わって、二次電池202の端子電圧がDC/DC変換器207に供給され、DC/DC変換器207は、この二次電池202の端子電圧から電源電圧VDDを生成し、負荷回路210に供給する。このときには、蓄電用キャパシタ203は、放電を行うことなく、充電のみが行われる状態になる。
As a result, the terminal voltage of the
そして、太陽光エネルギーが次に得られるまでは、二次電池202の端子電圧から負荷回路210の電源電圧VDDがDC/DC変換器207で生成される状態が続き、その間、二次電池202は、負荷回路210での電力消費により放電をする。
Until the next solar energy is obtained, the state in which the power supply voltage VDD of the
太陽光エネルギーが再び得られる状態となると、蓄電用キャパシタ203が充電されて、その端子電圧が上昇する。そして、蓄電用キャパシタ203の端子電圧が、二次電池202の端子電圧よりも高くなると、接続点Poの電位よりも蓄電用キャパシタ203の端子電圧が高くなるために、ダイオードD2がオン(導通状態)に復帰し、ダイオードD1がオフ(非導通状態)になる。
When solar energy is obtained again, the
これにより、二次電池202の端子電圧に代わって、蓄電用キャパシタ203の端子電圧がDC/DC変換器207に供給される通常の状態に戻り、DC/DC変換器207は、この蓄電用キャパシタ203の端子電圧から電源電圧VDDを生成し、負荷回路210に供給する状態に戻る。このときには、二次電池202は、放電を行うことなく、充電のみが行われる状態になる。
As a result, instead of the terminal voltage of the
以上説明したように、この実施形態の無線センサ端末100の自立電源回路200においては、通常の使用状態では、リチウムイオンキャパシタ2031及び2032で構成される蓄電用キャパシタ203が、太陽光エネルギーにより充電される状態と、負荷回路210での電力消費による放電を行う状態とを繰り返す。リチウムイオンキャパシタは、許容される充放電回数が10万回以上と多いので、充放電回数が、この実施形態のように多くても、その寿命に与える影響は少ない。
As described above, in the self-supporting
そして、二次電池202は、外部環境が通常の状態から外れるような場合に、蓄電用キャパシタ203に代わって、蓄電素子として充放電を行うようにされる。したがって、この実施形態における二次電池202は、その充放電回数は少なく、許容される充放電回数が少なくても、長期の使用が可能となる。
The
そして、この実施形態では、蓄電用キャパシタ203に加えて二次電池202を用いる構成であるので、蓄電用キャパシタ203を構成するリチウムイオンキャパシタは、例えば10日間雨が連続するような場合には、下限電圧以下となっても良い容量で済むので、小型のものを用いることができる。
In this embodiment, since the
以上のように、この実施形態では、リチウムイオンキャパシタ2031,2032によって日常的(昼充電、夜放電)な使用を行い、リチウムイオン電池202Bによって、例外的気象変動やインフラ設置環境変動に対応することにより、長期信頼性を確保することができる。
As described above, in this embodiment, the
なお、例外的気象変動やインフラ設置環境変動が長期に亘った場合、二次電池202も終止電圧以下にまで放電されてしまう恐れがある。この実施形態では、そのような緊急状態になることを想定して、USB端子209が設けられている。そして、そのような緊急状態になった時には、USB端子209を通じて5ボルトの電圧が、無線センサ端末100に供給される。すると、二次電池充電回路208は、その入力された5ボルトの電圧を用いて、二次電池202を充電するようにする。これにより、二次電池202は充電されて、負荷回路210の電源電圧VDDを生成することが可能となり、その後、太陽光エネルギーが得られれば、上述の動作により以降させることができる。
In addition, when exceptional weather fluctuations and infrastructure installation environment fluctuations last for a long time, the
[他の実施形態]
上述の実施形態では、二次電池202及び蓄電用キャパシタ203とDC/DC変換器207との間に設けるスイッチ回路206は、ダイオードD1及びダイオードD2とで構成して、例えばMPUなどにより構成される切替制御回路を不要にした構成とした。
[Other Embodiments]
In the above-described embodiment, the
しかし、図6に示すように、切替制御回路220を設けて、スイッチ回路206を切り替え制御するように構成してもよい。図6のその他の構成要素は、図1の自立電源回路200と同様である。
However, as shown in FIG. 6, a switching
この図6の例の場合には、切替制御回路220には、蓄電用キャパシタ203の端子電圧が供給される。切替制御回路220は、蓄電用キャパシタ203の端子電圧が、その下限電圧より高いときには、スイッチ回路26を、蓄電用キャパシタ203の端子電圧を選択して、DC/DC変換器207に供給する状態に切り替える。また、切替制御回路220は、蓄電用キャパシタ203の端子電圧が、その下限電圧以下となったときには、スイッチ回路26を、二次電池202の端子電圧を選択して、DC/DC変換器207に供給する状態に切り替える。
In the example of FIG. 6, the terminal voltage of the
なお、この図6の例の場合には、切替制御回路220には、DC/DC変換器207からの電源電圧VDDが電源電圧として供給される。また、図6では、切替制御回路220は、自立電源回路200の構成要素として示したが、負荷回路210の構成要素としてもよく、処理制御回路211に、切替制御回路220の機能を持たせるようにすることもできる。
In the case of the example of FIG. 6, the switching
[その他の変形例]
蓄電用キャパシタ204は、上述の例では、2個のリチウムイオンキャパシタで構成されるが、上限電圧の条件を満足するものであれば、1個のキャパシタで構成してもよいし、あるいは3個以上のキャパシタで構成してもよい。また、蓄電用キャパシタ204は、リチウムイオンキャパシタを用いるものに限られる訳ではなく、その他のキャパシタで構成してもよいし、電気二重層キャパシタなどで構成してもよい。
[Other variations]
In the above example, the
また、二次電池203もリチウムイオン電池に限られるものではないことは言うまでもない。
Needless to say, the
また、発電部は、太陽電池モジュールを発電素子として用いるものに限られるものではない。例えば、橋梁などの取り付けた場所における振動を外部環境要因とする振動エネルギーを用いる発電を用いることもでき、更には、温度差発電、風力発電、地熱発電など、外部環境要因に基づく発電エネルギーを用いた発電を行うようにしてもよい。また、それらの発電エネルギーを単独で用いるのではなく、例えば太陽電池モジュールと振動発電素子とを組み合わせるなど、複数種の発電エネルギーを用いて発電を行うことで、発電機会が得られない期間をできるだけ無くすように発電部を構成してもよい。 Further, the power generation unit is not limited to one using a solar cell module as a power generation element. For example, it is possible to use power generation using vibrational energy whose external environmental factor is vibration at a place where a bridge is mounted, etc., and to use power generation energy based on external environmental factors such as temperature difference power generation, wind power generation, and geothermal power generation. You may make it perform the generated electric power. Also, instead of using these power generation energies alone, for example, combining solar cell modules and vibration power generation elements, by generating power using multiple types of power generation energy, it is possible to have a period when power generation opportunities cannot be obtained as much as possible. The power generation unit may be configured to be eliminated.
なお、上述の例では、緊急避難的な充電を可能にするために外部充電端子としてのUSB端子を設けるようにしたが、このような外部充電端子は、設けない構成とすることもできる。その場合には、無線センサ端末100のパッケージ101は、完全密閉構造とすることが可能である。
In the above example, the USB terminal as the external charging terminal is provided in order to enable emergency evacuation charging. However, such an external charging terminal may be omitted. In that case, the
また、上述の実施形態は、自立型端末が無線センサ端末の場合であるが、この発明の自立型端末は、上述のような無線センサ端末に限られるものではないことは言うまでもない。すなわち、この発明の自立型端末は、自立電源回路で生成された電源電圧で動作する負荷を備える端末であれば、どのような端末であっても適用可能である。 Moreover, although the above-mentioned embodiment is a case where a self-supporting terminal is a wireless sensor terminal, it cannot be overemphasized that the self-supporting terminal of this invention is not restricted to the above wireless sensor terminals. That is, the self-supporting terminal of the present invention can be applied to any terminal as long as the terminal includes a load that operates with a power supply voltage generated by a self-supporting power supply circuit.
100…無線センサ端末、101…パッケージ、200…自立電源回路、201…太陽電池モジュール、202…二次電池、203…蓄電用キャパシタ、204,205…DC/DC変換器、206…スイッチ回路、210…負荷回路、220…切替制御回路、D1,D2,D3,D4…ダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記発電部からの電源供給を受けて充電される二次電池と、
前記発電部からの電源供給を受けて充電され、上限電圧が前記二次電池の公称電圧よりも高い蓄電用キャパシタと、
電源供給を受けて動作を行う負荷と、
前記二次電池及び前記蓄電用キャパシタと前記負荷との間に設けられるスイッチ回路と、
を備え、
前記スイッチ回路は、前記蓄電用キャパシタの端子電圧が、前記二次電池の端子電圧よりも高いときには、前記蓄電用キャパシタの端子電圧が前記負荷に供給される切替状態となり、前記蓄電用キャパシタの端子電圧が、当該蓄電用キャパシタの下限電圧以下となったときには、前記二次電池の端子電圧が前記負荷に供給される切替状態となる
ことを特徴とする自立型端末。 A power generation unit including a power generation element that generates power by a power generation factor according to an external environment;
A secondary battery that is charged by receiving power from the power generation unit;
Charged by receiving power supply from the power generation unit, a capacitor for storage having an upper limit voltage higher than the nominal voltage of the secondary battery,
A load that operates with power supply, and
A switch circuit provided between the secondary battery and the storage capacitor and the load;
With
When the terminal voltage of the storage capacitor is higher than the terminal voltage of the secondary battery, the switch circuit is in a switching state in which the terminal voltage of the storage capacitor is supplied to the load, and the terminal of the storage capacitor The self-supporting terminal, wherein when the voltage becomes equal to or lower than the lower limit voltage of the storage capacitor, the terminal voltage of the secondary battery is switched to be supplied to the load.
前記スイッチ回路は、前記二次電池と前記負荷との間に設けられる第1のダイオードと、前記蓄電用キャパシタと前記負荷との間に設けられる第2のダイオードとで構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の自立型端末。 When the terminal voltage of the storage capacitor is higher than the terminal voltage of the secondary battery, the switch circuit is in a switching state in which the terminal voltage of the storage capacitor is supplied to the load. When the terminal voltage of the storage capacitor is less than or equal to the lower limit voltage of the storage capacitor and less than or equal to the terminal voltage of the secondary battery, a switching state in which the terminal voltage of the secondary battery is supplied to the load; And
The switch circuit includes a first diode provided between the secondary battery and the load, and a second diode provided between the storage capacitor and the load. The self-supporting terminal according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の自立型端末。 The self-supporting terminal according to claim 1, wherein the storage capacitor includes a plurality of capacitors connected in series.
前記発電部と前記蓄電用キャパシタとの間には、前記発電部の出力電圧から前記蓄電用キャパシタを前記上限電圧まで充電可能な電圧を生成するための第2のDC/DC変換器が設けられている
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の自立型端末。 A first DC / DC converter is provided between the power generation unit and the secondary battery to generate a voltage capable of charging the secondary battery from the output voltage of the power generation unit to a charge upper limit voltage. With
A second DC / DC converter is provided between the power generation unit and the storage capacitor to generate a voltage capable of charging the storage capacitor from the output voltage of the power generation unit to the upper limit voltage. The self-supporting terminal according to any one of claims 1 to 3, wherein the self-supporting terminal is provided.
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の自立型端末。 Between the load and the connection point of the first switch circuit and the second switch circuit, the voltage for the load is obtained from the voltage obtained through the first switch circuit or the second switch circuit. The DC / DC converter which produces | generates a power supply voltage is provided. The self-supporting terminal in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項4に記載の自立型端末。 A third diode is connected between the first DC / DC converter and the secondary battery, and a second diode is connected between the second DC / DC converter and the capacitor. The self-supporting terminal according to claim 4, wherein four diodes are connected.
ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の自立型端末。 The self-supporting terminal according to any one of claims 1 to 6, further comprising a charging circuit that charges the secondary battery through an external terminal.
ことを特徴とする請求項1に記載の自立型端末。 The self-supporting terminal according to claim 1, further comprising a control circuit that monitors a terminal voltage of the storage capacitor and controls the switching of the switch circuit.
ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の自立型端末。 The self-supporting terminal according to any one of claims 1 to 8, wherein the secondary battery is a lithium ion battery.
ことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれかに記載の自立型端末。 The self-supporting terminal according to any one of claims 1 to 9, wherein the storage capacitor is configured by connecting a plurality of lithium ion capacitors.
ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれかに記載の自立型端末。 The self-supporting terminal according to any one of claims 1 to 10, wherein the power generation element is a solar battery cell.
ことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれかに記載の自立型端末。
12. The load according to claim 1, wherein the load includes a sensor that detects a change in an environmental factor, and a communication circuit that wirelessly transmits the sensor output detected by the sensor to the outside. Free-standing terminal.
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