JP2022142690A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池セルの充電残量が低下しバッテリー管理部の動作が停止した状態であっても、二次電池セルの充電を行って通常の充放電動作に復帰することが可能な電源装置を提供する。【解決手段】電源装置１００は、光によって発電して電力を出力する太陽電池１０と、電力を貯蔵する二次電池セル４０と、二次電池セルの貯蔵電圧が保護電圧以下の場合には、二次電池セルに貯蔵された電力の取り出しを遮断して保護動作を実施するバッテリー管理部３０と、太陽電池とバッテリー管理部の間に接続されて、太陽電池が出力した電力の一部を第１電圧および第１電流値に変換して二次電池セルに供給して復帰充電動作を実施する自動復帰制御部５０を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置に関し、特に太陽電池からの出力を二次電池セルに貯蔵する電源装置に関する。

近年、太陽光のエネルギーで発電する太陽電池が普及し、一般住宅の屋根や有休地を利用して太陽光発電を行なうことが一般的になってきた。このような太陽光発電設備では、太陽光による発電量が不足する場合には、発電所からの送電網による給電を併用している。また、太陽光で発電した電力が消費電力よりも大きい場合には、送電者を介して余剰電力を売電することも行われている。

しかし、送電設備の敷設が困難な遠隔地や未整備地では、送電網を利用した給電と売電が不可能であり、太陽光発電設備の設置と活用が困難である。そこで、太陽電池と二次電池を組み合わせて、太陽電池で発電した電力を二次電池に一時的に貯蔵しておき、必要に応じて二次電池に貯蔵された電力を取り出す独立電源装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

図５は、従来から提案されている独立電源装置の構成を模式的に示すブロック図である。図５に示すように従来の独立電源装置は、太陽電池１０と、充放電制御部２０と、バッテリー管理部（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）３０と、二次電池セル４０を備えている。太陽電池１０の出力は充放電制御部２０の入力に接続され、充放電制御部２０の出力はバッテリー管理部３０に接続されている。バッテリー管理部３０は二次電池セル４０の電極端子に接続されており、二次電池セル４０からの電力で駆動されて、二次電池セル４０の状態を取得するとともに過充電保護や過放電保護の制御を行う。二次電池セル４０に貯蔵された電力は、バッテリー管理部３０を介して負荷および充放電制御部２０に出力され、負荷と充放電制御部２０の駆動に用いられる。

このような従来技術の独立電源装置では、二次電池セル４０から取り出される電力によって充放電制御部２０およびバッテリー管理部３０が駆動され、充放電制御部２０が二次電池セル４０の充放電動作を制御している。しかし、二次電池セル４０の充電残量が低下してバッテリー管理部３０の過放電保護機能が働くと、二次電池セル４０から充放電制御部２０への電力が供給されないため、充放電制御部２０も動作を停止し充電動作を再開できないという問題があった。そこで本出願人は、二次電池セル４０の充電残量が低下して過放電保護が働いている場合でも、太陽電池１０から供給される電力で充放電制御部２０を起動することで充放電動作を再開する技術を提案している（特許文献２）。また特許文献２では、二次電池セル４０が過放電状態であっても、充放電制御部２０がバッテリー管理部３０から二次電池セル４０の状態を取得して、プリチャージ動作を実行して充電を再開することができた。

特開２０１７－０１７７７８号公報 特許第６０３１７２１号公報

特許文献２に示した従来技術では、二次電池として交換性と可搬性に優れたモジュールを用いており、必要に応じて二次電池モジュールを交換することができる。これにより、過放電保護の働いた二次電池モジュールでさらに放電が進行して、深放電状態にまでなることは想定されない。また、仮に二次電池モジュールが深放電状態にまでなったとしても、他の二次電池モジュールと交換することで容易に充放電動作を継続し、深放電状態の二次電池モジュールを回収することが可能であった。

しかし、上述したような遠隔地に設置される独立電源装置では、設備のメンテナンスを短期間で繰り返すことは困難である。梅雨時期や降雪時期において長期間の日照不足が継続すると、遠隔地の独立電源装置では二次電池への充電を継続できないため、過放電状態の二次電池セル４０ではバッテリー管理部３０の動作でさらに放電が進行し、深放電状態にまで到達する可能性がある。バッテリー管理部３０は二次電池セル４０から供給される電力で稼働するため、深放電状態になった二次電池セル４０ではバッテリー管理部３０が非稼働状態になって、充電を再開することができない。深放電状態となった二次電池セル４０では、特許文献２の技術を用いてもバッテリー管理部３０が非稼働状態であるため、二次電池セル４０の状態を取得することができず、プリチャージ動作を実行することもできなかった。

このように従来技術では、二次電池セル４０の充電残量が深放電状態まで進行すると、日照が回復してもバッテリー管理部３０を再稼働させることができないため、充放電制御部２０によるプリチャージ動作及び充放電動作を実行できず、太陽電池１０で発電した電力の貯蔵及び供給を継続することができなくなるという問題があった。

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、二次電池セルの充電残量が低下しＢＭＳの動作が停止した状態であっても、二次電池セルの充電を行って通常の充放電動作に復帰することが可能な電源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電源装置は、光によって発電して電力を出力する太陽電池と、前記電力を貯蔵する二次電池セルと、前記二次電池セルの貯蔵電圧が保護電圧以下の場合には、前記二次電池セルに貯蔵された前記電力の取り出しを遮断して保護動作を実施するバッテリー管理部と、前記太陽電池と前記バッテリー管理部の間に接続されて、前記バッテリー管理部が稼働停止状態であっても、前記太陽電池が出力した前記電力の一部を第１電圧および第１電流値に変換して前記バッテリー管理部に供給して復帰充電動作を実施する自動復帰制御部を備えることを特徴とする。

このような本発明の電源装置では、二次電池セルの充電残量が低下しバッテリー管理部（ＢＭＳ）の動作が停止した状態であっても、太陽電池の出力で徐々に二次電池セルの充電を行って二次電池セルを保護電圧以上になるまで充電し、バッテリー管理部を通常の充放電動作に復帰させることが可能となる。

また本発明の一態様では、前記バッテリー管理部が前記保護動作中であっても、前記自動復帰制御部は、前記復帰充電動作を継続する。

また本発明の一態様では、前記太陽電池と前記バッテリー管理部の間に接続されて、前記太陽電池から出力された前記電力を充電電圧および充電電流に変換して、前記バッテリー管理部に供給する充放電制御部を備え、前記充放電制御部は、前記二次電池セルに貯蔵された前記電力によって稼働される。

また本発明の一態様では、前記自動復帰制御部は、前記充電電圧が予め定められた最大電圧に到達した場合に、前記復帰充電動作を停止する。

また本発明の一態様では、前記充放電制御部は、最大電力点追従制御を用いる。

また本発明の一態様では、前記自動復帰制御部は、前記二次電池セルの温度をセル温度として取得する温度測定部を備え、前記セル温度の温度上昇が予め定められた保護温度以上である場合には、前記復帰充電動作を停止する。

また本発明の一態様では、前記自動復帰制御部は、前記太陽電池からの前記電力の一部を昇圧して前記第１電圧で出力する電圧調整部と、前記電圧調整部からの前記第１電圧の出力で駆動されて前記第１電流値を出力する定電流出力部を備え、前記定電流出力部の出力を前記バッテリー管理部に供給する。

また本発明の一態様では、前記定電流出力部と前記バッテリー管理部との間に、逆流防止ダイオードが接続されている。

本発明では、二次電池セルの充電残量が低下しＢＭＳの動作が停止した状態であっても、二次電池セルの充電を行って通常の充放電動作に復帰することが可能な電源装置を提供することができる。

第１実施形態に係る電源装置１００の構成を模式的に示すブロック図である。 自動復帰制御部５０の一例を示す回路図である。 電源装置１００における動作を示すタイミングチャートであり、図３（ａ）は自動復帰制御部５０の出力を示し、図３（ｂ）は二次電池セル４０の貯蔵電圧を示し、図３（ｃ）はバッテリー管理部３０の稼働状態を示し、図３（ｄ）は充放電制御部２０の充電電圧を示している。 図２に示した自動復帰制御部５０の動作を示すフローチャートである。 従来から提案されている独立電源装置の構成を模式的に示すブロック図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係る電源装置１００の構成を模式的に示すブロック図である。図１に示すように本実施形態の電源装置１００は、太陽電池１０と、充放電制御部２０と、バッテリー管理部（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）３０と、二次電池セル４０と、自動復帰制御部５０を備えている。

太陽電池１０は、光によって発電して電力を出力する光電変換装置である。太陽電池１０の構成は限定されず、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、色素増感型シリコン、ＣＩＧＳ系などの化合物半導体太陽電池等を用いることができる。また、架台に載置する形状であってもよく、路面や壁面に敷設する形状であってもよい。太陽電池１０の出力は充放電制御部２０の入力に電気的に接続され、太陽電池１０が発電した電力は充放電制御部２０に入力される。

充放電制御部２０は、太陽電池１０とバッテリー管理部３０の間に電気的に接続されて、太陽電池１０から出力された電力を充電電圧および充電電流に変換して、バッテリー管理部３０に供給する部分である。充放電制御部２０は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を含む電子回路で構成されており、二次電池セル４０に貯蔵された電力によって稼働される。充放電制御部２０の具体的な動作は限定されず、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｔｈ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式や、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）方式を用いることができる。太陽電池１０で発電された電力を効率良く二次電池セル４０に貯蔵するためには、最大電力点追従制御方式を用いることが好ましい。

バッテリー管理部３０は、二次電池セル４０の電極端子に電気的に接続され、二次電池セル４０の状態取得や過放電保護、過充電保護等の管理を行う部分である。バッテリー管理部３０は、ＩＣ等を含む電子回路で構成されており、二次電池セル４０に貯蔵された電力によって稼働される。バッテリー管理部３０は、二次電池セル４０の貯蔵電圧が保護電圧以下の場合には、二次電池セル４０に貯蔵された電力の取り出しを遮断して過放電保護動作を実施する。また、バッテリー管理部３０は、二次電池セル４０の貯蔵電圧が所定値以上の場合には、二次電池セル４０への充電動作を遮断して過充電保護動作を実施する。バッテリー管理部３０の具体的な動作は限定されず、公知のバッテリーマネジメントシステム（ＢＭＳ）を用いることができる。

二次電池セル４０は、充放電制御部２０および自動復帰制御部５０からバッテリー管理部３０を介して供給された電力を貯蔵するとともに、バッテリー管理部３０を介して貯蔵された電力が取り出されて、負荷および充放電制御部２０に電力を供給する部分である。二次電池セル４０の具体的な構成は限定されず、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、全固体電池等を用いることができる。資源の再利用を図るためには、電気自動車やハイブリッドカーで使用されたリチウムイオン電池を二次電池セル４０として再利用することが好ましい。

自動復帰制御部５０は、太陽電池１０とバッテリー管理部３０の間で、充放電制御部２０と並列に接続されて、太陽電池１０が出力した電力の一部を変換してバッテリー管理部３０に供給する部分である。詳細を後述するように、自動復帰制御部５０は、バッテリー管理部３０が稼働停止状態（非稼働状態）であってもバッテリー管理部３０および二次電池セル４０に対して第１電圧および第１電流値で電流を供給し、バッテリー管理部３０の稼働が再開するまで二次電池セル４０に対して復帰充電動作を実施する。また自動復帰制御部５０は、バッテリー管理部３０が過放電状態である二次電池セル４０からの電力取り出しを遮断している保護動作中であっても、復帰充電動作を継続する。また、自動復帰制御部５０は、充放電制御部２０の充電電圧が予め定められた最大電圧に到達した場合に、復帰充電動作を停止する。

図２は、自動復帰制御部５０の一例を示す回路図である。図２に示すように、自動復帰制御部５０は、第１昇降圧部５１と、昇圧確認部５２と、第２昇圧部５３と、定電流出力部５４とを備えている。本実施形態における第１昇降圧部５１、昇圧確認部５２および第２昇圧部５３の組み合わせは、太陽電池１０からの電力を調整して出力するため、本発明における電圧調整部に相当している。

第１昇降圧部５１は、入力端子ＬＰ１，ＬＰ２から入力された電力を昇圧または降圧して予め定められた予定電圧に調整して出力する回路である。太陽電池１０の出力電圧は、５Ｖ程度から４０Ｖ程度まで変動するため、出力を予定電圧（例えば１２Ｖ）に調整することで、後述する定電流出力部５４の動作を安定化させる。図２に示した例では、第１昇降圧部５１は、抵抗Ｒ１、ツェナーダイオードＺＤ１、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ１、キャパシタＣ１，Ｃ２を備えている。第１昇降圧部５１では、太陽電池１０からの数Ｖ程度の出力を例えば１２Ｖまで昇圧して第２昇圧部５３に対して出力する。

入力端子ＬＰ１，ＬＰ２に接続された太陽電池１０側に大きな電圧変動や電流変動が生じた場合に、自動復帰制御部５０の内部に与える影響を低減するために、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ１は絶縁タイプのものを用いることが好ましい。ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ１として絶縁タイプを用い、ツェナーダイオードＺＤ１で入力端子ＬＰ１，ＬＰ２の間を接続することで、太陽電池１０側で過大な電圧差が生じた場合には、ツェナーダイオードＺＤ１を介して電流が短絡されるため、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ１よりも下流側に配置された回路への悪影響を抑制できる。

昇圧確認部５２は、第１昇降圧部５１の出力電圧を監視して、予め定められた電圧（上述した例では１２Ｖ）まで到達した場合に第２昇圧部５３を動作させる回路である。図２に示した例では、昇圧確認部５２は、キャパシタＣ３，Ｃ４，Ｃ５、制御チップＩＣ１、抵抗Ｒ２，Ｒ３、トランジスタＱ１を備えている。本実施形態では、昇圧確認部５２で第１昇降圧部５１の出力電圧を確認しているので、第１昇降圧部５１での昇圧が不十分で目的とした出力に達していない段階では第２昇圧部５３では昇圧動作が実行されず、後述するように定電流出力部５４からの出力も停止される。これにより、第２昇圧部５３と定電流出力部５４を安定した状態で駆動させて、安定した出力電流を継続することができる。

第２昇圧部５３は、第１昇降圧部５１からの出力をさらに昇圧して定電流出力部５４に対して出力する回路である。図２に示した例では、第２昇圧部５３は、キャパシタＣ６，Ｃ７、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２を備えている。ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２は、昇圧確認部５２からの制御信号によって駆動のオン・オフが制御され、入力された電圧を所定倍率で昇圧して出力する。一例として、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ１の出力が１２Ｖで、倍率が２倍である場合には、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２は２４Ｖを出力する。

定電流出力部５４は、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２から出力された電圧で動作し、出力端子ＬＰ３，ＬＰ４からバッテリー管理部３０に対して定電流を出力する回路である。図２に示した例では、定電流出力部５４は、制御チップＩＣ２、抵抗Ｒ４，Ｒ５、可変抵抗ＢＬＫ１を備えている。図２に示した例では、定電流出力部５４と出力端子ＬＰ３との間には、逆流防止ダイオードＳＤ１が接続されている。一例として、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２からの出力が２４Ｖ（第１電圧）である場合に、定電流出力部５４から７０ｍＡ（第１電流値）の定電流を出力する。

次に、図３および図４を用いて、本実施形態に係る電源装置１００の動作について説明する。図３は、電源装置１００における動作を示すタイミングチャートであり、図３（ａ）は自動復帰制御部５０の出力を示し、図３（ｂ）は二次電池セル４０の貯蔵電圧を示し、図３（ｃ）はバッテリー管理部３０の稼働状態を示し、図３（ｄ）は充放電制御部２０の充電電圧を示している。図４は、図２に示した自動復帰制御部５０の動作を示すフローチャートである。図３および図４では、日照不足が長期間継続して二次電池セル４０の充電状態が深放電状態まで進行してバッテリー管理部３０が非稼働状態であり、太陽電池１０への日照が得られた状況を想定している。

図３（ａ）～図３（ｄ）の横軸は、太陽電池１０への日照が得られた時間を０として共通の時間軸を示している。図３（ａ）の縦軸は、自動復帰制御部５０のからバッテリー管理部３０に供給される電流値を示している。図３（ｂ）の縦軸は、二次電池セル４０の貯蔵電圧を示しており、Ｖｍｉｎはバッテリー管理部３０による過放電保護が働く保護電圧を示し、Ｖｍａｘはバッテリー管理部３０による過充電保護が働く電圧を示している。図３（ｃ）の縦軸は、バッテリー管理部３０の稼働状態を示しており、ＯＦＦは非稼働状態であり、ＯＮは稼働状態である。図３（ｄ）の縦軸は、充放電制御部２０がバッテリー管理部３０に出力する充電電圧を示しており、ｍａｘは充放電制御部２０で設定されている最大の充電電圧を示している。

図３において、時間ｔ＝０からｔ＝ｔ１までは電圧調整準備期間である。図３（ａ）～図３（ｄ）に示したように電圧調整準備期間では、自動復帰制御部５０の出力電流は０である。また、二次電池セル４０の貯蔵電圧は深放電状態である。また、バッテリー管理部３０は非稼働状態である。また、充放電制御部２０は非稼働で出力も０である。

時間ｔ＝ｔ１からｔ＝ｔ２までは自動復帰期間である。図３（ａ）～図３（ｄ）に示したように自動復帰期間では、自動復帰制御部５０の出力電流はＩ１である。また、二次電池セル４０の貯蔵電圧は深放電状態から過放電保護電圧Ｖｍｉｎまで徐々に上昇する。また、バッテリー管理部３０は非稼働状態と稼働状態を繰り返している。また、充放電制御部２０は非稼働で出力も０である。

時間ｔ＝ｔ２からｔ＝ｔ３までは通常充電期間である。図３（ａ）～図３（ｄ）に示したように通常充電期間では、自動復帰制御部５０の出力電流はＩ１である。また、二次電池セル４０の貯蔵電圧は過放電保護電圧Ｖｍｉｎを上回っている。また、バッテリー管理部３０は稼働状態である。また、充放電制御部２０は稼働しており、二次電池セル４０に対して太陽電池１０の出力を充電電圧で供給している。ここで、図３（ｂ）および図３（ｄ）において、通常充電期間のグラフの変化を一例として一定の増加率を示しているが、太陽電池１０が発電した電力が充放電制御部２０によって充電電圧として供給されているため、増加率や増減は一定であるとは限らない。

時間ｔ＝ｔ３以降は、自動復帰終了期間である。充放電制御部２０が出力する充電電圧がｍａｘまで到達すると、自動復帰制御部５０の出力電流は０となる。

図４に示すように自動復帰動作が開始すると、自動復帰制御部５０では、ステップＳ１で予備調整動作として太陽電池１０からの出力を予め定められた予定電圧に調整する。図２に示した回路の例では、第１昇降圧部５１のＤＣ－ＤＣコンバーターＵ１で予備調整動作が実行され、ステップＳ２以後も太陽電池１０からの電力が供給されている間は継続される。

ステップＳ２は昇圧確認動作であり、予備調整動作の結果が予定電圧まで調整されているかを確認する。図２に示した回路の例では、制御チップＩＣ１で昇圧確認動作が実行され、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２に対して制御信号が送出される。具体例としては、昇圧確認部５２が第１昇降圧部５１からの出力をモニターして、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ１の出力が予め定められた電圧値（予定電圧、例えば１２Ｖ）まで調整されているかを確認する。昇圧確認部５２は、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ１の出力が予定電圧まで到達していない場合にはオフ信号を送出してステップＳ１の予備調整動作を繰り返し、到達している場合にはオン信号を送出してステップＳ３に移行する。

ステップＳ３は昇圧出力動作であり、予備調整動作で予定電圧まで調整された電圧をさらに昇圧し、第１電流値で定電流を出力する。図２に示した回路の例では、第２昇圧部５３のＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２と制御チップＩＣ２で昇圧出力動作が実行される。具体例としては、昇圧確認部５２から制御信号としてオン信号がＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２に送出されると、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２が昇圧動作を行い、予定電圧（１２Ｖ）を第１電圧（２４Ｖ）まで昇圧する。定電流出力部５４は、第２昇圧部５３で昇圧された第１電圧で駆動されて第１電流値を出力する。

図２に示した回路の例では、ステップＳ２およびステップＳ３として、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ１の出力が予定電圧（１２Ｖ）ではない場合には、昇圧確認部５２はＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２に対してオフ信号を送出する。よって、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２では昇圧動作は行われず、出力は０Ｖで０ｍＡである。ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２の出力が予定電圧に到達すると、昇圧確認部５２はＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２に対してオン信号を送出し、ＤＣ－ＤＣコンバーターＵ２は昇圧動作を行なって第１電圧（２４Ｖ）で第１電流値（７０ｍＡ）を出力する。

図３（ａ）のｔ＝０からｔ＝ｔ１までの電圧調整準備期間では、第１昇降圧部５１で予定電圧に調整できていないため、第２昇圧部５３での昇圧と定電流出力部５４での電流出力は実行されず出力電流は０である。ｔ＝ｔ１になり、昇圧確認部５２で予定電圧までの調整が確認されると、第２昇圧部５３での昇圧と定電流出力部５４での電流出力が実行され、出力端子ＬＰ３，ＬＰ４からバッテリー管理部３０に対して第１電流値（Ｉ１）での定電流が出力される。これにより、時間ｔ＝ｔ１で自動復帰制御部５０からの定電流出力を０から第１電流値に迅速に変化させ、安定した定電流の出力を行うことができる。また、太陽電池１０の出力がバッテリー管理部３０に直接供給されることはない。

図３のｔ＝ｔ１からｔ＝ｔ２までの自動復帰期間では、自動復帰制御部５０から第１電圧および第１電流の自動復帰電流がバッテリー管理部３０に対して供給されて、復帰充電動作が継続される。二次電池セル３０が深放電状態ではバッテリー管理部３０が非稼働状態であるが、自動復帰電流が供給されると一時的に稼働状態となる。このとき、バッテリー管理部３０は二次電池セル３０の管理を実行するが、過放電保護電圧Ｖｍｉｎ未満の貯蔵電圧であり、さらに深放電状態であるため、再度非稼働状態に移行する。しかし、この一時的なバッテリー管理部３０の稼働状態への復帰の間にも、短い時間ではあるが自動復帰電流が二次電池セル４０に充電方向に供給され、復帰充電動作によって貯蔵電圧が僅かに上昇する。

自動復帰期間では、自動復帰制御部５０からバッテリー管理部３０に自動復帰電流が供給され続けているので、このようなバッテリー管理部３０の非稼働と一時的な復帰が繰り返される。この繰り返しの中で、復帰充電動作により短時間の充電と貯蔵電圧の僅かな上昇が繰り返され、時間ｔ＝ｔ２で二次電池セル４０の貯蔵電圧が過放電保護電圧Ｖｍｉｎまで到達すると、バッテリー管理部３０は二次電池セル４０からの電力取り出しを許可し、稼働状態を継続することが可能になる。

時間ｔ＝ｔ２以後は、二次電池セル４０の貯蔵電圧が過放電保護電圧Ｖｍｉｎよりも大きく、バッテリー管理部３０が二次電池セル４０からの電力取り出しを許可している。したがって、バッテリー管理部３０および充放電制御部２０が二次電池セル４０の出力によって稼働され、太陽電池１０からの電力による二次電池セル４０の充電と、二次電池セル４０からの負荷への電力供給を継続することができる。

ステップＳ４は最大出力チェック動作であり、充放電制御部２０が出力する充電電圧が最大電圧ｍａｘに到達していない場合にはステップＳ３に移行し、到達した場合にはステップＳ５に移行する。図１に示したように、充放電制御部２０の出力と自動復帰制御部５０の出力はともにバッテリー管理部３０に接続されているため、自動復帰制御部５０の出力端子ＬＰ３，ＬＰ４に加わる電圧を監視することで、自動復帰制御部５０は充放電制御部２０が出力する充電電圧を取得することができる。

ステップＳ５は出力停止動作であり、自動復帰制御部５０は第１電圧および第１電流値でのバッテリー管理部３０への電流供給を停止する。図２に示した回路の例では、逆流防止ダイオードＳＤ１で設定された電圧よりも大きな電圧が、出力端子部ＬＰ３に加わると定電流出力部５４は定電流での出力を停止する。具体例としては、充放電制御部２０の充電電圧が第１電圧（２４Ｖ）よりも大きい場合には、自動復帰制御部５０は出力停止動作となる。

時間ｔ＝ｔ３以後は、充放電制御部２０が設定された最大電圧で充電電圧をバッテリー管理部３０に供給することができるため、自動復帰制御部５０から出力される電流値は０となる。また、二次電池セル４０の貯蔵電圧はバッテリー管理部３０によって管理されて、過放電保護電圧Ｖｍｉｎから過充電保護の電圧Ｖｍａｘの間で制御される。充放電制御部２０は、二次電池セル４０から供給される電力で稼働され、バッテリー管理部３０を介して太陽電池１０が発電した電力を二次電池セル３０に充電する。

上述したように本実施形態の電源装置１００では、太陽電池１０とバッテリー管理部３０の間に自動復帰制御部５０が接続され、バッテリー管理部３０が稼働停止状態であっても、太陽電池１０が出力した電力の一部を第１電圧および第１電流値に変換してバッテリー管理部に供給して復帰充電動作を実施する。これにより、二次電池セル３０が深放電状態でバッテリー管理部３０による二次電池セル３０からの電力取り出しや情報取得が不可能な場合であっても、復帰充電動作で徐々に二次電池セル４０を充電していくことができる。また、バッテリー管理部３０の動作によって消費される電力を抑制して、効率よく復帰充電動作を継続することができる。

また、自動復帰制御部５０は充放電制御部２０とは並列に接続されており、自動復帰制御部５０の動作時に自動復帰制御部５０では電力が消費されず、太陽電池１０の出力が比較的小さい場合であっても、効率よく復帰充電動作を継続して徐々に二次電池セル４０を充電することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態では自動復帰制御部５０は、充放電制御部２０から出力される充電電圧が最大電圧ｍａｘに到達するまで復帰充電動作を継続していた。本実施形態では、二次電池セル４０が短絡している場合には、自動復帰制御部５０は第１電圧および第１電流値での復帰充電動作を停止する。

本実施形態では自動復帰制御部５０は、二次電池セル４０の温度を測定してセル温度情報を取得する温度測定部を備えている。また、自動復帰制御部５０は、予め許容される二次電池セル４０の温度上昇を保護温度として記録しておく。

自動復帰制御部５０は、第１電流値をバッテリー管理部３０に対して出力し始めた時間ｔ＝ｔ１において、温度測定部で二次電池セル４０の温度を測定し、復帰充電動作の開始時点におけるセル温度情報を取得する。また、自動復帰制御部５０は、復帰充電動作を継続して第１電流値をバッテリー管理部３０に対して出力している間も温度測定部で二次電池セル４０のセル温度情報を取得し続ける。

自動復帰制御部５０は、取得したセル温度情報から、復帰充電動作の開始時点からの温度上昇を算出し、温度上昇が保護温度よりも大きくなった場合には復帰充電動作を停止する。これは、二次電池セル４０の内部で短絡などの故障が発生している場合には、復帰充電動作で供給した電力が二次電池セル４０に貯蔵されず、二次電池セル４０内部で電力が消費されてセル温度が上昇するためである。

上述したように本実施形態の電源装置１００では、自動復帰制御部５０でセル温度の温度上昇が保護温度以上の場合に復帰充電動作を停止することで、故障が発生した二次電池セル４０を保護することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１００…電源装置
１０…太陽電池
２０…充放電制御部
３０…バッテリー管理部
４０…二次電池セル
５０…自動復帰制御部
５１…第１昇降圧部
５２…昇圧確認部
５３…第２昇圧部
５４…定電流出力部

Claims (8)

1. 光によって発電して電力を出力する太陽電池と、
   前記電力を貯蔵する二次電池セルと、
   前記二次電池セルの貯蔵電圧が保護電圧以下の場合には、前記二次電池セルに貯蔵された前記電力の取り出しを遮断して保護動作を実施するバッテリー管理部と、
   前記太陽電池と前記バッテリー管理部の間に接続されて、前記バッテリー管理部が稼働停止状態であっても、前記太陽電池が出力した前記電力の一部を第１電圧および第１電流値に変換して前記バッテリー管理部に供給して復帰充電動作を実施する自動復帰制御部を備えることを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置であって、
   前記バッテリー管理部が前記保護動作中であっても、
   前記自動復帰制御部は、前記復帰充電動作を継続することを特徴とする電源装置。
3. 請求項１または２に記載の電源装置であって、
   前記太陽電池と前記バッテリー管理部の間に接続されて、前記太陽電池から出力された前記電力を充電電圧および充電電流に変換して、前記バッテリー管理部に供給する充放電制御部を備え、
   前記充放電制御部は、前記二次電池セルに貯蔵された前記電力によって稼働されることを特徴とする電源装置。
4. 請求項３に記載の電源装置であって、
   前記自動復帰制御部は、前記充電電圧が予め定められた最大電圧に到達した場合に、前記復帰充電動作を停止することを特徴とする電源装置。
5. 請求項３または４に記載の電源装置であって、
   前記充放電制御部は、最大電力点追従制御を用いることを特徴とする電源装置。
6. 請求項１から５の何れか一つに記載の電源装置であって、
   前記自動復帰制御部は、前記二次電池セルの温度をセル温度として取得する温度測定部を備え、
   前記セル温度の温度上昇が予め定められた保護温度以上である場合には、前記復帰充電動作を停止することを特徴とする電源装置。
7. 請求項１から６の何れか一つに記載の電源装置であって、
   前記自動復帰制御部は、
   前記太陽電池からの前記電力の一部を昇圧して前記第１電圧で出力する電圧調整部と、
   前記電圧調整部からの前記第１電圧の出力で駆動されて第１電流値を出力する定電流出力部を備え、
   前記定電流出力部の出力を前記バッテリー管理部に供給することを特徴とする電源装置。
8. 請求項７に記載の電源装置であって、
   前記定電流出力部と前記バッテリー管理部との間に、逆流防止ダイオードが接続されていることを特徴とする電源装置。
   

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