JP2024023028A - Natural energy storage device, natural energy wireless communication device, and power generation method - Google Patents

Natural energy storage device, natural energy wireless communication device, and power generation method Download PDF

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雅之 西川
Masayuki Nishikawa
友博 齋藤
Tomohiro Saito
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently store generated power in a secondary battery.
SOLUTION: A natural energy storage device 50 includes a plurality of DC power sources 30,35 being combinations of natural energy power generating apparatuses 10,20 and secondary batteries 12,22 that charge power generated by the natural energy power generating apparatuses 10,20, respectively. The secondary battery 12 of the DC power source 30 which generates more power is connected to a load 60, whereas the secondary battery 22 of the DC power source 35 which generates less power is not connected to the load 60. In the natural energy power generating apparatuses 10,20, switching between solar cells and wind power generation facilities is performed.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、太陽光や風力等の自然エネルギーを二次電池に蓄電する自然エネルギー蓄電装置、自然エネルギー無線通信装置および発電方法に関する。 The present invention relates to a natural energy storage device that stores natural energy such as sunlight or wind power in a secondary battery, a natural energy wireless communication device, and a power generation method.

太陽電池および二次電池を用いて、水位、流速、橋梁の振動や撮像画像等のセンサ情報を、昼夜を問わず、遠隔地に無線送信する技術が存在する。例えば、特許文献1には、所定時間(例えば、30分とか1時間)毎に測定および無線送信を実行する水位計が開示されている。 There is a technology that uses solar cells and secondary batteries to wirelessly transmit sensor information such as water level, flow velocity, bridge vibration, and captured images to remote locations, regardless of day or night. For example, Patent Document 1 discloses a water level gauge that performs measurement and wireless transmission at predetermined time intervals (for example, 30 minutes or 1 hour).

特開2018-72280号公報(段落0046,0048)JP2018-72280A (Paragraph 0046,0048)

水位に限らず、撮像画像を周期的に無線送信する場合であって、撮像周期が短いときには、太陽光発電の電力量よりも撮像カメラの消費電力量の方が多くなってしまい、二次電池の蓄電エネルギーが減少してしまう問題点があった。 In cases where captured images, not just water levels, are periodically transmitted wirelessly, when the imaging cycle is short, the amount of power consumed by the imaging camera is greater than the amount of power generated by solar power generation, and the secondary battery There was a problem that the stored energy of the battery decreased.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、発電電力を効率良く二次電池に蓄電することができる自然エネルギー蓄電装置、自然エネルギー無線通信装置および発電方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and provides a natural energy power storage device, a natural energy wireless communication device, and a power generation method that can efficiently store generated power in a secondary battery. The purpose is to

前記目的を達成するために、第1発明は、自然エネルギー発電機器と該自然エネルギー発電機器が発電する発電電力を充電する二次電池とを組み合わせた直流電力源を複数備えた自然エネルギー蓄電装置であって、前記発電電力が多い前記直流電力源の前記二次電池を負荷に接続し、発電電力が少ない前記直流電力源の前記二次電池と前記負荷とを非接続にすることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention provides a natural energy storage device including a plurality of DC power sources that combine a natural energy power generation device and a secondary battery for charging the power generated by the natural energy power generation device. The secondary battery of the DC power source that generates a large amount of power is connected to a load, and the secondary battery of the DC power source that generates a small amount of power is disconnected from the load. .

また、第2発明は、自然エネルギー発電機器と該自然エネルギー発電機器が発電する発電電力を充電する二次電池とを組み合わせた自然エネルギー蓄電装置であって、前記自然エネルギー発電機器は、太陽電池と風力発電機との組合せであり、前記太陽電池と前記風力発電機とで発電電力が多い方で前記二次電池に充電することを特徴とする。 Further, a second invention is a natural energy power storage device that combines a natural energy power generation device and a secondary battery that charges the generated power generated by the natural energy power generation device, wherein the natural energy power generation device includes a solar battery and a secondary battery that charges the generated power generated by the natural energy power generation device. It is a combination with a wind power generator, and is characterized in that the secondary battery is charged by the solar cell or the wind power generator, whichever generates more power.

本発明によれば、発電電力を効率良く二次電池に蓄電することができる。 According to the present invention, generated power can be efficiently stored in a secondary battery.

本発明の実施形態である自然エネルギー無線通信装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a natural energy wireless communication device that is an embodiment of the present invention. 第1発電ユニットの構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a first power generation unit. 第2発電ユニットの構成図である。It is a block diagram of a 2nd power generation unit. 本発明の実施形態である自然エネルギー無線通信装置の動作を説明するフローチャートである。1 is a flowchart illustrating the operation of a natural energy wireless communication device according to an embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態につき詳細に説明する。なお、各図は、実施形態を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that each figure is merely shown schematically to the extent that the embodiments can be fully understood. Further, in each figure, common or similar components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanation thereof will be omitted.

(実施形態)
図1は、本発明の実施形態である自然エネルギー無線通信装置の構成図である。
自然エネルギー無線通信装置100は、自然エネルギー蓄電装置50と無線センサ装置60とを備えて構成される。
自然エネルギー蓄電装置50は、発電ユニット(例えば、第1発電ユニット10,第2発電ユニット20)と、各々の発電ユニットが充電する複数の二次電池12,22とを組み合わせた直流電力源(例えば、第1直流電力源30、第2直流電力源35)を複数系統備え、発電電力が多い直流電力源(例えば、第1直流電力源30)の二次電池(例えば、二次電池12)を負荷(無線センサ装置60)に接続し、発電電力が少ない直流電力源(例えば、第2直流電力源35)の二次電池(例えば、二次電池22)と負荷(無線センサ装置60)とを非接続にすることを第1の特徴とする。これにより、発電電力が多い第1直流電力源30は、二次電池12を充電すると共に、負荷に電力供給する。一方、発電電力が少ない第2直流電力源35は、負荷への電力供給を行わない。なお、発電電力の大小にかかわらず、第1直流電力源30は二次電池12を充電し、第2直流電力源35は二次電池22を充電する。
(Embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a natural energy wireless communication device according to an embodiment of the present invention.
Natural energy wireless communication device 100 includes a natural energy storage device 50 and a wireless sensor device 60.
The natural energy power storage device 50 is a DC power source (for example, , a first DC power source 30, a second DC power source 35), and a secondary battery (for example, the secondary battery 12) of the DC power source (for example, the first DC power source 30) that generates a large amount of power. A secondary battery (e.g., secondary battery 22) of a DC power source (e.g., second DC power source 35) that is connected to a load (wireless sensor device 60) and generates less power is connected to the load (wireless sensor device 60). The first feature is that it is disconnected. Thereby, the first DC power source 30, which generates a large amount of power, charges the secondary battery 12 and supplies power to the load. On the other hand, the second DC power source 35, which generates less power, does not supply power to the load. Note that the first DC power source 30 charges the secondary battery 12 and the second DC power source 35 charges the secondary battery 22 regardless of the magnitude of the generated power.

また、各発電ユニット(第1発電ユニット10,第2発電ユニット20)は、複数種類の自然エネルギー発電機器を組み合わせて構成されている。発電電力が多い発電機器が二次電池12,22に充電すると共に、負荷(無線センサ装置60)に直流電力を供給する一方、発電電力が少ない発電機器は、二次電池12,22への充電のみを行うように構成されている。 Further, each power generation unit (first power generation unit 10, second power generation unit 20) is configured by combining a plurality of types of natural energy power generation devices. Power generating equipment that generates a large amount of power charges the secondary batteries 12 and 22 and supplies DC power to the load (wireless sensor device 60), while power generating equipment that generates a small amount of power charges the secondary batteries 12 and 22. It is configured to only do

第1発電ユニット10は、第1太陽電池1a(図2)および他発電機器としての第1風力発電機2a(図2)を備え、電圧V1、出力電流I1の直流電力を発電する。第2発電ユニット20は、第2太陽電池1b(図3)および他発電機器としての第2風力発電機2b(図3)を備えており、電圧V3、出力電流I2の直流電力を発電する。つまり、第1発電ユニット10,第2発電ユニット20は、自然エネルギー(太陽エネルギーや風力エネルギー等)を二次電池12,22に蓄電する。なお、受風面積A[m]、風速v[m/s]、空気密度ρ[kg/m]としたとき、風力による運動エネルギーW[J]は、W=(1/2)mv=(1/2)ρAvである。このエネルギー(電力)が二次電池12,22に蓄電される。 The first power generation unit 10 includes a first solar cell 1a (FIG. 2) and a first wind power generator 2a (FIG. 2) as another power generation device, and generates DC power with a voltage V1 and an output current I1. The second power generation unit 20 includes a second solar cell 1b (FIG. 3) and a second wind power generator 2b (FIG. 3) as another power generation device, and generates DC power with a voltage V3 and an output current I2. That is, the first power generation unit 10 and the second power generation unit 20 store natural energy (solar energy, wind energy, etc.) in the secondary batteries 12 and 22. In addition, when the swept area A [m 2 ], the wind speed v [m/s], and the air density ρ [kg/m 3 ], the kinetic energy W [J] due to wind power is W = (1/2) mv 2 =(1/2) ρAv3 . This energy (power) is stored in the secondary batteries 12 and 22.

第1発電ユニット10では、第1太陽電池1aと第1風力発電機2aとで発電電力が多い方が二次電池12に充電すると共に、負荷に直流電力を供給し、発電電力が少ない方が二次電池12に充電するが、負荷に直流電力を供給しない。同様に、第2発電ユニット20では、第2太陽電池1bと第2風力発電機2bとで発電電力が多い方が二次電池22に充電すると共に、負荷に直流電力を供給し、発電電力が少ない方が二次電池22に充電するが、負荷に直流電力を供給しない。 In the first power generation unit 10, the one that generates more power from the first solar cell 1a and the first wind power generator 2a charges the secondary battery 12 and supplies DC power to the load, and the one that generates less power charges the secondary battery 12 and supplies DC power to the load. The secondary battery 12 is charged, but DC power is not supplied to the load. Similarly, in the second power generation unit 20, the second solar cell 1b and the second wind power generator 2b, which generates more power, charges the secondary battery 22 and supplies DC power to the load, so that the generated power is increased. The smaller one charges the secondary battery 22 but does not supply DC power to the load.

図1において、自然エネルギー蓄電装置50は、第1直流電力源30と、第2直流電力源35と、2つの電圧測定部40,41と、スイッチSW1と、キャパシタ45とを備えて構成されている。第1直流電力源30は、前記した第1発電ユニット10と、発電電流モニタ11と、二次電池12とを備える。第2直流電力源35は、前記した第2発電ユニット20と、発電電流モニタ21と、二次電池22とを備える。 In FIG. 1, the natural energy storage device 50 includes a first DC power source 30, a second DC power source 35, two voltage measuring units 40 and 41, a switch SW1, and a capacitor 45. There is. The first DC power source 30 includes the first power generation unit 10 described above, a generated current monitor 11, and a secondary battery 12. The second DC power source 35 includes the second power generation unit 20 described above, a generated current monitor 21, and a secondary battery 22.

二次電池12,22は、例えば、公称電圧Vnのニッケル水素組電池であり、公称電圧1.2Vの単電池が直並列接続されたものである。二次電池12,22は、定格容量C[Ah]であり、過電流にならないように、充電電流K・C[Ah]/1h=K・C[A]での一定電流で充電される。また、二次電池12,22は、負荷電流を流さないときの方が負荷電流を流すときよりも、二次電池充電電力(=発電電力)が増加する性質を有する。そのため、本実施形態では、複数の二次電池12,22を設け、一方の二次電池を充電のみして、放電させないようにしている。 The secondary batteries 12 and 22 are, for example, nickel-metal hydride assembled batteries with a nominal voltage of Vn, in which single cells with a nominal voltage of 1.2 V are connected in series and parallel. The secondary batteries 12 and 22 have a rated capacity C [Ah], and are charged with a constant current of charging current K·C [Ah]/1h=K·C [A] to prevent overcurrent. Further, the secondary batteries 12 and 22 have a property that the secondary battery charging power (=generated power) increases when the load current is not flowing than when the load current is flowing. Therefore, in this embodiment, a plurality of secondary batteries 12 and 22 are provided, and one of the secondary batteries is only charged and not discharged.

さらに、二次電池12,22は、微小な電流では充電が行われず、固有の電流(最小充電電流)で充電が開始される特性を有する。また、この最小充電電流は、小容量の二次電池の方が大容量の二次電池よりも小さい。そのため、本実施形態のように、複数の二次電池12,22を用いた場合、二次電池12,22の各々の定格容量Cを合計した容量の単一の二次電池を用いるよりも、微小の発電電力でも充電を行うことができる。なお、二次電池12,22は、ニッケル水素組電池に限らず、リチウムイオン電池等でも構わない。 Furthermore, the secondary batteries 12 and 22 have a characteristic that charging is not performed with a minute current, but charging is started with a specific current (minimum charging current). Further, this minimum charging current is smaller for a small capacity secondary battery than for a large capacity secondary battery. Therefore, when a plurality of secondary batteries 12, 22 are used as in this embodiment, rather than using a single secondary battery whose capacity is the sum of the rated capacity C of each of the secondary batteries 12, 22. Charging can be performed even with a small amount of generated power. Note that the secondary batteries 12 and 22 are not limited to nickel-metal hydride assembled batteries, but may also be lithium ion batteries or the like.

発電電流モニタ11,21は、第1発電ユニット10、第2発電ユニット20の出力電流I1,I2(図3参照)を検出する。なお、第1発電ユニット10の出力電流I1は、二次電池12,22に流れる充電電流I3とスイッチSW1を介して負荷(無線センサ装置60)に流れる負荷電流I4との和(I3+I4)に等しい。 The generated current monitors 11 and 21 detect output currents I1 and I2 (see FIG. 3) of the first power generation unit 10 and the second power generation unit 20. Note that the output current I1 of the first power generation unit 10 is equal to the sum (I3+I4) of the charging current I3 flowing to the secondary batteries 12 and 22 and the load current I4 flowing to the load (wireless sensor device 60) via the switch SW1. .

電圧測定部40,41は、二次電池12,22の電圧V2,V4を測定する。スイッチSW1は、3接点のスイッチである。接点aは、第1直流電力源30に接続しており、接点cは、第2直流電力源35に接続しており、接点bは、第1直流電力源30および第2直流電力源35の何れにも接続されていないOFF状態である。 Voltage measurement units 40 and 41 measure voltages V2 and V4 of secondary batteries 12 and 22, respectively. The switch SW1 is a three-contact switch. Contact a is connected to the first DC power source 30, contact c is connected to the second DC power source 35, and contact b is connected to the first DC power source 30 and the second DC power source 35. It is in an OFF state where it is not connected to anything.

キャパシタ45は、第1直流電力源30および第2直流電力源35の何れか一方の電圧に維持されており、スイッチSW1が接点bのOFF状態であっても、一定時間、負荷(無線センサ装置60)に直流電力を供給する。 The capacitor 45 is maintained at the voltage of either the first DC power source 30 or the second DC power source 35, and even if the switch SW1 is in the OFF state of the contact b, the capacitor 45 is connected to the load (wireless sensor device) for a certain period of time. 60).

無線センサ装置60は、センサ部61と、制御部65と、無線部62とを備えて構成され、各種センサの情報を外部に無線送信する。センサ部61は、不図示の撮像装置、水位計、振動センサ等の何れか一つまたはこれらの組合せから構成される。撮像装置は、例えば、河川の水位を周期的(例えば、1分毎、5分毎)に撮像する。水位計は、例えば、河川の水位を周期的に観測する。振動センサは、例えば、河川に架けられている橋梁の振動を検出する。 The wireless sensor device 60 includes a sensor section 61, a control section 65, and a wireless section 62, and wirelessly transmits information from various sensors to the outside. The sensor section 61 includes one or a combination of an imaging device, a water level gauge, a vibration sensor, etc. (not shown). The imaging device, for example, images the water level of a river periodically (for example, every minute or every five minutes). A water level gauge, for example, periodically observes the water level of a river. The vibration sensor detects, for example, vibrations of a bridge spanning a river.

無線部62は、センサ部61が検出したデータ(撮像画像、水位データ、振動データ等)を他の自然エネルギー無線通信装置(不図示)、サーバ(不図示)にLTE(Long Term Evolution)を用いて無線通信する。また、無線部62は、Sub-GHz帯無線を使用する無線親機(不図示)とも通信する。また、自装置の無線部62は、他の自然エネルギー無線通信装置(不図示)からデータ(撮像画像、水位データ、振動データ等)を受信する。言い換えれば、自然エネルギー無線通信装置100は、ゼロエネルギーゲートウェイとして機能する。制御部65は、センサ部61、無線部62および自然エネルギー蓄電装置50を制御するCPU(Central Processing Unit)である。 The wireless unit 62 transmits data detected by the sensor unit 61 (captured images, water level data, vibration data, etc.) to other natural energy wireless communication devices (not shown) and a server (not shown) using LTE (Long Term Evolution). to communicate wirelessly. The wireless unit 62 also communicates with a wireless base unit (not shown) that uses sub-GHz band wireless. Further, the wireless unit 62 of the own device receives data (captured images, water level data, vibration data, etc.) from another natural energy wireless communication device (not shown). In other words, the natural energy wireless communication device 100 functions as a zero energy gateway. The control unit 65 is a CPU (Central Processing Unit) that controls the sensor unit 61, the wireless unit 62, and the natural energy storage device 50.

図2は、第1発電ユニット10の構成図であり、図3は、第2発電ユニット20の構成図である。
第1発電ユニット10(図2)は、第1太陽電池1aと、最大電力点追従制御部3aと、過電流制限機能付定電圧回路4aと、第1風力発電機2aと、整流平滑回路5と、最大電力点追従制御部3bと、過電流制限機能付定電圧回路4bと、スイッチSW2とを備えて構成される。同様に、第2発電ユニット20(図3)は、第2太陽電池1bと、最大電力点追従制御部3cと、過電流制限機能付定電圧回路4cと、第2風力発電機2bと、整流平滑回路5と、最大電力点追従制御部3dと、過電流制限機能付定電圧回路4dと、スイッチSW3とを備えて構成される。
FIG. 2 is a configuration diagram of the first power generation unit 10, and FIG. 3 is a configuration diagram of the second power generation unit 20.
The first power generation unit 10 (FIG. 2) includes a first solar cell 1a, a maximum power point tracking control section 3a, a constant voltage circuit with overcurrent limiting function 4a, a first wind power generator 2a, and a rectifying and smoothing circuit 5. , a maximum power point follow-up control section 3b, a constant voltage circuit with overcurrent limiting function 4b, and a switch SW2. Similarly, the second power generation unit 20 (FIG. 3) includes a second solar cell 1b, a maximum power point tracking control section 3c, a constant voltage circuit with overcurrent limiting function 4c, a second wind power generator 2b, and a rectifier. It is configured to include a smoothing circuit 5, a maximum power point follow-up control section 3d, a constant voltage circuit with overcurrent limiting function 4d, and a switch SW3.

第1太陽電池1aおよび第2太陽電池1bは、太陽エネルギーを電圧V1、出力電流I1の直流電力に変換する。最大電力点追従制御部3a,3cは、第1太陽電池1a、第2太陽電池1bの電圧V5,V6を変動させて、最大電力となる電流を出力する。過電流制限機能付定電圧回路4a,4cは、最大電力点追従制御部3a,3cによって制御された第1太陽電池1a,第2太陽電池1bの出力電圧V5,V6を昇圧または降圧し、二次電池12,22(図1)を公称電圧Vnまで充電する。また、過電流制限機能付定電圧回路4a,4cは、二次電池12,22(図1)を過電流で充電しないように、出力電流I1,I2を制限電流設定値ILで電流制限する。 The first solar cell 1a and the second solar cell 1b convert solar energy into DC power with a voltage V1 and an output current I1. The maximum power point tracking control units 3a, 3c vary the voltages V5, V6 of the first solar cell 1a and the second solar cell 1b, and output a current that provides the maximum power. The constant voltage circuits 4a and 4c with overcurrent limiting function step up or step down the output voltages V5 and V6 of the first solar cell 1a and the second solar cell 1b controlled by the maximum power point tracking control sections 3a and 3c, and Next, charge the batteries 12, 22 (FIG. 1) to the nominal voltage Vn. Further, the constant voltage circuits 4a and 4c with an overcurrent limiting function limit the output currents I1 and I2 by a limit current setting value IL so as not to charge the secondary batteries 12 and 22 (FIG. 1) with an overcurrent.

なお、第1太陽電池1a、第2太陽電池1bの出力電流I6が制限電流ILよりも少なければ、過電流制限機能付定電圧回路4aは、電流制限を行わない。このとき、出力電流I6=I1=(最大電力点の電力/二次電池12(図1)の電圧V2)になっている。つまり、自然エネルギー発電機器(第1太陽電池1a,第2太陽電池1b,第1風力発電機2a,第2風力発電機2b)の最大電力点の出力電力(V5×I6=V1×I1=V2×I1)を二次電池12,22の電圧V2で除した電流(出力電流I1)は、二次電池12,22の充電許容電流IAL(IAL>制限電流設定値IL)よりも少なくなっている。 Note that if the output current I6 of the first solar cell 1a and the second solar cell 1b is less than the limiting current IL, the constant voltage circuit with overcurrent limiting function 4a does not perform current limiting. At this time, the output current I6=I1=(power at maximum power point/voltage V2 of the secondary battery 12 (FIG. 1)). In other words, the output power at the maximum power point of the natural energy power generation equipment (first solar cell 1a, second solar cell 1b, first wind power generator 2a, second wind power generator 2b) ×I1) divided by the voltage V2 of the secondary batteries 12, 22 (output current I1) is smaller than the allowable charging current IAL of the secondary batteries 12, 22 (IAL>Limited current setting value IL) .

第1風力発電機2aおよび第2風力発電機2bは、プロペラに連結された回転電機であり、風力で発電する。風力発電は、夜間や雨天のときや、太陽電池が橋梁の下部に配設されており、太陽光が届きにくいとき等に、有用である。 The first wind power generator 2a and the second wind power generator 2b are rotating electrical machines connected to a propeller, and generate electricity using wind power. Wind power generation is useful at night, during rainy weather, and when solar cells are installed at the bottom of bridges and sunlight is difficult to reach.

整流平滑回路5は、図示しないダイオードおよび電解コンデンサを備え、第1風力発電機2aや第2風力発電機2bが出力する交流電圧を直流電圧にする。最大電力点追従制御部3b,3dは、整流平滑回路5の出力電圧を変動させて、最大電力となる電流を出力する。
最大電力点追従制御部3b,3dは、整流平滑回路5の電圧変動を用いて、最大電力となる電流を出力する。
過電流制限機能付定電圧回路4b,4dは、最大電力点追従制御部3b,3dによって制御された第1風力発電機2aや第2風力発電機2bの出力電圧を昇圧または降圧し、二次電池12,22(図1)を公称電圧Vnまで充電する。
The rectifying and smoothing circuit 5 includes a diode and an electrolytic capacitor (not shown), and converts the AC voltage output from the first wind power generator 2a and the second wind power generator 2b into a DC voltage. The maximum power point tracking control units 3b and 3d vary the output voltage of the rectifying and smoothing circuit 5 to output a current that provides the maximum power.
The maximum power point follow-up control units 3b and 3d use the voltage fluctuation of the rectifying and smoothing circuit 5 to output a current that provides the maximum power.
The constant voltage circuits 4b and 4d with overcurrent limiting function step up or step down the output voltage of the first wind power generator 2a and the second wind power generator 2b controlled by the maximum power point tracking control sections 3b and 3d, and Charge the batteries 12, 22 (FIG. 1) to the nominal voltage Vn.

スイッチSW2は、過電流制限機能付定電圧回路4aの出力電圧と過電流制限機能付定電圧回路4bの出力電圧とを切り替えるスイッチである。言い換えれば、スイッチSW2は、第1太陽電池1aの発電電力と第1風力発電機2aの発電電力とを切り替える。
スイッチSW3は、過電流制限機能付定電圧回路4cの出力電圧と過電流制限機能付定電圧回路4dの出力電圧とを切り替えるスイッチである。言い換えれば、スイッチSW3は、第2太陽電池1bの発電電力と第2風力発電機2bの発電電力とを切り替える。
The switch SW2 is a switch that switches between the output voltage of the constant voltage circuit with overcurrent limiting function 4a and the output voltage of the constant voltage circuit with overcurrent limiting function 4b. In other words, the switch SW2 switches between the power generated by the first solar cell 1a and the power generated by the first wind power generator 2a.
The switch SW3 is a switch that switches between the output voltage of the constant voltage circuit with overcurrent limiting function 4c and the output voltage of the constant voltage circuit with overcurrent limiting function 4d. In other words, the switch SW3 switches between the power generated by the second solar cell 1b and the power generated by the second wind power generator 2b.

図4は、本発明の実施形態である自然エネルギー無線通信装置100の動作を説明するためのフローチャートである。このフローは、電源投入やリセットによって起動する。
電圧測定部40,41(図1)が各々の二次電池12,22の電圧を測定する(S1)。S1の処理後、制御部65(図1)は、二次電池12,22の双方の電圧が閾値以下であるか否か判定する(S2)。二次電池12,22の双方の電圧が閾値以下であれば(S2でYES)、制御部65は、スイッチSW1を接点bにして、OFF状態にする(S3)。これにより、無線センサ装置60は起動しなくなるが、二次電池12,22の充電は行われる。
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the natural energy wireless communication device 100 according to the embodiment of the present invention. This flow starts when the power is turned on or reset.
Voltage measurement units 40 and 41 (FIG. 1) measure the voltage of each secondary battery 12 and 22 (S1). After the process in S1, the control unit 65 (FIG. 1) determines whether the voltages of both the secondary batteries 12 and 22 are below the threshold value (S2). If the voltages of both secondary batteries 12 and 22 are below the threshold (YES in S2), the control unit 65 sets the switch SW1 to contact b to turn it off (S3). As a result, the wireless sensor device 60 will not start up, but the secondary batteries 12 and 22 will continue to be charged.

一方、二次電池12,22の何れかの電圧が閾値を超えていれば(S2でNO)、制御部65は、二次電池12,22の電圧を比較する(S4)。二次電池12の電圧の方が二次電池22の電圧よりも高ければ、制御部65は、スイッチSW1を接点aにして、経路1にする(S5)。S5の処理後、制御部65は、発電電流モニタ11(図1)が計測した発電電流が閾値以下か否か判定する(S6)。発電電流が閾値以下であれば(S6でYES)、制御部65は、スイッチSW2(図2)を切り替える(S7)。つまり、第1太陽電池1aの発電電流が閾値以下であれば、第1風力発電機2aで二次電池12を充電する。逆に、第1風力発電機2aの発電電流が閾値以下であれば、第1太陽電池1aで二次電池12を充電する。S7の処理後やS6で発電電流が閾値を超えていたとき(S6でNO)、制御部65は、処理をS1に戻し、二次電池12,22の電圧を測定する。 On the other hand, if the voltage of either of the secondary batteries 12, 22 exceeds the threshold (NO in S2), the control unit 65 compares the voltages of the secondary batteries 12, 22 (S4). If the voltage of the secondary battery 12 is higher than the voltage of the secondary battery 22, the control unit 65 sets the switch SW1 to contact a to set the path to path 1 (S5). After the processing in S5, the control unit 65 determines whether the generated current measured by the generated current monitor 11 (FIG. 1) is less than or equal to a threshold value (S6). If the generated current is below the threshold (YES in S6), the control unit 65 switches the switch SW2 (FIG. 2) (S7). That is, if the generated current of the first solar cell 1a is below the threshold value, the secondary battery 12 is charged by the first wind power generator 2a. Conversely, if the generated current of the first wind power generator 2a is below the threshold value, the secondary battery 12 is charged by the first solar cell 1a. After the process in S7 or when the generated current exceeds the threshold value in S6 (NO in S6), the control unit 65 returns the process to S1 and measures the voltages of the secondary batteries 12 and 22.

一方、S4で、二次電池22の電圧が二次電池12よりも高かったときには、制御部65は、スイッチSW1(図1)を接点cにして、経路2にする(S8)。S8の処理後、制御部65は、発電電流モニタ21(図1)が計測した発電電流が閾値以下か否か判定する(S9)。発電電流が閾値以下であれば(S9でYES)、制御部65は、スイッチSW3(図2)を切り替える(S10)。つまり、第2太陽電池1bの発電電流が閾値以下であれば、第2風力発電機2bで二次電池22を充電する。逆に、第2風力発電機2bの発電電流が閾値以下であれば、第2太陽電池1bで二次電池22を充電する。S10の処理後やS9で発電電流が閾値を超えていたとき(S9でNO)、制御部65は、処理をS1に戻し、二次電池12,22の電圧を測定する。 On the other hand, when the voltage of the secondary battery 22 is higher than that of the secondary battery 12 in S4, the control unit 65 sets the switch SW1 (FIG. 1) to the contact point c to set the path to path 2 (S8). After the processing in S8, the control unit 65 determines whether the generated current measured by the generated current monitor 21 (FIG. 1) is less than or equal to a threshold value (S9). If the generated current is below the threshold (YES in S9), the control unit 65 switches the switch SW3 (FIG. 2) (S10). That is, if the generated current of the second solar cell 1b is below the threshold value, the secondary battery 22 is charged by the second wind power generator 2b. Conversely, if the generated current of the second wind power generator 2b is below the threshold value, the secondary battery 22 is charged by the second solar cell 1b. After the process in S10 or when the generated current exceeds the threshold value in S9 (NO in S9), the control unit 65 returns the process to S1 and measures the voltages of the secondary batteries 12 and 22.

従来の充放電システムは、二次電池に充電しながら負荷に放電していた。本実施形態の自然エネルギー蓄電装置50では、二次電池に充電すると共に、二次電池から負荷に放電する放電用経路(例えば、スイッチSW1を接点aにしたときの経路1(図1))と、充電専用経路となる別経路(例えば、スイッチSW1を接点aにしたときの経路2(図1))との双方を設けている。これにより、負荷電流を流していない経路2の二次電池22の充電効率や充電量が増加する。また、自然エネルギー蓄電装置50は、複数の二次電池12,22を設けているので、各々の二次電池の容量を加算した容量の単一二次電池を用いるよりも、最小充電電流が小さな値になるので、微小の発電電力でも充電を行うことができる。 Conventional charging/discharging systems discharge to the load while charging the secondary battery. In the natural energy power storage device 50 of the present embodiment, a discharge path (for example, path 1 (FIG. 1) when switch SW1 is set to contact a) for charging the secondary battery and discharging from the secondary battery to the load is provided. , and a separate path (for example, path 2 (FIG. 1) when switch SW1 is set to contact a) that is a charging-only path. As a result, the charging efficiency and charging amount of the secondary battery 22 on the path 2 through which no load current is flowing increases. Furthermore, since the natural energy power storage device 50 includes the plurality of secondary batteries 12 and 22, the minimum charging current is smaller than when using a single secondary battery whose capacity is the sum of the capacities of the respective secondary batteries. Since the current value is small, charging can be performed even with a small amount of generated power.

また、本実施形態の自然エネルギー蓄電装置50は、太陽電池(第1太陽電池1a,第2太陽電池1b)と異なる他発電機器(例えば、第1風力発電機2a,第2風力発電機2b)からの充電ラインを設けることにより、夜間や雨天時等にも充電可能になる。そのため、二次電池12,22の充電量が増大し、通信頻度やセンサ情報量の増加につながる。 In addition, the natural energy power storage device 50 of the present embodiment includes other power generation devices (for example, a first wind power generator 2a, a second wind power generator 2b) different from the solar cells (the first solar cell 1a, the second solar cell 1b). By providing a charging line from the battery, it becomes possible to charge the battery at night or in the rain. Therefore, the amount of charge of the secondary batteries 12, 22 increases, leading to an increase in communication frequency and sensor information amount.

(変形例)
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
(1)前記実施形態では、太陽電池(第1太陽電池1a,第2太陽電池1b)の他に、風力発電機(第1風力発電機2a,第2風力発電機2b)を使用していたが、河川の水流を電気エネルギーに変換する水流発電機、構造物と周囲の温度差を利用した温度差発電機、構造物の振動を利用した振動発電機を使用することもできる。
(2)前記実施形態では、過電流制限機能付定電圧回路4a,4b,4c,4dを使用したが、太陽電池や風力発電機の発電電力が少なく、充電電流が二次電池12,22の充電電流制限値以下に納まれば、過電流を制限する機能を有する必要がない。
(3)前記実施形態では、風力発電機(第1風力発電機2a,第2風力発電機2b)に最大電力点追従制御部3b,3dを接続していたが、必ずしも最大電力点追従制御部3b,3dを接続する必要がない。
(4)前記実施形態の自然エネルギー無線通信装置100は、例えば、インフラ構造物監視で消費電力の大きなセンサ(例えば、撮像カメラ)のデータを短周期でサーバや近距離無線親機に送付されるようなシステムに適用することができる。
(Modified example)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications such as those described below are possible.
(1) In the embodiment, wind power generators (first wind power generator 2a, second wind power generator 2b) were used in addition to solar cells (first solar cell 1a, second solar cell 1b). However, it is also possible to use a water current generator that converts river water flow into electrical energy, a temperature difference generator that uses the temperature difference between a structure and its surroundings, and a vibration generator that uses the vibration of a structure.
(2) In the embodiment described above, the constant voltage circuits 4a, 4b, 4c, and 4d with overcurrent limiting functions were used, but the power generated by the solar cells and wind power generators is small, and the charging current is limited to the secondary batteries 12, 22. If the charging current is below the charging current limit value, there is no need to have a function to limit overcurrent.
(3) In the embodiment described above, the maximum power point tracking control units 3b and 3d were connected to the wind power generators (first wind power generator 2a, second wind power generator 2b), but the maximum power point tracking control unit There is no need to connect 3b and 3d.
(4) The natural energy wireless communication device 100 of the above embodiment sends data from a sensor (for example, an imaging camera) that consumes a large amount of power to a server or a short-distance wireless base unit in short cycles, for example, when monitoring infrastructure structures. It can be applied to such systems.

1a 第1太陽電池(自然エネルギー発電機器)
1b 第2太陽電池(自然エネルギー発電機器)
2a 第1風力発電機(自然エネルギー発電機器、他発電機器)
2b 第2風力発電機(自然エネルギー発電機器、他発電機器)
3a,3b,3c,3d 最大電力点追従制御部
4a,4b,4c,4d 過電流制限機能付定電圧回路(過電流制限回路、低電圧回路)
5 整流平滑回路
10 第1発電ユニット
12,22 二次電池
20 第2発電ユニット
50 自然エネルギー蓄電装置
60 無線センサ装置(負荷)
100 自然エネルギー無線通信装置
1a 1st solar cell (natural energy power generation equipment)
1b Second solar cell (natural energy power generation equipment)
2a 1st wind power generator (natural energy power generation equipment, other power generation equipment)
2b Second wind power generator (natural energy power generation equipment, other power generation equipment)
3a, 3b, 3c, 3d Maximum power point tracking control section 4a, 4b, 4c, 4d Constant voltage circuit with overcurrent limiting function (overcurrent limiting circuit, low voltage circuit)
5 Rectifying and smoothing circuit 10 First power generation unit 12, 22 Secondary battery 20 Second power generation unit 50 Natural energy storage device 60 Wireless sensor device (load)
100 Natural energy wireless communication device

Claims (7)

自然エネルギー発電機器と該自然エネルギー発電機器が発電する発電電力を充電する二次電池とを組み合わせた直流電力源を複数備えた自然エネルギー蓄電装置であって、
前記発電電力が多い前記直流電力源の前記二次電池を負荷に接続し、発電電力が少ない前記直流電力源の前記二次電池と前記負荷とを非接続にする
ことを特徴とする自然エネルギー蓄電装置。
A natural energy storage device comprising a plurality of DC power sources that combine a natural energy power generation device and a secondary battery that charges the power generated by the natural energy power generation device,
A natural energy storage device characterized in that the secondary battery of the DC power source that generates a large amount of power is connected to a load, and the secondary battery of the DC power source that generates a small amount of power is disconnected from the load. Device.
請求項1に記載の自然エネルギー蓄電装置であって、
前記自然エネルギー発電機器は、太陽電池と風力発電機との組合せであり、
前記太陽電池と前記風力発電機とで発電電力が多い方で前記二次電池に充電する
ことを特徴とする自然エネルギー蓄電装置。
The natural energy storage device according to claim 1,
The natural energy power generation device is a combination of a solar cell and a wind power generator,
A natural energy power storage device characterized in that the secondary battery is charged by the solar cell or the wind power generator, whichever generates more power.
請求項1または請求項2に記載の自然エネルギー蓄電装置であって、
自然エネルギー発電機器の最大電力点の出力電力を前記二次電池の電圧で除した電流は、前記二次電池の充電許容電流よりも少ない
ことを特徴とする自然エネルギー蓄電装置。
The natural energy storage device according to claim 1 or 2,
A natural energy storage device characterized in that a current obtained by dividing the output power at the maximum power point of the natural energy power generation device by the voltage of the secondary battery is less than an allowable charging current of the secondary battery.
自然エネルギー発電機器と該自然エネルギー発電機器が発電する発電電力を充電する二次電池とを組み合わせた自然エネルギー蓄電装置であって、
前記自然エネルギー発電機器は、太陽電池と風力発電機との組合せであり、
前記太陽電池と前記風力発電機とで発電電力が多い方で前記二次電池に充電する
ことを特徴とする自然エネルギー蓄電装置。
A natural energy power storage device that combines a natural energy power generation device and a secondary battery that charges the power generated by the natural energy power generation device,
The natural energy power generation device is a combination of a solar cell and a wind power generator,
A natural energy power storage device characterized in that the secondary battery is charged by the solar cell or the wind power generator, whichever generates more power.
請求項1または請求項2に記載の自然エネルギー蓄電装置と、各種センサの情報を外部に無線送信する無線センサ装置とを備えた自然エネルギー無線通信装置であって、
前記無線センサ装置が前記負荷として機能する
ことを特徴とする自然エネルギー無線通信装置。
A natural energy wireless communication device comprising the natural energy storage device according to claim 1 or 2 and a wireless sensor device that wirelessly transmits information from various sensors to the outside,
A natural energy wireless communication device characterized in that the wireless sensor device functions as the load.
自然エネルギー発電機器と該自然エネルギー発電機器が発電する発電電力を充電する二次電池とを組み合わせた直流電力源を複数備えた自然エネルギー蓄電装置の発電方法であって、
前記発電電力が多い前記直流電力源の前記二次電池を負荷に接続し、発電電力が少ない前記直流電力源の前記二次電池と前記負荷とを非接続にする
ことを特徴とする発電方法。
A power generation method for a natural energy power storage device comprising a plurality of DC power sources that combine a natural energy power generation device and a secondary battery for charging the power generated by the natural energy power generation device, the method comprising:
A power generation method characterized in that the secondary battery of the DC power source that generates a large amount of power is connected to a load, and the secondary battery of the DC power source that generates a small amount of power is disconnected from the load.
自然エネルギー発電機器と該自然エネルギー発電機器が発電する発電電力を充電する二次電池とを組み合わせた自然エネルギー蓄電装置の発電方法であって、
前記自然エネルギー発電機器は、太陽電池と風力発電機との組合せであり、
前記太陽電池と前記風力発電機とで発電電力が多い方で前記二次電池に充電する
ことを特徴とする発電方法。
A power generation method using a natural energy power storage device that combines a natural energy power generation device and a secondary battery that charges the power generated by the natural energy power generation device,
The natural energy power generation device is a combination of a solar cell and a wind power generator,
A power generation method characterized in that the secondary battery is charged by the solar cell or the wind power generator, whichever generates more power.
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