JP5275889B2 - Charging apparatus and charging method - Google Patents

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Description

この発明は、充電装置および充電方法に関する。   The present invention relates to a charging device and a charging method.

従来、電源インフラの確保が困難な場所において気象観測や監視を行う場合、データ収集や情報送信のための電源として、太陽電池と蓄電池とを組み合わせた太陽電池システムを利用することが可能である。太陽電池システムでは、例えば、昼間は、太陽電池によって発電された電力が負荷に供給されるとともに、余剰電力で蓄電池が充電され、夜間は、蓄電池からの放電で必要な電力が賄われる。   Conventionally, when weather observation or monitoring is performed in a place where it is difficult to secure a power supply infrastructure, a solar cell system combining a solar cell and a storage battery can be used as a power source for data collection and information transmission. In the solar cell system, for example, power generated by the solar cell is supplied to the load during the daytime, the storage battery is charged with surplus power, and necessary power is supplied by discharging from the storage battery at night.

かかる太陽電池システムの例としては、蓄電池と太陽電池とを組み合わせた独立型太陽光発電システムが知られている。具体的には、太陽電池の出力に接続された第1のコンバータと、第1のコンバータの出力に接続された充電器により充電されるNi−MH(ニッケル・水素)蓄電池と、第1のコンバータの出力と電気二重層コンデンサの出力に接続され、かつ、Ni−MH蓄電池に逆流阻止ダイオードを介して接続された第2のコンバータと、第2のコンバータの出力に接続された負荷とを備えた独立型太陽光発電システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。   As an example of such a solar cell system, an independent solar power generation system in which a storage battery and a solar cell are combined is known. Specifically, a first converter connected to the output of the solar cell, a Ni-MH (nickel / hydrogen) storage battery charged by a charger connected to the output of the first converter, and the first converter And a second converter connected to the output of the electric double layer capacitor and connected to the Ni-MH battery via a backflow prevention diode, and a load connected to the output of the second converter An independent solar power generation system is known (see, for example, Patent Document 1).

また、太陽光により電力を発生する太陽電池と、太陽電池の出力に接続されるコンバータと、コンバータの出力に接続される電気二重層キャパシタと、コンバータの出力および電気二重層キャパシタに接続される複数の充電器と、充電器にそれぞれ対応して接続される複数のNi−MH蓄電池と、複数のNi−MH蓄電池の出力に接続される負荷とを備えた独立型太陽光発電システムも知られている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, a solar cell that generates power by sunlight, a converter connected to the output of the solar cell, an electric double layer capacitor connected to the output of the converter, and a plurality connected to the output of the converter and the electric double layer capacitor There is also known a stand-alone photovoltaic power generation system including a battery charger, a plurality of Ni-MH batteries connected to the chargers, and a load connected to outputs of the plurality of Ni-MH batteries. (For example, refer to Patent Document 2).

このように、太陽電池により蓄電池を充電する場合には、コンバータを介して充電を行うのが一般的である。コンバータは、太陽電池を入力として蓄電池に一定電圧を出力するものであり、出力電圧を蓄電池の充電電圧に一致させている。ここで、太陽電池の発電電力は日照によって大きく変動するが、その変動はコンバータの出力電流(充電電流)の増減となって表れる。つまり、発電量が低下しても、コンバータの出力電圧(充電電圧)は変化せず、出力電流(充電電流)が低下する。   Thus, when charging a storage battery with a solar battery, it is common to charge via a converter. The converter outputs a constant voltage to the storage battery with the solar battery as an input, and matches the output voltage with the charging voltage of the storage battery. Here, the generated electric power of the solar cell greatly fluctuates due to sunlight, but the fluctuation appears as an increase / decrease in the output current (charging current) of the converter. That is, even if the power generation amount decreases, the output voltage (charging voltage) of the converter does not change, and the output current (charging current) decreases.

特開2000−250646号公報JP 2000-250646 A 特開2001−069688号公報JP 2001-069688 A

しかしながら、通常、蓄電池の充電電流には最適値が設定されており、充電電流が微少になった場合には、充電効率が著しく低下して蓄電池が充電されなくなる。その場合、蓄電池に入力された電力のほとんどは熱に変換されるが、この発熱反応によって、蓄電池の劣化が進行してしまうという課題がある。   However, normally, the optimum value is set for the charging current of the storage battery, and when the charging current becomes very small, the charging efficiency is remarkably lowered and the storage battery is not charged. In that case, most of the electric power input to the storage battery is converted into heat, but there is a problem that the deterioration of the storage battery proceeds due to this exothermic reaction.

本発明は、上記した従来技術による課題を解決するためになされたものであり、微少な充電電流による蓄電池の劣化を防ぎ、効率よく充電することが可能となる充電装置および充電方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and provides a charging device and a charging method capable of preventing the deterioration of a storage battery due to a minute charging current and charging efficiently. With the goal.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この装置は、太陽電池からの出力電力を直流回路にて蓄電池へ充電する充電装置であって、前記太陽電池と並列に接続されたコンデンサであって、当該コンデンサの容量が下記式(11)に示す関係式を満たす容量「C」であり、当該コンデンサの定格電圧が下記式(10)に示す関係式を満たす所定の電圧「V 」であるコンデンサと、前記コンデンサの充放電を切り替えるためのスイッチと、前記コンデンサの電圧が前記所定の電圧「V になった時に、当該コンデンサにて蓄積された電荷が放電されて前記蓄電池に充電されるように前記スイッチを切り替えるよう制御し、前記コンデンサの電圧が前記所定の電圧「V となった時点から所定の時間が経過した時に、前記太陽電池からの出力電力が当該コンデンサに充電されるように前記スイッチを切り替えるよう制御する制御手段と、を備えたことを要件とする。 To solve the above problems and achieve an object, this device is a charging device for charging the storage battery at a DC circuit the output power from the solar cell, met capacitor is connected in parallel with the solar cell Thus, the capacity of the capacitor is a capacity “C” that satisfies the relational expression shown in the following expression (11), and the rated voltage of the capacitor is a predetermined voltage “V 1 that satisfies the relational expression shown in the following expression (10). and some capacitors, and a switch for switching the charging and discharging of the capacitor, charging when the voltage of the capacitor becomes the predetermined voltage "V 1", the battery charge accumulated is discharged at the capacitor the controls to switch the switch to be, when the voltage of the capacitor has a predetermined time elapses from the time point when the predetermined voltage "V 1", the solar cell Be a requirement that al of output power and a control means for controlling to switch the switch to be charged to the capacitor.

また、この方法は、太陽電池と並列に接続されたコンデンサであって、当該コンデンサの容量が下記式(11)に示す関係式を満たす容量「C」であり、当該コンデンサの定格電圧が下記式(10)に示す関係式を満たす所定の電圧「V 」であるコンデンサと、前記コンデンサの充放電を切り替えるためのスイッチとを有する直流回路にて、前記太陽電池からの出力電力を蓄電池へ充電する充電装置が実行する充電方法であって、前記コンデンサの電圧が前記所定の電圧「V になった時に、当該コンデンサにて蓄積された電荷が放電されて前記蓄電池に充電されるように前記スイッチを切り替えるよう制御し、前記コンデンサの電圧が前記所定の電圧「V となった時点から所定の時間が経過した時に、前記太陽電池からの出力電力が当該コンデンサに充電されるように前記スイッチを切り替えるよう制御する制御ステップを含んだことを要件とする。 Further, this method is a capacitor connected in parallel with the solar cell, and the capacitance of the capacitor satisfies the relational expression shown in the following formula (11), and the rated voltage of the capacitor is expressed by the following formula: The output power from the solar cell is charged to the storage battery by a DC circuit having a capacitor having a predetermined voltage “V 1 satisfying the relational expression shown in (10) and a switch for switching charging and discharging of the capacitor. a charging method the charging device to be executed, when the voltage of the capacitor becomes the predetermined voltage "V 1", so the accumulated charge at the capacitor is charged in the storage battery is discharged controlled to switch the switch, when the voltage of the capacitor has a predetermined time elapses from the time point when the predetermined voltage "V 1", the output from the solar cell Force is a requirement that it contained a control step of controlling so as to switch the switch to be charged to the capacitor.

開示の装置および方法によれば、微少な充電電流による蓄電池の劣化を防ぎ、効率よく充電することが可能となる。   According to the disclosed apparatus and method, it is possible to prevent the storage battery from being deteriorated due to a minute charging current and to charge efficiently.

図1は、本実施例における充電装置の構成を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the charging apparatus according to the present embodiment. 図2は、本実施例における充電装置にてスイッチをONとしたときの回路を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a circuit when the switch is turned on in the charging device according to the present embodiment. 図3は、本実施例における充電装置の運用時における並列回路の電圧と組電池の充電電流の推移を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the transition of the voltage of the parallel circuit and the charging current of the assembled battery during the operation of the charging device according to the present embodiment. 図4は、実施例における充電装置の処理を説明するためのフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart for explaining processing of the charging device in the embodiment.

以下に添付図面を参照して、本発明に係る充電装置および充電方法の実施例を説明する。なお、実施例1では、本発明に係る充電方法を実行する充電装置を実施例として説明する。   Embodiments of a charging device and a charging method according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the first embodiment, a charging device that executes the charging method according to the present invention will be described as an embodiment.

まず、本実施例における充電装置の構成について説明する。図1は、本実施例における充電装置の構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施例における充電装置は、太陽電池1と、ダイオード2と、コンデンサ3と、組電池5と、スイッチ6と、制御部7とを有する。   First, the structure of the charging device in a present Example is demonstrated. FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the charging apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the charging device in the present embodiment includes a solar cell 1, a diode 2, a capacitor 3, an assembled battery 5, a switch 6, and a control unit 7.

太陽電池1は、太陽光により直流電力を発生する装置であり、ダイオード2と直列接続され、さらに、コンデンサ3と並列に接続される。すなわち、太陽電池1とコンデンサ3とは、図1の点線枠に示すように、並列回路4を構成する。そして、並列回路4は、スイッチ6を介して、組電池5と接続されることが可能となる。   The solar cell 1 is a device that generates direct-current power by sunlight, and is connected in series with a diode 2 and further connected in parallel with a capacitor 3. That is, the solar cell 1 and the capacitor 3 constitute a parallel circuit 4 as shown by a dotted frame in FIG. The parallel circuit 4 can be connected to the assembled battery 5 via the switch 6.

ダイオード2は、整流作用を有する電子素子であり、本実施例における充電装置においては、ダイオード2のアノードおよびカソードの端子が、図1に示すように接続されることにより、コンデンサ3や組電池5から太陽電池1へ電流が逆流することを防いでいる。   The diode 2 is an electronic element having a rectifying action. In the charging device according to this embodiment, the anode and cathode terminals of the diode 2 are connected as shown in FIG. Is prevented from flowing backward from the solar cell 1 to the solar cell 1.

コンデンサ3は、太陽電池1が出力した直流電力により電荷を蓄積(充電)し、また、蓄積した電荷を組電池5に放電する。なお、コンデンサ3における充放電は、スイッチ6の開閉により制御される。   The capacitor 3 accumulates (charges) electric charge with the DC power output from the solar cell 1, and discharges the accumulated electric charge to the assembled battery 5. The charging / discharging of the capacitor 3 is controlled by opening / closing the switch 6.

組電池5は、複数の蓄電池が直列あるいは並列にて接続された構成となっており、太陽電池1の出力電力を、直流回路にて充電する。具体的には、本実施例における組電池5は、太陽電池1が出力した直流電力を蓄電したコンデンサ3から放電された電荷を充電する。例えば、本実施例における組電池5は、「公称電圧:1.2V、公称容量:100Ah」のニッケル水素蓄電池セルが10個直列接続されることで、「公称電圧:12V、公称容量:100Ah」となり、1200Whの蓄電能力を有する。   The assembled battery 5 has a configuration in which a plurality of storage batteries are connected in series or in parallel, and the output power of the solar cell 1 is charged by a DC circuit. Specifically, the assembled battery 5 in the present embodiment charges the electric charges discharged from the capacitor 3 that stores the DC power output from the solar battery 1. For example, the assembled battery 5 in the present embodiment is configured such that “nominal voltage: 12 V, nominal capacity: 100 Ah” is obtained by connecting in series 10 nickel-metal hydride storage cells of “nominal voltage: 1.2 V, nominal capacity: 100 Ah”. And has a power storage capacity of 1200 Wh.

ここで、組電池5には、充電可能な最低電流があり、例えば、ニッケル水素蓄電池セルでは、最低でも1Aの充電電流が必要となる。最低電流を下回って充電を継続すると充電効率が著しく低下し、蓄電池の劣化を促進するため、組電池5は、最低電流以上で充電されることが望ましい。このため、本実施例においては、最低電流「I」として、例えば、「1A」が定められる。 Here, the assembled battery 5 has a minimum chargeable current. For example, in a nickel metal hydride storage battery cell, a charge current of 1 A is required at the minimum. If the charging is continued below the minimum current, the charging efficiency is remarkably lowered and the deterioration of the storage battery is promoted. Therefore, it is desirable that the assembled battery 5 is charged at the minimum current or more. For this reason, in this embodiment, for example, “1A” is determined as the minimum current “I d ”.

また、充電電流が最低電流を超えていたとしても、充電時間が短い場合、組電池5においては、充電に寄与する反応が起こらなくなる。このため、本実施例においては、組電池5が充電されるために要する充電時間「T」として、例えば、「1ms」が定められる。 Even if the charging current exceeds the minimum current, if the charging time is short, the assembled battery 5 does not cause a reaction that contributes to charging. For this reason, in the present embodiment, for example, “1 ms” is determined as the charging time “T d ” required for charging the assembled battery 5.

スイッチ6は、後述する制御部7による制御のもと、コンデンサ3の充放電を切り替える。すなわち、スイッチ6がOFF(閉)の場合は、並列回路4と組電池5とが切り離された状態となり、太陽電池1の出力電力はコンデンサ3へ充電される。また、スイッチ6がON(開)の場合は、並列回路4と組電池5とが接続された状態となり、コンデンサ3に蓄積された電荷が組電池5へ放電され、組電池5にて充電される。   The switch 6 switches charging / discharging of the capacitor 3 under the control of the control unit 7 described later. That is, when the switch 6 is OFF (closed), the parallel circuit 4 and the assembled battery 5 are disconnected, and the output power of the solar battery 1 is charged to the capacitor 3. Further, when the switch 6 is ON (open), the parallel circuit 4 and the assembled battery 5 are connected, and the charge accumulated in the capacitor 3 is discharged to the assembled battery 5 and charged by the assembled battery 5. The

例えば、本実施例におけるスイッチ6は、スイッチング素子であるFET(電界効果トランジスタ、Field Effect Transistor)で実現され、後述する制御部7は、スイッチング素子であるスイッチ6の制御電極にON信号を送信することで、スイッチ6をONにし、ON信号をリセットすることで、スイッチ6をOFFとする。   For example, the switch 6 in this embodiment is realized by an FET (Field Effect Transistor) that is a switching element, and the control unit 7 described later transmits an ON signal to the control electrode of the switch 6 that is the switching element. Thus, the switch 6 is turned on and the switch 6 is turned off by resetting the ON signal.

なお、本実施例では、FETがスイッチ6である場合について説明するが、本発明がこれに限定されるものではなく、コンデンサ3の充放電を切り替える機能を有するスイッチであるならば、スイッチ6として充電装置に組み込むことが可能である。   In this embodiment, the case where the FET is the switch 6 will be described. However, the present invention is not limited to this, and if the switch has a function of switching charging / discharging of the capacitor 3, the switch 6 is used. It can be incorporated into a charging device.

このように、本実施例における充電装置は、太陽電池1とコンデンサ3とが並列接続された並列回路4が、コンデンサ3の充放電を切り替えるスイッチ6を介して組電池5と接続可能な直流回路にて、太陽電池1からの出力電力をコンデンサ3に蓄電したのちに組電池5へ充電する太陽電池システムであるが、以下、詳細に説明する制御部7の処理により、微少な充電電流による組電池5の劣化を防ぎ、効率よく充電することが可能となることに主たる特徴がある。   Thus, the charging device in the present embodiment is a DC circuit in which the parallel circuit 4 in which the solar cell 1 and the capacitor 3 are connected in parallel can be connected to the assembled battery 5 via the switch 6 that switches between charging and discharging of the capacitor 3. In the solar cell system, the output power from the solar cell 1 is stored in the capacitor 3 and then charged to the assembled battery 5. The following is a detailed description of the process using the control unit 7 described in detail. The main feature is that the battery 5 can be prevented from being deteriorated and charged efficiently.

この主たる特徴について、図1とともに、図2および図3を用いて説明する。なお、図2は、本実施例における充電装置にてスイッチをONとしたときの回路を説明するための図であり、図3は、本実施例における充電装置の運用時における並列回路の電圧と組電池の充電電流の推移を説明するための図である。   This main feature will be described with reference to FIGS. 2 and 3 together with FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining a circuit when the switch is turned on in the charging device in the present embodiment, and FIG. 3 shows the voltage of the parallel circuit during operation of the charging device in the present embodiment. It is a figure for demonstrating transition of the charging current of an assembled battery.

図1に示す制御部7は、コンデンサ3の電圧が所定の電圧になった時に、コンデンサ3にて蓄積された電荷が放電されて組電池5に充電されるようにスイッチ6をONに切り替えるよう制御し、コンデンサ3の電圧が所定の電圧となった時点から所定の時間が経過した時に、太陽電池1からの出力電力がコンデンサ3に充電されるようにスイッチをOFFに切り替えるよう制御する。すなわち、スイッチ6をONとする条件は、コンデンサ3の両端電圧に等しい並列回路4の電圧が所定の電圧以上となった時であり、スイッチ6をOFFとする条件は、ONとなってから所定の時間が経過したときである。   The control unit 7 shown in FIG. 1 switches the switch 6 to ON so that when the voltage of the capacitor 3 becomes a predetermined voltage, the charge accumulated in the capacitor 3 is discharged and charged to the assembled battery 5. The switch is turned off so that the output power from the solar cell 1 is charged in the capacitor 3 when a predetermined time has elapsed from the time when the voltage of the capacitor 3 becomes a predetermined voltage. That is, the condition for turning on the switch 6 is when the voltage of the parallel circuit 4 equal to the voltage across the capacitor 3 becomes equal to or higher than the predetermined voltage, and the condition for turning off the switch 6 is predetermined after the ON state. The time has passed.

ここで、制御部7がスイッチ6のON/OFFを切り替え制御する際に用いる「所定の時間」および「所定の電圧」は、以下のように設定される。すなわち、「所定の時間」は、組電池5が充電されるために要する充電時間「T」以上の時間であり、「所定の電圧」は、スイッチ6がONとなることにより、コンデンサ3から放電されることで蓄電池に流れ込む充電電流の値が、「所定の時間」が経過するまでの間、組電池5の充電に要する最低電流値「I」以上の値となる電圧値である。以下、「所定の時間」および「所定の電圧」を算出するための算出法について、説明する。 Here, the “predetermined time” and the “predetermined voltage” used when the control unit 7 performs switching control of ON / OFF of the switch 6 are set as follows. That is, the “predetermined time” is a time equal to or longer than the charging time “T d ” required for charging the assembled battery 5, and the “predetermined voltage” is obtained from the capacitor 3 when the switch 6 is turned on. The value of the charging current that flows into the storage battery by being discharged is a voltage value that is equal to or greater than the minimum current value “I d ” required for charging the assembled battery 5 until the “predetermined time” elapses. Hereinafter, a calculation method for calculating “predetermined time” and “predetermined voltage” will be described.

まず、スイッチ6がONの状態で、コンデンサ3から組電池5へ流れる充電電流の大きさおよび充電電流の大きさの時間経過にともなう変化は、コンデンサ3の容量と、組電池5の電圧値と、組電池5の内部抵抗値と、スイッチ6がONとなった瞬間の並列回路4の電圧値によって予め算出することができる。   First, when the switch 6 is ON, the magnitude of the charging current flowing from the capacitor 3 to the assembled battery 5 and the change with time of the magnitude of the charging current are as follows: the capacity of the capacitor 3 and the voltage value of the assembled battery 5 The internal resistance value of the assembled battery 5 and the voltage value of the parallel circuit 4 at the moment when the switch 6 is turned on can be calculated in advance.

これについて、図2に示す回路構成を参照して説明する。なお、微少な充電電流による組電池5の劣化を防ぎ、効率よく充電するためにスイッチ6のON/OFFを切り替える条件を決定することから、日射量が少ない状況を想定しているため、図2に示す回路においては、図1に示す太陽電池1は省略してある。   This will be described with reference to the circuit configuration shown in FIG. In addition, since the condition which switches ON / OFF of the switch 6 is determined in order to prevent deterioration of the assembled battery 5 due to a minute charging current and to efficiently charge the battery, it is assumed that the amount of solar radiation is small. In the circuit shown in FIG. 1, the solar cell 1 shown in FIG. 1 is omitted.

まず、図2の回路においては、容量「C」のコンデンサ3の蓄積電荷が「q」とされている。また、図2の回路においては、組電池5は、電圧値「Vb」の電圧源8と抵抗値「R」の内部抵抗9との直列接続で表現されており、コンデンサ3からの充電電流「i」の流れる方向は、組電池5が充電される方向となっている。なお、図2に示す「v」は、蓄積電荷「q」によって定まる並列回路4の電圧である。   First, in the circuit of FIG. 2, the charge stored in the capacitor 3 having the capacity “C” is “q”. In the circuit of FIG. 2, the assembled battery 5 is represented by a series connection of a voltage source 8 having a voltage value “Vb” and an internal resistor 9 having a resistance value “R”. The direction in which i ”flows is the direction in which the assembled battery 5 is charged. Note that “v” shown in FIG. 2 is the voltage of the parallel circuit 4 determined by the accumulated charge “q”.

ここで、図2の回路にキルヒホッフの電圧則を適用すると、以下に示す式(1)が得られる。   Here, when Kirchhoff's voltage law is applied to the circuit of FIG. 2, the following equation (1) is obtained.

Figure 0005275889
Figure 0005275889

また、蓄積電荷「q」の経過時間「t」にともなう変化量と、コンデンサ3からの充電電流「i」との間には、以下に示す式(2)の関係式が成立する。   Further, the following relational expression (2) is established between the change amount of the accumulated charge “q” with the elapsed time “t” and the charging current “i” from the capacitor 3.

Figure 0005275889
Figure 0005275889

そして、式(2)を用いて式(1)を解くことにより、以下に示す式(3)が得られる。なお、式(3)における「i」は、スイッチ6をONにした直後の電流値(電流初期値)である。 Then, by solving equation (1) using equation (2), equation (3) shown below is obtained. Note that “i 0 ” in Equation (3) is a current value (current initial value) immediately after the switch 6 is turned on.

Figure 0005275889
Figure 0005275889

ここで、並列回路4の両端の電圧は、スイッチ6をONにした瞬間でも連続した値であることから、スイッチ6をONにする時の電圧「V」と電流初期値「i」とには、以下に示す式(4)の関係が成り立つ。 Here, since the voltage at both ends of the parallel circuit 4 is a continuous value even when the switch 6 is turned on, the voltage “V 1 ” and the current initial value “i 0 ” when the switch 6 is turned on are The following equation (4) holds.

Figure 0005275889
Figure 0005275889

したがって、電流初期値「i」は、以下に示す式(5)によって求められる。 Therefore, the current initial value “i 0 ” is obtained by the following equation (5).

Figure 0005275889
Figure 0005275889

式(3)により、経過時間「t」における充電電流の値「i」は、電流初期値「i」からの減衰として表され、充電時間は、時定数である「RC」に関係がある。充電時間、すなわち上述した「所定の時間」を、例えば、式(3)において、電流初期値「i」が半分まで低下する時間「t1/2」として定義すると、「i=i/2」であることから、「t1/2」は、以下に示す式(6)で求められる。 According to the equation (3), the charging current value “i” at the elapsed time “t” is expressed as decay from the current initial value “i 0 ”, and the charging time is related to “RC” which is a time constant. . For example, when the charging time, that is, the “predetermined time” described above is defined as a time “t 1/2 ” in which the current initial value “i 0 ” decreases to half in Equation (3), “i = i 0 / Since “2”, “t 1/2 ” is obtained by the following equation (6).

Figure 0005275889
Figure 0005275889

ここで、「t1/2」が経過した時点での充電電流は、「i/2」となることから、スイッチ6をONにしてから「t1/2」が経過するまで、充電に必要な最低電流「I」以上で組電池5が充電されるための条件は、「i/2≧I」となり、式(5)により、以下に示す式(7)となる。 Here, the charging current at the time has elapsed "t 1/2", since it is "i 0/2", after the switch 6 is turned ON until after the "t 1/2", the charge conditions for the assembled battery 5 is charged with the lowest current "I d" than necessary, "i 0/2 ≧ I d" and by the equation (5), the formula (7) shown below.

Figure 0005275889
Figure 0005275889

また、組電池5が充電時間「T」以上で充電されるための条件は、「t1/2≧T」となることから、式(6)により、以下に示す式(8)となる。 Moreover, since the condition for charging the assembled battery 5 in the charging time “T d ” or longer is “t 1/2 ≧ T d ”, the following equation (8) is obtained from the equation (6). Become.

Figure 0005275889
Figure 0005275889

すなわち、式(7)および式(8)を満たす「V」および「t1/2=RCln2」を、「所定の電圧」および「所定の時間」とすることで、組電池5は、「I」以上の電流値にて、「T」以上の充電時間にてコンデンサ3からの放電により連続して充電されることとなる。すなわち、日照が少ない場合であっても、組電池5は、劣化することなく、効率よく充電される。 That is, by setting “V 1 ” and “t 1/2 = RCn2” satisfying the expressions (7) and (8) to “predetermined voltage” and “predetermined time”, the assembled battery 5 With a current value equal to or greater than “I d ”, the capacitor 3 is continuously charged by discharging from the capacitor 3 with a charging time equal to or greater than “T d ”. That is, even when there is little sunlight, the assembled battery 5 is efficiently charged without deterioration.

例えば、充電装置に組み込む組電池5のデータから、「Vb=12V(公称電圧)」であり、「R=1Ω」であり、「I=1A」であり、「T=1ms」であることが既知ならば、式(7)、(8)より、「V」は、「14V」以上となり、「C」は、「1.44mF」以上となる。そこで、充電装置の管理者は、「1.44mF」に近い容量を有するコンデンサ3を選定したうえで、所定の電圧を「14V」とし、所定の時間を「1ms」とする設定を、制御部7の内部メモリに格納する。 For example, from the data of the assembled battery 5 incorporated in the charging device, “Vb = 12 V (nominal voltage)”, “R = 1Ω”, “I d = 1 A”, and “T d = 1 ms”. If it is known, “V 1 ” is “14 V” or more and “C” is “1.44 mF” or more from equations (7) and (8). Therefore, the administrator of the charging device selects the capacitor 3 having a capacity close to “1.44 mF”, sets the predetermined voltage to “14 V”, and sets the predetermined time to “1 ms”. 7 is stored in the internal memory.

そして、制御部7は、充電装置の運用が開始された時点で、スイッチ6をOFFとなるように制御することで、コンデンサ3の充電を開始するとともに、図1に示すように、並列回路4の電圧「v」の計測を開始する。そして、制御部7は、電圧「v」が「14V」となった時点で、スイッチ6をONとなるように制御することで、組電池5の充電を開始し、スイッチ6がONとなった時点から「1ms」が経過した時点で、スイッチ6をOFFとなるように制御することで、組電池5の充電を終了して、再度、コンデンサ3の充電を開始する。   And the control part 7 starts charge of the capacitor | condenser 3 by controlling the switch 6 to be turned OFF when the operation of the charging device is started, and as shown in FIG. Measurement of the voltage “v” is started. Then, the control unit 7 starts charging the assembled battery 5 by controlling the switch 6 to be turned on when the voltage “v” becomes “14V”, and the switch 6 is turned on. When “1 ms” elapses from the time point, the switch 6 is controlled to be turned OFF to finish charging the assembled battery 5 and start charging the capacitor 3 again.

なお、上記では、「所定の時間」を、電流初期値「i」が半分まで低下する時間「t1/2」と設定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、「所定の時間」を、電流初期値「i」が10分の1まで低下する時間など、電流初期値が任意の値まで低下する時間として設定する場合であってもよい。 In the above description, the case where the “predetermined time” is set to the time “t 1/2 ” when the current initial value “i 0 ” is reduced to half has been described, but the present invention is not limited to this. Instead, for example, the “predetermined time” may be set as a time when the current initial value decreases to an arbitrary value, such as a time when the current initial value “i 0 ” decreases to 1/10.

ここで、「所定の時間」を、電流初期値「i」がa分の1まで低下する時間「t1/a」と、一般化して設定する場合について、以下、説明する。なお、「a」は、1以上の実数として定義される。 Here, the case where the “predetermined time” is generally set as the time “t 1 / a ” when the current initial value “i 0 ” decreases to 1 / a will be described. “A” is defined as a real number of 1 or more.

まず、「t1/a」は、式(3)から以下に示す式(9)により求められる。 First, “t 1 / a ” is obtained from Expression (3) according to Expression (9) shown below.

Figure 0005275889
Figure 0005275889

したがって、スイッチ6をONにしてから「t1/a」が経過するまで、充電に必要な最低電流「I」以上で組電池5が充電されるための条件は、「i/a≧I」となることから、式(5)により、以下に示す式(10)となる。 Therefore, the condition for charging the battery pack 5 at the minimum current “I d ” or more necessary for charging until “t 1 / a ” elapses after the switch 6 is turned on is “i 0 / a ≧ Since “I d ”, the following equation (10) is obtained from equation (5).

Figure 0005275889
Figure 0005275889

また、組電池5が充電時間「T」以上で充電されるための条件は、「t1/a≧T」となることから、式(9)により、以下に示す式(11)となる。 Further, since the condition for charging the assembled battery 5 in the charging time “T d ” or longer is “t 1 / a ≧ T d ”, the following equation (11) is obtained from the equation (9). Become.

Figure 0005275889
Figure 0005275889

すなわち、式(10)および式(11)を満たす「V」および「t1/a=RClna」を、「所定の電圧」および「所定の時間」とする。 That is, “V 1 ” and “t 1 / a = RClna” satisfying the expressions (10) and (11) are defined as “predetermined voltage” and “predetermined time”.

例えば、管理者は、充電装置に組み込む組電池5のデータから、「Vb」、「R」、「I」および「T」が既知であるならば、「V」を式(10)の等号が成立する値とし、式(11)を満たす「C」の値に近い容量を有するコンデンサ3を選定したうえで、既知の「T」を所定の時間(充電時間)として、充電装置の運用を行なう。 For example, if “Vb”, “R”, “I d ”, and “T d ” are already known from the data of the assembled battery 5 incorporated in the charging device, the administrator sets “V 1 ” to the formula (10). The capacitor 3 having a capacity close to the value of “C” that satisfies the equation (11) is selected, and the known “T d ” is set as a predetermined time (charging time). Operate the device.

また、管理者は、予め設定した「V」により、式(10)および式(11)を満たす「C」および「a」を求めて、コンデンサ3の選定および所定の時間(充電時間)の決定を行なってもよい。 In addition, the administrator obtains “C” and “a” satisfying Expression (10) and Expression (11) from “V 1 ” set in advance, and selects the capacitor 3 and sets a predetermined time (charging time). A decision may be made.

あるいは、管理者は、式(10)および式(11)を用いることにより、予め選定していたコンデンサ3の容量「C」により、「V」と「a」とを求めて、所定の電圧および所定の時間の決定を行なってもよい。 Alternatively, the administrator obtains “V 1 ” and “a” by using the capacity “C” of the capacitor 3 that has been selected in advance by using the expressions (10) and (11), and the predetermined voltage Further, a predetermined time may be determined.

なお、上記では、式(10)の等号成立時の「V」を所定の電圧として決定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、式(10)および式(11)を満たすならば、式(10)にて左辺が右辺より大きくなる「V」を所定の電圧として決定する場合であってもよい。 In the above description, the case where “V 1 ” at the time when the equal sign of Expression (10) is established is determined as the predetermined voltage has been described, but the present invention is not limited to this, and Expression (10) and Expression If (11) is satisfied, “V 1 ” in which the left side is larger than the right side in Equation (10) may be determined as the predetermined voltage.

また、上記では、所定の時間「RClna」が「T」として設定される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、式(10)および式(11)を満たすならば、所定の時間「RClna」は、「T」より大きい値として設定される場合であってもよい。 In the above description, the case where the predetermined time “RClna” is set as “T d ” has been described. However, the present invention is not limited to this, and the expression (10) and the expression (11) are satisfied. For example, the predetermined time “RClna” may be set as a value larger than “T d ”.

ここで、改めて、図3を用いて、本実施例における充電装置の運用時における並列回路4の電圧「v」と組電池5の充電電流「i」の推移を説明する。   Here, the transition of the voltage “v” of the parallel circuit 4 and the charging current “i” of the assembled battery 5 during operation of the charging device in the present embodiment will be described again with reference to FIG.

図3に示すように、並列回路4の電圧「v」が所定の電圧「V」に達した時点でスイッチ6が制御部7によりONとなり、電流初期値「i」にて組電池5の充電が開始される。そして、所定の時間「t1/a=RClna」が経過して、充電電流「i」が「i/a」まで低下した時点でスイッチ6が制御部7によりOFFとなる。これらスイッチ6の動作が、内部メモリに所定の電圧および所定の時間が設定された制御部7の処理により繰り返され、組電池5の充電に要する時間(または、組電池5の充電に要する時間より長い時間)、常に最低電流以上の充電電流にて組電池5の充電が行なわれる。 As shown in FIG. 3, when the voltage “v” of the parallel circuit 4 reaches a predetermined voltage “V 1 ”, the switch 6 is turned on by the control unit 7, and the assembled battery 5 at the current initial value “i 0 ”. Charging starts. The switch 6 is turned off by the control unit 7 when the predetermined time “t 1 / a = RClna” elapses and the charging current “i” decreases to “i 0 / a”. The operation of the switch 6 is repeated by the processing of the control unit 7 in which a predetermined voltage and a predetermined time are set in the internal memory, and the time required for charging the assembled battery 5 (or the time required for charging the assembled battery 5 is exceeded. For a long time), the assembled battery 5 is always charged with a charging current equal to or higher than the minimum current.

次に、図4を用いて、本実施例における充電装置の処理について説明する。図4は、本実施例における充電装置の処理を説明するためのフローチャートである。なお、以下では、充電装置の管理者により制御部7の内部メモリに所定の時間「t1/a」および所定の電圧「V」が格納されたのちの処理について図4を用いて説明する。 Next, processing of the charging device in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart for explaining processing of the charging device in the present embodiment. In the following, a process after a predetermined time “t 1 / a ” and a predetermined voltage “V 1 ” are stored in the internal memory of the control unit 7 by the administrator of the charging device will be described with reference to FIG. .

図4に示すように、本実施例における充電装置の制御部7は、管理者から充電装置の運用開始指示を受け付けると(ステップS101肯定)、スイッチ6をOFFとするように制御する(ステップS102)。なお、制御部7は、管理者から充電装置の運用開始指示を受け付けた時点から、並列回路4の電圧の測定を開始する。   As shown in FIG. 4, when the control unit 7 of the charging device in the present embodiment receives an instruction to start operating the charging device from the administrator (Yes in Step S101), the control unit 7 controls the switch 6 to be turned off (Step S102). ). In addition, the control part 7 starts the measurement of the voltage of the parallel circuit 4 from the time of receiving the operation start instruction of the charging device from the administrator.

そして、制御部7は、並列回路4の電圧が「V」以上であるか否かを判定する(ステップS103)。 Then, the control unit 7 determines whether the voltage of the parallel circuit 4 is "V 1" or more (step S103).

ここで、制御部7は、並列回路4の電圧が「V」未満である場合(ステップS103否定)、並列回路4の電圧と「V」との比較判定を継続して実行する。 Here, when the voltage of the parallel circuit 4 is less than “V 1 ” (No at Step S <b> 103), the control unit 7 continuously executes the comparison determination between the voltage of the parallel circuit 4 and “V 1 ”.

一方、制御部7は、並列回路4の電圧が「V」以上である場合(ステップS103肯定)、スイッチ6をONとするように制御する(ステップS104)。 On the other hand, when the voltage of the parallel circuit 4 is “V 1 ” or higher (Yes at Step S103), the control unit 7 controls the switch 6 to be turned on (Step S104).

そののち、制御部7は、スイッチ6がONとなってから充電時間である所定の時間「t1/a」が経過したか否かを判定する(ステップS105)。 After that, the control unit 7 determines whether or not a predetermined time “t 1 / a ” that is a charging time has elapsed since the switch 6 was turned on (step S105).

ここで、制御部7は、「t1/a」が経過していない場合(ステップS105否定)、スイッチ6がONとなってからの経過時間と「t1/a」との比較判定を継続して実行する。 Here, when “t 1 / a ” has not elapsed (No at Step S105), the control unit 7 continues to make a comparison between “t 1 / a ” and the elapsed time since the switch 6 is turned on. And run.

一方、制御部7は、「t1/a」が経過した場合(ステップS105肯定)、ステップS102に戻って、スイッチ6をOFFとするように制御し、以下、ステップS103以降の処理を継続して実行する。 On the other hand, when “t 1 / a ” has elapsed (Yes at Step S105), the control unit 7 returns to Step S102 and performs control so that the switch 6 is turned OFF, and thereafter, the processing after Step S103 is continued. And execute.

上述してきたように、本実施例では、制御部7は、組電池5が充電されるために要する充電時間「T」以上の時間である「所定の時間」と、スイッチ6がONとなることにより、コンデンサ3から放電されることで蓄電池に流れ込む充電電流の値が「所定の時間」経過するまでの間、組電池5の充電に要する最低電流値「I」以上の値となる電圧値である「所定の電圧」を内部メモリに記憶する。そして、制御部7は、太陽電池1の出力電力を蓄積したコンデンサ3の電圧が所定の電圧になった時に、コンデンサ3にて蓄積された電荷が放電されて組電池5に充電されるようにスイッチ6をONに切り替えるよう制御し、コンデンサ3の電圧が所定の電圧となった時点から所定の時間が経過した時に、太陽電池1からの出力電力がコンデンサ3に充電されるようにスイッチをOFFに切り替えるよう制御する。 As described above, in the present embodiment, the control unit 7 turns on the switch 6 when the “predetermined time” that is longer than the charging time “T d ” required for charging the assembled battery 5 is reached. Thus, a voltage that is equal to or higher than the minimum current value “I d ” required for charging the assembled battery 5 until the value of the charging current flowing into the storage battery by discharging from the capacitor 3 elapses for the “predetermined time”. The value “predetermined voltage” is stored in the internal memory. And the control part 7 is discharged so that the electric charge accumulate | stored in the capacitor | condenser 3 may be discharged and the assembled battery 5 may be charged, when the voltage of the capacitor | condenser 3 which accumulated the output electric power of the solar cell 1 becomes a predetermined voltage. The switch 6 is controlled to be turned on, and the switch is turned off so that the output power from the solar cell 1 is charged into the capacitor 3 when a predetermined time has elapsed from the time when the voltage of the capacitor 3 becomes a predetermined voltage. Control to switch to.

したがって、日射量が少ない場合でも充電に必要な充電電流を充電に必要な時間分確保できるため、上記した主たる特徴の通り、微少な充電電流による組電池5の劣化を防ぎ、効率よく充電することが可能となる。   Therefore, even when the amount of solar radiation is small, the charging current required for charging can be secured for the time required for charging. Therefore, as described above, the deterioration of the assembled battery 5 due to the minute charging current is prevented and charging is performed efficiently. Is possible.

また、上記の式(10)および式(11)を満たすように、充電装置に組み込むコンデンサ3や組電池5を選定したり、充電装置に組み込まれているコンデンサ3や組電池5の特性に基づいてスイッチ6の切り替え条件を決定したりするなどといったように、充電装置の管理者は、微少な充電電流による組電池5の劣化を防ぎ、効率よく充電する太陽電池システムを容易に運用することが可能となる。   In addition, the capacitor 3 and the assembled battery 5 to be incorporated into the charging device are selected so as to satisfy the above expressions (10) and (11), or based on the characteristics of the capacitor 3 and the assembled battery 5 incorporated into the charging device. Thus, the manager of the charging device can easily operate a solar cell system that efficiently charges the battery pack 5 by preventing deterioration of the assembled battery 5 due to a minute charging current. It becomes possible.

なお、本実施例では、組電池5を構成する蓄電池が、ニッケル水素蓄電池である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、組電池5を構成する蓄電池が、例えば、鉛蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池やリチウムイオン蓄電池など他の種類の蓄電池により構成される場合であってもよい。   In addition, although the present Example demonstrated the case where the storage battery which comprises the assembled battery 5 is a nickel hydride storage battery, this invention is not limited to this, The storage battery which comprises the assembled battery 5 is, for example, The case where it comprises with another kind of storage batteries, such as a lead storage battery, a nickel cadmium storage battery, and a lithium ion storage battery, may be sufficient.

また、コンデンサ3は、キャパシタのように、蓄電量「Q」と、蓄電容量「C」と、両極電圧「V」との間に「Q=CV」の関係を満たす蓄電素子であれば、本発明に適用することが可能である。   If the capacitor 3 is a storage element that satisfies the relationship of “Q = CV” between the storage amount “Q”, the storage capacity “C”, and the bipolar voltage “V”, such as a capacitor, It is possible to apply to the invention.

以上のように、本発明に係る充電装置および充電方法は、太陽電池からの出力電力を直流回路にて蓄電池へ充電する場合に有用であり、特に、微少な充電電流による蓄電池の劣化を防ぎ、効率よく充電することに適する。   As described above, the charging device and the charging method according to the present invention are useful when charging output battery power from a solar battery to a storage battery with a DC circuit, and in particular, preventing deterioration of the storage battery due to a minute charging current, Suitable for charging efficiently.

1 太陽電池
2 ダイオード
3 コンデンサ
4 並列回路
5 組電池
6 スイッチ
7 制御部
8 電圧源
9 内部抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar cell 2 Diode 3 Capacitor 4 Parallel circuit 5 Battery assembly 6 Switch 7 Control part 8 Voltage source 9 Internal resistance

Claims (2)

太陽電池からの出力電力を直流回路にて蓄電池へ充電する充電装置であって、
前記太陽電池と並列に接続されるコンデンサであって、当該コンデンサの容量が下記式(1)に示す関係式を満たす容量「C」であり、当該コンデンサの定格電圧が下記式(2)に示す関係式を満たす所定の電圧「V 」であるコンデンサと、
前記コンデンサの充放電を切り替えるためのスイッチと、
前記コンデンサの電圧が前記所定の電圧「V になった時に、当該コンデンサにて蓄積された電荷が放電されて前記蓄電池に充電されるように前記スイッチを切り替えるよう制御し、前記コンデンサの電圧が前記所定の電圧「V となった時点から所定の時間が経過した時に、前記太陽電池からの出力電力が当該コンデンサに充電されるように前記スイッチを切り替えるよう制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする充電装置。
Figure 0005275889

Figure 0005275889

ただし、上記式(1)において、「R」は、前記蓄電池の内部抵抗であり、「C」は、前記コンデンサの容量であり、「a」は、1以上の実数であり、「T 」は、前記蓄電池が充電されるために要する充電時間であり、前記所定の時間は、前記蓄電池への充電電流が充電開始直後から1/aになるまでの時間に対応する。また、上記式(2)において、「V 」は、前記蓄電池の電圧であり、「I 」は、前記蓄電池の充電に要する最低電流値である。
A charging device for charging output power from a solar battery to a storage battery with a DC circuit,
A capacitor connected in parallel with the solar cell , wherein the capacitor has a capacitance “C” that satisfies the relational expression shown in the following formula (1), and the rated voltage of the capacitor is shown in the following formula (2). A capacitor having a predetermined voltage “V 1 that satisfies the relational expression ;
A switch for switching charge and discharge of the capacitor;
When the voltage of the capacitor becomes the predetermined voltage "V 1", the charge accumulated in the capacitor is discharged by controlling to switch the switch to be charged in the battery, the voltage of the capacitor Control means for controlling the switch so that the output power from the solar cell is charged in the capacitor when a predetermined time has elapsed from when the voltage reaches the predetermined voltage “V 1 ;
A charging device comprising:
Figure 0005275889

Figure 0005275889

However, in said Formula (1), "R" is an internal resistance of the said storage battery, "C" is the capacity | capacitance of the said capacitor | condenser, "a" is a 1 or more real number, and " Td " Is a charging time required for charging the storage battery, and the predetermined time corresponds to a time from when charging current to the storage battery becomes 1 / a immediately after the start of charging. In the above formula (2), “V b ” is the voltage of the storage battery, and “I d ” is the minimum current value required for charging the storage battery.
太陽電池と並列に接続されたコンデンサであって、当該コンデンサの容量が下記式(3)に示す関係式を満たす容量「C」であり、当該コンデンサの定格電圧が下記式(4)に示す関係式を満たす所定の電圧「V 」であるコンデンサと、前記コンデンサの充放電を切り替えるためのスイッチとを有する直流回路にて、前記太陽電池からの出力電力を蓄電池へ充電する充電装置が実行する充電方法であって、
前記コンデンサの電圧が前記所定の電圧「V になった時に、当該コンデンサにて蓄積された電荷が放電されて前記蓄電池に充電されるように前記スイッチを切り替えるよう制御し、前記コンデンサの電圧が前記所定の電圧「V となった時点から所定の時間が経過した時に、前記太陽電池からの出力電力が当該コンデンサに充電されるように前記スイッチを切り替えるよう制御する制御ステップを含んだことを特徴とする充電方法。
Figure 0005275889

Figure 0005275889

ただし、上記式(3)において、「R」は、前記蓄電池の内部抵抗であり、「C」は、前記コンデンサの容量であり、「a」は、1以上の実数であり、「T 」は、前記蓄電池が充電されるために要する充電時間であり、前記所定の時間は、前記蓄電池への充電電流が充電開始直後から1/aになるまでの時間に対応する。また、上記式(4)において、「V 」は、前記蓄電池の電圧であり、「I 」は、前記蓄電池の充電に要する最低電流値である。
A capacitor connected in parallel with the solar cell , wherein the capacitance of the capacitor satisfies the relational expression shown in the following formula (3), and the rated voltage of the capacitor is shown in the following formula (4). A charging device that charges output power from the solar battery to a storage battery in a DC circuit having a capacitor having a predetermined voltage “V 1 that satisfies the equation and a switch for switching charging and discharging of the capacitor is executed. Charging method,
When the voltage of the capacitor becomes the predetermined voltage "V 1", the charge accumulated in the capacitor is discharged by controlling to switch the switch to be charged in the battery, the voltage of the capacitor Includes a control step of controlling the switch so that the output power from the solar cell is charged in the capacitor when a predetermined time has elapsed from when the voltage reaches the predetermined voltage “V 1 . A charging method characterized by that.
Figure 0005275889

Figure 0005275889

However, in said Formula (3), "R" is an internal resistance of the said storage battery, "C" is the capacity | capacitance of the said capacitor | condenser, "a" is 1 or more real numbers, and " Td " Is a charging time required for charging the storage battery, and the predetermined time corresponds to a time from when charging current to the storage battery becomes 1 / a immediately after the start of charging. In the above formula (4), “V b ” is the voltage of the storage battery, and “I d ” is the minimum current value required for charging the storage battery.
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