JP5857119B1 - 蓄電システム、及び蓄電方法 - Google Patents
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Abstract
Description
その後、第1蓄電池と第2蓄電池との並列回路の充電電圧がさらに低下し、第1閾値(第3閾値>第1閾値)の電圧まで低下した場合に、第1切替部は、第1スイッチ部を開放状態にして、第1蓄電池を給電線及び負荷装置から切り離す。その後、発電素子が発電を行う場合に、発電素子は、第2スイッチ部を介して第2蓄電池への充電を開始する。そして、第2蓄電池の充電電圧が、第2閾値(第2閾値>第3閾値)の電圧に到達した場合に、第1切替部は、第1スイッチ部を接続状態にすることにより、第1蓄電池を給電線及び負荷装置に再び接続し、第1蓄電池と第2蓄電池とを並列に接続する。
その後、発電素子から第1蓄電池と第2蓄電池との並列回路に充電が続けられ、この並列回路の充電電圧が、第4閾値(第4閾値>第3閾値)の電圧に到達した場合に、第2切替部は、第2スイッチを開放状態にして、第1蓄電池から第2蓄電池を切り離す。
このように、本実施形態の蓄電システムは、発電素子が発電を停止した状態や、発電素子の発電量が負荷装置の電力消費量よりも少ない場合において、第1蓄電池の充電電圧が第3閾値の電圧まで低下した場合に、第1蓄電池と第2蓄電池とを並列に接続して、第1蓄電池から第2蓄電池へ充電を行い、第2蓄電池の充電電圧を予め高めておく。その後、発電素子が発電を行う場合に、発電素子から第2蓄電池を選択して充電を行うことにより負荷装置に給電する電圧を早く立ち上げる。
また、容量の小さい第2蓄電池は、短時間で充電電圧が上昇するため、第2閾値以上の電圧に短時間で上昇することができる。このため、蓄電システムは、短時間で負荷装置の動作を復帰させることができる。
また、第1蓄電池の電圧が第3閾値の電圧に低下した場合に、第2蓄電池が第1蓄電池と並列に接続され、第2蓄電池は、第1蓄電池と同じ電圧になる。このため、第1蓄電池の電圧が第1閾値の電圧以下になり第1スイッチ部が開放状態にされ、第2スイッチ部が接続状態にされると、その際の第2蓄電池の電位から、第2蓄電池への充電が開始される。このため、蓄電システムは、第2蓄電池を短時間で第2閾値以上の電圧に充電することができる。これにより、蓄電システムは、短時間で負荷装置の動作を復帰させることができる。
このような構成の蓄電システムにおいて、第3闘値の電圧は、第2蓄電池の電圧が、0Vの場合であっても、第1蓄電池を第2蓄電池と並列に接続し、第1蓄電池と第2蓄電池の電圧が一緒になった際の電圧が、第1闘値の電圧以上になるように設定される。
すなわち、第3闘値の電圧は、「第3闘値の電圧における第1蓄電池の電荷量>(第1闘値の電圧における第1蓄電池の電荷量+第1闘値の電圧における第2蓄電池の電荷量)」であるように設定される。
これにより、第1蓄電池の電圧が第3闘値の電圧になり、第1蓄電池を第2蓄電池と並列に接続する際に、第1蓄電池の電圧が第1闘値の電圧以下になることを回避できる。
これにより、本発明の蓄電システムは、負荷装置に必要な電力を供給できない状態の場合に、第3スイッチ部を開放状態にして負荷装置への電力の供給を停止し、負荷装置に必要な電力を供給できる状態の場合に、第3スイッチ部を接続状態にして負荷装置へ電力を供給することができる。また、負荷装置は、蓄電システムから給電される電源電圧が、自身が動作するのに必要な電源電圧であるか否かを判定する必要がなくなる。
このような構成の蓄電システムでは、第1蓄電池は、長時間に渡り電力を保持するキャパシタであり、蓄積した電力を無駄に消費しないために、この第1蓄電池には、リーク電流の少ないキャパシタが用いられる。一方、第2蓄電池は、第1蓄電池の充電電圧が第3閾値の電圧以下に低下して該第1蓄電池に並列に接続された時点から、発電素子が発電を行う場合に第1蓄電池及び第2蓄電池の充電電圧が第4閾値の電圧に到達する時点までの短時間においてのみ使用されるキャパシタである。このため、蓄電システムでは、第2蓄電池として、リーク電流の大きなキャパシタを用いることができる。
これにより、第1蓄電池は、蓄積した電力を無駄に消費することなく、長時間に渡り電力を保持することができる。このため、本発明の蓄電システムは、発電素子が発電を停止している場合や、発電素子の発電量が負荷装置の電力消費量よりも少ない場合においても、負荷装置を長時間に渡り動作させることができる。
これにより、本発明の蓄電システムは、発電素子の出力電圧を、負荷装置を動作させることのできる電圧に変換することができる。また、DC/DCコンバータは、第1蓄電池が過充電状態にならないようにすることができる。
このような構成の蓄電システムにおいて、大容量の第1蓄電池は、長時間に渡り電荷を保持する必要がある。このため、第1蓄電池には、リーク電流が小さいリチウムイオンキャパシタを用いる。
これにより、第1蓄電池は、発電素子から給電される電力を無駄に消費しないようにして、長時間保持することができる。このため、本発明の蓄電システムは、発電素子が発電を停止している場合や、発電素子の発電量が負荷装置の電力消費量よりも少ない場合においても、負荷装置を長時間に渡り動作させることができる。
図1は、無線センサシステム1の概要を示す説明図である。同図に示すように、無線センサシステム1は、監視センタ20と、センサノード10a、10bとを備えている。このセンサノード10a、10bは、後述する本発明の蓄電システム100(図2を参照)を備えている。
監視センタ20は、センサノード10a、10bにおける周囲環境の測定結果を収集し、収集した測定結果に対して演算処理などを行う。センサノード10a、10bは、測定結果を監視センタ20に無線送信する。
なお、図1では、センサノードとして、2つのセンサノード10a、10bを示しているが、センサノードは、1つであってもよく、また、3つ以上であってもよい。
また、センサノード10aとセンサノード10bとは同じ構成を有しており、以下の説明において、いずれか一方あるいは両方を示す際にセンサノード10と記載する。
負荷装置200は、例えば、配線や電池交換なしで動作するワイヤレスセンサとして機能する環境モニタ装置210等である。この環境モニタ装置210は、オフィス等の室内の温度を測定する温度センサ211と、室内の湿度を測定する湿度センサ212とを備えている。環境モニタ装置210は、温度センサ211により測定した室内温度の情報と、湿度センサ212により測定した室内湿度の情報とを、無線通信ユニット213により、周期的に外部の監視センタ20に無線送信する。
また、「負荷装置200が動作を復帰する」という場合は、電源電圧低下により負荷装置200が一旦動作を停止した後に、負荷装置200が必要とする電源電圧を蓄電システム100から再び受電できるようになり、負荷装置200が測定動作と通信動作と行える状態になることを意味する。
図2において、負荷装置200は、給電線DCL1の出力電圧Voutを受電することにより、蓄電システム100から電力の供給を受けて動作する。この負荷装置200は、蓄電システム100から供給される電源電圧(出力電圧Vout)が、例えば、2.7V以上の場合に動作を開始し、蓄電システム100から供給される電源電圧が、例えば、2.5V以下になると動作を停止するように構成されている。つまり、この負荷装置200は、蓄電システム100から供給される電源電圧が、例えば、2.5V以下になると動作を停止し、一旦動作を停止した後、電源電圧が、例えば、2.7V以上になると再び動作が復帰するよう構成され、電源電圧に対して0.2Vのヒステリシス特性を有している。
そして、時刻t11からt13の通信期間Tmにおいて、時刻t12の時点で、最大電流A2(数mA)程度のピーク値で電流が流れる。その後、時刻t13から時刻t21までの休止期間(スリープ期間)Tsが経過し、時刻t11から5分経過後の時刻t21において、負荷装置200は、再び通信動作を開始し、時刻t23において通信動作を終了する。この時刻t21からt23の通信期間Tmにおいて、時刻t22の時点で、最大電流A2(数mA)程度のピーク値で電流が流れる。
この場合、蓄電システム100から負荷装置200に流れる電流は、平均値として、電流A1(数十μA)程度の消費電流となる。
蓄電システム100は、負荷装置200に電力を供給して、この負荷装置200を動作させる。この蓄電システム100は、環境発電素子を用いた太陽電池110と、DC/DCコンバータ115と、電圧検出部120と、第1蓄電池130と、第2蓄電池140と、第1切替部150と、第1スイッチ部160と、第2切替部170と、第2スイッチ部180と、を備えている。
太陽電池110の出力側には、DC/DCコンバータ115の入力側が接続される。DC/DCコンバータ115には、太陽電池110の出力電圧Vsが入力される。なお、DC/DCコンバータ115は、例えば、太陽電池110の出力電圧Vsが負荷装置200が必要とする電圧よりも低い場合、昇圧コンバータ装置等で構成される。DC/DCコンバータ115は、入力された電圧Vsを、負荷装置200への給電電圧に応じた電圧に変換する。また、DC/DCコンバータ115は、変換した電圧を給電線DCL1に出力するとともに、第1蓄電池130及び第2蓄電池140を充電する。なお、DC/DCコンバータ115の出力電圧は、所定の上限電圧(例えば、3.7V)を超えないように制御されており、第1蓄電池130の充電電圧Vaが過充電にならないようにしている。例えば、DC/DCコンバータ115は、入力された電圧Vsが上限電圧(3.7V)を超えるような場合には、負荷装置200への給電電圧に応じた電圧に降圧する。
なお、通常は、太陽電池110の出力電圧(発電電圧)Vsが最大の場合でも、第1蓄電池130の上限電圧を超えないようにされている。
また、DC/DCコンバータ115は、集積回路を含んで構成されており、例えば、外部の外付け抵抗の抵抗値を調整することにより、出力電圧の上限値を設定できるように構成されている。
なお、電圧検出部120は、2つ以上であって、第1蓄電池130の電圧Vaと第2蓄電池140の電圧Vbとを個別に検出するようにしてもよい。
第1蓄電池130は、リチウムイオンキャパシタ(LIC)であり、例えば、第2蓄電池140より容量の大きい40F(ファラド)の大容量のリチウムイオンキャパシタである。なお、第1蓄電池130を構成する40Fのリチウムイオンキャパシタは、リーク電流が第2蓄電池140より少ない。第1蓄電池130は、オフィス等において電灯が点灯されている期間、第1スイッチ部160がON(オン)状態の場合に、DC/DCコンバータ115を介して、太陽電池110の発電電力が給電される。また、第1蓄電池130は、電池値が所定の値以上の場合、第1蓄電池130に充電されている電力を負荷装置200に供給する。例えば、第1蓄電池130は、オフィス等において電灯が消灯されている期間、第1スイッチ部160がON状態の場合に、第1蓄電池130に充電されている電力を負荷装置200に供給する。
なお、第1蓄電池130のリチウムイオンキャパシタは、出荷時に、例えば2.5Vから3.7V程度の電圧に充電されている。
第1比較部151は、第1スイッチ部160がOFF状態であり、第2スイッチ部180がON状態である場合において、給電線DCL1の電圧検出信号Vfを基準電圧Ref2と比較することにより、給電線DCL1の電圧Voutが2.7V以上であるか否かを判定する。そして、第1切替部150は、給電線DCL1の電圧Voutが2.7V以上である場合に、第1スイッチ部160をON状態にして、第1蓄電池130を給電線DCL1に接続する。これにより、第2蓄電池140と第1蓄電池130とが並列に接続され、第2蓄電池140から第1蓄電池130への充電が行われる。この第2蓄電池140から第1蓄電池130への充電が行われることにより、第1蓄電池130の電圧Vaが上昇する。
なお、以下の説明において、「第1蓄電池130の正極(+)端子の電圧Va」或いは「第1蓄電池130の充電電圧Va」を、単に「第1蓄電池130の電圧Va」と呼ぶことがある。
なお、第1切替部150と第2切替部170とは、信号線Skを介して、第1スイッチ部160の開閉状態の情報と、第2スイッチ部180の開閉状態の情報と、を互いに通知し合うようにしてもよい。これにより、第1切替部150は、第2スイッチ部180の開閉状態を確認して、第1スイッチ部160の開閉状態を制御することができる。また、第2切替部170は、第1スイッチ部160の開閉状態を確認して、第2スイッチ部180の開閉状態を制御することができる。
なお、上記の例では、第4闘値の電圧(2.8V)が、第2闘値(2.7)Vよりも高い場合について説明したが、第4闘値の電圧は、第2闘値(2.7)Vよりも低い電圧にすることもできる。この第4闘値が第2闘値よりも低い場合、第2切替部170は、単に給電線DCL1の電圧Voutを検出して第2スイッチ部180をOFF状態にするのではなく、第1スイッチ部160がON状態であり、かつ、給電線DCL1の電圧Voutが第4闘値の電圧以上になった場合に、第2スイッチ部180をOFF状態にする。これは、第1スイッチ部160がOFF状態の場合に、第2スイッチ部180をOFF状態にすると、両方のスイッチ部がOFF状態になるためである。この場合、第2切替部170は、信号線Skを介して、第1スイッチ部160のON/OFF状態を確認して、第1スイッチ部160のON状態である場合にのみ、第2スイッチ部180をOFF状態にする。
なお、第4闘値(例えば、2.8V)の電圧が第2闘値の電圧(例えば、2.7V)よりも高い場合は、第1スイッチ部160がOFF状態で、給電線DCL1の電圧Voutが第4闘値の電圧になることはないので、第2切替部170は、単に給電線DCL1の電圧Voutのみを見ればよい。
なお、以下の説明において、「第2蓄電池140の正極(+)端子の電圧Vb」或いは「第2蓄電池140の充電電圧Vb」を、単に「第2蓄電池140の電圧Vb」と呼ぶことがある。
なお、図2に示す例では、第1スイッチ部160と第2スイッチ部180として、機械式接点を用いて構成した例を示しているが、第1スイッチ部160と第2スイッチ部180は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体スイッチング素子を用いた半導体スイッチを含んで構成されている。
この蓄電システム100は、太陽電池110が発電を行っていない場合や、太陽電池110の発電量が負荷装置200の電力消費量よりも少ない場合において、第1蓄電池130に蓄積された電力(電荷)により負荷装置200を駆動する。蓄電システム100は、第1蓄電池130に蓄積された電力により、例えば、負荷装置200を連続60時間程度に渡り駆動できるように構成されている。また、蓄電システム100は、太陽電池110からの給電が停止した状態において第1蓄電池130の充電電圧Vaが低下することにより負荷装置200の動作が一旦停止した場合、太陽電池110の発電が再び開始されてから、10分程度で負荷装置200の動作を復帰できるように構成されている。
また、蓄電システム100は、太陽電池110の発電量が負荷装置200の電力消費量よりも少ない場合において、第1蓄電池130の充電電圧Vaが低下することにより負荷装置200の動作が一旦停止した後、この太陽電池110の発電量が増えた場合はもちろんのこと、この太陽電池110の発電量が少ない状態場合が継続する場合においても、太陽電池110の発電量に応じて短時間で負荷装置200の動作を復帰できるように構成されている。
例えば、太陽電池110による第1蓄電池130の再充電と、負荷装置200の動作の復帰と、この負荷装置200の再起動による第1蓄電池130の充電電圧Vaの低下と、この充電電圧Vaの低下による負荷装置200の動作の停止と、の繰り返し動作が生じないようにする必要がある。このために、蓄電システム100では、負荷装置200に電力の供給を開始する電圧を、例えば、2.7V(第2閾値の電圧)に設定する。また、これに合わせて、負荷装置200自身が、電源電圧2.7V以上で動作を復帰するようにする。
また、蓄電システム100において、蓄電池の並列回路の電圧Va及びVbが2.5Vまで低下したときに、第1切替部150は、第1スイッチ部160をOFF状態(開放状態)にする。また、第2切替部170は、第2スイッチ部180のON状態をそのまま継続する。これにより、第1蓄電池130は、給電線DCL1から切り離され、給電線DCL1には、第2蓄電池140だけが接続される。
なお、太陽電池110の発電量が少ない状態が継続する場合、負荷装置200が一定時間動作した後に、やがて、第1蓄電池130の充電電圧Vaが2.5V以下に低下して、負荷装置200の動作が再び停止する。つまり、太陽電池110の発電量が少ない状態において、負荷装置200の動作停止と動作復帰とが繰り返される。しかしながら、負荷装置200の動作復帰時において、負荷装置200は、一定時間の間、測定と通信動作を継続して行うことができる。
また、蓄電システム100では、第2閾値の電圧を2.7Vにして第2蓄電池140の充電電圧が0.2Vになるようにしているが、これに限定されず、例えば、2.6Vなどとすることができる。また、この第2閾値の電圧に応じて、第2蓄電池140の容量を変更するようにしてもよい。例えば、蓄電システム100では、第2閾値の電圧を2.6Vにした場合、第2蓄電池140の容量を2Fにして、第2閾値の電圧が2.7Vである場合と同じ電荷量を蓄積できるようにしてもよい。
この場合、第3闘値の電圧は、第2蓄電池140の電圧Vbが、0Vの場合でも、第2スイッチ部180をON状態にした瞬間に、第1蓄電池130の電圧Vaが2.5V(第1闘値の電圧)以下にならないように設定される。
すなわち、第3闘値の電圧は、「第3闘値の電圧における第1蓄電池の電荷量>(第1闘値の電圧における第1蓄電池の電荷量+第1闘値の電圧における第2蓄電池の電荷量)」であるように設定される。つまり、第1蓄電池130が第3闘値の電圧になり、第2スイッチ部180をON状態にした直後の、第1蓄電池130と第2蓄電池140とを並列に接続した並列回路の電圧が、2.5V(第1闘値の電圧)以上になるように設定されることが好ましい。
また、第2切替部170は、第1スイッチ部160をOFF状態からON状態に切り替えた直後に、つまり、第2蓄電池140から第1蓄電池130に充電が行われた直後に、第2スイッチ部180をON状態からOFF状態にして、第2蓄電池140を第1蓄電池130から切り離すようにしてもよい。
この場合、第2切替部170では、例えば、自部の「基準電圧Ref4」を、「第1切替部150の基準電圧Ref4」と同じ電圧値にすることにより、「第2の闘値の電圧=第4の闘値の電圧」とする。これにより、第2切替部170は、第1スイッチ部160がOFF状態からON状態に切り替えられた直後に、第2スイッチ部180をON状態からOFF状態に切り替えることができる。
なお、第2切替部170が第2スイッチ部180をOFF状態にするタイミングは、第1スイッチ部160がONになり、第2蓄電池140から第1蓄電池130への充電が完了した後であることが必要である。このため、第2切替部170は、例えば、第2蓄電池140の電圧Vbが第4闘値の電圧(=第2闘値の電圧)であることを検出した後に、所定の遅延時間(例えば、数10msec)を持って、第2スイッチ部180をOFF状態にする。
或いは、第2切替部170は、自部の「基準電圧Ref4」を設けず(第4闘値の電圧を検出せず)、信号線Skを介して、第1切替部150から第1スイッチ部160の開閉状態の情報を受信し、第1スイッチ部160がOFF状態からON状態に切り替わったことを検出して、第2スイッチ部180をOFF状態にするようにしてもよい。
以下、図5から図8を参照して、蓄電システム100が、太陽電池110が発電を停止した状態において第1蓄電池130が過放電状態に近い電圧の状態になり、負荷装置200が動作を停止した後に、太陽電池110が再び発電を開始して、蓄電システム100が通常状態に復帰する動作について説明する。
また、図5(A)において破線の○印で示す領域H1分の波形が見にくいため、この領域H1の部分の波形は、同じく破線の○印で示す領域H2において、縦軸方向に2倍に拡大して示されている。
一方、図6(B)に示すように、太陽電池110が発電を行っておらず、DC/DCコンバータ115から電力が供給されない場合、第1蓄電池130が、第1スイッチ部160を介して、負荷装置200に電流I3を流して電力を供給する。
この期間T2では、第2切替部170が、第2スイッチ部180をOFF状態からON状態に切り替えるとともに、第1切替部150が、第1スイッチ部160のON状態をそのまま継続する。これにより、時刻t2において、第1蓄電池130と第2蓄電池140とが並列に接続され、第2蓄電池140は、第1蓄電池130に蓄積された電荷により充電される。つまり、第1蓄電池130と第2蓄電池140との間で電荷の再分配が行われ、第1蓄電池130の電圧Vaと第2蓄電池140の電圧Vbとは、瞬時に同じ電圧「2.5V+ΔV1(約0.04V)」になる。
例えば、図7(A)に示すように、第2スイッチ部180をON状態にすることにより、第1蓄電池130から第2蓄電池140に充電電流I10が流れて、第1蓄電池130の電圧Vaと第2蓄電池140の電圧Vbとは、瞬時に同じ電圧になる。
これにより、第2蓄電池140の電圧Vbは、充電開始時の電圧2.5Vから始まり、充電開始から10分(min)後に、2.7Vの電圧まで上昇する。そして、この第2蓄電池140の電圧Vbは、給電線DCL1の出力電圧Voutとして負荷装置200に出力される。一方、第1蓄電池130の電圧Vaは、第1スイッチ部160がOFF状態であることから、2.5Vのまま維持される。
また、負荷装置200は、給電線DCL1から給電される出力電圧Vout(この場合は、第2蓄電池140の電圧Vb)が2.7Vに到達したことを自身で判定した場合に、すぐに動作を開始するのではなく、所定の時間の経過後に、動作を開始するようにしてもよい。つまり、負荷装置200は、先に第1スイッチ部160がON状態に切り替えられた後、少し時間が経過した時点で動作を開始するようにしてもよい。
これにより、蓄電システム100は、大容量の第1蓄電池130が過放電状態に近い電圧の状態になることにより一旦停止した負荷装置200の動作を、太陽電池110が発電を開始してから短時間で復帰させることができる。
続いて、第1切替部150では、電圧検出信号Vfを所定の基準電圧Ref1と比較することにより、第1蓄電池130の電圧Vaが2.5V(第3閾値の電圧)を超えているか否かを判定する(ステップS130)。
そして、ステップS131において、第1蓄電池130の電圧Vaの電圧が2.8Vを超えていると判定された場合(ステップS131:Yes)、第2切替部170は、第2スイッチ部180をON状態からOFF状態に切り替え(ステップS132)、その後に、ステップS105の処理に戻る。
一方、ステップS131において、第1蓄電池130の電圧Vaの電圧が2.8Vを超えていないと判定された場合(ステップS131:No)、負荷装置200がそのまま動作を継続し(ステップS135)、蓄電システム100は、ステップS120の処理に戻る。続いて、蓄電システム100は、ステップS105以下の処理を繰り返して実行する。
すなわち、蓄電システム100は、第1蓄電池130の過放電状態に近い電圧の状態に移行した後、太陽電池110で発電が行われず、太陽電池110から第2蓄電池140に充電が行われない場合、第2蓄電池140の電圧Vbは上昇せず、ステップS145からステップS160の処理が繰り返して実行される。また、太陽電池110が発電を行っており、太陽電池110から第2蓄電池140に充電が行われる場合においても、第2蓄電池140の電圧Vbが2.7V以上になるまでは、ステップS145からステップS160の処理が繰り返して実行される。
なお、第2蓄電池140の電圧Vbが2.7V以上になった場合に、負荷装置200は、給電線DCL1の出力電圧Voutにより供給される電源電圧(この場合は、第2蓄電池140の電圧Vb)が2.7V以上になったことを自身で検出して、自身で動作を復帰する。
また、第1切替部150は、ステップS170において第1スイッチ部160をOFF状態からON状態に切替えるタイミングを、負荷装置200の動作が復帰した後、所定の時間だけ遅らせるようにしてもよい。これにより、第2蓄電池140は、負荷装置200が測定動作と通信動作を行う場合に、少なくとも1回分の電力を供給できる。
そして、ステップS180において、蓄電池の並列回路の電圧Va及びVbが2.8V(第4閾値の電圧)以上であると判定された場合(ステップS180:Yes)、第2切替部170は、第2スイッチ部180をOFF状態にする(ステップS190)。これにより、第2蓄電池140が給電線DCL1から切り離される。
そして、このステップS190の処理が実行された後、蓄電システム100は、ステップS105の処理に戻る。これにより、蓄電システム100は、給電線DCL1から第2蓄電池140を切り離した通常状態の動作に戻り、ステップS105以降の処理を再び開始する。
また、この図10において、「明」で示す期間は、オフィスの室内が照明や外部光により明るくなる時間帯を示し、「暗」で示す期間は、夜間や照明が消されてオフィスの室内が暗くなる時間帯を示している。また、この図10において、破線の丸印で囲んだ領域Hの部分は、先に説明した図5と同様の波形である。
そして、経過時刻0時から経過時刻t31迄の「明」の期間において、第1蓄電池130の電圧Vaが次第に増加し、時刻t31において、第1蓄電池130の電圧Vaは、最大値Vmaxに到達する。
そして、この経過時刻t32以降、蓄電池の並列回路の電圧Va及びVbが負荷装置200に供給される。そして、経過時刻t32以降、負荷装置200が動作することにより、蓄電池の並列回路の電圧Va及びVbは、次第に低下し、経過時刻72において、2.5Vまで低下する。
このように、負荷装置200を週単位で運用する場合、蓄電システム100では、平日の金曜(1日目)までに太陽電池110から第1蓄電池130に充電を行っておき、休日(2日目及び3日目)に、第1蓄電池130に蓄積された電力を利用して、負荷装置200を動作させる。
この経過時刻t41以降、第1スイッチ部160と第2スイッチ部180とがON状態になり、給電線DCL1のVoutには、蓄電池の並列回路の電圧Va及びVb(Va=Vb)が現れる。そして、経過時刻t41以降の「明」の期間において、太陽電池110が第1蓄電池130と第2蓄電池140との並列回路に充電を行うことにより、蓄電池の並列回路の電圧Va及びVbは、経過時刻t42の時点で2.8Vに到達する。
或いは、蓄電システム100では、第2蓄電池140として、リーク電流の少ないキャパシタ、例えば、リチウムイオンキャパシタを用いるようにしてもよい。
なお、蓄電システム100では、第1蓄電池130の電圧Vaが所定の閾値の電圧(第1闘値以上の電圧)よりも低い場合に、負荷装置200の通信時間間隔を広げるようにしてもよい。これにより、蓄電システム100は、太陽電池110が発電を行っていない場合や、太陽電池110の発電量が負荷装置200の電力消費量よりも少ない場合において、第1蓄電池130が負荷装置200に供給する電力量を減らすことができる。このため、蓄電システム100は、負荷装置200に電力を供給する期間を長くすることができる。
その後、太陽電池110が発電を行う場合に、太陽電池110は、第2スイッチ部180を介して第2蓄電池140への充電を開始する。
そして、第2蓄電池140の充電電圧Vb(負荷装置200に供給される電圧Vout)が、2.7V(第2閾値の電圧)に到達した場合に、第1切替部150は、第1スイッチ部160を接続状態にすることにより、第1蓄電池130を給電線DCL1及び負荷装置200に再び接続し、第1蓄電池130と第2蓄電池140とを並列に接続する。
その後、太陽電池110から第1蓄電池130と第2蓄電池140との並列回路に充電が続けられ、この並列回路の充電電圧Va及びVb(負荷装置200に供給される電圧Vout)が、2.8V(第4閾値(第4閾値>第3閾値))の電圧に到達した場合に、第2切替部170は、第2スイッチ部180を開放状態にして、第1蓄電池130から第2蓄電池140を切り離す。
これにより、本実施形態の蓄電システム100では、負荷装置200の動作が停止した後、太陽電池110が発電を行う場合に、短時間で負荷装置200の動作を復帰させることができる。
また、容量の小さい第2蓄電池140は、短時間で充電電圧が上昇するため、第2閾値以上の電圧に短時間で上昇することができる。このため、蓄電システム100は、短時間で負荷装置200の動作を復帰させることができる。
また、第1蓄電池130の電圧が2.6V(第3閾値の電圧)に低下した場合に、第2蓄電池140が第1蓄電池130と並列に接続され、第2蓄電池140は、第1蓄電池130と同じ電圧になる。このため、第1蓄電池130の電圧が2.5V(第1閾値の電圧)以下になり第1スイッチ部160が開放状態にされ、第2スイッチ部180が接続状態されると、その際の第2蓄電池140の電位から、第2蓄電池140への充電が開始される。このため、蓄電システム100は、第2蓄電池140を短時間で2.7V(第2閾値の電圧)以上の電圧に充電することができる。これにより、蓄電システム100は、短時間で負荷装置200の動作を復帰させることができる。
このような構成の蓄電システム100において、第3闘値の電圧(2.6V)は、第2蓄電池140の電圧Vbが、0Vの場合であっても、第1蓄電池130を第2蓄電池140と並列に接続し、第1蓄電池130と第2蓄電池140の電圧が一緒になった際の電圧が、2.5V(第1闘値の電圧)以上になるように設定される。
これにより、第1蓄電池130で電圧Vaが第3闘値の電圧になり、第1蓄電池130を第2蓄電池140と並列に接続する際に、第1蓄電池130の電圧Vaが、第1闘値の電圧(例えば、2.5V)以下になることを回避できる。
このような構成の蓄電システム100において、第1蓄電池130は、長時間に渡り電力を保持するキャパシタであり、蓄積した電力を無駄に消費しないために、この第1蓄電池130には、リーク電流の少ないキャパシタが用いられる。一方、第2蓄電池140は、第1蓄電池130の充電電圧Vaが2.6V(第3閾値の電圧)以下に低下して該第1蓄電池130に並列に接続された時点から、太陽電池110(発電素子)が発電を行う場合に第1蓄電池130及び第2蓄電池140の充電電圧Va及びVbが2.8V(第4閾値の電圧)に到達する時点までの短時間においてのみ使用されるキャパシタである。このため、蓄電システム100では、第2蓄電池140として、リーク電流の大きなキャパシタを用いることができる。
これにより、上記実施形態の蓄電システム100は、太陽電池110(発電素子)の出力電圧を、負荷装置200を動作させることのできる電圧に変換することができる。また、DC/DCコンバータ115は、第1蓄電池130が過充電状態にならないようにすることができる。
このような構成の蓄電システム100において、大容量の第1蓄電池130は、長時間に渡り電荷を保持する必要がある。このため、第1蓄電池130には、リーク電流が小さいリチウムイオンキャパシタを用いる。
これにより、第1蓄電池130は、太陽電池110(発電素子)から給電される電力を無駄に消費しないようにして、長時間保持することができる。このため、本実施形態の蓄電システム100は、太陽電池110が発電を停止している場合や、太陽電池110の発電量が負荷装置200の電力消費量よりも少ない場合においても、負荷装置200を長時間に渡り動作させることができる。
図11は、本実施形態に係わる蓄電システム100Aの構成例を示す構成図である。この図11に示す蓄電システム100Aは、図2に示す蓄電システム100と比較すると、第3スイッチ部190を新たに追加した点と、第1切替部150を、第1切替部150Aに変更した点と、負荷装置200を負荷装置200Aに変更した点とが異なる。また、負荷装置200Aは、入力電源仕様である2.5Vを超える電源電圧の供給を受けると、そのまま動作を開始するように構成されている点が、負荷装置200と異なる。他の構成は、図2に示す蓄電システム100と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
これにより、第1スイッチ部160は、給電線DCL1と負荷装置200Aの電源入力線DCL10との間を接続状態又は開放状態にする。つまり、第3スイッチ部190が接続状態になることにより、給電線DCL1と電源入力線DCL10とが接続され、蓄電システム100Aから負荷装置200Aに電力が供給される。また、第3スイッチ部190が開放状態になることにより、給電線DCL1と電源入力線DCL10との接続が開放され、蓄電システム100Aから負荷装置200Aへの電力の供給が停止される。
なお、以下の説明において、第3スイッチ部190が接続状態であることを、第3スイッチ部190がON状態であると記載し、第3スイッチ部190が開放状態であることを、第3スイッチ部190がOFF状態であると記載することがある。
なお、第2蓄電池140の電圧Vbが2.7V以上になった場合に、第1切替部150Aは、第1SW161よりも先に第3スイッチ部190をON状態にして、第2蓄電池140から負荷装置200Aに電力を供給するようにしてもよい。この場合、第1切替部150Aは、負荷装置200Aが測定及び通信動作を数回繰り返した後に、第2スイッチ部180をON状態にする。
また、第1切替部150Aと第2切替部170とは、信号線Skを介して、第1スイッチ部160及び第3スイッチ部190の開閉状態の情報と、第2スイッチ部180の開閉状態の情報と、を互いに通知し合うようにしてもよい。これにより、第1切替部150Aは、第2スイッチ部180の開閉状態を確認して、第1スイッチ部160及び第3スイッチ部190の開閉状態を制御することができる。また、第2切替部170は、第1スイッチ部160及び第3スイッチ部190の開閉状態を確認して、第2スイッチ部180の開閉状態を制御することができる。
以下、図12から図15を参照して、蓄電システム100Aが、第1蓄電池130が過放電状態に近い電圧の状態になり、負荷装置200Aが動作を停止した後に、太陽電池110が再び発電を開始して、蓄電システム100Aが通常状態に復帰する場合の動作について説明する。
この図12は、先に説明した図5と比較すると、図12(B)において、第3スイッチ部190のONまたはOFF状態の変化を追加した点だけが異なる。その他については、図5と同様であり、重複する説明は省略する。
一方、図13(B)に示すように、太陽電池110が発電を行っておらず、DC/DCコンバータ115から電力が供給されない場合、第1蓄電池130は、第1スイッチ部160及び第3スイッチ部190を介して、負荷装置200Aに電流I3を流して電力を供給する。
この期間T12では、第2切替部170が、第2スイッチ部180をOFF状態からON状態に切り替えるとともに、第1切替部150Aが、第1スイッチ部160及び第3スイッチ部190のON状態をそのまま継続する。これにより、時刻t52において、第1蓄電池130と第2蓄電池140とが並列に接続されることにより、第2蓄電池140は、第1蓄電池130に蓄積された電荷により充電される。つまり、第1蓄電池130と第2蓄電池140との間で電荷の再分配が行われ、第1蓄電池130の電圧Vaと第2蓄電池140の電圧Vbとは、瞬時に同じ電圧「2.5V+ΔV1(約0.04V)」になる。
例えば、図14(A)に示すように、第2スイッチ部180をON状態にすることにより、第1蓄電池130から第2蓄電池140に充電電流I10が流れて、第1蓄電池130の電圧Vaと第2蓄電池140の電圧Vbとは、瞬時に同じ電圧(Va=Vb)になる。
一方、第1蓄電池130の電圧Vaは、第1スイッチ部160がOFF状態であることから、2.5Vのまま維持される。
例えば、図2及び図12に示した例では、発電素子として環境発電素子を用いた太陽電池110の例を示したが、これに限られない。発電素子は、環境発電を行える発電素子であればよい。ここで、光以外の環境発電とは、例えば熱、振動、風力、電波等による発電である。
また、蓄電システム100は、扉の開閉用の電源や電気のスイッチの電源として用いることができる。蓄電システムを扉の開閉用の電源等に用いる場合、扉の開閉用の電源や電気のスイッチの電源は、設置環境や使用状況に応じて電力消費量が異なるため、例え太陽電池110に光が当たっていても、発電量と電力消費量の収支がマイナスになる場合もある。このような場合に、本実施形態の蓄電システム100を好適に用いることができる。
120…DC/DCコンバータ、130…第1蓄電池、140…第2蓄電池、
150、150A…第1切替部、151,151A…第1比較部、
160…第1スイッチ部、170…第2切替部、171…第1比較部、
180…第2スイッチ部、190…第3スイッチ部、
200,200A…負荷装置、210…環境モニタ装置、
211…温度センサ、212…湿度センサ、213…無線通信ユニット
Claims (7)
- 環境発電を行う発電素子と、
前記発電素子によって発電される電力が給電される第1蓄電池と、
前記第1蓄電池よりも容量の小さな第2蓄電池と、
前記第1蓄電池を、前記発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置に接続又は開放する第1スイッチ部と、
前記第2蓄電池を、前記発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置に接続又は開放する第2スイッチ部と、
前記負荷装置に供給する電圧を所定の第1閾値及び第2閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて前記第1スイッチ部を制御する第1切替部と、
前記負荷装置に供給する電圧を所定の第3閾値及び第4閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて前記第2スイッチ部を制御する第2切替部と、
を備え、
前記第3閾値の電圧は、前記第1閾値の電圧よりも高く設定され、前記第2閾値の電圧は、前記第3閾値の電圧よりも高く設定され、前記第4閾値の電圧は前記第3閾値の電圧よりも高く設定され、
前記第1切替部は、
前記負荷装置に供給される電圧が、前記第1閾値の電圧以下になる場合に、前記第1スイッチ部を開放状態にするように制御し、
前記負荷装置に供給される電圧が、前記第1閾値の電圧より大きく前記第2閾値の電圧より小さい場合に、現在の前記第1スイッチ部の状態を保持するように制御し、
前記負荷装置に供給される電圧が、前記第2閾値の電圧以上になる場合に、前記第1スイッチ部を接続状態にするように制御し、
前記第2切替部は、
前記負荷装置に供給される電圧が、前記第3閾値の電圧以下になった場合に、前記第1蓄電池を前記第2蓄電池と並列に接続するように前記第2スイッチ部を接続状態に制御し、
前記負荷装置に供給される電圧が、前記第3閾値の電圧より大きく前記第4閾値の電圧より小さい場合に、現在の前記第2スイッチ部の状態を保持するように制御し、
前記負荷装置に供給される電圧が、前記第4閾値の電圧以上になる場合に、前記第1蓄電池に並列に接続されている前記第2蓄電池を前記第1蓄電池から切り離すように前記第2スイッチ部を開放状態に制御する
ことを特徴とする蓄電システム。 - 前記第3閾値の電圧は、前記第2蓄電池の電圧が0V又は0Vに近い値の場合において、前記第1蓄電池を前記第2蓄電池と並列に接続した場合に、前記第1蓄電池の電圧が前記第1閾値の電圧以下にならない電圧に設定される
ことを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。 - 前記負荷装置に電力を供給する給電線と当該負荷装置との間を接続又は開放する第3スイッチ部を備え、
前記第1切替部は、
前記負荷装置に供給する電圧が、前記第1閾値の電圧以下になった場合に、前記第3スイッチ部を開放状態にするように制御し、
前記第3スイッチ部を開放状態にした後に、前記負荷装置に供給する電圧が、前記第2閾値の電圧以上になった場合に、前記第3スイッチ部を接続状態にするように制御する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の蓄電システム。 - 前記第1蓄電池は、前記第2蓄電池よりもリーク電流が小さい種類のキャパシタである
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の蓄電システム。 - 前記発電素子の出力電圧を所定の電圧に変換して、前記第1蓄電池及び前記第2蓄電池に給電を行うDC/DCコンバータを備え、
前記DC/DCコンバータは、前記第1蓄電池の充電電圧が所定の上限電圧を超えないように出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の蓄電システム。 - 前記第1蓄電池は、リチウムイオンキャパシタである
ことを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の蓄電システム。 - 環境発電を行う発電素子と、前記発電素子によって発電される電力が給電される第1蓄電池と、前記第1蓄電池よりも容量の小さな第2蓄電池と、前記第1蓄電池を、前記発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置に接続又は開放する第1スイッチ部と、前記第2蓄電池を、前記発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置に接続又は開放する第2スイッチ部と、前記負荷装置に供給する電圧を所定の第1閾値及び第2閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて前記第1スイッチ部を制御する第1切替部と、前記負荷装置に供給する電圧を所定の第3閾値及び第4閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて前記第2スイッチ部を制御する第2切替部と、を備え、前記第3閾値の電圧は、前記第1閾値の電圧よりも高く設定され、前記第2閾値の電圧は、前記第3閾値の電圧よりも高く設定され、前記第4閾値の電圧は前記第3閾値の電圧よりも高く設定される蓄電システムにおける蓄電方法であって、
前記第1切替部が、前記負荷装置に供給される電圧が前記第1閾値の電圧以下になる場合に、前記第1スイッチ部を開放状態にするように制御し、前記負荷装置に供給される電圧が前記第1閾値の電圧より大きく前記第2閾値の電圧より小さい場合に、現在の前記第1スイッチ部の状態を保持するように制御し、前記負荷装置に供給される電圧が前記第2閾値の電圧以上になる場合に、前記第1スイッチ部を接続状態にするように制御するステップと、
前記第2切替部が、前記負荷装置に供給される電圧が前記第3閾値の電圧以下になった場合に、前記第1蓄電池を前記第2蓄電池と並列に接続するように前記第2スイッチ部を接続状態に制御し、前記負荷装置に供給される電圧が前記第3閾値の電圧より大きく前記第4閾値の電圧より小さい場合に、現在の前記第2スイッチ部の状態を保持するように制御し、前記負荷装置に供給される電圧が前記第4閾値の電圧以上になる場合に、前記第1蓄電池に並列に接続されている前記第2蓄電池を前記第1蓄電池から切り離すように前記第2スイッチ部を開放状態に制御するステップと、
を含むことを特徴とする蓄電方法。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016128058A (ja) * | 2016-04-10 | 2016-07-14 | 加治佐 功 | 業務用cas冷凍庫過冷却利用非細胞破壊格安遺体冷凍庫保存方法2 |
CN108292858A (zh) * | 2016-02-16 | 2018-07-17 | 株式会社藤仓 | 蓄电系统以及蓄电方法 |
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Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10354104B2 (en) * | 2016-05-31 | 2019-07-16 | Infinate Leap Holdings, LLC | Real-time location system (RTLS) tag with battery and energy harvesting, which transmits a location signal when the battery is inoperative |
US10551894B2 (en) * | 2016-11-03 | 2020-02-04 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Dynamic power management in a hybrid dual battery system |
CN110476073B (zh) * | 2017-03-29 | 2021-10-29 | 株式会社杰士汤浅国际 | 蓄电量估计装置、蓄电模块、蓄电量估计方法、和记录介质 |
JP6897765B2 (ja) * | 2017-04-28 | 2021-07-07 | 株式会社Gsユアサ | 管理装置、蓄電装置および蓄電システム |
JP6931811B2 (ja) * | 2017-07-07 | 2021-09-08 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 蓄電池ユニット |
JP2019041504A (ja) * | 2017-08-25 | 2019-03-14 | 富士通株式会社 | 電源制御回路、無線モジュールおよび信号発信器 |
JP7052326B2 (ja) * | 2017-12-05 | 2022-04-12 | 富士通株式会社 | 電源装置及び通信装置 |
US10879687B2 (en) * | 2018-09-27 | 2020-12-29 | Apple Inc. | Prevention and detection of overheating from component short circuits |
JP7082562B2 (ja) * | 2018-11-21 | 2022-06-08 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 制御システム、半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
WO2021041914A1 (en) * | 2019-08-28 | 2021-03-04 | SparkCharge, Inc. | Battery module |
US10900540B1 (en) | 2019-11-01 | 2021-01-26 | Phos Global Energy Solutions, Inc. | Mechanical renewable green energy production |
US10749372B1 (en) | 2019-11-01 | 2020-08-18 | 3B Energy, Llc | Mechanical renewable green energy production |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH063106A (ja) * | 1992-06-23 | 1994-01-11 | Mitsutoyo Corp | 電源回路およびこれを用いた静電容量式変位センサ装置 |
JPH10210681A (ja) * | 1997-01-17 | 1998-08-07 | Seiko Epson Corp | 電力制御装置およびこれを備えた電子機器 |
JP2006158043A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Kitakyushu Foundation For The Advancement Of Industry Science & Technology | 電力制御装置 |
WO2015099158A1 (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-02 | 株式会社フジクラ | 蓄電システム、及び蓄電方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3439035B2 (ja) * | 1996-07-30 | 2003-08-25 | 三洋電機株式会社 | 電池の過放電を防止するパック電池 |
JP3887635B2 (ja) * | 2003-10-30 | 2007-02-28 | シャープ株式会社 | 独立電源システム |
JP4689643B2 (ja) * | 2007-06-07 | 2011-05-25 | ゼファー株式会社 | 過放電防止装置および蓄電装置 |
JP4678056B2 (ja) * | 2008-12-26 | 2011-04-27 | カシオ計算機株式会社 | 電子時計 |
EP2460256B1 (en) * | 2009-07-31 | 2017-11-15 | Thermo King Corporation | Bi-directional battery voltage converter |
EP2564425B1 (en) * | 2010-04-28 | 2019-05-29 | Nokia Technologies Oy | Photovoltaic cell arrangements |
US8189305B2 (en) * | 2010-07-19 | 2012-05-29 | Robert Charles Newman | Auxiliary battery system |
JP2013078235A (ja) | 2011-09-30 | 2013-04-25 | Asahi Kasei Corp | リチウムイオンキャパシタを用いた電源装置、及び無線通信機器 |
KR20130049880A (ko) * | 2011-11-07 | 2013-05-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 팩 및 이의 제어 방법 |
WO2014128745A1 (ja) | 2013-02-19 | 2014-08-28 | 三洋電機株式会社 | 蓄電システム |
-
2014
- 2014-12-18 JP JP2014256362A patent/JP5857119B1/ja active Active
-
2015
- 2015-12-17 WO PCT/JP2015/085345 patent/WO2016098852A1/ja active Application Filing
- 2015-12-17 US US15/507,392 patent/US9893389B2/en active Active
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH063106A (ja) * | 1992-06-23 | 1994-01-11 | Mitsutoyo Corp | 電源回路およびこれを用いた静電容量式変位センサ装置 |
JPH10210681A (ja) * | 1997-01-17 | 1998-08-07 | Seiko Epson Corp | 電力制御装置およびこれを備えた電子機器 |
JP2006158043A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Kitakyushu Foundation For The Advancement Of Industry Science & Technology | 電力制御装置 |
WO2015099158A1 (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-02 | 株式会社フジクラ | 蓄電システム、及び蓄電方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108292858A (zh) * | 2016-02-16 | 2018-07-17 | 株式会社藤仓 | 蓄电系统以及蓄电方法 |
JP2016128058A (ja) * | 2016-04-10 | 2016-07-14 | 加治佐 功 | 業務用cas冷凍庫過冷却利用非細胞破壊格安遺体冷凍庫保存方法2 |
US10447053B2 (en) | 2016-12-27 | 2019-10-15 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Terminal |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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