JP6404454B2 - 電力供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電を用いて機能部に電力を供給する電力供給装置に関する。

現在、防災の観点から、地滑り等の観測を行うシステムが各種考案されている。例えば、特許文献１に記載の観測データ回収システムは、複数の解析装置、複数の中継装置、および集約装置を備える。

１つの中継装置には複数の解析装置がリンクしている。各中継装置がリンクする解析装置は異なる。集約装置は、複数の中継装置にリンクしている。

中継装置は、自身がリンクしている複数の解析装置の観測データを取得する。中継装置は、取得した複数の観測データをまとめて、集約装置に送信する。

解析装置は、中継装置、集約装置とは離れた位置に配置されており、商用電源から電力供給を受けられない位置に配置されることもある。この場合、解析装置は、自装置にて発電を行い、この発電した電力によって観測データの生成および送信を行わなければならない。

特開２００４−１８５４５９号公報

しかしながら、解析装置が配置される位置によって、必要とする電力量は異なることが多い。例えば、無線通信の通信環境が良好であれば通信に係る電力は小さくて済むが、無線通信の通信環境が悪ければ通信に係る電力は大きくなる。

また、解析装置の発電を太陽光発電で行う場合、日照等の環境によって発電量が異なってしまう。したがって、配置位置によって、必要とされる太陽光発電パネルの枚数が異なる。ここで、全ての解析装置において十分に電力をまかなえるようにすると、発電機能部が増長になる解析装置が存在する。一方、最も少ない消費電力の解析装置の発電機能部に合わせると、機能が停止して観測データを送信できない解析装置が存在してしまう。また、それぞれの解析装置に合わせて発電機能部を個別に形成すると、設計、製作費用が嵩んでしまう。また、経時変化によって必要とされる電力量が変化することもあり、解析装置毎に個別に発電機能部を形成したとしても、適切な電力供給を行えるとは限らない。

したがって、本発明の目的は、設置位置や状況に応じて、適切な回路規模で適切な電力量を供給することができる電力供給装置を提供することにある。

この発明の電力供給装置は、光発電パネル、蓄電池、および充電部を備える。充電部は、光発電パネルの発生する電荷を直流電圧に変換し、蓄電池に充電する。電力供給装置は、さらに、外部から直流電圧が入力される直流電圧入力端子と、直流電圧を出力する直流電圧出力端子とを備える。電力供給装置は、さらに、第１整流器と第２整流器を備える。第１整流器は、直流電圧入力端子と直流電圧出力端子を接続する直流電力ラインに挿入される。第１整流器は、直流電圧入力端子から直流電圧出力端子へ電流を整流する。第２整流器は、第１整流器の直流電圧出力端子側の直流電力ラインと蓄電池との間に接続される。第２整流器は、蓄電池から直流電圧出力端子へ電流を整流する。

この構成では、上記機能部からなる回路を単位発電ユニットとし、供給すべき電力量に応じた個数を用意する。前段の単位発電ユニットの直流電圧出力端子を後段の直流電圧入力端子に接続する。すなわち、複数の単位発電ユニットをカスケード接続する。これにより、適切な回路規模で適切な電力量を供給することができる。

また、この発明の電力供給装置は、データ入力端子、データ出力端子、および、データ入力端子とデータ出力端子を接続するデータ通信バスを備える。充電部は、データ通信バスに接続されている。

この構成では、充電部の動作状況を、単位発電ユニット毎に外部から取得可能になる。これにより、電力供給装置全体の動作状態を観測することができる。

この発明によれば、設置位置や状況に応じて、適切な回路規模で適切な電力量を供給することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電力供給装置を含む観測システムの構成を示すブロック図 本発明の第１の実施形態に係る電力供給部のブロック図 本発明の第１の実施形態に係る電力供給部を構成する単位発電ユニットのブロック図 本発明の第２の実施形態に係る電力供給部を構成する単位発電ユニットのブロック図 本発明の第２の実施形態に係る電力供給部のブロック図

本発明の第１の実施形態に係る電力供給装置を含む観測システムについて、図を参照して説明する。なお、本実施形態で示す観測システムは、例えば、地滑り検出システム等に用いられる。しかしながら、遠隔地で取得した観測データを用いて、所定の現象について解析を行うシステム、すなわち商用電源を容易に利用できず、光発電を利用するシステムであれば、本実施形態の構成を適用することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力供給装置を含む観測システムの構成を示すブロック図である。

観測システム１０は、子機（観測データ送信装置）２０、親機（観測データ中継装置）３０、ファイルサーバ４０、解析装置５０、および通信ネットワーク１００を備える。

子機２０は、観測位置に配置される。観測位置が複数箇所の場合、観測位置毎に子機２０が配置される。

子機２０は、制御部２１、ＧＮＳＳ受信機２２、ＧＮＳＳアンテナ２３、無線ＬＡＮ制御部２４、無線ＬＡＮ用アンテナ２５、メモリ２６、通知部２７、および、電力供給部６０を備える。子機２０は、観測対象位置に配置されている。子機２０は、可能な限りオープンスカイな環境に配置されていることが好ましい。地滑り検出システムの場合、観測対象位置は、山中等の商用電源が利用しにくい、または、商用電源が利用できない場所である。したがって、子機２０の電力供給部６０は、自力発電により、直流電圧を発生して、子機２０の各機能部（制御部２１、ＧＮＳＳ受信機２２、無線ＬＡＮ制御部２４、通知部２７）に電力を供給する。なお、通知部２７は省略することもできる。

制御部２１は、子機２０の全体制御を行う。また、制御部２１は、観測データの記憶、アップロードの制御を行う。制御部２１における観測データの記憶、アップロードの制御についての具体的な内容は、後述する。

ＧＮＳＳ受信機２２は、制御部２１に接続されている。ＧＮＳＳ受信機２２は、ＧＮＳＳアンテナ２３で受信したＧＮＳＳ信号から観測データを生成する。ＧＮＳＳ受信機２２は、生成した観測データを制御部２１に出力する。

ＧＮＳＳとは、Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍの略語であり、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＧＬＯＮＡＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、Ｇａｌｉｌｅｏ等を含む。

ＧＮＳＳ受信機２２で生成される観測データは、搬送波位相等、地滑りの解析、検出に利用し、ＧＮＳＳ信号の受信結果（捕捉、追尾によって得られるデータ）から得られるデータである。

また、ＧＮＳＳ受信機２２は、ＧＮＳＳ信号から航法メッセージを復調する。ＧＮＳＳ受信機２２は、航法メッセージから時刻データを取得する。なお、ＧＮＳＳ受信機２２は、ＧＮＳＳ信号の追尾結果から子機２０を測位してもよい。この場合、観測データには、測位結果が含まれる。

無線ＬＡＮ制御部２４は、無線ＬＡＮ用アンテナ２５、制御部２１に接続されている。無線ＬＡＮ制御部２４は、無線ＬＡＮ用アンテナ２５および無線ＬＡＮ用アンテナ３１を介した無線ＬＡＮ用ＡＰ３２との無線通信を、予め決められたプロトコルによって実行する。無線ＬＡＮ制御部２４は、制御部２１から与えられた観測データを、無線通信のプロトコルに変換して、無線ＬＡＮ用アンテナ２５から送信する。また、無線ＬＡＮ制御部２４は、無線ＬＡＮ用アンテナ２５で受信した親機３０からの遠隔設定データをプロトコル変換して制御部２１に出力する。

メモリ２６は、制御部２１に接続されている。メモリ２６は観測データを一時記憶する。

通知部２７は、制御部２１に接続されている。通知部２７は、ＬＥＤ等の簡易な表示素子によって構成されている。通知部２７は、制御部２１からの通知信号によって、所定の表示態様に駆動される。

親機（観測データ中継装置）３０は、無線ＬＡＮ用アンテナ３１、無線ＬＡＮＡＰ（アクセスポイント）３２、ルータ３３、および、電力供給部６０を備える。地滑り検出システムの場合、親機３０も、商用電源が利用しにくい、または、商用電源が利用できない場所に配置されることがある。この場合、親機３０の電力供給部６０は、自力発電により、直流電圧を発生して、親機の各機能部（無線ＬＡＮＡＰ３２、および、ルータ３３）に電力を供給する。なお、親機３０の電力供給部６０と子機２０の電力供給部６０は、同じ記号を付しているが、後述するように、内蔵される単位発電ユニットの個数は同じであるとは限らない。

無線ＬＡＮＡＰ３２は、無線ＬＡＮ用アンテナ３１および無線ＬＡＮ用アンテナ２５を介した無線ＬＡＮ制御部２４との無線通信を、予め決められたプロトコルによって実行する。無線ＬＡＮＡＰ３２は、ルータ３３を介して取得した遠隔設定データをプロトコル変換して、無線ＬＡＮ用アンテナ３１から送信する。また、無線ＬＡＮＡＰ３２は、無線ＬＡＮ用アンテナ３１で受信した子機２０からの観測データをプロトコル変換してルータ３３に出力する。

ルータ３３は、無線ＬＡＮＡＰ３２をネットワーク１００に接続する。すなわち、ルータ３３は、親機３０と子機２０との無線通信網とネットワーク１００との間でのプロトコル変換を実行する。ルータ３３は、無線ＬＡＮＡＰ３２から出力される観測データを、ファイルサーバ４０に送信する。ルータ３３は、ネットワーク１００を介して接続された解析装置５０からの設定信号を、無線ＬＡＮＡＰ３２に送信する。

ファイルサーバ４０は、親機３０から送信される観測データを記憶する。また、ファイルサーバ４０は、解析装置５０からの読み出し要求に応じて、観測データを、解析装置５０に送信する。

解析装置５０は、ファイルサーバ４０から読み出した観測データを用いて、観測対象に対する検出データを生成する。例えば、観測システム１０が地滑り検出システムであれば、観測データから各観測位置の位置変化および速度を取得して、地滑りを検出する。解析装置５０は、親機３０および子機２０に対して設定信号を送信する。設定信号は、解析装置５０に備えられた操作入力部を用いてオペレータによって設定される。また、設定信号は、解析装置５０がこれまでの解析結果に基づいて設定される。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る電力供給部のブロック図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る電力供給部を構成する単位発電ユニットのブロック図である。

図２に示すように、電力供給部６０は、単位発電ユニット６１０，６２０，６３０を備える。単位発電ユニット６１０，６２０，６３０は、図３に示す単位発電ユニット６００の構成を備える。

図３に示すように、単位発電ユニット６００は、光発電パネル６０１、充電部６０２、蓄電池６０３、整流器６０４，６０５、直流電圧入力端子Ｐｉｎ、および、直流電圧出力端子Ｐｏｕｔを備える。

光発電パネル６０１は、充電部６０２に接続されている。充電部６０２は蓄電池６０３に接続されている。蓄電池６０３は、整流器６０４（本発明の第２整流器）を介して直流電圧出力端子Ｐｏｕｔに接続されている。直流電圧入力端子Ｐｉｎと直流電圧出力端子Ｐｏｕｔは、整流器６０５（本発明の第１整流器）を介して接続されている。整流器６０４の直流電圧出力端子Ｐｏｕｔ側の電力伝送ラインと、整流器６０５の直流電圧出力端子Ｐｏｕｔ側の電力伝送ラインは接続されている。

光発電パネル６０１は、照射された光量に応じて電荷を発生する。充電部６０２は、光発電パネルで発した電荷を直流電圧に変換する。充電部６０２は、ＭＰＰＴ制御等を行うことによって、光発電パネル６０１の発生した電荷を直流電圧に変換する。充電部６０２は、変換した直流電圧を、蓄電池６０３の充電電圧に変換して、蓄電池６０３に供給する。蓄電池６０３は、充電部６０２からの充電電圧によって充電されるとともに、整流器６０４を介して、直流電圧出力端子Ｐｏｕｔに直流電圧を供給する。

整流器６０４は、蓄電池６０３から直流電圧出力端子Ｐｏｕｔに電流が流れるように回路が構成されている。例えば、整流器６０４は、蓄電池６０３に接続するアノードと、直流電圧出力端子Ｐｏｕｔに接続するカソードを備えるダイオードからなる。

整流器６０５は、直流電圧入力端子Ｐｉｎから直流電圧出力端子Ｐｏｕｔに電流が流れるように回路が構成されている。例えば、整流器６０５は、直流電圧入力端子Ｐｉｎに接続するアノードと、直流電圧出力端子Ｐｏｕｔに接続するカソードを備えるダイオードからなる。

このような構成とすることによって、単位発電ユニット６００は、蓄電池６０３に蓄電されている電力が十分であり、蓄電池６０３から出力可能な電圧が直流電圧入力端子Ｐｉｎから入力される直流電圧よりも高ければ、蓄電池６０３から直流電圧出力端子Ｐｏｕｔに、直流電圧（直流電力）を供給する。

一方、単位発電ユニット６００は、蓄電池６０３の蓄電量が不十分で、蓄電池６０３から出力可能な電圧が直流電圧入力端子Ｐｉｎから入力される直流電圧よりも低くれば、直流電圧入力端子Ｐｉｎから直流電圧出力端子Ｐｏｕｔに、直流電圧（直流電力）を供給する。

電力供給部６０は、このような構成からなる単位発電ユニット６００（６１０，６２０，６３０）を、図２に示すように接続する。

具体的には、単位発電ユニット６１０の直流電圧出力端子Ｐｏｕｔを子機２０の各機能部に接続されている。単位発電ユニット６２０の直流電圧出力端子Ｐｏｕｔを単位発電ユニット６１０の直流電圧入力端子Ｐｉｎに接続されている。単位発電ユニット６３０の直流電圧出力端子Ｐｏｕｔを単位発電ユニット６３０の直流電圧入力端子Ｐｉｎに接続されている。言い換えれば、単位発電ユニット６３０，６２０，６１０は、この順でカスケード接続されている。

このような構成とすることによって、子機２０の必要な電力量に応じて、電力供給部６０を構成する単位発電ユニットの個数を適宜調整することができる。すなわち、消費電力量が小さな子機２０に対しては、カスケード接続する単位発電ユニットの個数を少なくする。一方、消費電力量が大きな子機２０に対しては、カスケード接続する単位発電ユニットの個数を多くする。

これによって、回路構成が増長にならず、必要な電力量を供給できる電力供給部６０を、子機毎に設置することができる。

また、本実施形態の構成を用いることによって、経時的に必要な電力量が変化したときに、電力供給部６０の全体を取り替える必要はなく、単位発電ユニットの個数を調整するだけでよい。特に、必要な電力量が多くなった場合、発電量を増加させる必要があるが、本実施形態の構成を用いることによって、必要数の単位発電ユニットを増設すればよく、電力供給部６０の仕様を容易に適正化することができる。特に、地滑り検出システムでは、作業が容易でない山中に子機２０が配置されることが多いが、この構成を用いることによって、子機２０の電力量に応じた電力供給部６０を容易な作業によって実現できる。

また、本実施形態の構成を用いることによって、設置された環境の変化に応じて適切に電力を供給することができる。これによって、子機の動作時間をできる限り長くし、観測データの送信を継続することができる。例えば、積雪等によって発電および充電ができないような状況になっても、上述の複数の単位発電ユニットのカスケード接続によって、供給電力が自動的に調整され、適切な電力の供給を実現することができる。

なお、上述の説明では、子機２０の電力供給部６０について示したが、親機３０の電力供給部６０も同様の構成からなる。これによって、親機３０に対して、回路構成が増長にならず、必要な電力量を供給できる電力供給部６０を実現できる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る電力供給装置を含む観測システムについて、図を参照して説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る電力供給部を構成する単位発電ユニットのブロック図である。図５は、本発明の第２の実施形態に係る電力供給部のブロック図である。

本実施形態に係る観測システムでは、電力供給部６０Ａの構成が、第１の実施形態に係る観測システムと異なる。

図５に示すように、電力供給部６０Ａは、複数の単位発電ユニット６１０Ａ，６２０Ａ，６３０Ａを備える。単位発電ユニット６１０Ａ，６２０Ａ，６３０Ａは、図４に示す単位発電ユニット６００Ａと同じ構成である。

単位発電ユニット６００Ａは、第１の実施形態に係る単位発電ユニット６００に対して、データ入力端子ＰｉｎＤ、データ出力端子ＰｏｕｔＤ、および、データ通信バス６０６を備える。データ入力端子ＰｉｎＤとデータ出力端子ＰｏｕｔＤは、データ通信バス６０６によって接続されている。データ通信バス６０６は、例えば、Ｉ２Ｃバスによって実現される。

充電部６０２は、データ通信バス６０６に接続されている。

電力供給部６０Ａは、このような構成からなる単位発電ユニット６００Ａ（６１０Ａ，６２０Ａ，６３０Ａ）を、図５に示すように接続する。

具体的には、単位発電ユニット６１０Ａの直流電圧出力端子Ｐｏｕｔを子機２０の各機能部に接続されている。単位発電ユニット６２０Ａの直流電圧出力端子Ｐｏｕｔを単位発電ユニット６１０の直流電圧入力端子Ｐｉｎに接続されている。単位発電ユニット６３０Ａの直流電圧出力端子Ｐｏｕｔを単位発電ユニット６３０Ａの直流電圧入力端子Ｐｉｎに接続されている。言い換えれば、単位発電ユニット６３０Ａ，６２０Ａ，６１０Ａにおける電力供給の機能部は、この順でカスケード接続されている。

さらに、単位発電ユニット６１０Ａのデータ出力端子ＰｏｕｔＤは、子機２０の制御部２１に接続されている。単位発電ユニット６２０Ａのデータ出力端子ＰｏｕｔＤは、単位発電ユニット６１０Ａのデータ入力端子ＰｉｎＤに接続されている。単位発電ユニット６３０Ａのデータ出力端子ＰｏｕｔＤは、単位発電ユニット６２０Ａのデータ入力端子ＰｉｎＤに接続されている。この構成によって、単位発電ユニット６１０Ａ，６２０Ａ，６３０Ａの充電部６０２は、データ通信バス６０６を介して制御部２１に接続されている。

このような構成とすることによって、各単位発電ユニット６１０Ａ，６２０Ａ，６３０Ａの充電部６０２の動作を監視することができる。例えば、各充電部６０２のＭＰＰＴ制御の状態、蓄電池６０３の充電量等を監視することができる。

これによって、例えば、各単位発電ユニット６１０Ａ，６２０Ａ，６３０Ａの整流器に対して制御信号を入力できる構成を加え、各整流器を制御部２１から制御することも可能である。これにより、さらに、各単位発電ユニット６１０Ａ，６２０Ａ，６３０Ａの状態に応じて、安定して子機２０に直流電圧を供給することができる。

なお、本実施形態の構成も、親機３０にも適用することができる。

１０：観測システム
２０：子機（観測データ送信装置）
２１：制御部
２２：ＧＮＳＳ受信機
２３：ＧＮＳＳアンテナ
２４：無線ＬＡＮ制御部
２５：無線ＬＡＮ用アンテナ
２６：メモリ
２７：通知部
３０：親機（観測データ中継装置）
４０：ファイルサーバ
５０：解析装置
６０：電力供給部
１００：通信ネットワーク
６００，６１０，６２０，６３０，６１０Ａ，６２０Ａ，６３０Ａ：単位発電ユニット
６０１：光発電パネル
６０２：充電部
６０３：蓄電池
６０４，６０５：整流器
６０６：データ通信バス

Claims (3)

1. 複数の単位発電ユニットからなる電力供給装置であって、
   単位発電ユニットは、
   光発電パネルと、
   蓄電池と、
   前記光発電パネルの発生する電荷を直流電圧に変換し、前記蓄電池に充電する充電部と、
   外部から直流電圧が入力される直流電圧入力端子と、
   直流電圧を出力する直流電圧出力端子と、
   前記直流電圧入力端子と前記直流電圧出力端子を接続する直流電力ラインに挿入され、前記直流電圧入力端子から前記直流電圧出力端子へ電流を整流する第１整流器と、
   前記第１整流器の前記直流電圧出力端子側の直流電力ラインと前記蓄電池との間に接続され、前記蓄電池から前記直流電圧出力端子へ電流を整流する第２整流器と、
   を備え、
   前記単位発電ユニットは、前段の単位発電ユニットの直流電圧出力端子を後段の直流電圧入力端子にカスケード接続する、
   電力供給装置。
2. 請求項１に記載の単位発電ユニットは、
   データ入力端子と、データ出力端子と、
   前記データ入力端子と前記データ出力端子を接続するデータ通信バスと、
   を備え、
   前記充電部は、前記データ通信バスに接続され、
   前記単位発電ユニットは、前段の単位発電ユニットのデータ出力端子を後段のデータ入力端子にカスケード接続する、
   電力供給装置。
3. 請求項２に記載の前記単位発電ユニットをカスケード接続する個数は、供給すべき電力量に応じて決定されることを特徴とする、電力供給装置。

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