JP7562136B2

JP7562136B2 - 二次電池使用システム

Info

Publication number: JP7562136B2
Application number: JP2020179837A
Authority: JP
Inventors: 美志夫林
Original assignee: 株式会社風憩セコロ
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2024-10-07
Anticipated expiration: 2040-10-27
Also published as: JP2022070659A

Description

本発明は、二次電池を備えたソーラーシステムにおける二次電池使用システムの技術分野に関するものである。

一般に、例えば昼間に蓄電した電力を用いて夜間の照明や表示を行うソーラー照明システムのように、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部と、発電部の発電により充電される二次電池と、該二次電池を電源として駆動する駆動部とを備えたソーラーシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなソーラーシステムに用いられる二次電池としては、従来から鉛電池が広く用いられている。しかしながら、鉛電池の寿命はあまり長くなく、例えば本件出願人の経験では、夜間に照明や表示を行うソーラー照明システムに鉛電池を用いた場合、５年程度で電池交換が必要となる。この電池交換は、電池自体のコストだけでなく、交換作業を行う作業者等の人件コストも発生するため、交換までの期間をなるべく長くしたいという要望がある。
これに対し、近年、二次電池としてリチウムイオン電池も広く用いられるようになってきている。リチウムイオン電池は、鉛電池と比して寿命が長く軽量であるという利点はあるが、高価であるという問題がある。
一方、例えばハイブリッド型の自動車や電気自動車等に用いられる二次電池として鉛電池とリチウムイオン電池とを併用することで、それぞれの二次電池の特色を発揮できるようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２０１６－８５５５５号公報特開２０１８－１８７７５号公報

そこで、前述したようなソーラーシステムにおいても、鉛電池とリチウムイオン電池のような特性の異なる２種類の二次電池を併用して用いることで、電池の交換期間をなるべく長くするとともに低コスト化を図ることが提唱される。しかしながら、この場合に、二種類の二次電池をそれぞれどのように使用したら所望の交換時期を得ることができるかの検討が必要であり、ここに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部と、前記発電部の発電で充電される二次電池と、該二次電池を電源とし、一日を一サイクルとして駆動、停止する駆動部と、前記発電部および駆動部に接続され、駆動部に対する給電制御を行うコントローラとを備えてなるソーラーシステムにおいて、前記二次電池は、主として用いる第１二次電池と、該第１二次電池とは特性が異なり従として用いる第２二次電池との２種類の二次電池を用いる一方、これら第１、第２二次電池のうち何れか一方を前記コントローラに選択的に接続して該接続された一方の二次電池の充電制御および放電制御を行う電池制御部を設けるとともに、該電池制御部は、第１二次電池の目標寿命と駆動部の負荷量とに基づいて第１二次電池の一サイクル分の目標放電時間を設定する目標放電時間設定手段と、一サイクル内での第１二次電池の放電時間を計数するための計数手段とを備え、駆動部の駆動時に、前記計数手段により計数された第１二次電池の放電時間が前記目標放電時間設定手段により設定された目標放電時間に達するまでは第１二次電池をコントローラに接続して第１二次電池の放電を行う一方、目標放電時間に達した以降は第２二次電池をコントローラに接続して第２二次電池の放電を行うことを特徴とする二次電池使用システムである。
請求項２の発明は、請求項１において、電池制御部は、駆動部の駆動時に、第１二次電池の電圧が予め設定される下限電圧値以下となった場合には、目標放電時間に達していなくても第２二次電池をコントローラに接続して第２二次電池の放電を行うことを特徴とする二次電池使用システムである。
請求項３の発明は、請求項１または２において、電池制御部は、駆動部の停止時に、第１二次電池の電圧が予め設定される上限電圧値に達するまでは第１二次電池をコントローラに接続して第１二次電池の充電を行う一方、上限電圧値に達した以降は、第２二次電池をコントローラに接続して第２二次電池の充電を行うことを特徴とする二次電池使用システムである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか一項において、電池制御部は、第１二次電池のコントローラ接続中に駆動部の駆動、停止を判断する駆動判断手段を備える一方、駆動部の駆動時に目標放電時間に達した以降あるいは第１二次電池の電圧が下限電圧値以下となった場合、あるいは駆動部の停止時に第１二次電池の電圧が上限電圧値に達した以降であっても、予め設定される設定時間ごとに第１二次電池をコントローラに接続して駆動判断手段による駆動部の駆動、停止の判断を行うことを特徴とする二次電池使用システムである。

請求項１の発明とすることにより、第１二次電池を所望の目標寿命まで確実に使用できるとともに低コスト化を達成できる。
請求項２の発明とすることにより、雨天等で発電部が発電不足となって第１二次電池の充電が不十分となってしまったような場合であっても、第１二次電池の過放電を確実に回避することができる。
請求項３の発明とすることにより、主として用いる第１二次電池の充電を優先して行えるとともに、第１二次電池が上限電圧値に達した以降に従として用いる第２二次電池の充電も行われることになる。
請求項４の発明とすることにより、駆動部の駆動、停止に応じた放電、充電制御の切換えを確実且つ遅延なく行うことができる。

ソーラー照明システムの構成ブロック図である。電池制御部の制御手順を示すフローチャート図である。サイクル寿命と放電深度との関係を示す図である。デューティ比に応じて設定されたループ時間を示す表図である。電池制御部の回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１に、本発明が実施されたソーラーシステムとしてのソーラー照明システム１の構成ブロック図を示すが、該ソーラー照明システム１は、基本的な構成として、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部としてのソーラーパネル２と、ソーラーパネル２の発電で充電される二次電池としてのリチウムイオン電池（本発明の第１二次電池に相当する）３および鉛電池（本発明の第２二次電池に相当する）４と、これらリチウムイオン電池３、鉛電池４を電源として駆動される駆動部としてのＬＥＤ照明５と、リチウムイオン電池３および鉛電池４に接続され、これらリチウムイオン電池３および鉛電池４の充放電を制御する電池制御部６と、前記ソーラーパネル２、ＬＥＤ照明５および電池制御部６に接続されるコントローラ７とを備える。

前記ソーラーパネル２は、昼間発電して該発電した電流をコントローラ７に送り、該コントローラ７に送られた発電電流は、電池制御部６を経由してリチウムイオン電池３あるいは鉛電池４に送られて充電される。また、夜間は、リチウムイオン電池３あるいは鉛電池４から電池制御部６を経由してコントローラ７に放電電流が送られ、該コントローラ７に送られた放電電流はＬＥＤ照明５に出力されてＬＥＤ照明５を点灯する。しかして、ＬＥＤ照明５は、一日を一サイクルとして点灯（駆動）、消灯（停止）を繰り返す構成になっているとともに、該ＬＥＤ照明５の点灯、消灯や、輝度を調節するためのＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御等のＬＥＤ照明５に対する給電制御は、コントローラ７により行われるようになっている。

一方、前記電池制御部６は、該電池制御部６に具備された制御器８（ワンチップマイコン等が用いられる）からの信号で作動するスイッチ９によって、前記リチウムイオン電池３あるいは鉛電池４の何れか一方を選択的にコントローラ７に接続し、該接続されたリチウムイオン電池３あるいは鉛電池４の充電および放電を制御する。

前記スイッチ９は、制御器８からの信号に基づいて、ａ－b接続あるいはａ－ｃ接続の何れかを選択するように構成されているが、該スイッチ９のａ端子は、電池制御部６のコントローラ接続用プラス端子（Ｏ＋）を介してコントローラ７のバッテリ用プラス端子（Ｂ＋）に接続され、スイッチ９のｂ端子は、電池制御部６のリチウムイオン電池接続用プラス端子（Ｌ＋）を介してリチウムイオン電池３のプラス端子（＋）に接続され、スイッチ９のｃ端子は、電池制御部６の鉛電池接続用プラス端子（Ｐ＋）を介して鉛電池４のプラス端子（＋）に接続される。また、リチウムイオン電池３のマイナス端子（－）は、電池制御部６のリチウムイオン電池接続用マイナス端子（Ｌ－）に接続され、鉛電池のマイナス端子（－）は、電池制御部６の鉛電池接続用マイナス端子（Ｐ－）に接続されるとともに、上記電池制御部６のリチウムイオン電池接続用マイナス端子（Ｌ－）および鉛電池接続用マイナス端子（Ｐ－）は、電池制御部６のコントローラ接続用マイナス端子（Ｏ－）を介してコントローラ７のバッテリ用マイナス端子（Ｂ－）に接続されている。そして、スイッチ９がａ－b接続のときには、リチウムイオン電池３がコントローラ７に接続された状態（ＯＮ）、鉛電池４が切断された状態（ＯＦＦ）となってリチウムイオン電池３のみの充電あるいは放電が行われる一方、スイッチ９がａ－ｃ接続のときには、鉛電池４がコントローラ７に接続された状態（ＯＮ）、リチウムイオン電池３が切断された状態（ＯＦＦ）となって鉛電池４のみの充電あるいは放電が行われる構成になっている。そして、このようにリチウムイオン電池３と鉛電池４とが同時にＯＮとなる直接の並列状態にしないことで、電気特性の異なる２種類の二次電池を併用しても、別途保護回路を設けることなく、２種類の二次電池の電圧値や内部抵抗の違いに起因する発熱や発火の恐れを確実に回避できるようになっている。

さらに、前記スイッチ９のａ端子の信号は、制御器８に入力されて、ａ－b接続時におけるリチウムイオン電池３の電圧測定に用いられる。また、コントローラ７からＬＥＤ照明５への照明出力信号は、電池制御部６の照明信号入力端子（ＬＤ）を介して制御器８に入力されて、ＬＥＤ照明５の点灯（駆動）、消灯（停止）の判断や、ＰＷＭ制御のデューティ比の測定に用いられるようになっている。尚、前記制御器８は、本実施の形態ではワンチップマイコンが用いられており、後述する目標放電時間や目標ループ回数ＬＣを設定する手段（本発明の目標放電時間設定手段に相当する）や、計数器（本発明の計数手段に相当する）、ＬＥＤ照明５の駆動、停止の判断を行う手段（本発明の駆動判断手段に相当する）等の各種制御手段を備えている。

次いで、前記制御器８が行う制御について、図２～図４に基づいて説明する。
まず、図２に制御のフローチャートを示すが、制御がスタートすると、初期設定として、リチウムイオン電池３の一サイクル分（一日分）の目標放電時間に応じた目標ループ回数ＬＣを設定するとともに、計数ループ回数を数える係数器をリセットして「ゼロ（０）」にする（ステップＳ１）。
ここで、前記リチウムイオン電池３の一サイクル分の目標放電時間に応じた目標ループ回数ＬＣの設定について説明する。まず、リチウムイオン電池３の目標寿命を設定し、該目標寿命に応じた目標サイクル回数を設定する。例えば、一日一サイクルで目標寿命を１０年とすると、目標サイクル回数は３６５０回となる。次いで、使用するリチウムイオン電池３の性能に応じて、目標サイクル回数に対応した許容放電深度（％）を求める。例えば、リチウムイオン電池のサイクル寿命（回）と放電深度（％）との関係を示した一例を図３の表図に示すが、このものでは、サイクル寿命３６５０回に対応する放電深度は６８％となる。つまり、放電深度６８％以内で使用すれば、寿命１０年が可能となる。さらに、リチウムイオン電池３の定格容量に前記放電深度を乗じて、一サイクル分の目標放電容量を求める。例えば、リチウムイオン電池３の定格容量を２４Ａｈとし、放電深度を６８％とすると、一サイクル分の目標放電容量は１６．３２Ａｈとなる。
さらに、前記一サイクル分の目標放電容量をＬＥＤ照明５の負荷電流で除して、一サイクルにおいてリチウムイオン電池３を使用できる目標放電時間（ｓｅｃ）を求める。例えば、一サイクル分の目標放電容量を前記１６．３２Ａｈ、リチウムイオン電池３の負荷電流を１．３Ａとすると、一サイクル分の目標放電時間は４５１９４ｓｅｃと演算される。さらに、該目標放電時間に達するまでの前記フローチャートの計数ループ（計数ルーブについては後述する）の通過回数ＬＣ（目標ループ回数ＬＣ）を求める。例えば、計数ループ１回にかかる時間をカウントするタイマーとして５０ｍｓタイマーを使用すると、目標ループ回数ＬＣは９０３８８０回に設定される。尚、前記一サイクル分の目標放電時間や目標ループ回数ＬＣの設定に必要な情報は、外部パソコン等から制御器８に入力できるようになっている。

前記ステップＳ１での初期設定後は、リチウムイオン電池モードになる。該リチウムイオン電池モードは、リチウムイオン電池３の充電、放電制御を行うモードであって、リチウムイオン電池モードになると、まず、制御器８からスイッチ９に制御信号が出力されて、前述したａ－ｂ接続、つまり、リチウムイオン電池３をＯＮ（コントローラ７に接続された状態）にし、鉛電池４をＯＦＦ（コントローラ７と切断された状態）にする（ステップＳ２）。つまり、リチウムイオン電池モードでは、リチウムイオン電池３のみがコントローラ７に接続されてコントローラ７との電流の授受が行われるようになっている。前記スイッチ９としては、例えばＰ型やＮ型のＭＯＳＦＥＴが用いられる。

続けて、リチウムイオン電池モードになってから初回のループであるか否かが判断される（ステップＳ３）。そして、初回の場合には、タイマー時間Ｔ１（例えば１秒）をカウントするタイマーＴ１を通過する（ステップＳ４）。これは、リチウムイオン電池３、鉛電池４のＯＮ、ＯＦＦのスイッチ切換えにはハードの動作時間（通常数百ｍｓ）を見込む必要があり、該動作時間を見込んだ時間がタイマー時間Ｔ１として予め設定されている。リチウムイオン電池モードになってから２回目以降のループであればリチウムイオン電池３のＯＮ状態、鉛電池４のＯＦＦ状態の続行であるため、ステップＳ４はスキップする。ここで、前記ループは、ステップＳ２の通過後、後述する鉛電池モードに移行することなく再びステップＳ２に戻るループである。また、後述する計数ループは、前記ループのうち、後述するループ時間Ｔ２をカウントするステップＳ６～Ｓ１２、およびループ回数を数える計数器を「＋１」するステップＳ１７を通って前記ステップＳ２に戻るループである。

続けて、ＬＥＤ照明５のＰＷＭ制御のデューティ比が０％か否かが判断される（ステップＳ５）。ここで、本実施の形態では、ＬＥＤ照明５の駆動（点灯）、停止（消灯）の判断を、ＰＷＭ制御のデューティ比が０％か否かで判断するようになっている。つまり、デューティ比が０％（ＬＥＤ照明５への照明出力信号がＯＦＦ）の場合には、ＬＥＤ照明５の停止時であって、二次電池（リチウムイオン電池３、鉛電池４）の充電時、あるいは充電を待機している状態であると判断する一方、デューティ比が０％でない（ＬＥＤ照明５への照明出力信号がＯＮ）場合には、ＬＥＤ照明５の駆動時であって、二次電池の放電時であると判断する。

そして、前記ステップＳ５の判断でＰＷＭ制御のデューティ比が０％でない（ＬＥＤ照明５への照明出力信号がＯＮ）の場合、つまりＬＥＤ照明５の駆動時には、デューティ比に応じて設定されたループ時間Ｔ２をカウントするタイマーＴ２を通ってから（ステップＳ６～Ｓ１２）、ステップＳ１３に移行する。
ここで、ＰＷＭ制御のデューティ比は、リチウムイオン電池３の電圧低下に応じてコントローラ７が自動的に変更するように構成されているとともに、該デューティ比は、後述するようにステップＳ１５で測定されて制御器８に保存されるようになっており、該保存されたデューティ比の測定値が用いられる。本実施の形態では、図４の表図に示すように、ＬＥＤ照明５のＰＷＭ制御のデューティ比として１００％、６５％、５０％、２０％が設定されており、それぞれのデューティ比に応じてループ時間Ｔ２－１（５０ｍｓ）、Ｔ２－２（７７ｍｓ）、Ｔ２－３（１００ｍｓ）、Ｔ２－４（２５０ｍｓ）が設定されているが、この場合に、デューティ比６５％、５０％、２０％のときのループ時間Ｔ２－２、Ｔ２－３、Ｔ２－４は、各デューティ比とループ時間Ｔ２－２、Ｔ２－３、Ｔ２－４との積が、ディーティ比１００％のときのデューティ比とループ時間Ｔ２－４との積と同等となるように設定される。このようにデューティ比に応じてループ時間Ｔ２を設定することにより、コントローラ７によりデューティ比が自動的に変更されて１００％未満の値になっても、計数ループ１回におけるリチウムイオン電池３の放電時間をデューティ比１００％のときと同等にすることができる。尚、デューティ比が０％、２０％、５０％、６５％の何れでもない（ステップＳ５、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０の判断で全て「ＮＯ」）ときは、デューティ比１００％のときである。

一方、前記ステップＳ５の判断でデューティ比が０％（ＬＥＤ照明５への照明出力信号がＯＦＦ）、つまりＬＥＤ照明５の停止時には、前記ループ時間Ｔ２を通過するためのステップＳ６～Ｓ１２をスキップして、つまりループ時間Ｔ２をカウントするタイマーＴ２を通過することなくステップＳ１３に移行する。

前記ステップＳ１３では、リチウムイオン電池３の電圧が予め設定された上限電圧値以上か否かが判断される。上限電圧値は、適切な値（例えば、リチウムイオン電池３の定格容量の９９％程度の値）がプログラム中に予め設定されている。そして、上限電圧値以上であると判断された（ステップＳ１３の判断で「ＹＥＳ」）場合には、後述する鉛電池モードに移行する。

一方、前記ステップＳ１３の判断でリチウムイオン電池３が上限電圧値に達していないと判断された（ステップＳ１３の判断で「ＮＯ」）場合には、続けて、リチウムイオン電池３の電圧が予め設定された下限電圧値以下であるか否かが判断される（ステップＳ１４）。そして、下限電圧値以下であると判断された（ステップＳ１４の判断で「ＹＥＳ」）場合には、鉛電池モードに移行する。この下限電圧値以下か否かの判断は、ソーラーパネル２が雨天等で発電不足となることがあり、このような場合には、計数ループの通過回数だけの制御ではリチウムイオン電池３を過放電させてしまう惧れがあるために行われる。下限電圧値は、適切な値（例えば、リチウムイオン電池３の定格容量の５～１０％程度の値）がプログラム中に予め設定されている。

また、前記ステップＳ１３でリチウムイオン電池３の電圧が上限電圧値に達しておらず、且つ、ステップＳ１４で下限電圧値以下でないと判断された（ステップＳ１３、１４の判断で共に「ＮＯ」）場合には、続けて、ＬＥＤ照明５の出力のデューティ比の測定と保存が行われる（ステップＳ１５）。デューティ比の測定には、電池制御部６に設けられたデューティ比測定回路１０（図５に図示）が用いられるが、該デューティ比測定回路１０では、電池制御部６の照明信号入力端子（ＬＤ）から入力される照明出力信号が減衰された後に平均化されてデューティ比に比例した直流電圧となり、該電圧が制御器８に内蔵のＡ／Ｄコンバータで測定される。

続けて、前記測定されたデューティ比が０％であるか否かが判断される（ステップＳ１６）。この判断で「ＹＥＳ」、つまりデューティ比が０％（ＬＥＤ照明５への照明出力信号がＯＦＦ）の場合は、ＬＥＤ照明５の停止時であって、この場合には前記ステップＳ１の初期設定に戻る。

一方、前記ステップＳ１６の判断で「ＮＯ」、つまりデューティ比が０％でない（ＬＥＤ照明５への照明出力信号がＯＮ）場合は、ＬＥＤ照明５が駆動していてリチウムイオン電池３の放電中であり、この場合には、ループ回数を数える計数器を「＋１」する（ステップＳ１７）。

続けて、前記計数器で数えられたループ回数が前述した目標ループ回数ＬＣに達したか否かを判断する（ステップＳ１８）。そして、目標ループ回数ＬＣに達していないと判断された場合には、前記ステップＳ２に戻る。

また、前記ステップＳ１８の判断で、目標ループ回数ＬＣに達したと判断された場合には、計数器を「ＬＣ－１」にセットした（ステップＳ１９）後、鉛電池モードに移行する。この計数器の「ＬＣ－１」のセットは、目標ループ回数ＬＣに達して鉛電池モードに移行した後に一度だけ計数ループを通れるようにするために行われる。

一方、前述したように、リチウムイオン電池モードにおいてリチウムイオン電池３の電圧が上限電圧値以上と判断された場合（ステップＳ１３の判断で「ＹＥＳ」の場合）、または下限電圧値以下と判断された場合（ステップＳ１４の判断で「ＹＥＳ」の場合）、あるいは計数器が目標ループ回数ＬＣに達した後に「ＬＣ－１」にセットされた場合（ステップＳ１９の処理後）には、鉛電池モードに移行するが、該鉛電池モードになると、制御器８からスイッチ９に制御信号が出力されて、前述したａ－ｃ接続、つまりリチウムイオン電池３をＯＦＦ（コントローラ７から切断された状態）にし、鉛電池４をＯＮ（コントローラ７に接続された状態）にする（ステップＳ２０）。

前記ステップＳ２０の処理後は、鉛電池４を継続して使用する時間として予め設定されたタイマー時間Ｔ３（例えば、１００秒）をカウントするタイマーＴ３を通る（ステップＳ２１）。タイマー時間Ｔ３経過後は、リチウムイオン電池モードに移行するべくステップＳ２に戻る。

しかして、前記フローチャートに示す制御では、まず、目標ループ回数ＬＣが設定されるとともにループ回数を数える計数器が「０」にリセットされてからリチウムイオン電池モードになるが、該リチウムイオン電池モードでは、リチウムイオン電池３のみがコントローラ７に接続されてリチウムイオン電池３の充電、放電が行われる。この場合に、リチウムイオン電池モードになって初回ループのみタイマーＴ１（スイッチ９の切換え動作時間を見込んだ時間）を通過してから、ＬＥＤ照明５のデューティ比が０％か否か（照明出力信号がＯＦＦかＯＮか）、つまりＬＥＤ照明５の駆動、停止が判断される。そして、ＬＥＤ照明５の停止時には、リチウムイオン電池３の電圧が上限電圧値に達するまでリチウムイオン電池モードが継続され、上限電圧値に達した場合には鉛電池モードに移行する。また、ＬＥＤ照明５の駆動時には、ループ時間Ｔ２をカウントするタイマーＴ２（ディーティ比が変更しても計数ループ１回におけるリチウムイオン電池３の放電電流が同等になるよう、ＬＥＤ照明５のＰＷＭ制御のデューティ比に応じて設定される）を通過後にループ回数を数える計数器を「＋１」する制御が、ループ回数が目標ループ回数ＬＣに達するまで繰り返され、目標ループ回数ＬＣに達した場合、あるいは目標ループ回数ＬＣに達する前でもリチウムイオン電池３の電圧が下限電圧値以下になった場合には鉛電池モードに移行する。
一方、鉛電池モードでは、鉛電池４のみがコントローラ７に接続されて鉛電池４の充電、放電が行われるとともに、鉛電池４の充電、放電は、鉛電池４を継続して使用する時間として予め設定されたタイマー時間Ｔ３だけ行われ、タイマー時間Ｔ３経過後はリチウムイオン電池モードに移行するようになっている。

つまり、前記電池制御部６は、リチウムイオン電池３、鉛電池４の充電、放電制御を行う場合に、リチウムイオン電池３をコントローラ７に接続するリチウムイオン電池モードと、鉛電池４をコントローラ７に接続する鉛電池モードとを切換えるスイッチ９を設けて、リチウムイオン電池３、鉛電池４の何れか一方のみを選択的にコントローラ７に接続（ＯＮ）して充電および放電を行うように構成されているとともに、制御のスタート時、あるいはリチウムイオン電池３が上限電圧値以上でなく且つ下限電圧値以下でもない場合、あるいは一サイクルにおける計数ループ回数が目標ループ回数ＬＣに達していない場合には、リチウムイオン電池モードとなるように設定されている。そして、照明出力信号がＯＦＦ（本実施の形態では、デューティ比が０％）、つまりＬＥＤ照明５の停止時には、リチウムイオン電池３が上限電圧値に達するまではリチウムイオン電池３の充電が行われ（前記フローチャートのステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４（初回ループのみ）→Ｓ５→Ｓ１３→Ｓ１４→Ｓ１５→Ｓ１６→Ｓ１・・・）、リチウムイオン電池３が上限電圧値に達した以降は鉛電池４の充電が行われる（ステップＳ１３→Ｓ２０→Ｓ２１）。このリチウムイオン電池３が上限電圧値に達した以降の鉛電池４の充電はタイマー時間Ｔ３（鉛電池４の継続使用時間として予め設定された時間）行われ、その後は、タイマー時間Ｔ１（スイッチ９の切換えを見込んだ時間）のリチウムイオン電池３の充電、タイマー時間Ｔ３の鉛電池４の充電が、ＬＥＤ照明５が駆動するまで繰り返される（ステップＳ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ１３→Ｓ２０→Ｓ２１→Ｓ２・・・）。これは、ＬＥＤ照明５の駆動、停止の判断は、リチウムイオン電池３がコントローラ７に接続されるリチウムイオン電池モード中に行われるようになっている（ステップＳ５、ステップＳ１６）ため、上限電圧値に達した以降であってもタイマー時間Ｔ３ごとにリチウムイオン電池３をコントローラ７に接続してＬＥＤ照明５の駆動、停止の判断を行うように構成されている。
一方、照明出力信号がＯＮ（本実施の形態では、デューティ比が２０％、５０％、６５％、１００％）、つまりＬＥＤ照明５の駆動時には、ループ回数の計数が開始されるが、該計数ループ回数が目標ループ回数ＬＣに達するまではリチウムイオン電池３の放電が行われ（ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４（初回ループのみ）→Ｓ５→Ｓ６～Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ１４→Ｓ１５→Ｓ１６→Ｓ１７→Ｓ１８→Ｓ２・・・）、目標ループ回数ＬＣに達した以降は鉛電池４の放電が行われる（ステップＳ１８→Ｓ１９→Ｓ２０→Ｓ２１）。また、目標ループ回数ＬＣに達していなくても、リチウムイオン電池３の電圧が下限電圧値以下になった場合には鉛電池４の放電が行われる（ステップＳ１４→Ｓ２０→Ｓ２１）。前記目標ループ回数ＬＣに達した以降あるいはリチウムイオン電池３が下限電圧値以下になった場合の鉛電池４の放電は、充電時と同様に、タイマー時間Ｔ３（鉛電池４の継続使用時間として予め設定された時間）行われ、その後は、タイマー時間Ｔ１（スイッチ９の切換えを見込んだ時間）およびタイマー時間Ｔ２（デューティ比に応じて設定される一回のループ時間）のリチウムイオン電池３の放電、タイマー時間Ｔ３の鉛電池４の放電が、ＬＥＤ照明５が停止するまで繰り返される（ステップＳ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６～Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ１４→Ｓ１５→Ｓ１６→Ｓ１７→Ｓ１８→Ｓ１９→Ｓ２０→Ｓ２１→Ｓ２・・・、あるいはステップＳ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６～Ｓ１２→Ｓ１３→Ｓ１４→Ｓ２０→Ｓ２１→Ｓ２・・・）。

次いで、図５に、電池制御部６の回路図を示すが、本実施の形態では、制御器８には前述したようにワンチップマイコンが用いられている。また、スイッチ９はＰ型の第一～第四ＭＯＳＦＥＴ１２～１５を用いて構成されており、第一、第二ＭＯＳＦＥＴ１２、１３はリチウムイオン電池３のＯＮ、ＯＦＦ（コントローラ７への接続、切断）を切換え、第三、第四ＭＯＳＦＥＴ１４、１５は鉛電池４のＯＮ、ＯＦＦを切換える。リチウムイオン電池３用、鉛電池４用にそれぞれ二個づつ用いられているのは、ＦＥＴ内部Ｄ－Ｓ間に形成されるダイオード（ボディダイオード、寄生ダイオード）を無効化するためである。さらに、図５において、１６は第一ＭＯＳＦＥＴ１２に接続される識別用ＬＥＤであって、該識別用ＬＥＤ１６は、リチウムイオン電池３がＯＮ、鉛電池４がＯＦＦ（リチウムイオン電池モード）のときに点灯、リチウムイオン電池３がＯＦＦ、鉛電池４がＯＮ（鉛電池モード）のときに消灯することで、動作状態を識別することができるようになっている。さらに、リチウムイオン電池３がＯＮのときの電圧測定は、制御器８のＡ／ＤコンバータであるＡＮ２端子で行われるように構成されている。さらに、図５において、１０は前述したデューティ比測定回路１０である。また、１７、１８は制御器８に接続される第一、第二スイッチであって、本実施の形態では、該第一、第二スイッチ１７、１８で負荷種類４通りを選択できるようになっている。

叙述の如く構成された本実施の形態において、ソーラー照明システム（ソーラーシステム）１は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するソーラーパネル（発電部）２と、該ソーラーパネル２の発電で充電される二次電池３、４と、これら二次電池３、４を電源とし、一日を一サイクルとして駆動（点灯）、停止（消灯）するＬＥＤ照明（駆動部）５と、前記ソーラーパネル２およびＬＥＤ照明５に接続され、ＬＥＤ照明５に対する給電制御を行うコントローラ７とを備えて構成されているが、前記二次電池３、４としては、主として用いるリチウムイオン電池３（第１二次電池）と、従として用いる鉛電池４（第２二次電池）との２種類の二次電池が用いられているとともに、これらリチウムイオン電池３、鉛電池４のうち何れか一方をコントローラ７に選択的に接続して該接続された一方のリチウムイオン電池３または鉛電池４の充電制御および放電制御を行う電池制御部６が設けられている。そして、該電池制御部６は、リチウムイオン電池３の目標寿命とＬＥＤ照明５の負荷量（負荷電流）とに基づいてリチウムイオン電池３の一サイクル分の目標放電時間（本実施の形態では、目標放電時間に応じて設定される制御フローの目標ループ回数ＬＣ）を設定する目標放電時間設定手段と、一サイクル内でのリチウムイオン電池３の放電時間を計数するための計数手段（計数器）とを備え、ＬＥＤ照明５の駆動（点灯）時に、前記計数器により計数されたリチウムウオン電池３の放電時間が前記目標放電時間設定手段により設定された一サイクル分の目標放電時間に達するまで（本実施の形態では、制御フローの計数ループの通過回数が目標ループ回数ＬＣに達するまで）はリチウムイオン電池３をコントローラ７に接続してリチウムイオン電池３の放電を行う一方、目標放電時間に達した以降（本実施の形態では、制御フローの計数ループの通過回数が目標ループ回数ＬＣに達した以降）は鉛電池４をコントローラ７に接続して鉛電池４の放電を行う構成となっている。これにより、主として用いるリチウムイオン電池３の一サイクル分の放電時間を、リチウムイオン電池３の目標寿命とＬＥＤ照明５の負荷量とに基づいて設定された目標放電時間内とすることができて、リチウムイオン電池３を目標寿命まで確実に使用できることになる。一方、従として用いる鉛電池４は、一サイクル内においてリチウムイオン電池３の目標放電時間内の放電だけでは不足する場合に該不足分を補うための放電を行うことになるから、リチウムイオン電池３の目標寿命までの不足分に対応できる容量、数の鉛電池４を用いれば良いことになる。そして、この場合に、リチウムイオン電池３および鉛電池４の容量や数を、リチウムイオン電池３の目標寿命を確保できる範囲で最も安価となるように選ぶことで、所望の交換時期（目標寿命）を得ることができるとともに低コスト化を達成できる。

さらにこのものにおいて、電池制御部６は、ＬＥＤ照明５の駆動時に、リチウムイオン電池３の電圧が予め設定される下限電圧値以下となった場合には、目標放電時間に達していなくても鉛電池４をコントローラ７に接続して鉛電池４の放電を行う構成であるから、雨天等でソーラーパネル２が発電不足となってリチウムイオン電池３の充電が不十分となってしまったような場合であっても、リチウムイオン電池３の過放電を確実に回避することができる。

さらにこのものにおいて、電池制御部６は、ＬＥＤ照明５の停止時に、リチウムイオン電池３の電圧が予め設定される上限電圧値に達するまではリチウムイオン電池３をコントローラ７に接続してリチウムイオン電池３の充電を行う一方、上限電圧値に達した以降は、鉛電池４をコントローラ７に接続して鉛電池４の充電を行う構成となっており、これにより、主として用いるリチウムイオン電池３の充電を優先して行えるとともに、リチウムイオン電池３が上限電圧値に達した以降は従として用いる鉛電池４の充電も行われることになる。

しかも、前記電池制御部６は、リチウムイオン電池３のコントローラ７接続中にＬＥＤ照明５の駆動、停止の判断を行う構成になっているとともに、ＬＥＤ照明５の駆動時に、目標放電時間に達した以降あるいはリチウムイオン電池３の電圧が下限電圧値以下となった場合であっても、あるいはＬＥＤ照明５の停止時に、リチウムイオン電池３が上限電圧値に達した以降であっても、予め設定される設定時間（鉛電池４の継続使用時間として予め設定されたタイマー時間Ｔ３）ごとにリチウムイオン電池３をコントローラに接続してＬＥＤ照明５の駆動、停止の判断を行う構成となっており、これにより、ＬＥＤ照明５の駆動、停止に応じた放電、充電制御の切換えを確実且つ遅延なく行うことができる。

本発明は、二次電池を備えたソーラーシステムにおいて、特性の異なる２種類の二次電池を併用する場合に利用することができる。

１ソーラー照明システム
２ソーラーパネル
３リチウムイオン電池
４鉛電池
５ＬＥＤ照明
６電池制御部
７コントローラ
８制御器
９スイッチ

Claims

太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部と、
前記発電部の発電で充電される二次電池と、
該二次電池を電源とし、一日を一サイクルとして駆動、停止する駆動部と、
前記発電部および駆動部に接続され、駆動部に対する給電制御を行うコントローラとを備えてなるソーラーシステムにおいて、
前記二次電池は、主として用いる第１二次電池と、該第１二次電池とは特性が異なり従として用いる第２二次電池との２種類の二次電池を用いる一方、これら第１、第２二次電池のうち何れか一方を前記コントローラに選択的に接続して該接続された一方の二次電池の充電制御および放電制御を行う電池制御部を設けるとともに、
該電池制御部は、
第１二次電池の目標寿命と駆動部の負荷量とに基づいて第１二次電池の一サイクル分の目標放電時間を設定する目標放電時間設定手段と、一サイクル内での第１二次電池の放電時間を計数するための計数手段とを備え、駆動部の駆動時に、前記計数手段により計数された第１二次電池の放電時間が前記目標放電時間設定手段により設定された目標放電時間に達するまでは第１二次電池をコントローラに接続して第１二次電池の放電を行う一方、目標放電時間に達した以降は第２二次電池をコントローラに接続して第２二次電池の放電を行うことを特徴とする二次電池使用システム。
請求項１において、電池制御部は、駆動部の駆動時に、第１二次電池の電圧が予め設定される下限電圧値以下となった場合には、目標放電時間に達していなくても第２二次電池をコントローラに接続して第２二次電池の放電を行うことを特徴とする二次電池使用システム。
請求項１または２において、電池制御部は、駆動部の停止時に、第１二次電池の電圧が予め設定される上限電圧値に達するまでは第１二次電池をコントローラに接続して第１二次電池の充電を行う一方、上限電圧値に達した以降は、第２二次電池をコントローラに接続して第２二次電池の充電を行うことを特徴とする二次電池使用システム。
請求項１乃至３の何れか一項において、電池制御部は、第１二次電池のコントローラ接続中に駆動部の駆動、停止を判断する駆動判断手段を備える一方、駆動部の駆動時に、目標放電時間に達した以降あるいは第１二次電池の電圧が下限電圧値以下となった場合、あるいは駆動部の停止時に、第１二次電池の電圧が上限電圧値に達した以降であっても、予め設定される設定時間ごとに第１二次電池をコントローラに接続して駆動判断手段による駆動部の駆動、停止の判断を行うことを特徴とする二次電池使用システム。