JPH1155870A

JPH1155870A - 太陽電池を用いた充電装置

Info

Publication number: JPH1155870A
Application number: JP9223030A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Inoue; 義教井上
Original assignee: DX Antenna Co Ltd
Current assignee: DX Antenna Co Ltd
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】少なくとも小電力負荷を正常に動作させるこ
とができる【解決手段】１台の太陽電池10から充電される複数の
電気二重層コンデンサ16、22が設けられている。電気二
重層コンデンサ16は、充電時間が短く、電気二重層コン
デンサ22は、充電時間が長い。電気二重層コンデンサ16
が、小電力負荷24に電力を供給し、電気二重層コンデン
サ22が大電力負荷26に電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、充電装置に関し、
特に太陽電池によって充電される充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽電池によって充電される充電
装置を使用した機器としては、例えば、図４に示すよう
なものがある。この機器では、１台の太陽電池２が逆流
防止用のダイオード４を介して蓄電器６を充電する。こ
の蓄電器６が、全負荷８に電力を供給する。全負荷８
は、例えばライトのような負荷８ａと、この負荷８ａを
制御する制御回路８ｂとを、備え、負荷８ａ、制御回路
８ｂ共に、蓄電器６から電力供給を受けている。蓄電器
６としては、負荷８ａと制御回路８ｂとに電力を供給す
るものであるので、比較的大容量のものが使用されてい
る。そのため、蓄電器６は、満充電状態とするのに時間
が長くかかる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような機
器では、蓄電器６を充分に充電するには、比較的長時間
がかかる。しかるに、日照時間が短いと、蓄電器６の充
電が不完全であり、負荷８ａ、制御回路８ｂが正常に動
作しないという問題点がある。また、蓄電器６が満充電
であっても、何日も曇天が続くと、蓄電器６は放電する
だけであり、やがて負荷８ａ、制御回路８ｂが正常に動
作しなくなる。また、例えば負荷８ａがライトのような
ものであれば、電力供給が不足しても、或る程度は動作
させることができるが、制御回路８ｂが電力不足によっ
て正常に動作しなくなると、なんとか動作させることが
できるライトのような負荷８ａまでもが正常に動作しな
くなる。

【０００４】一般に、制御回路等は、その消費電力が少
ない小電力負荷である。従って、比較的短時間で充電で
きる蓄電手段を、小電力用負荷の電源として使用するこ
とができる。本発明は、この点を利用して、少なくとも
１台の太陽電池しか使用していないにもかかわらず、少
なくとも小電力負荷を正常に動作させることができる充
電装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、１台の太陽電池と、この
太陽電池から充電される複数の蓄電手段とを有してい
る。蓄電手段には、充電時間が短い第１の蓄電手段と蓄
電能力の大きい第２の蓄電手段とが含まれている。第１
の蓄電手段から電力が供給される小電力負荷と、第２の
蓄電手段から電力が供給される大電力負荷とを含む複数
の負荷とが設けられている。前記小電力負荷は前記大電
力負荷を制御する。

【０００６】請求項１記載の発明によれば、第１の蓄電
手段は、比較的短時間で満充電状態にできる。また、第
１の蓄電手段から電力供給を受ける小電力負荷は、その
消費電力が小さい。従って、一旦、満充電にされた第１
の蓄電手段は、以後、曇天等により充分な充電が行えな
くても、小電力負荷を長期にわたって正常に動作させる
ことができる。特に、小電力負荷が、大電力負荷を制御
するものであるので、天候の影響を受けても、大電力負
荷の制御が正常に行われる。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記小電力負荷が、第２の蓄電手段の充電
状態の検出手段と、この検出手段の検出結果に応じて前
記大電力負荷への第２の蓄電手段からの電力供給状態を
制御する制御手段とを、具備している。

【０００８】請求項２記載の発明によれば、小電力負荷
が、第２の蓄電手段の充電状態を検出する検出手段を有
しているので、例えば曇天が比較的長期にわたって、第
２の蓄電手段が充分に充電できていないときには、その
検出結果に応じて、小電力負荷の制御手段が大電力負荷
での電力消費を減少させ、大電力負荷の停止を防止でき
る。

【０００９】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
発明において、第２の蓄電手段が、直列に接続された複
数の蓄電部分を有し、かつ前記太陽電池の両電極間に接
続され、第１の蓄電手段が、第２の蓄電手段の一部の前
記蓄電部分に接続されている。

【００１０】請求項３記載の発明によれば、単独で充電
した場合には充電時間が長い第２の蓄電手段が充電され
ている際に、それの一部の蓄電部分から、単独で充電し
た場合には充電時間が短い第１の蓄電手段に充電が行わ
れるので、第１の蓄電手段の充電が速く行われる。例え
ば、単独で充電した場合には充電時間が短い第１の蓄電
手段と、単独で充電した場合には充電時間が長い第２の
蓄電手段とを、並列に接続して、充電すると、第２の蓄
電手段の影響を受けて、第１の蓄電手段の充電時間が長
くなる。この影響を避けるために、請求項３記載の発明
のように構成されている。

【００１１】請求項４記載の発明は、複数の太陽電池
と、複数の蓄電手段と、複数の負荷とを有している。複
数の太陽電池は、発電能力の小さい第１の太陽電池と、
発電能力の大きい第２の太陽電池とを含んでいる。複数
の蓄電手段は、第１の太陽電池によって充電される充電
時間が短い第１の蓄電手段と、第２の太陽電池によって
充電される第１の蓄電手段よりも充電時間が長い第２の
蓄電手段と、第２の太陽電池によって充電される第２の
蓄電手段よりも充電時間が長い第３の蓄電手段とを含ん
でいる。複数の負荷は、第１の蓄電手段から電力が供給
される小電力負荷と、第２の蓄電手段から電力が供給さ
れる中電力負荷と、第３の蓄電手段から電力が供給され
る大電力負荷とを、有している。前記小電力負荷は、前
記中電力及び大電力負荷を制御する。

【００１２】請求項４記載の発明では、第１の蓄電手段
は、比較的短時間で満充電状態にできる。また、第１の
蓄電手段から電力供給を受ける小電力負荷は、その消費
電力が小さい。従って、一旦、満充電にされた第１の蓄
電手段は、以後、曇天等により充分な充電が行えなくて
も、小電力負荷を長期にわたって正常に動作させること
ができる。特に、小電力負荷が、中電力負荷と大電力負
荷を制御するものであるので、天候の影響を受けても、
中電力負荷と大電力負荷の制御が正常に行われる。ま
た、第２の蓄電手段と第３の蓄電手段とを比較すると、
第２の蓄電手段の方が短い時間で満充電状態になる。ま
た、第２の蓄電手段から電力供給を受ける中電力負荷
は、第３の蓄電手段から電力供給を受ける大電力負荷よ
りも電力消費が小さい。従って、第２の蓄電手段が満充
電になると、以後、曇天等により第２の蓄電手段が充分
に充電されなくても、中電力負荷を正常に動作させるこ
とができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態は、図
１に示されているように、１台の太陽電池１０を有して
いる。この太陽電池１０は、後述するような２つの蓄電
手段を充電するのに充分な能力を有するものである。

【００１４】この太陽電池１０の一方の電極は、逆流防
止用ダイオード１２、電流制限用抵抗器１４を介して第
１の蓄電手段、例えば充電可能な二次電池、より詳しく
は電気二重層コンデンサ１６の一方の電極に接続されて
いる。この電気二重層コンデンサ１６の他方の電極及び
太陽電池１０の他方の電極は、接地されている。また、
太陽電池１０の一方の電極は、逆流防止用ダイオード１
８、電流制限用抵抗器２０を介して第２の蓄電手段、例
えば充電可能な二次電池、より詳しくは電気二重層コン
デンサ２２の一方の電極に接続されている。この電気二
重層コンデンサ２２の他方の電極も、電気二重層コンデ
ンサ１６の他方の電極と同様に接地されている。

【００１５】電気二重層コンデンサ１６の容量をＦ１、
耐圧をＶ１とし、同じく電気二重層コンデンサ２２の容
量をＦ２、耐圧をＶ２とし、太陽電池１０の無負荷開放
電圧をＶｓとすると、Ｖｓ≧Ｖ２≧Ｖ１、Ｆ２＞Ｆ
１の関係が成立するように、電気二重層コンデンサ１
６、２２は、構成されている。

【００１６】従って、電気二重層コンデンサ１６が、電
気二重層コンデンサ２２よりも蓄電能力が小さく、単独
で充電した場合、満充電にするために要する時間は、電
気二重層コンデンサ１６の方が電気二重層コンデンサ２
２よりも短い。なお、電気二重層コンデンサは、他の二
次電池、例えば鉛バッテリーやニッケルカドミウム電池
よりも、充電時間が短いが、蓄積エネルギーは、上記の
他の二次電池よりも小さい。よって大エネルギーを必要
とする場合には、鉛バッテリーやニッケルカドミウム電
池を電気二重層コンデンサ２２に代えて使用できる。

【００１７】電気二重層コンデンサ１６の電力が、小電
力負荷２４に供給され、電気二重層コンデンサ２２の電
力が大電力負荷２６に供給されている。大電力負荷２６
は、例えばライトのような負荷２６ａと、例えばこれを
駆動するインバータ回路のような駆動回路２６ｂとを有
している。従って、大電力負荷２６の消費電力は、比較
的大きい。小電力負荷２４は、例えばマイクロコンピュ
ータ２４ａによって構成された制御回路２４ａと、例え
ば周囲が薄暗くなったことを検出するホトダイオードま
たはホトトランジスタのようなセンサ２４ｂとを、有し
ている。制御回路２４ａは、センサ２４ｂが周囲が薄暗
くなったことを検出したとき、駆動回路２６ｂに負荷２
６ａを駆動させる。従って、小電力負荷２４の消費電力
は、大電力負荷２６の消費電力よりも格段に小さい。

【００１８】また、制御回路２４ａは、電気二重層コン
デンサ２２の出力電圧を検出し、電気二重層コンデンサ
２２の充電状態を検出する検出手段２８として機能する
プログラムを備えている。また、この検出手段２８が、
電気二重層コンデンサ２２の充電状態が不十分であるこ
とを検出したとき、駆動回路２６ｂに負荷２６ａでの電
力消費を減少させるように指令を送る制御手段、例えば
調光制御手段３０として機能するプログラムも有してい
る。電力消費を減少させたことにより、負荷２６ａがラ
イトであると、その輝度が減少する。即ち、調光機能を
有している。

【００１９】この実施の形態によれば、上述したように
電気二重層コンデンサ１６、２２の関係を定めているの
で、電気二重層コンデンサ１６は、比較的短時間で、満
充電状態になり、電気二重層コンデンサ２２は、電気二
重層コンデンサ１６よりも長い時間で、満充電状態にな
る。従って、日照時間が比較的短くても、電気二重層コ
ンデンサ１６を満充電状態にできる。また、小電力負荷
２４の消費電力が小さいので、電気二重層コンデンサ１
６は、満充電状態になると、例えば３乃至４日間にわた
って充電が行われなくても、正常に小電力負荷２４を動
作させることができるように容量を選択している。従っ
て、制御回路２４ａが、それの電力不足が原因で、負荷
２６ａに不安定な動作をさせたり、負荷２６ａに誤動作
させるようなことがない。３乃至４日という期間は、通
常、最長でもこの程度しか、曇天または雨天の日が継続
することはないという見通しから定められている。安全
を見込んで、７乃至１０日程度の期間、充電が行われな
くても正常に小電力負荷２４を動作させることができる
ように、電気二重層コンデンサ１６の容量等を設定する
こともできる。

【００２０】また、例えば、電気二重層コンデンサ１６
は、満充電であるが、電気二重層コンデンサ２２が満充
電の状態から曇天の日が継続したり、或いは電気二重層
コンデンサ２２が満充電になる前に、曇天になったりし
た場合、制御回路２４ａの検出手段２８が、電気二重層
コンデンサ２２の充電が充分に行われていないことを検
出する。このとき、調光制御手段３０が、駆動回路２６
ｂに対して、ライトのような負荷２６ａが、今まで１０
０パーセントの輝度に発光していたのを、例えば５０パ
ーセントの輝度で発光するように、負荷２６ａの駆動状
態を変更させる。これによって、大電力負荷２６での消
費電力が減少し、ライトのような負荷２６ａが非作動状
態になることを防止できる。無論、検出手段２８の検出
結果に基づいて、電気二重層コンデンサ２２が充分に充
電されていると判断されたとき、調光制御手段３０は、
ライトのような負荷２６ａが１００パーセントの輝度で
発光するように、駆動回路２６ｂに指令を送る。

【００２１】このような制御は、例えば蓄電器が１個の
場合でも可能である。しかし、蓄電器の電圧が低下して
も、少なくとも制御回路２４ａに供給する電圧が一定に
なるような回路を設ける必要があり、小電力負荷２４の
回路構成が複雑になる。

【００２２】この実施の形態では、蓄電手段として電気
二重層コンデンサ１６、２２を使用したが、例えば充電
時間が短い必要のある第１の蓄電手段にのみ電気二重層
コンデンサ１６を使用し、充電時間が長くてもよい第２
の蓄電手段に、他の二次電池、例えばニッケルカドミウ
ム電池を使用することもできる。或いは、充電時間は共
に長くなるが、両蓄電手段に、例えばニッケルカドミウ
ム電池のような二次電池を使用することもできる。

【００２３】上記の実施の形態では、電気二重層コンデ
ンサ１６、２２を使用している。この場合、電気二重層
コンデンサ２２の方が多くの電流を大電力負荷２６に供
給しなければならないので、その内部抵抗値は、電気二
重層コンデンサ１６の内部抵抗値よりも小さい。そのた
め、図１のように両電気二重層コンデンサ１６、２２を
並列に接続して、太陽電池１０の両端に接続すると、電
気二重層コンデンサ１６の充電は、初期の段階（両電気
二重層コンデンサ１６、２２ともに未充電の段階）で
は、電気二重層コンデンサ２２の充電の進行の程には進
行しない。そこで、これを改善するため、例えば図２に
示すような第２の実施の形態とすることもできる。

【００２４】即ち、電気二重層コンデンサ２２を構成し
ている直列に接続された蓄電部分、例えばセルのうち、
複数のセル、例えば接地電位側に近いセル２２ａ、２２
ｂの両端に、電気二重層コンデンサ１６を逆流防止用ダ
イオード１２、電流制限用抵抗器１４を介して接続して
いる。この場合、セル２２ａ、２２ｂの部分の容量をＦ
３、耐圧をＶ３とし、電気二重層コンデンサ１６の容量
をＣ１、耐圧をＶ１とすると、Ｖ３＞Ｖ１で、Ｆ３≧Ｆ
１またはＦ１＞Ｆ３とすればよい。無論、この場合、電
気二重層コンデンサ１６の内部抵抗値は、電気二重層コ
ンデンサ２２の内部抵抗値よりも大きい。このように構
成することによって、初期の段階においても、電気二重
層コンデンサ１６を短い充電時間で充電することができ
る。なお他の構成は、第１の実施の形態と同一であるの
で、詳細な説明は省略する。

【００２５】上記の２つの実施の形態では、１台の太陽
電池１０を使用しているが、発電能力の異なる複数の太
陽電池を使用することもできる。例えば、図３に示す第
３の実施の形態のように、２つの太陽電池１０ａ、１０
ｂが使用される。太陽電池１０ａは、発電能力の小さい
もので、太陽電池１０ｂは、発電能力の大きいものであ
る。

【００２６】太陽電池１０ａは、逆流防止用ダイオード
１２、電流制限抵抗器１４を介して第１の蓄電手段、例
えば電気二重層コンデンサ１６に接続され、この電気二
重層コンデンサ１６を充電する。この電気二重層コンデ
ンサ１６から、図示していないが、小電力負荷、例えば
マイクロコンピュータに電力が供給されている。

【００２７】太陽電池１０ｂは、逆流防止用ダイオード
１１８、電流制限用抵抗器１２０を介して第２の蓄電手
段、例えば電気二重層コンデンサ１２２に接続され、電
気二重層コンデンサ１２２を充電している。この電気二
重層コンデンサ１２２から、図示していない中電力負荷
に電力が供給されている。

【００２８】太陽電池１０ｂは、逆流防止用ダイオード
２１８、電流制限用抵抗器２２０を介して第３の蓄電手
段、例えば電気二重層コンデンサ２２２に接続され、電
気二重層コンデンサ２２２を充電している。この電気二
重層コンデンサ２２２から、図示していない大電力負荷
に電力が供給されている。

【００２９】小電力負荷であるマイクロコンピュータ
は、中電力及び大電力負荷の動作状態を制御するもので
ある。また、各電気二重層コンデンサ１６、１２２、２
２２では、電気二重層コンデンサ１６が最も蓄電能力が
低く、次に電気二重層コンデンサ１２２が低く、電気二
重層コンデンサ２２２が最も蓄電能力が高い。従って、
電気二重層コンデンサ１６が最も短時間で満充電状態と
なり、次に電気二重層コンデンサ１２２が、短い時間で
満充電状態となり、電気二重層コンデンサ２２２が最も
長い時間で満充電状態となる。また、電気二重層コンデ
ンサ１６は、充電された状態から何日間にわたって、曇
天または雨天が続いた結果、充電が行われなくても、小
電力負荷を正常に動作させることができるように、小電
力負荷の大きさと、満充電にするのに要する時間とを考
慮して、その容量が、選択されている。

【００３０】このように構成されているので、電気二重
層コンデンサ１６は、比較的短時間で、満充電状態にな
り、電気二重層コンデンサ１２２、２２２は、電気二重
層コンデンサ１６よりも長い時間で、満充電状態にな
る。従って、日照時間が比較的短くても、電気二重層コ
ンデンサ１６を満充電状態にできる。また、マイクロコ
ンピュータ等の小電力負荷の消費電力が小さいので、電
気二重層コンデンサ１６は、満充電状態になると、長期
にわたって充電が行われなくても、正常に小電力負荷２
４を動作させることができる。従って、電力不足が原因
で、小電力負荷であるマイクロコンピュータが中電力負
荷や大電力負荷に不安定な動作をさせることがない。

【００３１】また、電気二重層コンデンサ１２２が、電
気二重層コンデンサ２２２よりも短時間で満充電状態と
され、また、中電力負荷は、大電力負荷よりも消費電力
が少ない。従って、曇天等が続いても、中電力負荷は、
大電力負荷よりも長期にわたって正常に動作する。

【００３２】また、第１の実施の形態と同様に、小電力
負荷であるマイクロコンピュータが、電気二重層コンデ
ンサ１２２、２２２の充電状態を検出し、充電率が低い
場合には、中電力負荷や大電力負荷での消費電力を減少
させるように、マイクロコンピュータが中電力負荷や大
電力負荷を制御することもできる。

【００３３】この実施の形態でも、電気二重層コンデン
サ１６、１２２、２２２に代えて、ニッケルカドミウム
電池等の二次電池を使用することもできる。また、電気
二重層コンデンサ１２２、２２２のみを二次電池に置換
することもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、第１の蓄電手段が、比較的短時間で満充電状態に
でき、第１の蓄電手段から電力供給を受ける小電力負荷
は、その消費電力が小さい。従って、一旦、充分に既に
充電されている第１の蓄電手段は、以後、曇天等により
充分な充電が行えなくても、小電力負荷を長期にわたっ
て正常に動作させることができる。特に、小電力負荷
が、大電力負荷を制御するものであるので、天候の影響
を受けて、第１の蓄電手段の充電が正常に行えなくて
も、大電力負荷の制御が正常に行われる。

【００３５】請求項２記載の発明によれば、小電力負荷
が、第２の蓄電手段の充電状態を検出する検出手段を有
しているので、第２の蓄電手段が充分に充電できていな
いとき、その検出結果に応じて、小電力負荷の制御手段
が大電力負荷での電力消費を減少させ、大電力負荷の停
止を防止できる。

【００３６】請求項３記載の発明によれば、単独で充電
した場合には充電時間が長い第２の蓄電手段が充電され
ている際に、それの一部の蓄電部分から、単独で充電し
た場合には充電時間が短い第１の蓄電手段に充電が行わ
れるので、第１の蓄電手段の充電が速く行われる。

【００３７】請求項４記載の発明では、第１の蓄電手段
は、比較的短時間で満充電状態にでき、第１の蓄電手段
から電力供給を受ける小電力負荷は、その消費電力が小
さい。従って、既に充分に充電されている第１の蓄電手
段は、以後、充分な充電が行えなくても、小電力負荷を
長期にわたって正常に動作させることができる。特に、
小電力負荷が、中電力負荷と大電力負荷を制御するもの
であるので、天候の影響を受けても、中電力負荷と大電
力負荷の制御が正常に行われる。また、第２の蓄電手段
と第３の蓄電手段とを比較すると、第２の蓄電手段の方
が短い時間で満充電状態になる。第２の蓄電手段から電
力供給を受ける中電力負荷は、第３の蓄電手段から電力
供給を受ける大電力負荷よりも電力消費が小さい。従っ
て、第２の蓄電手段が満充電になると、以後、曇天等に
より第２の蓄電手段が充分に充電されなくても、中電力
負荷を正常に動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の充電装置を備えた
機器のブロック図である。

【図２】同第２の実施の形態の充電装置を備えた機器の
一部のブロック図である。

【図３】同第３の実施の形態の充電装置を備えた機器の
ブロック図である。

【図４】従来の充電装置を備えた機器のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０１０ａ１０ｂ太陽電池１６電気二重層コンデンサ（第１の蓄電手段）２２電気二重層コンデンサ（第２の蓄電手段）２２ａ２２ｂセル（蓄電部分）２４小電力負荷２６大電力負荷１２２電気二重層コンデンサ（第２の蓄電手段）２２２電気二重層コンデンサ（第３の蓄電手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１台の太陽電池と、充電時間が短い第１の蓄電手段と充電時間が第１の蓄電
手段よりも長い第２の蓄電手段とを含み、前記太陽電池
から充電される複数の蓄電手段と、第１の蓄電手段から電力が供給される小電力負荷と、第
２の蓄電手段から電力が供給される大電力負荷とを含む
複数の負荷とを、具備し、前記小電力負荷は前記大電力負荷を制御する太
陽電池を用いた充電装置。
【請求項２】請求項１記載の太陽電池を有する充電装
置において、前記小電力負荷は、第２の蓄電手段の充電
状態の検出手段と、この検出手段の検出結果に応じて前
記大電力負荷への第２の蓄電手段からの電力供給状態を
制御する制御手段とを、具備する太陽電池を用いた充電
装置。
【請求項３】請求項１記載の太陽電池を用いた充電装
置において、第２の蓄電手段は、直列に接続された複数
の蓄電部分を有し、かつ前記太陽電池の両電極間に接続
され、第１の蓄電手段は、第２の蓄電手段の一部の前記
蓄電部分に接続されている太陽電池を用いた充電装置。
【請求項４】発電能力の小さい第１の太陽電池と、発
電能力の大きい第２の太陽電池とを含む複数の太陽電池
と、第１の太陽電池によって充電される充電時間の短い第１
の蓄電手段と、第２の太陽電池によって充電される第１
の蓄電手段よりも充電時間が長い第２の蓄電手段と、第
２の太陽電池によって充電される第２の蓄電手段よりも
充電時間が長い第３の蓄電手段とを含む複数の蓄電手段
と、第１の蓄電手段から電力が供給される小電力負荷と、第
２の蓄電手段から電力が供給される中電力負荷と、第３
の蓄電手段から電力が供給される大電力負荷とを、有す
る複数の負荷とを、具備し、前記小電力負荷は、前記中電力及び大電力負荷
を制御する太陽電池を用いた充電装置。