JPS58148631A - 太陽電池電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は太陽電池電源装置２％に補助蓄電池を有する
太陽電池電源装置に関するものである。

太陽電池電源装置は大容量の蓄電池によシ太陽エネルギ
ーの季節変動を吸収しているが、気候の長期変動により
太陽エネルギーがいちじるしく低下した年などには、蓄
電池が放電して電力供給が停止する恐れがある。この電
力供給停止をさけるだめ、蓄電池の電気量低下を詩画に
検知し、可搬発電機等により蓄電池を充電する対策がと
られている。しかしながら低放電率で使用される大容量
蓄電池の場合は、完全放電に到るまでほぼ定電圧特性を
保つため、完全放電以前にこれを予知することは困難で
ある。このために従来は主蓄電池の他に補助電池（容量
はふつう主蓄電池の３０チ程度）を置き２通常主蓄電池
の電気量を負荷に供給し、主蓄電池の電気量が低下する
と主蓄電池の端子電圧が急激に低下するので、これを検
知することにより負荷を補助電池に切替えると同時に、
主蓄電池放電の警報を送出する方法がとられている。

しかしながらこの補助蓄電池には自己放電があり、長期
間の待機層に主電池より切替えられた場合には必要な電
気量を保持しているとはかぎらず補助電池の信頼性が低
下する。そのため補助電池に二次電池を使用して太陽電
池出力で補充充電を行わせるには、補助電池に加わる充
電電圧を常に主蓄電池よυ高く保っておく必要すなわち
多くの太陽電池を用いる必要があり、不経済である。

したがってこの発明の目的は、補助電池を充電するだめ
の電源を主蓄電池よシ常に高く保っておく必要もなく、
而もその電気量を常に最大値に保つことができるような
信頼性の高い太陽電池電源装置を得ようとするものであ
る。

本発明は上記の目的を達成するために、１日の太陽電池
の発電電力を補助蓄電池および主蓄電池の充電に時間的
な配分を行うようにしたものである０ 本発明によれは、太陽光エネルギーを直接電気エネルギ
ーに変換する太陽電池と、変換された電気エネルギーを
蓄える主蓄電池および補助蓄電池と、前記主蓄電池が所
定の値まで放電した時に負荷への電力供給を前記主蓄電
池から前記補助蓄電池に切替える手段とを備えた太陽電
池電源装置において、毎朝の日の出のあと最初に補助蓄
電池の自己放電量を充電し、そのほぼ最大量まで充電し
たら前記主蓄電池に充電を切替える手段と、太陽光不足
によシ主蓄電池が前記所定の値まで放電した時に充電を
自動的に前記補助蓄電池に切替える手段と、このあと太
陽光エネルギーが回復し前記補助蓄電池に必要な充電電
力以上の発電が得られた場合は充電を前記主蓄電池に切
替える手段と。

この充電の切替によシ前記主蓄電池が１００チ充電に到
達した場合に自動的に初期状態に戻す手段とを有するこ
とを特徴とする太陽電池電源装置が得られる。

この発明は前述のように主蓄電池と補助蓄電池の２系統
の電力貯蔵器を持つ太陽電池電源装置において、主蓄電
池の貯蔵電気量が低下した時に主蓄電池の充電等による
回復措置がとられる間、電力の供給を補償する補助蓄電
池の内部自己放電を日照時間帯の時間配分により自動的
に補償充電を行い、常に補助蓄電池の蓄電電気量を最大
値に保つ機能と共に、主蓄電池の放電完了時に補助蓄電
池を自動切替を行い、更に補助蓄電池に切替后の糸 太陽電池の艙剰発電電力は主蓄電池の回復充電に流用し
、これによシ主蓄電池の充電が完了した時に自動的に初
期の主蓄電池より電力を負荷に供給する状態に復帰する
ようにしたものであり、而してこれらの状態の検出は両
替電池の端子電圧の検出のみで実現したものである。

次に図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例である太陽電池電源装置の構
成を示した図である。第１図において。

太陽電池Ｇと、この発電電力を′蓄える主蓄電池Ｅ及び
補助蓄電池Ｆと、充放電を開閉する開閉器Ｈ，Ｉ、Ｊ及
びＫとは主電力供給回路部１１を構成しく図の上部）、
太陽電池Ｇにより発電された電力は一度主蓄電池Ｅ又は
補助蓄電池Ｆに充電され。

開閉器Ｊ又はＫを通じて負荷りに直流電力を供給する０
この回路の充放電開閉器を制御するために。

太陽電池発電電圧Ｖｇの検出の電圧検出器Ａ、補補助路
終止電圧ｄの検出器りから成る電圧検出部１２と、ＲＳ
タイプのフリップフロップＱ１〜Ｑ３９反転回路Ｑ４と
Ｑ７＋およびオア回路Ｑ５とＱ６からなる制御論理回路
部１３と、開閉器ｈ＋ｉ＋ｊ＋にとから構成される開閉
駆動部１４が設けられている。

各開閉器ｈ−にの出力は主電力供給回路部１１の開閉器
Ｈ〜Ｋに接続されていることを示す。

上記において、電圧検出器Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄはいずれも入
力電圧が設定電圧を越えた時にそれぞれの出力端子から
送出される制御信号Ｂ−ｄが低電位（Ｌ）から高電位（
Ｈ）に変わるものとし、それらのうちＡ、Ｄは連続の制
御出力、　Ｂ、Ｃは瞬間の制御出力とする。又フリップ
フロップＱＩ　Ｑ２　ＱｓにおいてはＳ（セット）端子
、が（Ｌ）から（Ｈ）に変化した時にＱ端子は（Ｌ）か
ら（Ｈ）にＱ端子は（Ｈ）から（りにそれぞれ変り、こ
の状態はＲ（’Ｊセ、ト）端子が（Ｌ）゛から（Ｈ）に
変化するまで継続し、Ｒ端子が（Ｌ）から（Ｈ）に変化
したときに元の状態に復帰するものとする。又開閉駆動
部１４においては、各開閉器Ｈ〜には入力が（Ｈ）のと
き閉じ、（Ｌ）の時開くものとする。

第２図は第１図の装置の動作を説明するための図である
。第２図において、太陽電池発電電圧■２が出力し始め
る時点は日の出の時刻をあられしている。なお上に説明
した開閉器Ｈ−にの動作をあられすのに、入力が（Ｈ）
のとき、すなわち閉じているとき、は斜線を施しである
。そして本装置の初期条件は主蓄電池Ｅ及び補助蓄電池
Ｆの両方とも定格の１００％の電気量を保有している状
態で負荷りが接続されたとする。

第２図（１）は正常動作状態を示し２日の出前は電圧検
出器Ａの出力信号ａが（Ｌ）のだめフリップフロッグＱ
ｌ　　、Ｑ２はともにリセットされ１いるヒ ので、開閉器Ｈ，Ｉは開き、蓄電池Ｅ及び〆が太陽電池
Ｇの逆方向洩れ電流により放電するのを防止する。又主
蓄電池Ｅの端子電圧Ｖｅは放電終止電圧Ｖｄよシ高いの
で、開閉器Ｊが閉じＫが開き、主蓄電池Ｅから負荷りに
電力が供給されている。日が出ると太陽光が太陽電池Ｇ
の表面を照射すると起電圧Ｖｇが生じ、この起電圧ｖｇ
を電圧検出器Ａが検出し、電圧が設定電圧ｖａを越すと
出力信号ａを（搏にする。これによりフリップフロツノ
Ｑ１がセットされ、開閉器Ｈが閉じ、補助蓄電池Ｆの充
電が４係程度（開放電圧で７７％程度）にしておけはよ
い。補助蓄電池Ｆの放電量は１日の内部自己放電量のみ
であるから僅かな太陽光で急速に充電が進み、補助蓄電
池Ｆの出力電圧Ｖｆは短時間に充電終止電圧ｖｂに達す
る。これを電圧検出器Ｂで検出し。

出力信号すとして（Ｈ）−ｆルスを送出して７す、ノフ
ロップＱ１をリセットし、開閉器Ｈを開き、同時にフリ
ツノフロ１．プＱ２をセットして開閉器■を閉じ、太陽
光による主蓄電池Ｅの充電が開始する。主蓄電池Ｅは夜
間に負荷りに電力を供給する。

ために補助蓄電池Ｆよシ放電量か多いので充電に長時間
を要する。そして日没で太陽電池出力ｖｇが電圧検出器
Ａの設定値電圧ｖａよシ小さくなると。

その出力制御信号ａはゼロとなり、フリップフロップＱ
１．Ｑ２ともリセットされ２日の出前の状態第２図（２
）は太陽エネルギーが大きい錬節で夜間において主蓄電
池Ｅから負荷りへの放電量より日中における逆の充電量
の方が大きくなる場合の状態を示した図である。この時
は主蓄電池Ｅの過充電を防止するだめ日照時間の途中で
充電を中止する必要がある。日の出から主蓄電池Ｅの充
電開始までは第２図（１）と同じであるが、充電の進行
によシ主蓄電池Ｅの端子電圧Ｖｇが充電終止電圧Ｖ。

を越えると電圧検出器Ｃが動作し、出力信号Ｃに（Ｈ）
パルスを送出する。これによりフリツノフロ、プＱ２が
リセットされ、開閉器Ｉが開き主蓄電池Ｅの充電を中止
する。この時に７リツプフロツゾＱ３にもリセット信号
が加えられるが、フリ。

プフロップＱ３はリセット状態なので、開閉器Ｊの閉の
状態、にの開の状態に変化がない。

第２図（３）は昼間の太陽電池Ｇの発電量が負荷りの消
費電力を下回る状態が継続する場合の動作状態をあられ
す図である。この時は主蓄電池Ｅの蓄電量が次第に減少
してついには完全放電状態に到る。本図では主蓄電池Ｅ
の蓄電量が減少し日の出前に端子電圧が放電終止電圧Ｖ
ｄに達した例を示し、電圧検出器りがＶｅ＜Ｖｄを検出
し、出力信号ｄに（りを送出する。この信号は反転回路
Ｑ１でし 反転夕、ノリツブフロップＱ３をセットすることにより
開閉器Ｊを開きＫを閉じ、完全充電状態にある補助蓄電
池Ｆに負荷りが切替えられる。この状態に於いても補助
蓄電池Ｆの必要充電量を、上進る太陽電池Ｇの発電量が
ある場合には、電圧検出器Ｂの動作によシ開閉器Ｈが開
き工が閉じて太陽電池Ｇの発電電力が主蓄電池Ｅの回復
充電に転用され、エネルギーの利用効率が向上される。

第２図（４）は負荷が主蓄電池Ｆに切替った后。

太陽電池Ｇの発電量が急速に回復して来て主蓄電池Ｅの
回復充電が急速に進み、ついに主蓄電池Ｅが完全充電に
到達した場合を示している。すなわち主蓄電池Ｅの回復
充電が進行しその出力電圧■８が充電終止電圧ｖｃより
大きくなると電圧検出器Ｃが動作し、制御信号Ｃに（Ｈ
）を送出し、これによりフリップフロップＱ３をリセッ
トする。このフリツノフロップＱ３のリセットによシミ
圧検出器Ｊは閉、には開の初期状態に自動的に復帰する
。

以上の動作から分るように、この太陽電池発電装置は、
蓄電池の充電終止電圧と放電終止電圧を精度よく且安定
して検出し検出した電圧値をもとに制御を行うもので、
あらゆる形式の二次電池に応用できる。特に充放電に対
し電解液の比重変化のないアルカリニ次電池や比重測定
が出来ない密べい形又は乾式の二次電池にも適用可能で
ある。

更に補助蓄電池の内部自己放電を常に補償充電している
ので装置の信頼度４ｉＩ”ｌ上し、主蓄電池力；完全放
電后も補助蓄電池の充電余剰電力を主蓄電池の回復充電
に利用することよシ、エネルギーの利用効率が極めて向
上し、従来形の装置と同等の信頼度を得るのに設計マー
ジンを大幅に切シつめることが可能で、経済的な設計と
省エネルギー化が実現される。しだがって、この発明に
よる太陽電池電源装置は、高い信頼性が要求される有、
無線通信回線の無人中継所、鉄道又はパイプライン上の
無人データー収集装置、及びロボット観測点等の、商用
電源が得られず又燃料の供給が困難な遠隔地に設置され
る電気設備に使用され、無尽蔵ではあるが不安定な太陽
光エネルギーを信頼度の高い電力供給源として利用が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である太陽電池電源装置の構
成を示した図、第２図は第１図の装置における（１）、
（２）、（３）、および（４）で区分した動作を説明す
るだめの図である。 記号の説明：１１は主電力供給回路部、１２は電圧検出
部、１３は制御論理回路部、１４は開閉駆動部、Ａは太
陽電池発電電圧検出器：Ｂは補助Ｅは主蓄電池、Ｆは補
助蓄電池、Ｇは太陽電池Ｈは補助蓄電池充電開閉器（又
はその状態）、Ｉは主蓄電池充電開閉器（又はその状態
）、Ｊは主蓄電池放電開閉器（又はその状態）、には補
助蓄電池放電開閉器（又はその状態）、Ｌは負荷。 ｖｂはＦの充電終止電圧、ｖｃは充電終止電圧、Ｖｄは
放電終止電圧、■８はＥの端子電圧、　ＶｆはＦの端子
電圧＋　ａ＋１）１ｅｌ及びｄは電圧検出器出力信号の
状態をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換す
   る太陽電池と、変換された電気エネルギーを蓄える主蓄
   電池および補助蓄電池と、前記主蓄電池が所定の値まで
   放電した時に負荷への電力供給を前記主蓄電池から前記
   補助蓄電池に切替える手段とを備えた太陽電池電源装置
   において、毎朝の日の出のあと最初に補助蓄電池の自己
   放電量を充電し、そのほぼ最大量まで充電したら前記主
   蓄電池に充電を切替える手段と、太陽光不足によυ主蓄
   電池が前記所定の値まで放電した時に充電を自動的に前
   記補助蓄電池に切替える手段と、このあと太陽光エネル
   ギーが回復し前記補助蓄電池に必要な充電電力以上の発
   電が得られた場合は充電を前記主蓄電池に切替える手段
   と、この充電の切替により前記主蓄電池が１００％充電
   に到達した場合に自動的に初期状態に戻す手段とを有す
   ることを特徴とする太陽電池電源装置。