(57)【要約】【課題】太陽電池の出力により蓄電池を充電する充電制御装置とこれを備えた電源システムにおいて、蓄電池の充電不足や過充電に起因する蓄電池容量の低下を抑制する。【解決手段】太陽電池と、鉛蓄電池と、太陽電池の出力により鉛蓄電池を充電する充電制御装置と、光センサとからなる電源システムであって、充電制御装置は、充電時の蓄電池電圧が第１の設定電圧まで上昇すると充電回路を開放し、蓄電池電圧が第１の設定電圧よりも低い第２の設定電圧まで低下すると再度充電回路を閉じて充電を行う機能を備えるとともに、鉛蓄電池の充電電流が設定電流以下の場合は第１の設定電圧以上に蓄電池電圧が上昇しても充電回路を開放しないで充電を継続するようにしており、光センサが計測する照度が設定値以下になると、鉛蓄電池から負荷に電力が供給されるようにしたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、鉛蓄電池と、太陽電池の出力により鉛蓄電池を充電する充電制御装置と、光センサとからなる電源システムであって、前記充電制御装置は、充電時の蓄電池電圧が第１の設定電圧まで上昇すると充電回路を開放し、前記蓄電池電圧が前記第１の設定電圧よりも低い第２の設定電圧まで低下すると再度充電回路を閉じて充電を行う機能を備えるとともに、前記鉛蓄電池の充電電流が設定電流以下の場合は前記第１の設定電圧以上に蓄電池電圧が上昇しても充電回路を開放しないで充電を継続するようにしており、かつ前記光センサが計測する照度が設定値以下になると、前記鉛蓄電池から負荷に電力が供給されるようにしたことを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記充電制御装置は、充電時の蓄電池電圧が前記第１の設定電圧まで上昇すると充電回路を開放し、前記蓄電池電圧が前記第２の設定電圧まで低下すると再度充電回路を閉じて充電を行う制御を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記鉛蓄電池は制御弁式鉛蓄電池であり前記設定電流は前記制御弁式鉛蓄電池の密閉反応効率以下であることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池と蓄電池の組み合わせによる電力供給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池と鉛蓄電池の組み合わせによる電力供給システムで、鉛蓄電池の過充電を抑制する方法として（１）充電電圧が一定値以上になった場合に充電回路を開放し、蓄電池電圧がある値以下に低下すると再度充電回路を閉じて再充電を行う方法、さらには（２）マイコン等により充放電電気量を積算して、鉛蓄電池の放電電気量と充電効率を考慮した充電電気量で充電回路を開放制御する方法等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１０３６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽電池の出力電流は天候，時刻により大きな変動がある。従って前記した（１）に示す従来の方法では鉛蓄電池の充電末期に充電電流が大きい時は鉛蓄電池が完全に充電されていないにもかかわらず、充電電圧が充電制御電圧にまで上昇して充電回路が開放されることになる。その結果として、蓄電池は満充電状態まで充電されず、充電不足サイクルになりやすく、蓄電池の寿命が低下するという欠点を有していた。
【０００５】
また、前記した（２）に示す従来の方法では充放電電流の計測精度が低い場合やインパルスノイズ等によりマイコンが誤作動した場合に充放電電気量の積算値がリセットされて計測値が実際の状態と全く違った値となり、誤った充電制御をされる。このような問題を避けるために高い電流計測精度やマイコンシステムが長期にわたって誤作動しないという高い信頼性が必要となるという問題点を有していた。
【０００６】
本発明は前記したような従来方法で発生する充電不足による蓄電池寿命の低下を抑制できる電源システムを比較的簡便な構成で提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、太陽電池と、鉛蓄電池と、太陽電池の出力により鉛蓄電池を充電する充電制御装置と、光センサとからなる電源システムであって、充電制御装置は、充電時の蓄電池電圧が第１の設定電圧まで上昇すると充電回路を開放し、蓄電池電圧が第１の設定電圧よりも低い第２の設定電圧まで低下すると再度充電回路を閉じて充電を行う機能を備えるとともに、鉛蓄電池の充電電流が設定電流以下の場合は第１の設定電圧以上に蓄電池電圧が上昇しても充電回路を開放しないで充電を継続するようにしており、光センサが計測する照度が設定値以下になると、鉛蓄電池から負荷に電力が供給されるようにしたことを特徴とする電源システムを示すものである。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成を備えた電源システムにおいて、充電制御装置は、充電時の蓄電池電圧が第１の設定電圧まで上昇すると充電回路を開放し、蓄電池電圧が第２の設定電圧まで低下すると再度充電回路を閉じて充電を行う制御を繰り返すことを示すものである。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の構成を備えた電源システムにおいて、鉛蓄電池は制御弁式鉛蓄電池であり設定電流は制御弁式鉛蓄電池の密閉反応効率以下であることを示すものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による電源システムは太陽電池から蓄電池に適正な充電制御を行うことによって、従来発生していた充電不足による蓄電池容量の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態による充電制御装置１とそれを用いた電源システムＡを示すブロック図
【図２】本発明の他の実施の形態による充電制御装置１ａとそれを用いた電源システムＢを示すブロック図
【図３】本発明例の電源システムＡ，Ｂと比較例による電源システムの蓄電池の容量推移を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１３】
図１は本発明による充電制御装置１とそれを用いた電源システムＡを示すブロック図である。充電制御装置１はＣＰＵ２、プログラムＲＯＭ３、ＲＡＭ４、設定情報や設定データ等を保存するＳＲＡＭ５、設定入力用スイッチＳＷを備えた入力部６、計測・演算データ等を表示する液晶表示装置等の表示部７、太陽電池からの充電回路の開閉を行うＦＥＴスイッチ等の太陽電池充電回路スイッチ８を制御する出力部９、Ａ／Ｄコンバータ１０等から構成される。
【００１４】
この充電制御装置１には太陽電池パネル１１が逆流防止用整流素子１２を介して接続されるとともに、鉛蓄電池１３からＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して電源が供給されている。鉛蓄電池の充放電電流計測用のシャント抵抗１５はマルチプレクサ１６およびＡ／Ｄコンバータ１０を介してＣＰＵ２に充放電電流値データを提供する。鉛蓄電池１３の電圧は総電圧計測端子１７で充放電電流と同様、Ａ／Ｄコンバータ１０を介してＣＰＵ２に読込まれる。
【００１５】
本発明の充電制御装置１においては鉛蓄電池１３の電池電圧が第１の設定電圧（Ｖ1）に到達すれば太陽電池充電回路スイッチ８を開放することにより太陽電池パネル１１から鉛蓄電池１３への充電が休止する。その後、鉛蓄電池１３の電池電圧が第２の設定電圧（Ｖ2）まで低下すると再度太陽電池充電回路スイッチ８を閉じる制御が繰り返し行われる。
【００１６】
ここで鉛蓄電池１３の電池電圧が第１の設定電圧（Ｖ1）に到達した時点で鉛蓄電池の充電電流が予め設定された設定電流（Ｉ1）以下の場合には太陽電池充電回路スイッチ８の開放動作は行わず、連続して鉛蓄電池１３への充電が行われる。充電電流値が設定電流（Ｉ1）を越えて大きくなった場合には太陽電池充電回路スイッチ８の開動作が行われ、鉛蓄電池１３の電池電圧が第２の設定電圧（Ｖ2）に低下するまで太陽電池充電回路スイッチ８は開状態が維持される。
【００１７】
この設定電流（Ｉ1）は鉛蓄電池として制御弁式鉛蓄電池を使用する場合には、この制御弁式鉛蓄電池の密閉反応効率が１００％である電流値とすることが好ましい。このような設定によれば、鉛蓄電池の液減りを最小限に抑制することができる。
【００１８】
このような本発明の構成によれば液減りすることのない、設定電流値（Ｉ1）による充電が電池電圧が第１の設定電圧（Ｖ1）に到達した後も継続することにより、従来方法に比較して蓄電池をより満充電状態とすることができ、その結果として蓄電池の充放電サイクル寿命を長くすることができる。
【００１９】
本発明による電源システムＡは本発明の充電制御装置１，太陽電池パネル１１および蓄電池１３で構成される。この電源システムＡにおいて、光センサ１８で太陽電池パネル１１の近傍の照度がある設定値以下になると蓄電池切替スイッチ１９が閉動作し、負荷２０に鉛蓄電池１３からの電力が供給される。
【００２０】
また、鉛蓄電池が熱逸走等により異常に高温となった場合には温度計測用センサ２１によってこれを検知して鉛蓄電池から充電回路を開放したり、この温度計測用センサ２１からの温度情報にもとづいて第１の設定電圧（Ｖ1）に温度傾斜をもたせれば、鉛蓄電池１３周囲の雰囲気温度が変動しても過充電や充電不足を抑制することができる。
【００２１】
図１に示した充電制御装置１にかえて図２に示す充電制御装置１ａを用いることができる。充電制御装置１ａは制御部分にＣＰＵを使用しないで論理回路を構成したもので、図２は本発明の充電制御装置１ａとそれを用いた電源システムＢを示すブロック図である。
【００２２】
図２に示した充電制御装置１ａと電源システムＢは電流検出部２２で半固定抵抗等で設定された設定電流値（Ｉ1）以上で、かつ蓄電池の電圧検出部２３で半固定抵抗等で設定された第１の設定電圧（Ｖ1）以上であれば論理回路２４，２５，出力制御部２６でＦＥＴスイッチ等の太陽電池充電回路スイッチ８を開放する。一度開放された太陽電池充電回路スイッチ８は出力制御部２６で保持され電圧検出部２３で第２の設定電圧（Ｖ2）以下になると出力制御部２６をリセットし、太陽電池充電回路スイッチ８を閉じて太陽電池パネル１１から再充電を行う。なお、温度検出部２７で設定された温度以上の場合は、出力制御部２６で太陽電池充電回路スイッチ８を開放して充電を行わない。
【００２３】
充電制御装置１ａは前記した充電制御装置１と同様の動作を行う。本発明の充電制御装置１，１ａは前記した充電制御を行う機能を備えていればよいので図１および図２に示した例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２４】
図１，図２および前記に示した本発明の実施の形態による本発明例の電源システムＡ，Ｂおよび比較例の電源システムを構成して動作させ、蓄電池の容量推移を比較した。
【００２５】
本発明例および比較例の各電源システムは定格出力２０Ｗの太陽電池パネルを４枚並列接続したものを用いている。このパネルの晴天時の出力電流は６Ａである。鉛蓄電池は公称電圧２Ｖ，定格容量１５０Ａｈの制御弁式鉛蓄電池の直列接続で１２Ｖ構成とした。
【００２６】
本発明例および比較例ともに光センサ１８で一定の照度以下になると蓄電池切替スイッチ１９を閉じて負荷２０に直流電流を供給する。負荷２０は鉛蓄電池１３から約２Ａの放電電流が流れる構成とした。照度が低く、蓄電池切替スイッチ１９が閉じる時間を１０時間と設定すると一晩に約２０Ａｈの電気量が流れることになる。その他制御装置本体の電源や負荷２０の制御等に常時０．１Ａ程度の放電電流が流れる構成とした。
【００２７】
本発明例の電源システムＡは図１に示した構成を備えて、第１の設定電圧（Ｖ1）を蓄電池温度が５０℃時に１４．４Ｖ、−１０℃時に１６．０Ｖとなるよう直線的な温度傾斜制御を行うように設定したものであり、本発明例の電源システムＢは図２に示した構成で
温度にかかわらず１５．５Ｖ一定としたものである。
【００２８】
また本発明例の電源システムＡにおいては蓄電池温度が５０℃以上の時は異常とみなして太陽電池充電回路スイッチ８を開放するようにプログラム設定した。充電回路を開放後再充電する第２の設定電圧（Ｖ2）は本発明例の電源システムＡ，Ｂおよび比較例において１３．２Ｖとした。比較例の構成は充電電流に関係なく、蓄電池電圧が第１の設定電圧（Ｖ1）に到達すれば太陽電池充電回路スイッチ８を開放し、第２の設定電圧（Ｖ2）まで低下すると再度太陽電池充電回路スイッチ８を閉じる制御を行う。
【００２９】
本発明例の電源システムＡ，Ｂにおいては前記した比較例の構成に加えて設定電流（Ｉ1）を０．０３ＣＡに設定し、この設定電流（Ｉ1）以下の充電電流の場合には蓄電池電圧がＶ1以上に上昇しても太陽電池充電回路スイッチ８を閉じないで充電を継続するようにプログラム設定したものである。この設定電流（Ｉ1）は制御弁式鉛蓄電池の密閉反応効率が１００％となる領域で設定される。
【００３０】
この比較例による電源システムと本発明例による電源システムＡ，Ｂについて同一環境に設置して２ヶ月に一度０．１ＣＡの放電電流で１．８Ｖ／セルまで放電して容量確認をした時の初期容量に対する容量変化の推移を図３に示す。
【００３１】
図３の結果から明らかなように比較例の電源システムでは明らかに充電不足サイクルによると考えられる直線的な容量低下現象が出ているが、本発明による電源システムではまた殆ど容量低下傾向が出ておらず、充電不足にいたることなく、適正な充電が行われることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように本発明による電源システムは太陽電池から蓄電池に適正な充電制御を行うことによって、従来発生していた充電不足による蓄電池容量の低下を抑制することができる。さらに充電電気量の積算制御を行う必要がないので、制御装置の構成を従来法よりシンプルでかつ高い信頼性を得ることができるという効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００３３】
１，１ａ  充電制御装置
２  ＣＰＵ
３  プログラムＲＯＭ
４  ＲＡＭ
５  ＳＲＡＭ
６  入力部
７  表示部
８  太陽電池充電回路スイッチ
９  出力部
１０  Ａ／Ｄコンバータ
１１  太陽電池パネル
１２  逆流防止用整流素子
１３  鉛蓄電池
１４  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１５  シャント抵抗
１６  マルチプレクサ
１７  総電圧計測端子
１８  光センサ
１９  蓄電池切替スイッチ
２０  負荷
２１  温度計測用センサ
２２  電流検出部
２３  電圧検出部
２４，２５  論理回路
２６  出力制御部
２７  温度検出部
Ａ，Ｂ  電源システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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