(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる環境発電媒体の複数個の発電モジュールと、
当該発電モジュールの内部インピーダンスをインピーダンス整合する複数個のインピーダンス整合装置と、
当該複数個のインピーダンス整合装置を監視し制御する制御装置と、
前記複数個の発電モジュールの電力を蓄積するバッテリーと、
を備え、
前記バッテリーに蓄積された電力または前記発電モジュールの発電する電力を負荷で消費させる発電デバイスの統合制御システムであって、
前記インピーダンス整合装置は、コイル、コンデンサおよびＤＣ／ＤＣコンバータを含まず、
前記制御装置は、
前記複数個の発電モジュールの各々の内部インピーダンスおよび前記バッテリーの内部インピーダンスをリアルタイムにモニターするとともに、
検出された前記バッテリーの内部インピーダンスに等しくなるように前記複数個の発電モジュールの内部インピーダンスを前記インピーダンス整合装置により制御する
ことを特徴とする発電デバイスの統合制御システム。
【請求項２】
前記複数個の発電モジュールに、光発電モジュールが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の発電デバイスの統合制御システム。
【請求項３】
前記複数個の発電モジュールに、電波発電モジュールが含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか一項に記載の発電デバイスの統合制御システム。
【請求項４】
前記複数個の発電モジュールに、熱発電モジュールが含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発電デバイスの統合制御システム。
【請求項５】
前記複数個の発電モジュールに、振動発電モジュールが含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発電デバイスの統合制御システム。
【請求項６】
前記発電デバイスの統合制御システムは、車両に搭載されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の発電デバイスの統合制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光発電、熱発電、電波発電、振動発電など異なる環境発電媒体の発電モジュールを統合制御するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化や酸性雨をはじめとする地球規模での環境問題の顕在化、石油などの化石資源の枯渇化等への対応策として、車両に太陽光発電モジュールを搭載することがある。例えば、特許文献１には太陽光発電からの電力をバッテリーに充電する技術が開示されている。
また、車両に太陽光発電以外の環境発電媒体を搭載することも検討されつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−６８２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているように、太陽光発電のみによって発電すれば、天気の変化や夜間においては、発電ができないという問題がある。
また、太陽光発電以外の環境発電媒体を複数、搭載する場合には、各発電モジュールや媒体の異なる発電モジュールでは内部抵抗変化がモジュールごとに変化する。また、各発電モジュールによって、常時発電できる環境とできない環境とにおけるギャップが大きく、都度、制御をするとモジュールごとに制御回路が必要である。そして発電モジュールと制御モジュールの数が多くなれば、コストや消費電力も大きくなり発電効率が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は前記した問題を解決するためになされたものであり、互いに異なる環境発電媒体の複数個の発電モジュールを最適な配分効率で発電および蓄電、使用でき、かつ各発電モジュールの最大効率を引き出すシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、各発明を以下のような構成にした。
すなわち、第１の発明は、互いに異なる環境発電媒体の複数個の発電モジュールと、当該発電モジュールの内部インピーダンスをインピーダンス整合する複数個のインピーダンス整合装置と、当該複数個のインピーダンス整合装置を監視し制御する制御装置と、前記複数個の発電モジュールの電力を蓄積するバッテリーと、を備え、前記バッテリーに蓄積された電力または前記発電モジュールの発電する電力を負荷で消費させる発電デバイスの統合制御システムであって、前記インピーダンス整合装置は、コイル、コンデンサおよびＤＣ／ＤＣコンバータを含まず、前記制御装置は、前記複数個の発電モジュールの各々の内部インピーダンスおよび前記バッテリーの内部インピーダンスをリアルタイムにモニターするとともに、検出された前記バッテリーの内部インピーダンスに等しくなるように前記複数個の発電モジュールの内部インピーダンスを前記インピーダンス整合装置により制御する。
第２の発明は、第１の発明において、前記複数個の発電モジュールに、光発電モジュールが含まれている。
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、前記複数個の発電モジュールに、電波発電モジュールが含まれている。
第４の発明は、第１の発明乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記複数個の発電モジュールに、熱発電モジュールが含まれている。
第５の発明は、第１の発明乃至第４の発明のいずれかにおいて、前記複数個の発電モジュールに、振動発電モジュールが含まれている。
第６の発明は、第１の発明乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記発電デバイスの統合制御システムは、車両に搭載されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、互いに異なる環境発電媒体の複数個の発電モジュールを最適な配分効率で発電および蓄電、使用でき、かつ各発電モジュールの最大効率を引き出すシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態の発電デバイスの統合制御システムの構成例の概要を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の発電デバイスの統合制御システムにおいて、車両に互いに異なる環境発電媒体を実装した配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態の発電デバイスの統合制御システムの構成例の概要を示すブロック図である。
【００１０】
＜統合制御システムの構成の概要＞
図１において、互いに異なる環境発電媒体として光発電体Ａを備えた光発電モジュールＡ（発電モジュール）１０１、光発電体Ｂを備えた光発電モジュールＢ（発電モジュール）１０２、電波発電体を備えた電波発電モジュール（発電モジュール）１０３、熱発電体を備えた熱発電モジュール（発電モジュール）１０４が図示されている。
光発電モジュールＡ１０１は、結晶系半導体を光−電気変換に用いた光発電体を備えていて、発電効率は比較的高い。
また、光発電モジュールＢ１０２は、非結晶系半導体を光−電気変換に用いた光発電体を備えていて、発電効率は光発電モジュールＡ１０１に比較すると低いが、装置として軽量になる。
【００１１】
また、電波発電モジュール１０３は、電波発電体を備えていて、大気中の電波（電磁波）を捕捉して電波−電気変換するものであって、一般的な通信に用いる周波数以外の電波（単一周波数）を捕捉するように周波数特性を調整する。また、昼夜に関係なく発電が期待される。
また、熱発電モジュール１０４は、熱発電体を備えていて、エンジン近傍などの高温部分と車体の低温部分との温度差を利用して電気に変換するものである。車両を駆動することに伴う場合の排熱を回収するものである。
【００１２】
インピーダンス整合装置１１１〜１１４は、前述した光発電モジュールＡ１０１、光発電モジュールＢ１０２、電波発電モジュール１０３、熱発電モジュール１０４から得られる電気エネルギー（それぞれ１０１Ｐ、１０２Ｐ、１０３Ｐ、１０４Ｐ）を効率よく取り出すために、インピーダンス整合（インピーダンスマッチング）を行う装置である。
インピーダンス整合装置１１１は、光発電モジュールＡ１０１のインピーダンス整合装置であり、結晶系半導体の光発電体を備えた光発電モジュールＡ１０１からは比較的、大きな電力（電気エネルギー）１０１Ｐが得られるのでインピーダンスは相対的に低く、低インピーダンスの領域においてインピーダンス整合を行う。
【００１３】
また、インピーダンス整合装置１１２とインピーダンス整合装置１１４は、それぞれ光発電モジュールＢ１０２と熱発電モジュール１０４のインピーダンス整合装置であって、非結晶系半導体の光発電体を備えた光発電モジュールＢ１０２と熱発電体を備えた熱発電モジュール１０４から得られる電気エネルギー（それぞれ１０２Ｐ、１０４Ｐ）は、光発電モジュールＡ１０１に比較すると得られる電力は少ないので、その分、高インピーダンスの領域においてインピーダンス整合を行う。
また、インピーダンス整合装置１１３は、電波発電モジュール１０３のインピーダンス整合装置であり、電波発電体を備えた電波発電モジュール１０３から得られる電気エネルギー１０３Ｐは、光発電モジュールＢ１０２と熱発電モジュール１０４に比較すると得られる電力が少ないので、さらにインピーダンスの高い、超高インピーダンスの領域においてインピーダンス整合を行う。
【００１４】
制御装置１２０は、インピーダンス整合装置１１１〜１１４を経た光発電モジュールＡ１０１、光発電モジュールＢ１０２、電波発電モジュール１０３、熱発電モジュール１０４の電力（それぞれ１１１Ｐ、１１２Ｐ、１１３Ｐ、１１４Ｐ）を受けて、バッテリー１３０に電力１２０Ｐを供給する。
【００１５】
バッテリー１３０は、制御装置１２０から電力１２０Ｐを受けて、電力を蓄電するとともに、負荷（不図示）に電力を供給する。
すなわち、二次バッテリーであるバッテリー１３０は、環境発電媒体を備えた発電モジュール（光発電モジュールＡ１０１、光発電モジュールＢ１０２、電波発電モジュール１０３、熱発電モジュール１０４）の発電したエネルギーを蓄電するとともに、発電モジュールの発電電力が負荷に対して不足する状況下においては、バッテリー１３０から不足する電力を補完する。また、バッテリー１３０の電圧、電力は安定しているので高い電力品質の供給が必要とされる場合にも用いられる。
なお、図１において、バッテリー１３０はひとつの集合体として表記しているが、複数のバッテリーが複数の箇所に分散して備えられていることもある。
【００１６】
また、制御装置１２０は、発電モジュール１０１〜１０４の特徴、特性を把握し、また、発電環境に最適な状態を発電モジュールからの情報を得て、時刻暦（タイムスケジュール、時系列）における最適化した発電モジュールの駆動を行うように、制御装置１２０とインピーダンス整合装置１１１〜１１４を制御信号１２１Ｓ〜１２４Ｓによって、制御する。
例えば、太陽がでている時間帯や状況においては、光発電モジュールＡ１０１、光発電モジュールＢ１０２を優先して、駆動制御し、太陽がでていない時間帯や効率の良い状況においては、他の環境発電媒体を備えた発電モジュール（電波発電モジュール１０３もしくは熱発電モジュール１０４）を駆動制御して、光発電モジュールＡ１０１や光発電モジュールＢ１０２の駆動制御を最小限にし、制御に使用する電力を削減する。
なお、太陽光が利用できるか否かについては、時間のみならずＧＰＳ（Global Positioning System）情報とリンクすることもある。また、太陽光が利用できない夜間でも他の光源（例えば繁華街の明かり）がある場合には、光発電モジュールＡ１０１や光発電モジュールＢ１０２を駆動することもある。
【００１７】
また、制御装置１２０は、発電モジュール１０１〜１０４の内部抵抗と、バッテリー１３０の内部抵抗をリアルタイムでモニターして、発電モジュール１０１〜１０４の内部抵抗がバッテリー１３０の内部抵抗に概ね等しくなるようにインピーダンス整合装置１１１〜１１４を制御する。
【００１８】
＜インピーダンスマッチングとインピーダンス整合装置＞
次に、発電モジュール１０１〜１０４から発電された電力をバッテリー１３０に充電する際のインピーダンスマッチングの重要さと、インピーダンスマッチングをとるためのインピーダンス整合装置（１１１〜１１４）について述べる。
発電モジュール（１０１〜１０４）からバッテリー１３０に電力（発電エネルギー）を最も効率よく伝達するインピーダンスの条件は、発電モジュール（１０１〜１０４）の内部抵抗（内部インピーダンス）とバッテリー１３０の内部抵抗（内部インピーダンス）が一致するときである。どちらかの内部抵抗が高くなりすぎても、低くなりすぎても、電力は効率よくバッテリー１３０に伝達、充電されなくなる。
【００１９】
例えば、バッテリー１３０の内部抵抗をａ［Ω］とする。また、発電モジュール１０１〜１０３の内部抵抗をそれぞれ、ｂ［Ω］、ｃ［Ω］、ｄ［Ω］とする。
発電モジュール１０１〜１０３については、前記したように発電能力が異なっていて、
内部抵抗ｂ［Ω］は、低インピーダンスで、（ｂ［Ω］＜ａ［Ω］）である。
内部抵抗ｃ［Ω］は、高インピーダンスで、（ｃ［Ω］＞ａ［Ω］）である。
内部抵抗ｄ［Ω］は、超高インピーダンスで、（ｄ［Ω］≫ａ［Ω］）である。
以上のように、発電モジュール１０１〜１０３のそれぞれの内部抵抗ｂ［Ω］、ｃ［Ω］、ｄ［Ω］は、バッテリー１３０の内部抵抗をａ［Ω］と比較して、差異があるので、単純に発電モジュール１０１〜１０３とバッテリー１３０とを接続しても効率よく充電を行うことはできない。
なお、以上において、発電モジュール１０４については、発電モジュール１０２に概ね相当するので、記載を省略している。
【００２０】
図１におけるインピーダンス整合装置１１１〜１１４は、前述した発電モジュール１０１〜１０４とバッテリー１３０との間のインピーダンスの相違を調整するためのものである。
発電モジュール１０１〜１０３についてインピーダンスの調整を以下のように行う。
内部抵抗ｂ［Ω］をインピーダンス整合装置１１１によって、ａ１［Ω］とする。
内部抵抗ｃ［Ω］をインピーダンス整合装置１１２によって、ａ２［Ω］とする。
内部抵抗ｄ［Ω］をインピーダンス整合装置１１３によって、ａ３［Ω］とする。
ここで、
ａ［Ω］≒ａ１［Ω］、ａ［Ω］≒ａ２［Ω］、ａ［Ω］≒ａ３［Ω］
である。
このような関係が成立するように、バッテリー１３０の内部抵抗ａ［Ω］と、個々の発電モジュール１０１〜１０３および発電モジュール１０４の内部抵抗をリアルタイムに各値をモニターし、それぞれの内部抵抗ａ１［Ω］、ａ２［Ω］、ａ３［Ω］および発電モジュール１０４の内部抵抗がａ［Ω］に近くなるようにインピーダンス整合装置１１１〜１１４を調整して、各々のインピーダンスマッチング整合を行い最適な条件で充電する。
以上のようにインピーダンスマッチング整合を行うことにより、結果として通電損失が低減されることにより充電効率が向上する。
【００２１】
＜車両に互いに異なる環境発電媒体を実装した例＞
図２は、車両に互いに異なる環境発電媒体（発電モジュール）を実装した配置例を示す図である。
図２において、車両（自動車）２０には光発電モジュールＡ（１０１Ａ〜１０１Ｃ）が車体の前部や後部に備えられている。また、光発電モジュールＢ１０２が車体の屋根の位置に備えられている。
また、電波発電モジュール（適宜「アンテナ」と称す）１０３Ａ〜１０３Ｃが車体の上部や側部に備えられている。
光発電モジュールＡ（１０１Ａ〜１０１Ｃ）と光発電モジュールＢ１０２は、太陽光を主とする光発電体である。光発電モジュールＡ（１０１Ａ〜１０１Ｃ）は、光発電モジュールＢ１０２に比較して変換効率がよい。また、光発電モジュールＢ１０２は光発電モジュールＡ（１０１Ａ〜１０１Ｃ）に比較して軽量であるという利点がある。
【００２２】
アンテナ１０３Ａ〜１０３Ｃは、アンテナの周波数特性を調整して、大気中の通信に使用される周波数帯以外の電波を捕捉、収集する。
光発電モジュールＡ（１０１Ａ〜１０１Ｃ）と光発電モジュールＢ１０２は、太陽光を確保しやすい昼間において、電波発電体であるアンテナ１０３Ａ〜１０３Ｃに比較して、効率よく変換エネルギーを取得できる。
また、アンテナ１０３Ａ〜１０３Ｃは、前記したように電波発電体であるので、光発電モジュールＡ（１０１Ａ〜１０１Ｃ）と光発電モジュールＢ１０２が有効に作用しない夜間においても変換エネルギーを取得できるという特徴がある。
なお、光発電モジュールＡ（１０１Ａ〜１０１Ｃ）、光発電モジュールＢ１０２、アンテナ１０３Ａ〜１０３Ｃのそれぞれの形状は、車体に実装される部分の形態・状況によって、様々であってもよい。
【００２３】
（その他の実施形態）
以上、発電デバイスの統合システムの実施形態について述べたが、前述したもの限らない。次にその他の実施形態について述べる。
図２においては、光発電と電波発電について実装した例を示したが、車両の所定部と大気などとの温度差を利用する熱発電や、車両の所定部の振動を利用する振動発電の発電媒体（振動発電モジュール）を搭載してもよい。
なお、熱発電にはゼーベック効果（Seebeck effect、熱勾配、ゼーベック素子）を利用してもよい。また、振動発電にはピエゾ効果（piezoelectric effect、圧電効果、振動子）を利用してもよい。
【００２４】
また、図１において、電波発電モジュール（アンテナ）１０３は、一般的な通信に用いる周波数以外の電波（単一周波数）を捕捉するように周波数特性を調整するとしたが、複数の周波数を捕捉するようにアンテナを構成してもよいし、また、捕捉する周波数を可変となる調整装置を備えてもよい。
【００２５】
また、以上の説明においては、光発電、熱発電、電波発電、振動発電など異なる環境発電媒体の発電モジュールを統合制御するシステムを車両に搭載する場合について説明したが、前記システムを搭載するのは車両に限る必要はない。船舶、航空機などの他の運送手段でもよく、また、ビル（家屋）、塔（鉄塔）、橋、高架の道路などの建造物であってもよい。
【００２６】
（本願発明と実施形態の補足）
本願発明の発電デバイスの統合システムは、発電媒体の異なる発電モジュールを統合制御し、最適な発電効率を得ることを目的とした技術である。
光発電、熱発電、電波発電、振動発電など異なる環境発電媒体を用いて、それぞれの発電モジュールの効率の良い場合や悪い場合などをモニターし、時系列における最大効率で発電でき、かつ蓄電できるシステムである。
また、使用側の負荷と発電側の負荷のリアルタイムモニターにより、インピーダンス整合をとることによって、各発電モジュールの最大効率を引き出すことができる。したがって、リアルタイムのインピーダンス整合をとっていない従来の方式に比較して、通電損失が低減して充電効率が格段に向上するシステムである。
また、発電モジュールの数だけ制御モジュールを備える必要がないためコストダウンとなる。
【００２７】
以上、述べた発電デバイスの統合システムを車両（自動車）またはそれに相当する形態に搭載した場合においては、以下のような特徴がある。
２４時間発電できることから車両などのバッテリー負荷がない、もしくは軽減される。
車が動かなくても本実施形態の発電デバイスの統合システムを作動できる。
商用電源などの補完を有せず、本実施形態の発電デバイスの統合システムを使える。
有事の際の対応として携帯機器やＰＣなどへの充電がエンジンをかけない状態で可能になる。
寒い日に車のバッテリーやエンジンによるガソリンの消費をせずに車内を暖めることができるので車内の快適環境を提供し、さらに燃費にも貢献できる。
暑い日に車のバッテリーやエンジンによるガソリンの消費をせずに車内を冷やすことができるので車内の快適環境を提供し、さらに燃費にも貢献できる。
また、車内にモバイル機器などの通信可能な媒体を配置し、パーソナルＩＤなどにより車の状態を確認することが、エンジンをかけない状態で可能になる。また、車内を暖めたり、冷やしたりする機能をコントロールすることができる。
車内にセキュリティカメラなどを配置して、周囲の状態を確認するが、エンジンをかけなくても可能となり、地域の安全などにも貢献できる。
【符号の説明】
【００２８】
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ    光発電モジュールＡ（環境発電媒体、発電モジュール、光発電モジュール）
１０１Ｐ〜１０４Ｐ    電気エネルギー、電力
１０２    光発電モジュールＢ（環境発電媒体、発電モジュール、光発電モジュール）
１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ    電波発電モジュール（環境発電媒体、発電モジュール、アンテナ）
１０４    熱発電モジュール（環境発電媒体、発電モジュール）
１１１〜１１４    インピーダンス整合装置
１１１Ｐ〜１１４Ｐ    電力
１２０    制御装置
１２０Ｐ    電力
１２１Ｓ〜１２４Ｓ    制御信号
１３０    バッテリー、二次バッテリー
２０    車両（自動車）
【図１】
0005576844.tif 000002
【図２】
0005576844.tif 000003