(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群、第一の抵抗負荷、第一のバイポーラトランジスタを含む、第一の過充電基本判定回路を持ち、第二の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群、第二の抵抗負荷、第二のバイポーラトランジスタを含む、第二の過充電基本判定回路を持ち、ＮＭＯＳＦＥＴ、ＰＭＯＳＦＥＴをそれぞれ少なくとも２つずつ含み、第一の複数の内部ノード群を含む、第一のフリップフロップとして機能する回路を持ち、第一のスイッチング素子を持ち、
前記第一の過充電基本判定回路において、前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる第一の電流を前記第一のバイポーラトランジスタで増幅コピーし第二の電流とし、前記第二の電流を前記第一の抵抗負荷に流すことにより、第一の電位に変換し、前記第二の過充電基本判定回路において、前記第二の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる第三の電流を前記第二のバイポーラトランジスタで増幅コピーし第四の電流とし、前記第四の電流を前記第二の抵抗負荷に流すことにより、第二の電位に変換し、
前記第一の電位と前記第二の電位は、前記第一のフリップフロップとして機能する回路に入力し、
前記第一のフリップフロップとして機能する回路は、前記第一の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかと、前記第二の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかの、片方または両方の組み合わせである、第一の書き込み信号が入力されると、前記第一の複数の内部ノード群に第一の状態への書き込みが行われ、前記第一の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかと、前記第二の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかの、片方または両方の組み合わせである、第二の書き込み信号が入力されると、前記第一の複数の内部ノード群に第二の状態への書き込みが行われ、正常動作する限りにおいては前記第一の書き込み信号も前記第二の書き込み信号も入力されないと現在の状態を保持し、
前記第一のフリップフロップとして機能する回路の前記第一の複数の内部ノード群のうちの一つの内部ノードの電位により、前記第一のスイッチング素子がオン・オフ制御される
ことを特徴とする過充電防止回路。
【請求項２】
前記第一の過充電基本判定回路および前記第二の過充電基本判定回路は、前記第一のスイッチング素子より蓄電装置側の第五のノードに接続され、前記第一のフリップフロップとして機能する回路は、前記第一のスイッチング素子より発電装置側の第六のノードに接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の過充電防止回路。
【請求項３】
前記第一のフリップフロップとして機能する回路は、少なくとも２つの抵抗器を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の過充電防止回路。
【請求項４】
第三の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群、第三の抵抗負荷、第三のバイポーラトランジスタを含む、第三の過放電基本判定回路を持ち、第四の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群、第四の抵抗負荷、第四のバイポーラトランジスタを含む、第四の過放電基本判定回路を持ち、ＮＭＯＳＦＥＴ、ＰＭＯＳＦＥＴをそれぞれ少なくとも２つずつ含み、第二の複数の内部ノード群を含む、第二のフリップフロップとして機能する回路を持ち、第二のスイッチング素子を持ち、
前記第三の過放電基本判定回路において、前記前記第三の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる第五の電流を前記第三のバイポーラトランジスタで増幅コピーし第六の電流とし、前記第六の電流を前記第三の抵抗負荷に流すことにより、第三の電位に変換し、前記第四の過放電基本判定回路において、前記第四の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる第七の電流を前記第四のバイポーラトランジスタで増幅コピーし第八の電流とし、前記第八の電流を前記第四の抵抗負荷に流すことにより、第四の電位に変換し、
前記第三の電位と前記第四の電位は、前記第二のフリップフロップとして機能する回路に入力し、
前記第二のフリップフロップとして機能する回路は、前記第三の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかと、前記第四の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかの、片方または両方の組み合わせである、第三の書き込み信号が入力されると、前記第二の複数の内部ノード群に第三の状態への書き込みが行われ、前記第三の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかと、前記第四の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかの、片方または両方の組み合わせである、第四の書き込み信号が入力されると、前記第二の複数の内部ノード群に第四の状態への書き込みが行われ、正常動作する限りにおいては前記第三の書き込み信号も前記第四の書き込み信号も入力されないと現在の状態を保持し、
前記第二のフリップフロップとして機能する回路の前記第二の複数の内部ノード群のうち一つの内部ノードの電位により、前記第二のスイッチング素子がオン・オフ制御される
ことを特徴とする過放電防止回路。
【請求項５】
前記第三の過放電基本判定回路および前記第四の過放電基本判定回路は、前記第二のスイッチング素子より蓄電装置側に接続され、前記第二のフリップフロップとして機能する回路は、前記第二のスイッチング素子より蓄電装置側に接続される
ことを特徴とする請求項４に記載の過放電防止回路。
【請求項６】
前記第二のフリップフロップとして機能する回路は、少なくとも２つの抵抗器を含む
ことを特徴とする請求項５に記載の過放電防止回路。
【請求項７】
請求項２に記載の過充電防止回路を含む
ことを特徴とする蓄電池制御装置。
【請求項８】
さらに、前記第五のノードと前記第六のノードの間に前記第一のスイッチング素子に加え、第二の逆電流防止ダイオードが挿入されている
ことを特徴とする請求項７に記載の蓄電池制御装置。
【請求項９】
さらに、第七のノード、第八のノードを持ち、
前記第五のノードと前記第七のノードの間に前記第一のスイッチング素子に加え、第三の逆電流防止ダイオードが挿入されており、前記第六のノードと前記第七のノードの間に第四の逆電流防止ダイオードが挿入されており、前記第五のノードと前記第八のノードの間に前記第一のスイッチング素子に加え、第五の逆電流防止ダイオードが挿入されており、前記第六のノードと前記第八のノードの間に第六の逆電流防止ダイオードが挿入されている
ことを特徴とする請求項７に記載の蓄電池制御装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の過放電防止回路を含む
ことを特徴とする蓄電池制御装置。
【請求項１１】
請求項２に記載の過充電防止回路および請求項５に記載の過放電防止回路を含む
ことを特徴とする蓄電池制御装置。
【請求項１２】
第一の発電装置、蓄電装置、請求項７に記載の蓄電池制御装置を含む
ことを特徴とする独立電源システム。
【請求項１３】
前記第一の発電装置は太陽電池であり、前記蓄電装置は鉛蓄電池である
ことを特徴とする請求項１２に記載の独立電源システム。
【請求項１４】
第一の発電装置、第二の発電装置、蓄電装置、請求項９に記載の蓄電池制御装置を含み、
第一の発電装置は前記第七のノードに接続され、前記第二の発電装置は前記第八のノードに接続される
ことを特徴とする独立電源システム。
【請求項１５】
第一の発電装置、蓄電装置、請求項１１に記載の蓄電池制御装置を含む
ことを特徴とする独立電源システム。
【請求項１６】
請求項２に記載の過充電防止回路および請求項５に記載の過放電防止回路を含む
ことを特徴とするバッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池の過充電、過放電に対する保護回路および、保護装置および、蓄電・発電システムおよび、バッテリーパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電が注目を集めている。太陽光発電システムには、独立電源システムと系統連係システムがあり、前者は太陽電池パネルまたは太陽電池モジュールにより発電した電気を蓄電池に蓄え、必要な時にそのままあるいは１００Ｖの交流に変換して用いる。一方系統連係システムは、１００Ｖの交流に変換した上で、消費される電力より発電量が少なければ電力会社の系統から電力を購入し、消費される電力より発電量が多ければ電力会社の系統に売電する。蓄電池に蓄えられた電力が少なくなると瞬時停電を経て電力会社の系統から電力を供給するように切り替えるシステムも独立電源システムに含めるものとする。
【０００３】
ここで、前者の場合に用いる蓄電池には鉛蓄電池が使われることが多いが、鉛蓄電池は充電をしすぎると爆発などの危険性がある過充電と呼ばれる現象、放電しすぎると蓄電量が減少したり使用できなくなったりする過放電という現象が知られている。そのため、図１に示すように、過充電、過放電を防ぐために充放電コントローラと呼ばれる蓄電池制御装置１１を用いることが一般的である。蓄電池制御装置１１は、発電装置３３１、蓄電池３３３、負荷３３４に接続される。尚、鉛蓄電池においては、両端の電圧に対し蓄えられている電荷は単調増加の関係にあり、両端の電圧を検出することにより蓄えられている電荷の量すなわち電力の量をある程度予測できる。
【０００４】
以前から存在する蓄電池制御装置が持つ過充電、過放電を防ぐための過充電防止回路、過放電防止回路は、例えば、特許文献１に示されているように蓄電池の両端の電圧を抵抗分割して得られた電圧と参照電圧を比較器により比較し、その大小の情報をロジック回路により処理しトランジスタ（スイッチング素子）をオン・オフするというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−７２００２
【特許文献２】特開２０１１−２５０６６５
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】http://www.natural-sky.net/pdf_download-catalog/catalog-catalog-control-mppt-batt-tempop.pdf
【０００７】
そのような従来の過充電防止回路、過放電防止回路を備えた蓄電池制御装置である充放電コントローラは、２０１３年２月時点で、もっとも消費電流の少ないもので１ｍＡ程度である。（発明者調べ。）  そのため、同一出願人・同一発明者により、特許文献２に示されるような回路・装置が提案されている。
【０００８】
特許文献２に示される回路・装置は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を太陽光発電系のプラスマイナス端子間に挿入し、そのダイオード系を流れる電流をバイポーラトランジスタと抵抗負荷を用いて電圧に変換し、その電圧を用いてＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）をオン・オフ制御することにより、過充電、過放電を抑制する。この方法により、過充電防止回路に関して消費電流数十μＡ（マイクロアンペア）以下を実現した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この方法は２つの問題がある。１つ目は、オン・オフ制御されるＭＯＳＦＥＴのオン抵抗の影響を受け、過充電判定電圧が充電電流量の影響を大きく受けてしまう。充電電流量が多いほど、過充電判定電圧が下がってしまうのである。２つ目は、一度過充電と判定され発電装置と蓄電装置が遮断されると、蓄電装置の電圧が下がっても、発電装置の電圧が十分下がるまで再び充電することはない。太陽電池で充電する場合、通常は、一度過充電と判定されると、翌日まで充電することはないということである。
【００１０】
さらに、スイッチング素子が中途半端にオンすることにより、スイッチング素子で発熱する。この発熱は、発電装置が大きなものである時に顕著となる。この点も解決する必要がある。  スイッチング素子の発熱の問題の解決は、過放電防止回路にも有益である。
【００１１】
本発明は、以上に鑑み、低消費電流、低価格であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をそれほど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、太陽光発電等の自然エネルギーを用いる独立電源システム向けの過充電防止回路を提供することを主要な課題とする。そして、低消費電流、低価格であり、過放電判定電圧が放電電流量の影響をそれほど受けず、蓄電装置の電圧が上がったらすぐに放電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、独立電源システム向けの過放電防止回路を提供することを第二の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題を解決するために、本発明においては、過充電防止回路は、第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群、第一の抵抗負荷、第一のバイポーラトランジスタを含む、第一の過充電基本判定回路を持ち、同様に、第二の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群、第二の抵抗負荷、第二のバイポーラトランジスタを含む、第二の過充電基本判定回路を持ち、ＮＭＯＳＦＥＴ、ＰＭＯＳＦＥＴをそれぞれ少なくとも２つずつ含み、第一の複数のノード群を含む、第一のフリップフロップとして機能する回路を持ち、第一のスイッチング素子を持つ。
【００１３】
そして、第一の過充電基本判定回路において、前記第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる第一の電流を前記第一のバイポーラトランジスタで増幅コピーし第二の電流とし、前記第二の電流を前記第一の抵抗負荷に流すことにより、第一の電位に変換し、同様に、第二の過充電基本判定回路において、前記第二の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる第三の電流を前記第二のバイポーラトランジスタで増幅コピーし第四の電流とし、前記第四の電流を前記第二の抵抗負荷に流すことにより、第二の電位に変換する。
【００１４】
そして、前記第一の電位と前記第二の電位は、前記第一のフリップフロップとして機能する回路に入力する。
【００１５】
そして、前記第一のフリップフロップとして機能する回路は、前記第一の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかと、前記第二の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかの、片方または両方の組み合わせである、第一の書き込み信号が入力されると、前記第一の複数の内部ノード群に第一の状態への書き込みが行われ、同様に、前記第一の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかと、前記第二の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかの、片方または両方の組み合わせである、第二の書き込み信号が入力されると、前記第一の複数ノード群に第二の状態への書き込みが行われ、正常動作する限りにおいて、前記第一の書き込み信号も前記第二の書き込み信号も入力されないと現在の状態を保持する。
【００１６】
そして、前記第一のフリップフロップとして機能する回路の前記第一のノード群のうちの一つの内部ノードの電位により、前記第一のスイッチング素子がオン・オフ制御される。
【００１７】
さらに、前記第一の過充電基本判定回路および前記第二の過充電基本判定回路は、前記第一のスイッチング素子より蓄電装置側の第五のノードに接続され、前記第一のフリップフロップとして機能する回路は、前記第一のスイッチング素子より発電装置側の第六のノードに接続される。
【００１８】
本発明においては、過放電防止回路は、第三の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群、第三の抵抗負荷、第三のバイポーラトランジスタを含む、第三の過放電基本判定回路を持ち、同様に、第四の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群、第四の抵抗負荷、第四のバイポーラトランジスタを含む、第四の過放電基本判定回路を持ち、ＮＭＯＳＦＥＴ、ＰＭＯＳＦＥＴをそれぞれ少なくとも２つずつ含み、第二の複数の内部ノード群を含む、第二のフリップフロップとして機能する回路を持ち、第二のスイッチング素子を持つ。
【００１９】
そして、第三の過放電基本判定回路において、前記第三の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる第五の電流を前記第三のバイポーラトランジスタで増幅コピーし第六の電流とし、前記第六の電流を前記第三の抵抗負荷に流すことにより、第三の電位に変換し、同様に、第四の過放電基本判定回路において、前記第四の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群に流れる第七の電流を前記第四のバイポーラトランジスタで増幅コピーし第八の電流とし、前記第八の電流を前記第四の抵抗負荷に流すことにより、第四の電位に変換する。
【００２０】
そして、前記第三の電位と前記第四の電位は、前記第二のフリップフロップとして機能する回路に入力する。
【００２１】
そして、前記第二のフリップフロップとして機能する回路は、前記第三の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかと、前記第四の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかの、片方または両方の組み合わせである、第三の書き込み信号が入力されると、前記第二の複数の内部ノード群に第三の状態への書き込みが行われ、同様に、前記第三の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかと、前記第四の電位のハイまたはローの電位信号のいずれかの、片方または両方の組み合わせである、第四の書き込み信号が入力されると、前記第二の複数の内部ノード群に第四の状態への書き込みが行われ、正常動作する限りにおいて、前記第三の書き込み信号も前記第四の書き込み信号も入力されないと現在の状態を保持する。
【００２２】
そして、前記第二のフリップフロップとして機能する回路の前記第二のノード群のうちの一つの内部ノードの電位により、前記第二のスイッチング素子がオン・オフ制御される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、低価格、低消費電流であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をそれほど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、太陽光発電等の自然エネルギーを用いる独立電源システム向けの過充電防止回路、蓄電池制御装置、独立電源システムが実現できる。また、低価格、低消費電流であり、過放電判定電圧が放電電流量の影響をそれほど受けず、蓄電装置の電圧が上がったらすぐに充電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、独立電源システム向けの過放電防止回路、蓄電池制御装置、独立電源システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、一般的な独立電源システムのブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態における過充電防止回路のブロック図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態における過充電防止回路の詳細回路図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態における過充電防止回路の第一の過充電基本判定回路の回路図である。
【図５】図５は、第１の実施の形態における過充電防止回路の第二の過充電基本判定回路の回路図である。
【図６】図６は、第１の実施の形態における過充電防止回路のフリップフロップとして働く回路の回路図である。
【図７】図７は、第１の実施の形態における過充電防止回路のフリップフロップとして働く回路において、一部ＭＯＳＦＥＴを複数のＭＯＳＦＥＴの直列接続とした場合の回路図である。
【図８】図８は、第１の実施の形態における蓄電装置のプラス端子の電位および、第一の電位および第二の電位の関係である。
【図９】図９は、第１の実施の形態における過充電防止回路のフリップフロップとして働く回路の動作表である。
【図１０】図１０は、第１の実施の形態における蓄電池制御装置および独立電源システムのブロック図である。
【図１１】図１１は、第２の実施の形態における蓄電池制御装置および独立電源システムのブロック図である。
【図１２】図１２は、第３の実施の形態における蓄電池制御装置および独立電源システムのブロック図である。
【図１３】図１３は、第３の実施の形態における蓄電池制御装置および独立電源システムの詳細回路図である。
【図１４】図１４は、第４の実施の形態における過放電防止回路のブロック図である。
【図１５】図１５は、第４の実施の形態における過放電防止回路の詳細回路図である。
【図１６】図１６は、第４の実施の形態における過放電防止回路の第一の過放電基本判定回路の回路図である。
【図１７】図１７は、第４の実施の形態における過放電防止回路の第二の過放電基本判定回路の回路図である。
【図１８】図１８は、第４の実施の形態における過放電防止回路のフリップフロップとして働く回路の回路図である。
【図１９】図１９は、第４の実施の形態における過放電防止回路のフリップフロップとして働く回路の回路において、一部ＭＯＳＦＥＴを複数のＭＯＳＦＥＴの直列接続とした場合の回路図である。
【図２０】図２０は、第４の実施の形態における蓄電装置のプラス端子の電位および、第三の電位および第四の電位の関係である。
【図２１】図２１は、第４の実施の形態における過放電防止回路のフリップフロップとして働く回路の動作表である。
【図２２】図２２は、第４の実施の形態における蓄電池制御装置および独立電源システムのブロック図である。
【図２３】図２３は、第５の実施の形態における蓄電池制御装置および独立電源システムのブロック図である。
【図２４】図２４は、第６の実施の形態におけるバッテリーパックのブロック図と使用例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［第１の実施の形態］
［第１の実施の形態の過充電防止回路］
図２に、第１の実施の形態の過充電防止回路のブロック図を示す。第１の実施の形態の過充電防止回路１２は、過充電基本判定回路４１、過充電基本判定回路４２、フリップフロップとして機能する回路４３、ＰＭＯＳＦＥＴ１５１から構成される。ＰＭＯＳＦＥＴ１５１は第一のスイッチング素子である。過充電防止回路１２は、過充電基本判定回路４１の出力ノード１１４、過充電基本判定回路４２の出力ノード１２４、フリップフロップとして機能する回路４３の出力ノード１４１を持つ。
【００２６】
過充電基本判定回路４１は、蓄電系のプラス端子３０５の電位によって動作が決まり、ノード１１４に電位を出力する。過充電基本判定回路４２は、蓄電系のプラス端子３０５の電位によって動作が決まり、ノード１２４に電位を出力する。フリップフロップとして機能する回路４３には、ノード１１４、ノード１２４の電位が入力され、ノード１４１に電位を出力する。ＰＭＯＳＦＥＴ１５１のゲートには、ノード１４１の電位が入力され、ＰＭＯＳＦＥＴ１５１は、蓄電系のプラス端子であるノード３０５、発電系のプラス端子であるノード３０６の間に置かれる。
【００２７】
過充電基本判定回路４１、過充電基本判定回路４２、フリップフロップとして機能する回路４３の中身を表示した過充電防止回路１２の回路図を図３に示す。また、充電基本判定回路４１、過充電基本判定回路４２、フリップフロップとして機能する回路４３のそれぞれの中身を図４、図５、図６に示す。図３は、全体のイメージをつかみやすくする目的で示したが、図４、図５、図６で同等の内容を示しているため、図３の記号や文字が小さくて見えなかったとしても発明は開示されたものと考える。次に、個別の回路の構成と接続に関して説明する。
【００２８】
過充電基本判定回路４１は、ダイオード群１１１、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１１２、抵抗負荷１１３より構成される。ダイオード群１１１は、青色発光ダイオード１１１−１、１１１−２、１１１−３、１１１−４、１１１−５、１１１−６、黄色発光ダイオード１１１−７、１１１−８より構成される。過充電基本判定回路４１の出力ノードは、ノード１１４である。
【００２９】
ダイオード群１１１の一端は、蓄電系のプラス端子３０５に接続され、もう一端は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１１２のベースに接続される。ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１１２のエミッタは、蓄電系、発電系のマイナス端子３１１に接続され、ベースは、ダイオード群１１１の一端に接続され、コレクタは、抵抗負荷１１３の一端、出力ノード１１４に接続される。抵抗負荷１１３の一端は、蓄電系のプラス端子３０５に接続され、もう一端は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１１２のコレクタ、出力ノード１１４に接続される。
【００３０】
過充電基本判定回路４２は、ダイオード群１２１、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１２２、抵抗負荷１２３より構成される。ダイオード群１２１は、青色発光ダイオード１２１−１、１２１−２、１２１−３、１２１−４、１２１−５、１２１−６、１２１−７、黄色発光ダイオード１２１−８より構成される。過充電基本判定回路４２の出力ノードは、ノード１２４である。
【００３１】
ダイオード群１２１の一端は、蓄電系、発電系のマイナス端子３１１に接続され、もう一端は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１２２のベースに接続される。ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１２２のエミッタは、蓄電系のプラス端子３０５に、ベースは、ダイオード群１２１の一端に接続され、コレクタは、抵抗負荷１２３の一端、出力ノード１２４に接続される。抵抗負荷１２３の一端は、蓄電系、発電系のマイナス端子３１１に、もう一端は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１２２のコレクタ、出力ノード１２４に接続される。
【００３２】
フリップフロップとして機能する回路４３は、ＮＭＯＳＦＥＴ１３１、ＮＭＯＳＦＥＴ１３２、ＮＭＯＳＦＥＴ１３３、ＮＭＯＳＦＥＴ１３４、抵抗器１３５、抵抗器１３６、ＰＭＯＳＦＥＴ１３７、ＰＭＯＳＦＥＴ１３８より構成される。フリップフロップとして機能する回路４３は、内部ノード１３９、内部ノード１４０、内部ノード（出力ノード）１４１、内部ノード１４２を持つ。フリップフロップとして機能する回路４３の入力ノードは、ノード１１４、ノード１２４であり、フリップフロップとして機能する回路４３の出力ノードは、ノード１４１である。
【００３３】
ＮＭＯＳＦＥＴ１３１のソースは、蓄電系、発電系のマイナス端子３１１に接続され、ゲートは、入力ノード１１４に接続され、ドレインは、ＮＭＯＳＦＥＴ１３３のソースに接続される。ＮＭＯＳＦＥＴ１３２のソースは、蓄電系、発電系のマイナス端子３１１に接続され、ゲートは、入力ノード１２４に接続され、ドレインは、ＮＭＯＳＦＥＴ１３４のソースに接続される。ＮＭＯＳＦＥＴ１３３のソースは、ＮＭＯＳＦＥＴ１３１のドレインに接続され、ゲートは、ＮＭＯＳＦＥＴ１３４のドレイン、抵抗器１３６の一端に接続され、ドレインは、抵抗器１３５の一端、ＮＭＯＳＦＥＴ１３４のゲートに接続される。ＮＭＯＳＦＥＴ１３４のソースは、ＮＭＯＳＦＥＴ１３２のドレインに接続され、ゲートは、ＮＭＯＳＦＥＴ１３３のドレイン、抵抗器１３５の一端に接続され、ドレインは、抵抗器１３６の一端、ＮＭＯＳＦＥＴ１３３のゲートに接続される。
【００３４】
抵抗器１３５の一端は、ＮＭＯＳＦＥＴ１３３のドレイン、ＮＭＯＳＦＥＴ１３４のゲートに接続され、もう一端は、出力ノード１４１、ＰＭＯＳＦＥＴ１３７のドレイン、ＰＭＯＳＦＥＴ１３８のゲートに接続される。抵抗器１３６の一端は、ＮＭＯＳＦＥＴ１３４のドレイン、ＮＭＯＳＦＥＴ１３３のゲートに接続され、もう一端は、ＰＭＯＳＦＥＴ１３８のドレイン、ＰＭＯＳＦＥＴ１３７のゲートに接続される。ＰＭＯＳＦＥＴ１３７のソースは、発電系のプラス端子３０６に、ゲートは、抵抗器１３６の一端、ＰＭＯＳＦＥＴ１３８のドレインに接続され、ドレインは、抵抗器１３５の一端、出力ノード１４１、ＰＭＯＳＦＥＴ１３８のゲートに接続される。ＰＭＯＳＦＥＴ１３８のソースは、発電系のプラス端子３０６に、ゲートは、出力ノード１４１、抵抗器１３５の一端、ＰＭＯＳＦＥＴ１３７のドレインに接続され、ドレインは、抵抗器１３６の一端、ＰＭＯＳＦＥＴ１３７のゲートに接続される。
【００３５】
図７に示すように、ＮＭＯＳＦＥＴ１３３、ＮＭＯＳＦＥＴ１３４、ＰＭＯＳＦＥＴ１３７、ＰＭＯＳＦＥＴ１３８は、複数のＭＯＳＦＥＴの直列接続とすることもできる。後で述べる１０μＡ（マイクロアンペア）という消費電流は、図７に示すように複数のＭＯＳＦＥＴの直列接続としたときのものであるが、本質的には図６の回路と同等なので、図６の回路で説明し、図７に関しては説明を割愛する。
【００３６】
ここで発電系のプラス端子とは太陽電池等の発電装置に逆電流防止ダイオードを介して実質的に接続された部分のプラス端子３０６とし、蓄電系のプラス端子とは鉛蓄電池等の蓄電装置に実質的に接続された部分のプラス端子３０５とする。ここで発電系のマイナス端子とは太陽電池等の発電装置に実質的に接続された部分のマイナス端子３１１とし、蓄電系のマイナス端子とは鉛蓄電池等の蓄電装置に実質的に接続された部分のマイナス端子３１１とする。実質的に接続されるとは、間にヒューズ、スイッチ、抵抗器、電流計等が間に挿入されている場合も含めて接続されていることを意味する。
【００３７】
ここで、ダイオード群１１１、ダイオード群１２１は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を含む。直列接続したダイオードを並列接続すること、並列接続したダイオードを直列接続することも可能である。第１の実施の形態では、ダイオード群１１１、ダイオード群１２１は共に青色発光ダイオードと黄色発光ダイオードの組み合わせとする。適切な過充電判定電圧と過充電判定電圧の温度依存性を実現できるのであれば、この組み合わせでなくてもよい。発光ダイオードは緑色、赤色、青色、黄色、橙色、白色、紫外、赤外などあらゆるものを用いることができる。また、ツェナーダイオードを用いることもできる。ツェナーダイオードは、降下電圧であるツェナー電圧が小さいものから大きいものまで入手可能であり、さまざまなもの用いることができる。ここで用いるダイオードの温度特性が過充電判定電圧の温度特性に影響するが、そのことは後で述べる。
【００３８】
ここから先は、過充電防止回路１２の動作に関して説明する。まず、過充電基本判定回路４１の動作について説明する。図４を参照されたい。この回路は、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧によりダイオード群１１１に流れる電流が決まる。ダイオード群１１１に流れる電流は、電流が流れ始める電圧付近において、両端にかかる電圧に対して指数関数的に増大する。そして、ダイオード群１１１に流れる電流を、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ１１２で増幅およびコピーし、抵抗器１１３に流して受けることにより、ダイオード群１１１に流れる電流に比例した電圧を抵抗器１１３の両端に作り出す。蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が上がると抵抗器１１３の両端の電圧が上昇し、ノード１１４の電位が降下する。ノード１１４の電位が第一の電位である。
【００３９】
次に、過充電基本判定回路４２の動作について説明する。図５を参照されたい。この回路は、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧によりダイオード群１２１に流れる電流が決まる。ダイオード群１２１に流れる電流は、電流が流れ始める電圧付近において、両端にかかる電圧に対して指数関数的に増大する。そして、ダイオード群１２１に流れる電流を、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１２２で増幅およびコピーし、抵抗器１２３に流して受けることにより、ダイオード群１２１に流れる電流に比例した電圧を抵抗器１２３の両端に作り出す。蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が上がると抵抗器１２３の両端の電圧が上昇し、ノード１２４の電位が上昇する。ノード１２４の電位が第二の電位である。
【００４０】
図８に、蓄電系のプラス端子であるノード３０５の電位と、過充電基本判定回路４１の出力ノードであるノード１１４の電位（第一の電位）、過充電基本判定回路４２の出力ノードであるノード１２４の電位（第二の電位）を示す。これは回路シミュレータでシミュレーションした結果である。
【００４１】
次に、フリップフロップとして機能する回路４３の動作について説明する。フリップフロップとして機能する回路４３は、以下の３つの機能を有する。
１．フリップフロップ機能
２．増幅機能
３．レベル・シフティング機能
【００４２】
フリップフロップ機能に関してだが、図９に、発電系のプラス端子であるノード３０６の電位を１４Ｖに固定してシミュレーションした結果を示す。例えば、ノード１１４の電位が４Ｖ以上で入力ノード１２４の電位が３Ｖ以下であるときには、内部ノード１３９の電位が例えば０．０Ｖに、内部ノード１４０の電位が例えば１２．４Ｖに、ノード１４１の電位が例えば６．４Ｖ、ノード１４２の電位が１４．０Ｖになる。この状態が第一の状態である。例えば、入力ノード１１４の電位が３Ｖ以下で入力１２４の電位が４Ｖ以上であるときには、内部ノード１３９の電位が例えば１２．４Ｖに、内部ノード１４０の電位が例えば０．０Ｖに、ノード１４１の電位が例えば１４．０Ｖに、ノード１４２の電位が６．４Ｖになる。この状態が第二の状態である。入力ノード１１４の電位、ノード１２４の電位が共に４Ｖ以上のときは、内部ノード１３９の電位、内部ノード１４０の電位は現状維持される。例えば、入力ノード１１４の電位、ノード１２４の電位が共に３Ｖ以下となると、フリップフロップとして正常に動作できなくなる。第１の実施の形態では、ノード１３９の電位がノード１４０の電位より低く、ノード１４１の電位がノード１４２の電位より低い状態を第一の状態と呼び、ノード１３９の電位がノード１４０の電位より高く、ノード１４１の電位がノード１４２の電位より高い状態を第二の状態と呼ぶ。
【００４３】
フリップフロップ機能は、ＮＭＯＳＦＥＴ１３３、ＮＭＯＳＦＥＴ１３４、ＰＭＯＳＦＥＴ１３７、ＰＭＯＳＦＥＴ１３８によって実現される。フリップフロップとして機能する回路４３は、ＮＡＮＤゲートを２つ持つ回路、ＮＯＲゲートを２つ持つ回路といった一般的なフリップフロップとは回路が異なるが、フリップフロップとして機能する。請求項におけるフリップフロップとして機能する回路は、ＮＡＮＤゲートを２つ持つ回路、ＮＯＲゲートを２つ持つ回路といった一般的なフリップフロップの回路に限定されない広範な概念を含むと解釈すべきである。
【００４４】
増幅機能に関してだが、ＮＭＯＳＦＥＴ１３１、ＮＭＯＳＦＥＴ１３２のゲートで、入力ノード１１４、入力ノード１２４の電位を受けているため、入力結果を増幅することができる。このことと上記したフリップフロップ機能により、内部ノード１３９の電位、内部ノード１４０の電位は、Ｌ（例えば０．０Ｖ）かＨ（例えば１２．４Ｖ）のどちらかになる。
【００４５】
レベル・シフティング機能に関してだが、フリップフロップとして機能する回路４３を蓄電系のプラス端子であるノード３０５でなく発電系のプラス端子であるノード３０６に接続する。こうすることによってノード１４１の電位が、蓄電系のプラス端子であるノード３０５と同じ電位まで上昇することが可能になるというレベル・シフティング機能が実現する。こうすることによって、過充電と判定されたときに、ＰＭＯＳＦＥＴ１５１のソース・ゲート間の電圧を０Ｖにまでスイングできるようにし、蓄電系と発電系を完全に切断することができる。
【００４６】
抵抗器１３５、抵抗器１３６は、消費電流を抑えるために入っている。消費電流を気にしなければこれらは不要であるが、無いと大幅に消費電流が増加してしまう。内部ノード１３９、内部ノード１４０で、ＰＭＯＳＦＥＴ１５１を制御しないのは、ＰＭＯＳＦＥＴ１５１のソース・ゲート間の電圧を０Ｖにまでスイングできるようにし、蓄電系のプラス端子であるノード３０５と発電系のプラス端子であるノード３０６を完全に電気的に切断できるようにするためである。以上が、フリップフロップとして機能する回路４３の動作についての説明である。尚、この回路構成の場合、発電系のプラスマイナス間の電圧が２７Ｖになっても、ＭＯＳＦＥＴのソース・ゲート間に２０Ｖを超える電圧がかからず、ソース・ゲート間耐圧が２０Ｖ以下のＭＯＳＦＥＴを使用できる。
【００４７】
次に、過充電防止回路１２全体の動作について説明する。１．蓄電系のプラス端子であるノード３０５の電位が低いときは、ノード１１４の電位が高い電位となり、ノード１２４の電位が低い電位となる。こうなるとフリップフロップとして機能する回路４３は第一の状態になる。例えば、ノード３０５の電位が１３．０Ｖのとき、ノード１３９の電位は例えば０．０Ｖに、ノード１４０の電位は例えば１１．８Ｖに、ノード１４１の電位は例えば６．１Ｖ、ノード１４２の電位は例えば１３．３Ｖになる。この状態では、ＰＭＯＳＦＥＴ１５１のソース・ゲート間の電圧は、例えば７．２Ｖといった高い電圧となるので、蓄電系のプラス端子であるノード３０５と発電系のプラス端子であるノード３０６の間は導通する。
【００４８】
２．発電装置により充電され、蓄電系のプラス端子であるノード３０５の電位がある程度上がると、ノード１１４の電位が中程度の電位となり、ノード１２４の電位も中程度の電位となる。こうなるとフリップフロップとして機能する回路４３は現状維持する。例えば、ノード３０５の電位が１４．０Ｖのとき、ノード１３９の電位は例えば０．０Ｖ、ノード１４０の電位は例えば１２．０Ｖ、ノード１４１の電位は例えば６．５Ｖ、ノード１４２の電位は例えば１４．３Ｖと、ほぼ現状を維持する。この状態では、ＰＭＯＳＦＥＴ１５１のソース・ゲート間の電圧は、例えば７．４Ｖといった高い電圧となるので、蓄電系のプラス端子であるノード３０５と発電系のプラス端子であるノード３０６の間は導通している。
【００４９】
３．発電装置によりさらに充電され、蓄電系のプラス端子であるノード３０５の電位がさらに上がると、ノード１１４の電位が低い電位となり、ノード１２４の電位が高い電位となる。こうなるとフリップフロップとして機能する回路４３は第二の状態になる。例えば、ノード３０５の電位が１４．５Ｖのとき、ノード１３９の電位は例えば１６．７Ｖに、ノード１４０の電位は例えば０．０Ｖに、ノード１４１の電位は例えば１８．７Ｖ、ノード１４２の電位は例えば８．６Ｖになる。この状態では、ＰＭＯＳＦＥＴ１５１のソース・ゲート間の電圧は、例えば０．０Ｖといった低い電圧となるので、蓄電系のプラス端子であるノード３０５と発電系のプラス端子であるノード３０６の間は電気的に切断される。こうなると、蓄電系のプラス端子でノード３０５の電位はこれ以上上昇しない。このように、蓄電系のプラス端子であるノード３０５と発電系のプラス端子であるノード３０６の間が導通した状態から電気的に切断された状態に変化する過充電判定電圧を、過充電判定電圧その１とする。
【００５０】
４．負荷により電力が消費され、蓄電系のプラス端子であるノード３０５の電位が下がると、ノード１１４の電位が中程度の電位となり、ノード１２４の電位も中程度の電位となる。こうなるとフリップフロップとして機能する回路４３は現状維持する。例えば、ノード３０５の電位が１４．０Ｖのとき、ノード１３９の電位は例えば１５．８Ｖ、ノード１４０の電位は例えば０．０Ｖを、ノード１４１の電位は例えば１８．７Ｖ、ノード１４２の電位は例えば８．６Ｖとほぼ現状を維持する。この状態では、ＰＭＯＳＦＥＴ１５１のソース・ゲート間の電圧は、例えば０．０Ｖといった低い電圧となるので、蓄電系のプラス端子であるノード３０５と発電系のプラス端子であるノード３０６の間は電気的に切断されている。
【００５１】
１．負荷によりさらに電力が消費され、蓄電系のプラス端子であるノード３０５の電位が下がると、ノード１１４の電位が高い電位となり、ノード１２４の電位が近い低い電位となる。こうなるとフリップフロップとして機能する回路４３は第一の状態になる。例えば、ノード３０５の電位が１３．０Ｖのとき、ノード１３９の電位は例えば０．０Ｖに、ノード１４０の電位は例えば１１．８Ｖに、ノード１４１の電位は例えば６．１Ｖ、ノード１４２の電位は例えば１３．３Ｖになる。この状態では、ＰＭＯＳＦＥＴ１５１のソース・ゲート間の電圧は、例えば７．２Ｖといった高い電圧となるので、蓄電系のプラス端子であるノード３０５と発電系のプラス端子であるノード３０６の間は導通する。このように、蓄電系のプラス端子であるノード３０５と発電系のプラス端子であるノード３０６の間が電気的に切断された状態から導通した状態に変化する過充電判定電圧を、過充電判定電圧その２とする。
【００５２】
発電装置による充電電流が負荷により消費される電流を上回っていて、蓄電系のプラス端子であるノード３０５の電位が過充電判定電圧付近である場合は、上記１→２→３→４→１というサイクルを繰り返す。このようにして過充電判定電圧にヒステリシスを持たせる。過充電判定電圧その１は、例えば１４．４Ｖであり、過充電判定電圧その２は例えば１３．４Ｖである。尚４７段落から５１段落で用いた数値は、過充電防止回路１２全体のシミュレーションに基づき、発電系のプラス端子であるノード３０６の電位を１４Ｖに固定してシミュレーションした結果である図９とは異なる。
【００５３】
過充電判定電圧にヒステリシスを持たせていない単純な過充電防止回路では、第一のスイッチング素子であるＰＭＯＳＦＥＴ１５１にある程度高い電圧がかかることとある程度大きい電流が流れることが同時に起きる。こうなると、第一のスイッチング素子であるＰＭＯＳＦＥＴ１５１で大きな発熱が起きる。非常に高出力の発電装置を用いる場合、この発熱が問題となる。中程度に高出力の発電装置を用いる場合でも、第一のスイッチング素子であるＰＭＯＳＦＥＴ１５１に放熱用のフィンを取り付けて、放熱する必要があり、手間がかかってしまう。そのため、過充電判定電圧にヒステリシスを持たせることは非常に重要である。
【００５４】
このように構成された回路は、発電装置に太陽電池を、蓄電装置に鉛蓄電池を用いた独立電源システムに適する。ここで、鉛蓄電池の過充電判定電圧は、非特許文献１示される通り、システム電圧１２Ｖの場合で、−３０ｍＶ／℃程度の負の温度依存性を持つことが望ましい。本発明の回路の過充電判定電圧その１、過充電判定電圧その２は、それぞれ、概ね、ダイオード群１１１、ダイオード群１２１の直列接続されたダイオード群の閾値の合計となる。ただしこれはかなり大雑把な概算である。尚、ここで、閾値は、数ｎＡ（ナノアンペア）、数μＡ（マイクロアンペア）程度の電流が流れる電流なので、カタログに載っている閾値とは異なることがある。
【００５５】
このことに関し、ダイオードの持つ温度依存性を積極的に用いることができる。ダイオード群１１１、ダイオード群１２１に用いるダイオードには、発光ダイオードやツェナーダイオードを用いることができるが、閾値の温度依存性が−４ｍＶ／℃程度の青色発光ダイオードは容易に手に入り、７つから８つ程度のダイオード群１１１、ダイオード群１２１に発光ダイオードを用いることができる。そうすることにより、システム電圧１２Ｖの場合で、過充電判定電圧は、約−３０ｍＶ／℃程度の負の温度依存性を持つことができる。
【００５６】
また、ツェナーダイオードは，ツェナー電圧が５〜６Ｖのものは温度依存性をほとんど持たず、ツェナー電圧がそれより大きいものは正の温度依存性を持ち、ツェナー電圧がそれより小さいものは負の温度依存性を持つ。ツェナー電圧の低いツェナーダイオードの、数ｎＡ（ナノアンペア）、数μＡ（マイクロアンペア）程度の電流が流れる電流における閾値は、もっと大きな電流で測定したカタログスペックより変化割合の絶対値が大きくなるようで、ツェナーダイオードを用いても、システム電圧１２Ｖの場合で、過充電判定電圧は、約−３０ｍＶ／℃程度の負の温度依存性を持つように設計できる。
【００５７】
蓄電装置の内部抵抗を無視したシミュレーション結果によると、過充電判定電圧は、発電装置の発電電流、すなわち充電電流に依存しなかった。蓄電装置の内部抵抗を考慮すると、過充電判定電圧は、若干電流依存性を持つ。
【００５８】
シミュレーション結果によると、過充電防止回路１２の消費電流は、常温で最大１０μＡ（マイクロアンペア）であった。ここで、消費電流は、抵抗負荷１１３、抵抗負荷１２３、抵抗器１３５、抵抗器１３６の抵抗値に大きく依存するのであるが、抵抗負荷１１３の抵抗値が１５ＭΩ（メガオーム）、抵抗負荷１２３の抵抗値が１０ＭΩ（メガオーム）、抵抗器１３５の抵抗値が１．５ＭΩ（メガオーム）、抵抗器１３６の抵抗値が１．５ＭΩ（メガオーム）のときのシミュレーション結果である。また、この消費電流は、図７に示したように、ＮＭＯＳＦＥＴ１３３、ＮＭＯＳＦＥＴ１３４、ＰＭＯＳＦＥＴ１３７、ＰＭＯＳＦＥＴ１３８は、２つのＭＯＳＦＥＴの直列接続とした場合の結果である。尚、消費電流は、オフリーク電流の少ないＭＯＳＦＥＴを用いることにより、さらに小さくできる可能性がある。
【００５９】
このような低消費電流化が可能である本質的理由は、以下のとおりである。
１．過充電基本判定回路４１、過充電基本判定回路４２において、ダイオードは電流が流れ始める付近の両端の電圧において、両端にかかる電圧に対して指数関数的に電流量が増大することを用いているため、複雑な増幅回路が不要であり、また、直列接続されるダイオードの個数や各ダイオードの閾値によりダイオードに流れる電流を調整し、少なく抑えることができることによる。
２．フリップフロップとして機能する回路４３が抵抗器１３５、抵抗器１３６により、消費電流が抑えられていることによる。
３．フリップフロップとして機能する回路４３が、フリップフロップ機能、増幅機能、レベル・シフティング機能を兼ね備えるため、機能の割に単純な回路とすることができることによる。
【００６０】
また、第１の実施の形態の過充電防止回路は、高価な部品を使う必要がなく、部品代を数百円に抑えることができ、低価格である。そして、過充電基本判定回路４１、過充電基本判定回路４２が、蓄電系のプラス端子３０６に接続されていることから、蓄電装置の過充電判定電圧その２より下がったらすぐに充電を再開する。
【００６１】
第１の実施の形態の過充電防止回路により、低消費電流、低価格であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、過充電防止回路が実現する。
【００６２】
［第１の実施の形態の蓄電池制御装置］
図１０に、第１の実施の形態の蓄電池制御装置を示す。第１の実施の形態の蓄電池制御装置１１は、第１の実施の形態の過充電防止回路１２および機械的スイッチ３４１を含む。機械的スイッチ３４１は、負荷に電流を供給するかどうかを決めるスイッチであり、無くてもよい。他のものを含んでもよい。
【００６３】
第１の実施の形態の蓄電池制御装置により、低消費電流、低価格であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、過充電防止機能を有する蓄電池制御装置が実現する。
【００６４】
［第１の実施の形態の独立電源システム］
第１の実施の形態の独立電源システムは図１０に示されるとおりである。第１の実施の形態の独立電源システムは、第１の実施の形態の蓄電池制御装置１１、逆電流防止ダイオード３２１、発電装置３３１、蓄電装置３３３、負荷３３４を含む。発電装置３３１が、蓄電池制御装置１１内の過充電防止回路１２、逆電流防止ダイオード３２１を介して蓄電装置３３３に接続される。負荷３３４が蓄電池制御装置１１内の機械的スイッチ３４１を介して蓄電装置３３３に接続される。逆電流防止ダイオード３２１は、発電装置３３１と一体になっていてもよい。
【００６５】
発電装置３３１には、自然エネルギーを利用したものが適する。特に太陽電池などが適する。蓄電装置３３３には鉛蓄電池を用いることができる。以下では、発電装置３３１に太陽電池を、蓄電装置３３３に鉛蓄電池を用いた場合について説明する。
【００６６】
第１の実施の形態の独立電源システムは、第１の実施の形態の蓄電池制御装置１１、逆電流防止ダイオード３２１、太陽電池３３１、鉛蓄電池３３３、負荷３３４を含む。太陽電池３３１が、蓄電池制御装置１１内の過充電防止回路１２、逆電流防止ダイオード３２１を介して鉛蓄電池３３３に接続される。負荷３３４が蓄電池制御装置１１内の機械的スイッチ３４１を介して鉛蓄電池３３３に接続される。逆電流防止ダイオード３２１は、太陽電池３３１と一体になっていてもよい。
【００６７】
負荷３３４は、例えば照明などである。電流防止ダイオード３２１の働きにより、鉛蓄電池３３３に蓄えられていた電力が夜間に太陽電池３３１の内部を通って逆方向に流出するということはない。
【００６８】
特許文献２に示される独立電源システムは１０Ｗ〜４０Ｗ程度の小規模な太陽電池を用いる場合に適し、日照量が少ない場合にも対応する。一方、本発明の回路を用いた独立電源システムは、第一のスイッチング素子の発熱の問題を解決しており、４０Ｗ以上の大規模な太陽電池を用いた独立電源システムにも適する。
【００６９】
第１の実施の形態の独立電源システムにより、自己消費電流が少なく、低価格であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、過充電防止機能を有する独立電源システムが実現する。
【００７０】
［第２の実施の形態］
［第２の実施の形態の蓄電池制御装置］
図１１に、第２の実施の形態の蓄電池制御装置を示す。第２の実施の形態の蓄電池制御装置１１は、第１の実施の形態の過充電防止回路１２、逆電流防止ダイオード３２２、機械的スイッチ３４１を含む。過充電防止回路１２に関しては、第１の実施の形態で説明したとおりである。機械的スイッチ２３は、負荷に電流を供給するかどうかを決めるスイッチであり、無くてもよい。蓄電池制御装置１１は、他のものを含んでもよい。
【００７１】
第１の実施の形態における蓄電池制御装置１１と異なる点は、フリップフロップとして機能する回路４３が、逆電流防止ダイオード３２２より発電装置３３１側に接続されている点である。こうすることにより、発電装置が発電していない場合の消費電流をさらに抑えることができる。第２の実施の形態の蓄電池制御装置において、逆電流防止ダイオード３２２は、蓄電池制御装置１１の内部にあるが、この点は本質的ではなく、蓄電池制御装置１１の外部にあってもよい。
【００７２】
第２の実施の形態の蓄電池制御装置の動作と消費電流についてもう少し説明する。発電装置が発電する際は、発電装置が接続されているノード３０６の電位は高くなる。そのため、フリップフロップとして機能する回路４３は第１の実施の形態の過充電防止回路で説明したとおり、通常通り動作する。消費電流は、第１の実施の形態の過充電防止回路で説明したのと同様に、例えば１０μＡ（マイクロアンペア）である。
【００７３】
発電装置が発電していないときは、発電装置が接続されているノード３０６の電位は低くなる。そのため、フリップフロップとして機能する回路４３には電源が供給されず、フリップフロップとして機能する回路４３は基本的に電流を消費しない。過充電基本判定回路４１、過充電基本判定回路４２のみで電流が消費される。フリップフロップとして機能する回路４３に電源が供給されないと、過充電を判定できないが、発電装置が発電していないときは、過充電となることがないので、発電装置が発電していないときはフリップフロップとして機能する回路４３に電源を供給する必要はない。
【００７４】
シミュレーション結果によると、過充電基本判定回路４１、過充電基本判定回路４２の消費電流の合計は、常温の最大値で２μＡ（マイクロアンペア）であり、フリップフロップとして機能する回路４３の消費電流は、常温の最大値で８μＡ（マイクロアンペア）であるので、発電装置が発電していないときの過充電防止回路１１の消費電流は、常温の最大値で２μＡ（マイクロアンペア）となる。
【００７５】
この消費電流の場合、発電装置が１日に１２時間発電する場合を考える。第１の実施の形態の蓄電池制御装置では、１日の平均消費電流は１０μＡ（マイクロアンペア）であるが、第２の実施の形態の蓄電池制御装置では、１日の平均消費電流は６μＡ（マイクロアンペア）となる。発電装置が発電している時の消費電流より発電装置が発電していない時の消費電流の方がインパクトが大きく、平均消費電流の数字以上に効果は大きい。
【００７６】
第２の実施の形態の蓄電池制御装置により低価格であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、第１の実施の形態よりさらに低消費電流な過充電防止機能を有する蓄電池制御装置が実現する。
【００７７】
［第２の実施の形態の独立電源システム］
第２の実施の形態の独立電源システムは図１１に示されるとおりである。第２の実施の形態の独立電源システムは、第２の実施の形態の蓄電池制御装置１１、発電装置３３１、蓄電装置３３３、負荷３３４を含む。発電装置３３１が、蓄電池制御装置１１内の過充電防止回路１２を介して蓄電装置３３３に接続される。負荷３３４が蓄電池制御装置１１内の機械的スイッチ３４１を介して蓄電装置３３３に接続される。
【００７８】
発電装置３３１には、自然エネルギーを利用したものが適する。特に太陽電池などが適する。蓄電装置３３３には鉛蓄電池を用いることができる。以下では、発電装置３３１に太陽電池を、蓄電装置３３３に鉛蓄電池を用いた場合について説明する。
【００７９】
第２の実施の形態の独立電源システムは、第１の実施の形態の蓄電池制御装置１１、太陽電池３３１、鉛蓄電池３３３、負荷３３４を含む。太陽電池３３１が、蓄電池制御装置１１内の過充電防止回路１２を介して鉛蓄電池３３３に接続される。負荷３３４が蓄電池制御装置１１内の機械的スイッチ３４１を介して鉛蓄電池３３３に接続される。
【００８０】
負荷３３４は、例えば照明などである。電流防止ダイオード３２２の働きにより、鉛蓄電池３３３に蓄えられていた電力が夜間に太陽電池３３１の内部を通って逆方向に流出するということはない。
【００８１】
第２の実施の形態の独立電源システムは、夜間や雨天時にフリップフロップとして機能する回路４３は基本的に電流を消費しないので、夜間や雨天時の消費電流が極めて小さくなる。ただしここで雨天時とは、太陽電池が発電しないほど暗い場合である。
【００８２】
特許文献２に示される独立電源システムは１０Ｗ〜４０Ｗ程度の小規模な太陽電池を用いる場合に適し、日照量が少ない場合にも対応する。一方、本発明の回路を用いた独立電源システムは、第一のスイッチング素子の発熱の問題を解決しており、４０Ｗ以上の大規模な太陽電池を用いた独立電源システムにも適する。
【００８３】
第２の実施の形態の独立電源システムにより低価格であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、第１の実施の形態よりさらに低消費電流な過充電防止機能を有する、独立電源システムが実現する。
【００８４】
［第３の実施の形態］
［第３の実施の形態の蓄電池制御装置］
図１２、図１３に、第３の実施の形態の蓄電池制御装置を示す。第３の実施の形態の蓄電池制御装置１１は、第１の実施の形態の過充電防止回路１２、逆電流防止ダイオード３２３、逆電流防止ダイオード３２４、逆電流防止ダイオード３２５、逆電流防止ダイオード３２６、機械的スイッチ３４１を含む。過充電防止回路１２に関しては、第１の実施の形態で説明したとおりである。機械的スイッチ３４１は、負荷に電流を供給するかどうかを決めるスイッチであり、無くてもよい。他のものを含んでもよい。図１３は、全体のイメージをつかみやすくする目的で示したが、図１２、図４、図５、図６で同等の内容を示しているため、図１３の記号や文字が小さくて見えなかったとしても発明は開示されたものと考える。
【００８５】
第２の実施の形態における蓄電池制御装置１１と異なる点は、逆電流防止ダイオードが４つ用いられ、それに伴い、接続が変えられている点である。こうすることにより、発電装置が発電していない場合の消費電流を抑え、複数の発電装置に接続することができる。第２の実施の形態の蓄電池制御装置において、逆電流防止ダイオード３２３、逆電流防止ダイオード３２４、逆電流防止ダイオード３２５、逆電流防止ダイオード３２６は、蓄電池制御装置１１の内部にあるが、この点は本質的ではなく、蓄電池制御装置１１の外部にあり、外部で図１２のような配線をしてもよい。
【００８６】
一般的に言って、逆電流防止ダイオードを用いる目的は、第１に、発電装置が発電していないときに、蓄電装置に蓄えられている電荷が、発電装置を介して逆流しないようにすることである。そして、第２に、複数の発電装置を用いている場合において、１つの発電装置で発電した電力が、別の発電装置を介して逆流しないようにすることである。複数の発電装置を用いる場合、複数の発電装置のプラス端子同士、マイナス端子同士を短絡して、短絡したプラス端子に逆電流防止ダイオードを接続するということをすると、逆電流防止ダイオードを用いる第２の目的を達成することができない。そこで、図１２に示すように、４つの逆電流防止ダイオード、逆電流防止ダイオード３２３、逆電流防止ダイオード３２４、逆電流防止ダイオード３２５、逆電流防止ダイオード３２６を次のように用いる。
【００８７】
ノード３０５に蓄電装置が接続され、ノード３０７に第一の発電装置が接続され、ノード３０８に第二の発電装置が接続されるものとする。そして蓄電装置が接続されたノード３０５に過充電基本判定回路４１、過充電基本判定回路４２が接続される。そして、フリップフロップとして機能する回路４３がノード３０６に接続される。ここで、ノード３０５とノード３０７の間にＰＭＯＳＦＥＴ１５１に加え、逆電流防止ダイオード３２３を挿入し、ノード３０６とノード３０７の間に逆電流防止ダイオード３２４を挿入し、ノード３０５とノード３０８の間にＰＭＯＳＦＥＴ１５１に加え、逆電流防止ダイオード３２５を挿入し、ノード３０６とノード３０８の間に逆電流防止ダイオード３２６を挿入する。
【００８８】
こうすることにより、逆電流防止ダイオードを用いる第１の目的はもちろん、逆電流防止ダイオードを用いる第２の目的と、発電装置が発電しないときに消費電流を抑えること、逆電流防止ダイオードによる電圧降下を最小限に抑えることを同時に満たす。第３の実施の形態の蓄電池制御装置の動作と消費電流についてもう少し説明する。
【００８９】
２つの発電装置が両方とも発電する際は、発電装置が接続されているノード３０７、ノード３０８の電位は高くなる。そのため、フリップフロップとして機能する回路４３は第１の実施の形態の過充電防止回路で説明したとおり、通常通り動作する。消費電流は、第１の実施の形態の過充電防止回路で説明したのと同様に、例えば１０μＡ（マイクロアンペア）である。
【００９０】
次に、２つの発電装置の片方のみ発電している場合を考える。ノード３０７に接続された第一の発電装置が発電していて、ノード３０８に接続された第二の発電装置が発電していない場合を考える。第一の発電装置が接続されたノード３０７は電位が高くなり、第二の発電装置が接続されたノード３０８の電位は低くなる。そのため、逆電流防止ダイオード３２４、逆電流防止ダイオード３２６の働きにより、逆電流防止ダイオード３２４が電流を流し、ノード３０６の電位は高くなる。そのため、フリップフロップとして機能する回路に電力が供給される。そのため、フリップフロップとして機能する回路４３は第１の実施の形態の過充電防止回路で説明したとおり、通常通り動作する。過充電防止回路１２が通常通り動作するので、ノード３０５の電位が過充電判定電圧より低ければ、逆電流防止ダイオード３２３、逆電流防止ダイオード３２５の働きにより、逆電流防止ダイオード３２３が電流を流し、第一の発電装置から蓄電装置に電流が流れ、蓄電装置は充電される。消費電流は、第１の実施の形態の過充電防止回路で説明したのと同様に、例えば１０μＡ（マイクロアンペア）である。
【００９１】
最後に、２つの発電装置が両方とも発電していない場合を考える。発電装置が接続されているノード３０７、ノード３０８の電位は低くなる。そのため、逆電流防止ダイオード３２４、逆電流防止ダイオード３２６の働きにより、電流を流さず、ノード３０６の電位は低くなる。そのため、フリップフロップとして機能する回路４３には電源が供給されず、フリップフロップとして機能する回路４３は基本的に電流を消費しない。過充電基本判定回路４１、過充電基本判定回路４２のみで電流が消費される。フリップフロップとして機能する回路４３に電源が供給されないと、過充電を判定できないが、２つの発電装置が両方とも発電していないときは、過充電となることがないので、発電装置が発電していないときはフリップフロップとして機能する回路４３に電源を供給する必要はない。
【００９２】
シミュレーション結果によると、過充電基本判定回路４１、過充電基本判定回路４２の消費電流の合計は、常温の最大値で２μＡ（マイクロアンペア）であり、フリップフロップとして機能する回路４３の消費電流は、常温の最大値で８μＡ（マイクロアンペア）であるので、発電装置が発電していないときの過充電防止回路１１の消費電流は、常温の最大値で２μＡ（マイクロアンペア）となる。
【００９３】
この消費電流の場合、発電装置が１日に１２時間発電する場合を考える。第１の実施の形態の蓄電池制御装置では、１日の平均消費電流は１０μＡ（マイクロアンペア）であるが、第３の実施の形態の蓄電池制御装置では、１日の平均消費電流は６μＡ（マイクロアンペア）となる。発電装置が発電している時の消費電流より発電装置が発電していない時の消費電流の方がインパクトが大きく、平均消費電流の数字以上に効果は大きい。
【００９４】
蓄電装置に電流を供給するための逆電流防止ダイオード３２３、逆電流防止ダイオード３２５には大電流が流れる。そのため、大規模な発電装置を用いる場合は、逆電流防止ダイオード３２３、逆電流防止ダイオード３２５は電流容量の大きいものを用いるべきである。一方で、フリップフロップとして機能する回路４３に電流を供給するための逆電流防止ダイオード３２４、逆電流防止ダイオード３２６は、フリップフロップとして機能する回路４３が消費する電流、例えば８μＡ（マイクロアンペア）しか電流が流れない。そのため、逆電流防止ダイオード３２４、逆電流防止ダイオード３２６は電流容量の小さいものでよい。
【００９５】
発電装置が２つ存在する場合、蓄電装置とフリップフロップとして機能する回路４３の２か所に電流を供給するため、２×２＝４の４つの逆電流防止ダイオードを、発電装置２か所と電源供給か所２か所のすべての組み合わせに相当する箇所に用意すればよいのである。この考え方は、発電装置が３つ以上の場合にも容易に拡張できる。例えば、発電装置が３つ存在する場合、蓄電装置とフリップフロップとして機能する回路４３の２か所に電流を供給するため、３×２＝６の６つの逆電流防止ダイオードを発電装置３か所と電源供給か所２か所のすべての組み合わせに相当する箇所に用意すればよい。
【００９６】
第３の実施の形態の蓄電池制御装置により低価格であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、第１の実施の形態よりさらに低消費電流で、過充電防止機能を有する、複数の蓄電装置に対応する蓄電池制御装置が実現する。
【００９７】
［第３の実施の形態の独立電源システム］
第３の実施の形態の独立電源システムは図１２、図１３に示されるとおりである。第２の実施の形態の独立電源システムは、第３の実施の形態の蓄電池制御装置１１、発電装置３３１、発電装置３３２、蓄電装置３３３、負荷３３４を含む。発電装置３３１が、蓄電池制御装置１１を介して蓄電装置３３３に接続される。発電装置３３２が、蓄電池制御装置１１内の過充電防止回路１２を介して蓄電装置３３３に接続される。負荷３４１が蓄電池制御装置１１内の機械的スイッチ３４１を介して蓄電装置３３３に接続される。
【００９８】
発電装置３３１、発電装置３３２は、自然エネルギーを利用したものが適する。特に太陽電池などが適する。蓄電装置３３３には鉛蓄電池を用いることができる。以下では、発電装置３３１、発電装置３３２に太陽電池を、蓄電装置３３３に鉛蓄電池を用いた場合について説明する。
【００９９】
第３の実施の形態の独立電源システムは、第１の実施の形態の蓄電池制御装置１１、機械的スイッチ３４１、太陽電池３３１、太陽電池３３２、鉛蓄電池３３３、負荷３３４を含む。太陽電池３３１が、蓄電池制御装置１１内の過充電防止回路１２を介して鉛蓄電池３３３に接続される。太陽電池３３２が、蓄電池制御装置１１内の過充電防止回路１２を介して鉛蓄電池３３３に接続される。負荷３４１が蓄電池制御装置１１内の機械的スイッチ３４１を介して鉛蓄電池３３３に接続される。
【０１００】
負荷３４１は、例えば照明などである。電流防止ダイオード３２３、逆電流防止ダイオード３２５の働きにより、鉛蓄電池３３３に蓄えられていた電力が夜間に太陽電池３３１、太陽電池３３２の内部を通って逆方向に流出するということはない。また、一方の太陽電池で発電した電力が、他方の太陽電池を通って、逆方向に流出するということはない。
【０１０１】
第３の実施の形態の独立電源システムは、夜間や雨天時にフリップフロップとして機能する回路４３は基本的に電流を消費しないので、夜間や雨天時の消費電流が極めて小さくなる。ただしここで雨天時とは、太陽電池が発電しない暗い場合である。
【０１０２】
特許文献２に示される独立電源システムは１０Ｗ〜４０Ｗ程度の小規模な太陽電池を用いる場合に適し、日照量が少ない場合にも対応する。一方、本発明の回路を用いた独立電源システムは、第一のスイッチング素子の発熱の問題を解決しており、４０Ｗ以上の大規模な太陽電池を用いた独立電源システムにも適する。
【０１０３】
第３の実施の形態の独立電源システムにより低価格であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、第１の実施の形態よりさらに低消費電流で、過充電防止機能を有する、複数の蓄電装置に対応する独立電源システムが実現する。
【０１０４】
［第４の実施の形態］
［第４の実施の形態の過放電防止回路］
図１４に、第４の実施の形態の過放電防止回路のブロック図を示す。第４の実施の形態の過放電防止回路１３は、過放電基本判定回路５１、過放電基本判定回路５２、フリップフロップとして機能する回路５３、ＰＭＯＳＦＥＴ２５１から構成される。ＰＭＯＳＦＥＴ２５１は第二のスイッチング素子である。過放電基本判定回路５１の出力ノード２１４、過放電基本判定回路５２の出力ノード２２４、フリップフロップとして機能する回路５３の出力ノード２４２持つ。
【０１０５】
過放電基本判定回路５１は、蓄電系のプラス端子３０９の電位によって動作が決まり、ノード２１４に電位を出力する。過放電基本判定回路５２は、蓄電系のプラス端子３０９の電位によって動作が決まり、ノード２２４に電位を出力する。フリップフロップとして機能する回路５３には、ノード２１４、ノード２２４の電位が入力され、ノード２４２に電位を出力する。ＰＭＯＳＦＥＴ２５１のゲートには、ノード２４２の電位が入力され、ＰＭＯＳＦＥＴ２５１は、蓄電系のプラス端子であるノード３０９、出力系のプラス端子であるノード３１０の間に置かれる。
【０１０６】
過放電基本判定回路５１、過放電基本判定回路５２、フリップフロップとして機能する回路５３の中身を表示した過放電防止回路１３の回路図を図１５に示す。また、過放電基本判定回路５１、過放電基本判定回路５２、フリップフロップとして機能する回路５３のそれぞれの中身を図１６、図１７、図１８に示す。図１５は、全体のイメージをつかみやすくする目的で示したが、図１６、図１７、図１８で同等の内容を示しているため、図１５の記号や文字が小さくて見えなかったとしても発明は開示されたものと考える。次に、個別の回路の構成と接続に関して説明する。
【０１０７】
過放電基本判定回路５１は、ダイオード群２１１、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ２１２、抵抗負荷２１３、抵抗負荷２１５より構成される。ダイオード群２１１は、６．８Ｖのツェナーダイオード２１１−１、５．６Ｖのツェナーダイオード２１１−２より構成される。過放電基本判定回路５１の出力ノードは、ノード２１４である。
【０１０８】
ダイオード群２１１の一端は、蓄電系のプラス端子３０９に接続され、もう一端は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ２１２のベースに接続される。ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ２１２のエミッタは、抵抗器２１５の一端に接続され、ベースは、ダイオード群２１１の一端に接続され、コレクタは、抵抗負荷２１３の一端、出力ノード２１４に接続される。抵抗負荷２１３の一端は、蓄電系のプラス端子３０９に接続され、もう一端は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ２１２のコレクタ、出力ノード２１４に接続される。抵抗器２１５の一端は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ２１２のエミッタに接続され、もう一端は、蓄電系、出力系のマイナス端子３１１に接続される。
【０１０９】
過放電基本判定回路５２は、ダイオード群２２１、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ２２２、抵抗負荷２２３、抵抗負荷２２５より構成される。ダイオード群２２１は、６．８Ｖのツェナーダイオード２２１−１、５．６Ｖのツェナーダイオード２２１−２より構成される。過放電基本判定回路５２の出力ノードは、ノード２２４である。
【０１１０】
ダイオード群２２１の一端は、抵抗器２２３の一端、抵抗器２２５の一端に接続され、もう一端は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ２２２のベースに接続される。ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ２２２のエミッタは、蓄電系のプラス端子３０９に、ベースは、ダイオード群２２１の一端に接続され、コレクタは、抵抗負荷２２３の一端、出力ノード２２４に接続される。抵抗負荷２２３の一端は、ダイオード群２２１の一端、抵抗器２２５の一端に、もう一端は、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ２２２のコレクタ、出力ノード２２４に接続される。抵抗器２２５の一端は、ダイオード群２２１の一端、抵抗負荷２２３の一端に、もう一端は、蓄電系、出力系のマイナス端子３１１に接続される。
【０１１１】
フリップフロップとして機能する回路５３は、ＮＭＯＳＦＥＴ２３１、ＮＭＯＳＦＥＴ２３２、ＮＭＯＳＦＥＴ２３３、ＮＭＯＳＦＥＴ２３４、抵抗器２３５、抵抗器２３６、ＰＭＯＳＦＥＴ２３７、ＰＭＯＳＦＥＴ２３８、ＰＭＯＳＦＥＴ２３９、ＰＭＯＳＦＥＴ２４０より構成される。フリップフロップとして機能する回路５３は、内部ノード２４１、内部ノード２４２を持つ。フリップフロップとして機能する回路５３の入力ノードは、ノード２１４、ノード２２４であり、フリップフロップとして機能する回路５３の出力ノードは、ノード２４２である。
【０１１２】
ＮＭＯＳＦＥＴ２３１のソースは、蓄電系、出力系のマイナス端子３１１に接続され、ゲートは、入力ノード２１４、ＰＭＯＳＦＥＴ２３９のゲートに接続され、ドレインは、ＮＭＯＳＦＥＴ２３３のドレイン、抵抗器２３５の一端に接続される。ＮＭＯＳＦＥＴ２３２のソースは、蓄電系、出力系のマイナス端子３１１に接続され、ゲートは、入力ノード２２４、ＰＭＰＳＦＥＴ２４０のゲートに接続され、ドレインは、ＮＭＯＳＦＥＴ２３４のドレイン、抵抗器２３６の一端に接続される。ＮＭＯＳＦＥＴ２３３のソースは、蓄電系、出力系のマイナス端子３１１に接続され、ゲートは、抵抗器２３６の一端、ＰＭＯＳＦＥＴ２３８のドレイン、ＰＭＯＳＦＥＴ２３７のゲートに接続され、ドレインは、抵抗器２３５の一端、ＮＭＯＳＦＥＴ２３１のドレインに接続される。ＮＭＯＳＦＥＴ２３４のソースは、蓄電系、出力系のマイナス端子３１１に接続され、ゲートは、抵抗器２３５の一端、ＰＭＯＳＦＥＴ２３７のドレイン、ＰＭＯＳＦＥＴ２３８のゲートに接続され、ドレインは、抵抗器２３６の一端、ＮＭＯＳＦＥＴ２３２のドレインに接続される。
【０１１３】
抵抗器２３５の一端は、ＮＭＯＳＦＥＴ２３１のドレイン、ＮＭＯＳＦＥＴ２３３のドレインに接続され、もう一端は、ＰＭＯＳＦＥＴ２３７のドレイン、ＮＭＯＳＦＥＴ２３４のゲート、ＰＭＯＳＦＥＴ２３８のゲートに接続される。抵抗器２３６の一端は、ＮＭＯＳＦＥＴ２３２のドレイン、ＮＭＯＳＦＥＴ２３４のドレインに接続され、もう一端は、ＰＭＯＳＦＥＴ２３８のドレイン、ＮＭＯＳＦＥＴ２３３のゲート、ＰＭＯＳＦＥＴ２３７のゲート、出力ノード２４２に接続される。
【０１１４】
ＰＭＯＳＦＥＴ２３７のソースは、ＰＭＯＳＦＥＴ２３９のドレインに接続され、ゲートは、ＮＭＯＳＦＥＴ２３３のゲート、抵抗器２３６の一端、ＰＭＯＳＦＥＴ２３８のドレイン、出力ノード２４２に接続され、ドレインは、抵抗器２３５の一端、ＮＭＯＳＦＥＴ２３４のゲート、ＰＭＯＳＦＥＴ２３８のゲートに接続される。ＰＭＯＳＦＥＴ２３８のソースは、ＰＭＯＳＦＥＴ２４０のドレインに接続され、ゲートは、ＮＭＯＳＦＥＴ２３４のゲート、抵抗器２３５の一端、ＰＭＯＳＦＥＴ２３７のドレインに接続され、ドレインは、抵抗器２３６の一端、出力ノード２４２、ＮＭＯＳＦＥＴ２３３のゲート、ＰＭＯＳＦＥＴ２３７のゲートに接続される。ＰＭＯＳＦＥＴ２３９のソースは、蓄電系のプラス端子３０９に接続され、ゲートは、入力ノード２１４、ＮＭＯＳＦＥＴ２３１のゲートに接続され、ドレインは、ＰＭＯＳＦＥＴ２３７のソースに接続される。ＰＭＯＳＦＥＴ２４０のソースは、蓄電系のプラス端子３０９に接続され、ゲートは、入力ノード２２４、ＮＭＯＳＦＥＴ２３２のゲートに接続され、ドレインは、ＰＭＯＳＦＥＴ２３８のソースに接続される。
【０１１５】
図１９に示すように、ＮＭＯＳＦＥＴ２３３、ＮＭＯＳＦＥＴ２３４、ＰＭＯＳＦＥＴ２３７、ＰＭＯＳＦＥＴ２３８は、複数のＭＯＳＦＥＴの直列接続とすることもできる。後で述べる１７ｕＡ（マイクロアンペア）という消費電流は、図１９に示すように複数のＭＯＳＦＥＴの直列接続としたときのものであるが、本質的には図１８の回路と同等なので、図１８の回路で説明し、図１９に関しては説明を割愛する。
【０１１６】
ここで出力系のプラス端子とは負荷に実質的に接続された部分のプラス端子３１０とし、第４の実施の形態においては蓄電系のプラス端子とは鉛蓄電池等の蓄電池に機械的スイッチを介して実質的に接続された部分のプラス端子３０９とする。ここで出力系のマイナス端子とは太陽電池等の発電装置に実質的に接続された部分のマイナス端子３１１とし、蓄電系のマイナス端子とは鉛蓄電池等の蓄電池に実質的に接続された部分のマイナス端子３１１とする。実質的に接続されるとは、間にヒューズ、スイッチ、抵抗器、電流計等が間に挿入されている場合も含めて接続されていることを意味する。
【０１１７】
ここで、ダイオード群２１１、ダイオード群２２１は、１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群を含む。直列接続したダイオードを並列接続すること、並列接続したダイオードを直列接続することも可能である。第４の実施の形態では、ダイオード群２１１、ダイオード群２２１はツェナーダイオードの組み合わせとする。適切な過放電判定電圧と過充電判定電圧の温度依存性を実現できるのであれば、この組み合わせでなくてもよい。発光ダイオードを用いる場合緑色、赤色、青色、黄色、橙色、白色、紫外、赤外などあらゆるものを用いることができる。また、第４の実施の形態のようにツェナーダイオードを用いることもできる。ツェナーダイオードは、降下電圧であるツェナー電圧が小さいものから大きいものまで入手可能であり、さまざまなもの用いることができる。ここで用いるダイオードの温度特性が過放電判定電圧の温度特性に影響するが、そのことは後で述べる。
【０１１８】
ここから先は、過放電防止回路１３の動作に関して説明する。まず、過放電基本判定回路５１の動作について説明する。図１６を参照されたい。この回路は、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧によりダイオード群２１１に流れる電流が決まる。ダイオード群２１１に流れる電流は、電流が流れ始める電圧付近において、両端にかかる電圧に対して指数関数的に増大する。そして、ダイオード群２１１に流れる電流を、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ２１２で増幅およびコピーし、抵抗器２１３に流して受けることにより、ダイオード群２１１に流れる電流に比例した電圧を抵抗器２１３の両端に作り出す。蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が上がると抵抗器２１３の両端の電圧が上昇し、ノード２１４の電位が降下する。ノード２１４の電位が第三の電位である。尚、抵抗器２１５は、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が過放電判定電圧に対し大幅に大きくなった場合に消費電流を抑える役割を果たす。
【０１１９】
次に、過放電基本判定回路５２の動作について説明する。図１７を参照されたい。この回路は、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧によりダイオード群２２１に流れる電流が決まる。ダイオード群２２１に流れる電流は、電流が流れ始める電圧付近において、両端にかかる電圧に対して指数関数的に増大する。そして、ダイオード群２２１に流れる電流を、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ２２２で増幅およびコピーし、抵抗器２２３に流して受けることにより、ダイオード群２２１に流れる電流に比例した第一の電圧を抵抗器２２３の両端に作り出す。蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が上がると抵抗器２２３の両端の電圧が上昇し、ノード２２４の電位が上昇する。ノード２１４の電位が第四の電位である。抵抗器２２５は、蓄電系のプラスマイナス端子間の電圧が過放電判定電圧に対し大幅に大きくなった場合に消費電流を抑える役割を果たす。
【０１２０】
図２０に、蓄電系のプラス端子であるノード３０９の電位と、過充電基本判定回路５１の出力ノードであるノード２１４の電位、過充電基本判定回路５２の出力ノードであるノード２２４の電位を示す。これは回路シミュレータでシミュレーションした結果である。
【０１２１】
次に、フリップフロップとして機能する回路５３の動作について説明する。フリップフロップとして機能する回路５３は、以下の２つの機能を有する。
１．フリップフロップ機能
２．増幅機能
【０１２２】
フリップフロップ機能に関してだが、図２１に、蓄電系のプラス端子であるノード３０９の電位を１２Ｖに固定してシミュレーションした結果を示す。入力ノード例えば２１４の電位が８Ｖ以下で入力２２４の電位が９Ｖ以上であるときには、内部ノード２４１の電位が例えば１２．０Ｖに、内部ノード２４２の電位が例えば５．１Ｖになる。この状態が第三の状態である。ノード２１４の電位が９Ｖ以上で入力ノード２２４の電位が８Ｖ以下であるときには、内部ノード２４１の電位が例えば５．１Ｖに、内部ノード２４２の電位が例えば１２．０Ｖになる。この状態が第四の状態である。入力ノード２１４の電位、ノード２２４の電位が共に８Ｖ以下のときは、内部ノード２４１の電位、内部ノード２４２の電位は現状維持される。入力ノード２１４の電位、ノード２２４の電位が共に９Ｖ以上となると、フリップフロップとして正常に動作できなくなる。第４の実施の形態では、ノード２４１の電位がノード２４２の電位より高い状態を第三の状態と呼び、ノード２４１の電位がノード２４２の電位より低い状態を第四の状態と呼ぶ。
【０１２３】
フリップフロップ機能は、ＮＭＯＳＦＥＴ２３３、ＮＭＯＳＦＥＴ２３４、ＰＭＯＳＦＥＴ２３７、ＰＭＯＳＦＥＴ２３８によって実現される。フリップフロップとして機能する回路５３は、ＮＯＲゲートを２つ持つ一般的なフリップフロップに抵抗器２３５、抵抗器２３６が追加されている。請求項におけるフリップフロップとして機能する回路は、ＮＡＮＤゲートを２つ持つ回路、ＮＯＲゲートを２つ持つ回路といった一般的なフリップフロップと完全に一致する回路に限定されない広範な概念を含むと解釈すべきである。
【０１２４】
増幅機能に関してだが、ＮＭＯＳＦＥＴ２３１、ＮＭＯＳＦＥＴ２３２、ＰＭＯＳＦＥＴ２３９、ＰＭＯＳＦＥＴ２４０のゲートで、入力ノード２１４、入力ノード２２４の電位を受けているため、入力結果を増幅することができる。このことと上記したフリップフロップ機能により、内部ノード２４１の電位、内部ノード２４２の電位は、Ｌ（例えば５．１Ｖ）かＨ（例えば１２．０Ｖ）のどちらかになる。
【０１２５】
第一の実施の形態における過充電防止回路と異なり、電位の判定対象とスイッチング素子のソースが同じであるため、レベル・シフティング機能は必要ない。
【０１２６】
抵抗器２３５、抵抗器２３６は、消費電流を抑えるために入っている。消費電流を気にしなければこれらは不要であるが、無いと大幅に消費電流が増加してしまう。内部ノード２４２は、例えば１２．０Ｖといった蓄電系のプラス端子３０９と同じで電位までスイングする、つまり、ＰＭＯＳＦＥＴ２５１のソース・ゲート間の電圧を０Ｖにまでスイングできるようにし、ＰＭＯＳＦＥＴ２５１を完全に電気的に切断することができ、ＰＭＯＳＦＥＴ２５１を直接制御できる。以上が、フリップフロップとして機能する回路５３の動作についての説明である。
【０１２７】
次に、過放電防止回路１３全体の動作について説明する。１．蓄電系のプラス端子であるノード３０９の電位が高いときは、ノード２１４の電位が低い電位となり、ノード２２４の電位が近い高い電位となる。こうなるとフリップフロップとして機能する回路５３は第三の状態になる。例えばノード３０９の電位が１２．５Ｖのとき、ノード２４１の電位は例えば１２．５Ｖに、ノード２４２の電位は例えば５．４Ｖになる。この状態では、ＰＭＯＳＦＥＴ２５１のソース・ゲート間の電圧は、例えば７．１Ｖといった高い電圧となるので、蓄電系のプラス端子であるノード３０９と出力系のプラス端子であるノード３１０の間は導通する。
【０１２８】
２．負荷により放電され、蓄電系のプラス端子であるノード３０９の電位がある程度下がると、ノード２１４の電位が中程度の電位となり、ノード２２４の電位も中程度の電位となる。こうなるとフリップフロップとして機能する回路５３は現状維持する。例えばノード３０９の電位が１１．８Ｖのとき、ノード２４１の電位は例えば１１．８Ｖを、ノード２４２の電位は例えば６．２Ｖと、ほぼ現状を維持する。この状態では、ＰＭＯＳＦＥＴ２５１のソース・ゲート間の電圧は、例えば５．６Ｖといった高い電圧となるので、蓄電系のプラス端子であるノード３０９と出力系のプラス端子であるノード３１０の間は導通している。
【０１２９】
３．負荷によりさらに放電され、蓄電系のプラス端子であるノード３０９の電位がさらに下がると、ノード２１４の電位が高い電位となり、ノード２２４の電位が低い電位となる。こうなるとフリップフロップとして機能する回路５３は第四の状態になる。例えば、ノード３０９の電位が１１．０Ｖのとき、ノード２４１の電位は例えば４．７Ｖに、ノード２４２の電位は例えば１１．０Ｖになる。この状態では、ＰＭＯＳＦＥＴ２５１のソース・ゲート間の電圧は、例えば０．０Ｖといった低い電圧となるので、蓄電系のプラス端子であるノード３０９と出力系のプラス端子であるノード３１０の間は電気的に切断される。こうなると、蓄電系のプラス端子でノード３０９の電位はこれ以上低下しない。このように、蓄電系のプラス端子であるノード３０９と出力系のプラス端子であるノード３１０の間が導通した状態から電気的に切断された状態に変化する過放電判定電圧を、過放電判定電圧その１とする。
【０１３０】
４．発電装置により電力が充電され、蓄電系のプラス端子であるノード３０９の電位が上がると、ノード２１４の電位が中程度の電位となり、ノード２２４の電位も中程度の電位となる。こうなるとフリップフロップとして機能する回路５３は現状維持する。例えば、ノード３０９の電位が１１．８Ｖのとき、ノード２４１の電位は例えば６．２Ｖを、ノード２４２の電位は例えば１１．８Ｖと、ほぼ現状を維持する。この状態では、ＰＭＯＳＦＥＴ２５１のソース・ゲート間の電圧は、例えば０．０Ｖといった低い電圧となるので、蓄電系のプラス端子であるノード３０９と出力系のプラス端子であるノード３１０の間は電気的に切断されている。
【０１３１】
１．発電装置によりさらに電力が充電され、蓄電系のプラス端子であるノード３０９の電位がさらに上がると、ノード２１４の電位が低い電位となり、ノード２２４の電位が高い電位となる。こうなるとフリップフロップとして機能する回路５３は第三の状態になる。例えば、ノード３０９の電位が１２．５Ｖのとき、ノード２４１の電位は例えば１２．５Ｖに、ノード２４２の電位は例えば５．４Ｖになる。この状態では、ＰＭＯＳＦＥＴ２５１のソース・ゲート間の電圧は、例えば７．１Ｖといった高い電圧となるので、蓄電系のプラス端子であるノード３０９と出力系のプラス端子であるノード３１０の間は導通する。このように、蓄電系のプラス端子であるノード３０９と出力系のプラス端子であるノード３１０の間が電気的に切断された状態から導通した状態に変化する過放電判定電圧を、過放電判定電圧その２とする。尚１２７段落から１３１段落で用いた数値は、過放電防止回路１３全体のシミュレーションに基づき、蓄電系のプラス端子であるノード３０９の電位を１２Ｖに固定してシミュレーションした結果である図２１とは異なる。
【０１３２】
負荷により消費される電流が発電装置による充電電流を上回っていて、蓄電系のプラス端子であるノード３０９の電位が過放電電判定電圧付近である場合は、上記１→２→３→４→１というサイクルを繰り返す。このようにして過放電判定電圧にヒステリシスを持たせる。過放電判定電圧その１は、例えば１１．４Ｖであり、過放電判定電圧その２は例えば１２．１Ｖである。
【０１３３】
過放電判定電圧にヒステリシスを持たせていない単純な過放電防止回路では、第二のスイッチング素子であるＰＭＯＳＦＥＴ２５１にある程度高い電圧がかかることとある程度大きい電流が流れることが同時に起きる。こうなると、第二のスイッチング素子であるＰＭＯＳＦＥＴ２５１で大きな発熱が起きる。非常に消費電流の大きい負荷を用いる場合、この発熱が問題となる。中程度に消費電流の大きい負荷を用いる場合でも、第二のスイッチング素子であるＰＭＯＳＦＥＴ２５１に放熱用のフィンを取り付けて、放熱する必要があり、手間がかかってしまう。そのため、過放電判定電圧にヒステリシスを持たせることは非常に重要である。
【０１３４】
このように構成された回路は、発電装置に太陽電池を、蓄電装置に鉛蓄電池を用いた独立電源システムに適する。ここで、鉛蓄電池の過放電判定電圧は、温度依存性を持たないことが望ましい。本発明の回路の過放電判定電圧その１および過放電判定電圧その２は、それぞれ、概ね、ダイオード群２１１、ダイオード群２２１の直列接続されたダイオード群の閾値の合計となる。ただしこれはかなり大雑把な概算である。尚、ここで、閾値は、数ｎＡ（ナノアンペア）、数μＡ（マイクロアンペア）程度の電流が流れる電流なので、カタログに載っている閾値とは異なることがある。
【０１３５】
このことに関し、温度依存性のほとんどないダイオードを用いることができる。ツェナーダイオードは，ツェナー電圧が５〜６Ｖのものは温度依存性をほとんど持たず、ツェナー電圧がそれより大きいものは正の温度依存性を持ち、ツェナー電圧がそれより小さいものは負の温度依存性を持つ。なるべくツェナー電圧が５〜６Ｖのツェナーダイオードを用いることによって、温度依存性をほとんど持たない過放電防止回路が実現する。
【０１３６】
蓄電装置の内部抵抗を無視したシミュレーション結果によると、過放電判定電圧は、負荷の使用電流、すなわち放電電流に依存しなかった。蓄電装置の内部抵抗を考慮すると、過放電判定電圧は、若干電流依存性を持つ。
【０１３７】
シミュレーション結果によると、過放電防止回路１３の消費電流は、常温で最大１７μＡ（マイクロアンペア）であった。ここで、消費電流は、抵抗負荷２１３、抵抗負荷２２３、抵抗器２１５、抵抗器２２５、抵抗器２３５、抵抗器２３６の抵抗値に大きく依存するのであるが、抵抗負荷２１３の抵抗値が２４ＭΩ（メガオーム）、抵抗負荷２２３の抵抗値が１２ＭΩ（メガオーム）、抵抗器２１５の抵抗値が１ＭΩ（メガオーム）、抵抗器２２５の抵抗値が１ＭΩ（メガオーム）、抵抗器２３５の抵抗値が２ＭΩ（メガオーム）、抵抗器２３６の抵抗値が２ＭΩ（メガオーム）のときのシミュレーション結果である。また、この消費電流は、図１９に示したように、ＮＭＯＳＦＥＴ２３３、ＮＭＯＳＦＥＴ２３４、ＰＭＯＳＦＥＴ２３７、ＰＭＯＳＦＥＴ２３８は、２つのＭＯＳＦＥＴの直列接続とした場合の結果である。尚、消費電流は、オフリーク電流の少ないＭＯＳＦＥＴを用いることにより、さらに小さくできる可能性がある。
【０１３８】
このような低消費電流化が可能である本質的理由は、以下のとおりである。
１．過充電基本判定回路５１、過充電基本判定回路５２において、ダイオードは電流が流れ始める付近の両端の電圧において、両端にかかる電圧に対して指数関数的に電流量が増大することを用いているため、複雑な増幅回路が不要であり、また、直列接続されるダイオードの個数や各ダイオードの閾値によりダイオードに流れる電流を調整し、少なく抑えることができることによる。
２．フリップフロップとして機能する回路５３が抵抗器２３５、抵抗器２３６により、消費電流が抑えられていることによる。
３．フリップフロップとして機能する回路５３が、フリップフロップ機能、増幅機能を兼ね備えるため、機能の割に単純な回路とすることができることによる。
【０１３９】
また、第４の実施の形態の過放電防止回路は、高価な部品を使う必要がなく、部品代を数百円に抑えることができ、低価格である。そして、過放電基本判定回路５１、過放電基本判定回路５２が、蓄電系のプラス端子３０９に接続されていることから、蓄電装置の過放電判定電圧その２より上がったらすぐに放電を再開する。
【０１４０】
第４の実施の形態の過放電防止回路により、低消費電流、低価格であり、過放電判定電圧が放電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が上がったらすぐに放電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、過放電防止回路が実現する。
【０１４１】
［第４の実施の形態の蓄電池制御装置］
図２２に、第４の実施の形態の蓄電池制御装置を示す。第４の実施の形態の蓄電池制御装置１１は、第４の実施の形態の過放電防止回路１３および機械的スイッチ３４１を含む。機械的スイッチ３４１は、負荷に電流を供給するかどうかを決めるスイッチであり、無くてもよい。他のものを含んでもよい。
【０１４２】
第４の実施の形態の蓄電池制御装置により、低消費電流、低価格であり、過放電判定電圧が放電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が上がったらすぐに放電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、過放電防止機能を有する蓄電池制御装置が実現する。
【０１４３】
［第４の実施の形態の独立電源システム］
第４の実施の形態の独立電源システムは図２２に示されるとおりである。第４の実施の形態の独立電源システムは、第４の実施の形態の蓄電池制御装置１１、逆電流防止ダイオード３２１、発電装置３３１、蓄電装置３３３、負荷３３４を含む。発電装置３３１が、逆電流防止ダイオード３２１を介して蓄電装置３３３に接続される。負荷３３４が蓄電池制御装置１１内の過放電防止回路１３および機械的スイッチ３４１を介して蓄電装置３３３に接続される。逆電流防止ダイオード３２１は、発電装置３３１と一体になっていてもよい。
【０１４４】
発電装置３３１には、自然エネルギーを利用したものが適する。特に太陽電池などが適する。蓄電装置３３３には鉛蓄電池を用いることができる。以下では、発電装置３３１に太陽電池を、蓄電装置３３３に鉛蓄電池を用いた場合について説明する。
【０１４５】
第４の実施の形態の独立電源システムは、第４の実施の形態の蓄電池制御装置１１、逆電流防止ダイオード３２１、太陽電池３３１、鉛蓄電池３３３、負荷３３４を含む。太陽電池３３１が、逆電流防止ダイオード３２１を介して鉛蓄電池３３３に接続される。負荷３４１が蓄電池制御装置１１内の過放電防止回路１３および機械的スイッチ３４１を介して鉛蓄電池３３３に接続される。逆電流防止ダイオード３２１は、太陽電池３３１と一体になっていてもよい。
【０１４６】
負荷３３４は、例えば照明などである。電流防止ダイオード３２１の働きにより、鉛蓄電池３３３に蓄えられていた電力が夜間に太陽電池３３１の内部を通って逆方向に流出するということはない。
【０１４７】
特許文献２に示される独立電源システムは１０Ｗ〜４０Ｗ程度の小規模な太陽電池を用いる場合に適し、日照量が少ない場合にも対応する。一方、本発明の回路を用いた独立電源システムは、第二のスイッチング素子の発熱の問題を解決しており、４０Ｗ以上の大規模な太陽電池を用いた独立電源システムにも適する。
【０１４８】
第４の実施の形態の独立電源システムにより、自己消費電流が少なく、低価格であり、過放電判定電圧が放電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が上がったらすぐに放電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、過放電防止機能を有する独立電源システムが実現する。
【０１４９】
［第５の実施の形態］
［第５の実施の形態の蓄電池制御装置］
図２３に、第５の実施の形態の蓄電池制御装置を示す。第５の実施の形態の蓄電池制御装置１１は、第１の実施の形態の過充電防止回路１２、第４の実施の形態の過放電防止回路１３、機械的スイッチ３４１を含む。機械的スイッチ３４１は、負荷に電流を供給するかどうかを決めるスイッチであり、無くてもよい。他のものを含んでもよい。
【０１５０】
第１の実施の形態の過充電防止回路１２および第４の実施の形態の過放電防止回路１３に関する詳細は、それぞれ第１の実施の形態および第４の実施の形態で説明したため、それらを参照いただきたい。シミュレーションによると、第５の実施の形態の蓄電池制御装置の消費電流は、常温で最大２７μＡ（マイクロアンペア）である。これは、本発明の出願時に市販されている最も消費電流の少ないチャージコントローラの消費電流に比べて１桁以上少ない。（発明者調べ。）
【０１５１】
第５の実施の形態の蓄電池制御装置により、低消費電流、低価格であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、過放電判定電圧が放電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が上がったらすぐに放電を再開し、第一のスイッチング素子および第二のスイッチング素子で発熱の問題が起きない、過充電防止機能および過放電防止機能を有する蓄電池制御装置が実現する。
【０１５２】
［第５の実施の形態の独立電源システム］
第５の実施の形態の独立電源システムは図２３に示されるとおりである。第５の実施の形態の独立電源システムは、第５の実施の形態の蓄電池制御装置１１、逆電流防止ダイオード３２１、発電装置３３１、蓄電装置３３３、負荷３３４を含む。発電装置３３１が、蓄電池制御装置１１内の過充電防止回路１２、逆電流防止ダイオード３２１を介して蓄電装置３３３に接続される。負荷３３４が蓄電池制御装置１１内の過放電防止回路１３および機械的スイッチ３４１を介して蓄電装置３３３に接続される。逆電流防止ダイオード３２１は、発電装置３３１と一体になっていてもよい。
【０１５３】
発電装置３３１には、自然エネルギーを利用したものが適する。特に太陽電池などが適する。蓄電装置３３３には鉛蓄電池を用いることができる。以下では、発電装置３３１に太陽電池を、蓄電装置３３３に鉛蓄電池を用いた場合について説明する。
【０１５４】
第５の実施の形態の独立電源システムは、第５の実施の形態の蓄電池制御装置１１、逆電流防止ダイオード３２１、太陽電池３３１、鉛蓄電池３３３、負荷３３４を含む。太陽電池３３１が、逆電流防止ダイオード３２１、蓄電池制御装置１１内の過充電防止回路１２を介して鉛蓄電池３３３に接続される。負荷３４１が蓄電池制御装置１１内の過放電防止回路１３および機械的スイッチ３４１を介して鉛蓄電池３３３に接続される。逆電流防止ダイオード３２１は、太陽電池３３１と一体になっていてもよい。
【０１５５】
負荷３４１は、例えば照明などである。電流防止ダイオード３２１の働きにより、鉛蓄電池３３３に蓄えられていた電力が夜間に太陽電池３３１の内部を通って逆方向に流出するということはない。
【０１５６】
特許文献２に示される独立電源システムは１０Ｗ〜４０Ｗ程度の小規模な太陽電池を用いる場合に適し、日照量が少ない場合にも対応する。一方、本発明の回路を用いた独立電源システムは、第一のスイッチング素子および第二のスイッチング素子の発熱の問題を解決しており、４０Ｗ以上の大規模な太陽電池を用いた独立電源システムにも適する。
【０１５７】
第５の実施の形態の独立電源システムにより、低消費電流、低価格であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、過放電判定電圧が放電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が上がったらすぐに放電を再開し、第一のスイッチング素子および第二のスイッチング素子で発熱の問題が起きない、過充電防止機能および過放電防止機能を有する独立電源システムが実現する。
【０１５８】
［第６の実施の形態］
［第６の実施の形態のバッテリーパック］
図２４に、第６の実施の形態のバッテリーパックとその使用例を示す。第６の実施の形態のバッテリーパック１４は、バッテリーセル３３３−１、第１の実施の形態の過充電防止回路１２、第４の実施の形態の過放電防止回路１３、機械的スイッチ３４１を含む。機械的スイッチ３４１は、負荷に電流を供給するかどうかを決めるスイッチであり、無くてもよい。他のものを含んでもよい。
【０１５９】
第１の実施の形態の過充電防止回路１２および第４の実施の形態の過放電防止回路１３に関する詳細は、それぞれ第１の実施の形態および第４の実施の形態で説明したため、それらを参照いただきたい。シミュレーションによると、第５の実施の形態の蓄電池制御装置の消費電流は、常温で最大２７μＡ（マイクロアンペア）である。これは、本発明の出願時に市販されている最も消費電流の少ないチャージコントローラの消費電流に比べて１桁以上少ない。（発明者調べ。）
【０１６０】
第６の実施の形態のバッテリーパックは、バッテリーパックとして、蓄電池に過充電防止回路、過放電防止回路が内蔵された点以外は、第５の実施の形態と同様である。尚、通常バッテリーセルとは純粋に電気を蓄える素子部分を指し、バッテリーパックとはバッテリーセルに加えて過充電防止回路や過放電防止回路等の保護装置を含めた部分を指すことが多く、本発明でもこの定義を用いるものとする。
【０１６１】
以下では、第６の実施の形態のバッテリーパックがシステム中でどのように使用されるか説明する。例えば、第６の実施の形態のバッテリーパック１４、逆電流防止ダイオード３２１、発電装置３３１、蓄電装置３３３、負荷３３４を用いる。発電装置３３１が、逆電流防止ダイオード３２１を介してバッテリーパック１４に接続される。負荷３３４がバッテリーパック１４に接続される。バッテリーパック１４には過充電防止機能と過放電防止機能が内蔵されているので、これだけの接続で独立電源システムが実現する。
【０１６２】
第６の実施の形態のバッテリーパックにより、低消費電流、低価格であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、過放電判定電圧が放電電流量の影響をほとんど受けず、蓄電装置の電圧が上がったらすぐに放電を再開し、第一のスイッチング素子および第二のスイッチング素子で発熱の問題が起きない、過充電防止機能および過放電防止機能を有するバッテリーパックが実現する。使用者は、簡易な接続で独立電源システムを構築できる。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
例えば太陽電池、鉛蓄電池、過充電防止回路、過放電防止回路を用いて、送電コストの大きい山間部における夜間に点灯する道路標識、案内標識、看板向けの電源システムに用いることができる。また、太陽電池、鉛蓄電池、過充電防止回路を用いて、普段太陽光で充電しておくが、停電・災害時に蓄えた電力を使い、普段は蓄えた電力を使わないような非常用電源システムに用いることができる。また、太陽電池、過充電防止回路を用いて、長期間自動車に乗らないときにバッテリーがあがらないようにするための製品に用いることができる。
【符号の説明】
【０１６４】
３３１  発電装置、太陽電池（第一の発電装置）
３３２  発電装置、太陽電池（第二の発電装置）
３３３  蓄電装置、鉛蓄電池
３３４  負荷
３３３−１  バッテリーセル
３４１  機械的スイッチ
３２１  逆電流防止ダイオード
３２２  逆電流防止ダイオード（第二の逆電流防止ダイオード）
３２３  逆電流防止ダイオード（第三の逆電流防止ダイオード）
３２４  逆電流防止ダイオード（第四の逆電流防止ダイオード）
３２５  逆電流防止ダイオード（第五の逆電流防止ダイオード）
３２６  逆電流防止ダイオード（第六の逆電流防止ダイオード）
３０５  ノード（第五のノード）
３０６  ノード（第六のノード）
３０７  ノード（第七のノード）
３０８  ノード（第八のノード）
３０９、３１０、３１１  ノード
１１  蓄電池制御装置
１２  過充電防止回路
１３  過放電防止回路
１４  バッテリーパック
４１  過充電基本判定回路（第一の過充電基本判定回路）
４２  過充電基本判定回路（第二の過充電基本判定回路）
４３  フリップフロップとして機能する回路（第一のフリップフロップとして機能する回路）
１１４、１２４  ノード
１１１  ダイオード群（第一の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群）
１１２  ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（第一のバイポーラトランジスタ）
１１３  抵抗負荷（第一の抵抗負荷）
１２１  ダイオード群（第二の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群）
１２２  ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ（第二のバイポーラトランジスタ）
１２３  抵抗負荷（第二の抵抗負荷）
１１１−１、１１１−２、１１１−３、１１１−４、１１１−５、１１１−６、１２１−１、１２１−２、１２１−３、１２１−４、１２１−５、１２１−６、１２１−７  青色発光ダイオード
１１１−７、１１１−８、１２１−８  黄色発光ダイオード
１３１、１３２、１３３、１３４、１３３−１、１３３−２、１３４−１、１３４−２  ＮＭＯＳＦＥＴ
１３７、１３８、１３７−１、１３７−２、１３８−１、１３８−２  ＰＭＯＳＦＥＴ
１５１  ＰＭＯＳＦＥＴ（第一のスイッチング素子）
１３５、１３６  抵抗器
１３９、１４０．１４１、１４２  ノード
１４０  ノード（第二の内部ノード）
５１  過放電基本判定回路（第三の過放電基本判定回路）
５２  過放電基本判定回路（第四の過放電基本判定回路）
５３  フリップフロップとして機能する回路（第二のフリップフロップとして機能する回路）
２１４、２２４、２４２  ノード
２１１  ダイオード群（第三の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群）
２１２  ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（第三のバイポーラトランジスタ）
２１３  抵抗負荷（第三の抵抗負荷）
２２１  ダイオード群（第四の１つのダイオードまたは複数の直列接続されたダイオード群）
２２２  ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ（第四のバイポーラトランジスタ）
２２３  抵抗負荷（第四の抵抗負荷）
２１１−１、２２１−１  ６．８Ｖのツェナーダイオード
２１１−２、２２１−２  ５．６Ｖのツェナーダイオード
２３１、２３２、２３３、２３４、２３３−１、２３３−２、２３４−１、２３４−２  ＮＭＯＳＦＥＴ
２３７、２３８、２３９、２４０、２３７−１、２３７−２、２３８−１、２３８−２  ＰＭＯＳＦＥＴ
２５１  ＰＭＯＳＦＥＴ（第二のスイッチング素子）
２１５、２２５、２３５、２３６  抵抗器
２４１  ノード
【要約】      （修正有）【課題】低消費電流、低価格であり、過充電判定電圧が充電電流量の影響をそれほど受けず、蓄電装置の電圧が下がったらすぐに充電を再開し、スイッチング素子で発熱の問題が起きない、太陽光発電等の自然エネルギーを用いる独立電源システム向けの過充電防止回路を提供する。【解決手段】過充電防止回路は、第一の過充電基本判定回路４１、第二の過充電基本判定回路４２、フリップフロップとして機能する回路４３、第一のスイッチング素子１５１を持ち、第一の過充電基本判定回路４１、第二の過充電基本判定回路４２において、ダイオード群に流れる電流をバイポーラトランジスタで増幅コピーして変換した電流を抵抗負荷に流すことにより電位に変換し、それらの電位はフリップフロップとして機能する回路４３に入力し、フリップフロップとして機能する回路４３内のノードの電位により、前記第一のスイッチング素子が制御される。【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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