(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光エネルギーにより発電した電力を蓄電池に蓄電すると共に、蓄電した電力を電気機器に供給する電源装置において、
太陽光の照射を受けて発電を行う太陽電池と、
前記太陽電池で発電された電力を蓄電する蓄電池と、
前記蓄電池に対する充電動作及び前記蓄電池に充電された電力を放電する放電動作を制御する充放電制御手段と、
前記蓄電池を収容する電池収容部に冷却風を送風する送風機と、
前記電池収容部の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段と、
前記雰囲気温度検出手段で検出する蓄電池周囲の雰囲気温度の値に基づいて前記送風機の送風量を制御する送風機制御手段と、
リアルタイムクロックからなる時刻管理手段とを備え、
前記蓄電池に対して充電動作を行う際の雰囲気温度範囲を規定する充電時雰囲気温度条件と、前記蓄電池に対して放電動作を行う際の雰囲気温度範囲を規定する放電時雰囲気温度条件とを前記送風機制御手段に予め記憶し、前記リアルタイムクロックに基づいて判断される非日照条件となる日没から日の出までの期間は、前記放電時雰囲気温度条件を適用して前記送風機制御手段により前記送風機の送風量制御を行い、この放電時雰囲気温度条件を適用した制御動作を実行中に、前記太陽電池における発電量が充電動作を行うに足りる量に達した場合には、前記送風機制御手段の制御動作を前記充電時雰囲気温度条件を適用した動作に切り替えることを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池にて発電されたエネルギーを蓄電池に充電し、この蓄電池より各種の電気機器に電力供給を行う電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池を利用して、この太陽電池により発電されたエネルギーを蓄電池に充電し、蓄電池から各種電気機器に電力供給する電源装置が種々提案されている。例えば、特許文献１には、河川近傍に設けられる樋門の自動操作装置として、その駆動電動機の電源に蓄電池を採用し、更に蓄電池の自己放電電流を補充する太陽電池を備えた構成が開示されている。この種の装置においては、蓄電池としてこれまでニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池、鉛蓄電池が多く用いられている。ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池は充電時間が短いという特徴を持つ一方でメモリ効果を有しており、いったんメモリ効果が生じた電池にはリフレッシュ動作が必要になる等の扱い難い一面があった。
【０００３】
また、鉛蓄電池は容量当たりの価格が安くメモリ効果を持たないという特徴を備えているが、寿命が３年から４年と比較的短寿命であり、定格電圧以下では充電効率が良くない為に太陽電池で発電する電力だけでは十分に充電されにくいという問題があった。
【０００４】
そこで近年では、エネルギー密度が高く自己放電が少ない上にメモリ効果を持たないリチウムイオン電池の普及が進んできており、特許文献２に開示されるように太陽電池とリチウムイオン電池とを組合せ、太陽電池を用いながらも効率良く充電を行うことを可能にする充電装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−６８４１４号
【特許文献２】特開２００９−１７６８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、リチウムイオン電池には高温環境下での信頼性に欠けるという問題があり、高い温度になる場所に放置したり、熱源の近くに放置したりすることは電池の発熱や発火につながる危険性がある。特に、高温となる場所での充電は危険が大きいため十分な注意が求められる。しかしながら、太陽電池を使用してリチウムイオン電池に充電を行う場合、リチウムイオン電池が屋外用ケーシング内に収容されるにしてもケーシングが太陽の直射日光下にさらされることからリチウムイオン電池の雰囲気温度が高い状態で充電されることが十分に考えられる。そこで、太陽電池で発電する電力や、リチウムイオン電池に充電した電力の一部を用いながら、リチウムイオン電池の過熱を防ぐ為の冷却構造が必要になる。但しこの場合に、冷却効果と消費電力とのバランスを勘案しつつ冷却構造を検討する必要があり、電力消費を抑えつつ電池の過熱防止を図る構造が要求される。例えば、ペルチェ素子等の温度調節手段を用いれば高い冷却効果が得られるものの、その分、消費される電力も増える為、商用電源に頼らずに太陽電池のみで電力を賄う電源装置には適しているとはいえない。本来の負荷である電気機器への電力供給が最優先される為、電源装置の機能維持に費やされる電力消費は極力抑える必要がある。従って、リチウムイオン電池の周辺に冷却用ファンによる送風を行い、ケーシング外側の外気を取り込んでリチウムイオン電池にあてることで温度上昇の防止を図る空冷方式が冷却効果の点と消費電力の点で好適な冷却構造となる。
【０００７】
リチウムイオン電池を使用する際に求められる環境条件は、一般的に、充電を行う際と放電を行う際とで異なる温度範囲が指定されており、特に５０°Ｃから６０°Ｃの高温状態で充電動作を行うと劣化が著しい為、上限温度として充電動作では４５°Ｃ程度、放電動作では６０°Ｃ程度が指定されている。そこで、リチウムイオン電池を置く雰囲気温度の上限値を４５°Ｃに設定し、この上限温度を基にして冷却用ファンの回転制御を行うことで充電動作と放電動作のどちらの環境条件も満たすようにしている。
【０００８】
このように、ペルチェ素子等の温度調節手段を用いることなく冷却ファンによる空冷方式の採用で省エネルギー化を図っているのであるが、更なる節電を求める要求が高まっている。具体的には、例えば夏場における薄暮時や日没後の時間帯などに、太陽電池での発電が行われず電池に対する充電も行われていない中で、ケーシング内部の雰囲気温度が設定上限値より下がるまでの間に冷却用ファンが最大回転数で作動を続けるといった状況が発生することがあり、このような動作には節電対策の余地があると考えられる。
【０００９】
本発明は上記の様な問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、太陽電池で発電されたエネルギーをリチウムイオン電池に充電し、電気機器に電力供給を行う電源装置において、屋外設置環境下の中にあってもリチウムイオン電池を使用する上での安全を損なうことなく省電力を図ることが可能なシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために本発明は、太陽光エネルギーにより発電した電力を蓄電池に蓄電すると共に、蓄電した電力を電気機器に供給する電源装置において、太陽光の照射を受けて発電を行う太陽電池と、前記太陽電池で発電された電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電池に対する充電動作及び前記蓄電池に充電された電力を放電する放電動作を制御する充放電制御手段と、前記蓄電池を収容する電池収容部に冷却風を送風する送風機と、前記電池収容部の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段と、前記雰囲気温度検出手段で検出する蓄電池周囲の雰囲気温度の値に基づいて前記送風機の送風量を制御する送風機制御手段と、リアルタイムクロックからなる時刻管理手段とを備え、前記蓄電池に対して充電動作を行う際の雰囲気温度範囲を規定する充電時雰囲気温度条件と、前記蓄電池に対して放電動作を行う際の雰囲気温度範囲を規定する放電時雰囲気温度条件とを前記送風機制御手段に予め記憶し、前記リアルタイムクロックに基づいて判断される非日照条件となる日没から日の出までの期間は、前記放電時雰囲気温度条件を適用して前記送風機制御手段により前記送風機の送風量制御を行い、この放電時雰囲気温度条件を適用した制御動作を実行中に、前記太陽電池における発電量が充電動作を行うに足りる量に達した場合には、前記送風機制御手段の制御動作を前記充電時雰囲気温度条件を適用した動作に切り替えることを特徴とする電源装置を提案する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、蓄電池に対して充電動作を行う際の雰囲気温度範囲を規定する充電時雰囲気温度条件と、蓄電池に対して放電動作を行う際の雰囲気温度範囲を規定する放電時雰囲気温度条件とを予め記憶しておき、太陽電池で発電が行われている状況の下では充電時雰囲気温度条件を適用して送風機制御手段により送風機の送風量を制御するようにしている。これにより、蓄電池が太陽光の熱影響を受けながら充電が行われるという状況の中では、蓄電池の雰囲気温度を充電動作時の上限温度にするよう送風機の回転制御が行われ、蓄電池に劣化を生じさせない温度範囲で安全に充電を行うことができる。また、その場合に、充電電池の雰囲気温度が３０°Ｃに達した時点で送風機からの送風動作を開始し、以降４５°Ｃ未満まで温度の上昇と共に送風量を増加させ、４５°Ｃ以上では送風機の風量を最大風量で連続的に駆動させるよう制御を行う為、常時最大風量で送風機を駆動する場合に比べて蓄電池の節電が可能になると共に、送風機の駆動に伴う騒音の発生を低減させることが出来る。
【００１８】
また、蓄電池に対して充電動作を行う際の雰囲気温度範囲を規定する充電時雰囲気温度条件と、蓄電池に対して放電動作を行う際の雰囲気温度範囲を規定する放電時雰囲気温度条件とを予め記憶しておき、太陽電池における発電量が充電動作を行うには不十分な非日照条件の状態が一定時間連続した場合には放電時雰囲気温度条件を適用して送風機制御手段により送風機の送風量を制御するようにしている。これにより、蓄電池に充電が行われていない状況の中では、蓄電池の雰囲気温度を放電動作時の上限温度にするよう送風機の回転制御が行われて、その上限温度の値が充電動作時より高い温度に設定されることになり、電池に劣化を生じさせることなく送風機の電力消費量を低減させることが出来る。また、その場合に、充電電池の雰囲気温度が４５°Ｃに達した時点で送風機からの送風動作を開始し、以降６０°Ｃ未満まで温度の上昇と共に送風量を増加させ、６０°Ｃ以上では送風機の風量を最大風量で連続的に駆動させるよう制御を行う為、節電効果をより高めることが出来る。
【００１９】
そして、日没から日の出までの太陽光が照射されない期間を非日照期間として時刻を指定することで設定し、リアルタイムクロックの時刻情報に基づいてこの非日照期間は送風機の制御に放電時雰囲気温度条件を適用するようにしている。従って、指定時刻になると送風制御を行う上での上限温度の設定が自動的に切り替わる為、夜間の節電動作が必ず実行されることになり、高い節電効果を得ることが出来る。
【００２０】
また、また、放電時雰囲気温度条件が適用された送風制御動作を実行中に、太陽電池において発電が行われると、送風制御動作を充電時雰囲気温度条件の動作に切り替えるので、蓄電池の上限温度を高く保つ節電動作を実行中に蓄電池への充電動作が行われると、直ちに上限温度を低くする送風動作に切り替えることが出来る。従って、節電動作を行いながらも蓄電池の劣化や危険の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明実施例に係る電源装置を用いたシステムの全体構成を示す説明図である。
【図２】本発明実施例に係る電源装置を用いたシステムの外観を示す説明図である。
【図３】本発明実施例に係る電源装置を用いたシステムの内部構成を示すブロック図である。
【図４】本発明実施例に係る電源装置の内部構成を示すブロック図である。
【図５】本発明実施例に係る電源装置の送風制御動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明実施例に係る電源装置を用いたシステムの全体構成を示す説明図である。本実施例では、電源装置を用いたシステムとして、例えば遠隔地の河川等を監視する遠隔地監視システムを示している。１はローカル監視装置で、太陽電池パネルと蓄電池で構成する電源装置、更にカメラとモバイル通信装置とを具備しており、例えば河川の水位を監視する為に河川付近に設置され、商用電源を必要とすることなく任意の設置箇所において太陽電池パネルにより自身が動作するために必要な電力を発電し、監視対象とする領域をカメラで撮像してその撮像した画像データを外部へ送信する機能を備えている。２はモバイルネットワークであり、いわゆる携帯電話等の移動通信端末を介したモバイル通信が可能となっている。本実施例ではローカル監視装置１に備えるモバイル通信装置を用いてこのモバイルネットワークに接続する構成としており、監視対象となる任意の設置箇所からのデータ通信を可能にしている。３はインターネット網であり、前記ローカル監視装置１は前記モバイルネットワーク２を介してインターネット網に接続し、更には、離れた場所に存在する各種サーバーやパソコン等の情報処理端末との接続を可能にしている。４はデータセンターであり、このデータセンターには前記ローカル監視装置１で撮像した画像データを記憶し、外部から閲覧可能に蓄積する機能を備えている。５はパーソナルコンピューター等からなる情報処理端末であり、ユーザーはこの情報処理端末をインターネットに接続することで前記データセンターにアクセスし、データセンターが提供するＡＳＰ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｐｒｏｖｉｄｅｒ）サービスを利用してデータセンターに蓄積された画像データの閲覧が可能になっている。
【００２３】
次に、図２及び図３を基にして前記ローカル監視装置１の構成について説明する。図２はローカル監視装置１の外観を示す説明図で、図３は内部構成を示すブロック図である。１１は太陽電池パネルであり、支柱１２の上部位置に回動可能に取り付けられ、仰角方向に対して任意の角度で固定可能な構造となっている。太陽電池パネル１１の下方位置にはやはり支柱１２に対してカメラ１３が取り付けられ、比較的高い位置に取り付けられるこのカメラ１３により監視対象となる領域の状況を撮像するようにしている。１４は収納ボックスであり、この収納ボックスの内部には蓄電池１６、充放電制御手段３１、制御部１７、モバイル通信装置１８が収納される。また、収納ボックスの上面には内部に収納するモバイル通信装置から延出するアンテナ１５が固定されている。そして、このブロック図に示す内の太陽電池パネル１１、充放電制御手段３１、蓄電池１６により電源装置３０が構成される。
【００２４】
このように構成されるローカル監視装置１において、カメラ１３とモバイル通信装置１８への電力供給が全く行われていない状態（電源オフ）から電力供給が開始されると（電源オン）、まずモバイル通信装置１８が動作可能な状態となり、次にカメラ１３による監視対象領域の撮像が行われる。そして撮像された画像データはモバイル通信装置１８によりモバイルネットワーク２とインターネット３を通じてＦＴＰ（Ｆｉｌｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）によりデータセンター４へＰＵＴされる。ＰＵＴされた画像データはデータセンター４に蓄積され、外部の情報処理端末から閲覧可能な状態となる。制御部１７による電源オン／オフ制御は、予め設定される電源オン時間と電源オフ時間の設定値に基づいて行われる。本実施例では、電源オフ時間として１０分、電源オン時間として１分が設定されており、これにより、カメラ１３とモバイル通信装置１８は、電力供給が行われない状態が１０分間継続した後に１分間にわたって電力供給が行われ、その電力供給されている間に１フレームの静止画像が撮像されてデータセンター４へのＰＵＴが行われる。この繰り返しによりデータセンター４には１０分毎に１コマの画像が蓄積されていく。
【００２５】
次に、電源装置３０の詳細な構成について図４を基に説明する。既に説明したように、太陽電池パネル１１は充放電制御手段３１を介して蓄電池１６に接続しており、太陽光を受けて発電された電力は充放電制御手段３１を通じて蓄電池１６に充放電制御される。充電池１６にはリチウムイオン電池を用いており、日照条件に恵まれて太陽電池パネル１１で発電が十分に行われているとき、充放電制御手段３１はリチウムイオン電池１６の最大充電量までフローティング充電方式による充電を行い、一方、日照条件が悪化して太陽電池パネル１１の発電量が不十分な場合には、リチウムイオン電池１６から放電して前記ローカル監視装置１を構成する各機器への電力供給を行う（放電動作）。充放電制御手段３１はリチウムイオン電池の充放電制御機能の他にも、前記制御部１７を通じた前記カメラ１３及び前記モバイル通信装置１８に対する電源制御機能も備えており、カメラとモバイル通信装置への電力供給をオン／オフ制御する。
【００２６】
３２は雰囲気温度検出手段であり、電源装置の内部においてリチウムイオン電池１６を収容する電池収容部（図示しない）の雰囲気温度を検出する。３３は送風機であり、電池収容部に対して電源装置３０の外部から取り込んだ外気の送風を行いリチウムイオン電池１６の冷却を行う。なお、電源装置３０は前記ローカル監視装置１の収納ボックス１４内部に配置されており、リチウムイオン電池１６には収納ボックス１４の外部より取り込まれた外気が送風される。３４は送風機制御手段であり、雰囲気温度検出手段３２で検出したリチウムイオン電池１６の雰囲気温度値を基にして送風機３３の回転をＰＷＭ制御し、送風量を可変制御する。３５は時刻管理手段であり、リアルタイムクロックで構成され時刻情報の出力を行う。
【００２７】
ところで、リチウムイオン電池１６は使用する際の環境条件、とりわけ周囲の温度が指定されており、本実施例で採用しているリチウムイオン電池の場合、動作保証温度範囲として放電動作が−１０°Ｃから６０°Ｃ、充電動作が０°Ｃから４５°Ｃの指定がされている。そこで本実施例では、充電動作を行う際に送風機３３の駆動を行う雰囲気温度範囲を規定する充電時雰囲気温度条件と、放電動作を行う際に送風機３３の駆動を行う雰囲気温度範囲を規定する放電時雰囲気温度条件とを送風機制御手段３４に記憶し、リチウムイオン電池が充電動作を行っている場合と放電動作を行っている場合とで送風機の駆動条件を場合分けしている。充電時雰囲気温度条件は３０°Ｃから４５°Ｃとしており、充電動作の際には雰囲気温度検出手段が３０°Ｃを検出すると送風機の回転駆動を開始し、以降４５°Ｃ未満を検出するまでＰＷＭ制御により温度上昇と共に送風量を増加させる。そして４５°Ｃを検出すると送風機の送風量を最大にし、４５°Ｃ以上の温度ではそのまま送風量を最大にした状態で送風機を連続的に駆動させる。
【００２８】
また、放電時雰囲気温度条件は４５°Ｃから６０°Ｃとしており、放電動作の際には雰囲気温度検出手段が４５°Ｃを検出すると送風機の回転駆動を開始し、以降６０°Ｃ未満を検出するまでＰＷＭ制御により温度上昇と共に送風量を増加させる。６０°Ｃを検出すると送風機の送風量を最大にし、６０°Ｃ以上の温度ではそのまま送風量を最大にした状態で送風機を連続的に駆動させる。
【００２９】
リチウムイオン電池１６に充電動作が行われているか（日照条件下）あるいは放電動作が行われているか（非日照条件下）の区別については、太陽電池パネル１１における発電の有無によって判断される。充放電制御手段３１により充電動作が行われている場合に送風機制御手段３４は充電時雰囲気温度条件を適用し、充放電制御手段３１で放電動作が行われている場合に送風機制御手段３４は放電時雰囲気温度条件を適用する。このようにして、太陽電池パネル１１の発電有無によって切り替わる充放電制御手段３１の動作からリチウムイオン電池１６の動作状態、即ち太陽電池パネル１１が日照条件下にあるか、あるいは非日照条件下にあるかが判断されるのである。
【００３０】
一方、この日照条件と非日照条件の区別については、前記時刻管理手段３５から出力される時刻情報によっても行われる。装置に関する各種の入力操作を行う操作パネル部（図示しない）によって日没時刻と日の出時刻とをそれぞれ入力し、日没から日の出までの非日照期間の指定を行っておく事で、送風機制御手段３４は時刻情報に基づいて非日照条件への切り替えを行う。現在時刻が予め設定した日没時刻に達すると放電時雰囲気温度条件を適用し、日の出時刻までこの放電時雰囲気温度条件に従って送風機の送風制御を行うのである。但し、このように時刻情報に基づいて放電時雰囲気温度条件を適用した後に、もし充放電制御手段３１において充電動作が行われた場合には送風機制御手段３４の動作が優先されて条件の切り替えが行われる。予め入力設定された日没時刻になり放電時雰囲気温度条件を適用すると日の出時刻になるまでは放電時雰囲気温度条件がそのまま適用されるが、もし日没時刻から日の出時刻までの途中で充放電制御手段３１において充電動作が行われた場合には、その時点で直ちに条件の切り替えを行い、充電時雰囲気温度条件を適用する。そうすることでリチウムイオン電池に充電が行われているにもかかわらず雰囲気温度が充電動作時に指定された上限温度を超えるといった事態を回避することができる。
【００３１】
次に、本発明実施例に係る電源装置の送風制御動作について図５を基に説明する。現在の時刻が予め設定された日没時刻に達したか否かを判断し（Ｓ１）、日没時刻前である場合には次にリチウムイオン電池１６に充電動作が行われているかを判断する（Ｓ２）。（Ｓ１）及び（Ｓ２）により、日中の時間帯で且つ太陽電池パネル１１で発電が行われリチウムイオン電池１６に充電動作が行われている状態にあると判断されると、送風機制御手段３４は充電時雰囲気温度条件を適用し（Ｓ３）、雰囲気温度検出手段３２で検出するリチウムイオン電池１６周囲の雰囲気温度を基にして送風機３３の送風制御を行う（Ｓ４）。このようにして、日中の発電が行われている日照条件下では、リチウムイオン電池１６の雰囲気温度を４５°Ｃ以下に抑えるように送風機の送風量が制御される。
【００３２】
現在時刻が日没時刻に達した場合には（Ｓ１）、次に、リチウムイオン電池１６に充電動作が行われているか否かを判断する（Ｓ５）。（Ｓ１）及び（Ｓ５）により、日没後の時間帯で且つ太陽電池パネル１１による発電が行われておらずリチウムイオン電池１６への充電動作が行われていない状態にあると判断されると、送風機制御手段３４は放電充電時雰囲気温度条件を適用し（Ｓ６）、雰囲気温度検出手段３２で検出するリチウムイオン電池１６周囲の雰囲気温度を基にして送風機３３の送風制御を行う（Ｓ７）。このように非日照条件下でリチウムイオン電池１６が放電動作を行っている状況の下では、リチウムイオン電池１６の雰囲気温度を６０°Ｃ以下に抑えるように送風機の送風量が制御される。この動作は予め設定した日の出時刻まで実行されるが（Ｓ８）、もし日の出時刻に達する前にリチウムイオン電池１６の動作が放電動作から充電動作に切り替わった場合には（Ｓ５）、丸付き１へジャンプし、充電時雰囲気温度条件を適用した送風制御への切り替えを行う。同様にして、充電時雰囲気温度条件を適用した送風制御を実行中にリチウムイオン電池１６の動作が充電動作から放電動作に切り替わった場合には（Ｓ２）、丸付き２へジャンプし、放電時雰囲気温度条件を適用した送風制御への切り替えを行う。
【００３３】
本発明は上記実施例に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。例えば、上記実施例では本発明に係る電源装置を用いるシステムとして遠隔地の河川等を監視する遠隔地監視システムを示しているが、電力供給を受けて稼働する各種装置や各種システムに対して用いることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明による電源装置は、商用電源施設を備えない場所における電気機器への電力供給用途に利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  ローカル監視装置
２  モバイルネットワーク
３  インターネット網
４  データセンター
５  情報処理端末
１１  太陽電池パネル
１３  カメラ
１６  リチウムイオン電池（蓄電池）
１７  制御部
１８  モバイル通信装置
３０  電源装置
３１  充放電制御手段
３２  雰囲気温度検出手段
３３  送風機
３４  送風機制御手段
３５  リアルタイムクロック（時刻管理手段）
【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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