(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境発電を行う発電素子と、
前記発電素子の発電電力により給電されるとともに負荷装置に電力を供給する第１蓄電池と、
前記第１蓄電池よりも容量が小さく前記第１蓄電池に直列に接続される第２蓄電池と、
前記第２蓄電池に並列に接続され、閉状態の場合に前記第２蓄電池の両端を短絡し、開状態の場合に前記第２蓄電池の短絡状態を開放する第１スイッチ部と、
前記第１スイッチ部の開閉状態を制御する切替部と、
を備え、
前記切替部は、
前記第１スイッチ部により前記第２蓄電池の両端が短絡されており前記第１蓄電池から前記第１スイッチ部を介して前記負荷装置へ給電が行われる場合に、前記第１蓄電池の充電電圧を所定の第１閾値の電圧と比較し、前記第１蓄電池の充電電圧が前記第１閾値の電圧以下になった場合に、前記第１スイッチ部を開状態にするように制御し、
前記第１スイッチ部により前記第２蓄電池の両端が短絡状態から開放されており前記発電素子から前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との直列回路に充電が行われる場合に、前記直列回路全体の充電電圧を検出するか又は前記第２蓄電池単体の充電電圧を検出し当該検出した充電電圧と前記第１蓄電池の充電電圧と合計することにより前記直列回路全体の充電電圧を求め、前記直列回路全体の充電電圧が、前記第１閾値の電圧よりも高い電圧である所定の第２閾値の電圧以上になった場合に、前記第１スイッチ部を閉状態にするように制御する
ことを特徴とする蓄電システム。
【請求項２】
前記第１蓄電池の容量は、前記発電素子の発電量と、前記第１蓄電池から電力を供給する前記負荷装置の消費電力の平均値と、前記第１蓄電池に蓄積された電力により前記負荷装置を連続駆動する時間と、に基づいて設定され、
前記第２蓄電池の容量は、前記発電素子の発電量と、前記負荷装置の消費電力の平均値と、前記第１蓄電池の充電電圧が低下したことにより前記負荷装置の動作が停止した後に前記発電素子が発電を行い前記負荷装置の動作を復帰させるまでの時間と、に基づいて設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記第１蓄電池は、前記第２蓄電池よりもリーク電流が小さい種類のキャパシタである
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記蓄電システムと前記負荷装置との間を接続又は開放する第２スイッチ部をさらに備え、
前記切替部は、
前記第１蓄電池の充電電圧を、前記第１閾値の電圧以上である第３閾値の電圧と比較したときに、前記第１蓄電池の充電電圧が前記第３閾値の電圧を超える場合に、前記第２スイッチ部を接続状態にし、前記第１蓄電池の充電電圧が前記第３閾値の電圧以下の場合に、前記第２スイッチ部を開放状態にする
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記第３閾値の電圧は、前記第１閾値の電圧と同じ電圧に設定され、
前記切替部は、
前記第１スイッチ部を閉状態にして前記第２蓄電池の両端を短絡させる場合に、前記第２スイッチ部を接続状態にし、
前記第１スイッチ部を開状態にして前記第２蓄電池の両端を短絡状態から開放させる場合に、前記第２スイッチ部を開放状態にする
ことを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
【請求項６】
前記発電素子の出力電圧を所定の電圧に変換して、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池に給電を行うＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１蓄電池の充電電圧が所定の上限電圧を超えないように出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の蓄電システム。
【請求項７】
前記第１蓄電池は、リチウムイオンキャパシタである
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の蓄電システム。
【請求項８】
環境発電を行う発電素子と、前記発電素子の発電電力により給電されるとともに負荷装置に電力を供給する第１蓄電池と、前記第１蓄電池よりも容量が小さく前記第１蓄電池に直列に接続される第２蓄電池と、前記第２蓄電池に並列に接続され、閉状態の場合に前記第２蓄電池の両端を短絡し、開状態の場合に前記第２蓄電池の短絡状態を開放する第１スイッチ部と、前記第１スイッチ部の開閉状態を制御する切替部と、を備える蓄電システムにおける蓄電方法であって、
前記切替部が、前記第１スイッチ部により前記第２蓄電池の両端が短絡されており前記第１蓄電池から前記第１スイッチ部を介して前記負荷装置へ給電が行われる場合に、前記第１蓄電池の充電電圧を所定の第１閾値の電圧と比較し、前記第１蓄電池の充電電圧が前記第１閾値の電圧以下になった場合に、前記第１スイッチ部を開状態にするように制御するステップと、
前記切替部が、前記第１スイッチ部により前記第２蓄電池の両端が短絡状態から開放されており前記発電素子から前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との直列回路に充電が行われる場合に、前記直列回路全体の充電電圧を検出するか又は前記第２蓄電池単体の充電電圧を検出し当該検出した充電電圧と前記第１蓄電池の充電電圧と合計することにより前記直列回路全体の充電電圧を求め、前記直列回路全体の充電電圧が、前記第１閾値の電圧よりも高い電圧である所定の第２閾値の電圧以上になった場合に、前記第１スイッチ部を閉状態にするように制御するステップと、
を含むことを特徴とする蓄電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境発電を行う発電素子により発電された電力を蓄電池に蓄電して、負荷装置に電力を給電する蓄電システム、及び蓄電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子回路や無線技術の低消費電力化により、周囲の環境から電気エネルギーを得ることで、配線や電池交換なしで動作する、ワイヤレスセンサやリモコンスイッチといったエネルギーハーベスティングデバイス（環境発電素子）が注目されている。このため、例えば、蛍光灯やＬＥＤ照明といった屋内光での使用を想定したエネルギーハーベスティング用の低照度色素増感太陽電池の開発が進められている。
【０００３】
なお、関連するリチウムイオンキャパシタを用いた電源装置がある（特許文献１を参照）。この特許文献１に記載の電源設装置は、リチウムイオンキャパシタを備える電源装置であり、リチウムイオンキャパシタを２．０Ｖから３．２Ｖの電圧範囲で動作させる電力制御部を有する。
【０００４】
市販されているリチウムイオンキャパシタは、４０Ｆ（ファラド）や、１００Ｆなど、４０Ｆ以上のものが主流である。また、リチウムイオンキャパシタは、特許文献１に記載されているように、セルの劣化を防ぐ観点から、２．０Ｖ以上の電圧で使用することが好ましい。このため、電源装置では、リチウムイオンキャパシタの電圧を、例えば、余裕を見て、２．５Ｖ以下の電圧にならないようすることがある。このため、リチウムイオンキャパシタの充電電圧が、２．５Ｖよりも電位が下がったときに、一旦、負荷装置の動作を停止させて電力の供給を停止する。その後、電源装置では、発電素子が発電を開始すると、この発電素子によりリチウムイオンキャパシタの再充電を開始する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−７８２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
リチウムイオンキャパシタの再充電する場合、リチウムイオンキャパシタの充電電圧が２．５Ｖを超えた時点で直ぐに負荷装置の動作を復帰させると、負荷装置の消費電力により、負荷装置の動作開始と動作停止とが繰り返されという問題が発生する。つまり、負荷装置の動作復帰と、負荷装置の動作復帰時の消費電力によるリチウムイオンキャパシタの充電電圧の低下と、充電電圧の低下による負荷装置の動作の停止とが繰り返されることによりシステムを駆動させることができないという問題が生じる。
【０００７】
また、負荷装置が、環境に関する情報を測定するセンサノードなどの通信装置の場合、発電素子が発電を開始してから１０分程度でシステムの動作が復帰することが望まれている。しかしながら、従来の電源装置では、４０Ｆ等の大容量のリチウムイオンキャパシタに充電を行うため、負荷装置に給電する出力電圧を早く立ち上げることができず、負荷装置の動作を復帰させるまでに数時間かかるという問題があった。この問題は、上記特許文献１に記載の電源装置においても解決できていない。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、発電素子が発電を行う場合に、短時間で負荷装置の動作を復帰させることができる、蓄電システム、及び蓄電方法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】
【０００９】
上記問題を解決するため、リチウムイオンキャパシタの再充電開始後、負荷装置の動作を復帰させるのに必要な最低電圧を、例えば、２．７Ｖ（０．２Ｖのマージン）とするなど、動作停止時の電圧と、動作復帰時の電圧との間にヒシテリシス幅を持たせる必要がある。しかしながら、例えば、容量４０Ｆのキャパシタの電圧値を２．５Ｖから２．７Ｖまで充電して負荷装置の動作を復帰させる場合、環境発電素子から供給される充電電流が少ないため、例えば、数時間など長い充電時間が必要になり、負荷装置が数時間停止することになる。発明者らは更に鋭意研究した結果、本発明を導き出した。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る蓄電システムは、環境発電を行う発電素子と、前記発電素子の発電電力により給電されるとともに負荷装置に電力を供給する第１蓄電池と、前記第１蓄電池よりも容量が小さく前記第１蓄電池に直列に接続される第２蓄電池と、前記第２蓄電池に並列に接続され、閉状態の場合に前記第２蓄電池の両端を短絡し、開状態の場合に前記第２蓄電池の短絡状態を開放する第１スイッチ部と、前記第１スイッチ部の開閉状態を制御する切替部と、を備え、前記切替部は、前記第１スイッチ部により前記第２蓄電池の両端が短絡されており前記第１蓄電池から前記第１スイッチ部を介して前記負荷装置へ給電が行われる場合に、前記第１蓄電池の充電電圧を所定の第１閾値の電圧と比較し、前記第１蓄電池の充電電圧が前記第１閾値の電圧以下になった場合に、前記第１スイッチ部を開状態にするように制御し、前記第１スイッチ部により前記第２蓄電池の両端が短絡状態から開放されており前記発電素子から前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との直列回路に充電が行われる場合に、前記直列回路全体の充電電圧を検出するか又は前記第２蓄電池単体の充電電圧を検出し当該検出した充電電圧と前記第１蓄電池の充電電圧と合計することにより前記直列回路全体の充電電圧を求め、前記直列回路全体の充電電圧が、前記第１閾値の電圧よりも高い電圧である所定の第２閾値の電圧以上になった場合に、前記第１スイッチ部を閉状態にするように制御する。
【００１１】
このような構成の蓄電システムでは、容量の小さな第２蓄電池を第１蓄電池に直列に接続するとともに、第２蓄電池に並列に第１スイッチ部を接続する。この第１スイッチ部は、閉状態の場合に第２蓄電池の両端を短絡し、開状態の場合に第２蓄電池の短絡状態を開放する。切替部は、第１スイッチ部の開閉状態を制御する。そして、切替部は、第１スイッチ部により第２蓄電池の両端が短絡されており、第１蓄電池から第１スイッチ部を介して負荷装置に給電が行われている場合に、第１蓄電池の充電電圧を第１閾値の電圧と比較する。
そして、切替部は、第１蓄電池から負荷装置に第１スイッチ部を介して給電が行われている状態において、第１蓄電池の充電電圧が第１閾値の電圧以下になった場合に、第１スイッチ部を開状態にして第２蓄電池の両端の短絡状態を開放する。また、切替部は、第２蓄電池の短絡状態が解放されており、発電素子から第１蓄電池と第２蓄電池との直列回路に給電が行われている場合に、例えば、第１蓄電池及び第２蓄電池との充電電圧（直列回路全体の充電電圧）を検出し、この充電電圧が所定の第２閾値の電圧以上になった場合に、第１スイッチ部を閉状態にして第２蓄電池の両端を短絡する。
【００１２】
また、例えば、切替部は、第２蓄電池の単体での充電電圧（直列回路の所定の部位の充電電圧）検出し、この第２蓄電池の充電電圧と第１蓄電池の充電電圧の合計の充電電圧（直列回路全体の充電電圧）が、所定の第２閾値の電圧以上になった場合に、第１スイッチ部を閉状態にして第２蓄電池の両端を短絡するようにしてもよい。
これにより、蓄電システムでは、発電素子が発電を行う場合に、短時間で負荷装置の動作を復帰させることができる。
また、容量の小さい第２蓄電池は、短時間で充電電圧が上昇するため、第２閾値以上の電圧に短時間で上昇することができる。このため、蓄電システムは、短時間で負荷装置の動作を復帰させることができる。
また、通常の状態では、第２蓄電池は、第１スイッチ部により短絡され、正極も負極も第１蓄電池の正極と同電位となるため、第１スイッチ部が開放されると、その際の第１蓄電池の電位から第２蓄電池への充電が開始される。このため、蓄電システムは、第２蓄電池を短時間で第２閾値以上の電圧に充電することができる。言い換えると、第２蓄電池は、第１蓄電池と直列に接続されることで、第２蓄電池そのものの正極と負極での電位差は小さくても、第１蓄電池の電位から充電動作が開始される。このため、蓄電システムは、短時間で負荷装置の動作を復帰させることができる。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る蓄電システムにおいて、前記第１蓄電池の容量は、前記発電素子の発電量と、前記第１蓄電池から電力を供給する前記負荷装置の消費電力の平均値と、前記第１蓄電池に蓄積された電力により前記負荷装置を連続駆動する時間と、に基づいて設定され、前記第２蓄電池の容量は、前記発電素子の発電量と、前記負荷装置の消費電力の平均値と、前記第１蓄電池の充電電圧が低下したことにより前記負荷装置の動作が停止した後に前記発電素子が発電を行い前記負荷装置の動作を復帰させるまでの時間と、に基づいて設定されるようにしてもよい。
【００１４】
このような構成の蓄電システムでは、負荷装置に電力を供給する第１蓄電池の容量の大きさを決める場合に、発電素子の発電量と、負荷装置の消費電力の平均値と、第１蓄電池に蓄積された電力により負荷装置を連続駆動する時間と、に基づいて、第１蓄電池の容量を決める。また、蓄電システムでは、小さい容量の第２蓄電池の容量を決める場合に、発電素子の発電量と、負荷装置の消費電力の平均値と、発電素子により発電が行われて負荷装置の動作を復帰させるまで時間と、に基づいて、第２蓄電池の容量を決める。
これにより、蓄電システムでは、第１蓄電池に蓄積した電力により、負荷装置を所望の時間、連続駆動することができる。また、蓄電システムでは、発電素子により発電が行われる場合に、所望の時間で負荷装置の動作を復帰させることができる。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る蓄電システムにおいて、前記第１蓄電池は、前記第２蓄電池よりもリーク電流が小さい種類のキャパシタであるようにしてもよい。
このような構成の蓄電システムでは、第１蓄電池は、長時間に渡り電力を保持するキャパシタであり、蓄積した電力を無駄に消費しないために、この第１蓄電池には、リーク電流の少ないキャパシタが用いられる。一方、第２蓄電池は、発電素子により当該第２蓄電池に給電が開始されてから負荷装置の動作を復帰させるまでの短時間においてのみ使用されるキャパシタであり、また、充電される最大の電圧が、第１閾値と第２閾値の差分の電圧であり、低い充電電圧でしか使用されない。このため、蓄電システムでは、第２蓄電池として、リーク電流の大きなキャパシタを用いることができる。
これにより、第１蓄電池は、蓄積した電力を無駄に消費することなく、長時間に渡り電力を保持することができる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る蓄電システムにおいて、前記蓄電システムと前記負荷装置との間を接続又は開放する第２スイッチ部をさらに備え、前記切替部は、前記第１蓄電池の充電電圧を、前記第１閾値の電圧以上である第３閾値の電圧と比較したときに、前記第１蓄電池の充電電圧が前記第３閾値の電圧を超える場合に、前記第２スイッチ部を接続状態にし、前記第１蓄電池の充電電圧が前記第３閾値の電圧以下の場合に、前記第２スイッチ部を開放状態にするようにしてもよい。
【００１７】
このような構成の蓄電システムにおいて、切替部は、第１蓄電池の充電電圧が第３閾値の電圧を超えており、第１蓄電池から負荷装置に必要な電力を供給できる状態の場合に、第２スイッチ部を接続状態にして、負荷装置に電力を供給する。一方、切替部は、第１蓄電池の充電電圧が第３閾値の電圧以下であり、第１蓄電池から負荷装置に必要な電力を供給できない状態の場合に、第２スイッチ部を開放状態にして、負荷装置への電力の供給を停止する。
これにより、蓄電システムは、負荷装置に必要な電力を供給できない状態の場合に、第２スイッチ部を開放状態にして負荷装置への電力の供給を停止し、負荷装置に必要な電力を供給できる状態の場合に、第２スイッチ部を接続状態にして負荷装置へ電力を供給することができる。
【００１８】
また、本発明の一態様に係る蓄電システムにおいて、前記第３閾値の電圧は、前記第１閾値の電圧と同じ電圧に設定され、前記切替部は、前記第１スイッチ部を閉状態にして前記第２蓄電池の両端を短絡させる場合に、前記第２スイッチ部を接続状態にし、前記第１スイッチ部を開状態にして前記第２蓄電池の両端を短絡状態から開放させる場合に、前記第２スイッチ部を開放状態にするようにしてもよい。
このような構成の蓄電システムにおいて、切替部は、第１スイッチ部を閉状態にして第２蓄電池の両端を短絡させている状態、つまり、第１蓄電池から負荷装置に必要な電力を供給できる状態の場合に、第２スイッチ部を接続状態にして、負荷装置に電力を供給する。また、切替部は、第１スイッチ部を開状態にして第２蓄電池の両端を短絡状態から開放している状態、つまり、発電素子から第１蓄電池と第２蓄電池との直列回路に充電を行っている場合に、第２スイッチ部を開放状態にする。
これにより、蓄電システムは、第１スイッチ部を閉状態にする場合に第２スイッチ部を接続状態にし、第１スイッチ部を開状態にする場合に第２スイッチ部を開放状態にすることができる。すなわち、蓄電システムは、第１スイッチ部の開閉状態と第２スイッチ部の開閉状態とを同じタイミングで制御できる。
【００１９】
また、本発明の一態様に係る蓄電システムにおいて、前記発電素子の出力電圧を所定の電圧に変換して、前記第１蓄電池及び前記第２蓄電池に給電を行うＤＣ／ＤＣコンバータを備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第１蓄電池の充電電圧が所定の上限電圧を超えないように出力電圧を制御するようにしてもよい。
このような構成の蓄電システムでは、発電素子の出力側にＤＣ／ＤＣコンバータが接続される。このＤＣ／ＤＣコンバータは、発電素子の出力電圧を、負荷装置に供給する給電電圧に応じた電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、変換した電圧により、第１スイッチ部が閉状態の場合に第１蓄電池へ給電を行い、第１スイッチ部が開状態の場合に、第１蓄電池と第２蓄電池との直列回路へ給電を行う。また、ＤＣ／ＤＣコンバータは、出力電圧が所定の上限電圧を超えないように制御することにより、第１蓄電池が過充電状態にならないようする。
これにより、蓄電システムは、発電素子の出力電圧を、負荷装置を動作させることのできる電圧に変換することができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１蓄電池が過充電状態にならないようにすることができる。
【００２０】
また、本発明の一態様に係る蓄電システムにおいて、前記第１蓄電池は、リチウムイオンキャパシタであるようにしてもよい。
このような構成の蓄電システムにおいて、大容量の第１蓄電池は、長時間に渡り電荷を保持する必要がある。このため、第１蓄電池には、リーク電流が小さいリチウムイオンキャパシタを用いる。
これにより、第１蓄電池は、発電素子から給電される電力を無駄に消費しないようにして、長時間保持することができる。このため、本発明の蓄電システムは、発電素子が発電を停止している場合や、発電素子の発電量が負荷装置の電力消費量よりも少ない場合においても、負荷装置を長時間に渡り動作させることができる。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る蓄電方法は、環境発電を行う発電素子と、前記発電素子の発電電力により給電されるとともに負荷装置に電力を供給する第１蓄電池と、前記第１蓄電池よりも容量が小さく前記第１蓄電池に直列に接続される第２蓄電池と、前記第２蓄電池に並列に接続され、閉状態の場合に前記第２蓄電池の両端を短絡し、開状態の場合に前記第２蓄電池の短絡状態を開放する第１スイッチ部と、前記第１スイッチ部の開閉状態を制御する切替部と、を備える蓄電システムにおける蓄電方法であって、前記切替部が、前記第１スイッチ部により前記第２蓄電池の両端が短絡されており前記第１蓄電池から前記第１スイッチ部を介して前記負荷装置へ給電が行われる場合に、前記第１蓄電池の充電電圧を所定の第１閾値の電圧と比較し、前記第１蓄電池の充電電圧が前記第１閾値の電圧以下になった場合に、前記第１スイッチ部を開状態にするように制御するステップと、前記切替部が、前記第１スイッチ部により前記第２蓄電池の両端が短絡状態から開放されており前記発電素子から前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との直列回路に充電が行われる場合に、前記直列回路全体の充電電圧を検出するか又は前記第２蓄電池単体の充電電圧を検出し当該検出した充電電圧と前記第１蓄電池の充電電圧と合計することにより前記直列回路全体の充電電圧を求め、前記直列回路全体の充電電圧が、前記第１閾値の電圧よりも高い電圧である所定の第２閾値の電圧以上になった場合に、前記第１スイッチ部を閉状態にするように制御するステップと、を含む。
これにより、蓄電システムでは、発電素子が発電を行う場合に、短時間で負荷装置の動作を復帰させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の蓄電システムによれば、発電素子が発電を行う場合に、短時間で負荷装置の動作を復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】無線センサシステムの概要を示す説明図である。
【図２】第１実施形態に係る蓄電システムを用いたセンサノードの構成例を示す構成図である。
【図３】第１実施形態に係る負荷装置における消費電流の態様を示す説明図である。
【図４】第１実施形態に係る太陽電池の概観と太陽電池セルの接続状態を示す説明図である。
【図５】第１実施形態に係る第１蓄電池と第２蓄電池との接続構成を示す構成図である。
【図６】第１実施形態に係る第１スイッチ部がＯＮ状態の時の負荷装置への給電状態を示す説明図である。
【図７】第１実施形態に係る第１スイッチ部がＯＦＦ状態の時における太陽電池から第２蓄電池への給電状態を示す説明図である。
【図８】第１実施形態に係る蓄電システムにおける処理手順を示すフローチャートである。
【図９】第１実施形態に係る蓄電システムの運用例を示すイメージ図である。
【図１０】図９の部分拡大図である。
【図１１】第１実施形態に係る３連休の場合の蓄電システムの運用例を示すイメージ図である。
【図１２】第２実施形態に係る蓄電システムの構成例を示す構成図である。
【図１３】第２実施形態に係る蓄電システムにおける処理手順を示す第１のフローチャートである。
【図１４】第２実施形態に係る蓄電システムにおける処理手順を示す第２のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【００２５】
＜第１実施形態＞
図１は、無線センサシステム１の概要を示す説明図である。同図に示すように、無線センサシステム１は、監視センタ２０と、センサノード１０ａ、１０ｂとを備えている。このセンサノード１０ａ、１０ｂは、後述する本発明の蓄電システム１００（図２を参照）を備えている。
監視センタ２０は、センサノード１０ａ、１０ｂにおける周囲環境の測定結果を収集し、収集した測定結果に対して演算処理などを行う。センサノード１０ａ、１０ｂは、測定結果を監視センタ２０に無線送信する。
【００２６】
ここで、測定結果には、センサノード１０ａ、１０ｂが検出する情報であって、例えば、温度や、湿度、ＣＯ２濃度、振動、水位、照度、電圧、電流、音声、画像などを示す情報が含まれる。また、測定結果は、人の存在の有無を、赤外線センサなどを用いて判定した結果を含むようにしてもよい。さらに、センサノード１０ａ、１０ｂは据え置き型の装置であってもよく、或いは、壁掛け型や、壁に貼り付けるタイプの装置であってもよい。
【００２７】
センサノード１０ａ、１０ｂは、エナジーハーベスト（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｈａｒｖｅｓｔ：環境発電）電源により電力が供給されて動作し、電源配線等の敷設を必要としないため、配置する際の自由度を高めている。
なお、図１では、センサノードとして、２つのセンサノード１０ａ、１０ｂを示しているが、センサノードは、１つであってもよく、また、３つ以上であってもよい。
また、センサノード１０ａとセンサノード１０ｂとは同じ構成を有しており、以下の説明において、いずれか一方あるいは両方を示す際にセンサノード１０と記載する。
【００２８】
図２は、本実施形態に係る蓄電システム１００を用いたセンサノード１０の構成例を示す構成図である。このセンサノード１０は、例えば、オフィス等の室内に設置されるセンサノードであって、太陽光や室内光発電により電源が供給されるセンサノードである。このセンサノード１０は、温度と湿度の環境情報を取得し、これらの環境情報を監視センタ２０に無線により周期的に送信する。例えば、センサノード１０は、５分間隔で、環境情報を監視センタ２０に送信する。
【００２９】
図２に示すように、センサノード１０は、環境発電を行う太陽電池１１０（発電素子）の発電電力を蓄電池に蓄積する蓄電システム１００と、この蓄電システム１００から給電される負荷装置２００とで構成される。
負荷装置２００は、例えば、配線や電池交換なしで動作するワイヤレスセンサとして機能する環境モニタ装置２１０等である。この環境モニタ装置２１０は、オフィス等の室内の温度を測定する温度センサ２１１と、室内の湿度を測定する湿度センサ２１２とを備えている。環境モニタ装置２１０は、温度センサ２１１により測定した室内温度の情報と、湿度センサ２１２により測定した室内湿度の情報とを、無線通信ユニット２１３により、周期的に外部の監視センタ２０に無線送信する。
【００３０】
なお、以下の説明において、「負荷装置２００が動作を停止する」という場合は、負荷装置２００が必要とする電源電圧を蓄電システム１００から受電できないため、負荷装置２００が測定動作と通信動作とを行えなくなる状態を意味し、負荷装置２００が周期的な送信を行う場合のスリープ期間（休止期間）とは異なるものである。
また、「負荷装置２００が動作を復帰する」という場合は、電源電圧低下により負荷装置２００が一旦動作を停止した後に、負荷装置２００が必要とする電源電圧を蓄電システム１００から再び受電できるようになり、負荷装置２００が測定動作と通信動作と行える状態になることを意味する。
【００３１】
まず、負荷装置２００について説明する。
図２において、負荷装置２００は、蓄電システム１００から電力の供給を受けて動作し、蓄電システム１００から供給される電源電圧が、例えば、２．７Ｖ以上の場合に動作を開始し、蓄電システム１００から供給される電源電圧が、２．５Ｖ以下になると動作を停止するように構成されている。つまり、この負荷装置２００は、蓄電システム１００から供給される電源電圧が、例えば、２．５Ｖ以下になると動作を停止し、一旦動作を停止した後、電源電圧が、例えば、２．７Ｖ以上になると再び動作が復帰するよう構成され、電源電圧に対して０．２Ｖのヒステリシス特性を有している。
【００３２】
温度センサ２１１と湿度センサ２１２とは、センサノード１０の使用用途に応じた測定器や検出器により構成される。温度センサ２１１及び湿度センサ２１２は、無線通信ユニット２１３の制御に応じて測定を行い、得られた測定結果を示す情報を無線通信ユニット２１３に出力する。この温度センサ２１１及び湿度センサ２１２による測定は、例えば、無線通信ユニット２１３が無線送信を行うタイミングに合わせて行われる。
【００３３】
無線通信ユニット２１３は、温度センサ２１１及び湿度センサ２１２から入力される測定結果を符号化及び変調して送信信号を生成し、この送信信号を無線通信により監視センタ２０に周期的に送信する。なお、環境モニタ装置２１０における消費電力の大半は、この無線通信ユニット２１３が無線送信を行う際の送信電力に費やされる。また、本実施形態では、無線通信ユニット２１３は、消費電力を低減するために、無線の受信機能を備えていないものとしているが、必ずしもこれに限定されず、所望の場合には、無線通信ユニット２１３が受信機能を備えるようにしてもよい。
【００３４】
また、環境モニタ装置２１０は、無線通信ユニット２１３が無線送信を行わない状態においては、スリープ状態（休止期間）に移行して、電力消費を低減させる。例えば、環境モニタ装置２１０は、送信間隔時間がＴ１分に設定された場合に、Ｔ１分間はスリープ状態になり、Ｔ１分経過後に再び復帰する。そして、復帰した際に、環境モニタ装置２１０は、再度、温度、湿度の情報を取得して無線送信する。つまり、環境モニタ装置２１０は、スリープ中は、温度、湿度の情報の取得と無線送信とを行わないようにしている。
【００３５】
なお、図３は、本実施形態に係る負荷装置２００における消費電流の態様を示す説明図である。この図３において、横軸は時刻を示し、縦軸は、消費電流の大きさを示している。負荷装置２００は、例えば、５分おきに送信を行う。例えば、図３に示すように、負荷装置２００は、時刻ｔ１１から通信動作を開始し、時刻ｔ１３において通信動作を終了する。
そして、時刻ｔ１１からｔ１３の通信期間Ｔｍにおいて、時刻ｔ１２の時点で、最大電流Ａ２（数ｍＡ）程度のピーク値で電流が流れる。その後、時刻ｔ１３から時刻ｔ２１までの休止期間（スリープ期間）Ｔｓが経過し、時刻ｔ１１から５分経過後の時刻ｔ２１において、負荷装置２００は、再び通信動作を開始し、時刻ｔ２３において通信動作を終了する。この時刻ｔ２１からｔ２３の通信期間Ｔｍにおいて、時刻ｔ２２の時点で、最大電流Ａ２（数ｍＡ）程度のピーク値で電流が流れる。
この場合、蓄電システム１００から負荷装置２００に流れる電流は、平均値として、電流Ａ１（数十μＡ）程度の消費電流となる。
【００３６】
図２に戻って、蓄電システム１００について説明する。
蓄電システム１００は、負荷装置２００に電力を供給して、この負荷装置２００を動作させる。この蓄電システム１００は、環境発電素子を用いた太陽電池１１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０（直流電圧−直流電圧変換装置）と、第１蓄電池１３０と、第２蓄電池１４０と、切替部１５０と、第１スイッチ部１６０と、電圧検出部１７０と、を備えている。
【００３７】
太陽電池１１０は、低照度用の太陽電池であり、例えば、１００００（Ｌｕｘ；ルクス）以下の照度で使用される太陽電池である。本実施形態において、太陽電池１１０の発電能力は、電灯の明るさが２００ルクス程度の場合、２００〜５００（μＷ）程度の発電能力を有している。この太陽電池１１０は、オフィス等において電灯がついている期間、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とへの充電と、負荷装置２００への電力の供給を行う。
【００３８】
図４は、本実施形態に係る太陽電池の概観と太陽電池セルの接続状態を示す説明図である。この図４（Ａ）の平面図に示すように、太陽電池１１０の受光面側には、太陽電池セルＡ１１１、太陽電池セルＢ１１２、太陽電池セルＣ１１３、及び太陽電池セルＤ１１４の４つの太陽電池セルが、平面状に配列されており、この４つの太陽電池セルＡ１１１から太陽電池セルＤ１１４は、図４（Ｂ）に示すように、直列に接続されて所定の出力電圧Ｖｓが得られるように構成されている。
【００３９】
図４に示す太陽電池１１０は、４つの太陽電池セルＡ１１１から太陽電池セルＤ１１４を直列に接続した例である。この直列に接続される太陽電池セルの個数は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０に出力される電圧Ｖｓが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０において所定の効率以上で昇圧動作及び降圧動作が行える電圧になるように選択される。例えば、太陽電池セルが低照度色素増感太陽電池である場合、直列に接続される太陽電池セルの個数を、例えば、最低３個以上にすることが望ましい。
【００４０】
図２に戻って、蓄電システム１００の説明を続ける。
太陽電池１１０の出力側には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の入力側が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０には、太陽電池１１０の出力電圧Ｖｓが入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、入力された電圧Ｖｓを、負荷装置２００への給電電圧に応じた電圧に変換する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、例えば、太陽電池１１０の出力電圧Ｖｓが負荷装置２００の必要とする電圧よりも低い場合、昇圧コンバータ装置等で構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、変換した電圧を給電線ＤＣＬ１に出力するとともに、第１蓄電池１３０、又は、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路を充電する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力電圧は、所定の上限電圧（例えば、３．７Ｖ）を超えないように制御されており、第１蓄電池１３０の充電電圧が過充電にならないようにしている。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、入力された電圧Ｖｓが上限電圧（３．７Ｖ）を超えるような場合には、負荷装置２００への給電電圧に応じた電圧に降圧する。
なお、通常は、太陽電池１１０の出力電圧（発電電圧）Ｖｓが最大の場合でも、第１蓄電池１３０の上限電圧を超えないようにされている。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、集積回路を含んで構成されており、例えば、外部の外付け抵抗の抵抗値を調整することにより、出力電圧の上限値を設定できるように構成されている。
【００４１】
第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とは、直列に接続されている。この第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とは、太陽電池１１０により充電されて電荷を蓄積する。
第１蓄電池１３０は、リチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）であり、例えば、第２蓄電池１４０より容量の大きい４０Ｆ（ファラド）の大容量のリチウムイオンキャパシタである。なお、第１蓄電池１３０を構成する４０Ｆのリチウムイオンキャパシタは、リーク電流が第２蓄電池１４０より少ない。第１蓄電池１３０は、オフィス等において電灯が点灯されている期間、第１スイッチ部１６０がＯＮ（オン）状態の場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０を介して、太陽電池１１０の発電電力が給電される。また、第１蓄電池１３０は、太陽電池１１０が発電を行っていない場合や、太陽電池１１０の発電量が負荷装置２００の電力消費量よりも少ない場合に、第１蓄電池１３０に充電されている電力を負荷装置２００に供給する。例えば、第１蓄電池１３０は、オフィス等において電灯が消灯されている期間、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の場合に、第１蓄電池１３０に充電されている電力を負荷装置２００に供給する。
なお、第１蓄電池１３０のリチウムイオンキャパシタは、出荷時に、例えば２．５Ｖから３．７Ｖ程度の電圧に充電されている。
【００４２】
第２蓄電池１４０は、第１蓄電池１３０の容量より小容量のキャパシタであり、例えば、１Ｆ（ファラド）の電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）である。第２蓄電池１４０は、第１蓄電池１３０に直列に接続されている。また、第２蓄電池１４０を構成する電気二重層コンデンサは、リーク電流が第１蓄電池１３０のリチウムイオンキャパシタより大きい。第２蓄電池１４０は、オフィス等において電灯が点灯されている期間、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ（オフ）状態の場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０を介して、太陽電池１１０の発電電力が給電される。また、第２蓄電池１４０は、電池値が所定の値以上の場合、第２蓄電池１４０に充電されている電力を負荷装置２００に供給する。
【００４３】
なお、第１蓄電池１３０は、長時間に渡り電荷を保存する必要があるため、第１蓄電池１３０として、リーク電流が少ないリチウムイオンキャパシタが用いられる。一方、第２蓄電池１４０は、通常状態においては両端が短絡されており、負荷装置２００の動作復帰時に短時間だけ使用されるキャパシタであり、また、充電される最大の電圧が、第１閾値と第２閾値との差分の電圧（０．２Ｖ）程度であり、ごく低い充電電圧で使用される。このため、第２蓄電池１４０には、第１蓄電池１３０よりリーク電流の大きなキャパシタを用いることができる。なお、第２蓄電池１４０は、第２蓄電池１４０の２．７Ｖ（第２闘値の電圧）と２．５Ｖ（第１闘値の電圧）との電圧差分の容量で、少なくとも１回分の負荷装置２００の動作が可能であるようにされている。これにより、蓄電システム１００では、第１スイッチ部１６０を接続した後、すぐにまた、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ（第１闘値の電圧）以下になってしまうことを回避できる。
【００４４】
また、第１蓄電池１３０の容量は、４０Ｆに限定されず、太陽電池１１０の発電量と、負荷装置２００の消費電力の平均値と、負荷装置２００を連続駆動したい時間と、に基づいて、適宜な容量のキャパシタを選定することができる。また、第２蓄電池１４０の容量は、１Ｆに限定されず、太陽電池１１０の発電量と、負荷装置２００の消費電力の平均値と、負荷装置２００を復帰させたい時間と、に基づいて、適宜な容量のキャパシタを選定することができる。
【００４５】
図５は、本実施形態に係る第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との接続構成を示す構成図である。図５（Ａ）は、第１蓄電池１３０及び第２蓄電池１４０を単体のキャパシタで構成する例を示す。図５（Ｂ）は、第１蓄電池１３０及び第２蓄電池１４０を複数のキャパシタで構成する例を示す。
図５（Ａ）に示すように、第１蓄電池１３０は、４０Ｆの大容量のリチウムイオンキャパシタで構成され、第２蓄電池１４０は、１Ｆの小容量の電気二重層キャパシタで構成されている。そして、第２蓄電池１４０の正極（＋）端子の端子は、給電線ＤＣＬ１に接続され、第２蓄電池１４０の負極（−）端子は、給電線ＤＣＬ２を介して第１蓄電池１３０の正極（＋）端子に接続されている。第１蓄電池１３０の負極（−）端子は、グランドＧに接続されている。
【００４６】
図２に戻って、蓄電システム１００の説明を続ける。
第１スイッチ部１６０は、第２蓄電池１４０に並列に接続されている。この第１スイッチ部１６０は、ＯＮ状態（閉状態）の場合に、第２蓄電池１４０の両端を短絡し、ＯＦＦ状態（開状態）の場合に、第２蓄電池１４０の両端を短絡状態から開放する。
【００４７】
第１スイッチ部１６０内の端子ａは、給電線ＤＣＬ１のノードＮｂに接続され、このノードＮｂを介して、第２蓄電池１４０の正極（＋）端子に接続されている。また、第１スイッチ部１６０内の端子ｂは、給電線ＤＣＬ２のノードＮｃに接続され、このノードＮｃを介して、第２蓄電池１４０の負極（−）端子と第１蓄電池１３０の正極（＋）端子とに接続されている。
【００４８】
そして、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の場合、つまり、第２蓄電池１４０の両端が短絡されている場合、給電線ＤＣＬ１と給電線ＤＣＬ２とが接続され、第１蓄電池１３０の正極（＋）端子は、第１スイッチ部１６０を介して、給電線ＤＣＬ１に直接接続される。この第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の場合、給電線ＤＣＬ１には、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが出力される。
【００４９】
一方、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態の場合、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とが直列に接続される。そして、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態の場合、給電線ＤＣＬ１には、第２蓄電池１４０の正極（＋）端子の電圧Ｖｂが出力される。この第２蓄電池１４０の正極（＋）端子の電圧Ｖｂは、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路の充電電圧Ｖｂであり、第２蓄電池１４０自身の充電電圧と、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａとが加算された電圧である。
【００５０】
なお、以下の説明において、「第２蓄電池１４０の正極（＋）端子の電圧Ｖｂ」或いは「第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路の充電電圧Ｖｂ」を、単に「第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂ」と呼ぶことがある。また、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａは、第１蓄電池１３０の正極（＋）端子の電圧であり、この「第１蓄電池１３０の正極（＋）端子の電圧Ｖａ」或いは「第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａ」を、単に「第１蓄電池１３０の電圧Ｖａ」と呼ぶことがある。
【００５１】
なお、図５（Ａ）では、第１蓄電池１３０及び第２蓄電池１４０を単体のキャパシタで構成する例を示しているが、図５（Ｂ）に示すように、第１蓄電池１３０及び第２蓄電池１４０は、複数の蓄電キャパシタで構成されるものであってもよい。つまり、第１蓄電池１３０及び第２蓄電池１４０のそれぞれを、任意の個数の蓄電キャパシタで構成することができる。
【００５２】
図２に戻って、蓄電システム１００の説明を続ける。
第１スイッチ部１６０は、切替部１５０から入力される制御信号ＣＮＴ１の指示内容に応じて、ＯＮ状態又はＯＦＦ状態にする。なお、図２では、第１スイッチ部１６０として、機械式接点を用いたスイッチで構成される例を示しているが、実際には、スイッチは、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチング素子を用いた半導体スイッチを含んで構成されている。
【００５３】
電圧検出部１７０は、例えば、抵抗分圧回路を用いて構成され、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔを検出する。電圧検出部１７０は、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔの電圧検出信号Ｖｆを切替部１５０に出力する。この電圧検出部１７０により検出される電圧は、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の場合、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａとなり、ＯＦＦ状態の場合、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとなる。
【００５４】
切替部１５０は、比較部１５１を備えている。
比較部１５１は、電圧検出部１７０から入力した給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔの電圧検出信号Ｖｆを、自部が有する所定の基準電圧Ｒｅｆ１及びＲｅｆ２と比較する。
切替部１５０は、比較部１５１における比較結果に応じて、第１スイッチ部１６０をＯＮ／ＯＦＦ（開閉）する制御信号ＣＮＴ１を、第１スイッチ部１６０に出力する。
【００５５】
切替部１５０は、比較部１５１により給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔが２．５Ｖ（第１閾値の電圧）以下であると判定された場合に、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態にする制御信号ＣＮＴ１を出力する。また、切替部１５０は、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態にする制御信号ＣＮＴ１を出力した後、比較部１５１により給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔが２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上になったと判定された場合に、第１スイッチ部１６０をＯＮ状態にする制御信号ＣＮＴ１を出力する。つまり、切替部１５０は、２．５Ｖと２．７Ｖとの間の０．２Ｖ幅のヒステリシス特性を持って、第１スイッチ部１６０の開閉状態を制御する。
【００５６】
より詳細には、第１スイッチ部がＯＮ状態の場合において、比較部１５１は、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔの電圧検出信号Ｖｆを、所定の基準電圧Ｒｅｆ１と比較する。この基準電圧Ｒｅｆ１は、第１蓄電池１３０の過放電状態に近づいたことを判定する際に使用される電圧２．５Ｖ（第１閾値の電圧）に対応する。比較部１５１は、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態において、給電線ＤＣＬ１の電圧検出信号Ｖｆを所定の基準電圧Ｒｅｆ１と比較することにより、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ以下であるか否かを判定する。そして、切替部１５０は、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ以下の場合に、制御信号ＣＮＴ１を第１スイッチ部１６０に出力して、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態にすることにより、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とを直列に接続する。これにより、蓄電システム１００は、第１蓄電池１３０への充電と、第１蓄電池１３０からの負荷装置２００への給電とが停止する。
【００５７】
また、比較部１５１は、第１スイッチ部１６０がＯＦＦの状態において、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔの電圧検出信号Ｖｆを所定の基準電圧Ｒｅｆ２と比較する。この基準電圧Ｒｅｆ２は、蓄電システム１００が、太陽電池１１０から第１蓄電池１３０への充電と、第１蓄電池１３０から負荷装置２００への給電を停止している状態（以下、第１蓄電池からの給電停止状態という）から、通常状態に復帰するか否かを判定する際に使用される電圧２．７Ｖ（第２閾値の電圧）に対応する。
比較部１５１は、第１スイッチ部１６０がＯＦＦの状態において、給電線ＤＣＬ１の電圧検出信号Ｖｆを基準電圧Ｒｅｆ２と比較することにより、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ以上であるか否かを判定する。そして、切替部１５０は、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ以上である場合に、第１スイッチ部１６０をＯＮ状態にして、第２蓄電池１４０の両端を短絡状態にして、第１蓄電池１３０の正極（＋）端子を給電線ＤＣＬ１に直接接続する。これにより、蓄電システム１００は、第１蓄電池１３０への充電と、第１蓄電池１３０からの負荷装置２００への給電とが再開される。
【００５８】
なお、切替部１５０は、電圧検出部１７０によって第２蓄電池１４０の単体での充電電圧（直列回路の所定の部位の充電電圧）検出し、この第２蓄電池１４０の充電電圧と第１蓄電池１３０の充電電圧の合計の充電電圧（直列回路全体の充電電圧）が、所定の第２閾値の電圧以上になった場合に、第１スイッチ部１６０を閉状態にして第２蓄電池１４０の両端を短絡するようにしてもよい。この場合、切替部１５０は、第１蓄電池１３０の電圧を第一闘値とみなして、単に第２蓄電池１４０のみの蓄電容量のみで、直列回路全体の充電電圧を判断してもよい。そして、切替部１５０は、第１スイッチ部１６０により第２蓄電池１４０の両端が短絡状態から開放されており太陽電池１１０から第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路に充電が行われる場合に、直列回路全体の又は所定の部位の充電電圧を検出し、直列回路全体の充電電圧が、第１閾値の電圧よりも高い電圧である所定の第２閾値の電圧以上になった場合に、第１スイッチ部１６０をＯＮ状態にするように制御するようにしてもよい。
【００５９】
次に、蓄電システム１００の動作について説明する。
この蓄電システム１００は、太陽電池１１０が発電を行っていない場合や、太陽電池１１０の発電量が負荷装置２００の電力消費量よりも少ない場合において、第１蓄電池１３０に蓄積された電力（電荷）により負荷装置２００を駆動する。蓄電システム１００は、第１蓄電池１３０に蓄積された電力により、例えば、負荷装置２００を連続６０時間程度に渡り駆動できるように構成されている。また、蓄電システム１００は、太陽電池１１０からの給電が停止した状態において第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが低下することにより負荷装置２００の動作が一旦停止した場合、太陽電池１１０の発電が再び開始されてから、１０分程度で負荷装置２００の動作を復帰できるように構成されている。
また、蓄電システム１００は、太陽電池１１０の発電量が負荷装置２００の電力消費量よりも少ない場合において、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが低下することにより負荷装置２００の動作が一旦停止した後、この太陽電池１１０の発電量が増えた場合はもちろんのこと、この太陽電池１１０の発電量が少ない状態場合が継続する場合においても、太陽電池１１０の発電量に応じて短時間で負荷装置２００の動作を復帰できるように構成されている。
【００６０】
なお、本明細書では、「太陽電池１１０が発電を停止し、負荷装置２００が動作を停止した後に、再び太陽電池１１０が発電を開始した場合」や、「太陽電池１１０の発電量が負荷装置２００の電力消費量よりも少なく、負荷装置２００が動作を停止した後に、太陽電池１１０の発電量が増えた場合や発電量が少ない状態が継続する場合」等を含めて、太陽電池１１０が発電状態にある場合を、単に「太陽電池１１０が発電を行う場合」と呼ぶことがある。
【００６１】
蓄電システム１００では、第１蓄電池１３０のリチウムイオンキャパシタのセルの劣化を防ぐ観点から、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが過放電状態にならないように、２．５Ｖ（第１閾値の電圧）より低い電圧値にならないようしている。このため、蓄電システム１００は、第１蓄電池１３０の充電電圧が、２．５Ｖの過放電状態に近い電圧の状態の場合に、第１蓄電池１３０から負荷装置２００への電力の供給を停止する。例えば、負荷装置２００が、蓄電システム１００から供給される電源電圧が２．５Ｖ以下になった場合に、自ら動作を停止するようにする。
【００６２】
ここで、仮に、第１蓄電池１３０のみを所定の電圧値まで再充電して、この第１蓄電池１３０により負荷装置２００の動作を復帰させるとした場合、以下に示す点を考慮する必要がある。
例えば、太陽電池１１０による第１蓄電池１３０の再充電と、負荷装置２００の動作の復帰と、この負荷装置２００の再起動による第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａの低下と、この充電電圧Ｖａの低下による負荷装置２００の動作の停止と、の繰り返し動作が生じないようにする必要がある。このために、蓄電システム１００では、負荷装置２００に電力の供給を開始する電圧を、例えば、２．７Ｖ（第２閾値の電圧）に設定する。また、これに合わせて、負荷装置２００自身が、電源電圧２．７Ｖ以上で動作を復帰するようにする。
【００６３】
しかしながら、蓄電システム１００では、環境発電素子である太陽電池１１０から第１蓄電池１３０に供給できる充電電流が数十μＡ等と少ないため、容量が４０Ｆの第１蓄電池１３０を２．５Ｖから２．７Ｖに充電する場合、数時間など長い充電時間を要することになる。このため、負荷装置２００は、第１蓄電池１３０の再充電時において、数時間に渡り動作が停止するという問題が生じる。
【００６４】
そこで、本実施形態の蓄電システム１００では、第１蓄電池１３０とともに、第２蓄電池１４０と、スイッチング機構としての第１スイッチ部１６０を用いている。蓄電システム１００は、第１蓄電池１３０が第１閾値の電圧以上の通常状態において、第１スイッチ部１６０により第２蓄電池１４０の両端を短絡して、第１蓄電池１３０のみを使って充放電を行うようにしている。そして、蓄電システム１００は、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが２．５Ｖになったとき、負荷装置２００への電力の供給を停止するとともに、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態にして、第１蓄電池１３０に第２蓄電池１４０を直列に接続する。
【００６５】
その後、太陽電池１１０により発電が行われる場合に、太陽電池１１０は、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路に充電電流を流す。この場合、第２蓄電池１４０の容量は、第１蓄電池１３０の容量と比較して著しく容量が小さいため、太陽電池１１０からの充電電流により第２蓄電池１４０の充電電圧が急速に上昇する。このため、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０の直列回路の充電電圧Ｖｂは、負荷装置２００の動作を復帰させるのに必要な２．７Ｖの電圧に短い時問で到達することができる。これにより、蓄電システム１００は、負荷装置２００を短時間（例えば、１０分程度）で復帰させることができる。
【００６６】
このように、本実施形態の蓄電システム１００は、太陽電池１１０の発電量によって充電時間が数時間かかるような大容量の第１蓄電池１３０を用いた場合においても、負荷装置２００に給電する出力電圧Ｖｏｕｔを早く立ち上げることができる。このため、蓄電システム１００では、例えば、太陽電池１１０の発電が停止し第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが低下することにより負荷装置２００の動作が一旦停止した場合に、太陽電池１１０が発電を開始してから短時間で負荷装置２００の動作を復帰させることができる。
また、蓄電システム１００は、太陽電池１１０の発電量が少ない状態において、負荷装置２００の動作が停止した後、この発電量が少ない状態が継続される場合に、負荷装置２００に給電する出力電圧Ｖｏｕｔを早く立ち上げることができる。このため、蓄電システム１００では、太陽電池１１０の発電量が少ない状態において負荷装置２００の動作が一旦停止した場合に、太陽電池１１０の発電量に応じて短時間で負荷装置２００の動作を復帰させることができる。
なお、太陽電池１１０の発電量が少ない状態が継続する場合、負荷装置２００が一定時間動作した後に、やがて、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが２．５Ｖ以下に低下して、負荷装置２００の動作が再び停止する。つまり、太陽電池１１０の発電量が少ない状態において、負荷装置２００の動作停止と動作復帰とが繰り返される。しかしながら、負荷装置２００の動作復帰時において、負荷装置２００は、一定時間の間、測定と通信動作を継続して行うことができる。
【００６７】
また、上述した蓄電システム１００では、第１閾値の電圧を２．５Ｖとしているが、この電圧は、リチウムイオンキャパシタが過放電状態にならない電圧以上の値であればよい。例えば、リチウムイオンキャパシタが過放電状態になる電圧が２．２Ｖであれば、第１閾値の電圧を、２．３Ｖ等、２．２Ｖを超える電圧であればよい。
また、蓄電システム１００では、第２閾値の電圧を２．７Ｖにして第２蓄電池１４０の充電電圧が０．２Ｖになるようにしているが、これに限定されず、例えば、２．６Ｖなどとすることができる。また、この第２閾値の電圧に応じて、第２蓄電池１４０の容量を変更するようにしてもよい。例えば、蓄電システム１００では、第２閾値の電圧を２．６Ｖにした場合、第２蓄電池１４０の容量を２Ｆにして、第２閾値の電圧が２．７Ｖである場合と同じ電荷量を蓄積できるようにしてもよい。
【００６８】
図６は、本実施形態に係る第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の時の負荷装置２００への給電状態を示す説明図である。以下、図６を参照して、第１スイッチ部１６０がＯＮ時の負荷装置２００への給電の態様について説明する。
【００６９】
図６（Ａ）に示す例は、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態であり、太陽電池１１０が発電を行っており、かつ、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが２．５Ｖ（第１閾値）を超えている場合の例である。
この図６（Ａ）に示す状態において、太陽電池１１０の発電電力が十分大きい場合、例えば、太陽電池１１０の出力電圧Ｖｓを電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力電圧が３．０Ｖ等の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、負荷装置２００に電流Ｉ１を流して電力を供給するとともに、第１スイッチ部１６０を介して、第１蓄電池１３０に充電電流Ｉ２を供給する。また、図６（Ａ）に示す状態において、太陽電池１１０の発電電力が低下し、太陽電池１１０の発電量が負荷装置２００の電力消費量よりも少なくなると、第１蓄電池１３０から、第１スイッチ部１６０を介して、負荷装置２００に電流Ｉ３を流して電力を供給する。つまり、太陽電池１１０の発電量が負荷装置２００の電力消費量よりも少ない場合、第１蓄電池１３０は、第１スイッチ部１６０を介して、負荷装置２００に電流Ｉ３を流して電力を供給する。
【００７０】
一方、図６（Ｂ）に示すように、太陽電池１１０が発電を行っておらず、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０から電力が供給されない場合、第１蓄電池１３０が、第１スイッチ部１６０を介して、負荷装置２００に電流Ｉ３を流して電力を供給する。そして、図６（Ｂ）に示す状態において、第１蓄電池１３０の出力電圧が２．５Ｖ以下になると、負荷装置２００が測定動作と通信動作とを停止するとともに、第１蓄電池１３０から負荷装置２００に電流Ｉ３が流れなくなる。このように、図６（Ｂ）に示す状態において、第１蓄電池１３０の出力電圧が２．５Ｖ以下になると、切替部１５０は、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態にする。これにより、蓄電システム１００は、第１蓄電池１３０への充電と、第１蓄電池１３０からの負荷装置２００への給電とを停止し、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とを直列に接続する。
【００７１】
図７は、本実施形態に係る第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態の時における太陽電池１１０から第２蓄電池１４０への給電状態を示す説明図である。以下、図７を参照して、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ時の太陽電池１１０から第２蓄電池１４０及び第１蓄電池１３０への給電の態様について説明する。
【００７２】
図７（Ａ）は、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態にした後に、太陽電池１１０が、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路へ充電を行っている状態を示すとともに、負荷装置２００が動作を停止している状態を示す。この第１スイッチ部１６０のＯＦＦ状態になった直後において、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔは、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂになるが、第２蓄電池１４０の充電電圧が最初はほぼ０Ｖであるため、電圧Ｖｂは、第１蓄電池１３０の充電電圧２．５Ｖにほぼ等しくなる。
【００７３】
そして、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態にした後に、太陽電池１１０から、直列に接続されている第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路に電流Ｉ１１が流れる。これにより、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とへの充電が開始される。この場合、第１蓄電池１３０の容量が第２蓄電池１４０の容量よりも著しく大きいために、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂの上昇分が、第２蓄電池１４０自身の充電電圧の上昇分の殆どを占める。このため、太陽電池１１０から第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路へ充電を行うことは、太陽電池１１０から第２蓄電池１４０へ充電を行ことと見なすことができる。このため、以下の説明において、「太陽電池１１０から第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路に充電を行う動作」のことを「太陽電池１１０から第２蓄電池１４０へ充電を行う動作」と呼ぶことがある。
【００７４】
そして、太陽電池１１０から第２蓄電池１４０への充電が開始されると、第２蓄電池１４０の容量が１Ｆと小さいため、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、太陽電池１１０から４０Ｆの第１蓄電池１３０を充電する場合と比較して、急速に上昇されることになる。そして、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖまで上昇すると、図７（Ｂ）に示すように、負荷装置２００の動作が復帰し、太陽電池１１０から負荷装置２００に電流Ｉ１２が流れる。また、太陽電池１１０の発電量が負荷装置２００の電力消費量よりも少ない場合は、第２蓄電池１４０から負荷装置２００に電流Ｉ１３が流れる。
これにより、負荷装置２００は、測定と通信動作とを行えるようになる。第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖまで上昇したため、第１スイッチ部１６０が、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に移行し、蓄電システム１００は、図６に示す通常状態の動作に復帰する。
なお、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態からＯＮ状態になる際に、図７（Ｂ）に示すように、第１スイッチ部１６０を介して、第２蓄電池１４０から第１蓄電池１３０に電流Ｉ１４が流れ、第１蓄電池１３０が第２蓄電池１４０に蓄積された電荷により充電される。
【００７５】
図８は、本実施形態に係る蓄電システム１００における処理手順を示すフローチャートである。図８は、上述した蓄電システム１００における動作の流れをフローチャートで示したものである。以下、図８を参照して、その処理の流れについて説明する。
【００７６】
最初に、蓄電システム１００が通常状態で動作しているとする（ステップＳ１００）。つまり、蓄電システム１００において、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態であり、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖを超えており、また、負荷装置２００が動作中であるとする。
【００７７】
続いて、電圧検出部１７０は、給電線ＤＣＬ１の電圧（この場合は、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａ）を検出し、電圧検出信号Ｖｆを切替部１５０に出力する（ステップＳ１０５）。
【００７８】
続いて、切替部１５０では、電圧検出信号Ｖｆを所定の基準電圧Ｒｅｆ１と比較することにより、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ（第１閾値の電圧）を超えているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。
【００７９】
そして、ステップＳ１１０において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ（第１閾値の電圧）を超えていると判定された場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、つまり、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ以下でない場合、負荷装置２００が動作を継続するとともに（ステップＳ１１５）、蓄電システム１００は、ステップＳ１０５の処理に戻る。続いて、蓄電システム１００は、ステップＳ１０５以下の処理を再び実行する。
【００８０】
一方、ステップＳ１１０において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ（第１閾値の電圧）を超えていないと判定された場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、つまり、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ以下になった場合、負荷装置２００が動作を停止するとともに（ステップＳ１２０）、蓄電システム１００は、ステップＳ１３０の処理に移行する。なお、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ以下になった場合、負荷装置２００は、第１蓄電池１３０から給電線ＤＣＬ１を介して供給される電源電圧（この場合は、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａ）が２．５Ｖ以下になったことを自身で検出して、自身で測定と通信動作とを停止する。
【００８１】
続いて、切替部１５０は、第１スイッチ部１６０をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切替える（ステップＳ１３０）。これにより、蓄電システム１００は、第１蓄電池１３０への充電と、第１蓄電池１３０からの負荷装置２００への給電とを停止し、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とを直列に接続する。そして、太陽電池１１０が発電を行っている場合に、太陽電池１１０から第２蓄電池１４０への充電が行われる（ステップＳ１４０）。
【００８２】
続いて、電圧検出部１７０は、給電線ＤＣＬ１の電圧（この場合は、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂ）を検出し、電圧検出信号Ｖｆを切替部１５０に出力する（ステップＳ１５０）。
切替部１５０は、電圧検出信号Ｖｆを所定の基準電圧Ｒｅｆ２と比較することにより、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６０）。
【００８３】
そして、ステップＳ１６０において、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上でないと判定された場合（ステップＳ１６０：Ｎｏ）、ステップＳ１３０の処理に戻り、切替部１５０は、第１スイッチ部１６０のＯＦＦ状態をそのまま維持する（ステップＳ１３０）。続いて、蓄電システム１００は、ステップＳ１４０以降の処理を繰り返して実行する。
すなわち、蓄電システム１００は、第１蓄電池からの給電停止状態に移行した後、太陽電池１１０で発電が行われず、太陽電池１１０から第２蓄電池１４０に充電が行われない場合、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは上昇しないため、ステップＳ１３０からステップＳ１６０の処理が繰り返して実行される。また、太陽電池１１０から第２蓄電池１４０に充電が行われる場合においても、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ以上になるまでは、ステップＳ１３０からステップＳ１６０の処理が繰り返して実行される。
【００８４】
そして、太陽電池１１０が発電を行う場合、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが上昇して２．７Ｖ以上になり、切替部１５０により、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上であると判定された場合（ステップＳ１６０：Ｙｅｓ）、つまり、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖまで上昇すると、負荷装置２００の動作が復帰するとともに（ステップＳ１７０）、切替部１５０は、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切替える（ステップＳ１７５）。なお、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ以上になった場合に、負荷装置２００は、第２蓄電池１４０から給電線ＤＣＬ１を介して供給される電源電圧（この場合は、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂ）が２．７Ｖ以上になったことを自身で検出して、自身で動作を復帰する。これにより、蓄電システム１００は、通常状態に戻る。
また、切替部１５０は、ステップＳ１７５において第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切替えるタイミングを、負荷装置２００の動作が復帰した後、所定の時間だけ遅らせるようにしてもよい。これにより、第２蓄電池１４０は、負荷装置２００が測定動作と通信動作を行う場合に、少なくとも１回分の電力を供給できる。
続いて、蓄電システム１００は、ステップＳ１０５の処理に戻り、ステップＳ１０５以降の処理を再び実行する。
【００８５】
上記処理の流れにより、蓄電システム１００は、太陽電池１１０による発電が行われていない場合や、太陽電池１１０の発電量が負荷装置２００の電力消費量よりも少ない場合において、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが２．５Ｖ以下に低下した場合に、第１蓄電池１３０からの負荷装置２００への放電とを停止する。
そして、蓄電システム１００は、第１蓄電池１３０に第２蓄電池１４０を直列に接続した後、太陽電池１１０が発電を行う場合に、太陽電池１１０から、第２蓄電池１４０に充電を行う。蓄電システム１００は、第２蓄電池１４０の容量が第１蓄電池１３０の容量より小さいため、急速に第２蓄電池１４０への充電を行うことができる。これにより、蓄電システム１００は、第２蓄電池１４０に充電された電力を用いて負荷装置２００に出力する電圧を早く立ち上げることができる。この結果、蓄電システム１００では、第１蓄電池１３０の電圧値が低下して動作が一旦停止した負荷装置２００の動作を短時間で復帰させることができる。
【００８６】
図９は、本実施形態に係る蓄電システム１００の運用例を示すイメージ図である。この図９に示す例は、縦軸に電圧値を示し、横軸に経過時間（ｈ：ｈｏｕｒ）を示し、給電線ＤＣＬ１に現れる出力電圧Ｖｏｕｔの変化特性を概念的にイメージで示している。
また、この図９において、「明」で示す期間は、オフィスの室内が照明や外部光により明るくなる時間帯を示し、「暗」で示す期間は、夜間や照明が消されてオフィスの室内が暗くなる時間帯を示し、また、「ＯＮ」で示す期間は、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の期間を示し、「ＯＦＦ」で示す期間は、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態の期間を示している。
【００８７】
なお、図９において、給電線ＤＣＬ１に現れる電圧Ｖｏｕｔは、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の時に第１蓄電池１３０の電圧Ｖａになり、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態の時に第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂになる。このため、経過時刻「０時間」から経過時刻「７２時間」の期間と、経過時刻ｔ４１から経過時刻「１２０時間」の期間は、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態であるため、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔが、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａで示されている。また、経過時刻「７２時間」から経過時刻ｔ４１までの期間は、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態であるため、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔが、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂで示されている。
【００８８】
この図９において、１日目は、例えば、週末の金曜日の朝８時（例えば、オフィス等で室内の明るくなる時刻）から翌日の朝８時迄の２４時間である。２日目は、土曜の朝８時から翌日の朝８時迄の２４時間である。３日目は、日曜日の朝８時から翌日の朝８時迄の２４時間である。４日目は、翌週の月曜日の朝８時から翌日の朝８時迄の２４時間である。５日目は、火曜日の朝８時から翌日の朝８時迄の２４時間である。
【００８９】
そして、この図９に示す例では、１日目（金曜日の朝８時から土曜日の朝８時）と、４日目（月曜日の朝８時から火曜日の朝８時）と、５日目（火曜日の朝８時から水曜日の朝８時）とにおいて、「明」の期間と「暗」の期間とが、一日単位で繰り返される。一方、２日目（土曜日の朝８時から日曜日の朝８時）と、３日目（日曜日の朝８時から月曜日の朝８時）においては、休業日のため、「暗」の期間が連続する。また、第１日目の最初の時点（経過時刻「０時間」：金曜日の朝８時）において、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態にあり、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔ（第１蓄電池１３０の電圧Ｖａ）が２．９Ｖ程度の状態にあるとする。そして、この給電線ＤＣＬ１の電圧２．９Ｖが、給電線ＤＣＬ１から負荷装置２００へ電源電圧として供給されており、負荷装置２００が動作可能な状態にあるとする。
【００９０】
そして、経過時刻「０時間」時点において、オフィスの室内が外部光（或るいは、照明光）により明るくなる「明」の期間が始まる。この経過時刻「０時間」に始まる「明」の期間は、経過時刻「０時間」の後の経過時刻ｔ３１まで継続する。そして、経過時刻「０時間」から以降、太陽電池１１０に光が当り始めて、太陽電池１１０の発電が開始されると、太陽電池１１０から第１蓄電池１３０への充電が開始され、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔが上昇し始める。なお、この時、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態であるため、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔは、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａになる。
【００９１】
そして、経過時刻０時から経過時刻ｔ３１迄の「明」の期間において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが次第に増加し、時刻ｔ３１において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが最大値Ｖｍａｘに到達する。
【００９２】
続いて、経過時刻ｔ３１において、オフィスの室内が暗くなる「暗」の期間が始まる。この経過時刻ｔ３１から始まる「暗」の期間は、この経過時刻ｔ３１の後の経過時刻「７２時間」まで継続する。そして、経過時刻ｔ３１から以降、太陽電池１１０の発電が停止し、太陽電池１１０から第１蓄電池１３０への充電が停止される。そして、経過時刻ｔ３１以降の「暗」期間において、負荷装置２００の測定及び通信動作が周期的に繰り返されることにより、第１蓄電池１３０に蓄積された電荷が次第に減少し、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが徐々に低下する。この「暗」の期間は、経過時刻ｔ３１から、２日目の経過時刻「２４時間」と、３日目の経過時刻「４８時間」とを経て、３日目の経過時刻「７２時間」まで継続する。
【００９３】
この経過時刻ｔ３１から経過時刻「７２時間」までの「暗」期間において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａは、徐々に低下するが、この「暗」期間において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖを超えているため、第１スイッチ部１６０はＯＮ状態を維持する。また、この「暗」期間において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖを超えているため、負荷装置２００は、動作を継続している。
このように、負荷装置２００を週単位で運用する場合、蓄電システム１００では、平日の金曜（1日目）までに太陽電池１１０から第１蓄電池１３０に充電を行っておき、休日（２日目及び３日目）に、第１蓄電池１３０に蓄積された電力を利用して、負荷装置２００を動作させる。
【００９４】
そして、図９に示す例では、経過時刻「７２時間」において、第１蓄電池１３０の電圧が２．５Ｖ以下に低下するとととともに、経過時刻「７２時間」の直後から「明」の期間が始まる。
このため、蓄経過時刻「７２時間」において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ以下に低下し、負荷装置２００が動作を停止するとともに、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態になる。そして、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態になることにより、第２蓄電池１４０が第１蓄電池１３０に直列に接続される。この第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態になった時点では、第２蓄電池１４０の充電電圧が０Ｖであるため、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂ（より正確には、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路の充電電圧Ｖｂ）には、第１蓄電池１３０の充電電圧（２．５Ｖ）がそのまま現れる。
【００９５】
そして、経過時刻「７２時間」の直後から「明」の期間が始まると、太陽電池１１０に光が当り始め、太陽電池１１０は、発電を開始して第２蓄電池１４０への充電を開始する。この場合、小容量の第２蓄電池１４０が、太陽電池１１０により急速に充電され、充電開始から１０分（ｍｉｎ）後の経過時刻ｔ４１において、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖまで上昇する。つまり、太陽電池１１０から第２蓄電池１４０に充電を行う場合、第２蓄電池１４０の充電電圧Ｖｂは、太陽電池１１０から大容量の第１蓄電池１３０に充電を行う場合と比較して、約４０倍の速さで上昇する。このため、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、充電開始から１０分（ｍｉｎ）後に２．７Ｖまで上昇する。
【００９６】
そして、経過時刻ｔ４１において、第２蓄電池１４０の電圧が２．７Ｖまで上昇すると、負荷装置２００の動作が復帰して、負荷装置２００が測定動作と通信動作とを開始するようになる。また、経過時刻ｔ４１において、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態からＯＮ状態に移行することにより、蓄電システム１００は、通常状態に移行する。この経過時刻ｔ４１以降、第１スイッチ部１６０はＯＮ状態になり、給電線ＤＣＬ１のＶｏｕｔには、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが現れる。そして、経過時刻ｔ４１以降、「明」と「暗」の期間が繰り返されることにより、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが変化する。そして、４日目以降、第１蓄電池１３０は、次の土曜日と日曜日とおいて消費される分の電力を次第に蓄えてゆく。
【００９７】
図１０は、図９の部分拡大図である。この図１０は、図９において破線の丸印で囲んだ領域Ｈの部分を拡大して示した図である。
図１０において、経過時刻「７２時間」において、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態になり、第２蓄電池１４０と第１蓄電池１３０とが直列に接続される。そして、この経過時刻「７２時間」の直後から、太陽電池１１０に光が当り始め、太陽電池１１０は、第２蓄電池１４０と第１蓄電池１３０との直列回路に充電を開始する。そして、経過時刻「７２時間」から経過時刻ｔ４１の間において、小容量の第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、急速に増加し、経過時刻ｔ４１において、２．７Ｖに到達する。
一方、大容量の第１蓄電池１３０の電圧Ｖａは、経過時刻「７２時間」から経過時刻ｔ４１の間において、殆ど変化しない（厳密には、第２蓄電池１４０の充電電圧の増加分の約１／４０の電圧だけ増加する）。
【００９８】
そして、経過時刻ｔ４１に至り、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖに到達すると、第１スイッチ部１６０がＯＮになり、第２蓄電池１４０の両端が短絡されるとともに、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが、ΔＶ（例えば、０．０５Ｖ）だけ上昇する。また、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが、第１蓄電池１３０の電圧（２．５Ｖ＋ΔＶ）まで下降する。この経過時刻ｔ４１以降、太陽電池１１０から第１蓄電池１３０への充電が開始される。この経過時刻ｔ４１以降、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態（第２蓄電池１４０の短絡状態）になるので、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂと第１蓄電池１３０の電圧Ｖａとは同じ電圧となる。なお、図では、図面の見易さのために、経過時刻ｔ４１以降、電圧Ｖａが電圧Ｖｂよりも低い電圧になるようにして示されているが、実際には、電圧Ｖａと電圧Ｖｂとは、同じ電圧である。
【００９９】
なお、図９及び図１０に示した例では、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが経過時刻ｔ３１から減少し始め、経過時刻「７２時間」において、ちょうど２．５Ｖになる例を示しているが、例えば、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａは、３連休の場合、３日目の途中で、２．５Ｖに達することもあり得る。これは、センサノード１０に要求されている負荷装置２００の連続駆動能力を、連続６０時間駆動としているためである。
【０１００】
例えば、図１１は、本実施形態に係る３連休の場合の蓄電システム１００の運用例を示すイメージ図である。この図１１は、図９と同様に、縦軸に電圧値を示し、横軸に経過時間（ｈ）を示し、給電線ＤＣＬ１に現れる第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂの変化特性を概念的にイメージで示している。この図１１は、図１０と比較すると、１日目から３日目が休日（３連休）である点が異なり、１日目の経過時刻「０時間」から３日目の経過時刻「７２時間」までの間、「暗」の期間が続く点が異なる。
【０１０１】
この例の場合、３日目の経過時刻ｔ３２において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖまで低下する。つまり、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが、３日目の経過時刻「７２時間」の前の時点ｔ３２で、２．５Ｖまで低下する。そして、この経過時刻ｔ３２において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖに達した時点で、負荷装置２００は、動作を停止する。また、この経過時刻ｔ３２において、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態になり、第１蓄電池１３０には、第２蓄電池１４０が直列に接続される。そして、経過時刻ｔ３２から経過時刻「７２時間」までの期間Ｔｋは「暗」の期間であるため、太陽電池１１０から第２蓄電池１４０への充電が行われず、この期間Ｔｋにおいて、第１蓄電池１３０の充電電圧（２．５Ｖ）がそのまま給電線ＤＣＬ１に現れる。
【０１０２】
そして、３日目の経過時刻「７２時間」になると、この経過時刻「７２時間」から「明」の期間に入り、太陽電池１１０に光が当り始め、太陽電池１１０が発電を開始して、第２蓄電池１４０への充電を開始する。この場合、太陽電池１１０は、容量の小さい第２蓄電池１４０が、太陽電池１１０により急速に充電され、充電開始から１０分（ｍｉｎ）後の経過時刻ｔ４１において、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖまで上昇する。そして、経過時刻ｔ４１において、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖまで上昇すると、負荷装置２００の動作が復帰して、負荷装置２００は、測定と通信動作を開始する。
【０１０３】
このように、３連休などの連休が続き、連休の途中から負荷装置２００が動作を停止した場合においても、蓄電システム１００では、太陽電池１１０に光が当り始め、太陽電池１１０が発電を開始した場合に、短時間で負荷装置２００の動作を回復することができる。
【０１０４】
なお、蓄電システム１００では、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが所定の閾値の電圧（第１闘値以上の電圧）よりも低い場合に、負荷装置２００の通信時間間隔を広げるようにしてもよい。これにより、蓄電システム１００は、太陽電池１１０が発電を行っていない場合や、太陽電池１１０の発電量が負荷装置２００の電力消費量よりも少ない場合において、第１蓄電池１３０が負荷装置２００に供給する電力量を減らすことができる。このため、蓄電システム１００は、負荷装置２００に電力を供給する期間を長くすることができる。
【０１０５】
また、上記蓄電システム１００において、上記切替部１５０は、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態にした後、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路の電圧Ｖｏｕｔが２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上になった場合に、第１スイッチ部１６０をＯＮ状態にしている。これに限定されず、切替部１５０は、第２蓄電池１４０の電位差（充電電圧）を見て第２闘値の電圧を決めるようにしても良い。
つまり、切替部１５０は、電圧検出部１７０によって第２蓄電池１４０の単体での充電電圧（直列回路の所定の部位の充電電圧）検出し、この第２蓄電池１４０の充電電圧と第１蓄電池１３０の充電電圧の合計の充電電圧（直列回路全体の充電電圧）が、所定の第２閾値の電圧以上になった場合に、第１スイッチ部１６０を閉状態にして第２蓄電池１４０の両端を短絡するようにしてもよい。この場合、切替部１５０は、第１蓄電池１３０の電圧を第一闘値とみなして、単に第２蓄電池１４０のみの蓄電容量のみで、直列回路全体の充電電圧を判断してもよい。そして、切替部１５０は、第１スイッチ部１６０により第２蓄電池１４０の両端が短絡状態から開放されており太陽電池１１０から第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路に充電が行われる場合に、直列回路全体の又は所定の部位の充電電圧を検出し、直列回路全体の充電電圧が、第１閾値の電圧よりも高い電圧である所定の第２閾値の電圧以上になった場合に、第１スイッチ部１６０をＯＮ状態にするように制御するようにしてもよい。
【０１０６】
以上説明したように、本実施形態の蓄電システム１００は、環境発電を行う太陽電池１１０（発電素子）と、太陽電池１１０の発電電力により給電されるとともに負荷装置２００に電力を供給する第１蓄電池１３０と、第１蓄電池１３０よりも容量が小さく第１蓄電池１３０に直列に接続される第２蓄電池１４０と、第２蓄電池１４０に並列に接続され、閉状態の場合に第２蓄電池１４０の両端を短絡し、開状態の場合に第２蓄電池１４０の短絡状態を開放する第１スイッチ部１６０と、第１スイッチ部１６０の開閉状態を制御する切替部１５０と、を備える。
切替部１５０は、第１スイッチ部１６０により第２蓄電池１４０の両端が短絡されており第１蓄電池１３０から第１スイッチ部１６０を介して負荷装置２００へ給電が行われる場合に、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａを２．５Ｖ（所定の第１閾値の電圧）と比較し、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが２．５Ｖ以下になった場合に、第１スイッチ部１６０を開状態にするように制御し、第１スイッチ部１６０により第２蓄電池１４０の両端が短絡状態から開放されており太陽電池１１０から第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路に充電が行われる場合に、直列回路全体（第１蓄電池１３０及び第２蓄電池１４０との充電電圧（直列回路全体の充電電圧）Ｖｂ）の又は所定の部位の充電電圧を検出し、直列回路全体の充電電圧が、第１閾値の電圧よりも高い電圧である２．７Ｖ（所定の第２閾値の電圧）以上になった場合に、第１スイッチ部１６０を閉状態にするように制御する。
【０１０７】
このような構成の蓄電システム１００では、容量の小さな第２蓄電池１４０を第１蓄電池１３０に直列に接続するとともに、第２蓄電池１４０に並列に第１スイッチ部１６０を接続する。この第１スイッチ部１６０は、閉状態の場合に第２蓄電池１４０の両端を短絡し、開状態の場合に第２蓄電池１４０の短絡状態を開放する。切替部１５０、第１スイッチ部１６０の開閉状態を制御する。そして、切替部１５０は、第１スイッチ部１６０により第２蓄電池１４０の両端が短絡されており、第１蓄電池１３０から第１スイッチ部１６０を介して負荷装置２００に給電が行われている場合に、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａを２．５Ｖ（第１閾値の電圧）と比較する。そして、切替部１５０は、第１蓄電池１３０から負荷装置２００に第１スイッチ部１６０を介して給電が行われている状態において、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが２．５Ｖ（第１閾値の電圧）以下になった場合に、第１スイッチ部１６０を開状態にして第２蓄電池１４０の両端の短絡状態を開放する。
【０１０８】
また、切替部１５０は、第２蓄電池１４０の短絡状態が解放されており、太陽電池１１０から第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路に給電が行われている場合に、例えば、第１蓄電池１３０及び第２蓄電池１４０との充電電圧（直列回路全体の充電電圧）を検出し、この充電電圧が２．７Ｖ（所定の第２閾値の電圧）以上になった場合に、第１スイッチ部１６０を閉状態にして第２蓄電池１４０の両端を短絡する。
【０１０９】
これにより、蓄電システム１００では、太陽電池１１０（発電素子）が発電を行う場合に、短時間で負荷装置２００の動作を復帰させることができる。
また、蓄電システム１００において、容量の小さい第２蓄電池１４０は、短時間で充電電圧が上昇するので、２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上の電圧に短時間で上昇することができる。このため、蓄電システム１００は、短時間で負荷装置２００の動作を復帰させることができる。
また、通常の状態において、第２蓄電池１４０は、第１スイッチ部１６０により短絡されており、正極も負極も第１蓄電池１３０の正極の電位と同電位となる。このため、第１スイッチ部１６０が解放されると、その際の第１蓄電池１３０と同じ電位から第２蓄電池１４０への蓄電が開始される。これにより、第２蓄電池１４０を短時間で２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上の電圧に充電することができる。言い換えると、第２蓄電池１４０は、第１蓄電池１３０と直列に接続されることで、第２蓄電池１４０そのものの正極と負極での電位差は小さくても、第１蓄電池１３０の電位から充電動作が開始される。このため、蓄電システム１００は、短時間で負荷装置２００の動作を復帰させることができる。
【０１１０】
また、上記蓄電システム１００において、第１蓄電池１３０の容量は、太陽電池１１０（発電素子）の発電量と、第１蓄電池１３０から電力を供給する負荷装置２００の消費電力の平均値と、第１蓄電池１３０に蓄積された電力により負荷装置２００を連続駆動する時間と、に基づいて設定され、第２蓄電池１４０の容量は、太陽電池１１０の発電量と、負荷装置２００の消費電力の平均値と、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが低下したことにより負荷装置２００の動作が停止した後に太陽電池１１０により発電が行われ負荷装置２００の動作を復帰させるまでの時間と、に基づいて設定される。
【０１１１】
このような構成の蓄電システムで１００は、負荷装置２００に電力を供給する第１蓄電池１３０の容量の大きさを決める場合に、太陽電池１１０（発電素子）の発電量と、負荷装置２００の消費電力の平均値と、第１蓄電池１３０に蓄積された電力により負荷装置２００を連続駆動する時間と、に基づいて、第１蓄電池１３０の容量を決める。また、蓄電システム１００では、小さい容量の第２蓄電池１４０の容量を決める場合に、太陽電池１１０の発電量と、負荷装置２００の消費電力の平均値と、負荷装置２００の動作が停止した後に太陽電池１１０が発電行い負荷装置２００の動作を復帰させるまで時間と、に基づいて、第２蓄電池１４０の容量を決める。
これにより、蓄電システム１００では、第１蓄電池１３０に蓄積した電力により、負荷装置２００を所望の時間、連続駆動することができる。また、蓄電システム１００では、負荷装置２００の動作が停止した後、太陽電池１１０が発電を行う場合に、所望の時間で負荷装置２００の動作を復帰させることができる。
【０１１２】
また、上記蓄電システム１００において、第１蓄電池１３０は、第２蓄電池１４０よりもリーク電流が小さい種類のキャパシタである。
このような構成の蓄電システム１００では、第１蓄電池１３０は、長時間に渡り電力を保持するキャパシタであり、蓄積した電力を無駄に消費しないために、この第１蓄電池１３０には、リーク電流の少ないキャパシタが用いられる。一方、第２蓄電池１４０は、負荷装置２００の動作が停止した後、太陽電池１１０が発電を行い負荷装置２００の動作を復帰させるまでの短時間においてのみ使用されるキャパシタであり、また、充電される最大の電圧が、０．２Ｖ（第１閾値と第２閾値の差分の電圧）であり、低い充電電圧でしか使用されない。このため、蓄電システムでは、第２蓄電池１４０として、第１蓄電池１３０よりリーク電流の大きなキャパシタを用いることができる。
これにより、第１蓄電池１３０は、蓄積した電力を無駄に消費することなく、長時間に渡り電力を保持することができる。
【０１１３】
また、上記蓄電システム１００では、太陽電池１１０（発電素子）の出力電圧Ｖｓを所定の電圧に電圧変換して、第１蓄電池１３０及び第２蓄電池１４０に給電を行うＤＣ／ＤＣコンバータ１２０を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが所定の上限電圧（例えば、３．７Ｖ）を超えないように出力電圧を制御する。
【０１１４】
このような構成の蓄電システム１００では、太陽電池１１０（発電素子）の出力側にＤＣ／ＤＣコンバータ１２０が接続される。このＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、太陽電池１１０の出力電圧Ｖｓを、負荷装置２００に供給する給電電圧に応じた電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、変換した電圧により、第１スイッチ部１６０が閉状態の場合に第１蓄電池１３０へ給電を行い、第１スイッチ部１６０が開状態の場合に、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路へ給電を行う。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、出力電圧が所定の上限電圧（例えば、３．７Ｖ）を超えないように制御することにより、第１蓄電池１３０が過充電状態にならないようする。
これにより、蓄電システム１００は、太陽電池１１０（発電素子）の出力電圧Ｖｓを、負荷装置２００を動作させることのできる電圧に変換することができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、第１蓄電池１３０が過充電状態にならないようにすることができる。
【０１１５】
また、上記蓄電システム１００では、大容量の第１蓄電池１３０として、リチウムイオンキャパシタを用いる。
このような構成の蓄電システム１００において、大容量の第１蓄電池１３０は、長時間に渡り電荷を保持する必要がある。このため、第１蓄電池１３０には、リーク電流が小さいリチウムイオンキャパシタを用いる。
これにより、第１蓄電池１３０は、太陽電池１１０（発電素子）から給電される電力を無駄に消費しないようにして、長時間保持することができる。このため、本発明の蓄電システム１００は、太陽電池１１０が発電を停止している場合や、太陽電池１１０の発電量が負荷装置２００の電力消費量よりも少ない場合においても、負荷装置２００を長時間に渡り動作させることができる。
【０１１６】
＜第２実施形態＞
図１２は、本実施形態に係る蓄電システム１００Ａの構成例を示す構成図である。この図１２に示す蓄電システム１００Ａは、図２に示す蓄電システム１００と比較すると、第２スイッチ部１８０を新たに追加した点と、切替部１５０を、切替部１５０Ａに変更した点と、負荷装置２００を負荷装置２００Ａに変更した点とが異なる。また、負荷装置２００Ａは、入力電源仕様である２．５Ｖを超える電源電圧の供給を受けると、そのまま動作を開始するように構成されている点が、負荷装置２００と異なる。他の構成は、図２に示す蓄電システム１００と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１７】
図１２において、第２スイッチ部１８０は、一方の端子ａが給電線ＤＣＬ１に接続され、他方の端子ｂが、給電線ＤＣＬ１０を介して、負荷装置２００Ａに接続されている。この第２スイッチ部１８０は、切替部１５０Ａから入力される制御信号ＣＮＴ２の指示内容に応じて、ＯＮ状態又はＯＦＦ状態にすることにより、給電線ＤＣＬ１と給電線ＤＣＬ１０との間を接続又は開放する。つまり、第２スイッチ部１８０がＯＮ状態になることにより、給電線ＤＣＬ１と給電線ＤＣＬ１０とが接続され、蓄電システム１００Ａから負荷装置２００Ａに電力が供給される。
【０１１８】
切替部１５０Ａは、比較部１５１Ａを備えており、この比較部１５１Ａは、第１スイッチ部１６０がＯＮの状態において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ（第１閾値の電圧）以下になった場合に、制御信号ＣＮＴ１を第１スイッチ部１６０に出力して、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態にすることにより、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とを直列に接続する。これにより、蓄電システム１００Ａは、第１蓄電池からの給電停止状態に移行する。
【０１１９】
また、切替部１５０Ａは、電圧検出信号Ｖｆを所定の基準電圧Ｒｅｆ３と比較することにより、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが所定の第３閾値の電圧を超えているか否かを判定する。なお、この第３閾値の電圧は、２．５Ｖ以上の電圧であって、かつ２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以下の電圧であればよく、例えば、第１閾値の電圧である２．５Ｖと同じで電圧あってもよく、或いは、２．５５Ｖや２．６Ｖなどと、第１閾値の電圧である２．５Ｖよりも高い電圧であってもよい。
【０１２０】
そして、切替部１５０Ａは、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが、第３閾値の電圧以下である場合に、制御信号ＣＮＴ２を第２スイッチ部１８０に出力して、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態にして、負荷装置２００Ａへの電力の供給を停止する。また、切替部１５０Ａは、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが、第３閾値の電圧を超えている場合に、制御信号ＣＮＴ２を第２スイッチ部１８０に出力して、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態にして、負荷装置２００Ａへ電力を供給する。
これにより、蓄電システム１００Ａでは、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが、第３閾値の電圧を超えている場合にのみ、負荷装置２００Ａへ電力を供給することができる。
【０１２１】
また、比較部１５１Ａは、第１スイッチ部１６０がＯＦＦの状態において、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ以上になった場合に、第１スイッチ部１６０をＯＮ状態にして、第２蓄電池１４０の両端を短絡状態にして、第１蓄電池１３０を給電線ＤＣＬ１に直接接続する。これにより、蓄電システム１００Ａは、第１蓄電池からの給電停止状態から、通常状態に復帰する。
【０１２２】
このように、蓄電システム１００Ａにおいては、負荷装置２００Ａが、給電線ＤＣＬ１から供給される電源電圧の大きさを自身で判定する必要がなく、第２スイッチ部１８０がＯＮ状態になり、蓄電システム１００Ａから電源電圧が供給されると、直ちに動作を開始することができる。
【０１２３】
なお、蓄電システム１００Ａでは、第３閾値の電圧を２．５Ｖ（第１閾値の電圧と同じ電圧）にすることにより、第１スイッチ部１６０と、第２スイッチ部１８０とを、同じタイミングでＯＮ、ＯＦＦすることができる。つまり、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の時に、第２スイッチ部１８０がＯＮ状態になり、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態の時に、第２スイッチ部１８０がＯＦＦ状態になる。
【０１２４】
また、図１３は、本実施形態に係る蓄電システム１００Ａにおける処理手順を示す第１のフローチャートである。この図１３は、上述した蓄電システム１００Ａにおける動作の流れをフローチャートで示したものである。以下、図１３を参照して、その処理の流れについて説明する。
【０１２５】
最初に、蓄電システム１００Ａが通常状態で動作しているとする（ステップＳ２００）。すなわち、蓄電システム１００Ａにおいて、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態であり、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖを超えており、第２スイッチ部１８０がＯＮ状態であり、負荷装置２００Ａが動作中であるとする。
【０１２６】
続いて、電圧検出部１７０は、給電線ＤＣＬ１の電圧（この場合は、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａ）を検出し、電圧検出信号Ｖｆを切替部１５０Ａに出力する（ステップＳ２０５）。
続いて、切替部１５０Ａでは、電圧検出信号Ｖｆを所定の基準電圧Ｒｅｆ３と比較することにより、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが第３閾値の電圧を超えているか否かを判定する（ステップＳ２１０）。
【０１２７】
そして、ステップＳ２１０において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが第３閾値の電圧を超えていると判定された場合（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、切替部１５０Ａは、第２スイッチ部１８０がＯＦＦ状態の場合はＯＮ状態に切り替え、ＯＮ状態の場合はＯＮ状態をそのまま継続する（ステップＳ２１５）。これにより、蓄電システム１００Ａは、負荷装置２００Ａに電力を供給して、負荷装置２００Ａを動作させる（ステップＳ２２０）。続いて、蓄電システム１００Ａは、ステップＳ２４０の処理に移行する。
【０１２８】
一方、ステップＳ２１０において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが第３閾値の電圧を超えていないと判定された場合（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、切替部１５０Ａは、第２スイッチ部１８０がＯＮ状態の場合はＯＦＦ状態に切り替え、ＯＦＦ状態の場合はＯＦＦ状態をそのまま継続する（ステップＳ２２５）。これにより、蓄電システム１００Ａは、負荷装置２００Ａへの電力の供給を停止して、負荷装置２００Ａの動作を停止させる（ステップＳ２３０）。続いて、蓄電システム１００Ａは、ステップＳ２４０の処理に移行する。
【０１２９】
続いて、切替部１５０Ａでは、電圧検出信号Ｖｆを所定の基準電圧Ｒｅｆ１と比較することにより、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ（第１閾値の電圧）を超えているか否かを判定する（ステップＳ２４０）。
【０１３０】
そして、ステップＳ２４０において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ（第１閾値の電圧）を超えていると判定された場合（ステップＳ２４０：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５の処理に戻り、蓄電システム１００Ａは、ステップＳ２０５以下の処理を繰り返して実行する。
一方、ステップＳ２４０において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ（第１閾値の電圧）を超えていないと判定された場合（ステップＳ２４０：Ｎｏ）、つまり、第１蓄電池１３０の電圧が２．５Ｖ以下の場合、切替部１５０Ａは、第１スイッチ部１６０をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切替える（ステップＳ２５０）。これにより、蓄電システム１００Ａは、第１蓄電池からの給電停止状態に移行し、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とが直列に接続される。そして、太陽電池１１０が発電を行う場合に、太陽電池１１０から第２蓄電池１４０への充電が行われる（ステップＳ２６０）。
【０１３１】
続いて、電圧検出部１７０は、給電線ＤＣＬ１の電圧（この場合は、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂ）を検出し、電圧検出信号Ｖｆを切替部１５０Ａに出力する（ステップＳ２７０）。切替部１５０Ａでは、電圧検出信号Ｖｆを所定の基準電圧Ｒｅｆ２と比較することにより、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上であるか否かを判定する（ステップＳ２８０）。
【０１３２】
そして、ステップＳ２８０において、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ以上でないと判定された場合（ステップＳ２８０：Ｎｏ）、ステップＳ２５０の処理に戻り、切替部１５０Ａは、第１スイッチ部１６０のＯＦＦ状態をそのまま維持し（ステップＳ２５０）、続いて、蓄電システム１００Ａは、ステップＳ２６０以降の処理を繰り返して実行する。
【０１３３】
そして、切替部１５０Ａにより、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上であると判定された場合（ステップＳ２８０：Ｙｅｓ）、切替部１５０Ａは、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切替える（ステップＳ２９０）。続いて、蓄電システム１００Ａは、ステップＳ１００の処理に戻り、ステップＳ２０５以降の処理を再び実行する。
【０１３４】
上記処理の流れにより、蓄電システム１００Ａは、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが低下することにより負荷装置２００Ａの動作が一旦停止した後、太陽電池１１０が発電を行う場合に、短時間で負荷装置２００Ａの動作を復帰させることができる。また、蓄電システム１００Ａは、負荷装置２００Ａが動作可能な第３閾値の電圧を超える電圧を供給できる場合にのみ、負荷装置２００Ａに給電を行うことができる。
【０１３５】
また、図１４は、本実施形態に係る蓄電システム１００Ａにおける処理手順を示す第２のフローチャートである。この図１４は、蓄電システム１００Ａにおいて、第３閾値の電圧と第１閾値の電圧とを同じ電圧２．５Ｖとした場合の例である。
この図１４に示すフローチャートは、図１３に示すフローチャートと比較すると、図１４の破線で囲む処理ステップＳ２１０Ａから２３０Ａまで部分が、図１３と異なる。他の処理ステップは、図１３に示すフローチャートと同様である。このため、同一の処理内容のステップには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１３６】
図１４を参照して、ステップＳ２０５において、電圧検出部１７０は、給電線ＤＣＬ１の電圧（この場合は、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａ）を検出し、電圧検出信号Ｖｆを切替部１５０Ａに出力する。
続いて、切替部１５０Ａが、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ（第３閾値及び第１閾値の電圧）を超えているか否かを判定する（ステップＳ２１０Ａ）。
【０１３７】
そして、ステップＳ２１０Ａにおいて、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖを超えていると判定された場合（ステップＳ２１０Ａ：Ｙｅｓ）、切替部１５０Ａは、第２スイッチ部１８０がＯＦＦ状態の場合はＯＮ状態に切り替え、ＯＮ状態の場合はそのままＯＮ状態を継続する（ステップＳ２１５Ａ）。これにより、蓄電システム１００Ａは、負荷装置２００Ａに電力を供給して、負荷装置２００Ａを動作させる（ステップＳ２２０Ａ）。続いて、蓄電システム１００Ａは、ステップＳ２０５の処理に戻り、ステップＳ２１０Ａ以下の処理を繰り返して実行する。
一方、ステップＳ２１０Ａにおいて、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖを超えていないと判定された場合（ステップＳ２１０Ａ：Ｎｏ）、つまり、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが２．５Ｖ以下の場合、切替部１５０Ａは、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態にする（ステップＳ２２５Ａ）。これにより、蓄電システム１００Ａは、負荷装置２００Ａへの電力の供給を停止して、負荷装置２００Ａの動作を停止させる（ステップＳ２３０Ａ）。続いて、切替部１５０Ａは、ステップＳ２５０の処理に移行する。その後のステップＳ２５０以降の処理は、図１３に示す処理と同じであり重複する説明は省略する。
【０１３８】
このように、蓄電システム１００Ａでは、第３閾値の電圧を２．５Ｖ（第１閾値の電圧と同じ電圧）にすることにより、第１スイッチ部１６０と、第２スイッチ部１８０とを、同じタイミングでＯＮ、ＯＦＦすることができる。すなわち、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の時に、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態にし、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態の時に、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態にすることができる。このため、図１３の場合と比較して、切替部１５０Ａにおける制御が、簡略化される。
【０１３９】
以上説明したように、蓄電システム１００Ａは、蓄電システム１００Ａと負荷装置２００Ａとの間を接続又は開放する第２スイッチ部１８０をさらに備え、切替部１５０Ａは、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａを、２．５Ｖ（第１閾値の電圧）以上である第３閾値の電圧と比較して、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが第３閾値の電圧を超える場合に、第２スイッチ部１８０を接続状態にし、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが第３閾値の電圧以下の場合に、第２スイッチ部１８０を開放状態にする。
【０１４０】
このような構成の蓄電システム１００Ａにおいて、切替部１５０Ａは、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが第３閾値の電圧を超えており、第１蓄電池１３０から負荷装置２００Ａに必要な電力を供給できる状態の場合に、第２スイッチ部１８０を接続状態にして、負荷装置２００Ａに電力を供給する。一方、切替部１５０Ａは、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが第３閾値の電圧以下であり、第１蓄電池１３０から負荷装置２００Ａに必要な電力を供給できない状態の場合に、第２スイッチ部１８０を開放状態にして、負荷装置２００Ａへの電力の供給を停止する。
これにより、蓄電システム１００Ａは、負荷装置２００Ａに必要な電力を供給できない状態の場合に、第２スイッチ部１８０を開放状態にして負荷装置２００Ａへの電力の供給を停止し、負荷装置２００Ａに必要な電力を供給できる状態の場合に、第２スイッチ部１８０を接続状態にして負荷装置２００Ａへ電力を供給することができる。
【０１４１】
また、上記蓄電システム１００Ａにおいて、第３閾値の電圧は、２．５Ｖ（第１閾値の電圧と同じ電圧）に設定され、切替部１５０Ａは、第１スイッチ部１６０を閉状態にして第２蓄電池１４０の両端を短絡させる場合に、第２スイッチ部１８０を接続状態にし、第１スイッチ部１６０を開状態にして第２蓄電池１４０の両端を短絡状態から開放させる場合に、第２スイッチ部１８０を開放状態にする。
【０１４２】
このような構成の蓄電システム１００Ａにおいて、切替部１５０Ａは、第１スイッチ部１６０を閉状態にして第２蓄電池１４０の両端を短絡させている状態、つまり、第１蓄電池１３０から負荷装置２００Ａに必要な電力を供給できる状態の場合に、第２スイッチ部１８０を接続状態にして、負荷装置２００Ａに電力を供給する。また、切替部１５０Ａは、第１スイッチ部１６０を開状態にして第２蓄電池１４０の両端を短絡状態から開放している状態、つまり、太陽電池１１０（発電素子）から第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との直列回路に充電を行っている場合に、第２スイッチ部１８０を開放状態にする。
これにより、蓄電システム１００Ａは、第１スイッチ部１６０を閉状態にする場合に第２スイッチ部１８０を接続状態にし、第１スイッチ部１６０を開状態にする場合に第２スイッチ部１８０を開放状態にすることができる。すなわち、蓄電システム１００Ａは、第１スイッチ部１６０の開閉状態と第２スイッチ部１８０の開閉状態とを同じタイミングで制御できる。
【０１４３】
以上、本発明について説明したが、本発明の蓄電システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、図２及び図１２に示した例では、発電素子として環境発電素子を用いた太陽電池１１０の例を示したが、これに限られない。発電素子は、環境発電を行える発電素子であればよい。ここで、光以外の環境発電とは、例えば熱、振動、風力、電波等による発電である。
【０１４４】
また、図２に示す負荷装置２００の例では、環境モニタ装置２１０が温度センサ２１１と湿度センサ２１２とを備える例を示したが、環境モニタ装置２１０は、温度センサ２１１と湿度センサ２１２の内の何れか１つのセンサを備えるようにしてもよい。また、環境モニタ装置２１０は、他の環境に関する情報を検出するセンサを備えていてもよい。他の環境に関する情報とは、例えば、照度、ＣＯ２濃度、振動、水位、電圧、電流、音声、画像などである。
また、蓄電システム１００及び１００Ａは、扉の開閉用の電源や電気のスイッチの電源として用いることができる。蓄電システムを扉の開閉用の電源等に用いる場合、扉の開閉用の電源や電気のスイッチの電源は、設置環境や使用状況に応じて電力消費量が異なるため、例え太陽電池１１０に光が当たっていても、発電量と電力消費量の収支がマイナスになる場合もある。このような場合に、蓄電システム１００及び１００Ａを好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１４５】
１００，１００Ａ…蓄電システム、１１０…太陽電池（発電素子）、
１２０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１３０…第１蓄電池、１４０…第２蓄電池、
１５０，１５０Ａ・・・切替部、１５１，１５１Ａ・・・比較部、
１６０・・・第１スイッチ部、１７０・・・電圧検出部、１８０・・・第２スイッチ部、
２００，２００Ａ・・・負荷装置、２１０・・・環境モニタ装置、
２１１・・・温度センサ、２１２・・・湿度センサ、２１３・・・無線通信ユニット
【要約】
【課題】発電素子が発電を行う場合に、短時間で負荷装置の動作を復帰させることができる、蓄電システム、及び蓄電方法を提供することを目的とする。
【解決手段】蓄電システムは、環境発電の発電素子と、発電素子から給電されると伴に負荷装置に電力を供給する第１蓄電池と、第１蓄電池より容量が小さく第１蓄電池に直列に接続される第２蓄電池と、第２蓄電池に並列に接続される第１スイッチ部と、第１スイッチ部の開閉を制御する切替部とを備え、切替部は、第１スイッチ部が閉状態であり第１蓄電池から第１スイッチ部を介して負荷装置へ給電が行われる場合に、第１蓄電池の電圧が第１閾値の電圧以下のとき第１スイッチ部を開状態にし、第１スイッチ部が開状態のとき発電素子から給電される第１蓄電池と第２蓄電池との直列回路の充電電圧等が第２閾値の電圧以上のとき第１スイッチ部を閉状態にするように制御する。
【選択図】図２【図１】
0005857118.tif 000002
【図２】
0005857118.tif 000003
【図３】
0005857118.tif 000004
【図４】
0005857118.tif 000005
【図５】
0005857118.tif 000006
【図６】
0005857118.tif 000007
【図７】
0005857118.tif 000008
【図８】
0005857118.tif 000009
【図９】
0005857118.tif 000010
【図１０】
0005857118.tif 000011
【図１１】
0005857118.tif 000012
【図１２】
0005857118.tif 000013
【図１３】
0005857118.tif 000014
【図１４】
0005857118.tif 000015