(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境発電を行う発電素子と、
前記発電素子によって発電される電力が給電される第１蓄電池と、
前記第１蓄電池よりも容量の小さな第２蓄電池と、
前記第１蓄電池を、前記発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置に接続又は開放する第１スイッチ部と、
前記第２蓄電池を、前記発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置に接続又は開放する第２スイッチ部と、
前記負荷装置に供給する電圧を所定の第１閾値及び第２閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて前記第１スイッチ部を制御する第１切替部と、
前記負荷装置に供給する電圧を所定の第３閾値及び第４閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて前記第２スイッチ部を制御する第２切替部と、
を備え、
前記第３閾値の電圧は、前記第１閾値の電圧よりも高く設定され、前記第２閾値の電圧は、前記第３閾値の電圧よりも高く設定され、前記第４閾値の電圧は前記第３閾値の電圧よりも高く設定され、
前記第１切替部は、
前記負荷装置に供給される電圧が、前記第１閾値の電圧以下になる場合に、前記第１スイッチ部を開放状態にするように制御し、
前記負荷装置に供給される電圧が、前記第１閾値の電圧より大きく前記第２閾値の電圧より小さい場合に、現在の前記第１スイッチ部の状態を保持するように制御し、
前記負荷装置に供給される電圧が、前記第２閾値の電圧以上になる場合に、前記第１スイッチ部を接続状態にするように制御し、
前記第２切替部は、
前記負荷装置に供給される電圧が、前記第３閾値の電圧以下になった場合に、前記第１蓄電池を前記第２蓄電池と並列に接続するように前記第２スイッチ部を接続状態に制御し、
前記負荷装置に供給される電圧が、前記第３閾値の電圧より大きく前記第４閾値の電圧より小さい場合に、現在の前記第２スイッチ部の状態を保持するように制御し、
前記負荷装置に供給される電圧が、前記第４閾値の電圧以上になる場合に、前記第１蓄電池に並列に接続されている前記第２蓄電池を前記第１蓄電池から切り離すように前記第２スイッチ部を開放状態に制御する
ことを特徴とする蓄電システム。
【請求項２】
前記第３閾値の電圧は、前記第２蓄電池の電圧が０Ｖ又は０Ｖに近い値の場合において、前記第１蓄電池を前記第２蓄電池と並列に接続した場合に、前記第１蓄電池の電圧が前記第１閾値の電圧以下にならない電圧に設定される
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】
前記負荷装置に電力を供給する給電線と当該負荷装置との間を接続又は開放する第３スイッチ部を備え、
前記第１切替部は、
前記負荷装置に供給する電圧が、前記第１閾値の電圧以下になった場合に、前記第３スイッチ部を開放状態にするように制御し、
前記第３スイッチ部を開放状態にした後に、前記負荷装置に供給する電圧が、前記第２閾値の電圧以上になった場合に、前記第３スイッチ部を接続状態にするように制御する
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４の何れか一項に記載の蓄電システム。
【請求項６】
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５の何れか一項に記載の蓄電システム。
【請求項７】
環境発電を行う発電素子と、前記発電素子によって発電される電力が給電される第１蓄電池と、前記第１蓄電池よりも容量の小さな第２蓄電池と、前記第１蓄電池を、前記発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置に接続又は開放する第１スイッチ部と、前記第２蓄電池を、前記発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置に接続又は開放する第２スイッチ部と、前記負荷装置に供給する電圧を所定の第１閾値及び第２閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて前記第１スイッチ部を制御する第１切替部と、前記負荷装置に供給する電圧を所定の第３閾値及び第４閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて前記第２スイッチ部を制御する第２切替部と、を備え、前記第３閾値の電圧は、前記第１閾値の電圧よりも高く設定され、前記第２閾値の電圧は、前記第３閾値の電圧よりも高く設定され、前記第４閾値の電圧は前記第３閾値の電圧よりも高く設定される蓄電システムにおける蓄電方法であって、
前記第１切替部が、前記負荷装置に供給される電圧が前記第１閾値の電圧以下になる場合に、前記第１スイッチ部を開放状態にするように制御し、前記負荷装置に供給される電圧が前記第１閾値の電圧より大きく前記第２閾値の電圧より小さい場合に、現在の前記第１スイッチ部の状態を保持するように制御し、前記負荷装置に供給される電圧が前記第２閾値の電圧以上になる場合に、前記第１スイッチ部を接続状態にするように制御するステップと、
前記第２切替部が、前記負荷装置に供給される電圧が前記第３閾値の電圧以下になった場合に、前記第１蓄電池を前記第２蓄電池と並列に接続するように前記第２スイッチ部を接続状態に制御し、前記負荷装置に供給される電圧が前記第３閾値の電圧より大きく前記第４閾値の電圧より小さい場合に、現在の前記第２スイッチ部の状態を保持するように制御し、前記負荷装置に供給される電圧が前記第４閾値の電圧以上になる場合に、前記第１蓄電池に並列に接続されている前記第２蓄電池を前記第１蓄電池から切り離すように前記第２スイッチ部を開放状態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、前記発電素子によって発電される電力が給電される第１蓄電池と、前記第１蓄電池よりも容量の小さな第２蓄電池と、前記第１蓄電池を、前記発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置に接続又は開放する第１スイッチ部と、前記第２蓄電池を、前記発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置に接続又は開放する第２スイッチ部と、前記負荷装置に供給する電圧を所定の第１閾値及び第２閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて前記第１スイッチ部を制御する第１切替部と、前記負荷装置に供給する電圧を所定の第３閾値及び第４閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて前記第２スイッチ部を制御する第２切替部と、を備え、前記第３閾値の電圧は、前記第１閾値の電圧よりも高く設定され、前記第２閾値の電圧は、前記第３閾値の電圧よりも高く設定され、前記第４閾値の電圧は前記第３閾値の電圧よりも高く設定され、前記第１切替部は、前記負荷装置に供給される電圧が、前記第１閾値の電圧以下になる場合に、前記第１スイッチ部を開放状態にするように制御し、前記負荷装置に供給される電圧が、前記第１閾値の電圧より大きく前記第２閾値の電圧より小さい場合に、現在の前記第１スイッチ部の状態を保持するように制御し、前記負荷装置に供給される電圧が、前記第２閾値の電圧以上になる場合に、前記第１スイッチ部を接続状態にするように制御し、前記第２切替部は、前記負荷装置に供給される電圧が、前記第３閾値の電圧以下になった場合に、前記第１蓄電池を前記第２蓄電池と並列に接続するように前記第２スイッチ部を接続状態に制御し、前記負荷装置に供給される電圧が、前記第３閾値の電圧より大きく前記第４閾値の電圧より小さい場合に、現在の前記第２スイッチ部の状態を保持するように制御し、前記負荷装置に供給される電圧が、前記第４閾値の電圧以上になる場合に、前記第１蓄電池に並列に接続されている前記第２蓄電池を前記第１蓄電池から切り離すように前記第２スイッチ部を開放状態に制御する。
【００１１】
このような構成の蓄電システムでは、発電素子が発電を停止した状態や、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、第１蓄電池は、負荷装置が動作する際の消費電力を供給することにより、その充電電圧が次第に低下する。そして、第１蓄電池の充電電圧が第３閾値（第３閾値＞第１閾値）の電圧までに低下した場合に、第２切替部は、第２スイッチ部を接続状態にして、第２蓄電池と第１蓄電池とを並列に接続する。これにより、第１蓄電池から第２蓄電池への充電が行われ、第２蓄電池の充電電圧が上昇する。
その後、第１蓄電池と第２蓄電池との並列回路の充電電圧がさらに低下し、第１閾値（第３閾値＞第１閾値）の電圧まで低下した場合に、第１切替部は、第１スイッチ部を開放状態にして、第１蓄電池を給電線及び負荷装置から切り離す。その後、発電素子が発電を行う場合に、発電素子は、第２スイッチ部を介して第２蓄電池への充電を開始する。そして、第２蓄電池の充電電圧が、第２閾値（第２閾値＞第３閾値）の電圧に到達した場合に、第１切替部は、第１スイッチ部を接続状態にすることにより、第１蓄電池を給電線及び負荷装置に再び接続し、第１蓄電池と第２蓄電池とを並列に接続する。
その後、発電素子から第１蓄電池と第２蓄電池との並列回路に充電が続けられ、この並列回路の充電電圧が、第４閾値（第４閾値＞第３閾値）の電圧に到達した場合に、第２切替部は、第２スイッチを開放状態にして、第１蓄電池から第２蓄電池を切り離す。
このように、本実施形態の蓄電システムは、発電素子が発電を停止した状態や、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、第１蓄電池の充電電圧が第３閾値の電圧まで低下した場合に、第１蓄電池と第２蓄電池とを並列に接続して、第１蓄電池から第２蓄電池へ充電を行い、第２蓄電池の充電電圧を予め高めておく。その後、発電素子が発電を行う場合に、発電素子から第２蓄電池を選択して充電を行うことにより負荷装置に給電する電圧を早く立ち上げる。
【００１２】
これにより、本発明の蓄電システムでは、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、第１蓄電池の電圧が第３閾値の電圧に低下した場合に、第２蓄電池が第１蓄電池と並列に接続され、第２蓄電池は、第１蓄電池と同じ電圧になる。このため、第１蓄電池の電圧が第１閾値の電圧以下になり第１スイッチ部が開放状態にされ、第２スイッチ部が接続状態にされると、その際の第２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。これにより、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３闘値の電圧は、前記第２蓄電池の電圧が０Ｖ又は０Ｖに近い値の場合において、前記第１蓄電池を前記第２蓄電池と並列に接続した場合に、前記第１蓄電池の電圧が前記第１闘値の電圧以下にならない電圧に設定され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、第３闘値の電圧は、第２蓄電池の電圧が、０Ｖの場合であっても、第１蓄電池を第２蓄電池と並列に接続し、第１蓄電池と第２蓄電池の電圧が一緒になった際の電圧が、第１闘値の電圧以上になるように設定される。
すなわち、第３闘値の電圧は、「第３闘値の電圧における第１蓄電池の電荷量＞（第１闘値の電圧における第１蓄電池の電荷量＋第１闘値の電圧における第２蓄電池の電荷量）」であるように設定される。
これにより、第１蓄電池の電圧が第３闘値の電圧になり、第１蓄電池を第２蓄電池と並列に接続する際に、第１蓄電池の電圧が第１闘値の電圧以下になることを回避できる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る蓄電システムにおいて、前記負荷装置に電力を供給する給電線と当該負荷装置との間を接続又は開放する第３スイッチ部を備え、前記第１切替部は、前記負荷装置に供給する電圧が、前記第１閾値の電圧以下になった場合に、前記第３スイッチ部を開放状態にするように制御し、前記第３スイッチ部を開放状態にした後に、前記負荷装置に供給する電圧が、前記第２閾値の電圧以上になった場合に、前記第３スイッチ部を接続状態にするように制御するようにしてもよい。
【００１５】
このような構成の蓄電システムにおいて、負荷装置に供給する電圧が第１閾値の電圧以下になった場合に、第１切替部は、第３スイッチ部を開放状態にして、蓄電システムから負荷装置への電力の供給を停止する。一方、第１切替部は、第３スイッチ部を開放状態にした後、負荷装置に供給する充電電圧が第２閾値の電圧に到達した場合に、第３スイッチ部を接続状態にして、蓄電システムから負荷装置への電力の供給を開始する。
これにより、本発明の蓄電システムは、負荷装置に必要な電力を供給できない状態の場合に、第３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３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。また、負荷装置は、蓄電システムから給電される電源電圧が、自身が動作するのに必要な電源電圧であるか否かを判定する必要がなくなる。
【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、第１蓄電池の充電電圧が第３閾値の電圧以下に低下して該第１蓄電池に並列に接続された時点から、発電素子が発電を行う場合に第１蓄電池及び第２蓄電池の充電電圧が第４閾値の電圧に到達する時点までの短時間においてのみ使用されるキャパシタである。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。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。
【００１７】
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。
【００１８】
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スイッチ部が接続状態の場合に、第１蓄電池へ給電を行い、第２スイッチ部が接続状態の場合に、第２蓄電池へ給電を行い、第１スイッチ部と第２スイッチ部とが接続状態の場合に、第１蓄電池と第２蓄電池との並列回路に充電を行う。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、本発明の蓄電システムは、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。
【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。
【００２０】
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、前記発電素子によって発電される電力が給電される第１蓄電池と、前記第１蓄電池よりも容量の小さな第２蓄電池と、前記第１蓄電池を、前記発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置に接続又は開放する第１スイッチ部と、前記第２蓄電池を、前記発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置に接続又は開放する第２スイッチ部と、前記負荷装置に供給する電圧を所定の第１閾値及び第２閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて前記第１スイッチ部を制御する第１切替部と、前記負荷装置に供給する電圧を所定の第３閾値及び第４閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて前記第２スイッチ部を制御する第２切替部と、を備え、前記第３閾値の電圧は、前記第１閾値の電圧よりも高く設定され、前記第２閾値の電圧は、前記第３閾値の電圧よりも高く設定され、前記第４閾値の電圧は前記第３閾値の電圧よりも高く設定される蓄電システムにおける蓄電方法であって、前記第１切替部が、前記負荷装置に供給される電圧が前記第１閾値の電圧以下になる場合に、前記第１スイッチ部を開放状態にするように制御し、前記負荷装置に供給される電圧が前記第１閾値の電圧より大きく前記第２閾値の電圧より小さい場合に、現在の前記第１スイッチ部の状態を保持するように制御し、前記負荷装置に供給される電圧が前記第２閾値の電圧以上になる場合に、前記第１スイッチ部を接続状態にするように制御するステップと、前記第２切替部が、前記負荷装置に供給される電圧が前記第３閾値の電圧以下になった場合に、前記第１蓄電池を前記第２蓄電池と並列に接続するように前記第２スイッチ部を接続状態に制御し、前記負荷装置に供給される電圧が前記第３閾値の電圧より大きく前記第４閾値の電圧より小さい場合に、現在の前記第２スイッチ部の状態を保持するように制御し、前記負荷装置に供給される電圧が前記第４閾値の電圧以上になる場合に、前記第１蓄電池に並列に接続されている前記第２蓄電池を前記第１蓄電池から切り離すように前記第２スイッチ部を開放状態に制御するステップと、を含む。
【００２１】
これにより、本発明の蓄電方法では、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実施形態に係る蓄電システムが通常状態から過放電状態に近い電圧の状態へ移行した後に再び通常状態へ復帰する場合の動作を説明するためのイメージ図である。
【図６】第１実施形態に係る蓄電システムの通常状態における給電状態を示す説明図である。
【図７】第１実施形態に係る蓄電システムの過放電状態に近い電圧の給電状態について説明する説明図である。
【図８】第１実施形態に係る蓄電システムの通常状態への復帰動作時の給電状態について説明する説明図である。
【図９】第１実施形態に係る蓄電システムにおける処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】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１１】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１２】第２実施形態に係る蓄電システムが通常状態から過放電状態に近い電圧の状態に近い電圧の状態に近い電圧の状態へ移行した後に再び通常状態へ復帰する場合の動作を説明するためのイメージ図である。
【図１３】第２実施形態に係る蓄電システムの通常状態における給電状態を示す説明図である。
【図１４】第２実施形態に係る蓄電システムの過放電状態に近い電圧になる前の給電状態について説明する説明図である。
【図１５】第２実施形態に係る蓄電システムの通常状態への復帰動作時の給電状態について説明する説明図である。
【図１６】第２実施形態に係る蓄電システムにおける処理の手順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】
【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、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔを受電することにより、蓄電システム１００から電力の供給を受けて動作する。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（出力電圧Ｖｏｕｔ）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、例えば、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１１５と、電圧検出部１２０と、第１蓄電池１３０と、第２蓄電池１４０と、第１切替部１５０と、第１スイッチ部１６０と、第２切替部１７０と、第２スイッチ部１８０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１１５に出力される電圧Ｖｓが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５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１１５の入力側が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５には、太陽電池１１０の出力電圧Ｖｓが入力される。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５は、例えば、太陽電池１１０の出力電圧Ｖｓが負荷装置２００が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１１５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。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５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及び第２蓄電池１４０を充電する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５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Ｖａ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１１５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１１５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】
電圧検出部１２０は、例えば、抵抗分圧回路を用いて構成され、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。電圧検出部１２０は、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔの電圧検出信号Ｖｆを第１切替部１５０及び第２切替部１７０それぞれに出力する。この電圧検出部１２０により検出される電圧は、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態であり、かつ第２スイッチ部１８０がＯＦＦ状態である場合、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａとなる。また、電圧検出部１２０により検出される電圧は、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態であり、かつ第２スイッチ部１８０がＯＮ状態である場合、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとなる。また、第１スイッチ部１６０と第２スイッチ部１８０の両方がＯＮ状態である場合、電圧検出信号Ｖｆは、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａを検出すると同時に、この電圧Ｖａと同じ電位である第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂを検出する。
なお、電圧検出部１２０は、２つ以上であって、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとを個別に検出するようにしてもよい。
【００４２】
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１１５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、電池値が所定の値以上の場合、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。
【００４３】
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。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２スイッチ部１８０がＯＮ（オン）状の場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５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。
【００４４】
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、負極が接地されており、負荷装置２００の動作復帰時用に短時間で充電され、短時間だけ使用されるキャパシタである。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。
【００４５】
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。
【００４６】
なお、図１では、第１蓄電池１３０及び第２蓄電池１４０を単体の蓄電池で構成する例を示しているが、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。
【００４７】
第１切替部１５０は、第１比較部１５１を備えている。この第１比較部１５１は、電圧検出部１２０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。第１切替部１５０は、第１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またはＯＦＦ（接続または開放）状態にする制御信号ＣＮＴ１を、第１スイッチ部１６０に出力する。
【００４８】
この第１切替部１５０は、第１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、第１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、第１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、第１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ＯＮまたはＯＦＦ状態を制御する。
【００４９】
より詳細には、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の場合において、第１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。第１比較部１５１は、第１スイッチ部１６０がＯＮの状態において、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、第１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を給電線ＤＣＬ１から切り離す。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。
【００５０】
また、第１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。
第１比較部１５１は、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態であり、第２スイッチ部１８０がＯＮ状態である場合において、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、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔが２．７Ｖ以上であるか否かを判定する。そして、第１切替部１５０は、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔ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１蓄電池１３０を給電線ＤＣＬ１に接続する。これにより、第２蓄電池１４０と第１蓄電池１３０とが並列に接続され、第２蓄電池１４０から第１蓄電池１３０への充電が行われる。この第２蓄電池１４０から第１蓄電池１３０への充電が行われることにより、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが上昇する。
【００５１】
第１スイッチ部１６０は、給電線ＤＣＬ１と第１蓄電池１３０との間に配置され、給電線ＤＣＬ１と第１蓄電池１３０との間を、第１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またはＯＦＦ（接続または開放）状態にする。第１スイッチ部１６０は、ＯＮ状態の場合に、接続状態になり、第１蓄電池１３０を給電線ＤＣＬ１に接続させる。また、第１スイッチ部１６０は、ＯＦＦ状態の場合に、開放状態になり、第１蓄電池１３０を給電線ＤＣＬ１から切り離す。なお、以下の説明において、第１スイッチ部１６０が接続状態であることを、ＯＮ状態であると記載し、第１スイッチ部１６０が開放状態であることを、ＯＦＦ状態であるともいう。
【００５２】
第１スイッチ部１６０の一方端子ａは、給電線ＤＣＬ１のノードＮｂに接続され、他方の端子ｂは、第１蓄電池１３０の正極（＋）端子に接続されている。そして、第１スイッチ部１６０の端子ａは、給電線ＤＣＬ１のノードＮｂとノードＮａとを介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５の出力側に接続される。そして、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の場合、第１蓄電池１３０は、太陽電池１１０から、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５を介して給電を受けるとともに、負荷装置２００に電力を供給する。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の正極（＋）端子の電圧Ｖａ（第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａ）が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。
なお、以下の説明において、「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。
【００５３】
第２切替部１７０は、第２比較部１７１を備えている。この第２比較部１７１は、電圧検出部１２０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Ｒｅｆ３及びＲｅｆ４と比較する。第２切替部１７０は、第２比較部１７１における比較結果に応じて、第２スイッチ部１８０をＯＮまたはＯＦＦ（接続または開放）状態にする制御信号ＣＮＴ２を、第２スイッチ部１８０に出力する。
なお、第１切替部１５０と第２切替部１７０とは、信号線Ｓｋを介して、第１スイッチ部１６０の開閉状態の情報と、第２スイッチ部１８０の開閉状態の情報と、を互いに通知し合うようにしてもよい。これにより、第１切替部１５０は、第２スイッチ部１８０の開閉状態を確認して、第１スイッチ部１６０の開閉状態を制御することができる。また、第２切替部１７０は、第１スイッチ部１６０の開閉状態を確認して、第２スイッチ部１８０の開閉状態を制御することができる。
【００５４】
この第２切替部１７０は、第２比較部１７１により給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔが２．６Ｖ（第３閾値の電圧）以下であると判定された場合に、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態にする制御信号ＣＮＴ２を出力する。また、第２切替部１７０は、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態にする制御信号ＣＮＴ２を出力した後、第２比較部１７１により給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔが２．８Ｖ（第４閾値の電圧）以上になったと判定された場合に、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態にする制御信号ＣＮＴ２を出力する。つまり、第２切替部１７０は、２．６Ｖと２．８Ｖとの間の０．２Ｖ幅のヒステリシス特性を持って、第２スイッチ部１８０のＯＮまたはＯＦＦ状態を制御する。
なお、上記の例では、第４闘値の電圧（２．８Ｖ）が、第２闘値（２．７）Ｖよりも高い場合について説明したが、第４闘値の電圧は、第２闘値（２．７）Ｖよりも低い電圧にすることもできる。この第４闘値が第２闘値よりも低い場合、第２切替部１７０は、単に給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔを検出して第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態にするのではなく、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態であり、かつ、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔが第４闘値の電圧以上になった場合に、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態にする。これは、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態の場合に、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態にすると、両方のスイッチ部がＯＦＦ状態になるためである。この場合、第２切替部１７０は、信号線Ｓｋを介して、第１スイッチ部１６０のＯＮ／ＯＦＦ状態を確認して、第１スイッチ部１６０のＯＮ状態である場合にのみ、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態にする。
なお、第４闘値（例えば、２．８Ｖ）の電圧が第２闘値の電圧（例えば、２．７Ｖ）よりも高い場合は、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態で、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔが第４闘値の電圧になることはないので、第２切替部１７０は、単に給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔのみを見ればよい。
【００５５】
第２スイッチ部１８０は、給電線ＤＣＬ１と第２蓄電池１４０との間に配置され、給電線ＤＣＬ１と第２蓄電池１４０との間を、第２切替部１７０から入力される制御信号ＣＮＴ２の指示内容に応じて、ＯＮまたはＯＦＦ状態にする。この第２スイッチ部１８０は、ＯＮ状態の場合に、接続状態になり、第２蓄電池１４０を給電線ＤＣＬ１に接続させる。また、第２スイッチ部１８０は、ＯＦＦ状態の場合に、開放状態になり、第２蓄電池１４０を給電線ＤＣＬ１から切り離す。なお、以下の説明において、第２スイッチ部１８０が接続状態であることを、ＯＮ状態であると記載し、第２スイッチ部１８０が開放状態であることを、ＯＦＦ状態であるという。
【００５６】
また、第２スイッチ部１８０の一方の端子ｂは、給電線ＤＣＬ１のノードＮｂに接続され、このノードＮｂを介して端子ａに接続される。他方の端子ｂは、第２蓄電池１４０の正極（＋）端子に接続される。そして、第２スイッチ部１８０がＯＮ状態であり、かつ第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態である場合に、給電線ＤＣＬ１には、第２蓄電池１４０の正極（＋）端子の電圧Ｖｂ（第２蓄電池１４０の充電電圧Ｖｂ）が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。また、第１スイッチ部１６０と第２スイッチ部１８０との両方がＯＮ状態である場合、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａと、第２蓄電池１４０の充電電圧Ｖｂとは、同じ電圧（Ｖａ＝Ｖｂ）になる。
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２蓄電池１４０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。
【００５７】
なお、第１スイッチ部１６０と第２スイッチ部１８０とは、常時、少なくとも何れか一方がＯＮ状態にされ、両方が同時にＯＦＦ状態になることはないように制御される。
なお、図２に示す例では、第１スイッチ部１６０と第２スイッチ部１８０として、機械式接点を用いて構成した例を示しているが、第１スイッチ部１６０と第２スイッチ部１８０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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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と、第２スイッチ部１８０と、を用いている。蓄電システム１００は、第１蓄電池１３０のリチウムイオンキャパシタが通常状態において、第１スイッチ部１６０をＯＮ状態（接続状態）にして、第１蓄電池１３０が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が過放電状態に近い２．５Ｖ（第１閾値の電圧）の直上の電圧、例えば、２．６Ｖ（第３閾値の電圧）まで低下したときに、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態（接続状態）にする。これにより、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とが並列に接続され、第２蓄電池１４０は、第１蓄電池１３０に蓄積された電荷により充電されて、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａと、第２蓄電池１４０の充電電圧Ｖｂとが同じ電位（例えば、約２．５４Ｖ）になる。
【００６４】
なお、以下の説明において、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とが並列に接続された場合、つまり、第１蓄電池１３０に充電された電圧Ｖａと第２蓄電池１４０電圧Ｖｂとが同じ電圧（Ｖａ＝Ｖｂ）の場合、この第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との並列回路の充電電圧を、「蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂ」と記載することがある。
【００６５】
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、負荷装置２００が周期的に動作することにより、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが次第に低下する。そして、第１蓄電池１３０の充電電圧が２．５Ｖまで低下した場合に、負荷装置２００が自身で動作を停止し、蓄電システム１００から負荷装置２００への電力の供給が停止される。
また、蓄電システム１００において、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．５Ｖまで低下したときに、第１切替部１５０は、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態（開放状態）にする。また、第２切替部１７０は、第２スイッチ部１８０のＯＮ状態をそのまま継続する。これにより、第１蓄電池１３０は、給電線ＤＣＬ１から切り離され、給電線ＤＣＬ１には、第２蓄電池１４０だけが接続される。
【００６６】
その後、太陽電池１１０に光が当たり始めた場合や、太陽電池１１０の発電量が少ないため第１蓄電池１３０の充電電圧が２．５Ｖまで低下した後に太陽電池１１０の発電量が少ない状態が継続する場合に、太陽電池１１０は、第２蓄電池１４０だけに充電電流を流す。この場合、第２蓄電池１４０は、第１蓄電池１３０により約２．５Ｖに予め充電されている。また、第２蓄電池１４０の容量（１Ｆ）が第１蓄電池１３０の容量（４０Ｆ）と比較して著しく容量が小さいため、第２蓄電池１４０は、太陽電池１１０からの充電電流により充電され、充電電圧Ｖｂが急速に上昇する。このため、第２蓄電池１４０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（例えば、１０分程度）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の動作が停止した後、太陽電池１１０が発電を行う場合に、短時間で負荷装置２００を再起動させることができる。
【００６７】
このように、本実施形態の蓄電システム１００は、大きな容量の第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、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後、太陽電池１１０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。
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。
【００６８】
この蓄電システム１００では、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態であり、第２スイッチ部１８０がＯＦＦ状態の場合に、太陽電池１１０の発電電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５を介して、第１蓄電池１３０に給電するとともに、第１蓄電池１３０から負荷装置２００に電力を供給する。
【００６９】
また、蓄電システム１００は、第１スイッチ部１６０と第２スイッチ部１８０とがＯＮ状態である場合に、太陽電池１１０の発電電力を、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とに給電するとともに、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とにより負荷装置２００に電力を供給する。また、蓄電システム１００では、第２スイッチ部１８０がＯＮ状態であり、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態である場合に、太陽電池１１０の発電電力を、第２蓄電池１４０に給電する。
【００７０】
なお、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。
【００７１】
また、第３閾値の電圧を２．６Ｖとしているが、負荷装置２００は、第１閾値の電圧に応じて、適宜に設定することができる。
この場合、第３闘値の電圧は、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが、０Ｖの場合でも、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態にした瞬間に、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ（第１闘値の電圧）以下にならないように設定される。
すなわち、第３闘値の電圧は、「第３闘値の電圧における第１蓄電池の電荷量＞（第１闘値の電圧における第１蓄電池の電荷量＋第１闘値の電圧における第２蓄電池の電荷量）」であるように設定される。つまり、第１蓄電池１３０が第３闘値の電圧になり、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態にした直後の、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とを並列に接続した並列回路の電圧が、２．５Ｖ（第１闘値の電圧）以上になるように設定されることが好ましい。
【００７２】
また、第１蓄電池１３０から第２蓄電池１４０を切り離す際の判定電圧である２．８Ｖ（第４閾値の電圧）は、これに限定されず２．７Ｖを超える所望の電圧とすることができる。
また、第２切替部１７０は、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えた直後に、つまり、第２蓄電池１４０から第１蓄電池１３０に充電が行われた直後に、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態からＯＦＦ状態にして、第２蓄電池１４０を第１蓄電池１３０から切り離すようにしてもよい。
この場合、第２切替部１７０では、例えば、自部の「基準電圧Ｒｅｆ４」を、「第１切替部１５０の基準電圧Ｒｅｆ４」と同じ電圧値にすることにより、「第２の闘値の電圧＝第４の闘値の電圧」とする。これにより、第２切替部１７０は、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えられた直後に、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えることができる。
なお、第２切替部１７０が第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態にするタイミングは、第１スイッチ部１６０がＯＮになり、第２蓄電池１４０から第１蓄電池１３０への充電が完了した後であることが必要である。このため、第２切替部１７０は、例えば、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが第４闘値の電圧（＝第２闘値の電圧）であることを検出した後に、所定の遅延時間（例えば、数１０ｍｓｅｃ）を持って、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態にする。
或いは、第２切替部１７０は、自部の「基準電圧Ｒｅｆ４」を設けず（第４闘値の電圧を検出せず）、信号線Ｓｋを介して、第１切替部１５０から第１スイッチ部１６０の開閉状態の情報を受信し、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わったことを検出して、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態にするようにしてもよい。
【００７３】
図５は、本実施形態に係る蓄電システム１００が通常状態から過放電状態に近い電圧の状態へ移行した後に再び通常状態へ復帰する場合の動作を説明するためのイメージ図である。また、図６は、本実施形態に係る蓄電システム１００の通常状態における給電状態を示す説明図である。図７は、本実施形態に係る蓄電システム１００の過放電状態に近い電圧の給電状態について説明する説明図である。図８は、本実施形態に係る蓄電システム１００の通常状態への復帰動作時の給電状態について説明する説明図である。
以下、図５から図８を参照して、蓄電システム１００が、太陽電池１１０が発電を停止した状態において第１蓄電池１３０が過放電状態に近い電圧の状態になり、負荷装置２００が動作を停止した後に、太陽電池１１０が再び発電を開始して、蓄電システム１００が通常状態に復帰する動作について説明する。
【００７４】
図５において、図５（Ａ）は、縦軸に電圧値（Ｖ）を示し、横軸に経過時間（ｈ：ｈｏｕｒ）を示し、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａの変化と、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂの変化とを概念的なイメージで示している。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す各期間Ｔ１からＴ５において、充電又は放電動作に関与する動作中の蓄電池と、第１スイッチ部１６０のＯＮまたはＯＦＦ状態と、第２スイッチ部１８０とのＯＮ／ＯＦＦ状態と、の変化を表で示している。
【００７５】
なお、この図５（Ａ）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ている。また、図５（Ａ）では、時刻ｔ１からこの時刻ｔ１の後の時刻ｔ２までの期間を期間Ｔ１で示し、時刻ｔ２からこの時刻ｔ２の後の時刻ｔ３までの期間を期間Ｔ２で示し、時刻ｔ３からこの時刻ｔ３の後の時刻ｔ４までの期間を期間Ｔ３で示し、時刻ｔ４からこの時刻ｔ４の後の時刻ｔ５までの期間を期間Ｔ４で示し、時刻ｔ５以降の期間を期間Ｔ５で示している。
また、図５（Ａ）において破線の○印で示す領域Ｈ１分の波形が見にくいため、この領域Ｈ１の部分の波形は、同じく破線の○印で示す領域Ｈ２において、縦軸方向に２倍に拡大して示されている。
【００７６】
この図５において、時刻ｔ０において、蓄電システム１００は、通常状態で動作しているものとする。すなわち、この時刻ｔ１において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａは、約３．５Ｖであり、第１スイッチ部１６０はＯＮ状態であり、第２スイッチ部１８０はＯＦＦ状態である。
【００７７】
なお、蓄電システム１００の通常状態では、例えば、図６（Ａ）に示すように、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１１５の出力電圧が３．５Ｖ等の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５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、負荷装置２００で消費される電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５から負荷装置２００に流れる電流Ｉ１により賄えない場合、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。
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１１５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。
【００７８】
図５に戻る。図５において、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで継続する「暗」期間Ｔ１において、第１スイッチ部１６０はＯＮ状態にあり、第２スイッチ部１８０はＯＦＦ状態にある。そして、この期間Ｔ１において、太陽電池１１０は、第１蓄電池１３０への給電を行わず、また、負荷装置２００が周期的に動作する。このため、第１蓄電池１３０は、図６（Ｂ）に示すように、負荷装置２００に電流Ｉ３を供給する。これにより、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａは、負荷装置２００が周期的に動作することにより次第に低下する。一方、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、第２スイッチ部１８０がＯＦＦ状態であるため、太陽電池１１０からの充電が行われず、ほぼ０Ｖである。
【００７９】
そして、時刻ｔ２において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．６Ｖ（第３閾値の電圧）まで低下すると、蓄電システム１００は、過放電状態に近い電圧の状態である期間Ｔ２に入る。また。この期間Ｔ２は、「暗」の時間帯である。
この期間Ｔ２では、第２切替部１７０が、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えるとともに、第１切替部１５０が、第１スイッチ部１６０のＯＮ状態をそのまま継続する。これにより、時刻ｔ２において、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とが並列に接続され、第２蓄電池１４０は、第１蓄電池１３０に蓄積された電荷により充電される。つまり、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との間で電荷の再分配が行われ、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとは、瞬時に同じ電圧「２．５Ｖ＋ΔＶ１（約０．０４Ｖ）」になる。
例えば、図７（Ａ）に示すように、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態にすることにより、第１蓄電池１３０から第２蓄電池１４０に充電電流Ｉ１０が流れて、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとは、瞬時に同じ電圧になる。
【００８０】
そして、期間Ｔ２において、第１スイッチ部１６０と第２スイッチ部１８０とがＯＮ状態であるので、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとは、同じ電圧（Ｖａ＝Ｖｂ）になり、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との両方から負荷装置２００に電力が供給される。そして、この期間Ｔ２において、太陽電池１１０は、第１蓄電池１３０及び第２蓄電池１４０への給電を行わず、また、負荷装置２００が周期的に動作する。このため、図７（Ｂ）に示すように、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Ｉ１１を供給し、第２蓄電池１４０は、第２スイッチ部１８０を介して負荷装置２００に電流Ｉ１２を供給する。これにより、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが次第に低下する。
【００８１】
そして、時刻ｔ３において、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．５Ｖ（第１閾値の電圧）まで低下することにより、第１蓄電池１３０は、過放電状態に近い電圧の状態になる。そして、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．５Ｖまで低下することにより、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔが２．５Ｖまで低下し、負荷装置２００は、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔが２．５Ｖ以下に低下したことを自身で判定し、自身で動作を停止する。これにより、蓄電システム１００は、負荷装置２００への給電を停止する。また、この過放電状態に近い電圧の状態において、第１切替部１５０は、第１スイッチ部１６０をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替え、第２切替部１７０は、第２スイッチ部１８０のＯＮ状態をそのまま継続する。これにより、第１蓄電池１３０は、給電線ＤＣＬ１から切り離される。
【００８２】
そして、時刻ｔ３の直後から、「明」の期間Ｔ３が始まり、太陽電池１１０は、再び発電装置を開始する。この期間Ｔ３において、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態であり、第２スイッチ部１８０がＯＮ状態であり、また、負荷装置２００が動作を停止している。このため、この時刻ｔ３から、図８（Ａ）に示すように、太陽電池１１０は、第２蓄電池１４０だけに充電電流Ｉ２１を供給する。また、第２蓄電池１４０は、太陽電池１１０からの充電開始時に約２．５Ｖまで予め充電されている。また、第２蓄電池１４０の容量（１Ｆ）が第１蓄電池１３０の容量（４０Ｆ）と比較して著しく容量が小さいため、第２蓄電池１４０は、太陽電池１１０からの充電電流Ｉ２１により充電されて充電電圧Ｖｂが急速に上昇する。
【００８３】
つまり、太陽電池１１０から小容量（１Ｆ）の第２蓄電池１４０に充電を行う場合、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、太陽電池１１０から大容量（４０Ｆ）の第１蓄電池１３０に充電を行う場合と比較して、４０倍の速さで上昇する。
これにより、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、充電開始時の電圧２．５Ｖから始まり、充電開始から１０分（ｍｉｎ）後に、２．７Ｖの電圧まで上昇する。そして、この第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔとして負荷装置２００に出力される。一方、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａは、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態であることから、２．５Ｖのまま維持される。
【００８４】
そして、時刻ｔ４において、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖに到達する。負荷装置２００は、給電線ＤＣＬ１から給電される出力電圧Ｖｏｕｔ（この場合は、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂ）が２．７Ｖに到達したことを自身で判定して自身で動作を復帰し、測定と通信動作とを再開する。負荷装置２００が動作を復帰した後、続いて、第１切替部１５０は、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えることにより、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とを並列に接続する。これにより、図８（Ｂ）に示すように、第２蓄電池１４０から第１蓄電池１３０に充電電流Ｉ２２が流れて、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとは、瞬時に同じ電圧「２．５Ｖ＋ΔＶ２（例えば、約０．００５Ｖ）」になる。そして、負荷装置２００は、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔが２．７Ｖから「２．５Ｖ＋ΔＶ２」まで低下した場合においても、出力電圧Ｖｏｕｔが２．５Ｖを超えているので、そのまま動作を継続することができる。
【００８５】
なお、負荷装置２００の動作が復帰した後に、第１切替部１５０が第１スイッチ部１６０をＯＮ状態に切り替えるタイミングは、負荷装置２００が測定及び通信動作を数回繰り返した後であってもよい。例えば、負荷装置２００が、５分間隔で測定及び通信動作を３回繰り返し後に、第１切替部１５０が第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えるようにしてもよい。
また、負荷装置２００は、給電線ＤＣＬ１から給電される出力電圧Ｖｏｕｔ（この場合は、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂ）が２．７Ｖに到達したことを自身で判定した場合に、すぐに動作を開始するのではなく、所定の時間の経過後に、動作を開始するようにしてもよい。つまり、負荷装置２００は、先に第１スイッチ部１６０がＯＮ状態に切り替えられた後、少し時間が経過した時点で動作を開始するようにしてもよい。
【００８６】
そして、時刻ｔ４以降の期間Ｔ４において、第１スイッチ部１６０と第２スイッチ部１８０とは共にＯＮ状態となり、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とが並列に接続され、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとは、同じ電圧（Ｖａ＝Ｖｂ）になる。そして、太陽電池１１０から、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との並列回路に充電が行われることにより、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂは、次第に増加する。
【００８７】
そして、時刻ｔ５において、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．８Ｖ（第４閾値の電圧）の電圧に到達すると、第２切替部１７０は、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える。一方、第１切替部１５０は、第１スイッチ部１６０のＯＮ状態をそのまま継続する。これにより、時刻ｔ５以降の期間Ｔ５において、第２蓄電池１４０が給電線ＤＣＬ１から切り離され、その後、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、リーク電流により次第に低下する。一方、第２蓄電池１４０は、太陽電池１１０からの充電が継続されるので、時刻ｔ５以降、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａがさらに増加していく。
これにより、蓄電システム１００は、大容量の第１蓄電池１３０が過放電状態に近い電圧の状態になることにより一旦停止した負荷装置２００の動作を、太陽電池１１０が発電を開始してから短時間で復帰させることができる。
【００８８】
図９は、第１実施形態に係る蓄電システム１００における処理の手順を示すフローチャートである。以下、図９を参照して、その処理の流れについて説明する。
【００８９】
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２スイッチ部１８０がＯＦＦ状態であり、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．６Ｖを超えており、また、負荷装置２００が動作中であるとする。すなわち、蓄電システム１００において、第１蓄電池１３０が給電線ＤＣＬ１に接続されており、第２蓄電池１４０が給電線ＤＣＬ１から切り離されており、第１蓄電池１３０のみが充電又は放電動作を行っている。
【００９０】
続いて、電圧検出部１２０は、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔ（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を第１切替部１５０及び第２切替部１７０に出力する（ステップＳ１０５）。
【００９１】
続いて、第２切替部１７０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２．６Ｖ（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Ｓ１１０）。
【００９２】
そして、ステップＳ１１０において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．６Ｖ（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Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、負荷装置２００がそのまま動作を継続して（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。
【００９３】
一方、ステップＳ１１０において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．６Ｖ（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Ｓ１１０：Ｎｏ）、つまり、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．６Ｖ以下に低下した場合に、第２切替部１７０は、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態にする（ステップＳ１２０）。第２スイッチ部１８０がＯＮ状態になることにより、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とが並列に接続され、第２蓄電池１４０は、第１蓄電池１３０に充電された電荷により充電される。これにより、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとは、同じ電圧（Ｖａ＝Ｖｂ）になる。
【００９４】
続いて、電圧検出部１２０は、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔ（この場合は、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂ）を検出し、電圧検出信号Ｖｆを第１切替部１５０と第２切替部１７０とに出力する（ステップＳ１２５）。
続いて、第１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３閾値の電圧）を超えているか否かを判定する（ステップＳ１３０）。
【００９５】
そして、ステップＳ１３０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Ｓ１３０：Ｙｅｓ）、続いて、第２切替部１７０は、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔ（この場合は、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａ）が２．８Ｖ（第４閾値の電圧）を超えているか否かを判定する（ステップＳ１３１）。
そして、ステップＳ１３１において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａの電圧が２．８Ｖを超えていると判定された場合（ステップＳ１３１：Ｙｅｓ）、第２切替部１７０は、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替え（ステップＳ１３２）、その後に、ステップＳ１０５の処理に戻る。
一方、ステップＳ１３１において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａの電圧が２．８Ｖを超えていないと判定された場合（ステップＳ１３１：Ｎｏ）、負荷装置２００がそのまま動作を継続し（ステップＳ１３５）、蓄電システム１００は、ステップＳ１２０の処理に戻る。続いて、蓄電システム１００は、ステップＳ１０５以下の処理を繰り返して実行する。
【００９６】
一方、ステップＳ１３０において、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂ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Ｓ１３０：Ｎｏ）、つまり、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．５Ｖ以下になった場合、負荷装置２００は、測定と通信動作を停止する（ステップＳ１４０）。なお、電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．５Ｖになる場合は給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔも２．５Ｖ以下になるので、負荷装置２００は、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔ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。これにより、蓄電システム１００は、負荷装置２００への電力の供給を停止する。
【００９７】
続いて、第１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、第１蓄電池１３０を給電線ＤＣＬ１から切り離す（ステップＳ１４５）。これにより、蓄電システム１００は、第１蓄電池１３０の過放電状態に近い電圧の状態に移行する。続いて、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Ｓ１５０）。
【００９８】
続いて、電圧検出部１２０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を第１切替部１５０と第２切替部１７０とに出力する（ステップＳ１５５）。第１切替部１５０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Ｓ１６０）。
【００９９】
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Ｓ１４５の処理に戻り、第１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Ｓ１４５）。続いて、蓄電システム１００は、ステップＳ１５０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１３０の過放電状態に近い電圧の状態に移行した後、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は上昇せず、ステップＳ１４５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が発電を行っており、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Ｓ１４５からステップＳ１６０の処理が繰り返して実行される。
【０１００】
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、第１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）、負荷装置２００の動作が復帰するとともに（ステップＳ１６５）、第１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Ｓ１７０）。これにより、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とが並列に接続される。
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、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔにより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。
また、第１切替部１５０は、ステップＳ１７０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。
【０１０１】
続いて、電圧検出部１２０は、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔ（この場合は、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂ）を検出し、電圧検出信号Ｖｆを第１切替部１５０と第２切替部１７０とに出力する（ステップＳ１７５）。第２切替部１７０では、電圧検出信号Ｖｆを所定の基準電圧Ｒｅｆ４と比較することにより、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．８Ｖ（第４閾値の電圧）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１８０）。
【０１０２】
そして、ステップＳ１８０において、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．８Ｖ（第４閾値の電圧）以上でないと判定された場合（ステップＳ１８０：Ｎｏ）、ステップＳ１７５の処理に戻り、続いて、蓄電システム１００は、ステップＳ１７５以降の処理を繰り返して実行する。
そして、ステップＳ１８０において、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．８Ｖ（第４閾値の電圧）以上であると判定された場合（ステップＳ１８０：Ｙｅｓ）、第２切替部１７０は、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態にする（ステップＳ１９０）。これにより、第２蓄電池１４０が給電線ＤＣＬ１から切り離される。
そして、このステップＳ１９０の処理が実行された後、蓄電システム１００は、ステップＳ１０５の処理に戻る。これにより、蓄電システム１００は、給電線ＤＣＬ１から第２蓄電池１４０を切り離した通常状態の動作に戻り、ステップＳ１０５以降の処理を再び開始する。
【０１０３】
上記処理の流れにより、蓄電システム１００では、大容量の第１蓄電池１３０が過放電状態に近い電圧の状態になることにより一旦停止した負荷装置２００の動作を、太陽電池１１０が発電を行う場合に、短時間で復帰させることができる。
【０１０４】
図１０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、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。
また、この図１０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ている。また、この図１０において、破線の丸印で囲んだ領域Ｈの部分は、先に説明した図５と同様の波形である。
【０１０５】
図１０において、１日目は、例えば、週末の金曜日の朝８時（例えば、オス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。
【０１０６】
そして、この図１０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。
【０１０７】
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、第２スイッチ部１８０がＯＦＦ状態であり、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．９Ｖ程度の状態にある。また、第２スイッチ部１８０がＯＦＦ状態であり、第２蓄電池１４０が給電線ＤＣＬ１から切り離されているため、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、ほぼ０Ｖである。そして、この第１蓄電池１３０の電圧２．９Ｖが給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔとして負荷装置２００に供給されており、負荷装置２００が動作可能な状態にあるとする。つまり、経過時刻「０時間」において、蓄電システム１００は、第１蓄電池１３０が過放電状態に近い電圧の状態でない、通常状態で動作しているとする。
【０１０８】
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、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａ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の出力電圧Ｖｏｕｔは、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａになる。
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は、最大値Ｖｍａｘに到達する。
【０１０９】
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は、発電を停止し、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。
【０１１０】
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。そして、図１０に示す例では、経過時刻「４８時間」の後の経過時刻ｔ３２において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが、２．６Ｖまで低下すると、第２切替部１７０は、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。これにより、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とが並列に接続され、第１蓄電池１３０から第２蓄電池１４０への充電が行われ、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと同じ電圧（Ｖａ＝Ｖｂ）になる。
そして、この経過時刻ｔ３２以降、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが負荷装置２００に供給される。そして、経過時刻ｔ３２以降、負荷装置２００が動作することにより、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂは、次第に低下し、経過時刻７２において、２．５Ｖまで低下する。
【０１１１】
なお、この経過時刻「０時間」から経過時刻「７２時間」に至るまでの「暗」期間において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂとが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。
【０１１２】
そして、経過時刻「７２時間」において、第１蓄電池１３０の電圧が２．５Ｖ以下に低下することにより、負荷装置２００が動作を停止するとともに、第１切替部１５０が、第１スイッチ部１６０をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える。これにより、第１蓄電池１３０が給電線ＤＣＬ１から切り離される。
【０１１３】
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（１Ｆ）の第２蓄電池１４０が、太陽電池１１０により急速に充電され、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、充電開始時の電圧２．５Ｖから始まり、充電開始から１０分（ｍｉｎ）後の経過時刻ｔ４１において２．７Ｖの電圧まで充電される。
【０１１４】
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は、測定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切替部１５０は、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。これにより、第１蓄電池１３０が、給電線ＤＣＬ１に接続される。なお、第２スイッチ部１８０は、ＯＮ状態をそのまま維持する。
この経過時刻ｔ４１以降、第１スイッチ部１６０と第２スイッチ部１８０とがＯＮ状態になり、給電線ＤＣＬ１のＶｏｕｔには、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂ（Ｖａ＝Ｖｂ）が現れる。そして、経過時刻ｔ４１以降の「明」の期間において、太陽電池１１０が第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との並列回路に充電を行うことにより、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂは、経過時刻ｔ４２の時点で２．８Ｖに到達する。
【０１１５】
蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．８Ｖに到達すると、第２切替部１７０は、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える。これにより、経過時刻ｔ４２以降、第２蓄電池１４０が給電線ＤＣＬ１から切り離され、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、リーク電流が流れることにより次第に低下していく。そして、経過時刻ｔ４２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の「暗」期間において負荷装置２００により消費される分の電力を次第に蓄えていく。
【０１１６】
なお、図１０に示した例は、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ｔ３２において第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．６Ｖになり第２スイッチ部１８０をＯＮ状態にした後、経過時刻「７２時間」において、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂがちょうど２．５Ｖになる例を示している。しかしながら、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａは、例えば、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。
【０１１７】
このため、「暗」の期間において、太陽電池１１０から給電を受けることなく、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とを並列に接続した期間が長く続く場合もあり得る。この場合、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂは、第２蓄電池１４０のリーク電流により大きく低下する（例えば、０Ｖまで低下する）。しかしながら、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが大きく低下したとしても、小容量（１Ｆ）の第２蓄電池１４０は容量が小さいため、太陽電池１１０は、大容量（４０Ｆ）の第１蓄電池１３０を充電する場合と比較して、４０倍速度で第２蓄電池１４０を充電することができる。このため、蓄電システム１００は、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが大きく低下した場合においても、比較的短い時間で負荷装置２００の動作を復帰させることができる。
或いは、蓄電システム１００では、第２蓄電池１４０として、リーク電流の少ないキャパシタ、例えば、リチウムイオンキャパシタを用いるようにしてもよい。
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。
【０１１８】
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によって発電される電力が給電される第１蓄電池１３０と、第１蓄電池１３０よりも容量の小さな第２蓄電池１４０と、第２蓄電池１４０を、太陽電池１１０の発電電力の給電線ＤＣＬ１及び負荷装置２００に接続又は開放する第１スイッチ部１６０と、第２蓄電池１４０を、太陽電池１１０の発電電力の給電線ＤＣＬ１及び負荷装置２００に接続又は開放する第２スイッチ部１８０と、負荷装置２００に供給する電圧Ｖｏｕｔを所定の第１閾値及び第２閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて第１スイッチ部１６０を制御する第１切替部１５０と、負荷装置２００に供給する電圧Ｖｏｕｔを所定の第３閾値及び第４閾値の電圧と比較し、この比較結果に応じて第２スイッチ部１８０を制御する第２切替部１７０と、を備える。
【０１１９】
そして、第３閾値の電圧（２．６Ｖ）は、第１閾値の電圧（２．５Ｖ）よりも高く設定され、第２閾値の電圧（２．７Ｖ）は、第３閾値の電圧（２．６Ｖ）よりも高く設定され、第４閾値の電圧（２．８Ｖ）の電圧は第３閾値の電圧（２．６Ｖ）よりも高く設定される。そして、第１切替部１５０は、負荷装置２００に供給される電圧Ｖｏｕｔが、第１閾値の電圧（２．５Ｖ）以下になる場合に、第１スイッチ部１６０を開放状態にするように制御し、負荷装置２００に供給される電圧Ｖｏｕｔが、第２閾値の電圧（２．７Ｖ）以上になる場合に、第１スイッチ部１６０を接続状態にするように制御し、第２切替部１７０は、太陽電池１１０が発電を停止している状態において、負荷装置２００に供給される電圧Ｖｏｕｔが、第３閾値の電圧（２．６Ｖ）以下になった場合に、第１蓄電池１３０を第２蓄電池１４０と並列に接続するように第２スイッチ部１８０を接続状態に制御し、負荷装置２００に供給される電圧Ｖｏｕｔが、第４閾値の電圧（２．８Ｖ）以上になる場合に、第１蓄電池１３０に並列に接続されている第２蓄電池１４０を第１蓄電池１３０から切り離すように第２スイッチ部１８０を開放状態に制御する。
【０１２０】
このような構成の蓄電システム１００では、太陽電池１１０が発電を停止した状態において、第１蓄電池１３０は、負荷装置２００が動作する際の消費電力を供給することにより、その充電電圧Ｖａ（負荷装置２００に供給される電圧Ｖｏｕｔ）が次第に低下する。そして、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが２．６Ｖ（第３閾値の電圧）までに低下した場合に、第２切替部１７０は、第２スイッチ部１８０を接続状態にして、第２蓄電池１４０と第１蓄電池１３０とを並列に接続する。これにより、第１蓄電池１３０から第２蓄電池１４０への充電が行われ、第２蓄電池１４０の充電電圧Ｖｂが上昇する。
【０１２１】
その後、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との並列回路の充電電圧Ｖａ及びＶｂ（負荷装置２００に供給される電圧Ｖｏｕｔ）がさらに低下し、２．５Ｖ（第１閾値の電圧）まで低下した場合に、第１切替部１５０は、第１スイッチ部１６０を開放状態にして、第１蓄電池１３０を、給電線ＤＣＬ１及び負荷装置２００から切り離す。
その後、太陽電池１１０が発電を行う場合に、太陽電池１１０は、第２スイッチ部１８０を介して第２蓄電池１４０への充電を開始する。
そして、第２蓄電池１４０の充電電圧Ｖｂ（負荷装置２００に供給される電圧Ｖｏｕｔ）が、２．７Ｖ（第２閾値の電圧）に到達した場合に、第１切替部１５０は、第１スイッチ部１６０を接続状態にすることにより、第１蓄電池１３０を給電線ＤＣＬ１及び負荷装置２００に再び接続し、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とを並列に接続する。
その後、太陽電池１１０から第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との並列回路に充電が続けられ、この並列回路の充電電圧Ｖａ及びＶｂ（負荷装置２００に供給される電圧Ｖｏｕｔ）が、２．８Ｖ（第４閾値（第４閾値＞第３閾値））の電圧に到達した場合に、第２切替部１７０は、第２スイッチ部１８０を開放状態にして、第１蓄電池１３０から第２蓄電池１４０を切り離す。
【０１２２】
このように、本実施形態の蓄電システム１００は、太陽電池１１０が発電を停止した状態において第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが２．６Ｖ（第３閾値の電圧）まで低下した場合に、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とを並列に接続して、第１蓄電池１３０から第２蓄電池１４０へ充電を行い、第２蓄電池１４０の充電電圧Ｖｂを予め高めておく。その後、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を選択して充電を行うことにより負荷装置２００に給電する電圧Ｖｏｕｔを早く立ち上げる。
これにより、本実施形態の蓄電システム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、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、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、第１蓄電池１３０の電圧が２．６Ｖ（第３閾値の電圧）に低下した場合に、第２蓄電池１４０が第１蓄電池１３０と並列に接続され、第２蓄電池１４０は、第１蓄電池１３０と同じ電圧になる。このため、第１蓄電池１３０の電圧が２．５Ｖ（第１閾値の電圧）以下になり第１スイッチ部１６０が開放状態にされ、第２スイッチ部１８０が接続状態されると、その際の第２蓄電池１４０の電位から、第２蓄電池１４０への充電が開始される。このため、蓄電システム１００は、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。これにより、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。
【０１２３】
また、上記実施形態の蓄電システム１００において、２．６Ｖ（第３闘値の電圧）は、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが、０Ｖ又は０Ｖに近い値の場合においても、第１蓄電池１３０を第２蓄電池１４０と並列に接続した場合に、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．５Ｖ（第１闘値の電圧）以下にならない電圧に設定される。
このような構成の蓄電システム１００において、第３闘値の電圧（２．６Ｖ）は、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが、０Ｖの場合であっても、第１蓄電池１３０を第２蓄電池１４０と並列に接続し、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０の電圧が一緒になった際の電圧が、２．５Ｖ（第１闘値の電圧）以上になるように設定される。
これにより、第１蓄電池１３０で電圧Ｖａが第３闘値の電圧になり、第１蓄電池１３０を第２蓄電池１４０と並列に接続する際に、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが、第１闘値の電圧（例えば、２．５Ｖ）以下になることを回避できる。
【０１２４】
また、上記実施形態の蓄電システム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において、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、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが２．６Ｖ（第３閾値の電圧）以下に低下して該第１蓄電池１３０に並列に接続された時点から、太陽電池１１０（発電素子）が発電を行う場合に第１蓄電池１３０及び第２蓄電池１４０の充電電圧Ｖａ及びＶｂが２．８Ｖ（第４閾値の電圧）に到達する時点までの短時間においてのみ使用されるキャパシタである。このため、蓄電システム１００では、第２蓄電池１４０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。
【０１２５】
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。このため、本実施形態の蓄電システム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。
【０１２６】
また、上記実施形態において、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１１５を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５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。
【０１２７】
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１１５が接続される。このＤＣ／ＤＣコンバータ１１５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１１５は、変換した電圧により、第１スイッチ部１６０が接続状態の場合に、第１蓄電池１３０へ給電を行い、第２スイッチ部１８０が接続状態の場合に、第２蓄電池１４０へ給電を行い、第１スイッチ部１６０と第２スイッチ部１８０とが接続状態の場合に、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との並列回路に充電を行う。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５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１３０が過充電状態にならないようする。
これにより、上記実施形態の蓄電システム１００は、太陽電池１１０（発電素子）の出力電圧を、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１１５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。
【０１２８】
また、上記実施形態において、蓄電システム１００では、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、本実施形態の蓄電システム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。
【０１２９】
＜第２実施形態＞
図１１は、本実施形態に係わる蓄電システム１００Ａの構成例を示す構成図である。この図１１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３スイッチ部１９０を新たに追加した点と、第１切替部１５０を、第１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。
【０１３０】
図１１において、第３スイッチ部１９０は、一方の端子ａが給電線ＤＣＬ１に接続され、他方の端子ｂが負荷装置２００Ａの電源入力線ＤＣＬ１０に接続されている。この第３スイッチ部１９０は、第１切替部１５０Ａから入力される制御信号ＣＮＴ３の指示内容に応じて、第３スイッチ部１９０をＯＮ状態又はＯＦＦ状態にする。
これにより、第１スイッチ部１６０は、給電線ＤＣＬ１と負荷装置２００Ａの電源入力線ＤＣＬ１０との間を接続状態又は開放状態にする。つまり、第３スイッチ部１９０が接続状態になることにより、給電線ＤＣＬ１と電源入力線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。また、第３スイッチ部１９０が開放状態になることにより、給電線ＤＣＬ１と電源入力線ＤＣＬ１０との接続が開放され、蓄電システム１００Ａから負荷装置２００Ａへの電力の供給が停止される。
なお、以下の説明において、第３スイッチ部１９０が接続状態であることを、第３スイッチ部１９０がＯＮ状態であると記載し、第３スイッチ部１９０が開放状態であることを、第３スイッチ部１９０がＯＦＦ状態であると記載することがある。
【０１３１】
上記第１切替部１５０Ａは、第１比較部１５１Ａを備えており、この第１比較部１５１Ａは、第１スイッチ部１６０及び第２スイッチ部１８０がＯＮの状態において、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔ（この場合は、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂ）が２．５Ｖ（第１閾値の電圧）以下であるか否かを判定する。また、第１比較部１５１Ａは、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態であり第２スイッチ部１８０がＯＮ状態である場合に、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔ（この場合は、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。
【０１３２】
そして、第１切替部１５０Ａは、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．５Ｖ以下である場合に、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。また、第１切替部１５０Ａは、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．５Ｖ（第１閾値の電圧）以下である場合に、制御信号ＣＮＴ３を第３スイッチ部１９０に出力して、第３スイッチ部１９０をＯＦＦ状態にする。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する。
【０１３３】
また、第１切替部１５０Ａは、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態にした後に、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上になった場合に、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ＯＮ状態にする。また、第１切替部１５０Ａは、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上になった場合に、制御信号ＣＮＴ３を第３スイッチ部１９０に出力して、第３スイッチ部１９０をＯＮ状態にする。これにより、蓄電システム１００Ａは、負荷装置２００Ａへ電力を供給する。
【０１３４】
このように、蓄電システム１００Ａでは、第１スイッチ部１６０の第１スイッチ部１６０と、第３スイッチ部１９０の第３スイッチ部１９０とを、同じ条件でＯＮ、ＯＦＦする。すなわち、第１スイッチ部１６０の第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の時に、第３スイッチ部１９０の第３スイッチ部１９０をＯＮ状態にし、第１スイッチ部１６０の第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態の時に、第３スイッチ部１９０の第３スイッチ部１９０をＯＦＦ状態にする。
なお、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ以上になった場合に、第１切替部１５０Ａは、第１ＳＷ１６１よりも先に第３スイッチ部１９０をＯＮ状態にして、第２蓄電池１４０から負荷装置２００Ａに電力を供給するようにしてもよい。この場合、第１切替部１５０Ａは、負荷装置２００Ａが測定及び通信動作を数回繰り返した後に、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態にする。
また、第１切替部１５０Ａと第２切替部１７０とは、信号線Ｓｋを介して、第１スイッチ部１６０及び第３スイッチ部１９０の開閉状態の情報と、第２スイッチ部１８０の開閉状態の情報と、を互いに通知し合うようにしてもよい。これにより、第１切替部１５０Ａは、第２スイッチ部１８０の開閉状態を確認して、第１スイッチ部１６０及び第３スイッチ部１９０の開閉状態を制御することができる。また、第２切替部１７０は、第１スイッチ部１６０及び第３スイッチ部１９０の開閉状態を確認して、第２スイッチ部１８０の開閉状態を制御することができる。
【０１３５】
このように、蓄電システム１００Ａを用いることにより、負荷装置２００Ａは、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔにより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なり、第３スイッチ部１９０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。
【０１３６】
また、図１２は、本実施形態に係る蓄電システム１００Ａが通常状態から過放電状態に近い電圧の状態に近い電圧の状態に近い電圧の状態へ移行した後に再び通常状態へ復帰する場合の動作を説明するためのイメージ図である。また、図１３は、本実施形態に係る蓄電システム１００Ａの通常状態における給電状態を示す説明図である。図１４は、本実施形態に係る蓄電システム１００Ａの過放電状態に近い電圧になる前の給電状態について説明する説明図である。図１５は、本実施形態に係る蓄電システム１００Ａの通常状態への復帰動作時の給電状態について説明する説明図である。
以下、図１２から図１５を参照して、蓄電システム１００Ａが、第１蓄電池１３０が過放電状態に近い電圧の状態になり、負荷装置２００Ａが動作を停止した後に、太陽電池１１０が再び発電を開始して、蓄電システム１００Ａが通常状態に復帰する場合の動作について説明する。
【０１３７】
この図１２（Ａ）は、縦軸に電圧値（Ｖ）を示し、横軸に経過時間（ｈ：ｈｏｕｒ）を示し、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａの変化と、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂの変化とを概念的なイメージで示している。また、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）に示す各期間Ｔ１１からＴ１５において、充電又は放電動作に関与する動作中の蓄電池と、第１スイッチ部１６０のＯＮ／ＯＦＦ状態と、第２スイッチ部１８０のＯＮまたはＯＦＦ状態と、第３スイッチ部１９０のＯＮまたはＯＦＦ状態と、の変化を表で示している。
この図１２は、先に説明した図５と比較すると、図１２（Ｂ）において、第３スイッチ部１９０のＯＮまたはＯＦＦ状態の変化を追加した点だけが異なる。その他については、図５と同様であり、重複する説明は省略する。
【０１３８】
この図１２において、時刻ｔ５１において、蓄電システム１００Ａは、第１蓄電池１３０が過放電状態に近い電圧の状態でない通常状態で動作しているものとする。すなわち、この時刻ｔ５１において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａは、約３．５Ｖであり、第１スイッチ部１６０はＯＮ状態であり、第２スイッチ部１８０はＯＦＦ状態であり、第３スイッチ部１９０はＯＮ状態である。
【０１３９】
なお、蓄電システム１００Ａの通常状態では、例えば、図１３（Ａ）に示すように、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１１５の出力電圧が３．５Ｖ等の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５は、第３スイッチ部１９０を介して負荷装置２００Ａ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、負荷装置２００Ａで消費される電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５から負荷装置２００Ａに流れる電流Ｉ１により賄えない場合、第１蓄電池１３０は、第１スイッチ部１６０及び第３スイッチ部１９０を介して負荷装置２００Ａに電流Ｉ３を流して電力を供給する。
一方、図１３（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１１５から電力が供給されない場合、第１蓄電池１３０は、第１スイッチ部１６０及び第３スイッチ部１９０を介して、負荷装置２００Ａに電流Ｉ３を流して電力を供給する。
【０１４０】
図１２に戻って図１２の説明を続ける。図１２において、時刻ｔ５１から時刻ｔ５２まで継続する「暗」の期間Ｔ１１において、第１スイッチ部１６０は、ＯＮ状態にあり、第２スイッチ部１８０は、ＯＦＦ状態にあり、第３スイッチ部１９０は、ＯＮ状態にある。そして、この期間Ｔ１１において、太陽電池１１０から第１蓄電池１３０への給電が行われず、負荷装置２００Ａが周期的に動作することにより、図１３（Ｂ）に示すように、第１蓄電池１３０から負荷装置２００Ａに電流Ｉ３が流れて、第１蓄電池１３０の充電電圧Ｖａが次第に低下する。一方、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、第２スイッチ部１８０がＯＦＦ状態であるため、太陽電池１１０からの充電が行われず、ほぼ０Ｖである。
【０１４１】
そして、時刻ｔ５２において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．６Ｖ（第３閾値の電圧）まで低下すると、蓄電システム１００Ａは、過放電状態に近い電圧になる前の状態である期間Ｔ１２に入る。また。この期間Ｔ１２は、「暗」の時間帯である。
この期間Ｔ１２では、第２切替部１７０が、第２スイッチ部１８０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えるとともに、第１切替部１５０Ａが、第１スイッチ部１６０及び第３スイッチ部１９０のＯＮ状態をそのまま継続する。これにより、時刻ｔ５２において、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とが並列に接続されることにより、第２蓄電池１４０は、第１蓄電池１３０に蓄積された電荷により充電される。つまり、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との間で電荷の再分配が行われ、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとは、瞬時に同じ電圧「２．５Ｖ＋ΔＶ１（約０．０４Ｖ）」になる。
例えば、図１４（Ａ）に示すように、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態にすることにより、第１蓄電池１３０から第２蓄電池１４０に充電電流Ｉ１０が流れて、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとは、瞬時に同じ電圧（Ｖａ＝Ｖｂ）になる。
【０１４２】
そして、期間Ｔ１２において、第１スイッチ部１６０と第２スイッチ部１８０とがＯＮ状態であるので、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとは同じ電圧（Ｖａ＝Ｖｂ）になる。そして、この期間Ｔ１２において、太陽電池１１０から第１蓄電池１３０及び第２蓄電池１４０への給電が行われず、負荷装置２００Ａが周期的に動作することにより、図１４（Ｂ）に示すように、第１蓄電池１３０から、第１スイッチ部１６０及び第３スイッチ部１９０を介して、負荷装置２００Ａに電流Ｉ１１が流れる。また、第２蓄電池１４０から、第２スイッチ部１８０及び第３スイッチ部１９０を介して、負荷装置２００Ａに電流Ｉ１２が流れる。これにより、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂ（Ｖａ＝Ｖｂ）が次第に低下する。
【０１４３】
そして、時刻ｔ５３において、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．５Ｖ（第１閾値の電圧）まで低下することにより、第１蓄電池１３０過放電状態に近い電圧の状態になる。そして、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．５Ｖまで低下すると、第１切替部１５０Ａは、第１スイッチ部１６０をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えるともに、第３スイッチ部１９０をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える。これにより、蓄電システム１００Ａは、負荷装置２００Ａへの給電を停止して、負荷装置２００Ａが動作を停止する。また、第１蓄電池１３０が、給電線ＤＣＬ１から切り離される。
【０１４４】
そして、時刻ｔ５３の直後から、「明」の期間Ｔ１３が始まり、太陽電池１１０は、再び発電を開始する。この期間Ｔ１３において、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態であり、第２スイッチ部１８０がＯＮ状態であり、第３スイッチ部１９０がＯＦＦ状態である。このため、この時刻ｔ５３から、図１５（Ａ）に示すように、太陽電池１１０は、第２蓄電池１４０だけに充電電流Ｉ２１を供給する。これにより、小容量（１Ｆ）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）後の時刻ｔ５４において、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ（第２閾値の電圧）まで上昇する。そして、この第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔとして負荷装置に出力される。
一方、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａは、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態であることから、２．５Ｖのまま維持される。
【０１４５】
そして、時刻ｔ５４において、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂが２．７Ｖ（第２閾値の電圧）に到達すると、第１切替部１５０Ａは、第３スイッチ部１９０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。これにより、蓄電システム１００Ａから負荷装置２００Ａに再び電力が供給されるようになり、負荷装置２００Ａは、動作を復帰して測定と通信動作とを再開する。
【０１４６】
続いて、第１切替部１５０Ａは、第１スイッチ部１６０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えることにより、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とを並列に接続する。これにより、図１５（Ｂ）に示すように、第２蓄電池１４０から第１蓄電池１３０に充電電流Ｉ２２が流れて、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂとは、瞬時に同じ電圧「２．５Ｖ＋ΔＶ２（例えば、約０．００５Ｖ）」になる。そして、負荷装置２００Ａは、給電線ＤＣＬ１の電圧Ｖｏｕｔが、２．７Ｖから「２．５Ｖ＋ΔＶ２」まで低下した場合においても、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔが２．５Ｖを超えているので、そのまま動作を継続することができる。
【０１４７】
そして、時刻ｔ５４以降の期間Ｔ１４において、第１スイッチ部１６０と第２スイッチ部１８０と第３スイッチ部１９０とは、共にＯＮ状態となり、太陽電池１１０から、第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との並列回路に充電が行われる。従って、期間Ｔ１４において、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａと第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは同じ電圧（Ｖａ＝Ｖｂ）になる。そして、太陽電池１１０から第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０とが充電されることにより、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂは次第に増加する。
【０１４８】
そして、時刻ｔ５５において、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．８Ｖ（第４閾値の電圧）の電圧に到達すると、第２切替部１７０は、第２スイッチ部１８０をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える。一方、第１切替部１５０Ａは、第１スイッチ部１６０のＯＮ状態と、第３スイッチ部１９０のＯＮ状態と、をそのまま継続する。これにより、時刻ｔ５５以降の期間Ｔ１５において、第２蓄電池１４０が給電線ＤＣＬ１から切り離され、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂは、リーク電流により次第に低下する。一方、第２蓄電池１４０は、太陽電池１１０からの充電が継続されるので、時刻ｔ５５以降、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａは、さらに増加していく。
【０１４９】
これにより、蓄電システム１００Ａは、大容量の第１蓄電池１３０が過放電状態に近い電圧の状態になることにより一旦停止した負荷装置２００Ａの動作を、太陽電池１１０が発電を行う場合に、短時間で復帰させることができる。また、負荷装置２００Ａは、給電線ＤＣＬ１の出力電圧Ｖｏｕｔにより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なり、第３スイッチ部１９０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。
【０１５０】
図１６は、本実施形態に係る蓄電システム１００Ａにおける処理の手順を示すフローチャートである。この図１６に示すフローチャートは、図９に示すフローチャートと比較すると、図９のステップＳ１００をステップＳ１００Ａに変更し、また、ステップＳ１３６とステップＳ１６１とを新たに追加した点だけが異なる。他の処理ステップは、図９に示すフローチャートと同様である。つまり、図１６に示すフローチャートでは、第３スイッチ部１９０のＯＮ／ＯＦＦ（接続／開放）の処理ステップを新たに追加した点だけが、図９に示すフローチャートと異なる。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。
【０１５１】
図１６を参照して、ステップＳ１００Ａにおいて、最初に、蓄電システム１００Ａは、通常状態で動作しているとする。つまり、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２スイッチ部１８０がＯＦＦ状態であり、第３スイッチ部１９０がＯＮ状態であり、第１蓄電池１３０の電圧Ｖａが２．６Ｖを超えており、また、負荷装置２００Ａが動作中であるとする。
【０１５２】
続く、蓄電システム１００Ａに行われるステップＳ１０５からステップＳ１３５までの処理、つまり、蓄電システム１００Ａが通常状態から第１蓄電池１３０の過放電状態に近い電圧の状態に至るまでの間に行われる処理は、図９に示す蓄電システム１００における処理と同じである。そして、ステップＳ１３０において、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．５Ｖ以下になったと判定された場合（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、第１切替部１５０Ａは、第３スイッチ部１９０をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替え、蓄電システム１００Ａから負荷装置２００Ａへの給電を停止する（ステップＳ１３６）。これにより、負荷装置２００Ａは、動作を停止する（ステップＳ１４０）。
【０１５３】
続く、ステップＳ１４５からステップＳ１６０までの処理、つまり、太陽電池１１０から第２蓄電池１４０に充電を行い、第２蓄電池１４０の電圧Ｖｂを、２．５Ｖから２．７Ｖまで充電する間に行われる処理は、図９に示す蓄電システム１００における処理と同じである。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以上になったと判定された場合（ステップＳ１６０：Ｙｅｓ）、第１切替部１５０Ａは、第３スイッチ部１９０をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替え、蓄電システム１００Ａから負荷装置２００Ａへの給電が開始される（ステップＳ１６１）。これにより、負荷装置２００Ａの動作が復帰して、負荷装置２００Ａは測定と通信動作とを開始する（ステップＳ１６５）。
【０１５４】
続く、ステップＳ１７０からステップＳ１９０までの処理、つまり、太陽電池１１０から第１蓄電池１３０と第２蓄電池１４０との並列回路に給電を行う処理と、蓄電池の並列回路の電圧Ｖａ及びＶｂが２．８Ｖに到達した場合に、第２切替部１７０が第２蓄電池１４０を給電線ＤＣＬ１から切り離す処理とは、図９に示す蓄電システム１００における処理と同じである。
【０１５５】
このように、蓄電システム１００Ａでは、第１スイッチ部１６０と、第３スイッチ部１９０を、同じタイミングでＯＮ、ＯＦＦする。すなわち、蓄電システム１００Ａは、第１スイッチ部１６０がＯＮ状態の時に、第３スイッチ部１９０をＯＮ状態にし、第１スイッチ部１６０がＯＦＦ状態の時に、第３スイッチ部１９０をＯＦＦ状態にする。
【０１５６】
以上説明したように、上記実施形態の蓄電システム１００Ａは、負荷装置２００Ａに電力を供給する給電線ＤＣＬ１と当該負荷装置２００Ａとの間を接続又は開放する第３スイッチ部１９０を備え、第１切替部１５０Ａは、負荷装置２００Ａに供給する電圧が、２．５Ｖ（第１閾値の電圧）以下になった場合に、第３スイッチ部１９０を開放状態にするように制御し、第３スイッチ部１９０を開放状態にした後に、負荷装置２００Ａに供給する電圧Ｖｏｕｔが、２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上になった場合に、第３スイッチ部１９０を接続状態にするように制御する。
【０１５７】
このような構成の蓄電システム１００Ａにおいて、負荷装置２００Ａに供給する電圧が２．５Ｖ（第１閾値の電圧）以下になった場合に、第１切替部１５０Ａは、第３スイッチ部１９０を開放状態にして、蓄電システム１００Ａから負荷装置２００Ａへの電力の供給を停止する。一方、第１切替部１５０Ａは、第３スイッチ部１９０を開放状態にした後、負荷装置２００Ａに供給する充電電圧が２．７Ｖ（第２閾値の電圧）以上になった場合に、第３スイッチ部１９０を接続状態にして、蓄電システム１００Ａから負荷装置２００Ａへの電力の供給を開始する。
【０１５８】
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３スイッチ部１９０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３スイッチ部１９０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。また、負荷装置２００Ａは、蓄電システム１００Ａから給電される電源電圧が、自身が動作するのに必要な電源電圧であるか否かを判定する必要がなくなる。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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、本実施形態の蓄電システム１００を好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１６１】
１００、１００Ａ…蓄電システム、１１０…太陽電池（発電素子）、１１５…電圧検出部、
１２０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１３０…第１蓄電池、１４０…第２蓄電池、
１５０、１５０Ａ…第１切替部、１５１，１５１Ａ…第１比較部、
１６０…第１スイッチ部、１７０…第２切替部、１７１…第１比較部、
１８０…第２スイッチ部、１９０…第３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、大容量の第１蓄電池の電圧が第３閾値まで低下すると、第１蓄電池と小容量の第２蓄電池とを並列に接続し、第１蓄電池から第２蓄電池へ充電を行う。第１蓄電池の電圧が第１閾値まで低下すると、第１蓄電池が、発電素子の発電電力の給電線及び負荷装置から切り離される。その後、発電素子が発電を行う場合、発電素子は第２蓄電池に充電を行う。第２蓄電池の電圧が第２閾値に到達すると、第１蓄電池が給電線及び負荷装置に再び接続され、第１蓄電池と第２蓄電池とが並列に接続される。発電素子が第１蓄電池と第２蓄電池との並列回路に充電を行い、充電電圧が第４閾値になると、第１蓄電池に並列に接続された第２蓄電池が切り離される。
【選択図】図２【図１】
0005857119.tif 000002
【図２】
0005857119.tif 000003
【図３】
0005857119.tif 000004
【図４】
0005857119.tif 000005
【図５】
0005857119.tif 000006
【図６】
0005857119.tif 000007
【図７】
0005857119.tif 000008
【図８】
0005857119.tif 000009
【図９】
0005857119.tif 000010
【図１０】
0005857119.tif 000011
【図１１】
0005857119.tif 000012
【図１２】
0005857119.tif 000013
【図１３】
0005857119.tif 000014
【図１４】
0005857119.tif 000015
【図１５】
0005857119.tif 000016
【図１６】
0005857119.tif 000017