(57)【要約】【課題】  大電力負荷に必要な蓄電器の大静電容量化と迅速な大電力負荷の駆動とを併せ有する。【解決手段】  太陽電池１の発電による電力を受け、負荷２に電圧ＶＳＰを供給する二つの充電回路で、一方が大電力負荷を駆動開始可能な小静電容量蓄電器ＣＳＭ３を、他方が大電力負荷の稼動維持可能な大静電容量蓄電器ＣＬＧ４をそれぞれ有している。初期状態からはＣＳＭ３を充電して短時間に充電完了し、この時点で、負荷２ではＣＳＭ３の電圧ＶＳＭ供給を受ける一方、ＳＷＣ５では切替信号ＳＷｃを受けて充電回路を切り替え、ＣＬＧ４を充電する。ＣＬＧ４はＣＳＭ３の出力が負荷２の運転可能電圧を割らないうちに充電完了する。ＣＬＧ４の充電完了によりＳＷＳ６では切替信号ＳＷｓを受けて負荷２への電圧供給をＣＳＭ３からＣＬＧ４に切り替える。放電回路は二つ以上であってよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を負荷に供給する直流電力供給方法において、蓄電器を具備する少なくとも二つの充電回路を備え、当該充電回路に具備される前記蓄電器を充電し、充電完了した前記充電回路を前記負荷に順次接続することにより直流電力を前記負荷に継続供給することを特徴とする直流電力供給方法。
【請求項２】
請求項１に記載の直流電力供給方法において、前記蓄電器を充電する際、前記充電回路を一つずつ順次選択して充電することを特徴とする直流電力供給方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の直流電力供給方法において、前記充電回路それぞれは異なる静電容量の蓄電器を具備し、充電開始の際には、前記蓄電器を、静電容量の最も小さなものから、より大きなものに対して順次充電するように前記充電回路を選択することを特徴とする直流電力供給方法。
【請求項４】
請求項３に記載の直流電力供給方法において、最も大きな静電容量の蓄電器を充電完了した後、残りの蓄電器を具備する充電回路を接続して充電し、充電完了の蓄電器を前記負荷に接続することを特徴とする直流電力供給方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのうちの一つに記載の直流電力供給方法において、前記蓄電器は電気二重層コンデンサであることを特徴とする直流電力供給方法。
【請求項６】
直流電力を負荷に供給する直流電力供給装置において、蓄電器を具備する少なくとも二つの充電回路と、充電する前記充電回路を選択する蓄電器選択手段と、前記負荷に接続して前記直流電力を供給する前記充電回路を選択する電力供給選択手段と、前記蓄電器選択手段を制御することにより前記充電回路を充電し、充電完了を検出した際、前記電力供給選択手段を制御することにより充電完了の充電回路を選択して順次負荷に接続して直流電力を供給する制御手段とを備えることを特徴とする直流電力供給装置。
【請求項７】
請求項６に記載の直流電力供給装置において、前記充電回路は、それぞれが異なる静電容量の蓄電器を具備することを特徴とする直流電力供給装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の直流電力供給装置において、前記制御手段は、前記蓄電器選択手段を制御して前記充電回路を一つずつ順次選択して充電させることを特徴とする直流電力供給装置。
【請求項９】
請求項６から請求項８までのうちの一つに記載の直流電力供給装置において、前記制御手段は充電開始の際、前記蓄電器選択手段を制御して前記蓄電器を、静電容量の最も小さなものから、より大きなものに対して順次充電するように前記充電回路を選択することを特徴とする直流電力供給装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の直流電力供給装置において、前記制御手段は、最も大きな静電容量の蓄電器を充電完了した後、残りの蓄電器を具備する充電回路を接続して充電し、充電完了の蓄電器を前記負荷に接続することを特徴とする直流電力供給装置。
【請求項１１】
請求項６から請求項１０までのうちの一つに記載の直流電力供給装置において、前記蓄電器は電気二重層コンデンサであることを特徴とする直流電力供給装置。
【請求項１２】
請求項６に記載の直流電力供給装置において、前記蓄電器選択手段は、前記制御手段から充電完了に基づく切替信号を受けた際、次の充電回路の蓄電器に入力電力を接続するスイッチとして、前記切替信号により駆動されるソレノイドと、当該ソレノイドにより駆動され充電回路を閉成する機械式スイッチとを具備することを特徴とする直流電力供給装置。
【請求項１３】
請求項６に記載の直流電力供給装置において、前記蓄電器選択手段は、前記制御手段から充電完了に基づく切替信号を受けた際、次の充電回路の蓄電器に入力電力を接続するスイッチとしてフォトカプラーを具備することを特徴とする直流電力供給装置。
【請求項１４】
請求項６に記載の直流電力供給装置において、前記電力供給選択手段は、前記蓄電器それぞれに対応し、それぞれの蓄電電圧を入力すると共にそれぞれに対応する切替信号を受けた際に前記蓄電電圧を前記負荷へ供給電圧として出力する出力調整回路を備えることを特徴とする直流電力供給装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の直流電力供給装置において、前記電力供給選択手段は、更に、最初に稼動する出力調整回路が前記充電完了に基づく切替信号以前に、負荷の完全駆動を可能とする、予め設定された、駆動可能電圧を検出する電圧監視回路と、当該電圧監視回路から前記駆動可能電圧検出の通知を受けた際に前記出力調整回路を駆動し供給電圧を出力させるゲート回路とを備えることを特徴とする直流電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予備電力を兼ねる蓄電器を具備する充電回路を介して直流電力を負荷に供給する際、大電流を必要とする大電力負荷に対しても短時間で駆動可能な方法および装置に関するものである。特に、曇天・雨天のように比較的弱い出力の時間帯および夜間のように無出力となる時間帯を有する太陽電池を受給電力とし、かつ間欠的に大電力を必要とする例えば無線機器のような条件に対して、静電容量が大きな蓄電器と迅速な充電機能とを併せて必要とする直流電力供給方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の充電回路を用いた直流電力供給装置は、停電または移動体のように商用電力の届かない状態を考慮して、直流の受給電力を、充電可能な蓄電器に接続して充電完了したのち、または充電しつつ、その蓄電電圧を負荷に供給している。
【０００３】
最近は、このような補助電力としての蓄電器に、小型で静電容量が大きく、特別な充電回路、または放電の際の制約が不要な電気二重層コンデンサ（キャパシタ）が使用されており、例えば無人の無線通信局などにおいて太陽電池を受給電力とする用途にも実用に共されている。
【０００４】
このような充電回路を用いた直流電力供給装置には、太陽電池を用いた充電装置として、例えば、特開平１１−５５８７０（特許文献１）がある。この充電装置は、少なくとも二つの電気二重層コンデンサを用いて、少なくとも小電力負荷を正常に動作させることができることを目的として実用上十分であった。
【０００５】
これについて図9を参照して説明する。
【０００６】
図示されるように、充電装置は一台の太陽電池１から充電される複数の電気二重層コンデンサを蓄電器ＣＳＭ３，ＣＬＧ４として備えている。蓄電器ＣＳＭ３は静電容量が小さいので充電時間が短く、蓄電器ＣＬＧ４は静電容量が大きいので充電時間が長い。蓄電器ＣＳＭ３は、小電力で稼動するＩＣ（集積回路）を主体とする基本制御回路１１１およびセンサのような電圧検出部１１２で構成される小電力負荷の制御回路１１０に電力を供給する。一方の蓄電器ＣＬＧ４は、回転機構または送信回路などの大電力負荷となる負荷回路１２２を駆動する負荷駆動回路１２１に電力を供給する。
【０００７】
蓄電器ＣＳＭ３，ＣＬＧ４は太陽電池１から同時に充電される。しかし、蓄電器ＣＳＭ３は、静電容量が小さく充電時間が短いので、比較的短時間で満充電状態にできる。電圧検出部１１２が満充電状態を検出して基本制御回路１１１に通知するので、基本制御回路１１１は駆動回路１２０の負荷駆動回路１２１の制御動作を可能とする。蓄電器ＣＳＭ３は、小さな静電容量であっても負荷が小電力のため、曇天等により充分な充電がなくても、小電力負荷を長期にわたって正常に動作させることができる。
【０００８】
また、基本制御回路１１１は、蓄電器ＣＬＧ４の充電状態を監視している。従って、充分に充電できていないときには、その検出結果に応じて、負荷駆動回路１２１を制御して大電力負荷での電力消費を減少させるなど、負荷回路１２２の停止を防止している。
【０００９】
しかし、大電力負荷を動作させるためには、蓄電器は、その大電力負荷に見合う大きな静電容量を持たねばならない。このような大きな静電容量の蓄電器は、所定の出力電圧を確保するため、長い時間の充電を必要とする。従って、特許文献１に開示されたものでは、小電力負荷が短時間で正常に稼動しても、大静電容量の蓄電器が充電不足なため、大電力負荷を短時間で駆動することができない。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−５５８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
解決しようとする課題は、大電力負荷に対応する大きな静電容量の蓄電器と迅速な充電機能とを併せて必要とする直流電力供給装置において、太陽電池のように弱小な受給電力の場合には、蓄電器を小電力負荷用と大電力負荷用としても、小電力負荷の充電は完了できるが、大電力負荷を短時間で駆動することはできないことである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、大電力負荷に対しても短時間で駆動可能とするため、蓄電器を具備する少なくとも二つの充電回路を備える。そして、当該充電回路に具備される前記蓄電器を充電し、充電完了した前記充電回路を前記負荷に順次接続する。このようにして、直流出力を前記負荷に継続供給することを主要な特徴とする。
【００１３】
しかし、受給電力が商用電力のように強力であればよいが、太陽電池のように弱小な受給電力の場合を対象として、充電開始の際、前記充電回路を一つずつ順次選択することを更に特徴としている。
【００１４】
この最初に充電される蓄電器は、この充電回路を負荷に接続した際、次の充電回路の充電が完了するまで、放電による電圧低下があっても負荷の運転を維持できるだけの静電容量を有している。このようにして、複数の充電回路の充電が順次完了してその出力が負荷に接続できるような適切な構成が得られる。この結果として、直流電力が前記負荷に継続的に供給され、負荷の運転が停止するようなことはない。
【００１５】
すなわち、このような構成により、充電開始段階で静電容量の小さい蓄電器を順次連続して充電することができるので、初期段階では蓄電器の充電時間が短縮され、短時間で負荷に電力供給が可能となる。この時点で大電力負荷が接続された場合には電圧降下を生じるが、次の順序の蓄電器が充電完了する充電時間以内で供給電圧を維持できれば、小さな静電容量の蓄電器を順次切り替えることにより大電流負荷に対する電力供給を継続的に可能とする。従って、例えば同一静電容量の少数蓄電器を循環して充放電させる構成も可能である。しかし、これでは、太陽電池のような受給電源では、十分な蓄電ができず、曇天又は雨天では運転停止の危険性がある。
【００１６】
従って、前記充電回路それぞれが異なる静電容量の蓄電器を具備し、充電開始の際に、前記蓄電器を、静電容量の最も小さなものから、より大きなものに対して順次充電するように前記充電回路を選択することが望まれる。すなわち、最終では大静電容量の蓄電器に蓄電できるので、安定した電力供給動作ができる。更に、最も大きな静電容量の蓄電器までを充電完了した後、残りの充電回路で充電不十分な蓄電器を接続して満充電とし、充電完了の蓄電器を前記負荷に接続することにより、具備された全ての静電容量で負荷の消費電力をまかなうことができる。この充電に際しての接続および充電後の接続は一つずつでも、また一括して実行することもできる。
【００１７】
また、上記蓄電器に電気二重層コンデンサを使用することは、充電回路の簡素化および小型化を可能とするので、更に、受給電力が出力不安定な太陽電池の場合に有効である。
【００１８】
従って、本発明による直流電力供給装置としては、蓄電器を具備する少なくとも二つの充電回路と、充電する前記充電回路を選択する蓄電器選択手段と、前記負荷に接続して前記直流電力を供給する前記充電回路を選択する電力供給選択手段と、前記蓄電器選択手段により前記充電回路を順次選択して充電し、充電完了を検出した際、前記電力供給選択手段により当該充電回路を選択して負荷に接続する制御手段とが備えられていることが主要な特徴である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による直流電力供給方法およびその装置は、受給電力の予備電力として備えられる蓄電器を小静電容量の複数の蓄電器として備え、かつ蓄電器ごとの充電回路としているため、複数の蓄電器それぞれを単独に充電できると共に、順次負荷への連続した電圧供給ができるので、太陽電池のように弱小な受給電力であっても、複数の小静電容量蓄電器を短時間に充電し充電完了により負荷に順次継続して接続させることにより、大電力負荷に対しても短時間で駆動を開始できると共に装置の機能動作を維持できるという利点がある。特に、大電力負荷が間欠的に駆動される装置では効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
充電回路を有する直流電力供給装置で大電力負荷に対して、かつ太陽電池のような弱小受給電力に対しても短時間で駆動できるという目的を、蓄電器を具備する少なくとも二つの充電回路を備え、充電回路を一つずつ順次選択し、この充電回路に具備される蓄電器を順次充電し、充電完了した充電回路を負荷に順次接続して直流電力を継続供給することにより、実現した。
【００２１】
本発明では、複数の蓄電器とその充電回路とを必要とするので、蓄電器には体積あたりの静電容量が大きいにも拘わらず特別な充電回路および放電時の制約が不要な電気二重層コンデンサ（キャパシタ）を使用することとする。更に、入力電力に、曇天のような充電環境の不安定、および夜間の電力受給停止などの悪条件を有する太陽電池を用いた直流電力供給装置を対象に、以下に図面を参照して実施例を説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明の実施例１について図１を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明による充電回路を有する直流電力供給装置の実施例１の機能ブロックを示す説明図である。
【００２４】
図示される直流電力供給装置では、太陽電池１、負荷２、電気二重層コンデンサを用いた蓄電器ＣＳＭ３，ＣＬＧ４、蓄電器選択手段（以後、ＳＷＣと略称する）５、および電力供給選択手段（以後、ＳＷＳと略称する）６が備えられている。
【００２５】
太陽電池１は受給電力として示され、直流電力供給装置は太陽電池１の発電により負荷２に供給電圧ＶＳＰによる直流電力を供給している。太陽電池１の一方の電極は、逆流防止用ダイオードおよび電流制限用抵抗を介して充電回路に接続し、他方の電極は接地されている。
【００２６】
負荷２は、電圧検出部１１、切替制御部１２、ＣＰＵ１３、および大電力負荷駆動部１４を有し、充電回路を介して供給電圧ＶＳＰの供給を受け動作する。
【００２７】
一方の蓄電器ＣＳＭ（以後、ＣＳＭと略称する）３は、静電容量が小さい電気二重層コンデンサであり充電時間が短い。しかし、このＣＳＭ３は、小静電容量であるが、充電完了後に負荷２に接続され、放電による電圧低下があっても他方の蓄電器ＣLG（以後、ＣLGと略称する）４の充電が完了するまで負荷の運転を維持できるだけの静電容量を有している。このＣＳＭ３は、一方をＳＭＣ５に接続し、他方を接地する。
【００２８】
他方の蓄電器ＣＬＧ（以後、ＣＬＧと略称する）４は、静電容量が大きい電気二重層コンデンサであり充電時間が長い。従って、ＣＬＧ４は、太陽電池１の雨天・曇天による発電電力不足、および夜間における無発電状態があっても、回転機構または送信回路などの大電力負荷を駆動する大電力負荷駆動部１４に電力を供給して負荷の長時間運転を維持することができる。このＣＬＧ４も、一方をＳＭＣ５に接続し、他方を接地する。
【００２９】
ＳＷＣ５は、太陽電池１から受ける直流電力を、初期のオフ状態にはＣＳＭ３へ充電用に接続し、切替信号ＳＷｃの受付けによりオン状態となりＣＳＭ３からＣＬＧ４へ充電のため接続を切り替える。ＳＷＳ６は、ＣＳＭ３，ＣＬＧ４それぞれのＳＷＣ５接続側を引き込み、初期のオフ状態にはＣＳＭ３へ接続してその電圧ＶＳＭを、また、切替信号ＳＷｓの受付けによりオン状態となりＣＳＭ３からＣＬＧ４へ接続を切り替えてその電圧ＶＬＧを、それぞれ切替えて電圧調整し、安定した供給電圧ＶＳＰとして負荷２へ供給する。
【００３０】
電圧検出部１１は、ＣＳＭ３，ＣＬＧ４それぞれのＳＷＣ５接続側を引き込み、電圧ＶＳＭ，ＶＬＧそれぞれを監視して満充電電圧ＶＤＴを検出し、切替制御部１２へ充電完了を通知する。切替制御部１２は、電圧検出部１１から充電完了の通知を受け、電圧ＶＳＭの場合には切替信号ＳＷｃをＳＷＣ５へ、電圧ＶＬＧの場合には切替信号ＳＷｓをＳＷＳ６へ、それぞれ送出する。ＣＰＵ１３は、ＩＣにより構成される通常の制御回路であり、電圧検出部１１および切替制御部１２と共に小電力負荷である。大電力負荷駆動部１４は、無線送信、回転機構などを駆動する大電力負荷である。
【００３１】
次に、図１に図２を併せ参照して機能動作について説明する。
【００３２】
ここで、ＣＳＭ３は充電時間ＴＳを、ＣＬＧ４は充電時間ＴＬをそれぞれ有するものとする。その充電時間ＴＳはＣＳＭ３の小さな静電容量に基づいて、大きな静電容量を有するＣＬＧ４の充電時間ＴＬより小さい。電圧検出部１１はＶＤＴを検出電圧とする。また最長の駆動開始時間を検証するため、ＣＳＭ３およびＣＬＧ４それぞれは、初期状態であり、蓄電されていない状態とする。従来の装置では、大電力負荷に適用する場合、大電力負荷の駆動開始までの時間はＣＬＧ４の充電時間ＴＬである。
【００３３】
図１に示されるように、太陽電池1で発電された電力は、ＳＭＣ５を介してＣＳＭ３に接続されると共に、更にＳＭＣ５からＳＭＳ６を介して負荷２に供給電圧ＶＳＰとして接続されている。また、負荷２が運転を維持するに必要とする電圧はＶＮＧ以上であるとする。
【００３４】
まず、太陽電池1で発電された電力は、直流電力供給装置を「オン」とし、ＳＭＣ５を介してＣＳＭ３に供給される。ＣＳＭ３の電圧ＶＳＭは短い充電時間ＴＳで電圧ＶＤＴに達する。この時点で、負荷２は全ての機能が稼動可能なので、ＳＷＳ６は電圧ＶＳＭを負荷に供給電圧ＶＳＰとして供給開始できる。すなわち、ＣＳＭ３の短い充電時間ＴＳで負荷２を駆動開始できる。
【００３５】
一方、負荷２では、検出電圧ＶＤＴに達した際、電圧検出部１１が検出電圧ＶＤＴの検出を切替制御部１２およびＣＰＵ１３に通知する。この通知により、切替制御部１２は切替信号ＳＷｃを出力してＳＷＣ５を「オン」にするので、太陽電池1で発電された電力はＣＬＧ４に供給される。ＣＬＧ４の電圧ＶＬＧは、長い充電時間ＴＬをもって検出電圧ＶＤＴに達して充電完了し、これを電圧検出部１１が検出して切替制御部１２およびＣＰＵ１３に通知する。この時点で、ＣＬＧ４の電圧ＶＬＧが負荷２へ供給電圧ＶＳＰとして供給される。
【００３６】
ＣＳＭ３の電圧ＶＳＭは、小電力負荷の場合、上記時間ＴＬでは、ほとんど降下しない。しかし、この時間ＴＬ開始時点で大電力負荷駆動部１４の駆動があった場合、破線により図示されるように電圧降下は免れない。このため、ＣＳＭ３の小さな静電容量は、最大の大電力負荷の場合に時間ＴＬ以内では、上記電圧ＶＮＧ以下となって動作不能となるまでの電圧降下が生じないように設定されている。しかし、駆動の迅速化を図ってＣＳＭ３の静電容量が小さいため不足する場合には、更に電気二重層コンデンサによる蓄電器を充電回路として追加すればよい。
【００３７】
このような回路構成を採用したので、最大の消費電力に対応する静電容量を持つ蓄電器を最初から充電することなく、蓄電器を分割して、最初に充電する蓄電器の静電容量を、必要な稼動開始時間に見合う値に設定することができる。従って、容易に、短時間で装置の動作を開始することができる。
【００３８】
また、図２では示されていないが、ＳＷＣ５が切替信号ＳＷｓを受けて、切り離し中のＣＳＭ３を再度太陽電池１に接続し充電して順次並列接続することができる。この場合、負荷２に対する蓄電器の静電容量が合計されるので、供給電圧ＶＳＰの安定化と太陽電池１の出力低下による受給電力断が生じても長時間の正常動作を確保することができる。すなわち、太陽電池のような弱小電力で大電力負荷を考慮した場合、受給電力断の際にも所望の長時間を駆動維持可能な静電容量の蓄電器を備え、その静電容量を効果的に分割して迅速な運転開始を図ることができる。
【００３９】
上記説明では、図面を参照して二つの電気二重層コンデンサそれぞれに対する充電回路を取り上げたが、上述したように、三つつ以上の充電回路を設けることもできる。
【実施例２】
【００４０】
本発明の実施例２について図３を参照して説明する。
【００４１】
図３の実施例２は、太陽電池１の発生電力を用いて、負荷２０として無人による無線局装置を運転するシステムについて示している。無線局では電波によるデータの送受信があるが、送信装置は、遠方まで確実に送信するため、比較的大電力を必要とする。負荷２０以外は上記実施例１の図１と同一の構成であるので、同一の構成要素には同一の番号符号を付与してその説明を省略する。
【００４２】
負荷２０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ（読出し専用メモリ）２２、温度センサ２３、および無線ＬＳＩ（大規模集積回路）２４を備える。
【００４３】
ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２に予め記憶されたプログラムにより、温度センサ２３から温度情報を読み出し、無線ＬＳＩ２４を制御し、かつＳＷＣ５およびＳＷＳ６の制御を行う。例えば、ＣＰＵ２１は、温度センサ２３により装置周辺の温度が適温を外れた際に、運転電力を削減するような制御を行う。すなわち、ＲＯＭ２２はＣＰＵ２１に提供されるプログラムを予め記憶する。温度センサ２３は装置の周辺温度を検出する。
【００４４】
本実施例２では、蓄電器ＣＳＭ３による電気二重層コンデンサの静電容量が0.5Ｆであり、蓄電器ＣＬＧ４による電気二重層コンデンサの静電容量は１Ｆである。
【００４５】
無線ＬＳＩ２４は無線によるデータの送受信時に５０ｍＡの電流を消費する。無線によるデータの送受信を行っていない時は１ｍＡの電流が消費される。また上述の無線によるデータの送受信は1分間に１５秒間だけ周期的に行われ、太陽電池１による発電がない場合には無線によるデータの送受信は行わない。このような環境で、無線ＬＳＩ２４は、電気二重層コンデンサに蓄電された電力で最低３０分間の動作継続が必要である。
【００４６】
以上の条件からこの無線装置に必要な電気二重層コンデンサの静電容量には1.2Ｆが設定される。従って、上述したように、蓄電器ＣＳＭ３，ＣＬＧ４の両者を充電完了させた際には、図示されていないが、両者共に負荷２０に直流電圧を供給できるので、両者の静電容量の和が1.2Ｆであればよい。
【００４７】
また、無線によるデータの一回の送受信を行うため、最初に充電される小さい静電容量の電気二重層コンデンサＣＳＭ３には、ほぼ４Ｖ以上の電圧により充電される必要がある。従って、上記図２で説明された負荷２０が最初に大電力負荷をまかなう場合に必要とされる運転開始可能電圧ＶＯＰを４Ｖに設定することができる。
【実施例３】
【００４８】
本発明の実施例３について図４を参照して説明する。
【００４９】
図４の実施例３は、図３におけるＳＷＣ（蓄電器選択手段）の実施回路の一形態をＳＷＣ３０として示している。ＳＷＣ３０以外は上記実施例２の図３と同一の構成であるので、同一の構成要素には同一の番号符号を付与してその説明を省略する。
【００５０】
ＳＷＣ３０は、スイッチ（以後、ＳＷｃと略称する）３１、ソレノイド３２、ソレノイド制御用トランジスタ（以後、ＴＲと略称する）３３、およびプルダウン抵抗３４により構成されている。
【００５１】
ＳＷｃ３１は、太陽電池１から逆流防止用ダイオードおよび電流制限用抵抗を介して電力を受け、受けた電力を初期状態で小さい静電容量のＣＳＭ３と共にＳＷＳ６に供給している。ＳＷｃ３１は、ＣＰＵ２１から切替信号ＳＷｃを受けた際にはＣＳＭ３から大きな静電容量のＣＬＧ４に切り替えている
ソレノイド３２とＴＲ３３とは、直列に接続され、かつ一方は調整された電圧ＶＲＧ3.3Ｖに接続、また他方は接地されている。ＴＲ３３のベースはプルダウン抵抗３４を介して接地されると共に、ＣＰＵ２１に接続して切替信号ＳＷｃを受ける。
【００５２】
このような構成により、ＣＰＵ２１が、ＴＲ３３に切替信号ＳＷｃを送り、ソレノイド３２に電流を流すことによりＳＷｃ３１を「オン」状態にする。初期状態の太陽電池1による発電開始時は、ソレノイド３２に印加される電圧ＶＲＧはゼロボルトである。また、ソレノイド３２に電流が流れない場合、ＳＷｃ３１は「オフ」状態である。ＳＷｃ３１が「オフ」状態の場合、小さい静電容量のＣＳＭ３が太陽電池１に接続されて充電される。電力電圧として電圧ＶＲＧ3.3Ｖが発生しても、ＣＰＵ２１の制御端子が切替信号ＳＷｃ出力に設定されていない場合、ＣＰＵ２１の制御端子はハイインピーダンスであり、ＴＲ３３のベースがプルダウン抵抗３４によって接地されているので、ＴＲ３３は「オフ」状態である。
【００５３】
電力ラインに電圧ＶＲＧ3.3Ｖが発生しかつＣＰＵ２１の制御端子が出力端子に設定されハイレベルを出力すると、ＴＲ３３が駆動され、ソレノイド３２に電流が流れ、かつＳＷｃ３１が「オン」状態となる。ＳＷｃ３１が「オン」状態となると太陽電池1からの電力はそれまでの小さい静電容量のＣＳＭ３への充電から、大きい静電容量のＣＬＧ４への充電に切り替わる。
【実施例４】
【００５４】
本発明の実施例４について図５を参照して説明する。
【００５５】
図５の実施例４は、図３におけるＳＷＣ（蓄電器選択手段）の実施回路の、上記実施例３とは異なる一形態であり、ＳＷＣ５０として示している。ＳＷＣ５０以外は上記実施例２の図３と同一の構成であるので、同一の構成要素には同一の番号符号を付与してその説明を省略する。
【００５６】
ＳＷＣ５０は、二つのダイオード５１，５２、フォトカプラ５３、フォトカプラ制御用トランジスタ（以後、ＴＲと呼称する）５４、およびプルダウン抵抗５５により構成されている。
【００５７】
ダイオード５１は、逆流防止用として太陽電池１から電流制限用抵抗を介して電力を受け、受けた電力を小さい静電容量のＣＳＭ３に常時供給している。ダイオード５２は、逆流防止用として太陽電池１から電流制限用抵抗を介して電力を受け、受けた電力を大きな静電容量のＣＬＧ４にフォトカプラ５３のスイッチングトランジスタによるスイッチ（以後、ＳＷｃと略称する）を介して供給している。
【００５８】
フォトカプラ５３は上記ＳＷｃとフォトダイオード（以後、ＰＤと略称する）とで構成され、ＰＤとＴＲ５４とは直列に接続され、かつ一方を調整電圧ＶＲＧ3.3Ｖに接続、また他方を接地している。ＴＲ５４のベースはプルダウン抵抗５５を介して接地されると共に、ＣＰＵ２１に接続して切替信号ＳＷｃを受ける。
【００５９】
このような構成により、ＣＰＵ２１が、ＴＲ５４に信号を送り、フォトカプラ５３のＰＤに電流を流すことでＳＷｃを「オン」状態にする。初期状態の太陽電池1による発電開始時は、ＰＤに印加される調整電圧ＶＲＧはゼロボルトである。またＰＤに電流が流れない場合、ＳＷｃは「オフ」状態である。
【００６０】
従って、小さい静電容量のＣＳＭ３は太陽電池1による発電があれば常に充電される。大きい静電容量のＣＬＧ４に接続しているフォトカプラ５３は、調整電圧ＶＲＧ3.3Ｖが発生し、かつＣＰＵ２１の制御端子が切替信号ＳＷｃ出力に設定されハイレベルを出力した際、ＴＲ５４が「オン」状態となり、フォトカプラ５３内のＰＤに電流が流れ、フォトカプラ５３のＳＷｃが「オン」状態となる。フォトカプラ５３が「オン」状態となると太陽電池1からの電力は、それまでの小さい静電容量のＣＳＭ３への充電とともに、大きい静電容量のＣＬＧ４へも充電を開始する。
【００６１】
従って、本実施例４では、最初に充電される小さな静電容量の蓄電器から次の大き目の静電容量に順次、切り替えても、充電回路が形成されており、常に充電完了の状態である。従って、負荷に供給する蓄電器が所定電圧以下に降下した場合、充電順序とは逆順序で接続を切り替え、それまで充電した蓄電器を使用してその静電容量を利用するように、ＣＰＵにより制御することができる。
【実施例５】
【００６２】
次に、図６を参照して実施例５におけるＳＷＳ（電力供給選択手段）６０ついて説明する。
【００６３】
図６は、図３のＳＷＳ６に係る回路の実施の一形態をＳＷＳ６０として示している。ＳＷＳ６０以外は上記実施例２の図３と同一の構成であるので、同一の構成要素には同一の番号符号を付与してその説明を省略する。
【００６４】
ＳＷＳ６０は出力調整回路６１，６２、電圧監視回路６３、ゲート回路６４、プルダウン抵抗６５，６６、およびダイオード６７，６８により構成される。出力調整回路６１，６２は、ダイオード６７，６８それぞれを直列接続して供給電圧出力端子に接続され、調整された定電圧ＶＲＧ3.3Ｖを出力する。
【００６５】
出力調整回路６１の一方の入力は、小さい静電容量のＣＳＭ３のプラス端子側による電圧ＶＳＭであり、他方の入力は、ゲート回路６４から出力されるイネーブル信号である。このイネーブル信号により出力調整回路６１は調整されたプラスの定電圧ＶＲＧ3.3Ｖを出力する。出力調整回路６２の一方の入力は、大きい静電容量のＣＬＧ４のプラス端子側による電圧ＶＬＧであり、他方の入力は、ＣＰＵ２１から出力される切替信号ＳＷＳ２である。この切替信号ＳＷＳ２により出力調整回路６２は調整されたプラスの定電圧ＶＲＧ3.3Ｖを出力する。
【００６６】
ＣＳＭ３のプラス端子側にある電圧ＶＳＭは、ＣＰＵ２１、電圧監視回路６３、および出力調整回路６１の一方の入力端子に接続される。電圧監視回路６３は、ＣＳＭ３を装置の運転可能に充電するため、充電検出電圧ＶＤＴ４Ｖへの到達を監視する。ゲート回路６４は、一方の入力端子に電圧監視回路６３の出力を、また他方の入力端子には他端を接地されたプルダウン抵抗６５を接続してＣＰＵ２１から出力される切替信号ＳＷＳ１の反転を、それぞれ入力し、論理積をとってイネーブル信号を出力する。従って、電圧ＶＳＭが４Ｖに達した際にイネーブル信号がゲート回路６４から出力調整回路６１の他方の入力端子に出力される。
【００６７】
ＣＬＧ４のプラス端子側にある電圧ＶＬＧは、ＣＰＵ２１および出力調整回路６２の一方の入力端子に接続される。出力調整回路６２の他方の入力端子には、ＣＰＵ２１から出力される切替信号ＳＷＳ２が接続されると共に、他端を接地されたプルダウン抵抗６６に接続する。
【００６８】
上述した切替信号ＳＷＳ１と切替信号ＳＷＳ２とはＣＰＵ２１により独立して制御されるが、上記実施例のように、同時の切替信号ＳＷｓであってもよい。
【実施例６】
【００６９】
次に、図７および図８を参照して実施例６について説明する。
【００７０】
図７は、図１，３の実施例１，２と異なる充電回路を有する直流電力供給装置の実施例６の機能ブロックを示す説明図である。本実施例６は、実施例２を示す図３におけるＳＷＣ５とＳＷＳ６とのそれぞれに、実施例４で示す図５のＳＷＣ５０と実施例５で示す図６のＳＷＳ６０とを用いた構成を有している。図７に示されるＳＷＣ５０とＳＷＳ６０とはそれぞれのブロックを簡略化して示しているので、詳細は上述した該当する実施例の記載を参照できる。また、それ以外は、上記実施例２の図３と同一の構成である。従って、各構成要素の同一の構成要素には同一の番号符号が付与されており、その説明は省略する。
【００７１】
また、図８は図７において、太陽電池1からの発電もなく、二つの電気二重層コンデンサによる蓄電器ＣＳＭ３，ＣＬＧ４のどちらも充電されていない初期状態で太陽電池1が発電開始した際に負荷がかからない状態での主要個所における電圧状況の一形態を時間軸で示すタイムチャートである。ここでは、小さい静電容量のＣＳＭ３の電圧ＶＳＭと、大きい静電容量のＣＬＧ４の電圧ＶＬＧと、負荷２０に供給される調整電圧ＶＲＧとが示されている。
【００７２】
基準となる電圧は、満充電電圧に対してＣＰＵ２１での検出電圧ＶＤＴと、ＳＷＳ６０での監視電圧ＶＯＰ４Ｖと、調整出力回路６１，６２での調整電圧ＶＲＧ3.3Ｖとである。時間ＴＳは、太陽電池１の発電により電力「オン」してからＣＳＭ３が充電されて検出電圧ＶＤＴに達し、切替信号ＳＷｃを発生するまでの充電時間である。時間ＴＬは、切替信号ＳＷｃが発生からＣＬＧ４が充電されて検出電圧ＶＤＴに達し、ＣＰＵ２１が切替信号ＳＷＳ２またはＳＷｓを発生するまでの充電時間である。
【００７３】
充電開始から負荷２０への電力供給可能な監視電圧ＶＯＰ４Ｖに達した時点から、充電中のＣＳＭ３の電圧ＶＳＭが出力調整されて負荷２０へ供給開始される。また、切替信号ＳＷＳ２が発生した以降は、充電完了のＣＬＧ４の電圧ＶＬＧが出力調整されて負荷２０へ供給される。
【００７４】
次に、図７および図８に図３、図５、および図６を併せ参照して、図７における主要動作について説明する。
【００７５】
初期状態は太陽電池1からの発電もなく、二つの電気二重層コンデンサの蓄電器ＣＳＭ３，ＣＬＧ４がどちらも充電されていない状態である。
【００７６】
まず、接続されている太陽電池1に何らかの光が当たることにより太陽電池1が発電を開始する。太陽電池1で発電された電力はＳＷＣ５０が「オフ」状態であることから小さい静電容量のＣＳＭ３に充電される。小さい静電容量のＣＳＭ３の電圧ＶＳＭが運転可能電圧ＶＯＰ４Ｖに達した際、電圧監視回路６３の出力がハイレベルとなるので、ゲート回路６４の一方の入力端子がハイレベルとなる。ゲート回路６４の他方の入力端子は、ＣＰＵ２１にまだ電力供給されていないため、プルダウン抵抗によりロウレベルが入力されている。この結果、ゲート回路６４の出力はハイレベルとなり、出力調整回路６１にイネーブル信号が供給される。従って、出力調整回路６１は負荷２０を含む装置内の各集積回路に供給電圧として調整電圧ＶＲＧ3.3Ｖを出力供給する。
【００７７】
調整電圧ＶＲＧ3.3Ｖを受けたＣＰＵ２１は、直ちに、ＲＯＭ２２からプログラムの読出し動作を開始し、無線ＬＳＩ２４を制御して、この無線機器の近傍に通信すべき他の無線機器があるかどうかをデータの送受信によって確かめる。ＣＰＵ２１は、通信すべき他の無線機器との通信が確立すると１分毎に温度センサのデータを送信する。ちなみに、データの送信には１回１５秒を要する。
【００７８】
ＣＰＵ２１は、定期的な無線によるデータ通信を行うとともに、小さな静電容量のＣＳＭ３の電圧ＶＳＭを、アナログ端子を介して監視している。小さな静電容量のＣＳＭ３の電圧ＶＳＭが所定の電圧ＶＤＴ以上になると、ＣＰＵ２１は、ＳＭＣ５０への制御端子にハイレベルの切替信号ＳＷｃを出力し、フォトカプラーによるスイッチＳＷｃを「オン」状態とし、太陽電池1で発電された電力を大きい静電容量のＣＬＧ４の充電へと切り替える。
【００７９】
その後、ＣＰＵ２１は、定期的な無線によるデータ通信を行うとともに、大きな静電容量のＣＬＧ４の電圧ＶＬＧを、アナログ端子を介して監視している。大きな静電容量のＣＬＧ４の電圧ＶＬＧが所定の電圧ＶＤＴ以上になると、ＣＰＵ２１は、イネーブル制御信号である切替信号ＳＷＳ２にハイレベルを出力し、出力調整回路６２をイネーブルとするので、出力調整回路６２が調整電圧ＶＲＧ3.3Ｖを出力する。同時に、ＣＰＵ２１はイネーブル制御信号である切替信号ＳＷＳ１がハイレベルでゲート回路６４に出力されるので、出力調整回路６１をディセーブルとする。この結果、各回路への電力供給は小さい静電容量のＣＳＭ３から大きい静電容量のＣＬＧ４に切り替わる。
【００８０】
その後は、ＣＰＵ２１は、小さな静電容量のＣＳＭ３の電圧ＶＳＭと大きい静電容量のＣＬＧ４の電圧ＶＬＧとを、アナログ端子を介して監視し、所定のアルゴリズムに従い、ＳＷＣ５０とＳＷＳ６０とを制御して本発明の電気二重層コンデンサ装置を用いた無線装置への電力供給を制御する。
【００８１】
本実施例では蓄電器として電気二重層コンデンサが二つの場合で説明したが、電気二重層コンデンサが三つ以上でも同様の効果が得られる。また電気二重層コンデンサの静電容量に関しても、静電容量の大小関係が守られていれば、どのような静電容量の組み合わせでも可能である。更に、切替手段の構成により、全ての蓄電器を同一の静電容量で構成することもできる。
【００８２】
［その他の実施例］
上述した実施例では、充電用電力に太陽電池、又充電回路の蓄電器に電気二重層コンデンサを用いて説明したが、これ以外の、例えば商用電力と従来の蓄電池を用いた充電回路でもよい。受給電力が大容量の場合、複数の充電回路を一括して充電開始し、充電完了した充電回路から順次負荷に接続して出力を供給し、所定の静電容量まで充電回路を接続して加えることにより、大電力負荷に対しても短時間で稼動開始ができる。
【００８３】
また、本発明の対象となる充電開始状態を説明したが、備えられる全ての蓄電器を充電状態として、充電用電力の停止の際に、例えば全ての蓄電器を並列接続して利用するか、または予め設定された順序で一つずつ蓄電器から電力供給するかなどにより、複数蓄電器を有効に利用することが可能である。
【００８４】
また、当然ながら、受給電源を、例えば商用のＡＣ電源からＡＣ／ＤＣコンバータを介したような他の直流電源でも、また負荷が交流の場合には出力される直流電力からＤＣ／ＡＣコンバータを介して得ることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
充電に必要な静電容量を分割した静電容量を有する複数の蓄電器それぞれの充電回路を用いて、最初に小さな静電容量を有する充電回路で満充電して負荷に直流電力を供給し、次いで残りの蓄電器を順次充電して負荷に直流供給することにより、短時間で電力供給することが大電力負荷に対しても容易に可能なので、太陽電池のような弱小の受給電力であっても、短時間の電力供給が必要または不可欠な用途として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】充電回路を用いた直流電力供給装置における機能ブロックの実施の一形態を示した説明図である。（実施例１）
【図２】図１における負荷へ供給する電圧の一形態を示す説明図である。（実施例１）
【図３】充電回路を用いた直流電力供給装置における機能ブロックの実施の一形態を示した説明図である。（実施例２）
【図４】図１のＳＷＣ（蓄電器選択手段）における機能ブロックの実施の一形態を示した説明図である。（実施例３）
【図５】図４とは別のＳＷＣ（蓄電器選択手段）における機能ブロックの実施の一形態を示した説明図である。（実施例４）
【図６】図３のＳＷＳ（電力供給選択手段）における機能ブロックの実施の一形態を示した説明図である。（実施例５）
【図７】図３に図５，６の機能ブロックを適用した場合の直流電力供給装置における機能ブロックの実施の一形態を示した説明図である。（実施例６）
【図８】図７における負荷へ供給する電圧の一形態を示す説明図である。（実施例６）
【図９】充電回路を用いた従来の直流電力供給装置における機能ブロックの一例を示した説明図である。
【符号の説明】
【００８７】
１    太陽電池
２、２０    負荷
３    ＣＳＭ（蓄電器）
４    ＣＬＧ（蓄電器）
５、３０、５０    ＳＷＣ（蓄電器選択手段）
６，６０    ＳＷＳ（電力供給選択手段）
１１    電圧検出部
１２    切替制御部
１３、２１    ＣＰＵ
１４    大電力負荷駆動部
２２    ＲＯＭ
２４    無線ＬＳＩ
３１    ＳＷｃ（スイッチ）
３２    ソレノイド
３３、５４    ＴＲ（トランジスタ）
５３    フォトカプラ
６１、６２    出力調整回路
６３    電圧監視回路
６４    ゲート回路
【図１】
2006217696.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006217696.tif 000008
【図７】
2006217696.tif 000009
【図８】
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【図９】
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