(57)【要約】【課題】電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の蓄電量に合わせて、負荷を予め設定した時間運転する。運転パターンを負荷に合わせて、種々に設定できる。【解決手段】ＥＤＬＣと、このＥＤＬＣの放電エネルギーによって運転されるＬＥＤ照明装置などの負荷と、ＥＤＬＣからこの負荷に供給する放電量を制御する放電制御部１３と、ＥＤＬＣの蓄電量の検出部１２と、ＥＤＬＣによって運転される負荷の運転時間及び運転パターンの入力・設定部１４とを備える。放電制御部１３は、入力・設定部１４に入力された運転時間及び運転パターンと、検出部１２から得られたＥＤＬＣの蓄電量とに基づいて、運転時間ごとのＥＤＬＣからの放電量を決定する。放電制御中において、常時ＥＤＬＣの蓄電量を監視し、運転パターン（放電スケジュール）を補正することもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気二重層キャパシタと、
この電気二重層キャパシタの放電エネルギーによって運転されるＬＥＤ照明装置などの負荷と、
前記電気二重層キャパシタからこの負荷に供給する放電量を制御する放電制御部と、
前記電気二重層キャパシタの蓄電量の検出部と、
前記電気二重層キャパシタによって運転される負荷の運転時間及び運転パターンの入力・設定部とを備え、
前記放電制御部は、前記入力・設定部に入力された運転時間及び運転パターンと、検出部から得られた電気二重層キャパシタの蓄電量とに基づいて、運転時間ごとにおける電気二重層キャパシタからの放電量を決定することを特徴とする電気二重層キャパシタの放電制御システム。
【請求項２】
前記負荷が調光機能を有する照明装置であり、前記放電制御部がこの調光装置に供給する電気二重層キャパシタからの放電量を決定するものであることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタの放電制御システム。
【請求項３】
前記運転パターンが、負荷の運転開始から停止まで、電気二重層キャパシタからの放電量を直線的または非直線的に変化させるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気二重層キャパシタの放電制御システム。
【請求項４】
前記蓄電量の検出部が前記放電制御部による電気二重層キャパシタからの放電制御中に蓄電量の検出を行うものであり、前記放電制御部がその放電制御中に新たに得られた蓄電量に基づいて、設定された運転パターンを補正することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の電気二重層キャパシタの放電制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電装置、風力発電装置などの自然エネルギー発電装置で発電した電力を、電気二重層キャパシタ（以下、ＥＤＬＣという）に蓄電し、ＥＤＬＣからの放電によりＬＥＤ照明装置など負荷を運転するためのＥＤＬＣの放電制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギー発電装置、例えば太陽光発電装置を用いたソーラーシステムにおいては、発電電力を平準化するために、鉛蓄電池やＥＤＬＣなどの二次電池が使用される。なかでもＥＤＬＣは、鉛蓄電池に比較して内部抵抗が小さいことから、放電電流量などの外因に左右されることなく、正確な蓄電量を静電容量と電圧で監視することができる。そのため、このＥＤＬＣを非常灯などの照明の電源として使用し、通常時に蓄電量が少なくなった場合には消灯し、消灯状態で地震などの非常事態が発生した場合には、蓄電量が少なくても点灯するＥＤＬＣの放電制御システムが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−５１１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の発明は、ＥＤＬＣの蓄電量の一定のレベルを基準として照明の点灯及び消灯を制御するだけのものであり、蓄電量が少ない場合でも予め定めた一定時間は継続して点灯することが要求される照明装置に対応することはできない。例えば、夜間は継続して１４時間の点灯が要求される避難灯に対して、太陽光発電装置で充電したＥＤＬＣから電流を供給する場合、曇天や雨天などでＥＤＬＣの蓄電量が少なくても、決められた１４時間の点灯は行わねばならない。
【０００５】
しかし、特許文献１の発明では、蓄電量が基準よりも少ない場合には最初から点灯しないため、この種の用途には不適当である。また、特許文献１では、地震などの緊急時には、蓄電量が少なくても強制的に照明を点灯するが、通常の照明で強制的に点灯を行うとその消費電力が大きいため、少ない蓄電量では要求される点灯時間が得られない。
【０００６】
このような問題は、照明に限らず、ＥＤＬＣによって運転される他の負荷についても同様に生じるものであり、ＥＤＬＣの蓄電量と負荷の運転時間やパターンに応じて、ＥＤＬＣからの放電を適切に制御できる技術の提供が望まれていた。
【０００７】
本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、ＥＤＬＣの蓄電量と要求される負荷の運転時間（照明の場合は点灯時間）やパターンに応じて、最適の放電スケジュールを得ることのできるＥＤＬＣの放電制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明のＥＤＬＣの放電制御システムは、ＥＤＬＣと、このＥＤＬＣの放電エネルギーによって運転される負荷と、前記ＥＤＬＣからこの負荷に供給する放電量を制御する放電制御部と、ＥＤＬＣの蓄電量の検出部と、ＥＤＬＣによって運転される負荷の運転時間及び運転パターンの入力・設定部とを備え、前記放電制御部は、前記入力・設定部に入力された運転時間及び運転パターンと、検出部から得られたＥＤＬＣの蓄電量とに基づいて、運転時間ごとにおけるＥＤＬＣからの放電量を決定することを特徴とする。
【０００９】
前記負荷が調光機能を有する照明装置であり、前記放電制御部がこの調光装置に供給するＥＤＬＣからの放電量を決定するものであること、前記運転パターンが、負荷の運転開始から停止まで、ＥＤＬＣからの放電量を直線的または非直線的に変化させるものであること、及び前記蓄電量の検出部が前記放電制御部によるＥＤＬＣからの放電制御中に蓄電量の検出を行うものであり、前記放電制御部がその放電制御中に新たに得られた蓄電量に基づいて、設定された運転パターンを補正することも本発明の一態様である。
【発明の効果】
【００１０】
前記のような構成を有する本発明のＥＤＬＣの放電制御システムでは、ＥＤＬＣに残された蓄電量が少ない場合でも、その蓄電量に応じた放電制御を行うことで、予め決められた時間については負荷を継続して運転することができる。また、負荷に要求される運転パターンを表す式と、その式を決定づける負荷の運転時間、ＥＤＬＣの蓄電量などの変数値に基づいて、経過時間ごとの放電量が容易に決定でき、種々の運転パターンに対応できる。
【００１１】
放電中に常に蓄電量を監視し、これに基づいて設定された運転パターンを補正する場合には、より正確な放電スケジュールを得ることができると共に、ＥＤＬＣに接続している他の負荷が突然運転されるなどして、運転開始時に計算した蓄電量が急激に変化した場合でも、新たな放電スケジュールに従って、必要とする運転時間を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のＥＤＬＣの放電制御システムの実施例を示すブロック図。
【図２】図１の実施例の動作を説明するフローチャート。
【図３】図２のフローチャートにおけるＥＤＬＣ放電制御処理を説明するフローチャート。
【図４】本発明において設定する放電パターンの例を示すグラフ。
【図５】本発明の他の実施例における放電パターンを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１３】
（１）実施例の構成
以下、本発明の実施例の構成を図１のブロック図に従って具体的に説明する。
図中、符号ＣＵは本実施例の放電制御システムを構成するコントローラであって、本実施例では、このコントローラＣＵに接続された太陽光発電装置ＰＶからの電力をキャパシタＥＤＬＣに充電し、このＥＤＬＣの蓄電量（残電力量）に従ってコントローラＣＵに接続された照明装置ＬＥＤに対する放電量を制御する。
【００１４】
コントローラＣＵは、太陽光発電装置ＰＶからＥＤＬＣに対する充電を制御する充電制御部１０を備える。この充電制御部１０は、昼夜判定部１１に接続され、昼夜判定部１１が光センサやタイマなどによって判定した昼夜の別に従い、昼間は太陽光発電装置ＰＶからＥＤＬＣに充電を行い、夜間はＥＤＬＣに対する充電を停止する。この充電制御部１０は、太陽光発電装置ＰＶの出力電圧の検出部、ＥＤＬＣへの充電電流の検出部、及びＥＤＬＣの端子電圧の検出部を備え、発電状態やＥＤＬＣの充電度、あるいはＥＤＬＣへの充電許容電流量などに応じて、充電電流の制御を行う。
【００１５】
この充電制御部１０の制御に従いＥＤＬＣの蓄電量は、ＥＤＬＣに蓄えられた電荷量Ｑに基づいて、コントローラＣＵに設けられた蓄電量検出部１２が検出する。この蓄電量検出部１２は、予めＥＤＬＣの容量ＣをコントローラＣＵに設定しておき、この容量ＣとＥＤＬＣの端子電圧ＶとからＱ＝Ｃ・Ｖにより算出する。また、前記昼夜判定部１１によって夜から昼への切り替わり時（充電制御部１０による充電開始時点）から１秒ごとに充電電流Ｉを検出し、Ｑ＝Ｉ・ｓにより算出する。これにより、蓄えられた電荷Ｑ、ＥＤＬＣ容量Ｃ、端子電圧Ｖのうち２点が求められれば、放電量はエネルギーＥになるので、Ｅ＝１／２・Ｃ・Ｖ2より放電エネルギーＥを求めることができ、このエネルギーＥが負荷を駆動するために用いられるＥＤＬＣの蓄電量となる。
【００１６】
コントローラＣＵは放電制御部１３を備える。この放電制御部１３は、前記蓄電量検出部１２によって検出したＥＤＬＣの蓄電量に応じて、負荷である照明装置ＬＥＤに供給するＥＤＬＣからの放電エネルギーを制御する。この放電制御部１３にはデータ入力・設定部１４が接続され、このデータ入力・設定部１４に入力された照明装置ＬＥＤの連続点灯時間（負荷の運転時間）と運転パターンに基づいて、放電制御部１３は時間ごとの放電量（放電電流）を制御する。
【００１７】
データ入力・設定部１４に設定する運転時間と運転パターンの例を、図４の（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図４（Ａ）は、放電パターンとして負荷である照明装置ＬＥＤを直線的に調光する場合を示す。データ入力・設定部１４に、ＬＥＤ放電電流のＭＡＸ、ＭＩＮ値及び点灯時間を設定しておく。ここではＭＡＸ４００ｍＡ、ＭＩＮ５０ｍＡ、１４時間点灯とする。また、放電パターンとしては、（Ａ）のグラフにおいて、放電開始時（時間ｔ＝０、４００ｍＡ）と放電継続時間（時間ｔ＝１４、０ｍＡ）の２点を結ぶ直線とする。すなわち、図の座標において、ｘ軸が時間ｔで、ｙ軸が放電電流（ｍＡ）となり、前記直線及びｘ軸、ｙ軸で囲まれた三角形の面積部がＥＤＬＣの残エネルギーＥとなる。
【００１８】
このとき、データ入力・設定部１４に設定する直線状の放電パターンは、次の式で表される。
(a) ｙ＝ａｘ＋ｂ
(b) ｘ＝０のとき、Ｅ／１４／２＝ｂ
(c) ｔ＝１４のとき、０ｍＡ=ａ
【００１９】
また、設定する放電パターンを直線状でしかもＥＤＬＣの容量が大きい場合に、蓄電量を基準とすると、計算上は放電開始時の放電電流が設定した最大値ＭＡＸ４００ｍＡ以上になる。しかし、本実施例では、放電制御部１３は、設定した最大値を上限とした放電電流を負荷に供給するので、図中斜線を付した余り残量部分は、４００ｍＡで放電する。
【００２０】
図４の（Ｂ）は、放電パターンとして、非直線状の放電特性に従って、照明装置ＬＥＤを点灯させる場合を示す。この場合も前記（Ａ）と同様に、図の座標でｘ軸が時間で、ｙ軸が放電電流となる。また、放電パターンを示すグラフによって囲まれた略三角形の面積部がＥＤＬＣの残量エネルギーＥとなる。
【００２１】
この放電パターンは、任意の関数ｙ＝Ｆ（ｘ）、例えば、ｙ＝ａｘ２＋ｂｙ＋ｃの二次関数を時間ｔで積分した値と、前記（Ａ）で求めた残量エネルギーＥが等しくなる式から算出する。
(a) Ｅ＝（ｙ＝ａｘ２＋ｂｙ＋ｃ）の０から１４時間の積分値
(b) (ｘ，ｙ)=(４００，０)のときのｙ＝ａｘ２＋ｂｙ＋ｃ
(c) (ｘ，ｙ)=(５０，ｔ)、ｔ=１４ｈのときのｙ＝ａｘ２＋ｂｙ＋ｃ
【００２２】
この非直線状の放電パターンでは、式に種々の定数を付加することにより、様々な放電パターンを得ることができる。例えば、放電の初期には放電電流を大きくして照明装置ＬＥＤを明るく点灯し、消灯の時間（ｔ＝１４）に近付いた場合には、放電電流を小さくして照明装置ＬＥＤを暗く点灯することができる。これは、常夜灯のように人通りの多い点灯開始時には照明装置を明るく点灯する場合に適している。
【００２３】
前記の非直線状の放電パターンの他の例として、図４（Ｃ）に示すように、継続する点灯時間の一部のみの放電電流を大きくして、警備員の巡回時間などに合わせて一定時間だけ照明装置ＬＥＤを明るく点灯することも可能である。
【００２４】
（２）実施例の作用
前記のような構成を有する本実施例の作用を図２及び図３のフローチャートによって説明する。放電制御システムがスタートすると、まず、コントローラＣＵは、それに接続された太陽発電装置ＰＶ、ＥＤＬＣ、照明装置ＬＥＤなどの接続状態、運転状態、故障の有無などのシステムの状態のチェックを行う（ステップ１）。この場合、コントローラＣＵの各部に対して、制御に必要な太陽光発電装置ＰＶやＥＤＬＣの電圧値、電流値となどが入力されているかについても、チェックを行う。
【００２５】
次に、データ入力・設定部１４に対して、運転時間（例えばｔ＝１４）と運転パターンを設定し、放電制御部１３はこれを読み込む（ステップ２）。運転パターンは、前記図４の（Ａ）から（Ｃ）に示したような直線状あるいは非直線状のパターンを描くことのできる数式を直接入力したり、予め用意した複数の数式の中から希望する式を選択することで行う。更に、放電電流の最大値と最小値も設定する。
【００２６】
設定値の読み込みが終了したら、昼夜判定部１１に入力された光センサなどの情報に基づいて、現在が昼夜いずれであるかの判断を行う（ステップ３）。昼夜の判断結果が昼の場合には昼モードが選択され（ステップ４）、コントローラＣＵによる放電制御は行わず、充電制御部１０により太陽光発電装置ＰＶで発電した電力をＥＤＬＣに供給し、蓄電する（ステップ５）。判断結果が夜の場合には夜モードが選択され（ステップ６）、放電制御部１３による放電制御、すなわち、ＥＤＬＣの放電電流により照明装置ＬＥＤの調光運転が行われる（ステップ７）。
【００２７】
図３は、ステップ７のＥＤＬＣの放電制御処理を示すフローチャートである。図３に示す放電制御処理では、蓄電量検出部１２により、ＥＤＬＣの蓄電量（残エネルギー量Ｅ）が検出される（ステップ１１）。この検出方法は、前記のＱ＝Ｃ・ＶまたはＱ＝Ｉ・ｓによる。この蓄電量と、データ入力・設定部１４に設定された負荷運転時間（例えばｔ＝１４）を、運転パターンを示す式に代入することにより、時間ごとの放電電流を定めた放電スケジュールが決定される（ステップ１２）。ＥＤＬＣはこの放電スケジュールに従い、照明装置ＬＥＤに対する放電電流の供給を開始する（ステップ１３）。
【００２８】
この場合、本発明における負荷は、調光可能な照明装置ＬＥＤのように、放電電流量に応じて１００％の最大運転から２０−３０％の最小運転を行うものであり、放電電流が少なくなっても運転が停止しないものを用いる。もちろん、本発明に使用するこの種の負荷においても、あまりにも放電電流が少なくなると運転が不可能になるが、特許文献１の照明のように、オン・オフによって１００％運転と運転停止（点灯と消灯）のいずれかを選択するものではなく、電流量に応じて運転能力が変化するものを用いる。
【００２９】
このようにして、設定された運転パターンと運転時間、及び蓄電量によって定まる運転スケジュールに従ってＥＤＬＣの放電が制御され、その状態で、昼夜判定部１１からの昼検出信号が入力されるか、設定した運転時間ｔが経過しＥＤＬＣ蓄電量が０になると、ＥＤＬＣ放電制御は終了する（ステップ１４）。その後は、昼モード（ステップ４）に戻り、太陽光発電装置ＰＶからＥＤＬＣに対する充電制御（ステップ５）を行うか、システムの状態チェック（ステップ８）を経て、新たな設定値や運転パターンの読み込みを行う（ステップ２）。なお、図２のフローチャートは、新たな設定値の読み込みを行う場合を示している。
【００３０】
（３）実施例の効果
本実施例によれば、ＥＤＬＣの充電量（残エネルギー量）が少なくなった場合でも、照明装置ＬＥＤに供給する電流を絞ることで、予め設定した時間継続して照明を点灯させることができる。そのため、曇天時や雨天時に太陽光発電装置からの充電が不十分な場合であっても、設定した点灯時間を確保できるので、避難灯や常夜灯のように常時点灯が要求される照明装置をＥＤＬＣによって点灯することができる。
【００３１】
また、本発明では、複数の運転パターンを式として設定しておき、ＥＤＬＣの蓄電量や負荷の運転継続時間を式中の変数として与えることで、設定する式自体は代えることなく、蓄電量や運転時間に応じた運転スケジュールを得ることができる。そのため、従来の二次電池の放電制御で行われているような、複数の運転パターンを用意しておき、蓄電量に応じてその中から必要とする運転パターンを選択する制御システムに比較し、蓄電量に応じたきめ細かな制御が可能となる。特に、ＥＤＬＣは、鉛蓄電池などの二次電池に比較して、内部抵抗が少なく端子電圧や出力電流に基づいて蓄電量を正確に求めることができるので、このようなきめ細かな放電制御が適している。
【００３２】
（４）他の実施例
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、例えば図５に示すように、いったん開始した運転スケジュールをＥＤＬＣの蓄電量の変化に伴い補正して、新たな運転パターンを作製することも可能である。すなわち、図５の実施例では、常にＥＤＬＣの蓄電量（残量）を確認し、点灯可能な電流を調整する。すなわち、放電開始時の残量エネルギーＥから放電した電流Ｉを１ｓ毎に引いていき、引かれた残量エネルギーＥ’と、残り点灯予定時間（ｔ’）を常に計算し、前記（Ａ）（Ｂ）で求めた放電スケジュールをより正確に求めることが可能である。
【００３３】
この場合の計算は次のように行う。
(a) 放電パターンを直線状としたときの補正
Ｅ＝（ｙ＝ａｘ+ｂ）において、
Ｅ’＝（ｙ＝ａｘ＋ｂ）、ｘ＝１４−ｔ
(b) 放電パターンを非直線状としたときの補正
Ｅ＝（ｙ＝ａｘ２＋ｂｙ＋ｃ）において、
Ｅ’＝（ｙ＝ａｘ２＋ｂｙ＋ｃ）の０から１４−ｔ時間の積分値
【００３４】
この実施例によれば、継続運転が必要な照明装置以外の他の負荷がＥＤＬＣに接続され、他の負荷の運転により急速にＥＤＬＣの蓄電量が変化した場合などでも、設定した運転パターンを示す式は代えることなく、刻々と変化する蓄電量を設定した式に代入することで新たな運転スケジュールを得ることができ、当初のスケジュールに従った結果必要とする継続時間が確保できなくなるという不都合が解消される。
【符号の説明】
【００３５】
１０…充電制御部
１１…昼夜判定部
１２…蓄電量検出部
１３…放電制御部
１４…入力・設定部
ＰＶ…太陽光発電装置
ＥＤＬＣ…電気二重層キャパシタ
ＬＥＤ…ＬＥＤ照明装置
Ｃ…コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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