(57)【要約】【課題】複数のバッテリーを内蔵した電子装置において、自然エネルギーを利用した電源でも効率よくバッテリーを充電でき、且つバッテリー間の電圧差による相互充電作用を防止する。【解決手段】自然エネルギー発電による充電電源１と複数のバッテリーの夫々とを接続する充電スイッチ４〜６と、電子回路２０と複数のバッテリーの夫々とを接続する放電スイッチ１６〜１８と、バッテリーの電圧を比較する電圧比較回路２３と、２つのバッテリー間を一方向にのみ電流を通す逆流防止手段を介して接続するバッテリー間接続スイッチ１０〜１５と、前記電圧比較回路の比較結果に基づいて前記充電スイッチ、前記放電スイッチ及び前記バッテリー間接続スイッチを制御するスイッチ３１〜３３とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な複数のバッテリーを内蔵した電子機器の充放電制御装置であって、
自然エネルギー発電による充電電源と前記複数のバッテリーのそれぞれを接続する充電スイッチと、
負荷である電子回路と前記複数のバッテリーのそれぞれを接続する放電スイッチと、
前記複数のバッテリーの電圧を比較する電圧比較回路と、
前記複数のバッテリーから選択された２つのバッテリー間を一方向にのみ電流を通す逆流防止手段を介して接続するバッテリー間接続スイッチと、
前記電圧比較回路の比較結果に基づいて前記充電スイッチ、前記放電スイッチ及び前記バッテリー間接続スイッチを制御するバッテリー接続制御回路とを含み、
前記バッテリー間接続スイッチは、前記複数のバッテリーにおける２つのバッテリーの全ての組み合わせを接続するように複数設けられ、且つ前記２つのバッテリー間において前記逆流防止手段の電流を通す方向が順方向と逆方向となるように前記バッテリー間接続スイッチが２つ設けられ、
前記バッテリー接続制御回路は、
前記複数のバッテリーのうち最も電圧の高いバッテリーから前記電子回路に放電するように前記放電スイッチを制御し、
前記複数のバッテリーのうち少なくとも最も電圧の低いバッテリーに前記充電電源から充電されるように前記充電スイッチを制御し、
前記バッテリー間接続スイッチのうち電圧の高いバッテリーから電圧の低いバッテリーに電流が流れ込まない接続となるように前記バッテリー間接続スイッチを制御して、前記複数のバッテリーを電圧の順に並列に接続することを特徴とする電子機器の充放電制御装置。
【請求項２】
前記バッテリー接続制御回路は、前記電圧比較回路の比較結果に基づく前記充電スイッチ、前記放電スイッチ及び前記バッテリー間接続スイッチの制御動作を所定間隔で繰り返し行うことを特徴とする請求項１記載の電子機器の充放電制御装置。
【請求項３】
前記バッテリー接続制御回路が前記制御動作を実行する間隔を、前記充電電源によるバッテリーの充電電圧の電圧値及び前記電子回路が受電するバッテリーの放電電圧の電圧値のうち少なくとも一方に基づいて変化させて制御する間隔制御回路を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の電子機器の充放電制御装置。
【請求項４】
前記間隔制御回路は、前記バッテリー接続制御回路が前記制御動作を実行する間隔を、前記充電電源によるバッテリーの充電電圧の電圧値に基づいて制御する場合、前記充電電圧が高い時は前記制御動作の間隔を短くし、前記充電電圧が低い時は前記制御動作の間隔を長くするように制御することを特徴とする請求項３記載の電子機器の充放電制御装置。
【請求項５】
前記間隔制御回路は、前記バッテリー接続制御回路が前記制御動作を実行する間隔を、前記電子回路が受電するバッテリーの放電電圧の電圧値に基づいて制御する場合、前記放電電圧が高い時は前記の制御する動作の間隔を長くし、前記放電電圧が低い時は前記の制御する動作の間隔を短くするように制御することを特徴とする請求項３記載の電子機器の充放電制御装置。
【請求項６】
前記充電電源と前記充電スイッチとの間に接続され、前記充電電流の値を測定する充電電流検知回路と、
前記放電スイッチと前記電子回路のと間に接続され、前記放電電流の値を測定する放電電流検知回路と、
前記充電電流と前記放電電流とを比較する電流比較回路とを更に含み、
前記間隔制御回路は、前記放電電流よりも前記充電電流が大きい場合、前記充電電圧が高い時は前記制御動作の間隔を短くし、前記充電電圧が低い時は前記制御動作の間隔を長くするように制御し、前記充電電流よりも前記放電電流が大きい場合は、前記放電電圧が高い時は前記の制御する動作の間隔を長くし、前記放電電圧が低い時は前記の制御する動作の間隔を短くするように制御することを特徴とする項３記載の電子機器の充放電制御装置。
【請求項７】
前記バッテリー接続制御回路は、前記電圧比較回路が前記複数のバッテリーの電圧を比較している間は、前記充電電源と前記複数のバッテリーとが切断されるように前記充電スイッチを制御することを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の電子機器の充放電制御装置。
【請求項８】
前記バッテリーが電気二重層コンデンサまたは電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項１及至７いずれかに記載の電子機器の充放電制御装置。
【請求項９】
自然エネルギー発電による充電電源と充放電可能な複数のバッテリーのそれぞれを接続する充電スイッチと、負荷である電子回路と前記複数のバッテリーのそれぞれを接続する放電スイッチと、前記複数のバッテリーから選択された２つのバッテリー間を一方向にのみ電流を通す逆流防止手段を介して接続するバッテリー間接続スイッチとを含み、前記複数のバッテリーを内蔵した電子機器の充放電を制御する充放電制御方法であって、
前記バッテリー間接続スイッチは、前記複数のバッテリーにおける２つのバッテリーの全ての組み合わせを接続するように複数設けられ、且つ前記２つのバッテリー間において前記逆流防止手段の電流を通す方向が順方向と逆方向となるように前記バッテリー間接続スイッチが２つ設けられており、
前記複数のバッテリーの電圧を比較し、
前記電圧比較回路の比較結果に基づいて前記充電スイッチ、前記放電スイッチ及び前記バッテリー間接続スイッチを制御し、
前記複数のバッテリーのうち最も電圧の高いバッテリーから前記電子回路に放電するように前記放電スイッチを制御し、
前記複数のバッテリーのうち少なくとも最も電圧の低いバッテリーに前記充電電源から充電されるように前記充電スイッチを制御し、
前記バッテリー間接続スイッチのうち電圧の高いバッテリーから電圧の低いバッテリーに電流が流れ込まない接続となるように、前記バッテリー間接続スイッチを制御して前記複数のバッテリーを電圧の順に並列に接続することを特徴とする充放電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電可能な複数のバッテリーを内蔵した電子装置において、自然エネルギーを利用した太陽光発電や風力発電などの発電電力が変動する電源でも効率よくバッテリーを充電できるとともに、複数のバッテリーの並列接続時にバッテリー間の電圧差による相互充電作用を防止可能な充放電制御装置及び充電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電可能なバッテリーを内蔵し、バッテリーの充電電源として太陽電池や風力発電などの自然エネルギーによる発電を利用した電子装置は、太陽電池等の発電電源が発電している状態では、太陽電池から電子装置を駆動する電力を得ると共に、その太陽発電によって内蔵しているバッテリーを充電している。他方、太陽電池が利用できない場合は、内蔵しているバッテリーからの電力で電子機器を動作させる方式が一般的である。このような電子装置においては、内蔵バッテリーによる電子装置の駆動時間を長くするために、複数個のバッテリーを並列接続して使用する電子機器も多く存在する。
【０００３】
太陽電池による複数のバッテリーに対する充放電制御方式として、バッテリーの代わりに電気二重層コンデンサを使用する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、太陽電池と複数の電気二重層コンデンサのそれぞれを接続するスイッチ手段を設け、電気二重層コンデンサをひとつずつ所定の電圧に達するまで充電するように各スイッチを順に切り替え制御し、更に負荷回路と電気二重層コンデンサのそれぞれを接続するスイッチ手段を設け、ひとつずつ電気二重層コンデンサを所定の電圧以下になるまで負荷回路に接続するように各スイッチを順に切り替え制御する構成としている。
【０００４】
また、内蔵している２つのバッテリーのうち、蓄電量の少ないほうのバッテリーに太陽電池から充電を行い、電子機器の動作時には蓄電量の多いいほうのバッテリーから負荷回路に放電を行う方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、同時に複数のバッテリーを個別に第１の所定の充電電流以下になるまで定電流充電し、その後に複数のバッテリーを並列に接続して同時に第２の所定の充電電流以下になるまで定電圧充電する方式が提案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献１と特許文献２ではバッテリーを個別に充放電させており、特許文献３でも最初は個別に充電し、各バッテリーの電圧が揃ってから同時に充電している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１と特許文献２において、バッテリーを並列に接続して充電しないのは、並列接続前に各バッテリーの端子電圧がそろっていないと、電圧の高いバッテリーから電圧の低いバッテリーに電流が流れ込み、バッテリー間で相互に充放電を行ってしまう相互充電作用が発生し、この状態で充電しても、充電効率が悪くなる為である。
【０００７】
また、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーを利用した発電では、光の放射照度や風速の変化により発電電力が大きく変動してしまう。特許文献１と特許文献２ではバッテリーを同時に充電せず、別々に充電する方式であり、充電に必要な電力はバッテリーひとつ分ですみ、発電電力が少ない時でもある程度の充電は可能であるが、一つのバッテリーで充電作用に必要な電力はバッテリーの充電済みの蓄電量で変化し、発電電力が充電に必要な電力以上発生しても、蓄電量が多い場合は充電作用に使われなかった余った電力はロスすることになり、充電効率が悪いという問題が生じる。
【０００８】
特許文献3の方式では同時に複数個のバッテリーを個別に充電するため、相互充電作用は起きないが、充電するのに大きな電力が必要であり、発電電力が大きい時は十分に充電が可能であるが、発電電力が少ない時は充電に長い時間が必要となる場合や、全く充電できない場合もあり、充電効率が悪くなるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、発電電力が大きく変動する電源でも、余剰電力をロスすることなく、発電電力にあわせて効率よくバッテリーを充電できるとともに、複数のバッテリーの並列接続時にバッテリー間の電圧差による相互充電作用を防止可能な充放電制御方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、充放電可能な複数のバッテリーを内蔵した電子機器の充放電制御装置であって、自然エネルギー発電による充電電源と前記複数のバッテリーのそれぞれを接続する充電スイッチと、負荷である電子回路と前記複数のバッテリーのそれぞれを接続する放電スイッチと、前記複数のバッテリーの電圧を比較する電圧比較回路と、前記複数のバッテリーから選択された２つのバッテリー間を一方向にのみ電流を通す逆流防止手段を介して接続するバッテリー間接続スイッチと、前記電圧比較回路の比較結果に基づいて前記充電スイッチ、前記放電スイッチ及び前記バッテリー間接続スイッチを制御するバッテリー接続制御回路とを含み、前記バッテリー間接続スイッチは、前記複数のバッテリーにおける２つのバッテリーの全ての組み合わせを接続するように複数設けられ、且つ前記２つのバッテリー間において前記逆流防止手段の電流を通す方向が順方向と逆方向となるように前記バッテリー間接続スイッチが２つ設けられ、前記バッテリー接続制御回路は、前記複数のバッテリーのうち最も電圧の高いバッテリーから前記電子回路に放電するように前記放電スイッチを制御し、前記複数のバッテリーのうち少なくとも最も電圧の低いバッテリーに前記充電電源から充電されるように前記充電スイッチを制御し、前記バッテリー間接続スイッチのうち、電圧の高いバッテリーから電圧の低いバッテリーに電流が流れ込まない接続となるように、前記バッテリー間接続スイッチを制御して前記複数のバッテリーを電圧の順に直列に接続することを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記バッテリー接続制御回路は、前記電圧比較回路の比較結果に基づく前記充電スイッチ、前記放電スイッチ及び前記バッテリー間接続スイッチの制御動作を所定間隔で繰り返し行うことが好ましい。
【００１２】
また、前記バッテリー接続制御回路が前記制御動作を実行する間隔を、前記充電電源によるバッテリーの充電電圧の電圧値及び前記電子回路が受電するバッテリーの放電電圧の電圧値のうち少なくとも一方に基づいて変化させて制御する間隔制御回路を更に含むことが好ましい。
【００１３】
また、前記間隔制御回路は、前記バッテリー接続制御回路が前記制御動作を実行する間隔を、前記充電電源によるバッテリーの充電電圧の電圧値に基づいて制御する場合、前記充電電圧が高い時は前記制御動作の間隔を短くし、前記充電電圧が低い時は前記制御動作の間隔を長くするように制御することが好ましい。
【００１４】
また、前記間隔制御回路は、前記バッテリー接続制御回路が前記制御動作を実行する間隔を、前記電子回路が受電するバッテリーの放電電圧の電圧値に基づいて制御する場合、前記放電電圧が高い時は前記の制御する動作の間隔を長くし、前記放電電圧が低い時は前記の制御する動作の間隔を短くするように制御するが好ましい。
【００１５】
また、前記充電電源と前記充電スイッチとの間に接続され、前記充電電流の値を測定する充電電流検知回路と、前記放電スイッチと前記電子回路のと間に接続され、前記放電電流の値を測定する放電電流検知回路と、前記充電電流と前記放電電流とを比較する電流比較回路とを更に含み、前記間隔制御回路は、前記放電電流よりも前記充電電流が大きい場合、前記充電電圧が高い時は前記制御動作の間隔を短くし、前記充電電圧が低い時は前記制御動作の間隔を長くするように制御し、前記充電電流よりも前記放電電流が大きい場合、前記放電電圧が高い時は前記の制御する動作の間隔を長くし、前記放電電圧が低い時は前記の制御する動作の間隔を短くするように制御することが好ましい。
【００１６】
また、前記バッテリー接続制御回路は、前記電圧比較回路が前記複数のバッテリーの電圧を比較している間は、前記充電電源と前記複数のバッテリーとが切断されるように前記充電スイッチを制御することが好ましい。
【００１７】
また、前記バッテリーが電気二重層コンデンサまたは電気二重層キャパシタであることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の他の態様は、自然エネルギー発電による充電電源と充放電可能な複数のバッテリーのそれぞれを接続する充電スイッチと、負荷である電子回路と前記複数のバッテリーのそれぞれを接続する放電スイッチと、前記複数のバッテリーから選択された２つのバッテリー間を一方向にのみ電流を通す逆流防止手段を介して接続するバッテリー間接続スイッチとを含み、前記複数のバッテリーを内蔵した電子機器の充放電を制御する充放電制御方法であって、前記バッテリー間接続スイッチは、前記複数のバッテリーにおける２つのバッテリーの全ての組み合わせを接続するように複数設けられ、且つ前記２つのバッテリー間において前記逆流防止手段の電流を通す方向が順方向と逆方向となるように前記バッテリー間接続スイッチが２つ設けられており、前記複数のバッテリーの電圧を比較し、前記電圧比較回路の比較結果に基づいて前記充電スイッチ、前記放電スイッチ及び前記バッテリー間接続スイッチを制御し、前記複数のバッテリーのうち最も電圧の高いバッテリーから前記電子回路に放電するように前記放電スイッチを制御し、前記複数のバッテリーのうち少なくとも最も電圧の低いバッテリーに前記充電電源から充電されるように前記充電スイッチを制御し、前記バッテリー間接続スイッチのうち、電圧の高いバッテリーから電圧の低いバッテリーに電流が流れ込まない接続となるように、前記バッテリー間接続スイッチを制御して前記複数のバッテリーを電圧の順に並列に接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、発電電力が大きく変動する電源でも、余剰電力をロスすることなく、発電電力にあわせて効率よくバッテリーを充電できるとともに、複数のバッテリーの並列接続時にバッテリー間の電圧差による相互充電作用を防止可能な充放電制御方式を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る実施形態の全体構成を示す構成図である。
【図２】充放電スイッチ及びバッテリー間接続スイッチの詳細図である。
【図３】バッテリー電圧比較回路の真理値表である。
【図４】ラッチ回路のＤ−ＦＦの真理値表である。
【図５】ラッチクロック選択回路の真理値表である。
【図６】充電電流検知回路と放電電流検知回路と充電放電電流比較回路の詳細図である。
【図７】充電電圧−周波数変換回路の詳細図である。
【図８】図7の充電電圧−周波数変換回路の出力特性図である。
【図９】放電電圧−周波数変換回路の詳細図である。
【図１０】放電電圧−周波数変換回路の出力特性図である。
【図１１】充電バッテリー選択回路の詳細図である。
【図１２】放電バッテリー選択回路の詳細図である。
【図１３】バッテリー間接続スイッチ選択回路の詳細図である。
【図１４】充電バッテリー選択回路の真理値表である。
【図１５】放電バッテリー選択回路の真理値表である。
【図１６】バッテリー間接続スイッチ選択回路の真理値表である。
【図１７】本発明の実施形態のバッテリーの充電状況を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態のバッテリーの充放電状況を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態のバッテリーの放電状況を示す図である。
【図２０】太陽電池の出力特性例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の制御方式を適用した電子装置の全体構成を示す構成図である。本実施形態では３つのバッテリーを内蔵した電子装置について記述されている。最初に全体の構成について説明する。
【００２２】
まず充電に関わる回路としては、電子装置の内部あるいは外部に設けられた太陽電池などの充電電源１と、充電電源１の過電圧を防止するツェナーダイオード３７と、充電電源１と負荷回路２０を接続するショットキーバリアダイオード３６と、バッテリーに流れる充電電流を検知する充電電流検知回路２と、充電電流検知回路２を介して充電電源１とバッテリーＡ７を接続する充電スイッチであるＳＷ（ＡＪ）４と、バッテリーＢ８を接続する充電スイッチであるＳＷ（ＢＪ）５と、バッテリーＣ９を接続する充電スイッチであるＳＷ（ＣＪ）６と、各充電スイッチに接続された、バッテリーＡ７とバッテリーＢ８とバッテリーＣ９が設けられている。
【００２３】
充電スイッチは図２に示すような構造となっており、内部にＰ型ＭＯＳＦＥＴ３８、ショットキーバリアダイオード４１、抵抗３９及び抵抗４０を含み、各自が図のように接続されている。スイッチ制御信号の電圧を入力電圧（Ｈレベル）よりもある程度低くすると（Ｌレベルにすると）、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３８がオンし、ソース−ドレイン間が通電する。
【００２４】
スイッチの出力側にはショットキーバリアダイオード４１があり、スイッチに順バイアスが加わっている時に、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３８がオンした場合はスイッチの入力側から出力側のみに電流が流れ、スイッチに逆バイアスが加わっている時はＰ型ＭＯＳＦＥＴ３８のオン・オフにかかわらずスイッチに電流は流れない。この後に説明するバッテリー間接続スイッチと放電スイッチも図２のスイッチと構造・機能は同じである。各充電スイッチは充電バッテリー選択回路３１により制御されている。即ち、各充電スイッチの制御に際しては、充電バッテリー選択回路３１がバッテリー接続制御回路として機能する。
【００２５】
図１では充電電流検知回路２と各充電スイッチの間の電圧を充電電圧ＶＪと表記していて、この充電電圧ＶＪをＶＪの電圧値に反比例する周期をもつパルス列の出力に変換する充電電圧−周波数変換回路２２が設けられている。図７は充電電圧−周波数変換回路２２の構成図であり、一般に知られている電圧−周波数変換回路である。この回路はオペアンプを使用した積分回路４６と単安定マルチバイブレーター回路４７、リチャージ回路４８とバッファー４９から構成されている。
【００２６】
この電圧−周波数変換回路の動作は、入力された充電電圧の電圧値に比例した速さで積分回路４６の出力がマイナス方向に増大し、この出力がある一定値に達した時に単安定マルチバイブレーター回路４７がごく短いパルスを１発出力する。このパルスによりリチャージ回路４８が積分回路４６をリセットし、積分回路４６の出力はゼロに戻り最初の状態に戻る。この動作が繰り返される。
【００２７】
充電電圧ＶＪが高ければ積分回路４６の出力がある一定値に達する時間が短く、充電電圧が低ければ時間は長くなる。これにより充電電圧の電圧値に反比例する周期で定期的にパルスを発生させる。バッファー４９は単安定マルチバイブレーター回路４７が出力するパルスをＣＭＯＳやＴＴＬで入力できる電圧レベルに変換する。バッファー４９から出力されるパルスは図７のクロック出力の下に記載されている図称のような、ごく短い間だけＨレベルで、それ以外はＬレベルとなるパルスで、周期Ｔで繰り返し発生しパルス列となる。
【００２８】
図８は充電電圧−周波数変換回路２２の変換特性を示している。発生するパルス列は充電電圧の電圧値に反比例する周期になり、周波数は１／周期となるので充電電圧の電圧値に比例した周波数となる。充電電圧値が高い場合は発生するパルス列の周期は短くなり、充電電圧値が低い場合は発生するパルス列の周期は長くなる。このパルス列は充電クロック信号としてラッチクロック選択回路３４に供給される。
【００２９】
次にバッテリー電圧比較回路２３について説明する。図１ではバッテリーＡ７の端子電圧をＶａ、バッテリーＢ８の端子電圧をＶｂ、バッテリーＣ９の端子電圧をＶｃと表記している。このバッテリーの端子電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃはバッテリー電圧比較回路２３のコンパレータａ２４でＶａとＶｂが比較され、コンパレータｂ２５でＶｂとＶｃが比較され、コンパレータｃ２６でＶｃとＶａが比較され、それぞれの比較結果として、Ａ−Ｂ比較結果信号、Ｂ−Ｃ比較結果信号、Ｃ−Ａ比較結果信号が出力される。
【００３０】
図３はこのバッテリー電圧比較回路２３の真理値表である。３つのバッテリーの電圧順序によって各比較結果信号がどのような値を出力するかを表している。このバッテリー電圧比較回路２３での各バッテリー電圧の比較は逐次行われており、各バッテリーの端子電圧の順序に変化があった場合はすぐに出力に反映される。
【００３１】
次にバッテリー間接続スイッチについて説明する。スイッチの構造・機能は図２で説明したとおりである。バッテリーＡ７とバッテリーＢ７との間には、バッテリーＡ７の端子電圧Ｖａの方がバッテリーＢ８の端子電圧Ｖｂよりも高い場合に、オンした時に内部のショットキーバリアダイオード４１が順バイアスとなり、バッテリーＡ７からバッテリーＢ８にのみ電流が流れるバッテリー間接続スイッチであるＳＷ（Ａ−Ｂ）１０が設けられている。また、バッテリーＢ８の端子電圧Ｖｂの方がバッテリーＡ７の端子電圧Ｖａよりも高い場合に、オンした時に内部のショットキーバリアダイオード４１が順バイアスとなり、バッテリーＢ８からバッテリーＡ７にのみ電流が流れるバッテリー間接続スイッチであるＳＷ（Ｂ−Ａ）１１が設けられている。
【００３２】
バッテリー間接続スイッチであるＳＷ（Ａ−Ｂ）１０は、バッテリーＢ８の端子電圧Ｖｂの方がバッテリーＡ７の端子電圧Ｖａよりも高い場合には、オンしても内部のショットキーバリアダイオード４１が逆バイアスとなり、バッテリーＢ ８からバッテリーＡ７に電流が流れることはない。また、バッテリー間接続スイッチＳＷ（Ｂ−Ａ）１１はバッテリーＡ７の端子電圧Ｖａの方がバッテリーＢ９の端子電圧Ｖｂよりも高い場合には、オンしても内部のショットキーバリアダイオード４１が逆バイアスとなり、バッテリーＡ７からバッテリーＢ８に電流が流れることはない。
【００３３】
同様にバッテリーＢ８とバッテリーＣ９との間にも、バッテリーＢ８からバッテリーＣ９にのみ電流が流れるバッテリー間接続スイッチＳＷ（Ｂ−Ｃ）１２と、バッテリーＣ９からバッテリーＢ８にのみ電流が流れるバッテリー間接続スイッチＳＷ（Ｃ−Ｂ）１３が設けられている。さらに、バッテリーＣ９とバッテリーＡ７との間にも、バッテリーＣ９からバッテリーＡ７にのみ電流が流れるバッテリー間接続スイッチＳＷ（Ｃ−Ａ）１４と、バッテリーＡ７からバッテリーＣ９にのみ電流が流れるバッテリー間接続スイッチＳＷ（Ａ−Ｃ）１５が設けられている。
【００３４】
このように、本実施形態に係る各バッテリーは、２つずつの全ての組み合わせにおいて、バッテリー間接続スイッチによって接続されている。更には、バッテリー間接続スイッチに設けられたショットキーバリアダイオード４１によって、夫々のスイッチを介しては一方から他方にのみ電流が流れるように構成されており、且つ夫々の組み合わせにつき、逆流防止手段であるショットキーバリアダイオードの向きが準方向と逆方向となる、２つのバッテリー間接続スイッチによって接続されている。各バッテリー間接続スイッチはバッテリー間接続スイッチ選択回路３２により制御されている。即ち、各バッテリー間接続スイッチの制御に際しては、バッテリー間接続スイッチ選択回路３２がバッテリー接続制御回路として機能する。
【００３５】
次に放電に関わる回路について説明する。バッテリーＡ７は放電スイッチであるＳＷ（ＡＨ）１６に、バッテリーＢ８は放電スイッチであるＳＷ（ＢＨ）１７に、バッテリーＣ９は放電スイッチであるＳＷ（ＣＨ）１８にそれぞれ接続されており、各放電スイッチは放電電流検知回路１９を通して負荷回路２０と放電電圧を平滑する電解コンデンサ３５に接続されている。各放電スイッチは放電バッテリー選択回路３３により制御されている。即ち、各放電スイッチの制御に際しては、放電バッテリー選択回路３３がバッテリー接続制御回路として機能する。図１では各放電スイッチと放電電流検知回路１９との間の電圧を放電電圧ＶＨと表記していて、この放電電圧ＶＨの電圧値に比例する周期をもつパルス列の出力に変換する放電電圧−周波数変換回路２１が設けられている。
【００３６】
図９は放電電圧−周波数変換回路２１の構成図である。この回路は充電電圧−周波数変換回路２２の入力にオペアンプを使用した反転増幅器５０を接続した以外は充電電圧−周波数変換回路２２と構成は同じである。この反転増幅器５０は電源電圧＋Ｖ（＋２４Ｖ）の半分の値（＋１２Ｖ）を基準に入力電圧を反転させる機能を持つ。入力電圧が＋１５Ｖであった場合出力は＋９Ｖとなり、入力電圧が＋９Ｖであった場合＋１５Ｖを出力する。この反転増幅器５０により充電電圧の電圧値に比例する周期で定期的にパルスを発生させる。
【００３７】
図１０は放電電圧−周波数変換回路２１の変換特性を示している。発生するパルス列は放電電圧の電圧値に比例する周期になり、周波数は１／周期となるので放電電圧の電圧値に反比例した周波数となる。放電電圧値が高い場合は発生するパルス列の周期は長くなり、放電電圧値が低い場合は発生するパルス列の周期は短くなる。このパルス列は放電クロック信号としてラッチクロック選択回路３４に
供給される。
【００３８】
次に充電電流検知回路２と放電電流検知回路１９と充電放電電流比較回路３について説明する。図６はそれぞれの回路の構成を示している。充電電流検知回路２と放電電流検知回路１９は同じ回路で、電流検出抵抗４２と、この抵抗に充放電電流が流れることにより発生する抵抗の両端の電圧を増幅するオペアンプ４３による差動増幅器４５から構成されている。充電放電電流比較回路３はコンパレータ４４とバッファー４９から構成され、充電電流検知回路２と放電電流検知回路１９の出力電圧を比較し、充電電流の方が放電電流よりも大きい場合はＨレベルを、又、放電電流の方が充電電流よりも大きい場合はＬレベルを、充電／放電クロック切替信号としてラッチクロック選択回路３４に出力する。
【００３９】
次にクロックに関わる回路について説明する。クロックは充電電圧−周波数変換回路２２が出力する充電クロック信号と放電電圧−周波数変換回路２１が出力する放電クロック信号と外部クロック信号の３本がある。これらのクロックはラッチクロック選択回路３４により選択され、ラッチ回路２７のラッチクロック信号として使用される。
【００４０】
ラッチクロック選択回路３４は図１で示すようにロジックゲートで構成されており、クロック選択信号で外部クロック信号と内部クロック信号（充電クロック信号又は放電クロック信号）を選択できるようになっている。ラッチクロック選択回路３４において、内部クロック信号が選択された場合は充電放電電流比較回路３の出力する充電／放電クロック切替信号により、充電クロック信号又は放電クロック信号のいずれかがラッチクロック選択回路３４によりラッチ回路２７のラッチクロック信号として出力される。ラッチクロック信号は通常Ｈレベルでごく短い間だけＬレベルになる。図５はラッチクロック選択回路３４の真理値表である。
【００４１】
外部クロック信号としては、負荷回路のＣＰＵなどから充放電電圧値によるクロックとは異なる特性を持つクロックの供給を受けることが可能である。次にラッチ回路２７であるが、図１に示すようにＤタイプのフリップ・フロップ（Ｄ−ＦＦ）３個から構成されている。図４はＤタイプのフリップ・フロップ（Ｄ−ＦＦ）の真理値表である。クロック(ＣＬＫ)の立ち上がりでデータ（Ｄ）端子の信号をラッチし出力（Ｑ）と反転出力（／Ｑ）として出力し保持する。
【００４２】
図１でラッチ回路２７のＤ−ＦＦａ２８は、バッテリー電圧比較回路２３の出力するＡ−Ｂ比較結果信号をラッチクロック信号の立ち上がりでラッチしＡ−Ｂ比較結果ラッチ信号として出力する。同じように、Ｄ−ＦＦｂ２９はＢ−Ｃ比較結果信号をラッチしＢ−Ｃ比較結果ラッチ信号として出力する。又、Ｄ−ＦＦｃ３０はＣ−Ａ比較結果信号をラッチしＣ−Ａ比較結果ラッチ信号として出力する。これらの比較結果ラッチ信号は充電バッテリー選択回路３１やバッテリー間接続スイッチ選択回路３２及び放電バッテリー選択回路３３に入力される。
【００４３】
次に充電バッテリー選択回路３１について説明する。図１１は充電バッテリー選択回路３１の構成を示している。この回路はロジックゲートで構成されておりラッチ回路２７か出力する各比較結果ラッチ信号から最も端子電圧の低いバッテリーを選択して、ラッチクロック信号を反転した信号と論理和・ＯＲをとり、該当するバッテリーの充電スイッチのみをオンさせる。ラッチクロック信号を反転した信号と論理和・ＯＲをとるのは、ラッチ回路２７が各比較結果信号をラッチする前に、全ての充電バッテリー選択信号をＨレベルにして全ての充電スイッチをオフにし、充電電源１と各バッテリーの接続を切断して、バッテリー電圧比較回路２３が充電電源の充電電圧ＶＪに影響されないで、正しいバッテリー電圧を比較できるようにするためである。
【００４４】
ラッチクロック信号を反転した信号は通常はＬレベルで、ごく短い間だけＨレベルになり、ＨレベルからＬレベルへの立ち下がりでラッチ回路２７が、バッテリー電圧比較回路２３が出力する各比較結果信号をラッチする為、ラッチクロック信号を反転した信号と各バッテリー選択信号を論理和・ＯＲすることで、ラッチ回路２７がラッチする直前に全てのバッテリー選択信号を強制的にＨレベルにし、全ての充電スイッチをオフにすることが出来る。この充電バッテリー選択回路３１の真理値表を図１４に示す。
【００４５】
図１４の表は、バッテリー比較回路２３の比較結果をラッチ回路２７でラッチしたＡ−Ｂ比較、Ｂ−Ｃ比較、Ｃ−Ａ比較夫々の比較結果ラッチ信号によって、充電バッテリー選択回路３１がどのようなバッテリー選択信号を出力し、充電スイッチがどのような状態になり、どのバッテリーが充電されるかを表している。この図１４はラッチクロック信号が通常のＨレベルの状態の時の真理値表である。ラッチ直前のラッチクロック信号がＬレベルの時は全てのバッテリー選択信号はＨレベルで、全ての充電スイッチはオフとなる。この充電バッテリー選択回路３１の各バッテリー選択信号を出力するＯＲゲートはオープンコレクター出力となっている。
【００４６】
次に放電バッテリー選択回路３３について説明する。図１２は放電バッテリー選択回路３３の構成を示している。この回路もロジックゲートで構成されておりラッチ回路２７が出力する各比較結果ラッチ信号から最も端子電圧の高いバッテリーを選択して、該当するバッテリーの放電スイッチのみをオンさせる。この放電バッテリー選択回路３３の真理値表を図１５に示す。バッテリー比較回路２３の比較結果をラッチ回路２７でラッチした各比較結果ラッチ信号によって放電バッテリー選択回路がどのようなバッテリー選択信号を出力し、放電スイッチがどのような状態になり、どのバッテリーから放電されるかを表している。この放電バッテリー選択回路３３の各バッテリー選択信号を出力するＮＡＮＤゲートはオープンコレクター出力となっている。
【００４７】
次にバッテリー間接続スイッチ選択回路３２について説明する。図１３はバッテリー間接続スイッチ選択回路３２の構成を示している。この回路もロジックゲートで構成されておりラッチ回路２７か出力する各比較結果ラッチ信号により、最も端子電圧の低いバッテリーと端子電圧が中間のバッテリー、端子電圧が中間のバッテリーと最も端子電圧が高いバッテリーのそれぞれの間を、端子電圧が高いバッテリーから低いバッテリーに電流の流れ込みが起きないように、バッテリー間接続スイッチの内蔵するショットキーバリアダイオードが逆バイアスとなる方向のバッテリー間接続スイッチをオンにして接続する。
【００４８】
図１６はバッテリー間接続スイッチ選択回路３２の真理値表である。バッテリー電圧順序の組合わせで、バッテリー電圧比較回路２３の比較結果をラッチした比較結果ラッチ信号によって、バッテリー間接続スイッチ選択回路３２がどのようなＳＷ  ＯＮ信号を出力し、バッテリーがどのような順序で接続されるかを示している。例えば図１６のＮｏ１の項で、バッテリー電圧Ｖａが最も高く、Ｖｂが中間、Ｖｃが最も低い端子電圧であった場合、ラッチ回路２７か出力する各比較結果ラッチ信号はＡ−Ｂ比較結果がＨ、Ｂ−Ｃ比較結果がＨ、Ｃ−Ａ比較結果がＬとなる。この場合、先に説明した充電バッテリー選択回路３１は充電電源からバッテリーＣ９に充電する充電スイッチＳＷ（ＣＪ）６をオンにし、放電バッテリー選択回路３３はバッテリーＡ７から負荷回路に放電する放電スイッチＳＷ（ＡＨ）１６をオンにする。
【００４９】
バッテリー間接続スイッチ選択回路３２はバッテリー間接続スイッチのＳＷ（Ｃ−Ｂ）１３とＳＷ（Ｂ−Ａ）１１をオンにするＳＷ  ＯＮ信号としてＬを出力し、３つのバッテリー間は接続される。接続順序は充電電源、バッテリーＣ９、バッテリーＢ８、バッテリーＡ７、負荷回路となる。バッテリーＣ９とバッテリーＢ８間はバッテリーＢ８のＶｂの方がＶｃよりも電圧が高く、バッテリー間接続スイッチＳＷ（Ｃ−Ｂ）１３の内蔵ショットキーバリアダイオードが逆バイアスとなり、バッテリーＢ８からバッテリーＣ９には電流の流れ込みは生じない、これはバッテリーＡ７とバッテリーＢ８の間でも同様である。
【００５０】
このようにバッテリー間接続スイッチ選択回路３２は充電電源が接続されている最も端子電圧が低いバッテリーと端子電圧が中間のバッテリー、端子電圧が中間のバッテリーと負荷回路が接続されている最も端子電圧が高いバッテリーのそれぞれの間を、端子電圧が高いバッテリーから低いバッテリーに電流の流れ込みが起きないように並列に接続する。このバッテリー間接続スイッチ選択回路３２の各ＳＷ  ＯＮ信号を出力するＮＡＮＤゲートはオープンコレクター出力となっている。
【００５１】
最後に負荷回路２０であるが、電子装置を動作させる回路であり、図称にはないが本実施形態の充放電制御回路を動作させる電源を生成する電源回路も含まれる。
【００５２】
次に本実施形態の動作について図１７、図１８、図１９、図２０を用いて説明する。図１７の接続図は図１６のＮｏ１の項のバッテリー電圧がＶａ＞Ｖｂ＞Ｖｃの状態の時に、バッテリーがどのような接続となるかを示している。
【００５３】
充電電源１の発電状態が良好で活発に発電し、発電する充電電圧ＶＪが最も端子電圧が高いバッテリーＡ７の端子電圧Ｖａよりも高い状態であるＶＪ＞Ｖａの場合について説明する。充放電スイッチ及びバッテリー間接続スイッチには逆流防止のショットキーバリアダイオード４１が内蔵されており、充電電源1と負荷回路２０の間にも逆流防止のショットキーバリアダイオード３６が接続されている。
【００５４】
図１７においては、これらのショットキーバリアダイオードによる順方向の電圧降下をダイオード順電圧Ｖｄと表記しており、その値は０．５Ｖくらいである。図１７ではＶＪ＞Ｖａのため、負荷回路２０には充電電源１からダイオードの
Ｖｄによる電圧降下を引いたＶＪ−Ｖｄの電圧で電源が供給されている。バッテリーの接続順序はバッテリーＣ９の端子電圧が最も低いため、充電バッテリー選択回路３１により充電スイッチＳＷ（ＣＪ）６がオンして充電電源１はバッテリーＣ９に接続されており、バッテリーＡ７の端子電圧が最も高いため、放電バッテリー選択回路３３により放電スイッチＳＷ（ＡＨ）１６がオンして、バッテリーＡ７は負荷回路２０に接続されている。しかし、ＶＪ＞Ｖａのため放電スイッチＳＷ（ＡＨ）１６の内蔵ダイオードが逆バイアスとなりバッテリーＡ７から負荷回路に放電は行われない。
【００５５】
バッテリー間接続スイッチ選択回路３２により最も端子電圧が高いバッテリーＡ７と中間の電圧のバッテリーＢ８の間はバッテリー間接続スイッチＳＷ（Ｂ−Ａ）１１がオンしており、中間の電圧のバッテリーＢ８と最も端子電圧が低いバッテリーＣ９の間はバッテリー間接続スイッチＳＷ（Ｃ−Ｂ）１３がオンしている。バッテリー間接続スイッチＳＷ（Ｂ−Ａ）１１とＳＷ（Ｃ−Ｂ）１３は内蔵ダイオードがともに逆バイアスとなり、各バッテリーの端子電圧に差があっても、バッテリーＡ７からバッテリーＢ８に、又、バッテリーＢ８からバッテリーＣ９には電流の流れ込みが発生しない。
【００５６】
充電電源１の充電電圧がバッテリーＣ９の端子電圧ＶｃとＶｄを加えた値以上（ＶＪ＞Ｖｃ+Ｖｄ）あればバッテリーＣ９は充電電源１から充電される。又、バッテリーＢ８は充電スイッチＳＷ（ＣＪ）６、バッテリー間接続スイッチＳＷ（Ｃ−Ｂ）１３の２つのダイオードによる電圧降下分２ＶｄとバッテリーＢ８の端子電圧Ｖｂと加えた値以上（ＶＪ＞Ｖｂ＋２Ｖｄ）の充電電圧ＶＪがあれば充電される。同じようにバッテリーＡ７はバッテリー電圧Ｖａと３つのＶｄを加えた値以上（ＶＪ＞Ｖａ＋３Ｖｄ）の充電電圧ＶＪがあれば充電される。つまり充電電源の発電電力に比例する発電電圧ＶＪ及び各バッテリーの端子電圧（蓄電状態）とダイオード順電圧Ｖｄによって、充電できるバッテリーの個数が変化する。
【００５７】
発電電源の出力特性に合わせてダイオード順電圧Ｖｄが適切な値のダイオードを使用すれば、充電電源１の発電が活発で発電電力が多く発電電圧ＶＪが高い場合は全てのバッテリーを充電し、発電電力があまり多くなく発電電圧ＶＪがあまり高くない場合は、各バッテリーの端子電圧とダイオード順電圧Ｖｄによって１個から２個のバッテリーを充電するように設定することができる。また、バッテリーの消耗又はバッテリーを部品交換するなどして他のバッテリーと比べて端子電圧が低いバッテリーがあった場合には、端子電圧が低いバッテリーに重点的に充電することができる。
【００５８】
図２０は一般的な太陽電池モジュールの出力特性図である。太陽電池は受光する光の放射照度によって発電電力量が変化する。図２０では放射照度が１０００Ｗ／ｍ２、７５０Ｗ／ｍ２、５００Ｗ／ｍ２、２５０Ｗ／ｍ２の時の発電電圧と発電電流の関係を表したものである。放射照度が変化することにより発電電流が大きく変化することがわかる。各放射照度で発電できる発電電流には上限があり、それ以上の電流を負荷回路が消費しようとすると、発電電圧が急速に低下してしまう特徴がある。
【００５９】
図２０を用いて先ほどの図１７でのバッテリー充電について説明する。便宜的に電子装置の定常的な消費電流を０．０５Ａとし、一つのバッテリーの最大充電電流が０．４Ａで、各スイッチに内蔵されているショットキーバリアダイオードのダイオード順電圧Ｖｄを０．５Ｖとし、各バッテリーの端子電圧が約１２Ｖ前後であり、バッテリーの電圧順序がＶａ＞Ｖｂ＞Ｖｃであった場合を考える。
【００６０】
この場合、バッテリーＣ９を充電するためには発電電流０．０５Ａ＋０．４Ａ＝０．４５Ａ以上、また、発電電圧１２Ｖ＋Ｖｄ＝１２．５Ｖ以上の発電電力が必要である。従って、放射照度は２５０Ｗ/ｍ2以上必要で、図２０ではＢ点以上の発電電力があれば充電できる。発電電圧１２．５Ｖ以下ではバッテリーＣ９は充電されず、バッテリーＣ９には充電電流は流れない。
【００６１】
また、バッテリーＣ９とバッテリーＢ８を同時に充電するためには発電電流０．０５Ａ＋０．４Ａ×２＝０．８５Ａ以上また、発電電圧１２Ｖ＋２Ｖｄ＝１３Ｖ以上の発電電力が必要である。従って、放射照度は５００Ｗ／ｍ２以上必要で、図２０ではＣ点以上の発電電力があれば充電できる。発電電圧１３Ｖ以下ではバッテリーＢ８は充電されず、バッテリーＢ８には充電電流は流れない。
【００６２】
同じように、バッテリーＣ９とバッテリーＢ８とバッテリーＡ７を同時に充電するためには発電電流０．０５Ａ＋０．４Ａ×３＝１．２５Ａ以上また、発電電圧１２Ｖ＋３Ｖｄ＝１３．５Ｖ以上の発電電力が必要である。従って、放射照度は７５０Ｗ／ｍ２以上必要で、図２０ではＤ点以上の発電電力があれば充電できる。発電電圧１３．５Ｖ以下ではバッテリーＡ７は充電されず、バッテリーＡ７には充電電流は流れない。
【００６３】
以上のように本実施形態であれば、発電電力がＢ点以上あれば、少なくとも１個以上のバッテリーを充電可能である。もし従来技術で見受けられるような３つのバッテリーを直接並列接続して、同時に充電しようとする場合は、発電電流０．０５Ａ＋０．４Ａ×３＝１．２５Ａ以上また、発電電圧１２Ｖ以上の発電電力が必要である。この場合、放射照度は７５０Ｗ／ｍ２以上必要で、図２０ではＥ点以上の発電電力が必要となる。もし太陽電池の発電電力がＥ点以下に低下した場合は発電電流が足りなくなり、発電電圧が急速に低下し電子装置の最低動作電圧１０Ｖ（Ａ点）を下回り、電子装置が動作しなくなる恐れがある。
【００６４】
これに対して本実施形態では放射照度が変化して発電電流が低下しても、発電電圧の低下に合わせてバッテリー間接続スイッチ及び充電スイッチに内蔵されたダイオードが逆バイアスとなり順にバッテリーが太陽電池から切り離され、Ｂ点以下の発電電力では全てのバッテリーが充電電源から切り離され、充電電流が
減少して発電電圧の急速な低下を防止し、電子装置が動作停止するのを防止できる。
【００６５】
本実施形態では、便宜的に各スイッチに内蔵されているショットキーバリアダイオードのダイオード順電圧Ｖｄを０．５Ｖとしたが、発電電源の出力特性に合わせて適切な値のダイオードを選ぶか、ダイオードを複数個直列接続してＶｄの値を調整する必要がある。
【００６６】
図１７ではＶＪ＞Ｖａのため、充電電源から各バッテリーに充電電流は流れるが、各バッテリーから負荷回路２０には放電電流は流れない。充電電流検知回路２と放電電流検知回路１９の出力を比較する充電放電電流比較回路３は充電電流のほうが多いため、充電／放電クロック切替信号にＨレベルを出力し、ラッチクロック選択回路３４はクロック選択信号がＨレベルであれば内部クロックを選択する、これによりラッチクロック選択回路３４は充電電圧−周波数変換回路２２が発生させた充電クロック信号をラッチクロック信号として、ラッチ回路２７に出力する。
【００６７】
充電クロック信号の周期は充電電圧ＶＪに反比例する。ラッチ回路２７はバッテリー電圧比較回路２３が逐次出力する各比較結果信号をラッチクロック信号でラッチし、充電バッテリー選択回路３１とバッテリー間接続スイッチ選択回路３２と放電バッテリー選択回路３３に出力し、出力を次にラッチするまで保持する。各選択回路は充電スイッチ、放電スイッチ、バッテリー間接続スイッチを選択制御する。
【００６８】
ラッチ回路２７がラッチする間隔は図８に示したように充電電圧ＶＪに反比例し、充電電圧ＶＪが低い時は間隔を長く、充電電圧ＶＪが高い時は間隔が短くなるように設定されている。これは充電電圧ＶＪが低い時はバッテリーの充電に時間がかかるためラッチして切り替える間隔を長くするほうが有利で、充電電圧ＶＪが高い時はバッテリーの充電が短時間ですむために切り替える間隔を短くするほうが効率的であるためである。
【００６９】
図１７で充電電源１から各バッテリーに充電を続けていて、バッテリーＣ９の端子電圧ＶｃがバッテリーＢ８の端子電圧Ｖｂよりも高くなった場合（ＶＪ＞Ｖａ＞Ｖｃ＞Ｖｂ）は、バッテリー電圧比較回路２３が、変化したバッテリー電圧を比較してラッチ回路２７に変化に対応した比較結果を出力する。ラッチ回路２７は次に来るクロックで、比較結果信号をラッチして、各選択回路に出力・保持する。
【００７０】
充電バッテリー選択回路３１はバッテリーＢ８が最も端子電圧が低いバッテリーとなったため、充電スイッチＳＷ（ＣＪ）６をオフにし、ＳＷ（ＢＪ）５をオンに制御し、バッテリー間接続スイッチ選択回路はＶａ＞Ｖｃ＞Ｖｂとなったのでバッテリー間接続スイッチのＳＷ（Ｃ−Ｂ）１３とＳＷ（Ｂ−Ａ）１１をオフにし、ＳＷ（Ｂ−Ｃ）１２とＳＷ（Ｃ−Ａ）１４をオンに制御する。
【００７１】
放電バッテリー選択回路３３はバッテリーＡ 7の端子電圧Ｖａが最も高いため、引き続きＳＷ（ＡＨ）１６をオンに制御する。充電電圧ＶＪが最も電圧の高いバッテリーの端子電圧よりも高い場合は、このようにバッテリー電圧を比較してバッテリーを切り替えて充電を継続していく。
【００７２】
充電を継続した場合、最終的に各バッテリーは図２０のリミッター電圧１６Ｖまで均等に充電される。このリミッター電圧は図１の充電電源１の出力に設けられているツェナーダイオード３７のツェナー電圧で決定され、充電電源がツェナー電圧以上の発電電圧を出力しても、充電電圧ＶＪはツェナーダイオード３７のツェナー電圧にリミットされ、バッテリーに過電圧が印加されるのを防止している。
【００７３】
前に説明したＶａ＞Ｖｃ＞Ｖｂの時の接続状態を図１８に示す。図１８で太陽電池の発電電力が天候の悪化などにより低下し、発電電圧ＶＪよりもバッテリーＡ７の端子電圧Ｖａが高くなった場合、負荷回路２０にはバッテリーＡ７が放電する電力が供給される。この時Ｖａ＞ＶＪであっても、ＶＪ＞Ｖｂ+Ｖｄであれば、充電電源1からバッテリーＢ８に充電が可能で、又、ＶＪ＞Ｖｃ+2Ｖｄであれば、充電電源1からバッテリーＢ８とバッテリーＣ９に充電が可能である。図１８ではバッテリーＡ７が負荷回路に放電しており、同時に充電電源１からバッテリーＢ８とバッテリーＣ９に充電している。
【００７４】
充放電を同時に行う場合は充電電流と放電電流のどちらが大きいかを充電放電電流比較回路３で比較し充電／放電クロック切替信号によりラッチクロック選択回路３４で充電電流のほうが多ければ充電クロック信号を、放電電流のほうが多ければ放電クロック信号をラッチ回路２７に出力する。前にも記述したが充電クロック信号の周期は充電電圧ＶＪの値に反比例する。しかし、放電クロック信号の周期は放電電圧ＶＨの値に比例した図１０に示したような周期となる。放電電圧ＶＨが低下した場合、バッテリーの消耗が激しいため、放電するバッテリーを短期間で変更できるようにラッチ間隔を短くしたほうが有利なためである。
【００７５】
図１８の接続状態でバッテリーＡ７から放電を続けてバッテリーＡ７が消耗し、バッテリーＣ９の端子電圧ＶｃのほうがバッテリーＡ７の端子電圧Ｖａよりも高くなった場合、前に説明したのと同様の手順で、充電スイッチ、放電スイッチ及びバッテリー間接続スイッチを切り替えて図１９に示す接続に変更する。図１９は図１８から接続を切り替えた後に充電電源の発電電力が低下し、充電電圧ＶＪが低下又はゼロになりＶｃ＞Ｖａ＞Ｖｂ＞ＶＪの状態となった時を示している。
【００７６】
負荷回路２０には最も端子電圧が高いバッテリーＣ９が放電する電力が供給されている。放電中に負荷回路の急激な消費電流の増大があってバッテリーＣ９のＶｃが低下した場合に、バッテリーＡ７は端子電圧がＶａ＞Ｖｃ＋Ｖｄとなった場合に放電を開始し、バッテリーＣ９とともに負荷回路２０に電力を供給する。また、バッテリーＢ８は端子電圧がＶｂ＞Ｖａ＋Ｖｄとなった場合に放電を開始し、バッテリーＡ７、バッテリーＣ９とともに負荷回路２０に電力を供給する。
【００７７】
放電中は放電電圧ＶＨに比例した周期で各バッテリーの電圧順による切替えを行い、最も端子電圧の高いバッテリーに接続された放電スイッチをオンにし、最も端子電圧の低いバッテリーに接続される充電スイッチをオンにするとともに、バッテリー間で電流の流れ込みが生じない順番でバッテリー間接続スイッチを接続する。
【００７８】
充電電圧ＶＪが回復せず各バッテリーから負荷回路２０に放電を継続していくうちに、各バッテリーの端子電圧は均等に低下していき電子装置の最低動作電圧以下になった場合、電子装置は動作を停止し、本実施形態の充放電制御方式の制御回路も機能を停止する。各充放電スイッチと各バッテリー間接続スイッチは全てオフとなり、各バッテリーの更なる消耗を防止する。
【００７９】
本実施形態中ではバッテリーは電子装置内部に内蔵したものとなっているが、電子装置から個別に脱着可能とした場合にも本発明は適用可能である。また、本実施形態は充電電源として太陽電池を用いた例であるが、太陽電池の代わりに、風力発電等の環境条件により発電電力が変動する自然エネルギーを利用した充電電源にも適用可能である。
【００８０】
以上、本実施形態に係る充電制御方式によれば、発電電力が大きく変動する電源でも、余剰電力をロスすることなく、発電電力にあわせて効率よくバッテリーを充電できるとともに、バッテリーの並列接続時にバッテリーの電圧差による相互充電作用を防止可能な充放電制御方式を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１  充電電源、
２  充電電流検知回路、
３  充電放電電流比較回路、
４  ＳＷ（ＡＪ）、
５  ＳＷ（ＢＪ）、
６  ＳＷ（ＣＪ）、
７  バッテリーＡ、
８  バッテリーＢ、
９  バッテリーＣ、
１０  ＳＷ（Ａ−Ｂ）、
１１  ＳＷ（Ｂ−Ａ）、
１２  ＳＷ（Ｂ−Ｃ）、
１３  ＳＷ（Ｃ−Ｂ）、
１４  ＳＷ（Ｃ−Ａ）、
１５  ＳＷ（Ａ−Ｃ）、
１６  ＳＷ（ＡＨ）、
１７  ＳＷ（ＢＨ）、
１８  ＳＷ（ＣＨ）、
１９  放電電流検知回路、
２０  負荷回路、
２１  放電電圧−周波数変換回路、
２２  充電電圧−周波数変換回路、
２３  バッテリー電圧比較回路、
２４  コンパレータａ、
２５  コンパレータｂ、
２６  コンパレータｃ、
２７  ラッチ回路、
２８  Ｄ−ＦＦａ、
２９  Ｄ−ＦＦｂ、
３０  Ｄ−ＦＦｃ、
３１  充電バッテリー選択回路、
３２  バッテリー間接続スイッチ選択回路、
３３  放電バッテリー選択回路、
３４  ラッチクロック選択回路、
３５  電解コンデンサ、
３６  ショットキーバリアダイオード、
３７  ツェナーダイオード、
３８  Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ、
３９  抵抗、
４０  抵抗、
４１  ショットキーバリアダイオード、
４２  電流検出抵抗、
４３  オペアンプ、
４４  コンパレータ、
４５  差動増幅器、
４６  積分回路、
４７  単安定マルチバイブレーター回路、
４８  リチャージ回路、
４９  バッファー
５０  反転増幅器
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８２】
【特許文献１】特開２００７−２９１６５０号公報
【特許文献２】特開２００８−１３２６４７号公報
【特許文献３】特開２００８−２２０１０４号公報
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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