(57)【要約】【課題】電力損失を低減可能な充放電システムを提供すること。【解決手段】充放電システム９は、最大電力点にて発電可能な発電素子９１と、発電素子９１で生成された電力を蓄積可能であると共に負荷への電力供給のために放電可能な二次電池９２と、予め定められた第一期間中に発電素子９１の開放電圧を取得して、発電素子９１の現在の最大電力点を導出する制御回路８と、制御回路８で導出された最大電力点に基づき、第一期間外に発電素子９１で生成された電力を取り出す取り出し部９５と、を備えている。制御回路８はさらに、二次電池９２への充電を休止する第二期間中に、二次電池９２の電圧値を充電制御のために取得し、第二期間外には、取り出し部９５により取り出された電力の二次電池９２への充電を制御し、第一期間および第二期間は時間的に重なり合っている。【選択図】図２
2015097431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大電力点にて発電可能な発電素子と、
前記発電素子と送電経路を介して接続され、前記発電素子で生成された電力を蓄積可能であると共に負荷への電力供給のために放電可能な二次電池と、
予め定められた第一期間中に前記発電素子の開放電圧を取得して、前記発電素子の現在の最大電力点を導出する制御回路と、
前記制御回路で導出された最大電力点に基づき、前記第一期間外に前記発電素子で生成された電力を取り出す取り出し部と、を備え、
前記制御回路はさらに、前記二次電池への充電を休止する第二期間中に、前記二次電池の電圧値を充電制御のために取得し、前記第二期間外には、前記取り出し部により取り出された電力の前記二次電池への充電を制御し、
前記第一期間および前記第二期間は時間的に重なり合っている、充放電システム。
【請求項２】
前記制御回路は、前記第一期間および前記第二期間のいずれか一方を選択して、前記第一期間および前記第二期間のいずれか他方に時間的に重ね合わせる、請求項１に記載の充放電システム。
【請求項３】
前記制御回路は、
前記発電素子の発電量の変化量に基づいて、前記第二期間を選択して前記第一期間に重ねあわせ、
前記二次電池の電圧値に基づいて、前記第一期間を選択して前記第二期間に重ねあわせる、請求項１または２に記載の充放電システム。
【請求項４】
前記制御回路は、前記発電素子の発電量の変化量に基づき、前記第一期間の到来頻度を変更した場合、前記第二期間を選択して前記第一期間に重ねあわせる、請求項１〜３のいずれかに記載の充放電システム。
【請求項５】
前記制御回路は、前記二次電池の電圧値に基づき、前記第二期間の到来頻度を変更した場合、前記第一期間を選択して前記第二期間に重ねあわせる、請求項１〜４のいずれかに記載の充放電システム。
【請求項６】
前記充放電システムが所定の機器に搭載される場合において、
前記制御回路は、前記所定の機器の動作に起因して前記発電素子の開放電圧が不規則に変動すると想定される場合には、前記第二期間を前記第一期間に重ねあわせる、請求項１〜５のいずれかに記載の充放電システム。
【請求項７】
前記充放電システムが所定の機器に搭載される場合において、
前記制御回路は、前記所定の機器の動作に起因して前記発電素子の開放電圧が実質的に変動しないと想定される場合には、前記第一期間を前記第二期間に重ねあわせる、請求項１〜６のいずれかに記載の充放電システム。
【請求項８】
前記所定の機器は、連続印刷モードにおいて複数のシートに個々に画像を印刷する画像形成装置であって、
前記制御回路は、前記所定の機器の動作として連続印刷モードを継続的に実行することで、前記発電素子の開放電圧が実質的に変動しないと想定される場合には、前記第一期間を前記第二期間に重ね合わせる、請求項７に記載の充放電システム。
【請求項９】
前記充放電システムが、所定の復帰要求により動作可能な状態へと移行可能な動作モードを実行可能な画像形成装置に搭載される場合において、
前記制御回路は、前記画像形成装置において前記動作モードを実行している場合には、前記第一期間を前記第二期間に重ねあわせる、請求項１〜５のいずれかに記載の充放電システム。
【請求項１０】
前記動作モードは、前記画像形成装置に備わる定着器の予備温調が行われる待機モードである、請求項９に記載の充放電システム。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記発電素子による発電量が多い時間帯には、前記第一期間に前記第二期間を重ね合わせる、請求項１〜１０のいずれかに記載の充放電システム。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記発電素子による発電量が少ない時間帯には、前記第二期間に前記第一期間を重ね合わせる、請求項１〜１１のいずれかに記載の充放電システム。
【請求項１３】
前記制御回路は、前記発電素子による発電の機会が多い環境では、前記第一期間に前記第二期間を重ね合わせる、請求項１〜１０のいずれかに記載の充放電システム。
【請求項１４】
前記第一期間および前記第二期間のいずれか一方は、いずれか他方に重ね合わせられると共に、互いに同じ頻度に設定される、請求項１〜１３のいずれかに記載の充放電システム。
【請求項１５】
前記第一期間および前記第二期間のいずれか一方は、いずれか他方に重ね合わせられるが、異なる頻度に設定される、請求項１〜１３のいずれかに記載の充放電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電素子により生成された電力を二次電池に一旦蓄積し、その後、二次電池から負荷に電力を供給する充放電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、発電素子は、発電量に応じて出力電圧と出力電流との積が最大となる最大電力点を有する。この最大電力点は、発電量の変化に伴い変動する。それゆえ、発電素子の効率的利用の観点では、いわゆる最大電力点追従制御（以下、ＭＰＰＴという）により、最大電力点の変動に対して追従制御を行う必要がある。このようなＭＰＰＴを用いた充放電システムとして、特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
ＭＰＰＴの他の例として、電圧追従法が知られている。電圧追従法では、発電素子の開放電圧が確認され、その開放電圧の約５０％の値である最適動作点にて発電素子が発電する。以上の電圧追従法では、簡単な回路構成および制御で機能を実現できると共に、発電素子の最大電力点の変動に対し素早く追従できる点で優れている。
【０００４】
二次電池に関しては、満充電時の電圧は種類毎に決まっている。満充電後に二次電池への充電を継続すると、二次電池の性能は劣化する。また、二次電池の充電中には、内部抵抗による電圧上昇が見られる。しかし、一般的には、充電休止状態での電圧が真値であると言われる。
【０００５】
そこで、ごく短時間の充電と充電休止を繰り返して、充電休止期間における二次電池の電圧（つまり、真値）から、二次電池が満充電に至ったか否かを判断するパルス充電方式が知られている。このパルス充電方式によれば、真値による充電制御が可能となるため、二次電池の寿命に有利であると共に、二次電池を時分割で充電可能となるため、発電素子で生成した電力を二次電池に蓄積する場合に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０１５３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記充放電システムでは、開放電圧を確認する期間中には発電素子は電力を二次電池に供給できない。また、二次電池は、充電休止期間中、発電素子からの電力を蓄積することができない。
【０００８】
したがって、上記充放電システムでは、開放電圧の確認期間と、充電休止期間とがずれていると、発電素子で生成された電力を二次電池に蓄積できない期間が長期化し、電力損失が大きくなるという問題点があった。
【０００９】
それゆえに、本発明の目的は、電力損失を低減可能な充放電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一形態は、充放電システムに向けられている。この充放電システムは、最大電力点にて発電可能な発電素子と、前記発電素子と送電経路を介して接続され、前記発電素子で生成された電力を蓄積可能であると共に負荷への電力供給のために放電可能な二次電池と、予め定められた第一期間中に前記発電素子の開放電圧を取得して、前記発電素子の現在の最大電力点を導出する制御回路と、前記制御回路で導出された最大電力点に基づき、前記第一期間外に前記発電素子で生成された電力を取り出す取り出し部と、を備えている。
【００１１】
前記制御回路はさらに、前記二次電池への充電を休止する第二期間中に、前記二次電池の電圧値を充電制御のために取得し、前記第二期間外には、前記取り出し部により取り出された電力の前記二次電池への充電を制御し、前記第一期間および前記第二期間は時間的に重なり合っている。
【発明の効果】
【００１２】
上記各形態によれば、電力損失を低減可能な充放電システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の充放電システムの構成を示すブロック図である。
【図３】図２の発電素子の取付場所の一例を示す図である。
【図４】図１の発電素子が熱電変換素子の場合における出力電圧に対する発電量・出力電流の特性を示すグラフである。
【図５】図１の二次電池への充電方式（つまり、パルス充電方式）の概要を示す電圧値の経時変化を示すグラフである。
【図６】比較例に係る充放電システムと、図２の充放電システムとを、充電機会の損失（つまり、電力損失）の観点で対比した図である。
【図７】図１の定着器への温度センサの取付位置を示す模式図である。
【図８】図１の画像形成装置の動作モードの遷移を例示すると共に、定着器の温度の時間変化を示す図である。
【図９】図１の画像形成装置１の動作モード毎、および、他の動作モードへの遷移時における開放電圧の測定頻度を示す図である。
【図１０】図２の制御回路のメインフロー図である。
【図１１】図１０のＳ０２の詳細な処理の第一例を示すフロー図である。
【図１２】図１０のＳ０２の詳細な処理の第二例を示すフロー図である。
【図１３】図１０のＳ０３の詳細な処理を例示するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
《実施形態》
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る充放電システムを備えた画像形成装置について詳説する。それに先立ち、まず、図中または以下の説明において、参照符号の後に記載されたアルファベット小文字のａ、ｂ、ｃ、ｄは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）を意味する添え字とする。例えば、感光体ドラム５１ａは、イエロー用の感光体ドラム５１を意味する。
【００１５】
《画像形成装置の構成・動作》
まず、図１を参照する。画像形成装置１は、例えば、複写機、プリンタまたはファクシミリ、もしくは、これらの機能を備えた複合機であって、例えば電子写真方式およびタンデム方式により、フルカラー画像をシートＳｈ（例えば、用紙またはＯＨＰ用フィルム）に印刷する。かかる画像形成装置１には、大略的に、供給部２と、レジストローラ部３と、画像形成部４と、定着器６と、排出トレイ７と、制御回路８と、が備わっている。
【００１６】
供給部２は、大略的に、供給トレイと、供給ローラとを含む。供給トレイは、未印刷のシートＳｈが積載可能に構成される。供給ローラは、制御回路８の制御下で回転して、供給トレイからシートＳｈを一枚ずつピックアップする。このシートＳｈは、供給部２から、図１中破線で示される搬送経路ＦＰに送り出され、その後、搬送経路ＦＰ上をレジストローラ部３に向かって搬送される。
【００１７】
レジストローラ部３は、例えば二個一対のローラを含む。このローラ対は互いに当接してレジストニップを形成しており、制御回路８による制御下で回転可能に構成されている。このローラ対が停止中に、供給部２からのシートＳｈはレジストニップに突き当たり一旦停止する。その後、ローラ対は、二次転写のために回転を開始して、シートＳｈを二次転写領域（詳細は後述）に送り出す。
【００１８】
画像形成部４は、大略的に、作像ユニット４１ａ〜４１ｄと、露光装置４２と、中間転写ベルト４３と、駆動ローラ４４と、従動ローラ４５と、一次転写ローラ４６ａ〜４６ｄと、二次転写ローラ４７と、を含む。
【００１９】
作像ユニット４１ａ〜４１ｄは、画像形成装置１のフレーム（図示せず）に左から右へと直線的に並ぶように配置される。作像ユニット４１ａは、対応色の感光体ドラム５１ａを備える。感光体ドラム５１ａの周囲には、その回転方向（つまり、副走査方向）の上流側から下流側に向かって、少なくとも、帯電器５２ａと、現像器５３ａと、がこの順番で設けられている。同様に、作像ユニット４１ｂ〜４１ｄも、感光体ドラム５１ｂ〜５１ｄと、帯電器５２ｂ〜５２ｄと、現像器５３ｂ〜５３ｄと、を備えている。
【００２０】
画像形成部４において、帯電器５２ａ〜５２ｄは、典型的には、コロナ放電を利用した帯電器（コロトロンまたはスコロトロン）、もしくは近接放電を利用した帯電器（帯電ローラまたは帯電ブラシ）である。これら帯電器５２ａ〜５２ｄは、回転する感光体ドラム５１ａ〜５１ｄの周面を一様に帯電させる（帯電プロセス）。また、露光装置４２は、典型的には、所謂レーザ走査方式またはＬＥＤアレイ方式を用いることが可能である。露光装置４２は、後述の制御回路８から、各色の画像データを受信すると、色毎の画像データで変調された光ビームＢａ〜Ｂｄを生成する。そして、露光装置４２は、帯電器５２ａ〜５２ｄにより帯電させられた感光体ドラム５１ａ〜５１ｄの周面に、対応色の光ビームを主走査方向に一ライン毎に順次走査する（露光プロセス）。以上の帯電・露光プロセスによって、感光体ドラム５１ａ〜５１ｄの周面には、対応色の静電潜像が形成される。
【００２１】
画像形成部４ではさらに、感光体ドラム５１ａ〜５１ｄに形成された静電潜像に対し、現像器５３ａ〜５３ｄが対応色のトナーを供給する（現像プロセス）。この現像プロセスにより、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋ色のトナー像が感光体ドラム５１ａ〜５１ｄの周面上に形成される。ここで、以下の説明では、帯電プロセスから現像プロセスに至るまでを、画像形成プロセスという場合がある。
【００２２】
中間転写ベルト４３は、自身の外周面が感光体ドラム５１ａ〜５１ｄの上端部分と接するように、駆動ローラ４４と従動ローラ４５との間に張り渡された無端状ベルトであって、矢印Ａ１で示す方向に回転するよう構成されている。
【００２３】
一次転写ローラ４６ａ〜４６ｄは、中間転写ベルト４３の外周面を押圧して、中間転写ベルト４３の内周面を感光体ドラム５１ａ〜５１ｄに一定量押し込むように配置される。以下、中間転写ベルト４３と感光体ドラム５１ａ〜５１ｄとが接触する部分を、一次転写領域と称する。また、各一次転写ローラ４６ａ〜４６ｄには、トナーとは逆極性の一次転写電圧が印加される。このような一次転写プロセスにより、感光体ドラム５１ａ〜５１ｄ上のトナー像が中間転写ベルト４３上に転写される。ここで、中間転写ベルト４３や感光体ドラム５１ａ〜５１ｄの回転速度および配置等を適切に調整することで、各色のトナー像は中間転写ベルト４３の外周面上の同一領域に順次転写され、これによって、フルカラーの合成トナー像が中間転写ベルト４３上に形成される。このような合成トナー像は、中間転写ベルト４３の回転により、中間転写ベルト４３に担持されたまま、後述の二次転写領域まで搬送される。
【００２４】
二次転写ローラ４７は、駆動ローラ４４等により張架支持される中間転写ベルト４３を挟んで横方向から駆動ローラ４４と対向するよう配置されると共に、搬送経路ＦＰ上で中間転写ベルト４３に押し込まれるように配置される。これによって、中間転写ベルト４３と二次転写ローラ４７とは二次転写領域を形成する。この二次転写領域には、レジストローラ部３からシートＳｈが送り込まれる。また、この二次転写ローラ４７には、二次転写電圧が印加される。中間転写ベルト４３上の合成トナー像は、二次転写領域に送り込まれたシートＳｈ上に転写される。シートＳｈは、二次転写ニップから定着器６に向けて送り出される。
【００２５】
定着器６は、典型的には、互いに当接して定着ニップを形成する二個の回転体を含んでおり、定着ニップに送り込まれたシートＳｈを、一方の回転体で加熱すると共に他方の回転体で加圧する。かかる定着プロセスにより、シートＳｈ上の合成トナー像が定着させられる。このシートＳｈは、印刷物Ｓｈとして、定着器６に対して搬送経路ＦＰの下流側に設けられた排出トレイ７に排出される。
【００２６】
制御回路８は、画像形成装置１の構成各部を制御する。
【００２７】
《充放電システムの構成・動作》
周知の通り、定着器６の周辺はかなりの高温となる。かかる定着器６の廃熱により、これを固定するための金属製フレーム６６は加熱される。本画像形成装置１には、かかる金属製フレーム６６の熱から発電を行う充放電システム９が備わっている。充放電システム９は、図１，図２に示すように、上記制御回路８に加え、発電素子９１と、二次電池９２と、送電経路９３と、スイッチ部９４と、取り出し部９５と、負荷９６と、を備えている。
【００２８】
制御回路８は、ＣＰＵ８４と、ＲＯＭ８５と、ＲＡＭ８６と、ＡＤＣ８７と、Ｉ／Ｆ８８と、を含んでいる。ＣＰＵ８４は、ＲＡＭ８６を作業領域として使いつつ、ＲＯＭ８５に格納されたプログラムに従って動作し、充放電システム９の構成を制御する。ＣＰＵ８４の処理は大略的に述べると下記を含んでいる。
・制御信号によりスイッチ部９４をオフ・オンして、発電素子９１の開放電圧の測定期間（つまり、第一期間）と、それ以外の期間とを切り替える。
・発電素子９１の開放電圧に基づき、発電素子９１の最大電力点を導出する。
・最大電力点を示す電流値を定電流回路９５２に設定して、発電素子９１からの電力を最大電力点で取り出す。
・二次電池９２の充電休止期間（つまり、第二期間）と、充電可能期間とを切り替える。
・第二期間中、二次電池９２の電圧値を取得する。
【００２９】
また、制御回路８において、ＡＤＣ８７は、発電素子９１からアナログ情報として得られる開放電圧をデジタル情報に変換する。ＡＤＣ８７はさらに、二次電池９２からアナログ情報として得られる電圧値をデジタル情報に変換する。ＡＤＣ８７は、これらデジタル情報をＣＰＵ８４に送信する。Ｉ／Ｆ８８は、制御回路８と、スイッチ部９４または取り出し部９５とを接続するインターフェイス回路であって、ＣＰＵ８４で生成された各種制御信号を各部に送信する。
【００３０】
発電素子９１は、例示的には、ゼーベック効果を応用した熱電変換素子である。熱電変換素子は、例えば、異なる二つの熱電変換材料（例えば、ｎ型半導体とｐ型半導体）を直列接続し、かつ、これら熱電変換材料を温度差が生じる方向に略平行に配列して構成される。かかる二つの熱電変換材料の接合部分を、両端部に対して例えば高温にすることで、両端間にゼーベック効果による熱起電力が発生する。本実施形態では、熱電変換素子の接合部分が、画像形成装置１において下記条件（１），（２）を満たす場所に取り付けられる。
（１）画像形成装置１の動作に影響を与えない。例えば、定着ニップの温度に影響を与えない。
（２）画像形成装置１の動作モードの変更に伴う温度変化への素早く追従する。例えば、節電モード（スリープモードや低電力モード）から印刷モードに遷移した場合に、素早く温度が高くなる。
【００３１】
上記条件（１），（２）を満たす場所として、本実施形態では、発電素子９１は、搬送経路ＦＰの最下流位置近傍に設けられる。より具体的には、図１，図３に示すように、発電素子９１は、排出トレイ７における印刷物Ｓｈの載置面と、搬送経路ＦＰの最下流部分（つまり、印刷物Ｓｈの排出部分）との間には、フレーム６６が設けられている。このフレーム６６の左側面に、発電素子９１は、半導体（または導体）の接続部分が物理的に接触するように取り付けられる。具体的には、図３下段に示すように、フレーム６６の左側面は、画像形成装置１の上下方向（つまり、縦）に６０ｍｍの高さを、画像形成装置１の前後方向（つまり、横）に３８０ｍｍの長さを有する。また、図３下段には、平面視で縦１８ｍｍ×横１４ｍｍのサイズを持つ複数の発電素子（つまり、熱電変換素子）９１が示されている。これら発電素子９１は、フレーム６６の左側面に物理的に接触するように、マトリックス状（例えば、画像形成装置１の上下方向に二個、前後方向に約二十五個）に配置される。
【００３２】
また、図３には示していないが、フレーム６６の右側には、定着器６が配置されている。それゆえ、画像形成装置１が印刷モードに遷移すると、定着器６の昇温により、フレーム６６は加熱される。発電素子９１は、このフレーム６６を熱源として発電して、生成した電力を両出力端子から出力する。
【００３３】
なお、上記以外にも、熱電変換素子は、電源回路やモータのような発熱部品に取り付けられても構わない。
【００３４】
ここで、発電素子９１からの電力取り出し手法に関しては、前述の通り、ＭＰＰＴが知られている。ＭＰＰＴでは、発電素子９１の最大電力点（つまり、電圧値と電流値との積）が自動的に求められ、求めた最大電力点に基づき発電素子９１から電力が取り出される。これによって、発電素子９１の発電量を最大化することが可能となる。ここで、最大電力点は、発電素子９１の周囲環境により変動する。よって、発電素子９１の最大効率で用いるには、最大電力点の変動に追従するように、ＭＰＰＴを動的に制御することが好ましい。
【００３５】
ここで、図４は、発電素子９１が熱電変換素子の場合における、出力電圧に対する発電量の特性と、出力電圧に対する電流の特性とを示すグラフである。これら特性曲線は、周囲温度が２５℃で、発電素子９１の温度差が３０℃という条件下で得られるものである。また、発電量の特性曲線は実線で示され、電流の特性曲線は破線で示されている。
【００３６】
まず、発電量の特性は、図４に示すように、上に凸の二次関数的な曲線で表される。よって、最大電力点は、この特性曲線の頂点となる。この最大電力点における電圧値（以下、最大電力点電圧という）は、一般的に、開放電圧の値の約二分の一となると言われている。ここで、開放電圧とは、熱電変換素子の両出力端子を開放状態にした時の端子間電圧である。上記の通り、開放電圧と最大電力点電圧との間には相関関係があり、開放電圧を求めることができれば、最大電力点電圧を大まかに推定することが可能となる。
【００３７】
次に、電流の特性は、図４に示すように、傾きが負の直線で表されている。電流値は、開放電圧の場合にゼロになる。
【００３８】
以上のような相関関係を利用したＭＰＰＴは、電力追従法としてよく知られている。以下、電力追従法をより詳しく説明する。まず、発電素子９１の開放電圧が定期的に計測される。次に、開放電圧から、最大電力点を得ることが可能な電圧値（つまり、最大電力点電圧値）および電流値（つまり、最大電力点電流値）が導出される。これら電圧値および電流値で発電素子９１から電力が取り出される。
【００３９】
以上の電圧追従法によれば、最大電力点の変動に素早く追従可能となっているため、発電素子９１から電力を効率的に取り出すことが可能というメリットがある。その一方で、開放電圧を計測するために、出力端子間を開放状態にする必要があるため、その計測期間中は出力端子から電力を取り出すことができないというデメリットがある。
【００４０】
なお、本実施形態では、発電素子９１が熱電変換素子であるとして説明を続ける。しかし、これに限らず、発電素子９１は太陽電池であっても構わない。太陽電池は、発電に熱源を必要としないことから、必ずしも、上記（１），（２）の満たす場所に設置されなくても構わない。むしろ、適切な量の照度が見込まれる場所に設置されることが好ましい。また、太陽電池に対しても、上記ＭＰＰＴ（電圧追従法）を適用可能である。
【００４１】
二次電池９２に関しては、二次電池の種類（例えば、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池）毎に、満充電時の電圧が決まっている。かかる満充電時電圧に到達した後さらに充電を継続すると、二次電池９２の温度が上昇して、その性能が劣化する。また、充電休止期間中の電圧値と比較すると、充電期間中の電圧値には、内部抵抗による電圧値の上昇が観測される。よって、一般的には、充電休止状態での電圧値が真値であると言われる。
【００４２】
以上の背景から、二次電池９２の充電方式として、パルス充電方式が採用されている。パルス充電方式では、図５に示すように、充電および充電休止が繰り返され、充電休止期間中の電圧値が測定される。そして、測定された電圧値と、予め定められた充電完了の閾値電圧とが比較されて、満充電に至ったかが判断される。
【００４３】
本実施形態では、制御回路８は、第二期間としての充電休止期間と、第二期間外である充電可能期間とを定期的に切り替える。充電可能期間中、二次電池９２には、発電素子９１で生成された電力が送電経路９３を介して供給される。二次電池９２は、供給された電力を蓄積する。それに対し、充電休止期間中、二次電池９２では、例えば、電圧測定方式により、内蔵の残量検出器９２１が二次電池９２の端子間電圧を検出して、その電圧値をアナログ情報として制御回路８に出力する。ここで、本実施形態では、二次電池の残量検出方法として電圧測定方式を採り上げているが、残量検出の実現技術は様々であり、他の周知の手法（例えば、インピーダンストラック方式）を採用することも可能である。また、内蔵の残量検出器９２１に関しては、ＩＣによっても実現可能である。
【００４４】
以上のパルス充電方式によれば、電圧値の真値による充電制御が可能となるため、寿命面で有利であるとともに、時分割で充電可能となるため、本実施形態のような充放電システムに有利となっている。
【００４５】
送電経路９３は、発電素子９１と二次電池９２との間に設けられる。本実施形態では、送電経路９３において、発電素子９１側を上流といい、二次電池９２側を下流という。以上の送電経路９３には、上流側にスイッチ部９４が、下流側に取り出し部９５が設けられている。
【００４６】
スイッチ部９４は、例えばＦＥＴであり、制御信号の一種である切り替え信号によりオンオフされる。オフの期間が第一期間となり、オンの期間が、第一期間外の期間となる。スイッチ部９４がオフ（つまり、開状態）になることで、発電素子９１の出力端子間が開放状態となる。それに対し、スイッチ部９４がオン（つまり、閉状態）になることで、発電素子９１で生成された電力がスイッチ部９４を介して取り出し部９５に供給される。
【００４７】
取り出し部９５は、定電圧回路９５１と、定電流回路９５２と、を含んでいる。定電圧回路９５１は、発電素子９１の出力電圧を、二次電池９２への充電に適した電圧値に変換する。定電流回路９５２は、制御回路８からの制御信号により、最大電力点電流を出力するよう設定される。これにより、定電流回路９５２は、最大電力点に対応する電力を、二次電池９２に供給する。これによって、第一期間外には、発電素子９１は、最大電力点で発電して、生成した電力を二次電池９２に供給することが可能となる。
【００４８】
再度、図２を参照する。負荷９６は、例えば、画像形成装置１に備わる操作パネル（図示せず）、または、制御回路８に備わるＣＰＵ８４等であって、二次電池９２から給電経路９７を介して供給される電力により駆動する。なお、図２では、都合上、別位置に負荷９６とＣＰＵ８４とが示されている。
【００４９】
《充放電システムにおける同期制御》
既知の電圧追従法では、前述の通り、開放電圧の計測期間中（つまり、第一期間中）には、発電素子は二次電池に電力を蓄積できない。また、既知のパルス充電方式では、前述の通り、充電休止期間中（つまり、第二期間中）に、二次電池の電圧値が計測されるため、充電を行うことができない。これらを単純に組み合わせた充放電システム（以下、単に比較例という）では、図６上段に示すように、第一期間Ｐ１と第二期間Ｐ２とは時間的に重なり合っていない。それゆえ、比較例では、両期間Ｐ１、Ｐ２を合算した期間の間、発電素子から二次電池への充電ができなくなってしまう。その結果、二次電池に充電可能な電力の損失が大きくなってしまう。
【００５０】
上記課題に鑑み、本充放電システム９では、図６最下段に示すように第一期間Ｐ１と第二期間Ｐ２とが時間的に重なりあっている。より好ましくは、第一期間Ｐ１と第二期間Ｐ２のいずれか一方の期間内に、第一期間Ｐ１と第二期間Ｐ２のいずれか他方の期間が含まれている。さらに好ましくは、第一期間Ｐ１と第二期間Ｐ２とが互いに一致している。この場合には、第一期間Ｐ１の間に二次電池９２への充電ができなくなるだけである。よって、本充放電システム９では、発電素子９１から二次電池９２に充電される電力の損失を比較例と比べて抑えることが可能となる。
【００５１】
なお、図６下段の例では、第一期間および第二期間の頻度は同じに設定されている。しかし、これに限らず、第一期間および第二期間のいずれか一方がいずれか他方に重ね合わせられていれば、これらは異なる頻度に設定されても構わない。
【００５２】
《各種変形例》
ここで、上記の通り、最大電力点は周囲環境（例えば、温度または湿度）によって変動するだけでなく、単位時間あたりの最大電力点の変化量も増減する。変化量が大きい期間には、制御回路８は、開放電圧の測定頻度を上げ、そうでない期間には、開放電圧の測定頻度を下げることが望ましい。このような制御を行うと、第一期間は第二期間から時間軸上でずれてしまうため、制御回路８は、開放電圧の測定頻度を上げた場合には、第二期間を第一期間に時間的に重ねあわせることが好ましい。逆に、この測定頻度を下げた場合には、第一時間を第二期間に重ね合わせることが好ましい。
【００５３】
また、二次電池９２に関しても、充電速度は時間に対して一定ではなく変化する。満充電まで余裕がある場合には、充電速度を上げても構わないので、制御回路８は、二次電池９２の電圧の測定頻度を少なくし、そうでない期間には、その測定頻度を上げることが望ましい。このような制御を行うと、第二期間は第一期間から時間軸上でずれてしまうため、少なくとも、制御回路８は、満充電まで余裕が無い場合には、第一期間を第二期間に時間的に重ねあわせることが好ましい。
【００５４】
以上のように、制御回路８は、好ましくは、最大電力点の単位時間あたりの変化量および満充電電圧に対する二次電池９２の現在の電圧値の差を求めて、最大電力点の変化量が大きな場合には、第二期間を選択して、これを第一期間と重なるようにする。それに対し、満充電電圧に対する差が小さい場合には、第一期間を選択して、これを第二期間と重なるようにする。
【００５５】
上述したように、発電素子９１の周囲環境が変化すると、その発電量は変化する。周囲環境としては、熱電変換素子の場合であれば温度差であり、太陽電池の場合であれば照度量である。このような周囲環境の変化に伴い、発電素子９１の最大電力点も変化するため、二次電池９２への効率的な充電を行うために、電圧追従法が充放電システム９には用いられている。電圧追従法の不利な点としては、既に述べた通り、開放電圧の測定時（つまり、第一期間中）には、電力を取り出せないことが挙げられる。ここで、説明を分かりやすくする観点で、充放電システム９における、開放電圧の測定周期の初期値を１０秒とする。具体的には、第一期間が１秒で、残りの９秒が電力の取り出しに用いられる。
【００５６】
充放電システム９の動作開始後、周囲環境の変化により、発電量の変化量が所定の基準値よりも大きくなると（つまり、最大電力点の単位時間あたりの変化量が大きくなると）、制御回路８は、開放電圧の測定周期を、例えば５秒というように相対的に短くする。このように、第一期間が到来する頻度を相対的に多くし、これによって、最大電力点の変動に素早く追従させて、発電素子９１から効率的に電力を取り出すことが可能となる。制御回路８はさらに、上記のようにして第一期間の到来頻度を多くした場合、第二期間を選択して、これを第一期間と重なるようにする。
【００５７】
その一方で、発電量の変化量が小さくなると、制御回路８は、開放電圧の測定周期を、例えば３０秒というように相対的に長くする。これにより、第一期間が到来する頻度を相対的に少なくできるため、発電素子９１から二次電池９２への充電機会の損失を抑えることが可能となり、発電素子９１から高効率に電力を取り出すことが可能となる。
【００５８】
また、二次電池９２に関しては、満充電後に充電を継続すると、電池の温度が段々と上昇する。この昇温は、供給された電力が充電に使われずに、熱に変換されたために起こる。これにより、二次電池９２の性能劣化が生じ、その寿命に影響する。よって、二次電池９２への過充電を避けることが重要となる。そのために、本充放電システム９では、パルス充電方式が用いられている。
【００５９】
しかしながら、パルス充電方式では、充電休止期間中（つまり、第二期間中）に二次電池９２の電圧値が測定されるため、充電機会の損失が生じてしまう。ここで、以下の説明を分かりやすくする観点で、充放電システム９における、二次電池９２の電圧値の測定周期は初期的に３０秒であるとする。具体的には、第二期間が１秒とし、残りの２９秒が充電に用いられる。
【００６０】
充放電システム９の動作開始後、二次電池９２の電圧値が小さく（つまり、充電量が少なく）、直ぐに満充電に至る可能性が低い場合には、制御回路８は、二次電池９２の電圧値の測定周期を、例えば６０秒というように相対的に長く設定する。これにより、第二期間が到来する頻度が相対的に少なくなるため、発電素子９１からの電力を効率的に二次電池９２に充電することが可能となる。制御回路８はさらに、上記のようにして第二期間の到来頻度を少なくした場合、第一期間を選択して、これを第二期間と重なるようにする。
【００６１】
その一方で、直ぐに満充電に至る可能性が高い場合、制御回路８は、二次電池９２の電圧値の測定周期を、例えば１５秒というように相対的に短く設定する。これにより、第二期間が到来する頻度を相対的に高くできるため、過充電に至る可能性を抑えることが可能となる。制御回路８はさらに、上記のようにして第二期間の到来頻度を多くした場合も、第一期間を選択して、これを第二期間と重なるようにする。
【００６２】
《具体的な応用例》
ところで、本充放電システム９では、発電素子９１としての熱電変換素子が、画像形成装置１内で生じる廃熱を利用して発電する。この電力は、二次電池９２に一旦蓄積された後、負荷９６に供給される。この画像形成装置１は、大略的には、節電モード（つまり、スリープモードまたはスタンバイモード）から印刷モードへと遷移して印刷を実行する。印刷モードへの遷移により、定着器６の温度が大きく変化するため、熱電変換素子の最大電力点も変動する。
【００６３】
本件発明者は、図７に示すように、画像形成装置１の定着器６の所定位置に温度センサＳｅ１〜Ｓｅ３（具体的には、熱電対またはサーミスタ）を取り付けた。具体的には、センサＳｅ１，Ｓｅ２，Ｓｅ３の取付位置は、定着器６の前端付近、中央付近、後端付近である。そして、図８に示すように、画像形成装置１を電源オフモード→連続印刷モード→スリープモードの順で稼働させた。かかる稼働中のセンサＳｅ１，Ｓｅ２，Ｓｅ３により検出された温度の時間変化が、図８下段に実線、細破線、疎破線で示されている。なお、熱電変換素子の温度差を大略的に表すために、定着器６外の雰囲気中の温度の時間変化も図８下段に一点鎖線で示されている。具体的には、温度差は、定着器６の温度と、雰囲気中の温度との差の絶対値である。
【００６４】
図８からも分かるように、画像形成装置１では、動作モードの遷移により、定着器６の温度が上昇あるいは下降しており、かかる温度変化により、発電素子９１の最大電力点が変化する。また、発電素子９１の取付場所によっても、温度変化の速度が異なるため、最大電力点が変化してしまう。しかし、画像形成装置１の動作モードの遷移に伴って、どのように温度が変化するのかは、実験を繰り返すことである程度は推測可能である。そこで、図８における時間区間Ｔ１，Ｔ３のように昇温速度または降温速度が大きな時間区間では、制御回路８が第一期間の到来頻度を上げて短時間間隔で開放電圧を測定するようプログラムされる。さらに、開放電圧を測定するたびに、発電素子９１の最大電力点が導出され、その後、定電圧回路９５１が発電素子９１の電圧値を二次電池９２の充電電圧に変換し、定電流回路９５２（図２を参照）の電流値が最大電力点に適合するよう更新されるようプログラムされる。その結果、二次電池９２には効率的に充電が行われる。
【００６５】
一方、図８における時間区間Ｔ２，Ｔ４のように昇温速度または降温速度が小さな時間区間では、制御回路８が第一期間の到来頻度を下げて、長時間間隔で開放電圧を測定するようプログラムされる。その後、上記と同様の手法で、二次電池９２への効率的な充電が行われる。
【００６６】
上記では、電源オフモード→連続印刷モード→スリープモードへと遷移する場合における温度変化を例に採り上げて説明した。しかし、これに限らず、変化で説明したが、他の動作モード（例えば、コピーモード、一枚印刷モード、スキャンモード、スタンバイモード）の組み合わせであっても良い。
【００６７】
また、温度変化が緩やかと想定される動作モード中に、何らかの温度変動が想定される場合にも、開放電圧の測定頻度を多くして、温度変動に備えるような対応をすることで、電圧追従法の性能劣化を防止できる。
【００６８】
また、動作モード変化以外でも、シートＳｈの種別（例えば、普通紙、厚紙等）、プリントページ数、シートＳｈのサイズ（例えば、Ａ４、Ａ３等）に応じて、開放電圧の測定頻度を多くしても良い。
【００６９】
上記の通り、熱電変換素子の温度差はある程度予測可能である場合、開放電圧の測定頻度と、二次電池９２の電圧値の測定頻度と、を可変とすることで、二次電池９２への効率的な充電を行っている。ここで、図９は、画像形成装置１の動作モード毎、および、他の動作モードへの遷移時における開放電圧（二次電池９２の電圧値）の測定頻度を示す図である。図９に示すように、スリープモード時、電源オフモードおよび待機モードでは、熱電変換素子の温度差が安定的で小さいと予測されるため、開放電圧等の測定頻度を相対的に少なくする。また、他モードへの遷移時には、上記の通り、開放電圧等の測定頻度を可変とする。
【００７０】
また、連続印刷モードでは、定着器６をシートＳｈが通過している最中と、そうでない場合とでは、温度差が異なる。つまり、連続印刷モードでは、シートＳｈが定着器６を通過直後または定着器６への導入直後には、開放電圧が不規則に変動すると予測されるため、開放電圧等の測定頻度を可変とする。それ以外の期間では、熱電変換素子の温度差が安定的で大きいと予測されるため、開放電圧等の測定頻度を相対的に少なくする。この場合、制御回路８はさらに、第一期間を第二期間と重なるようにする。
【００７１】
また、他モードへの遷移時には、例えば、連続印刷モードからスタンバイモードに遷移する場合には、制御回路８には動作モードの変更指示が送られてくる。ここで、スタンバイモードとは、画像形成装置１が変更指示により印刷動作可能な状態へと直ぐに移行可能な動作モードである。このスタンバイモードでは、定着器６の予備温調が実施されているため、熱電変換素子の温度差が安定的で大きいと予測されるため、開放電圧の測定頻度を少なくする。この場合、制御回路８は、第一期間を第二期間と重なるようにする。
【００７２】
画像形成装置１は、発電素子９１として、室内光にて発電可能な色素増感型の太陽電池を備えることも可能である。このような画像形成装置１は、例えばオフィスに設置される。ここで、下記の表１は、オフィスの稼働時間の一例を示す図である。
【００７３】
【表１】
2015097431.tif 000003
【００７４】
通常勤務の時間帯では、画像形成装置１には照明光が当たっているため、発電素子９１による発電量が多いと考えられる。よって、通常勤務の時間帯では、電圧追従法を優先して、開放電圧の測定期間である第一期間に、二次電池９２の充電休止期間である第二期間を重ねあわせることが好ましい。
【００７５】
それに対し、深夜の時間帯では、画像形成装置１には照明光が当たっていない可能性が極めて高いので、発電量は少ないと考えられる。よって、深夜の時間帯では、二次電池９２への充電を優先して、第二期間に第一期間を合わせることが好ましい。
【００７６】
また、早朝勤務、残業または休憩の時間帯では、画像形成装置１に内蔵の照度センサにより照明光量を検出し、この検出値が所定の基準値を超えていれば、第一期間を優先し、そうでなければ第二期間を優先する。なお、このような制御は、通常勤務の時間帯に実行されても構わない。
【００７７】
また、画像形成装置１は、休日には上記のような時間帯別の処理を行わないようにすることができる。代替的には、画像形成装置１に、所定の基準値を超える照明光が当たっていれば、第一期間に第二期間を重ねあわせつつ、発電素子９１の電力を二次電池９２に充電しても構わない。また、二次電池９２の電圧値が満充電に近くなったり、満充電になったりした場合には、画像形成装置１は、強制的に、第二期間に第一期間を重ねあわせつつ、充電を継続したり、場合によっては充電動作を停止するようにしても構わない。
【００７８】
上記では、発電素子９１として太陽電子を用いた場合について説明した。しかし、これに限らず、例えば、圧電素子、熱電変換素子のような他の種類の発電素子９１を用いた場合でも、オフィスの稼働時間を考慮して、第一期間に第二期間を重ね合せたり、第二期間を第一期間に重ね合せたりしても構わない。
【００７９】
また、上記では、設置空間がオフィスの場合について説明した。しかし、これに限らず、例えば、工場、商店のように他の空間に画像形成装置１が設置される場合であっても、各設置空間における稼働時間を考慮して、第一期間に第二期間を重ね合せたり、第二期間を第一期間に重ね合せたりしても構わない。
【００８０】
また、下表２に示すように、季節ごとの日照時間は、画像形成装置１の設置地域により異なる。よって、日照時間の長い季節では、電圧追従法を優先して、開放電圧の測定期間である第一期間に、二次電池９２の充電休止期間である第二期間を重ねあわせることが好ましい。それに対し、日照時間の少ない季節では、二次電池９２への充電を優先して、第二期間に第一期間を合わせることが好ましい。
【００８１】
【表２】
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【００８２】
なお、日照時間が少ない季節であっても、画像形成装置１に内蔵の照度センサにより光量を検出し、この検出値が所定の基準値を超えていれば、第一期間を優先し、そうでなければ第二期間を優先する。また、この場合において、十分な光量が得られない場合には、二次電池９２への充電を停止しても構わない。なお、このような制御は、日照時間の長い季節に実行されても構わない。
【００８３】
また、画像形成装置１の設置環境によっては、太陽電池への主たる入射光の光源が変わる場合がある。具体的には、画像形成装置１が窓際に設置された場合、主たる入射光は太陽光となるが、窓から離れた場所に設置された場合、主たる入射光は照明光となる。このような状況を想定して、画像形成装置１に内蔵の照度センサにより光量を検出し、設置場所毎に定められた基準値をこの検出値が超えていれば、第一期間を優先し、そうでなければ第二期間を優先する。
【００８４】
また、制御回路８は、二次電池９２が満充電あるいはそれに近い状態になった場合、時間帯および設置環境にかかわらず、強制的に、第二期間に第一期間を重ね合わせるようにしたり、充電制御を停止したりする。
【００８５】
《制御回路の具体的な処理の一例》
次に、図１０のフローチャートを参照して、図１，図２の制御回路８の具体的な充電制御の一例について説明する。図１０において、制御回路８は、発電素子９１が発電可能であれば（Ｓ０１）、電圧追従法による開放電圧の測定周期（つまり、第一期間の頻度）の仮設定を行う（Ｓ０２）。次に、制御回路８は、パルス充電方式による二次電池９２の電圧値の測定周期（つまり、第二期間の頻度）の仮設定を行う（Ｓ０３）。その後、制御回路８は、第一期間および第二期間に関し仮設定した頻度のいずれか一方をいずれか他方に重ねあわせて、第一期間および第二期間を設定する（Ｓ０４）。次に、制御回路８は、発電素子９１で生成された電力の二次電池９２への充電を制御する（Ｓ０５）。このＳ０５において、制御回路８は、Ｓ０４で設定した第一期間および第二期間において開放電圧および二次電池９２の電圧値を測定する。制御回路８は、測定した開放電圧に応じて定電流回路９５２の最大電圧点電流を設定する。さらに、制御回路８は、測定した二次電池９２の電圧値を所定の基準値と比較して、満充電電圧に達したか否かを判断する（Ｓ０６）。
【００８６】
ここで、図１１は、図１０のＳ０２の詳細な処理の第一例を示すフロー図である。図１１において、制御回路８は、まず、画像形成装置１の動作モードの変更指示の有無を判断する（Ｓ１１）。変更指示無しの場合、第一期間の頻度を相対的に長い１０秒に仮設定する（Ｓ１２）。この時、開放電圧の上昇率や下降率に応じて、第一期間の頻度である１０秒に対し微調整が加えられても構わない。この微調整については、Ｓ１４、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１１０についても同様である。
【００８７】
Ｓ１１で変更指示有りの場合、制御回路８は、変更後の動作モードが電源オフモードまたはスリープモードか否かを判断する（Ｓ１３）。Ｙｅｓと判断した場合、第一期間の頻度を相対的に短い５秒に仮設定する（Ｓ１４）。
【００８８】
Ｓ１３でＮｏと判断した場合、制御回路８は、変更後の動作モードがスタンバイモードか否かを判断する（Ｓ１５）。Ｙｅｓと判断した場合、制御回路８は、電源オフモードまたはスリープモードからの移行か否かを判断する（Ｓ１６）。Ｙｅｓと判断した場合、第一期間の頻度を相対的に短い５秒に仮設定する（Ｓ１７）。Ｎｏと判断した場合、第一期間の頻度を相対的に短い５秒に仮設定する（Ｓ１８）。
【００８９】
また、Ｓ１５においてＮｏと判断した場合、制御回路８は、変更後が印刷モードか否かを判断する（Ｓ１９）。Ｙｅｓと判断した場合、制御回路８は、第一期間の頻度を相対的に短い５秒に仮設定する（Ｓ１１０）。
【００９０】
以上のＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１１０の実行後、制御回路８は図１０のＳ０２を抜けてＳ０３を行う。なお、Ｓ１９においてＮｏと判断した場合、制御回路８はトラブルが起こっているとして、エラー表示するなどする。
【００９１】
なお、上記説明では、Ｓ１４、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１１０では第一期間の頻度を一律５秒とした。しかし、これに限らず、別の値を割り当てても構わない。
【００９２】
また、図１２は、図１０のＳ０２の詳細な処理の第二例を示すフロー図である。図１２において、制御回路８は、発電素子９１の発電量が一定量期待できる時間帯または環境条件かを判断する（Ｓ２１）。Ｎｏと判断すると、制御回路８は、第一周期の頻度を相対的に長い１０秒に仮設定する（Ｓ２２）。一方、Ｙｅｓと判断すると、制御回路８は、第一周期の頻度を相対的に短い５秒に仮設定する（Ｓ２３）。Ｓ２２，Ｓ２３でも、開放電圧の上昇率や下降率に応じて、仮設定された第一期間の頻度に対し微調整が加えられても構わない。以上のＳ２２、Ｓ２３の実行後、制御回路８は図１０のＳ０２を抜けてＳ０３を行う。
【００９３】
また、図１３は、図１０のＳ０３の詳細な処理を例示するフロー図である。図１３において、制御回路８は、二次電池９２の電圧値が満充電を示す基準値に到達しているか否かを判断する（Ｓ３１）。Ｎｏと判断すると、制御回路８は、第二周期の頻度を相対的に長い３０秒に仮設定する（Ｓ３２）。一方、Ｙｅｓと判断すると、制御回路８は、第二周期の頻度を相対的に短い１５秒に仮設定する（Ｓ３３）。以上のＳ３２、Ｓ３３の実行後、制御回路８は図１０のＳ０３を抜けてＳ０４を行う。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明に係る充放電システムは、発電素子にて生成された電力の損失を低減可能であり、複写機、プリンタ、ファクシミリおよびこれら機能を備えた複合機に好適である。
【符号の説明】
【００９５】
１  画像形成装置
８  制御回路
９  充放電システム
９１  発電素子
９２  二次電池
９３  送電経路
９４  スイッチ部
９５  取り出し部
９６  負荷
【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】
2015097431.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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