(57)【要約】【課題】  太陽電池からの出力が小さいときでも、電池からの出力電力を低減する太陽電池装置を提供することを目的とする。【解決手段】  検出回路２からの検出出力信号により、制御部Ｍが充電表示部Ｄを表示状態とし、スイッチング素子ＳＷ１をオン状態として、二次電池１を充電し、太陽電池Ｓからの供給電流が検出回路２の所定検出電流値未満のとき、電源部Ｖへの電力供給を二次電池１からの電力供給経路から行い、太陽電池Ｓからの供給電流が所定検出電流値以上のとき、電源部Ｖへの電力供給を太陽電池Ｓからの電力供給経路から行い、検出回路２の所定検出電流値を、電源部Ｖの駆動電流値以上とし、スイッチング素子ＳＷ１がオン状態になることより、太陽電池Ｓの出力電圧が、二次電池１の電圧になることで、この電圧が印加される検出回路２が検出停止状態となることを特徴とする。【選択図】  図１
2015073377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池から二次電池を充電する充電経路に直列に配置されたスイッチング素子をオンオフに制御し、充電表示部の表示を制御する制御部と、
前記充電経路から電力を供給され、前記制御部に駆動電力を供給する電源部と、
前記電源部に電力を供給する、前記太陽電池から出力される前記充電経路からの電力供給経路と、前記二次電池からの電力供給経路とを備え、
前記太陽電池からの電流が所定検出電流値を超えることを検出する検出回路を、前記充電経路に並列に配置し、
前記検出回路からの検出出力信号により、前記制御部が充電表示部を表示状態とし、前記スイッチング素子をオン状態として、前記二次電池を充電し、
前記太陽電池からの供給電流が前記検出回路の前記所定検出電流値未満のとき、前記電源部への電力供給を前記二次電池からの電力供給経路から行い、前記太陽電池からの供給電流が前記所定検出電流値以上のとき、前記電源部への電力供給を前記太陽電池からの電力供給経路から行い、
前記検出回路の前記所定検出電流値を、前記電源部の駆動電流値以上とし、
前記スイッチング素子がオン状態になることより、前記太陽電池の出力電圧が、前記二次電池の電圧になることで、この電圧が印加される前記検出回路が検出停止状態となることを特徴とする太陽電池電源装置。
【請求項２】
前記充電経路から前記電源部に電力を供給する太陽電池からの電力供給経路には、ダイオードを備える請求項１の太陽電池電源装置。
【請求項３】
前記二次電池からの電力供給経路には、ダイオードを備える請求項１の太陽電池電源装置。
【請求項４】
前記検出回路は、前記充電経路において並列に逆バイアスになるようにツェナーダイオードを有し、
前記ツェナーダイオードの降伏電圧は、前記太陽電池の開放電圧より小さく、前記二次電池の電圧より大きい請求項１の太陽電池電源装置。
【請求項５】
充電電流を検出する充電電流検出部を備え、該充電電流検出部からの検出信号に基づき、前記制御部が、前記スイッチング素子をオン状態とし、前記充電表示部を表示状態する請求項１の太陽電池電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献においては、太陽電池の出力が低下する状態においても、太陽電池の出力で二次電池を効率よく充電するために、太陽電池システムは、太陽電池と、太陽電池で充電される二次電池と、太陽電池の出力を二次電池に供給する安定化回路と、太陽電池の出力を安定化回路にバイパスして二次電池に出力するスイッチング素子と、スイッチング素子をオンオフに制御する制御回路とを備え、制御回路は、太陽電池の出力が所定の時間連続して又は一時的に設定値よりも低下する状態で、スイッチング素子をオン状態に切り換えて、太陽電池の出力をスイッチング素子を介して二次電池に供給して充電している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2011-041378号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のような太陽電池電源装置においては、太陽電池からの出力が小さいときは、電池パックからの出力にて、制御回路を駆動状態として、各種の電圧を検出する等が必要となる。
【０００５】
本発明は、太陽電池からの出力が小さいときでも、電池からの出力電力を低減する太陽電池装置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】
【０００６】
本発明の太陽電池電源装置は、太陽電池から二次電池を充電する充電経路に直列に配置されたスイッチング素子をオンオフに制御し、充電表示部の表示を制御する制御部と、前記充電経路から電力を供給され、前記制御部に駆動電力を供給する電源部と、前記電源部に電力を供給する、前記太陽電池から出力される前記充電経路からの電力供給経路と、前記二次電池からの電力供給経路とを備え、前記太陽電池からの電流が所定検出電流値を超えることを検出する検出回路を、前記充電経路に並列に配置し、前記検出回路からの検出出力信号により、前記制御部が充電表示部を表示状態とし、前記スイッチング素子をオン状態として、前記二次電池を充電し、前記太陽電池からの供給電流が前記検出回路の前記所定検出電流値未満のとき、前記電源部への電力供給を前記二次電池からの電力供給経路から行い、前記太陽電池からの供給電流が前記所定検出電流値以上のとき、前記電源部への電力供給を前記太陽電池からの電力供給経路から行い、前記検出回路の前記所定検出電流値を、前記電源部の駆動電流値以上とし、前記スイッチング素子がオン状態になることより、前記太陽電池の出力電圧が、前記二次電池の電圧になることで、この電圧が印加される前記検出回路が検出停止状態となることを特徴とする。
【０００７】
また、前記充電経路から前記電源部に電力を供給する太陽電池からの電力供給経路には、ダイオードを備える。前記二次電池からの電力供給経路には、ダイオードを備える。
【０００８】
そして、前記検出回路は、前記充電経路において並列に逆バイアスになるようにツェナーダイオードを有し、前記ツェナーダイオードの降伏電圧は、前記太陽電池の開放電圧より小さく、前記二次電池の電圧より大きい。
【０００９】
更に、充電電流を検出する充電電流検出部を備え、該充電電流検出部からの検出信号に基づき、前記制御部が、前記スイッチング素子をオン状態とし、前記充電表示部を表示状態する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、検出回路の所定検出電流値を、電源部の駆動電流値と概略同じ程度（或いはそれ以上）に設定していることより、太陽電池から供給される電流が、電源部Ｖの駆動電流より大きくなるため、電源部への電力供給を二次電池からの電力供給経路より行うことがなく、二次電池の電力消費を、おさえることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明の実施例における太陽電池の出力を示すグラフである。
【図３】比較例を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施例を、図を用いて詳細に説明する。図１に示すように、本実施例においては、太陽電池Ｓから二次電池１を充電する充電経路Ｌ１に直列に配置されたスイッチング素子ＳＷ１をオンオフに制御し、充電表示部Ｄの表示を制御する制御部Ｍを備えている。制御部Ｍは、マイコンを搭載している。また、二次電池１は、複数の素電池を直列又は並列接続したものでも良い。
【００１３】
ここで、太陽電池Ｓからの出力、或いは、二次電池１からの出力により、負荷（例えば、ＬＥＤ照明機器）が動作される。
【００１４】
充電経路Ｌ１から電力を供給され、制御部Ｍに駆動電力を供給する電源部Ｖを備えている。電源部Ｖは、太陽電池Ｓから出力される充電経路Ｌ１からの電力供給経路Ｌ２から電力供給され、また、二次電池１からの電力供給経路Ｌ３から電力供給される。電力供給経路Ｌ２においては、ダイオードＤ１を備えており、電力供給経路Ｌ３においては、ダイオードＤ２を備えている。
【００１５】
図２は、太陽電池Ｓの出力特性を示すグラフである。この太陽電池Ｓは、無負荷（＝開放）での出力電圧を約７．５Ｖとし、短絡状態で出力電流を、晴れのとき、例えば、０．５Ａとする。太陽電池Ｓの出力は、図２のように、晴れ、少し曇り、曇り（限界）時の電圧−電流カーブとなる。さらに、接続される二次電池１により、この曲線上の点で動作することになる。本実施例のおいては、ニッケル水素電池の素電池を４個直列に接続しており、約４Vにて充電されることより、曲線と約４Ｖとの点線との交点（動作点）の電圧、電流で、太陽電池Ｓから出力されることになる。
【００１６】
曇り（限界）においては、図２に示すように、動作点が低い電流となるため、曇り、朝方又は夕方の太陽の照度が低いときにおいては、太陽電池Ｓからの出力電流は、小さくなる。また、夜間においては、太陽電池Ｓからの出力電流はゼロとなる。
【００１７】
太陽電池Ｓからの電流が所定検出電流値を超えること（供給電流は、電源部と検出回路両方に流れる）を検出する検出回路２を、充電経路Ｌ１に並列に配置している。
【００１８】
検出回路２からの検出出力信号により、制御部Ｍが充電表示部Ｄを表示状態とし、スイッチング素子ＳＷ１をオン状態として、二次電池１を充電する。
【００１９】
太陽電池Ｓから検出回路２に供給される電流が検出回路２の所定検出電流値（太陽電池Ｓから供給される全電流は、正確には、これに、電源の駆動電流値を加えた値）未満のとき、電源部Ｖへの電力供給を二次電池１からの電力供給経路Ｌ３から行い、太陽電池Ｓからの供給電流が所定検出電流値以上のとき、電源部Ｖへの電力供給を太陽電池からの電力供給経路Ｌ２から行う。
【００２０】
検出回路２は、図１に示すように、充電経路Ｌ１において並列に逆バイアスになるようにツェナーダイオードＶＺＤ１を有し、ツェナーダイオードＶＺＤ１の降伏電圧は、太陽電池Ｓの開放電圧より小さく、二次電池１の電圧より大きくしてある。
【００２１】
ツェナーダイオードＶＺＤ１と直列に抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３が接続され、抵抗Ｒ３の他端が接地されている。ツェナーダイオードＶＺＤ１と抵抗Ｒ２との間には、ｎ型トランジスタＱ１のベースが接続され、コレクタ側に抵抗Ｒ１を接続し、抵抗Ｒ１の他端をツェナーダイオードＶＺＤ１側に接続している。トランジスタＱ１のエミッター側は、接地されている。
【００２２】
また、抵抗Ｒ３の両端に、ｎ型トランジスタＱ２のベース側、エミッター側を接続している。そして、トランジスタＱ２のコレクタ側を、制御部Ｍに接続している。
【００２３】
以上の構成の検出回路２は、以下のように動作する。太陽電池Ｓが接続されたり、暗い状態から明るくなることにより、太陽電池Ｓからの出力電圧、出力電流が大きくなり、ツェナーダイオードＶＺＤ１の降伏電圧（約６Ｖ、降伏電圧は、太陽電池Ｓの開放電圧より小さい）を超えるとき、これが導通する。そして、トランジスタＱ１のベース側に電圧が加わることによりベース電流が発生し、トランジスタＱ１がオン状態となる。また、トランジスタＱ１がオンすると抵抗Ｒ１にコレクタ電流が発生する。このコレクタ電流が設定値以上になると完全にトランジスタＱ１がＯＮ状態となり、Ｖｂｅ（Ｑ１のベース、エミッタ間電圧）が上昇する。Ｖｂｅ（Ｑ１のベース、エミッタ間電圧）と、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との直列回路とが並列回路となることより、トランジスタＱ２のベースには、抵抗Ｒ３の分圧が印加されることになり、トランジスタＱ２は、オン状態となる。これにより、トランジスタＱ２のコレクタ側、即ち、制御部Ｍに入力端子側は、低電位となることより、これを検出出力信号として、制御部Ｍは太陽電池Ｓからの出力が、太陽電池Ｓから供給され検出回路２を流れる電流値が所定検出電流値以上であることを検出する。
【００２４】
ここで、検出回路２の所定検出電流値を、電源部Ｖの駆動電流値より大きくしている。
【００２５】
制御部Ｍを駆動させる電力を供給するために、電源部Ｖが必要な供給電流は、例えば、約２０ｍＡである。検出回路２が、この所定検出電流値（約２０ｍＡ）以上を、検出するためには、以下の関係が必要である。
【００２６】
（７．５Ｖ（太陽電池Ｓの電圧）  −  ＶＺＤ１（降下電圧）  −  Ｖｃｅ（Ｑ１のＯＮ電圧）  ）／Ｒ１  ＞  ２０ｍＡ（Ｑ１のＩｃ）
また、Ｑ２がＯＮする場合は、以下の関係が必要である。
【００２７】
Ｖｂｅ（Ｑ１）×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＝Ｖｂｅ（Ｑ２）＞０．６Ｖ
以上のような関係を満足する素子の回路構成とすることにより、Ｑ１のコレクタ電流Ｉｃが２０ｍＡ以上にならないと、Ｑ２のＶｂｅ（Ｑ２）は０．６Ｖ以上にならないためＯＮしない。
【００２８】
そして、検出回路２からの検出出力信号により、制御部Ｍがスイッチング素子ＳＷ１をオン状態とすることより、太陽電池Ｓからの出力電圧は、動作点（二次電池１の電池電圧
約４Ｖ）となり、ツェナーダイオードＶＺＤ1の降伏電圧約６Ｖの方が大きいので、検出回路２への通電は、ツェナーダイオードＶＺＤ1にて阻止されることになり、検出回路２が検出停止状態となる。
【００２９】
また、充電電流を検出するための充電電流検出部３として、二次電池１の充電経路に直列に設置された抵抗ＲＣを備えており、充電電流により該抵抗ＲＣに発生する電圧を制御部Ｍに入力して、検出信号として、充電電流値を検出している。そして、この充電電流値より、充電の容量値を積算し、充電完了の判定をする。また放電時の電流も積算しているため、使用した分の充電容量で充電を完了させることができる。そして、上記の検出回路２が検出停止状態となるときでも、充電電流が検出でき、制御部Ｍにより、スイッチング素子ＳＷ１のオン状態を維持すると共に、充電表示部Ｄを表示状態とする。また、曇り状態がひどくなった場合や夕方になると太陽電池の供給能力が低下していき、充電電流検出部３で検出される電流が所定値（例えば、約１０ｍＡ）以下になると、Ｄ１に流れる電流＞充電電流となるので、制御部Ｍは、スイッチング素子ＳＷ１をオフすることにより充電を停止させる。この機能により、Ｄ２を介して電池電圧から電源部へ電流が供給されることがない。
【００３０】
また、制御部Ｍの制御により、電池電圧検出回路４におけるスイッチＳＷ２をオン状態として、電池電圧を制御部Ｍが検出し、過放電や過電圧等を判定している。
【００３１】
スイッチング素子ＳＷ１がオン状態においては、充電経路に生じる電圧等により、二次電池からの電力供給経路Ｌ３より、充電経路Ｌ１からの電力供給経路Ｌ２の方が、電圧が高い状態となり、電力供給経路Ｌ２から、電源部Ｖに電力が供給されることになる。これにより、二次電池１の電力消費を、おさえることができる。
【００３２】
特に、本実施例においては、検出回路２の所定検出電流値を、電源部Vの駆動電流値と概略同じ程度（或いはそれ以上）に設定していることより、太陽電池Ｓから供給される電流が、電源部Ｖの駆動電流より大きくなるため、電源部Ｖへの電力供給を二次電池１からの電力供給経路Ｌ３より行うことがなく、二次電池１の電力消費を、おさえることができる。
【００３３】
上記の本実施例の作用効果について、比較例を説明することで、より明確にする。図３に示す比較例においては、図１と同等の構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。
【００３４】
図３においては、検出回路２０を、充電経路Ｌ１に並列に配置し、太陽電池Ｓからの出力を、トランジスタＱ１０のベースに印加し、これのエミッターを接地し、これのコレクタ側を制御部Ｍに入力している。このような回路構成により、太陽電池Ｓからの出力により、トランジスタＱ１０のベースが高電位でオン状態になり、コレクタ側が低電位となることより、制御部Ｍが太陽電池Ｓからの出力を検出する。そして、制御部Ｍは、スイッチング素子ＳＷ１をオン状態とし、充電表示部Ｄを表示状態とする。
【００３５】
このような比較例においては、太陽電池Ｓからの出力電流が、電源部Ｖの駆動電流値より低いとき（例えば、雨、曇り、朝方や夕方のとき）、電源部Ｖへの駆動電流は、二次電池１からの電力供給経路Ｌ３から提供されることになり、二次電池１の電力が消費されることになる。詳細には、太陽電池Ｓの電流不足分が電池１から供給され、この時、太陽電池Ｓからの出力は検出回路２０にて検出されているので、充電表示部Ｄが表示状態になり、見た目は充電している状態であるが、実質は電池が放電されて、電源部Ｖに供給されることになる。一方、図１の本実施例においては、上述のように、二次電池１の電力消費を、おさえることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１    二次電池
２    検出回路
Ｍ    制御部
Ｄ    充電表示部
Ｓ    太陽電池
Ｖ    電源部
ＳＷ１  スイッチング素子
【図１】
2015073377.tif 000003
【図２】
2015073377.tif 000004
【図３】
2015073377.tif 000005