(57)【要約】【課題】  太陽電池から発生する電力が日照強度や周囲温度の変化により変動する状況下で二次電池を安定して充電する電源装置を提供する。【解決手段】太陽電池モジュール１から発生する電力により電気二重層キャパシタ５が充電され、この充電電圧により昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ６が駆動される。充電オン／オフ制御回路７が、電気二重層キャパシタ５の電圧を検出し、同電圧が閾値電圧ＶＨ以上になったとき、充電制御信号（端子Ｑの出力信号）をアクティブモードに保持して充電開始動作を行い、この後、同電気二重層キャパシタ５の電圧が閾値電圧ＶＬになったとき、同充電制御信号をノンアクティブモードに保持して充電停止動作を行い、二次電池充電制御回路８が、同充電制御信号がアクティブモードのとき、同電気二重層キャパシタ５に貯蔵されている電力を基に同二次電池パック９を充電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、
該太陽電池の起電力により充電されて電力を貯蔵する電力貯蔵部と、
該電力貯蔵部に貯蔵されている電力により充電される二次電池とを備えてなる電源装置であって、
前記電力貯蔵部の電圧を検出し、該電圧が高レベル閾値電圧以上になったとき、前記二次電池を充電するための充電制御信号をアクティブモードに保持して充電開始動作を行い、この後、前記電力貯蔵部の電圧が低レベル閾値電圧になったとき、前記充電制御信号をノンアクティブモードに保持して充電停止動作を行う電圧検出部と、
前記充電制御信号がアクティブモードのとき、前記電力貯蔵部に貯蔵されている電力を基に前記二次電池を充電する充電制御部とが設けられていることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記電圧検出部は、
前記電力貯蔵部の電圧を前記高レベル閾値電圧と比較して第１の比較結果を出力する第１の比較回路と、
前記電力貯蔵部の電圧を前記低レベル閾値電圧と比較して第２の比較結果を出力する第２の比較回路と、
前記第１の比較結果又は前記第２の比較結果に基づいて前記充電制御信号を前記アクティブモード又は前記ノンアクティブモードに保持する保持回路とを備えてなることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記充電制御部は、
前記充電制御信号が前記アクティブモードのときにオン状態となって前記電力貯蔵部に貯蔵されている電力を基に前記二次電池を充電するスイッチ手段と、
前記二次電池の電圧が所定の閾値よりも小さいとき、所定の定電流で前記二次電池を充電する定電流充電制御手段と、
前記二次電池の電圧が前記所定の閾値以上になったとき、所定の定電圧で前記二次電池を充電する定電圧充電制御手段とを備えてなることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
前記電力貯蔵部は、電気二重層キャパシタで構成され、
該電気二重層キャパシタは、
前記太陽電池よりも内部インピーダンスが低く設定されていることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
補助電力貯蔵部と、
前記充電制御信号が前記アクティブモードのとき、前記太陽電池の起電力により前記補助電力貯蔵部を充電し、該補助電力貯蔵部の電圧が前記高レベル閾値電圧よりも高くなったとき、前記電圧検出部に対して、前記電力貯蔵部の電圧に代えて前記補助電力貯蔵部の電圧を供給して検出させる補助電圧検出部とが付加されていることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項６】
前記補助電力貯蔵部は、電気二重層キャパシタで構成され、
該電気二重層キャパシタは、
前記太陽電池よりも内部インピーダンスが低く設定されていることを特徴とする請求項５記載の電源装置。
【請求項７】
太陽電池と、該太陽電池の起電力により充電されて電力を貯蔵する電力貯蔵部と、該電力貯蔵部に貯蔵されている電力により充電される二次電池とを備えてなる電源装置に用いられ、
前記電力貯蔵部の電圧を検出し、該電圧が高レベル閾値電圧以上になったとき、前記二次電池を充電するための充電制御信号をアクティブモードに保持して充電開始動作を行い、この後、前記電力貯蔵部の電圧が低レベル閾値電圧になったとき、前記充電制御信号をノンアクティブモードに保持して充電停止動作を行い、前記充電制御信号がアクティブモードのとき、前記電力貯蔵部に貯蔵されている電力を基に前記二次電池を充電することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源装置及び該電源装置に用いられる制御方法に係り、太陽電池から発生した電力が一時的に電気二重層キャパシタに貯蔵され、この貯蔵された電力を基に充電される二次電池を有し、たとえば、電力インフラ（infrastructure）の整っていない場所などで用いて好適な電源装置及び該電源装置に用いられる制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光エネルギーを基に電力を発生する太陽電池によって充電される二次電池を備えた電源装置は、電力インフラの整っていない場所や地域で電子機器などの電源として用いられるが、日照強度や周囲温度などの周囲の環境の変化により、同太陽電池の発生電力が安定しないという問題点がある。このため、このような問題点を改善した電源装置が提案されている。
【０００３】
従来、この種の技術としては、たとえば、次のような文献に記載されるものがあった。
特許文献１に記載された電源装置では、太陽電池と電気二重層キャパシタとが並列接続され、同太陽電池の動作点を決めるための基準電圧を発生するダイオードアレイが同太陽電池に密着させることにより熱結合され、基準電圧値と太陽電池との温度特性が一致するようになっている。そして、太陽電池の動作点が最大効率が得られる最適動作点となり、同太陽電池の温度変化による最適動作点の変化に対して、動作点が逐次修正されながらスイッチ手段及び定電流ＤＣ（直流）／ＤＣコンバータを介してバッテリーの充電が行われる。
【特許文献１】特開２００２−２３８１８２号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電源装置では、次のような問題点があった。
たとえば、太陽電池を電源装置から離れた場所に設置する場合、基準電圧を発生する回路は電源装置から分離されるため、同基準電圧を発生する回路と同電源装置との間の電気配線が長くなり、ノイズ混入や、配線抵抗による電圧降下などが発生し、基準電圧の精度が劣化して太陽電池の動作点が最適値にならないという問題点がある。また、太陽電池を電源装置と一体化してバッテリーを屋外に設置する場合、たとえば、真夏の無風状態などの高温環境下では、同バッテリーの使用温度範囲の上限を超過することにより、同バッテリーが発熱や破裂するなどの危険な状態になるという問題点がある。また、低温環境下での定電流充電では、バッテリーの内部インピーダンスの増加による充電効率の低下が予想される。また、バッテリーのみを屋内設置して温度環境を整える場合でも、バッテリーと電源装置を接続する配線抵抗の増加により、定電流充電において充電効率の低下が予想される。
【０００５】
また、朝夕や曇天時などの日照強度が弱い状態のために太陽電池の発生電力が小さいとき、電気二重層キャパシタの漏れ電流や電源装置の内部回路の静的状態における消費電力により、最適な動作点までの充電電圧の上昇に長時間が必要となり、スイッチ手段をオン状態とするまでの周期が長くなるため、充電効率が低下するという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、太陽電池と、該太陽電池の起電力により充電されて電力を貯蔵する電力貯蔵部と、該電力貯蔵部に貯蔵されている電力により充電される二次電池とを備えてなる電源装置に係り、前記電力貯蔵部の電圧を検出し、該電圧が高レベル閾値電圧以上になったとき、前記二次電池を充電するための充電制御信号をアクティブモードに保持して充電開始動作を行い、この後、前記電力貯蔵部の電圧が低レベル閾値電圧になったとき、前記充電制御信号をノンアクティブモードに保持して充電停止動作を行う電圧検出部と、前記充電制御信号がアクティブモードのとき、前記電力貯蔵部に貯蔵されている電力を基に前記二次電池を充電する充電制御部とが設けられていることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電源装置に係り、前記電圧検出部は、前記電力貯蔵部の電圧を前記高レベル閾値電圧と比較して第１の比較結果を出力する第１の比較回路と、前記電力貯蔵部の電圧を前記低レベル閾値電圧と比較して第２の比較結果を出力する第２の比較回路と、前記第１の比較結果又は前記第２の比較結果に基づいて前記充電制御信号を前記アクティブモード又は前記ノンアクティブモードに保持する保持回路とを備えてなることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の電源装置に係り、前記充電制御部は、前記充電制御信号が前記アクティブモードのときにオン状態となって前記電力貯蔵部に貯蔵されている電力を基に前記二次電池を充電するスイッチ手段と、前記二次電池の電圧が所定の閾値よりも小さいとき、所定の定電流で前記二次電池を充電する定電流充電制御手段と、前記二次電池の電圧が前記所定の閾値以上になったとき、所定の定電圧で前記二次電池を充電する定電圧充電制御手段とを備えてなることを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の電源装置に係り、前記電力貯蔵部は、電気二重層キャパシタで構成され、該電気二重層キャパシタは、前記太陽電池よりも内部インピーダンスが低く設定されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の電源装置に係り、補助電力貯蔵部と、前記充電制御信号が前記アクティブモードのとき、前記太陽電池の起電力により前記補助電力貯蔵部を充電し、該補助電力貯蔵部の電圧が前記高レベル閾値電圧よりも高くなったとき、前記電圧検出部に対して、前記電力貯蔵部の電圧に代えて前記補助電力貯蔵部の電圧を供給して検出させる補助電圧検出部とが付加されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の電源装置に係り、前記補助電力貯蔵部は、電気二重層キャパシタで構成され、該電気二重層キャパシタは、前記太陽電池よりも内部インピーダンスが低く設定されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項７記載の発明は、制御方法に係り、太陽電池と、該太陽電池の起電力により充電されて電力を貯蔵する電力貯蔵部と、該電力貯蔵部に貯蔵されている電力により充電される二次電池とを備えてなる電源装置に用いられ、前記電力貯蔵部の電圧を検出し、該電圧が高レベル閾値電圧以上になったとき、前記二次電池を充電するための充電制御信号をアクティブモードに保持して充電開始動作を行い、この後、前記電力貯蔵部の電圧が低レベル閾値電圧になったとき、前記充電制御信号をノンアクティブモードに保持して充電停止動作を行い、前記充電制御信号がアクティブモードのとき、前記電力貯蔵部に貯蔵されている電力を基に前記二次電池を充電することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の構成によれば、電圧検出部が、電力貯蔵部の電圧を検出し、同電圧が高レベル閾値電圧以上になったとき、二次電池を充電するための充電制御信号をアクティブモードに保持して充電開始動作を行い、この後、同電力貯蔵部の電圧が低レベル閾値電圧になったとき、同充電制御信号をノンアクティブモードに保持して充電停止動作を行い、充電制御部が、同充電制御信号がアクティブモードのとき、同電力貯蔵部に貯蔵されている電力を基に同二次電池を充電するので、日照強度の変化や周囲温度の変化により太陽電池の発生電力が変動する状況下でも、同二次電池を安定して充電することができる。また、電圧検出部の第１及び第２の比較回路は太陽電池に近接させる必要がないため、同太陽電池の周囲温度の影響を受けることなく、高精度の高レベル閾値電圧及び低レベル閾値電圧の発生により高精度の電圧検出が可能となる。また、二次電池の電圧が所定の閾値よりも小さいとき、定電流充電制御手段が所定の定電流で同二次電池を充電し、同二次電池の電圧が同所定の閾値以上になったとき、定電圧充電制御手段が所定の定電圧で同二次電池を充電するので、同二次電池及び線路のインピーダンスの影響を受けずに同二次電池を高効率で充電できる。また、充電制御信号がアクティブモードのとき、補助電圧検出部が太陽電池の起電力により補助電力貯蔵部を充電し、同補助電力貯蔵部の電圧が高レベル閾値電圧よりも高くなったとき、電圧検出部に対して、電力貯蔵部の電圧に代えて同補助電力貯蔵部の電圧を供給して検出させるので、さらに高効率で二次電池を充電できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
太陽電池の起電力により充電される電気二重層キャパシタの電圧を検出し、この電圧が高レベル閾値電圧以上になったとき、二次電池を充電するための充電制御信号をアクティブモードに保持して充電開始動作を行い、この後、同電気二重層キャパシタの電圧が低レベル閾値電圧になったとき、同充電制御信号をノンアクティブモードに保持して充電停止動作を行い、同充電制御信号がアクティブモードのとき、同電気二重層キャパシタに貯蔵されている電力を基に同二次電池を充電する電源装置を提供する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、この発明の第１の実施例である電源装置の電気的構成を示す回路図である。
この例の電源装置は、同図に示すように、太陽電池モジュール１と、第１逆流防止素子２と、電流制限素子３と、過電圧保護素子４と、電気二重層キャパシタ５と、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ６と、充電オン／オフ制御回路７と、二次電池充電制御回路８と、二次電池パック９とから構成されている。太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池が直並列接続されて構成され、太陽の光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する。特に、この実施例では、太陽電池モジュール１は、シリコン半導体や化合物半導体の基板上に形成された太陽電池セルを組み合わせたものであり、平面状に形成され、図２に示す出力特性、図３に示す出力インピーダンス特性、及び図４に示す温度特性を有している。
【００１６】
すなわち、太陽電池モジュール１は、図２に示すように、太陽光が太陽電池セルを照射する強度により、出力電流が変化し、特に日照強度が強いほど出力電流が大きくなり、日照強度が強くなるにつれて出力電圧が飽和する。また、太陽電池モジュール１は、図３に示すように、図２に示す出力特性から導出される日照強度と相関のある出力インピーダンス特性を有している。たとえば、０．８Ｗ級の太陽電池モジュールの出力インピーダンスは、日照強度が強い場合でも、最小で５Ω程度の出力インピーダンスを有し、更に日照強度が弱い場合には、１００Ω以上の出力インピーダンスの変動を示し、実用的な出力電圧においては数十Ωのオーダとなる。また、太陽電池モジュール１は、図４に示すように、太陽電池セルの周囲温度の変化に対応して出力電圧が変化し、特に同一の日照強度の条件下では、高温になるほど出力電圧が低く、また、低温になるほど出力電圧が高くなる。また、平面形状の太陽電池モジュール１が一方向に固定されて地面や建物などに設置された場合、図５に示すように、地球の自転による太陽の位置変化により、太陽光が太陽電池セルを照射する強度が時間経過と共に変化するため、図２に示す出力特性に基づき、太陽電池モジュール１の発電量も時間経過と共に変化する。
【００１７】
第１逆流防止素子２は、たとえば順方向電圧の低いショットキーダイオードなどで構成され、暗い場所や夜間などで太陽電池モジュール１の出力電圧が低下したときに後段回路（電気二重層キャパシタ５）からの逆流電流による同太陽電池モジュール１の破壊を防止する。電流制限素子３は、たとえば数Ω程度の抵抗器などで構成され、太陽電池モジュール１として非常に高い発電能力を有する太陽電池モジュールや一時的に直流安定化電源などを電源とした場合に、電気二重層キャパシタ５及び後段回路に対する突入電流を制限する。過電圧保護素子４は、たとえば定電圧ダイオードなどで構成され、太陽電池モジュール１の出力電圧が電気二重層キャパシタ５の耐電圧以上となる場合に、同電気二重層キャパシタ５に印加される電圧を所定の定電圧に制限し、過電圧ストレスによる同電気二重層キャパシタ５のＥＳＲ（等価直列抵抗）の増加や体積膨張などのような特性劣化や素子破壊に対して保護する。
【００１８】
電気二重層キャパシタ５は、電解液として希硫酸を使用した水系タイプ、又は有機電解液を使用した有機系タイプで構成することにより、ＥＳＲを低くしたものであり、同ＥＳＲ５ｂが抵抗値Ｒｘ、及び静電容量５ａが容量値Ｃｘとすると、素子面積がたとえば２０ｍｍ×３０ｍｍ程度のとき、耐電圧が５Ｖ程度、抵抗値Ｒｘが２００ｍΩ以下、及び容量値Ｃｘが３０ｍＦ以上の特性を有している。これにより、太陽電池モジュール１の実用的な出力電圧において数十Ωオーダーとなる高い出力インピーダンスは、１Ω以下となるミリΩオーダーの低インピーダンスに変換され、かつ、容量値Ｃｘと電気二重層キャパシタ５の充電電圧との積に相当する電気量が蓄電されることにより、太陽電池モジュール１から発生した電気エネルギーが低インピーダンス電源として変換される。
【００１９】
昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、スイッチングレギュレータで構成され、リチウムイオン二次電池９２を充電するための二次電池充電制御回路８の電源及び充電オン／オフ制御回路７のＬＤＯ（Low Drop Out）レギュレータ７１の電源として使用される。電気二重層キャパシタ５の充電エネルギーを高効率で放電させるためには、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ６には高い昇圧比が要求され、具体的には、入力電圧に対する３倍以上の昇圧比でも高効率となるように、パルス幅変調（Pulse Width Modulation、ＰＷＭ）、パルス周波数変調（Pulse Frequency Modulation、ＰＦＭ）、これらの組合わせ方式、又は同期整流方式などによる昇圧動作が行われる。
【００２０】
充電オン／オフ制御回路７は、ＬＤＯレギュレータ７１と、キャパシタ電圧検出回路７２と、ゲートスイッチ制御回路７３とから構成されている。ＬＤＯレギュレータ７１は、キャパシタ電圧検出回路７２及びゲートスイッチ制御回路７３へ電源を供給するための降圧型の電源回路である。キャパシタ電圧検出回路７２は、低圧検出器７２１と、高圧検出器７２２と、基準電圧源７２３と、基準電圧源７２４とから構成されている。低圧検出器７２１は、基準電圧源７２３により閾値電圧ＶＬ（低レベル閾値電圧）が設定され、図６に示すように、電気二重層キャパシタ５の充電電圧が閾値電圧ＶＬより低い場合、出力側（ＶＤＬ出力）からＬｏｗ（低レベル）の信号を出力し、高い場合にＶＤＬ出力からＨｉｇｈ（高レベル）の信号を出力する。このとき、閾値電圧ＶＬは、ＶＬ−からＶＬ＋のヒステリシス幅を有している。また、高圧検出器７２２は、基準電圧源７２４により閾値電圧ＶＨ（高レベル閾値電圧）（ＶＬ＜ＶＨ）が設定され、電気二重層キャパシタ５の充電電圧が閾値電圧ＶＨより低い場合に出力側（ＶＤＨ出力）からＬｏｗの信号を出力し、高い場合にＶＤＨ出力からＨｉｇｈの信号を出力する。このとき、閾値電圧ＶＨは、ＶＨ−からＶＨ＋のヒステリシス幅を有している。ＶＤＬ出力及びＶＤＨ出力の信号は、ゲートスイッチ制御回路７３に伝達される。
【００２１】
ゲートスイッチ制御回路７３は、インバータ（ＩＮＶ）回路７３１と、ＮＯＲ型ＲＳ−ＦＦ回路７３２とから構成されている。ＶＤＬ出力信号は、ＩＮＶ回路７３１により反転され、フリップフロップ回路動作を行うＮＯＲ型ＲＳ−ＦＦ回路７３２の端子Ｒ（リセット端子）に信号伝達され、ＶＤＨ出力信号は、直接ＮＯＲ型ＲＳ−ＦＦ回路７３２の端子Ｓ（セット端子）に伝達される。この回路構成により、端子Ｒには、閾値電圧ＶＬを基準とするコンパレータ動作を反転した信号伝達が行われ、具体的には、電気二重層キャパシタ５の充電電圧が閾値電圧ＶＬよりも低いとき、Ｈｉｇｈの信号が伝達され、閾値電圧ＶＬ以上のとき、Ｌｏｗの信号が伝達される。また、端子Ｓには、閾値電圧ＶＨを基準とするコンパレータ動作による信号伝達が行われ、具体的には、電気二重層キャパシタ５の充電電圧が閾値電圧ＶＨよりも低いとき、Ｌｏｗの信号が伝達され、閾値電圧ＶＨ以上のとき、Ｈｉｇｈの信号が伝達される。
【００２２】
ＮＯＲ型ＲＳ−ＦＦ回路７３２は、ＮＯＲゲート型のリセット・セット−フリップフロップ回路動作を行い、端子Ｑに接続されたゲートスイッチ８２の制御端子を介して伝達される同端子Ｑの出力信号により、ゲートスイッチ８２の接点１と接点２との開閉制御を行う。この場合、初期状態として電気二重層キャパシタ５の充電電圧が閾値電圧ＶＬと閾値電圧ＶＨの中間電圧であり、接点１と接点２とが接続状態であるとき、電気二重層キャパシタ５の充電電圧が低下して閾値電圧ＶＬに到達すると、端子Ｑの出力信号がＬ（低レベル）となり、図７に示すように、ゲートスイッチ８２の接点１と接点２とが開放（ＯＦＦ）される。続いて、ゲートスイッチ８２のオフ状態が保持されたまま電気二重層キャパシタ５の充電電圧が電圧上昇を開始し、閾値電圧ＶＨに到達すると、端子Ｑの出力信号がＨ（高レベル）となり、再び接点１と接点２とが接続（ＯＮ）され、ゲートスイッチ８２のオン状態を保持したまま電気二重層キャパシタ５の充電電圧が再度低下を開始し、閾値電圧ＶＬに到達すると、再び接点１と接点２とが開放（ＯＦＦ）され、再び閾値電圧ＶＨに電圧上昇するまでゲートスイッチ８２のオフ状態が保持される。このように、電気二重層キャパシタ５の充電電圧を２種類の閾値電圧で制御することにより、ゲートスイッチ８２のオン状態又はオフ状態の保持動作が行われる。
【００２３】
二次電池充電制御回路８は、充電制御スイッチ８１と、ゲートスイッチ８２と、充電方式選択スイッチ８３と、定電流充電制御回路（ＣＣ、Constant Current）８４と、定電圧充電制御回路（ＣＶ、Constant Voltage）８５と、第２逆流防止素子８６と、充電電流検出素子８７と、充電電圧検出素子８８とから構成されている。充電制御スイッチ８１は、ｐＭＯＳ（ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ）で構成されている。ゲートスイッチ８２は、ＮＯＲ型ＲＳ−ＦＦ回路７３２の端子Ｑが接続された制御端子と、充電制御スイッチ８１のゲートが接続された接点１と、充電方式選択スイッチ８３が接続された接点２とを有している。充電方式選択スイッチ８３は、ゲートスイッチ８２の接点２が接続された接点ｚと、定電流充電制御回路（ＣＣ）８４が接続された接点ｘと、定電圧充電制御回路（ＣＶ）８５が接続された接点ｙとを有している。また、充電方式選択スイッチ８３は、充電電圧が所定値よりも小さいとき、接点ｚと接点ｘとを接続し、同充電電圧が所定値以上のとき、接点ｚと接点ｙとを接続する図示しない充電電圧検出手段を有している。
【００２４】
定電流充電制御回路（ＣＣ）８４は、充電電流検出素子８７で検出される充電電流が所定の定電流となるように充電制御スイッチ８１のゲートのレベルを制御する。定電圧充電制御回路（ＣＶ）８５は、充電電圧検出素子８８で検出される充電電圧が所定の定電圧となるように充電制御スイッチ８１のゲートのレベルを制御する。第２逆流防止素子８６は、たとえば順方向電圧の低いショットキーダイオードなどで構成され、二次電池パック９からの逆流電流による充電制御スイッチ８１の破壊を防止する。充電電流検出素子８７は、抵抗器で構成され、充電電流を検出する。充電電圧検出素子８８は、直列接続された抵抗器８８ａ，８８ｂで構成され、充電電圧を同抵抗器８８ａ，８８ｂで分圧して検出する。
【００２５】
ゲートスイッチ８２は、接点１と接点２とが開放又は接続のいずれかの状態となり、充電方式選択スイッチ８３は、接点ｚをコモン接点として接点ｘ又は接点ｙと常に接続している状態となるため、二次電池充電制御回路８は、同ゲートスイッチ８２及び同充電方式選択スイッチ８３の各スイッチの状態により、３種類の動作状態となる。すなわち、第１のスイッチ動作として、ゲートスイッチ８２の接点１と接点２とがオフ状態のとき、充電制御スイッチ８１のゲート・ソース間は同電位となるため、ソース・ドレイン間がオフ状態となり、二次電池パック９は充電されない。
【００２６】
また、第２のスイッチ動作として、ゲートスイッチ８２の接点１と接点２とがオン状態で、かつ充電方式選択スイッチ８３の接点ｚと接点ｘとがオン状態のとき、充電制御スイッチ８１のゲート電極が定電流充電制御回路（ＣＣ）８４と接続され、充電電流検出素子８７に一定電流が流れるように予め設定された定電流で二次電池パック９が充電される。また、第３のスイッチ動作として、ゲートスイッチ８２の接点１と接点２とがオン状態で、かつ充電方式選択スイッチ８３の接点ｚと接点ｙとがオン状態のとき、充電制御スイッチ８１のゲート電極が定電圧充電制御回路（ＣＶ）８５と接続され、充電電圧検出素子８８に一定電圧が発生するように、予め設定された定電圧で二次電池パック９が充電される。
【００２７】
二次電池パック９は、充放電保護回路９１と、リチウムイオン二次電池９２とから構成されている。充放電保護回路９１は、二次電池充電制御回路８からの過充電、負荷への過剰な電力供給による過放電、及び負荷短絡や制御回路の短絡不具合などによる過電流などに対する保護を行い、リチウムイオン二次電池９２の正極側の接続を遮断することで、同リチウムイオン二次電池９２を二次電池充電制御回路８や負荷から分離して保護する。
【００２８】
図８は、図１の電源装置におけるリチウムイオン二次電池９２の充電時の動作を説明するタイムチャート、図９は、リチウムイオン二次電池９２の充電特性を示す図、及び図１０が電気二重層キャパシタ５の充電特性を示す図である。
これらの図を参照して、この例の電源装置に用いられる制御方法について説明する。
太陽電池モジュール１に太陽光が照射されると、たとえば図２に示す日照強度に対する出力特性に基づく同太陽電池モジュール１の発電動作により、第１逆流防止素子２及び電流制限素子３を介して電気二重層キャパシタ５に対して蓄電が開始される。図８に示すように、電気二重層キャパシタ５の充電電圧Ｖｅｄｌｃが閾値電圧ＶＬのとき、ゲートスイッチ８２の接点がオフ（ＯＦＦ）状態であることから、リチウムイオン二次電池９２への充電動作が停止しているため、電気二重層キャパシタ５よりも後段の回路は、充電オン／オフ制御回路７の待機消費電力を除くと無負荷状態なので、同電気二重層キャパシタ５は、充電モードとなり、充電電圧Ｖｅｄｌｃが閾値電圧ＶＬから閾値電圧ＶＨへ上昇していく。この間、図７に示す保持動作により、ゲートスイッチ８２のオフ状態が保持されている。
【００２９】
時刻ｔ１において、電気二重層キャパシタ５の充電電圧Ｖｅｄｌｃが閾値電圧ＶＨに到達すると、充電オン／オフ制御回路７のキャパシタ電圧検出回路７２により、低圧検出器７２１の出力側はＨｉｇｈ（高レベル）、及び高圧検出器７２２の出力側がＨｉｇｈとなることから、図６及び図７に示す制御動作により、ゲートスイッチ制御回路７３の出力はＨｉｇｈとなり、ゲートスイッチ８２の接点１，２がオン（ＯＮ）状態となる。これにより、ゲートスイッチ８２がオン状態となってリチウムイオン二次電池９２に対する充電動作が開始する。
【００３０】
このとき、リチウムイオン二次電池９２の充電電圧に基づいて、充電方式選択スイッチ８３の図示しない充電電圧検出手段により定電流又は定電圧の充電モードが選択される。たとえば、充電モードが定電流充電モードの場合、充電方式選択スイッチ８３は、接点ｚと接点ｘとが接続され、予め設定された電流値Ｉｃｃでリチウムイオン二次電池９２が充電される。このとき、リチウムイオン二次電池９２への充電電流Ｉｃｈｇは、太陽電池モジュール１の出力インピーダンスでは供給できないほどの大きい電流値なので、電気二重層キャパシタ５が放電モードとなり、放電時間Ｔｏｎ１において、同電気二重層キャパシタ５の充電電圧Ｖｅｄｌｃが閾値電圧ＶＨから閾値電圧ＶＬへ降下していく。この間、図７に示す保持動作によりゲートスイッチ８２のオン状態が保持されている。
【００３１】
時刻ｔ２において、電気二重層キャパシタ５の充電電圧Ｖｅｄｌｃが再び閾値電圧ＶＬに到達すると、充電オン／オフ制御回路７のキャパシタ電圧検出回路７２により、低圧検出器７２１の出力側はＬｏｗ（低レベル）、高圧検出器７２２の出力側がＬｏｗとなることから、図６及び図７に示す制御動作により、ゲートスイッチ制御回路７３の出力がＬｏｗとなり、ゲートスイッチ８２がオフ状態となる。これにより、リチウムイオン二次電池９２への充電動作が停止し、電気二重層キャパシタ５よりも後段の回路は、充電オン／オフ制御回路７の待機消費電力を除くと無負荷状態なので、同電気二重層キャパシタ５は、再び充電モードとなり、充電電圧Ｖｅｄｌｃが閾値電圧ＶＬから閾値電圧ＶＨへ上昇していく。この間、図７に示す保持動作により、ゲートスイッチ８２のオフ状態は保持されている。
【００３２】
以上の動作が繰り返されることにより、リチウムイオン二次電池９２が周期的に充電される。リチウムイオン二次電池９２の満充電が近くなり、予め決められた充電電圧に到達すると、充電方式選択スイッチ８３の図示しない充電電圧検出手段により定電圧充電モードが選択される。このとき、充電方式選択スイッチ８３は、接点ｚと接点ｙとが接続され、予め設定された電圧値でリチウムイオン二次電池９２が充電されるので、同リチウムイオン二次電池９２の充電電流Ｉｃｈｇは、時刻ｔ３において、設定された電流値Ｉｃｃより小さい値（例えば、Ｉｃｖ）となり、時刻ｔ４までの放電時間Ｔｏｎ２において、電気二重層キャパシタ５が放電し、同放電時間Ｔｏｎ２が放電時間Ｔｏｎ１よりも長くなる。
【００３３】
リチウムイオン二次電池９２が周期的に充電されることにより、図９に示すように、初期電圧３Ｖ程度の充電容量のほとんど入っていない１セルのリチウムイオン二次電池９２は、最初は定電流モードにより周期的に充電され、同リチウムイオン二次電池９２の電圧が除々に上昇し、予め設定された電圧値（たとえば、４．２Ｖ）に到達すると、定電圧モードにより周期的に充電される。そして、定電流モード時におけるリチウムイオン二次電池９２の電圧は、周期的な充電動作に同期して、同リチウムイオン二次電池９２の内部インピーダンスにより電圧が上昇し、また、定電圧モード時の周期的な充電電流は、リチウムイオン二次電池９２の満充電が近づくにつれて、電気二重層キャパシタ５の放電時間の長期化により通電時間が長くなっていく。
【００３４】
太陽電池モジュール１が図２の出力特性を示すことから、電気二重層キャパシタ５は、図１０に示すように、日照強度が強いとき（たとえば、時間Ｔ３）には、充電電圧Ｖｅｄｌｃが急激な上昇を示すが、日照が弱いとき（たとえば、時間Ｔ１，Ｔ５）には充電電圧Ｖｅｄｌｃの上昇が緩やかになり、また、夜間などで日照が無いとき（たとえば、時間Ｔ２，Ｔ４）は、無負荷状態であっても、同電気二重層キャパシタ５の漏れ電流や充電オン／オフ制御回路７の待機消費電力により、充電電圧Ｖｅｄｌｃが緩やかに降下する。このようにして充電電圧Ｖｅｄｌｃが上昇や降下を経た後、時刻ｔｎで閾値電圧ＶＨに達すると、リチウムイオン二次電池９２に対する充電が開始され、同充電電圧Ｖｅｄｌｃが急激に降下する。この場合、リチウムイオン二次電池９２へ充電を開始するための閾値電圧ＶＨとして、太陽電池モジュール１の最大出力動作電圧や開放電圧を設定すると、実際には、天候変化、充電オン／オフ制御回路７の待機消費電力などにより、充電電圧Ｖｅｄｌｃが閾値電圧ＶＨに到達する頻度が少なくなり、太陽電池モジュール１の発生する電気エネルギーが、電気二重層キャパシタ５に充電されているだけの状態で長時間保持され、この結果として、リチウムイオン二次電池９２への充電動作の周期が長くなり、エネルギー転送が効率的とならない。このため、電気二重層キャパシタ５の充電エネルギーを逐次リチウムイオン二次電池９２へエネルギー転送するための電圧閾値ＶＨ，ＶＬの最適設定、及び電気二重層キャパシタ５のＥＳＲ５ｂ（Ｒｘ）と静電容量５ａ（Ｃｘ）の最適設定が充電効率の向上となる。
【００３５】
また、図５に示すように、１日における発電量の時間推移が日照条件と共に変動するため、１日におけるリチウムイオン二次電池９２への充電動作の占有時間を長くするための閾値電圧ＶＨの最適設定及び電気二重層キャパシタ５のＥＳＲ５ｂ（Ｒｘ）と静電容量５ａ（Ｃｘ）の最適設定が充電効率の向上となる。また、リチウムイオン二次電池９２への充電を停止するための閾値電圧ＶＬは、電気二重層キャパシタ５の充電エネルギーをより多く取り出すために、可能な限り低い電圧値を設定することで、充電効率の向上につながる。
【００３６】
これらより、天候の変化や太陽の位置又は太陽電池モジュール１の設置方法による日照条件の変動に対して、効率的にリチウムイオン二次電池９２を充電するためには、同リチウムイオン二次電池９２への充電動作を開始する閾値電圧ＶＨの設定として、太陽電池モジュール１の最大出力動作電圧より低い電圧値とすることにより、比較的弱い日照条件下や太陽電池モジュール１の出力電圧の低下する高温環境下でも、充電動作を開始できる。具体的には、閾値電圧ＶＨの設定は、太陽電池モジュール１の最大出力動作電圧の９０％以下である。一方、リチウムイオン二次電池９２への充電動作を停止する閾値電圧ＶＬの設定として、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ６の入力電圧の下限値とすることにより、電気二重層キャパシタ５の充電エネルギーをより多く取り出すことができる。具体的には、ＶＬ設定は、２Ｖ以下である。また、リチウムイオン二次電池９２への１日における充電動作比率の向上のために、刻一刻と変化する荒れた天候下での充電や、日の出直後の充電、日没直前までの充電を行うために、充電周期は、日照強度の変化よりも短い周期、具体的には、数秒から数分の間とすることにより、変化の激しい日照条件下でも、リチウムイオン二次電池９２に対して充電動作が行われる。
【００３７】
たとえば、以下の条件設定を（１）式から（５）式に適用することにより、この実施例における代表的な充電周期が試算される。
条件；
電気二重層キャパシタ５のＥＳＲ５ｂ；Ｒｘ＝１００（ｍΩ）
電気二重層キャパシタ５の静電容量５ａ；Ｃｘ＝４０（ｍＦ）
充電開始閾値電圧；ＶＨ＝５（Ｖ）
充電停止閾値電圧；ＶＬ＝２（Ｖ）
リチウムイオン二次電池９２の充電電流；定電流（ＣＣ）モードＩｃｃ
＝０．１（Ａ）
太陽電池モジュール１の発電電流Ｉｐ＝０．０５（Ａ）
［ＥＳＲ損失］
Ｌｏｓｓ＝０．１（Ａ）×０．１（Ω）＝０．０１（Ｖ）  ・・・（１）
［電気二重層キャパシタ５の充電期間］
Ｔｏｆｆ
＝０．０４（Ｆ）×｜２（Ｖ）＋０．０１（Ｖ）−５（Ｖ）｜／０．０５（Ａ）
＝２．４（ｓｅｃ）  ・・・（２）
［電気二重層キャパシタ５放電期間（＝リチウムイオン二次電池９２への充電期間）］
Ｔｏｎ
＝０．０４（Ｆ）×｜５（Ｖ）−０．０１（Ｖ）−２（Ｖ）｜／０．１（Ａ）
＝１．２（ｓｅｃ）  ・・・（３）
［充電周期］
Ｔ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ＝１．２＋２．４＝３．６（ｓｅｃ）  ・・・（４）
［充電デューティ］
Ｄ＝Ｔｏｎ／Ｔ＝１．２／３．６＝３３％  ・・・（５）
上記（１）式乃至（５）式の計算結果により、電気二重層キャパシタ５は、ＥＳＲ５ｂとして１００ｍΩ、静電容量５ａとして４０ｍＦを適用すると、発電電流Ｉｐが０．０５Ａの太陽電池モジュール１を適用した場合、約３．６秒の充電周期となる。このとき、リチウムイオン二次電池９２の充電デューティ比は、約３３％である。
【００３８】
なお、太陽電池モジュール１と電気二重層キャパシタ５とは並列接続されているが、同太陽電池モジュール１のインピーダンスは１０Ω以上であることを想定しており、電気二重層キャパシタ５のＥＳＲ５ｂと比較して１００倍以上あるので、同太陽電池モジュール１からの出力は１％以下となり、ほぼ無視できる値であるため、電気二重層キャパシタ５の放電期間の計算では、等価的に太陽電池モジュール１が無いものとして計算を行った。
【００３９】
以上のように、この第１の実施例では、充電オン／オフ制御回路７が、電気二重層キャパシタ５の電圧を検出し、同電圧が閾値電圧ＶＨ以上になったとき、二次電池パック９を充電するための充電制御信号（端子Ｑの出力信号）をアクティブモード（高レベル）に保持して充電開始動作を行い、この後、同電気二重層キャパシタ５の電圧が閾値電圧ＶＬになったとき、同充電制御信号をノンアクティブモード（低レベル）に保持して充電停止動作を行い、二次電池充電制御回路８が、同充電制御信号がアクティブモードのとき、同電気二重層キャパシタ５に貯蔵されている電力を基に同二次電池パック９を充電するので、日照強度の変化や周囲温度の変化により太陽電池の発生電力が変動する状況下でも、同二次電池パック９を安定して充電することができる。また、キャパシタ電圧検出回路７２は太陽電池モジュール１に近接させる必要がないため、同太陽電池モジュール１の周囲温度の影響を受けることなく、高精度の閾値電圧ＶＨ及び閾値電圧ＶＬの発生により高精度の電圧検出が可能となる。また、二次電池パック９の電圧が所定の閾値よりも小さいとき、定電流充電制御回路８４が所定の定電流で同二次電池パック９を充電し、同二次電池パック９の電圧が同所定の閾値以上になったとき、定電圧充電制御回路８５が所定の定電圧で同二次電池パック９を充電するので、同二次電池パック９及び線路のインピーダンスの影響を受けずに同二次電池パック９を高効率で充電できる。
【実施例２】
【００４０】
図１１は、この発明の第２の実施例である電源装置の電気的構成を示す回路図であり、第１の実施例を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
この例の電源装置では、図１中の二次電池パック９の後段に出力コンバータ１０が設けられている。出力コンバータ１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２とから構成されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１及びＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の入力側は、二次電池パック９の正極に共通に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１の出力Ａには負荷Ｌ１が接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の出力Ｂには負荷Ｌ２が接続されている。他は、図１と同様の構成である。
【００４１】
この電源装置では、第１の実施例と同様に、太陽光により太陽電池モジュール１から発生する電気エネルギーが電気二重層キャパシタ５の充電エネルギーとして蓄積され、周期的にリチウムイオン二次電池９２の充電が行われる。そして、リチウムイオン二次電池９２の充電電圧を電源として、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１，１０２から負荷Ｌ１，Ｌ２に安定化された電源がそれぞれ供給される。
【実施例３】
【００４２】
図１２は、この発明の第３の実施例である電源装置の電気的構成を示す回路図であり、図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
この例の電源装置は、太陽電池モジュール１と、第１逆流防止素子２と、電流制限素子３と、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ６と、充電オン／オフ制御回路７と、二次電池充電制御回路８と、二次電池パック９と、メインキャパシタ１１と、サブキャパシタ１２と、メインキャパシタ過電圧保護素子１３と、サブキャパシタ過電圧保護素子１４と、メインキャパシタ逆流防止素子１５と、サブキャパシタ逆流防止素子１６と、充電キャパシタ選択回路１７と、キャパシタ充電電圧比較回路１８と、サブキャパシタ放電制御回路１９とから構成されている。メインキャパシタ１１は、ＥＳＲ１１ｂと、静電容量１１ａとから構成され、サブキャパシタ１２は、ＥＳＲ１２ｂと、静電容量１２ａとから構成されている。メインキャパシタ１１及びサブキャパシタ１２は、電解液として希硫酸を使用した水系タイプ、又は有機電解液を使用した有機系タイプが用いられることにより、低ＥＳＲの電気二重層キャパシタで構成され、太陽電池モジュール１の数十Ωオーダーとなる高い出力インピーダンスは、１Ω以下となるミリΩオーダーの低インピーダンスに変換され、かつ、静電容量と電気二重層キャパシタの充電電圧との積に相当する電気量が蓄電されることにより、太陽電池モジュール１の発電エネルギーが低インピーダンス電源として変換される。
【００４３】
充電キャパシタ選択回路１７は、選択スイッチ制御回路１７１と、選択スイッチ１７２とから構成されている。選択スイッチ制御回路１７１は、選択スイッチ制御信号ｗ（ゲートスイッチ制御回路７３の出力）に基づいて選択スイッチ１７２を制御する。選択スイッチ１７２は、接点ｃ、接点ａ、及び接点ｂを有している。キャパシタ充電電圧比較回路１８は、メインキャパシタ１１の電圧とサブキャパシタ１２の電圧とを比較してスイッチ制御信号ＶＣＭＰを出力する比較器（ＣＭＰ）で構成されている。
【００４４】
サブキャパシタ放電制御回路１９は、放電スイッチ１９１と、サブキャパシタ電圧検出回路１９２と、放電スイッチ制御回路１９３とから構成されている。放電スイッチ１９１は、制御端子、接点３及び接点４を有している。サブキャパシタ電圧検出回路１９２は、サブキャパシタ１２の電圧を基準電圧源１９４の閾値電圧ＶＳと比較してスイッチ制御信号ＶＤＳを出力するＶｓｕｂ検出器を有している。同Ｖｓｕｂ検出器は、ヒステリシス特性を有している。放電スイッチ制御回路１９３は、スイッチ制御信号ＶＤＳ又はスイッチ制御信号ＶＣＭＰに基づいて放電スイッチ１９１を制御する。
【００４５】
図１３は、図１２の電源装置におけるリチウムイオン二次電池９２の充電時の動作を説明するタイムチャートである。
この図を参照して、この例の電源装置に用いられる制御方法について説明する。
初期条件として、充電キャパシタ選択スイッチ１７を構成する選択スイッチ１７２の接点ｃが接点ａと接続されている場合、太陽電池モジュール１に太陽光が照射されると、日照強度により図２に示す出力特性に基づく同太陽電池モジュール１の発電動作により、第１逆流防止素子２及び電流制限素子３を介してメインキャパシタ１１が蓄電を開始する。
【００４６】
図１３に示すように、メインキャパシタ１１の充電電圧Ｖｍａｉｎが閾値電圧ＶＬのとき、ゲートスイッチ８２がオフ状態であるため、リチウムイオン二次電池９２への充電動作は停止しているので、メインキャパシタ１１の後段は充電オン／オフ制御回路７制御回路の待機消費電力を除くと無負荷状態なので、同メインキャパシタ１１は充電モードとなり、充電電圧Ｖｍａｉｎが閾値電圧ＶＬから閾値電圧ＶＨへと上昇していく。この間、図７に示す保持動作によりゲートスイッチ８２のオフ状態は保持されている。このとき、サブキャパシタ１２の充電電圧Ｖｓｕｂは、サブキャパシタ放電制御回路１９の放電スイッチ１９１がオフ状態であることから、同サブキャパシタ１２に付随する制御回路（キャパシタ充電電圧比較回路１８及びサブキャパシタ放電制御回路１９）の待機消費電力により初期充電電圧値から徐々に電圧降下を示す波形となる。
【００４７】
時刻ｔ１において、メインキャパシタ１１の充電電圧Ｖｍａｉｎが閾値電圧ＶＨに到達すると、充電オン／オフ制御回路７のキャパシタ電圧検出回路７２により、低圧検出器７２１の出力側はＨｉｇｈ、及び高圧検出器７２２の出力側がＨｉｇｈとなることから、図６及び図７に示す制御動作により、ゲートスイッチ制御回路７３の出力はＨｉｇｈとなり、ゲートスイッチ８２がオン状態となる。これにより、リチウムイオン二次電池９２への充電動作が開始する。この場合、第１の実施例と同様に、リチウムイオン二次電池９２の充電電圧により、定電流又は定電圧の充電モードが選択される。たとえば、充電モードが定電流充電モードの場合、充電方式選択スイッチ８３はｚ接点とｘ接点が接続され、予め設定された電流値Ｉｃｃでリチウムイオン二次電池９２が充電される。このとき、リチウムイオン二次電池９２への充電電流Ｉｃｈｇは、太陽電池モジュール１の出力インピーダンスでは供給できないほどの大きい電流値なので、メインキャパシタ１１は放電モードとなり、充電電圧Ｖｍａｉｎが閾値電圧ＶＨから閾値電圧ＶＬへと電圧降下していく。この間、図７に示す保持動作によりゲートスイッチ８２のオン状態は保持されている。
【００４８】
リチウムイオン二次電池９２への充電動作が開始すると、充電オン／オフ制御回路７の出力側からの選択スイッチ制御信号ｗにより、充電キャパシタ選択回路１７の選択スイッチ制御回路１７１は、選択スイッチ１７２の接点ｃが接点ｂと接続されるように制御する。接点ｃと接点ｂとが接続されることにより、サブキャパシタ１２が充電を開始し、充電電圧Ｖｓｕｂが上昇を開始する。この接点状態は、リチウムイオン二次電池９２への充電動作の期間中保持される。
【００４９】
時刻ｔ２において、メインキャパシタ１１の充電電圧Ｖｍａｉｎが再び閾値電圧ＶＬに到達すると、充電オン／オフ制御回路７のキャパシタ電圧検出回路７２により、低圧検出器７２１の出力側はＬｏｗ、高圧検出器７２２の出力側がＬｏｗとなることから、図６及び図７に示す制御動作により、ゲートスイッチ制御回路７３の出力はＬｏｗとなり、ゲートスイッチ８２がオフ状態となる。これにより、リチウムイオン二次電池９２への充電動作は停止する。すると、充電オン／オフ制御回路７の出力部からの選択スイッチ制御信号ｗにより、充電キャパシタ選択回路１７の選択スイッチ制御回路１７１は、選択スイッチ１７２の接点ｃが接点ａと接続されるように制御する。接点ｃと接点ａとが接続されることにより、メインキャパシタ１１が充電を開始し、充電電圧Ｖｍａｉｎが電圧上昇を開始する。このとき、サブキャパシタ１２の充電電圧Ｖｓｕｂは、サブキャパシタ放電制御回路１９の放電スイッチ１９１がオフ状態であることから、同サブキャパシタ１２に付随するキャパシタ充電電圧比較回路１８及びサブキャパシタ放電制御回路１９の待機消費電力により初期充電電圧値から徐々に電圧降下を示す波形となる。
【００５０】
時刻ｔ３において、メインキャパシタ１１の充電電圧Ｖｍａｉｎが再び閾値電圧ＶＨに到達すると、充電オン／オフ制御回路７のキャパシタ電圧検出回路７２により、低圧検出器７２１の出力側はＨｉｇｈ、及び高圧検出器７２２の出力側がＨｉｇｈとなることから、図６及び図７に示す制御動作により、ゲートスイッチ制御回路７３の出力はＨｉｇｈとなりゲートスイッチ８２がオン状態となる。これにより、リチウムイオン二次電池９２への充電動作が再び開始する。このとき、リチウムイオン二次電池９２の充電電圧により、定電流又は定電圧の充電モードが選択される。たとえば、充電モードが定電流充電モードの場合、充電方式選択スイッチ８３は接点ｚと接点ｘとが接続され、予め設定された電流値Ｉｃｃでリチウムイオン二次電池９２が充電される。このとき、リチウムイオン二次電池９２への充電電流Ｉｃｈｇは、太陽電池モジュール１の出力インピーダンスでは供給できないほどの大きい電流値なので、メインキャパシタ１１は放電モードとなり、充電電圧Ｖｍａｉｎが閾値電圧ＶＨから閾値電圧ＶＬへと電圧降下していく。この間、図７に示す保持動作によりゲートスイッチ８２のオン状態は保持されている。
【００５１】
リチウムイオン二次電池９２への充電動作が再び開始すると、充電オン／オフ制御回路７の出力側からの選択スイッチ制御信号ｗにより、充電キャパシタ選択回路１７の選択スイッチ制御回路１７１は、選択スイッチ１７２の接点ｃが接点ｂと接続されるように制御する。接点ｃと接点ｂとが接続されることにより、サブキャパシタ１２の充電が開始され、充電電圧Ｖｓｕｂが電圧上昇を開始する。時刻ｔ４において、充電電圧Ｖｓｕｂが閾値電圧ＶＨよりも高い予め決められた閾値電圧ＶＳに到達すると、サブキャパシタ放電制御回路１９を構成するサブキャパシタ電圧検出回路１９２が放電スイッチ制御回路１９３にスイッチ制御信号ＶＤＳを送出し、放電スイッチ１９１をオン状態とする。これにより、充電オン／オフ制御回路７に対して、メインキャパシタ１１の電圧に代えてサブキャパシタ１２の電圧が供給される。このため、リチウムイオン二次電池９２は、メインキャパシタ１１からの充電動作が停止し、続いてサブキャパシタ１２からの充電動作を開始する。このとき、メインキャパシタ１１の充電電圧がサブキャパシタ１２の充電電圧より低い状態となるが、メインキャパシタ逆流防止素子１５により、サブキャパシタ１２の放電電流がメインキャパシタ１１へ流れ込むことはなく、リチウムイオン二次電池９２が充電される。
【００５２】
太陽電池モジュール１の発電によるメインキャパシタ１１の充電電圧Ｖｍａｉｎの上昇と、リチウムイオン二次電池９２への充電によるサブキャパシタ１２の充電電圧Ｖｓｕｂの降下とにより、時刻ｔ５において、これらの充電電圧Ｖｍａｉｎ，Ｖｓｕｂが電圧平衡となる電圧値Ｖｘに到達すると、キャパシタ充電電圧比較回路１８が放電スイッチ制御回路１９３にスイッチ制御信号ＶＣＭＰを送出し、放電スイッチ１９１をオフ状態とする。サブキャパシタ１２の充電電圧ＶｓｕｂがＶＳからＶｘへ降下する放電動作により、リチウムイオン二次電池９２が充電され、期間Ｔｓｕｂにおける補助充電が可能になる。このため、リチウムイオン二次電池９２が、より効率的に充電される。
【００５３】
以上の動作を繰り返すことにより、リチウムイオン二次電池９２は、メインキャパシタ１１の放電周期とサブキャパシタ１２の放電周期の２つの周期により、周期的に充電されていく。リチウムイオン二次電池９２の満充電が近くなり、予め決められた充電電圧に到達すると、定電圧充電モードが選択される。このとき、充電方式選択スイッチ８３は、接点ｚと接点ｙとが接続され、予め設定された電圧値でリチウムイオン二次電池９２が充電されるので、充電電流はＩｃｃより小さい値となり、メインキャパシタ１１及びサブキャパシタ１２の放電時間が長くなっていく。
【００５４】
以上のように、この第３の実施例では、サブキャパシタ１２の充電電圧ＶｓｕｂがＶＳからＶｘへ降下した放電動作により、リチウムイオン二次電池９２が充電されるので、期間Ｔｓｕｂにおける補助充電が可能になり、リチウムイオン二次電池９２が第１の実施例よりも更に効率的に充電される。
【００５５】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成は同実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
たとえば、充電オン／オフ制御回路７の回路構成は、同一の機能を有するものであれば、他の構成でも良い。また、充電制御スイッチ８１は、ｐＭＯＳの他、バイポーラトランジスタやリレーなどで構成し、それぞれに対応した駆動回路を付加しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明の電源装置は、半永久的に供給される太陽光エネルギーにより、情報端末機器などに用いられているリチウムイオン二次電池などの二次電池を充電できるため、電力インフラ（infrastructure）の整っていない場所や地域においても、情報端末機器を動作させることができる。このため、たとえば、無線ネットワークシステム、ユビキタス端末、無人監視システムなどの電源に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の第１の実施例である電源装置の電気的構成を示す回路図である。
【図２】太陽電池の日照強度に対応した出力特性を示す図である。
【図３】太陽電池の日照強度に対応した出力インピーダンス特性を示す図である。
【図４】太陽電池の温度特性を示す図である。
【図５】固定設置した太陽電池における１日の発電量の推移を示す図である。
【図６】充電オン／オフ制御回路７の動作を説明する図である。
【図７】ＮＯＲ型ＲＳ−ＦＦ回路７３２の真理値を示す図である。
【図８】図１の電源装置におけるリチウムイオン二次電池９２の充電時の動作を説明するタイムチャートである。
【図９】リチウムイオン二次電池９２の充電特性を示す図である。
【図１０】電気二重層キャパシタ５の充電特性を示す図である。
【図１１】この発明の第２の実施例である電源装置の電気的構成を示す回路図である。
【図１２】この発明の第３の実施例である電源装置の電気的構成を示す回路図である。
【図１３】図１２の電源装置におけるリチウムイオン二次電池９２の充電時の動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１      太陽電池モジュール（太陽電池）
２      第１逆流防止素子（電源装置の一部）
３      電流制限素子（電源装置の一部）
４      過電圧保護素子（電源装置の一部）
５      電気二重層キャパシタ（電力貯蔵部）
６      昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ（電源装置の一部）
７      充電オン／オフ制御回路（電圧検出部の一部）
７１      ＬＤＯレギュレータ（電圧検出部の一部）
７２      キャパシタ電圧検出回路（電圧検出部の一部）
７２１      低圧検出器（第２の比較回路、電圧検出部の一部）
７２２      高圧検出器（第１の比較回路、電圧検出部の一部）
７２３，７２４      基準電圧源（電圧検出部の一部）
７３      ゲートスイッチ制御回路（電圧検出部の一部）
７３１      インバータ（ＩＮＶ）回路（電圧検出部の一部）
７３２      ＮＯＲ型ＲＳ−ＦＦ回路（保持回路、電圧検出部の一部）
８      二次電池充電制御回路（充電制御部）
８１      充電制御スイッチ（充電制御部の一部）
８２      ゲートスイッチ（スイッチ手段、充電制御部の一部）
８３      充電方式選択スイッチ（充電制御部の一部）
８４      定電流充電制御回路（定電流充電制御手段の一部）
８５      定電圧充電制御回路（定電圧充電制御手段の一部）
８６      第２逆流防止素子（充電制御部の一部）
８７      充電電流検出素子（定電流充電制御手段の一部）
８８      充電電圧検出素子（定電圧充電制御手段の一部）
９      二次電池パック（二次電池）
９１      充放電保護回路（二次電池の一部）
９２      リチウムイオン二次電池
１１      メインキャパシタ（電力貯蔵部）
１２      サブキャパシタ（補助電力貯蔵部）
１３      メインキャパシタ過電圧保護素子（電源装置の一部）
１４      サブキャパシタ過電圧保護素子（電源装置の一部）
１５      メインキャパシタ逆流防止素子（電源装置の一部）
１６      サブキャパシタ逆流防止素子（電源装置の一部）
１７      充電キャパシタ選択回路（補助電圧検出部の一部）
１７１      選択スイッチ制御回路（補助電圧検出部の一部）
１７２      選択スイッチ（補助電圧検出部の一部）
１８      キャパシタ充電電圧比較回路（補助電圧検出部の一部）
１９      サブキャパシタ放電制御回路（補助電圧検出部の一部）
１９１      放電スイッチ（補助電圧検出部の一部）
１９２      サブキャパシタ電圧検出回路（補助電圧検出部の一部）
１９３      放電スイッチ制御回路（補助電圧検出部の一部）
【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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