(57)【要約】【課題】太陽電池から効率よく電力を取り出し二次電池に充電する充電回路を提供する。【解決手段】太陽電池は電力を取り出す方法により、大きく発電効率が異なる。そのため太陽電池から得られる電力が最大となるように、最大電力点で太陽電池から取り出す電流を制御する回路を考案した。前述の太陽電池の最大電力点は、光の強さには影響されないが、太陽電池の温度に大きく影響される。そこで、温度によって変化する太陽電池の最大電力点を追従するような回路を考案した。二次電池から太陽電池への逆流防止回路は、従来、順方向電圧を小さくしたショットキーバリアダイオードなどが用いられエネルギー損失を小さくしていた。しかし、太陽電池の起電力の小さなシステムでは大きなエネルギー損失となる。したがってこの機能の損失をなくす回路を考案した。【選択図】図３
2005045886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、誘導コイルと、二次電池と、前記太陽電池の起電力を前記誘導コイルに流すための第一のスイッチと、前記第一のスイッチを開放後の、前記誘導コイルの誘導電流を二次電池に流す第二のスイッチと、前記第一のスイッチと、前記第二のスイッチとの開閉の周期を制御し、前記太陽電池の端子電圧を設定値に調節する制御回路とを備えたことを特徴とする、太陽電池を用いた充電回路。
【請求項２】
太陽電池と、少なくとも一つのコンデンサと、二次電池と、前記コンデンサに充電時は前記太陽電池と前記コンデンサをそれぞれ並列に接続する第一のスイッチと、前記コンデンサの電荷を放電時は、前記電源、前記コンデンサ、前記二次電池をそれぞれ直列に接続する第二のスイッチと、前記第一のスイッチと、前記第二のスイッチとの開閉の周期を制御し、前記太陽電池の端子電圧を設定値に調節する制御回路とを備えたことを特徴とする、太陽電池を用いた充電回路。
【請求項３】
前記太陽電池の端子電圧の設定値を、当該太陽電池の最大電力点電圧としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の太陽電池を用いた充電回路。
【請求項４】
感温素子を備え、前記太陽電池の端子電圧の設定値を温度に応じて変化させるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の充電回路。
【請求項５】
前記太陽電池の出力端子の少なくとも片方に誘導コイルを設けたことを特徴とする請求項２、請求項３又は請求項４記載の太陽電池を用いた充電回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池の起電力を二次電池へ充電する充電回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境負荷への配慮から太陽電池をエネルギー源とした機器が多数開発されている。大きなものは建物の屋根などに大面積の太陽電池を設置し、大きな電力を得られる太陽電池発電システムなどがある。逆に小さなものでは、腕時計に組み込み時計の電力を供給するものや、道路などに埋め込まれる発光標識の電力源として利用されているものまである。本発明の主な用途は、後者の小さな太陽発電システムにかかわる。
従来そのような小さな太陽電池発電システムでは、太陽電池の起電力を二次電池へ充電する方法として、太陽電池と二次電池のそれぞれの正極、負極同士を接続し、その間にダイオードを挿入し太陽電池から二次電池に向かう方向にのみ電流が流れるようにする方法がある。この方法は、もっとも単純な回路で部品点数も少ない。太陽電池と二次電池の間にダイオードを挿入し逆方向に電流が流れないようにするには以下のような理由がある。ダイオードがない場合、夜間など太陽電池の起電力がない状態では、太陽電池はＰＮ接合ダイオードとして働き、二次電池に蓄えられた電力が太陽電池に流れてしまうためである。その結果、二次電池に蓄えられた電力が太陽電池で消費されてしまういわゆる逆流現象が発生する。
【０００３】
そのほかの方法として、図１０１に示す回路などがある。この方法では、太陽電池１０１とコイル１０２、ダイオード１０３、二次電池１０４の順に直列接続し、太陽電池１０１と二次電池１０４の負極を接続している。このとき、ダイオード１０３は太陽電池１０１から二次電池１０４の方向へのみ電流が流れる方向に接続されている。さらに、コイル１０２とダイオード１０３の共通ノードと太陽電池１０１と二次電池１０４の負極をスイッチ１０５で接続している。このスイッチ１０５は制御回路１０６で開閉の制御を行っている。スイッチ１０５を閉じると太陽電池１０１からコイル１０２を通して電流が流れる。すると、コイル１０２を流れた電流は、コイル１０２よって電流のエネルギーを磁気的なエネルギーに変換され一時保存される。その後、スイッチ１０５を開くと保存されていた磁気的なエネルギーが再び電流のエネルギーとしてダイオード１０３を通して二次電池１０４に流れ込む。この電流が二次電池に充電されることとなる。このとき、コイル１０２は一種の慣性素子でスイッチ１０５を閉じたときに流れた電流と同じ電流を、スイッチ１０５が開かれた後も流そうとする。そのため、太陽電池１０１の端子電圧がダイオード１０３の順方向電圧（Ｖｆ）と二次電池１０４の端子電圧の和より低い場合でも充電が可能となる。さらに、制御回路１０６は基準電圧１０７と太陽電池の端子電圧を比較しスイッチ１０５の開閉周期を調節している。太陽電池１０１の端子電圧が基準電圧より低いときは開閉周期を短くして太陽電池から取り出す電力を少なくしている。基準電圧１０７は、太陽電池１０１の最大電力点の電圧と等しく設定されている。このようにして、太陽電池１０１から効率よく電力を取り出すように動作している。
【０００４】
さらに、これらの充電回路で太陽電池の発電量が多い時、二次電池への充電時に生ずる過電流を防止する回路では、抵抗を発熱させるなどして、対策していたため大きなエネルギー損失があった。
【０００５】
参考文献１「特開平１０−２７１７０８」
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの充電回路では以下のような問題がある。もっとも単純な、太陽電池と、二次電池の間にダイオードを直列接続した方法では太陽電池が最適な動作点で動作しないほか、ショットキーバリアダイオードなどの順方向電圧の低いダイオードなどを選択して損失を低くしているものの、ダイオードの順方向電圧（Ｖｆ）が損失となってしまい充電電流×Ｖｆの分の損失を発生し効率の良い充電回路とはいえない。
また、図１０１に示す方法では、太陽電池を最適な動作点で動作させるように改善されているものの、二次電池から太陽電池へ電流の逆流を防ぐためのダイオード１０３がある。このため充電時にこのダイオード１０３の順方向電圧（Ｖｆ）の損失を逃れることはできていないなどの問題点がある。
さらに、夏場の日中など太陽電池の起電力が大きなとき、二次電池の充電電流が大きくなり、二次電池の温度が充電電流により上昇し二次電池に損傷を与えてしまう問題点もある。
そこで、本発明の目的は、太陽電池を用いた充電回路において太陽電池が受けるエネルギーを最大限取り出し、損失無く二次電池に充電することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では以下のような手段により課題を解決した。
太陽電池は電力を取り出す方法により、大きく発電効率が異なる。そのため太陽電池から得られる電力が最大となるように、最大電力点で太陽電池から取り出す電流を制御する回路を考案した。
前述の太陽電池の最大電力点は、光の強さには影響されないが、太陽電池の温度に大きく影響される。そこで、温度によって変化する太陽電池の最大電力点を追従するような回路を考案した。
二次電池から太陽電池への逆流防止回路は、従来、順方向電圧を小さくしたショットキーバリアダイオードなどが用いられエネルギー損失を小さくしていた。しかし、太陽電池の起電力の小さなシステムでは大きなエネルギー損失となる。したがってこの機能の損失をなくす回路を考案した。
過電流を防止する方法として、きわめて短い時間だけ大電流を流し充電する方法を用い、二次電池の温度上昇を防ぎ過電流許容値を上げる方法を考案した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
【実施例】
〔第一の実施の形態〕
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第一の実施形態の太陽電池を利用した充電回路である。この充電回路は、太陽電池１と誘導コイル（以下コイル）２と第一のスイッチ３と二次電池４を備えている。太陽電池１はコイル２、第一のスイッチ３の順に直列に接続された後、二次電池４の正極に接続されている。太陽電池１と二次電池４の負極は共通のノードに接続されている。コイル２と第一のスイッチ３の接続点と、太陽電池１と二次電池４の負極の共通ノードを接続するように第二のスイッチ５が接続されている。第一のスイッチ３及び第二のスイッチ５の開閉を制御する制御回路６が備えられている。この制御回路６は、太陽電池１の端子電圧と基準電圧７を電圧比較器８で比較した結果にしたがって開閉の周波数を変化させている。
【０００９】
このような構成の太陽電池を利用した充電回路で、まず第二のスイッチ５を閉じる。すると、太陽電池１からコイル２を通して第二のスイッチ５へと電流ｉ（Ａ：アンペア）が流れはじめる。ところが、コイル２は一種の慣性を持った素子なのでスイッチ５を閉じた直後には電流が流れず、時間とともに電流値が増していく。これは、電流ｉを流そうとする太陽電池１の端子電圧Ｅ（Ｖ：ボルト）に対向する電圧がコイル２の自己誘導起電力で発生しているためである。この値は以下の式で表される。ここで、Ｌはコイルのインダクタンス（Ｈ：ヘンリー）
【００１０】
【数１】
2005045886.tif 000003
【００１１】
さらに、太陽電池１の正極から、コイル２、第二のスイッチ５、太陽電池１の負極へと流れる電流ｉを求める。図中には示していないが、回路には必ず抵抗Ｒが存在するのでそれも考慮に入れると。太陽電池１の起電力Ｅとコイル２の電圧降下Ｌｄｉ／ｄｔと抵抗の電圧降下Ｒｉの和は等しいので、以下の式であらわすことができる。
【００１２】
【数２】
2005045886.tif 000004
【００１３】
この微分方程式を解けば、流れる電流ｉが求められる。その結果は以下の式になる。
【００１４】
【数３】
2005045886.tif 000005
【００１５】
数３から読み取れるように、コイル２に流れる電流ｉは、Ｅ／Ｒに時間ｔの経過とともに漸近していく。さらに、抵抗Ｒが０に近づくとｉの値は時間とともに限りなく大きくなることがわかる。図１の回路では、太陽電池１、コイル２、第二のスイッチ５の間に大きな抵抗は存在しないので、第二のスイッチ５を閉じている間、電流ｉは増しつづける。次に電流ｉが適当な値の時点で、第二のスイッチ５を開くとともに、第一のスイッチ３を閉じる。すると、コイル２は電流ｉに対して慣性を持った素子なのでこれまで第二のスイッチ５が閉じられていたときと同じ値の電流ｉを第一のスイッチ３を通して接続された二次電池４に向かって流そうとする。このとき、太陽電池１の端子電圧Ｅが二次電池４の端子電圧Ｅｂより低くても、コイル２は、第二のスイッチ５が閉じられていたときと同じ方向に同じ電流をながそうとするので、結果的に電圧を昇圧し二次電池４に電流を流す。このとき二次電池４に流れ込む電力は、第二のスイッチ５が閉じられていたときにコイル２に流れた電力と同じ量の電力が二次電池４に蓄えられることになる。つまり、第二のスイッチ５が閉じられたときに、コイル２に流れたのと同じ電力が、次にスイッチが切り替えられ、第一のスイッチ３が閉じられたときに二次電池４に流れ込み充電される。つまり、第二のスイッチ５が閉じられている時間が長いほど、充電電流が多くなることになる。すなわち、第一のスイッチ３と第二のスイッチ５の切り替え周波数が低いほど、充電電流が多くなる。
これら、第一のスイッチ３および第二のスイッチ５は太陽電池１の端子電圧Ｅと基準電圧７が接続された電圧比較器８の出力により、制御回路６によってその開閉の周波数を制御されている。制御回路６は太陽電池１の端子電圧Ｅが基準電圧７より低いときは、スイッチの開閉周波数を上げて、充電電流を少なくしている。逆に太陽電池１の端子電圧Ｅが基準電圧７より高いときは、スイッチの開閉周波数を下げて充電電流を増やしている。太陽電池１は取り出す電流が増えると、端子電圧Ｅが低下し、取り出す電流が減ると端子電圧Ｅが上昇する。
ここで、太陽電池１の動作特性を説明する。図２に実際の太陽電池の電圧―電流、電力の特性図を示す。山形の電圧―電力特性（Ｐｏｗｅｒ  ｖｓ．  Ｖｏｌｔａｇｅ）の最大点つまり最大電力点が各光量とも電圧にほとんど差が無いことがわかる。このように、この動作点の電圧は太陽電池の受ける光量に影響されない。つまり太陽電池がこの最大電力点の端子間電圧で動作するように、取り出す電流Ｉを調節すれば最も効率よく太陽電池を動作させることができる
つまり、図１の基準電圧７の値を太陽電池１の最大電力点の電圧と等しくすることで、太陽電池から最大効率で電力を取り出し、二次電池４に充電することができる。
【００１６】
〔第二の実施の形態〕
その他の方法として、第二の実施の形態を図３に示す太陽電池を利用した充電回路について図を参照しながら説明する。この太陽電池を利用した充電回路は太陽電池１１とコンデンサ１２と二次電池１３を備えている。太陽電池１１とコンデンサ１２の両極をそれぞれ接続するように、スイッチ１４とスイッチ１５が配置されている。さらに、太陽電池１１の正極とコンデンサ１２の負極を接続するようにスイッチ１６が配置されている。コンデンサ１２の正極と二次電池１３の正極を接続するようにスイッチ１７が配置されている。二次電池１３の負極と太陽電池１１の負極は接続されている。さらにこれらのスイッチ１４，１５，１６，１７の開閉を制御する制御回路１８が備えられている。この制御回路１８は太陽電池１１の端子電圧Ｅと基準電圧１９の値を電圧比較器２０で比較した出力を元に、スイッチ１４およびスイッチ１５とスイッチ１６およびスイッチ１７が交互に開閉するように制御している。
このような構成の太陽電池を利用した充電回路で、まずスイッチ１４およびスイッチ１５を閉じて太陽電池１１からコンデンサ１２へ充電する。このときスイッチ１６およびスイッチ１７は開放されている。ここで、太陽電池１１の端子電圧をＥｓ（Ｖ：ボルト）、コンデンサ２の静電容量をＣ（Ｆ：ファラッド）とすると、コンデンサ２に充電される電荷Ｑ（Ｃ：クーロン）は、以下の式で表される。
【００１７】
【数４】
2005045886.tif 000006
【００１８】
次にスイッチ１４およびスイッチ１５を開放して、スイッチ１６およびスイッチ１７を閉じ二次電池１３にコンデンサ２に充電された電荷を放電する。このときコンデンサ１２の充電時に太陽電池１１の負極に接続されていた端子はスイッチ１６により太陽電池１１の正極に接続される。つまり太陽電池１１とコンデンサ１２は直列に接続されることとなる。ここで、太陽電池１１の負極からコンデンサ１２の正極までの電位差Ｅｏは以下の式で表される。
【００１９】
【数５】
2005045886.tif 000007
【００２０】
二次電池１３に充電するためには、二次電池１３の端子電圧（Ｅｂ）を超える電圧を二次電池１３の端子に与えなければならない。例えば、ここで太陽電池１１の電圧ＥｓがＥｂと同じであったとすると、Ｅｏ＝２×Ｅｓとなる。この電圧を二次電池１３に与えると、コンデンサ１２が放電し、Ｅｏ＝Ｅｂとなるまで電流が流れる。つまり、コンデンサ１２に蓄えられていたすべての電荷が一回のスイッチの開閉で放電されることとなる。さらに、電流Ｉ（Ａ：アンペア）は単位時間つまり１秒間に流れた電荷の量を指し示すので流れた電荷の量をかかった時間ｔ（ｓ：セコンド、秒）の逆数、つまりスイッチの開閉の周波数ｆ（Ｈｚ：ヘルツ）をかければ二次電池１３に流れる電流Ｉを以下の式で表される。
【００２１】
【数６】
2005045886.tif 000008
【００２２】
ここで、太陽電池１１の端子電圧（Ｅｓ）と二次電池１３の端子電圧（Ｅｂ）が等しくないとき、１回のスイッチ１４，１５とスイッチ１６，１７の開閉で流れる電荷Ｑ１は、太陽電池１１の端子電圧（Ｅｓ）とコンデンサ１２の充電によるコンデンサ１２の両端に現れる電圧Ｅｃ＝Ｑ／Ｃの和から二次電池１３の端子電圧Ｅｂを引いたものにコンデンサ１２の静電容量Ｃをかけたものとなり、以下の式で表される。
【００２３】
【数７】
2005045886.tif 000009
【００２４】
このような条件で、二次電池１３に流れる充電電流Ｉｃは、数６の時と同様、１回のスイッチ１４，１５およびスイッチ１６，１７の開閉で流れる電荷Ｑ１にスイッチの開閉周波数ｆをかければ求められるので、以下の式で表される。
【００２５】
【数８】
2005045886.tif 000010
【００２６】
このように、二次電池１３に充電電流が流れ充電される。
【００２７】
ここで、制御回路１８は、太陽電池１１の端子電圧Ｅｓと基準電圧１９の電圧Ｖｒｅｆとが等しくなるようにスイッチ１４，１５およびスイッチ１６，１７の開閉周波数を調節している。たとえば、太陽電池１１の端子電圧Ｅｓが基準電圧１９の電圧Ｖｒｅｆより高い場合、太陽電池１１からより多くの電力、すなわち電流を取り出せば端子電圧は下がる。そこで、制御回路１８は、スイッチ１４，１５およびスイッチ１６，１７の開閉周波数を上昇させ、より多くの充電電流を流すようにすることで、太陽電池１１の端子電圧Ｅｓを一定に保っている。逆に、太陽電池１１の端子電圧Ｅｓが基準電圧１９の電圧Ｖｒｅｆより低い場合は、スイッチの切り替え周波数を低下させ、充電電流を小さくしている。さらに、太陽電池１１の起電力がない時は、スイッチの切り替えを停止することで、二次電池１３から太陽電池１１へ電流が流れてしまうのを防ぐことができる。
【００２８】
ここで、基準電圧１９の電圧Ｖｒｅｆを太陽電池の最大電力点の電圧と等しくしておけば、効率よく太陽電池から二次電池への充電が可能となる。
【００２９】
〔第三の実施の形態〕
太陽電池は、半導体のＰＮ接合によって構成され、その構造は、ＰＮ接合ダイオードと同一である。そのため、太陽電池の温度特性はＰＮ接合ダイオードと同様になる。ダイオードの電圧、電流、温度の特性は以下のダイオードの電流密度の式で示される。
【００３０】
【数９】
2005045886.tif 000011
【００３１】
Ｊ：全電流密度              Ｊｓ：逆飽和電流密度
ｑ：素電荷  ｋ：ボルツマン定数      Ｔ：絶対温度
数９で電流密度Ｊと素子のＰＮ接合面積の積をとればダイオードに流れる電流になる。このことから、流れる電流が一定の条件で、素子の温度Ｔが低下すると、順方向電圧Ｖは上昇する。このことから太陽電池の端子電圧もダイオードと同様に素子の温度が低下すると、端子電圧が上昇する。
【００３２】
ここで、図４に実際の太陽電池の最大電力点の温度特性図を示す。図の電圧−電力特性の開放端電圧すなわち、電流０の時の太陽電池の端子電圧が温度の上昇とともに低下しているのがわかる。さらに、電圧−電力特性の最大電力点の電圧が温度の上昇とともに低下している。同時に、最大電力の値も低下しているのがわかる。
【００３３】
このように、素子温度によって大きく変化する太陽電池の最大電力点を追従する方法として、第三の実施の形態を図５を参照しながら説明する。図５の充電回路は、基本的な部分は、図３の充電回路における、基準電圧１９の部分を変更している。そこで、図３の充電回路で説明したものと同じ要素は同じ番号を付し、新たに変更した部分には新しい番号を付した。図３における基準電圧１９にあたる部分を、図５においては、感温素子としてのダイオード２１と定電流源２２に置き換えた。
【００３４】
ダイオード２１は、太陽電池１１と同じＰＮ接合によって構成されている。そのため、ダイオード２１も電圧、電流、温度の特性は数９で示したダイオードの電流密度の式で示すことができる。つまり、ダイオード２１に定電流源２２から定電流を流すことで、ダイオード２１の端子間にはダイオード２１の素子温度に応じた電圧が発生することになる。つまり、ダイオード２１の雰囲気温度が上昇すると、その端子間電圧は低下する。逆に雰囲気温度が低下すると、端子間温度は上昇する。このダイオード２１を太陽電池１１の近傍に配置して充電回路を動作させると、太陽電池１１の雰囲気温度が上昇し、最大電力点の電圧が低下すると同時にダイオード２１の雰囲気温度２１も上昇する。するとダイオード２１の端子間電圧は低下し、制御回路１８の基準電圧が低下する。その基準電圧と太陽電池１１の端子電圧を等しくするように制御回路１８はスイッチ１４，１５およびスイッチ１６，１７の切り替え周波数を調節し、太陽電池１１から取り出す電流の量を調節しているので太陽電池１１の端子電圧も低下することになる。このように、図５の太陽電池を利用した充電回路を用いることによって、温度によって最大電力点の変化する太陽電池から、効率よく電力を取り出し充電することが可能となる。
【００３５】
第一、第二、第三の実施の形態の太陽電池を利用した充電回路では、二次電池から太陽電池へ電流が流れてしまう、いわゆる逆流現象防止のために、ショットキーバリアダイオードなどを用いていない。本発明の充電回路では、太陽電池の起電力がない時は、制御回路の発振を停止して、二次電池から太陽電池への電流経路のスイッチを開放することでいわゆる逆流現象が起こるのを防止している。
【００３６】
二次電池劣化の原因の大部分は、内部温度の上昇による不可逆変化すなわち、セパレータの溶融や、電極の酸化などが原因である。このような温度上昇による劣化部分が増えると最終的には充電容量が減り二次電池の寿命へといたる。この温度上昇の原因は二次電池内部を電流が流れるときに発生する。つまり、充電、放電のサイクルで発熱は避けられない問題となる。従来、この発熱から逃れるために充電や放電時に一定以上の電流を流さないことで対応してきた。
ここで、太陽電池を利用した充電では、夏場の日中など太陽電池の発電量が多く、充電電流が流れすぎてしまう過電流状態を防ぐ必要がる。従来では過電流となってしまう電流を抵抗などに流して、二次電池に過電流が流れないようにしていた。ところが、過電流防止用に抵抗に流す電流は二次電池には蓄えられず結果として損失となっている。この損失を防ぐためにきわめて短い時間だけ大電流を流し充電する。その後しばらくは電流を流さず二次電池を冷却する時間を設ける。この短時間大電流の充電と、冷却の繰り返しの充電をすることによって二次電池の温度を上昇させること無く、通常の充電方法より大きな電力を二次電池に充電する方法を考案した。この方法だと、大電流を流している期間は瞬間的に大きく温度上昇する。しかし、二次電池周辺との温度差も大きいため、電流をとめ冷却中の温度の下降も早くなる。これを繰り返した場合、結果的に継続して電流を流す充電方法より温度上昇が低くなる。なぜなら、化学反応は、電気反応に対してその反応速度が遅い。つまり電流が流れてから、実際に化学反応による温度上昇はタイミングが遅れるからである。さらにパルス状に電流を流すことで、熱も波状に二次電池内部を伝播し一時に全体の温度が上昇することもない。
【００３７】
具体的には、第二、第三の、実施の形態の充電回路では、コンデンサ１２から二次電池１３に電流を流す経路に時定数となるような素子が存在しない。スイッチ１７は半導体スイッチング素子、特にＭＯＳ型のトランジスタなどを用いればスイッチが導通状態での抵抗は数１０ｍオーム程度であり無視して問題ない値である。このような状態では、コンデンサ１２から、二次電池１３に瞬間的に電荷が流れ込む。つまり、流れる電流値は瞬間的に非常に大きなものとなる。その後、さらに電流が流れ込むのは、スイッチ１６、１７を開き、スイッチ１４、１５を閉じてコンデンサ１２に充電した後、スイッチ１４，１５を開き、スイッチ１６，１７を閉じるまで、二次電池１３に充電電流は流れない。その間、二次電池１３は、冷却することが可能となる。
【００３８】
〔第四の実施の形態〕
さらに、第二、第三の実施の形態のように太陽電池１１から一度コンデンサ１２に充電した電荷を二次電池４に充電する充電回路では太陽電池１１から、コンデンサ１２に充電する際に、瞬間的に大電流が流れ太陽電池１１の端子間電圧が低下してしまう。その結果、太陽電池１１は最大電力点で動作できない。このような現象を回避するため、図６に示す太陽電池を利用した充電回路では、太陽電池１１の出力端に誘導コイル２３を挿入し、誘導コイル２３の自己誘導を利用し太陽電池１１の端子間電圧を一定に保つようにした。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の太陽電池を利用した充電回路により、太陽電池が受ける光の強さや、太陽電池の温度にかかわらず最大効率で太陽電池を動作させ、さらに、損失のない二次電池への充電が可能となる。さらに、太陽電池の発電電力が大きなときでも、電力をむだにせず、二次電池に損傷を与えることなく充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る太陽電池を利用した充電回路の回路図である。
【図２】太陽電池の電圧−電流、電力特性図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係る太陽電池を利用した充電回路の回路図である。
【図４】太陽電池の各温度の電圧−電流、電力特性図である。
【図５】本発明の第三の実施形態に係る太陽電池を利用した充電回路の回路図である。
【図６】本発明の第四の実施の形態に係る太陽電池を利用した充電回路の回路図である。
【図１０１】従来の太陽電池を利用した充電回路の回路図の一例である。
【図１】
2005045886.tif 000012
【図２】
2005045886.tif 000013
【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１０１】
2005045886.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月21日(2003.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る太陽電池を利用した充電回路の回路図である。
【図２】太陽電池の電圧−電流、電力特性図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係る太陽電池を利用した充電回路の回路図である。
【図４】太陽電池の各温度の電圧−電流、電力特性図である。
【図５】本発明の第三の実施形態に係る太陽電池を利用した充電回路の回路図である。
【図６】本発明の第四の実施の形態に係る太陽電池を利用した充電回路の回路図である。
【図７】従来の太陽電池を利用した充電回路の回路図の一例である。


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005045886.tif 000019
【図２】
2005045886.tif 000020
【図３】
2005045886.tif 000021
【図４】
2005045886.tif 000022
【図５】
2005045886.tif 000023
【図６】
2005045886.tif 000024
【図７】
2005045886.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月21日(2003.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
そのほかの方法として、図７に示す回路などがある。この方法では、太陽電池１０１とコイル１０２、ダイオード１０３、二次電池１０４の順に直列接続し、太陽電池１０１と二次電池１０４の負極を接続している。このとき、ダイオード１０３は太陽電池１０１から二次電池１０４の方向へのみ電流が流れる方向に接続されている。さらに、コイル１０２とダイオード１０３の共通ノードと太陽電池１０１と二次電池１０４の負極をスイッチ１０５で接続している。このスイッチ１０５は制御回路１０６で開閉の制御を行っている。スイッチ１０５を閉じると太陽電池１０１からコイル１０２を通して電流が流れる。すると、コイル１０２を流れた電流は、コイル１０２よって電流のエネルギーを磁気的なエネルギーに変換され一時保存される。その後、スイッチ１０５を開くと保存されていた磁気的なエネルギーが再び電流のエネルギーとしてダイオード１０３を通して二次電池１０４に流れ込む。この電流が二次電池に充電されることとなる。このとき、コイル１０２は一種の慣性素子でスイッチ１０５を閉じたときに流れた電流と同じ電流を、スイッチ１０５が開かれた後も流そうとする。そのため、太陽電池１０１の端子電圧がダイオード１０３の順方向電圧（Vf）と二次電池１０４の端子電圧の和より低い場合でも充電が可能となる。さらに、制御回路１０６は基準電圧１０７と太陽電池の端子電圧を比較しスイッチ１０５の開閉周期を調節している。太陽電池１０１の端子電圧が基準電圧より低いときは開閉周期を短くして太陽電池から取り出す電力を少なくしている。基準電圧１０７は、太陽電池１０１の最大電力点の電圧と等しく設定されている。このようにして、太陽電池１０１から効率よく電力を取り出すように動作している。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの充電回路では以下のような問題がある。もっとも単純な、太陽電池と、二次電池の間にダイオードを直列接続した方法では太陽電池が最適な動作点で動作しないほか、ショットキーバリアダイオードなどの順方向電圧の低いダイオードなどを選択して損失を低くしているものの、ダイオードの順方向電圧（Vf）が損失となってしまい充電電流×Vfの分の損失を発生し効率の良い充電回路とはいえない。
また、図７に示す方法では、太陽電池を最適な動作点で動作させるように改善されているものの、二次電池から太陽電池へ電流の逆流を防ぐためのダイオード１０３がある。このため充電時にこのダイオード１０３の順方向電圧(Vf)の損失を逃れることはできていないなどの問題点がある。
さらに、夏場の日中など太陽電池の起電力が大きなとき、二次電池の充電電流が大きくなり、二次電池の温度が充電電流により上昇し二次電池に損傷を与えてしまう問題点もある。
そこで、本発明の目的は、太陽電池を用いた充電回路において太陽電池が受けるエネルギーを最大限取り出し、損失無く二次電池に充電することにある。