(57)【要約】【課題】外部からの電力が電気負荷へ供給される際の余剰電力で充電される二次電池が満充電となった場合に、二次電池を過充電に至らしめることなく略満充電を保持して電気負荷に電力を供給し続けることが可能な供給電力制御方法、及び該供給電力制御方法を用いた電源装置を提供する。【解決手段】二次電池４が満充電となる前は、外部電源１から供給される電力から、電気負荷８に供給すべき電力を差し引いた残余の余剰電力の一部又は全部によって、二次電池４が充電されるように、制御端子２１に与えるＰＷＭ制御のデューティ比を制御する。二次電池４が満充電となった後は、外部電源１から供給された電力をスイッチング電源２がＰＷＭ制御して生成した電力から、電気負荷８に供給すべき電力を差し引いた残余の余剰電力がある場合、二次電池４の充放電電流が、補充電の電流より小さい充電電流又は放電電流となるように、前記デューティ比を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の直流電源から供給される電力が、二次電池を充電する電力と電気負荷に供給すべき電力とを加算した電力、又は前記電気負荷に供給すべき電力から前記二次電池が放電する電力を減算した電力となるように制御する方法であって、
前記二次電池の満充電を検出し、
満充電を検出した場合、前記二次電池の充放電電流が、補充電の電流より小さい充電電流又は放電電流となるように、前記供給される電力を制御すること
を特徴とする供給電力制御方法。
【請求項２】
前記充電電流は、０．０５Ｃ以下であり、
前記放電電流は、０．１Ｃ以下であること
を特徴とする請求項１に記載の供給電力制御方法。
【請求項３】
前記直流電源から供給された電力をＰＷＭ制御して前記二次電池を充電する電力及び／又は前記電気負荷に供給すべき電力を生成するＰＷＭ制御部を用意し、
前記充放電電流が前記充電電流又は放電電流となるように、前記ＰＷＭ制御部のデューティ比を制御すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の供給電力制御方法。
【請求項４】
前記二次電池の満充電を検出した場合、前記二次電池の充放電電流が所定範囲内の放電電流となるように制御することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の供給電力制御方法。
【請求項５】
前記二次電池の充放電電流を時系列的に検出し、
検出した充放電電流を積算し、
積算値が所定の満充電容量値以上となった場合、満充電を検出すること
を特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の供給電力制御方法。
【請求項６】
前記二次電池の電圧及び充電電流を時系列的に検出し、
検出した電圧及び充電電流に基づいて前記二次電池を定電流・定電圧にて充電し、
検出した電圧が所定電圧以上であり、且つ検出した充電電流が所定電流以下である場合、満充電を検出すること
を特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の供給電力制御方法。
【請求項７】
前記二次電池の電圧及び充電電流を時系列的に検出し、
検出した充電電流に基づいて前記二次電池を定電流にて充電し、
検出した電圧の極大値を検知した場合、又は検出した電圧の最大値から所定の電圧値だけ低下したことを検知した場合の何れかの場合に、満充電を検出すること
を特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の供給電力制御方法。
【請求項８】
前記二次電池の温度を時系列的に検出し、
検出した温度の上昇率を算出し、
算出した上昇率が所定の上昇率以上となったことを検知した場合に、満充電を検出すること
を特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の供給電力制御方法。
【請求項９】
外部の直流電源から供給される電力が、二次電池を充電する電力と電気負荷に供給すべき電力とを加算した電力、又は前記電気負荷に供給すべき電力から前記二次電池が放電する電力を減算した電力となるように制御する電源装置であって、
前記二次電池の満充電を検出する手段と、
該手段が満充電を検出した場合、前記二次電池の充放電電流が、補充電の電流より小さい充電電流又は放電電流となるように、前記供給される電力を制御する手段と
を備えることを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部の直流電源から供給される電力が、電気負荷に供給すべき電力に対して二次電池の充電電力を加算した電力（又は放電電力を減算した電力）となるように制御する供給電力制御方法、及び該供給電力制御方法を用いた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池のエネルギー密度及び充放電可能なサイクル数が増大し、充放電の各種特性の改善が進んだことと相まって、二次電池が活用される場が広まっている。二次電池は、放電が終了しても廃棄せずに充電して繰り返し使用できるため、特に省資源化及びランニングコストの低減が重視される場合に、自然エネルギーを利用する太陽電池と併用することによる相乗効果が大きくなる。
【０００３】
例えば、特許文献１及び２では、内蔵する二次電池を充電する太陽電池と、充電された二次電池で点灯されるＬＥＤとを備える照明装置が開示されている。この種の照明装置は、日中は太陽電池からの電力によって専ら二次電池に充電し、夜間（又は周囲の照度が低下した場合）は二次電池からの電力によって照明するものであり、太陽電池からの電力にて二次電池を充電しつつＬＥＤにも電力を供給できることを目的とするものではない。特許文献１及び２に開示された照明装置では、ニッケルカドミウム電池のような耐過充電特性に優れた二次電池を用いる場合を除いて、二次電池が満充電となった場合は、過充電を防止するために充電が停止される。
【０００４】
一方、例えば日中の補助光としても使用される照明装置では、日中は太陽電池からの電力で二次電池に充電すると共に照明も行い、夜間は専ら二次電池からの電力で照明することとなる。このように、太陽電池からの電力によって二次電池への充電と、照明等の電気負荷への電力の供給とを同時に行い得る装置では、太陽電池、二次電池及び電気負荷が、夫々スイッチを介して互いに接続されており、二次電池が満充電となった場合は、過充電を防止するために二次電池のスイッチが開かれて充電が停止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５９５２１号公報
【特許文献２】特開２０１０−５５７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、二次電池にスイッチを設けることはコストアップの一因となる。とはいえ、二次電池にスイッチを設けない場合は、二次電池への充電を停止するために太陽電池のスイッチを開く必要があり、その時点から二次電池が電気負荷に対する放電を開始して、満充電を維持できなくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部からの電力が電気負荷へ供給される際の余剰電力で充電される二次電池が満充電となった場合に、二次電池を過充電に至らしめることなく略満充電を保持して電気負荷に電力を供給し続けることが可能な供給電力制御方法、及び該供給電力制御方法を用いた電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る供給電力制御方法は、外部の直流電源から供給される電力が、二次電池を充電する電力と電気負荷に供給すべき電力とを加算した電力、又は前記電気負荷に供給すべき電力から前記二次電池が放電する電力を減算した電力となるように制御する方法であって、前記二次電池の満充電を検出し、満充電を検出した場合、前記二次電池の充放電電流が、補充電の電流より小さい充電電流又は放電電流となるように、前記供給される電力を制御することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る供給電力制御方法は、前記充電電流は、０．０５Ｃ以下であり、前記放電電流は、０．１Ｃ以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る供給電力制御方法は、前記直流電源から供給された電力をＰＷＭ制御して前記二次電池を充電する電力及び／又は前記電気負荷に供給すべき電力を生成するＰＷＭ制御部を用意し、前記充放電電流が前記充電電流又は放電電流となるように、前記ＰＷＭ制御部のデューティ比を制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る供給電力制御方法は、前記二次電池の満充電を検出した場合、前記二次電池の充放電電流が所定範囲内の放電電流となるように制御することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る供給電力制御方法は、前記二次電池の充放電電流を時系列的に検出し、検出した充放電電流を積算し、積算値が所定の満充電容量値以上となった場合、満充電を検出することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る供給電力制御方法は、前記二次電池の電圧及び充電電流を時系列的に検出し、検出した電圧及び充電電流に基づいて前記二次電池を定電流・定電圧にて充電し、検出した電圧が所定電圧以上であり、且つ検出した充電電流が所定電流以下である場合、満充電を検出することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る供給電力制御方法は、前記二次電池の電圧及び充電電流を時系列的に検出し、検出した充電電流に基づいて前記二次電池を定電流にて充電し、検出した電圧の極大値を検知した場合、又は検出した電圧の最大値から所定の電圧値だけ低下したことを検知した場合の何れかの場合に、満充電を検出することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る供給電力制御方法は、前記二次電池の温度を時系列的に検出し、検出した温度の上昇率を算出し、算出した上昇率が所定の上昇率以上となったことを検知した場合に、満充電を検出することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る電源装置は、外部の直流電源から供給される電力が、二次電池を充電する電力と電気負荷に供給すべき電力とを加算した電力、又は前記電気負荷に供給すべき電力から前記二次電池が放電する電力を減算した電力となるように制御する電源装置であって、前記二次電池の満充電を検出する手段と、該手段が満充電を検出した場合、前記二次電池の充放電電流が、補充電の電流より小さい充電電流又は放電電流となるように、前記供給される電力を制御する手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明にあっては、二次電池が満充電となる前は、外部の直流電源から供給される電力から、電気負荷に供給すべき電力を差し引いた残余の余剰電力によって、二次電池が充電されるように制御する。二次電池が満充電となった後に余剰電力がある場合は、二次電池の充放電電流が、補充電（細流充電。いわゆるトリクル充電）の電流より小さい充電電流又は放電電流となるように制御する。また、二次電池が満充電となったか否かに関わらず、余剰電力がない場合は、外部の直流電源から供給される電力が全て電気負荷に供給され、不足する電力が二次電池から供給される。
これにより、二次電池が満充電となった後に余剰電力がある場合、外部の直流電源から電気負荷に電力が供給されると共に、前記余剰電力によって二次電池が過充電（又は放電電流が無視できない程度の放電）とならない範囲で僅かに充電（又は放電）されるようになるため、二次電池の充電（又は放電）が必要最小限に抑制される。
【００１８】
本発明にあっては、満充電を検出した場合、充放電電流が、充電方向の電流のときは０．０５Ｃ（Ｃ＝充放電の時間率）以下に、放電方向の電流のときは０．１Ｃ以下になるようにするため、過充電及び残容量の低下が効果的に防止される。充電方向（又は放電方向）の電流が０．５Ｃ（又は０．１Ｃ）を越える場合は、過充電（又は残容量の低下）の防止効果が不十分である。
充放電電流を更に小さく抑制する制御が可能な場合は、０．０１Ｃ以下に抑制することがより好ましい。
【００１９】
本発明にあっては、外部の直流電源から供給された電力をＰＷＭ（Pulse Width Modulation ）制御して生成した電力から、電気負荷に供給すべき電力を差し引いた残余の余剰電力がある場合、二次電池の充放電電流が所定の充電電流又は放電電流となるようにＰＷＭ制御のデューティ比を制御する。
これにより、直流電源から供給される電力を高効率で変換して、必要な電力を生成すると共に、ＰＷＭ制御のデューティ比の制御だけで、生成する電力を増減させる。
【００２０】
本発明にあっては、二次電池が満充電となった後に、外部の直流電源から供給される電力から、電気負荷に供給すべき電力を差し引いた残余の余剰電力がある場合に、二次電池の放電電流が目標値から変動したとしても、所定範囲内の放電電流となるように制御する。
これにより、外部から供給される電力の変動率が大きい場合であっても、二次電池が充電されることがない範囲内で僅かに放電させることができるため、二次電池の放電が必要最小限に抑制されると共に、充放電が頻繁に切り替わって二次電池が劣化することが防止される。
【００２１】
本発明にあっては、時系列的に検出して積算した二次電池の充放電電流が、所定の満充電容量値以上となったときに満充電を検出する。
これにより、太陽電池のように電力の変動が大きい直流電源から電力が供給される場合、又は電気負荷に供給すべき電力の変動が大きい場合など、二次電池の電池電圧の変化から満充電を検出するのが困難なときであっても、二次電池の満充電が検出される。
【００２２】
本発明にあっては、時系列的に検出した二次電池の電圧及び充電電流に基づいて二次電池を定電流・定電圧で充電している間に、検出した電池電圧及び充電電流の夫々が、所定電圧以上及び所定電流以下となったときに満充電を検出する。
これにより、ＡＣアダプタのように電力の変動が少ない直流電源から電力が供給され、且つ電気負荷に供給すべき電力の変動が小さい場合に、例えばリチウムイオン二次電池が定電流・定電圧にて充電される。
【００２３】
本発明にあっては、時系列的に検出した二次電池の電圧及び充電電流に基づいて二次電池を定電流にて充電している間に、二次電池の充電末期のピーク電圧を検知した場合、又は最大電圧からΔＶ低下する−ΔＶを検知した場合に満充電を検出する。
これにより、ＡＣアダプタのように電力の変動が少ない直流電源から電力が供給され、且つ電気負荷に供給すべき電力の変動が小さい場合に、例えばニッケル水素二次電池が定電流にて充電される。
【００２４】
本発明にあっては、時系列的に検出した二次電池の温度の上昇率（ΔＴ／Δｔ）が所定の上昇率以上となったことを検知した場合に満充電を検出する。
これにより、ＡＣアダプタのように電力の変動が少ない直流電源から電力が供給され、且つ電気負荷に供給すべき電力の変動が小さい場合に、例えばニッケル水素二次電池が定電流にて充電される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、二次電池が満充電となった後の充電制御において、二次電池の充放電電流が、補充電の電流より小さい充電電流又は放電電流となるようにする。
これにより、二次電池が満充電となった後に余剰電力がある場合、外部の直流電源から電気負荷に電力が供給されると共に、前記余剰電力によって二次電池が過充電（又は放電電流が無視できない程度の放電）とならない範囲で僅かに充電（又は放電）されるようになるため、二次電池の充電（又は放電）が必要最小限に抑制される。
従って、外部からの電力が電気負荷へ供給される際の余剰電力で充電される二次電池が満充電となった場合に、二次電池を過充電に至らしめることなく略満充電を保持して電気負荷に電力を供給し続けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】二次電池の放電を監視するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図３】二次電池の充電を監視するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】二次電池の充放電電流が一定の目標値となるように制御するＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図５】定電流・定電圧による充電を説明するための説明図である。
【図６】定電流による充電中に検出される電池電圧のピーク電圧を説明する説明図である。
【図７】定電流による充電中に検出される電池温度の変化を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成例を示すブロック図である。図中１００は電源装置であり、電源装置１００は、外部電源１から供給された直流電力をスイッチングして電力を生成するスイッチング電源２を備える。スイッチング電源２は、生成した電力を、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴからなる充電スイッチ３を介して二次電池４に与えると共に、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴからなる放電スイッチ７を更に介して外部の電気負荷８に与える。充電スイッチ３のＭＯＳＦＥＴのドレイン電極、放電スイッチ７のＭＯＳＦＥＴのソース電極、及び二次電池４の正極端子が、互いに接続されている。二次電池４の負極端子及び接地電位間には、二次電池４の充放電電流を検出するための電流検出抵抗５が接続されている。
【００２８】
電源装置１００は、また、ＣＰＵ９１を有する制御部９を備える。ＣＰＵ９１は、プログラム等の情報を記憶するＲＯＭ９２、一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭ９３、時間を計時するタイマ９４、及び電源装置１００内の各部に対して入出力を行うＩ／Ｏポート９５と互いにバス接続されている。制御部９には、電源装置１００の状態を表示するための表示部１０と、使用者が行う設定を受け付けるための操作部１１とが接続されている。
【００２９】
ＲＯＭ９２は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM ）又はフラッシュメモリからなる不揮発性メモリであり、ＲＯＭ９２には、プログラムの他に、二次電池４の電池容量の学習値、充放電のサイクル数、各種検出値、積算値等の保存データ、及び各種設定データが記憶される。
Ｉ／Ｏポート９５の出力端子は、スイッチング電源２の制御端子２１と、充電スイッチ３及び放電スイッチ７夫々のゲート電極とに接続されている。Ｉ／Ｏポート９５の入力端子には、スイッチング電源２の出力端子２２と、二次電池４の正極端子及び負極端子と、二次電池４の温度を検出する温度センサ６の一端子とが、図示しないＡ／Ｄ変換器を介して接続されている。温度センサ６の他端子は、接地電位に接続されている。
【００３０】
外部電源１は、太陽電池（ソーラーパネル）、ＡＣアダプタ等の直流電源からなる。外部電源１が例えば太陽電池からなり、日照量に応じて発電された電力が、放電スイッチ７が閉じているときに電気負荷８に供給されるべき電力に満たない場合は、不足する電力が二次電池４から供給される。外部電源１がＡＣアダプタからなる場合は、放電スイッチ７が閉じているときに電気負荷８に供給されるべき電力と、二次電池４を充電する電力とを加算した電力より大きい電力が、外部電源１から供給できるようになっている。
【００３１】
スイッチング電源２は、外部電源１から与えられた電力を一定周期でスイッチングして得たパルスを整流・平滑することにより、スイッチングのデューティ比に応じた電力を生成して出力端子２２から出力する。つまり、スイッチング電源２は、目標とする電力が得られるデューティ比となるように、スイッチングのパルス幅制御（ＰＷＭ制御）を行うものである。ＰＷＭ制御のための制御信号は、Ｉ／Ｏポート９５から、スイッチング電源２の制御端子２１に与えられる。本実施の形態１では、制御信号としてＰＷＭ制御のデューティ比が与えられる。スイッチング電源２が生成した電力から、電気負荷８に供給すべき電力を差し引いた残余の余剰電力の一部又は全部が、二次電池４を充電する電力となる。
スイッチング電源２の出力端子２２の電圧は、図示しないＡ／Ｄ変換器を介してＩ／Ｏポート９５に与える。Ｉ／Ｏポート９５に与えられた電圧は、ＣＰＵ９１に取り込まれて、スイッチング電源２の出力電圧として検出される。尚、この出力電圧は、電気負荷８及び二次電池４に過電圧が印加されるのを防止するために検出される。
【００３２】
充電スイッチ３及び放電スイッチ７は、夫々のスイッチを構成するＭＯＳＦＥＴのゲート電極に対して、Ｉ／Ｏポート９５からＬ（ロウ）レベルのオン信号が与えられたときに、夫々のＭＯＳＦＥＴのドレイン電極及びソース電極間が導通して夫々のスイッチがオンするようになっている。二次電池４への充電電力が遮断される場合は、Ｉ／Ｏポート９５から充電スイッチ３のＭＯＳＦＥＴのゲート電極にＨ（ハイ）レベルのオフ信号が与えられることにより、ＭＯＳＦＥＴのドレイン電極及びソース電極間の導通が遮断されて充電スイッチ３がオフされる。同様に電気負荷８への供給電力が遮断される場合は、Ｉ／Ｏポート９５から放電スイッチ７のＭＯＳＦＥＴのゲート電極にＨ（ハイ）レベルのオフ信号が与えられることにより、ＭＯＳＦＥＴのドレイン電極及びソース電極間の導通が遮断されて放電スイッチ７がオフされる。電気負荷８に電力が供給される場合は、充電スイッチ３及び放電スイッチ７が共にオンされる。
【００３３】
二次電池４は、リチウムイオン二次電池又はニッケル水素二次電池であるが、これに限定されるものではない。二次電池４の正極端子の電圧は、図示しないＡ／Ｄ変換器及びＩ／Ｏポート９５を介してＣＰＵ９１に取り込まれ、二次電池４の電池電圧として検出される。二次電池４がリチウムイオン二次電池の場合、上述した余剰電力が十分にあって電気負荷８に供給すべき電力の変動が比較的少ないときは、最大の設定電流値、最大の設定電圧値を規制した定電流・定電圧による充電が行われる。また、二次電池４がニッケル水素二次電池の場合、余剰電力が十分にあって電気負荷８に供給すべき電力の変動が比較的少ないときは、定電流による充電が行われる。更に、二次電池４がリチウムイオン二次電池又はニッケル水素二次電池であるか否かに関わらず、余剰電力の変動が比較的大きい場合、即ち外部電源１から供給される電力及び／又は電気負荷８に供給すべき電力の変動が大きい場合は、余剰電力の範囲内で充電が行われる。余剰電力がない場合は、電気負荷８に印加される電圧が低下するのを防ぐようにして、二次電池４が放電する。
【００３４】
電流検出抵抗５には、二次電池４の充電電流及び放電電流の大きさに応じた正の電圧及び負の電圧が発生し、発生した電圧が図示しないＡ／Ｄ変換器を介してＩ／Ｏポート９５に与えられる。Ｉ／Ｏポート９５に与えられた電圧は、ＣＰＵ９１に取り込まれて符号付きの充放電電流として検出される。充放電電流の符号は、充電する方向の電流を正の電流とする。
【００３５】
温度センサ６は、サーミスタを含む回路からなり、好ましくは二次電池４に密着して配されている。温度センサ６には、二次電池４の温度に応じた電圧が発生し、発生した電圧が図示しないＡ／Ｄ変換器を介してＩ／Ｏポート９５に与えられる。Ｉ／Ｏポート９５に与えられた電圧は、ＣＰＵ９１に取り込まれて二次電池４の電池温度として検出される。サーミスタは電池温度が測定できる範囲で近傍に配置することも出来る。
【００３６】
電気負荷８は、例えば、昇圧回路を含むＤＣ／ＤＣコンバータ、ＬＥＤライト、ヒータ等の負荷からなる。電気負荷８がＤＣ／ＤＣコンバータの場合、該ＤＣ／ＤＣコンバータによって駆動される負荷の変動に応じて、電気負荷８に供給すべき電力が変動する。電気負荷８が、例えばＬＥＤライト又はヒータの場合、電気負荷８に供給すべき電力は比較的安定している。
【００３７】
ＣＰＵ９１は、ＲＯＭ９２に予め格納されている制御プログラムに従って、演算及び入出力等の処理を実行する。例えば、ＣＰＵ９１は、定周期（例えば２５０ｍｓ）で二次電池４の電池電圧及び／又は充放電電流を検出し、検出値に基づき、二次電池４の残容量を積算してＲＡＭ９３に記憶する。ＣＰＵ９１は、また、二次電池４の満充電を検出する。満充電を検出した場合、ＣＰＵ９１は、二次電池４の充放電電流が所定の微小な充電電流又は放電電流となるように、スイッチング電源２に与えるデューティ比を制御する。
【００３８】
以下では、制御部９の処理内容を、フローチャートを用いて詳細に説明する。以下に示す処理は、ＲＯＭ９２に予め格納された制御プログラムに従ってＣＰＵ９１により実行される。尚、残容量の積算処理は、以下に示す処理を実行するタスクとは異なるタスクにおいて公知の手順で実行される。
図２は、二次電池４の放電を監視するＣＰＵ９１の処理手順を示すフローチャートである。例えば、外部電源１が太陽電池であり、夜間にあって太陽電池から電力が供給されない場合、充電せずに電気負荷８を駆動する設定が操作部１１から行われ、その設定を受け付けたときに図２の処理が起動される。
【００３９】
図２の処理が起動された場合、ＣＰＵ９１は、Ｉ／Ｏポート９５から充電スイッチ３のＭＯＳＦＥＴのゲート電極にＨレベルのオフ信号を与えて充電スイッチ３をオフする（Ｓ１１）と共に、Ｉ／Ｏポート９５から放電スイッチ７のＭＯＳＦＥＴのゲート電極にＬレベルのオン信号を与えて放電スイッチ７をオンする（Ｓ１２）。その後、ＣＰＵ９１は、二次電池４の電池電圧を検出し（Ｓ１３）、検出した電圧が、ＲＯＭ９２に予め記憶されている放電終止電圧以下となったか否かを判定する（Ｓ１４）。放電終止電圧より大きい場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ＣＰＵ９１は、処理をステップＳ１３に戻す。
【００４０】
放電終止電圧以下となった場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ９１は、二次電池４の過放電を防止するために、放電スイッチ７のＭＯＳＦＥＴのゲート電極にＨレベルのオフ信号を与えて放電スイッチ７をオフし（Ｓ１５）、図２の処理を終了する。
尚、ステップＳ１３〜１４の処理ループを連続的に処理せずに、例えば２５０ｍｓ毎に１回処理するようにしてもよい。また、同処理ループの中で、操作部１１からの設定を受け付けるようにしてもよい。
【００４１】
次に、電気負荷８を駆動せずに二次電池４の充電のみを行う場合について説明する。
図３は、二次電池４の充電を監視するＣＰＵ９１の処理手順を示すフローチャートである。例えば、外部電源１として太陽電池又はＡＣアダプタが接続されており、電気負荷８を駆動する必要がない場合、電気負荷８を駆動せずに充電する設定が操作部１１から行われ、その設定を受け付けたときに図３の処理が起動される。
【００４２】
図３の処理が起動された場合、ＣＰＵ９１は、Ｉ／Ｏポート９５から充電スイッチ３のＭＯＳＦＥＴのゲート電極にＬレベルのオン信号を与えて充電スイッチ３をオンする（Ｓ２１）と共に、Ｉ／Ｏポート９５から放電スイッチ７のＭＯＳＦＥＴのゲート電極にＨレベルのオフ信号を与えて放電スイッチ７をオフする（Ｓ２２）。その後、ＣＰＵ９１は、二次電池４の充電を行う処理（図示せず）に公知の充電処理を開始させ（Ｓ２３）、更に、二次電池４の充放電電流の積算を行う処理（図示せず）に公知の積算処理を開始させる（Ｓ２４）。この積算処理は、一定の時間間隔を置いて時系列的に行われるものである。
【００４３】
次いで、ＣＰＵ９１は、上記充電処理によって二次電池４が満充電となったか否かを判定し（Ｓ２５）、満充電となるまで待機する（Ｓ２５：ＮＯ）。ここでは、上記の積算処理による積算値が、ＲＯＭ９２に記憶されている電池容量の学習値以上となった場合に、満充電を検出するものとする。満充電となった場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ９１は、上記の充電処理を停止させ（Ｓ２６）、続いて上記の積算処理を停止させる（Ｓ２７）。その後、ＣＰＵ９１は、二次電池４の過充電を防止するために、充電スイッチ３のＭＯＳＦＥＴのゲート電極にＨレベルのオフ信号を与えて充電スイッチ３をオフし（Ｓ２８）、図３の処理を終了する。
【００４４】
次に、電気負荷８を駆動しつつ二次電池４の充電を行う場合について説明する。
図４は、二次電池４の充放電電流が一定の目標値（Ｉａ）となるように制御するＣＰＵ９１の処理手順を示すフローチャートである。例えば、外部電源１として太陽電池又はＡＣアダプタが接続されている状態で電気負荷８を駆動する場合、電気負荷８を駆動しつつ充電する設定が操作部１１から行われ、その設定を受け付けたときに図４の処理が起動される。目標値（Ｉａ）としては、二次電池４が充電未終了であれば、二次電池を充電するに必要な電流値が設定される。二次電池４が満充電であれば、二次電池４を補充電するときの電流より小さい充電電流又は放電電流の値が設定される。この場合、充電方向（又は放電方向）の電流が０．０５Ｃ以下（又は０．０１Ｃ以下）となるような値が設定される。より好ましくは０．０１Ｃ以下となるような値を設定する。
【００４５】
図４の処理が起動された場合に、ＣＰＵ９１が実行するステップＳ３１〜３６の処理内容は、図３のステップＳ２１〜Ｓ２６の処理内容と同様であるため、その説明を省略する。
尚、ステップＳ３３の処理から開始せしめられる充電処理にあっては、制御端子２１に与える最新のデューティ比（Ｄ２）及び該デューティ比に更新する直前に検出した二次電池４の充放電電流（Ｉ２）と、１つ前の更新周期におけるデューティ比（Ｄ１）及び充放電電流（Ｉ１）とが、周期的に更新されるものとする。但し、Ｄ２及びＩ２は、Ｉ２≠Ｉ１のときに限って更新される。これら４つの値はＲＡＭ９３に記憶される。
また、ステップＳ３６の処理から充電処理が停止せしめられた場合、制御端子２１に与えられるデューティ比がＤ２に保持されているものとし、以後は、図４の処理から制御端子２１にデューティ比を与えることとする。
【００４６】
上記充電処理が実行されている間に、外部電源１から供給された電力が低下して電気負荷８に供給すべき電力を下回った場合は、二次電池４が、不足した電力を補うべく自律的に放電する。この間、充電処理によってスイッチング電源２の制御端子２１に与えられるデューティ比は、上限の１００％となる。
【００４７】
ステップＳ３１〜Ｓ３６の処理を終えた場合、ＣＰＵ９１は、制御端子２１に与えるデューティ比を更新すべき次の更新周期が到来したか否かを判定し（Ｓ４０）、到来するまで待機する（Ｓ４０：ＮＯ）。ここでの更新周期は、スイッチング電源２におけるＰＷＭ制御の制御周期（以下、ＰＷＭ周期という）であってもよいし、ＰＷＭ周期の整数倍の周期であってもよいし、ＰＷＭ周期とは無関係な周期であってもよい。
【００４８】
次の更新周期が到来した場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ９１は、二次電池４の充放電電流の検出値（Ｉｘ）を取り込み（Ｓ４１）、取り込んだ検出値がＲＡＭ９３に記憶されているＩ１と等しいか否かを判定する（Ｓ４２）。ＩｘがＩ１と等しい場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、つまり二次電池４の充放電電流が１更新周期前の値から変化していない場合、ＣＰＵ９１は、デューティ比の更新が不要であるものとして、処理をステップＳ４０に戻す。
【００４９】
取り込んだ充放電電流の検出値（Ｉｘ）がＩ１と等しくない場合（Ｓ４２：ＮＯ），ＣＰＵ９１は、ＲＡＭ９３に記憶しているＩ２にＩｘを代入してＩ２を更新する（Ｓ４３）。続いて、ＣＰＵ９１は、二次電池４の充放電電流を目標値（Ｉａ）にするためのデューティ比（Ｄｘ）を算出する（Ｓ４４）。
ここでは、充放電電流の微小増分がデューティ比の微小増分に比例するものとみなして、下記の式（１）からデューティ比（Ｄｘ）を算出する。但し、算出式は式（１）に限定されない。
【００５０】
（Ｄｘ−Ｄ２）／（Ｉａ−Ｉ２）＝（Ｄ２−Ｄ１）／（Ｉ２−Ｉ１）・・・（１）
【００５１】
次に、ＣＰＵ９１は、算出したデューティ比（Ｄｘ）を制御端子２１に与えて、スイッチング電源２にＰＷＭ制御のデューティ比を設定させる（Ｓ４５）。そして、ＣＰＵ９１は、ＲＡＭ９３に記憶しているＤ２をＤ１に代入してＤ１を更新し（Ｓ４６）、Ｄ２にはＤｘを代入してＤ２を更新し（Ｓ４７）、更に、ＲＡＭ９３に記憶しているＩ２をＩ１に代入してＩ１を更新する（Ｓ４８）。その後、ＣＰＵ９１は、二次電池４の電池電圧を取り込んで、電池電圧が正常か否かを判定（即ち、過電圧及び過放電になっていないことを確認）し（Ｓ４９）、正常な場合（Ｓ４９：ＹＥＳ）は処理をステップＳ４０に戻し、正常でない場合（Ｓ４９：ＮＯ）は、図４の処理を終了する。
【００５２】
以上のように本実施の形態１によれば、二次電池が満充電となる前は、外部電源から供給される電力から、電気負荷に供給すべき電力を差し引いた残余の余剰電力の一部又は全部によって、二次電池が充電されるように制御する。二次電池が満充電となった後は、二次電池の充放電電流が、補充電の電流より小さい充電電流又は放電電流となるように、充放電電流の目標値を定めて制御する。また、二次電池が満充電となったか否かに関わらず、前記余剰電力がない場合は、外部電源から供給される電力が全て電気負荷に供給され、不足する電力は二次電池から自律的に供給される。
これにより、二次電池が満充電となった後は、外部電源から電気負荷に電力が供給されると共に、満充電となった二次電池が僅かに充放電されるようになるため、二次電池の充放電が必要最小限に抑制される。
従って、外部からの電力が電気負荷へ供給される際の余剰電力で充電される二次電池が満充電となった場合に、二次電池を過充電に至らしめることなく略満充電を保持して電気負荷に電力を供給し続けることが可能となる。
【００５３】
また、満充電を検出した場合、充電方向（又は放電方向）の電流が０．０５Ｃ以下（又は０．０１Ｃ以下）となるような充放電電流の目標値が設定されるため、過充電（又は残容量の低下）を効果的に防止することが可能となる。
【００５４】
更にまた、外部電源から供給された電力をスイッチング電源がＰＷＭ制御して生成した電力から、電気負荷に供給すべき電力を差し引いた残余の余剰電力がある場合、二次電池の充放電電流が所定の充電電流又は放電電流となるようにＰＷＭ制御のデューティ比を制御する。
これにより、外部電源から供給される電力を高効率で変換して、必要な電力を生成すると共に、ＰＷＭ制御のデューティ比の制御だけで、生成する電力を増減させることが可能となる。
【００５５】
更にまた、時系列的に検出して積算した二次電池の充放電電流の積算容量が、充電容量の学習値（＝実際の実力の充電容量）以上となったときに満充電を検出する。
従って、太陽電池のように電力の変動が大きい外部電源から電力が供給される場合、又は電気負荷に供給すべき電力の変動が大きい場合など、二次電池の電池電圧の変化から満充電を検出するのが困難なときであっても、二次電池の満充電を検出することが可能となる。
【００５６】
尚、本実施の形態１にあっては、満充電の検出後の充放電電流が、補充電の電流より小さい充電電流又は放電電流となるように、充放電電流の目標値を定めて制御したが、前記目標値を零にしてもよいし、適当に小さい負の値となるようにしてもよい。負の値にした場合、つまり二次電池４が適当な微小電流によって放電されるようにした場合は、外部電源１から供給される電力の変動率が大きい場合であっても、二次電池４が充電されることがない範囲内で僅かに放電させることができるため、二次電池４の放電を必要最小限に制限しながら、充放電の頻繁な切り替わりで二次電池４が劣化するのを防止することが可能となる。
【００５７】
また、本実施の形態１にあっては、スイッチング電源２が生成する電力をＰＷＭ制御によって増減させているが、ＰＷＭ制御に限定されるものではなく、例えば、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation ）制御又はＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation ）制御によって増減させるようにしてもよい。ＰＡＭ制御及びＰＦＭ制御による場合、制御端子２１に与えられるデューティ比に応じた振幅及び周波数となるように、スイッチング電源２にスイッチングさせればよい。
【００５８】
（実施の形態２）
実施の形態１が、二次電池４を充電する余剰電力の変動が大きいことを前提にして、二次電池４の充放電電流の積算値から満充電を検出する形態であるのに対し、実施の形態２は、上記余剰電力が比較的安定していることを前提にして、定電流及び／又は定電圧による充電を行う形態である。二次電池４の満充電を検出した後に、二次電池４の充放電電流が一定の目標値（Ｉａ）となるように制御するＣＰＵ９１の処理手順は、実施の形態１の図４と同様であるため、実施の形態２ではフローチャートの記載を省略する。但し、図４のステップＳ３５に相当する満充電の検出方法が、実施の形態１と異なる。
以下では、二次電池４の充電方法の違いに応じた満充電の検出方法について説明する。
【００５９】
図５は、定電流・定電圧による充電を説明するための説明図である。図では、横軸が時間を表し、縦軸が充電電流又は電池電圧を表す。外部電源１がＡＣアダプタのように電力の変動が少ない電源であって、電気負荷８に供給すべき電力の変動が少ない場合は、リチウムイオン二次電池に対して、それ自体公知の定電流・定電圧による充電を行う。充電に際し、電池電圧及び充電電流は、時系列的に検出される。図５に示されるように、定電流・定電圧による充電では、充電開始当初は設定電流で定電流充電し、電池電圧が上昇して充電電流が設定電流を下回ったところから設定電圧による定電圧充電に移行させる。定電圧充電に移行させた後の設定電圧を微細に調整する方法、及び満充電を検出する方法については、様々な提案がなされている。本実施の形態２では、電池電圧が所定電圧以上であり、且つ充放電電流が所定電流以下である場合（例えば、電池電圧が４０００ｍＶ以上であり、且つ充電電流が７６ｍＡより小さい状態が２０秒継続した場合、又は電池電圧が４２１０ｍＶ以上であり、且つ充電電流が４００ｍＡより小さい状態が０．５秒継続した場合）に満充電を検出する。
【００６０】
図６は、定電流による充電中に検出される電池電圧のピーク電圧を説明する説明図である。図では、横軸が時間を表し、縦軸が電池電圧を表す。外部電源１がＡＣアダプタのように電力の変動が少ない電源であって、電気負荷８に供給すべき電力の変動が少ない場合は、ニッケル水素二次電池に対して、それ自体公知の定電流による充電を行う。充電に際し、電池電圧及び充電電流は、時系列的に検出される。図６に示されるように、定電流による充電では、電池電圧が所定の電圧（ここでは１．４２Ｖ／セル）を上回った後にピーク電圧を示し、その後急激に低下する。そこで、電池電圧がΔＶ（例えば１０ｍＶ）だけ上昇するのに要する時間（Ｔｎ）を時系列的に計測し、最新のＴｎがＴｎ−１の２倍以上となったときに、ピーク電圧を検出したものとして満充電を検出する。このようなピーク電圧が検出されない場合であっても、時系列的に検出している電池電圧の最大値から−ΔＶだけ低下したことを検出したときに満充電を検出する。
【００６１】
図７は、定電流による充電中に検出される電池温度の変化を説明する説明図である。図では、横軸が時間を表し、縦軸が電池温度を表す。ニッケル水素二次電池のように、充電の末期で電池温度の上昇率が増大する二次電池では、電池温度の上昇率に基づいて満充電を検出することが可能である。図７では、１分間隔の時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５・・・において時系列順に検出した電池温度を、夫々Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５・・・とする。ここで、電池温度の上昇率（ΔＴ／Δｔ）は、単位時間における二次電池４の上昇温度であるから、以下の式（２）で表される。
【００６２】
ΔＴ／Δｔ＝（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）／（ｔｎ＋１−Ｔｎ）・・・（２）
【００６３】
式（２）に基づいて算出した電池温度の上昇率が、所定の値（例えば１℃／分）より大きいときに満充電を検出する。この検出は、上述したピーク電圧（＝電圧の極大値）の検出、又は−ΔＶの検出に基づく満充電の検出と組合せてもよい。
【００６４】
以上に示した定電流・定電圧による充電と定電流による充電の何れを用いるのかは、予め設定されるようになっていてもよいし、操作部１１からの設定を受け付けるようにしてもよい。また、スイッチング電源２の制御端子２１に与えられるデューティ比の時間変動に基づいて、収容されている二次電池４の種類に応じた充電方法が自動的に選択されるようにしてもよい。満充電を検出する方法は、夫々の充電方法に応じて決まるようにすればよい。一旦定電流・定電圧による充電、又は定電流による充電を開始した後に、例えば充電電流の変動が増大して定電流及び／又は定電圧による充電の継続が不能となった場合は、充電電流の積算のみを継続させ、充電電流の積算値に基づいて満充電を検出するようにすればよい。
【００６５】
以上のように本実施の形態２によれば、時系列的に検出した二次電池の電池電圧及び充電電流に基づいて二次電池を定電流・定電圧で充電している間に、検出した電池電圧及び充電電流の夫々が、所定電圧以上及び所定電流以下となったときに満充電を検出する。
従って、電力の変動が少ない外部電源から電力が供給され、且つ電気負荷に供給すべき電力の変動が小さい場合に、例えばリチウムイオン二次電池を定電流・定電圧にて充電することが可能となる。
【００６６】
また、時系列的に検出した二次電池の電圧及び充電電流に基づいて二次電池を定電流にて充電している間に、二次電池の充電末期のピーク電圧を検知した場合、又は最大電圧からΔＶ低下する−ΔＶを検知した場合に満充電を検出する。
従って、電力の変動が少ない外部電源から電力が供給され、且つ電気負荷に供給すべき電力の変動が小さい場合に、例えばニッケル水素二次電池を定電流にて充電することが可能となる。
【００６７】
更にまた、時系列的に検出した二次電池の温度の上昇率（ΔＴ／Δｔ）が所定の上昇率以上となったことを検知した場合に満充電を検出する。
従って、電力の変動が少ない外部電源から電力が供給され、且つ電気負荷に供給すべき電力の変動が小さい場合に、例えばニッケル水素二次電池を定電流にて充電することが可能となる。
【００６８】
尚、本実施の形態２にあっては、リチウムイオン二次電池を定電流・定電圧にて充電し、ニッケル水素二次電池を定電流にて充電し、夫々の二次電池に応じて満充電の検出を行ったが、これに限定されるものではなく、二次電池４の特性に合致した充電方法と満充電の検出方法とを用いればよい。
【００６９】
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７０】
１００  電源装置
１  外部電源
２  スイッチング電源
３  充電スイッチ
４  二次電池
５  電流検出抵抗
６  温度センサ
７  放電スイッチ
８  電気負荷
９  制御部
９１  ＣＰＵ
９２  ＲＯＭ
９４  タイマ
１１  操作部
【図１】
2012023863.tif 000003
【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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