(57)【要約】【課題】夜間で且つ蓄電池の残容量が小さい状況であっても、負荷の駆動を継続することを可能とする電力管理装置を提供する。【解決手段】電力管理装置であって、太陽電池から当該電力管理装置への電力供給または遮断を切替える第１スイッチと、第１スイッチより後段に配され、蓄電池への電力供給または遮断を切替える第２スイッチと、前記蓄電池からインバータへの電力供給または遮断を切替える第３スイッチと、商用交流電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータから当該電力管理装置への電力供給または遮断を切替える第４スイッチと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータから前記インバータへの電力供給または遮断を切替える第５スイッチと、を備える電力管理装置とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力管理装置であって、
太陽電池から当該電力管理装置への電力供給または遮断を切替える第１スイッチと、
第１スイッチより後段に配され、蓄電池への電力供給または遮断を切替える第２スイッチと、
前記蓄電池からインバータへの電力供給または遮断を切替える第３スイッチと、
商用交流電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータから当該電力管理装置への電力供給または遮断を切替える第４スイッチと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータから前記インバータへの電力供給または遮断を切替える第５スイッチと、
を備えることを特徴とする電力管理装置。
【請求項２】
昼間であると判断すると、第１スイッチ、第２スイッチ及び第３スイッチをオンとし、第４スイッチをオフとする制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
【請求項３】
夜間であって且つ前記蓄電池の残容量が第１閾値より小さいと判断すると、第１スイッチ及び第３スイッチをオフとし、第２スイッチ、第４スイッチ及び第５スイッチをオンとし、
夜間であって且つ前記蓄電池の残容量が第１閾値以上である第２閾値以上であると判断すると、第１スイッチ、第４スイッチ及び第５スイッチをオフとし、第３スイッチをオンとする制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
【請求項４】
夜間であって且つ前記蓄電池の残容量が第１閾値以上かつ第２閾値より小さいと判断すると、第１スイッチ、第５スイッチをオフとし、第２スイッチ、第３スイッチ及び第４スイッチをオンとすることを特徴とする請求項３に記載の電力管理装置。
【請求項５】
前記制御部は、外光の照度を検出する照度検出部の検出情報に基づいて昼間であるか夜間であるかを判断することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の電力管理装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力管理装置と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電池と、前記インバータと、を同一の筐体内部に備えることを特徴とする蓄電装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力管理装置と、前記太陽電池と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電池と、前記インバータと、前記インバータに接続可能な表示装置と、を備えることを特徴とする表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力管理を行う電力管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルサイネージと呼ばれる、屋外等に配置され、広告や様々な情報を表示する大型の表示装置が普及しつつある（特許文献１、２など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９４２８４号公報
【特許文献２】特開２００９−２９６１０５号公報
【特許文献３】英国特許出願公開第２４５３７２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、出願人は、太陽電池を備えた表示システムをデジタルサイネージ用に開発中である（例えば、特願２０１０−１４７７７５（２０１０年６月３日出願）、特願２０１０−２６６３３３（２０１０年１１月３０日出願））。このシステムでは、表示装置（大型モニタ）の上部に太陽電池を設け、表示装置と太陽電池が一体化した構成となっている。また、該システムでは、昼間に太陽電池で発電した電力を夜間に利用できるよう、蓄電池ユニットも搭載している。
【０００５】
上記表示システムのように太陽電池のみにより表示装置を駆動することが理想的であるが、曇天または雨天によって太陽電池の発電量が低くなったり、また、表示装置（負荷）の駆動電力が非常に高い場合は、表示装置の駆動を安定して行えない。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題を解決する電力管理装置、これを備える蓄電装置及び表示システム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】
【０００７】
本発明に係る電力管理装置は、電力管理装置であって、
太陽電池から当該電力管理装置への電力供給または遮断を切替える第１スイッチと、
第１スイッチより後段に配され、蓄電池への電力供給または遮断を切替える第２スイッチと、
前記蓄電池からインバータへの電力供給または遮断を切替える第３スイッチと、
商用交流電源を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータから当該電力管理装置への電力供給または遮断を切替える第４スイッチと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータから前記インバータへの電力供給または遮断を切替える第５スイッチと、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る蓄電装置は、上記構成の電力管理装置と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電池と、前記インバータと、を同一の筐体内部に備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る表示システムは、上記構成の電力管理装置と、前記太陽電池と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータと、前記蓄電池と、前記インバータと、前記インバータに接続可能な表示装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、雨天や曇天の場合であったり、負荷の駆動電力が高い場合でも、負荷の駆動を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る表示システムの昼間の動作状態を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る表示システムの夜間の動作状態（バッテリ残容量が満充電状態の場合）を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る表示システムの夜間の動作状態（バッテリ残容量が枯渇状態の場合）を示す構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る表示システムの夜間の動作状態（バッテリ残容量が中間状態の場合）を示す構成図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る蓄電装置の背面図を示す。
【図６】蓄電装置における配線板取付部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明の一実施形態に係る表示システム１００の構成を図１に示す。なお、後述する図２〜図４に示す表示システム１００は、図１に示す表示システム１００とスイッチの状態が異なるだけであり、同一のものである。
【００１３】
表示システム１００は、太陽電池１と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２と、ＰＭＵ（Power Management Unit）３と、保護ユニット４と、バッテリ５と、インバータ６と、表示装置７と、照度センサー８Ａ〜８Ｅを備えている。ＡＣ／ＤＣコンバータ２には、商用交流電源５０が接続される。
【００１４】
表示システム１００のうち、ＡＣ／ＤＣコンバータ２、ＰＭＵ３、保護ユニット４、バッテリ５及びインバータ６は、同一の箱型の筐体内に収められて蓄電装置を構成する。なお、表示システム１００のうち、太陽電池１、照度センサー８Ａ〜８Ｅ及び表示装置７は、例えば公園、バス停等の公共交通機関の停留所などの屋外に設置され、上記蓄電装置は表示装置７等から離れた屋内に設置される。
【００１５】
ここで、図５に、蓄電装置の背面図を示す。箱型の筐体の一部をなす背面扉６１には、前面側（図５の紙面奥側）に凹んだ配線板取付部６４が設けられる。そして、筐体内部側から配線板（不図示）が配線板取付部６４に取り付けられ、配線板が有する各種コネクタが配線板取付部６４に形成された孔部から背面側に露出する。該各種コネクタは、照度センサー用コネクタ６２、ＤＣ出力用コネクタ６３、ＲＳ−４８５コネクタ６５及び太陽電池用コネクタ６６である。図６に、配線板取付部６４の拡大図を示す。
【００１６】
照度センサー用コネクタ６２は、照度センサー８Ａ〜８Ｅ（図１）を接続するためのコネクタである。ＤＣ出力用コネクタ６３は、インバータ６に接続される不図示のＡＣ／ＤＣコンバータの直流出力を蓄電装置外部へ取り出すためのコネクタである。ＤＣ出力用コネクタ６３は、表示装置７（図１）を冷却するためのファンを駆動するのに用いられる。ＲＳ−４８５コネクタ６５は、外部のＰＣを接続するためのコネクタであり、接続によりＰＭＵ３から動作状態をＰＣへ通知するなどができる。太陽電池用コネクタ６６は、太陽電池１（図１）を接続するためのコネクタである。
【００１７】
ＰＭＵ３は、充電回路３１と、制御部３２と、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２と、第３スイッチＳＷ３と、第４スイッチＳＷ４と、第５スイッチＳＷ５を有している。第１スイッチＳＷ１〜第５スイッチＳＷ５は、例えばＭＯＳトランジスタで構成されるスイッチ素子である。
【００１８】
第１スイッチＳＷ１は、太陽電池１から充電回路３１への電力供給または遮断を切替える。第２スイッチＳＷ２は、充電回路３１からバッテリ５への電力供給または遮断を切替える。第３スイッチＳＷ３は、バッテリ５から表示装置７が接続されるインバータ６への電力供給または遮断を切替える。第４スイッチＳＷ４は、商用交流電源５０が接続されるＡＣ／ＤＣコンバータ２から充電回路３１への電力供給または遮断を切替える。第５スイッチＳＷ５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２からインバータ６への電力供給または遮断を切替える。
【００１９】
太陽電池１は、太陽光を受けて発電し、発電した直流電力（例えば１００Ｖ）を第１スイッチＳＷ１を介して充電回路３１に供給する。ＡＣ／ＤＣコンバータ２は、商用交流電源５０から供給される交流電力を直流電力（例えば６０Ｖ）に変換し、直流電力を第４スイッチＳＷ４を介して充電回路３１に供給する。なお、太陽電池１及びＡＣ／ＤＣコンバータ２から充電回路３１への入力系統は１系統である。
【００２０】
充電回路３１は、太陽電池１またはＡＣ／ＤＣコンバータ２から供給される直流電力を第２スイッチＳＷ２及び保護ユニット４を介してバッテリ５へ充電させる。充電回路３１は、バッテリ５の定格電圧及び定格電流に応じた定電圧（例えば５０Ｖ程度）及び定電流を出力する機能を有している。保護ユニット４は、バッテリ５の過充電状態、過放電状態等を検知すると、バッテリ５を電力ラインから遮断してバッテリ５を保護する機能を有する。また、保護ユニット４は、サージ電圧を検知すると、バッテリ５を電力ラインから遮断する機能も有している。バッテリ５は、例えば複数本のリチウムイオン電池から構成される。
【００２１】
バッテリ５に充電された直流電力は、保護ユニット４及び第３スイッチＳＷ３を介してインバータ６に放電される。また、充電回路３１が出力する直流電力は、第２スイッチＳＷ２、保護ユニット４及び第３スイッチＳＷ３を介してインバータ６に供給される。
【００２２】
インバータ６は、供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力を負荷としての表示装置７に供給する。表示装置７は、例えば液晶表示装置であり、例えば広告情報、ニュース及び交通機関情報などの各種情報を表示する。
【００２３】
また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２が出力する直流電力は、第５スイッチＳＷ５を介して直接的にインバータ６に供給することもできる。
【００２４】
外光の照度を検出する五つの照度センサー８Ａ〜８Ｅは、太陽電池１の近傍に設けられ、検出した照度情報を制御部３２に送る。制御部３２は、例えばマイコンで構成され、照度センサー８Ａ〜８Ｅからの照度情報及びバッテリ５からの残容量情報に基づいて第１スイッチＳＷ１〜第５スイッチＳＷ５をオンオフ制御する。
【００２５】
このように照度センサーの出力を用いて各スイッチを切替える構成を採ることで、太陽電池からの出力電流等を監視して切替える構成よりもシンプルな構成でのスイッチ制御が可能となる。
【００２６】
次に、このような構成である表示システム１００の動作について図１〜図４を用いて説明する。
【００２７】
＜昼間の動作＞
制御部３２は、照度センサー８Ａ〜８Ｅからの照度情報に基づいて現在が昼間か夜間かを判断する。制御部３２は、照度センサー８Ａ〜８Ｅからのそれぞれの照度情報が示す照度レベルを所定の閾値と比較し、閾値以上である照度情報の数がそうでない照度情報の数より多ければ、現在は昼間であると判断し、閾値以上である照度情報の数がそうでない照度情報の数より少なければ、現在は夜間であると判断する。なお、ここで昼間とは、晴天の場合以外に曇天、雨天の場合も含む。
【００２８】
このような判断方法によれば、例えば昼間の場合に五つの照度センサーのうち或る一つの照度センサーがたまたま影に入ってしまったときでも、四つの照度センサーにより検出される照度レベルはいずれも閾値以上となるので、昼間であると正しく判断できる。また、或る一つの照度センサーが汚れており検出される照度レベルが小さくなった場合でも、正しく判断することができる。
【００２９】
制御部３２は、昼間であると判断した場合、図１に示すように第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３をオンとし、第４スイッチＳＷ４及び第５スイッチＳＷ５をオフとする。
【００３０】
これにより、負荷としての表示装置７を駆動させる場合、太陽電池１が発電して充電回路３１から出力される電力のうち、表示装置７の駆動に必要な電力がインバータ６に供給され、残りの電力はバッテリ５に充電される。但し、太陽電池１の発電量が低く、充電回路３１から出力される電力が表示装置７の駆動に必要な電力より小さい場合は、充電回路３１からインバータ６へ電力が供給されると共に、バッテリ５からインバータ６へ放電される。なお、表示装置７が駆動を停止している場合は、充電回路３１から出力される電力は表示装置７への行き場を失って全てバッテリ５に充電される。
【００３１】
なお、昼間の場合でも曇天または雨天が長く続くと、太陽電池１の発電量が低い状態が長く続くので、上述のようにバッテリ５からの放電が続くことになり、そのままの状態ではバッテリ５が枯渇して表示装置７の駆動に支障をきたす。そこで、バッテリ５の残容量がゼロに近い所定の閾値（例えば１０％）以下になったことを制御部３２がバッテリ５からの残容量情報から検知すると、図１のスイッチ状態から第５スイッチＳＷ５をオンとすると共に、第３スイッチＳＷ３をオフとする。これにより、太陽電池１が発電した電力を全てバッテリ５に充電させつつ、第５スイッチＳＷ５のオンによって表示装置７を商用電源５０により安定して駆動することができる。
【００３２】
＜夜間の動作＞
ここでは、上述した昼間の動作を前提とした夜間の動作について説明する。制御部３２は、照度センサ８Ａ〜８Ｅからの照度情報に基づいて現在が夜間であると判断した場合、さらにバッテリ５からの残容量情報よりバッテリ５の残容量が満充電状態、中間状態または枯渇状態のいずれであるかを判定する。例えば、残容量が８０％以上であれば満充電状態、残容量が２０％以上かつ８０％より小さければ中間状態、残容量が２０％より小さければ枯渇状態であると判定する。
【００３３】
バッテリ５の残容量が満充電である場合は、制御部３２は、図２に示すように、第１スイッチＳＷ１、第４スイッチＳＷ４及び第５スイッチＳＷ５をオフとし、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３をオンとする。なお、第２スイッチＳＷ２はオフとしてもよい。
【００３４】
これにより、バッテリ５が充電されて満充電となると、バッテリ５の放電のみによりインバータ６へ電力が供給される。従って、昼間に太陽電池１の発電によりバッテリ５に充電された電力を使用し、商用交流電源５０の電力を使用することなく表示装置７を駆動できる。
【００３５】
なお、第４スイッチＳＷ４をオンとして第２スイッチＳＷ２をオフとしても同様の効果は得られるが、その場合は充電回路３１に電力が供給されて無駄な電力が消費されてしまうので、これを防ぐため本実施例では第４スイッチＳＷ４をオフとしている。
【００３６】
もしバッテリ５の残容量が枯渇状態である場合は、制御部３２は、図３に示すように、第１スイッチＳＷ１及び第３スイッチＳＷ３をオフとし、第２スイッチＳＷ２、第４スイッチＳＷ４及び第５スイッチＳＷ５をオンとする。
【００３７】
これにより、商用交流電源５０から供給されて充電回路３１が出力する電力の全てがバッテリ５に充電される。それと共に、商用交流電源５０から供給される電力が第５スイッチＳＷ５を介してインバータ６へ供給される。従って、夜間で且つバッテリ５の残容量が枯渇状態の場合でも、バッテリ５を充電しつつ、表示装置７へ電力を供給して表示装置７の駆動を継続することができる。また、夜間は電力料金が安いので、商用交流電源５０から供給される電力を使用して表示装置７を駆動しても問題はない。
【００３８】
もしバッテリ５の残容量が中間状態である場合は、制御部３２は、図４に示すように、第１スイッチＳＷ１及び第５スイッチＳＷ５をオフとし、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３及び第４スイッチＳＷ４をオンとする。
【００３９】
これにより、商用交流電源５０から供給されて充電回路３１が出力する電力のうち、表示装置７の駆動に必要な電力はインバータ６へ供給され、残りの電力がバッテリ５に充電される。従って、夜間で且つバッテリ５の残容量が中間状態の場合に、バッテリ５を充電しつつ、表示装置７へ電力を供給して表示装置７の駆動を継続することができる。
【００４０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々変形が可能である。
【００４１】
例えば、上述の実施形態では照度センサーは五つとしたが、一つであってもよいし、二つ以上としてもよい。
【００４２】
また、ＰＭＵ３にＲＳ−４８５などのシリアルインタフェースを設けて、このシリアルインタフェースに外部のＰＣを接続し、ＰＭＵ３の制御部３２からＰＣへＰＭＵ３の動作状況を通知するようにしてもよい。動作状況とは、例えば各スイッチのオンオフ状態など
が挙げられる。
【００４３】
また、上記実施例の昼間の動作において、バッテリ５の残容量がゼロに近い所定の閾値として１０％としたが、この値に限ることはない。また、上記実施例の夜間の動作において、バッテリ５の残容量の状態を判定する閾値として８０％と２０％としたが、これらの値に限ることはない。
【００４４】
また、夜間の動作において、一つのみの閾値を用いて満充電状態か枯渇状態であるかのみを判定して、スイッチ制御してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  太陽電池
２  ＡＣ／ＤＣコンバータ
３  ＰＭＵ（電力管理装置）
４  保護ユニット
５  バッテリ
６  インバータ
７  表示装置
８Ａ〜８Ｅ  照度センサー
３１  充電回路
３２  制御部
５０  商用交流電源
１００  表示システム
ＳＷ１  第１スイッチ
ＳＷ２  第２スイッチ
ＳＷ３  第３スイッチ
ＳＷ４  第４スイッチ
ＳＷ５  第５スイッチ
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図５】
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【図６】
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