(57)【要約】【課題】太陽電池で発生している直流電力を有効に蓄電池へ充電する。【解決手段】太陽電池２で発電された直流電力を降圧して蓄電池３へ充電する充電装置１であって、太陽電池２の正極と蓄電池３の正極との間に直列接続されて配設されたスイッチ素子ＳＷ１およびコイルＬ１を有するチョッパ回路ＣＣ１と、太陽電池２の正極と蓄電池３の正極との間に直列接続されて配設されたスイッチ素子ＳＷ２およびコイルＬ２を有するチョッパ回路ＣＣ２と、同じ周波数で、かつ互いの位相が１８０°ずれた２個の駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２を生成して２個のチョッパ回路ＣＣ１，ＣＣ２のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２に出力することにより、この２個のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２を１８０°ずつずれた位相でオン状態に移行させる駆動制御回路ＣＮＴとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池で発電された直流電力を降圧して蓄電池へ充電する充電装置であって、
前記直流電力が出力される前記太陽電池の正極と降圧された当該直流電力が供給される前記蓄電池の正極との間に直列接続されて配設されたスイッチ素子およびコイルをそれぞれ有するｎ個（ｎは２以上の整数）の非絶縁型降圧チョッパ回路と、
同じ周波数で、かつ互いの位相が３６０°／ｎずつずれたｎ個の駆動信号を生成して前記ｎ個の非絶縁型降圧チョッパ回路の前記スイッチ素子に出力することにより、当該ｎ個のスイッチ素子を３６０°／ｎずつずれた位相でオン状態に移行させる駆動制御回路とを備えている充電装置。
【請求項２】
前記ｎ個として２個の前記非絶縁型降圧チョッパ回路を備え、
前記駆動制御回路は、前記２個の非絶縁型降圧チョッパ回路における前記スイッチ素子を１８０°ずれた位相でオン状態に移行させる請求項１記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池で発電された直流電力を蓄電池へ充電する充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の充電装置として、下記の特許文献１において開示されている充電装置が知られている。この充電装置は、太陽電池の数が十分に多い構成（つまり、太陽電池の出力電圧が蓄電池の充電電圧に対して高い構成）において、太陽電池で発電された直流電力を、減圧機能（降圧機能）を有する電力調整部を介して蓄電池へ所望の充電電圧で充電する。この電力調整部は、一例として、太陽電池の正極と蓄電池の正極との間に直列接続された状態で配設されたスイッチ素子（例えば電界効果型トランジスタ）およびコイルと、スイッチ素子およびコイルの接続点と基準電位（グランド電位）との間に配設されたダイオード（転流ダイオード：例えばショットキーダイオードが使用される）と、コイルにおける蓄電池側の端子と基準電位との間に配設されたコンデンサとを備えた非絶縁型の１石式降圧チョッパ回路で構成されている。
【０００３】
また、この充電装置は、この電力調整部のスイッチ素子をスイッチング駆動する駆動制御回路として、蓄電池の充電電圧（つまり、電力調整部から蓄電池に出力される直流電圧）をサンプリングしてその電圧値を示すデジタルデータを出力するＡ／Ｄ変換器と、このデジタルデータに基づいて充電電圧を認識すると共にこの充電電圧を降圧すべきか昇圧すべきかを判断して後段のＰＷＭ発生器に出力するしきい値電圧用のデジタルデータを後段のＤ／Ａ変換器に出力するマイクロプロセッサと、このしきい値電圧用のデジタルデータを入力してアナログ信号（しきい値電圧）に変換して出力するＤ／Ａ変換器と、例えば規定の周波数の三角波を発生しつつこの三角波としきい値電圧とを比較することにより、マイクロプロセッサでの降圧・昇圧の判断結果に応じてデューティ比が変化する駆動パルスを生成してスイッチ素子に供給するＰＷＭ発生器とを備えている。この構成により、駆動回路は、充電電圧を検出しつつ電力調整部のスイッチ素子のオン期間をＰＷＭ制御して、太陽電池で発電された直流電力を蓄電池へ所望の充電電圧で充電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０５０７４９号公報（第７−８頁、第８図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記の充電装置には、以下の解決すべき課題が存在している。すなわち、この充電装置では、電力調整部が、１つの非絶縁型の１石式降圧チョッパ回路で構成されて、スイッチ素子がオン状態に駆動された期間（オン期間）において、太陽電池から出力されている直流電力を取り込んで蓄電池に出力すると共にコイルに電力を蓄え、スイッチ素子がオフ状態に駆動された期間（オフ期間）において、コイルに蓄積されている電力を転流ダイオードを経由して蓄電池に出力する、という動作を繰り返す。しかしながら、太陽電池は、太陽光が照射されている昼間においては光エネルギーを直流電力に常時変換しているため、この充電装置には、スイッチ素子のオフ期間において太陽電池で発生している直流電力を有効に利用していないという解決すべき課題が存在している。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、太陽電池で発生している直流電力を有効に蓄電池へ充電し得る充電装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく請求項１記載の充電装置は、太陽電池で発電された直流電力を降圧して蓄電池へ充電する充電装置であって、前記直流電力が出力される前記太陽電池の正極と降圧された当該直流電力が供給される前記蓄電池の正極との間に直列接続されて配設されたスイッチ素子およびコイルをそれぞれ有するｎ個（ｎは２以上の整数）の非絶縁型降圧チョッパ回路と、同じ周波数で、かつ互いの位相が３６０°／ｎずつずれたｎ個の駆動信号を生成して前記ｎ個の非絶縁型降圧チョッパ回路の前記スイッチ素子に出力することにより、当該ｎ個のスイッチ素子を３６０°／ｎずつずれた位相でオン状態に移行させる駆動制御回路とを備えている。
【０００８】
また、請求項２記載の充電装置は、請求項１記載の充電装置において、前記ｎ個として２個の前記非絶縁型降圧チョッパ回路を備え、前記駆動制御回路は、前記２個の非絶縁型降圧チョッパ回路における前記スイッチ素子を１８０°ずれた位相でオン状態に移行させる。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の充電装置によれば、太陽電池の正極と蓄電池の正極との間に並列接続されたｎ個の非絶縁型降圧チョッパ回路が、１つの非絶縁型降圧チョッパ回路の停止期間において、残りの非絶縁型降圧チョッパ回路のいずれかが出力期間となるように順番に動作して太陽電池から蓄電池に直流電力を供給する（蓄電池に電流を流す）ことにより、１つの非絶縁型降圧チョッパ回路の停止期間において太陽電池で発生している直流電力を、残りの非絶縁型降圧チョッパ回路を用いて有効に利用して蓄電池へ充電することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の充電装置によれば、２個の非絶縁型降圧チョッパ回路で構成したことにより、充電装置を最も簡単な構造にすることできる結果、充電装置を最も安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】充電装置１の構成を示す構成図である。
【図２】充電装置１の動作を説明するための波形図である。
【図３】充電装置１の動作を説明するための他の波形図である。
【図４】充電装置１Ａの構成を示す構成図である。
【図５】充電装置１Ａの動作を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、充電装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１３】
最初に、充電装置の一例である充電装置１の構成について、図１を参照して説明する。充電装置１は、図１に示すように、太陽電池（太陽電池パネル）２の正極と蓄電池（具体的には、鉛蓄電池）３の正極との間に互いに並列接続された複数（図１ではその一例として２個）の非絶縁型降圧チョッパ回路ＣＣ１，ＣＣ２（特に区別しないときには、単にチョッパ回路ＣＣともいう）、各チョッパ回路ＣＣの動作を制御する駆動制御回路ＣＮＴ、および並列接続された各チョッパ回路ＣＣ１，ＣＣ２から出力される出力電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２（特に区別しないときには、出力電圧Ｖｏｕｔともいう）の他のチョッパ回路ＣＣへの逆流を阻止するための逆流防止用ダイオードＤ１，Ｄ２を備え、太陽電池２で発電された直流電力（直流電圧）を降圧して蓄電池３へ充電する。また、本例では、太陽電池２の負極と蓄電池３の負極は、充電装置１の基準電位に規定されている部位（グランドＧ）に接続されている。
【００１４】
本例の各チョッパ回路ＣＣは、同一の構成を備えているため、チョッパ回路ＣＣ１を例に挙げて、具体的な構成を説明し、他のチョッパ回路ＣＣ２の具体的な構成の説明を省略する。チョッパ回路ＣＣ１は、太陽電池２の正極と蓄電池３の正極との間に直列接続されて配設されたスイッチ素子ＳＷ１（バイポーラトランジスタや電界効果型トランジスタなどの半導体スイッチ素子）およびコイルＬ１と、スイッチ素子ＳＷ１およびコイルＬ１の接続点とグランドＧとの間に、カソード端子がこの接続点に接続され、かつアノード端子がグランドＧに接続されて配設されたダイオード（転流ダイオード）ＷＤ１とを備えている。なお、図示はしないが、コイルＬ１における逆流防止用ダイオードＤ１側の端子とグランドＧとの間に平滑コンデンサを配置する構成を採用することもできる。
【００１５】
また、チョッパ回路ＣＣ２は、太陽電池２の正極と蓄電池３の正極との間に直列接続されて配設されたスイッチ素子ＳＷ２およびコイルＬ２と、ダイオード（転流ダイオード）ＷＤ２とを備えている。
【００１６】
駆動制御回路ＣＮＴは、一例として、Ａ／Ｄ変換器およびコンピュータ（いずれも図示せず）を備えて構成されて、充電電圧Ｖｂａｔの電圧値に基づいて各チョッパ回路ＣＣのスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２に対する駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２（一定の周波数ｆで、かつ互いの位相が１８０°（＝３６０°／２）ずれた信号）を生成して出力することにより、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２をオン・オフ駆動する（つまり、チョッパ回路ＣＣの動作を制御する）。本例では一例として、駆動制御回路ＣＮＴでは、Ａ／Ｄ変換器が充電電圧Ｖｂａｔを入力すると共に、その電圧値を示す電圧データに変換する。コンピュータは、この電圧データに基づいて充電電圧Ｖｂａｔの電圧値を測定（算出）しつつ予め規定された蓄電池３の満充電時の電圧値（満充電電圧値）と比較して、測定した充電電圧Ｖｂａｔの電圧値が満充電電圧値の近傍（例えば９０％程度）に達していないときにはデューティ比が大きく（ほぼ０．５の状態で）、充電電圧Ｖｂａｔの電圧値が満充電電圧値の近傍に達した後には両者の電圧差に応じてデューティ比が減少し、この電圧差がゼロになったときにディーティ比がゼロとなるようにパルス幅を制御して駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２を生成し、各スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２に出力する。このようにして、駆動制御回路ＣＮＴは、充電電圧Ｖｂａｔの電圧値に基づいて各チョッパ回路ＣＣのスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２をＰＷＭ制御することにより、蓄電池３に対する充電動作を実行する。
【００１７】
また、駆動制御回路ＣＮＴは、図示はしないが、太陽電池２で発電されている直流電力（直流電圧）を検出しつつ、この検出した直流電圧の電圧値が予め規定されたしきい値電圧値以上のときには、太陽電池２が発電している（つまり、昼間である）と判別して、上記の充電動作を実行し、一方、この検出した直流電圧の電圧値が上記のしきい値電圧値未満のときには、太陽電池２が発電していない（つまり、夜間である）と判別して、上記の充電動作を停止する。
【００１８】
次に、充電装置１の動作について説明する。
【００１９】
この充電装置１では、太陽電池２で発電されている直流電力（直流電圧）が上記のしきい値電圧値以上のとき（昼間のとき）には、駆動制御回路ＣＮＴがこれを検出して、蓄電池３に対する充電動作を自動的に実行する。具体的には、上記したように、駆動制御回路ＣＮＴは、充電電圧Ｖｂａｔの電圧値に基づいて各駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２のデューティ比を決定すると共に、互いの位相が１８０°ずれた状態で各駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２（一定の周波数ｆ）を生成して、各チョッパ回路ＣＣのスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２に出力する。
【００２０】
例えば、充電電圧Ｖｂａｔの電圧値が満充電電圧値の近傍に達していないときには、駆動制御回路ＣＮＴは、図２に示すように、デューティ比がほぼ０．５の状態で、かつ１周期（１／ｆ）内での互いの位相が１８０°ずれた状態で各駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２を生成する。
【００２１】
これにより、駆動信号Ｓｄ２の停止期間である駆動信号Ｓｄ１の出力期間（期間ｔ１および期間ｔ２）では、チョッパ回路ＣＣ１のスイッチ素子ＳＷ１がオン状態（チョッパ回路ＣＣ２のスイッチ素子ＳＷ２はオフ状態）に移行しているため、太陽電池２から蓄電池３に対してコイルＬ１を介して直接的に直流電力が供給される。つまり、この出力期間（期間ｔ１および期間ｔ２）のときにコイルＬ１に流れる電流Ｉ１は、太陽電池２からコイルＬ１を介して蓄電池３に流れる電流である。また、本例の充電装置１の構成においては、コイルＬ１は、駆動信号Ｓｄ１の出力期間の開始から始まる所定の期間ｔ１においては、飽和すること無くインダクタとして機能して電流Ｉ１の電流値を徐々に増加させ、この出力期間（期間ｔ１および期間ｔ２）内における期間ｔ１の終了後の期間ｔ２では飽和する。この結果、この期間ｔ２では、電流Ｉ１が、太陽電池２の仕様で決定される一定の電流値で、太陽電池２からコイルＬ１を介して蓄電池３に流れる。
【００２２】
また、駆動信号Ｓｄ１の停止期間である駆動信号Ｓｄ２の出力期間（期間ｔ３および期間ｔ４）では、チョッパ回路ＣＣ２のスイッチ素子ＳＷ２がオン状態（チョッパ回路ＣＣ１のスイッチ素子ＳＷ１はオフ状態）に移行しているため、上記した駆動信号Ｓｄ１の出力期間のときのチョッパ回路ＣＣ１と同様にしてチョッパ回路ＣＣ２が動作して、太陽電池２から蓄電池３に対してコイルＬ２を介して直接的に直流電力が供給される。つまり、この出力期間（期間ｔ３および期間ｔ４）のときにコイルＬ２に流れる電流Ｉ２は、太陽電池２からコイルＬ２を介して蓄電池３に流れる電流である。また、コイルＬ１と同じ構成のコイルＬ２は、駆動信号Ｓｄ２の出力期間の開始から始まる所定の期間ｔ３においては、飽和すること無くインダクタとして機能して電流Ｉ２の電流値を徐々に増加させ、この出力期間（期間ｔ３および期間ｔ４）内における期間ｔ３の終了後の期間ｔ４では飽和する。この結果、この期間ｔ４では、電流Ｉ２が、太陽電池２の仕様で決定される一定の電流値で、太陽電池２からコイルＬ２を介して蓄電池３に流れる。
【００２３】
また、各チョッパ回路ＣＣ１，ＣＣ２では、駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の出力期間の終了後のしばらくの期間において、コイルＬ１，Ｌ２に蓄積されていた電力（エネルギー）がダイオードＷＤ１，ＷＤ２で構成される経路で蓄電池３に供給される。このため、この期間においてコイルＬ１，Ｌ２には、図２に示すように、電流値が徐々に減少してゼロに至る電流Ｉ１，Ｉ２がそれぞれ流れる。
【００２４】
また、例えば、充電電圧Ｖｂａｔの電圧値が満充電電圧値の近傍に達した後には、駆動制御回路ＣＮＴは、充電電圧Ｖｂａｔの電圧値と満充電電圧値との電圧差に応じて、図３に示すように、デューティ比を０．５よりも減少させた状態で、かつ１周期（１／ｆ）内での互いの位相が１８０°ずれた状態で各駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２を生成する。なお、同図に示すデューティ比での駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の出力期間においては、コイルＬ１，Ｌ２はいずれも飽和せずにインダクタとして機能し続けるものとする。
【００２５】
これにより、駆動信号Ｓｄ２の停止期間に含まれる駆動信号Ｓｄ１の出力期間（期間ｔ１）では、チョッパ回路ＣＣ１のスイッチ素子ＳＷ１がオン状態（チョッパ回路ＣＣ２のスイッチ素子ＳＷ２はオフ状態）に移行しているため、太陽電池２から蓄電池３に対してコイルＬ１を介して直接的に直流電力が供給される。このときにコイルＬ１に流れる電流Ｉ１は、太陽電池２からコイルＬ１を介して蓄電池３に流れる電流であり、コイルＬ１がインダクタとして機能していることから、その電流値が徐々に増加する電流である。
【００２６】
また、駆動信号Ｓｄ１の停止期間に含まれる駆動信号Ｓｄ２の出力期間（期間ｔ３）では、チョッパ回路ＣＣ２のスイッチ素子ＳＷ２がオン状態（チョッパ回路ＣＣ１のスイッチ素子ＳＷ１はオフ状態）に移行しているため、太陽電池２から蓄電池３に対してコイルＬ２を介して直接的に直流電力が供給される。このときにコイルＬ２に流れる電流Ｉ２は、太陽電池２からコイルＬ２を介して蓄電池３に流れる電流であり、コイルＬ２がインダクタとして機能していることから、その電流値が徐々に増加する電流である。
【００２７】
また、この場合においても、各チョッパ回路ＣＣ１，ＣＣ２では、駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の出力期間の終了後のしばらくの期間において、コイルＬ１，Ｌ２に蓄積されていた電力がダイオードＷＤ１，ＷＤ２で構成される経路で蓄電池３に供給される。このため、この期間においてコイルＬ１，Ｌ２には、図３に示すように、電流値が徐々に減少してゼロに至る電流Ｉ１，Ｉ２がそれぞれ流れる。
【００２８】
このように、この充電装置１では、太陽電池２の正極と蓄電池３の正極との間に並列接続された２個のチョッパ回路ＣＣ１，ＣＣ２が、一方のチョッパ回路ＣＣの停止期間において他方のチョッパ回路ＣＣが出力期間となるように交互に動作して、太陽電池２の直流電力を蓄電池３へ充電する。
【００２９】
したがって、この充電装置１によれば、一方のチョッパ回路ＣＣの停止期間において太陽電池２で発生している直流電力を、他方のチョッパ回路ＣＣを用いて有効に利用して蓄電池３へ充電することができる。
【００３０】
なお、最も構造が簡単で、これによって最も安価に実現し得る２個のチョッパ回路ＣＣ１，ＣＣ２を備えた充電装置１を例に挙げて説明したが、チョッパ回路ＣＣの数ｎは２個に限定されず、３個以上とすることもできる。図４に、ｎ個のチョッパ回路ＣＣ１，ＣＣ２，・・・，ＣＣｎを備えた充電装置１Ａを示す。これらのチョッパ回路ＣＣ１〜ＣＣｎは、上記した充電装置１のチョッパ回路ＣＣ１，ＣＣ２と同様にして、太陽電池２の正極と蓄電池３の正極との間に直列接続されて配設されたスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，・・・，ＳＷｎ（以下、区別しないときにはスイッチ素子ＳＷともいう）およびコイルＬ１，Ｌ２，・・・，Ｌｎ（以下、区別しないときにはコイルＬともいう）と、スイッチ素子ＳＷおよびコイルＬの接続点とグランドＧとの間に、カソード端子がこの接続点に接続され、かつアノード端子がグランドＧに接続されて配設されたダイオード（転流ダイオード）ＷＤ１，ＷＤ２，・・・，ＷＤｎとを備えて、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，・・・，ＳＷｎが駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２，・・・，Ｓｄｎで駆動されてオン状態のときに出力電圧Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２，・・・，Ｖｏｕｔｎをそれぞれ出力する。また、各チョッパ回路ＣＣ１〜ＣＣｎの出力には、逆流防止用ダイオードＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎが配設されている。
【００３１】
この充電装置１Ａでは、駆動制御回路ＣＮＴは、図４，５に示すように、各チョッパ回路ＣＣ１，ＣＣ２，・・・，ＣＣｎのスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，・・・，ＳＷｎに対する駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２，・・・，Ｓｄｎ（一定の周波数ｆで、かつ互いの位相が３６０°／ｎずつずれた信号）を生成して出力することにより、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，・・・，ＳＷｎをオン・オフ駆動する（つまり、各チョッパ回路ＣＣ１〜ＣＣｎの動作を制御する）。
【００３２】
これにより、この充電装置１Ａでは、太陽電池２の正極と蓄電池３の正極との間に並列接続されたｎ個のチョッパ回路ＣＣ１〜ＣＣｎが、１つのチョッパ回路ＣＣの停止期間において、残りのチョッパ回路ＣＣのいずれかが出力期間となるように順番に動作して太陽電池２から蓄電池３に電流Ｉ１〜Ｉｎのいずれかを流す（直流電力を供給する）ことにより、太陽電池２の直流電力を蓄電池３へ充電する。
【００３３】
したがって、この充電装置１Ａによれば、１つのチョッパ回路ＣＣの停止期間において太陽電池２で発生している直流電力を、残りのチョッパ回路ＣＣを用いて有効に利用して蓄電池３へ充電することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１，１Ａ  充電装置
２  太陽電池
３  蓄電池
ＣＣ１，ＣＣ２  チョッパ回路
ＣＮＴ  駆動制御回路
Ｌ１，Ｌ２  コイル
Ｓｄ１，Ｓｄ２  駆動信号
ＳＷ１，ＳＷ２  スイッチ素子
【図１】
2016106510.tif 000003
【図２】
2016106510.tif 000004
【図３】
2016106510.tif 000005
【図４】
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【図５】
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