(57)【要約】【課題】発光素子の未点灯状態(点灯必要時間帯なのに点灯できない状態)を回避する。【解決手段】本発明による発光装置は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池(10)と、前記太陽電池(10)によって得られた電気エネルギーを蓄積する電気二重層キャパシタ(60)と、発光素子(120)と、前記電気二重層キャパシタ(60)に蓄積されている電気エネルギーを利用して前記発光素子(120)を駆動する駆動手段(90,100)と、前記電気二重層キャパシタ(60)の自己放電量を検出する検出手段(40)と、前記検出手段(40)によって検出された自己放電量と前記発光素子(120)を点灯させるべき残り時間とに基づいて前記発光素子(120)の駆動電流を決定する駆動条件決定手段(110)とを備え、前記駆動手段(90,100)は、前記駆動条件決定手段(110)によって決定された駆動電流で前記発光素子(120)を駆動することを特徴とする。【選択図】図１
2009224372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池(10)と、
前記太陽電池(10)によって得られた電気エネルギーを蓄積する電気二重層キャパシタ(60)と、
発光素子(120)と、
前記電気二重層キャパシタ(60)に蓄積されている電気エネルギーを利用して前記発光素子(120)を駆動する駆動手段(90,100)と、
前記電気二重層キャパシタ(60)の自己放電量を検出する検出手段(40)と、
前記検出手段(40)によって検出された自己放電量と前記発光素子(120)を点灯させるべき残り時間とに基づいて前記発光素子(120)の駆動電流を決定する駆動条件決定手段(110)とを備え、
前記駆動手段(90,100)は、
前記駆動条件決定手段(110)によって決定された駆動電流で前記発光素子(120)を駆動する、
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記検出手段(40)は、
一定時間前記電気二重層キャパシタ(60)を無負荷状態にして前記電気二重層キャパシタ(60)の端子電圧を計測することにより、前記電気二重層キャパシタ(60)の自己放電量を検出する、
ことを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記駆動条件決定手段(110)は、
実験により得られた前記電気二重層キャパシタ(60)の自己放電量と前記発光素子(120)の出力との関係が規定されたテーブルを有しており、当該テーブルを参照して前記駆動電流を決定する、
ことを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
前記駆動手段(90,100)は、
前記発光素子(120)を点滅させるための駆動電流を出力する点滅制御回路(90)と、
前記点滅制御回路(90)からの駆動電流をパルス変調して出力する発振回路(100)とを備え、
前記発振回路(100)でパルス変調された駆動電流によって前記発光素子(120)が点滅駆動される、
ことを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記駆動条件決定手段(110)は、
前記検出手段(40)によって検出された自己放電量と前記発光素子(120)を点灯させるべき残り時間とに基づいて前記パルス変調のデューティ比を決定し、
前記発振回路(100)は、
前記駆動条件決定手段(110)によって決定されたデューティ比で前記点滅制御回路(90)からの駆動電流をパルス変調する、
ことを特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項４において、
前記駆動条件決定手段(110)は、
前記検出手段(40)によって検出された自己放電量と前記発光素子(120)を点灯させるべき残り時間とに基づいて前記駆動電流のデューティ比を決定し、
前記点滅制御回路(90)は、
前記駆動条件決定手段(110)によって決定されたデューティ比で前記駆動電流を出力する、
ことを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つにおいて、
前記発光素子(120)は発光ダイオードである、
ことを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池エネルギーを電気二重層キャパシタ(EDLC：Electric Double Layer Capacitor)に蓄積し、このEDLCに蓄えたエネルギーを利用して発光素子を点灯させる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昼間に太陽電池の起電力をEDLCに充電し、夜間にEDLCに蓄えたエネルギーを利用して高輝度LEDを点灯させて道路のセンターライン等を照明する道路鋲については、二次電池搭載の道路鋲に比較して長寿命，ノーメンテナンスの利点があり、幅広い分野で実用化(市場導入)が進んでいる。
【特許文献１】特許第2920357号公報
【特許文献２】特開平8-232216号公報
【特許文献３】特開2001-115595号公報
【特許文献４】特開2000-290945号公報
【特許文献５】特開2003-346232号公報
【特許文献６】特開平10-233236号公報
【特許文献７】特開平10-188619号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
EDLCの蓄電量は太陽電池の発電量で決まるため、規定点灯時間に対する必要蓄電量が求められ、必要蓄電量より１つの道路鋲に搭載するEDLCの容量が決定される。
【０００４】
曇天および雨天の日の太陽電池の発電量は小さくなるので、発電量の最悪条件を想定して搭載する太陽電池とEDLCの容量が決定される。したがって曇天および雨天の日でも規定点灯時間を満足させる蓄電量を確保するためには、変換効率の高い太陽電池と相当量(かなり余裕を持った容量)のEDLCが必要になる。
【０００５】
このため実際の道路鋲には相当量の余裕を持った容量のEDLCが搭載されているが、必要容量は前述のように太陽電池からの発電量不足に対応できるように決められており、EDLCの自己放電増加による容量減少については考慮されていない。
【０００６】
ここでEDLCの自己放電のメカニズムと、自己放電が増加(劣化)したデバイスが道路鋲の動作に与える影響を説明する。
【０００７】
EDLCは、長期間の充放電あるいは長期間の高温での動作により、電極の不純物や素子の構成材料の一部が電解液に溶け出して、漏れ電流が増加することがある。漏れ電流が増加すると自己放電が増えるので、蓄電したエネルギーがどんどん放電されて蓄電量が落ちていく。したがって自己放電の大きいデバイスでは、太陽電池から十分な充電エネルギーが供給されてもLEDの点灯エネルギーとして有効に使うことができない。
【０００８】
つまり、現行の道路鋲ではEDLCの劣化状態も考慮しないと規定の点灯時間確保という観点で重要な課題を抱えていることがわかる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による発光装置は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池(10)と、前記太陽電池(10)によって得られた電気エネルギーを蓄積する電気二重層キャパシタ(60)と、発光素子(120)と、前記電気二重層キャパシタ(60)に蓄積されている電気エネルギーを利用して前記発光素子(120)を駆動する駆動手段(90,100)と、前記電気二重層キャパシタ(60)の自己放電量を検出する検出手段(40)と、前記検出手段(40)によって検出された自己放電量と前記発光素子(120)を点灯させるべき残り時間とに基づいて前記発光素子(120)の駆動電流を決定する駆動条件決定手段(110)とを備え、前記駆動手段(90,100)は、前記駆動条件決定手段(110)によって決定された駆動電流で前記発光素子(120)を駆動することを特徴とする。
【００１０】
また、前記検出手段(40)は、一定時間前記電気二重層キャパシタ(60)を無負荷状態にして前記電気二重層キャパシタ(60)の端子電圧を計測することにより、前記電気二重層キャパシタ(60)の自己放電量を検出することを特徴とする。
【００１１】
また、前記駆動条件決定手段(110)は、実験により得られた前記電気二重層キャパシタ(60)の自己放電量と前記発光素子(120)の出力との関係が規定されたテーブルを有しており、当該テーブルを参照して前記駆動電流を決定することを特徴とする。
【００１２】
また、前記駆動手段(90,100)は、前記発光素子(120)を点滅させるための駆動電流を出力する点滅制御回路(90)と、前記点滅制御回路(90)からの駆動電流をパルス変調して出力する発振回路(100)とを備え、前記発振回路(100)でパルス変調された駆動電流によって前記発光素子(120)が点滅駆動されることを特徴とする。
【００１３】
また、前記駆動条件決定手段(110)は、前記検出手段(40)によって検出された自己放電量と前記発光素子(120)を点灯させるべき残り時間とに基づいて前記パルス変調のデューティ比を決定し、前記発振回路(100)は、前記駆動条件決定手段(110)によって決定されたデューティ比で前記点滅制御回路(90)からの駆動電流をパルス変調することを特徴とする。
【００１４】
また、前記駆動条件決定手段(110)は、前記検出手段(40)によって検出された自己放電量と前記発光素子(120)を点灯させるべき残り時間とに基づいて前記駆動電流のデューティ比を決定し、前記点滅制御回路(90)は、前記駆動条件決定手段(110)によって決定されたデューティ比で前記駆動電流を出力することを特徴とする。
【００１５】
また、前記発光素子(120)は発光ダイオードであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による発光装置では、電気二重層キャパシタ(60)の自己放電量を検出し、この自己放電量と規定点灯時間(発光素子(120)を点灯させるべき残り時間)とに基づいて発光素子(120)の駆動電流を決定し、この駆動電流で発光素子(120)を点灯させる。これにより、電気二重層キャパシタ(60)の自己放電量が大きいときでも規定点灯時間を確保することができる。たとえば自己放電量が大きいときは発光素子(120)の駆動電流量を下げることで規定点灯時間を満足させることができる。この結果、電気二重層キャパシタ(60)の完全放電による発光素子(120)の未点灯状態(点灯必要時間帯なのに点灯できない状態)を回避することができる。
【００１７】
また、発光素子(120)の駆動電流量を下げた場合には発光素子(120)の照度が小さくなるので異常品を簡単に検出することもでき、完全不良状態になる前に交換等の対策を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１９】
≪LED装置の全体構成≫
本発明の実施形態によるLED装置のシステムブロック図を図１に示す。このLED装置は、昼間に太陽電池モジュール(10)により得られたエネルギーをEDLCモジュール(60)に蓄積しておき、このEDLCモジュール(60)に蓄えたエネルギーを利用して夜間にLED(120)を点灯させるものである。このようなLED装置としては、例えば、道路のセンターライン等を照明する道路鋲が挙げられる。なお、その他の適用例については後述の[産業上の利用可能性]の項に示している。
【００２０】
図１に示すLED装置は、太陽電池モジュール(10)と、逆流防止用ダイオード(20)と、昼夜判定回路(30)と、電圧監視部(40)と、充電回路(50)と、EDLCモジュール(60)と、充電用スイッチ(70)と、放電用スイッチ(80)と、点滅制御回路(90)と、発振回路(100)と、駆動制御部(110)と、LED(120)とを備えている。
【００２１】
太陽電池モジュール(10)は、太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置である。太陽電池モジュール(10)により得られた電気エネルギーは逆流防止用ダイオード(20),充電回路(50),充電用スイッチ(70)を介してEDLCモジュール(60)に蓄積される。
【００２２】
昼夜判定回路(30)は、太陽電池モジュール(10)の起電圧を検知して昼か夜かを判定し、その判定結果を電圧監視部(40),点滅制御部(90),発振回路(100),駆動制御部(110)に伝える。
【００２３】
充電回路(50)は、EDLCモジュール(60)に許容電圧以上の電圧がかかるのを防止しつつ、太陽電池モジュール(10)の起電力をEDLCモジュール(60)に充電する。
【００２４】
電圧監視部(40)は、昼夜判定回路(30)の判定結果に応答して充電用スイッチ(70)および放電用スイッチ(80)のON/OFF制御を行う。また電圧監視部(40)は、EDLCモジュール(60)の端子電圧を検知し、検知結果に応じて充電回路(50)の動作制御を行う。また電圧監視部(40)は、EDLCモジュール(60)の自己放電量を検出して駆動制御部(110)に伝える。
【００２５】
点滅制御回路(90)は、EDLC(60)に蓄積されている電気エネルギーを利用して、LED(120)を点滅させるための駆動電流を生成し出力する。発振回路(100)は、点滅制御回路(90)からの駆動電流をパルス変調して出力する。発振回路(100)でパルス変調された駆動電流によってLED(120)が点滅駆動される。
【００２６】
駆動制御部(110)は、電圧監視部(40)によって検出された自己放電量とLED(120)を点灯させるべき残り時間とに基づいて、点滅制御回路(90)により生成される駆動電流のデューティ比,および／または,発振回路(100)において行われるパルス変調のデューティ比を決定する。点滅制御回路(90)は、駆動制御部(110)によって決定されたデューティ比で上記駆動電流を出力する。発振回路(100)は、駆動制御部(110)によって決定されたデューティ比で点滅制御回路(90)からの駆動電流をパルス変調する。
【００２７】
≪LED装置の動作≫
次に、以上のように構成されたLED装置の動作について図２のフローチャートを参照しつつ説明する。
…(ST10)…
昼夜判定回路(30)の判定結果が「昼」判定のときはステップ(ST20)にすすみ、「夜」判定のときはステップ(ST30)にすすむ。
…(ST20)…
昼夜判定回路(30)の判定結果が「昼」判定のとき、点滅制御部(90),発振回路(100),駆動制御部(110)は動作を停止し、LED(120)は消灯状態になる。電圧監視部(40)は、充電用スイッチ(70)を「ON」,放電用スイッチ(80)を「OFF」にする。これにより、太陽電池モジュール(10)の起電力が充電回路(50)によってEDLCモジュール(60)に充電される。この充電中、電圧監視部(40)は、EDLCモジュール(60)の端子電圧を検知し、EDLCモジュール(60)に許容電圧以上の電圧がかからないように充電回路(50)を制御する。
…(ST30)…
昼夜判定回路(30)の判定結果が「夜」判定のとき、点滅制御部(90),発振回路(100),駆動制御部(110)はLED点灯のスタンバイ状態となる。電圧監視部(40)は、充電用スイッチ(70)および放電用スイッチ(80)の両方を「OFF」にしてEDLCモジュール(60)を無負荷状態(充電も放電もしない状態)にする。そして電圧監視部(40)は、無負荷状態におけるEDLCモジュール(60)の端子電圧の計測を開始する。
…(ST40)…
電圧監視部(40)は、一定時間(たとえば１分間)、無負荷状態におけるEDLCモジュール(60)の端子電圧を計測し、当該一定時間における端子電圧の降下量を検出する。そして電圧監視部(40)は、検出した端子電圧の降下量を駆動制御部(110)に伝える。
【００２８】
なお、EDLCモジュール(60)の端子電圧を計測する上記一定時間は、短いほどLED(120)の点灯開始が早くなるが、短い時間では自己放電による端子電圧の降下量が小さく自己放電量を正確に検出できない可能性があるので１〜５分程度が最適である。
【００２９】
EDLCモジュール(60)の端子電圧の降下量の計測が終了すると電圧監視部(40)は放電用スイッチ(80)を「ON」にする。これにより、充電回路(50)に蓄積されている電気エネルギーが放電される。
…(ST50)…
電圧監視部(40)から取得した端子電圧の降下量に基づいて駆動制御部(110)は、EDLCモジュール(60)の自己放電量が所定の基準よりも大きいか小さいかを判定する。
【００３０】
上記判定に用いる所定の基準は例えば以下のように定めることができる。ここで、道路鋲に用いられる50FクラスのEDLCの自己放電特性の一例を図３に示す。EDLCの漏れ電流(自己放電)の規格値はEDLCの設計によって変化するため、漏れ電流の規格値は各メーカの型番によって異なっている。図３のデバイスでは、２４時間で約０.１Ｖの電圧降下(自己放電特性)となっており、１時間で４ｍＶ程度、１分〜５分では１ｍＶ以下の電圧降下となる。したがって図３のデバイスでは、１分間(上記一定時間)の計測において電圧降下量が１ｍＶ(上記所定の基準)より小さい場合は正常(規格内)と判断し、１ｍＶ(上記所定の基準)より大きい場合は漏れ電流による劣化が進み、自己放電により蓄電量が大きく低下すると判断してよい。このようにして、EDLCモジュール(60)として用いるデバイスおよび端子電圧の計測時間(上記一定時間)に応じた基準をあらかじめ駆動制御部(110)に設定しておく。
…(ST60)…
EDLCモジュール(60)の自己放電量が所定の基準よりも小さい(規格内)と上記ステップ(ST50)において判定されると、駆動制御部(110)は、LED(120)を定格出力で駆動するように点滅制御部(90)および発振回路(100)を制御する。
【００３１】
図４を参照して具体的に説明すると、駆動制御部(110)は、点滅制御回路(90)から出力されるべき駆動電流(Ia)の点滅周期(T1+T2)およびデューティ比(Da0)[＝T1/(T1+T2)]を規定する。これに応答して点滅制御回路(90)は、規定の点滅周期(T1+T2)およびデューティ比(Da)の駆動電流(Ia)を出力する。また駆動制御部(110)は、発振回路(100)で行われるべきパルス変調のデューティ比(Db0)[＝T11/(T11+T12)]を規定する。これに応答して発振回路(110)は、点滅制御回路(90)からの駆動電流(Ia)を規定のデューティ比(Db0)でパルス変調して駆動電流(Ib)として出力する。LED(120)は、この駆動電流(Ib)により点滅駆動され、その残光性によって時間(T1)が点灯状態となり、消灯時間(T2)をおいて点滅を繰り返す。
…(ST70)…
一方、EDLCモジュール(60)の自己放電量が所定の基準よりも大きいと上記ステップ(ST50)において判定されると、駆動制御部(110)は、LED(120)の駆動電流量を下げるように点滅制御部(90)および発振回路(100)を制御する。
【００３２】
図５を参照して具体的に説明すると、駆動制御部(110)は、上記ステップ(ST40)において検出された端子電圧の降下量(自己放電量)とLED(120)を点灯させるべき残り時間(規定点灯時間)とに応じて、発振回路(100)で行われるべきパルス変調のデューティ比をDb1[＝T13/(T13+T14)],Db2[＝T15/(T15+T16)]のように小さくする。これに応答して発振回路(110)は、点滅制御回路(90)からの駆動電流(Ia)を規定のデューティ比(Db1,Db2)でパルス変調して駆動電流(Ib)として出力する。LED(120)は、この駆動電流(Ib)により点滅駆動され、その残光性によって時間(T1)が点灯状態となり、消灯時間(T2)をおいて点滅を繰り返す。このようにLED(120)の駆動電流量を下げるとLED(120)の輝度が下がるが点灯可能時間は長くなる。
【００３３】
EDLCモジュール(60)の自己放電量に対してどれだけLED(120)の出力を絞ればよいか(駆動電流量を下げればよいか)は、搭載しているEDLCモジュール(60)の容量と充電電圧、LED(120)の駆動電流によって変わるので、予め実験によってEDLCモジュール(60)の自己放電量とLED(120)出力の関係をテーブル化して規定しておき、このテーブル値によってLED(120)の駆動電流量(デューティ比)を決定すればよい。
【００３４】
なお、LED(120)の出力を絞る方法としては、上述の他にも、図６に示すように、点滅制御回路(90)からの駆動電流(Ia)のデューティ比をDa0[＝T1/(T1+T2)]からDa1[＝T3/(T3+T4)]のように小さくする方法も適用できる。また、これら２つの方法を組み合わせることも可能である。
【００３５】
≪実施形態の効果≫
以上に説明したように、本実施形態によるLED装置では、EDLCモジュール(60)の自己放電量に応じてデューティ比を可変させてLED(120)の駆動電流量を制御する。これにより、EDLCモジュール(60)の自己放電量が大きいときでもLED(120)の規定点灯時間を確保することができる。この結果、EDLCモジュール(60)の完全放電によるLED(120)の未点灯状態(点灯必要時間帯なのに点灯できない状態)を回避することができる。
【００３６】
また、自己放電量を検出する機能やデューティ比を可変制御する機能についてはワンチップマイコン等で簡単に実現できるため、特別な回路は必要なく、既存の道路鋲等のLED装置のハードウェア構成で実現可能である。
【００３７】
また、LED(120)の駆動電流量を下げた場合にはLED(120)の輝度が小さくなるので異常品を簡単に検出することもでき、完全不良状態になる前に交換等の対策を施すことができる。
【００３８】
なお、本実施形態の説明では発光素子としてLED(120)を用いたが、その他の発光素子(たとえば有機EL素子やレーザ素子など)を用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明による発光装置は、道路鋲(特許2920357)，発光ブロック(特開2001-115595)，発光タイル(特開2000-290945)，広告器(特開2003-346232)，電気時計付ポール(特開平10-233236)，足元灯(特開平10-188619)，発光点字ブロック，道路標識，街路灯，無人灯台，クリスマスツリーの照明，玄関灯，玄関門扉の表札の照明などに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態によるLED装置のシステムブロック図である。
【図２】図１に示したLED装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】EDLCの自己放電特性の一例を示す図である。
【図４】点滅制御回路(90)から出力される駆動電流(Ia)および発振回路(100)から出力される駆動電流(Ib)の波形例を示す図である。
【図５】点滅制御回路(90)から出力される駆動電流(Ia)および発振回路(100)から出力される駆動電流(Ib)の波形例を示す図である。
【図６】点滅制御回路(90)から出力される駆動電流(Ia)および発振回路(100)から出力される駆動電流(Ib)の波形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
10…太陽電池モジュール
20…逆流防止用ダイオード
30…昼夜判定回路
40…電圧監視部
50…充電回路
60…EDLCモジュール
70…充電用スイッチ
80…放電用スイッチ
90…点滅制御回路
100…発振回路
110…駆動制御部
120…LED
【図１】
2009224372.tif 000003
【図２】
2009224372.tif 000004
【図３】
2009224372.tif 000005
【図４】
2009224372.tif 000006
【図５】
2009224372.tif 000007
【図６】
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