ハイブリッド電源システム
【課題】 太陽電池または燃料電池と二次電池とを組み合わせ、二次電池を電力バッファとして用い、二次電池の充電状態の変化や稼働条件の変化や部材の経年変化があっても高いエネルギー効率を維持することができ、しかも、二次電池の過充電を防止し、かつ、取り出せない余剰電力の発生による太陽電池または燃料電池の熱劣化を抑えることのできるハイブリッド電源システムを提供すること。
【解決手段】 太陽電池モジュール１又は燃料電池モジュールと、モジュールが発電した電力を適当な電圧に変換した後に、負荷３及び二次電池４に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、二次電池４と、二次電池４と並列に接続されており、二次電池４が実質的に満充電の状態にあるとき、発電電力のうち、負荷３で消費されない余剰電力を実質的にすべて熱に変えて廃棄する分流回路（定電圧ダイオード６やシャントレギュレータＩＣ）とで、ハイブリッド電源システムを構成する。
【解決手段】 太陽電池モジュール１又は燃料電池モジュールと、モジュールが発電した電力を適当な電圧に変換した後に、負荷３及び二次電池４に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２と、二次電池４と、二次電池４と並列に接続されており、二次電池４が実質的に満充電の状態にあるとき、発電電力のうち、負荷３で消費されない余剰電力を実質的にすべて熱に変えて廃棄する分流回路（定電圧ダイオード６やシャントレギュレータＩＣ）とで、ハイブリッド電源システムを構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池または燃料電池と、リチウムイオン電池などの二次電池とのハイブリッド電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池が発電できる発電量は光の照射量によって決まり、例えば、光の照射がないときの発電量はゼロである。一方、電子機器を駆動する電源には、光の照射量とは関係なく、電子機器の動作状態に応じた電力が求められる。従って、太陽電池のみで電子機器を安定に駆動する電源を構成することができないのは明らかである。
【０００３】
太陽電池を用いて電子機器を安定に駆動する電源を構成するシステムとして、太陽電池と二次電池とを組み合わせ、二次電池を電力バッファとして用いるハイブリッド電源システムが知られている。このシステムでは、太陽電池の発電量が電子機器を駆動する電力を上回っている場合には、二次電池を充電して、太陽電池が生み出した余剰の電力を二次電池に蓄える。一方、太陽電池の発電量が電子機器を駆動する電力を下回っている場合には、二次電池を放電させ、太陽電池と二次電池とで電子機器を駆動する。
【０００４】
ハイブリッド電源システムを構成することによって、太陽電池は電子機器の最大消費電力に対応する必要性がなくなり、平均として電子機器の消費電力を供給すればよいことになる。この結果、太陽電池のサイズを小型化することができる。太陽電池と二次電池とのハイブリッド電源システムは、電力の安定供給と太陽電池の小型化の両方を実現でき、小型化およびポータブル化を目指す電子機器にとって非常に効果的なシステムである。
【０００５】
一方、パーソナルコンピュータや携帯電話などの携帯型電子機器では、その高機能化および多機能化にともない、消費電力が増加する傾向にあり、この傾向に対応できる、次世代の携帯型電子機器用電源として、燃料電池が期待されている。燃料電池では、負極（アノード）側に燃料が供給されて燃料が酸化され、正極（カソ−ド）側に空気または酸素が供給されて酸素が還元され、燃料電池全体では燃料と酸素との酸化還元反応が起こる。このとき、燃料がもつ化学エネルギーが、効率よく電気エネルギーに変換されて取り出される。燃料電池には、故障しない限り、燃料を補給することで、電源として使い続けることができる特徴がある。
【０００６】
様々な種類の燃料電池が提案されているが、水素イオン伝導性高分子膜を電解質として用いる高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）は、電解質が固体で飛散するおそれがないことや、他の形式の燃料電池に比べて低い温度、例えば３０℃〜１３０℃程度の温度で動作させることができ、起動時間が短いことなどから、携帯型電源として好適である。
【０００７】
燃料電池の燃料としては、水素やメタノールなど、種々の可燃性物質を用いることができる。しかし、水素などの気体燃料は、貯蔵用の高圧容器または水素吸蔵合金などが必要になるため、小型軽量化には適さない。一方、メタノールなどの液体燃料は、貯蔵しやすいという利点があるが、改質器によって液体燃料から水素を取り出す方式の燃料電池は、構成が複雑になるので、小型化には適さない。これらに対し、メタノールを改質することなく、直接アノードに供給して反応させるダイレクトメタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）には、燃料を貯蔵しやすく、かつ、構成が簡素で、小型化が容易であるという特徴がある。従来、ＤＭＦＣは、多くがＰＥＦＣと組み合わされて、ＰＥＦＣの１種として研究されてきており、携帯型電子機器用電源として最も高く期待されている。
【０００８】
しかしながら、ＤＭＦＣの出力密度は比較的小さいので、携帯型電子機器を駆動する電力を燃料電池単独で発生させようとすると、燃料電池のサイズが大きくなりすぎることが懸念される。従って、ＤＭＦＣなどの燃料電池においても、リチウムイオン電池など、出力密度の大きい二次電池とハイブリッド電源システムを構成することが効果的である。
【０００９】
そこで、後述の特許文献１では、燃料電池と二次電池とが負荷に対して並列に接続され、燃料電池および二次電池の少なくとも一方が負荷に対して電力を供給するハイブリッド電源システムが提案されている。図４は、燃料電池および二次電池の電流−電圧特性に基づいて、上記電源システムの動作を説明するためのグラフである。なお、図４に示されている燃料電池および二次電池の電圧は、単電池のものではなく、それぞれ複数個の電池を直列に接続した電池スタックの電圧である。また、二次電池の電流Ｉrは放電方向を正（Ｉr＞０）にとっているので、充電が行われる場合には電流Ｉrは負（Ｉr＜０）である。
【００１０】
図４に示されているように、燃料電池の電流−電圧曲線はシグモイド状の形状を有し、発電電流が増加するにつれて発電電圧が比較的大きく低下する。これは、燃料電池では、発電電流の増加につれて活性化分極、抵抗分極、および拡散分極が順次顕著に現れてくるからである。一方、リチウムイオン電池などの二次電池の電流−電圧曲線は直線性が高く、放電電流が増加すると抵抗分極などによって徐々に放電電圧が低下するものの、その傾きは比較的小さく、内部抵抗は小さい。充電時も同様で、充電電流が増加すると徐々に充電電圧が上昇するものの、その傾きは小さい。二次電池の開放電圧Ｖr0は、二次電池がどの程度充電されているかという充電状態によって変化する。
【００１１】
この電源システムでは、外部負荷がない場合、燃料電池によって生み出される電力はすべて、二次電池の充電に用いられる。このときの電圧をＶc、燃料電池の発電電流の大きさをＩfc、二次電池の充電電流の大きさを−Ｉrcとすると、
Ｉfc ＝ −Ｉrc
の関係が成り立つから、電圧Ｖcは、図４においてこの関係を満たす電圧（＞Ｖr0）として定まる。外部負荷がゼロではないが小さい場合には、燃料電池によって生み出される電力は、一部が負荷の駆動に用いられ、余剰電力が二次電池の充電に用いられる。このときの電圧は、Ｖcより小さく、Ｖr0より大きい。
【００１２】
負荷がより大きく、電圧がＶr0より小さい場合には、二次電池の放電が起こり、負荷は燃料電池と二次電池とによって駆動される。この際、各電池がそれぞれ効果的に機能するには、図４に示すように、２つの電池の電流−電圧曲線が適当な領域で交わる必要がある。このようであると、負荷が比較的小さく、負荷を駆動する電圧Ｖ1が交点Ｘの電圧Ｖxよりも大きい場合には、燃料電池および二次電池から供給される電流は、図４に示すように、それぞれＩf1およびＩr1と求まる。Ｉf1＞Ｉr1であるから、電力は主として燃料電池から供給されている。これに対して、負荷が大きく、駆動電圧Ｖ2がＶxよりも小さい場合には、燃料電池および二次電池から供給される電流は、図４に示すように、それぞれＩf2およびＩr2となる。Ｉf2＜Ｉr2であるから、この場合には、二次電池から供給される電力が、燃料電池から供給される電力を上回っている。
【００１３】
負荷が増加して駆動電圧がＶxを間に挟んでＶ1からＶ2に減少する間に、燃料電池からの発電電流がＩf1からＩf2に増加するのにすぎないのに対して、二次電池からの放電電流はＩr1からＩr2に大きく増加しており、この間に増加する電力消費の大部分が二次電池から供給されることがわかる。また、この電力消費の増加分を燃料電池のみで負担すると、図４からわかるように、燃料電池の発電電圧は、負荷を駆動できる最小電圧未満に低下する。上述したように、燃料電池のみで電源を構成する場合には、最小駆動電圧以上の発電電圧を維持できるように、燃料電池の大型化が必要である。また、出力密度に優れた二次電池を燃料電池と並列に接続してハイブリッド電源を構成した場合には、燃料電池を小型化し、ひいては電源システム全体を小型化することができる。
【００１４】
しかしながら、上記電源システムでは、燃料電池および二次電池の電流−電圧曲線が適当な領域で交わる必要があり、しかも、これらの電流−電圧特性によってシステム特性が完全に決定される。この例のように、太陽電池または燃料電池と二次電池とを並列に接続しただけの単純なシステムでは、太陽電池または燃料電池の特性と二次電池の特性とが互いに制約し合い、また、二次電池を充電するときの特性と放電させるときの特性とが互いに制約し合うので、エネルギー効率や安定性や利便性の向上に限界がある。例えば、エネルギー効率は、各電池の特性や二次電池の充電状態によって支配され、安定性は、各電池の特性の経年変化などによって大きく影響される。また、高効率充電や急速充電などの各種充電方式を使い分けることは不可能である。
【００１５】
また、ハイブリッド電源システムにおいて、二次電池の過充電の防止は非常に重要な課題である。例えば、二次電池としてリチウムイオン電池を用いた場合、過充電すると、発煙、発火、場合によっては爆発などの危険性が生じる。太陽電池は光が照射されると電力を発生してしまうので、二次電池の充電状態を常に検知し、満充電に達したところで充電を止める何らかの機構が必要である。また、燃料の供給を制御する手段をもたないパッシブ型の燃料電池でも常時発電が行われるので、同様の機構が必要である。
【００１６】
そこで、後述の特許文献２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ、電流制御回路、および過電流防止回路を備えたバッテリーチャージャー付きポータブル電源装置が提案されている。図５（ａ）は、この電源装置１００の構成を示す概略図である。
【００１７】
図５（ａ）に示すように、電源装置１００では、太陽光を受光し発電する太陽電池セル１０１は、逆流防止用ダイオード１０２を介して電気二重層コンデンサ１０３に接続されており、太陽電池セル１０１が発電した電力はいったんコンデンサ１０３に蓄えられる。コンデンサ１０３に蓄えられた電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５によって適当な電圧に変換された後、負荷１０４および二次電池１０６に供給される。
【００１８】
さらに電源装置１００には、その特徴として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５と二次電池１０６および負荷１０４との間に、電流制御回路１０７が設けられており、電流制御回路１０７と二次電池１０６との間に、過電流防止回路１０８が設けられている。
【００１９】
図５（ｂ）は、特許文献２に例示されている電流制御回路１０７の概略図である。電流制御回路１０７は、一般的なシリーズレギュレータの制御回路と同様に構成されている。すなわち、分割抵抗１１１および１１２は、出力電圧を分割して参照電圧Ｖref1を与える。定電圧ダイオード１１３は基準電圧を生成する。制御トランジスタ１１４とその負荷抵抗１１５は、基準電圧（厳密には、基準電圧と、制御トランジスタ１１４のベース−エミッタ間電圧との和）と参照電圧Ｖref1との差を増幅し、その大小に応じてパワートランジスタ１１６の動作を制御する。パワートランジスタ１１６は負荷１０４に直列に挿入されており、その出力電圧が一定になるように、導電性が制御トランジスタ１１４によって制御される。過電流防止回路１０８の具体的な構成は、特許文献２に示されていない。
【００２０】
電源装置１００では、太陽電池セル１０１の発電電力が、負荷１０４を駆動する電力を上回っている場合には、余剰分の電力によって二次電池１０６が充電される。二次電池１０６が満充電状態に達すると、過電流防止回路１０８によって二次電池１０６への充電が停止される。従って、二次電池１０６が過充電されることがない。このとき、余剰電力は電気二重層コンデンサ１０３に蓄積されるので、コンデンサ１０３の電圧が上昇する。これによってＤＣ／ＤＣコンバータ１０５の出力電圧が上昇しても、負荷１０４に印加される電圧は電流制限回路１０７によって所定の電圧に制御されるので、負荷１０４に過大な電圧が印加されることはない。
【００２１】
この場合、太陽電池セル１０１が発電した余剰電力は行き場を失うので、余剰電力の蓄積によるコンデンサ１０３の電圧上昇が懸念される。特許文献２には、余剰電力は制御トランジスタ１１４およびその負荷抵抗１１５によって消費されるので、コンデンサ１０３の電圧上昇は抑えられると説明されている。
【００２２】
一方、後述の特許文献３には、いかなる天候の下でも太陽電池から得られる電力を最大限に利用できる電源装置として、７種の装置が示されている。図６は、そのうち、本発明と関係のある２種の電源装置の構成を示す概略図である。
【００２３】
図６（ａ）に示す電源装置２００では、太陽電池モジュール２０１は、逆流防止用ダイオード２０２を介して負荷２０３および二次電池２０４に接続されている。この際、電源装置２００の特徴として、逆流防止用ダイオード２０２の順方向電圧降下分の電圧と二次電池２０４の電圧との和が、太陽電池モジュール２０１の最適動作電圧とほぼ等しくなるように構成されている。電源装置２００では、太陽電池モジュール２０１の発電電力が、負荷２０３を駆動する電力を上回っている場合には、余剰分の電力によって二次電池２０４が充電されるが、上記のように構成されているので、太陽電池モジュール２０１から得られる電力を最大限に利用することができる。
【００２４】
また、電源装置２００の他の特徴として、負荷２０３および二次電池２０４と並列に、シャントレギュレータ２０７が接続されている。シャントレギュレータ２０７は、出力電圧を分割抵抗２０５および２０６によって分割することによって得られる参照電圧Ｖref1によって制御され、出力電圧の最大値を、二次電池２０４の過充電を引き起こす過充電電圧より小さい所定の電圧に抑えるように設定されている。
【００２５】
電源装置２００では、二次電池２０４が満充電状態に達しておらず、二次電池２０４が余剰電力によって正常に充電されている間は、充電によって出力電圧が過充電電圧より小さい電圧に保たれるので、シャントレギュレータ２０７による電圧制限は行われない。一方、二次電池２０４が満充電状態に達すると、余剰電力が充電によって消費されず、蓄積されるので、出力電圧はすみやかに増加し始め、二次電池２０４の過充電電圧をこえようとする。このとき、直ちにシャントレギュレータ２０７による電圧制限作用が発揮され、余剰電力はシャントレギュレータ２０７を通じて分流（シャント）され、シャントレギュレータ２０７内の抵抗分によって熱に変えられて廃棄される。この結果、出力電圧は二次電池２０４の過充電電圧より小さい所定の電圧に保たれるので、二次電池２０４が過充電されることがない。
【００２６】
図６（ｂ）に示す電源装置３００では、太陽電池モジュール２０１が発電した電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１によって適当な電圧に変換された後に、負荷２０３および二次電池２０４に供給される。電源装置３００では、その特徴として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の入力側に、太陽電池モジュール２０１の出力電圧を分割して参照電圧Ｖref2を与える分割抵抗３０２および３０３が設けられ、参照電圧Ｖref2と内蔵基準電圧との差を誤差増幅器３０４によって増幅し、その大きさに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御することにより、太陽電池モジュール２０１の出力電圧をその最適動作電圧に保つように構成されている。
【００２７】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の出力側には、出力電圧を分割して参照電圧Ｖref1を与える分割抵抗２０５および２０６と、参照電圧Ｖref1と基準電圧とを比較して二次電池２０４の過充電を検知するコンパレータ３０５が設けられており、ＤＣ／ＤＣコンバータ内には、コンパレータ３０５によって過充電が検知された場合にコンバータの動作を停止させるＡＮＤ回路が設けられている。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の出力電圧は、二次電池２０４の過充電を引き起こす電圧より小さい所定の電圧に保たれ、二次電池２０４が過充電されることがない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
特許文献２に提案されている電源装置１００では、太陽電池セル１０１の発電電力が負荷１０４を駆動する電力を上回っている場合、過電流防止回路１０８によって二次電池１０６の過充電は防止されるが、行き場を失った余剰電力の蓄積が懸念される。特許文献２には、余剰電力は制御トランジスタ１１４およびその負荷抵抗１１５によって消費されると説明されているが、制御トランジスタ１１４にパワートランジスタ１１６と同程度の電流容量を期待するのは無理である。仮に、パワートランジスタ１１６と同程度の電流容量をもつトランジスタを制御トランジスタ１１４として用い、余剰電力がすべて制御トランジスタ１１４およびその負荷抵抗１１５を通じて分流（シャント）され、熱に変えられて廃棄されるように構成したとすると、余剰電力が蓄積されることはなくなるものの、二次電池１０６が満充電状態にないときにも多量の電力が制御トランジスタ１１４および負荷抵抗１１５を通じて消費され、電源性能が許容できない程度に悪化する。
【００２９】
従って、電源装置１００では、二次電池１０６が満充電状態になると、太陽電池セル１０１が発電した余剰電力を取り出せなくなり、太陽電池セル１０１のエネルギー変換効率が実効的に低下する。この結果、太陽電池セル１０１の温度が高くなり過ぎるという問題が生じる。すなわち、太陽電池セル１０１によって吸収される光のエネルギーがＷであり、電力への変換効率がη0であり、発電された電力がすべて取り出されるとすると、Ｗのうち、電力に変換されず、熱エネルギーとなり、太陽電池セル１０１の温度上昇を引き起こすエネルギーＱ0は
Ｑ0＝（１−η0）Ｗ
である。一方、余剰電力が取り出されないことによって実効的な変換効率がη（＜η0）に低下したとすると、熱エネルギーとなり、太陽電池セル１０１の温度上昇を引き起こすエネルギーＱは
Ｑ＝（１−η）Ｗ
に変化する。
Ｑ−Ｑ0＝（η0−η）Ｗ＞０
であるから、変換効率が実効的に低下した分だけ、熱エネルギーとなり、太陽電池セル１０１の温度上昇を引き起こすエネルギーが増加し、太陽電池セル１０１の温度が高くなる。
【００３０】
特許文献３に提案されている電源装置３００でも、太陽電池モジュール２０１の発電電力が負荷２０３を駆動する電力を上回っている場合に、コンパレータ３０５が二次電池２０４の過充電を検知すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の動作を停止させるので、太陽電池モジュール２０１の余剰電力を取り出せなくなり、同様の問題が生じる。
【００３１】
太陽電池の温度上昇は、色素増感太陽電池で特に問題になる。太陽電池では、発電に伴う劣化や光劣化や熱劣化など、様々な劣化原因が考えられるが、色素増感太陽電池では、温度上昇によって熱劣化が早く進行することが報告されている（特開２００５−１５８６２１号公報、および、P.M.Sommeling，M.Spath，H.J.P.Smit，N.J.Bakker，J.M.Kroon，“Long-term stability testing of dye-sensitized solar cells”，Journal of Photochemistry and Photobiology．A．Chemistry，164(1-3) ，(2004)，137-144参照。）。従って、色素増感太陽電池では温度上昇を抑える必要がある。
【００３２】
燃料電池においても、余剰電力が取り出されない状況は非常に大きな問題となる。余剰電力が取り出されないと、燃料電池の発電電流が低下し、これに伴って燃料電池のカソードの電位が上昇する。この結果、カソード表面における酸化還元平衡が酸化側にシフトし、電極触媒材料である白金などの金属がイオンとして溶出する可能性が生じる。この状況が長く続くと、カソード触媒が次第に痩せ細り、電極から脱落することが懸念される。また、溶出したイオンが電解質膜内などで再析出して、電解質膜を破壊してしまう危険性も懸念される。
【００３３】
一方、特許文献３に提案されている電源装置２００では、太陽電池モジュール２０１の発電電力が負荷２０３を駆動する電力を上回っている場合に、二次電池２０４が満充電状態に達すると、余剰電力はシャントレギュレータ２０７を通じて分流（シャント）され、熱に変えられて廃棄される。従って、二次電池２０４が過充電されることがなく、しかも、余剰電力が取り出せなくなって、太陽電池モジュール２０１の変換効率が実効的に低下して、太陽電池モジュール２０１の温度上昇を招くこともない。
【００３４】
しかしながら、電源装置２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの直流電圧変換手段を備えていないので、エネルギー効率や安定性や利便性の向上に限界がある。例えば、二次電池２０４の充電量が少なく、太陽電池モジュール２０１の最適動作電圧と二次電池２０４の電圧との差が大きいときには、二次電池２０４の充電過程で損失になる電力が大きくなり、システムのエネルギー効率は低下する。また、曇天などの稼働条件の変化などで太陽電池モジュール２０１の出力電圧が二次電池２０４の電圧に比べて低くなると、負荷２０３を駆動する電力はもっぱら二次電池２０４から供給され、太陽電池モジュール２０１が発電した電力が全く利用されない状態も起こり得る。また、経年変化などによって太陽電池モジュール２０１の最適動作電圧や二次電池２０４の特性が変化すると、当初の性能が著しく損なわれる可能性が高い。
【００３５】
以上のように、太陽電池または燃料電池と二次電池とを組み合わせ、二次電池を電力バッファとして用いるハイブリッド電源システムであって、二次電池の充電状態の変化や稼働条件の変化や部材の経年変化があっても高いエネルギー効率を維持することができ、しかも、二次電池の過充電を防止し、かつ、取り出せない余剰電力の発生による太陽電池の熱劣化または燃料電池におけるカソード触媒の溶出を抑えることのできるハイブリッド電源システムは未だ提案されていない。
【００３６】
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、太陽電池または燃料電池と二次電池とを組み合わせ、二次電池を電力バッファとして用いるハイブリッド電源システムであって、二次電池の充電状態の変化や稼働条件の変化や部材の経年変化があっても高いエネルギー効率を維持することができ、しかも、二次電池の過充電を防止し、かつ、取り出せない余剰電力の発生による太陽電池の熱劣化または燃料電池におけるカソード触媒の溶出を抑えることのできるハイブリッド電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
即ち、本発明は、
太陽電池モジュール又は燃料電池モジュールと、
前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールが入力側に接続され、負荷及び 二次電池が出力側に接続され、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールが 発電した発電電力を適当な電圧に変換した後に、前記負荷及び前記二次電池に供給する 直流電圧変換手段と、
前記直流電圧変換手段の出力側に前記負荷と並列に接続される前記二次電池と、
前記直流電圧変換手段の出力側に前記二次電池と並列に接続されており、前記二次電 池が実質的に満充電の状態にあるとき、前記発電電力のうち、前記負荷で消費されない 余剰電力を実質的にすべて熱に変えて廃棄する分流（シャント）回路と
を有する、ハイブリッド電源システムに係わる。
【００３８】
ここで、「前記二次電池が実質的に満充電の状態にある」の「実質的に満充電の状態」とは、厳密な意味での満充電状態に加えて、満充電状態とほぼ同じ電力を蓄積し、前記ハイブリッド電源システムに要求される性能を満充電状態と同様に実現できる充電状態、すなわち、システム性能上、満充電状態とほぼ同等とみなされる充電状態をも含むという意味である。また、「余剰電力を実質的にすべて」の「実質的にすべて」とは、「短絡防止用の抵抗、および電圧検出用の抵抗や制御回路など、回路を正常に働かせる上で必要な回路で必然的に消費される電力を除くすべて」という意味である。
【発明の効果】
【００３９】
本発明のハイブリッド電源システムでは、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールが発電した発電電力を、並列に接続された前記負荷及び前記二次電池に供給する。そして、発電電力が前記負荷を駆動する電力を上回っている場合には、前記二次電池を充電して、余剰の電力を前記二次電池に蓄える。一方、発電電力が前記負荷を駆動する電力を下回っている場合には、前記二次電池を放電させ、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールと前記二次電池とで前記負荷を駆動する。この結果、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールは、前記負荷の最大消費電力に対応する必要性がなくなり、平均として前記負荷の消費電力を供給すればよいことになるので、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールのサイズを小型化することができる。
【００４０】
この際、本発明のハイブリッド電源システムは、その特徴として、前記直流電圧変換手段を有し、発電電力を適当な電圧に変換した後に前記負荷及び前記二次電池に供給する。この結果、前記二次電池を充電する際の損失を最小限に抑えることができる。また、前記二次電池を放電させる場合には、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールと前記二次電池との両方を有効に利用することができる。また、晴天や曇天などの稼働条件が変化しても、あるいは経年変化などによって各部材の特性が変化しても、高いエネルギー効率を維持できる。
【００４１】
さらに、本発明のハイブリッド電源システムは、その特徴として、前記直流電圧変換手段の出力側に前記二次電池と並列に接続され、前記二次電池が満充電の状態にあるとき、前記発電電力のうち、前記負荷で消費されない余剰電力を実質的にすべて熱に変えて廃棄する前記分流（シャント）回路を有する。従って、前記二次電池が過充電されることがない。しかも、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールから余剰電力を取り出せなくなることもない。この結果、前記太陽電池モジュールを用いた場合に、電力への変換効率が実効的に低下して温度上昇を招き、前記太陽電池モジュールの熱劣化を早めることがない。また、前記燃料電池を用いた場合に、前記燃料電池のカソード電位が上昇してカソード触媒の溶出による劣化を早めることがない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１およびその変形例に基づくハイブリッド電源システムの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態２に基づくハイブリッド電源システムの構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態３に基づくハイブリッド電源システムの構成を示す概略図（ａ）、および太陽電池モジュールの発電特性を示すグラフ（ｂ）である。
【図４】燃料電池および二次電池の電流−電圧特性に基づいて、特許文献１に提案されている電源システムの動作を説明するためのグラフである。
【図５】特許文献２に提案されているバッテリーチャージャー付きポータブル電源装置の構成を示す概略図である。
【図６】特許文献３に提案されている太陽電池を用いた電源装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明のハイブリッド電源システムにおいて、前記直流電圧変換手段の出力電圧が、前記二次電池の電圧よりわずかに高く設定されるのがよい。
【００４４】
或いは、前記直流電圧変換手段によってその入力側電圧が前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールの最適動作電圧又はその近傍に制御されるのがよい。
【００４５】
また、前記分流（シャント）回路が、定電圧ダイオードによって構成されており、そのツェナー電圧が、前記二次電池を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、前記二次電池の過充電状態を生じさせない大きさの電圧であるのがよい。
【００４６】
或いは、前記分流（シャント）回路が、直列に接続された複数個のダイオードによって構成されており、各ダイオードの順方向電圧降下の合計が、前記二次電池を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、前記二次電池の過充電状態を生じさせない大きさの電圧であるのがよい。
【００４７】
或いは、また、前記分流（シャント）回路が、トランジスタからなる分流（シャント）路を有するシャントレギュレータ回路によって構成されており、このシャントレギュレータ回路によって、前記二次電池の端子間に印加される電圧の最大値が、前記二次電池を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、前記二次電池の過充電状態を生じさせない大きさの電圧に制限されるのがよい。
【００４８】
この際、前記シャントレギュレータ回路によって制限される前記電圧の最大値が、前記電圧を分割抵抗で分割して得られた参照電圧と、前記シャントレギュレータ回路が有する内部基準電圧との比較によって設定されているのがよい。
【００４９】
また、前記太陽電池が色素増感型太陽電池であるのがよい。
【００５０】
また、前記燃料電池がダイレクトメタノール形燃料電池であるのがよい。
【００５１】
また、前記二次電池がリチウムイオン電池であるのがよい。
【００５２】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。
【００５３】
［実施の形態１］
実施の形態１では、主として、請求項１、２、４および５に記載したハイブリッド電源システムの例について説明する。
【００５４】
図１（ａ）は、実施の形態１に基づくハイブリッド電源システム１０の構成を示す概略図である。ハイブリッド電源システム１０は、太陽電池モジュール１、前記直流電圧変換手段であるＤＣ／ＤＣコンバータ２、二次電池４、抵抗５、および定電圧ダイオード６で構成され、太陽電池モジュール１がＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側に接続され、負荷３および二次電池４が並列に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側に接続されている。
【００５５】
ハイブリッド電源システム１０では、太陽電池モジュール１が発電した電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２によって適当な電圧に変換した後に、負荷３および二次電池４に供給する。そして、発電電力が負荷３を駆動する電力を上回っている場合には、二次電池４を充電して、余剰の発電電力を二次電池４に蓄える。一方、発電電力が負荷３を駆動する電力を下回っている場合には、二次電池４を放電させ、太陽電池モジュール１と二次電池４とで負荷３を駆動する。この結果、太陽電池モジュール１は負荷３の最大消費電力に対応する必要性がなくなり、平均として負荷３の消費電力を供給すればよいことになるので、太陽電池モジュール１のサイズを小型化することができる。
【００５６】
この際、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、二次電池４の電圧よりわずかに高く設定されているのがよい。このようであると、二次電池４を充電する際の損失を最小限に抑えることができる。また、二次電池４を放電させる場合には、太陽電池モジュール１と二次電池４との両方を有効に利用することができる。ハイブリッド電源システム１０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２を有するので、このような細やかな制御が可能であり、高いエネルギー効率を実現することができる。また、晴天や曇天などの稼働条件が変化しても、あるいは経年変化などによって太陽電池モジュール１や二次電池４の特性が変化しても、上記の条件を満たすことができ、高いエネルギー効率を維持できる。
【００５７】
さらに、ハイブリッド電源システム１０は、その特徴として、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側に、前記分流（シャント）回路として、二次電池４と並列に接続された定電圧ダイオード６を有する。定電圧ダイオード６のツェナー電圧は、二次電池４を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、二次電池４の過充電状態を生じさせない大きさの電圧である。
【００５８】
この結果、太陽電池モジュール１の発電電力が負荷３を駆動する電力を上回っている場合、ハイブリッド電源システム１０は、二次電池４の充電状態に応じて２通りの異なる動作を行う。
【００５９】
すなわち、二次電池４が実質的な満充電状態に達していなければ、余剰電力は二次電池４の充電によって消費されるので、二次電池４の端子間の電圧は満充電電圧より十分小さく保たれ、ツェナー電圧をこえることはない。このとき、定電圧ダイオード６にはわずかな逆方向リーク電流が流れるだけであり、余剰電力は大半が二次電池４の充電に用いられる。
【００６０】
一方、二次電池４が実質的に満充電の状態に達すると、余剰電力が充電によって消費されず、蓄積されるので、二次電池４の端子間の電圧はすみやかに増加し始め、ツェナー電圧をこえようとする。このとき、直ちに定電圧ダイオード６を通じてツェナー電流が流れ、抵抗５を流れる電流が増加する。これにより抵抗５における電圧降下が増加するので、二次電池４の端子間の電圧はツェナー電圧に保たれる。この定電圧ダイオード６による電圧制限作用によって、二次電池４への充電は、端子間の電圧がツェナー電圧に達したところで自動的に停止し、二次電池４が過充電されることがない。しかも、余剰電力は定電圧ダイオード６を通じて分流（シャント）され、定電圧ダイオード６が有する抵抗分によって熱に変えられて廃棄される。従って、太陽電池モジュール１から余剰電力が取り出せなくなり、この結果、太陽電池の変換効率が実効的に低下して温度上昇を招き、太陽電池モジュール１の熱劣化を早めることも起こらない。
【００６１】
太陽電池モジュール１の太陽電池が、色素増感型太陽電池であるのがよい。既述したように、色素増感型太陽電池は熱劣化が起こりやすく、温度上昇を抑える必要があるので、本発明を好適に適用することができる。また、本実施の形態では、電力源が太陽電池モジュールである例を示したが、既述したように、燃料の供給を制御する手段をもたないパッシブ型の燃料電池にも、本発明を好適に適用することができる。燃料電池は限定されるものではないが、携帯機器用電源として好適なダイレクトメタノール形燃料電池であるのが特によい。
【００６２】
また、前記二次電池がリチウムイオン電池であるのがよい。リチウムイオン電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などに比べて、出力密度が大きく、充電電圧と放電電圧との差による損失が少ないことから、本システムに用いられる二次電池として最も好ましい。リチウムイオン電池の満充電電圧は、その電極の組成によっても異なるが、およそ４．０〜４．２Ｖ程度である。また、過充電電圧は、満充電電圧に０．１〜０．２Ｖを加算した程度である。前記二次電池として満充電電圧が４．２Ｖ、過充電電圧が４．４Ｖのリチウムイオン電池を用いる場合、定電圧ダイオード６のツェナー電圧は４．１〜４．２Ｖ程度とするのがよい。ツェナー電圧が４．２Ｖである場合には、リチウムイオン電池を満充電状態にまで充電することができる。ツェナー電圧が４．１Ｖ以上、４．２Ｖ未満である場合には、リチウムイオン電池を厳密な意味での満充電状態に充電することはできないが、満充電状態とほぼ同じ電力を蓄積し、ハイブリッド電源システム１０に要求される性能を満充電状態と同様に実現できる、実質的な満充電状態に充電することができる。これらは定電圧ダイオード６の作製精度や要求されるシステム性能等に応じて適宜選択するのがよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を、リチウムイオン電池の開放電圧に、電池の内部抵抗Ｒによる電圧降下分ΔＶ（＝ＩＲ；ただし、Ｉは電池内を流れる充電または放電電流）を加算（充電時）または減算（放電時）した程度の大きさにするのがよい。この場合、ハイブリッド電源システム１０を最もエネルギー効率よく動作させることができる。
【００６３】
図１（ｂ）は、実施の形態１の変形例に基づくハイブリッド電源システム１１の構成を示す概略図である。この例は請求項５に対応しており、前記分流（シャント）回路として、定電圧ダイオード６の代わりに、順方向に直列に接続された複数個のダイオード７が設けられている例である。各ダイオードの順方向電圧降下の合計は、二次電池４を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、二次電池４の過充電状態を生じさせない大きさの電圧である。ハイブリッド電源システム１１では、二次電池４が満充電状態になり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が過充電を引き起こす電圧をこえようとすると、直ちにダイオード列７を通じて順方向電流が流れ、ハイブリッド電源システム１０と同様の効果が得られる。
【００６４】
［実施の形態２］
実施の形態２では、主として、請求項６および７に記載したハイブリッド電源システムの例について説明する。
【００６５】
図２は、実施の形態２に基づくハイブリッド電源システム２０の構成を示す概略図である。ハイブリッド電源システム２０は、太陽電池モジュール１、前記直流電圧変換手段であるＤＣ／ＤＣコンバータ２、二次電池４、抵抗５、分割抵抗２１および２２、およびシャントレギュレータ回路２３によって構成されている。ハイブリッド電源システム２０では、前記分流（シャント）回路として、定電圧ダイオード６の代わりにシャントレギュレータ回路２３が用いられており、分割抵抗２１および２２が設けられている。これら以外はハイブリッド電源システム１０と同様であるので、主として相違点について説明する。
【００６６】
シャントレギュレータ回路２３は、拡大図に示すように、二次電池４に並列に接続されたトランジスタ２４からなる分流（シャント）路、基準電圧Ｖsを発生する基準電圧発生部２５、および誤差増幅器２６などによって構成されている。分割抵抗２１および２２は二次電池４の端子間の電圧を分割し、参照電圧端子ＲＥＦに印加する参照電圧Ｖref1を与える。
【００６７】
Ｖref1がＶsより小さい場合、その差が誤差増幅器２６によって増幅され、トランジスタ２４のベース端子に印加されるので、トランジスタ２４は完全なオフ状態になる。一方、Ｖref1がＶsより大きい場合、その差が誤差増幅器２６によって増幅され、トランジスタ２４のベース端子に印加されるので、トランジスタ２４はオン状態になり、トランジスタ２４からなる分流（シャント）路を電流が流れるので、抵抗５を流れる電流が増加する。これにより抵抗５における電圧降下が大きくなり、シャントレギュレータ回路２３のアノード端子Ａ−カソード端子Ｋ間の電圧は、
Ｖref1＝Ｖs
の関係が満たされる大きさまで低下する。この電圧をＶmaxとすると、分割抵抗２１および２２の抵抗値をそれぞれＲ21およびＲ22として、Ｖmaxは下記の式
Ｖmax ＝（Ｒ21／Ｒ22 ＋１）Ｖs
で与えられる。ハイブリッド電源システム２０では、Ｒ21およびＲ22を適切に選択することによって、Ｖmaxが、二次電池４を実質的に満充電の状態にすることができ、かつ、二次電池４の過充電状態を生じさせない大きさに設定されている。
【００６８】
この結果、太陽電池モジュール１の発電電力が負荷３を駆動する電力を上回っている場合、ハイブリッド電源システム２０は、二次電池４の充電状態に応じて２通りの異なる動作を行う。
【００６９】
すなわち、二次電池４が実質的な満充電状態に達していなければ、余剰電力は二次電池４の充電によって消費されるので、二次電池４の端子間の電圧は満充電電圧より十分小さく保たれ、Ｖmax以上になることはない。このとき、
Ｖref1＜Ｖs
であるので、トランジスタ２４は完全なオフ状態にある。従って、トランジスタ２４からなる分流（シャント）路を流れる電流は極めてわずかであり、余剰電力はほとんど全てが二次電池４の充電に用いられる。
【００７０】
一方、二次電池４が実質的に満充電の状態に達すると、余剰電力が充電によって消費されず、蓄積されるので、二次電池４の端子間の電圧はすみやかに増加し始め、Ｖmaxをこえて行こうとする。このとき、
Ｖref1＞Ｖs
となるので、直ちにトランジスタ２４はオン状態になり、トランジスタ２４を通じて電流が流れ、抵抗５を流れる電流が増加する。これにより抵抗５における電圧降下が増加するので、シャントレギュレータ回路２３のアノード端子Ａ−カソード端子Ｋ間の電圧は、
Ｖref1＝Ｖs
の関係が満たされる大きさ、すなわちＶmaxに等しく保たれる。このシャントレギュレータ回路２３による電圧制限作用によって、二次電池４への充電は、端子間の電圧がＶmaxに達したところで自動的に停止し、二次電池４が過充電されることがない。しかも、余剰電力はトランジスタ２４を通じて分流（シャント）され、トランジスタ２４が有する抵抗分によって熱に変えられて廃棄される。従って、太陽電池モジュール１から余剰電力が取り出せなくなり、この結果、太陽電池の変換効率が実効的に低下して温度上昇を招き、太陽電池モジュール１の熱劣化を早めることも起こらない。
【００７１】
前記二次電池として満充電電圧が４．２Ｖ、過充電電圧が４．４Ｖのリチウムイオン電池を用いる場合、Ｖmaxは４．２Ｖ程度とするのがよい。これによって、リチウムイオン電池を満充電状態にまで充電することができ、最良のシステム性能を実現することができる。
【００７２】
図２では、トランジスタ２４がバイポーラトランジスタである例を示したが、トランジスタ２４が電界効果トランジスタであってもよい。シャントレギュレータ回路２３はディスクリート部品で構成されていてもよいが、市販のシャントレギュレータＩＣ（集積回路）素子を用いるのが簡便である。また、直列に接続された抵抗体とトランジスタ２４とを二次電池４と並列に接続し、余剰電力の一部が抵抗体で熱に変わるようにしてもよい。このようにすると、トランジスタ２４における発熱が小さくなるので望ましい。
【００７３】
上記のように、シャントレギュレータ回路２３を用いることによって、実施の形態１と同様に、ハイブリッド電源システム２０を構成することが可能である。このシャントレギュレータ回路２３を用いたシステム２０は、Ｖmaxを正確に設定することができ、エネルギーエネルギー損失が少ないなど、最も実用性の高いシステムである。図１（ａ）に示した定電圧ダイオード６を用いるシステム１０は、回路的には簡便であるが、二次電池４が満充電状態にないときにも若干の逆方向電流が流れるので、シャントレギュレータ回路２３を用いるシステムに比べると、エネルギー効率が低下する。図１（ｂ）に示した一般のダイオードを用いるシステム１１は、制限する電圧を正確に定めるのが困難であるという欠点がある。
【００７４】
［実施の形態３］
実施の形態３では、主として、請求項３に記載したハイブリッド電源システムの例について説明する。
【００７５】
図３（ａ）は、本発明の実施の形態３に基づくハイブリッド電源システム３０の構成を示す概略図である。ハイブリッド電源システム３０は、太陽電池モジュール１、前記直流電圧変換手段であるＤＣ／ＤＣコンバータ３１、二次電池４、分割抵抗２１および２２、およびシャントレギュレータ回路２３によって構成されている。ハイブリッド電源システム３０では、ハイブリッド電源システム１０および２０で用いられているＤＣ／ＤＣコンバータ２の代わりにＤＣ／ＤＣコンバータ３１が用いられ、抵抗５が省略されている。これら以外はハイブリッド電源システム２０と同様であるので、主として相違点について説明する。
【００７６】
既述したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、二次電池４の電圧よりわずかに高く設定されている。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側の電圧は、出力電流の制限などによって多少の制御は可能であるが、通常、正確に定めることはできない。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２によってその出力電圧は一定に保たれるが、入力側電圧は不定である。
【００７７】
これに対し、ハイブリッド電源システム３０で用いられているＤＣ／ＤＣコンバータ３１では、太陽電池モジュール１が接続されている入力側電圧を太陽電池モジュール１の最適動作電圧またはその近傍に制御する機能を有する。このために、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、例えば図６（ｂ）に示したＤＣ／ＤＣコンバータ３０１のように、入力側に太陽電池モジュール１の出力電圧を分割して参照電圧を与える分割抵抗が設けられ、参照電圧と内蔵基準電圧との差を誤差増幅器によって増幅し、その大きさに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御することにより、入力側電圧を所定の大きさに保つように構成されている。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１として、バッテリーチャージャーＩＣとして市販されているＬＴ３６５２（商品名；リニアテクノロジー(株)製）などを用いることができる。
【００７８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力側電圧は不定になるので、ハイブリッド電源システム３０では、ハイブリッド電源システム１０および２０では設けられていた抵抗５を省略することができる。この場合、二次電池４が実質的な満充電状態に達しておらず、シャントレギュレータ回路２３のトランジスタ２４がオフ状態であるときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力側電圧は、二次電池４の開放電圧と二次電池４の内部抵抗とＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力インピーダンスとによって自動的に調整される。一方、二次電池４が実質的に満充電の状態に達すると、直ちにトランジスタ２４はオン状態になり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力側電圧はＶmaxに等しく保たれる。このシャントレギュレータ回路２３による電圧制限作用によって、二次電池４が過充電されることがない。しかも、余剰電力はトランジスタ２４を通じて分流（シャント）されるので、太陽電池モジュール１から余剰電力が取り出せなくなり、太陽電池の温度上昇を招き、太陽電池モジュール１の熱劣化を早めることも起こらない。
【００７９】
図３（ｂ）は、太陽電池モジュール１の発電特性の一例を示すグラフである。太陽電池にはエネルギーを蓄える機能がないため、照射された光を無駄にしないためには、負荷３の要求電力のいかんに関わらず、できるだけ高出力で発電させ続けるのがよい。従って、図３（ｂ）に示される発電特性を有する太陽電池モジュール１であれば、発電電圧が常に４．１Ｖ程度で一定になるように動作させるのがよい。ハイブリッド電源システム３０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の入力側に設けられる分割抵抗によって入力側電圧が常に４．１Ｖ程度で一定になるように制御することができるので、太陽電池モジュール１に照射された光を最高の効率で電力に変換することができる。
【００８０】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、上述の例は、本発明の技術的思想に基づき、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８１】
【特許文献１】特開平１０−４０９３１号公報（第２及び７頁、図１及び４）
【特許文献２】特開２００５−２１０７７６号公報（第５頁とくに段落００３１、図１及び３）
【特許文献３】特開２００６−６７７５９号公報（第５，６及び１０−１３頁、図１−４及び１５−１８）
【符号の説明】
【００８２】
１…太陽電池モジュール、２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３……負荷、４…二次電池、
５…抵抗、６…定電圧ダイオード、７…直列に接続された複数個のダイオード、
１０、１１、２０…ハイブリッド電源システム、２１、２２…分割抵抗、
２３…シャントレギュレータ回路、２４…トランジスタ、２５…基準電圧発生部、
２６…誤差増幅器、３０…ハイブリッド電源システム、３１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、
１００…バッテリーチャージャー付きポータブル電源装置、１０１…太陽電池セル、
１０２…ＤＣ／ＤＣコンバータ（逆流防止用ダイオード）、
１０３…電気二重層コンデンサ、１０４…負荷、１０５…ＤＣ／ＤＣコンバータ、
１０６…二次電池、１０７…電流制御回路、１０８…過電流防止回路、
１０９…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１１、１１２…分割抵抗、
１１３…定電圧ダイオード、１１４…制御トランジスタ、１１５…負荷抵抗、
１１６…パワートランジスタ、２００…電源装置、２０１…太陽電池モジュール、
２０２…逆流防止用ダイオード、２０３…負荷、２０４…二次電池、
２０５、２０６…分割抵抗、２０７…シャントレギュレータ、３００…電源装置、
３０１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０２、３０３…分割抵抗、
３０４…誤差増幅器、３０５…コンパレータ、
Ａ…シャントレギュレータ回路２３のアノード端子、
Ｋ…シャントレギュレータ回路２３のカソード端子、
ＲＥＦ…シャントレギュレータ回路２３の参照電圧端子、Ｖref1、Ｖref2…参照電圧、
Ｘ…交点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池または燃料電池と、リチウムイオン電池などの二次電池とのハイブリッド電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池が発電できる発電量は光の照射量によって決まり、例えば、光の照射がないときの発電量はゼロである。一方、電子機器を駆動する電源には、光の照射量とは関係なく、電子機器の動作状態に応じた電力が求められる。従って、太陽電池のみで電子機器を安定に駆動する電源を構成することができないのは明らかである。
【０００３】
太陽電池を用いて電子機器を安定に駆動する電源を構成するシステムとして、太陽電池と二次電池とを組み合わせ、二次電池を電力バッファとして用いるハイブリッド電源システムが知られている。このシステムでは、太陽電池の発電量が電子機器を駆動する電力を上回っている場合には、二次電池を充電して、太陽電池が生み出した余剰の電力を二次電池に蓄える。一方、太陽電池の発電量が電子機器を駆動する電力を下回っている場合には、二次電池を放電させ、太陽電池と二次電池とで電子機器を駆動する。
【０００４】
ハイブリッド電源システムを構成することによって、太陽電池は電子機器の最大消費電力に対応する必要性がなくなり、平均として電子機器の消費電力を供給すればよいことになる。この結果、太陽電池のサイズを小型化することができる。太陽電池と二次電池とのハイブリッド電源システムは、電力の安定供給と太陽電池の小型化の両方を実現でき、小型化およびポータブル化を目指す電子機器にとって非常に効果的なシステムである。
【０００５】
一方、パーソナルコンピュータや携帯電話などの携帯型電子機器では、その高機能化および多機能化にともない、消費電力が増加する傾向にあり、この傾向に対応できる、次世代の携帯型電子機器用電源として、燃料電池が期待されている。燃料電池では、負極（アノード）側に燃料が供給されて燃料が酸化され、正極（カソ−ド）側に空気または酸素が供給されて酸素が還元され、燃料電池全体では燃料と酸素との酸化還元反応が起こる。このとき、燃料がもつ化学エネルギーが、効率よく電気エネルギーに変換されて取り出される。燃料電池には、故障しない限り、燃料を補給することで、電源として使い続けることができる特徴がある。
【０００６】
様々な種類の燃料電池が提案されているが、水素イオン伝導性高分子膜を電解質として用いる高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）は、電解質が固体で飛散するおそれがないことや、他の形式の燃料電池に比べて低い温度、例えば３０℃〜１３０℃程度の温度で動作させることができ、起動時間が短いことなどから、携帯型電源として好適である。
【０００７】
燃料電池の燃料としては、水素やメタノールなど、種々の可燃性物質を用いることができる。しかし、水素などの気体燃料は、貯蔵用の高圧容器または水素吸蔵合金などが必要になるため、小型軽量化には適さない。一方、メタノールなどの液体燃料は、貯蔵しやすいという利点があるが、改質器によって液体燃料から水素を取り出す方式の燃料電池は、構成が複雑になるので、小型化には適さない。これらに対し、メタノールを改質することなく、直接アノードに供給して反応させるダイレクトメタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）には、燃料を貯蔵しやすく、かつ、構成が簡素で、小型化が容易であるという特徴がある。従来、ＤＭＦＣは、多くがＰＥＦＣと組み合わされて、ＰＥＦＣの１種として研究されてきており、携帯型電子機器用電源として最も高く期待されている。
【０００８】
しかしながら、ＤＭＦＣの出力密度は比較的小さいので、携帯型電子機器を駆動する電力を燃料電池単独で発生させようとすると、燃料電池のサイズが大きくなりすぎることが懸念される。従って、ＤＭＦＣなどの燃料電池においても、リチウムイオン電池など、出力密度の大きい二次電池とハイブリッド電源システムを構成することが効果的である。
【０００９】
そこで、後述の特許文献１では、燃料電池と二次電池とが負荷に対して並列に接続され、燃料電池および二次電池の少なくとも一方が負荷に対して電力を供給するハイブリッド電源システムが提案されている。図４は、燃料電池および二次電池の電流−電圧特性に基づいて、上記電源システムの動作を説明するためのグラフである。なお、図４に示されている燃料電池および二次電池の電圧は、単電池のものではなく、それぞれ複数個の電池を直列に接続した電池スタックの電圧である。また、二次電池の電流Ｉrは放電方向を正（Ｉr＞０）にとっているので、充電が行われる場合には電流Ｉrは負（Ｉr＜０）である。
【００１０】
図４に示されているように、燃料電池の電流−電圧曲線はシグモイド状の形状を有し、発電電流が増加するにつれて発電電圧が比較的大きく低下する。これは、燃料電池では、発電電流の増加につれて活性化分極、抵抗分極、および拡散分極が順次顕著に現れてくるからである。一方、リチウムイオン電池などの二次電池の電流−電圧曲線は直線性が高く、放電電流が増加すると抵抗分極などによって徐々に放電電圧が低下するものの、その傾きは比較的小さく、内部抵抗は小さい。充電時も同様で、充電電流が増加すると徐々に充電電圧が上昇するものの、その傾きは小さい。二次電池の開放電圧Ｖr0は、二次電池がどの程度充電されているかという充電状態によって変化する。
【００１１】
この電源システムでは、外部負荷がない場合、燃料電池によって生み出される電力はすべて、二次電池の充電に用いられる。このときの電圧をＶc、燃料電池の発電電流の大きさをＩfc、二次電池の充電電流の大きさを−Ｉrcとすると、
Ｉfc ＝ −Ｉrc
の関係が成り立つから、電圧Ｖcは、図４においてこの関係を満たす電圧（＞Ｖr0）として定まる。外部負荷がゼロではないが小さい場合には、燃料電池によって生み出される電力は、一部が負荷の駆動に用いられ、余剰電力が二次電池の充電に用いられる。このときの電圧は、Ｖcより小さく、Ｖr0より大きい。
【００１２】
負荷がより大きく、電圧がＶr0より小さい場合には、二次電池の放電が起こり、負荷は燃料電池と二次電池とによって駆動される。この際、各電池がそれぞれ効果的に機能するには、図４に示すように、２つの電池の電流−電圧曲線が適当な領域で交わる必要がある。このようであると、負荷が比較的小さく、負荷を駆動する電圧Ｖ1が交点Ｘの電圧Ｖxよりも大きい場合には、燃料電池および二次電池から供給される電流は、図４に示すように、それぞれＩf1およびＩr1と求まる。Ｉf1＞Ｉr1であるから、電力は主として燃料電池から供給されている。これに対して、負荷が大きく、駆動電圧Ｖ2がＶxよりも小さい場合には、燃料電池および二次電池から供給される電流は、図４に示すように、それぞれＩf2およびＩr2となる。Ｉf2＜Ｉr2であるから、この場合には、二次電池から供給される電力が、燃料電池から供給される電力を上回っている。
【００１３】
負荷が増加して駆動電圧がＶxを間に挟んでＶ1からＶ2に減少する間に、燃料電池からの発電電流がＩf1からＩf2に増加するのにすぎないのに対して、二次電池からの放電電流はＩr1からＩr2に大きく増加しており、この間に増加する電力消費の大部分が二次電池から供給されることがわかる。また、この電力消費の増加分を燃料電池のみで負担すると、図４からわかるように、燃料電池の発電電圧は、負荷を駆動できる最小電圧未満に低下する。上述したように、燃料電池のみで電源を構成する場合には、最小駆動電圧以上の発電電圧を維持できるように、燃料電池の大型化が必要である。また、出力密度に優れた二次電池を燃料電池と並列に接続してハイブリッド電源を構成した場合には、燃料電池を小型化し、ひいては電源システム全体を小型化することができる。
【００１４】
しかしながら、上記電源システムでは、燃料電池および二次電池の電流−電圧曲線が適当な領域で交わる必要があり、しかも、これらの電流−電圧特性によってシステム特性が完全に決定される。この例のように、太陽電池または燃料電池と二次電池とを並列に接続しただけの単純なシステムでは、太陽電池または燃料電池の特性と二次電池の特性とが互いに制約し合い、また、二次電池を充電するときの特性と放電させるときの特性とが互いに制約し合うので、エネルギー効率や安定性や利便性の向上に限界がある。例えば、エネルギー効率は、各電池の特性や二次電池の充電状態によって支配され、安定性は、各電池の特性の経年変化などによって大きく影響される。また、高効率充電や急速充電などの各種充電方式を使い分けることは不可能である。
【００１５】
また、ハイブリッド電源システムにおいて、二次電池の過充電の防止は非常に重要な課題である。例えば、二次電池としてリチウムイオン電池を用いた場合、過充電すると、発煙、発火、場合によっては爆発などの危険性が生じる。太陽電池は光が照射されると電力を発生してしまうので、二次電池の充電状態を常に検知し、満充電に達したところで充電を止める何らかの機構が必要である。また、燃料の供給を制御する手段をもたないパッシブ型の燃料電池でも常時発電が行われるので、同様の機構が必要である。
【００１６】
そこで、後述の特許文献２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ、電流制御回路、および過電流防止回路を備えたバッテリーチャージャー付きポータブル電源装置が提案されている。図５（ａ）は、この電源装置１００の構成を示す概略図である。
【００１７】
図５（ａ）に示すように、電源装置１００では、太陽光を受光し発電する太陽電池セル１０１は、逆流防止用ダイオード１０２を介して電気二重層コンデンサ１０３に接続されており、太陽電池セル１０１が発電した電力はいったんコンデンサ１０３に蓄えられる。コンデンサ１０３に蓄えられた電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５によって適当な電圧に変換された後、負荷１０４および二次電池１０６に供給される。
【００１８】
さらに電源装置１００には、その特徴として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５と二次電池１０６および負荷１０４との間に、電流制御回路１０７が設けられており、電流制御回路１０７と二次電池１０６との間に、過電流防止回路１０８が設けられている。
【００１９】
図５（ｂ）は、特許文献２に例示されている電流制御回路１０７の概略図である。電流制御回路１０７は、一般的なシリーズレギュレータの制御回路と同様に構成されている。すなわち、分割抵抗１１１および１１２は、出力電圧を分割して参照電圧Ｖref1を与える。定電圧ダイオード１１３は基準電圧を生成する。制御トランジスタ１１４とその負荷抵抗１１５は、基準電圧（厳密には、基準電圧と、制御トランジスタ１１４のベース−エミッタ間電圧との和）と参照電圧Ｖref1との差を増幅し、その大小に応じてパワートランジスタ１１６の動作を制御する。パワートランジスタ１１６は負荷１０４に直列に挿入されており、その出力電圧が一定になるように、導電性が制御トランジスタ１１４によって制御される。過電流防止回路１０８の具体的な構成は、特許文献２に示されていない。
【００２０】
電源装置１００では、太陽電池セル１０１の発電電力が、負荷１０４を駆動する電力を上回っている場合には、余剰分の電力によって二次電池１０６が充電される。二次電池１０６が満充電状態に達すると、過電流防止回路１０８によって二次電池１０６への充電が停止される。従って、二次電池１０６が過充電されることがない。このとき、余剰電力は電気二重層コンデンサ１０３に蓄積されるので、コンデンサ１０３の電圧が上昇する。これによってＤＣ／ＤＣコンバータ１０５の出力電圧が上昇しても、負荷１０４に印加される電圧は電流制限回路１０７によって所定の電圧に制御されるので、負荷１０４に過大な電圧が印加されることはない。
【００２１】
この場合、太陽電池セル１０１が発電した余剰電力は行き場を失うので、余剰電力の蓄積によるコンデンサ１０３の電圧上昇が懸念される。特許文献２には、余剰電力は制御トランジスタ１１４およびその負荷抵抗１１５によって消費されるので、コンデンサ１０３の電圧上昇は抑えられると説明されている。
【００２２】
一方、後述の特許文献３には、いかなる天候の下でも太陽電池から得られる電力を最大限に利用できる電源装置として、７種の装置が示されている。図６は、そのうち、本発明と関係のある２種の電源装置の構成を示す概略図である。
【００２３】
図６（ａ）に示す電源装置２００では、太陽電池モジュール２０１は、逆流防止用ダイオード２０２を介して負荷２０３および二次電池２０４に接続されている。この際、電源装置２００の特徴として、逆流防止用ダイオード２０２の順方向電圧降下分の電圧と二次電池２０４の電圧との和が、太陽電池モジュール２０１の最適動作電圧とほぼ等しくなるように構成されている。電源装置２００では、太陽電池モジュール２０１の発電電力が、負荷２０３を駆動する電力を上回っている場合には、余剰分の電力によって二次電池２０４が充電されるが、上記のように構成されているので、太陽電池モジュール２０１から得られる電力を最大限に利用することができる。
【００２４】
また、電源装置２００の他の特徴として、負荷２０３および二次電池２０４と並列に、シャントレギュレータ２０７が接続されている。シャントレギュレータ２０７は、出力電圧を分割抵抗２０５および２０６によって分割することによって得られる参照電圧Ｖref1によって制御され、出力電圧の最大値を、二次電池２０４の過充電を引き起こす過充電電圧より小さい所定の電圧に抑えるように設定されている。
【００２５】
電源装置２００では、二次電池２０４が満充電状態に達しておらず、二次電池２０４が余剰電力によって正常に充電されている間は、充電によって出力電圧が過充電電圧より小さい電圧に保たれるので、シャントレギュレータ２０７による電圧制限は行われない。一方、二次電池２０４が満充電状態に達すると、余剰電力が充電によって消費されず、蓄積されるので、出力電圧はすみやかに増加し始め、二次電池２０４の過充電電圧をこえようとする。このとき、直ちにシャントレギュレータ２０７による電圧制限作用が発揮され、余剰電力はシャントレギュレータ２０７を通じて分流（シャント）され、シャントレギュレータ２０７内の抵抗分によって熱に変えられて廃棄される。この結果、出力電圧は二次電池２０４の過充電電圧より小さい所定の電圧に保たれるので、二次電池２０４が過充電されることがない。
【００２６】
図６（ｂ）に示す電源装置３００では、太陽電池モジュール２０１が発電した電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１によって適当な電圧に変換された後に、負荷２０３および二次電池２０４に供給される。電源装置３００では、その特徴として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の入力側に、太陽電池モジュール２０１の出力電圧を分割して参照電圧Ｖref2を与える分割抵抗３０２および３０３が設けられ、参照電圧Ｖref2と内蔵基準電圧との差を誤差増幅器３０４によって増幅し、その大きさに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御することにより、太陽電池モジュール２０１の出力電圧をその最適動作電圧に保つように構成されている。
【００２７】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の出力側には、出力電圧を分割して参照電圧Ｖref1を与える分割抵抗２０５および２０６と、参照電圧Ｖref1と基準電圧とを比較して二次電池２０４の過充電を検知するコンパレータ３０５が設けられており、ＤＣ／ＤＣコンバータ内には、コンパレータ３０５によって過充電が検知された場合にコンバータの動作を停止させるＡＮＤ回路が設けられている。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の出力電圧は、二次電池２０４の過充電を引き起こす電圧より小さい所定の電圧に保たれ、二次電池２０４が過充電されることがない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
特許文献２に提案されている電源装置１００では、太陽電池セル１０１の発電電力が負荷１０４を駆動する電力を上回っている場合、過電流防止回路１０８によって二次電池１０６の過充電は防止されるが、行き場を失った余剰電力の蓄積が懸念される。特許文献２には、余剰電力は制御トランジスタ１１４およびその負荷抵抗１１５によって消費されると説明されているが、制御トランジスタ１１４にパワートランジスタ１１６と同程度の電流容量を期待するのは無理である。仮に、パワートランジスタ１１６と同程度の電流容量をもつトランジスタを制御トランジスタ１１４として用い、余剰電力がすべて制御トランジスタ１１４およびその負荷抵抗１１５を通じて分流（シャント）され、熱に変えられて廃棄されるように構成したとすると、余剰電力が蓄積されることはなくなるものの、二次電池１０６が満充電状態にないときにも多量の電力が制御トランジスタ１１４および負荷抵抗１１５を通じて消費され、電源性能が許容できない程度に悪化する。
【００２９】
従って、電源装置１００では、二次電池１０６が満充電状態になると、太陽電池セル１０１が発電した余剰電力を取り出せなくなり、太陽電池セル１０１のエネルギー変換効率が実効的に低下する。この結果、太陽電池セル１０１の温度が高くなり過ぎるという問題が生じる。すなわち、太陽電池セル１０１によって吸収される光のエネルギーがＷであり、電力への変換効率がη0であり、発電された電力がすべて取り出されるとすると、Ｗのうち、電力に変換されず、熱エネルギーとなり、太陽電池セル１０１の温度上昇を引き起こすエネルギーＱ0は
Ｑ0＝（１−η0）Ｗ
である。一方、余剰電力が取り出されないことによって実効的な変換効率がη（＜η0）に低下したとすると、熱エネルギーとなり、太陽電池セル１０１の温度上昇を引き起こすエネルギーＱは
Ｑ＝（１−η）Ｗ
に変化する。
Ｑ−Ｑ0＝（η0−η）Ｗ＞０
であるから、変換効率が実効的に低下した分だけ、熱エネルギーとなり、太陽電池セル１０１の温度上昇を引き起こすエネルギーが増加し、太陽電池セル１０１の温度が高くなる。
【００３０】
特許文献３に提案されている電源装置３００でも、太陽電池モジュール２０１の発電電力が負荷２０３を駆動する電力を上回っている場合に、コンパレータ３０５が二次電池２０４の過充電を検知すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の動作を停止させるので、太陽電池モジュール２０１の余剰電力を取り出せなくなり、同様の問題が生じる。
【００３１】
太陽電池の温度上昇は、色素増感太陽電池で特に問題になる。太陽電池では、発電に伴う劣化や光劣化や熱劣化など、様々な劣化原因が考えられるが、色素増感太陽電池では、温度上昇によって熱劣化が早く進行することが報告されている（特開２００５−１５８６２１号公報、および、P.M.Sommeling，M.Spath，H.J.P.Smit，N.J.Bakker，J.M.Kroon，“Long-term stability testing of dye-sensitized solar cells”，Journal of Photochemistry and Photobiology．A．Chemistry，164(1-3) ，(2004)，137-144参照。）。従って、色素増感太陽電池では温度上昇を抑える必要がある。
【００３２】
燃料電池においても、余剰電力が取り出されない状況は非常に大きな問題となる。余剰電力が取り出されないと、燃料電池の発電電流が低下し、これに伴って燃料電池のカソードの電位が上昇する。この結果、カソード表面における酸化還元平衡が酸化側にシフトし、電極触媒材料である白金などの金属がイオンとして溶出する可能性が生じる。この状況が長く続くと、カソード触媒が次第に痩せ細り、電極から脱落することが懸念される。また、溶出したイオンが電解質膜内などで再析出して、電解質膜を破壊してしまう危険性も懸念される。
【００３３】
一方、特許文献３に提案されている電源装置２００では、太陽電池モジュール２０１の発電電力が負荷２０３を駆動する電力を上回っている場合に、二次電池２０４が満充電状態に達すると、余剰電力はシャントレギュレータ２０７を通じて分流（シャント）され、熱に変えられて廃棄される。従って、二次電池２０４が過充電されることがなく、しかも、余剰電力が取り出せなくなって、太陽電池モジュール２０１の変換効率が実効的に低下して、太陽電池モジュール２０１の温度上昇を招くこともない。
【００３４】
しかしながら、電源装置２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの直流電圧変換手段を備えていないので、エネルギー効率や安定性や利便性の向上に限界がある。例えば、二次電池２０４の充電量が少なく、太陽電池モジュール２０１の最適動作電圧と二次電池２０４の電圧との差が大きいときには、二次電池２０４の充電過程で損失になる電力が大きくなり、システムのエネルギー効率は低下する。また、曇天などの稼働条件の変化などで太陽電池モジュール２０１の出力電圧が二次電池２０４の電圧に比べて低くなると、負荷２０３を駆動する電力はもっぱら二次電池２０４から供給され、太陽電池モジュール２０１が発電した電力が全く利用されない状態も起こり得る。また、経年変化などによって太陽電池モジュール２０１の最適動作電圧や二次電池２０４の特性が変化すると、当初の性能が著しく損なわれる可能性が高い。
【００３５】
以上のように、太陽電池または燃料電池と二次電池とを組み合わせ、二次電池を電力バッファとして用いるハイブリッド電源システムであって、二次電池の充電状態の変化や稼働条件の変化や部材の経年変化があっても高いエネルギー効率を維持することができ、しかも、二次電池の過充電を防止し、かつ、取り出せない余剰電力の発生による太陽電池の熱劣化または燃料電池におけるカソード触媒の溶出を抑えることのできるハイブリッド電源システムは未だ提案されていない。
【００３６】
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、太陽電池または燃料電池と二次電池とを組み合わせ、二次電池を電力バッファとして用いるハイブリッド電源システムであって、二次電池の充電状態の変化や稼働条件の変化や部材の経年変化があっても高いエネルギー効率を維持することができ、しかも、二次電池の過充電を防止し、かつ、取り出せない余剰電力の発生による太陽電池の熱劣化または燃料電池におけるカソード触媒の溶出を抑えることのできるハイブリッド電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
即ち、本発明は、
太陽電池モジュール又は燃料電池モジュールと、
前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールが入力側に接続され、負荷及び 二次電池が出力側に接続され、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールが 発電した発電電力を適当な電圧に変換した後に、前記負荷及び前記二次電池に供給する 直流電圧変換手段と、
前記直流電圧変換手段の出力側に前記負荷と並列に接続される前記二次電池と、
前記直流電圧変換手段の出力側に前記二次電池と並列に接続されており、前記二次電 池が実質的に満充電の状態にあるとき、前記発電電力のうち、前記負荷で消費されない 余剰電力を実質的にすべて熱に変えて廃棄する分流（シャント）回路と
を有する、ハイブリッド電源システムに係わる。
【００３８】
ここで、「前記二次電池が実質的に満充電の状態にある」の「実質的に満充電の状態」とは、厳密な意味での満充電状態に加えて、満充電状態とほぼ同じ電力を蓄積し、前記ハイブリッド電源システムに要求される性能を満充電状態と同様に実現できる充電状態、すなわち、システム性能上、満充電状態とほぼ同等とみなされる充電状態をも含むという意味である。また、「余剰電力を実質的にすべて」の「実質的にすべて」とは、「短絡防止用の抵抗、および電圧検出用の抵抗や制御回路など、回路を正常に働かせる上で必要な回路で必然的に消費される電力を除くすべて」という意味である。
【発明の効果】
【００３９】
本発明のハイブリッド電源システムでは、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールが発電した発電電力を、並列に接続された前記負荷及び前記二次電池に供給する。そして、発電電力が前記負荷を駆動する電力を上回っている場合には、前記二次電池を充電して、余剰の電力を前記二次電池に蓄える。一方、発電電力が前記負荷を駆動する電力を下回っている場合には、前記二次電池を放電させ、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールと前記二次電池とで前記負荷を駆動する。この結果、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールは、前記負荷の最大消費電力に対応する必要性がなくなり、平均として前記負荷の消費電力を供給すればよいことになるので、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールのサイズを小型化することができる。
【００４０】
この際、本発明のハイブリッド電源システムは、その特徴として、前記直流電圧変換手段を有し、発電電力を適当な電圧に変換した後に前記負荷及び前記二次電池に供給する。この結果、前記二次電池を充電する際の損失を最小限に抑えることができる。また、前記二次電池を放電させる場合には、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールと前記二次電池との両方を有効に利用することができる。また、晴天や曇天などの稼働条件が変化しても、あるいは経年変化などによって各部材の特性が変化しても、高いエネルギー効率を維持できる。
【００４１】
さらに、本発明のハイブリッド電源システムは、その特徴として、前記直流電圧変換手段の出力側に前記二次電池と並列に接続され、前記二次電池が満充電の状態にあるとき、前記発電電力のうち、前記負荷で消費されない余剰電力を実質的にすべて熱に変えて廃棄する前記分流（シャント）回路を有する。従って、前記二次電池が過充電されることがない。しかも、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールから余剰電力を取り出せなくなることもない。この結果、前記太陽電池モジュールを用いた場合に、電力への変換効率が実効的に低下して温度上昇を招き、前記太陽電池モジュールの熱劣化を早めることがない。また、前記燃料電池を用いた場合に、前記燃料電池のカソード電位が上昇してカソード触媒の溶出による劣化を早めることがない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１およびその変形例に基づくハイブリッド電源システムの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態２に基づくハイブリッド電源システムの構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態３に基づくハイブリッド電源システムの構成を示す概略図（ａ）、および太陽電池モジュールの発電特性を示すグラフ（ｂ）である。
【図４】燃料電池および二次電池の電流−電圧特性に基づいて、特許文献１に提案されている電源システムの動作を説明するためのグラフである。
【図５】特許文献２に提案されているバッテリーチャージャー付きポータブル電源装置の構成を示す概略図である。
【図６】特許文献３に提案されている太陽電池を用いた電源装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明のハイブリッド電源システムにおいて、前記直流電圧変換手段の出力電圧が、前記二次電池の電圧よりわずかに高く設定されるのがよい。
【００４４】
或いは、前記直流電圧変換手段によってその入力側電圧が前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールの最適動作電圧又はその近傍に制御されるのがよい。
【００４５】
また、前記分流（シャント）回路が、定電圧ダイオードによって構成されており、そのツェナー電圧が、前記二次電池を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、前記二次電池の過充電状態を生じさせない大きさの電圧であるのがよい。
【００４６】
或いは、前記分流（シャント）回路が、直列に接続された複数個のダイオードによって構成されており、各ダイオードの順方向電圧降下の合計が、前記二次電池を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、前記二次電池の過充電状態を生じさせない大きさの電圧であるのがよい。
【００４７】
或いは、また、前記分流（シャント）回路が、トランジスタからなる分流（シャント）路を有するシャントレギュレータ回路によって構成されており、このシャントレギュレータ回路によって、前記二次電池の端子間に印加される電圧の最大値が、前記二次電池を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、前記二次電池の過充電状態を生じさせない大きさの電圧に制限されるのがよい。
【００４８】
この際、前記シャントレギュレータ回路によって制限される前記電圧の最大値が、前記電圧を分割抵抗で分割して得られた参照電圧と、前記シャントレギュレータ回路が有する内部基準電圧との比較によって設定されているのがよい。
【００４９】
また、前記太陽電池が色素増感型太陽電池であるのがよい。
【００５０】
また、前記燃料電池がダイレクトメタノール形燃料電池であるのがよい。
【００５１】
また、前記二次電池がリチウムイオン電池であるのがよい。
【００５２】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。
【００５３】
［実施の形態１］
実施の形態１では、主として、請求項１、２、４および５に記載したハイブリッド電源システムの例について説明する。
【００５４】
図１（ａ）は、実施の形態１に基づくハイブリッド電源システム１０の構成を示す概略図である。ハイブリッド電源システム１０は、太陽電池モジュール１、前記直流電圧変換手段であるＤＣ／ＤＣコンバータ２、二次電池４、抵抗５、および定電圧ダイオード６で構成され、太陽電池モジュール１がＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側に接続され、負荷３および二次電池４が並列に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側に接続されている。
【００５５】
ハイブリッド電源システム１０では、太陽電池モジュール１が発電した電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２によって適当な電圧に変換した後に、負荷３および二次電池４に供給する。そして、発電電力が負荷３を駆動する電力を上回っている場合には、二次電池４を充電して、余剰の発電電力を二次電池４に蓄える。一方、発電電力が負荷３を駆動する電力を下回っている場合には、二次電池４を放電させ、太陽電池モジュール１と二次電池４とで負荷３を駆動する。この結果、太陽電池モジュール１は負荷３の最大消費電力に対応する必要性がなくなり、平均として負荷３の消費電力を供給すればよいことになるので、太陽電池モジュール１のサイズを小型化することができる。
【００５６】
この際、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、二次電池４の電圧よりわずかに高く設定されているのがよい。このようであると、二次電池４を充電する際の損失を最小限に抑えることができる。また、二次電池４を放電させる場合には、太陽電池モジュール１と二次電池４との両方を有効に利用することができる。ハイブリッド電源システム１０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２を有するので、このような細やかな制御が可能であり、高いエネルギー効率を実現することができる。また、晴天や曇天などの稼働条件が変化しても、あるいは経年変化などによって太陽電池モジュール１や二次電池４の特性が変化しても、上記の条件を満たすことができ、高いエネルギー効率を維持できる。
【００５７】
さらに、ハイブリッド電源システム１０は、その特徴として、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側に、前記分流（シャント）回路として、二次電池４と並列に接続された定電圧ダイオード６を有する。定電圧ダイオード６のツェナー電圧は、二次電池４を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、二次電池４の過充電状態を生じさせない大きさの電圧である。
【００５８】
この結果、太陽電池モジュール１の発電電力が負荷３を駆動する電力を上回っている場合、ハイブリッド電源システム１０は、二次電池４の充電状態に応じて２通りの異なる動作を行う。
【００５９】
すなわち、二次電池４が実質的な満充電状態に達していなければ、余剰電力は二次電池４の充電によって消費されるので、二次電池４の端子間の電圧は満充電電圧より十分小さく保たれ、ツェナー電圧をこえることはない。このとき、定電圧ダイオード６にはわずかな逆方向リーク電流が流れるだけであり、余剰電力は大半が二次電池４の充電に用いられる。
【００６０】
一方、二次電池４が実質的に満充電の状態に達すると、余剰電力が充電によって消費されず、蓄積されるので、二次電池４の端子間の電圧はすみやかに増加し始め、ツェナー電圧をこえようとする。このとき、直ちに定電圧ダイオード６を通じてツェナー電流が流れ、抵抗５を流れる電流が増加する。これにより抵抗５における電圧降下が増加するので、二次電池４の端子間の電圧はツェナー電圧に保たれる。この定電圧ダイオード６による電圧制限作用によって、二次電池４への充電は、端子間の電圧がツェナー電圧に達したところで自動的に停止し、二次電池４が過充電されることがない。しかも、余剰電力は定電圧ダイオード６を通じて分流（シャント）され、定電圧ダイオード６が有する抵抗分によって熱に変えられて廃棄される。従って、太陽電池モジュール１から余剰電力が取り出せなくなり、この結果、太陽電池の変換効率が実効的に低下して温度上昇を招き、太陽電池モジュール１の熱劣化を早めることも起こらない。
【００６１】
太陽電池モジュール１の太陽電池が、色素増感型太陽電池であるのがよい。既述したように、色素増感型太陽電池は熱劣化が起こりやすく、温度上昇を抑える必要があるので、本発明を好適に適用することができる。また、本実施の形態では、電力源が太陽電池モジュールである例を示したが、既述したように、燃料の供給を制御する手段をもたないパッシブ型の燃料電池にも、本発明を好適に適用することができる。燃料電池は限定されるものではないが、携帯機器用電源として好適なダイレクトメタノール形燃料電池であるのが特によい。
【００６２】
また、前記二次電池がリチウムイオン電池であるのがよい。リチウムイオン電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などに比べて、出力密度が大きく、充電電圧と放電電圧との差による損失が少ないことから、本システムに用いられる二次電池として最も好ましい。リチウムイオン電池の満充電電圧は、その電極の組成によっても異なるが、およそ４．０〜４．２Ｖ程度である。また、過充電電圧は、満充電電圧に０．１〜０．２Ｖを加算した程度である。前記二次電池として満充電電圧が４．２Ｖ、過充電電圧が４．４Ｖのリチウムイオン電池を用いる場合、定電圧ダイオード６のツェナー電圧は４．１〜４．２Ｖ程度とするのがよい。ツェナー電圧が４．２Ｖである場合には、リチウムイオン電池を満充電状態にまで充電することができる。ツェナー電圧が４．１Ｖ以上、４．２Ｖ未満である場合には、リチウムイオン電池を厳密な意味での満充電状態に充電することはできないが、満充電状態とほぼ同じ電力を蓄積し、ハイブリッド電源システム１０に要求される性能を満充電状態と同様に実現できる、実質的な満充電状態に充電することができる。これらは定電圧ダイオード６の作製精度や要求されるシステム性能等に応じて適宜選択するのがよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を、リチウムイオン電池の開放電圧に、電池の内部抵抗Ｒによる電圧降下分ΔＶ（＝ＩＲ；ただし、Ｉは電池内を流れる充電または放電電流）を加算（充電時）または減算（放電時）した程度の大きさにするのがよい。この場合、ハイブリッド電源システム１０を最もエネルギー効率よく動作させることができる。
【００６３】
図１（ｂ）は、実施の形態１の変形例に基づくハイブリッド電源システム１１の構成を示す概略図である。この例は請求項５に対応しており、前記分流（シャント）回路として、定電圧ダイオード６の代わりに、順方向に直列に接続された複数個のダイオード７が設けられている例である。各ダイオードの順方向電圧降下の合計は、二次電池４を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、二次電池４の過充電状態を生じさせない大きさの電圧である。ハイブリッド電源システム１１では、二次電池４が満充電状態になり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が過充電を引き起こす電圧をこえようとすると、直ちにダイオード列７を通じて順方向電流が流れ、ハイブリッド電源システム１０と同様の効果が得られる。
【００６４】
［実施の形態２］
実施の形態２では、主として、請求項６および７に記載したハイブリッド電源システムの例について説明する。
【００６５】
図２は、実施の形態２に基づくハイブリッド電源システム２０の構成を示す概略図である。ハイブリッド電源システム２０は、太陽電池モジュール１、前記直流電圧変換手段であるＤＣ／ＤＣコンバータ２、二次電池４、抵抗５、分割抵抗２１および２２、およびシャントレギュレータ回路２３によって構成されている。ハイブリッド電源システム２０では、前記分流（シャント）回路として、定電圧ダイオード６の代わりにシャントレギュレータ回路２３が用いられており、分割抵抗２１および２２が設けられている。これら以外はハイブリッド電源システム１０と同様であるので、主として相違点について説明する。
【００６６】
シャントレギュレータ回路２３は、拡大図に示すように、二次電池４に並列に接続されたトランジスタ２４からなる分流（シャント）路、基準電圧Ｖsを発生する基準電圧発生部２５、および誤差増幅器２６などによって構成されている。分割抵抗２１および２２は二次電池４の端子間の電圧を分割し、参照電圧端子ＲＥＦに印加する参照電圧Ｖref1を与える。
【００６７】
Ｖref1がＶsより小さい場合、その差が誤差増幅器２６によって増幅され、トランジスタ２４のベース端子に印加されるので、トランジスタ２４は完全なオフ状態になる。一方、Ｖref1がＶsより大きい場合、その差が誤差増幅器２６によって増幅され、トランジスタ２４のベース端子に印加されるので、トランジスタ２４はオン状態になり、トランジスタ２４からなる分流（シャント）路を電流が流れるので、抵抗５を流れる電流が増加する。これにより抵抗５における電圧降下が大きくなり、シャントレギュレータ回路２３のアノード端子Ａ−カソード端子Ｋ間の電圧は、
Ｖref1＝Ｖs
の関係が満たされる大きさまで低下する。この電圧をＶmaxとすると、分割抵抗２１および２２の抵抗値をそれぞれＲ21およびＲ22として、Ｖmaxは下記の式
Ｖmax ＝（Ｒ21／Ｒ22 ＋１）Ｖs
で与えられる。ハイブリッド電源システム２０では、Ｒ21およびＲ22を適切に選択することによって、Ｖmaxが、二次電池４を実質的に満充電の状態にすることができ、かつ、二次電池４の過充電状態を生じさせない大きさに設定されている。
【００６８】
この結果、太陽電池モジュール１の発電電力が負荷３を駆動する電力を上回っている場合、ハイブリッド電源システム２０は、二次電池４の充電状態に応じて２通りの異なる動作を行う。
【００６９】
すなわち、二次電池４が実質的な満充電状態に達していなければ、余剰電力は二次電池４の充電によって消費されるので、二次電池４の端子間の電圧は満充電電圧より十分小さく保たれ、Ｖmax以上になることはない。このとき、
Ｖref1＜Ｖs
であるので、トランジスタ２４は完全なオフ状態にある。従って、トランジスタ２４からなる分流（シャント）路を流れる電流は極めてわずかであり、余剰電力はほとんど全てが二次電池４の充電に用いられる。
【００７０】
一方、二次電池４が実質的に満充電の状態に達すると、余剰電力が充電によって消費されず、蓄積されるので、二次電池４の端子間の電圧はすみやかに増加し始め、Ｖmaxをこえて行こうとする。このとき、
Ｖref1＞Ｖs
となるので、直ちにトランジスタ２４はオン状態になり、トランジスタ２４を通じて電流が流れ、抵抗５を流れる電流が増加する。これにより抵抗５における電圧降下が増加するので、シャントレギュレータ回路２３のアノード端子Ａ−カソード端子Ｋ間の電圧は、
Ｖref1＝Ｖs
の関係が満たされる大きさ、すなわちＶmaxに等しく保たれる。このシャントレギュレータ回路２３による電圧制限作用によって、二次電池４への充電は、端子間の電圧がＶmaxに達したところで自動的に停止し、二次電池４が過充電されることがない。しかも、余剰電力はトランジスタ２４を通じて分流（シャント）され、トランジスタ２４が有する抵抗分によって熱に変えられて廃棄される。従って、太陽電池モジュール１から余剰電力が取り出せなくなり、この結果、太陽電池の変換効率が実効的に低下して温度上昇を招き、太陽電池モジュール１の熱劣化を早めることも起こらない。
【００７１】
前記二次電池として満充電電圧が４．２Ｖ、過充電電圧が４．４Ｖのリチウムイオン電池を用いる場合、Ｖmaxは４．２Ｖ程度とするのがよい。これによって、リチウムイオン電池を満充電状態にまで充電することができ、最良のシステム性能を実現することができる。
【００７２】
図２では、トランジスタ２４がバイポーラトランジスタである例を示したが、トランジスタ２４が電界効果トランジスタであってもよい。シャントレギュレータ回路２３はディスクリート部品で構成されていてもよいが、市販のシャントレギュレータＩＣ（集積回路）素子を用いるのが簡便である。また、直列に接続された抵抗体とトランジスタ２４とを二次電池４と並列に接続し、余剰電力の一部が抵抗体で熱に変わるようにしてもよい。このようにすると、トランジスタ２４における発熱が小さくなるので望ましい。
【００７３】
上記のように、シャントレギュレータ回路２３を用いることによって、実施の形態１と同様に、ハイブリッド電源システム２０を構成することが可能である。このシャントレギュレータ回路２３を用いたシステム２０は、Ｖmaxを正確に設定することができ、エネルギーエネルギー損失が少ないなど、最も実用性の高いシステムである。図１（ａ）に示した定電圧ダイオード６を用いるシステム１０は、回路的には簡便であるが、二次電池４が満充電状態にないときにも若干の逆方向電流が流れるので、シャントレギュレータ回路２３を用いるシステムに比べると、エネルギー効率が低下する。図１（ｂ）に示した一般のダイオードを用いるシステム１１は、制限する電圧を正確に定めるのが困難であるという欠点がある。
【００７４】
［実施の形態３］
実施の形態３では、主として、請求項３に記載したハイブリッド電源システムの例について説明する。
【００７５】
図３（ａ）は、本発明の実施の形態３に基づくハイブリッド電源システム３０の構成を示す概略図である。ハイブリッド電源システム３０は、太陽電池モジュール１、前記直流電圧変換手段であるＤＣ／ＤＣコンバータ３１、二次電池４、分割抵抗２１および２２、およびシャントレギュレータ回路２３によって構成されている。ハイブリッド電源システム３０では、ハイブリッド電源システム１０および２０で用いられているＤＣ／ＤＣコンバータ２の代わりにＤＣ／ＤＣコンバータ３１が用いられ、抵抗５が省略されている。これら以外はハイブリッド電源システム２０と同様であるので、主として相違点について説明する。
【００７６】
既述したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、二次電池４の電圧よりわずかに高く設定されている。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側の電圧は、出力電流の制限などによって多少の制御は可能であるが、通常、正確に定めることはできない。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２によってその出力電圧は一定に保たれるが、入力側電圧は不定である。
【００７７】
これに対し、ハイブリッド電源システム３０で用いられているＤＣ／ＤＣコンバータ３１では、太陽電池モジュール１が接続されている入力側電圧を太陽電池モジュール１の最適動作電圧またはその近傍に制御する機能を有する。このために、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、例えば図６（ｂ）に示したＤＣ／ＤＣコンバータ３０１のように、入力側に太陽電池モジュール１の出力電圧を分割して参照電圧を与える分割抵抗が設けられ、参照電圧と内蔵基準電圧との差を誤差増幅器によって増幅し、その大きさに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御することにより、入力側電圧を所定の大きさに保つように構成されている。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１として、バッテリーチャージャーＩＣとして市販されているＬＴ３６５２（商品名；リニアテクノロジー(株)製）などを用いることができる。
【００７８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力側電圧は不定になるので、ハイブリッド電源システム３０では、ハイブリッド電源システム１０および２０では設けられていた抵抗５を省略することができる。この場合、二次電池４が実質的な満充電状態に達しておらず、シャントレギュレータ回路２３のトランジスタ２４がオフ状態であるときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力側電圧は、二次電池４の開放電圧と二次電池４の内部抵抗とＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力インピーダンスとによって自動的に調整される。一方、二次電池４が実質的に満充電の状態に達すると、直ちにトランジスタ２４はオン状態になり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力側電圧はＶmaxに等しく保たれる。このシャントレギュレータ回路２３による電圧制限作用によって、二次電池４が過充電されることがない。しかも、余剰電力はトランジスタ２４を通じて分流（シャント）されるので、太陽電池モジュール１から余剰電力が取り出せなくなり、太陽電池の温度上昇を招き、太陽電池モジュール１の熱劣化を早めることも起こらない。
【００７９】
図３（ｂ）は、太陽電池モジュール１の発電特性の一例を示すグラフである。太陽電池にはエネルギーを蓄える機能がないため、照射された光を無駄にしないためには、負荷３の要求電力のいかんに関わらず、できるだけ高出力で発電させ続けるのがよい。従って、図３（ｂ）に示される発電特性を有する太陽電池モジュール１であれば、発電電圧が常に４．１Ｖ程度で一定になるように動作させるのがよい。ハイブリッド電源システム３０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の入力側に設けられる分割抵抗によって入力側電圧が常に４．１Ｖ程度で一定になるように制御することができるので、太陽電池モジュール１に照射された光を最高の効率で電力に変換することができる。
【００８０】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、上述の例は、本発明の技術的思想に基づき、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８１】
【特許文献１】特開平１０−４０９３１号公報（第２及び７頁、図１及び４）
【特許文献２】特開２００５−２１０７７６号公報（第５頁とくに段落００３１、図１及び３）
【特許文献３】特開２００６−６７７５９号公報（第５，６及び１０−１３頁、図１−４及び１５−１８）
【符号の説明】
【００８２】
１…太陽電池モジュール、２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３……負荷、４…二次電池、
５…抵抗、６…定電圧ダイオード、７…直列に接続された複数個のダイオード、
１０、１１、２０…ハイブリッド電源システム、２１、２２…分割抵抗、
２３…シャントレギュレータ回路、２４…トランジスタ、２５…基準電圧発生部、
２６…誤差増幅器、３０…ハイブリッド電源システム、３１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、
１００…バッテリーチャージャー付きポータブル電源装置、１０１…太陽電池セル、
１０２…ＤＣ／ＤＣコンバータ（逆流防止用ダイオード）、
１０３…電気二重層コンデンサ、１０４…負荷、１０５…ＤＣ／ＤＣコンバータ、
１０６…二次電池、１０７…電流制御回路、１０８…過電流防止回路、
１０９…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１１、１１２…分割抵抗、
１１３…定電圧ダイオード、１１４…制御トランジスタ、１１５…負荷抵抗、
１１６…パワートランジスタ、２００…電源装置、２０１…太陽電池モジュール、
２０２…逆流防止用ダイオード、２０３…負荷、２０４…二次電池、
２０５、２０６…分割抵抗、２０７…シャントレギュレータ、３００…電源装置、
３０１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０２、３０３…分割抵抗、
３０４…誤差増幅器、３０５…コンパレータ、
Ａ…シャントレギュレータ回路２３のアノード端子、
Ｋ…シャントレギュレータ回路２３のカソード端子、
ＲＥＦ…シャントレギュレータ回路２３の参照電圧端子、Ｖref1、Ｖref2…参照電圧、
Ｘ…交点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュール又は燃料電池モジュールと、
前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールが入力側に接続され、負荷及び 二次電池が出力側に接続され、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールが 発電した発電電力を適当な電圧に変換した後に、前記負荷及び前記二次電池に供給する 直流電圧変換手段と、
前記直流電圧変換手段の出力側に前記負荷と並列に接続される前記二次電池と、
前記直流電圧変換手段の出力側に前記二次電池と並列に接続されており、前記二次電 池が実質的に満充電の状態にあるとき、前記発電電力のうち、前記負荷で消費されない 余剰電力を実質的にすべて熱に変えて廃棄する分流（シャント）回路と
を有する、ハイブリッド電源システム。
【請求項２】
前記直流電圧変換手段の出力電圧が、前記二次電池の電圧よりわずかに高く設定される、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項３】
前記直流電圧変換手段によってその入力側電圧が前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールの最適動作電圧又はその近傍に制御される、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項４】
前記分流（シャント）回路が、定電圧ダイオードによって構成されており、そのツェナー電圧が、前記二次電池を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、前記二次電池の過充電状態を生じさせない大きさの電圧である、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項５】
前記分流（シャント）回路が、直列に接続された複数個のダイオードによって構成されており、各ダイオードの順方向電圧降下の合計が、前記二次電池を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、前記二次電池の過充電状態を生じさせない大きさの電圧である、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項６】
前記分流（シャント）回路が、トランジスタからなる分流（シャント）路を有するシャントレギュレータ回路によって構成されており、このシャントレギュレータ回路によって、前記二次電池の端子間に印加される電圧の最大値が、前記二次電池を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、前記二次電池の過充電状態を生じさせない大きさの電圧に制御される、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項７】
前記シャントレギュレータ回路によって制御される前記電圧の前記最大値が、前記電圧を分割抵抗で分割して得られた参照電圧と、前記シャントレギュレータ回路が有する内部基準電圧との比較によって設定されている、請求項６に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項８】
前記太陽電池が色素増感型太陽電池である、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項９】
前記燃料電池がダイレクトメタノール形燃料電池である、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項１０】
前記二次電池がリチウムイオン電池である、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項１】
太陽電池モジュール又は燃料電池モジュールと、
前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールが入力側に接続され、負荷及び 二次電池が出力側に接続され、前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールが 発電した発電電力を適当な電圧に変換した後に、前記負荷及び前記二次電池に供給する 直流電圧変換手段と、
前記直流電圧変換手段の出力側に前記負荷と並列に接続される前記二次電池と、
前記直流電圧変換手段の出力側に前記二次電池と並列に接続されており、前記二次電 池が実質的に満充電の状態にあるとき、前記発電電力のうち、前記負荷で消費されない 余剰電力を実質的にすべて熱に変えて廃棄する分流（シャント）回路と
を有する、ハイブリッド電源システム。
【請求項２】
前記直流電圧変換手段の出力電圧が、前記二次電池の電圧よりわずかに高く設定される、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項３】
前記直流電圧変換手段によってその入力側電圧が前記太陽電池モジュール又は前記燃料電池モジュールの最適動作電圧又はその近傍に制御される、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項４】
前記分流（シャント）回路が、定電圧ダイオードによって構成されており、そのツェナー電圧が、前記二次電池を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、前記二次電池の過充電状態を生じさせない大きさの電圧である、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項５】
前記分流（シャント）回路が、直列に接続された複数個のダイオードによって構成されており、各ダイオードの順方向電圧降下の合計が、前記二次電池を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、前記二次電池の過充電状態を生じさせない大きさの電圧である、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項６】
前記分流（シャント）回路が、トランジスタからなる分流（シャント）路を有するシャントレギュレータ回路によって構成されており、このシャントレギュレータ回路によって、前記二次電池の端子間に印加される電圧の最大値が、前記二次電池を実質的に満充電の状態にすることができる大きさであり、かつ、前記二次電池の過充電状態を生じさせない大きさの電圧に制御される、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項７】
前記シャントレギュレータ回路によって制御される前記電圧の前記最大値が、前記電圧を分割抵抗で分割して得られた参照電圧と、前記シャントレギュレータ回路が有する内部基準電圧との比較によって設定されている、請求項６に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項８】
前記太陽電池が色素増感型太陽電池である、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項９】
前記燃料電池がダイレクトメタノール形燃料電池である、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【請求項１０】
前記二次電池がリチウムイオン電池である、請求項１に記載したハイブリッド電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−６６９７６（Ｐ２０１１−６６９７６Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４０７１（Ｐ２００９−２１４０７１）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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