充放電システム
【課題】回路を簡略化しても高い充放電効率を有する充放電システムを提供する。
【解決手段】充放電システム１０は、電源部（ＰＶ１１）と、電源部によりセル単位で充電される複数セルで構成される蓄電部（ＥＤＬＣ１２）と、蓄電部から電力供給をうける負荷部（ＬＥＤ１３）と、蓄電部を、定格セル電圧を超える電圧で充電し、負荷部の定格電圧に合わせて放電するように複数セルの接続の切替えを行う制御部１４とを含み構成される。
【解決手段】充放電システム１０は、電源部（ＰＶ１１）と、電源部によりセル単位で充電される複数セルで構成される蓄電部（ＥＤＬＣ１２）と、蓄電部から電力供給をうける負荷部（ＬＥＤ１３）と、蓄電部を、定格セル電圧を超える電圧で充電し、負荷部の定格電圧に合わせて放電するように複数セルの接続の切替えを行う制御部１４とを含み構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電システムに関し、特に、太陽電池により充電される電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ：Electric double-layer capacitor）を二次電池として用いるソーラシステムに用いて好適な充放電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電によるソーラシステムが注目されるようになり、より充放電効率の高いソーラシステムが求められている。太陽光発電は、太陽のエネルギーを吸収して電気に変える太陽電池を使った発電システムである。太陽電池は、太陽の光が入手したときの日射量に応じて電気を起こす半導体であり、ＰＶ（Photovoltaic）とも呼ばれる。ソーラシステムは、太陽電池自体が蓄電機能を持たないため、ＥＤＬＣ等の二次電池と併用して使用することにより、日照の有無に拘わらず有効な電力を供給可能なように構成されている。
【０００３】
上記したソーラシステムにおいて、太陽電池から蓄電器への蓄電を効率的に行う方法が特許文献１、２、３に紹介されている。特許文献１、２、３によれば、いずれも、太陽電池や負荷の状態をモニタし、太陽電池のセルの直並列接続の組み合わせをスイッチによって切り替える技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６００２１号公報（段落［０００６］〜［０００９］、図１）
【特許文献２】特開平６−２９６３３３号公報（段落［０００６］〜［０００７］、図１）
【特許文献３】国際公開２００４−１０９８９０号公報（頁３の１２行〜頁６の４行、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したソーラシステムにおいて、充電は、太陽電池の出力電圧と二次電池の充電電圧との間に電位差があるほど非効率とされている。これを効率良く充電するためには、充電電圧を昇圧し、又は降圧して充電を行うコンバータ、あるいは専用ＩＣで構成される昇降圧回路が必要になる。また、放電の場合も、二次電池の出力電圧と、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の直流負荷の定格電圧との間に電位差がある場合、効率よく安定して放電させるために、放電電圧を昇圧し又は降圧する昇降圧回路が必要になる。このため、回路規模が増加し、小型化、低コスト化を実現するうえで妨げになっていた。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、回路を簡略化しても高い充放電効率を有する充放電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】
上記課題を解決するために、本発明の充放電システムは、電源部と、前記電源部によりセル単位で充電される複数セルで構成される蓄電部と、前記蓄電部から電力供給をうける負荷部と、前記蓄電部を、定格セル電圧を超える電圧で充電し、前記負荷部の定格電圧に合わせて放電するように前記複数セルの接続の切替えを行う制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の充放電システムにおいて、前記制御部は、直並列接続される前記複数セルの接続切替えを行う直並列接続切替え回路と、前記電源部と前記蓄電部の出力電圧を監視し、前記直並列接続切替え回路による前記複数セルの接続切替えを行うコントローラと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の充放電システムにおいて、前記コントローラは、定格セル電圧によって決まる満充電可能な最小直列接続数にしたがい直列接続されたセルを充電し、前記直列接続されたセルの充電終止電圧が所定の値を超えた場合に前記直列接続されたセルの一つを並列接続に切替え、前記充電終止電圧が前記最小直列接続数と前記定格セル電圧とを乗算した値を超えないように制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の充放電システムにおいて、前記コントローラは、予め設定される前記負荷部の定格電圧を読み込んで、前記読み込んだ定格電圧になるように、前記蓄電部を構成するセルの直並列接続の切替えによる放電を行い、前記直列接続されたセルの合計電圧が所定の値まで下降した場合に、前記並列接続された一つのセルを前記直列接続されたセルに切替え、全てのセルが直列接続された状態で前記所定の値まで下降した場合に前記放電を終了することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の充放電システムにおいて、前記電源部と前記蓄電部との間、又は前記蓄電部と前記負荷部との間、もしくはその両方に接続され、前記電源部又は前記蓄電部の出力電圧の変動許容範囲内において出力電圧を一定に維持する昇降圧回路を備え、前記コントローラは、前記蓄電部の定格セル電圧又は前記負荷部の定格電圧によっては、前記直並列接続切替え回路による充放電の制御から前記昇降圧回路による充放電制御に切替えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の充放電システムは、太陽電池と、前記太陽電池によりセル単位で充電され、複数セルで構成された二次電池と、前記二次電池から電力供給をうける直流負荷と、前記二次電池の充放電に先立って前記太陽電池の出力電圧に基づく昼夜判定を行い、昼と判定された場合に、前記二次電池を前記セルの定格電圧を超える電圧で充電し、夜と判定された場合に、前記二次電池を前記直流負荷の定格電圧に合わせた出力電圧で放電するように前記複数セルの接続切替えを行う制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回路を簡略化しても高い充放電効率を有する充放電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る充放電システムの制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの制御部の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの充電時におけるセルの接続切替え動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの充電時におけるセルの接続切替え動作を模式的に示した図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの放電時におけるセルの接続切替え動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの放電時におけるセルの接続切替え動作を模式的に示した図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る充放電システムの放電動作を時系列上に示した図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る充放電システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る充放電システムの放電動作を時系列上に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
【００１６】
（第１の実施形態の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの構成を示すブロック図である。図１によれば、充放電システム１０は、電源部１１と、蓄電部１２と、負荷部１３と、制御部１４と、充放電スイッチ１５、１６と、により構成される。
【００１７】
ここでは、充放電システム１０としてソーラシステムが例示されており、電源部１１はＰＶ、蓄電部１２はＥＤＬＣ、負荷部１３はＬＥＤであるものとして説明する。ＥＤＬＣ１２は、ＰＶ１１によりセル単位で充電され、ＬＥＤ１３を点灯させる。制御部１４は、複数セルが直並列接続されて構成されるＥＤＬＣ１２を、定格セル電圧を超える電圧で充電し、ＬＥＤ１３の定格電圧に合わせて放電するように、複数セルの接続の切替え制御を行う。制御部１２には、例えば、不図示のジャンパースイッチ等がライン１７を介して接続され、ジャンパースイッチ等により設定される、ＰＶ１１の開放電圧、ＥＤＬＣ１２を構成する単セルの定格電圧、ＬＥＤの定格負荷電圧等のデータを取り込み、上記した制御を行う。
【００１８】
なお、充放電スイッチ１５、１６は、制御部１４による制御の下で充放電を切替える、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）で構成されるスイッチ回路である。この充放電スイッチ１５、１６により、充放電時に共に使用される後述する直並列切替え回路１４２の共有を実現する。
【００１９】
制御部１２は、例えば、図２に示されるように、直並列接続切替え回路１４１と、コントローラ１４２とにより構成される。直並列接続切替え回路１４１は、ＥＤＬＣ１２を構成する直並列接続された複数セルの接続切替えを行う、例えば、上記した特許文献１、２、３に開示されている周知の回路構成を有する。コントローラ１４２は、ＰＶ１１とＥＤＬＣ１２の出力電圧を監視し、直並列接続切替え回路１４１によるＥＤＬＣ１２の複数セルの接続切替え行う機能を有する。
【００２０】
コントローラ１４２は、例えば、メモリを含むマイクロプロセッサにより構成され、上記した機能は、メモリに記録されたプログラム制御の下で実行される。
【００２１】
なお、コントローラ１４２は、ＥＤＬＣ１２を構成する複数セルの直並列接続切替えを行う他、上記した充放電スイッチ１５、１６の充放電の切替えも行う。ここでは１個のコントローラ１４２でいずれも制御するものとするが、充放電切替えとは、それぞれ独立したコントローラで制御しても良い。また、第１の実施形態において、制御部１４は、ＥＤＬＣ１２とは別体として示しているが、ＥＤＬＣ１２の中に組み込んでも良い。
【００２２】
（第１の実施形態の動作）
図３、図４、図６は、本発明の第１の実施形態に係る充放電システム１０の動作を示すフローチャートである。図３は、全体動作を、図４は、全体動作の中の充電時におけるＥＤＬＣ１２のセル切替え動作を、図６は放電時におけるＥＤＬＣ１２のセル切替え動作のそれぞれを示す。
【００２３】
図３によれば、制御部１４（コントローラ１４２）は、まず、ジャンパー線等を介してオペレータにより選択設定される、ＰＶ１１の開放電圧、ＬＥＤ１３の定格電圧等のデータを取り込み、以降の計算に適用するための初期設定を行う（ステップＳ３１）。この初期設定により、後述する充放電時におけるセルの直列接続数が決定される。
【００２４】
上記した初期設定の後に充放電制御が開始され、コントローラ１４２は、まず、ＰＶ１１、およびＬＥＤ１３の出力電圧の監視を行う（ステップＳ３２）。そして、ＰＶ１１の開放電圧をチェックすることで昼夜モードの判定を行う（ステップＳ３３）。例えば、初期設定されたＰＶ１１の開放電圧を１５Ｖとした場合、監視電圧が１５Ｖ以上になっていた場合に充電を行う昼モードとし、１５Ｖ未満の場合に放電を行う夜モードと判定する。
【００２５】
昼モードと判定された場合（ステップＳ３３“昼モード”）、コントローラ１４２は、充放電スイッチ１５、１６を制御してこれまで行われていた放電を停止し（ステップＳ３４）、充電を行うために直並列接続切替え回路１４１を制御してＥＤＬＣ１２を構成する複数セルの直並列接続切替えを行う（ステップＳ３５）。ここでは、コントローラ１４２は、ＥＤＬＣ１２を、その定格セル電圧を超える電圧で充電するようにセルの接続切替えを行ない、充電を行う（ステップＳ３６）。充電時のセル接続切替えの詳細は、図４、図５を用いて後述する。
【００２６】
一方、夜モードと判定された場合、（ステップＳ３３“夜モード”）、コントローラ１４２は、充放電スイッチ１５、１６を制御して充電を停止し（ステップＳ３７）、放電を行うために直並列接続切替え回路１４１を制御してＥＤＬＣ１２を構成する複数セルの直並列接続切替えを行う（ステップＳ３８）。ここでは、コントローラ１４２は、ＬＥＤ１３の定格電圧に合わせて放電するようにＥＤＬＣ１２のセルの接続切替えを行ない、放電を行う（ステップＳ３９）。放電時のセル接続切替えの詳細は、図６、図７を用いて後述する。
【００２７】
充電時におけるセル接続切替え動作について、図４のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
コントローラ１４２は、まず、ジャンパー線等により設定されたＰＶ１１の開放電圧とＥＤＬＣ１２の定格セル電圧値を、ライン１７経由で読み取る（ステップＳ３５１）。そして、読み取ったＰＶ１１の開放電圧の８０％の電圧（最大充電効率を発揮）になるように、ＥＤＬＣ１２の定格セル電圧によって決まる満充電可能なセルの最小直列接続数を決定する。そして、直並列接続切替え回路１４１を制御してその接続数にしたがいＥＤＬＣ１２の構成セルを直列接続するように切替え、その直列接続されたセルに充電を開始する（ステップＳ３５２）。
【００２９】
例えば、ＰＶ１１の開放電圧が１５Ｖ、ＥＤＬＣ１２の定格電圧が１０Ｖ（単セル２．５Ｖ）、ＬＥＤ１３の定格電圧が１０Ｖとすれば、ＰＶ１１の開放電圧の８０％は１２Ｖであり、単セルの定格電圧２．５Ｖで割った値が４．８になるため、最小直列接続数は４になる。
【００３０】
続いてコントローラ１４２は、ＰＶ１１の出力電圧を監視する（ステップＳ３５３）。ここで、直列接続されたセルの充電終止電圧が、ＰＶ１１の開放電圧の８０％の値を超えた場合（ステップＳ３５４“≧”）、コントローラ１４２は、直並列接続切替え回路１４１を制御して、先に直列接続されたセルの一つを並列接続に切替え（ステップＳ３５５）、最終的に最小直列数で充電する。コントローラ１４２は、直列接続されたセルの充電終止電圧が、最小直列接続数と単セルの定格セル電圧とを乗算した値を超えないように充電終止電圧を制御する。
【００３１】
ＥＤＬＣ１２を４直列３並列の１２個のセルで構成した場合の、充電時におけるセル接続切替えの具体例が、図５に模式的に示されている。
【００３２】
図５によれば、（ａ）に示されるように、ＥＤＬＣ１２は、充電量が０である充電直後は単セル１２個のセルの全てが直列接続される。また、（ｂ）に示されるように、これを１２Ｖまで充電したとすれば、各セルが１Ｖずつ充電されるまでは全セルが直列接続されたままである。続いて（ｃ）に示されるように、１２Ｖまで充電したら、コントローラ１４２が直並列接続切替え回路１４１を制御してセルを１個だけ並列接続に切替える。ここでは、各セルが１．１Ｖまで充電され、単セル１０個と２並列セル１個を直列接続した合計１１直列接続数になる。
【００３３】
そして、（ｄ）に示されるように、１２Ｖまで充電したら１セル並列に切り替える。ここでは単セルがそれぞれ１．２Ｖずつ充電されたものとし、単セル９個と３並列セルを直列接続した合計１０直列数になる。なお、１２Ｖまで充電されたら、以降は、１セルずつ並列切替えを繰り返す。すなわち、（ｅ）に示されるように、単セルがそれぞれ２．４Ｖまで充電されたものとすれば、単セル４個と８並列セルを直列接続した合計５直列数になる。そして、（ｆ）に示されるように、最後は、最小直列数の４直列、３並列で夜モードになるまで充電を行う。このときの充電終止電圧は１０Ｖになる。
【００３４】
なお、ＥＤＬＣ１２を構成するセルが中途半端に余る場合、例えば、最小直列接続数が４セルに対して５セルになる箇所がある場合、（ｇ）に示されるように、充電終止電圧が１０Ｖになったら、余りのセルと充電中のセルとを順番に入れ替える必要がある。
【００３５】
次に、放電時におけるセル接続切替え動作について、図６のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
【００３６】
コントローラ１４２は、まず、ジャンパー線等により設定されたＬＥＤ１３の定格電圧をライン１７経由で読み取る（ステップＳ３８１）。ここで設定されたＬＥＤ１３の定格電圧にしたがい、放電許容電圧範囲である、例えば±１．５Ｖの上下限値が自動的に設定される（ステップＳ３８２）。そして、コントローラ１４２は、直並列切替え回路１４１を制御して読み取った定格電圧になるように、ＥＤＬＣ１２を構成するセルの接続切替えを行う（ステップＳ３８３）。ここでは、満充電時、４直列３並列のセル接続構成とする。
【００３７】
コントローラ１４２は、ＥＤＬＣ１２の出力電圧の監視を行なっている（ステップＳ３８４）。電圧監視の結果、直列接続されたセルの合計出力電圧値が、下限値である８．５Ｖ以下に到達した場合（ステップＳ３８５“≦”）、コントローラ１４２は、直並列接続切替え回路１４１を制御してＥＤＬＣ１２の並列接続セルを一個崩し、残る直列接続されたセルに振り分ける接続切替えを行ない、同時に余ったセルは直列接続されているセルに並列接続する（ステップＳ３８６）。そして放電を行い、ＥＤＬＣ１２の出力電圧が下限値以下になる毎に上述したステップＳ３８６の動作を繰り返し実行する。なお、全てのセルが直列接続され、８．５Ｖの下限値になったところで放電を終了する。
【００３８】
ＥＤＬＣ１２を４直列３並列の１２セルで構成した場合の、放電時におけるセルの接続切替えの具体例が図７に模式的に示されている。
【００３９】
図７によれば、放電直後、（ａ）に示されるように、コントローラ１４２は、直並列接続切替え回路１４１を制御して、ＥＤＬＣ１２の出力電圧が設定した定格電圧１０Ｖになるように接続切り替えを行う。ここでは、満充電時の４直列３並列の接続構成とし、このときＥＤＬＣ１２を構成する単セルは、いずれも２．５Ｖの容量を有している。
【００４０】
次に、（ｂ）に示されるように、放電によりＥＤＬＣ１２の出力電圧が低下して下限値である８．５Ｖに到達したとする。なお、ＥＤＬＣ１２を構成する単セルの容量は、いずれも２．１Ｖになっている。このとき、（ｃ）に示されるように、ＥＤＬＣ１２の並列接続セルを一つ崩して残る直列接続されたセルに振り分ける接続切替えを行なう。なお、余ったセルは直列接続されているセルに並列接続する。すなわち、ＥＤＬＣ１２のセル接続構成は、５直列２並列になり、１０．５Ｖの電圧を出力することができる。
【００４１】
続いて放電により、（ｄ）に示すように各単セルの容量が１．７Ｖに下降し、ＥＤＬＣ１２の出力電圧が、再度下限電圧である８．５Ｖに到達すると、コントローラ１４２は、直並列接続切替え回路１４１を制御して、ＥＤＬＣ１２のセル接続構成を、（ｅ）に示されるように６直列２並列に切替える。この接続構成によれば、ＥＤＬＣ１２は、ＬＥＤ１３に１０．２Ｖの電圧を供給することができる。また、更なる放電により、（ｆ）に示すように各単セルの容量が１．４Ｖに低下し、ＥＤＬＣ１２の出力電圧が下限値である８．５Ｖに到達すると、コントローラ１４２は、直並列接続切替え回路１４１を制御して、ＥＤＬＣ１２のセル接続構成を、（ｇ）に示す７直列に切替え、余ったセルを並列接続して直列接続したセルに追加する。この接続構成によれば、ＬＥＤ１３に９．８Ｖの電圧を供給することができる。
【００４２】
同じく放電により、（ｈ）で示すように各単セルの容量が１．２Ｖに下降し、ＥＤＬＣ１２の出力電圧が、再度下限電圧である８．５Ｖに到達すると、コントローラ１４２は、直並列接続切替え回路１４１を制御して、並列接続したセルを崩して直列接続する動作を繰り返す。この接続構成によれば、ＥＤＬＣ１２は、ＬＥＤ１３に１０．８Ｖの電圧を供給することができる。以上の動作は、（ｉ）に示されるように、並列接続されたセルを崩して全てのセルを直列接続し、直列接続されたセルの合計が８．５Ｖ以下になるまで繰り返し実行される。
【００４３】
上記した制御に基づく放電特性が図８に示されている。図８によれば、縦軸にＥＤＬＣ１２の出力電圧を目盛り、横軸にＬＥＤ１３の点灯時間を目盛ったときの放電曲線が示されている。図８において、左に示したグラフによれば、ＬＥＤ１３の点灯時間が経過するに伴い、ＥＤＬＣ１２の出力電圧が徐々に降下し、点灯時間２Ｓを経過したところで、ＬＥＤ１３の点灯が不可になる２Ｖを割る。これに対して、右に示したグラフによれば、２ＶのポイントでＥＤＬＣ１２の構成セルの直列接続数を増加させるように接続切替えを行うことで、繰り返し放電が可能になる。ここでは、並列接続されたセルを崩して全てのセルを直列接続し、直列接続されたセルの合計が２Ｖ以下になるまで繰り返し放電することが可能である。
【００４４】
（第１の実施形態の効果）
上記した第１の実施形態に係る充放電システム１０によれば、制御部１４（コントローラ１４２）は、蓄電部（ＥＤＬＣ１２）を、定格セル電圧を超える電圧で充電し、負荷部（ＬＥＤ１３）の定格電圧に合わせて放電するように複数セルの接続の切替えを行う。このため、電源部（ＰＶ１１）の定格電圧以上の蓄電部（ＥＤＬＣ１２）であっても昇圧する必要がなく、したがって、電源部（ＰＶ１１）と蓄電部（ＥＤＬＣ１２）との間の回路が簡略化される。また、負荷部（ＬＥＤ１３）の定格電圧を蓄電部（ＥＤＬＣ１２）のセル単位で調整できるため、蓄電部（ＥＤＬＣ１２）と負荷部（ＬＥＤ１３）との間の回路が簡略化される。このように回路を簡略化しても高い充放電効率を有する充放電システムを提供することができる。また、回路部品が減少することから、小型化、低コスト化にも貢献できる。
【００４５】
本発明は、特に、ソーラシステムに適用して顕著な効果が得られ、上記した小型化、低コスト化の他に、電圧調整を蓄電部（ＥＤＬＣ１２）のセルの切り替えにより行うためノイズの発生を抑制でき、したがって高信頼性を有するソーラシステムを提供することができる。
【００４６】
（第２の実施形態の構成）
図９は、本発明の第２の実施形態に係る充放電システム１０の構成を示すブロック図である。図９おいて、図１に示す第１の実施形態との差異は、ＥＤＬＣ１２と、充放電スイッチ１５、１６との間に、昇降圧回路１８、１９をそれぞれ付加したことにある。昇降圧回路１８は充電用として、昇降圧回路１９は放電用として用いられる。他の構成は第１の実施形態と同様である。なお、ここでは昇降圧回路１８、１９を１個に纏めているが、ＰＶ１１の容量あるいはＬＥＤ１３の定格電圧によってはＥＤＬＣ１２を構成するセルを単位に設けるようにしてもよい。また、昇降圧回路１８、１９は充放電用に必ずしも２個必要とするものでなく、少なくとも充電用または放電用に１個あればよい。更に、１個の昇降圧回路１８または１９を充放電用に共用して切替え使用してもよい。
【００４７】
（第２の実施形態の動作）
昇降圧回路１８、１９は、ＰＶ１１又はＥＤＬＣ１２の出力電圧の変動許容範囲内において出力電圧を一定に維持する回路であり、コンバータもしくは専用ＩＣとして市販されているものである。コントローラ１４２は、ＥＤＬＣ１２の定格セル電圧又はＬＥＤ１３の定格電圧によっては、直並列接続切替え回路１４１による充放電の制御から、昇降圧回路１８、１９による充放電制御に切替える。このことにより、ＰＶ１１、ＥＤＬＣ１２の出力電圧の変動許容範囲内において出力を一定に維持することが可能になる。
【００４８】
図１０に、昇降圧回路１９を付加したことにより変化する放電特性が示されている。ここでは、昇降圧回路１９への入力電圧範囲（蓄電部１２の出力電圧の変動範囲）を２〜５Ｖとし、５Ｖ定格の昇降圧回路１９を接続した場合を例示している。図１０において、左に示したグラフは第１の実施形態による放電特性であり、２Ｖを境に上限に変動している。これに対し、右に示したグラフによれば、蓄電部１２の出力電圧の変動許容範囲内において５Ｖの出力が一定に維持されていることがわかる。
【００４９】
（第２の実施形態の効果）
本発明の第２の実施形態に係る充放電システム１０によれば、制御部１４（コントローラ１４１）は、蓄電部（ＥＤＬＣ１２）の定格セル電圧、又は負荷部（ＬＥＤ１３）の定格電圧により、直並列接続切替え回路１４１による充放電の制御から、電源部（ＰＶ１１）と蓄電部（ＥＤＬＣ１２）との間、又は蓄電部（ＥＤＬＣ１２）と負荷部（ＬＥＤ１３）との間、もしくはその両方に接続され、電源部（ＰＶ１１）又は蓄電部（ＥＤＬＣ１２）の出力電圧の変動許容範囲内において出力電圧を一定に維持する昇降圧回路１８、１９による充放電制御に切替える。このため、直並列接続切替え回路１４１と、昇降圧回路１８、１９とを組み合わせ使用することで、充電時には電力充電による迅速な充電が可能となり、また、放電時には、変動許容範囲内であれば出力電圧を一定に維持することが可能になるため、より高効率な充放電が可能になる。
【００５０】
なお、上記した第１、第２の実施形態では、電源部１１に太陽電池を使用したソーラシステムを例示したが、ソーラシステムに限らず、電源部１１は、太陽電池同様、ＥＤＬＣと相性の良い水力発電を利用して得られる商用電源であっても良い。また、蓄電部１２もＥＤＬＣに限らず、セル単位で充放電が可能な二次電池であれば何れでも良い。また、負荷部１３もＬＥＤに限らず、直流負荷全般に適用が可能である。
【００５１】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００５２】
１０・・・充放電システム、１１・・・電源部（ＰＶ）、１２・・・蓄電部（ＥＤＬＣ）、１３・・・負荷部（ＬＥＤ）、１４・・・制御部、１７・・・ライン、１５、１６・・・充放電スイッチ、１８、１９・・・昇降圧回路、１４１・・・直並列接続切替え回路、１４２・・・コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電システムに関し、特に、太陽電池により充電される電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ：Electric double-layer capacitor）を二次電池として用いるソーラシステムに用いて好適な充放電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電によるソーラシステムが注目されるようになり、より充放電効率の高いソーラシステムが求められている。太陽光発電は、太陽のエネルギーを吸収して電気に変える太陽電池を使った発電システムである。太陽電池は、太陽の光が入手したときの日射量に応じて電気を起こす半導体であり、ＰＶ（Photovoltaic）とも呼ばれる。ソーラシステムは、太陽電池自体が蓄電機能を持たないため、ＥＤＬＣ等の二次電池と併用して使用することにより、日照の有無に拘わらず有効な電力を供給可能なように構成されている。
【０００３】
上記したソーラシステムにおいて、太陽電池から蓄電器への蓄電を効率的に行う方法が特許文献１、２、３に紹介されている。特許文献１、２、３によれば、いずれも、太陽電池や負荷の状態をモニタし、太陽電池のセルの直並列接続の組み合わせをスイッチによって切り替える技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６００２１号公報（段落［０００６］〜［０００９］、図１）
【特許文献２】特開平６−２９６３３３号公報（段落［０００６］〜［０００７］、図１）
【特許文献３】国際公開２００４−１０９８９０号公報（頁３の１２行〜頁６の４行、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したソーラシステムにおいて、充電は、太陽電池の出力電圧と二次電池の充電電圧との間に電位差があるほど非効率とされている。これを効率良く充電するためには、充電電圧を昇圧し、又は降圧して充電を行うコンバータ、あるいは専用ＩＣで構成される昇降圧回路が必要になる。また、放電の場合も、二次電池の出力電圧と、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の直流負荷の定格電圧との間に電位差がある場合、効率よく安定して放電させるために、放電電圧を昇圧し又は降圧する昇降圧回路が必要になる。このため、回路規模が増加し、小型化、低コスト化を実現するうえで妨げになっていた。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、回路を簡略化しても高い充放電効率を有する充放電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】
上記課題を解決するために、本発明の充放電システムは、電源部と、前記電源部によりセル単位で充電される複数セルで構成される蓄電部と、前記蓄電部から電力供給をうける負荷部と、前記蓄電部を、定格セル電圧を超える電圧で充電し、前記負荷部の定格電圧に合わせて放電するように前記複数セルの接続の切替えを行う制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の充放電システムにおいて、前記制御部は、直並列接続される前記複数セルの接続切替えを行う直並列接続切替え回路と、前記電源部と前記蓄電部の出力電圧を監視し、前記直並列接続切替え回路による前記複数セルの接続切替えを行うコントローラと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の充放電システムにおいて、前記コントローラは、定格セル電圧によって決まる満充電可能な最小直列接続数にしたがい直列接続されたセルを充電し、前記直列接続されたセルの充電終止電圧が所定の値を超えた場合に前記直列接続されたセルの一つを並列接続に切替え、前記充電終止電圧が前記最小直列接続数と前記定格セル電圧とを乗算した値を超えないように制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の充放電システムにおいて、前記コントローラは、予め設定される前記負荷部の定格電圧を読み込んで、前記読み込んだ定格電圧になるように、前記蓄電部を構成するセルの直並列接続の切替えによる放電を行い、前記直列接続されたセルの合計電圧が所定の値まで下降した場合に、前記並列接続された一つのセルを前記直列接続されたセルに切替え、全てのセルが直列接続された状態で前記所定の値まで下降した場合に前記放電を終了することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の充放電システムにおいて、前記電源部と前記蓄電部との間、又は前記蓄電部と前記負荷部との間、もしくはその両方に接続され、前記電源部又は前記蓄電部の出力電圧の変動許容範囲内において出力電圧を一定に維持する昇降圧回路を備え、前記コントローラは、前記蓄電部の定格セル電圧又は前記負荷部の定格電圧によっては、前記直並列接続切替え回路による充放電の制御から前記昇降圧回路による充放電制御に切替えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の充放電システムは、太陽電池と、前記太陽電池によりセル単位で充電され、複数セルで構成された二次電池と、前記二次電池から電力供給をうける直流負荷と、前記二次電池の充放電に先立って前記太陽電池の出力電圧に基づく昼夜判定を行い、昼と判定された場合に、前記二次電池を前記セルの定格電圧を超える電圧で充電し、夜と判定された場合に、前記二次電池を前記直流負荷の定格電圧に合わせた出力電圧で放電するように前記複数セルの接続切替えを行う制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回路を簡略化しても高い充放電効率を有する充放電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る充放電システムの制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの制御部の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの充電時におけるセルの接続切替え動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの充電時におけるセルの接続切替え動作を模式的に示した図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの放電時におけるセルの接続切替え動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの放電時におけるセルの接続切替え動作を模式的に示した図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る充放電システムの放電動作を時系列上に示した図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る充放電システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る充放電システムの放電動作を時系列上に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
【００１６】
（第１の実施形態の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る充放電システムの構成を示すブロック図である。図１によれば、充放電システム１０は、電源部１１と、蓄電部１２と、負荷部１３と、制御部１４と、充放電スイッチ１５、１６と、により構成される。
【００１７】
ここでは、充放電システム１０としてソーラシステムが例示されており、電源部１１はＰＶ、蓄電部１２はＥＤＬＣ、負荷部１３はＬＥＤであるものとして説明する。ＥＤＬＣ１２は、ＰＶ１１によりセル単位で充電され、ＬＥＤ１３を点灯させる。制御部１４は、複数セルが直並列接続されて構成されるＥＤＬＣ１２を、定格セル電圧を超える電圧で充電し、ＬＥＤ１３の定格電圧に合わせて放電するように、複数セルの接続の切替え制御を行う。制御部１２には、例えば、不図示のジャンパースイッチ等がライン１７を介して接続され、ジャンパースイッチ等により設定される、ＰＶ１１の開放電圧、ＥＤＬＣ１２を構成する単セルの定格電圧、ＬＥＤの定格負荷電圧等のデータを取り込み、上記した制御を行う。
【００１８】
なお、充放電スイッチ１５、１６は、制御部１４による制御の下で充放電を切替える、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）で構成されるスイッチ回路である。この充放電スイッチ１５、１６により、充放電時に共に使用される後述する直並列切替え回路１４２の共有を実現する。
【００１９】
制御部１２は、例えば、図２に示されるように、直並列接続切替え回路１４１と、コントローラ１４２とにより構成される。直並列接続切替え回路１４１は、ＥＤＬＣ１２を構成する直並列接続された複数セルの接続切替えを行う、例えば、上記した特許文献１、２、３に開示されている周知の回路構成を有する。コントローラ１４２は、ＰＶ１１とＥＤＬＣ１２の出力電圧を監視し、直並列接続切替え回路１４１によるＥＤＬＣ１２の複数セルの接続切替え行う機能を有する。
【００２０】
コントローラ１４２は、例えば、メモリを含むマイクロプロセッサにより構成され、上記した機能は、メモリに記録されたプログラム制御の下で実行される。
【００２１】
なお、コントローラ１４２は、ＥＤＬＣ１２を構成する複数セルの直並列接続切替えを行う他、上記した充放電スイッチ１５、１６の充放電の切替えも行う。ここでは１個のコントローラ１４２でいずれも制御するものとするが、充放電切替えとは、それぞれ独立したコントローラで制御しても良い。また、第１の実施形態において、制御部１４は、ＥＤＬＣ１２とは別体として示しているが、ＥＤＬＣ１２の中に組み込んでも良い。
【００２２】
（第１の実施形態の動作）
図３、図４、図６は、本発明の第１の実施形態に係る充放電システム１０の動作を示すフローチャートである。図３は、全体動作を、図４は、全体動作の中の充電時におけるＥＤＬＣ１２のセル切替え動作を、図６は放電時におけるＥＤＬＣ１２のセル切替え動作のそれぞれを示す。
【００２３】
図３によれば、制御部１４（コントローラ１４２）は、まず、ジャンパー線等を介してオペレータにより選択設定される、ＰＶ１１の開放電圧、ＬＥＤ１３の定格電圧等のデータを取り込み、以降の計算に適用するための初期設定を行う（ステップＳ３１）。この初期設定により、後述する充放電時におけるセルの直列接続数が決定される。
【００２４】
上記した初期設定の後に充放電制御が開始され、コントローラ１４２は、まず、ＰＶ１１、およびＬＥＤ１３の出力電圧の監視を行う（ステップＳ３２）。そして、ＰＶ１１の開放電圧をチェックすることで昼夜モードの判定を行う（ステップＳ３３）。例えば、初期設定されたＰＶ１１の開放電圧を１５Ｖとした場合、監視電圧が１５Ｖ以上になっていた場合に充電を行う昼モードとし、１５Ｖ未満の場合に放電を行う夜モードと判定する。
【００２５】
昼モードと判定された場合（ステップＳ３３“昼モード”）、コントローラ１４２は、充放電スイッチ１５、１６を制御してこれまで行われていた放電を停止し（ステップＳ３４）、充電を行うために直並列接続切替え回路１４１を制御してＥＤＬＣ１２を構成する複数セルの直並列接続切替えを行う（ステップＳ３５）。ここでは、コントローラ１４２は、ＥＤＬＣ１２を、その定格セル電圧を超える電圧で充電するようにセルの接続切替えを行ない、充電を行う（ステップＳ３６）。充電時のセル接続切替えの詳細は、図４、図５を用いて後述する。
【００２６】
一方、夜モードと判定された場合、（ステップＳ３３“夜モード”）、コントローラ１４２は、充放電スイッチ１５、１６を制御して充電を停止し（ステップＳ３７）、放電を行うために直並列接続切替え回路１４１を制御してＥＤＬＣ１２を構成する複数セルの直並列接続切替えを行う（ステップＳ３８）。ここでは、コントローラ１４２は、ＬＥＤ１３の定格電圧に合わせて放電するようにＥＤＬＣ１２のセルの接続切替えを行ない、放電を行う（ステップＳ３９）。放電時のセル接続切替えの詳細は、図６、図７を用いて後述する。
【００２７】
充電時におけるセル接続切替え動作について、図４のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
コントローラ１４２は、まず、ジャンパー線等により設定されたＰＶ１１の開放電圧とＥＤＬＣ１２の定格セル電圧値を、ライン１７経由で読み取る（ステップＳ３５１）。そして、読み取ったＰＶ１１の開放電圧の８０％の電圧（最大充電効率を発揮）になるように、ＥＤＬＣ１２の定格セル電圧によって決まる満充電可能なセルの最小直列接続数を決定する。そして、直並列接続切替え回路１４１を制御してその接続数にしたがいＥＤＬＣ１２の構成セルを直列接続するように切替え、その直列接続されたセルに充電を開始する（ステップＳ３５２）。
【００２９】
例えば、ＰＶ１１の開放電圧が１５Ｖ、ＥＤＬＣ１２の定格電圧が１０Ｖ（単セル２．５Ｖ）、ＬＥＤ１３の定格電圧が１０Ｖとすれば、ＰＶ１１の開放電圧の８０％は１２Ｖであり、単セルの定格電圧２．５Ｖで割った値が４．８になるため、最小直列接続数は４になる。
【００３０】
続いてコントローラ１４２は、ＰＶ１１の出力電圧を監視する（ステップＳ３５３）。ここで、直列接続されたセルの充電終止電圧が、ＰＶ１１の開放電圧の８０％の値を超えた場合（ステップＳ３５４“≧”）、コントローラ１４２は、直並列接続切替え回路１４１を制御して、先に直列接続されたセルの一つを並列接続に切替え（ステップＳ３５５）、最終的に最小直列数で充電する。コントローラ１４２は、直列接続されたセルの充電終止電圧が、最小直列接続数と単セルの定格セル電圧とを乗算した値を超えないように充電終止電圧を制御する。
【００３１】
ＥＤＬＣ１２を４直列３並列の１２個のセルで構成した場合の、充電時におけるセル接続切替えの具体例が、図５に模式的に示されている。
【００３２】
図５によれば、（ａ）に示されるように、ＥＤＬＣ１２は、充電量が０である充電直後は単セル１２個のセルの全てが直列接続される。また、（ｂ）に示されるように、これを１２Ｖまで充電したとすれば、各セルが１Ｖずつ充電されるまでは全セルが直列接続されたままである。続いて（ｃ）に示されるように、１２Ｖまで充電したら、コントローラ１４２が直並列接続切替え回路１４１を制御してセルを１個だけ並列接続に切替える。ここでは、各セルが１．１Ｖまで充電され、単セル１０個と２並列セル１個を直列接続した合計１１直列接続数になる。
【００３３】
そして、（ｄ）に示されるように、１２Ｖまで充電したら１セル並列に切り替える。ここでは単セルがそれぞれ１．２Ｖずつ充電されたものとし、単セル９個と３並列セルを直列接続した合計１０直列数になる。なお、１２Ｖまで充電されたら、以降は、１セルずつ並列切替えを繰り返す。すなわち、（ｅ）に示されるように、単セルがそれぞれ２．４Ｖまで充電されたものとすれば、単セル４個と８並列セルを直列接続した合計５直列数になる。そして、（ｆ）に示されるように、最後は、最小直列数の４直列、３並列で夜モードになるまで充電を行う。このときの充電終止電圧は１０Ｖになる。
【００３４】
なお、ＥＤＬＣ１２を構成するセルが中途半端に余る場合、例えば、最小直列接続数が４セルに対して５セルになる箇所がある場合、（ｇ）に示されるように、充電終止電圧が１０Ｖになったら、余りのセルと充電中のセルとを順番に入れ替える必要がある。
【００３５】
次に、放電時におけるセル接続切替え動作について、図６のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
【００３６】
コントローラ１４２は、まず、ジャンパー線等により設定されたＬＥＤ１３の定格電圧をライン１７経由で読み取る（ステップＳ３８１）。ここで設定されたＬＥＤ１３の定格電圧にしたがい、放電許容電圧範囲である、例えば±１．５Ｖの上下限値が自動的に設定される（ステップＳ３８２）。そして、コントローラ１４２は、直並列切替え回路１４１を制御して読み取った定格電圧になるように、ＥＤＬＣ１２を構成するセルの接続切替えを行う（ステップＳ３８３）。ここでは、満充電時、４直列３並列のセル接続構成とする。
【００３７】
コントローラ１４２は、ＥＤＬＣ１２の出力電圧の監視を行なっている（ステップＳ３８４）。電圧監視の結果、直列接続されたセルの合計出力電圧値が、下限値である８．５Ｖ以下に到達した場合（ステップＳ３８５“≦”）、コントローラ１４２は、直並列接続切替え回路１４１を制御してＥＤＬＣ１２の並列接続セルを一個崩し、残る直列接続されたセルに振り分ける接続切替えを行ない、同時に余ったセルは直列接続されているセルに並列接続する（ステップＳ３８６）。そして放電を行い、ＥＤＬＣ１２の出力電圧が下限値以下になる毎に上述したステップＳ３８６の動作を繰り返し実行する。なお、全てのセルが直列接続され、８．５Ｖの下限値になったところで放電を終了する。
【００３８】
ＥＤＬＣ１２を４直列３並列の１２セルで構成した場合の、放電時におけるセルの接続切替えの具体例が図７に模式的に示されている。
【００３９】
図７によれば、放電直後、（ａ）に示されるように、コントローラ１４２は、直並列接続切替え回路１４１を制御して、ＥＤＬＣ１２の出力電圧が設定した定格電圧１０Ｖになるように接続切り替えを行う。ここでは、満充電時の４直列３並列の接続構成とし、このときＥＤＬＣ１２を構成する単セルは、いずれも２．５Ｖの容量を有している。
【００４０】
次に、（ｂ）に示されるように、放電によりＥＤＬＣ１２の出力電圧が低下して下限値である８．５Ｖに到達したとする。なお、ＥＤＬＣ１２を構成する単セルの容量は、いずれも２．１Ｖになっている。このとき、（ｃ）に示されるように、ＥＤＬＣ１２の並列接続セルを一つ崩して残る直列接続されたセルに振り分ける接続切替えを行なう。なお、余ったセルは直列接続されているセルに並列接続する。すなわち、ＥＤＬＣ１２のセル接続構成は、５直列２並列になり、１０．５Ｖの電圧を出力することができる。
【００４１】
続いて放電により、（ｄ）に示すように各単セルの容量が１．７Ｖに下降し、ＥＤＬＣ１２の出力電圧が、再度下限電圧である８．５Ｖに到達すると、コントローラ１４２は、直並列接続切替え回路１４１を制御して、ＥＤＬＣ１２のセル接続構成を、（ｅ）に示されるように６直列２並列に切替える。この接続構成によれば、ＥＤＬＣ１２は、ＬＥＤ１３に１０．２Ｖの電圧を供給することができる。また、更なる放電により、（ｆ）に示すように各単セルの容量が１．４Ｖに低下し、ＥＤＬＣ１２の出力電圧が下限値である８．５Ｖに到達すると、コントローラ１４２は、直並列接続切替え回路１４１を制御して、ＥＤＬＣ１２のセル接続構成を、（ｇ）に示す７直列に切替え、余ったセルを並列接続して直列接続したセルに追加する。この接続構成によれば、ＬＥＤ１３に９．８Ｖの電圧を供給することができる。
【００４２】
同じく放電により、（ｈ）で示すように各単セルの容量が１．２Ｖに下降し、ＥＤＬＣ１２の出力電圧が、再度下限電圧である８．５Ｖに到達すると、コントローラ１４２は、直並列接続切替え回路１４１を制御して、並列接続したセルを崩して直列接続する動作を繰り返す。この接続構成によれば、ＥＤＬＣ１２は、ＬＥＤ１３に１０．８Ｖの電圧を供給することができる。以上の動作は、（ｉ）に示されるように、並列接続されたセルを崩して全てのセルを直列接続し、直列接続されたセルの合計が８．５Ｖ以下になるまで繰り返し実行される。
【００４３】
上記した制御に基づく放電特性が図８に示されている。図８によれば、縦軸にＥＤＬＣ１２の出力電圧を目盛り、横軸にＬＥＤ１３の点灯時間を目盛ったときの放電曲線が示されている。図８において、左に示したグラフによれば、ＬＥＤ１３の点灯時間が経過するに伴い、ＥＤＬＣ１２の出力電圧が徐々に降下し、点灯時間２Ｓを経過したところで、ＬＥＤ１３の点灯が不可になる２Ｖを割る。これに対して、右に示したグラフによれば、２ＶのポイントでＥＤＬＣ１２の構成セルの直列接続数を増加させるように接続切替えを行うことで、繰り返し放電が可能になる。ここでは、並列接続されたセルを崩して全てのセルを直列接続し、直列接続されたセルの合計が２Ｖ以下になるまで繰り返し放電することが可能である。
【００４４】
（第１の実施形態の効果）
上記した第１の実施形態に係る充放電システム１０によれば、制御部１４（コントローラ１４２）は、蓄電部（ＥＤＬＣ１２）を、定格セル電圧を超える電圧で充電し、負荷部（ＬＥＤ１３）の定格電圧に合わせて放電するように複数セルの接続の切替えを行う。このため、電源部（ＰＶ１１）の定格電圧以上の蓄電部（ＥＤＬＣ１２）であっても昇圧する必要がなく、したがって、電源部（ＰＶ１１）と蓄電部（ＥＤＬＣ１２）との間の回路が簡略化される。また、負荷部（ＬＥＤ１３）の定格電圧を蓄電部（ＥＤＬＣ１２）のセル単位で調整できるため、蓄電部（ＥＤＬＣ１２）と負荷部（ＬＥＤ１３）との間の回路が簡略化される。このように回路を簡略化しても高い充放電効率を有する充放電システムを提供することができる。また、回路部品が減少することから、小型化、低コスト化にも貢献できる。
【００４５】
本発明は、特に、ソーラシステムに適用して顕著な効果が得られ、上記した小型化、低コスト化の他に、電圧調整を蓄電部（ＥＤＬＣ１２）のセルの切り替えにより行うためノイズの発生を抑制でき、したがって高信頼性を有するソーラシステムを提供することができる。
【００４６】
（第２の実施形態の構成）
図９は、本発明の第２の実施形態に係る充放電システム１０の構成を示すブロック図である。図９おいて、図１に示す第１の実施形態との差異は、ＥＤＬＣ１２と、充放電スイッチ１５、１６との間に、昇降圧回路１８、１９をそれぞれ付加したことにある。昇降圧回路１８は充電用として、昇降圧回路１９は放電用として用いられる。他の構成は第１の実施形態と同様である。なお、ここでは昇降圧回路１８、１９を１個に纏めているが、ＰＶ１１の容量あるいはＬＥＤ１３の定格電圧によってはＥＤＬＣ１２を構成するセルを単位に設けるようにしてもよい。また、昇降圧回路１８、１９は充放電用に必ずしも２個必要とするものでなく、少なくとも充電用または放電用に１個あればよい。更に、１個の昇降圧回路１８または１９を充放電用に共用して切替え使用してもよい。
【００４７】
（第２の実施形態の動作）
昇降圧回路１８、１９は、ＰＶ１１又はＥＤＬＣ１２の出力電圧の変動許容範囲内において出力電圧を一定に維持する回路であり、コンバータもしくは専用ＩＣとして市販されているものである。コントローラ１４２は、ＥＤＬＣ１２の定格セル電圧又はＬＥＤ１３の定格電圧によっては、直並列接続切替え回路１４１による充放電の制御から、昇降圧回路１８、１９による充放電制御に切替える。このことにより、ＰＶ１１、ＥＤＬＣ１２の出力電圧の変動許容範囲内において出力を一定に維持することが可能になる。
【００４８】
図１０に、昇降圧回路１９を付加したことにより変化する放電特性が示されている。ここでは、昇降圧回路１９への入力電圧範囲（蓄電部１２の出力電圧の変動範囲）を２〜５Ｖとし、５Ｖ定格の昇降圧回路１９を接続した場合を例示している。図１０において、左に示したグラフは第１の実施形態による放電特性であり、２Ｖを境に上限に変動している。これに対し、右に示したグラフによれば、蓄電部１２の出力電圧の変動許容範囲内において５Ｖの出力が一定に維持されていることがわかる。
【００４９】
（第２の実施形態の効果）
本発明の第２の実施形態に係る充放電システム１０によれば、制御部１４（コントローラ１４１）は、蓄電部（ＥＤＬＣ１２）の定格セル電圧、又は負荷部（ＬＥＤ１３）の定格電圧により、直並列接続切替え回路１４１による充放電の制御から、電源部（ＰＶ１１）と蓄電部（ＥＤＬＣ１２）との間、又は蓄電部（ＥＤＬＣ１２）と負荷部（ＬＥＤ１３）との間、もしくはその両方に接続され、電源部（ＰＶ１１）又は蓄電部（ＥＤＬＣ１２）の出力電圧の変動許容範囲内において出力電圧を一定に維持する昇降圧回路１８、１９による充放電制御に切替える。このため、直並列接続切替え回路１４１と、昇降圧回路１８、１９とを組み合わせ使用することで、充電時には電力充電による迅速な充電が可能となり、また、放電時には、変動許容範囲内であれば出力電圧を一定に維持することが可能になるため、より高効率な充放電が可能になる。
【００５０】
なお、上記した第１、第２の実施形態では、電源部１１に太陽電池を使用したソーラシステムを例示したが、ソーラシステムに限らず、電源部１１は、太陽電池同様、ＥＤＬＣと相性の良い水力発電を利用して得られる商用電源であっても良い。また、蓄電部１２もＥＤＬＣに限らず、セル単位で充放電が可能な二次電池であれば何れでも良い。また、負荷部１３もＬＥＤに限らず、直流負荷全般に適用が可能である。
【００５１】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００５２】
１０・・・充放電システム、１１・・・電源部（ＰＶ）、１２・・・蓄電部（ＥＤＬＣ）、１３・・・負荷部（ＬＥＤ）、１４・・・制御部、１７・・・ライン、１５、１６・・・充放電スイッチ、１８、１９・・・昇降圧回路、１４１・・・直並列接続切替え回路、１４２・・・コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源部と、
前記電源部によりセル単位で充電される複数セルで構成される蓄電部と、
前記蓄電部から電力供給をうける負荷部と、
前記蓄電部を、定格セル電圧を超える電圧で充電し、前記負荷部の定格電圧に合わせて放電するように前記複数セルの接続の切替えを行う制御部と、
を備えたことを特徴とする充放電システム。
【請求項２】
前記制御部は、
直並列接続される前記複数セルの接続切替えを行う直並列接続切替え回路と、
前記電源部と前記蓄電部の出力電圧を監視し、前記直並列接続切替え回路による前記複数セルの接続切替えを行うコントローラと、
を備えることを特徴とする請求項１記載の充放電システム。
【請求項３】
前記コントローラは、
定格セル電圧によって決まる満充電可能な最小直列接続数にしたがい直列接続されたセルを充電し、前記直列接続されたセルの充電終止電圧が所定の値を超えた場合に前記直列接続されたセルの一つを並列接続に切替え、前記充電終止電圧が前記最小直列接続数と前記定格セル電圧とを乗算した値を超えないように制御することを特徴とする請求項２記載の充放電システム。
【請求項４】
前記コントローラは、
予め設定される前記負荷部の定格電圧を読み込んで、前記読み込んだ定格電圧になるように、前記蓄電部を構成するセルの直並列接続の切替えによる放電を行い、前記直列接続されたセルの合計電圧が所定の値まで下降した場合に、前記並列接続された一つのセルを前記直列接続されたセルに切替え、全てのセルが直列接続された状態で前記所定の値まで下降した場合に前記放電を終了することを特徴とする請求項２記載の充放電システム。
【請求項５】
前記電源部と前記蓄電部との間、又は前記蓄電部と前記負荷部との間、もしくはその両方に接続され、前記電源部又は前記蓄電部の出力電圧の変動許容範囲内において出力電圧を一定に維持する昇降圧回路を備え、
前記コントローラは、
前記蓄電部の定格セル電圧又は前記負荷部の定格電圧によっては、前記直並列接続切替え回路による充放電の制御から前記昇降圧回路による充放電制御に切替えることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項記載の充放電システム。
【請求項６】
太陽電池と、
前記太陽電池によりセル単位で充電され、複数セルで構成された二次電池と、
前記二次電池から電力供給をうける直流負荷と、
前記二次電池の充放電に先立って前記太陽電池の出力電圧に基づく昼夜判定を行い、昼と判定された場合に、前記二次電池を前記セルの定格電圧を超える電圧で充電し、夜と判定された場合に、前記二次電池を前記直流負荷の定格電圧に合わせた出力電圧で放電するように前記複数セルの接続切替えを行う制御装置と、
を備えたことをと特徴とする充放電システム。
【請求項１】
電源部と、
前記電源部によりセル単位で充電される複数セルで構成される蓄電部と、
前記蓄電部から電力供給をうける負荷部と、
前記蓄電部を、定格セル電圧を超える電圧で充電し、前記負荷部の定格電圧に合わせて放電するように前記複数セルの接続の切替えを行う制御部と、
を備えたことを特徴とする充放電システム。
【請求項２】
前記制御部は、
直並列接続される前記複数セルの接続切替えを行う直並列接続切替え回路と、
前記電源部と前記蓄電部の出力電圧を監視し、前記直並列接続切替え回路による前記複数セルの接続切替えを行うコントローラと、
を備えることを特徴とする請求項１記載の充放電システム。
【請求項３】
前記コントローラは、
定格セル電圧によって決まる満充電可能な最小直列接続数にしたがい直列接続されたセルを充電し、前記直列接続されたセルの充電終止電圧が所定の値を超えた場合に前記直列接続されたセルの一つを並列接続に切替え、前記充電終止電圧が前記最小直列接続数と前記定格セル電圧とを乗算した値を超えないように制御することを特徴とする請求項２記載の充放電システム。
【請求項４】
前記コントローラは、
予め設定される前記負荷部の定格電圧を読み込んで、前記読み込んだ定格電圧になるように、前記蓄電部を構成するセルの直並列接続の切替えによる放電を行い、前記直列接続されたセルの合計電圧が所定の値まで下降した場合に、前記並列接続された一つのセルを前記直列接続されたセルに切替え、全てのセルが直列接続された状態で前記所定の値まで下降した場合に前記放電を終了することを特徴とする請求項２記載の充放電システム。
【請求項５】
前記電源部と前記蓄電部との間、又は前記蓄電部と前記負荷部との間、もしくはその両方に接続され、前記電源部又は前記蓄電部の出力電圧の変動許容範囲内において出力電圧を一定に維持する昇降圧回路を備え、
前記コントローラは、
前記蓄電部の定格セル電圧又は前記負荷部の定格電圧によっては、前記直並列接続切替え回路による充放電の制御から前記昇降圧回路による充放電制御に切替えることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項記載の充放電システム。
【請求項６】
太陽電池と、
前記太陽電池によりセル単位で充電され、複数セルで構成された二次電池と、
前記二次電池から電力供給をうける直流負荷と、
前記二次電池の充放電に先立って前記太陽電池の出力電圧に基づく昼夜判定を行い、昼と判定された場合に、前記二次電池を前記セルの定格電圧を超える電圧で充電し、夜と判定された場合に、前記二次電池を前記直流負荷の定格電圧に合わせた出力電圧で放電するように前記複数セルの接続切替えを行う制御装置と、
を備えたことをと特徴とする充放電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２３９６０３（Ｐ２０１１−２３９６０３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０９９８１（Ｐ２０１０−１０９９８１）
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（３９０００５２２３）株式会社タムラ製作所 (526)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（３９０００５２２３）株式会社タムラ製作所 (526)
【Ｆターム（参考）】
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