JPH0525951U

JPH0525951U - 太陽電池応用機器

Info

Publication number: JPH0525951U
Application number: JP7361591U
Authority: JP
Inventors: 秀顕水本; 誠二浜端
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1993-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】通常状態では蓄電池を効率良く充電し、且つ蓄
電池の過充電を防止することができる太陽電池応用機器
を提供するにある。【構成】太陽電池３の出力電圧は抵抗Ｒ₁₁、Ｒ₁₂で分
圧され、その分圧電圧を比較器ＩＣ₄の反転入力端子に
入力している。比較器ＩＣ₄はツェナーダイオードＺＤ
₁のツェナー電圧を基準として、上記抵抗Ｒ₁₁、Ｒ₁₂に
よる分圧電圧と比較するもので、太陽電池３の出力電圧
が所定値よりも低いときには出力を”Ｈ”とし、逆の場
合には”Ｌ”とする。トランジスタＱ₂は比較器ＩＣ₄
の出力が”Ｈ”のときオンして、太陽電池３、ダイオー
ドＤ₃、蓄電池２、トランジスタＱ₂、太陽電池３の充
電ループを構成する。また比較器ＩＣ₄の出力が”Ｌ”
のとき、トランジスタＱ₂はオフして充電ループを太陽
電池３、ダイオードＤ₃、蓄電池２、抵抗Ｒ₀、太陽電
池３の回路で構成して充電電流を減らす。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ＣｄＳ／ＣｄＴｅを用いた太陽電池と、蓄電池とを組み合わせた太陽電池応用機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、蓄電池を充電し、その蓄積エネルギにより負荷への電力供給を行う装置には、蓄電池の寿命の劣化を抑えるため、充電時に蓄電池が過充電されるのを防止し、放電時に過放電となるのを防止する機能を備えるのが一般的である。従来、充電源が商用の交流電源のように大容量である場合、図４に示すような充電制御及び放電制御方式が採用されていた。

【０００３】この従来例では、交流電源１をトランスＴ₁により蓄電池２に対して適当な電圧に降圧し、その降圧した交流電圧をダイオードブリッジＤＢにより全波整流するとともに、平滑コンデンサＣ₀によって平滑して直流電源を得ている。更にＩＣからなるレギュレータ回路ＩＣ₁により定電圧化を行った後、蓄電池２を接続して充電を行う。

【０００４】従って、蓄電池２の充電電圧の上限値がレギュレータ回路ＩＣ₁によって定められる定電圧値となるため、それ以上の充電は行われず、レギュレータ回路ＩＣ ₁ の二次側の電圧を蓄電池２に対して適当にとることによって蓄電池２が過充電されるのを防止することができる。蓄電池２に蓄えられた電力はトランジスタＱ₁がオンの時にはトランジスタＱ ₁ を介してランプからなる負荷Ｌへ供給されて負荷Ｌを点灯させ、トランジスタＱ₁がオフの時には負荷Ｌへ供給されず、負荷Ｌを消灯する。

【０００５】過放電の防止機能としては、負荷Ｌへの電力供給等により蓄電池２の両端電圧が所定値より低下した場合、負荷Ｌへの電力供給を停止すると、蓄電池２の両端電圧が電力供給時より上昇するため、この上昇により過放電防止機能が解除されてしまうことを避ける必要から、一度、過放電防止機能が動作すると、蓄電池２の両端電圧が回復しても、過放電防止機能の動作状態を保持することが一般的である。

【０００６】一方図４の回路ではダイオードＤ₁、コンデンサＣ₄によって負荷Ｌの点灯時に起きる急激な蓄電池２の両端電圧の低下に対して過放電防止回路に安定な電圧を供給することで、過放電防止の誤動作を防止する。それで得られる電圧を抵抗Ｒ₃、Ｒ₄で分圧した電圧と、この分圧回路に並列接続されている抵抗Ｒ₅とダイオードＤ₂との直列回路の接続点の電圧、つまりダイオードＤ₂の順方向電圧とをそれぞれ比較器ＩＣ₃の反転、非反転入力端子に夫々入力する。ここでダイオードＤ₂の順方向電圧を基準電圧とし、抵抗Ｒ₃ 、Ｒ₄の分圧電圧が基準電圧より高ければ比較器ＩＣ₃は出力を”Ｌ”とし、蓄電池２の両端電圧が所定値まで低下したとき、抵抗Ｒ₃、Ｒ₄の分圧電圧が、基準電圧と等しくなるように設計することによって、蓄電池２の両端電圧が所定値より低くなると、比較器ＩＣ₃は出力を”Ｈ”とする。

【０００７】また比較器ＩＣ₂は反転入力端子にダイオードＤ₂の順電圧を基準電圧として入力し、非反転入力端子にダイオードブリッジＤＢの二次側に接続された抵抗Ｒ ₁ 、Ｒ₂の分圧点を接続することによって、電源スイッチＳＷ₁がオンして交流電源１が接続されている時、つまり充電が行われている時は比較器ＩＣ₂は出力を”Ｈ”とし、電源スイッチＳＷ₁がオフして交流電源１が接続されていない時、つまり充電が行われていない時は比較器ＩＣ₂は出力を”Ｌ”とする。

【０００８】比較器ＩＣ₂の出力はノアゲートＩＣ₅の一方の入力端子に接続され、比較器ＩＣ₃の出力は抵抗Ｒ₆、コンデンサＣ₅で積分され、積分出力はノアゲートＩＣ₄の一方の入力端子に接続される。またノアゲートＩＣ₄の出力はノアゲートＩＣ₅の他方の入力端子に接続されており、従ってノアゲートＩＣ₅は比較器ＩＣ₂と、ノアゲートＩＣ₄の出力を受けて信号を出力する。

【０００９】ノアゲートＩＣ₅の出力は抵抗Ｒ₇、コンデンサＣ₆で積分された後、ノアゲートＩＣ₆の一方の入力端子及びノアゲートＩＣ₄の残りの入力端子に接続される。従って、ノアゲートＩＣ₄は比較器ＩＣ₃及びＩＣ₅の出力を受けて信号を出力する。ここで比較器ＩＣ₂の出力が”Ｈ”の時、つまり交流電源１が接続されているときは、オアゲートＩＣ₅の出力は”Ｌ”となる。

【００１０】次に比較器ＩＣ₃の出力が”Ｌ”であり、比較器ＩＣ₂の出力が”Ｈ”から” Ｌ”に変化した場合、つまり蓄電池２の両端電圧が所定値以上あり、交流電源１が接続状態から非接続となった場合、比較器ＩＣ₂の出力が”Ｈ”の時はノアゲートＩＣ₅の出力が”Ｌ”となり、従ってノアゲートＩＣ₄の出力は”Ｈ”となる。そのため比較器ＩＣ₂の出力が”Ｌ”に変化した場合においても、ノアゲートＩＣ₄の出力が”Ｈ”であるため、ノアゲートＩＣ₅の出力は”Ｌ”のままとなる。

【００１１】比較器ＩＣ₂の出力が”Ｌ”のとき、比較器ＩＣ₃の出力が”Ｈ”になった場合、つまり交流電源１が接続状態から非接続となった場合、蓄電池２の両端電圧が所定値より低くなった時は、ノアゲートＩＣ₄の出力が”Ｌ”になり、従ってノアゲートＩＣ₅の出力が”Ｈ”となる。この時比較器ＩＣ₂の出力が”Ｌ”のままで、比較器ＩＣ₃の出力が”Ｈ”から”Ｌ”に変化した場合、つまり交流電源１が非接続となったままで、蓄電池２の両端電圧が一度所定値より低くなり、その後負荷Ｌへの電力供給の停止等により、蓄電池２の両端電圧が所定値以上に上昇した場合は、比較器ＩＣ₃の出力が ”Ｈ”のとき、ノアゲートＩＣ₅の出力が”Ｈ”のため、比較器ＩＣ₃の出力が ”Ｈ”から”Ｌ”に変化しても、ノアゲートＩＣ₄の出力は”Ｌ”となり、従ってノアゲートＩＣ₅の出力は”Ｈ”のままとなる。

【００１２】以上のことから、ノアゲートＩＣ₅の出力は、蓄電池２の両端電圧が所定値より低くなった時に、”Ｌ”から”Ｈ”になり、一度”Ｈ”になると、交流電源１が接続されるまで、”Ｈ”を出力し続けることになる。従って、このときノアゲートＩＣ₆は残りの入力に関わらず、”Ｌ”を出力するので、抵抗Ｒ₈を介して接続されているトランジスタＱ₁のベース電位が低く、トランジスタＱ₁はオフとなり、負荷Ｌへの電力供給が停止され、過放電を防止する。

【００１３】点灯信号は、点灯信号装置を構成するスイッチＳＷ₂のオン／オフによって切替えられ、ノアゲートＩＣ₅の出力が”Ｌ”の時、スイッチＳＷ₂がオフであれば、抵抗Ｒ₉を通じてノアゲートＩＣ₆の入力端子に”Ｈ”が入力されるので、ノアゲートＩＣ₆の出力は”Ｌ”となって、トランジスタＱ₁がオフし、負荷Ｌは消灯する。またスイッチＳＷ₂がオンであれば、ノアゲートＩＣ₆の入力は全て”Ｌ”となるため、ノアゲートＩＣ₆は出力を”Ｈ”とし、トランジスタＱ₁ はオンする。そのため負荷Ｌは点灯する。

【００１４】このように図４に示す回路において、定電圧制御によって蓄電池２の両端電圧が所定値以上充電されるのを防いで過充電の防止を行い、また蓄電池２の両端電圧が所定値より低下すると、負荷２への電力供給を停止させ、次に交流電源１が接続されるまで、電力供給を停止させ続けることによって過放電を防止することができる。

【００１５】しかし、この図４に示す従来例の場合レギュレータ回路ＩＣ₁を介して蓄電池２を充電しているため、レギュレータ回路ＩＣ₁のインピーダンスにより充電効率が低下するという問題がある。また充電源が商用の交流電源１のように大きな場合は、この影響は大きくな問題にならないが、充電源に太陽電池のように出力の小さいものを使用した場合、これによる充電電流の減少が蓄電池２の充電に大きく響き、充電効率が大幅に低下するという問題がある。

【００１６】図５は充電源に単結晶シリコン太陽電池（定電圧出力の太陽電池）を用いた場合の従来例回路を示す。この従来例回路では、図４回路で問題となった充電効率の低下を考慮して充電路にインピーダンス要素を含まない回路構成となっている。尚図４で同じ動作を行う回路素子には同一番号、同一記号を付している。但し抵抗Ｒ₁、Ｒ₂の直列回路は図４では平滑された直流電圧を分圧して交流電源１の接続、非接続を示す信号を比較器ＩＣ₂を与えるようになっているが、この図５の回路では太陽電池３の出力電圧Ｖｓを分圧して比較器ＩＣ₂に与えるようになっている。

【００１７】さて図５回路では太陽電池３の正極端子を逆流防止用ダイオードＤ₃を介して蓄電池２の正極に接続し、太陽電池３の負極端子を蓄電池２の負極に直接接続しており、太陽電池３で得られたエネルギはダイオードＤ₃を介して蓄電池２に充電されるため、充電路にはインピーダンス要素が含まれず、太陽電池３の出力を有効に利用することができる。

【００１８】単結晶シリコン太陽電池のＶ−Ｉ出力特性は図６（ａ）に示すように定電圧特性を持っており、蓄電池２の両端電圧に従って出力電圧Ｖｓ及び出力電流ＩｓがＶ−Ｉカーブに従って変化する。従って太陽電池３の開放電圧Ｖso（Ｉｓ＝０〔Ａ〕のＶｓ）が最大出力電圧であり、太陽電池３への入射太陽エネルギに対してもＶsoは略一定であるため、蓄電池２の過充電領域の閾値電圧Ｖ₁に対して図６（ａ）に示すように開放電圧Ｖ soが略等しくなるような太陽電池３を使用することによって過充電は防止される。

【００１９】一方、過充電を防止する回路は図４回路と同じであり、蓄電池２の両端電圧が所定値より低くなってから、太陽電池３に光が入射され、太陽電池３の出力電圧Ｖｓが発生するまでの間、負荷Ｌへの電源供給は停止される。以上のように充電源に単結晶シリコン太陽電池の如く定電圧出力の太陽電池３を使用した図５の回路では蓄電池２の過充電、過放電を防止し、且つインピーダンスによる損失を無くし、充電電流を大きくとれるので、太陽電池２の出力エネルギを有効に利用することができる。

【００２０】

【考案が解決しようとする課題】

しかし充電源がII−VI族化合物半導体ＣｄＳ、ＣｄＴｅを用いたＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池のように図６（ｂ）に示すようなＶ−Ｉ出力特性を持つ太陽電池を使用した場合、定電圧出力特性でないため、図５の回路では幾つかの問題が発生する。

【００２１】つまり太陽電池３の出力電圧Ｖｓは蓄電池２の両端電圧により定まり、蓄電池２の両端電圧より低い時は入射太陽エネルギに応じた開放電圧Ｖsoとなる。入射太陽エネルギが増え、開放電圧Ｖsoが蓄電池２の両端電圧を越えると、ダイオードＤ₃が導通となり、充電電流が流れ、この時太陽電池３の出力電圧Ｖｓは蓄電池２の両端電圧にダイオードＤ₃の順方向電圧を加えたものになる。

【００２２】従って、図６（ａ）のＶーＩ特性のものでは、蓄電池２の過充電領域の閾値電圧Ｖ₁を開放電圧Ｖsoと等しくとることによって、蓄電池２の両端電圧が略閾値電圧Ｖ₁になるまで、充電電流が大きくとれ、且つ閾値電圧Ｖ₁以上は充電されなかったのに対し、図６（ｂ）のＶ−Ｉ出力特性を持つものでは、入射太陽エネルギにより開放電圧Ｖsoが大きく変わるため、閾値電圧Ｖ₁が図６（ｂ）のＶ₁ ’の位置にある時は、入射太陽エネルギが大きい場合は過充電されることになる。また開放電圧Ｖsoに近づく程、出力電流Ｉｓが次第に小さくなっていくため、充電されて行くに従い、充電効率が低下することになる。

【００２３】また太陽電池３の出力電圧Ｖｓが蓄電池２の両端電圧より低くくて充電が行われていない時でも、入射太陽エネルギに応じて、出力電圧Ｖｓが発生しているため、図６（ｂ）のＶ−Ｉ出力特性を持つものの場合、過放電防止の前に、負荷Ｌへの電力供給を停止した後、太陽電池３に弱い光が入射されると、充電が開始される前に、過放電防止のための電力供給の停止が解除されてしまい、充電されないまま、再び負荷Ｌへの電力供給が行われるため、過放電を繰り返すことになり、蓄電池２の寿命が劣化することになる。

【００２４】以上のように図５の従来例では、単結晶シリコン太陽電池のように定電圧出力特性を持った太陽電池に対しては適しているが、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池のように図６（ｂ）のようなＶ−Ｉ出力特性を持った太陽電池３に対しては蓄電池２の過充電防止ができず、過放電防止モードの解除が適切に行えないという問題がある。

【００２５】本考案は、上述の問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは定電圧出力特性を持たない太陽電池を充電源として使用した場合にも、通常状態では蓄電池を効率良く充電し、且つ蓄電池の過充電を防止することができる太陽電池応用機器を提供するにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上述の目的を達成するために、定電圧出力特性を持たない太陽電池により蓄電池を充電し、その蓄電池の電力により負荷を動作させる太陽電池応用機器において、蓄電池の両端電圧を検出し、この両端電圧が所定値以上になると、蓄電池に対してインピーダンス要素を直列若しくは並列に接続する充電電流制御手段を備えたものである。

【００２７】

【作用】

而して、本考案によれば、蓄電池の両端電圧が所定値以上となると、それを検出して、蓄電池に並列又は直列にインピーダンス要素を接続するため、蓄電池の両端電圧が低い通常状態では太陽電池で得られたエネルギで効率良く蓄電池を充電することができ、また蓄電池の充電が進みその両端電圧が所定値以上となると、インピーダンス要素により蓄電池へ流れる充電電流を減少させることができて、蓄電池が過充電されるのを防止することができる。

【００２８】

【実施例】以下本考案を実施例により説明する。図１は本発明の実施例装置の回路を示しており、この実施例回路は図５の従来例と同様に太陽電池３で得られたエネルギを蓄電池２に充電し、この充電された電気量によりランプからなる負荷Ｌを点灯させるものであり、蓄電池２の両端電圧が所定値以上になると充電路にインピーダンス要素を挿入することにより充電電流を減らし、蓄電池２が過充電されるのを防止するというものである。

【００２９】実施例回路ではＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池のような太陽電池３の正極端子を逆流防止用ダイオードＤ₃を介して蓄電池２の正極に接続し、蓄電池２の負極を抵抗Ｒ₀とトランジスタＱ₂の並列回路を介して太陽電池３の負極端子に接続して太陽電池３、ダイオードＤ₃、蓄電池２、トランジスタＱ₂及び抵抗Ｒ₉の並列回路、太陽電池３の回路で充電ループを形成している。尚図５回路と同じ動作、機能を持つ素子、回路には同一番号、同一記号を付している。

【００３０】蓄電池２には負荷Ｌと負荷Ｌへの電力供給をオン、オフするためのトランジスタＱ₁との直列回路と、負荷Ｌの点滅を行うスイッチＳＷ₂と抵抗Ｒ₁₀との直列回路とを夫々並列に接続し、スイッチＳＷ₂をオンさせることにより、トランジスタＱ₁のベースにスイッチＳＷ₂を介してベース電流を流してトランジスタＱ ₁ をオンしてトランジスタＱ₁を介して負荷Ｌに蓄電池２から電力を供給し、負荷Ｌを点灯させ、またスイッチＳＷ₂をオフさせることにより、トランジスタＱ ₁ のベース電流を遮断してトランジスタＱ₁をオフし、負荷Ｌへの電力供給を停止して負荷Ｌを消灯させるようになっている。

【００３１】太陽電池３の出力電圧Ｖｓは抵抗Ｒ₁₁、Ｒ₁₂で分圧され、その分圧電圧を比較器ＩＣ₄の反転入力端子に入力している。比較器ＩＣ₄は太陽電池３の正、負極端子間に接続した抵抗Ｒ₁₃とツェナーダイオードＺＤ₁との直列回路の接続点を非反転入力端子に接続し、ツェナーダイオードＺＤ₁のツェナー電圧を基準として、上記抵抗Ｒ₁₁、Ｒ₁₂による分圧電圧と比較するもので、その出力は抵抗Ｒ₁₄ 、Ｒ₁₅を介して太陽電池３の負極端子に接続し、その抵抗Ｒ₁₄、Ｒ₁₅の接続点をトランジスタＱ₂のベースに接続している。

【００３２】ここで太陽電池３の出力電圧Ｖｓは蓄電池２の両端電圧により定まり、蓄電池２の両端電圧より低いときは入射太陽エネルギに応じた開放電圧（Ｖso) となり、入射太陽エネルギが増加し、開放電圧（Ｖso) が蓄電池２の両端電圧を越えると、ダイオードＤ₃が導通となって、充電電流が流れる。このときの太陽電池３の出力電圧Ｖｓは蓄電池２の両端電圧にダイオードＤ₃の順方向電圧が加えられた電圧となるため、太陽電池３の両端電圧により蓄電池２の電圧を知ることができる。

【００３３】而して、蓄電池２が太陽電池３の出力で充電されることにより、蓄電池２の両端電圧が上昇していくと、その上昇に従って太陽電池３の出力電圧Ｖｓも上昇する。ここで太陽電池３の出力電圧Ｖｓが所定値まで上昇すると抵抗Ｒ₁₁、Ｒ₁₂の分圧点の電位がツェナーダイオードＺＤ₁のツェナー電圧より大きくなるように設計することにより、太陽電池３の出力電圧Ｖｓが所定値まで上昇すれば比較器ＩＣ₄の出力が”Ｌ”になるため、トランジスタＱ₂のベース電位が下がり、トランジスタＱ₂がオフとなる。

【００３４】また太陽電池３の出力電圧Ｖｓが所定値よりも低いときには比較器ＩＣ₄の出力が”Ｈ”であるため、トランジスタＱ₂のベース電位が上昇し、トランジスタＱ₁はオンとなる。つまり太陽電池３の出力電圧、即ち蓄電池２の両端電圧が所定値より低いときは、トランジスタＱ₁がオンしているため、充電ループは太陽電池３、ダイオードＤ₃、蓄電池２、トランジスタＱ₂、太陽電池３の回路で構成され、そのため充電路にはインピーダンス要素が含まれず、充電電流が大きくとれて効率の良い充電が行える。

【００３５】一方蓄電池３の両端電圧が過充電防止領域に対応する所定値まで上昇すると、トランジスタＱ₂がオフするので、充電ループは太陽電池３、ダイオードＤ₃、蓄電池２、抵抗Ｒ₀、太陽電池３の回路で構成され、そのため充電路にインピーダンス要素である抵抗Ｒ₀が挿入された状態となって充電電流が減り、蓄電池２が過充電されるのを防止することができる。

【００３６】このように本実施例では通常時には充電路に抵抗Ｒ₀からなるインピーダンス要素が挿入されないため、蓄電池２を効率良く充電でき、蓄電池２の両端電圧が所定値以上となると、充電路に充電電流制御手段を構成する比較器ＩＣ₄の働きで、抵抗Ｒ₀が挿入されるため、蓄電池２が過充電となるのを防止することができる。

【００３７】（実施例２）上記実施例１では比較器ＩＣ₄を充電電流制御手段として用いたが、本実施例では太陽電池３の正、負極端子間に充電電流を限流するためのインピーダンス要素としての抵抗Ｒ₀とトランジスタＱ₀との直列回路を接続するとともに、ツェナーダイオードＺＤ₂と抵抗Ｒ₁₆との直列回路を接続し、抵抗Ｒ₁₆の両端電圧をトランジスタＱ₀のベース・エミッタ間に印加するようにしたもので、トランジスタＱ₀、抵抗Ｒ₁₆、ツェナーダイオードＺＤ₂で充電電流制御手段を構成している。

【００３８】尚負荷Ｌの電力供給のオン／オフを行う構成は実施例１と同じ構成であるため、特に説明はしない。而して、蓄電池２の両端電圧が所定値に上昇するまでの通常時には、ツェナーダイオードＺＤ₂が非導通であるため、トランジスタＱ₀はオフしている。従って充電ループは太陽電池３、ダイオードＤ₃、蓄電池２、太陽電池３の回路で構成されているため、インピーダンス要素が含まれず、太陽電池３のエネルギで効率良く蓄電池２を充電することができる。

【００３９】やがて蓄電池２が太陽電池３の出力で充電されることにより、蓄電池２の両端電圧が上昇していくと、その上昇に従って太陽電池３の出力電圧Ｖｓも上昇し、やがて過充電防止領域に対応させてあるツェナーダイオードＺＤ₂のツェナー電圧（所定値）を越えることになる。この太陽電池３の出力電圧がツェナーダイオードＺＤ₂のツェナー電圧を越えると、ツェナーダイオードＺＤ₂が導通して、トランジスタＱ₀のベースにベース電流を流し、トランジスタＱ₀をオンする。そのため蓄電池２にはインピーダンス要素である抵抗Ｒ₀、トランジスタＱ₀の回路が並列的に接続され、充電電流の一部がバイパスされることになる。そのため蓄電池２への充電電流が減り、蓄電池２の過充電が防止されることになる。

【００４０】以上のように本実施例も実施例１と同様な効果が得られる。（実施例３）本実施例は、図３に示すように太陽電池３で得られたエネルギで蓄電池２を充電し、この電気量によりプッシュプル式インバータ４を駆動し、負荷Ｌを点灯させるものであり、点灯制御回路５により負荷Ｌへの電力供給の制御を行い、蓄電池２の過充電を防止する過充電防止回路６及び過放電を防止する過放電防止回路７とを備えたものである。尚上記図５の回路と共通の働きを為す素子、回路には同一の番号、同一の記号を付している。

【００４１】さて本実施例では、太陽電池３は逆流防止用のダイオードＤ₃を介して蓄電池２と、トランジスタＱ₃及び充電電流の限流用のインピーダンス要素である抵抗Ｒ₀の並列回路との直列回路を接続し、これらの回路で充電ループを形成する。また過充電防止回路６は、太陽電池３の出力電圧Ｖｓを抵抗Ｒ₁₇、Ｒ₁₈で分圧し、その分圧点をトランジスタＱ₄のベースに接続し、トランジスタＱ₄のエミッタにダイオードＤ₄を介して太陽電池３の正極端子を接続している。ここで抵抗Ｒ₁₇の電圧降下Ｖ_R17と、ダイオードＤ₄の順方向降下電圧Ｖ_fD4、トランジスタＱ₄のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEQ4の和との比較を行い、太陽電池３の出力電圧Ｖｓが所定値より低ければ、Ｖ_R17＜Ｖ_fD4＋Ｖ_BEQ4となり、出力電圧Ｖｓが所定値以上であればＶ_R17＞Ｖ_fD4＋Ｖ_BEQ4となるように回路定数を設定することにより、太陽電池３の出力電圧Ｖｓが所定値より低ければトランジスタＱ ₄ はオフし、出力電圧Ｖｓが所定値以上であればトランジスタＱ₄はオンするのである。

【００４２】トランジスタＱ₄はコレクタをトランジスタＱ₅のベースに接続し、また抵抗Ｒ₂₁を介して太陽電池３の負極端子に接続している。またトランジスタＱ₅はエミッタをトランジスタＱ₄のエミッタに接続し、コレクタを抵抗Ｒ₁₉を介してトランジスタＱ₃のベースに接続し、更に抵抗Ｒ₂₀を介して太陽電池３の負極端子に接続している。

【００４３】そしてトランジスタＱ₄がオフの時はトランジスタＱ₅のベース電位が下がり、トランジスタＱ₅がオンし、トランジスタＱ₅がオンすることにより、トランジスタＱ₅のコレクタ電流が抵抗Ｒ₁₉、Ｒ₂₀に流れるため、トランジスタＱ₃のベース電位が上がり、トランジスタＱ₃がオンする。従って太陽電池３からダイオードＤ₃を介して蓄電池２に流れる充電電流は、トランジスタＱ₃を介して流れるため、充電路にはインピーダンス要素である抵抗Ｒ₀が含まれず、充電電流が大きくとれて太陽電池３で得られるエネルギを有効に充電に利用することができる。

【００４４】またトランジスタＱ₄がオンすると、抵抗Ｒ₁₈にトランジスタＱ₄のコレクタ電流が流れるため、トランジスタＱ₅のベース電位が上昇し、トランジスタＱ₅ がオフし、このトランジスタＱ₅のオフによりトランジスタＱ₃のベース電位が下がるので、トランジスタＱ₃もオフし、結果太陽電池３からダイオードＤ₃を介して蓄電池２に流れる電流は抵抗Ｒ₀を介して流れることになり、そのため充電路にインピーダンス要素が含まれて充電電流が小さくなって、蓄電池３の過充電が防止される。

【００４５】過放電防止回路７はダイオードＤ₁及びコンデンサＣ₄により、図５回路と同様に負荷点灯直後等の蓄電池３の両端電圧の瞬時的な電圧降下による過放電防止機能の誤動作を防止するようになっており、コンデンサＣ₄に並列に接続された抵抗Ｒ₃、Ｒ₄の分圧点を比較器ＩＣ₂及びＩＣ₃の非反転入力端子に接続し、コンデンサＣ₄と並列に接続された抵抗Ｒ₅、ダイオードＤ₂の分圧点を比較器ＩＣ₃の反転入力端子に接続し、ダイオードＤ₂の順方向電圧を比較器ＩＣ₃の基準電圧として入力している。

【００４６】比較器ＩＣ₂は過充電防止回路６の動作を識別するためのもので、反転入力端子をトランジスタＱ₅のコレクタに接続しており、太陽電池３の出力電圧Ｖｓが所定値より低い時にはトランジスタＱ₅のコレクタ電位、つまり反転入力端子の電位が高いため、出力を”Ｌ”とし、また太陽電池３の出力電圧Ｖｓが所定値以上あるときは、トランジスタＱ₅のコレクタ電位、つまり反転入力端子の電位が低いため、出力を”Ｈ”とする。従って、過充電防止回路６が動作した時には比較器ＩＣ₂は”Ｈ”を出力する。

【００４７】比較器ＩＣ₃は反転入力端子の電位を基準電圧とし、蓄電池２の両端電圧が所定値以上ある時は抵抗Ｒ₃、Ｒ₄の分圧点の電位、つまり非反転入力端子の電位が基準電圧より高くなって、出力を”Ｈ”とし、また蓄電池２の両端電圧が所定値より低くなると、抵抗Ｒ₃、Ｒ₄の分圧点の電位、つまり非反転入力端子の電位が基準電圧より低くなって、出力を”Ｌ”とするように設計することにより、蓄電池２の両端電圧が過放電防止電圧まで低下すると、”Ｌ”を出力するものである。

【００４８】比較器ＩＣ₂の出力は抵抗Ｒ₂₂を介してナンドゲートＩＣ₇の一方の入力端子に接続され、比較器ＩＣ₃の出力は抵抗Ｒ₂₃を介してナンドゲートＩＣ₇の他方の入力端子と、ナンドゲートＩＣ₈の一方の入力端子に接続される。ナンドゲートＩＣ₇の出力はナンドゲートＩＣ₉の一方の入力端子に接続され、ナンドゲートＩＣ₉の他方の入力端子には、ナンドゲートＩＣ₈の出力が抵抗Ｒ₂₁とコンデンサＣ₇とで積分されて入力される。

【００４９】またナンドゲートＩＣ₉の出力は抵抗Ｒ₂₅とコンデンサＣ₈とで積分された後、ナンドゲートＩＣ₈に入力される。ナンドゲートＩＣ₈の出力は抵抗Ｒ₂₈を介してトランジスタＱ₆のベースに接続され、トランジスタＱ₆のコレクタは発光ダイオードＬＥＤ₁と抵抗Ｒ₂₆を介して蓄電池２の正極に接続される。またトランジスタＱ₆のエミッタは蓄電池２負極に接続される。

【００５０】ナンドゲートＩＣ₇〜ＩＣ₉はフリップフロップを構成しており、比較器ＩＣ ₂ の出力と比較器ＩＣ₃の出力が共に”Ｈ”のときは、ナンドゲートＩＣ₇の出力が”Ｌ”となるため、ナンドゲートＩＣ₉の出力が”Ｈ”となり、ナンドゲートＩＣ₈の出力が”Ｌ”となる。また比較器ＩＣ₂の出力と比較器ＩＣ₃の出力が共に”Ｌ”のときは、ナンドゲートＩＣ₇の出力及びナンドゲートＩＣ₈の出力が夫々”Ｈ”となり、そのためナンドゲートＩＣ₉の出力が”Ｌ”となる。

【００５１】次に比較器ＩＣ₂の出力が”Ｌ”で、比較器ＩＣ₃の出力が”Ｈ”である時、即ち、過充電防止回路６が動作しておらず、蓄電池２の両端電圧が過放電防止電圧より大きいときは、ナンドゲートＩＣ₇の出力は”Ｈ”となり、ナンドゲートＩＣ₈、ＩＣ₉の出力は夫々の直前の動作モードを保持する。つまり比較器ＩＣ₂、ＩＣ₃の出力が共に”Ｈ”であった場合、ナンドゲートＩＣ₈の出力は”Ｌ”のままであり、比較器ＩＣ₂、ＩＣ₃の出力が共に”Ｌ” の状態から、比較器ＩＣ₃の出力が”Ｈ”になった場合にはナンドゲートＩＣ₈ の出力は”Ｈ”のままとなる。

【００５２】従って、ナンドゲートＩＣ₈の出力は一度過充電防止回路６が動作し、蓄電池２が満充電されると、次に蓄電池２の両端電圧が過放電防止電圧に低下するまで、”Ｌ”を出力し、過放電防止電圧まで低下したのを検出すると”Ｈ”に切り替わり、満充電されるまでは”Ｈ”を出力し続けることになる。ナンドゲートＩＣ₈の出力が”Ｌ”の時、トランジスタＱ₆はオフとなるため、発光ダイオードＬＥＤ₁に電流が流れず、発光ダイオードＬＥＤ₁は消灯しているが、ナンドゲートＩＣ₈の出力が”Ｈ”の時、トランジスタＱ₆はオンとなって発光ダイオードＬＥＤ₁が点灯し、過放電防止回路７が動作していることを表示する。

【００５３】点灯制御回路５ではスイッチＳＷ₂がオンの時は、トランジスタＱ₇のベース電位が下がって、トランジスタＱ₇がオンとなって、次段のトランジスタＱ₈もオンし、インバータ４を駆動させるため、負荷Ｌが点灯する。またスイッチＳＷ₂がオフの時は、トランジスタＱ₇がオフなり、従ってトランジスタＱ₈もオフとなるため、インバータ４が駆動されず、負荷４は消灯する。

【００５４】ここでトランジスタＱ₇のベースはダイオードＤ₅を介してトランジスタＱ₆ のコレクタに接続されており、過放電防止回路７の過放電防止機能がして、トランジスタＱ₆がオンしている時は、点灯制御回路５のスイッチＳＷ₂がオンしていても、ダイオードＤ₅が導通して、トランジスタＱ₇のベースの電位を”Ｌ” に固定するため、トランジスタＱ₇はオフのままとなり、インバータ４が駆動されず、負荷Ｌには電力が供給されないため、蓄電池２が過放電となるのを防止することができる。

【００５５】インバータ４はトランジスタＱ₈がオンすると、そのコレクタ電流が流れて、抵抗Ｒ₂₇を介してトランジスタＱ₉、Ｑ₁₀のいずれかをオンさせるため、蓄電池２からインダクタンス素子Ｌ₁を介して、発振トランスＴ₂の一次巻線に電流が流れ、その後はトランジスタＱ₉、Ｑ₁₀が交互にオン／オフを繰り返すことにより発振トランスＴ₂の二次側に接続された負荷Ｌを高周波で点灯させるというものである。

【００５６】以上のように本実施例では充電路に通常、インピーダンス要素を含まない状態で蓄電池２を充電するため太陽電池３の出力を有効に利用することができ、蓄電池２の両端電圧が上昇し、それに併せて上昇する太陽電池３の出力電圧が所定値まで上昇すると、充電路にインピーダンス要素を挿入して充電電流を減少させ、蓄電池２が過充電されるのを防止することができるようになっている。また太陽電池３の出力電圧により、その制御を行うため充電源にＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池のように図６（ｂ）に示すようなＶ−Ｉ出力特性を持つものを使用しても蓄電池２が過充電されることはないのである。蓄電池２の両端電圧が低下し、過充電防止のため負荷Ｌへの電力供給が停止された場合は、次に蓄電池２が満充電された時に初めて、これが解除されるので、電力供給停止の解除には、充電源のＶ− Ｉ出力特性の影響はなく、また満充電されてから解除されるので、蓄電池２の寿命を伸ばすことができる。

【００５７】尚本考案は上記実施例に限られるものでなく、インバータ等の点灯回路及び負荷Ｌのオン／オフ制御の回路や手段はこれらに限らないものとする。また蓄電池２の両端電圧が低下した時、負荷Ｌへの電力供給を停止させる手段も種々のものが考えられる。

【００５８】

【考案の効果】

本考案は、蓄電池の両端電圧を検出し、この両端電圧が所定値以上になると、蓄電池に対してインピーダンス要素を直列若しくは並列に接続する充電電流制御手段を備えたから、定電圧出力特性を持たない太陽電池を使用しても、蓄電池の両端電圧が低い通常状態では太陽電池で得られたエネルギで効率良く蓄電池を充電することができ、また蓄電池の充電が進みその両端電圧が所定値以上となると、インピーダンス要素により蓄電池へ流れる充電電流を減少させることができるから蓄電池が過充電されるのを防止することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例１の回路図である。

【図２】本考案の実施例２の回路図である。

【図３】本考案の実施例３の回路図である。

【図４】従来例の回路図である。

【図５】別の従来例の回路図である。

【図６】（ａ）単結晶シリコン太陽電池のＶ−Ｉ出力
特性図である。（ｂ）ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池のＶ−Ｉ出力特性図
である。

【符号の説明】

２蓄電池３太陽電池ＩＣ₄ 比較器Ｄ₃ ダイオードＱ₂ トランジスタＲ₀ 抵抗Ｒ₁₁ 抵抗Ｒ₁₂ 抵抗ＺＤ₁ ツェナーダイオード

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】定電圧出力特性を持たない太陽電池により
蓄電池を充電し、その蓄電池の電力により負荷を動作さ
せる太陽電池応用機器において、蓄電池の両端電圧を検
出し、この両端電圧が所定値以上になると、蓄電池に対
してインピーダンス要素を直列若しくは並列に接続する
充電電流制御手段を備えたことを特徴とする太陽電池応
用機器。