JPH06315231A - 蓄電池の充電制御方法、充電制御装置及び太陽発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄電池を、過充電にすることなく、満充電近
くまで効率的に充電する。 【構成】 蓄電池の端子電圧がＶＬ未満であると充電を
開始し（ｔ１，ｔ４）、充電中に蓄電池端子電圧がＶＨ
まで上昇すると（ｔ６，ｔ５）、そこからさらに一定時
間だけ充電を継続した後、充電を停止する（ｔ３，ｔ
６）。 【効果】 太陽電池による無駄のない充電ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池の発電電力を
蓄電池に貯蔵する太陽発電システムと、同システムの蓄
電池などに好適に適用できる充電制御方法及びその装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池の発電電力を蓄電池に貯蔵する
太陽発電システムとして、図３または図４に示すよう
に、太陽電池１００と蓄電池１０５を逆流防止用ダイオ
ード１１０を介して接続するとともに、過充電防止回路
１１５または１１７を付加したシステムが実用されてい
る。

【０００３】図３のシステムにおいては、充電中に蓄電
池１０５の端子電圧が一定値を超えると、過充電防止回
路１１５のサイリスタ１１６がターンオンして太陽電池
１００の出力端子間を短絡し（ダイオード１１０は必ず
オフし充電流路が開かれる）蓄電池１０５の充電を停止
させる。太陽電池１００の発電電流がある限り、つまり
日没まで充電停止状態を継続する。充電の再開は翌日の
日の出後である。

【０００４】図４のシステムにおいては、過充電防止回
路１１７は、充電中に蓄電池１０５の端子電圧が充電打
ち切り値を超えたことをＯＰアンプ１１８で検出してト
ランジスタ１１９をオンし、太陽電池１００の出力端子
間を短絡することにより充電を停止させる。その後に蓄
電池１０５の端子電圧が充電再開値まで下がったことを
検出すると、トランジスタ１１９をオフして充電を再開
させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】蓄電池１０５としては
主に鉛蓄電池が用いられるが、鉛蓄電池は過充電に弱い
ため蓄電池１０５の過充電を避ける必要がある。その一
方で、可能な限り効率的に蓄電池１０５を満充電に十分
近い状態まで充電する必要がある。

【０００６】後者の充電条件は、過放電の防止つまり蓄
電池１０５の寿命の観点から重要であるのみならず、こ
の種太陽発電システムの設置目的からも極めて重要であ
る。すなわち、太陽電池は、日照（天候）条件により発
電電力が大きく変動し、夜間には発電電力を得られな
い。季節によっては、雨天あるいは晴天が１週間以上も
連続する。このような日照（天候）条件の変動にかかわ
らず、必要な時に蓄電池から電力を取り出し得るように
することが、この種の太陽発電システムの設置目的であ
るからである。

【０００７】しかし、従来の太陽発電システムは、以下
に述べるような問題点があった。図５は、図３のシステ
ムにおける蓄電池１０５の端子電圧の時間的変化と充電
制御の関係を示している。日の出時に端子電圧がＶ１未
満であると充電が開始し、端子電圧がＶ１まで上昇した
時点で充電が打ち切られる。その後、端子電圧は無負荷
であれば実線で示すように緩慢に低下し、有負荷であれ
ば破線で示すように端子電圧は比較的急速に低下し、あ
る値に安定する。

【０００８】しかし、このような制御方法によれば、過
充電を防止し、かつ満充電またはそれに十分に近い状態
まで確実に充電することは不可能といってよい。けだ
し、過充電防止回路１１５は充電中の蓄電池１０５の端
子電圧（＝起電力＋充電電流×内部抵抗）によって充電
打ち切りを判断するが、内部抵抗は蓄電池１０５の劣化
度によって相当大幅に変化し、しかも充電電流は太陽電
池側条件（日照もしくは天候）によって大幅に変動す
る。このため、過充電にも充電不足にもならないような
充電時端子電圧値Ｖ１を一意に決定することができない
からである。

【０００９】また図３のシステムは、過放電防止回路１
１５が一旦作動すると、実際には充電不足であっても翌
日まで充電が再開されないため、夜間に負荷をとると過
放電になりやすい。したがって、雨天が連続したような
場合の過放電を避けるために、蓄電池１０５の容量を太
陽電池１００の最大出力等から計算した値より相当に大
きめに選ぶ必要があり、蓄電池コストが嵩むという問題
もあった。

【００１０】図６は、図４のシステムにおける蓄電池１
０５の端子電圧の時間的変化と充電制御の関係を示して
いる。日の出時に端子電圧があるＶ１１未満であると充
電が開始し、端子電圧がＶ１２まで上昇した時点で充電
が打ち切られ、端子電圧は無負荷であれば実線で示すよ
うに緩慢に低下し、有負荷であれぱ破線のように比較的
急速に低下する。端子電圧がＶ１２まで低下すると再び
充電が開始する。

【００１１】このような充電を繰り返す制御方法によれ
ば、図３のシステムに比べれば充電不足になりにくい。
しかし、太陽発電システムの蓄電池１０５は昼間は無負
荷状態（あるいはそれに近い状態）にあることが多いの
で、充電休止時間Ｔ（図６参照）が長く、その間に発電
電力を有効に利用できないため、太陽エネルギーを最大
限利用した効率的な充電ができないという問題がある。
（満充電の８０パーセント程度まで充電した場合でも、
開放端子電圧が安定するまでの時間は３０分以上である
ので、休止時間Ｔは相当に長い。） また、充電休止時
間内に日没時刻となったり天候が悪化したりすると、充
電を再開できず充電不足の問題が起こりやすい。そのた
め、蓄電池１０５の容量に相当の余裕をみる必要があっ
た。

【００１２】なお、有負荷の場合であっても、図６に破
線で示すように１回の休止時間は短くなるが、それが短
周期で頻繁に繰り返される結果、充電効率が必ずしも良
くなるわけではない。

【００１３】したがって、本発明の目的は、上述のよう
な問題点について改善した太陽発電システムを提供する
ことにある。本発明のもう一つの目的は、太陽発電シス
テムにおける蓄電池等に好適に適用できる充電制御方法
とそのための装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の充電方
法は、蓄電池とその充電源との間に介在させた装置の制
御によって、蓄電池の充電停止中の端子電圧が所定値Ｖ
Ｌ未満である時に充電源による蓄電池の充電を開始さ
せ、その後、蓄電池の端子電圧が所定値ＶＨ（＞ＶＬ）
まで上昇した時から一定時間を経過後に蓄電池の充電を
停止させることを特徴とするものである。

【００１５】請求項２の発明の充電制御装置は、蓄電池
とその充電源との間の充電流路を開閉するためのスイッ
チ手段と、蓄電池の端子電圧を監視する電圧監視手段
と、充電流路が開路された状態において電圧監視手段に
より蓄電池の端子電圧が所定値ＶＬ未満であることが検
出された時にスイッチ手段により充電流路を閉路させ、
その後、電圧監視手段により蓄電池の端子電圧が所定値
ＶＨ（＞ＶＬ）まで上昇したことが検出された時から一
定時間を経過後にスイッチ手段により充電流路を開路さ
せる制御を行なう制御手段とを具備することを特徴とす
るものである。

【００１６】請求項３の発明の太陽発電システムは、蓄
電池と、その充電源としての太陽電池と、請求項２の発
明の充電制御装置とを具備し、この充電制御装置によっ
て請求項１の発明の方法により蓄電池の充電制御をする
構成である。

【００１７】

【作用】請求項１の発明によれば、例えば、ＶＬを蓄電
池の満充電状態の安定開放端子電圧と同じ程度に選び、
ＶＨをそれよりやや高めに選ぶことによって、過充電を
防止しつつ、満充電またはそれに十分に近い状態まで効
率的に蓄電池を充電することができる。

【００１８】請求項２の発明によれば、簡単な装置構成
によって、請求項１の発明の充電制御方法により蓄電池
の効率的な充電を行なうことができる。

【００１９】請求項３の発明によれば、太陽電池の発電
電力を得られる時に、過充電にならない範囲内で満充電
またはそれに十分に近い状態まで効率的に蓄電池を充電
でき、また充電不足になりにくいため従来システムほど
蓄電池の容量に余裕をもたせる必要がなくなり、蓄電池
コストを削減できる。

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例を図１に示し説明する。図
１において、１２０は本発明による充電制御装置であっ
て、スイッチ手段としてのリレー１２５の接点１２６
（ノーマル開接点）により、太陽電池１００と蓄電池１
０５の間の充電流路を直接的に開閉し蓄電池１００の充
電を制御する。なお、リレー１２５を半導体スイッチ素
子に置き換えてもよい。

【００２１】リレー１２５の制御はタイマー１３０によ
り行なわれる。本実施例においては、タイマー１３０と
してオムロン社の電子タイマーＨ３ＦＡ−ＢＵを用い、
ワンショット出力モードで動作させている。リレー１２
５の励磁コイル１２７は、蓄電池１０５と直列にタイマ
ー１３０の１３番端子と１６番端子に接続される。タイ
マー１３０の設定時間は、２１番端子と２３番端子に接
続した可変抵抗器１３５によって可変である。

【００２２】タイマー１３０の動作制御は、蓄電池端子
電圧の監視手段として働くＯＰアンプ１４０の出力によ
り、タイマー１３０の４番端子（リセット）及び６番端
子（スタート）に接続されたトランジスタ１４５をオン
オフすることによって行なわれる。

【００２３】タイマー１３０とＯＰアンプ１４０の動作
電圧としては、太陽電池１００の出力電圧を３端子レギ
ュレータ（ＭＣ７８１２）１５０で安定化した電圧が用
いられる。また、３端子レギュレータ１５０の出力端子
に抵抗１６０を介して接続したダイオード列１６５によ
って、電圧ＯＰアンプ１４０の非反転入力に印加する基
準電圧が作られる。ＯＰアンプ１４０の反転入力には、
蓄電池１５０の端子電圧を抵抗器１７０及び可変抵抗器
１７５によって分圧した電圧が印加される。

【００２４】なお、充電制御装置１２０の動作電圧を、
太陽電池１００から独立した電源から供給してもよい。
しかし、別電源を設けると、その保守が必要となるうえ
に、太陽電池１００の出力が得られない場合に充電制御
装置１２０を作動させても無意味であるので、本実施例
の構成が一般的に合理的であろう。

【００２５】また、本実施例ではリレー接点１２６によ
り充電路を直接的に開閉する構成であるが、太陽電池１
００の出力端子間に破線で示すようなスイッチ素子（１
２６’）を接続し、このスイッチ素子の開閉によって逆
流防止用ダイオードをオフオンすることより、間接的に
充電流路を開閉してもよい。ただし、この場合には、太
陽電池１００とは独立した電源より充電制御装置１２０
の動作電圧を供給する必要がある。

【００２６】１８０，１８５は動作状態の目視確認のた
めに設けられた発光ダイオードである。１９０は太陽電
池１００の出力リプルやサージ電圧を吸収するためのコ
ンデンサ、１９１は３端子レギュレータ１５０の出力平
滑のためのコンデンサ、１９１と１９３は３端子レギュ
レータ１５０の動作上必要とされるコンデンサ、１９
４，１９５，１９６はトランジスタ１４５のベース電流
または発光ダイオード１８０，１８５の電流を制限する
ための抵抗である。

【００２７】次に、この太陽発電システムの充電制御動
作について、図２を参照して説明する。ここでは、蓄電
池１０５として、満充電状態の安定開放端子電圧が１
２．８０Ｖ（摂氏２０度）、容量が１２０アンペア時の
鉛蓄電池を用い、太陽電池１００として２００Ｗ級の一
般的な特性のものを用いるものとする。この場合、可変
抵抗器１７５は蓄電池１０５の端子電圧が１２．８０Ｖ
（＝ＶＬ）未満のときにトランジスタ１４５がオンし、
端子電圧が１２．９８Ｖ（＝ＶＨ）以上のときにトラン
ジスタ１４５がオフするように調整され、また可変抵抗
器１３５はタイマー１３０の設定時間が４５分前後とな
るように調整される。このような設定により良好な結果
を得られることを実験で確認できた。しかし、この設定
条件に必ずしも限定されるものではない。

【００２８】太陽電池１００の発電電力が得られない夜
間では、リレー励磁コイル１２７に励磁電流が流れない
ことは当然であり、リレー接点１２６は開いている。

【００２９】日の出とともに太陽電池１００の出力が上
昇し、３端子レギュレータ１５０の出力電圧が立ち上が
る。この立ち上がりの段階で、蓄電池１０５の端子電圧
（開放端子電圧）がＶＬ（１２．８０Ｖ）未満である
と、ＯＰアンプ１４０の反転入力電圧が非反転入力電圧
（基準電圧）未満となるので、ＯＰアンプ１４０の出力
からトランジスタ１４５のベースに十分な電流が流れ、
トランジスタ１４５はオンする。これによって、タイマ
ー１３０は１３番と１６番の端子間を短絡するので、リ
レー励磁コイル１２７に電流が流れる。その結果、リレ
ー接点１２６が閉じ、蓄電池１０５に太陽電池１００か
ら充電電流が流れるようになり充電が始まる（時刻ｔ
１）。

【００３０】このようにして充電が開始すると、蓄電池
１０５の端子電圧は上昇し、ＶＨ（１２．９８Ｖ）に達
すると、ＯＰアンプ１４０の反転入力電圧は非反転入力
電圧以上となってトランジスタ１４５はオフする（時刻
ｔ２）。図４の従来システムでは、この時点で充電を停
止した。しかし、本システムにあってはタイマー１３０
は、４番端子（リセット）と６番端子（スタート）が同
時に駆動される関係から、この時点では１３番と１６番
の端子間を開かないので、充電は継続する。

【００３１】そして、時刻ｔ２から設定時間（４５分）
を経過した時点（ｔ３）で、タイマー１３０は１３番と
１６番の端子間を開きリレー励磁コイル１２７への励磁
電流を断つ。その結果、リレー接点１２６が開いて太陽
電池１００は蓄電池１０５から切り離され、充電は停止
する。

【００３２】このように、端子電圧がＶＨまで上昇した
時点で直ちに充電を中止するのではなく、その後さらに
一定時間だけ駄目押しの充電を行なうため、図４の従来
システムに比べ、短時間で効率よく満充電またはそれに
近い状態まで充電することができる。このことは、天候
変化や時刻によって発電電力が左右される太陽電池１０
０を充電源とする太陽発電システムでは、極めて大きな
効果がある。

【００３３】なお、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に、
蓄電池１０５の端子電圧が負荷等の影響でＶＬ（１２．
８０Ｖ）未満まで下がってトランジスタ１４５がオンす
ると、その時刻から改めて設定時間を経過するまで充電
が続く。

【００３４】次回の充電が始まるのは、端子電圧がＶＬ
（１２．８０Ｖ）未満まで下がりトランジスタ１４５が
オンする時刻ｔ４である。この場合にも、その後に端子
電圧がＶＨ（１２．９８Ｖ）まで上昇してトランジスタ
１４５がオフした時刻ｔ５から、さらに設定時間だけ経
過するまで充電が継続する。

【００３５】このように前回の充電で満充電とみなされ
る状態まで充電されなかった場合でも、あるいは蓄電池
１０５に負荷が接続されることによって端子電圧が低下
した場合でも再び充電が行なわれるので、図３の従来シ
ステムのような問題はない。

【００３６】なお、本発明の充電制御装置は、ここまで
説明した太陽発電システムの蓄電池の充電制御に最適で
あるが、過充電に弱く、かつ満充電またはそれに近い状
態に維持する必要のある蓄電池一般の充電制御に効果的
に適用できるものである。

【００３７】

【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明によ
れば以下の効果を得られる。 （１）過充電とならない範囲内で、蓄電池を満充電また
はそれに近い状態まで効率的に充電することができる。 （２）そのような効率的な充電制御を、簡単な装置構成
によって行なうことができる。 （３）太陽発電システムにおいて、晴天時のような発電
電力を得られる時に、蓄電池を過充電にならない範囲内
で満充電またはそれに近い状態まで効率的に充電するこ
とができるため、充電不足になりにくい。またその結
果、蓄電池の容量にむやみに余裕をもたせなくとも、雨
天が連続した場合などに過放電になりにくくなるため、
蓄電池コスト削減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す。

【図２】同実施例の太陽発電システムにおける蓄電池端
子電圧の時間変化と充電制御の関係を示す。

【図３】太陽発電システムの従来例を示す。

【図４】太陽発電システムの他の従来例を示す。

【図５】図３システムにおける蓄電池端子電圧の時間変
化と充電制御を示す。

【図６】図４システムにおける蓄電池端子電圧の時間変
化と充電制御を示す。

【符号の説明】

１００ 太陽電池（充電源） １０５ 蓄電池（鉛蓄電池） １１０ 逆流防止用ダイオード １２０ 充電制御装置 １２５ リレー（スイッチ手段） １３０ タイマー １３５ 可変抵抗器 １４０ ＯＰアンプ（コンパレータ） １４５ トランジスタ １５０ ３端子レギュレータ １６５ ダイオード列 １７５ 可変抵抗器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄電池とその充電源との間に介在させた
   装置の制御によって、前記蓄電池の充電停止中の端子電
   圧が所定値ＶＬ未満である時に前記充電源による前記蓄
   電池の充電を開始させ、その後、前記蓄電池の端子電圧
   が所定値ＶＨ（＞ＶＬ）まで上昇した時から一定時間を
   経過後に前記蓄電池の充電を停止させることを特徴とす
   る蓄電池の充電制御方法。
2. 【請求項２】 蓄電池とその充電源との間の充電流路を
   開閉するためのスイッチ手段と、前記蓄電池の端子電圧
   を監視する電圧監視手段と、前記充電流路が開路された
   状態において前記電圧監視手段により前記蓄電池の端子
   電圧が所定値ＶＬ未満であることが検出された時に前記
   スイッチ手段により前記充電流路を閉路させ、その後、
   前記電圧監視手段により前記蓄電池の端子電圧が所定値
   ＶＨ（＞ＶＬ）まで上昇したことが検出された時から一
   定時間を経過後に前記スイッチ手段により前記充電流路
   を開路させる制御を行なう制御手段とを具備する充電制
   御装置。
3. 【請求項３】 蓄電池と、その充電源としての太陽電池
   と、充電制御装置とを有し、前記充電制御装置は、前記
   蓄電池と前記太陽電池との間の充電流路を開閉するため
   のスイッチ手段と、前記蓄電池の端子電圧を監視する電
   圧監視手段と、前記充電流路が開路された状態において
   前記電圧監視手段により前記蓄電池の端子電圧が所定値
   ＶＬ未満であることが検出された時に前記スイッチ手段
   により前記充電流路を閉路させ、その後、前記電圧監視
   手段により前記蓄電池の端子電圧が所定値ＶＨ（＞Ｖ
   Ｌ）まで上昇したことが検出された時から一定時間を経
   過後に前記スイッチ手段により前記充電流路を開路させ
   る制御を行なう制御手段とを具備する太陽発電システ
   ム。