專利名稱：混合電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由太陽(yáng)能電池(solar cell)或者燃料電池(fuel cell)以及諸如鋰離子電池之類的二次電池組成的混合電源(hybrid power source)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池可以生成的發(fā)電能力是根據(jù)光的輻射水平來(lái)確定的，例如，沒(méi)有光輻射時(shí)的發(fā)電能力為零。另一方面，無(wú)論光的輻射水平如何，對(duì)于用于驅(qū)動(dòng)電子裝置的電源， 對(duì)應(yīng)于該電子裝置的工作操作狀態(tài)的電力是必需的。因此，用于穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)電子裝置的電源顯然無(wú)法僅由太陽(yáng)能電池組成。其中太陽(yáng)能電池和二次電池被彼此組合并且二次電池被用作電力緩沖的混合電源系統(tǒng)是如下系統(tǒng)，其中用于穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)電子裝置的電源是利用太陽(yáng)能電池構(gòu)成的。在該系統(tǒng)中，當(dāng)太陽(yáng)能電池的發(fā)電能力超過(guò)用來(lái)驅(qū)動(dòng)電子裝置的電力時(shí)，以將太陽(yáng)能電池生成的過(guò)多電力存儲(chǔ)在二次電池中的方式來(lái)給二次電池充電。另一方面，當(dāng)太陽(yáng)能電池的發(fā)電能力降到用于驅(qū)動(dòng)電子裝置的電力之下時(shí)，二次電池被放電使得電子裝置被太陽(yáng)能電池和二次電池驅(qū)動(dòng)?；旌想娫聪到y(tǒng)的配置使得太陽(yáng)能電池?zé)o需應(yīng)對(duì)電子裝置的最大功耗，因而太陽(yáng)能電池僅需要提供電子裝置的平均功耗。因此，可以使太陽(yáng)能電池的尺寸小型化。由太陽(yáng)能電池和二次電池組成的混合電源系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電力的穩(wěn)定供給以及太陽(yáng)能電池的小型化兩者，并且因而是對(duì)以小型化和便攜性提升為目標(biāo)的電子裝置非常有效的系統(tǒng)。另一方面，在諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)或移動(dòng)電話之類的便攜式電子裝置中，功耗具有隨著其高性能提升和多功能提升而增長(zhǎng)的趨勢(shì)。因此，燃料電池被預(yù)期作為便攜式電子裝置的下一代電源，其可以應(yīng)付該趨勢(shì)。在燃料電池中，燃料被提供給負(fù)電極(陽(yáng)極)側(cè)，使得燃料被氧化，并且空氣或氧氣被提供給正電極(陰極)側(cè)，使得氧氣被分解。因此，就整個(gè)燃料電池而言在燃料和氧氣之間產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)。此時(shí)，燃料所具有的化學(xué)能被高效地變換為繼而被取出的電能。燃料電池具有一項(xiàng)特征，即除非燃料電池?fù)p壞，否則通過(guò)向燃料電池提供燃料，燃料電池可被不斷用作電源。雖然各種燃料電池已被提出，但是使用氫離子導(dǎo)電高分子膜作為電解質(zhì)的高分子電解質(zhì)燃料電池(PEFC)由于以下原因而適合作為便攜式電源電解質(zhì)是固體并且沒(méi)有飛散危險(xiǎn)，高分子電解質(zhì)燃料電池可以在比任何其他類型燃料電池更低的溫度(例如在大約 30°C到大約130°C的溫度)工作，其啟動(dòng)時(shí)間較短，等等。諸如氫氣和甲醇之類的各種易燃材料可被用作燃料電池的燃料。然而，諸如氫氣之類的氣體燃料不適于小型化和輕量化，這是因?yàn)闅怏w燃料需要高壓容器或者氫氣存儲(chǔ)合金來(lái)存儲(chǔ)。另一方面，雖然諸如甲醇之類的液體燃料具有液體燃料易于存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，但是利用通過(guò)利用重整器(reformer)從液體燃料中提取氫氣的系統(tǒng)的燃料電池不適于小型化， 這是因?yàn)槠錁?gòu)造變得復(fù)雜。與之相反，其中甲醇被直接提供給陽(yáng)極以使得在不重整甲醇的情況下做出反應(yīng)的直接甲醇燃料電池(DMFC)具有如下特征燃料易于存儲(chǔ)，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，并且小型化容易。傳統(tǒng)上，DMFC在許多情況下已被與PEFC組合以作為一種PEFC來(lái)研究， 并且因而最有希望作為便攜式電子裝置的電源。然而，因?yàn)镈MFC的輸出密度較小，因此當(dāng)試圖通過(guò)燃料電池本身生成用來(lái)驅(qū)動(dòng)便攜式電子裝置的電力時(shí)，恐怕燃料電池的尺寸變得過(guò)大。因此，即使在諸如DMFC之類的燃料電池中，與諸如鋰離子電池之類的具有大輸出密度的二次電池一起構(gòu)成混合電源系統(tǒng)也是有效的。于是，在稍后將描述的專利文獻(xiàn)1中提出了混合電源系統(tǒng)，其中燃料電池和二次電池與負(fù)載并聯(lián)，并且燃料電池和二次電池中的至少一個(gè)向負(fù)載提供電力。圖4是基于燃料電池和二次電池的電流-電壓特性來(lái)說(shuō)明上面描述的電源系統(tǒng)的操作的示圖。注意到圖 4中示出的燃料電池和二次電池的電壓不是單個(gè)電池的電壓，而是電池堆的電壓，在這些電池堆中的每一個(gè)電池堆中多個(gè)電池串聯(lián)。此外，因?yàn)樵诙坞姵氐碾娏鱅r中，放電方向被看作是正的(Ir > 0)，因此當(dāng)充電被執(zhí)行時(shí)，電流Ir是負(fù)的(Ir < 0)。如圖4所示，燃料電池的電流-電壓曲線具有S狀形狀，因而生成電壓在生成電流增大時(shí)被相對(duì)大量減小。這是因?yàn)椋谌剂想姵刂?，活化極化、電阻極化和擴(kuò)散極化隨著增大的生成電流而依次顯著出現(xiàn)。另一方面，雖然諸如鋰離子電池之類的二次電池的電流一電壓曲線的線性高，因而放電電流在放電電流增大時(shí)由于電阻極化等而逐漸減小，但是電流一電壓曲線的斜率較小，因而內(nèi)部電阻較小。類似地，在充電期間，雖然充電電壓在充電電流增大時(shí)逐漸上升，但是其斜率較小。二次電池的開(kāi)路電壓VrO根據(jù)表示二次電池被充電多少的充電狀態(tài)而改變。在該電源系統(tǒng)中，當(dāng)沒(méi)有外部負(fù)載時(shí)，燃料電池所生成的所有電力被用于對(duì)二次電池的充電。當(dāng)令Vc是此時(shí)的電壓，Ifc是此時(shí)燃料電池的生成電流的大小，并且-Irc是此時(shí)二次電池的充電電流的大小時(shí)，因?yàn)橐韵玛P(guān)系得到滿足，Ifc = -Irc因此電壓Vc被確定為滿足圖4中的該關(guān)系的電壓(>VrO)。當(dāng)外部負(fù)載不為零但是較小時(shí)，燃料電池所生成電力的一部分被用于對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)，并且剩余電力被用于對(duì)二次電池的充電。此時(shí)的電壓小于Vc，并且大于VrO。當(dāng)負(fù)載更大并且電壓小于VrO時(shí)，引起了二次電池的放電，因而負(fù)載被燃料電池和二次電池驅(qū)動(dòng)。在這種情況下，為了使每個(gè)電池可以有效運(yùn)行，如圖4所示，兩個(gè)電池的電流-電壓曲線需要在合適的區(qū)域彼此交叉。如果該情況被滿足，那么當(dāng)負(fù)載較小并且用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電壓Vl大于交叉點(diǎn)X處的電壓Vx時(shí)，那么如圖4所示，從燃料電池和二次電池提供的電流被分別確定為Ifl和Irl。因?yàn)镮fl > Irl,因此電力主要從燃料電池提供。 另一方面，當(dāng)負(fù)載大并且驅(qū)動(dòng)電壓V2小于Vx時(shí)，如圖4所示，從燃料電池和二次電池提供的電流被分別確定為If2和Ir2。因?yàn)镮f2 < Ir2,因此在這種情況下從二次電池提供的電力超過(guò)從燃料電池提供的電力。應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)負(fù)載被增大使得驅(qū)動(dòng)電壓被從Vl通過(guò)Vx減小到V2時(shí)，來(lái)自燃料電池的生成電流僅從Ifl增大到If2，而來(lái)自二次電池的放電電流從Irl增大到Ir2，在該時(shí)段內(nèi)增加的大部分功耗是從二次電池提供的。此外，當(dāng)功耗的增長(zhǎng)僅由燃料電池承受時(shí)，如由圖4可見(jiàn)，燃料電池的生成電壓被減小為小于可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的最小電壓。如上所述，當(dāng)電源僅由燃料電池組成時(shí)，燃料電池的尺寸需要增大以使得生成電壓等于或者大于可維持的最小驅(qū)動(dòng)電壓。此外，當(dāng)輸出密度極佳的二次電池與燃料電池并聯(lián)并由此構(gòu)成混合電源時(shí)，燃料電池可被小型化并且整個(gè)電源系統(tǒng)繼而可被小型化。然而，在上述電源系統(tǒng)中，燃料電池和二次電池的電流-電壓曲線需要在合適區(qū)域內(nèi)彼此交叉。此外，系統(tǒng)特性完全由這些電流-電壓特性確定。在其中太陽(yáng)能電池或燃料電池與二次電池像該示例一樣僅彼此并聯(lián)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)中，因?yàn)樘?yáng)能電池或燃料電池的特性以及二次電池的特性相互制約，并且二次電池被充電時(shí)的特性以及二次電池被放電時(shí)的特性相互制約，因此對(duì)能量效率、穩(wěn)定性和便利性的提高有限制。例如，能量效率受每個(gè)電池的特性以及二次電池的充電狀態(tài)支配，并且穩(wěn)定性主要受每個(gè)電池的特性的長(zhǎng)期變化等影響。此外，無(wú)法適當(dāng)使用諸如高效率充電和快速充電之類的各種充電系統(tǒng)。此外，在混合電源系統(tǒng)中，防止對(duì)二次電池過(guò)充電是非常重要的問(wèn)題。例如，當(dāng)鋰離子電池被用作二次電池時(shí)，過(guò)充電根據(jù)具體情況導(dǎo)致諸如煙生成、著火、爆炸之類的危險(xiǎn)。因?yàn)樘?yáng)能電池在光被照射到太陽(yáng)能電池時(shí)生成電力，因此需要某種機(jī)制來(lái)通常檢測(cè)二次電池的充電狀態(tài)并且在達(dá)到完全充電時(shí)停止充電。此外，因?yàn)榧词乖跊](méi)有用于穩(wěn)定控制燃料供給的被動(dòng)型燃料電池中也執(zhí)行電力生成，因此相同的機(jī)制是必需的。于是，在稍后將描述的專利文獻(xiàn)2中提出了具有電池充電器的便攜式電源裝置， 該電池充電器包括DC/DC轉(zhuǎn)換器、電流控制電路和過(guò)電流預(yù)防電路。圖5(a)是示出電源裝置100的配置的示意圖。如圖5(a)所示，在電源裝置100中，通過(guò)接收陽(yáng)光來(lái)生成電力的太陽(yáng)能電池101 通過(guò)回流防止二極管102與電氣雙層電容器103相連，并且太陽(yáng)能電池101生成的電力被臨時(shí)存儲(chǔ)在電容器103中。在存儲(chǔ)在電容器103中的電力被DC/DC轉(zhuǎn)換器105轉(zhuǎn)換為合適電壓之后，由此得到的電壓被提供給負(fù)載104和二次電池106中的每一個(gè)。此外，在電源裝置100中，作為其一個(gè)特征，電流控制電路107被提供在DC/DC轉(zhuǎn)換器105與二次電池106和負(fù)載104之間，并且過(guò)電流防止電路108被提供在電流控制電路107與二次電池106之間。圖5(b)是專利文獻(xiàn)2中例示的電流控制電路107的示意圖。電流控制電路107 的配置類似于一般串聯(lián)穩(wěn)壓器的控制電路。就是說(shuō)，分割電阻器111和112分割輸出電壓以給出基準(zhǔn)電壓Vrefl。恒壓二極管113生成標(biāo)準(zhǔn)電壓?？刂凭w管114及其負(fù)載電阻器 115放大標(biāo)準(zhǔn)電壓(嚴(yán)格地說(shuō)是標(biāo)準(zhǔn)電壓與控制晶體管114的基極至發(fā)射極電壓之和)與基準(zhǔn)電壓Vrefl之間的差異，并且根據(jù)差異的大小來(lái)控制功率晶體管116的操作。功率晶體管116被串聯(lián)插入在負(fù)載104中，并且其導(dǎo)電屬性受控制晶體管114的控制以使得其輸出電壓變得恒定。過(guò)電流防止電路108的具體配置未在專利文獻(xiàn)2中示出。在電源裝置100中，當(dāng)太陽(yáng)能電池101所生成的電力超過(guò)用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載104的電力時(shí)，利用剩余電力給二次電池106充電。當(dāng)二次電池106達(dá)到完全充電狀態(tài)時(shí)，對(duì)二次電池106的充電被過(guò)電流防止電路108停止。因此，防止了二次電池106的過(guò)充電。此時(shí)，因?yàn)槭Ｓ嚯娏Ρ焕鄯e在電氣雙層電容器103中，因此電容器103的電壓上升。結(jié)果，因?yàn)榧词巩?dāng)來(lái)自DC/DC轉(zhuǎn)換器105的輸出電壓上升時(shí)施加于負(fù)載104的電壓也被電流控制電路107 控制為預(yù)定電壓，因此防止了過(guò)量電壓被施加于負(fù)載104。在這種情況下，因?yàn)樘?yáng)能電池101生成的剩余電力沒(méi)有地方可去，因此害怕電容器103的電壓由于剩余電力的累積而上升。專利文獻(xiàn)2中描述了電容器103的電壓上升由于剩余電力被控制晶體管114及其負(fù)載電阻器115消耗而被抑制。另一方面，在稍后將描述的專利文獻(xiàn)3中，七種裝置被示出為電源裝置，利用該電源裝置在任何天氣下從太陽(yáng)能電池獲得的電力可以得到最大利用。圖6是示出各自與本發(fā)明有關(guān)系的兩種電源裝置的配置的示意圖。在圖6(a)中示出的電源裝置200中，太陽(yáng)能電池模塊201通過(guò)回流防止二極管 202被連接到負(fù)載203和二次電池204中的每一個(gè)。在這種情況下，作為電源裝置200的特征，電源裝置200被配置為使得回流防止二極管202的正向壓降的電壓與二次電池204的電壓之和變得大致等于太陽(yáng)能電池模塊201的最佳工作電壓。在電源裝置200中，當(dāng)太陽(yáng)能電池模塊201所生成的電力超過(guò)用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載203的電力時(shí)，利用剩余電力給二次電池 204充電。然而，因?yàn)殡娫囱b置200以如上所述的方式被配置，因此從太陽(yáng)能電池模塊201 獲得的電力可以得到最大利用。此外，作為電源裝置200的另一特征，分流穩(wěn)壓器(shunt regulator) 207與負(fù)載 203和二次電池204中的每一個(gè)相并聯(lián)。分流穩(wěn)壓器207根據(jù)通過(guò)由分割電阻器205和206 分割輸出電壓而獲得的基準(zhǔn)電壓Vrefl而被控制。另外，分流穩(wěn)壓器207被設(shè)置為使得輸出電壓的最大值被抑制為小于導(dǎo)致二次電池204過(guò)充電的過(guò)充電電壓的預(yù)定電壓。在電源裝置200中，因?yàn)樵诙坞姵?04未達(dá)到完全充電狀態(tài)并因而被利用剩余電力正常充電時(shí)輸出電壓通過(guò)充電而被保持在小于過(guò)充電電壓的電壓，因此通過(guò)分流穩(wěn)壓器207的電壓限制未被執(zhí)行。另一方面，因?yàn)槭Ｓ嚯娏Ξ?dāng)二次電池204達(dá)到完全充電狀態(tài)時(shí)未通過(guò)充電被消耗而是被累積，因此輸出電壓立即開(kāi)始增長(zhǎng)并且試圖超過(guò)二次電池204 的過(guò)充電電壓。此時(shí)，分流穩(wěn)壓器207的電壓限制操作被立即展開(kāi)，并且剩余電力通過(guò)分流穩(wěn)壓器207被分流然后被分流穩(wěn)壓器207內(nèi)的電阻組件轉(zhuǎn)換為熱以被舍棄。結(jié)果，因?yàn)檩敵鲭妷罕槐３衷谛∮诙坞姵?04的過(guò)充電電壓的預(yù)定電壓，因此防止了二次電池204的過(guò)充電。在圖6(b)中示出的電源裝置300中，在太陽(yáng)能電池模塊201生成的電力被DC/DC 轉(zhuǎn)換器301轉(zhuǎn)換為合適電壓之后，由此得到的電壓被提供給負(fù)載203和二次電池204中的每一個(gè)。作為電源裝置300的特征，電源裝置300以如下方式被配置用于通過(guò)分割來(lái)自太陽(yáng)能電池模塊201的輸出電壓來(lái)給出基準(zhǔn)電壓Vref2的分割電阻器302和303被提供在 DC/DC轉(zhuǎn)換器301的輸入側(cè)，基準(zhǔn)電壓Vref2與內(nèi)建標(biāo)準(zhǔn)電壓之間的差異被誤差放大器304 放大，并且DC/DC轉(zhuǎn)換器的操作基于經(jīng)放大誤差的大小而被控制，來(lái)自太陽(yáng)能電池模塊201 的輸出電壓由此被保持在其最佳工作電壓。此外，通過(guò)分割輸出電壓來(lái)給出基準(zhǔn)電壓Vrefl的分割電阻器205和206以及通過(guò)比較基準(zhǔn)電壓Vrefl和標(biāo)準(zhǔn)電壓來(lái)檢測(cè)二次電池204的過(guò)充電的比較器305被提供在 DC/DC轉(zhuǎn)換器301的輸出側(cè)。另外，用于在比較器305檢測(cè)到過(guò)充電時(shí)停止轉(zhuǎn)換器的操作的“與”(AND)電路被提供在DC/DC轉(zhuǎn)換器中。因此，來(lái)自DC/DC轉(zhuǎn)換器301的輸出電壓被保持在小于引起二次電池204的過(guò)充電的電壓的預(yù)定電壓，因而防止了二次電池204的過(guò)充電。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利特開(kāi)平10-40931號(hào)公報(bào)(第2和7頁(yè)，圖1和4)
專利文獻(xiàn)2 日本專利特開(kāi)2005-210776號(hào)公報(bào)(第5頁(yè)特別是第0031段，圖1和 3)專利文獻(xiàn)3 日本專利特開(kāi)2006-67759號(hào)公報(bào)(第5、6及10-13頁(yè)，圖1_4及 15-18)。

發(fā)明內(nèi)容
在專利文獻(xiàn)2中提出的電源裝置100中，雖然當(dāng)太陽(yáng)能電池101生成的電力超過(guò)用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載104的電力時(shí)，二次電池106的過(guò)充電被過(guò)電流防止電路108防止，但是恐怕出現(xiàn)無(wú)處可去的剩余電力的累積。雖然在專利文獻(xiàn)2中描述了剩余電力被控制晶體管114 及其負(fù)載電阻器115消耗，但是無(wú)法對(duì)控制晶體管114尋找可與功率晶體管116的電流容量相比擬的電流容量。如果配置被適應(yīng)性修改使得具有可與功率晶體管116的電流容量相比擬的電流容量的晶體管被用作控制晶體管114，并且所有剩余電力通過(guò)控制晶體管114 及其負(fù)載電阻器115被分流，并且隨后被變換為將被丟棄的熱，那么盡管防止了剩余電力的累積，但是即使當(dāng)二次電池106未處于完全充電狀態(tài)時(shí)大量電力也通過(guò)控制晶體管114 和負(fù)載電阻器115被消耗，并且電源性能會(huì)惡化到不可接納的程度。因此，在電源裝置100中，當(dāng)二次電池106變?yōu)橥耆潆姞顟B(tài)時(shí)，變得無(wú)法取出太陽(yáng)能電池101生成的剩余電力，太陽(yáng)能電池101的能量轉(zhuǎn)換效率因而有效降低。結(jié)果，引起太陽(yáng)能電池101的溫度變得過(guò)高的問(wèn)題。就是說(shuō)，當(dāng)太陽(yáng)能電池101所吸收的光的能量為W 時(shí)，轉(zhuǎn)換為電力的效率是n。，并且所生成的所有電力被取出，在w中，未被轉(zhuǎn)換為電力而是變成引起太陽(yáng)能電池ιο 的溫度上升的熱能的能量％是Q0 = (i-n0)w另一方面，當(dāng)有效轉(zhuǎn)換效率由于剩余電力無(wú)法被取出而減小為η(< n0)時(shí)，變成熱能并因而引起太陽(yáng)能電池101的溫度上升的能量Q變?yōu)镼=(I-Jl)W因?yàn)橐韵玛P(guān)系被滿足，Q-Q0= (n0-n)ff >0因此，變?yōu)閮H用于轉(zhuǎn)換效率的有效減少的熱能并且引起太陽(yáng)能電池101的溫度上升的能量增加，太陽(yáng)能電池101的溫度因而上升。在專利文獻(xiàn)3中提出的電源裝置300的情況下，太陽(yáng)能電池模塊201所生成的電力超過(guò)用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載203的電力，因?yàn)镈C/DC轉(zhuǎn)換器301的操作在比較器305檢測(cè)到二次電池204的過(guò)充電時(shí)被停止，因此變得無(wú)法取出太陽(yáng)能電池模塊201的剩余電力，因而引起相同問(wèn)題。太陽(yáng)能電池的溫度上升在染料敏化型太陽(yáng)能電池中尤其變?yōu)閱?wèn)題。雖然在太陽(yáng)能電池中考慮到諸如遵循電力生成的劣化、光劣化和熱劣化之類的各種劣化原因，但是據(jù)報(bào)告在染料敏化型太陽(yáng)能電池中熱劣化由于溫度上升而迅速進(jìn)行(參考日本專利特開(kāi) 2005-158621 號(hào)公報(bào)，以及 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), U004)，137—144.)。因此，在染料敏化型太陽(yáng)能電池中，有必要抑制溫度上升。
在燃料電池中，剩余電力無(wú)法被取出的情況同樣變?yōu)榉浅４蟮膯?wèn)題。當(dāng)剩余電力無(wú)法被取出時(shí)，燃料電池的生成電流減小，并且燃料電池的陰極的電勢(shì)隨之上升。結(jié)果，造成如下可能性陰極表面上的氧化-還原平衡向氧化側(cè)移動(dòng)，因而諸如鉬之類的作為電極催化劑材料的金屬作為離子被洗脫。當(dāng)該情況長(zhǎng)時(shí)間繼續(xù)時(shí)，害怕陰極催化劑逐步慢慢融化掉(waste away)以至于從電極滴落。此外，還害怕洗脫的離子再沉淀在電解質(zhì)膜等內(nèi)以至于破壞電解質(zhì)膜。另一方面，在專利文獻(xiàn)3中提出的電源裝置200中，當(dāng)在太陽(yáng)能電池模塊201所生成的電力超過(guò)用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載203的電力的情況下二次電池204達(dá)到完全充電狀態(tài)時(shí)，剩余電力通過(guò)分流穩(wěn)壓器207被分流，并且隨后被變換為將被丟棄的熱。因此，防止了二次電池 204的過(guò)充電。此外，還防止了剩余電力變得無(wú)法被取出，太陽(yáng)能電池模塊201的轉(zhuǎn)換效率因而有效降低，從而不會(huì)引起太陽(yáng)能電池模塊201的溫度上升。然而，因?yàn)殡娫?00不包括諸如DC/DC轉(zhuǎn)換器等直流電壓轉(zhuǎn)換裝置，因而對(duì)能量效率、穩(wěn)定性和便利性的提高有限制。例如，當(dāng)二次電池204中的充電量更少，因而太陽(yáng)能電池模塊201的最佳工作電壓與二次電池204的電壓之間的差異較大時(shí)，在對(duì)二次電池204 的充電過(guò)程中變?yōu)閾p失的電力變大，因而系統(tǒng)的能量效率降低。此外，當(dāng)來(lái)自太陽(yáng)能電池模塊201的輸出電壓由于諸如多云天氣等工作條件變化而變得低于二次電池204的電壓時(shí)， 用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載203的電力是從二次電池204獨(dú)家提供的，因而可能導(dǎo)致太陽(yáng)能電池模塊201 生成的電力根本未被利用的狀態(tài)。此外，當(dāng)太陽(yáng)能電池模塊201的最佳工作電壓以及二次電池204的特性由于長(zhǎng)期變化等而改變時(shí)，原始性能受到顯著損害的可能性很高。如上所述，如下混合電源系統(tǒng)尚未被提出，其中太陽(yáng)能電池或燃料電池與二次電池彼此組合，并且二次電池被用作電力緩沖器，并且該系統(tǒng)即使當(dāng)存在二次電池的充電狀態(tài)的變化、工作條件的變化或者成員的長(zhǎng)期變化時(shí)也可以保持高能量效率，防止二次電池的過(guò)充電，并且抑制由于剩余電力的生成無(wú)法被取出而引起的太陽(yáng)能電池的熱劣化或者燃料電池中的陰極催化劑的洗脫。為了解決上述問(wèn)題而做出本發(fā)明，并且因而本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種混合電源系統(tǒng)，其中太陽(yáng)能電池或燃料電池與二次電池彼此組合，并且二次電池被用作電力緩沖器，并且該系統(tǒng)即使當(dāng)存在二次電池的充電狀態(tài)的變化、工作條件的變化或者組件的長(zhǎng)期變化時(shí)也可以保持高能量效率，防止二次電池的過(guò)充電，并且抑制由于剩余電力的生成無(wú)法被取出而引起的太陽(yáng)能電池的熱劣化或者燃料電池中的陰極催化劑的洗脫。就是說(shuō)，本發(fā)明涉及一種混合電源系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能電池模塊或者燃料電池模塊；直流電壓轉(zhuǎn)換裝置，用于在所述太陽(yáng)能電池模塊或所述燃料電池模塊被連接到輸入側(cè)、負(fù)載和二次電池被連接到輸出側(cè)并且所述太陽(yáng)能電池模塊或所述燃料電池模塊生成的生成電力被轉(zhuǎn)換為合適電壓之后向負(fù)載和二次電池提供該合適電壓；所述二次電池，其在所述直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)與所述負(fù)載并聯(lián)；以及分流電路，其在所述直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)與所述二次電池并聯(lián)，所述分流電路用于當(dāng)所述二次電池基本上處于完全充電狀態(tài)時(shí)將所述生成電力中未在所述負(fù)載中消耗的基本上所有剩余電力變換為熱以丟棄由此產(chǎn)生的熱。這里，“所述二次電池基本上處于完全充電狀態(tài)”中的“基本上處于完全充電狀態(tài)”意味著如下充電狀態(tài)，其中大致等于完全充電狀態(tài)下的電力的電力被累積，并且混合電源系統(tǒng)所需的性能在除了嚴(yán)格意義上的完全充電狀態(tài)之外的完全充電狀態(tài)下可被類似實(shí)現(xiàn)， 就是說(shuō)，意味著在系統(tǒng)性能方面被視為大致等于完全充電狀態(tài)的充電狀態(tài)也被包括在內(nèi)。 此外，“基本上所有剩余電力”中的“基本上所有”意味著“除了正常操作諸如短路防止電阻器和電壓檢測(cè)電阻器或控制電路之類的電路所需的、在電路中一定消耗的電力之外的所有電力”。在本發(fā)明的混合電源系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池模塊或者燃料電池模塊生成的生成電力被提供給彼此并聯(lián)的負(fù)載和二次電池中的每一個(gè)。另外，當(dāng)生成電力超過(guò)用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電力時(shí)，二次電池以剩余電力被存儲(chǔ)在二次電池終端的方式被充電。另一方面，當(dāng)生成電力降到用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電力之下時(shí)，二次電池被放電，并且負(fù)載被太陽(yáng)能電池模塊或燃料電池模塊和二次電池驅(qū)動(dòng)。結(jié)果，太陽(yáng)能電池模塊或燃料電池模塊無(wú)需應(yīng)對(duì)負(fù)載的最大功耗， 并且僅需要提供電子裝置的平均功耗。因此，可以使太陽(yáng)能電池模塊或者燃料電池模塊的尺寸最小化。在這種情況下，作為其特征，本發(fā)明的混合電源系統(tǒng)具有用于在生成電力被轉(zhuǎn)換為合適電壓之后向負(fù)載和二次電池提供合適電壓的直流電壓轉(zhuǎn)換裝置。結(jié)果，二次電池被充電時(shí)的損失可被抑制為最小。此外，當(dāng)二次電池被放電時(shí)，可以有效地利用太陽(yáng)能電池模塊或燃料電池模塊以及二次電池兩者。此外，即使當(dāng)諸如好天氣或多云天氣之類的工作條件改變或者即使當(dāng)組件的特性由于長(zhǎng)期變化等而改變時(shí)，也可以保持高能量效率。另外，作為其特征，本發(fā)明的混合電源系統(tǒng)具有分流電路，該分流電路在直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)與二次電池并聯(lián)，并且該分流電路在二次電池處于完全充電狀態(tài)時(shí)將未在負(fù)載中消耗的基本上所有剩余電力變換為熱以丟棄由此產(chǎn)生的熱。因此，防止了二次電池的過(guò)充電。此外，預(yù)防無(wú)法從太陽(yáng)能電池模塊或燃料電池模塊中取出剩余電力。結(jié)果，當(dāng)太陽(yáng)能電池模塊被使用時(shí)，防止了轉(zhuǎn)換到電力的效率被有效降低至引起溫度上升從而加速太陽(yáng)能電池模塊的熱劣化的程度。此外，當(dāng)燃料電池被使用時(shí)，防止了燃料電池的陰極電勢(shì)上升以由于陰極催化劑的洗脫而加速劣化。


圖1是示出基于本發(fā)明的實(shí)施例1及其修改示例的混合電源系統(tǒng)10(a)和混合電源系統(tǒng)11(b)的配置的示意圖；圖2是示出基于本發(fā)明的實(shí)施例2的混合電源系統(tǒng)20的配置的示意圖；圖3是示出基于本發(fā)明的實(shí)施例3的混合電源系統(tǒng)30的配置的示意圖(a)，以及示出太陽(yáng)能電池模塊的電力生成特性的示圖(b)；圖4是基于燃料電池和二次電池的電流-電壓特性來(lái)說(shuō)明專利文獻(xiàn)1中提出的電源系統(tǒng)的操作的圖示；圖5是示出在專利文獻(xiàn)2中提出的具有電池充電器以及電流控制電路107(b)的便攜式電源裝置100(a)的配置的示意圖；以及圖6是示出在專利文獻(xiàn)3中提出的利用太陽(yáng)能電池的電源裝置的配置的示意圖。
具體實(shí)施方式
在本發(fā)明的混合電源系統(tǒng)中，優(yōu)選將來(lái)自直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸出電壓設(shè)置為略高于二次電池的電壓?；蛘?，優(yōu)選通過(guò)直流電壓轉(zhuǎn)換裝置來(lái)控制直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸入側(cè)電壓以變成太陽(yáng)能電池模塊或燃料電池模塊的最佳工作電壓或其附近。此外，分流電路優(yōu)選由恒壓二極管組成，其齊納電壓是具有使得二次電池能夠基本上處于完全充電狀態(tài)的大小并且還具有防止二次電池的過(guò)充電狀態(tài)的大小的電壓?；蛘?，分流電路優(yōu)選由多個(gè)串聯(lián)的二極管組成，并且這些二極管的正向電壓降之和是具有使得二次電池能夠基本上處于完全充電狀態(tài)的大小并且還具有防止二次電池的過(guò)充電狀態(tài)的大小的電壓?；蛘?，分流電路優(yōu)選由具有由晶體管組成的分流路徑的分流穩(wěn)壓電路組成，并且施加在二次電池的端子兩側(cè)的電壓的最大值被該分流穩(wěn)壓電路限制為具有使得二次電池能夠基本上處于完全充電狀態(tài)的大小并且還具有防止二次電池的過(guò)充電狀態(tài)的大小的電壓。在這種情況下，優(yōu)選通過(guò)利用分割電阻器分割電壓而獲得的基準(zhǔn)電壓與分流穩(wěn)壓器所具有的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電壓之間的比較來(lái)設(shè)置受分流穩(wěn)壓電路限制的電壓的最大值。 此外，太陽(yáng)能電池優(yōu)選是染料敏化型太陽(yáng)能電池。此外，燃料電池優(yōu)選是直接甲醇燃料電池。此外，二次電池優(yōu)選是鋰離子電池。接下來(lái)，將參考附圖具體并詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。[實(shí)施例1]在實(shí)施例1中，將主要描述在權(quán)利要求1、2、4和5中描述的混合電源系統(tǒng)的示例。圖1 (a)是示出基于實(shí)施例1的混合電源系統(tǒng)10的配置的示意圖?；旌想娫聪到y(tǒng) 10由太陽(yáng)能電池模塊1、作為上面描述的直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的DC/DC轉(zhuǎn)換器2、二次電池4、 電阻器5和恒壓二極管6組成，并且太陽(yáng)能電池模塊1被連接到DC/DC轉(zhuǎn)換器2的輸入側(cè)， 并且負(fù)載3和二次電池4在DC/DC轉(zhuǎn)換器2的輸出側(cè)彼此并聯(lián)。在混合電源系統(tǒng)10中，在太陽(yáng)能電池模塊1生成的電力被DC/DC轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換為合適電壓之后，由此得到的合適電壓被提供給負(fù)載3和二次電池4。另外，當(dāng)生成電力超過(guò)用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載3的電力時(shí)，二次電池4被以剩余生成電力被存儲(chǔ)在二次電池4中的方式被充電。另一方面，當(dāng)生成電力降到用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載3的電力之下時(shí)，二次電池4被放電，使得負(fù)載3被太陽(yáng)能電池模塊1和二次電池4驅(qū)動(dòng)。結(jié)果，因?yàn)樘?yáng)能電池模塊1無(wú)需應(yīng)對(duì)負(fù)載3的最大功耗，并且僅需要提供負(fù)載3的平均功耗，因此可以使太陽(yáng)能電池模塊1的尺寸最小化。在這種情況下，優(yōu)選將來(lái)自DC/DC轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓設(shè)置為略高于二次電池4 的電壓。當(dāng)這種設(shè)定被采用時(shí)，二次電池4被充電時(shí)的損失可被抑制到最小。此外，當(dāng)二次電池4被放電時(shí)，可以有效地利用太陽(yáng)能電池模塊1和二次電池4兩者。因?yàn)榛旌想娫聪到y(tǒng) 10具有DC/DC轉(zhuǎn)換器2，因此可以做出這種精細(xì)控制并且可以實(shí)現(xiàn)高能量效率。此外，即使當(dāng)諸如好天氣或多云天氣之類的工作條件改變或者即使當(dāng)太陽(yáng)能電池模塊1和二次電池4 的特性由于長(zhǎng)期變化等而發(fā)生改變時(shí)，也可以滿足上面描述的條件并且保持高能量效率。此外，作為其特征，混合電源系統(tǒng)10具有恒壓二極管6，該恒壓二極管6作為分流電路在DC/DC轉(zhuǎn)換器2的輸出側(cè)與二次電池4相并聯(lián)。恒壓二極管6的齊納電壓是這樣一個(gè)電壓，該電壓具有使得二次電池4能夠基本上處于完全充電狀態(tài)的大小并且還具有防止二次電池4的過(guò)充電狀態(tài)的大小。結(jié)果，當(dāng)太陽(yáng)能電池模塊1所生成的電力超過(guò)用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載3的電力時(shí)，混合電源系統(tǒng)10執(zhí)行兩種不同操作以對(duì)應(yīng)于二次電池4的充電狀態(tài)。就是說(shuō)，當(dāng)二次電池4未達(dá)到基本上完全充電狀態(tài)時(shí)，剩余電力通過(guò)二次電池4的充電而被消耗。因此，在二次電池4的端子兩側(cè)形成的電壓被保持為足夠小于完全充電電壓，并且因而被防止超過(guò)齊納電壓。此時(shí)，僅導(dǎo)致很小的反向漏電流流過(guò)恒壓二極管6，因而大部分剩余電力被用于對(duì)二次電池4的充電。另一方面，當(dāng)二次電池4基本上達(dá)到完全充電狀態(tài)時(shí)，剩余電力未通過(guò)充電被消耗而是被累積。因此，在二次電池4的端子兩側(cè)形成的電壓立即開(kāi)始增長(zhǎng)，并且試圖超過(guò)齊納電壓。此時(shí)，立即使得齊納電流流過(guò)恒壓二極管6，并使得流經(jīng)電阻器5的電流增加。結(jié)果，因?yàn)殡娮杵?中的電壓降增大，因此在二次電池4的端子兩側(cè)形成的電壓被保持在齊納電壓。由于恒壓二極管6的電壓限制操作，二次電池4的充電在端子兩側(cè)形成的電壓達(dá)到齊納電壓時(shí)被自動(dòng)停止，因而防止了二次電池4被過(guò)充電。此外，剩余電力通過(guò)恒壓二極管 6被分流，然后被恒壓二極管6所具有的電阻組件變換為熱并被丟棄。因此，還防止了剩余電力變得無(wú)法被從太陽(yáng)能電池模塊1中取出，這會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率被有效降低從而引起溫度上升，并從而加速太陽(yáng)能電池模塊1的熱劣化。太陽(yáng)能電池模塊1的太陽(yáng)能電池優(yōu)選是染料敏化型太陽(yáng)能電池。先前提到，因?yàn)槿玖厦艋吞?yáng)能電池中易于產(chǎn)生熱劣化并因而有必要抑制溫度上升，因此本發(fā)明可被合適地應(yīng)用于染料敏化型太陽(yáng)能電池。此外，雖然在實(shí)施例1中已經(jīng)示出其中電力源是太陽(yáng)能電池模塊的示例，但是如先前提到，本發(fā)明也可被合適地應(yīng)用于沒(méi)有用于控制燃料供給的裝置的被動(dòng)型燃料電池。雖然燃料電池不受限制，但是燃料電池特別優(yōu)選是適合作為便攜式裝置的電源的直接甲醇燃料電池。此外，上面描述的二次電池優(yōu)選是鋰離子電池。鋰離子電池作為用于本系統(tǒng)的二次電池是最優(yōu)選的，這是因?yàn)檩敵雒芏却蟛⑶乙蚨沙潆婋妷号c放電電壓之間的差異引起的損失與鎳氫電池、鎳鎘電池等相比更少。雖然根據(jù)組成以及電極而不同，但是鋰離子電池的完全充電電壓是大約4. 0至大約4. 2V。此外，過(guò)充電電壓是通過(guò)向完全充電電壓添加0. 1 至0. 2V而獲得的電平。當(dāng)完全充電電壓是4. 2V并且過(guò)充電電壓是4. 4V的鋰離子電池被用作上面描述的二次電池時(shí)，恒壓二極管6的齊納電壓優(yōu)選被設(shè)置在大約4. 1到大約4. 2V 的范圍內(nèi)。當(dāng)齊納電壓是4. 2V時(shí)，鋰離子電池可被充電至完全充電狀態(tài)。當(dāng)齊納電壓等于或者大于4. IV并且小于4. 2V時(shí)，雖然鋰離子電池?zé)o法被充電至嚴(yán)格意義上的完全充電狀態(tài)，但是大約等于完全充電狀態(tài)下的電力的電力可被累積，鋰離子電池因而可被充電至基本上完全充電狀態(tài)，其中可以實(shí)現(xiàn)類似于完全充電狀態(tài)的混合電源系統(tǒng)10所需的性能。這些優(yōu)選實(shí)施例基于恒壓二極管6的制造精度、所需的系統(tǒng)性能等被合適地選擇。此外，來(lái)自 DC/DC轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓優(yōu)選被設(shè)置為一大小以使得由電池的內(nèi)部電阻R引起的電壓降 AV(= IR;然而，I是流過(guò)電池的充電或放電電流)(在充電階段)被添加到鋰離子電池的開(kāi)路電壓或者(在放電階段)被從鋰離子電池的開(kāi)路電壓減去。在這種情況下，混合電源系統(tǒng)10可以最高能量效率操作。
圖1 (b)是示出基于實(shí)施例1的修改示例的混合電源系統(tǒng)11的配置的示意圖。該示例對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求5并且是如下示例，其中正向串聯(lián)的多個(gè)二極管7被提供作為上面描述的分流電路以代替恒壓二極管6。這些二極管的正向電壓降之和是具有使得二次電池4 能夠基本上處于完全充電狀態(tài)的大小并且還具有防止二次電池4的過(guò)充電狀態(tài)的大小的電壓。在混合電源系統(tǒng)11中，當(dāng)二次電池4變成完全充電狀態(tài)并且來(lái)自DC/DC轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓試圖超過(guò)引起過(guò)充電的電壓時(shí)，正向電流立即流過(guò)二極管排7。因此，獲得了與混合電源系統(tǒng)10中的那些效果相同的效果。[實(shí)施例2]在實(shí)施例2中，將主要描述在權(quán)利要求6和7中描述的混合電源系統(tǒng)的示例。圖2是示出基于實(shí)施例2的混合電源系統(tǒng)20的配置的示意圖?；旌想娫聪到y(tǒng)20 由太陽(yáng)能電池模塊1、作為上面描述的直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的DC/DC轉(zhuǎn)換器2、二次電池4、電阻器5、分割電阻器21和22以及分流穩(wěn)壓電路23組成。在混合電源系統(tǒng)20中，分流穩(wěn)壓電路23被用作上面描述的分流電路以代替恒壓二極管6，并且提供了分割電阻器21和22。 因?yàn)槌酥獾牟糠峙c混合電源系統(tǒng)10中的那些相同，因此將主要描述不同點(diǎn)。如在放大圖中示出，分流穩(wěn)壓電路23由分流路徑組成，該分流路徑由與二次電池 4并聯(lián)的晶體管M、用于生成標(biāo)準(zhǔn)電壓Vs的標(biāo)準(zhǔn)電壓生成部分25、誤差放大器沈等組成。 分割電阻器21和22分割在二次電池4的端子兩側(cè)形成的電壓以給出被施加于基準(zhǔn)電壓端 REF的基準(zhǔn)電壓Vrefl。當(dāng)Vrefl小于Vs時(shí)，因?yàn)閂refl與Vs之間的差異被誤差放大器沈放大并且由此得到的差異隨后被施加于晶體管M的基極端，因此晶體管M變?yōu)橥耆P(guān)斷(OFF)狀態(tài)。另一方面，當(dāng)Vrefl大于Vs時(shí)，因?yàn)閂refl與Vs之間的差異被誤差放大器沈放大并且由此得到的差異隨后被施加于晶體管M的基極端，因此晶體管M變?yōu)閷?dǎo)通(ON)狀態(tài)。因此， 因?yàn)殡娏髁鬟^(guò)由晶體管M組成的分流路徑，因此流過(guò)電阻器5的電流增大。結(jié)果，電阻器 5中的電壓降變大，在分流穩(wěn)壓電路23的陽(yáng)極端A與陰極端K兩側(cè)形成的電壓因而減小至滿足以下關(guān)系的大小Vrefl = Vs當(dāng)令Vmax是該電壓，并且分割電阻器21和22的電阻值被分別認(rèn)為是R21和R22 時(shí)，Vmax由以下表達(dá)式給出Vmax = (R21/R22+1) Vs在混合電源系統(tǒng)20中，R21和R22被合適地選擇，Vmax由此被設(shè)置為使得二次電池4能夠變成基本上完全充電狀態(tài)并且防止二次電池4的過(guò)充電狀態(tài)的大小。結(jié)果，當(dāng)太陽(yáng)能電池模塊1的生成電力超過(guò)用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載3的電力時(shí)，混合電源系統(tǒng)20執(zhí)行兩種不同操作以對(duì)應(yīng)于二次電池4的充電狀態(tài)。就是說(shuō)，當(dāng)二次電池4未達(dá)到基本上完全充電狀態(tài)時(shí)，剩余電力通過(guò)二次電池4的充電而被消耗。因此，在二次電池4的端子兩側(cè)形成的電壓被保持為足夠小于完全充電電壓，并且因而防止了變得等于或者大于Vmax。此時(shí)，因?yàn)橐韵玛P(guān)系成立Vrefl < Vs因此晶體管M處于完全關(guān)斷狀態(tài)。因此，流過(guò)由晶體管M組成的分流路徑的電流極小，因而幾乎所有剩余電力都被用于對(duì)二次電池4的充電。
另一方面，當(dāng)二次電池4基本上達(dá)到完全充電狀態(tài)時(shí)，剩余電力未通過(guò)充電被消耗而是被累積。因此，在二次電池4的端子兩側(cè)形成的電壓立即開(kāi)始增大，并且試圖超過(guò) Vmax0此時(shí)，因?yàn)橐韵玛P(guān)系成立Vrefl > Vs因此晶體管M立即變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，電流流過(guò)晶體管24，并且流經(jīng)電阻器5的電流因而增加。結(jié)果，因?yàn)殡娮杵?中的電壓降增大，因此在分流穩(wěn)壓電路23的陽(yáng)極端A與陰極端K兩側(cè)形成的電壓被保持為等于用來(lái)滿足以下關(guān)系的大小，Vrefl = Vs即Vmax。由于分流穩(wěn)壓電路23的電壓限制操作，二次電池4的充電在端子兩側(cè)形成的電壓達(dá)到Vmax時(shí)被自動(dòng)停止，因而防止了二次電池4的過(guò)充電。此外，剩余電力通過(guò)晶體管M被分流，然后被晶體管M所具有的電阻組件變換為熱并被丟棄。因此，還防止了剩余電力變得無(wú)法被從太陽(yáng)能電池模塊1中取出，這會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率被有效降低從而引起溫度上升，并從而加速太陽(yáng)能電池模塊1的熱劣化。當(dāng)完全充電電壓是4. 2V并且過(guò)充電電壓是4. 4V的鋰離子電池被用作上面描述的二次電池時(shí)，Vmax優(yōu)選被設(shè)置為大約4. 2V。結(jié)果，鋰離子電池可被充電至完全充電狀態(tài)，因而可以實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)性能。雖然在圖2中示出了其中晶體管M是雙極晶體管的示例，但是晶體管M也可以是場(chǎng)效應(yīng)晶體管。雖然分流穩(wěn)壓電路23可由一個(gè)或多個(gè)分立組件組成，但是使用可以商業(yè)方式獲得的分流穩(wěn)壓器IC(集成)元件是方便的。此外，彼此串聯(lián)的電阻器和晶體管M可被與二次電池4并聯(lián)，并且剩余電力的一部分可變?yōu)殡娮杵髦械臒帷＿@種配置的采用是希望的，這是因?yàn)榫w管M中的熱生成變小。分流穩(wěn)壓電路23以如上所述的方式被使用，由此可以類似于實(shí)施例1地配置混合電源系統(tǒng)20。使用該分流穩(wěn)壓電路23的系統(tǒng)20是具有最高實(shí)用性的系統(tǒng)，其中Vmax可被精確設(shè)置且能量損失小，等等。雖然圖1(a)中示出的使用恒壓二極管6的系統(tǒng)10在電路方面簡(jiǎn)單，但是因?yàn)榧词巩?dāng)二次電池4未處于完全充電狀態(tài)時(shí)也導(dǎo)致很小的反向電流流動(dòng)，因此能量效率與使用分流穩(wěn)壓電路23的系統(tǒng)相比有所降低。圖1(b)中示出的使用一般二極管的系統(tǒng)11具有難以精確確定所要限制的電壓的缺點(diǎn)。[實(shí)施例3]在實(shí)施例3中，將主要描述在權(quán)利要求3中描述的混合電源系統(tǒng)的示例。圖3(a)是示出基于本發(fā)明的實(shí)施例3的混合電源系統(tǒng)30的配置的示意圖?；旌想娫聪到y(tǒng)30由太陽(yáng)能電池模塊1、作為上面描述的直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的DC/DC轉(zhuǎn)換器31、 二次電池4、分割電阻器21和22以及分流穩(wěn)壓電路23組成。在混合電源系統(tǒng)30中，DC/ DC轉(zhuǎn)換器31被使用以代替在混合電源系統(tǒng)10和20中的每一個(gè)中使用的DC/DC轉(zhuǎn)換器2， 并且電阻器5被省略。因?yàn)槌酥獾牟糠峙c混合電源系統(tǒng)20中的那些相同，因此將主要描述不同點(diǎn)。如先前提到，來(lái)自DC/DC轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓被設(shè)置為略高于二次電池4的電壓。 在這種情況下，雖然通常可以通過(guò)對(duì)輸出電流等的限制來(lái)對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器2的輸入側(cè)電壓進(jìn)行某些控制，但是無(wú)法精確確定該電壓。就是說(shuō)，雖然輸出電壓被DC/DC轉(zhuǎn)換器2保持恒定，但是輸入側(cè)電壓是不確定的。
另一方面，在混合電源系統(tǒng)30中使用的DC/DC轉(zhuǎn)換器31具有將與太陽(yáng)能電池模塊1相連的輸入側(cè)的電壓控制在太陽(yáng)能電池模塊1的最佳工作電壓或其附近的功能。因此，DC/DC轉(zhuǎn)換器31被以如下方式配置例如，像圖6(b)中示出的DC/DC轉(zhuǎn)換器301 — 樣，用于分割來(lái)自太陽(yáng)能電池模塊1的輸出電壓以給出基準(zhǔn)電壓的分割電阻器被提供在輸入側(cè)，基準(zhǔn)電壓與內(nèi)建標(biāo)準(zhǔn)電壓之間的差異被誤差放大器放大，并且DC/DC轉(zhuǎn)換器的操作基于由此得到的差異的大小而被控制，輸入側(cè)電壓由此被保持在預(yù)定大小。具體而言，在商業(yè)上作為電池充電器IC提供的LT3652(產(chǎn)品名；由線性技術(shù)公司(Linear Technology Corporation)制造)等可被用作DC/DC轉(zhuǎn)換器31。因?yàn)镈C/DC轉(zhuǎn)換器31的輸出側(cè)電壓變得不確定，因此可以在混合電源系統(tǒng)30中省略在混合電源系統(tǒng)10和20中的每一個(gè)中提供的電阻器5。在這種情況下，當(dāng)二次電池 4未達(dá)到基本上完全充電狀態(tài)并且分流穩(wěn)壓電路23的晶體管M因而處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，DC/ DC轉(zhuǎn)換器31的輸出側(cè)電壓通過(guò)二次電池4的開(kāi)路電壓、二次電池4的內(nèi)部電阻和DC/DC轉(zhuǎn)換器31的輸出阻抗被自動(dòng)調(diào)節(jié)。另一方面，當(dāng)二次電池4達(dá)到完全充電狀態(tài)時(shí)，晶體管M 立即變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，并且DC/DC轉(zhuǎn)換器31的輸出側(cè)電壓被保持為等于Vmax。由于分流穩(wěn)壓電路23的電壓限制操作，防止了二次電池4的過(guò)充電。此外，因?yàn)槭Ｓ嚯娏νㄟ^(guò)晶體管 M被分流，因此防止了剩余電力變得無(wú)法被從太陽(yáng)能電池模塊1中取出，這會(huì)導(dǎo)致造成溫度上升，從而加速太陽(yáng)能電池模塊1的熱劣化。圖3(b)是示出太陽(yáng)能電池模塊1的電力生成特性的示例的示圖(b)。因?yàn)樘?yáng)能電池沒(méi)有存儲(chǔ)能量的功能，因此為了充分利用輻射光，優(yōu)選使太陽(yáng)能電池針對(duì)負(fù)載3所要求的電力盡可能多地在高輸出連續(xù)生成電力。因此，在具有圖3(b)所示電力生成特性的太陽(yáng)能電池模塊1的情況下，太陽(yáng)能電池模塊1優(yōu)選以生成電壓通常在大約4. IV的電平變得恒定的方式工作。在混合電源系統(tǒng)30中，因?yàn)檩斎雮?cè)電壓可被DC/DC轉(zhuǎn)換器31的輸入側(cè)上提供的分割電阻器控制為通常在大約4. IV的電平變得恒定，因此被輻射到太陽(yáng)能電池模塊1的光可被以最高效率轉(zhuǎn)換為電力。雖然目前已經(jīng)基于實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是不言而喻的是，基于本發(fā)明的技術(shù)想法在不脫離本發(fā)明主題的情況下可以適當(dāng)?shù)馗淖兩厦婷枋龅氖纠?biāo)號(hào)說(shuō)明1...太陽(yáng)能模塊，2. ..DC/DC轉(zhuǎn)換器，3...負(fù)載，4... 二次電池，5...電阻器， 6...恒壓二極管，7...多個(gè)串聯(lián)的二極管，10、11、20...混合電源系統(tǒng)，21、22...分割電阻器，23...分流穩(wěn)壓電路，24...晶體管，25...標(biāo)準(zhǔn)電壓生成部分，26...誤差放大器， 30...混合電源系統(tǒng)，31...DC/DC轉(zhuǎn)換器，100...具有電池充電器的便攜式電源裝置， 101...太陽(yáng)能電池，102. ..DC/DC轉(zhuǎn)換器(回流防止二極管)，103...電氣雙層電容器， 104. · ·負(fù)載，105. · · DC/DC轉(zhuǎn)換器，106. · · 二次電池，107. · ·電流控制電路，108. · ·過(guò)電流防止電路，109. ..DC/DC轉(zhuǎn)換器，111、112...分割電阻器，113...恒壓二極管，114...控制晶體管，115...負(fù)載電阻，116...功率晶體管，200...電源裝置，201...太陽(yáng)能電池模塊， 202. · ·回流防止二極管，203. · ·負(fù)載，204. · · 二次電池，205、206. · ·分割電阻器，207. · ·分流穩(wěn)壓器，300...電源裝置，301...00/1)(轉(zhuǎn)換器，302、303...分割電阻器，304...誤差放大器，305...比較器，A...分流穩(wěn)壓電路23的陽(yáng)極端，K...分流穩(wěn)壓電路23的陰極端， REF. · ·分流穩(wěn)壓電路23的基準(zhǔn)電壓端，VrefU Vref2. · ·基準(zhǔn)電壓，X. · ·交叉點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種混合電源系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能電池模塊或者燃料電池模塊；直流電壓轉(zhuǎn)換裝置，用于在所述太陽(yáng)能電池模塊或所述燃料電池模塊被連接到輸入側(cè)、負(fù)載和二次電池被連接到輸出側(cè)并且所述太陽(yáng)能電池模塊或所述燃料電池模塊所生成的生成電力被轉(zhuǎn)換為合適電壓之后向所述負(fù)載和所述二次電池提供該合適電壓；所述二次電池，其在所述直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)與所述負(fù)載并聯(lián)；以及分流電路，其在所述直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸出側(cè)與所述二次電池并聯(lián)，所述分流電路用于當(dāng)所述二次電池基本上處于完全充電狀態(tài)時(shí)將所述生成電力中未在所述負(fù)載中消耗的基本上所有剩余電力變換為熱以丟棄由此產(chǎn)生的熱。
2.如權(quán)利要求1所述的混合電源系統(tǒng)，其中，來(lái)自所述直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸出電壓被設(shè)置為略高于所述二次電池的電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的混合電源系統(tǒng)，其中，所述直流電壓轉(zhuǎn)換裝置的輸入側(cè)電壓被控制以變成所述太陽(yáng)能電池模塊或所述燃料電池模塊的最佳工作電壓或其附近。
4.如權(quán)利要求1所述的混合電源系統(tǒng)，其中，所述分流電路由恒壓二極管組成，該恒壓二極管的齊納電壓是具有使得所述二次電池能夠基本上處于完全充電狀態(tài)的大小并且還具有防止所述二次電池的過(guò)充電狀態(tài)的大小的電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的混合電源系統(tǒng)，其中，所述分流電路由多個(gè)串聯(lián)的二極管組成， 并且所述二極管的正向電壓降之和是具有使得所述二次電池能夠基本上處于完全充電狀態(tài)的大小并且還具有防止所述二次電池的過(guò)充電狀態(tài)的大小的電壓。
6.如權(quán)利要求1所述的混合電源系統(tǒng)，其中，所述分流電路由具有由晶體管組成的分流路徑的分流穩(wěn)壓電路組成，并且施加在所述二次電池的端子兩側(cè)的電壓的最大值被所述分流穩(wěn)壓電路控制，以變?yōu)榫哂惺沟盟龆坞姵啬軌蚧旧咸幱谕耆潆姞顟B(tài)的大小并且還具有防止所述二次電池的過(guò)充電狀態(tài)的大小的電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的混合電源系統(tǒng)，其中，通過(guò)利用分割電阻器分割電壓而獲得的基準(zhǔn)電壓與所述分流穩(wěn)壓器所具有的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電壓之間的比較來(lái)設(shè)置受所述分流穩(wěn)壓電路控制的電壓的最大值。
8.如權(quán)利要求1所述的混合電源系統(tǒng)，其中，所述太陽(yáng)能電池是染料敏化型太陽(yáng)能電池。
9.如權(quán)利要求1所述的混合電源系統(tǒng)，其中，所述燃料電池是直接甲醇燃料電池。
10.如權(quán)利要求1所述的混合電源系統(tǒng)，其中，所述二次電池是鋰離子電池。
全文摘要
提供了一種混合電源系統(tǒng)，其中太陽(yáng)能電池或燃料電池與二次電池彼此組合，并且二次電池被用作電力緩沖器，并且該系統(tǒng)即使當(dāng)存在二次電池的充電狀態(tài)的變化、工作條件的變化或者組件的長(zhǎng)期變化時(shí)也可以保持高能量效率，防止二次電池的過(guò)充電，并且抑制由于剩余電力的生成無(wú)法被取出而引起的太陽(yáng)能電池或燃料電池的熱劣化。該混合電源系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池模塊1或者燃料電池模塊；DC/DC轉(zhuǎn)換器(2)，其在將模塊生成的電力轉(zhuǎn)換為合適電壓之后向負(fù)載(3)和二次電池(4)提供該合適電壓；二次電池(4)；以及分流電路(恒壓二極管(6)或者分流穩(wěn)壓IC)，其與所述二次電池(4)并聯(lián)，并且當(dāng)所述二次電池(4)基本上處于完全充電狀態(tài)時(shí)將所述生成電力中未在所述負(fù)載(3)中消耗的基本上所有剩余電力變換為熱以丟棄由此產(chǎn)生的熱。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102498635SQ20108004041
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者井上芳明, 志村重輔 申請(qǐng)人:索尼公司