獨立電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種獨立電源系統(tǒng)，即使在發(fā)電元件的發(fā)電量較小的情況下，也在短時間內(nèi)啟動發(fā)電控制電路，在短時間內(nèi)向負(fù)載裝置供給電力。獨立電源系統(tǒng)(1)具備：發(fā)電控制電路(4)，其控制發(fā)電元件(2)的發(fā)電效率；蓄電元件群(C1～C6)，其充電通過發(fā)電元件(2)發(fā)生的電力；充電控制電路(5)，其控制蓄電元件群的充電動作和放電動作。蓄電元件群具有向發(fā)電控制電路(4)和充電控制電路(5)供給電力的一次蓄電元件(C1)和向負(fù)載裝置(10)供給電力的二次蓄電元件(C2～C5)。將通過發(fā)電元件(2)發(fā)生的電力優(yōu)先對一次蓄電元件(C1)充電后，從一次蓄電元件對二次蓄電元件充電。一次蓄電元件的電容值小于二次蓄電元件的電容值。
【專利說明】獨立電源系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用發(fā)電元件向電子設(shè)備供給電力的獨立電源系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在電力供給困難的被隔離的場所設(shè)置電子設(shè)備時，通過搭載具有太陽能電池等發(fā)電元件的獨立電源系統(tǒng)，能夠不從外部接受商用電源的供給而進行無人運轉(zhuǎn)，因此是有用的。作為這樣的電源系統(tǒng)，在專利文獻I中記載了即使在陰天時的日照時間變動較多的情況下也能夠效率良好地從太陽能電池取出電力的電源裝置。因此，在專利文獻I中記載了根據(jù)日照量的變動向構(gòu)成蓄電部的蓄電池以及多個電容器(電容器模塊)中的某一方充電由太陽能電池產(chǎn)生的電力，或者，根據(jù)從太陽能電池取出的充電電流計算電容器的充電時間，依次切換多個電容器的技術(shù)。
[0003]在所述專利文獻I中，為了從太陽能電池效率良好地取出電力，具備被稱為MPPT(Maximum Power Point Tracking,最大功率點跟蹤)充電部的發(fā)電控制電路。在獨立電源系統(tǒng)中，該發(fā)電控制電路當(dāng)然也采用被供給太陽能電池的發(fā)電電力的一部分而動作的結(jié)構(gòu)。然而，為了使發(fā)電控制電路正常地動作，需要供給最低限的電壓(以下，稱為控制開始電壓)。當(dāng)太陽能電池的發(fā)電量較小時，供給電壓達到控制開始電壓為止需要較長時間，在到此為止的期間，發(fā)電控制電路不啟動，不得不在效率較低的狀態(tài)下使用太陽能電池。因此，存在向電子設(shè)備(負(fù)載裝置)的電力供給相應(yīng)地延遲的課題。在專利文獻I中沒有考慮這一課題。以下，使用附圖對這一課題進行說明。
[0004]圖5是表示作為現(xiàn)有的具備一般的獨立電源系統(tǒng)的電子設(shè)備，在后述的實施例中采用的無線傳感器終端的結(jié)構(gòu)的圖。無線傳感器終端200作為獨立電源系統(tǒng)，具有發(fā)電元件2、發(fā)電控制電路4、蓄電元件CO、電壓監(jiān)視電路11以及電源輸出部9，向負(fù)載裝置10供給電力。負(fù)載裝置10為了實現(xiàn)傳感器功能，具有傳感器10a、AD轉(zhuǎn)換器10b、CPUlOc、無線部 1d0
[0005]發(fā)電元件2發(fā)生的電力通過發(fā)電控制電路4對蓄電元件CO充電。發(fā)電控制電路4進行MPPT控制或升壓等，控制成使發(fā)電元件2能夠高效率地進行發(fā)電。電壓監(jiān)視電路11監(jiān)視對蓄電元件CO充電的電壓V0，若檢測到達到了驅(qū)動負(fù)載裝置10所需的足夠的電壓，則操作開關(guān)S0，經(jīng)由電源輸出部9向負(fù)載裝置10供給電力。在此，獨立電源系統(tǒng)也通過由發(fā)電元件2發(fā)電且對蓄電元件CO充電的電力使發(fā)電控制電路4動作。然而，想要發(fā)電控制電路4正常動作，需要施加預(yù)定的電壓(控制開始電壓)。發(fā)電元件2開始發(fā)電，蓄電元件CO的電壓VO達到控制開始電壓為止需要預(yù)定的時間，向負(fù)載裝置10的電力供給定時相應(yīng)地延遲。
[0006]圖6是表不圖5中的蓄電兀件CO的蓄電電壓VO的時間變化的圖。將用于啟動發(fā)電控制電路4的控制開始電壓設(shè)成Vc。在時間t0開始發(fā)電，將蓄電電壓VO達到控制開始電壓Vc的時間設(shè)成11。在t0?11的期間發(fā)電控制電路4沒有啟動，所以發(fā)電元件2的發(fā)電效率(每單位時間的發(fā)電量)較低。時間tl后發(fā)電控制電路4啟動，所以發(fā)電元件2的發(fā)電效率變高。由發(fā)電元件2的發(fā)電量和蓄電元件CO的電容值決定蓄電電壓VO達到Vc的時間tl。
[0007]在發(fā)電元件2收集環(huán)境能量(例如環(huán)境光)來進行發(fā)電的方式中，發(fā)電量本來就微小，因此到tl為止的期間不得不延長。另一方面，將蓄電元件CO作為負(fù)載裝置10的電源使用，因此需要配合負(fù)載裝置10的消耗電力以足夠的電容值構(gòu)成蓄電元件CO。當(dāng)使蓄電元件CO的電容變大時，時間tl與其成比例地增加到tl’。即，不論考慮哪個因素，都存在向負(fù)載裝置10供給必要的電力為止的待機時間延長的問題。
[0008]專利文獻1:日本特開2010-104117號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的是提供一種即使在發(fā)電元件的發(fā)電量較小的情況下，也能在短時間內(nèi)啟動發(fā)電控制電路，能夠在短時間內(nèi)向負(fù)載裝置供給電力的獨立電源系統(tǒng)。
[0010]在本發(fā)明的一種將通過發(fā)電元件發(fā)生的電力供給到負(fù)載裝置的獨立電源系統(tǒng)中，具備:發(fā)電控制電路，其控制發(fā)電元件的發(fā)電效率；蓄電元件群，其充電通過發(fā)電元件發(fā)生的電力；以及充電控制電路，其控制蓄電元件群的充電動作和放電動作，蓄電元件群具有向發(fā)電控制電路和充電控制電路供給電力的一次蓄電元件和向負(fù)載裝置供給電力的二次蓄電兀件，在通過發(fā)電兀件發(fā)生的電力優(yōu)先向一次蓄電兀件充電后，從一次蓄電兀件向二次蓄電元件充電。在此，一次蓄電元件的電容值小于二次蓄電元件的電容值。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種即使在發(fā)電元件的發(fā)電量較小的情況下，也能在短時間內(nèi)啟動發(fā)電控制電路，能夠在短時間內(nèi)向負(fù)載裝置供給電力的獨立電源系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是表示具備本實施例的獨立電源系統(tǒng)的無線傳感器終端的結(jié)構(gòu)的圖。
[0013]圖2是說明各蓄電元件的放電可否判定方法的圖。
[0014]圖3是表示用于決定要充電的蓄電元件的充電控制規(guī)則的圖。
[0015]圖4是示意性地表示依次對蓄電元件充電時的各蓄電元件的電壓變化的圖。
[0016]圖5是表示具備一般的獨立電源系統(tǒng)的無線傳感器終端的結(jié)構(gòu)的圖。
[0017]圖6是表示圖5中的蓄電元件CO的蓄電電壓VO的時間變化的圖。
[0018]符號說明
[0019]I獨立電源系統(tǒng)
[0020]2發(fā)電元件
[0021]3電源控制電路
[0022]4發(fā)電控制電路
[0023]5充電控制電路
[0024]9電源輸出部
[0025]10負(fù)載裝置
[0026]11電壓監(jiān)視電路
[0027]100、200無線傳感器終端
[0028]CO?C6蓄電元件
[0029]SO ?SlO 開關(guān)

【具體實施方式】
[0030]以下，以具備獨立電源系統(tǒng)的無線傳感器終端為例說明本發(fā)明的實施方式。
[0031]圖1是表示具備本實施例的獨立電源系統(tǒng)的無線傳感器終端的結(jié)構(gòu)的圖。無線傳感器終端100是具備獨立電源系統(tǒng)1，通過其發(fā)電電力使負(fù)載裝置10動作來實現(xiàn)傳感器功能的終端。傳感器功能測定周圍的各種物理量，并將測定結(jié)果通過無線方式發(fā)送給外部設(shè)備。
[0032]獨立電源系統(tǒng)I具備太陽能電池等發(fā)電元件2和將來自發(fā)電元件2的發(fā)電電力供給到負(fù)載裝置10的電源控制電路3。
[0033]發(fā)電元件2是收集環(huán)境光、振動、熱、電波等環(huán)境能量并將其轉(zhuǎn)換成電能量的元件。除了太陽能電池外，例如也可以是振動發(fā)電元件、熱電元件等。此外，為了不僅收集單一種類的環(huán)境能量，還收集多種類的環(huán)境能量，可以連接不同的發(fā)電元件來構(gòu)成。一般，環(huán)境能量微小且不穩(wěn)定。因此，發(fā)電元件2能夠供給的電力是數(shù)十?數(shù)百yW的微小電力，此夕卜，由于環(huán)境的變動，也很難穩(wěn)定地進行供給。因此，需要通過后述的發(fā)電控制電路4效率良好地取出電力。
[0034]電源控制電路3控制發(fā)電元件2的發(fā)電，并且將來自發(fā)電元件2的發(fā)電電力充電到蓄電元件中后，將電力供給到負(fù)載裝置10的各負(fù)載塊。電源控制電路3由發(fā)電控制電路4、充電控制電路5、蓄電元件Cl?C6、電源輸出部9以及開關(guān)SI?SlO構(gòu)成。
[0035]發(fā)電控制電路4控制發(fā)電元件2，例如通過MPPT (最大功率點跟蹤)控制進行高效率的發(fā)電。將環(huán)境能量轉(zhuǎn)換成電能量的發(fā)電元件2，一般取出的能量的量根據(jù)負(fù)載的大小而變化。因此，發(fā)電控制電路4根據(jù)發(fā)電狀態(tài)調(diào)整負(fù)載電阻，由此使發(fā)電元件2的發(fā)電效率最大化。此外，發(fā)電控制電路4根據(jù)需要進行發(fā)電元件2的發(fā)電電壓的升壓、降壓、整流。將從發(fā)電控制電路4輸出的發(fā)電電力充電給蓄電元件Cl。
[0036]充電控制電路5操作開關(guān)SI?S6，將充電到蓄電元件Cl的電力依次對蓄電元件C2?C6充電。此外，與該充電動作并行地操作開關(guān)S7?SlO (開關(guān)群8)，將充電到蓄電元件C2?C5的電力輸出給電源輸出部9的各塊9a?9d，供給到對應(yīng)的負(fù)載裝置10的各負(fù)載塊1a?10d。此時，監(jiān)視蓄電元件Cl?C6各自的電壓狀態(tài)Vl?V6，并將其與預(yù)先設(shè)定的閾值Va、Vb進行比較來判定可放電/不可放電。然后，根據(jù)充電控制規(guī)則和負(fù)載裝置10側(cè)的要求規(guī)格，操作開關(guān)SI?SlO來控制蓄電元件Cl?C6的充電和放電。此外，在充電控制規(guī)則中，設(shè)置針對蓄電元件Cl?C6的充電動作的優(yōu)先順序，Cl的優(yōu)先度最高，接著是C2、C3……。對于充電控制電路5的充電控制，在后面進行詳細(xì)的敘述。
[0037]在此，開關(guān)SI?SlO針對出入蓄電元件的電荷，以在接通狀態(tài)下流動，在斷開狀態(tài)下切斷流動的方式進行控制。開關(guān)中使用電場效應(yīng)晶體管等一般的開關(guān)元件，但優(yōu)選接通時電阻較小，斷開時電阻較大。
[0038]功能上，將蓄電元件Cl?C6分類成三種元件，蓄電元件Cl稱為“一次蓄電元件”，蓄電元件C2?C5(用符號7表示)稱為“二次蓄電元件”，蓄電元件C6稱為“三次蓄電元件”。作為一次蓄電元件的蓄電元件Cl，充電由發(fā)電元件2發(fā)生并從發(fā)電控制電路4輸出的電力(即積蓄電荷)。當(dāng)蓄電元件Cl的電壓達到預(yù)定值時，將積蓄在蓄電元件Cl中的電荷經(jīng)由開關(guān)SI?S6供給到二次蓄電元件即蓄電元件C2?C5以及三次蓄電元件即蓄電元件C6。二次蓄電元件，對應(yīng)于負(fù)載裝置10的塊結(jié)構(gòu)地并聯(lián)連接多個蓄電元件C2?C5。作為三次蓄電元件的蓄電元件C6是在發(fā)電元件2成為無法發(fā)電的狀態(tài)時向蓄電元件Cl以及蓄電元件C2?C5供給電荷的備用蓄電元件。將針對二次蓄電元件即蓄電元件C2?C5的輸入側(cè)開關(guān)S2?S5表示成開關(guān)群6，將輸出側(cè)開關(guān)S7?SlO表示成開關(guān)群8。以下，對各蓄電元件的電容設(shè)定和動作進行說明。
[0039]作為一次蓄電元件的蓄電元件Cl將積蓄的電荷供給到二次蓄電元件C2?C5以及三次蓄電元件C6的同時，對發(fā)電控制電路4和充電控制電路5供給用于使它們動作的電力。要使發(fā)電控制電路4和充電控制電路5動作，需要控制開始電壓Vc、Vc’以上的電壓，因此必須在短時間內(nèi)使蓄電元件Cl的電壓達到Vc、Vc’，在短時間內(nèi)啟動發(fā)電控制電路4以及充電控制電路5。
[0040]在此,通過V = Q/C(Q是積蓄電荷量、C是電容)決定蓄電元件的電壓V,因此蓄電元件Cl的電容越小，電壓V越迅速上升。因此，蓄電元件Cl的電容設(shè)為發(fā)電控制電路4以及充電控制電路5動作所需要的最低限的電容，并且是比蓄電元件C2?C5還小的電容。具體而言，考慮發(fā)電元件2的發(fā)電能力以及發(fā)電控制電路4和充電控制電路5的消耗電力，將其設(shè)成10?500 μ F左右。由此，能夠在短時間內(nèi)啟動發(fā)電控制電路4以及充電控制電路5，并且能夠使它們穩(wěn)定地動作。
[0041]作為二次蓄電元件的蓄電元件C2?C5積蓄從蓄電元件Cl供給的電荷，并且成為使負(fù)載裝置10的各負(fù)載塊1a?1d動作的電源。在本例子中，經(jīng)由開關(guān)群8和電源輸出部9，蓄電元件C2與傳感器1a連接，蓄電元件C3與AD轉(zhuǎn)換器1b連接，蓄電元件C4與CPUlOc連接，蓄電元件C5與無線部1d連接。因此，蓄電元件C2?C5配合作為連接目的地的負(fù)載塊的動作規(guī)格決定其電容。在本例子的情況下，考慮以多大的頻率進行與傳感器功能相關(guān)的一連串的動作，積蓄其所需要的最低限的電荷即可。具體而言，配合各負(fù)載塊的消耗電力，將其設(shè)成50?10000 μ F左右。
[0042]作為三次蓄電元件的蓄電元件C6，在二次蓄電元件即蓄電元件C2?C5完成充電后，積蓄從蓄電元件Cl進一步供給的電荷。然后，在發(fā)電元件2成為無法發(fā)電的狀態(tài)時，代替發(fā)電元件2作為用于充電蓄電元件C2?C5的備用元件來使用。經(jīng)由開關(guān)S6和開關(guān)S2?S5(開關(guān)群6)進行從蓄電元件C6向蓄電元件C2?C5的電荷的移動。在此，為了不浪費地積蓄發(fā)電元件2發(fā)生的電力，將蓄電元件C6的電容設(shè)定成比電蓄電元件Cl?C5的合計值大的電容。具體而言，通過將其設(shè)成10?100mF左右，能夠不浪費地積蓄發(fā)電電力。
[0043]這些蓄電元件Cl?C6分別通過適當(dāng)種類的電容器構(gòu)成。例如使用電解電容器、鉭電解電容器、積層陶瓷電容器、雙電層電容器等。根據(jù)需要并聯(lián)連接多個電容器形成適當(dāng)?shù)碾娙?。尤其蓄電元件Cl?C5希望泄漏電流較小且內(nèi)部電阻較小，因此積層陶瓷電容器適合。此外，蓄電元件C6適合雙電層電容器等大電容的蓄電元件。另外，關(guān)于蓄電元件C6也考慮應(yīng)用二次電池，但一般與電容器相比充放電的重復(fù)壽命較短，因此優(yōu)選電容器。如果使用二次電池，則優(yōu)選充放電的重復(fù)壽命較長，且全固體型的薄膜鋰離子二次電池等。
[0044]電源輸出部9是使從蓄電元件C2?C5供給的電力穩(wěn)定化，以預(yù)定的電壓向負(fù)載裝置10的各負(fù)載塊1a?1d供給電力的電壓穩(wěn)定化電路。在本例子中，蓄電元件C2?C5相互獨立，因此針對每個負(fù)載塊由不同的電壓穩(wěn)定化電路構(gòu)成。根據(jù)連接目的地的負(fù)載塊的動作頻率和消耗電流，選擇最適當(dāng)?shù)碾妷悍€(wěn)定化電路。具體而言，對于如傳感器10a、AD轉(zhuǎn)換器10b、CPUlOc那樣，在初始化動作中使用較多消耗電力的電路、和用于保持?jǐn)?shù)據(jù)或穩(wěn)定動作而通電時間較長的負(fù)載塊，使用自身消耗電流較少的低損失(low drop out,低壓降)穩(wěn)壓器電路9a?9c。此外，對于如無線部1d那樣不需要始終通電的負(fù)載塊，使用自身消耗電流較大但高效率的DC/DC轉(zhuǎn)換電路9d。
[0045]對負(fù)載裝置10的結(jié)構(gòu)進行敘述。實現(xiàn)本例子的傳感器功能的負(fù)載裝置10由傳感器10a、AD轉(zhuǎn)換器10b、CPUlOc、無線部1d構(gòu)成。
[0046]傳感器1a測定設(shè)置了無線傳感器終端100的周圍的環(huán)境信息和設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀況。例如測定溫度、濕度、振動、加速度、音波、燃?xì)?、塵埃、照度、光、磁場、電流等各種物理量，并轉(zhuǎn)換成模擬信號。不僅可以由單一傳感器構(gòu)成，也可以由多種傳感器構(gòu)成。當(dāng)然，測定對象并不限于上述物理量。此外，不僅可以應(yīng)用作為模擬信號輸出的傳感器，也可以應(yīng)用作為數(shù)字信號輸出的傳感器。此時，不需要AD轉(zhuǎn)換器10b，因此只要將傳感器1a的數(shù)字輸出信號連接至CPUlOc即可。
[0047]AD轉(zhuǎn)換器1b將傳感器1a輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。根據(jù)需要，可以將適當(dāng)?shù)姆糯箅娐凡迦氲絺鞲衅?a與AD轉(zhuǎn)換器1b之間來放大模擬信號。另外，AD轉(zhuǎn)換器1b也可以采用包含在傳感器1a或CPUlOc中的某一個中的結(jié)構(gòu)。
[0048]CPUlOc控制負(fù)載裝置10內(nèi)的各負(fù)載塊的啟動定時。此外，根據(jù)需要，對通過AD轉(zhuǎn)換器1b得到的傳感器1a的測定信號實施數(shù)據(jù)的積蓄、信號處理、加密、編碼等，生成可無線發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0049]無線部1d將CPUlOc生成的數(shù)據(jù)發(fā)送給外部設(shè)備。根據(jù)用途和設(shè)置環(huán)境，選擇適當(dāng)?shù)臒o線方式來使用。
[0050]在本實施例的無線傳感器終端100具備的獨立電源系統(tǒng)I中，由于利用環(huán)境能量，因此從發(fā)電元件2得到的電力微小且不穩(wěn)定。因此，很難使本結(jié)構(gòu)的負(fù)載裝置10連續(xù)動作，而以預(yù)先設(shè)定的間隔間歇地執(zhí)行傳感器測定和無線發(fā)送動作。
[0051]例如，在執(zhí)行負(fù)載裝置10的初始設(shè)定動作后，對于傳感器10a、AD轉(zhuǎn)換器10b、CPUlOc、無線部1d設(shè)為僅維持最低限的電路動作的睡眠狀態(tài)。然后，使用內(nèi)置在CPUlOc中的計時電路，例如以每60秒I次左右的間隔生成中斷信號。通過中斷信號，首先開始CPUlOc的主動作。CPUlOc生成使傳感器10a、AD轉(zhuǎn)換器1b依次動作的信號，進行傳感器檢測。CPUlOc按照預(yù)先設(shè)定的程序，對所取得的傳感器測定信號執(zhí)行需要的信號處理或編碼后，啟動無線部10d，發(fā)送數(shù)據(jù)。之后，傳感器10a、AD轉(zhuǎn)換器10b、CPUlOc、無線部1d再次轉(zhuǎn)移到睡眠狀態(tài)，待機直到下次中斷信號產(chǎn)生為止。
[0052]接下來，對充電控制電路5進行的充電控制動作進行詳細(xì)的說明。
[0053]圖2是說明各蓄電元件的放電可否判定方法的圖?？v軸是蓄電元件的電壓，橫軸是時間。為了判定放電可否，設(shè)定兩個閾值電壓Va、Vb (其中，設(shè)定成Va < Vb)。閾值電壓Va和Vb設(shè)為比發(fā)電控制電路4的控制開始電壓Vc以及充電控制電路5的控制開始電壓Vc’高，并且比負(fù)載裝置10內(nèi)的各負(fù)載塊的動作電壓高的值。當(dāng)在時間t0開始充電時，蓄電元件的電壓上升，在時間tl達到閾值Vb。電壓達到閾值Vb為止的區(qū)間(to?tl)判定為不可放電，達到閾值Vb后判定為可放電。即，閾值Vb表示蓄電元件的充電完成點。充電完成后的蓄電元件由于放電而電壓下降，在時間t2達到閾值Va。電壓達到閾值Va為止的區(qū)間(tl?t2)判定為可放電，達到閾值Va后判定為不可放電。通過與兩個閾值Va、Vb進行比較的滯后(Hysteresis)判定來進行這樣的放電可否判定。能夠通過使用滯后比較器電路等實現(xiàn)這樣的動作。
[0054]圖3是表示用于決定要充電的蓄電元件的充電控制規(guī)則的圖。充電控制電路5根據(jù)在圖2中判定的各蓄電元件的放電可否狀態(tài)，參照圖3，決定應(yīng)向哪個蓄電元件進行充電。用可放電(〇標(biāo)記)、不可放電(X標(biāo)記)、沒有關(guān)系(一標(biāo)記)表示各蓄電元件Cl?C6的放電可否狀態(tài)。在此示出了六種規(guī)則，但各蓄電元件Cl?C6的放電可否狀態(tài)的任意組合相當(dāng)于某一規(guī)則。
[0055]從上開始按順序說明規(guī)則時，當(dāng)蓄電元件Cl為不可放電狀態(tài)時，與其他蓄電元件的狀態(tài)無關(guān)，對蓄電元件Cl充電。當(dāng)Cl為可放電，C2為不可放電的情況下，與其他蓄電元件的狀態(tài)無關(guān)，從Cl向C2進行充電。當(dāng)Cl和C2為可放電，C3為不可放電的情況下，與其他蓄電元件的狀態(tài)無關(guān)，從Cl向C3進行充電。省略以下的說明，但通過設(shè)置這樣的充電控制規(guī)則，能夠以蓄電元件Cl、C2、C3……C6的順序優(yōu)先地進行充電。
[0056]因此，如例I所示，當(dāng)完成Cl?C4的充電后C2成為不可放電的情況下，中斷向C5的充電，切換到向優(yōu)先度高的C2的充電。此外，如例2所示，當(dāng)備用的C6為可放電，Cl和C2為不可放電的情況下，從C6向優(yōu)先度高的Cl進行充電。
[0057]關(guān)于優(yōu)先順序的設(shè)定，將蓄電元件Cl的優(yōu)先度設(shè)為最高，在短時間內(nèi)啟動發(fā)電控制電路4和充電控制電路5。對應(yīng)于負(fù)載塊的動作的優(yōu)先順序，決定向負(fù)載裝置10供給電力的蓄電元件C2?C5。因此，在圖1的例子中，傳感器1a的優(yōu)先度高，無線部1d的優(yōu)先度低。
[0058]充電控制電路5決定應(yīng)當(dāng)充電的蓄電元件后，操作對應(yīng)的開關(guān)SI?S6，向預(yù)定的蓄電元件進行充電。另外，在上述的充電動作中，對開關(guān)群6(S2?S5)以兩個以上的開關(guān)不同時成為接通狀態(tài)的方式進行操作。這是為了防止在二次蓄電元件即C2?C5之間產(chǎn)生電荷的相互移動，弄亂充電量的優(yōu)先順序。
[0059]此外，當(dāng)發(fā)電元件2成為無法發(fā)電的狀況，從備用蓄電元件C6向電蓄電元件Cl?C5進行充電時，充電控制電路5在使開關(guān)SI和S6維持接通狀態(tài)的情況下選擇開關(guān)群6 (S2?S5)，按照蓄電元件C2?C5的優(yōu)先順序進行充電動作。
[0060]圖4是示意性地表示依次對蓄電元件充電時的各蓄電元件的電壓變化的圖。在此示出了按照充電控制規(guī)則以蓄電元件Cl、C2、C3……的順序充電的情況。
[0061]在初始狀態(tài)下(時間t0)，將所有的蓄電元件Cl?C6設(shè)成未充電(不可放電)的狀態(tài)，將所有的開關(guān)SI?SlO設(shè)成斷開狀態(tài)。然后，通過發(fā)電元件2充電蓄電元件Cl，蓄電元件Cl的電壓Vl上升，待機到達到閾值Vb為止。
[0062]在時間tl，當(dāng)蓄電元件Cl的電壓Vl達到閾值Vb時，充電控制電路5判定為可放電，將開關(guān)S1、S2設(shè)成接通狀態(tài)，連接蓄電元件Cl和蓄電元件C2。由此，在Cl中積蓄的電荷向C2移動，但由于C2的電容比Cl的電容大，因此Cl的電壓Vl大幅度下降，C2的電壓V2稍微上升。當(dāng)Cl的電壓Vl下降到閾值Va時，充電控制電路5判定為不可放電，將開關(guān)S1、S2設(shè)成斷開狀態(tài)，再次對Cl充電，待機直至電壓Vl上升到閾值Vb為止。之后，充電控制電路5重復(fù)從Cl向C2的電荷的移動和向Cl的充電，繼續(xù)直到C2的電壓V2達到閾值Vb成為可放電為止。
[0063]在時間t2，當(dāng)蓄電元件C2的電壓V2達到閾值Vb時，充電控制電路5判定C2可放電，將開關(guān)SI設(shè)為接通狀態(tài)，將S2設(shè)為斷開狀態(tài)，將S3設(shè)為接通狀態(tài)，解除蓄電元件Cl與蓄電元件C2的連接的同時，連接蓄電元件Cl與蓄電元件C3。由此，在Cl中積蓄的電荷向C3移動，但由于C3的電容比Cl的電容大，因此Cl的電壓Vl大幅度下降，C3的電壓V3稍微上升。當(dāng)CI的電壓VI下降到閾值Va時，充電控制電路5判定為不可放電，將開關(guān)S1、S3設(shè)成斷開狀態(tài)，再次對Cl充電，待機直至電壓Vl上升到閾值Vb為止。之后，充電控制電路5重復(fù)從Cl向C3的電荷的移動和向Cl的充電，繼續(xù)直到C3的電壓V3達到閾值Vb成為可放電為止。
[0064]以下相同地，對蓄電元件C4?C6也依次進行充電。另外，例如在向蓄電元件C3的充電動作中，當(dāng)比其優(yōu)先度高的蓄電元件C2的電壓V2下降到閾值Va成為不可放電時，中斷向蓄電元件C3的充電動作，切換到向蓄電元件C2的充電動作。
[0065]這樣，本實施例的充電控制電路5對蓄電元件Cl?C6進行按從蓄電元件Cl至C6的順序賦予優(yōu)先順序的充電動作。尤其，蓄電元件Cl (一次蓄電元件)最優(yōu)先地被充電，并且由于電容值比其他小，因此能夠在從發(fā)電元件2開始發(fā)電后的短時間內(nèi)啟動發(fā)電控制電路4，維持該狀態(tài)。因此，在發(fā)電元件2發(fā)電的大部分期間中，發(fā)電元件2能夠高效率地進行發(fā)電。
[0066]此外，關(guān)于蓄電元件C2?C5 ( 二次蓄電元件)，設(shè)為要連接的負(fù)載裝置10的各負(fù)載塊1a?1d所需要的最低限的電容值，并且按照優(yōu)先順序依次被充電，因此各負(fù)載塊能夠按照其優(yōu)先順序，在短時間內(nèi)啟動。
[0067]并且，在發(fā)電元件2不發(fā)電的期間，通過將積蓄在蓄電元件C6 (三次蓄電元件)中的電荷供給到蓄電元件C2?C5 (二次蓄電元件)，能夠防止向各負(fù)載塊的供電中斷，或能夠?qū)⒅袛嗥陂g設(shè)成最小限。
[0068]根據(jù)本實施例的獨立電源系統(tǒng)，發(fā)電元件即使是從微小且不穩(wěn)定的環(huán)境能量發(fā)電的方式，也將發(fā)電控制電路啟動為止的期間或停止的期間設(shè)為最小限，從而能夠使來自發(fā)電元件的發(fā)電量最大化。因此，在具備這樣的獨立電源系統(tǒng)的無線傳感器終端中，從裝置啟動起短時間內(nèi)開始傳感器功能的動作，并且即使發(fā)電元件的發(fā)電停止，也不會中斷傳感器動作，并且能夠?qū)幼鞯闹袛嗥陂g設(shè)成最小限。
[0069]本發(fā)明并不局限于上述實施例，可以包含各種變形例。上述的實施例為了容易理解本發(fā)明而進行了詳細(xì)說明，并不限定為必須具備所有所說明的結(jié)構(gòu)。并且，對于實施例的結(jié)構(gòu)的一部分，可以進行其它結(jié)構(gòu)的追加、刪除、置換。
[0070]在上述的實施例中，各結(jié)構(gòu)、功能、處理部、處理單元等，例如可以通過集成電路設(shè)計等以硬件來實現(xiàn)它們的一部分或全部。另外，上述各結(jié)構(gòu)、功能等，也可以通過由處理器解釋、執(zhí)行實現(xiàn)各種功能的程序而以軟件實現(xiàn)?？梢詫崿F(xiàn)各功能的程序、表、文件等信息存儲在存儲器、硬盤、SSD (Solid State Drive:固態(tài)驅(qū)動器)等記錄裝置中，或存儲在IC卡、SD卡、DVD等記錄介質(zhì)中。此外，示出了認(rèn)為說明上必要的控制線和數(shù)據(jù)線，并非必須示出所有的控制線和信息線。實際上，也可以認(rèn)為幾乎所有的結(jié)構(gòu)相互連接。
【權(quán)利要求】
1.一種將通過發(fā)電元件發(fā)生的電力供給到負(fù)載裝置的獨立電源系統(tǒng)，其特征在于，具備: 發(fā)電控制電路，其控制所述發(fā)電元件的發(fā)電效率； 蓄電元件群，其充電通過所述發(fā)電元件發(fā)生的電力；以及 充電控制電路，其控制該蓄電元件群的充電動作和放電動作， 所述蓄電元件群具有向所述發(fā)電控制電路和所述充電控制電路供給電力的一次蓄電元件和向所述負(fù)載裝置供給電力的二次蓄電元件， 將通過所述發(fā)電元件發(fā)生的電力優(yōu)先向所述一次蓄電元件充電后，從該一次蓄電元件向所述二次蓄電元件充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨立電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述一次蓄電元件的電容值小于所述二次蓄電元件的電容值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的獨立電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述二次蓄電元件具有向所述負(fù)載裝置的多個負(fù)載塊供給電力的多個蓄電元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的獨立電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述多個蓄電元件根據(jù)所述多個負(fù)載塊的優(yōu)先度對充電的順序設(shè)置優(yōu)先度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項所述的獨立電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述蓄電元件群還具有三次蓄電元件，其在所述一次蓄電元件和所述第二蓄電元件被充電后，從所述一次蓄電元件進行充電， 在所述發(fā)電元件不發(fā)電的情況下，從所述三次蓄電元件向所述一次蓄電元件和所述二次蓄電元件供給電力。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中的任一項所述的獨立電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述充電控制裝置將所述各蓄電元件的電壓與閾值進行比較來判定放電可否狀態(tài)，對于判定為不可放電的蓄電元件，按照預(yù)先設(shè)定的各蓄電元件的優(yōu)先度進行充電。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的獨立電源系統(tǒng)，其特征在于， 在所述二次蓄電元件包含的所述多個蓄電元件之間不相互進行充電。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項所述的獨立電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述發(fā)電元件，是收集環(huán)境光、振動、熱、電波中的至少一種環(huán)境能量并轉(zhuǎn)換成電能量的元件。
【文檔編號】H02J7/34GK104283297SQ201410315459
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月5日
【發(fā)明者】藤森司, 后藤康, 倉田英明, 鷹野秀明 申請人:株式會社日立制作所