JP4373409B2 - Power system - Google Patents
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Description
この発明は、例えば山間地域等の商用電源設備の無い場所に設置される自立駆動型テレメトリデータ観測装置に使用される電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system used for a self-driving telemetry data observation apparatus installed in a place where there is no commercial power supply facility such as a mountainous area.
我が国では、急流河川や土砂災害危険地域が多く、大小の地震や台風等により大規模な気象災害が発生しやすい。そこで、このような大規模気象災害による道路や建物等のインフラ設備の被害規模を把握したり、災害発生時の住民の迅速な避難誘導を可能にするために、各種防災情報の遠隔監視(テレメトリング又はテレモニタリングと呼ばれる)が行われている。一般にテレメトリは、任意に選択した観測対象場所にテレメトリデータ観測装置を設置し、このテレメトリデータ観測装置において各種センサから観測データを取得してこの観測データを通信ネットワークを介して監視センタへ転送することにより実現される。 In Japan, there are many torrent rivers and landslide hazard areas, and large-scale weather disasters are likely to occur due to large and small earthquakes and typhoons. Therefore, in order to understand the scale of damage to infrastructure facilities such as roads and buildings due to such a large-scale weather disaster, and to enable residents to promptly evacuate in the event of a disaster, remote monitoring of various disaster prevention information (telemetry) Is called monitoring or telemonitoring). In general, telemetry installs a telemetry data observation device at an arbitrarily selected observation target location, acquires observation data from various sensors in this telemetry data observation device, and transfers this observation data to a monitoring center via a communication network. It is realized by.
ところで、上記テレメトリデータ観測装置の電源手段は、平野部や中山間部においては商用電力設備を利用できるが、山間部等の非居住地域においては商用電力設備を利用できない。このため、非居住地域では太陽光や風力などの自然エネルギをもとに電力を生成し、この生成された電力を動作電源として使用するようにしている。しかし、自然エネルギによる発電量は元来きわめて不安定であるため、常時十分な電力を給電できるとは限らない。例えば、太陽光発電は夜間では発電できず、また昼間であっても曇天時や日照条件等によっては発電量が大きく変動する。また風力発電は、風が弱い地域では十分な発電が行われず、また風が強い地域であっても風が吹かない時間帯には発電が行われない。したがって、自然エネルギをもとに電力を生成する装置を電源として使用する場合には、何らかの対策が必要となる。 By the way, the power supply means of the telemetry data observation apparatus can use commercial power equipment in plains and mountainous areas, but cannot use commercial power equipment in non-residential areas such as mountainous areas. For this reason, in non-residential areas, electric power is generated based on natural energy such as sunlight and wind power, and the generated electric power is used as an operation power source. However, since the amount of power generated by natural energy is inherently unstable, sufficient power cannot always be supplied. For example, solar power cannot be generated at night, and the amount of power generation varies greatly depending on the time of cloudy weather or sunshine conditions even during the daytime. Wind power generation is not performed sufficiently in areas where wind is weak, and even in areas where wind is strong, power generation is not performed during times when wind does not blow. Therefore, some measures are required when a device that generates electric power based on natural energy is used as a power source.
そこで、従来では自然エネルギを電力に変換する装置とバッテリとを組み合わせた電源システムが使用されている。例えば、雨量計、水位計、土砂移動を検出する傾斜計及び伸縮計の計測データを通信回線を介して監視センタサーバに伝送する土砂災害遠隔監視システムでは、2.8Wの発電能力を有する太陽光発電ユニットとDC12V−7.2Ahの容量を持つ鉛蓄電池とを組み合わせた電源システムが使用されている(例えば、非特許文献1を参照。)。 Therefore, conventionally, a power supply system in which a device that converts natural energy into electric power and a battery are used is used. For example, in a landslide disaster remote monitoring system that transmits measurement data of a rain gauge, water level gauge, inclinometer and extensometer that detects earth and sand movement to a monitoring center server via a communication line, solar power having a power generation capacity of 2.8 W A power supply system in which a power generation unit and a lead storage battery having a capacity of DC12V-7.2Ah are combined is used (see, for example, Non-Patent Document 1).
ところが、この種の従来の電源システムには次のような改善すべき課題があった。
(1)太陽光発電の場合、雲の通過や周辺に林立する樹木、建造物等による一時的な遮光、太陽高度の日変化によって発電量が時間変動する。しかし、鉛蓄電池等の化学変化を利用して蓄電する二次電池は蓄電速度が遅く、雲等による遮光が途切れて太陽電池パネルから急速に起電力が発生しても、蓄電池の蓄電速度がこれに追随できない。この結果、太陽電池から供給される起電力を効率良く蓄電することができず、蓄電池を充電するために多くの時間が必要となる。また、蓄電池が満充電に至る前に観測対象のイベントに変化が発生して電力が必要になっても、これに対応できず重要な観測データが欠落する等の不具合を生じる。
However, this type of conventional power supply system has the following problems to be improved.
(1) In the case of photovoltaic power generation, the amount of power generation varies over time due to the passage of clouds, temporary shading by trees and buildings that stand in the vicinity, and daily changes in solar altitude. However, secondary batteries that store electricity using chemical changes, such as lead-acid batteries, have a slow storage speed. Cannot follow. As a result, the electromotive force supplied from the solar battery cannot be efficiently stored, and much time is required to charge the storage battery. In addition, even if a change occurs in an event to be observed before the storage battery is fully charged and electric power is required, it is not possible to cope with this and a problem such as loss of important observation data occurs.
(2)鉛蓄電池等の化学変化を利用して蓄電する二次電池は放電速度が化学反応により律速されるため電力の放電速度が遅く、高速度の負荷変動に伴う電力供給に追随できない場合がある。例えば、テレメトリデータ観測装置では急激なイベント変化が発生した場合に、観測データの高頻度の取得動作や観測データの高頻度の転送動作が行われる。このような場合、テレメトリデータ観測装置からは急速な電力供給が要求されるが、この要求に対し十分な電力を急速に供給することができず、その結果重要な観測データの欠落や転送ロスが発生する場合がある。また、上記急速な放電に対して自然エネルギによる充電が追随できず、蓄電残量が所望電力を満たさなくなる心配もある。この不具合を解消するには蓄電池を大容量化し、さらに太陽電池の出力電力量等を大容量化する必要があるが、このようにすると電源システムの大型化と高価格化を招くばかりでなく、冗長な蓄電容量が増加するという問題点が生じる。 (2) Secondary batteries that store electricity using chemical changes, such as lead-acid batteries, have a slow discharge rate because the discharge rate is controlled by a chemical reaction, and may not be able to follow the power supply associated with high-speed load fluctuations. is there. For example, in the telemetry data observation apparatus, when an abrupt event change occurs, the observation data is frequently acquired and the observation data is frequently transferred. In such a case, the telemetry data observation apparatus requires a rapid power supply, but sufficient power cannot be rapidly supplied in response to this request, resulting in the loss of important observation data and transmission loss. May occur. In addition, there is a concern that charging by natural energy cannot follow the rapid discharge, and the remaining amount of power storage does not satisfy the desired power. In order to solve this problem, it is necessary to increase the capacity of the storage battery and increase the output power of the solar battery, etc., but this not only increases the size and price of the power supply system, The problem arises that redundant storage capacity increases.
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その第1の目的は自然エネルギによる時間変動の高速な起電力をもとに効率良く充電でき、かつ安価で大容量の蓄電が可能な電源システムを提供することである。
また第2の目的は、高速度の負荷変動に対応して急速放電が可能で、かつ安価で長時間の放電が可能な電源システムを提供することである。
The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and a first object thereof is a power supply that can be efficiently charged based on a high-speed electromotive force that changes with time due to natural energy, and that can be charged at low cost and with a large capacity. Is to provide a system.
A second object is to provide a power supply system capable of rapid discharge in response to high-speed load fluctuations and inexpensive and capable of long-time discharge.
上記第1の目的を達成するためにこの発明に係わる第1の観点は、次のような手段を講じたものである。すなわち、自然エネルギをもとに電力を生成する電力生成部と、この電力生成部により生成された電力を蓄積する電力蓄積ユニットと、この電力蓄積ユニットにおける電力の蓄積を制御する充放電制御ユニットとを具備する電源システムにあって、上記電力蓄積ユニットに、電力生成部の電力生成速度よりも速い第1の蓄電速度を有する高速充放電蓄電部と、上記第1の蓄電速度よりも遅い第2の蓄電速度を有する低速充放電蓄電部とを設ける。そして、上記充放電制御ユニットにより、上記電力生成部により生成された電力を先ず上記高速充放電蓄電部に供給して当該高速充放電蓄電部を充電する。これに対し、上記高速充放電蓄電部の充電開始後、当該高速充放電蓄電部が有する充電速度で充電を行った場合に蓄電量が飽和値より一定量小さい値に達する時刻になると、それ以後は、上記電力生成部により生成された電力を上記高速充放電蓄電部に供給して当該高速充放電蓄電部への充電を継続しながら、当該高速充放電蓄電部に蓄電された電力を放電して上記低速充放電蓄電部に供給し当該低速電力蓄積部を充電する。 In order to achieve the first object, the first aspect of the present invention provides the following means. That is, a power generation unit that generates power based on natural energy, a power storage unit that stores power generated by the power generation unit, and a charge / discharge control unit that controls storage of power in the power storage unit, The power storage unit includes a high-speed charge / discharge power storage unit having a first power storage speed faster than a power generation speed of the power generation unit, and a second power slower than the first power storage speed. And a low-speed charge / discharge power storage unit having a power storage speed of. And the electric power produced | generated by the said electric power generation part is first supplied to the said high-speed charging / discharging electrical storage part by the said charging / discharging control unit, and the said high-speed charging / discharging electrical storage part is charged. On the other hand, after the start of charging of the high-speed charge / discharge power storage unit, when charging is performed at the charge rate of the high-speed charge / discharge power storage unit, when the power storage amount reaches a value smaller than the saturation value, Discharges the electric power stored in the high-speed charge / discharge power storage unit while supplying the power generated by the power generation unit to the high-speed charge / discharge power storage unit and continuing to charge the high-speed charge / discharge power storage unit. The low-speed charge / discharge power storage unit is supplied to charge the low-speed power storage unit.
したがって、電力蓄積ユニットを充電する場合に、先ず高速充放電蓄電部に対し充電が行われ、この高速充放電蓄電部の蓄電量が所定値に達すると、以後この高速電力蓄積部への充電を継続しつつこの高速電力蓄積部の電力を低速電力蓄積部へ移し替える動作が行われる。このため、電力生成部により生成される電力が自然エネルギの時間変動の影響により高速変化するような場合でも、この電力を高速充放電蓄電部に効率良く蓄電することが可能となる。また、高速充放電蓄電部にある程度の電力が蓄電されると、それ以降高速充放電蓄電部から低速充放電蓄電部への電力の移し替えが行われるので、最終的に大容量の電力量を蓄積することが可能となる。さらに、高速で高価な高速充放電蓄電部と低速であるが安価な低速充放電蓄電部とを組み合わせることで、高速充放電蓄電部のみで全蓄電量を蓄積する場合に比べシステムを安価にすることもできる。 Therefore, when charging the power storage unit, first, the high-speed charge / discharge power storage unit is charged, and when the amount of power stored in the high-speed charge / discharge power storage unit reaches a predetermined value, the high-speed power storage unit is subsequently charged. While continuing, an operation for transferring the power of the high-speed power storage unit to the low-speed power storage unit is performed. For this reason, even when the electric power generated by the electric power generation unit changes at high speed due to the influence of temporal fluctuation of natural energy, it is possible to efficiently store this electric power in the high-speed charge / discharge electric storage unit. In addition, when a certain amount of power is stored in the high-speed charge / discharge power storage unit, power is transferred from the high-speed charge / discharge power storage unit to the low-speed charge / discharge power storage unit. It becomes possible to accumulate. Furthermore, combining a high-speed and expensive high-speed charge / discharge power storage unit with a low-speed but low-speed low-speed charge / discharge power storage unit makes the system less expensive than a case where only the high-speed charge / discharge power storage unit accumulates the total power storage amount. You can also.
また、上記第1及び第2の目的を達成するためにこの発明の第2の観点は、電力蓄積ユニットの高速充放電蓄電部に、負荷の電力消費速度よりも速い第1の放電速度を持たせ、かつ低速充放電蓄電部に、上記第1の放電速度よりも遅い第2の放電速度を持たせる。そして、上記充放電制御ユニットにより、先ず上記高速充放電蓄電部に蓄電された電力を放電して上記負荷に供給する。そして、上記高速充放電蓄電部の放電開始後、当該高速充放電蓄電部が有する放電速度で放電を行った場合に蓄電残量が下限値より一定量大きい値まで減少する時刻になると、それ以後は、上記高速充放電蓄電部から上記負荷への放電を継続しながら、上記低速充放電蓄電部に蓄電された電力を放電して上記高速充放電蓄電部に供給し当該高速充放電蓄電部を充電するようにしたものである。 In order to achieve the above first and second objects, a second aspect of the present invention is that the high-speed charge / discharge power storage unit of the power storage unit has a first discharge rate faster than the power consumption rate of the load. And the low-speed charge / discharge power storage unit has a second discharge rate that is slower than the first discharge rate. The charge / discharge control unit first discharges the electric power stored in the high-speed charge / discharge power storage unit and supplies it to the load. Then, after the start of discharging of the high-speed charge / discharge power storage unit, when discharging is performed at the discharge rate of the high-speed charge / discharge power storage unit, when the remaining power storage time decreases to a value larger than the lower limit value, While discharging from the high-speed charge / discharge power storage unit to the load, the power stored in the low-speed charge / discharge power storage unit is discharged and supplied to the high-speed charge / discharge power storage unit. It is designed to be charged.
したがって、電力蓄積ユニットから負荷に電力を給電する場合に、先ず高速充放電蓄電部から負荷に対し給電され、この高速充放電蓄電部の蓄電残量が所定値未満に低下すると、以後この高速電力蓄積部から負荷への給電を継続しつつ低速電力蓄積部の電力を高速電力蓄積部へ移し替える動作が行われる。このため、負荷の時間変動が高速で急速放電が要求される場合でも、負荷に対し確実に電力を供給することが可能となる。また、高速充放電蓄電部の蓄電残量が所定値未満に低下すると、低速充放電蓄電部から高速充放電蓄電部へ電力の移し替えが行われるので、負荷に対し長時間にわたって電力を供給することが可能となる。さらに、高速で高価な高速充放電蓄電部と低速であるが安価な低速充放電蓄電部とを組み合わせることで、高速充放電蓄電部のみで全蓄電量を蓄積する場合に比べシステムを安価にすることもできる。 Therefore, when power is supplied from the power storage unit to the load, power is first supplied from the high-speed charge / discharge power storage unit to the load. An operation of transferring the power of the low-speed power storage unit to the high-speed power storage unit while the power supply from the storage unit to the load is continued is performed. For this reason, even when the time fluctuation of the load is fast and rapid discharge is required, it is possible to reliably supply power to the load. In addition, when the remaining charge of the high-speed charge / discharge power storage unit falls below a predetermined value, power is transferred from the low-speed charge / discharge power storage unit to the high-speed charge / discharge power storage unit, so that power is supplied to the load for a long time. It becomes possible. Furthermore, combining a high-speed and expensive high-speed charge / discharge power storage unit with a low-speed but low-speed low-speed charge / discharge power storage unit makes the system less expensive than a case where only the high-speed charge / discharge power storage unit accumulates the total power storage amount. You can also.
要するにこの発明によれば、自然エネルギによる時間変動の高速な起電力をもとに効率良く充電でき、かつ安価で大容量の蓄電が可能な電源システムを提供することができる。
また、高速度の負荷変動に対応して急速放電が可能で、かつ安価で長時間の放電が可能な電源システムを提供することができる。
In short, according to the present invention, it is possible to provide a power supply system that can be charged efficiently based on a high-speed electromotive force that varies with time due to natural energy, and that can store electricity at a low cost and a large capacity.
In addition, it is possible to provide a power supply system that is capable of rapid discharge corresponding to high-speed load fluctuations and that is inexpensive and capable of long-term discharge.
以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係わる自立駆動型テレメトリデータ観測装置を含むテレメトリステムの構成を示すブロック図である。このテレメトリシステムは、山間地等の観測地点にテレメトリデータ観測装置1を設置すると共に、国や自治体の庁舎等にデータ収集装置2を設置し、これらのテレメトリデータ観測装置1とデータ収集装置2との間を通信ネットワーク3を介して接続したものである。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a telemetry system including a self-supporting drive type telemetry data observation apparatus according to an embodiment of the present invention. In this telemetry system, a telemetry
テレメトリデータ観測装置1は自立駆動型であり、充放電制御ユニット11と、エネルギ変換部12と、電力蓄積ユニット13と、データロガー14とを備えている。エネルギ変換部12は、例えば太陽電池パネルからなり太陽光エネルギを電力に変換する。なお、エネルギ変換部12としては、風力発電機等の自然エネルギを利用した他の変換器を使用することも可能である。
The telemetry
電力蓄積ユニット13は、上記エネルギ変換部12により生成された電力を蓄積するためのもので、高速充放電蓄電部131と、低速充放電蓄電部132とを備える。高速充放電蓄電部131は、第1の充放電時定数を有しさらに第1の蓄電容量を備えるもので、例えば図2に示すように電気二重層キャパシタにより構成される。第1の充放電時定数は、充電時定数が上記エネルギ変換部12により生成される電力の時間変動に追従可能な値に、また放電時定数が負荷変動、つまりデータロガー14が要求する電力の時間変動に追従可能な値にそれぞれ設定される。
The
一方、低速充放電蓄電部132は、上記第1の充放電時定数より長い第2の充放電時定数を有しさらに上記第1の蓄電容量よりも大きい第2の蓄電容量を有するもので、化学変化を利用する二次電池、例えば図2に示すように鉛蓄電池により構成される。第2の蓄電容量は、例えばデータロガーを24時間駆動することができる蓄電量に設定される。
On the other hand, the low-speed charge / discharge
充放電制御ユニット11は、例えば図2に示すように情報処理部111と、情報記憶部112と、シリアル通信インタフェース113と、充放電制御回路114とを備える。このうち先ず充放電制御回路114は、上記エネルギ変換部12により生成された電力を上記電力蓄積ユニット13に供給して充電する動作と、当該電力蓄積ユニット13に蓄積された電力を放電して、負荷である前記データロガー14に供給する動作をそれぞれ制御する。
The charge /
充電制御では、先ず高速充放電蓄電部131を充電し、その充電時間が予め設定した時間になると、それ以後は当該高速充放電蓄電部131の充電を継続しながらこの高速充放電蓄電部131に蓄電された電力を低速充放電蓄電部132に移し替える制御を行う。またこのとき高速充放電蓄電部(電気二重層キャパシタ)131を充電する際には、充電された電力の逆流防止処理を行う。さらに、低速充放電蓄電部(鉛蓄電池)132を充電する場合には、定電圧充電を行う必要があることから高速充放電蓄電部(電気二重層キャパシタ)131から放電された電圧値を一定値に安定化させ、さらに過充電の防止処理も行う。
In the charging control, first, the high-speed charge / discharge
放電制御では、先ず高速充放電蓄電部131に蓄積された電力を放電してデータロガー14に供給し、その放電時間が予め設定した時間を経過すると、それ以後は当該高速充放電蓄電部131からの放電を継続しながら低速充放電蓄電部132に蓄積された電力を放電して高速充放電蓄電部131に移し替える制御を行う。
In the discharge control, first, the electric power stored in the high-speed charge / discharge
情報処理部111は、上記充放電制御回路114による電力蓄電ユニット13の充放電の状態を監視し、異常状態が検出された場合にその検出情報を情報記憶部112に記憶させる。またそれと共に、当該検出情報を情報記憶部112から読み出し、これを状態通知信号としてシリアル通信インタフェース113からデータロガー14へ出力する。
The information processing unit 111 monitors the charge / discharge state of the
テータロガー14は、センサ15と、情報処理部16と、通信インタフェース17とを備え、さらに図2に示すように電力供給部141、シリアル通信インタフェース142及び情報記憶部143を備える。このうち電力供給部141は、上記充放電制御回路114から供給される電力をデータロガー14内の各回路部に供給する。シリアル通信インタフェース142は、上記充放電制御ユニット11との間で充放電制御信号及び状態通知信号を授受するために使用される。
The
センサ15は図2に例示したように雨量センサからなり、例えば市販されている転倒マス型雨量計が使用される。この転倒マス型雨量計は、データロガー14から信号線に一定電圧を印加(プルアップ)しておき、一定容量のマスに降雨が貯まるとこれが転倒して接点が接触し、これにより上記信号線上に発生する接点パルスをデータロガー14でカウントすることにより、単位時間当たりの雨量を計測する構造となっている。なお、図2では雨量センサ153をデータロガー14内に収容し、充放電制御回路114からデータロガー14に供給される電力の一部を使用して動作させる場合を例示したが、駆動用バッテリを内蔵する雨量センサを使用する場合には、当該雨量センサをテレメトリデータ観測装置1の外部に設置することが可能である。
As illustrated in FIG. 2, the
情報処理部16は例えばマイクロコンピュータからなり、図示しないプログラムメモリに格納されたアプリケーション・プログラムに従い、データロガー14における雨量観測動作及びデータ収集装置2との間のデータ送受信動作を統括的に制御する。
情報記憶部143には、上記雨量センサ15により検出された観測データを保存するエリアと、上記情報処理部16の制御に使用する観測・転送制御テーブル等を保存するエリアが設けてある。通信インタフェース17は、通信ネットワーク3を介してデータ収集装置2との間でデータ転送を行うためのもので、例えば図2に示すように無線パケット通信インタフェースを備える。
The
The information storage unit 143 is provided with an area for storing observation data detected by the
なお、データ収集装置2は、通信インタフェース22及びデータ処理部23を備える。これらの通信インタフェース22及びデータ処理部23は具体的には汎用コンピュータ21により構成される。
また、通信ネットワーク3は、例えばインターネットに代表されるIP(Internet Protocol)網と、このIP網にアクセスするための複数のアクセス網とから構成される。アクセス網としては、例えばDSL(Digital Subscriber Line)や光伝送路を使用する有線加入者網、LAN、無線LAN(Local Area Network)、移動通信網、専用線網が用いられる。
The
The
次に、以上のように構成された装置の動作を、図3及び図4に示す充電シーケンス及び放電シーケンスを用いて説明する。
(1)電力蓄積ユニット13の充電動作
電気二重層キャパシタ131は、図3に示すようにW(t)の充電特性を有する。すなわち、単位時間当たりa1の蓄電量(蓄電速度)で充電する能力を有する。これに対し鉛蓄電池132は、図3に示すようにX2(t)の充電特性を有する。すなわち、単位時間当たりa2の蓄電量(蓄電速度)で充電する能力を有する。また、太陽光エネルギは一般に刻一刻変動するが、十分に短い時間でみれば時刻tに比例して増加するものとみなせる。ここで、単位時間当たりの太陽光照射エネルギの量をαとする。このように電気二重層キャパシタ131の充電速度は太陽光エネルギの変化速度より高速であり、一方鉛蓄電池132の充電速度は太陽光エネルギの変化速度より低速である。この関係を式で表すと、
a1<α<a2
となる。
Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described using the charge sequence and the discharge sequence shown in FIGS.
(1) Charging operation of the
The electric
a1 <α <a2
It becomes.
さて、電力蓄積ユニット13が未充電の状態で、図3に示すように時刻t=0において太陽光の照射が開始されると、電気二重層キャパシタ131の蓄電量がしきい値未満なので、充放電制御回路114は先ず電気二重層キャパシタ131に対し充電を開始する。このとき、電気二重層キャパシタ131の蓄電可能速度は、上式に示したように太陽光エネルギの変化速度に比べ高速である。したがって、電気二重層キャパシタ131は太陽光エネルギをすべて蓄電することができ、この結果図3のO−B0に示すように上記傾きαに示す速度で充電が行われる。
Now, when the irradiation of sunlight is started at time t = 0 as shown in FIG. 3 while the
そして、充電開始時点t=0から時間が経過して時刻t0になると、充放電制御回路114は電気二重層キャパシタ131への充電を継続しながら、この電気二重層キャパシタ131に蓄電された電力を鉛電池132に移し替える制御を行う。したがって、それ以降鉛電池132への充電が開始され、鉛電池132では図3のA0−B1−B2に示すように鉛電池132が有する蓄電速度a2に従い蓄電量X2(t)が増加する。また、このとき電気二重層キャパシタ131では、太陽光エネルギによる充電を継続しながら鉛電池131に対し放電するので、見かけ上図3のB0−C1−C2に示すようにα−a2の速度で充電され、これにより蓄電量X1(t)が増加する。そして、時刻t2になると電気二重層キャパシタ131への充電は終了する。
Then, when time elapses from the charging start time t = 0 and reaches time t0, the charge /
なお、上記時刻t0は、電気二重層キャパシタ131が有する充電速度で充電を行った場合に、蓄電量が飽和値Emより一定量小さい値であるE0に達するであろう時刻に設定される。また、t2は電気二重層キャパシタ131の蓄電量が飽和値Emに達するであろう時刻に設定される。なお、上記t0,t2を監視する代わりに、電気二重層キャパシタ131の蓄電量を監視し、それぞれB0,C0(=Em)に相当する値になった時点で充電制御モードの切り替えと充電終了処理を行うようにしてもよい。
The time t0 is set to a time when the charged amount will reach E0, which is a value smaller than the saturation value Em, when charging is performed at the charging speed of the electric
(2)電力蓄積ユニットの放電動作
電気二重層キャパシタ131は、図4に示すようにV(t)の放電特性を有する。すなわち、単位時間当たり−b1の放電量(放電速度)で蓄電力を放電する能力を有する。これに対し鉛蓄電池132は、図4に示すようにY2(t)の放電特性を有する。すなわち、単位時間当たり−b2の放電量(放電速度)で蓄電量を放電する能力を有する。また、データロガー14による消費電力を一定と仮定すると、その単位時間当たりの電力消費量は図4に示すようにβと表される。このように電気二重層キャパシタ131の放電速度はデータロガー14の電力消費速度より高速であり、一方鉛蓄電池132の充電速度はデータロガー14の電力消費速度より低速である。この関係を式で表すと、
b1>β>b2
となる。
(2) Discharge operation of power storage unit
The electric
b1>β> b2
It becomes.
さて、いま仮に電気二重層キャパシタ131及び鉛蓄電池132は共に満充電されているものとする。この状態で、データロガー14において雨量の観測動作及びその観測データの転送動作が開始されたとする。そうすると、充放電制御回路114は先ず電気二重層キャパシタ131から蓄電量の放電を開始する。このとき、電気二重層キャパシタ131の単位時間当たりの放電量(傾き−b1)は、データロガー14の単位時間当たりの電力消費量(傾きβ)より大きい。したがって、電気二重層キャパシタ131は、データロガー14に対し要求する電力をすべて供給することが可能となる。この結果図4のO−B0に示すように上記傾きβに示す速度で放電が行われる。
Now, it is assumed that both the electric
そして、時刻t0になると、充放電制御回路114はそれ以降、上記電気二重層キャパシタ131からの放電を継続しながら、鉛蓄電池132から電気二重層キャパシタ131への電力の移し替えを開始する。したがって、それ以降鉛電池132からの放電が開始され、鉛電池132では図4のA0−B1−B2に示すように鉛電池132が有する放電速度b2に従い蓄電量Y2(t)が減少する。また、このとき電気二重層キャパシタ131では、鉛電池132からの充電を受けながらデータロガー14に対し蓄電量を放電するので、見かけ上図4のB0−C1−C2に示すように−β+a2の速度で放電され、これにより蓄電量Y1(t)は徐々に減少する。そして、時刻t2になると電気二重層キャパシタ131からの放電は終了する。
Then, at time t0, the charge /
なお、上記時刻t0は、電気二重層キャパシタ131が有する放電速度で放電を行った場合に、蓄電残量が下限値Epより一定量大きい値であるE1まで減少するであろう時刻に設定される。また、t2は電気二重層キャパシタ131の蓄電残量が下限値Epに減少するであろう時刻に設定される。なお、上記t0,t2を監視する代わりに、電気二重層キャパシタ131の蓄電残量を監視し、それぞれB0,C0(=Ep)に相当する値になった時点で放電制御モードの切り替えと放電終了処理を行うようにしてもよい。
The time t0 is set to a time when the remaining amount of electricity stored will decrease to E1, which is a certain amount larger than the lower limit value Ep, when discharging is performed at the discharge rate of the electric
以上述べたようにこの実施形態では、電気二重層キャパシタ131と鉛蓄電池132とを組み合わせることにより電力蓄積ユニット13を構成している。そして、この電力蓄積ユニット13を充電する場合に、先ず電気二重層キャパシタ131に対し充電して、一定時間後t0において電気二重層キャパシタ131への充電を継続しながら当該電気二重層キャパシタ131から鉛蓄電池132へ電力を移し替えるようにしている。このため、太陽電池パネル12の時間変動の大きい起電力を効率良く蓄電でき、しかも安価で大容量の電源システムを提供することができる。
As described above, in this embodiment, the
また、電力蓄積ユニット13に蓄積された電力を放電してデータロガー14に供給する場合に、先ず電気二重層キャパシタ131から蓄電量の放電を開始して、時刻t0になるとそれ以降上記電気二重層キャパシタ131からの放電を継続しながら、鉛蓄電池132から電気二重層キャパシタ131への電力の移し替えを行うようにしている。したがって、単位時間当たりの電力消費量の大きいデータロガー14に対して十分な電力を供給することが可能となり、しかも安価で長時間の電力供給が可能な電源システムを提供することができる。
In addition, when discharging the electric power stored in the
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、充放電時定数の異なる3以上の電力蓄電部を用意し、これらの電力蓄電部に対し充電時定数の小さいものから順に充電すると共に、放電時定数の小さいものから順に放電するように構成してもよい。また、その際、単位時間当たりの電力消費量の異なる複数の負荷がある場合、又は一つの負荷の単位時間当たりの電力消費量が時間により変動する場合に、負荷が要求する電力消費量に対応する放電時定数を有する電力蓄電部を適応的に選択して、電力を放電するように制御してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, three or more power storage units with different charge / discharge time constants are prepared, and the power storage units are charged in order from the one with the smallest charge time constant and discharged in the order from the one with the smallest discharge time constant. May be. Also, when there are multiple loads with different power consumption per unit time, or when the power consumption per unit time of one load fluctuates with time, it corresponds to the power consumption required by the load The power storage unit having a discharge time constant to be selected may be adaptively selected to control the power to be discharged.
前記実施形態では、太陽発電を利用する場合を例にとって説明したが、風力発電や地熱発電等のその他の自然エネルギを利用して発電し、その電力を電力蓄電ユニットに蓄積して使用する場合にもこの発明を適用可能である。
その他、センサの種類、データロガー及び充放電制御ユニットの構成、電力蓄積ユニットの構成、高速充放電蓄電部及び低速充放電蓄電部の種類、データロガーによる制御手順制御内容などについても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
In the above embodiment, the case where solar power generation is used has been described as an example. However, when other natural energy such as wind power generation or geothermal power generation is used to generate power, the power is stored in the power storage unit and used. This invention can also be applied.
In addition, the type of sensor, the configuration of the data logger and the charge / discharge control unit, the configuration of the power storage unit, the type of the high-speed charge / discharge power storage unit and the low-speed charge / discharge power storage unit, the control procedure control contents by the data logger, etc. Various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 In short, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
1,10…自立駆動型テレメトリデータ観測装置、2…データ収集装置、3…通信ネットワーク、11…充放電制御ユニット、111…充放電制御ユニットの情報処理部、112…充放電制御ユニットの情報記憶部、113…シリアル通信インタフェース、114…充放電制御回路、12…エネルギ変換部(太陽電池パネル)、13…電力蓄積ユニット、131…高速充放電蓄電部(電気二重層キャパシタ)、132…低速充放電蓄電部(鉛蓄電池)、14…データロガー、141…電力供給部、142…データロガーのシリアル通信インタフェース、143…データロガーの情報記憶部、15…雨量センサ、16…データロガーの情報処理部、17…通信インタフェース(無線パケット通信インタフェース)。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電力生成部により生成された電力を蓄積する電力蓄積ユニットと、
前記電力蓄積ユニットにおける電力の蓄積を制御する充放電制御ユニットと
を具備し、
前記電力蓄積ユニットは、
前記電力生成部の電力生成速度よりも速い第1の蓄電速度を有する高速充放電蓄電部と、
前記第1の蓄電速度よりも遅い第2の蓄電速度を有する低速充放電蓄電部と
を備え、
前記充放電制御ユニットは、
前記電力生成部により生成された電力を先ず前記高速充放電蓄電部に供給して当該高速充放電蓄電部を充電する手段と、
前記高速充放電蓄電部の充電開始後、当該高速充放電蓄電部が有する充電速度で充電を行った場合に蓄電量が飽和値より一定量小さい値に達する時刻になると、それ以後は、前記電力生成部により生成された電力を前記高速充放電蓄電部に供給して当該高速充放電蓄電部への充電を継続しながら、当該高速充放電蓄電部に蓄電された電力を放電して前記低速充放電蓄電部に供給し当該低速電力蓄積部を充電する手段と
を備えることを特徴とする電源システム。 A power generation unit that generates power based on natural energy;
A power storage unit for storing the power generated by the power generation unit;
A charge / discharge control unit for controlling the storage of power in the power storage unit;
The power storage unit is
A high-speed charge / discharge power storage unit having a first power storage speed faster than a power generation speed of the power generation unit;
A low-speed charge / discharge power storage unit having a second power storage speed slower than the first power storage speed,
The charge / discharge control unit includes:
Means for supplying power generated by the power generation unit to the high-speed charge / discharge power storage unit to charge the high-speed charge / discharge power storage unit;
After the start of charging of the high-speed charge / discharge power storage unit, when charging is performed at the charge rate of the high-speed charge / discharge power storage unit, when the power storage amount reaches a value smaller than a saturation value , the power is thereafter While supplying the electric power generated by the generator to the high-speed charge / discharge power storage unit and continuing to charge the high-speed charge / discharge power storage unit, the power stored in the high-speed charge / discharge power storage unit is discharged to A power supply system comprising: means for supplying to the discharge power storage unit and charging the low-speed power storage unit.
前記電力蓄積ユニットの低速充放電蓄電部は、前記第1の放電速度よりも遅い第2の放電速度を有し、
前記充放電制御ユニットは、
先ず前記高速充放電蓄電部に蓄電された電力を放電して前記負荷に供給する手段と、
前記高速充放電蓄電部の放電開始後、当該高速充放電蓄電部が有する放電速度で放電を行った場合に蓄電残量が下限値より一定量大きい値まで減少する時刻になると、それ以後は、前記高速充放電蓄電部から前記負荷への放電を継続しながら、前記低速充放電蓄電部に蓄電された電力を放電して前記高速充放電蓄電部に供給し当該高速充放電蓄電部を充電する手段と
を、更に備えることを特徴とする請求項1記載の電源システム。 The high-speed charge / discharge power storage unit of the power storage unit has a first discharge rate faster than the power consumption rate of the load,
The low-speed charge / discharge power storage unit of the power storage unit has a second discharge rate that is slower than the first discharge rate,
The charge / discharge control unit includes:
First, means for discharging the power stored in the high-speed charge / discharge power storage unit and supplying it to the load;
After the start of the discharge of the high-speed charge / discharge power storage unit, when discharging is performed at the discharge speed of the high-speed charge / discharge power storage unit, when the remaining power storage time decreases to a value larger than the lower limit value, thereafter, While continuing the discharge from the high-speed charge / discharge power storage unit to the load, the power stored in the low-speed charge / discharge power storage unit is discharged and supplied to the high-speed charge / discharge power storage unit to charge the high-speed charge / discharge power storage unit. The power supply system according to claim 1, further comprising: means.
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