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技術 充電器および充電器付きモバイル電子機器用カバー

出願人 シャープ株式会社
発明者 江崎正悟福井篤山中良亮柴田諭古宮良一エルファシフィリメディ山中俊平
出願日 2015年3月4日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2015-042419
公開日 2016年9月5日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2016-163487
状態 特許登録済
技術分野 電池等の充放電回路 電気的変量の制御(交流、直流、電力等)
主要キーワード 抵抗ユニット 高照度用 照度用 JIS規格 定格入力電圧 可変抵抗値 モジュールユニット 表示計
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年9月5日)のものです。
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図面 (12)

課題

照度変化に伴う太陽電池出力電圧に変動が生じた場合であっても、太陽電池からの電力蓄電池に効率的に充電することができる充電器を提供する。

解決手段

充電器100Aは、太陽電池モジュール101と、太陽電池モジュールの最適動作点追従する制御回路105と、太陽電池モジュールと制御回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニット110Aと、を備える。

概要

背景

近年、スマートフォンなどに代表されるモバイル電子機器充電する、太陽電池を備えた充電器(「ソーラー充電器」と称される場合もある。)が知られている。充電器は、典型的には太陽電池(以下、「太陽電池モジュール」と称することがある。)と、1つまたは複数の蓄電池とを備えている。充電器の回路構成によって、太陽電池により生成された電力を、蓄電池または負荷(例えば、充電器に外部接続させるモバイル電子機器)に直接給電したり、電力変換機能を有する充電制御回路を介して蓄電池または負荷に給電したりすることができる。例えば、特許文献1がそのような充電器を開示している。

特許文献1に開示された充電器は、太陽電池からの電力を蓄電池に直接給電するパスと充電制御回路(DC/DCコンバータ)を介してその電力を蓄電池に給電するパスとを、照度に対応する照度情報に基づいて切り替えスイッチ回路を備えている。具体的には、そのスイッチ回路を照度情報に基づいて制御することにより、低照度のときには、蓄電池に直接給電するパスが選択され、高照度のときには、DC/DCコンバータを介して蓄電池に給電するパスが選択される。この構成によると、低照度から高照度までの広い範囲にわたり、太陽光エネルギーをより有効に利用し得る充電器が提供される。

概要

照度変化に伴う太陽電池の出力電圧に変動が生じた場合であっても、太陽電池からの電力を蓄電池に効率的に充電することができる充電器を提供する。充電器100Aは、太陽電池モジュール101と、太陽電池モジュールの最適動作点追従する制御回路105と、太陽電池モジュールと制御回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニット110Aと、を備える。

目的

項目9に記載の充電器によると、手動でスイッチを制御できるバリエーションを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの最適動作点追従する制御回路と、前記太陽電池モジュールと前記制御回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニットと、を備える、充電器

請求項2

前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から1つの抵抗素子を前記太陽電池モジュールの出力電圧に応じて選択し、前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記制御回路に接続される、請求項1に記載の充電器。

請求項3

前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から1つの抵抗素子を照度信号に応じて選択し、前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記制御回路に接続される、請求項1に記載の充電器。

請求項4

前記太陽電池モジュールは、色素増感太陽電池モジュールまたは蛍光集光板を用いた太陽電池モジュールである、請求項1から3のいずれかに記載の充電器。

請求項5

請求項1から4のいずれかに記載の充電器を備える、充電器付きモバイル電子機器用カバー

技術分野

0001

本発明は、太陽電池を備えた充電器およびそれを備えた充電器付きモバイル電子機器用カバーに関する。

背景技術

0002

近年、スマートフォンなどに代表されるモバイル電子機器充電する、太陽電池を備えた充電器(「ソーラー充電器」と称される場合もある。)が知られている。充電器は、典型的には太陽電池(以下、「太陽電池モジュール」と称することがある。)と、1つまたは複数の蓄電池とを備えている。充電器の回路構成によって、太陽電池により生成された電力を、蓄電池または負荷(例えば、充電器に外部接続させるモバイル電子機器)に直接給電したり、電力変換機能を有する充電制御回路を介して蓄電池または負荷に給電したりすることができる。例えば、特許文献1がそのような充電器を開示している。

0003

特許文献1に開示された充電器は、太陽電池からの電力を蓄電池に直接給電するパスと充電制御回路(DC/DCコンバータ)を介してその電力を蓄電池に給電するパスとを、照度に対応する照度情報に基づいて切り替えスイッチ回路を備えている。具体的には、そのスイッチ回路を照度情報に基づいて制御することにより、低照度のときには、蓄電池に直接給電するパスが選択され、高照度のときには、DC/DCコンバータを介して蓄電池に給電するパスが選択される。この構成によると、低照度から高照度までの広い範囲にわたり、太陽光エネルギーをより有効に利用し得る充電器が提供される。

先行技術

0004

特開平11−46457号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、充電器を使用する状況に応じて、太陽電池に照射される光量は異なるので、太陽電池の出力電圧が変動する。例えば、曇天時と晴天時との間では、照射される光量は大きく異なり、その出力電圧が大きく変動する。

0006

従来、太陽電池の分野においては、限られた設置面積で如何に高い発電量を得られるかが重視されてきた。このため、太陽電池の変換効率については、これまで多くの議論がなされている。これに対して、照度と太陽電池の出力電圧との関係については、これまで着目されていなかったと言える。本願発明者は、この関係に着目し、照度変化に伴う出力電圧の変動が充電器の回路に影響を与えるという課題を新たに見出した。

0007

図1は、太陽電池の出力電圧(開放電圧)の照度依存性を示す。図1横軸対数軸であり、照度(mW/cm2)を示し、縦軸は開放電圧Voc(V)を示している。図中には、多結晶シリコン太陽電池および色素増感太陽電池を例に、ソーラーシミュレータを用いてJIS規格において規定されている標準状態(AM−1.5、100mW/cm2の疑似太陽光表面温度25℃、光入射方向セルに直交)で測定した結果を示している。多結晶シリコン太陽電池の測定結果を「◆」でプロットし、色素増感太陽電池の測定結果を「■」でプロットしている。この結果から、太陽電池は、照度が低下するにつれて、開放電圧は低下するという特性を有していることが分かる。また、照度が低下した場合においても、多結晶シリコン太陽電池と比べ、色素増感太陽電池モジュールの開放電圧はより高いことが分かる。

0008

このように、照度の低下に伴い、出力電圧は大きく変動する。その結果、充電器を用いてモバイル電子機器に内蔵された蓄電池を直接充電しようとした場合、出力電圧がモバイル電子機器の待機電力またはモバイル電子機器側の充電トリガー(例えば、動作電圧)等を下回ると、実質的にその蓄電池を充電できないという課題が生じ得る。また、モバイル電子機器を実質的に動作できないという課題が生じ得る。

0009

また、照度の低下に伴い、充電器の回路の変換効率も悪化する。後述するように、充電器には、太陽電池の出力を制御する制御回路(MPPT(Maximum Power Point Tracking)回路)が設けられている。出力電圧の低下によって、その電圧が制御回路の定格入力電圧を下回ると、制御回路を駆動できなくなったり、正しく動作させることができなくなったりするおそれがある。

0010

特許文献1の充電器では、曇天時のように照度が低いとき、充電制御回路を介さずに直接蓄電池を充電することにより、確かに、充電制御回路の消費電力による電力ロスは回避できる。しかしながら、太陽電池の電力は電力変換されることなく蓄電池に給電されるので、蓄電池の充電量の低下に伴い充電効率は低下する。または、蓄電池自体を充電できなくなる。このように、特許文献1の充電器は、充電効率の観点からは十分とは言えない。充電効率とは、充電器を介して供給される電力量に対する蓄電池に実際に蓄積された電力量の割合で表される。

0011

本発明の目的は、照度変化に伴う太陽電池の出力電圧に変動が生じた場合であっても、太陽電池からの電力を蓄電池または負荷により効率的に供給すること、すなわち充電効率を向上させることである。

課題を解決するための手段

0012

本発明の実施形態による充電器は、太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの最適動作点追従する制御回路と、前記太陽電池モジュールと前記制御回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニットと、を備える。

0013

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から1つの抵抗素子を前記太陽電池モジュールの出力電圧に応じて選択し、前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記制御回路に接続される。

0014

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは、前記太陽電池モジュールの出力電圧と第1の基準電圧とを比較する第1のコンパレータと、第1の抵抗値を有する第1の抵抗素子と、前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値を有する第2の抵抗素子と、前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子とを前記第1のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第1のスイッチと、を含み、前記第1のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第1の基準電圧以上であるとき、前記第1の抵抗素子を選択し、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第1の基準電圧未満であるとき、前記第2の抵抗素子を選択する。

0015

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは、前記太陽電池モジュールの出力電圧と第1の基準電圧とを比較する第1のコンパレータと、前記太陽電池モジュールの出力電圧と、前記第1の基準電圧よりも小さい第2の基準電圧とを比較する第2のコンパレータと、第1の抵抗値を有する第1の抵抗素子と、前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値を有する第2の抵抗素子と、前記第2の抵抗値よりも小さい第3の抵抗値を有する第3の抵抗素子と、前記第1の抵抗素子と前記第2または第3の抵抗素子とを前記第1のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第1のスイッチと、前記第2の抵抗素子と前記第3の抵抗素子とを前記第2のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第2のスイッチと、を含み、前記第1のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第1の基準電圧以上であるとき、前記第1の抵抗素子を選択し、前記第2のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第1の基準電圧未満であって前記第2の基準電圧以上であるとき、前記第2の抵抗素子を選択し、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第2の基準電圧未満であるとき、前記第3の抵抗素子を選択する。

0016

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは、前記太陽電池モジュールの出力電圧と第1の基準電圧とを比較する第1のコンパレータと、前記太陽電池モジュールの出力電圧と、前記第1の基準電圧よりも小さい第2の基準電圧とを比較する第2のコンパレータと、前記太陽電池モジュールの出力電圧と、前記第2の基準電圧よりも小さい第3の基準電圧とを比較する第3のコンパレータと、第1の抵抗値を有する第1の抵抗素子と、前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値を有する第2の抵抗素子と、前記第2の抵抗値よりも小さい第3の抵抗値を有する第3の抵抗素子と、前記第3の抵抗値よりも小さい第4の抵抗値を有する第4の抵抗素子と、前記第1の抵抗素子と前記第2、第3または第4の抵抗素子とを前記第1のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第1のスイッチと、前記第2の抵抗素子と前記第3または第4の抵抗素子とを前記第2のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第2のスイッチと、前記第3の抵抗素子と前記第4の抵抗素子とを前記第3のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第3のスイッチと、を含み、前記第1のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第1の基準電圧以上であるとき、前記第1の抵抗素子を選択し、前記第2のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第1の基準電圧未満であって前記第2の基準電圧以上であるとき、前記第2の抵抗素子を選択し、前記第3のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第2の基準電圧未満であって前記第3の基準電圧以上であるとき、前記第3の抵抗素子を選択し、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第3の基準電圧未満であるとき、前記第4の抵抗素子を選択する。

0017

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から1つの抵抗素子を照度信号に応じて選択し、前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記制御回路に接続される。

0018

ある実施形態において、前記充電器は、前記照度信号を出力する照度センサをさらに備える。

0019

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは可変抵抗器を含む。

0020

ある実施形態において、前記抵抗ユニットは、第1の抵抗値を有する第1の抵抗素子と、前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値を有する第2の抵抗素子と、前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子とを切り替え可能な第1のスイッチと、を含む。

0021

ある実施形態において、前記太陽電池モジュールは、色素増感太陽電池モジュールまたは蛍光集光板を用いた太陽電池モジュールである。前記太陽電池モジュールは色素増感太陽電池モジュールであることが好ましい。

0022

ある実施形態において、前記太陽電池モジュールからの最大出力電力が10W以下であるとき、前記抵抗ユニットの可変抵抗値は、0.1Ωから50kΩの範囲の値である。可変抵抗値の下限は0.1Ωに限らずより小さい方が好ましい。ただし、抵抗値が極端に小さくなると回路のコストが上昇し、製品として現実的ではなくなる。そのため、許容できるコストを考慮すると抵抗値の下限を0.1Ω程度とすることが望ましい。

0023

ある実施形態において、前記充電器は、前記太陽電池モジュールからの電力を蓄積し、前記制御回路に接続された蓄電池をさらに備える。

0024

ある実施形態において、充電器付きモバイル電子機器用カバーは、太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの最適動作点を追従する制御回路と、前記太陽電池モジュールと前記制御回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニットと、を有する充電器を備える。

発明の効果

0025

本発明の一実施形態によれば、太陽電池からの電力を蓄電池または負荷により効率的に供給できる充電器が提供される。

図面の簡単な説明

0026

太陽電池の出力電圧の照度依存性を示すグラフである。
第1の実施形態による充電器100Aの回路構成を示す模式図である。
太陽電池の出力電圧の照度依存性を示すグラフである。
第1の実施形態による抵抗ユニット110Aの回路構成を示す模式図である。
第2の実施形態による抵抗ユニット110Bの回路構成を示す模式図である。
第3の実施形態による抵抗ユニット110Cの回路構成を示す模式図である。
第4の実施形態による抵抗ユニット110Dの回路構成を示す模式図である。
第5の実施形態による抵抗ユニット110Eの回路構成を示す模式図である。
第5の実施形態の変形例による抵抗ユニット110Fの回路構成を示す模式図である。
比較例に用いた充電器の回路構成を示す模式図である。
比較例に用いた充電器の回路構成を示す模式図である。

実施例

0027

本発明の実施形態による充電器は、太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールの最適動作点を追従するMPPT回路と、太陽電池モジュールとMPPT回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニットと、を備える。この充電器によれば、照度変化に伴う太陽電池の出力電圧の変動に応じて、太陽電池からの電力を蓄電池により効率的に給電できる。

0028

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態による充電器を説明する。以下の説明において、同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付している。なお、本発明の実施形態による充電器は、以下で例示するものに限られない。例えば、一の実施形態と、他の実施形態とを組み合わせることも可能である。

0029

(第1の実施形態)
図2および3を参照しながら、本実施形態による充電器100Aの回路構成および機能を説明する。

0030

図2は、充電器100Aの回路構成を模式的に示している。図示するように、充電器100Aには、充電の対象として、外部負荷106を接続することができる。例えば、外部負荷106は、タブレット端末、スマートフォンに代表される携帯電話、および電子書籍リーダなどである。充電器100Aを外部負荷106に接続した状態で、充電器100Aから外部負荷106に電力が供給される。または、充電対象は、充電器100A内の蓄電池107であってもよい。その場合、蓄電池107を一旦充電してから、充電器100Aに外部負荷106を接続し、蓄電池107に蓄積された電力を外部負荷106に供給することもできる。

0031

充電器100Aは、太陽電池モジュール101と、抵抗ユニット110Aと、MPPT回路105とを備えている。ただし、上述したように、充電器100Aはオプションとして、太陽電池モジュール101からの電力を蓄積する蓄電池107をさらに備えていてもよい。

0032

太陽電池モジュール101として、種々の太陽電池を用いることができる。例えば、結晶シリコン太陽電池およびアモルファスシリコン太陽電池などのシリコン系の太陽電池、GaAs太陽電池などの化合物系の太陽電池、蛍光集光板を用いた太陽電池、および色素増感太陽電池などの有機系の太陽電池を広く用いることができる。なお、太陽電池は一般に「PV」と称され、図中には太陽電池モジュール101を「PV」と表記している。

0033

ここで、太陽電池の出力電圧(開放電圧)の照度依存性を詳細に説明する。図3は、太陽電池の出力電圧(開放電圧)の照度依存性を示す。図3の横軸は対数軸であり、照度(mW/cm2)を示し、縦軸は開放電圧Voc(V)を示している。図中には、結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、色素増感太陽電池、および蛍光集光板を用いた太陽電池のそれぞれについて、ソーラーシミュレータを用いてJIS規格において規定されている標準状態(AM−1.5、100mW/cm2の疑似太陽光、表面温度25℃、光入射方向はセルに直交)で測定した各太陽電池の測定結果を示している。結晶シリコン太陽電池の測定結果を「◆」でプロットし、色素増感太陽電池の測定結果を「■」でプロットし、アモルファスシリコン太陽電池を「▲」でプロットし、蛍光集光板を用いた太陽電池の測定結果を「●」でプロットしている。

0034

図3から、色素増感太陽電池および蛍光集光板を用いた太陽電池の開放電圧は入射エネルギーによって緩やかに変化していることが分かる。これに対して、結晶シリコン太陽電池およびアモルファスシリコン太陽電池の開放電圧は、入射エネルギーの低下とともに大きく減少していることが分かる。このように、色素増感太陽電池および蛍光集光板を用いた太陽電池の、照度に対する電圧変動は、結晶シリコン太陽電池およびアモルファスシリコン太陽電池のそれに比べて小さいと言える。

0035

結晶シリコン太陽電池およびアモルファスシリコン太陽電池を用いると、天候が変化し易い場合、または照度が非常に低い場合には、太陽電池の出力電圧の変動により、MPPT回路105への入力電圧が不安定になる。また、色素増感太陽電池および蛍光集光板を用いた太陽電池と比べ、低照度時の開放電圧はそもそも低い。そのため、太陽電池モジュール101の発電量に対する負荷106または蓄電池107に供給される電力量の割合は低下する。

0036

これに対して、色素増感太陽電池および蛍光集光板を用いた太陽電池を用いると、天候が変化し易い場合、または照度が非常に低い場合でも、太陽電池の出力電圧の変動が小さいので、MPPT回路への入力電圧は安定する。そのため、太陽電池の発電量に対する負荷106または蓄電池107に供給される電力量の割合を高く維持できる。

0037

また、太陽電池からの出力電流は、その種類を問わず、照度に応じて大きく変化する。そのため、照度に対する電流変動にはそれほど違いは見られない。従って、電力を安定的に供給する観点から、太陽電池モジュール101として、照度に対する電圧変動が小さく、また、低照度時の開放電圧がより高い色素増感太陽電池および蛍光集光板を用いた太陽電池を用いることが好ましい。これらの太陽電池を用いると、天候が変化し易い場合、および照度が極めて低い場合でも、充電器の回路の変換効率の悪化が抑制されて、太陽電池から電力を効率よく得ることができる。さらに、色素増感太陽電池を用いることがより好ましい。

0038

太陽電池モジュール101は、複数のセルから構成される。例えば、色素増感太陽電池の集積構造として、様々な構成が提案されている。中でも、複数のセルを直列に接続することで、高密度な集積構造を簡単に実現できることが知られている。そのため、高集積化の観点からは、複数のセルが直列に接続された構造を有する色素増感太陽電池を用いることが好ましい。これにより、太陽電池モジュール101の出力を大きくすることができる。以下、太陽電池モジュール101は、特に断りがない限り、結晶シリコン太陽電池モジュールであるとする。

0039

MPPT回路105は、太陽電池モジュール101の最適動作点を追従する制御を行う。最適動作点は、太陽電池モジュール101の出力電力電流と電圧の積)が最大になる動作点を指す。MPPT回路105を用いることで、照度や温度が変化しても、その状況下での最大動作点において太陽電池モジュール101を発電させることができ、そのときの最大電力を得ることができる。MPPT回路105として、公知のものを広く用いることができる。

0040

抵抗ユニット110Aは、可変抵抗値を有している。抵抗ユニット110Aは、太陽電池モジュール101の出力インピーダンスを調整する機能を有している。抵抗ユニット110Aは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、複数の抵抗素子の中から1つの抵抗素子を太陽電池モジュール101の出力電圧に応じて選択する。その結果、太陽電池モジュール101は、選択された抵抗素子を介してMPPT回路105に接続される。

0041

図4を参照しながら、抵抗ユニット110Aの構成および機能を詳細に説明する。

0042

図4は、抵抗ユニット110Aの回路構成を模式的に示している。抵抗ユニット110Aは、コンパレータ(CMP)102Aと、スイッチ103Aと、抵抗素子104Aおよび104Bとを有している。抵抗ユニット110Aは、これらの素子を同一の基板集積することにより、集積回路として実現され得る。

0043

抵抗素子104Aおよび104Bは、互いに異なる抵抗値を有している。具体的には、抵抗素子104Aの抵抗値は、抵抗素子104Bの抵抗値よりも大きい。例えば、太陽電池モジュール101からの最大出力電力が10W以下である場合、抵抗素子104Aの抵抗値を30kΩに設定し、抵抗素子104Bの抵抗値を0.1kΩに設定することができる。

0044

アモルファスシリコン太陽電池モジュールまたは色素増感太陽電池モジュールを用いるとき、そのモジュールからの最大出力電力が5W以下である場合、抵抗素子104Aの抵抗値を10kΩに設定し、抵抗素子104Bの抵抗値を0.1kΩに設定することが好ましい。また、蛍光集光板を用いた太陽電池を用いるとき、そのモジュールからの最大出力電力が3W以下である場合、抵抗素子104Aの抵抗値を5kΩに設定し、抵抗素子104Bの抵抗値を0.1kΩに設定することが好ましい。

0045

コンパレータ102Aは、太陽電池モジュール101の出力電圧を受けて、その出力電圧と第1の基準電圧Vref1との大小を比較する。ここで、第1の基準電圧Vref1は太陽電池モジュールおよびMPPT回路105の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第1の基準電圧Vref1を0.8V程度に設定することができる。

0046

スイッチ103Aは、例えばリレースイッチなどである。スイッチ103Aは、抵抗素子104Aと抵抗素子104Bとを、コンパレータ102Aの比較結果に応じて切り替える。抵抗素子104Aが選択されると、太陽電池モジュール101は、抵抗素子104Aを介してMPPT回路105に接続される。抵抗素子104Bが選択されると、太陽電池モジュール101は、抵抗素子104Bを介してMPPT回路105に接続される。以下、スイッチの動作を詳細に説明する。

0047

コンパレータ102Aは、太陽電池モジュール101の出力電圧と第1の基準電圧Vref1との大小関係応じて、スイッチ103Aを制御する電流をオンオフする。太陽電池モジュール101の出力電圧が第1の基準電圧Vref1以上であるとき、コンパレータ102Aが制御電流をオンすることにより、スイッチ103Aは、抵抗素子104Aを選択する。このように、晴天時など照度が比較的高いときは、抵抗ユニット110Aは抵抗素子104Aに対応した抵抗値を有する。

0048

太陽電池モジュール101の出力電圧が第1の基準電圧Vref1未満であるとき、コンパレータ102Aが制御電流をオフすることにより、スイッチ103Aは、抵抗素子104Bを選択する。このように、曇天時など照度が比較的低いときは、抵抗ユニット110Aは抵抗素子104Bに対応した抵抗値を有する。

0049

晴天時など照度が比較的高いとき、太陽電池モジュール101は、抵抗素子104Aを介してMPPT回路105に接続され、曇天時など照度が比較的低いとき、抵抗素子104Aよりも小さい抵抗値を有する抵抗素子104Bを介してMPPT回路105に接続される。このように、抵抗ユニット110Aは、高照度のとき、高い抵抗値を有し、低照度のとき、低い抵抗値を有するように構成されている。

0050

低照度のときは、太陽電池モジュール101からの出力電圧、電流および電力は小さい。そのため、仮に抵抗値が高く設定されると、MPPT回路105への入力電圧は低くなり、MPPT回路105において検出され得る出力の変化が小さくなる。その結果、MPPT回路105の演算精度の低下を招く。本実施形態では、低照度のとき、抵抗値を小さく設定しているので、それを回避することができ、MPPT回路105に効率よく電力を供給できる。

0051

また、高照度のとき、太陽電池モジュール101からの出力電圧、電流および電力は比較的大きい。そのため、仮に抵抗値が小さく設定されると、MPPT回路105に電力を効率よく供給できない。また、MPPT回路105の入力電圧が最適動作点電圧からずれてしまう可能性がある。本実施形態では、高照度のとき、抵抗値を大きく設定しているので、それらを回避することができる。

0052

上述したとおり、充電器100Aは、蓄電池107をさらに備えていても構わない。その場合、蓄電池107は、太陽電池モジュール101において発電された電力を蓄積する。蓄電池としては、例えばリチウムイオン二次電池リチウムイオンポリマー二次電池およびニッケル水素電池などを用いることができる。

0053

本実施形態によると、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュール101からの電力を負荷106または蓄電池107に効率よく供給できる。また、低照度においてもMPPT回路105を介して電力を給電することにより、蓄電池107の充電効率を向上させることができる。

0054

(第2の実施形態)
図5を参照しながら、本実施形態による充電器100Bの構造および機能を説明する。

0055

図5は、充電器100Bの回路構成を模式的に示している。第2の実施形態による充電器100Bは、抵抗ユニット110Bが2つのコンパレータおよび3つの抵抗素子を備えている点で、第1の実施形態による充電器100Aとは異なる。以下、共通する部分の説明は省略し、差異点を中心に説明する。

0056

抵抗ユニット110Bは、コンパレータ102Aおよび102Bと、抵抗素子104A、104Bおよび104Cと、スイッチ103Aおよび103Bとを有している。

0057

抵抗素子104A、104Bおよび104Cは、互いに異なる抵抗値を有している。具体的には、抵抗素子104Aの抵抗値は、抵抗素子104Bの抵抗値よりも大きい。抵抗素子104Bの抵抗値は、抵抗素子104Cの抵抗値よりも大きい。例えば、太陽電池モジュールからの最大出力電力が10W以下であるとき、抵抗素子104Aの抵抗値を50kΩに設定し、抵抗素子104Bの抵抗値を5kΩに設定し、抵抗素子104Cの抵抗値を0.5kΩに設定することができる。

0058

コンパレータ102Aは、太陽電池モジュール101の出力電圧を受けて、その出力電圧と第1の基準電圧Vref1との大小を比較する。コンパレータ102Aは、その大小関係応じて、スイッチ103Aを制御する電流をオン・オフする。ここで、第1の基準電圧Vref1は太陽電池モジュールおよびMPPT回路105の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第1の基準電圧Vref1を0.8V程度に設定することができる。

0059

コンパレータ102Bは、太陽電池モジュール101の出力電圧を受けて、その出力電圧と第2の基準電圧Vref2との大小を比較する。コンパレータ102Bは、その大小関係応じて、スイッチ103Bを制御する電流をオン・オフする。ここで、第2の基準電圧Vref2は太陽電池モジュールおよびMPPT回路105の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第2の基準電圧Vref2を0.5V程度に設定することができる。このように、本実施形態では、第1の基準電圧Vref1は、第2の基準電圧Vref2よりも大きい。

0060

スイッチ103Aは、抵抗素子104Aと、抵抗素子104Bまたは104Cとを、コンパレータ102Aの比較結果に応じて切り替える。抵抗素子104Aが選択されると、太陽電池モジュール101は、抵抗素子104Aを介してMPPT回路105に接続される。

0061

スイッチ103Bは、抵抗素子104Bと抵抗素子104Cとを、コンパレータ102Bの比較結果に応じて切り替える。抵抗素子104Bが選択されると、太陽電池モジュール101は、抵抗素子104Bを介してMPPT回路105に接続される。抵抗素子104Cが選択されると、太陽電池モジュール101は、抵抗素子104Cを介してMPPT回路105に接続される。以下、スイッチの動作を詳細に説明する。

0062

太陽電池モジュール101の出力電圧が第1の基準電圧Vref1以上であるとき、スイッチ103Aは、抵抗素子104Aを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル1」と称することにする。照度レベル1は、比較的高い照度に対応したレベルを示している。

0063

太陽電池モジュール101の出力電圧が第1の基準電圧Vref1未満であって、第2の基準電圧Vref2以上であるとき、スイッチ103Bは、抵抗素子104Bを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル2」と称することにする。また、太陽電池モジュールの出力電圧が第2の基準電圧Vref2未満であるとき、スイッチ103Bは、抵抗素子104Cを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル3」と称することにする。照度レベル2および3は、比較的低い照度に対応したレベルを示している。

0064

このように、スイッチ103Aは、高照度であるか否かによって、照度レベル1に対応した抵抗素子104Aと、抵抗素子104Bまたは抵抗素子104Cとを切り替える。低照度のとき、そのレベルはさらに分類され、スイッチ103Bは、照度レベル2に対応した抵抗素子104Bと照度レベル3に対応した抵抗素子104Cとを切り替える。

0065

特に、低照度のとき、太陽電池モジュール101からの出力電圧、電流および電力は小さい。そのため、仮に抵抗ユニット110Bの抵抗値が高く設定されると、MPPT制御回路105への入力電圧が低くなり、MPPT回路105において検出され得る出力の変化が小さくなる。その結果、MPPT回路105の演算精度の低下を招く。本実施形態では、コンパレータ102B、スイッチ103Bおよび抵抗素子104Cを設けることにより、低照度時において、第2の基準電圧Vref2を参照して、抵抗素子を細かく切り替えることができる。そのため、照度が極めて低い場合でも、その照度に対応した適切な抵抗値を抵抗ユニット110Bに設定することができ、MPPT回路105に効率よく電力を供給できる。

0066

本実施形態によると、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュール101からの電力を負荷106または蓄電池107に効率よく供給できる。また、照度が極めて低い場合でもMPPT回路105を介して電力を給電することにより、蓄電池107の充電効率を向上させることができる。

0067

(第3の実施形態)
図6を参照しながら、本実施形態による充電器100Cの構造および機能を説明する。

0068

図6は、充電器100Cの回路構成を模式的に示している。第3の実施形態による充電器100Bは、抵抗ユニット110Cが3つのコンパレータおよび4つの抵抗素子を備えている点で、第1の実施形態による充電器100Aとは異なる。以下、共通する部分の説明は省略し、差異点を中心に説明する。

0069

抵抗ユニット110Cは、コンパレータ102A、102Bおよび102Cと、抵抗素子104A、104B、104Cおよび104Dと、スイッチ103A、103Bおよび103Cとを有している。

0070

抵抗素子104A、104B、104Cおよび104Dは、互いに異なる抵抗値を有している。具体的には、抵抗素子104Aの抵抗値は、抵抗素子104Bの抵抗値よりも大きい。抵抗素子104Bの抵抗値は、抵抗素子104Cの抵抗値よりも大きい。抵抗素子104Cの抵抗値は、抵抗素子104Dの抵抗値よりも大きい。例えば、太陽電池モジュールからの最大出力電力が10W以下であるとき、抵抗素子104Aの抵抗値を50kΩに設定し、抵抗素子104Bの抵抗値を10kΩに設定し、抵抗素子104Cの抵抗値を0.5kΩに設定し、抵抗素子104Dの抵抗値を0.1Ωに設定することができる。

0071

コンパレータ102Aは、太陽電池モジュール101の出力電圧を受けて、その出力電圧と第1の基準電圧Vref1との大小を比較する。コンパレータ102Aは、その大小関係応じて、スイッチ103Aを制御する電流をオン・オフする。ここで、第1の基準電圧Vref1は、太陽電池モジュールおよびMPPT回路105の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第1の基準電圧Vref1を1V程度に設定することができる。

0072

コンパレータ102Bは、太陽電池モジュール101の出力電圧を受けて、その出力電圧と第2の基準電圧Vref2との大小を比較する。コンパレータ102Bは、その大小関係応じて、スイッチ103Bを制御する電流をオン・オフする。ここで、第2の基準電圧Vref2は、太陽電池モジュールおよびMPPT回路105の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第2の基準電圧Vref2を0.7V程度に設定することができる。

0073

コンパレータ102Cは、太陽電池モジュール101の出力電圧を受けて、その出力電圧と第3の基準電圧Vref3との大小を比較する。コンパレータ102Cは、その大小関係応じて、スイッチ103Cを制御する電流をオン・オフする。ここで、第3の基準電圧Vref3は、太陽電池モジュールおよびMPPT回路105の特性などにより適宜決定され得る。例えば、第3の基準電圧Vref2を0.3V程度に設定することができる。このように、本実施形態では、第1の基準電圧Vref1は、第2の基準電圧Vref2よりも大きく、第2の基準電圧Vref2は、第3の基準電圧Vref3よりも大きい。

0074

スイッチ103Aは、抵抗素子104Aと、抵抗素子104B、104Cまたは104Dとを、コンパレータ102Aの比較結果に応じて切り替える。抵抗素子104Aが選択されると、太陽電池モジュール101は、抵抗素子104Aを介してMPPT回路105に接続される。

0075

スイッチ103Bは、抵抗素子104Bと、抵抗素子104Cまたは104Dとを、コンパレータ102Bの比較結果に応じて切り替える。抵抗素子104Bが選択されると、太陽電池モジュール101は、抵抗素子104Bを介してMPPT回路105に接続される。

0076

スイッチ103Cは、抵抗素子104Cと抵抗素子104Dとを、コンパレータ102Cの比較結果に応じて切り替える。抵抗素子104Cが選択されると、太陽電池モジュール101は、抵抗素子104Cを介してMPPT回路105に接続され、抵抗素子104Dが選択されると、太陽電池モジュール101は、抵抗素子104Dを介してMPPT回路105に接続される。以下、スイッチの動作を詳細に説明する。

0077

太陽電池モジュール101の出力電圧が第1の基準電圧Vref1以上であるとき、スイッチ103Aは、抵抗素子104Aを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル1」と称することにする。また、太陽電池モジュールの出力電圧が第1の基準電圧Vref1未満であって、第2の基準電圧Vref2以上であるとき、スイッチ103Bは、抵抗素子104Bを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル2」と称することにする。照度レベル1および2は、比較的高い照度に対応したレベルを示している。

0078

太陽電池モジュール101の出力電圧が第2の基準電圧Vref2未満であって、第3の基準電圧Vref3以上であるとき、スイッチ103Cは、抵抗素子104Cを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル3」と称することにする。また、太陽電池モジュールの出力電圧が第3の基準電圧Vref3未満であるとき、スイッチ103Cは、抵抗素子104Dを選択する。その状態における照度レベルを「照度レベル4」と称することにする。照度レベル3および4は、比較的低い照度に対応したレベルを示している。

0079

このように複数の基準電圧を設定し、太陽電池モジュール101の出力電圧とその基準電圧との大小関係を判定することにより、照度に対応した適切な抵抗値を抵抗ユニット110Cに細かく設定することができる。その結果、太陽電池モジュール101の電力をMPPT回路105により効率よく供給できる。

0080

本実施形態によると、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュール101からの電力を負荷106または蓄電池107に効率よく供給できる。また、照度が極めて低い場合、または極めて高い場合でも、MPPT回路105を介して電力を給電することにより、蓄電池107の充電効率を向上させることができる。

0081

なお、本願発明においては、コンパレータ、抵抗素子およびスイッチの数は特に限定されない。コンパレータ、抵抗素子およびスイッチをさらに設けることにより、照度に対応した適切な抵抗値をより緻密に精度よく抵抗ユニット110Cに設定することができる。製品仕様およびコストなどを考慮し、種々のバリエーションから最適な回路構成を選択ることができる。

0082

(第4の実施形態)
図7を参照しながら、本実施形態による充電器100Dの構造および機能を説明する。

0083

図7は、充電器100Dの回路構成を模式的に示している。第4の実施形態による充電器100Dは、コンパレータ102Aに接続された照度センサ108を備えている点で、第1の実施形態による充電器100Aとは異なる。以下、共通する部分の説明は省略し、差異点を中心に説明する。

0084

充電器100Dは、コンパレータ102Aに接続された照度センサ108をさらに備えている。照度センサ108としては、公知のものを広く用いることができる。照度センサ108は、太陽電池モジュール101を照射する光の照度を検出する。照度センサ108は、その検出結果に応じた電流を発生し、スイッチ103Aに出力する。

0085

抵抗ユニット110Dは、各々が異なる抵抗値を有する抵抗素子104Aおよび104Bを含み、その2つの抵抗素子の中から1つを照度センサ108からの照度信号に応じて選択する。なお、第1の実施形態と同様に、抵抗素子104Aの抵抗値は、抵抗素子104Bの抵抗値よりも大きいとする。

0086

コンパレータ102Aは、照度センサ108からの電流値基準電流Irefとの大小関係を判定する。例えば、基準電流Irefに1mAを設定することができる。

0087

スイッチ103Aは、照度センサ108からの電流値が基準電流Iref以上であるとき、抵抗素子104Aを選択し、照度センサ107の電流値が基準電流Iref未満であるとき、抵抗素子104Bを選択する。このように、抵抗ユニット110Dの抵抗値は、高照度のとき、抵抗素子104Aの抵抗値に変化し、低照度のとき、抵抗素子104Bの抵抗値に変化する。

0088

第1から第3の実施形態では、太陽電池モジュール101の出力電圧によって各スイッチを切り替えるので、その分だけ電力損失が発生する。本実施形態では、照度センサ108の電流を用いて、各スイッチを切り替えるので、電力損失を抑止することができる。そのため、第1から第3の実施形態に比べて、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュール101からの電力を負荷106または蓄電池107により効率よく供給できる。また、低照度においてもMPPT回路105を介して電力を給電することにより、蓄電池107の充電効率を向上させることができる。

0089

(第5の実施形態)
図8を参照しながら、本実施形態による充電器100Eの構造および機能を説明する。

0090

図8は、充電器100Eの回路構成を模式的に示している。第5の実施形態による充電器100Eは、抵抗ユニット110Eが可変抵抗器109を含んでいる点で、第1の実施形態による充電器100Aとは異なる。以下、共通する部分の説明は省略し、差異点を中心に説明する。

0091

抵抗ユニット110Eは、ユーザが抵抗値(ボリューム)を外部から調整することが可能なつまみなどを有する可変抵抗器109を含んでいる。抵抗ユニット110Eは、1つの可変抵抗器109で構成され得るので、他の実施形態による抵抗ユニットと比べ、抵抗ユニット110Eのサイズを小さくすることができる。

0092

本実施形態によると、例えば、太陽電池モジュール101の出力電圧、出力電流、または出力電力を表示する表示計(不図示)などを設置してそれをモニタすることにより、ユーザは、可変抵抗器109のつまみを調整して、細かく抵抗値を設定することができる。つまり、照度の微小な変化に応じて、適切な抵抗値を精度よく設定することができる。そのため、低照度から高照度までの広範囲にわたり、太陽電池モジュール101からの電力を負荷106または蓄電池107により効率よく供給できる。

0093

図9を参照しながら、ユーザによる外部制御が可能な抵抗ユニットの変形例を説明する。

0094

図9は、本変形例による充電器100Fの回路構成を模式的に示している。図示するように、充電器100Fは、スイッチ103Aはユーザから外部制御を受ける点で、第1の実施形態による充電器100Aとは異なる。

0095

この変形例によると、例えば、太陽電池モジュール101の出力を表示する表示計(不図示)などを設置してそれをモニタすることによって、自動制御に代えて手動により、ユーザは照度に適した抵抗値を選択できる。また、コンパレータなどを設ける必要がないので、それらによる電力損失を抑制できる。

0096

なお、本願発明においては、可変抵抗器の数は特に限定されない。可変抵抗器をさらに設けることにより、照度に対応した適切な可変抵抗値をより緻密に精度よく抵抗ユニット110Eに設定することができる。また、ユーザによる外部制御および抵抗素子の数は特に限定されない。ユーザによる外部制御および抵抗素子をさらに設けることにより、照度に対応した適切な抵抗値をより緻密に精度よく抵抗ユニット110Fに設定することができる。製品仕様およびコストなどを考慮し、種々のバリエーションから最適な回路構成を選択ることができる。

0097

(実施例)
本願発明者は、各実施形態に対応した回路構成を有する抵抗ユニットを備える充電器をそれぞれ試作し、それらの性能評価を行った。具体的には、以下に示される実施例1から8において、2つの条件下で、太陽電池モジュール101の出力電力量に対するMPPT回路105の出力電力量の割合(以下、「給電効率」と称する。)を測定した。ここで、電力量は、太陽電池モジュール101およびMTTP回路105の出力電圧Vおよび出力電流Iを測定することにより得られる電力(P=IV)の積算値である。また、給電効率は、各条件下での測定により得られた積算値の平均値を意味する。

0098

1つ目の条件(条件1)の下では、照度が比較的高い状況を想定し、太陽電池モジュール101に、100000ルクスの疑似太陽光を約2時間照射し、その後2000ルクスのLED(Light Emitted Diode)光を約3時間照射した。

0099

2つ目の条件(条件2)の下では、照度が比較的低い状況を想定し、太陽電池モジュール101に、100000ルクスの疑似太陽光を約5分照射し、その後2000ルクスのLED光を約4時間照射し、200ルクスのLED光を約6時間照射した。なお、照度が極めて低いときを想定し、200ルクスのLED光を照射している。

0100

実施例1は、図4に示される回路構成に対応した充電器100Aである。太陽電池モジュール101からの最大出力電力を10Wとして、抵抗素子104Aの抵抗値を30kΩに設定し、抵抗素子104Bの抵抗値を0.1kΩに設定し、第1の基準電圧Vref1を0.5Vに設定した。また、太陽電池モジュール101として、結晶シリコン太陽電池モジュールを用いた。

0101

実施例2は、図5に示される回路構成に対応した充電器100Bである。太陽電池モジュール101からの最大出力電力を10Wとして、抵抗素子104Aの抵抗値を50kΩに設定し、抵抗素子104Bの抵抗値を5kΩに設定し、抵抗素子104Cの抵抗値を0.5kΩに設定した。また、第1の基準電圧Vref1を0.5Vに設定し、第2の基準電圧Vref2を0.4Vに設定した。太陽電池モジュール101として、結晶シリコン太陽電池モジュールを用いた。

0102

実施例3は、図6に示される回路構成に対応した充電器100Cである。太陽電池モジュール101からの最大出力電力を10Wとして、抵抗素子104Aの抵抗値を50kΩに設定し、抵抗素子104Bの抵抗値を10kΩに設定し、抵抗素子104Cの抵抗値を0.5kΩに設定し、抵抗素子104Dの抵抗値を0.1Ωに設定した。また、第1の基準電圧Vref1を0.5Vに設定し、第2の基準電圧Vref2を0.4Vに設定し、第3の基準電圧Vref3を0.35Vに設定した。太陽電池モジュール101として、結晶シリコン太陽電池モジュールを用いた。

0103

実施例4は、図7に示される回路構成に対応した充電器100Dである。太陽電池モジュール101からの最大出力電力を10Wとして、抵抗素子104Aの抵抗値を30kΩに設定し、抵抗素子104Bの抵抗値を0.1kΩに設定し、基準電流Irefを1mAに設定した。また、太陽電池モジュール101として、結晶シリコン太陽電池モジュールを用いた。

0104

実施例5は、図4に示される回路構成に対応した充電器100Aである。太陽電池モジュール101からの最大出力電力を5Wとして、抵抗素子104Aの抵抗値を10kΩに設定し、抵抗素子104Bの抵抗値を0.1kΩに設定し、第1の基準電圧Vref1を0.5Vに設定した。また、太陽電池モジュール101として、アモルファスシリコン太陽電池モジュールを用いた。

0105

実施例6は、図4に示される回路構成に対応した充電器100Aである。太陽電池モジュール101からの最大出力電力を5Wとして、抵抗素子104Aの抵抗値を10kΩに設定し、抵抗素子104Bの抵抗値を0.1kΩに設定し、第1の基準電圧Vref1を0.65Vに設定した。また、太陽電池モジュール101として、色素増感太陽電池モジュールを用いた。

0106

実施例7は、図4に示される回路構成に対応した充電器100Aである。太陽電池モジュール101からの最大出力電力を3Wとして、抵抗素子104Aの抵抗値を5kΩに設定し、抵抗素子104Bの抵抗値を0.1kΩに設定し、第1の基準電圧Vref1を0.6Vに設定した。また、太陽電池モジュール101として、蛍光集光板を用いた太陽電池を用いた。

0107

実施例8は、図8に示される回路構成に対応した充電器100Eである。太陽電池モジュール101からの最大出力電力を10Wとして、可変抵抗値の範囲を0.1Ωから50kΩとした。また、太陽電池モジュール101として、結晶シリコン太陽電池モジュールを用いた。

0108

以下、比較例1から8に言及しつつ、実施例1から8の各測定結果を説明する。表1にそれぞれの測定結果を示す。

0109

0110

図10Aおよび10Bは、比較例に対応した回路構成を模式的に示している。比較例では、充電器は、可変抵抗値を有する抵抗ユニットではなく、図示するように、低照度に対応した抵抗値または高照度に対応した抵抗値を有している。比較例では、低照度に対応した抵抗素子111Aの抵抗値を0.1kΩに設定し、高照度に対応した抵抗素子111Bの抵抗値を30kΩに設定した。

0111

図10Aに示されるように、比較例1は、実施例1に対して、抵抗ユニット110Aを低照度用の抵抗素子111Aに置き換えたものである。比較例3は、実施例1に対して、抵抗ユニット110Aを抵抗素子111Aに置き換え、かつ、結晶シリコン太陽電池モジュールをアモルファスシリコン太陽電池に置き換えたものである。比較例5は、実施例1に対して、抵抗ユニット110Aを抵抗素子111Aに置き換え、かつ、結晶シリコン太陽電池モジュールを色素増感太陽電池に置き換えたものである。比較例7は、実施例1に対して、抵抗ユニット110Aを抵抗素子111Aに置き換え、かつ、結晶シリコン太陽電池モジュールを蛍光集光板を用いた太陽電池に置き換えたものである。

0112

図10Bに示されるように、比較例2は、実施例1に対して、抵抗ユニット110Aを高照度用の抵抗素子111Bに置き換えたものである。比較例4は、実施例1に対して、抵抗ユニット110Aを抵抗素子111Bに置き換え、かつ、結晶シリコン太陽電池モジュールをアモルファスシリコン太陽電池に置き換えたものである。比較例6は、実施例1に対して、抵抗ユニット110Aを抵抗素子111Bに置き換え、かつ、結晶シリコン太陽電池モジュールを色素増感太陽電池に置き換えたものである。比較例8は、実施例1に対して、抵抗ユニット110Aを抵抗素子111Bに置き換え、かつ、結晶シリコン太陽電池モジュールを蛍光集光板を用いた太陽電池に置き換えたものである。

0113

実施例1と2とを比較すると、条件1および2のいずれにおいても、実施例2における給電効率がより高いことが分かる。また、実施例2と3とを比較すると、条件1および2のいずれにおいても、実施例3における給電効率がより高いことが分かる。これは、コンパレータ、抵抗素子およびスイッチをより多く設けることにより、照度に対応した適切な抵抗値をより緻密に精度よく抵抗ユニットに設定することができるので、給電効率が向上することを示している。

0114

実施例1と4とを比較すると、条件1および2のいずれにおいても、実施例4における給電効率がより高いことが分かる。これは、照度センサの電流を用いて各スイッチを切り替えることでコンパレータによる電力損失を抑制でき、給電効率が向上することを示している。

0115

実施例1および5から7の中で、条件1および2のいずれにおいても、実施例6の測定結果が最もよいことが分かる。これは、太陽電池モジュール101として、照度に対する電圧変動が小さい色素増感太陽電池を用いることが好ましいことを示している。

0116

実施例1と8とを比較すると、条件1および2のいずれにおいても、実施例8における給電効率がより高いことが分かる。これは、手動により照度に適した抵抗値を選択することにより給電効率が向上することを示し、また、コンパレータなどによる電力損失を抑制できることを示している。

0117

実施例と比較例とを比較する。比較例のように、太陽電池モジュール101に接続される抵抗素子の抵抗値を低照度用の抵抗値に固定すると、高照度のときに、MPPT回路105に電力を効率よく供給できない。そのため、条件1の給電効率は低下することが分かる。一方で、太陽電池モジュール101に接続される抵抗素子の抵抗値を高照度用の抵抗値に固定すると、低照度のときに、MPPT回路105の演算精度が低下する。そのため、条件2の給電効率は著しく低下していることが分かる。抵抗素子の抵抗値を高照度用の抵抗値に固定することにより、特に低照度時の給電効率に大きな影響が出ることが分かる。

0118

本願発明は、太陽電池を備えた種々の充電器に好適に利用される。例えば、本願発明の充電器は、スマートフォンに代表されるモバイル電子機器を保護するカバーまたはケースに搭載され得る。その充電器付きカバーによると、照度変化に伴う太陽電池モジュールの出力電圧に変動が生じた場合であっても、太陽電池モジュールからの電力をモバイル電子機器に効率的に供給することができる。

0119

本明細書は、以下の項目に記載の充電器およびモバイル電子機器用カバーを開示している。

0120

〔項目1〕
太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールの最適動作点を追従する制御回路と、
前記太陽電池モジュールと前記制御回路との間に設けられ、可変抵抗値を有する抵抗ユニットと、
を備える、充電器。

0121

項目1に記載の充電器によると、太陽電池モジュールからの電力を効率的に供給できる。

0122

〔項目2〕
前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から1つの抵抗素子を前記太陽電池モジュールの出力電圧に応じて選択し、
前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記制御回路に接続される、項目1に記載の充電器。

0123

項目2に記載の充電器によると、照度に対応した適切な抵抗素子を選択することができるので、照度変化に伴う太陽電池モジュールの出力電圧に変動が生じた場合であっても、太陽電池モジュールからの電力を効率的に供給できる。

0124

〔項目3〕
前記抵抗ユニットは、
前記太陽電池モジュールの出力電圧と第1の基準電圧とを比較する第1のコンパレータと、
第1の抵抗値を有する第1の抵抗素子と、
前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値を有する第2の抵抗素子と、
前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子とを前記第1のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第1のスイッチと、
を含み、
前記第1のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第1の基準電圧以上であるとき、前記第1の抵抗素子を選択し、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第1の基準電圧未満であるとき、前記第2の抵抗素子を選択する、項目2に記載の充電器。

0125

項目3に記載の充電器によると、低照度および高照度のそれぞれに適した抵抗値をモジュールユニットに設定することができ、低照度から高照度までの広範囲にわたり効率的に電力を供給できる。

0126

〔項目4〕
前記抵抗ユニットは、
前記太陽電池モジュールの出力電圧と第1の基準電圧とを比較する第1のコンパレータと、
前記太陽電池モジュールの出力電圧と、前記第1の基準電圧よりも小さい第2の基準電圧とを比較する第2のコンパレータと、
第1の抵抗値を有する第1の抵抗素子と、
前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値を有する第2の抵抗素子と、
前記第2の抵抗値よりも小さい第3の抵抗値を有する第3の抵抗素子と、
前記第1の抵抗素子と前記第2または第3の抵抗素子とを前記第1のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第1のスイッチと、
前記第2の抵抗素子と前記第3の抵抗素子とを前記第2のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第2のスイッチと、
を含み、
前記第1のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第1の基準電圧以上であるとき、前記第1の抵抗素子を選択し、
前記第2のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第1の基準電圧未満であって前記第2の基準電圧以上であるとき、前記第2の抵抗素子を選択し、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第2の基準電圧未満であるとき、前記第3の抵抗素子を選択する、項目2に記載の充電器。

0127

項目4に記載の充電器によると、照度が極めて低い場合にも適切な抵抗値を抵抗ユニットに設定でき、低照度から高照度までの広範囲にわたりより効率的に電力を供給できる。

0128

〔項目5〕
前記抵抗ユニットは、
前記太陽電池モジュールの出力電圧と第1の基準電圧とを比較する第1のコンパレータと、
前記太陽電池モジュールの出力電圧と、前記第1の基準電圧よりも小さい第2の基準電圧とを比較する第2のコンパレータと、
前記太陽電池モジュールの出力電圧と、前記第2の基準電圧よりも小さい第3の基準電圧とを比較する第3のコンパレータと、
第1の抵抗値を有する第1の抵抗素子と、
前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値を有する第2の抵抗素子と、
前記第2の抵抗値よりも小さい第3の抵抗値を有する第3の抵抗素子と、
前記第3の抵抗値よりも小さい第4の抵抗値を有する第4の抵抗素子と、
前記第1の抵抗素子と前記第2、第3または第4の抵抗素子とを前記第1のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第1のスイッチと、
前記第2の抵抗素子と前記第3または第4の抵抗素子とを前記第2のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第2のスイッチと、
前記第3の抵抗素子と前記第4の抵抗素子とを前記第3のコンパレータの比較結果に応じて切り替える第3のスイッチと、
を含み、
前記第1のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第1の基準電圧以上であるとき、前記第1の抵抗素子を選択し、
前記第2のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第1の基準電圧未満であって前記第2の基準電圧以上であるとき、前記第2の抵抗素子を選択し、
前記第3のスイッチは、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第2の基準電圧未満であって前記第3の基準電圧以上であるとき、前記第3の抵抗素子を選択し、前記太陽電池モジュールの出力電圧が前記第3の基準電圧未満であるとき、前記第4の抵抗素子を選択する、項目2に記載の充電器。

0129

項目5に記載の充電器によると、照度が極めて低い場合または照度が極めて高い場合にも適切な抵抗値を抵抗ユニットに設定でき、低照度から高照度までの広範囲にわたりより効率的に電力を供給できる。

0130

〔項目6〕
前記抵抗ユニットは、各々が異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記複数の抵抗素子の中から1つの抵抗素子を照度信号に応じて選択し、
前記太陽電池モジュールは、選択された抵抗素子を介して前記制御回路に接続される、項目1に記載の充電器。

0131

項目6に記載の充電器によると、照度信号に応じてより細かく抵抗値を選択できる。また、コンパレータによる電力損失を抑制することができる。

0132

〔項目7〕
前記照度信号を出力する照度センサをさらに備える、項目6に記載の充電器。

0133

項目7に記載の充電器によると、充電器の照度センサからの照度信号に応じてより細かく抵抗値を選択できる。また、コンパレータによる電力損失を抑制することができる。

0134

〔項目8〕
前記抵抗ユニットは可変抵抗器を含む、項目1に記載の充電器。

0135

項目8に記載の充電器によると、手動でより細かく抵抗値を選択できる。

0136

〔項目9〕
前記抵抗ユニットは、
第1の抵抗値を有する第1の抵抗素子と、
前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値を有する第2の抵抗素子と、
前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子とを切り替え可能な第1のスイッチと、
を含む、項目1に記載の充電器。

0137

項目9に記載の充電器によると、手動でスイッチを制御できるバリエーションを提供することができる。

0138

〔項目10〕
前記太陽電池モジュールは、色素増感太陽電池モジュールまたは蛍光集光板を用いた太陽電池モジュールである、項目1から9のいずれかに記載の充電器。

0139

項目10に記載の充電器によると、照度に対する太陽電池モジュールの電圧変動を小さくすることができる。

0140

〔項目11〕
前記太陽電池モジュールからの最大出力電力が10W以下であるとき、前記抵抗ユニットの可変抵抗値は、0.1Ωから50kΩの範囲の値である、項目1から10のいずれかに記載の充電器。

0141

項目11に記載の充電器によると、太陽電池モジュールからの最大出力電力が10W以下であるとき、可変抵抗値をより好適に設定できる。

0142

〔項目12〕
前記太陽電池モジュールからの電力を蓄積し、前記制御回路に接続された蓄電池をさらに備える、項目1から11のいずれかに記載の充電器。

0143

項目12に記載の充電器によると、太陽電池モジュールからの電力を効率的に蓄電する蓄電池を備える充電器を提供できる。

0144

〔項目13〕
項目1から12のいずれかに記載の充電器を備える、充電器付きモバイル電子機器用カバー。

0145

項目13に記載の充電器付きモバイル電子機器用カバーによると、太陽電池モジュールからの電力を効率的に供給する充電器を備えたモバイル電子機器用カバーを提供できる。

0146

本発明は、太陽電池を備えた充電器に用いることができる。

0147

100A、100B、100C、100D、100E、100F充電器
101太陽電池モジュール
102A、102B、102Cコンパレータ
103A、103B、103C スイッチ
104A、104B、104C、104D、111A、111B抵抗素子
105 MPPT回路
106負荷
107蓄電池
108照度センサ
109可変抵抗器
110A、110B、110C、110D、110E、110F 抵抗ユニット

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