JP2016127656A

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Info

Publication number: JP2016127656A
Application number: JP2014265216A
Authority: JP
Inventors: 拓弥桑田; Takuya Kuwata
Original assignee: Munekata Co Ltd
Current assignee: Munekata Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2016-07-11

Abstract

TECHNICAL PROBLEM: To provide a power storage device for efficiently storing a weak AC voltage that is generated from an environmental power generation element, in a secondary battery and stabilizing output.SOLUTION: In a power storage device for storing power that is generated in an environmental power generation element, an AC voltage generated from the environmental power generation element is rectified into a DC voltage by a rectifier circuit, a voltage limiter is provided for suppressing an upper limit value of the rectified DC voltage lower than or equal to a predetermined value, and a rectification power storage circuit is provided which is configured to store the DC voltage via the voltage limiter into a capacitor. Further, a power storage voltage monitoring part is provided which is configured to monitor a power storage voltage of the capacitor, supply power to a secondary battery that is provided separately, if the power storage voltage of the capacitor rises and reaches a preset voltage, and stop supplying power if the power storage voltage falls to a preset voltage.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

Translated fromJapanese

本発明は、微弱な交流電圧を発生する環境発電素子から電気エネルギーをより効率的に二次電池に蓄電することが可能なエネルギーハーベスティングにおける蓄電装置に関するものである。 The present invention relates to a power storage device in energy harvesting that can more efficiently store electrical energy in a secondary battery from an energy harvesting element that generates a weak alternating voltage.

例えば、特許文献１は圧電素子によって発生する電気エネルギーを蓄電する蓄電回路に関する技術であり、図５のように圧電素子から発生する電気エネルギーをコンデンサに蓄電する蓄電回路の構成である。 For example,Patent Document 1 is a technology related to a power storage circuit that stores electrical energy generated by a piezoelectric element, and has a configuration of a power storage circuit that stores electrical energy generated from a piezoelectric element in a capacitor as shown in FIG.

この蓄電回路は、外部からの振動、圧力などの力が加わると電気エネルギーを発生する圧電素子と、この圧電素子から発生する交流電圧を全波整流する整流回路と、この整流回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑回路と、前記整流回路に接続される電圧リミッタと、前記平滑回路に接続されあらかじめ設定された値の電圧を出力する基準電圧設定部と、コンデンサとで構成されている。 This power storage circuit includes a piezoelectric element that generates electrical energy when an external force such as vibration and pressure is applied, a rectifying circuit that full-wave rectifies an AC voltage generated from the piezoelectric element, and an output from the rectifying circuit. A smoothing circuit for smoothing a DC voltage, a voltage limiter connected to the rectifier circuit, a reference voltage setting unit connected to the smoothing circuit and outputting a preset voltage, and a capacitor. .

そして、前記整流回路は、ブリッジ型の全波整流回路であり、圧電素子から発生する交流電圧を全波整流し、平滑回路から出力される直流電圧を平滑化する構成である。 The rectifier circuit is a bridge-type full-wave rectifier circuit, and is configured to full-wave rectify the AC voltage generated from the piezoelectric element and smooth the DC voltage output from the smoothing circuit.

また、前記電圧リミッタは、平滑回路に接続されており、圧電素子から発生する電圧が高い場合に電圧リミッタによりグランドへいたるバイパス電流を発生させ、基準電圧設定部に過度な電圧がかかることを抑制し保護する構成である。 In addition, the voltage limiter is connected to a smoothing circuit, and when the voltage generated from the piezoelectric element is high, the voltage limiter generates a bypass current to the ground, thereby suppressing an excessive voltage from being applied to the reference voltage setting unit. It is the structure which protects.

また、前記基準電圧設定部は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータであり、平滑回路により平滑化された直流電圧を所定の電圧に安定化して出力し、コンデンサに蓄電する構成である。 Further, the reference voltage setting unit is, for example, a DC-DC converter, and is configured to stabilize and output a DC voltage smoothed by a smoothing circuit to a predetermined voltage and store it in a capacitor.

特許文献２では、電磁式振動発電装置から発生する電気エネルギーを二次電池に蓄電する蓄電回路に関する技術が公開されている。図６は電磁式振動発電装置から発生する電気エネルギーを二次電池に蓄電する構成である。 Patent Document 2 discloses a technique related to a power storage circuit that stores electrical energy generated from an electromagnetic vibration power generator in a secondary battery. FIG. 6 shows a configuration in which electric energy generated from the electromagnetic vibration power generator is stored in a secondary battery.

この蓄電回路は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電磁式振動発電装置と、振動発電装置から発生する交流電圧を全波整流する整流回路と、整流回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑回路と、平滑回路に接続される電圧リミッタと、二次電池とで構成される。 This power storage circuit includes an electromagnetic vibration power generator that converts vibration energy into electrical energy, a rectifier circuit that full-wave rectifies the AC voltage generated from the vibration power generator, and a smoother that smoothes the DC voltage output from the rectifier circuit. The circuit includes a voltage limiter connected to the smoothing circuit, and a secondary battery.

また、整流回路は、ブリッジ型の全波整流回路であり、電磁式振動発電装置から発生する交流電圧を全波整流し、平滑回路は整流回路から出力される直流電圧を平滑化する構成である。 The rectifier circuit is a bridge-type full-wave rectifier circuit, and full-wave rectifies the AC voltage generated from the electromagnetic vibration power generator. The smoothing circuit smoothes the DC voltage output from the rectifier circuit. .

この特許文献２において、電圧リミッタは、平滑回路に接続されており、電磁式振動発電装置から発生する電圧が高い場合には、電圧リミッタによりグランドへいたるバイパス電流を発生させ、二次電池に過度な電圧がかかることを抑制し、平滑回路で平滑化された電圧を二次電池に蓄電する。 InPatent Document 2, the voltage limiter is connected to a smoothing circuit, and when the voltage generated from the electromagnetic vibration power generator is high, a bypass current to the ground is generated by the voltage limiter and excessively generated in the secondary battery. The voltage smoothed by the smoothing circuit is stored in the secondary battery.

特開２０１２−８０５９６号公報JP 2012-80596 A特開２０１３−２０７９４２号公報JP 2013-207942 A

エネルギー・ハーベスティングにおける蓄電装置では、環境発電素子から発生する微弱な交流電圧を効率良く蓄電して電気エネルギーを有効に利用することが求められている。前記蓄電装置の蓄電デバイスにおいては、蓄電のエネルギー密度が０．１−１０Ｗｈ／Ｌで放電時に電圧降下の大きいコンデンサよりも、エネルギー密度が１００−５００Ｗｈ／Ｌと大きい二次電池の方が電気エネルギーを安定して出力することができる。 In energy storage devices for energy harvesting, it is required to efficiently store a weak alternating voltage generated from an energy harvesting element and effectively use electrical energy. In the power storage device of the power storage device, a secondary battery having a large energy density of 100-500 Wh / L is more energy than a capacitor having a power storage energy density of 0.1-10 Wh / L and a large voltage drop during discharge. Can be output stably.

しかしながら、特許文献１に記載の蓄電回路ではコンデンサに蓄電しているため蓄電量に限りが有り、電気エネルギーを安定して出力できない懸念がある。 However, since the power storage circuit described inPatent Document 1 stores power in a capacitor, the amount of power storage is limited, and there is a concern that electrical energy cannot be output stably.

また、特許文献２に記載の蓄電回路では、コンデンサにより平滑化された電気エネルギーを直接二次電池に供給しているため、充電電圧が変動して二次電池の充電に適した電圧よりも上下してしまう。このため二次電池の充電を安定して行うことが困難であり、コンデンサと二次電池との間で充電ロスが生じ、蓄電効率が低下してしまう懸念がある。 Further, in the power storage circuit described inPatent Document 2, since the electric energy smoothed by the capacitor is directly supplied to the secondary battery, the charging voltage fluctuates and is higher or lower than the voltage suitable for charging the secondary battery. Resulting in. For this reason, it is difficult to stably charge the secondary battery, there is a concern that a charging loss occurs between the capacitor and the secondary battery, and the storage efficiency is lowered.

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、環境発電素子から発生する微弱な交流電圧をより効率よく二次電池に蓄電し、かつ安定して出力することが可能な蓄電装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to store a weak AC voltage generated from an energy harvesting element in a secondary battery more efficiently and stably output it. Is to provide a simple power storage device.

前述した目的を達成するため、請求項１に記載の蓄電装置は、環境発電素子で発生した電力を蓄電する蓄電装置であって、前記環境発電素子から発生する交流電圧を整流回路により直流電圧に整流し、この整流した直流電圧の上限値を所定値以下に抑制する電圧リミッタを設けると共に、この電圧リミッタを介した直流電圧をコンデンサに蓄電する構成の整流蓄電回路部と、前記コンデンサの蓄電電圧を監視し、このコンデンサの蓄電電圧が上昇し、あらかじめ設定した電圧に達すると、二次電池用充電回路のスイッチをオンに制御して別に設けた二次電池へ電力を供給し、あらかじめ設定した電圧まで下降すると前記スイッチをオフに制御して二次電池への電力の供給を停止するスイッチング機構を設けた構成の蓄電電圧監視部と、から成ることを特徴とするものである。 In order to achieve the above-described object, a power storage device according toclaim 1 is a power storage device that stores electric power generated by an energy harvesting element, and an AC voltage generated from the energy harvesting element is converted into a DC voltage by a rectifier circuit. A rectifying and accumulating circuit unit configured to rectify and suppress the upper limit value of the rectified DC voltage to a predetermined value or less, and to store the DC voltage via the voltage limiter in a capacitor, and the storage voltage of the capacitor When the storage voltage of this capacitor rises and reaches a preset voltage, the switch of the charging circuit for the secondary battery is turned on to supply power to the separately provided secondary battery and set in advance. A storage voltage monitoring unit configured to provide a switching mechanism for controlling the switch off to stop the supply of power to the secondary battery when the voltage drops to a voltage. It is characterized in.

また、請求項２に記載の蓄電回路は、請求項１に記載の前記環境発電素子で発生した電力を蓄電する蓄電装置において、前記環境発電素子から発生する交流電圧を整流回路により直流電圧に整流し、この整流した直流電圧の上限値を所定値以下に抑制する電圧リミッタと、この電圧リミッタを介した直流電圧を第１コンデンサに蓄電し、この第１コンデンサの蓄電電圧が上昇して低電圧ロックアウト解除電圧に達すると、ＤＣ−ＤＣ変換により前記第１コンデンサの電圧をあらかじめ設定した電圧まで降圧させる基準電圧設定部を介して第２コンデンサに蓄電する構成の環境発電用電源回路部と、前記第２コンデンサの蓄電電圧を監視し、この第２コンデンサの蓄電電圧が上昇し、あらかじめ設定した電圧に達すると二次電池用充電回路とのスイッチをオンに制御して二次電池用充電回路へ電力を供給し、前記第２コンデンサの蓄電電圧が下降し、あらかじめ設定した電圧まで下降すると、前記二次電池用充電回路とのスイッチをオフに制御するスイッチング機構を設けた構成の蓄電電圧監視部と、から成ることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a power storage circuit that stores the electric power generated by the environmental power generation element according to the first aspect, wherein the AC voltage generated from the environmental power generation element is rectified into a DC voltage by a rectifier circuit. A voltage limiter that suppresses the upper limit value of the rectified DC voltage to a predetermined value or less, and a DC voltage that passes through the voltage limiter is stored in the first capacitor. When the lockout release voltage is reached, the energy harvesting power supply circuit unit configured to store in the second capacitor via a reference voltage setting unit that steps down the voltage of the first capacitor to a preset voltage by DC-DC conversion; The storage voltage of the second capacitor is monitored, and when the storage voltage of the second capacitor rises and reaches a preset voltage, the secondary battery charging circuit The switch is turned on to supply power to the charging circuit for the secondary battery, and when the stored voltage of the second capacitor drops and drops to a preset voltage, the switch to the charging circuit for the secondary battery is turned off. And a storage voltage monitoring unit having a configuration in which a switching mechanism for controlling the power supply is provided.

また、請求項３に記載の蓄電装置は、請求項１に記載の蓄電装置において、ｎ個の環境発電素子をｎ個の整流回路に接続し、共通のコンデンサに接続して成ることを特徴とするものである。 The power storage device according toclaim 3 is characterized in that in the power storage device according toclaim 1, n energy harvesting elements are connected to n rectifier circuits and connected to a common capacitor. To do.

また、請求項４に記載の蓄電回路は、請求項２に記載の蓄電装置において、ｎ個の環境発電素子をｎ個の整流回路に接続し、共通の第１コンデンサに接続して成ることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the power storage device of the second aspect, the n energy harvesting elements are connected to the n rectifier circuits and connected to the common first capacitor. It is a feature.

本発明は、蓄電装置において以上の構成を採用したことにより、環境発電素子から発生する微弱な交流電圧を、二次電池に蓄電する効率の向上を図ることが可能であると共に出力を安定させることができる。 The present invention adopts the above-described configuration in the power storage device, thereby improving the efficiency of storing the weak AC voltage generated from the environmental power generation element in the secondary battery and stabilizing the output. Can do.

本発明の第１の実施の形態に係る蓄電装置１の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of theelectrical storage apparatus 1 which concerns on the 1st Embodiment of this invention.本発明の第２の実施の形態に係る蓄電装置２の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of theelectrical storage apparatus 2 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.本発明の第３の実施の形態に係る蓄電装置３の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of theelectrical storage apparatus 3 which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.本発明の第４の実施の形態に係る蓄電装置４の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of theelectrical storage apparatus 4 which concerns on the 4th Embodiment of this invention.圧電素子蓄電回路の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of a piezoelectric element electrical storage circuit.電磁式振動発電蓄電回路の構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example of an electromagnetic vibration electric power generation electrical storage circuit.

図１は、本発明の第１の実施の形態である蓄電装置の構成例を示す説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the power storage device according to the first embodiment of the present invention.

図１に示すように、蓄電装置１は、環境発電素子２と、整流蓄電回路部３と、蓄電電圧監視部７と、二次電池充電回路１０と、二次電池１１から構成される。 As shown in FIG. 1, thepower storage device 1 includes anenergy harvesting element 2, a rectifying powerstorage circuit unit 3, a storedvoltage monitoring unit 7, a secondarybattery charging circuit 10, and asecondary battery 11.

前記環境発電素子２は、例えば、電磁式振動発電装置、静電式振動発電装置、圧電素子などからなり、発生した出力電圧を整流蓄電回路部３に供給する。 The environmentalpower generation element 2 includes, for example, an electromagnetic vibration power generation apparatus, an electrostatic vibration power generation apparatus, a piezoelectric element, and the like, and supplies the generated output voltage to the rectifying powerstorage circuit unit 3.

前記整流蓄電回路部３は、４個の整流用ダイオードがブリッジ接続された全波整流回路４と、全波整流回路４の出力端間に接続された電圧リミッタ１２と、電圧リミッタ１２に接続されたコンデンサ１３とで構成してある。電圧リミッタ１２の例としてツェナーダイオードが挙げられる。コンデンサ１３としては、セラミックコンデンサ、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ等を挙げることができるが、特に限定するものではない。また、整流蓄電回路部３は、両波倍電圧整流回路やＳＳＨＩ回路により構成してもよい。 The rectifyingstorage circuit unit 3 is connected to a full-wave rectifier circuit 4 in which four rectifying diodes are bridge-connected, avoltage limiter 12 connected between output terminals of the full-wave rectifier circuit 4, and thevoltage limiter 12. And acapacitor 13. An example of thevoltage limiter 12 is a Zener diode. Examples of thecapacitor 13 include a ceramic capacitor, an electrolytic capacitor, and an electric double layer capacitor, but are not particularly limited. Further, the rectifying powerstorage circuit unit 3 may be constituted by a double wave voltage doubler rectifying circuit or an SSHI circuit.

前記蓄電電圧監視部７は、スイッチング素子１７としてｐチャネルＭＯＳＦＥＴと、第１ボルテージディテクタ８と、トランジスタと、第２ボルテージディテクタ９と、種々の抵抗器から構成される。蓄電電圧監視部７は前記コンデンサ１２の電圧値を監視し、二次電池用充電回路１０へコンデンサ１２に蓄電した電力を供給開始するＯＮ電圧および電力供給を停止するＯＦＦ電圧は、第１ボルテージディテクタ８および第２ボルテージディテクタ９のディテクション電圧により決定される。スイッチング素子１７はＭＯＳＦＥＴに限らず、ＭＥＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ等を採用することができる。 The storagevoltage monitoring unit 7 includes a p-channel MOSFET, a first voltage detector 8, a transistor, asecond voltage detector 9, and various resistors as theswitching element 17. The storagevoltage monitoring unit 7 monitors the voltage value of thecapacitor 12, and the ON voltage for starting to supply the power stored in thecapacitor 12 to thecharging circuit 10 for the secondary battery and the OFF voltage for stopping the power supply are the first voltage detector. 8 and the detection voltage of thesecond voltage detector 9. Theswitching element 17 is not limited to a MOSFET, but may be a MESFET, IGBT, bipolar transistor, or the like.

前記蓄電電圧監視部７は、前記コンデンサ１３の電圧値を常時監視しており、二次電池用充電回路１０への電力供給を開始するときのコンデンサ１３からの入力電圧であるＯＮ電圧と二次電池用充電回路１０への電力供給を停止させるときのコンデンサ１３からの入力電圧であるＯＦＦ電圧とが異なるヒステリシス特性を有している。前記ＯＦＦ電圧は、あらかじめ設定されたＯＮ電圧に対し、５０％から９５％の範囲内の値に設定している。 The storagevoltage monitoring unit 7 constantly monitors the voltage value of thecapacitor 13, and an ON voltage and a secondary voltage that are input voltages from thecapacitor 13 when starting to supply power to the secondarybattery charging circuit 10. It has a hysteresis characteristic that is different from the OFF voltage that is the input voltage from thecapacitor 13 when the power supply to thebattery charging circuit 10 is stopped. The OFF voltage is set to a value within a range of 50% to 95% with respect to a preset ON voltage.

前記二次電池用充電回路１０は、蓄電電圧監視部７を介して供給された電力を二次電池１１の充電に最適化された電圧、電流に変換し二次電池１１に電力を供給する機能を有している。 The secondarybattery charging circuit 10 converts power supplied through the storagevoltage monitoring unit 7 into voltage and current optimized for charging thesecondary battery 11 and supplies power to thesecondary battery 11. have.

前記二次電池１１は、二次電池用充電回路１０を介して供給された電力を蓄電する機能を有し、例えば、鉛蓄電池、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、ニッケル水素蓄電池等を挙げることができるが、特に限定するものではない。 Thesecondary battery 11 has a function of storing electric power supplied via the secondarybattery charging circuit 10. For example, a lead storage battery, a lithium ion secondary battery, a lithium ion polymer secondary battery, a nickel metal hydride storage battery. However, it is not particularly limited.

次に図１に示す第１の実施の形態の蓄電回路１の動作について説明する。 Next, the operation of thepower storage circuit 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described.

外部からの振動、圧力などの力が加わると交流電圧を発生する環境発電素子２から発生した交流電圧は、全波整流回路４によって全波整流される。整流された直流電圧は電圧リミッタ１２によりあらかじめ設定された所定値以下の電圧値に抑制されてコンデンサ１３に蓄電される。 The AC voltage generated from theenergy harvesting element 2 that generates an AC voltage when an external force such as vibration or pressure is applied is full-wave rectified by the full-wave rectifier circuit 4. The rectified DC voltage is suppressed to a voltage value equal to or lower than a predetermined value set in advance by thevoltage limiter 12 and stored in thecapacitor 13.

前記コンデンサ１３の蓄電電圧は、蓄電電圧監視部７により常時監視され、コンデンサ１３の蓄電電圧が第１ボルテージディテクタ８のディテクション電圧（ＯＮ電圧）に達すると、スイッチング素子１７のゲート電圧がグランド電位に低下し、スイッチング素子１７がオフ状態からオン状態に変化し、コンデンサ１３から二次電池用充電回路１０への電力供給が開始する。電力供給開始後、コンデンサ１３の電圧は降下するが、電圧降下を第２ボルテージディテクタ９で監視し、コンデンサ１３の電圧が第２ボルテージディテクタ９のディテクション電圧（ＯＦＦ電圧）を下回ると、スイッチング素子１７のゲート電圧がハイレベルとなり、スイッチング素子１７がオン状態からオフ状態になり、コンデンサ１３から二次電池用充電回路１０への電力供給を停止させる。 The stored voltage of thecapacitor 13 is constantly monitored by the storedvoltage monitoring unit 7. When the stored voltage of thecapacitor 13 reaches the detection voltage (ON voltage) of the first voltage detector 8, the gate voltage of the switchingelement 17 becomes the ground potential. The switchingelement 17 changes from the off state to the on state, and power supply from thecapacitor 13 to the secondarybattery charging circuit 10 starts. After the power supply starts, the voltage of thecapacitor 13 drops. However, when the voltage drop is monitored by thesecond voltage detector 9 and the voltage of thecapacitor 13 falls below the detection voltage (OFF voltage) of thesecond voltage detector 9, the switchingelement 17 becomes a high level, the switchingelement 17 changes from the on state to the off state, and power supply from thecapacitor 13 to the secondarybattery charging circuit 10 is stopped.

電力を供給された二次電池用充電回路１０は、二次電池用充電回路１０に接続された二次電池１１を充電するために最適化された電圧、電流に電力を変換し、二次電池１１の充電を行う。 The secondarybattery charging circuit 10 to which power is supplied converts the power into voltage and current optimized to charge thesecondary battery 11 connected to the secondarybattery charging circuit 10, 11 is charged.

二次電池用充電回路１０に電力を供給している前記コンデンサ１３は電圧が降下する。二次電池用充電回路１０を安定動作させるために、蓄電電圧監視部７によりコンデンサ１３の蓄電電圧を監視し、ＯＮ電圧の５０％から９５％の範囲内の値に設定されたＯＦＦ電圧までコンデンサ１３の蓄電電圧が降下すると、コンデンサから二次電池用充電回路１０への電力供給を停止する。 The voltage of thecapacitor 13 that supplies power to the secondarybattery charging circuit 10 drops. In order to stably operate the secondarybattery charging circuit 10, the storagevoltage monitoring unit 7 monitors the storage voltage of thecapacitor 13, and the capacitor reaches the OFF voltage set to a value in the range of 50% to 95% of the ON voltage. When the storage voltage of 13 drops, the power supply from the capacitor to the secondarybattery charging circuit 10 is stopped.

その後、再び環境発電素子２から電力を供給されてコンデンサの蓄電電圧がＯＮ電圧に達すると、コンデンサ１３から二次電池用充電回路１０に電力供給が開始される。上記蓄電電圧監視部７によるスイッチング動作は二次電池１１の充電が完了するまで繰り返される。 Thereafter, when power is supplied again from theenergy harvesting element 2 and the stored voltage of the capacitor reaches the ON voltage, power supply from thecapacitor 13 to the secondarybattery charging circuit 10 is started. The switching operation by the storagevoltage monitoring unit 7 is repeated until the charging of thesecondary battery 11 is completed.

以上のように、コンデンサ１３と二次電池用充電回路１０との間に蓄電電圧監視部７を設けることにより、二次電池充電回路１０は安定動作電圧内で常時動作することが可能となり、二次電池１１充電回路１０の動作が安定し、二次電池１１への充電回路の蓄電効率の向上を図ることが可能となる。 As described above, by providing the storagevoltage monitoring unit 7 between thecapacitor 13 and the secondarybattery charging circuit 10, the secondarybattery charging circuit 10 can always operate within the stable operating voltage. The operation of thesecondary battery 11 chargingcircuit 10 is stabilized, and the storage efficiency of thesecondary battery 11 charging circuit can be improved.

図２は、本発明の第２の実施の形態である蓄電装置２の構成例を示す説明図である。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration example of thepower storage device 2 according to the second embodiment of the present invention.

図２に示すように、蓄電装置２は環境発電素子２と、環境発電用電源回路部５と、蓄電電圧監視部７と、二次電池充電回路１０と、二次電池１１から構成される。 As shown in FIG. 2, thepower storage device 2 includes anenergy harvesting element 2, an energy harvesting powersupply circuit unit 5, a storagevoltage monitoring unit 7, a secondarybattery charging circuit 10, and asecondary battery 11.

前記環境発電素子２は、例えば、電磁式振動発電装置、静電式振動発電装置、圧電素子などからなり、発生した出力電圧を環境発電用電源回路部５に供給する。 Theenergy harvesting element 2 includes, for example, an electromagnetic vibration power generator, an electrostatic vibration power generator, a piezoelectric element, and the like, and supplies the generated output voltage to the energy generating powersupply circuit unit 5.

前記環境発電用電源回路部５は、全波整流回路４、電圧リミッタ１２、第１コンデンサ１４、基準電圧設定部６等を有する電源ＩＣ１６、および第２コンデンサ１５から構成される。 The energy generation powersupply circuit unit 5 includes a full-wave rectifier circuit 4, avoltage limiter 12, afirst capacitor 14, apower supply IC 16 having a referencevoltage setting unit 6, and the like, and asecond capacitor 15.

電源ＩＣ１６としてはナノパワー環境発電電源ＬＴＣ３５８８−１（リニアテクノロジー社製）、超低消費電力高圧電源ＭＢ３９Ｃ８１１（スパンション社製）等を挙げることができるが、特に限定するものではない。 Examples of thepower supply IC 16 include nanopower energy harvesting power supply LTC3588-1 (manufactured by Linear Technology), ultra-low power consumption high voltage power supply MB39C811 (manufactured by Spansion), and the like, but are not particularly limited.

第１コンデンサ１４および第２コンデンサ１５としては、セラミックコンデンサ、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ等を挙げることができるが、特に限定するものではない。 Examples of thefirst capacitor 14 and thesecond capacitor 15 include a ceramic capacitor, an electrolytic capacitor, and an electric double layer capacitor, but are not particularly limited.

前記蓄電電圧監視部７は、スイッチング素子１７としてｐチャネルＭＯＳＦＥＴと、第１ボルテージディテクタ８と、トランジスタと、第２ボルテージディテクタ９と、種々の抵抗器から構成される。蓄電電圧監視部７は前記第２コンデンサ１５の電圧値を監視し、二次電池用充電回路１０に第２コンデンサ１５に蓄電した電力を供給開始するＯＮ電圧および電力供給を停止するＯＦＦ電圧は、第１ボルテージディテクタ８および第２ボルテージディテクタ９のディテクション電圧により決定される。スイッチング素子１７はＭＯＳＦＥＴに限らず、ＭＥＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ等を採用することができる。 The storagevoltage monitoring unit 7 includes a p-channel MOSFET, a first voltage detector 8, a transistor, asecond voltage detector 9, and various resistors as the switchingelement 17. The storagevoltage monitoring unit 7 monitors the voltage value of thesecond capacitor 15, and the ON voltage for starting to supply the power stored in thesecond capacitor 15 to the secondarybattery charging circuit 10 and the OFF voltage for stopping the power supply are as follows: It is determined by the detection voltages of the first voltage detector 8 and thesecond voltage detector 9. The switchingelement 17 is not limited to a MOSFET, but may be a MESFET, IGBT, bipolar transistor, or the like.

前記蓄電電圧監視部７は、前記第２コンデンサ１５の電圧値を常時監視しており、二次電池用充電回路１０への電力供給を開始するときの第２コンデンサ１５からの入力電圧であるＯＮ電圧と二次電池用充電回路１０への電力供給を停止させるときの第２コンデンサ１５からの入力電圧であるＯＦＦ電圧とが異なるヒステリシス特性を有している。前記ＯＦＦ電圧は、あらかじめ設定されたＯＮ電圧に対し、５０％から９５％の範囲内の値に設定している。 The storagevoltage monitoring unit 7 constantly monitors the voltage value of thesecond capacitor 15 and is ON, which is an input voltage from thesecond capacitor 15 when starting to supply power to the secondarybattery charging circuit 10. The voltage and the OFF voltage which is the input voltage from thesecond capacitor 15 when stopping the power supply to the secondarybattery charging circuit 10 have different hysteresis characteristics. The OFF voltage is set to a value within a range of 50% to 95% with respect to a preset ON voltage.

次に図２に示す第２の実施の形態の蓄電回路２の動作について説明する。 Next, the operation of thepower storage circuit 2 according to the second embodiment shown in FIG. 2 will be described.

外部からの振動、圧力などの力が加わると交流電圧を発生する環境発電素子２から発生した交流電圧は、電源ＩＣ１６が有する全波整流回路４によって整流され、あらかじめ設定された所定値以下に電圧を抑制する電圧リミッタ１２を介して、第１コンデンサ１４に蓄電される。 The AC voltage generated from theenergy harvesting element 2 that generates an AC voltage when an external force such as vibration or pressure is applied is rectified by the full-wave rectifier circuit 4 included in thepower supply IC 16 and is set to a voltage equal to or lower than a predetermined value set in advance. The voltage is stored in thefirst capacitor 14 via thevoltage limiter 12 that suppresses.

第１コンデンサ１４に蓄電された電力は、電源ＩＣ１６が有する基準電圧設定部を介して、あらかじめ設定された値の直流電圧として第２コンデンサ１５に蓄電される。 The electric power stored in thefirst capacitor 14 is stored in thesecond capacitor 15 as a DC voltage having a preset value via a reference voltage setting unit included in thepower supply IC 16.

前記第２コンデンサ１５の蓄電電圧は蓄電電圧監視部７により常時監視され、第２コンデンサ１５の蓄電電圧が第１ボルテージディテクタ８のディテクション電圧（ＯＮ電圧）に達すると、スイッチング素子１７のゲート電圧がグランド電位に低下し、スイッチング素子１７がオフ状態からオン状態に変化し、第２コンデンサ１５から二次電池用充電回路１０への電力供給が開始する。電力供給開始後、第２コンデンサ１５の電圧は降下するが、電圧降下を第２ボルテージディテクタ９で監視し、第２コンデンサ１５の電圧が第２ボルテージディテクタ９のディテクション電圧（ＯＦＦ電圧）を下回ると、スイッチング素子１７のゲート電圧がハイレベルとなり、スイッチング素子１７がオン状態からオフ状態になり、第２コンデンサ１５から二次電池用充電回路１０への電力供給を停止させる。 The stored voltage of thesecond capacitor 15 is constantly monitored by the storedvoltage monitoring unit 7, and when the stored voltage of thesecond capacitor 15 reaches the detection voltage (ON voltage) of the first voltage detector 8, the gate voltage of the switchingelement 17. Decreases to the ground potential, the switchingelement 17 changes from the off state to the on state, and the power supply from thesecond capacitor 15 to the secondarybattery charging circuit 10 starts. After the power supply starts, the voltage of thesecond capacitor 15 drops, but the voltage drop is monitored by thesecond voltage detector 9, and the voltage of thesecond capacitor 15 falls below the detection voltage (OFF voltage) of thesecond voltage detector 9. Then, the gate voltage of the switchingelement 17 becomes a high level, the switchingelement 17 changes from the on state to the off state, and the power supply from thesecond capacitor 15 to the secondarybattery charging circuit 10 is stopped.

二次電池用充電回路１０に電力を供給している前記第２コンデンサ１５は、電圧が降下する。二次電池用充電回路１０を安定動作させるために、蓄電電圧監視部７により第２コンデンサ１５サの蓄電電圧を監視し、ＯＮ電圧の５０％から９５％の範囲内の値に設定されたＯＦＦ電圧までコンデンサの蓄電電圧が降下すると、第２コンデンサ１５から二次電池用充電回路１０への電力供給を停止する。 The voltage of thesecond capacitor 15 that supplies power to the secondarybattery charging circuit 10 drops. In order to stably operate the secondarybattery charging circuit 10, the storagevoltage monitoring unit 7 monitors the storage voltage of thesecond capacitor 15, and the OFF voltage is set to a value within the range of 50% to 95% of the ON voltage. When the storage voltage of the capacitor drops to the voltage, the power supply from thesecond capacitor 15 to the secondarybattery charging circuit 10 is stopped.

その後、再び環境発電素子２から電力を供給されて第２コンデンサ１５の蓄電電圧がＯＮ電圧に達すると、第２コンデンサ１５から二次電池用充電回路１０に電力供給が開始される。上記蓄電電圧監視部７によるスイッチング動作は二次電池１１の充電が完了するまで繰り返される。 Thereafter, when power is supplied again from theenergy harvesting element 2 and the stored voltage of thesecond capacitor 15 reaches the ON voltage, power supply from thesecond capacitor 15 to the secondarybattery charging circuit 10 is started. The switching operation by the storagevoltage monitoring unit 7 is repeated until the charging of thesecondary battery 11 is completed.

以上のように、第２コンデンサ１５と二次電池用充電回路１０との間に蓄電電圧監視部７を設けることにより、二次電池１１充電回路１０の安定動作電圧内で常時動作することが可能となり、二次電池１１充電回路１０の動作が安定し、二次電池１１への充電回路の蓄電効率の向上を図ることが可能となる。 As described above, by providing the storagevoltage monitoring unit 7 between thesecond capacitor 15 and the secondarybattery charging circuit 10, it is possible to always operate within the stable operating voltage of thesecondary battery 11 chargingcircuit 10. Accordingly, the operation of thesecondary battery 11 chargingcircuit 10 is stabilized, and the storage efficiency of the charging circuit for thesecondary battery 11 can be improved.

次に図３に示す第３の実施の形態である蓄電回路３の動作について説明する。 Next, the operation of thepower storage circuit 3 according to the third embodiment shown in FIG. 3 will be described.

図３に示すように、蓄電装置３は複数（ｎ個）の環境発電素子２と、環境発電素子２と同数（ｎ個）の整流回路を有する整流蓄電回路部３と、蓄電電圧監視部７と、二次電池１１充電回路１０と、二次電池１１から構成される。 As shown in FIG. 3, thepower storage device 3 includes a plurality (n) ofenergy harvesting elements 2, a rectification energystorage circuit unit 3 having the same number (n) of rectifier circuits as theenergy harvesting elements 2, and a storagevoltage monitoring unit 7. And thesecondary battery 11 chargingcircuit 10 and thesecondary battery 11.

前記整流蓄電回路部３は、全波整流回路４により整流され、整流された直流電圧を電圧リミッタ１２を介してコンデンサ１３に並列で接続し、複数の環境発電素子２から発生する交流電圧を１か所に蓄電する。コンデンサは、セラミックコンデンサ、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ等を挙げることができるが、特に限定するものではない。 The rectifying and accumulatingcircuit unit 3 rectifies the DC voltage rectified by the full-wave rectifying circuit 4 and connects the rectified DC voltage in parallel to thecapacitor 13 via thevoltage limiter 12, and generates AC voltage generated from the plurality ofenergy harvesting elements 2 by 1. Accumulate electricity at a place. Examples of the capacitor include a ceramic capacitor, an electrolytic capacitor, and an electric double layer capacitor, but are not particularly limited.

前記蓄電電圧監視部７、二次電池用充電回路１０、二次電池１１の構成は、前述の図１に示す回路と同様であり、重複する説明は省略する。 The configuration of the storagevoltage monitoring unit 7, the secondarybattery charging circuit 10, and thesecondary battery 11 is the same as the circuit shown in FIG.

次に図３に示す第３の実施の形態の蓄電回路３の動作について説明する。 Next, the operation of thepower storage circuit 3 according to the third embodiment shown in FIG. 3 will be described.

外部からの振動、圧力などの力が加わると交流電圧を発生する複数の環境発電素子２に接続された各々の整流回路によって整流される。各々の整流された電圧は電圧リミッタ１２によりあらかじめ設定された所定値以下の電圧に抑制されて１つのコンデンサ１３に蓄電される。 Rectification is performed by each rectifier circuit connected to a plurality ofenergy harvesting elements 2 that generate an AC voltage when an external force such as vibration or pressure is applied. Each rectified voltage is suppressed to a voltage equal to or lower than a predetermined value set in advance by thevoltage limiter 12 and stored in onecapacitor 13.

前記蓄電電圧監視部７、二次電池用充電回路１０、二次電池１１の動作は、前述の図１に示す回路と同様であり、重複する説明は省略する。 Operations of the storagevoltage monitoring unit 7, the secondarybattery charging circuit 10, and thesecondary battery 11 are the same as those of the circuit shown in FIG.

以上のように、複数の環境発電素子２から発生する交流電圧を、環境発電素子２と同数の整流回路で整流し、並列接続にて１つのコンデンサ１３に蓄電することにより、例えば複数の環境発電素子２から発生する交流電圧の位相がそろっていない場合、また複数の環境発電素子２から発生する電圧の大きさが異なる場合にも、コンデンサ１３から二次電池用充電回路１０への電源供給が滞ることなく、安定した動作させることが可能となり、回路の蓄電効率の向上を図ることが可能となる。 As described above, the AC voltages generated from the plurality ofenergy harvesting elements 2 are rectified by the same number of rectifier circuits as theenergy harvesting elements 2 and stored in onecapacitor 13 in parallel connection, for example, a plurality of energy harvesting power generations. When the AC voltage generated from theelement 2 is not in phase, or when the magnitude of the voltage generated from the plurality ofenergy harvesting elements 2 is different, the power supply from thecapacitor 13 to the secondarybattery charging circuit 10 is performed. A stable operation can be performed without delay, and the storage efficiency of the circuit can be improved.

図４は、本発明の第４の実施の形態である蓄電装置４の構成例を示す説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration example of thepower storage device 4 according to the fourth embodiment of the present invention.

図４に示すように、蓄電装置４は複数（ｎ個）の環境発電素子２と、環境発電素子２と同数（ｎ個）の整流回路を有する環境発電用電源回路部５と、蓄電電圧監視部７と、二次電池１１充電回路１０と、二次電池１１から構成される。 As shown in FIG. 4, thepower storage device 4 includes a plurality (n) ofenergy harvesting elements 2, an energy harvesting powersupply circuit unit 5 having the same number (n) of rectifier circuits as theenergy harvesting elements 2, and a power storage voltage monitor. Theunit 7 includes asecondary battery 11 chargingcircuit 10 and asecondary battery 11.

環境発電素子２は、例えば、電磁式振動発電装置、静電式振動発電装置、圧電素子などからなり、発生した出力電圧を環境発電用電源回路部５に供給する。 The environmentalpower generation element 2 includes, for example, an electromagnetic vibration power generation device, an electrostatic vibration power generation device, a piezoelectric element, and the like, and supplies the generated output voltage to the powergeneration circuit unit 5 for energy generation.

環境発電用電源回路部５は、全波整流回路４、電圧リミッタ１２、第１コンデンサ１４、基準電圧設定部６等を有する電源ＩＣ１６、および第２コンデンサ１５から構成される。図４に記載の回路では、整流回路を環境発電素子２と同数（ｎ個）接続し、整流回路の出力を第１コンデンサ１４に並列に接続している。 The powergeneration circuit unit 5 for environmental power generation includes a full-wave rectifier circuit 4, avoltage limiter 12, afirst capacitor 14, apower supply IC 16 having a referencevoltage setting unit 6 and the like, and asecond capacitor 15. In the circuit shown in FIG. 4, the same number (n) of rectifier circuits as theenergy harvesting elements 2 are connected, and the output of the rectifier circuit is connected in parallel to thefirst capacitor 14.

蓄電電圧監視部７、二次電池用充電回路１０、二次電池１１の構成は、前述の図２に示す回路と同様であり、重複する説明は省略する。 The configurations of the storagevoltage monitoring unit 7, the secondarybattery charging circuit 10, and thesecondary battery 11 are the same as those of the circuit shown in FIG.

次に図４に示す第４の実施の形態の蓄電回路４の動作について説明する。 Next, the operation of thepower storage circuit 4 according to the fourth embodiment shown in FIG. 4 will be described.

外部からの振動、圧力などの力が加わると交流電圧を発生する複数（ｎ個）の環境発電素子２から発生した交流電圧は、各々の環境発電素子２に接続された各々の整流回路によって整流される。各々の整流された電圧は並列接続により第１コンデンサ１４に蓄電される。 AC voltages generated from a plurality (n) ofenergy harvesting elements 2 that generate an AC voltage when external force such as vibration and pressure are applied are rectified by each rectifier circuit connected to eachenergy harvesting element 2. Is done. Each rectified voltage is stored in thefirst capacitor 14 by parallel connection.

蓄電電圧監視部７、二次電池用充電回路１０、二次電池１１の動作は、前述の図２に示す回路と同様であり、重複する説明は省略する。 The operation of the storagevoltage monitoring unit 7, the secondarybattery charging circuit 10, and thesecondary battery 11 is the same as the circuit shown in FIG.

以上のように、複数（ｎ個）の環境発電素子２から発生する交流電圧を、環境発電素子２と同数（ｎ個）の整流回路で整流し、並列接続にて共通の第１コンデンサ１４に蓄電することにより、例えば複数の環境発電素子２から発生する交流電圧の位相がそろっていない場合、また複数の環境発電素子２から発生する電圧の大きさが異なる場合にも、環境発電用電源回路部５から二次電池用充電回路１０への電源供給が滞ることなく、安定した動作させることが可能となり、回路の蓄電効率の向上を図ることが可能となる。 As described above, the AC voltage generated from the plurality (n) ofenergy harvesting elements 2 is rectified by the same number (n) of rectifier circuits as theenergy harvesting elements 2 and is connected to the commonfirst capacitor 14 in parallel connection. For example, when the AC voltages generated from the plurality ofenergy harvesting elements 2 are not in phase, or when the magnitudes of the voltages generated from the plurality ofenergy harvesting elements 2 are different, The power supply from theunit 5 to the secondarybattery charging circuit 10 can be stably performed without delay, and the storage efficiency of the circuit can be improved.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の蓄電装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the electrical storage apparatus of this invention is not limited only to the above-mentioned example of illustration, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. It is.

１蓄電装置
２環境発電素子
３蓄電整流回路部
４全波整流回路
５環境発電用電源回路部
６基準電圧設定部
７蓄電電圧監視部
８第１ボルテージディテクタ
９第２ボルテージディテクタ
１０二次電池充電回路
１１二次電池
１２電圧リミッタ
１３コンデンサ
１４第１コンデンサ
１５第２コンデンサ
１６電源ＩＣ
１７スイッチング素子DESCRIPTION OFSYMBOLS 1Power storage device 2Energy harvesting element 3 Power storagerectification circuit unit 4 Fullwave rectification circuit 5 Power generation circuit unit forenvironmental power generation 6 Referencevoltage setting unit 7 Storage voltage monitoring unit 8First voltage detector 9Second voltage detector 10 Secondarybattery charging circuit 11Secondary battery 12Voltage limiter 13 Capacitor
141st capacitor 152nd capacitor 16 Power supply IC
17 Switching element

Claims

Translated fromJapanese

環境発電素子で発生した電力を蓄電する蓄電装置であって、
前記環境発電素子から発生する交流電圧を整流回路により直流電圧に整流し、この整流した直流電圧の上限値を所定値以下に抑制する電圧リミッタを設けると共に、この電圧リミッタを介した直流電圧をコンデンサに蓄電する構成の整流蓄電回路部と、
前記コンデンサの蓄電電圧を監視し、このコンデンサの蓄電電圧が上昇し、あらかじめ設定した電圧に達すると、二次電池用充電回路のスイッチをオンに制御して別に設けた二次電池へ電力を供給し、あらかじめ設定した電圧まで下降すると前記スイッチをオフに制御して二次電池への電力の供給を停止するスイッチング機構を設けた構成の蓄電電圧監視部と、
から成ることを特徴とする蓄電装置。A power storage device for storing electric power generated by an energy harvesting element,
The AC voltage generated from the energy harvesting element is rectified into a DC voltage by a rectifier circuit, and a voltage limiter that suppresses the upper limit value of the rectified DC voltage to a predetermined value or less is provided, and the DC voltage via the voltage limiter is A rectifying power storage circuit configured to store power in
The storage voltage of the capacitor is monitored, and when the storage voltage of the capacitor increases and reaches a preset voltage, the switch of the secondary battery charging circuit is controlled to be turned on to supply power to a separately provided secondary battery. A storage voltage monitoring unit configured to provide a switching mechanism for controlling the switch to be turned off and stopping the supply of power to the secondary battery when the voltage drops to a preset voltage;
A power storage device comprising:

前記環境発電素子で発生した電力を蓄電する蓄電装置において、
前記環境発電素子から発生する交流電圧を整流回路により直流電圧に整流し、この整流した直流電圧の上限値を所定値以下に抑制する電圧リミッタと、この電圧リミッタを介した直流電圧を第１コンデンサに蓄電し、この第１コンデンサの蓄電電圧が上昇して低電圧ロックアウト解除電圧に達すると、ＤＣ−ＤＣ変換により前記第１コンデンサの電圧をあらかじめ設定した電圧まで降圧させる基準電圧設定部を介して第２コンデンサに蓄電する構成の環境発電用電源回路部と、
前記第２コンデンサの蓄電電圧を監視し、この第２コンデンサの蓄電電圧が上昇し、あらかじめ設定した電圧に達すると二次電池用充電回路とのスイッチをオンに制御して二次電池用充電回路へ電力を供給し、前記第２コンデンサの蓄電電圧が下降し、あらかじめ設定した電圧まで下降すると、前記二次電池用充電回路とのスイッチをオフに制御するスイッチング機構を設けた構成の蓄電電圧監視部と、から成る請求項１に記載の蓄電装置。In a power storage device that stores power generated by the energy harvesting element,
A voltage limiter that rectifies an AC voltage generated from the energy harvesting element into a DC voltage by a rectifier circuit and suppresses an upper limit value of the rectified DC voltage to a predetermined value or less, and a DC voltage via the voltage limiter is a first capacitor. When the storage voltage of the first capacitor rises and reaches the low voltage lockout release voltage, the voltage of the first capacitor is stepped down to a preset voltage by DC-DC conversion. A power supply circuit unit for energy harvesting configured to store in the second capacitor;
The storage voltage of the second capacitor is monitored, and when the storage voltage of the second capacitor rises and reaches a preset voltage, the secondary battery charging circuit is controlled to be turned on by switching on the secondary battery charging circuit. When the storage voltage of the second capacitor decreases to a preset voltage, the storage voltage monitor is configured to have a switching mechanism for controlling the switch to the secondary battery charging circuit to be turned off. The power storage device according to claim 1, further comprising a portion.

ｎ個の環境発電素子をｎ個の整流回路に接続し、共通のコンデンサに接続して成ることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。 The power storage device according to claim 1, wherein n energy harvesting elements are connected to n rectifier circuits and connected to a common capacitor.

ｎ個の環境発電素子をｎ個の整流回路に接続し、共通の第１コンデンサに接続して成ることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。 The power storage device according to claim 2, wherein n energy harvesting elements are connected to n rectifier circuits and connected to a common first capacitor.