蓄电系统以及蓄电方法与流程

本发明涉及将由进行环境发电的发电元件发电得到的电力蓄积在蓄电池中，来对外部负载装置供给电力的蓄电系统以及蓄电方法。本申请基于2013年12月27日在日本提出的2013－272146号日本专利申请主张优先权，并在此引用其内容。

背景技术：
近年来，因电子电路、无线技术的低耗电化，无线传感器、遥控开关这样的能量收集(环境发电)设备受到关注。能量收集设备通过从周围的环境获得电能，无需配线、电池更换而进行动作。作为能量收集设备，例如正在进行假定了在荧光灯、LED照明这样的屋内光中的使用的能量收集用的低照度色素增感太阳能电池的开发。此外，专利文献1中公开了基于电力需要量来求出太阳能电池所被要求的适当发电量，并根据该要求的发电量来调整太阳能电池的发电量的发电系统。另外，专利文献2以及3中公开了在发电电压较大的屋外用的太阳能电池中，在太阳能电池的发电电压的电压比蓄电池的电压大的情况下，不经由升压转换器而对蓄电池进行供电，能够减少升压转换器中的转换损失的情况。专利文献4中公开了通过调节器电路、升压电路等使色素增感型太阳能电池的发电电力稳定后再向蓄电池供给的情况。专利文献1:日本国特开2012－108829号公报专利文献2:日本国特开2011－211885号公报专利文献3:日本国特开昭62－154122号公报专利文献4:日本国特开2012－079322号公报然而，进行如下的尝试：使发电电力较小的发电元件发电，将发电得到的电力蓄积在蓄电池中，并通过蓄积的电力使负载装置进行工作。该情况下，存在以下的问题。即，在将发电元件用于输入的情况下，在该期间不能够蓄电到放电电压以上的电压，所以通常使用DC/DC转换器装置等升压转换器。然而，存在在蓄电池的电压较低的状态下，升压转换器中的电压升压时的转换损耗变大，蓄电池的蓄电花费较多的时间这个问题。上述专利文献1～4所记载的发电系统不能够应对上述问题。尤其，在专利文献2以及3中，使用发电电压较大的屋外用的太阳能电池，不需要考虑蓄电池的电压较低的状态。

技术实现要素：
本发明是鉴于上述实际情况而完成的，本发明的目的在于提供一种在蓄电池的电压较低的状态下，能够加速针对蓄电池的蓄电时间的蓄电系统以及蓄电方法。为了解决上述课题，本发明的第一方式所涉及的蓄电系统具备：发电元件，进行环境发电；蓄电池，通过上述发电元件的发电电力而被供电；DC/DC转换器，将上述发电元件的输出电压转换为规定的电压；第一开关部，对将上述发电元件的输出电压直接向上述蓄电池供电或者经由上述DC/DC转换器供电进行切换；以及第一切换部，将上述DC/DC转换器变成主升压模式的上述蓄电池的电压以上的电压设为第一阈值的情况下，该第一切换部对上述蓄电池的电压和上述第一阈值的电压进行比较，并根据该比较结果来控制上述第一开关部。上述第一切换部在上述蓄电池的电压为上述第一阈值的电压以下的情况下，控制上述第一开关部，以便从上述发电元件向上述蓄电池进行直接供电。上述第一切换部在上述蓄电池的电压超过上述第一阈值的电压的情况下，控制上述第一开关部，以便从上述发电元件经由上述DC/DC转换器对上述蓄电池进行供电。在上述方式所涉及的蓄电系统中设置开关部，该开关部对于从发电元件对蓄电池直接供电还是经由DC/DC转换器进行供电进行切换。而且，切换部判定蓄电池的电压是否超过作为规定的电压的第一阈值的电压，在蓄电池的电压在第一阈值的电压以下的情况下，控制开关部，以便从发电元件对蓄电池进行直接供电。另外，切换部在蓄电池的电压超过第一阈值的电压的情况下，控制开关部，以便经由DC/DC转换器对蓄电池进行充电。并且，在上述方式所涉及的蓄电系统中，DC/DC转换器变为主升压模式的蓄电池的电压以上的电压是第一阈值，在蓄电池的电压为第一阈值的电压以下的情况下从发电元件对蓄电池进行直接供电。而且，在蓄电池的电压上升并超过第一阈值的电压的情况下，上述方式所涉及的蓄电系统经由DC/DC转换器对蓄电池进行供电。由此，在上述方式所涉及的蓄电系统中，即使在规定的照度以下的环境中从低照度色素增感发电元件输出的产生电力较小，蓄电池的电压较低的情况下，也不会被DC/DC转换器进行的电压升压时的转换损耗所影响，而能够快速地提升蓄电池的电压。另外，上述蓄电池可以由第一蓄电池、和容量大于上述第一蓄电池的第二蓄电池构成，在将第二阈值设为比上述第一阈值大的值的情况下，当上述蓄电池的电压在上述第二阈值以下时，从上述发电元件仅对上述第一蓄电池进行供电。由此，由于发电元件仅与容量较小的蓄电池连接，所以能够以较少的电力而成为第一阈值以上的电压，并能够提前变成主升压模式。上述方式的蓄电系统可以还具备：第二开关部，进行上述第一蓄电池与上述第二蓄电池之间的电连接状态以及切断状态的切换；以及第二切换部，对上述第一蓄电池的电压和上述第二阈值的电压进行比较，并根据该比较结果来控制上述第二开关部，上述第一蓄电池和上述第二蓄电池以分别向外部负载装置供给电力的方式构成，上述第二阈值在能够使上述外部负载装置进行动作的电压以上，上述第二切换部在上述第一蓄电池的电压在上述第二阈值的电压以下的情况下，控制上述第二开关部，以便上述第一蓄电池与上述第二蓄电池之间成为切断状态，从而将上述发电元件的发电电力仅向上述第一蓄电池供给，上述第二切换部在上述第一蓄电池的电压超过上述第二阈值的电压的情况下，控制上述第二开关部，以便上述第一蓄电池与上述第二蓄电池之间成为连接状态，从而从上述第一蓄电池对上述第二蓄电池进行供电。在上述方式所涉及的蓄电系统中，能够从使用容量不同的两种蓄电池的、各个蓄电池向外部负载装置供给电力。而且，直至第一蓄电池中所充电的电压变成第二阈值的电压为止，第一切换部一直控制第一开关部，以便仅向该第一蓄电池供给发电元件的发电电力。而且，在第一蓄电池的电压超过作为规定的电压的第二阈值的电压的情况下，第二切换部控制第二开关部，以便从第一蓄电池向第二蓄电池进行供电。由此，即使在蓄电系统使用较大的容量的蓄电池的情况下，也能够也快速地提升向外部负载装置供给的输出电压。特别是由于第一蓄电池与外部负载装置连接，所以即使在容量较大的第二蓄电池被充电前，也能够提升向外部负载装置供给的输出电压。上述方式所涉及的蓄电系统可以还具备：第三开关部，进行上述第一蓄电池以及上述第二蓄电池与上述外部负载装置之间的电连接状态以及切断状态的切换；以及第三切换部，对上述第一蓄电池的电压和第三阈值的电压进行比较，并根据该比较结果来控制上述第三开关部，在上述第一蓄电池的电压比上述第三阈值的电压高的状态的情况下，上述第三切换部控制上述第三开关部，以便上述第一蓄电池以及上述第二蓄电池与上述外部负载装置之间成为连接状态，在上述第一蓄电池的电压比上述第三阈值的电压低的状态的情况下，上述第三切换部控制上述第三开关部，以便上述第一蓄电池以及上述第二蓄电池与上述外部负载装置之间成为切断状态。在上述方式所涉及的蓄电系统中设置第三开关部，该第三开关部切换第一蓄电池以及第二蓄电池与外部负载装置之间的电连接状态以及切断状态。而且，第三切换部在第一蓄电池的电压比第三阈值的电压高的情况下，使第三开关部形成连接状态，从蓄电系统对外部负载装置进行供电。另外，第三切换部在第一蓄电池的电压比第三阈值的电压低的情况下，使第三开关部形成切断状态，将外部负载装置从蓄电系统断开。由此，在蓄电系统对蓄电装置进行初始充电的情况等第一蓄电池的电压较低的状态的情况下，停止向外部负载装置的供电来抑制不必要的电力消耗，从而能够加速对第一蓄电池的充电。上述第三阈值的电压也可以被设定为比上述外部负载装置能够进行动作的动作电压高规定的电压的量并且比上述第二阈值的电压低。由此，在蓄电系统对外部负载装置进行供电的情况下，能够可靠地使外部负载装置进行动作。上述第二切换部可以具有磁滞特性，利用上述磁滞特性对上述第一蓄电池的电压和上述第二阈值的电压进行比较，上述第二切换部在上述第一蓄电池的电压超过上述第二阈值的电压的情况下，控制上述第二开关部，以便上述第一蓄电池与上述第二蓄电池之间成为连接状态，上述第二切换部在上述第一蓄电池与上述第二蓄电池之间为连接状态，并且上述第一蓄电池的电压降低到比上述第二阈值的电压低规定的电压且比上述第一阈值高规定的电压的第四阈值的电压以下的情况下，控制上述第二开关部，以便上述第一蓄电池与上述第二蓄电池之间成为切断状态。在上述方式所涉及的蓄电系统中，第二切换部在检测出第一蓄电池的电压超过第二阈值的电压的情况下，使第一蓄电池与第二蓄电池之间连接。之后，通过从第一蓄电池对第二蓄电池进行供电，第一蓄电池的电压降低。而且，第二切换部在检测出第一蓄电池的电压降低到从第一阈值的电压低规定的电压的量且比上述第一阈值高规定的电压的第四阈值的电压以下的情况下，使第一蓄电池与上述第二蓄电池之间的连接开放切断。换句话说，第二切换部利用用带有磁滞特性来控制第二开关部的开闭。由此，蓄电系统能够从第一蓄电池对第二蓄电池进行供电并且能够使第一蓄电池的电压不降低到第一阈值以下的电压，能够不容易使DC/DC转换器变成冷态起动模式。另外，上述发电元件也可以由发电元件单元串联连接而构成。由此，在上述方式所涉及的蓄电系统中，发电元件能够输出需要的电压。上述发电元件可以是能够在规定的照度以下的环境中使用的低照度用的太阳能电池。由此，蓄电系统即使在使用较大的容量的蓄电池将从低照度用的太阳能电池输出的电力进行蓄电的情况下，也能够快速地提升外部输出的输出电压。另外，本发明的第二方式所涉及的蓄电方法包括：准备具备蓄电池、DC/DC转换器、开关部、和切换部的蓄电系统，该蓄电池通过进行环境发电的发电元件的发电电力而被供电，该DC/DC转换器将上述发电元件的输出电压转换成规定的电压；该开关部对将上述发电元件的输出电压直接向上述蓄电池供电或者经由上述DC/DC转换器供电进行切换，该切换部在将上述DC/DC转换器变成主升压模式的上述蓄电池的电压以上的电压设为第一阈值的情况下，对上述蓄电池的电压和上述第一阈值的电压进行比较，并根据该比较结果来控制上述开关部；在上述蓄电池的电压为上述第一阈值的电压以下的情况下，上述切换部控制上述开关部，以便从上述发电元件对上述蓄电池进行直接供电；以及在上述蓄电池的电压超过上述第一阈值的电压的情况下，上述切换部控制上述开关部，以便从上述发电元件经由上述DC/DC转换器对上述蓄电池进行供电。由此，在上述方式所涉及的蓄电系统中，在规定的照度以下的环境中从低照度色素增感发电元件输出的产生电力较小，从而即使在蓄电池的电压较低的状态下，也能够加快对蓄电池的蓄电时间。根据本发明的上述方式所涉及的蓄电系统，在蓄电池的电压较低的状态下，能够加快对蓄电池的蓄电时间。附图说明图1是表示使用本发明的蓄电系统的环境监视系统的概略构成的构成图。图2A是表示太阳能电池的概观和太阳能电池单元的连接状态的说明图。图2B是表示太阳能电池的概观和太阳能电池单元的连接状态的说明图。图3是表示蓄电系统101的构成例的构成图。图4是表示由多个蓄电池构成蓄电池A121以及蓄电池B122的例子的构成图。图5是表示对蓄电池A121以及蓄电池B122的充电动作的方式的说明图。图6是表示蓄电池A121和蓄电池B122的电压的变化的图像的说明图。图7是表示蓄电系统101中的处理的流程的流程图。图8是表示在以周为单位运用蓄电系统101的例子的示意图。图9是表示蓄电系统101的变形例的构成图。图10是表示蓄电系统102的构成例的构成图。图11是表示对蓄电池123的充电动作的方式的说明图。图12是表示蓄电系统102中的处理的流程的流程图。图13是表示蓄电系统103的构成例的构成图。具体实施方式以下，参照添加附图，对本发明的实施方式进行说明。[使用了蓄电系统的环境监视系统的例子]图1是表示使用本发明的实施方式所涉及的蓄电系统的环境监视系统的概略构成的构成图。如图1所示，环境监视系统1由将进行环境发电的发电元件的发电电力蓄积在蓄电池中的蓄电系统100、和从蓄电系统100供电的外部负载装置200构成。作为外部负载装置200，例如列举作为无需配线、电池更换而进行动作的无线传感器发挥作用的环境监视装置210等。环境监视装置210具备对办公室等室内的温度进行测量的温度传感器211、和对室内的湿度进行测量的湿度传感器212。环境监视装置210通过无线通信单元213朝向外部的监视系统300周期性地无线发送由温度传感器211测量出的室内温度的信息、和由湿度传感器212测量出的室内湿度的信息。向外部负载装置200供给电力的蓄电系统100具备作为发电元件的太阳能电池110、蓄电装置120、和DC/DC转换器130。太阳能电池110是低照度用的太阳能电池，例如在10000Lux(勒克司)以下的照度下使用。在蓄电系统100中，经由DC/DC转换器130向蓄电装置120供给太阳能电池110的发电电力，并将电力蓄积在蓄电装置120中。蓄电系统100将蓄电装置120中所蓄积的电力向外部负载装置200供给。对蓄电系统100的构成和动作的详细说明如后所述。图2A以及图2B是表示太阳能电池(发电元件)的概观和太阳能电池单元(发电元件单元)的连接状态的说明图。如图2A的俯视图所示，在太阳能电池110的受光面，4个太阳能电池单元A111、B112、C113、D114排列成平面状。4个太阳能电池单元A111、B112、C113、D114如图2B所示那样，构成为串联连接，来获得规定的输出电压Vs。虽然图2A以及图2B所示的太阳能电池110是串联连接4个太阳能电池单元的例子，但串联连接的太阳能电池单元的个数并不被限定。太阳能电池单元的个数以朝向DC/DC转换器130输出的电压成为在DC/DC转换器130中能够以规定的效率以上进行升压动作的电压的方式而被选择。例如在太阳能电池单元为低照度色素增感太阳能电池的情况下，优选将串联连接的太阳能电池单元的个数例如设为最低三个以上。然而，在将太阳能电池110作为输入电源的情况下，若要使外部负载装置200连续地驱动，则需要事先将无照明的夜间的消耗电力量蓄积在蓄电池中。并且，在考虑到在办公室等室内中的使用的情况下，需要事先也蓄积周末节日等的消耗电力量。为了使蓄电池中所蓄积的电力增加，能够利用增加蓄电池的容量或者将蓄电池充电到高电压等方法应对。然而，在任何的方法中，蓄电池的充电都花费时间，所以直至能够将外部负载装置200驱动为止的时间变长。在本实施方式所涉及的蓄电系统中，为了解决上述问题，使用容量不同的两种蓄电池A121以及蓄电池B122、和作为开关机构的开关部140。图3是表示蓄电系统101的构成的构成图。图3所示的蓄电系统101具备太阳能电池110(发电元件)、蓄电装置120、DC/DC转换器130、开关部140(第二开关部)、电压检测部150、和切换部160(第二切换部)。太阳能电池110是图2A以及2B所示的低照度用的太阳能电池。蓄电装置120由与能量收集的用途对应的二次电池、电容器等构成，并由容量较小的蓄电池A121、和容量较大的蓄电池B122构成。对蓄电池A(第一蓄电池)121的容量的大小而言，考虑到从太阳能电池110进行供电而提升到能够将外部负载装置200驱动的电压为止的时间、从蓄电池A121对蓄电池B122进行供电时的蓄电池A121的电压下降的程度、以及能够从蓄电池A121连续地驱动外部负载装置200的时间来设定。另外，蓄电池B122(第二蓄电池)的容量的大小根据外部负载装置200的负载容量、和能够连续地驱动外部负载装置200的时间来设定。例如蓄电池B122相对于蓄电池A121的容量比例被设定为数倍～数十倍左右。此外，蓄电池A121以及蓄电池B122的每个可以由单体的蓄电池构成，或者，如图4所示那样，也可以由多个蓄电池构成。在图4所示的例子中，例如蓄电池A121由蓄电池1211和蓄电池1212这2个蓄电池构成，蓄电池B122由蓄电池1221、蓄电池1222、…、蓄电池122n共n个蓄电池构成。换句话说，能够由任意个数的蓄电池构...