JP7306212B2 - power supply - Google Patents
power supply Download PDFInfo
- Publication number
- JP7306212B2 JP7306212B2 JP2019190050A JP2019190050A JP7306212B2 JP 7306212 B2 JP7306212 B2 JP 7306212B2 JP 2019190050 A JP2019190050 A JP 2019190050A JP 2019190050 A JP2019190050 A JP 2019190050A JP 7306212 B2 JP7306212 B2 JP 7306212B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- voltage
- output
- secondary battery
- generation element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Description
本発明は、電源装置に関する。 The present invention relates to power supply devices.
今までに利用されることのなかった振動や熱といった環境エネルギを活用する技術が注目されている。このような技術は、エナジー・ハーベストと呼ばれる。エナジー・ハーベストは、いわゆるＩｏＴ（物のインターネット：Internet of Things）のためのセンサに適用する電源技術として注目を集めている。例えば、エナジー・ハーベスト技術を適用したセンサは、装置が設置された環境に存在する振動や熱から回収されたエネルギを利用して駆動する。エナジー・ハーベストに関する技術として、特許文献１～３及び非特許文献１が知られている。 Attention has been paid to technologies that utilize environmental energy such as vibration and heat, which have not been used until now. Such technology is called energy harvesting. Energy harvesting is attracting attention as a power source technology applied to sensors for so-called IoT (Internet of Things). For example, sensors to which energy harvesting technology is applied are driven using energy recovered from vibrations and heat existing in the environment where the device is installed. Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1 are known as technologies related to energy harvesting.
一般にエナジー・ハーベスト技術を用いて得られた電力は、微弱である。そのため、センサや通信ＩＣといった機器を動作させるためには、電力が不足する。そこで、例えば、昇圧回路を用いて機器が要求する電圧まで昇圧させる。しかし、昇圧回路も半導体素子により構成されるスイッチング回路である。そのため、昇圧回路に与えられる電圧が低すぎる場合には、昇圧回路の変換効率が著しく低下することがある。例えば、非特許文献１に開示された技術によれば、発電素子が発生した低電圧高抵抗の電源からＩＣが要求する電圧に変換するとき、変換効率が低いという問題がある。その結果、要求される電圧を効率よく出力できない場合が生じ得る。 Generally, the power obtained using energy harvesting technology is weak. Therefore, power is insufficient to operate devices such as sensors and communication ICs. Therefore, for example, a booster circuit is used to boost the voltage to the voltage required by the device. However, the booster circuit is also a switching circuit made up of semiconductor elements. Therefore, if the voltage applied to the booster circuit is too low, the conversion efficiency of the booster circuit may significantly decrease. For example, according to the technique disclosed in Non-Patent Document 1, there is a problem that the conversion efficiency is low when converting a low-voltage, high-resistance power supply generated by a power generation element into a voltage required by an IC. As a result, the required voltage may not be output efficiently.
そこで、本発明は、所望の電力を出力可能な電源装置を提供する。 Accordingly, the present invention provides a power supply device capable of outputting desired power.
本発明の一形態である電源装置は、外部エネルギを電気エネルギに変換して第１電圧として出力する発電素子と、発電素子に対して直列に接続されると共に第２電圧を出力する二次電池と、第１電圧及び第２電圧を受けて、負荷回路に電力を出力する電力変換部と、を備え、電力変換部は、第１電圧及び第２電圧が足し合わされた第３電圧に基づく総合電力を蓄積し、総合電力を、出力用電力と充電用電力とに配分し、出力用電力を負荷回路に出力すると共に充電用電力を二次電池に出力する。 A power supply device, which is one embodiment of the present invention, includes a power generation element that converts external energy into electrical energy and outputs a first voltage, and a secondary battery that is connected in series to the power generation element and outputs a second voltage. and a power conversion unit that receives the first voltage and the second voltage and outputs power to the load circuit, wherein the power conversion unit outputs a total voltage based on a third voltage obtained by adding the first voltage and the second voltage. Electric power is accumulated, the total electric power is distributed to the output electric power and the charging electric power, and the output electric power is outputted to the load circuit and the charging electric power is outputted to the secondary battery.
電源装置は、発電素子が出力する第１電圧と二次電池が出力する第２電圧を電力変換部が受ける。電力変換部は、総合電力を蓄積しその一部を出力用電力として分配する。ここで、総合電力は、第１電圧と第２電圧とが足し合わされた第３電圧に基づいている。そうすると、総合電力から配分される出力用電力は、第１電圧よりも高い電圧として出力することが可能である。従って、電源装置は、所望の電圧を有する電力を負荷回路に対して出力することができる。 In the power supply device, the power conversion unit receives the first voltage output by the power generation element and the second voltage output by the secondary battery. The power converter accumulates total power and distributes a portion of it as output power. Here, the total power is based on a third voltage that is the sum of the first voltage and the second voltage. Then, the output power distributed from the total power can be output as a voltage higher than the first voltage. Therefore, the power supply device can output power having a desired voltage to the load circuit.
一形態の電源装置において、電力変換部は、第３電圧を受ける入力端子と、負荷回路に接続されて、出力用電力を出力する出力端子と、二次電池に接続されて、充電用電力を出力する充電端子と、を有してもよい。この構成によれば、総合電力によって二次電池を充電することが可能になる。つまり、発電素子の電圧を高めるために要した電力を回収することができる。その結果、発電素子の電圧を高めるために実質的に要する電力が低減するので、二次電池による電圧をアシストする機能を長期間に亘って維持することができる。 In one form of the power supply device, the power conversion unit includes an input terminal for receiving a third voltage, an output terminal connected to a load circuit for outputting power for output, and a secondary battery for supplying power for charging. and a charging terminal for output. According to this configuration, it becomes possible to charge the secondary battery with the total electric power. In other words, it is possible to recover the power required to increase the voltage of the power generation element. As a result, the power substantially required to increase the voltage of the power generation element is reduced, so the function of assisting the voltage of the secondary battery can be maintained for a long period of time.
一形態の電源装置において、電力変換部は、入力端子に接続されて、総合電力を蓄積するキャパシタを有してもよい。この構成によれば、電力変換部は、総合電力を好適に蓄積することができる。 In one form of the power supply device, the power conversion unit may have a capacitor connected to the input terminal and storing total power. According to this configuration, the power conversion unit can suitably store the total power.
一形態の電源装置において、出力用電力は、第１電圧によって規定される発電素子が出力する電力より小さくてもよい。この構成によれば、発電素子が出力した電力よりも消費される出力用電力が小さい。その結果、二次電池の充電に供する充電用電力が増加する。従って、二次電池による電圧をアシストする機能をさらに長期間に亘って維持することができる。 In one form of the power supply device, the output power may be smaller than the power output by the power generation element defined by the first voltage. According to this configuration, the output power consumed is smaller than the power output by the power generating element. As a result, charging power for charging the secondary battery increases. Therefore, the function of assisting the voltage of the secondary battery can be maintained for a longer period of time.
本発明によれば、所望の電力を出力可能な電源装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply device which can output desired electric power is provided.
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
図１に示すように、電源装置１は、負荷回路１０１に対して電力を供給する。負荷回路１０１は、ＩｏＴを構成する装置であってよい。このような装置として、例えば、周囲環境の計測を行うセンサが挙げられる。センサは、温度、湿度、照度など所望の計測パラメータに関する計測値を得る。このような負荷回路１０１は、数ワット程度の電力を要求する。例えば、負荷回路１０１が要求する電圧は、３Ｖ程度である。電源装置１は、負荷回路１０１が要求するタイミングで、負荷回路１０１に所定の電力を供給する。つまり、負荷回路１０１は、継続的に電源装置１に電力を要求するものでなくてもよい。例えば、負荷回路１０１は、予め定められた時間間隔で周囲の温度を計測し、無線ＩＣなどを通じて送信する動作を行う。このような動作では、負荷回路１０１は、温度計測および通信が行われるタイミングで、電源装置１から電力の供給を受ける。
As shown in FIG. 1 , the power supply device 1 supplies power to a
電源装置１は、出力端子１ａと、接地端子１ｂと、を有する。出力端子１ａは、負荷回路１０１に接続される。出力端子１ａは、負荷回路１０１に電力（ＰＯＵＴ）を出力する。接地端子１ｂは、接地電位ＧＮＤに接続される。接地端子１ｂは、接地電位ＧＮＤから基準となる電位を受ける。
The power supply device 1 has an
さらに、電源装置１は、主要な構成要素として、二次電池１０と、発電素子２０と、電力変換部５０と、を有する。なお、電源装置１は、必要に応じて上記の構成要素に加えて付加的な要素を含んでもよい。
Further, the power supply device 1 has a
二次電池１０は、充電動作および放電動作を行う。二次電池１０は、例えば、３Ｖ又は５Ｖといった直流電圧を出力する。二次電池１０が出力する電圧は、負荷回路１０１が要求する電圧に対応してよい。以下の説明において、二次電池１０が出力する電圧を、ＶＢＡＴとして示す。二次電池１０の負極は、接地端子１ｂに接続される。二次電池１０の正極は、発電素子２０に接続される。
The
発電素子２０は、外部エネルギを受けて、当該外部エネルギを電気エネルギに変換する。発電素子２０は、外部エネルギを受けて電気エネルギを発生可能な種々の素子を用いてよい。
The
直流電圧の発電素子としては、太陽光エネルギを利用した太陽電池や、温度差による電荷の偏りを利用した熱電変換素子などが挙げられ、交流電圧の発電素子としては、振動による双極子モーメントの乱れを利用した圧電素子や、電磁誘導電圧を利用した振動素子、焦電効果を利用した焦電素子、電波の受信によって発電するＲＦ素子などが挙げられる。 Examples of DC voltage generating elements include solar cells that utilize sunlight energy and thermoelectric conversion elements that utilize charge bias due to temperature differences. a piezoelectric element using , a vibrating element using an electromagnetic induction voltage, a pyroelectric element using a pyroelectric effect, an RF element that generates power by receiving radio waves, and the like.
特に熱電変換素子は、もっともありふれたエネルギである熱エネルギを使用するという点で、今後応用範囲が広がっていく期待がある。熱電変換素子に用いられる材料は、無機半導体材料、有機導電性高分子などがある。中でもカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を使った素子はフレキシビリティで軽量であり、さらに薄膜を使った素子であることにより、同一の環境でも他の材料よりも温度差をより大きく取れる構造を作ることができるため、取り付けられる環境が大きく広がり、応用範囲を広げることができる。 In particular, thermoelectric conversion elements are expected to expand their application range in the future in that they use thermal energy, which is the most common energy. Materials used for thermoelectric conversion elements include inorganic semiconductor materials and organic conductive polymers. Among them, elements using carbon nanotubes (CNT) are flexible and lightweight, and because they are elements using thin films, it is possible to create a structure that can take a larger temperature difference than other materials even in the same environment. Therefore, the environment in which it can be installed is greatly expanded, and the range of application can be expanded.
前記カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）としては、単層カーボンナノチューブ（単層ＣＮＴ）、および、多層カーボンナノチューブ（多層ＣＮＴ）を用いることができるが、単層ＣＮＴを用いることが好ましい。ＣＮＴは、単層ＣＮＴまたは多層ＣＮＴをそれぞれ単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。混合して用いる場合、単層ＣＮＴの含有割合は、５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることが更に好ましい。単層ＣＮＴは、その平均直径が好適には０．７～１５ｎｍである。また、単層ＣＮＴは、ラマンスペクトルにおけるＤバンドピーク強度に対するＧバンドピーク強度の比（Ｇ／Ｄ比）が１以上２０以下であることが好ましい。また、単層ＣＮＴは、合成時における繊維状炭素ナノ構造体の平均長さが１００μｍ以上であることが好ましい。さらに、単層ＣＮＴのＢＥＴ比表面積は、６００ｍ２／ｇ以上であることが好ましく、８００ｍ２／ｇ以上であることが更に好ましく、２５００ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、１２００ｍ２／ｇ以下であることが更に好ましい。 As the carbon nanotube (CNT), single-walled carbon nanotube (single-walled CNT) and multi-walled carbon nanotube (multi-walled CNT) can be used, but single-walled CNT is preferably used. CNTs may be single-walled CNTs or multi-walled CNTs, or may be used in combination. When mixed and used, the content of single-walled CNTs is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and even more preferably 90% by mass or more. Single-walled CNTs preferably have an average diameter of 0.7 to 15 nm. Moreover, it is preferable that single-walled CNTs have a ratio (G/D ratio) of G-band peak intensity to D-band peak intensity in the Raman spectrum of 1 or more and 20 or less. In addition, it is preferable that the single-walled CNTs have an average length of 100 μm or more of fibrous carbon nanostructures during synthesis. Furthermore, the BET specific surface area of single-walled CNTs is preferably 600 m 2 /g or more, more preferably 800 m 2 /g or more, preferably 2500 m 2 /g or less, and 1200 m 2 /g or less. is more preferable.
前記単層ＣＮＴは、例えば、カーボンナノチューブ製造用の触媒層を表面に有する基材上に、原料化合物およびキャリアガスを供給して、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によりＣＮＴを合成する際に、系内に微量の酸化剤（触媒賦活物質）を存在させることで、触媒層の触媒活性を飛躍的に向上させるという方法（スーパーグロース法；国際公開第２００６／０１１６５５号参照）において、基材表面への触媒層の形成をウェットプロセスにより行うことで、効率的に製造することができる。なお、以下では、スーパーグロース法により得られるカーボンナノチューブを「ＳＧＣＮＴ」と称することがある。前記ＳＧＣＮＴ（Super Growth Carbon nanotube）は、他のＣＮＴに比べて、純度が高く、ドーピングの効果が高いため発電能力（ゼーベック係数）が大きいという特徴があり、熱電変換素子としての適性が高い材料である。また、ＳＧＣＮＴは、低コスト、材料純度が高い、ドーピングがしやすいという特徴がある。 The single-walled CNTs are produced, for example, by supplying a raw material compound and a carrier gas onto a base material having a catalyst layer for producing carbon nanotubes on the surface, and synthesizing CNTs by chemical vapor deposition (CVD). In addition, in a method (super-growth method; see International Publication No. 2006/011655) of dramatically improving the catalytic activity of the catalyst layer by allowing a trace amount of oxidizing agent (catalyst activating substance) to exist in the system, the base Efficient production can be achieved by forming a catalyst layer on the material surface by a wet process. In addition, below, the carbon nanotube obtained by the super growth method may be called "SGCNT." The SGCNT (Super Growth Carbon nanotube) is characterized by high power generation capacity (Seebeck coefficient) due to its high purity and high doping effect compared to other CNTs, and is highly suitable as a thermoelectric conversion element. be. In addition, SGCNTs are characterized by low cost, high material purity, and easy doping.
発電素子２０は、二次電池１０に対して直列に接続される。また、発電素子２０の出力端子２０ｂは、電力変換部５０に接続される。発電素子２０は、発電体２１と、出力抵抗２２と、を有する。発電体２１は、入力端子２０ａを介して二次電池１０に接続される。さらに、発電体２１は、出力抵抗２２及び出力端子２０ｂを介して電力変換部５０に接続される。
The
以下の説明において、発電素子２０の出力電圧を、記号（ＶＥＨ：第１電圧）として示す。発電素子２０の出力電圧（ＶＥＨ）は、直流電圧であってもよいし、交流電圧であってもよい。例えば、発電素子２０が振動エネルギを電気エネルギに変換するものであるとき、発電素子２０は、入力された振動の周波数に応じた周波数を有する交流電圧を出力する。上述したように、発電素子２０は、二次電池１０に対して直列に接続される。
In the following description, the output voltage of the
電力変換部５０は、発電素子２０から電力を受ける。電力変換部５０は、当該電力の一部または全部を負荷回路１０１に出力する。さらに、電力変換部５０は、負荷回路１０１に出力されなかった電力を二次電池１０に出力する。つまり、電力変換部５０は、受け入れた電力を負荷回路１０１及び二次電池１０に再配分する。
The
例えば、電力変換部５０は、電力を蓄える蓄電部５１として、キャパシタ５１ｆを有する。さらに、電力変換部５０は、当該キャパシタ５１ｆに蓄積された電力を振り分ける配分部５２を有する。そして、電力変換部５０は、４個の接続端子を有する。具体的には、電力変換部５０は、入力端子５０ａと、出力端子５０ｂ（第１出力端子）、出力端子５０ｃ（第２出力端子）と、接地端子５０ｄと、を有する。なお、回路構成によっては、電力変換部５０は、接地端子５０ｄを省略してもよい。
For example, the
入力端子５０ａは、発電素子２０の出力端子２０ｂに接続される。入力端子５０ａは、電圧（ＶＩＮ＝ＶＢＡＴ＋ＶＥＨ）＜ＶＢＡＴ：第２電圧、ＶＩＮ：第３電圧＞を受ける。さらに、入力端子５０ａは、キャパシタ５１ｆにも接続される。入力端子５０ａは、受けた電圧（ＶＩＮ）をキャパシタ５１ｆに出力する。出力端子５０ｂは、配分部５２に接続される。出力端子５０ｂは、配分部５２から出力用電力を受ける。なお、出力端子５０ｂは、キャパシタ５１ｆに直接に接続されて、キャパシタ５１ｆから直接に出力用電力を受けてもよい。出力端子５０ｂは、さらに、負荷回路１０１に接続される。出力端子５０ｂは、受けた出力用電圧を負荷回路１０１に出力する。別の出力端子５０ｃは、配分部５２に接続される。出力端子５０ｃは、配分部５２から充電用電力を受ける。なお、出力端子５０ｃも、出力端子５０ｂと同様にキャパシタ５１ｆに直接に接続されて、キャパシタ５１ｆから直接に充電用電力を受けてもよい。出力端子５０ｃは、さらに、二次電池１０に接続される。出力端子５０ｃは、受けた充電用電圧を二次電池１０に出力する。接地端子５０ｄは、電源装置１の接地端子１ｂに接続される。
The
配分部５２は、負荷回路１０１からの要求に応じてキャパシタ５１ｆに蓄積された電力を負荷回路１０１に出力する。さらに、配分部５２は、所定の期間においてキャパシタ５１ｆに蓄積された電力を二次電池１０に出力する。また、配分部５２は、負荷回路１０１及び二次電池１０のいずれにも電力を出力しない動作を行う。この動作によれば、時間の経過と共にキャパシタ５１ｆに電力が蓄積される。
次に、図２を参照しながら電源装置１の動作原理について説明する。 Next, the principle of operation of the power supply device 1 will be described with reference to FIG.
図２の（ａ）部は、電力変換部５０に入力される電力を示す。いま、二次電池１０は、電圧（ＶＢＡＴ）を出力する。また、発電素子２０は、電圧（ＶＥＨ）を出力する。そして、電力変換部５０に入力される電流を電流（ＩＩＮ）であるとする。二次電池１０、発電素子２０および電力変換部５０は直列に接続されるので、二次電池１０が出力する電流も（ＩＩＮ）であり発電素子２０が出力する電流も（ＩＩＮ）である。
Part (a) of FIG. 2 shows the power input to the
そうすると、まず、二次電池１０が出力する電力（ＰＢＡＴ）は、矩形Ｒ１により示される。この矩形Ｒ１の横は電流（ＩＩＮ）を示し、矩形Ｒ１の縦は電圧（ＶＢＡＴ）を示す。そして、矩形Ｒ１の面積（ＶＢＡＴ×ＩＩＮ）は、二次電池１０が出力する電力（ＰＢＡＴ）を示す。
Then, first, the power (P BAT ) output by the
同様に、発電素子２０が出力する電力（ＰＥＨ）は、矩形Ｒ２により示される。この矩形Ｒ２の横は電流（ＩＩＮ）を示し、矩形Ｒ２の縦は電圧（ＶＥＨ）を示す。そして、矩形Ｒ２の面積（ＶＥＨ×ＩＩＮ）は、発電素子２０が出力する電力（ＰＥＨ）を示す。
Similarly, the power (P EH ) output by the
図２の（ｂ）部は、電力変換部５０のキャパシタ５１ｆに蓄積された総合の電力（ＰＩＮ）を示す。総合電力（ＰＩＮ）は、電力（ＰＢＡＴ）と電力（ＰＥＨ）の和である。また、別の見方をすれば、二次電池１０と発電素子２０とが直列に接続されるので、電力変換部５０のキャパシタ５１ｆには、電圧（ＶＢＡＴ）と電圧（ＶＥＨ）の和である総合電圧（ＶＩＮ）が入力される。そして、電流は、上述したように電流（ＩＩＮ）であるから、総合電力（ＰＩＮ）は、ＰＩＮ＝（ＶＢＡＴ＋ＶＥＨ）×ＩＩＮとして示すこともできる。
Part (b) of FIG. 2 shows the total power (P IN ) accumulated in the
図２の（ｃ）部は、電力変換部５０の配分部５２の動作によって出力される電力を示す。配分部５２は、キャパシタ５１ｆに蓄積された総合電力（ＰＩＮ）を出力用電力（ＰＯＵＴ）と、充電用電力（ＰＣＨＧ）に配分する。
Part (c) of FIG. 2 shows power output by the operation of the
出力用電力（ＰＯＵＴ）は、出力用電圧（ＶＯＵＴ）と出力用電流（ＩＯＵＴ）との積である。出力用電力（ＶＯＵＴ）は、総合電圧（ＶＩＮ＝ＶＢＡＴ＋ＶＥＨ）と等しい。この出力用電圧（ＶＯＵＴ）は、発電素子２０が出力する電圧（ＶＥＨ）よりも高い。つまり、電力変換部５０は、発電素子２０が出力する電力（ＰＥＨ）に二次電池１０が出力する電力（ＰＢＡＴ）を加えることによって、発電素子２０が出力する電圧（ＶＥＨ）よりも高い出力用電圧（ＶＯＵＴ）を出力することができる。さらに、出力用電流（ＩＯＵＴ）が電流（ＩＩＮ）よりも小さい場合には、発電素子２０が出力する電力（ＰＥＨ）と出力用電力（ＰＯＵＴ）とを等しくすることもできる。
Power for output (P OUT ) is the product of voltage for output (V OUT ) and current for output (I OUT ). The power for output (V OUT ) is equal to the total voltage (V IN =V BAT +V EH ). This output voltage (V OUT ) is higher than the voltage (V EH ) output by the
そのうえ、総合電力（ＰＩＮ）から出力用電力（ＰＯＵＴ）を差し引いた残りの電力は、充電用電力（ＰＣＨＧ）として二次電池１０へ充電のために戻すことが可能である。
Moreover, the remaining power obtained by subtracting the output power (P OUT ) from the total power (P IN ) can be returned to the
その結果、電源装置１は、見かけ上、発電素子２０が出力する電力（ＰＥＨ）と等しく、かつ、発電素子２０が出力する電圧（ＶＥＨ）よりも高い電圧（ＶＯＵＴ）を有する出力用電力（ＰＯＵＴ）を出力することが可能である。この動作は、二次電池１０によるアシストと、電力変換部５０の配分部５２の機能によって実現される。そのうえ、アシストのために出力した二次電池１０の電力（ＰＢＡＴ）は、出力用電力（ＰＯＵＴ）の大きさによっては、回収することが可能である。この動作のための条件とは、出力用電力（ＰＯＵＴ）は発電素子２０の出力する電力（ＰＥＨ）以下であるというものである。
As a result, the power supply device 1 apparently has a voltage (V OUT ) equal to the power (P EH ) output by the
従って、電源装置１は、発電素子２０の出力電圧を、負荷回路１０１が要求する電圧まで高めることができる。
Therefore, the power supply device 1 can raise the output voltage of the
要するに、電源装置１は、外部エネルギを電気エネルギに変換して電圧（ＶＥＨ）として出力する発電素子２０と、発電素子２０に対して直列に接続されると共に、電圧（ＶＥＨ）より大きい電圧（ＶＢＡＴ）を出力する二次電池１０と、電圧（ＶＥＨ）及び電圧（ＶＢＡＴ）を受けて、負荷回路１０１に電力（ＰＯＵＴ）を出力する電力変換部５０と、を備える。電力変換部５０は、電圧（ＶＥＨ）及び電圧（ＶＢＡＴ）が足し合わされた電圧（ＶＩＮ）に基づく総合電力（ＰＩＮ）を蓄積し、総合電力（ＰＩＮ）を、出力用電力（ＰＯＵＴ）と充電用電力（ＰＣＨＧ）とに配分し、出力用電力（ＰＯＵＴ）を負荷回路１０１に出力すると共に充電用電力（ＰＣＨＧ）を二次電池１０に出力する。
In short, the power supply device 1 includes a
電源装置１は、発電素子２０が出力する電圧（ＶＥＨ）と二次電池１０が出力する電圧（ＶＢＡＴ）を電力変換部５０が受ける。電力変換部５０は、総合電力（ＰＩＮ）を蓄積しその一部を出力用電力（ＰＯＵＴ）として分配する。ここで、総合電力（ＰＩＮ）は、電圧（ＶＥＨ）と電圧（ＶＢＡＴ）とが足し合わされた電圧（ＶＩＮ）に基づいている。そうすると、総合電力（ＰＩＮ）から配分される出力用電力（ＶＯＵＴ）は、電圧（ＶＥＨ）よりも高い電圧として出力することが可能である。従って、電源装置１は、所望の電力を負荷回路１０１に対して出力することができる。
In the power supply device 1 , the
電力変換部５０は、電圧（ＶＩＮ）を受ける入力端子５０ａと、負荷回路１０１に接続されて、出力用電力（ＰＯＵＴ）を出力する出力端子５０ｂと、二次電池１０に接続されて、充電用電力（ＰＣＨＧ）を出力する出力端子５０ｃと、を有する。この構成によれば、総合電力（ＰＩＮ）から得た充電用電力（ＰＣＨＧ）によって二次電池１０を充電することが可能になる。つまり、発電素子２０の電圧（ＶＥＨ）を高めるために要した電力（ＰＢＡＴ）を回収することができる。その結果、発電素子２０の電圧（ＶＥＨ）を高めるために実質的に要する電力（ＰＢＡＴ）が低減するので、二次電池１０による電圧（ＶＢＡＴ）をアシストする機能を長期間に亘って維持することができる。
The
出力用電力（ＰＯＵＴ）を規定する出力電圧（ＶＯＵＴ）は、電圧（ＶＥＨ）より大きい。また、出力電圧（ＶＯＵＴ）は、入力電圧（ＶＩＮ）と等しい。例えば、図２の（ｂ）及び（ｃ）部ではＶＯＵＴ=ＶＩＮを限定している。この構成によれば、電圧（ＶＥＨ）より大きな出力電圧（ＶＯＵＴ）を負荷回路１０１に出力することができる。
The output voltage (V OUT ), which defines the output power (P OUT ), is greater than the voltage (V EH ). Also, the output voltage (V OUT ) is equal to the input voltage (V IN ). For example, parts (b) and (c) of FIG. 2 limit V OUT =V IN . With this configuration, an output voltage (V OUT ) higher than the voltage (V EH ) can be output to the
出力用電力（ＰＯＵＴ）は、発電素子２０が出力し、電圧（ＶＥＨ）によって規定される電力（ＰＥＨ）より小さい。この構成によれば、発電素子２０が出力した電力（ＰＥＨ）よりも消費される出力用電力（ＰＯＵＴ）が小さい。その結果、二次電池１０の充電に供する充電用電力（ＰＣＨＧ）が増加する。従って、二次電池１０による電圧（ＶＥＨ）をアシストする機能をさらに長期間に亘って維持することができる。
The output power (P OUT ) is smaller than the power (P EH ) output by the
電力変換部５０は、入力端子５０ａに接続されて、総合電力（ＰＩＮ）を蓄積するキャパシタ５１ｆを有する。この構成によれば、電力変換部５０は、総合電力（ＰＩＮ）を好適に蓄積することができる。
The
実施形態の電源装置１は、上記の構成に限定されない。 The power supply device 1 of the embodiment is not limited to the above configuration.
例えば、電源装置１Ａは、図３に示す構成としてもよい。変形例１の電源装置１Ａは、実施形態の電源装置１に対して、二次電池１０の構成が異なる。電源装置１Ａは、二次電池１１、１２を有する充放電部１０Ａと、スイッチ部３０と、を有する。充放電部１０Ａの一方の二次電池１１は、駆動用（アシスト用）の電源として用いられる。他方の二次電池１２は、充電用の蓄電池として用いられる。スイッチ部３０は、発電素子２０に電力を供給する回路と、二次電池１０を充電するための回路と、を、スイッチ３１、３２によって相互に切り替える。この構成によっても、実施形態の電源装置１と同様の作用効果を得ることができる。
For example, the
１…電源装置、１０…二次電池、２０…発電素子、２２…出力抵抗、３０…スイッチ部、５０…電力変換部、５０ａ…入力端子、５０ｂ…出力端子（第１出力端子）、５０ｃ…出力端子（第２出力端子）、５１…蓄電部、５１ｆ…キャパシタ、５２…配分部、１０１…負荷回路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...
Claims (4)
前記発電素子に対して直列に接続されると共に第２電圧を出力する二次電池と、
前記第１電圧及び前記第２電圧を受けて、負荷回路に電力を出力する電力変換部と、を備え、
前記電力変換部は、
前記第１電圧及び前記第２電圧が足し合わされた第３電圧に基づく総合電力を蓄積し、
前記総合電力を、出力用電力と充電用電力とに配分し、
前記出力用電力を前記負荷回路に出力すると共に前記充電用電力を前記二次電池に出力する、電源装置。 a power generation element that converts external energy into electrical energy and outputs it as a first voltage;
a secondary battery connected in series with the power generation element and outputting a second voltage;
a power converter that receives the first voltage and the second voltage and outputs power to a load circuit;
The power conversion unit is
accumulating total power based on a third voltage that is the sum of the first voltage and the second voltage;
Distributing the total power to power for output and power for charging,
A power supply device that outputs the output power to the load circuit and outputs the charging power to the secondary battery.
前記第３電圧を受ける入力端子と、
前記負荷回路に接続されて、前記出力用電力を出力する第１出力端子と、
前記二次電池に接続されて、前記充電用電力を出力する第２出力端子と、を有する、請求項１に記載の電源装置。 The power conversion unit is
an input terminal for receiving the third voltage;
a first output terminal connected to the load circuit for outputting the output power;
2. The power supply device according to claim 1, further comprising a second output terminal connected to said secondary battery for outputting said charging power.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019190050A JP7306212B2 (en) | 2019-10-17 | 2019-10-17 | power supply |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019190050A JP7306212B2 (en) | 2019-10-17 | 2019-10-17 | power supply |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021065068A JP2021065068A (en) | 2021-04-22 |
| JP7306212B2 true JP7306212B2 (en) | 2023-07-11 |
Family
ID=75486674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019190050A Active JP7306212B2 (en) | 2019-10-17 | 2019-10-17 | power supply |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7306212B2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009148064A (en) | 2007-12-13 | 2009-07-02 | Sharp Corp | Power supply system for terminal network control apparatuse |
| JP2012196001A (en) | 2011-03-15 | 2012-10-11 | Omron Corp | Charge control device and drive load module |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09121461A (en) * | 1995-10-23 | 1997-05-06 | Hitachi Ltd | Self-charging battery and electric apparatus employing it |
| JP3581547B2 (en) * | 1997-12-15 | 2004-10-27 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | Electronics |
-
2019
- 2019-10-17 JP JP2019190050A patent/JP7306212B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009148064A (en) | 2007-12-13 | 2009-07-02 | Sharp Corp | Power supply system for terminal network control apparatuse |
| JP2012196001A (en) | 2011-03-15 | 2012-10-11 | Omron Corp | Charge control device and drive load module |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021065068A (en) | 2021-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nechibvute et al. | Piezoelectric energy harvesting devices: an alternative energy source for wireless sensors | |
| Meng et al. | A flexible super-capacitive solid-state power supply for miniature implantable medical devices | |
| Quan et al. | Hybrid electromagnetic–triboelectric nanogenerator for harvesting vibration energy | |
| Li et al. | Towards real-time self-powered sensing with ample redundant charges by a piezostack-based frequency-converted generator from human motions | |
| US6559550B2 (en) | Nanoscale piezoelectric generation system using carbon nanotube | |
| PT1165440E (en) | HIGH ENERGY MATERIAL BASED ON NANOTUBES AND METHOD | |
| Wang et al. | High output nano-energy cell with piezoelectric nanogenerator and porous supercapacitor dual functions–A technique to provide sustaining power by harvesting intermittent mechanical energy from surroundings | |
| JP2009509495A (en) | Energy harvesting using frequency rectification | |
| Xu et al. | Fabrication and piezoelectric property of PMN-PT nanofibers | |
| KR101208032B1 (en) | Nano piezoelectric device and method of forming the same | |
| Poulin-Vittrant et al. | Fabrication and characterization of ZnO nanowire-based piezoelectric nanogenerators for low frequency mechanical energy harvesting | |
| US20200204089A1 (en) | 1d/2d hybrid piezoelectric nanogenerator and method for making same | |
| Meddad et al. | Model of piezoelectric self powered supply for wearable devices | |
| JP7306212B2 (en) | power supply | |
| Ali et al. | Fabrication of self-healing hybrid nanogenerators based on polyurethane and ZnO for harvesting wind energy | |
| Khan et al. | Performance-improved highly integrated uniaxial tristate hybrid nanogenerator for sustainable mechanical energy harvesting | |
| Panigrahi et al. | Dielectric and ferroelectric properties of PVDF thin film for biomechanical energy harvesting | |
| US20060255991A1 (en) | Quantum generator and accessories | |
| Khalili et al. | Piezoelectric energy harvesting for powering a novel weigh-in-motion system | |
| US20240113549A1 (en) | Power supply device | |
| Li et al. | A multi-source energy harvesting system to power microcontrollers for cryptography | |
| Liew et al. | Analysis of batteries or supercapacitor as energy storage device for a sound energy harvester system | |
| CN102457207B (en) | Vibration energy collector | |
| Nguyen-Tri et al. | Nanogenerator-based hybrid systems for smart textiles | |
| Tyagi et al. | CNFET-based 0.1 V to 0.6 V DC/DC converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220927 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230428 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230530 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230612 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7306212 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |