JP2008251612A - 太陽光電池を用いた独立型電源の制御システム並びに最大電力追従方法及び鉛蓄電池満充電方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽光電池からの入力電力により充電される蓄電池と余剰電力を蓄積する電気二重層キャパシタとを備えた独立型電源の制御システムにおいて、太陽光電池からの入力電力から最大電力を得るように太陽光電池からの入力電圧の昇圧及び/又は降圧を含む制御を行う手段と、最大電力における電圧が蓄電池の充電電圧未満であるとき、最大電力における電圧を昇圧して蓄電池の充電電圧以上となった場合に蓄電池を充電する手段と、蓄電池が満充電状態ではなくかつ最大電力が蓄電池の充電電力と負荷消費電力の和以上であるとき、その余剰電力により前記電気二重層キャパシタを充電する手段とを有する。
【選択図】図1
Description
請求項1に係る、太陽光電池を用いた独立型電源の制御システムは、太陽光電池からの入力電力により充電される蓄電池と余剰電力を蓄積する電気二重層キャパシタとを備え、
太陽光電池からの入力電力から最大電力を得るように太陽光電池からの入力電圧の昇圧及び/又は降圧を含む制御を行う手段と、
前記最大電力における電圧が前記蓄電池の充電電圧未満であるとき、前記最大電力における電圧を昇圧して前記蓄電池の充電電圧以上となった場合に前記蓄電池を充電する手段と、
前記蓄電池が満充電状態ではなくかつ前記最大電力が前記蓄電池の充電電力と負荷消費電力の和以上であるとき、その余剰電力により前記電気二重層キャパシタを充電する手段とを有する。
太陽光電池からの入力電圧を最初の第1比較電圧として設定する第1ステップと、
前記第1比較電圧とそのときの電流である第1比較電流との積として第1比較電力を算出する第2ステップと、
前記第1比較電圧を所定電圧だけ上げて第2比較電圧として設定し、前記第2比較電圧とそのときの電流である第2比較電流との積として第2比較電力を算出する第3ステップと、
前記第1比較電圧を所定電圧だけ下げて第3比較電圧として設定し、前記第3比較電圧とそのときの電流である第3比較電流との積として第3比較電力を算出する第4ステップと、
前記第1比較電力、前記第2比較電力及び前記第3比較電力を比較して、いずれが最大電力であるかを判断する第5ステップと、
前記第5ステップにおいて前記第1比較電力が最大であるときは、前記第1比較電圧を、太陽光電池から最大電力を得る電圧として決定する第6ステップと、
前記第5ステップにおいて前記第2比較電力又は前記第3比較電力が最大であるときは、前記第2比較電圧又は前記第3比較電圧を前記第1比較電圧に置き換えて、前記第1比較電力が最大となるまで前記第2ステップから前記第5ステップまでを繰り返した後、その時点での前記第1比較電圧を、最大電力を得る電圧として決定する第7ステップとを有することを特徴とする。
所定のトリガー電圧を設定する第1ステップと、
前記鉛蓄電池を前記トリガー電圧で一定時間定電流充電することにより、前記鉛蓄電池の開放電圧が前記トリガー電圧に達するか否かを判断する第2ステップと、
前記第2ステップにおいて前記鉛蓄電池の開放電圧が前記トリガー電圧に達しなかった場合は、前記鉛蓄電池が満充電状態となったと判断する第3ステップと、
前記第2ステップにおいて前記鉛蓄電池の開放電圧が前記トリガー電圧に達した場合は、所定の電圧だけ上げた次のトリガー電圧を設定して前記第2ステップを繰り返し、前記鉛蓄電池の開放電圧が前記トリガー電圧に達しなくなった時点で前記鉛蓄電池が満充電状態となったと判断する第4ステップとを有することを特徴とする。
図1は、本発明による太陽光電池(PV)を用いた独立型電源の制御システムの概略構成図である。図1中、太線は電力線を示し、細線は制御信号線を示す。本システムは、太陽光電池2からの発電電力を接点ブレーカ3を介して入力される効率制御部4と、充放電制御部5と、電気二重層キャパシタ7と、蓄電池6とを備えている。
・「PV入力電力」:太陽光電池2の発電電力により効率制御部4へ入力される電力。
・「PV入力電圧」:PV入力電力における電圧。
・「PV入力電流」:PV入力電力における電流。
・「充電用入力電力」:効率制御部4から出力され充放電制御部5へ入力される電力。
・「充電用入力電圧」:充電用入力電力における電圧。
・「充電用入力電流」:充電用入力電力における電流。
・「蓄電池電圧」:蓄電池6の太陽光電池接続時の出力電圧。
・「蓄電池開放電圧」:蓄電池6の太陽光電池遮断時の出力電圧。
・「蓄電池満充電電圧」:蓄電池6を満充電したときの電圧。
・「蓄電池過放電電圧」:蓄電池6が過放電となる限界の電圧。
・「蓄電池充電電圧」:蓄電池6を充電するために設定された電圧。
・「蓄電池充電可能電圧」:蓄電池6を充電できる最低電圧。
ステップ201:蓄電池電圧、PV入力電圧、充電用入力電圧及び充電用入力電力を取得する。充電用入力電力は、充電用入力電圧と充電用入力電圧の積として算出される。
ステップ202、203:蓄電池電圧が満充電電圧より大きいか否かを判断する(ステップ202)。蓄電池電圧が満充電電圧より大きい場合は、蓄電池の充電不要を意味し、後述する図2Bのフロー図へ移行し、その場合は蓄電池の充電を行わない。一方、蓄電池電圧が満充電電圧以下の場合は、ステップ203において、接点ブレーカ3をオンとし、太陽光電池と制御システム1とを接続する。これにより、太陽光電池からのPV入力電力が制御システムに入力可能となる。
式1:余剰電流=(充電用入力電力−(蓄電池充電電力+負荷消費電力))/充電用入力電圧
次にステップ214において、上式1により算出された余剰電流が正か負かを判断しする。余剰電流が正の場合は、その余剰電流により電気二重層キャパシタを充電するためにステップ215の電気二重層キャパシタ充電処理(後述する図7で説明)を実行し、ステップ210の蓄電池充電処理へ進む。ステップ214で余剰電流が負の場合は、電気二重層キャパシタの充電は行わず、ステップ210の蓄電池充電処理へ進む。
式2:余剰電流=(充電用入力電力−(負荷消費電力))/充電用入力電圧
上式2では、上式1における蓄電池充電電力が不要であるので、負荷消費電力との差分を余剰電力としている。ステップ223において、上式2により算出された余剰電流が正か負かを判断しする。余剰電流が正の場合は、その余剰電流により電気二重層キャパシタを充電するためにステップ224の電気二重層キャパシタ充電処理(後述する図7で説明)を実行し、処理を終了する。ステップ223で余剰電流が負の場合は、電気二重層キャパシタの充電は行わず、処理を終了する。
図3A(a)のA区間では、PV入力電圧が、蓄電池の充電可能電圧以下(すなわち充電電圧以下)であり、次の2通りの流れが可能である。
(1)ステップ211→216→219→210
(2)ステップ211→216→217→210
A区間は、1日の始まりであるので電気二重層キャパシタは放電可能な程度に充電さていないので、ステップ218の放電処理はできない。
(1)ステップ211→212→213→214→215→210
(2)ステップ211→212→213→214→210
B区間では、十分な発電が行われるため余剰電力により電気二重層キャパシタを充電できる可能性がある。
(1)ステップ211→216→219→210
(2)ステップ211→216→217→210
(3)ステップ211→216→217→218→210
C区間は、十分な発電が行われたB区間の後であるから、A区間と異なり電気二重層キャパシタが十分充電されている可能性があり、よってステップ218の放電処理が可能となる。
図3A(b)の全区間では、次の3通りの流れが可能である。
(1)ステップ211→216→219→210
(2)ステップ211→216→217→210
(3)ステップ211→212→213→214→210
充電用入力電圧は、昇圧制御処理により充電電圧まで昇圧されるが、余剰電力により電気二重層キャパシタを充電する余裕はない。
図3A(c)の白抜き矢印で示す区間において可能な制御フローは、図3A(a)のA区間のそれと同じである。
図3A(c)の黒矢印で示す2つの区間において可能な制御フローは、図3A(a)のB区間のそれと同じである。
図3A(c)の通常矢印で示す2つの区間において可能な制御フローは、図3A(a)のC区間のそれと同じである。
図3B(d)の白抜き矢印で示す区間において可能な制御フローは、図3A(a)のA区間のそれと同じである。
(1)ステップ211→216→219→210
(2)ステップ211→212→213→214→210
(3)ステップ211→212→213→214→215→210
図3B(e)の黒矢印で示す2つの区間において可能な制御フローは、図3A(a)のB区間のそれと同じである。
図3B(e)の通常矢印で示す2つの区間において可能な制御フローは、図3A(a)のC区間のそれと同じである。
図3B(f)の黒矢印で示す区間において可能な制御フローは、図3B(d)の黒矢印で示す4つの区間のそれと同じである。
図3B(f)の通常矢印で示す区間において可能な制御フローは、図3A(a)のC区間のそれと同じである。
ステップ915:定電流充電処理の詳細は、図10で説明する。
2 太陽光電池(PV)
3 接点ブレーカ
4 効率制御部
41 PV入力用電流計/電圧計
42 分岐回路
43 昇圧回路
44 降圧回路
45 CPU
5 充放電制御部
51 充電用電流計/電圧計
52 電流制御回路
53 蓄電池出力用電流計/電圧計
54 電気二重層キャパシタ制御回路54
55 電気二重層キャパシタ電流計/電圧計
56 CPU
6 蓄電池
7 電気二重層キャパシタ
8 接点ブレーカ
9 負荷
Claims (8)
- 太陽光電池からの入力電力により充電される蓄電池と余剰電力を蓄積する電気二重層キャパシタとを備えた独立型電源の制御システムにおいて、
太陽光電池からの入力電力から最大電力を得るように太陽光電池からの入力電圧の昇圧及び/又は降圧を含む制御を行う手段と、
前記最大電力における電圧が前記蓄電池の充電電圧未満であるとき、前記最大電力における電圧を昇圧して前記蓄電池の充電電圧以上となった場合に前記蓄電池を充電する手段と、
前記蓄電池が満充電状態ではなくかつ前記最大電力が前記蓄電池の充電電力と負荷消費電力の和以上であるとき、その余剰電力により前記電気二重層キャパシタを充電する手段とを有することを特徴とする、太陽光電池を用いた独立型電源の制御システム。 - 前記最大電力における電圧を昇圧しても前記蓄電池の充電電圧未満である場合に、前記電気二重層キャパシタからの放電電力を加えて前記蓄電池を充電する手段をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の、太陽光電池を用いた独立型電源の制御システム。
- 前記蓄電池が満充電状態でありかつ前記最大電力が負荷消費電力以上であるとき、その余剰電力により前記電気二重層キャパシタを充電する手段をさらに有することを特徴とする請求項1又は2に記載の、太陽光電池を用いた独立型電源の制御システム。
- PWM方式により前記蓄電池の充電を行いデューティ比を調整することにより充電電流を制御する手段をさらに有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の、太陽光電池を用いた独立型電源の制御システム。
- 太陽光電池からの入力電力を接続又は遮断する第1の接点ブレーカをさらに有し、太陽光電池からの入力電圧が予め設定された電圧以上となったとき、前記第1の接点ブレーカを遮断状態とする手段をさらに有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の、太陽光電池を用いた独立型電源の制御システム。
- 前記蓄電池から負荷への出力電力を接続又は遮断する第2の接点ブレーカをさらに有し、前記蓄電池の電圧が過放電電圧以下となったとき、前記第2の接点ブレーカを遮断状態とする手段をさらに有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の、太陽光電池を用いた独立型電源の制御システム。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の太陽光電池を用いた独立型電源の制御システムに適用される、太陽光電池からの入力電力から最大電力を得るための最大電力点追従方法であって、
太陽光電池からの入力電圧を最初の第1比較電圧として設定する第1ステップと、
前記第1比較電圧とそのときの電流である第1比較電流との積として第1比較電力を算出する第2ステップと、
前記第1比較電圧を所定電圧だけ上げて第2比較電圧として設定し、前記第2比較電圧とそのときの電流である第2比較電流との積として第2比較電力を算出する第3ステップと、
前記第1比較電圧を所定電圧だけ下げて第3比較電圧として設定し、前記第3比較電圧とそのときの電流である第3比較電流との積として第3比較電力を算出する第4ステップと、
前記第1比較電力、前記第2比較電力及び前記第3比較電力を比較して、いずれが最大電力であるかを判断する第5ステップと、
前記第5ステップにおいて前記第1比較電力が最大であるときは、前記第1比較電圧を、太陽光電池から最大電力を得る電圧として決定する第6ステップと、
前記第5ステップにおいて前記第2比較電力又は前記第3比較電力が最大であるときは、前記第2比較電圧又は前記第3比較電圧を前記第1比較電圧に置き換えて、前記第1比較電力が最大となるまで前記第2ステップから前記第5ステップまでを繰り返した後、その時点での前記第1比較電圧を、最大電力を得る電圧として決定する第7ステップとを有することを特徴とする、独立型電源の制御システムにおける最大電力追従方法。 - 前記蓄電池が鉛蓄電池である請求項1〜6のいずれかに記載の太陽光電池を用いた独立型電源の制御システムに適用され、前記鉛蓄電池を満充電させる方法であって、
所定のトリガー電圧を設定する第1ステップと、
前記鉛蓄電池を前記トリガー電圧で一定時間定電流充電することにより、前記鉛蓄電池の開放電圧が前記トリガー電圧に達するか否かを判断する第2ステップと、
前記第2ステップにおいて前記鉛蓄電池の開放電圧が前記トリガー電圧に達しなかった場合は、前記鉛蓄電池が満充電状態となったと判断する第3ステップと、
前記第2ステップにおいて前記鉛蓄電池の開放電圧が前記トリガー電圧に達した場合は、所定の電圧だけ上げた次のトリガー電圧を設定して前記第2ステップを繰り返し、前記鉛蓄電池の開放電圧が前記トリガー電圧に達しなくなった時点で前記鉛蓄電池が満充電状態となったと判断する第4ステップとを有することを特徴とする、独立型電源の制御システムにおける鉛蓄電池の満充電方法。
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