JP2019193524A - 太陽電池充電装置および太陽電池充電方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄電器の性能に依らず、太陽電池モジュールが発電した電力を効率よく蓄電する。【解決手段】太陽電池充電装置10は、複数の蓄電器40を含む蓄電器群と、複数の太陽電池セル24を含む太陽電池モジュール12と、太陽電池モジュール12からの電力を調整して蓄電器群に出力する電力調整部38と、電力調整部38の動作を制御する制御部36と、蓄電器40の複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの電圧と複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの温度の少なくとも一方を検出する蓄電器管理モジュール44と、を備える。蓄電器群管理モジュール18は、蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず且つ電力調整部38が蓄電器群に出力する電圧が所定値以下の場合に動作を休止し、制御部36は、蓄電器管理モジュール44が検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に、電力調整部38を制御して、蓄電器群への充電を停止させる。【選択図】図4
Description
本発明は、太陽電池モジュールが発電した電力で蓄電器を充電する太陽電池充電装置および太陽電池充電方法に関する。
従来、太陽電池モジュールが発電した電力を蓄電器に充電する際には、BMU(Battery Management Unit)によりその制御が行われていた。BMUは、蓄電器の充放電を制御し、蓄電器の蓄電量を導出し、蓄電器と負荷とを電気的に接続するコンタクタの開閉を制御する。BMUの動作には多くの電力が消費されるが、充電の際には、BMUを常に起動状態にしておかなければならなかった。このため、太陽電池モジュールで電力が発電されても、BMUの動作のためにその多くが消費されてしまうことが少なくなかった。
上記問題に鑑み開示された下記特許文献には、蓄電器の充電の際に、所定の条件下において、BMUを休止させ、電力変換モジュールに充電の制御を実行させる太陽電池充電装置について開示されている。なお、電力変換モジュールは、太陽電池モジュールが発電した電力を変換して蓄電器へ出力するモジュールである。また所定の条件とは、蓄電器が負荷に電力を供給しておらず、電力変換モジュールからの蓄電器への出力電圧が所定電圧以下の場合を指す。このような太陽電池充電装置により、消費電力の低減が実現されている。
しかし、上記特許文献に記載されている太陽電池充電装置では、蓄電器群の監視が行われておらず、蓄電器の性能にばらつきがあった場合に、蓄電器群は、性能の低い蓄電器の影響を免れ得ない場合があった。例えば、充電時において、低いSOC(State Of Charge)の蓄電器に他の蓄電器が引きずられ、全体として蓄電量が小さくなるのを防ぐために、他の蓄電器に対し余分に充電処理が行われる必要があった。
本発明は、蓄電器の性能に依らず、太陽電池モジュールが発電した電力を効率よく蓄電するための太陽電池充電装置および太陽電池充電方法を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様は、太陽電池充電装置であって、並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群と、太陽光を受けて発電する複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールから出力された電力を調整し該調整された電力を前記蓄電器群に出力する電力調整部と、前記電力調整部の動作を制御する制御部と、前記複数の蓄電器のそれぞれの蓄電量を導出し前記蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュールと、前記複数の蓄電器のそれぞれに含まれそれぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの電圧と前記複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの温度の少なくとも一方を検出し該検出した電圧と温度の少なくとも一方を前記制御部に通知する蓄電器管理モジュールと、を備え、前記蓄電器群管理モジュールは前記蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず且つ前記電力調整部が前記蓄電器群に出力する電圧が所定値以下の場合に動作を休止し、前記制御部は前記蓄電器管理モジュールが検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に前記電力調整部を制御して前記蓄電器群への充電を停止させる。
本発明の第2の態様は、並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群と、太陽光を受けて発電する複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、前記複数の蓄電器のそれぞれの蓄電量を導出し前記蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュールと、を備える太陽電池充電装置が実行する太陽電池充電方法であって、前記太陽電池モジュールから出力された電力を調整し該調整された電力を前記蓄電器群に出力する電力調整ステップと、前記複数の蓄電器のそれぞれに含まれそれぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの電圧と前記複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの温度の少なくとも一方を検出する蓄電器管理ステップと、前記蓄電器管理ステップにおいて検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に前記蓄電器群への充電を停止する制御ステップと、を含み、前記蓄電器群管理モジュールは、前記蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず且つ前記電力調整ステップにおいて前記蓄電器群に出力される電圧が所定値以下の場合に動作を休止する。
本発明によれば、蓄電器の性能に依らず、太陽電池モジュールが発電した電力を効率よく蓄電することができる。
本発明に係る太陽電池充電装置および太陽電池充電方法について好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
[実施の形態]
図1は、本実施の形態に係る太陽電池充電装置10の概略的な構成を例示する図である。太陽電池充電装置10は、太陽電池モジュール12、電力変換モジュール14、蓄電ユニット16、およびBMU18等を備える。
図1は、本実施の形態に係る太陽電池充電装置10の概略的な構成を例示する図である。太陽電池充電装置10は、太陽電池モジュール12、電力変換モジュール14、蓄電ユニット16、およびBMU18等を備える。
太陽電池モジュール12は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力変換モジュール14へ出力する。本実施の形態における太陽電池モジュール12は、1以上の太陽電池セルストリング20、および、当該1以上の太陽電池セルストリング20の各々に接続されたオプティマイザ22を含む。太陽電池セルストリング20は、直列に接続された複数の太陽電池セル24を有する。
太陽電池セル24は、フォトダイオード等であり、表面に受けた太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する。得られた電気エネルギーにより太陽電池セルストリング20には電力が生じ、当該電力は、太陽電池セルストリング20に接続されたオプティマイザ22に出力される。オプティマイザ22は、太陽電池セルストリング20から出力された電力を調整し、電力変換モジュール14へ出力する。オプティマイザ22による処理の詳細については後述する。
電力変換モジュール14は、太陽電池モジュール12から入力された電力を調整し、蓄電ユニット16に含まれ、互いに並列に接続された複数の蓄電器40を充電する。なお、蓄電器40は、複数の蓄電池セルを含むモジュールである。電力変換モジュール14は、CMU(Cell Management Unit)電源26、第1電圧センサ28、第1電流センサ30、第2電圧センサ32、第2電流センサ34、制御部36、および電力調整部38等を有する。
CMU電源26は、後述する、蓄電ユニット16に含まれるCMU44の電源である。CMU電源26は、例えばDCDCコンバータであり、太陽電池モジュール12から入力された直流電力を制御部36の制御により適切な直流電力に変換し、制御部36の制御により間歇的に電力をCMU44に供給する。これによりCMU44は、間歇動作を行う。
第1電圧センサ(第1センサ)28は、太陽電池モジュール12から電力変換モジュール14に出力された電圧V1を検出する。検出された電圧V1の情報は、制御部36に通知される。第1電流センサ(第1センサ)30は、太陽電池モジュール12から電力変換モジュール14に出力された電流A1を検出する。検出された電流A1の情報は、制御部36に通知される。
第2電圧センサ(第2センサ)32は、電力調整部38から蓄電ユニット16に出力される電圧V2を検出する。検出された電圧V2の情報は、制御部36に通知される。なお、第2電圧センサ32が検出する電圧V2は、蓄電器40の電圧に対し、当該蓄電器40に接続されるダイオード42の順方向電圧を加えた値に等しい。なお、この順方向電圧は微小であるため、以下では順方向電圧については無視して説明を行う。第2電流センサ(第2センサ)34は、電力調整部38から蓄電ユニット16に出力される電流A2を検出する。検出された電流A2の情報は、制御部36に通知される。
制御部36は、電圧V2を用いて、蓄電ユニット16に含まれる複数の蓄電器40(蓄電器群とも記載する)が満充電の状態にあるかを判定し、電圧V2に基づいて電力調整部38の蓄電器40への充電処理を制御する。制御部36は、電圧V2が蓄電器群の満充電電圧未満の場合には、MPPT(Maximum Power Point Tracking)方式による充電処理を行うよう電力調整部38を制御する。蓄電器群の満充電電圧は、予め定められているとする。
制御部36は、電圧V2が蓄電器群の満充電電圧と等しい場合には、CC(Constant Current)方式、およびCV(Constant Voltage)方式のいずれか1つの方式による処理を行うよう電力調整部38を制御する。
電力調整部38は、MPPT方式に基づいて動作する場合には、蓄電ユニット16に出力する電力が最適動作点に追従するように、太陽電池モジュール12から出力された電力を調整する。また、電力調整部38は、CC方式に基づいて動作する場合には、一定の電流を蓄電ユニット16に出力するように、太陽電池モジュール12から出力された電力を調整する。なお、この一定の電流は、蓄電ユニット16に含まれる蓄電器40の電圧を検出するために必要な電流に相当する。またこの一定の電流は、蓄電器40の放電電流と等しいとする。
電力調整部38は、CV方式に基づいて動作する場合には、一定の電圧を蓄電ユニット16に出力するように、太陽電池モジュール12から出力された電力を調整する。この一定の電圧は、満充電状態における各蓄電器40の電圧に等しい。
電力調整部38は、調整した電力を蓄電ユニット16に供給し、蓄電器40を充電する。なお、電力調整部38は、電力の調整の際に、太陽電池モジュール12から出力された電圧を昇圧する。
制御部36は、上述したように、CMU電源26を制御し、CMU44を間歇動作させる。CMU44の動作は、蓄電器群の電圧が満充電電圧未満の場合において、電力調整部38がMPPT方式に基づいて充電処理を行っている間に実行される。本実施の形態に係る制御部36は、充電処理が実行されている間の、蓄電器40に含まれる各蓄電池セルの電圧と、蓄電器40に含まれる複数の蓄電池セルのグループ(例えば、4つの蓄電池セルのグループ)の温度、の少なくとも一方の情報を、CMU44から取得する。なお、制御部36がCMU44から取得する情報は、充電処理が実行されている間の、蓄電器40に含まれる複数の蓄電池セルの電圧であっても、蓄電器40に含まれる各蓄電池セルの温度であってもよい。
蓄電池セルの温度が高いとき、蓄電池セル内において電流を担うイオンの速度は大きく、このため蓄電池セルの内部抵抗が小さい。このため、充電状態において蓄電池セルの温度が十分に高ければ、蓄電池セル内には十分に大きな電流が流れていると推測できるとともに、蓄電池セルに蓄積される電気量も十分に大きくなり、結果的に、このような蓄電池セルを含む蓄電器40に蓄積される電気量も大きくなると推測できる。また、蓄電池セルの電圧が高いときには、蓄電池セルは大きい電気量を蓄積していると推測できる。一方、充電を行っていても、蓄電池セルの温度が低い状態が続く場合や、蓄電池セルの電圧が低い状態が続く場合の少なくとも一方であれば、蓄電器40は、所望の電力を蓄えることができないと推定できる。
以下では、MPPT方式による充電後における、蓄電器40に含まれる蓄電池セルの電圧が、所望の電圧以上であれば正常な電圧であるとする。また、MPPT方式による充電後における、蓄電器40に含まれる複数の蓄電池セルの温度が、所望の温度以上であれば正常な温度であるとする。
制御部36は、蓄電池セルの電圧が正常でない場合には、電力調整部38による充電処理を停止させる。また、制御部36は、複数の蓄電池セルの温度が正常でない場合には、電力調整部38による充電処理を停止させる。これにより、所望の電力を蓄えられない蓄電池セルに引きずられて、蓄電器40に十分に電力が蓄積されなくなる事態を防止することができる。また、十分に電力を蓄えることができず電圧が所望の値に達しない蓄電器40に引きずられ、他の並列接続された蓄電器40の電圧が上がらなくなり、これら他の蓄電器40にも十分な電力が蓄積されなくなるような事態を防止することができる。
蓄電ユニット16は、複数の蓄電器40、複数のダイオード42、複数のCMU44、および複数のコンタクタ46等を有する。複数の蓄電器40は、それぞれ電力変換モジュール14の出力側に互いに並列に接続されている。各ダイオード42は、電力変換モジュール14から各蓄電器40への方向を順方向として、これら電力変換モジュール14と各蓄電器40との間に設けられ、各蓄電器40の電圧に差が生じた場合に蓄電器40間を電流が流れるのを防止する。
各CMU44は、制御部36の制御により蓄電器40の充電処理中に動作し、各蓄電器40に含まれる各蓄電池セルの電圧と、各蓄電器40に含まれる複数の蓄電池セルの温度のうちの少なくとも一方を検出し、この検出結果を制御部36に通知する。なお、CMU44は、蓄電器管理モジュール(CMU(Cell Management Unit))の一例である。
各コンタクタ46は、各蓄電器40と負荷48との間に設けられている。コンタクタ46が閉状態になった場合、蓄電器40から負荷48へ電力の供給が行われる。負荷48は、例えば、太陽電池充電装置10が搭載される輸送機器の動力源となるモータ、車室内温度を調整するエアコンのコンプレッサ、オーディオ機器等の補機である。
BMU18は、蓄電器40およびコンタクタ46を管理する。BMU18は、蓄電器群管理モジュール(BMU(Battery Management Unit))の一例である。本実施の形態におけるBMU18は、所定の条件下において動作を休止する。なお、所定の条件とは、蓄電器群が負荷48に電力を供給しておらず、第2電圧センサ32により検出された電圧V2が蓄電器40の満充電電圧以下の場合を指すとする。BMU18は、充放電制御部50、残容量導出部52、およびコンタクタ制御部54等を有する。
充放電制御部50は、蓄電器40の充放電を制御する。残容量導出部52は、OCV(Open Circuit Voltage)推定方式等により、蓄電器40のSOC(State of Charge)を導出する。コンタクタ制御部54は、コンタクタ46の開閉状態を制御する。
以下、オプティマイザ22による処理の内容について、図2および図3を参照して説明する。図2は、オプティマイザ22の処理内容について例示する図である。図2において、太陽電池モジュール12には6つの太陽電池セルストリング20が含まれ、6つ目の太陽電池セルストリング20には影がかかっている状態が示されている。なお、1つ目から5つ目の各太陽電池セルストリング20には影がかかっていないとし、これら太陽電池セルストリング20の各日射量は等しいとする。
このとき、1つ目から5つ目の各太陽電池セルストリング20に発生する電流の大きさは等しいが、6つ目の太陽電池セルストリング20に発生する電流の大きさは、1つ目から5つ目の各太陽電池セルストリング20に発生する電流より小さい。
従来、多く見られる手法では、各太陽電池セルストリング20にはバイパスダイオードが設けられているなどし、影がかかった太陽電池セル24や太陽電池セルストリング20には電流が流されず、これらからは電力が取り出されない。このように、影がかかった6つ目の太陽電池セルストリング20から電力を出力しない場合には、太陽電池モジュール12から出力される電力は、1〜5つ目の太陽電池セルストリング20が出力する各電力の総和となる。この場合、太陽電池モジュール12から出力される電圧は、1〜5つ目の各太陽電池セルストリング20の電圧の総和となる。
本実施の形態においては、オプティマイザ22は、太陽電池セルストリング20から入力される電流が所定値未満の場合に、電流を所定値以上の大きさに変換する。電流が変換されても太陽電池セルストリング20から出力される電力は一定であることから、オプティマイザ22は、電流の変換に伴い電圧を低下させる。
図3は、オプティマイザ22がどのように電流と電圧を出力するかを例示する図である。太陽電池セルストリング20に影がかかっていない場合、オプティマイザ22は、この太陽電池セルストリング20から出力される電流および電圧のそれぞれを、電力が最適動作点である電流および電圧へと調整する。一方、太陽電池セルストリング20に影がかかっている場合、オプティマイザ22は、この太陽電池セルストリング20から出力される電流を、他の太陽電池セルストリング20から出力される電流と等しい大きさに変換する。本実施の形態では、オプティマイザ22は、影がかかった太陽電池セルストリング(第1太陽電池セルストリング)20から出力された電流を、影がかかっていない太陽電池セルストリング(第2太陽電池セルストリング)20から出力された電流と等しい大きさに変換する。そして、この変換に伴い、オプティマイザ22は、影がかかった太陽電池セルストリング20から出力される電圧を、変換後の電流における動作点の電圧に変換する。
図2では、オプティマイザ22は、6つ目の太陽電池セルストリング20から出力される電流を、他の太陽電池セルストリング20において発生した電流とその値が等しくなるように変換している。これに伴って、オプティマイザ22は、6つ目の太陽電池セルストリング20から出力される電圧を低下させている。
このように、各オプティマイザ22が、各太陽電池セルストリング20から出力される電流を等しい大きさに変換することにより、互いに直列接続された各オプティマイザ22からは、全ての太陽電池セルストリング20からの電力を取り出すことができる。
このように、オプティマイザ22を用いた場合、太陽電池モジュール12からは、影がかかった太陽電池セル24等から電力を取り出さない場合に比べ、より多くの電力が取り出せる。また、この場合に太陽電池モジュール12から出力される電圧は、1〜6つ目の各太陽電池セルストリング20から出力される電圧の総和となり、影がかかった太陽電池セル24等から電力を取り出さない場合に比べ高い電圧となる。このため、オプティマイザ22を用いることにより、電力変換モジュール14へ入力される電圧V1は、従来の手法により電力変換モジュール14へ入力される電圧に比べ、高くなる。
本実施の形態におけるオプティマイザ22により、電力変換モジュール14に入力される電圧V1はより高くなり、電力調整部38による昇圧比はより低くなり、入出力効率が向上する。
図4は、本実施の形態における電力変換モジュール14による処理のフローチャートを例示する図である。なお、この例では、制御部36は、CMU44から、蓄電器40に含まれる各蓄電池セルの電圧と、蓄電器40に含まれる複数の蓄電池セルの温度とを取得し、これらを用いて蓄電器40の状態を推定するとする。
電力調整部38は、太陽電池モジュール12から電力を入力されると、制御部36からの制御に基づきMPPT方式による充電処理を開始する(ステップS1)。制御部36は、所定時間が経過した場合(ステップS2:YES)、CMU電源26を制御し、各CMU44を起動させる(ステップS3)。
制御部36は、ステップS3において起動された各CMU44から、各蓄電器40に含まれる各蓄電池セルの電圧と、各蓄電器40に含まれる複数の蓄電池セルの温度と、を取得する。制御部36は、CMU44から取得した電圧が正常か否かを判定する(ステップS4)。電圧が正常でなければ(ステップS4:NO)、制御部36は、電力調整部38の充電動作を停止させる(ステップS5)。電圧が正常であれば(ステップS4:YES)、制御部36は、CMU44から取得した温度が正常か否かを判定する(ステップS6)。温度が正常でなければ(ステップS6:NO)、制御部36は、電力調整部38の充電動作を停止させる(ステップS5)。温度が正常であれば(ステップS6:YES)、制御部36は、CMU電源26を制御して、CMU44を停止させる(ステップS7)。なお、ステップS4とステップS6の各処理は、逆の順番で実行されても、並列して実行されてもよい。
ステップS7に続き、または、ステップS2において所定時間が経過していない場合に(ステップS2:NO)、制御部36は、電圧V2が満充電電圧に等しいか否かを判定する(ステップS8)。電圧V2が満充電電圧未満の場合(ステップS8:NO)、電力変換モジュール14の処理は、ステップS1に戻る。電圧V2が満充電電圧と等しい場合(ステップS8:YES)、制御部36は、CC方式により充電を行うよう電力調整部38を制御する。これに応じて電力調整部38は、CC方式による充電処理を実行する(ステップS9)。このとき、電力調整部38は、電力変換モジュール14から出力される電流A2が一定となるよう電力を調整する。
なお、電力調整部38が出力する一定の電流は、各蓄電器40の電圧を検出するために必要な電流に等しい。そして、この一定の電流は、蓄電器40から放電される電流である。CC方式による充電処理においては、一定の電流が電力変換モジュール14から蓄電ユニット16へ出力されるため、第2電圧センサ32は、常に電圧V2として各蓄電器40の電圧を検出できる。
制御部36は、電力調整部38による、CC方式に基づく充電処理(ステップS9)の実行後、電圧V2が満充電電圧と等しい場合に(ステップS10:NO)、引き続き電力調整部38にCC方式に基づく充電処理を実行させる(ステップS9)。一方、電圧V2が満充電電圧未満の場合には(ステップS10:YES)、制御部36は、MPPT方式に基づいた充電処理を行うよう電力調整部38を制御し、電力調整部38は、これに応じて充電処理を行う(ステップS1)。
本実施の形態においては、蓄電器群が満充電の状態になると、CC方式による充電処理が実行される。このときに蓄電器群に入力される一定の電流は、各蓄電器40の電圧を検出するための電流であって、各蓄電器40の放電電流に等しい。このため、各蓄電器40の電圧は上昇せず、電力変換モジュール14から出力される電圧V2は、満充電電圧に維持される。ただし、負荷48の駆動のため各コンタクタ46が閉じられ、蓄電器群の電力が消費される場合には、蓄電器群の電圧は低下する。このため、電力変換モジュール14から出力される電圧V2は満充電電圧を下回り、MPPT方式での充電が再開される。
制御部36および電力調整部38は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等のメモリ、およびDCDCコンバータ等により構成することができる。プロセッサが、第1電圧センサ28、第2電圧センサ32等から取得した情報を用い、メモリに記憶されたプログラムを用いて処理を行うことにより、制御部36の機能を実現することができ、プロセッサからの指示に応じて電力の変換を行うDCDCコンバータにより、電力調整部38の機能を実現することができる。
本実施の形態に係る太陽電池充電装置10によれば、電力消費の大きいBMU18を用いなくとも、性能の低い蓄電池セルが含まれる、十分に電力を蓄えられない蓄電器40を検出できるようになり、検出結果に応じた処理が可能となる。これにより、性能の低い蓄電器40に影響を受けず、蓄電器群は、太陽電池モジュール12が発電した電力を効率よく蓄電することができる。また、CMU44を間歇的に動作させることにより消費電力の低減をさらに図ることができる。
また本実施の形態におけるオプティマイザ22は、従来の手法とは異なり、影のかかった太陽電池セルストリング20からの電力も出力する。これにより、太陽電池モジュール12から出力される電圧は、従来の場合よりも高くなるため、電力調整部38による昇圧における負荷が低減される。
[第1変形例]
電力変換モジュール14が実行する処理として、上記実施の形態における場合以外にも、以下に示す処理がある。以下では、その処理フローについて説明する。図5は、第1変形例における電力変換モジュール14による処理のフローチャートを例示する図である。
電力変換モジュール14が実行する処理として、上記実施の形態における場合以外にも、以下に示す処理がある。以下では、その処理フローについて説明する。図5は、第1変形例における電力変換モジュール14による処理のフローチャートを例示する図である。
電力調整部38は、太陽電池モジュール12から電力を入力されると、制御部36からの制御に基づきMPPT方式による充電処理を開始する(ステップS20)。制御部36は、所定時間が経過した場合(ステップS21:YES)、CMU電源26を制御し、各CMU44を起動させる(ステップS22)。
制御部36は、ステップS22において起動された各CMU44から、各蓄電器40に含まれる各蓄電池セルの電圧と、各蓄電器40に含まれる複数の蓄電池セルの温度とを取得する。制御部36は、CMU44から取得した電圧が正常か否かを判定する(ステップS23)。電圧が正常でなければ(ステップS23:NO)、制御部36は、電力調整部38の充電動作を停止させる(ステップS24)。電圧が正常であれば(ステップS23:YES)、制御部36は、CMU44から取得した温度が正常か否かを判定する(ステップS25)。温度が正常でなければ(ステップS25:NO)、制御部36は、電力調整部38の充電動作を停止させる(ステップS24)。温度が正常であれば(ステップS25:YES)、制御部36は、CMU電源26を制御して、CMU44を停止させる(ステップS26)。なお、ステップS23とステップS25の各処理は、逆の順番で実行されても、並列して実行されてもよい。
ステップS26に続き、または、ステップS21において所定時間が経過していない場合に(ステップS21:NO)、制御部36は、電圧V2が満充電電圧に等しいか否かを判定する(ステップS27)。電圧V2が満充電電圧未満の場合(ステップS27:NO)、電力変換モジュール14の処理は、ステップS20に戻る。電圧V2が満充電電圧に等しい場合(ステップS27:YES)、制御部36は、CV方式により充電を行うよう電力調整部38を制御する。これに応じて電力調整部38は、CV方式による充電処理を実行する(ステップS28)。このとき電力調整部38は、電力変換モジュール14の出力電圧が一定となるように電力を調整する。
電力調整部38により調整されて出力される一定の電圧は、満充電電圧に等しい。なお、蓄電器40が無負荷の状態であっても生じうる暗電流や、その他の消費による電圧低下分を補うための電流が、CV方式の場合でも、電力変換モジュール14から出力され、電流A2として検出される。制御部36は、CV方式での充電後、電力変換モジュール14から出力される電流A2が閾値より大きいか否かを判定する(ステップS29)。この閾値は、蓄電器群における暗電流よりも大きな値である。
電流A2が閾値以下の場合には(ステップS29:NO)、制御部36は、引き続き電力調整部38にCV方式に基づく充電処理を実行させる(ステップS28)。一方、電流A2が閾値より大きい場合には(ステップS29:YES)、制御部36は、MPPT方式に基づいた充電処理を行うよう電力調整部38を制御し、電力調整部38は、これに応じて充電処理を行う(ステップS20)。
本第1変形例では、蓄電器群が満充電の状態になるとCV方式に基づく充電が実行され、CV方式での充電の際には蓄電器群には満充電電圧が印加される。ただし、負荷48の駆動のためにコンタクタ46が閉じられ、蓄電器群の電力が消費される場合には、蓄電器群の電圧が低下するため、電力変換モジュール14から出力される電流A2は増加する。そして、電流A2が閾値より大きくなった場合に、MPPT方式での充電(ステップS20)が再開される。
[第2変形例]
電力変換モジュール14が実行する処理として、上記実施の形態における場合以外にも、以下に示す処理がある。以下では、その処理フローについて説明する。図6は、第2変形例における電力変換モジュール14による処理のフローチャートを例示する図である。
電力変換モジュール14が実行する処理として、上記実施の形態における場合以外にも、以下に示す処理がある。以下では、その処理フローについて説明する。図6は、第2変形例における電力変換モジュール14による処理のフローチャートを例示する図である。
電力調整部38は、太陽電池モジュール12から電力を入力されると、制御部36からの制御に基づきMPPT方式による充電処理を開始する(ステップS30)。制御部36は、所定時間が経過した場合(ステップS31:YES)、CMU電源26を制御し、各CMU44を起動させる(ステップS32)。
制御部36は、ステップS32において起動された各CMU44から、各蓄電器40に含まれる各蓄電池セルの電圧と、各蓄電器40に含まれる複数の蓄電池セルの温度とを取得する。制御部36は、CMU44から取得した電圧が正常か否かを判定する(ステップS33)。電圧が正常でなければ(ステップS33:NO)、制御部36は、電力調整部38の充電動作を停止させる(ステップS34)。電圧が正常であれば(ステップS33:YES)、制御部36は、CMU44から取得した温度が正常か否かを判定する(ステップS35)。温度が正常でなければ(ステップS35:NO)、制御部36は、電力調整部38の充電動作を停止させる(ステップS34)。温度が正常であれば(ステップS35:YES)、制御部36は、CMU電源26を制御して、CMU44を停止させる(ステップS36)。なお、ステップS33とステップS35の各処理は、逆の順番で実行されても、並列して実行されてもよい。
ステップS36に続き、または、ステップS31において所定時間が経過していない場合に(ステップS31:NO)、制御部36は、電圧V2が満充電電圧に等しいか否かを判定する(ステップS37)。電圧V2が満充電電圧未満の場合(ステップS37:NO)、電力変換モジュール14の処理は、ステップS30に戻る。電圧V2が満充電電圧と等しい場合(ステップS37:YES)、制御部36は、充電を停止するよう電力調整部38を制御し、これに応じ、電力調整部38は充電処理を停止する(ステップS38)。
制御部36は、太陽電池モジュール12から出力された電圧V1と電流A1とから、太陽電池モジュール12から出力された電力を導出し、この電力が0か否かを判定する(ステップS39)。太陽電池モジュール12からの電力が0であれば(ステップS39:YES)、電力変換モジュール14は処理を終了する。
太陽電池モジュール12からの電力が0でない場合には(ステップS39:NO)、制御部36は、電圧V2が、例えば、一定値以下であるか否かを判定する(ステップS40)。この一定値の電圧は、ダイオード42に電流が流れる電圧の下限値であるとする。本第2変形例ではこの一定値の電圧を1Vとする。ダイオード42に電流が流れる間は、制御部36は、蓄電器群の電圧を検出することができる。
電圧V2が1V以下の場合には(ステップS40:YES)、制御部36は、蓄電器群の電圧を検出できない。このため、制御部36は、ステップS30に処理を戻し、MPPT方式による充電処理を実行するよう電力調整部38を制御する。
電圧V2が1Vより大きい場合には(ステップS40:NO)、残電圧が蓄電器群へ出力されているということであるので、制御部36は、電力調整部38を制御して、再度、充電停止処理を実行する(ステップS38)。
[実施の形態から得られる技術的思想]
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
<第1の技術的思想>
太陽電池充電装置10は、並列に接続された複数の蓄電器40を含む蓄電器群と、太陽光を受けて発電する複数の太陽電池セル24を含む太陽電池モジュール12と、太陽電池モジュール12から出力された電力を調整し調整された電力を蓄電器群に出力する電力調整部38と、電力調整部38の動作を制御する制御部36と、複数の蓄電器40のそれぞれの蓄電量を導出し蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュール18と、複数の蓄電器40のそれぞれに含まれそれぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの電圧と複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの温度の少なくとも一方を検出し検出した電圧と温度の少なくとも一方を制御部36に通知する蓄電器管理モジュール44と、を備え、蓄電器群管理モジュール18は、蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず且つ電力調整部38が蓄電器群に出力する電圧が所定値以下の場合に動作を休止し、制御部36は、蓄電器管理モジュール44が検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に、電力調整部38を制御して、蓄電器群への充電を停止させる。
太陽電池充電装置10は、並列に接続された複数の蓄電器40を含む蓄電器群と、太陽光を受けて発電する複数の太陽電池セル24を含む太陽電池モジュール12と、太陽電池モジュール12から出力された電力を調整し調整された電力を蓄電器群に出力する電力調整部38と、電力調整部38の動作を制御する制御部36と、複数の蓄電器40のそれぞれの蓄電量を導出し蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュール18と、複数の蓄電器40のそれぞれに含まれそれぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの電圧と複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの温度の少なくとも一方を検出し検出した電圧と温度の少なくとも一方を制御部36に通知する蓄電器管理モジュール44と、を備え、蓄電器群管理モジュール18は、蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず且つ電力調整部38が蓄電器群に出力する電圧が所定値以下の場合に動作を休止し、制御部36は、蓄電器管理モジュール44が検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に、電力調整部38を制御して、蓄電器群への充電を停止させる。
これにより、蓄電器40の性能に依らず、太陽電池モジュール12が発電した電力を効率よく蓄電することができる。
太陽電池充電装置10は、所定値が、蓄電器群の満充電電圧の値であってもよい。これにより、電力調整部38が蓄電器40を充電する間、BMU18による電力消費を抑制できる。
太陽電池充電装置10における電力調整部38は、電力調整部38が蓄電器群に出力する電圧が、所定値以下の場合に、太陽電池モジュール12から出力された電力を、最適動作点における電力に変換し、変換後の電力を蓄電器群に出力してもよい。これにより、太陽電池モジュール12から入力される電力を自由に制御できる。
太陽電池充電装置10は、複数の太陽電池セル24の一部に影がかかった場合に、影がかかった太陽電池セル24を含む第1太陽電池セルストリング20から取得した電流と、影がかかっていない太陽電池セル24を含んで影がかかった太陽電池セル24を含まない第2太陽電池セルストリング20から取得した電流とを等しい大きさに変換し、複数の太陽電池セル24が生成した電力を電力調整部38に出力するオプティマイザ22を備えてもよい。これにより、太陽電池モジュール12から、より高い電圧を出力でき、電力調整部38による昇圧の負荷を低減できる。
太陽電池充電装置10におけるオプティマイザ22は、第1太陽電池セルストリング20から取得した電流を、第2太陽電池セルストリング20から取得した電流と等しい大きさに変換してもよい。これにより、太陽電池モジュール12から、より高い電圧を出力でき、電力調整部38による昇圧の負荷を低減できる。
太陽電池充電装置10におけるオプティマイザ22は、第2太陽電池セルストリング20から取得する電力を最適動作点における電力に調整して、電力調整部38に出力してもよい。これにより影がかかっていない第2太陽電池セルストリング20から最大限の電力を取り出すことができる。
太陽電池充電装置10は、太陽電池モジュール12から電力調整部38へ出力される電流と電圧の少なくとも一方を検出する第1センサ28、30と、電力調整部38から蓄電器群へ出力される電流と電圧の少なくとも一方を検出する第2センサ32、34とを備えてもよい。これにより、太陽電池充電装置10は、太陽電池モジュール12から電力調整部38へ出力される電流と電圧の少なくとも一方と、電力調整部38から蓄電器群へ出力される電流と電圧の少なくとも一方を取得できる。
<第2の技術的思想>
並列に接続された複数の蓄電器40を含む蓄電器群と、太陽光を受けて発電する、複数の太陽電池セル24を含む太陽電池モジュール12と、複数の蓄電器40のそれぞれの蓄電量を導出し蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュール18と、を備える太陽電池充電装置10が実行する太陽電池充電方法は、太陽電池モジュール12から出力された電力を調整し調整された電力を蓄電器群に出力する電力調整ステップと、複数の蓄電器40のそれぞれに含まれそれぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの電圧と複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの温度の少なくとも一方を検出する蓄電器管理ステップと、蓄電器管理ステップにおいて検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に蓄電器群への充電を停止する制御ステップと、を含み、蓄電器群管理モジュール18は、蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず、且つ、電力調整ステップにおいて蓄電器群に出力される電圧が所定値以下の場合に、動作を休止する。
並列に接続された複数の蓄電器40を含む蓄電器群と、太陽光を受けて発電する、複数の太陽電池セル24を含む太陽電池モジュール12と、複数の蓄電器40のそれぞれの蓄電量を導出し蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュール18と、を備える太陽電池充電装置10が実行する太陽電池充電方法は、太陽電池モジュール12から出力された電力を調整し調整された電力を蓄電器群に出力する電力調整ステップと、複数の蓄電器40のそれぞれに含まれそれぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの電圧と複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの温度の少なくとも一方を検出する蓄電器管理ステップと、蓄電器管理ステップにおいて検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に蓄電器群への充電を停止する制御ステップと、を含み、蓄電器群管理モジュール18は、蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず、且つ、電力調整ステップにおいて蓄電器群に出力される電圧が所定値以下の場合に、動作を休止する。
これにより、蓄電器40の性能に依らず、太陽電池モジュール12が発電した電力を効率よく蓄電することができる。
10…太陽電池充電装置 12…太陽電池モジュール
14…電力変換モジュール 16…蓄電ユニット
18…蓄電器群管理モジュール(BMU) 20…太陽電池セルストリング
22…オプティマイザ 24…太陽電池セル
26…CMU電源 28…第1電圧センサ
30…第1電流センサ 32…第2電圧センサ
34…第2電流センサ 36…制御部
38…電力調整部 40…蓄電器
42…ダイオード 44…蓄電器管理モジュール(CMU)
46…コンタクタ 48…負荷
50…充放電制御部 52…残容量導出部
54…コンタクタ制御部 A1、A2…電流
V1、V2…電圧
14…電力変換モジュール 16…蓄電ユニット
18…蓄電器群管理モジュール(BMU) 20…太陽電池セルストリング
22…オプティマイザ 24…太陽電池セル
26…CMU電源 28…第1電圧センサ
30…第1電流センサ 32…第2電圧センサ
34…第2電流センサ 36…制御部
38…電力調整部 40…蓄電器
42…ダイオード 44…蓄電器管理モジュール(CMU)
46…コンタクタ 48…負荷
50…充放電制御部 52…残容量導出部
54…コンタクタ制御部 A1、A2…電流
V1、V2…電圧
Claims (8)
- 並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群と、
太陽光を受けて発電する、複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールから出力された電力を調整し、該調整された電力を前記蓄電器群に出力する電力調整部と、
前記電力調整部の動作を制御する制御部と、
前記複数の蓄電器のそれぞれの蓄電量を導出し、前記蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュールと、
前記複数の蓄電器のそれぞれに含まれ、それぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの電圧と、前記複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの温度の、少なくとも一方を検出し、該検出した電圧と温度の少なくとも一方を前記制御部に通知する蓄電器管理モジュールと、
を備え、
前記蓄電器群管理モジュールは、前記蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電力調整部が前記蓄電器群に出力する電圧が所定値以下の場合に、動作を休止し、
前記制御部は、前記蓄電器管理モジュールが検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に、前記電力調整部を制御して、前記蓄電器群への充電を停止させる、太陽電池充電装置。 - 請求項1に記載の太陽電池充電装置であって、
前記所定値は、前記蓄電器群の満充電電圧の値である、太陽電池充電装置。 - 請求項1または2に記載の太陽電池充電装置であって、
前記電力調整部は、前記電力調整部が蓄電器群に出力する電圧が、前記所定値以下の場合に、前記太陽電池モジュールから出力された電力を、最適動作点における電力に変換し、該変換後の電力を前記蓄電器群に出力する、太陽電池充電装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池充電装置であって、
前記複数の太陽電池セルの一部に影がかかった場合に、前記影がかかった太陽電池セルを含む第1太陽電池セルストリングから取得した電流と、影がかかっていない太陽電池セルを含んで前記影がかかった太陽電池セルを含まない第2太陽電池セルストリングから取得した電流とを等しい大きさに変換し、前記複数の太陽電池セルが生成した電力を前記電力調整部に出力するオプティマイザを備える、太陽電池充電装置。 - 請求項4に記載の太陽電池充電装置であって、
前記オプティマイザは、前記第1太陽電池セルストリングから取得した電流を、前記第2太陽電池セルストリングから取得した電流と等しい大きさに変換する、太陽電池充電装置。 - 請求項4または5に記載の太陽電池充電装置であって、
前記オプティマイザは、前記第2太陽電池セルストリングから取得する電力を最適動作点における電力に調整して、前記電力調整部に出力する、太陽電池充電装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池充電装置であって、
前記太陽電池モジュールから前記電力調整部へ出力される電流と電圧の少なくとも一方を検出する第1センサと、前記電力調整部から前記蓄電器群へ出力される電流と電圧の少なくとも一方を検出する第2センサとを備える、太陽電池充電装置。 - 並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群と、太陽光を受けて発電する複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、前記複数の蓄電器のそれぞれの蓄電量を導出し前記蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュールと、を備える太陽電池充電装置が実行する太陽電池充電方法であって、
前記太陽電池モジュールから出力された電力を調整し、該調整された電力を前記蓄電器群に出力する電力調整ステップと、
前記複数の蓄電器のそれぞれに含まれ、それぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの電圧と、前記複数の蓄電池セルのうちの1以上の蓄電池セルの温度の、少なくとも一方を検出する蓄電器管理ステップと、
前記蓄電器管理ステップにおいて検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に、前記蓄電器群への充電を停止する制御ステップと、
を含み、
前記蓄電器群管理モジュールは、前記蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電力調整ステップにおいて前記蓄電器群に出力される電圧が所定値以下の場合に、動作を休止する、太陽電池充電方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018087272A JP2019193524A (ja) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 太陽電池充電装置および太陽電池充電方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018087272A JP2019193524A (ja) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 太陽電池充電装置および太陽電池充電方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=68391205
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JP2018087272A Pending JP2019193524A (ja) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 太陽電池充電装置および太陽電池充電方法 |
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JP (1) | JP2019193524A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP7043642B1 (ja) * | 2021-02-02 | 2022-03-29 | 西芝電機株式会社 | 充電システム |
-
2018
- 2018-04-27 JP JP2018087272A patent/JP2019193524A/ja active Pending
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