JP3002934B2 - Solar cell power system control circuit - Google Patents
Solar cell power system control circuitInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池を利用した電
源システムにおいて蓄電池の充放電を制御する制御回路
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control circuit for controlling charging and discharging of a storage battery in a power supply system using a solar cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の典型的な太陽電池電源システム
は、図７に示すとおり、太陽電池１、蓄電池２および充
放電制御回路３から構成されている。充放電制御回路３
は、太陽電池１と蓄電池２および負荷４との間に接続さ
れており、逆流防止ダイオード５と、そのアノード側に
挿入された開閉器６と、そのカソードと負荷４との間に
挿入された開閉器７と、蓄電池２の充電電圧Ｖbattを検
出して開閉器（リレー接点）６，７をＯＮ／ＯＦＦ制御
する制御部８とから構成されている。2. Description of the Related Art A typical conventional solar cell power supply system comprises a solar cell 1, a storage battery 2 and a charge / discharge control circuit 3, as shown in FIG. Charge / discharge control circuit 3
Is connected between the solar cell 1 and the storage battery 2 and the load 4, and is connected between the backflow prevention diode 5, the switch 6 inserted on the anode side thereof, and the cathode and the load 4 It comprises a switch 7 and a control unit 8 that detects the charging voltage V batt of the storage battery 2 and controls ON / OFF of the switches (relay contacts) 6 and 7.
【０００３】制御部８は、検出した充電電圧Ｖbattが所
定範囲内にあるときは両開閉器６，７ともＯＮ状態に
し、太陽電池１で起こされた電流が蓄電池２に充電され
るとともに負荷４に供給される。検出した充電電圧Ｖ
battが所定範囲の上限である過充電保護電圧に達したと
き、制御部８は開閉器６をＯＦＦにして太陽電池１を蓄
電池２から切り離し、蓄電池２を過充電から保護する。
負荷４に対しては蓄電池２から引き続き電源が供給され
る。蓄電池２が一定以上に放電した結果、検出した充電
電圧Ｖbattが所定範囲の下限である過放電保護電圧に達
したとき、制御部８は開閉器７をＯＦＦにして蓄電池２
を負荷４から切り離し、蓄電池２を過放電から保護す
る。蓄電池２に対しては太陽電池１から引き続き充電を
行う。When the detected charging voltage V batt is within a predetermined range, the control unit 8 turns on both switches 6 and 7 to charge the storage battery 2 with the current generated by the solar cell 1 and load the storage battery 2. 4 is supplied. Detected charging voltage V
When batt reaches the overcharge protection voltage which is the upper limit of the predetermined range, the control unit 8 turns off the switch 6 to disconnect the solar cell 1 from the storage battery 2 and protect the storage battery 2 from overcharge.
Power is continuously supplied to the load 4 from the storage battery 2. When the detected charging voltage V batt reaches the overdischarge protection voltage, which is the lower limit of the predetermined range, as a result of discharging the storage battery 2 beyond a certain level, the control unit 8 turns off the switch 7 and turns off the storage battery 2.
Is disconnected from the load 4 to protect the storage battery 2 from overdischarge. The storage battery 2 is continuously charged from the solar cell 1.
【０００４】ところで、この従来の太陽電池電源システ
ム制御回路においては太陽電池１の最大電力を蓄電池２
に充電することが考慮されておらず、太陽電池１が蓄電
池２に直結的に接続されているので、蓄電池２の充電電
圧Ｖbattがそのまま太陽電池１の動作点となってしま
い、太陽電池１の最大電力で蓄電池２に充電することが
できないようになっている。In the conventional solar cell power supply system control circuit, the maximum power of the solar cell 1 is stored in the storage battery 2.
Is not considered, and the solar cell 1 is directly connected to the storage battery 2, so that the charging voltage V batt of the storage battery 2 becomes the operating point of the solar cell 1 as it is, and the solar cell 1 The maximum power of the storage battery 2 cannot be charged.
【０００５】蓄電池を太陽電池の最大電力で充電するよ
うに構成したものも提案されている（特開昭６２−１５
４１２２号公報参照）。これは太陽電池と蓄電池および
負荷との間にＤＣ／ＤＣコンバータを介挿するととも
に、太陽電池に最大電力点追尾制御部を接続し、太陽電
池の出力電圧および出力電流に基づいてＤＣ／ＤＣコン
バータの出力電圧を調整することにより蓄電池を太陽電
池の最大電力で充電するように構成したものである。こ
の従来例の場合にも満充電検出制御部を設け、蓄電池の
充電電圧が過充電保護電圧になったときには開閉器をＯ
ＦＦにして太陽電池を蓄電池から切り離し、蓄電池の過
充電を防止するようにしてある。There has also been proposed a configuration in which a storage battery is charged with the maximum power of a solar cell (Japanese Patent Laid-Open No. 62-15 / 1987).
No. 4122). This involves inserting a DC / DC converter between a solar cell, a storage battery, and a load, connecting a maximum power point tracking control unit to the solar cell, and using a DC / DC converter based on the output voltage and output current of the solar cell. By adjusting the output voltage of the storage battery, the storage battery is charged with the maximum power of the solar battery. Also in the case of this conventional example, a full charge detection control unit is provided, and when the charge voltage of the storage battery reaches the overcharge protection voltage, the switch is turned off by O.
The FF is used to separate the solar cell from the storage battery to prevent overcharge of the storage battery.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】図７の従来例の場合も
上記公報の従来例の場合も、過充電保護電圧に達したこ
とを検出した段階で開閉器をＯＦＦにして太陽電池を蓄
電池から切り離すだけのものであり、蓄電池の充電電圧
と過充電保護電圧との差の大小変化に関係なく、過充電
保護電圧に達するまでは同じ充電電流で充電し、過充電
保護電圧に達した時点でいきなり充電を遮断するもので
ある。そのため、充電制御が非常にラフなものとなって
おり、受光光量に応じた充電電圧によっては、開閉器が
ＯＦＦにされる前に蓄電池が過充電状態となるおそれが
あった。In both the conventional example of FIG. 7 and the conventional example of the above-mentioned publication, the switch is turned off at the stage where the overcharge protection voltage is detected, and the solar battery is removed from the storage battery. It is only for disconnecting, regardless of the change in the difference between the charge voltage of the storage battery and the overcharge protection voltage, the battery is charged with the same charging current until the overcharge protection voltage is reached, and when the overcharge protection voltage is reached It suddenly shuts off charging. Therefore, the charging control is very rough, and depending on the charging voltage according to the amount of received light, the storage battery may be overcharged before the switch is turned off.
【０００７】本発明は、このような事情に鑑みて創案さ
れたものであって、太陽電池の最大電力で蓄電池を充電
できるようにし、しかも、過充電に対する保護機能の精
度を高めることを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to enable a storage battery to be charged with the maximum power of a solar cell and to increase the accuracy of a protection function against overcharge. I do.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明に係る太陽電池電
源システム制御回路は、太陽電池の出力を電力制御回路
を介して蓄電池に充電するとともに蓄電池から負荷に電
力を供給する太陽電池電源システム制御回路であって、
前記電力制御回路はスイッチング素子を介挿したＤＣ／
ＤＣコンバータと前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ
制御する制御部とからなり、この制御部は前記太陽電池
の動作電圧と前記蓄電池の動作電圧とに基づいて太陽電
池の最大出力点を追尾するように前記スイッチング素子
のデューティ比を決定しかつ蓄電池の動作電圧が満充電
電圧値に接近したとき前記デューティ比を一定に固定化
して蓄電池動作電圧が満充電電圧値を超えないように前
記太陽電池の動作点を最大出力点から開放電圧側にずら
せることを特徴とするものである。A solar cell power supply system control circuit according to the present invention controls a solar cell power supply system for charging an output of a solar cell to a storage battery via a power control circuit and supplying power from the storage battery to a load. A circuit,
The power control circuit includes a DC /
ON / OFF of DC converter and the switching element
A control unit that controls the duty ratio of the switching element so as to track the maximum output point of the solar cell based on the operating voltage of the solar cell and the operating voltage of the storage battery. When the operating voltage of the solar cell approaches the full charge voltage value, the duty ratio is fixed at a constant value, and the operating point of the solar cell is shifted from the maximum output point to the open voltage side so that the storage battery operating voltage does not exceed the full charge voltage value. It is characterized by that.
【０００９】[0009]
【作用】太陽電池の最大出力点を追尾するようにＤＣ／
ＤＣコンバータのスイッチング素子のデューティ比を決
めるので、蓄電池を太陽電池の最大電力で充電すること
ができ、しかも、蓄電池が満充電状態に近づいたときに
は太陽電池の動作点を最大出力点から低い側にずらせて
蓄電池の動作電圧が満充電電圧値を超えることがないよ
う制御するから、蓄電池の過充電に対する保護機能の精
度を高めることができる。[Function] The DC / DC is controlled so as to track the maximum output point of the solar cell.
Since the duty ratio of the switching element of the DC converter is determined, the storage battery can be charged with the maximum power of the solar cell, and when the storage battery approaches a fully charged state, the operating point of the solar cell is shifted from the maximum output point to a lower side. Since the control is performed so that the operating voltage of the storage battery does not exceed the full charge voltage value, the accuracy of the protection function against overcharge of the storage battery can be improved.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、本発明に係る太陽電池電源システム制
御回路の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a solar cell power supply system control circuit according to the present invention.
【００１１】図１は太陽電池電源システムの電気的構成
を示すブロック線図である。図１において、１１は太陽
電池、１２は電力制御回路、１３は蓄電池、１４は負荷
である。太陽電池１１の出力は、電力制御回路１２を介
して蓄電池１３を充電するとともに、負荷１４に対して
電力を供給する。なお、負荷１４は、蓄電池１３からの
直流電力で直接に運転される直流駆動型機器１５や、直
流を交流に変換するインバータ１６とこのインバータ１
６からの交流電力で運転される交流駆動型機器１７のう
ち少なくともいずれか一方で構成される。FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a solar cell power supply system. In FIG. 1, 11 is a solar cell, 12 is a power control circuit, 13 is a storage battery, and 14 is a load. The output of the solar cell 11 supplies power to the load 14 while charging the storage battery 13 via the power control circuit 12. The load 14 includes a DC-driven device 15 that is directly operated with DC power from the storage battery 13, an inverter 16 that converts DC into AC, and an inverter 1.
6 is constituted by at least one of the AC drive type devices 17 operated by the AC power from the AC power supply 6.
【００１２】電力制御回路１２は、蓄電池１３の動作電
圧Ｖbattが予め設定した満充電電圧値Ｖａよりも小さい
場合には、太陽電池１１の動作電圧が最大出力となるよ
うに制御するように構成されている。蓄電池１３に対す
る充電が進み、蓄電池１３の動作電圧Ｖbattが満充電電
圧値Ｖａに接近したとき、電力制御回路１２は、太陽電
池１１の動作電圧を最大出力点よりも低い側（開放電圧
側）にずらして蓄電池１３の動作電圧Ｖbattが満充電電
圧値Ｖａを超えないように充電電力を絞りながら、蓄電
池１３を満充電状態にする。When the operating voltage V batt of the storage battery 13 is smaller than a preset full charge voltage value Va, the power control circuit 12 performs control so that the operating voltage of the solar cell 11 becomes the maximum output. Have been. When charging of the storage battery 13 progresses and the operating voltage V batt of the storage battery 13 approaches the full charge voltage value Va, the power control circuit 12 sets the operating voltage of the solar cell 11 to a lower side (open voltage side) than the maximum output point. The storage battery 13 is brought into a fully charged state while reducing the charging power so that the operating voltage V batt of the storage battery 13 does not exceed the full charge voltage value Va.
【００１３】図２は太陽電池１１および蓄電池１３の電
流−電圧特性を示すものであり、縦軸に電流（単位：
Ａ）をとり、横軸に電圧（単位：Ｖ）をとってある。図
中、実線は太陽電池１１の電流−電圧特性を、一点鎖線
および二点鎖線は蓄電池１３の充電電流−電圧特性をそ
れぞれ示し、二点鎖線は蓄電池１３が満充電状態に近い
状態にあるときの特性を示す。点線は等電力特性曲線を
示す。また、ａ1 〜ａ4は太陽電池１１の動作点を表
し、ｂ1 〜ｂ3 およびｃ1 〜ｃ4 は蓄電池１３の動作点
を表している。特に、動作点ａ1 〜ａ3 は、太陽電池１
１の受光日射強度Ｅ1 〜Ｅ3 （Ｅ1 ＞Ｅ2 ＞Ｅ3 ）をパ
ラメータとした場合の太陽電池１１の各電流−電圧特性
曲線上で太陽電池１１の出力電力が最大となる点であ
る。FIG. 2 shows current-voltage characteristics of the solar cell 11 and the storage battery 13, and the vertical axis represents current (unit:
A) is plotted, and the voltage (unit: V) is plotted on the horizontal axis. In the figure, the solid line indicates the current-voltage characteristic of the solar cell 11, the one-dot chain line and the two-dot chain line indicate the charging current-voltage characteristic of the storage battery 13, and the two-dot chain line indicates that the storage battery 13 is in a state close to a fully charged state The characteristics of The dotted line shows the equal power characteristic curve. A 1 to a 4 represent operating points of the solar cell 11, and b 1 to b 3 and c 1 to c 4 represent operating points of the storage battery 13. In particular, the operating points a 1 to a 3
At the point where the output power of the solar cell 11 is maximized on each current-voltage characteristic curve of the solar cell 11 when the received solar radiation intensities E 1 to E 3 (E 1 > E 2 > E 3 ) are parameters. is there.
【００１４】電力制御回路１２が行うところの太陽電池
１１から蓄電池１３に対する充電の制御動作について説
明する。蓄電池１３の充電電流−電圧特性が一点鎖線で
表されている状態のとき、電力制御回路１２は、太陽電
池１１の動作点ａ1 ，ａ2 ，ａ3 の等電力特性曲線と交
わる動作点ｂ1 ，ｂ2 ，ｂ3 において太陽電池１１から
蓄電池１３に充電を行う。動作点ｂ1 ，ｂ2 ，ｂ3 のう
ち何れであるかは太陽電池１１の受光日射強度Ｅ1 ，Ｅ
2 ，Ｅ3 による。The operation of controlling the charging of the storage battery 13 from the solar cell 11 by the power control circuit 12 will be described. When the charging current-voltage characteristic of the storage battery 13 is represented by a dashed line, the power control circuit 12 sets the operating point b at which the operating points a 1 , a 2 , and a 3 of the solar cell 11 intersect with the equal power characteristic curves. At 1 , b 2 and b 3 , the solar battery 11 charges the storage battery 13. Which of the operating points b 1 , b 2 and b 3 is the received solar radiation intensity E 1 , E 1 of the solar cell 11
According to the 2, E 3.
【００１５】さて、蓄電池１３が満充電状態に近くて蓄
電池１３の充電電流−電圧特性が二点鎖線で表されてい
る状態のとき、電力制御回路１２は、太陽電池１１の動
作点ａ1 ，ａ2 ，ａ3 の等電力特性曲線と交わる動作点
ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 において太陽電池１１から蓄電池１３
に充電を行うことになるが、受光日射強度Ｅ1 における
動作点ｃ1 では蓄電池１３の満充電電圧値Ｖａを超えて
しまうことになり、蓄電池１３が過充電状態となるおそ
れがある。When the storage battery 13 is close to a fully charged state and the charging current-voltage characteristic of the storage battery 13 is represented by a two-dot chain line, the power control circuit 12 operates at the operating points a 1 , At the operating points c 1 , c 2 , and c 3 that intersect with the equal power characteristic curves of a 2 and a 3 ,
To it will be charged, will be exceeding the full charge voltage value Va of the operating point c 1 in the storage battery 13 in the light receiving solar radiation intensity E 1, there is a possibility that the storage battery 13 is overcharged.
【００１６】そこで、蓄電池１３に対する充電電圧が満
充電電圧値Ｖａを超えないようにするため、電力制御回
路１２において、太陽電池１１の動作点ａ1 を電力のよ
り低い側（開放電圧側）の点ａ4 にずらせ、蓄電池１３
を充電電圧が満充電電圧値Ｖａを超えない点ｃ4 におい
て充電するように制御するのである。点ａ4 をどの電力
レベルにするかは動作点ｃ4 から逆算的に求められる。In order to prevent the charging voltage for the storage battery 13 from exceeding the full charging voltage value Va, the power control circuit 12 sets the operating point a 1 of the solar cell 11 to a lower power (open voltage side). shifted to the point a 4, a storage battery 13
Than it is controlled so as to charge the c 4 that the charge voltage does not exceed the full charge voltage value Va to. Either a point a 4 to which power levels are calculated back to determined from the operating point c 4.
【００１７】以上の太陽電池電源システムにおける充電
制御を司る電力制御回路１２の詳細を以下に説明する。
図３に電力制御回路１２の回路構成の具体例を示す。The details of the power control circuit 12 that controls charging in the above-described solar cell power supply system will be described below.
FIG. 3 shows a specific example of the circuit configuration of the power control circuit 12.
【００１８】電力制御回路１２はＤＣ／ＤＣコンバータ
２０と逆流防止ダイオード２９と開閉器３０と制御部３
１とからなる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は次のように
構成されている。すなわち、太陽電池１１の出力端子間
にチョークコイル２１と平滑コンデンサ２２の直列回路
が接続され、平滑コンデンサ２２の両端間に高周波トラ
ンス２３の１次巻線とスイッチング素子２４の直列回路
が並列に接続されている。スイッチング素子２４はＮチ
ャンネル型のパワーＭＯＳ−ＦＥＴで構成されている。
高周波トランス２３の２次巻線に整流ダイオード２５お
よびフライホイールダイオード２６がカソード共通接続
の状態で接続され、フライホイールダイオード２６のカ
ソードとアノードとの間にチョークコイル２７と平滑コ
ンデンサ２８の直列回路が接続され、チョークコイル２
７と平滑コンデンサ２８との接続点に逆流防止ダイオー
ド２９を介して蓄電池１３が接続され、さらに開閉器
（リレー接点）３０を介して負荷１４が接続されてい
る。制御部３１は、太陽電池１１の動作電圧ＶPVを検出
するとともに蓄電池１３の動作電圧Ｖbattを検出し、こ
れら両動作電圧ＶPV，Ｖbattに基づいてスイッチング素
子２４をデューティ比を含めてＯＮ／ＯＦＦ制御するも
のである。なお、チョークコイル２１と平滑コンデンサ
２２は太陽電池１１の出力電流が断続的になるのを防止
し、太陽電池１１の動作点の急激な変動を抑えるもので
ある。また、逆流防止ダイオード２９は蓄電池１３から
平滑コンデンサ２８側への逆流を防止するものである。The power control circuit 12 includes a DC / DC converter 20, a backflow prevention diode 29, a switch 30, and a control unit 3.
It consists of 1. The DC / DC converter 20 is configured as follows. That is, a series circuit of a choke coil 21 and a smoothing capacitor 22 is connected between output terminals of the solar cell 11, and a series circuit of a primary winding of a high-frequency transformer 23 and a switching element 24 is connected in parallel between both ends of the smoothing capacitor 22. Have been. The switching element 24 is composed of an N-channel type power MOS-FET.
A rectifier diode 25 and a flywheel diode 26 are connected to the secondary winding of the high-frequency transformer 23 in a state of common cathode connection, and a series circuit of a choke coil 27 and a smoothing capacitor 28 is provided between the cathode and the anode of the flywheel diode 26. Connected, choke coil 2
A storage battery 13 is connected to a connection point between the capacitor 7 and the smoothing capacitor 28 via a backflow prevention diode 29, and a load 14 is connected via a switch (relay contact) 30. The control unit 31 detects the operating voltage V PV of the solar cell 11 and the operating voltage V batt of the storage battery 13, and turns on the switching element 24 including the duty ratio based on the two operating voltages V PV and V batt. / OFF control. The choke coil 21 and the smoothing capacitor 22 prevent the output current of the solar cell 11 from becoming intermittent, and suppress a sudden change in the operating point of the solar cell 11. The backflow prevention diode 29 prevents backflow from the storage battery 13 to the smoothing capacitor 28 side.
【００１９】制御部３１によってＤＣ／ＤＣコンバータ
２０のスイッチング素子２４をスイッチングすると蓄電
池１３に電力を供給することができる。すなわち、スイ
ッチング素子２４がＯＮ状態になると、太陽電池１１の
出力電圧が高周波トランス２３の１次巻線に印加され、
２次巻線に電圧が誘起される。その誘起電圧は整流ダイ
オード２５を順方向にバイアスし、整流ダイオード２
５、チョークコイル２７、平滑コンデンサ２８の経路で
電流が流れ、平滑コンデンサ２８を充電する。そして、
平滑コンデンサ２８の両端電圧によって蓄電池１３を充
電するとともに負荷１４に電力を供給する。When the switching element 24 of the DC / DC converter 20 is switched by the control unit 31, power can be supplied to the storage battery 13. That is, when the switching element 24 is turned on, the output voltage of the solar cell 11 is applied to the primary winding of the high-frequency transformer 23,
A voltage is induced in the secondary winding. The induced voltage biases the rectifier diode 25 in the forward direction, and the rectifier diode 2
5, a current flows through the path of the choke coil 27 and the smoothing capacitor 28, and charges the smoothing capacitor 28. And
The storage battery 13 is charged by the voltage across the smoothing capacitor 28 and power is supplied to the load 14.
【００２０】次に、スイッチング素子２４がＯＦＦ状態
に反転すると、高周波トランス２３の１次側からの電力
の伝達がなくなり、チョークコイル２７に逆起電力が発
生し、チョークコイル２７、平滑コンデンサ２８、フラ
イホイールダイオード２６の経路で電流が流れる。Next, when the switching element 24 is inverted to the OFF state, transmission of power from the primary side of the high-frequency transformer 23 is stopped, and back electromotive force is generated in the choke coil 27, and the choke coil 27, the smoothing capacitor 28, A current flows through the flywheel diode 26.
【００２１】この電力制御回路１２において高周波トラ
ンス２３の１次側に流れる平均電流ＩINは次の（１）式
で表せる。In the power control circuit 12, the average current I IN flowing on the primary side of the high frequency transformer 23 can be expressed by the following equation (1).
【００２２】 ＩIN＝ＶPV・ＴON 2 ／｛２・（Ｎ2 ／Ｎ1 ）2 ・Ｌ・ＴS ｝ ‥‥‥（１） ただし、（１）式において、 ＶPV：太陽電池１１の動作電圧 ＴON：スイッチング素子２４のＯＮ時間 Ｎ1 ：高周波トランス２３の１次巻線数 Ｎ2 ：高周波トランス２３の２次巻線数 Ｌ：チョークコイル２７のインダクタンス ＴS ：スイッチング素子２４のスイッチング周期 である。この（１）式より、電力制御回路１２の入力抵
抗ＲINは次の（２）式のようになる。I IN = V PV · T ON 2 / {2 · (N 2 / N 1 ) 2 · L · T S } (1) where, in the equation (1), V PV : solar cell 11 Operating voltage T ON : ON time of switching element 24 N 1 : number of primary windings of high-frequency transformer 23 N 2 : number of secondary windings of high-frequency transformer 23 L: inductance of choke coil 27 T S : switching element 24 The switching period. From the equation (1), the input resistance R IN of the power control circuit 12 is as shown in the following equation (2).
【００２３】 ＲIN＝ＶPV／ＩIN ＝２・（Ｎ2 ／Ｎ1 ）2 ・Ｌ・ＴS ／ＴON 2 ‥‥‥‥‥‥‥‥（２） この入力抵抗ＲINをデューティ比Ｄ＝ＴON／ＴS を用い
て表すと、 ＲIN＝２・（Ｎ2 ／Ｎ1 ）2 ・Ｌ・／（ＴS ／Ｄ2 ） ‥‥‥‥‥‥（３） となる。[0023] R IN = V PV / I IN = 2 · (N 2 / N 1) 2 · L · T S / T ON 2 ‥‥‥‥‥‥‥‥ (2) duty ratio of the input resistor R IN When expressed using D = T ON / T S , R IN = 2 · (N 2 / N 1 ) 2 · L · / (T S / D 2 ) ‥‥‥‥‥‥ (3)
【００２４】太陽電池１１の動作点は、（２）式で表さ
れる電力制御回路１２の入力抵抗ＲINによって定まり、
その入力抵抗ＲINは（３）式に従ってスイッチング素子
２４のデューティ比Ｄによって調整されるため、太陽電
池１１の動作点はスイッチング素子２４のデューティ比
Ｄの調整によってコントロールすることができる。つま
り、デューティ比Ｄの調整によって太陽電池１１の動作
電圧ＶPVを可変することができ、電力制御回路１２の出
力調整が可能となる。これにより、図２に示す等電力特
性曲線に従って太陽電池１１の最大出力点の追尾が行え
る。（３）式より、デューティ比Ｄが大きくなるに従っ
て入力抵抗ＲINも大きくなり、蓄電池１３の電流−電圧
特性が一点鎖線の方から二点鎖線の方へ近づいていく。
蓄電池１３の動作電圧Ｖbattが満充電電圧値Ｖａを超え
るまでは点線で示す等電力特性曲線に沿って蓄電池１３
の動作点が移動していく。図４に、スイッチング素子２
４のデューティ比Ｄと電力制御回路１２の出力電力との
関係を示す。The operating point of the solar cell 11 is determined by the input resistance R IN of the power control circuit 12 represented by the equation (2).
Since the input resistance R IN is adjusted by the duty ratio D of the switching element 24 according to the equation (3), the operating point of the solar cell 11 can be controlled by adjusting the duty ratio D of the switching element 24. That is, the operating voltage V PV of the solar cell 11 can be changed by adjusting the duty ratio D, and the output of the power control circuit 12 can be adjusted. Thereby, the maximum output point of the solar cell 11 can be tracked according to the equal power characteristic curve shown in FIG. According to the equation (3), as the duty ratio D increases, the input resistance R IN also increases, and the current-voltage characteristics of the storage battery 13 approach from the one-dot chain line to the two-dot chain line.
Until the operating voltage V batt of the storage battery 13 exceeds the full charge voltage value Va, the storage battery 13 follows the equal power characteristic curve indicated by the dotted line.
Operating point moves. FIG. 4 shows the switching element 2
4 shows the relationship between the duty ratio D of 4 and the output power of the power control circuit 12.
【００２５】蓄電池１３の充電電圧が満充電電圧値Ｖａ
に接近したときには、太陽電池１１の最大出力点の追尾
を解除し、蓄電池１３の動作電圧Ｖbattが満充電電圧値
Ｖａで一定となるように、次の（４）式のように設定す
る。The charging voltage of the storage battery 13 is a full charging voltage value Va.
, The tracking of the maximum output point of the solar cell 11 is released, and the operating voltage V batt of the storage battery 13 is set to be constant at the full charge voltage value Va as set in the following equation (4).
【００２６】 Ｖａ＝Ｖbatt＝（Ｎ2 ／Ｎ1 ）・Ｄ・ＶPV ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（４） この（４）式を変形してデューティ比Ｄを求めると、 Ｄ＝Ｖａ・Ｎ1 ／（ＶPV・Ｎ2 ） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（５） となる。すなわち、スイッチング素子２４のデューティ
比Ｄを次第に大きくしていくことを止め、太陽電池１１
の動作電圧ＶPVによって一義的に決められる値に固定化
する。それまで動作点を移動させてきた等電力特性曲線
に代えて、Ｖ＝Ｖａを通る直線との交点の電流値が次第
に減少する方向の等電力特性曲線を用いるようにする。
例えば動作点ａ1 が乗っている等電力特性曲線から動作
点ａ4 が乗っている等電力特性曲線に徐々に近づくよう
にシフトさせるのである。このように、蓄電池１３の動
作電圧Ｖbattが満充電電圧値Ｖａに達すると、蓄電池１
３に対する充電電流が徐々に小さくされていく。したが
って、蓄電池１３を過充電状態にしてしまうことがな
く、過充電に対する保護機能の精度を高めることができ
る。Va = V batt = (N 2 / N 1 ) · D · V PV ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (4) By transforming the equation (4), the duty ratio D is obtained. D = Va · N 1 / (V PV · N 2 ) ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (5) That is, the duty ratio D of the switching element 24 is not gradually increased, and the solar cell 11
Is fixed at a value uniquely determined by the operating voltage V PV of Instead of the equal power characteristic curve whose operating point has been moved until then, an equal power characteristic curve in a direction in which the current value at the intersection with the straight line passing V = Va gradually decreases is used.
For example it is the shifts to be closer gradually to equal power characteristic curve from equal power characteristic curve operating point a 1 is riding riding operating point a 4. Thus, when the operating voltage V batt of the storage battery 13 reaches the full charge voltage value Va, the storage battery 1
3, the charging current is gradually reduced. Therefore, the storage battery 13 is not overcharged, and the accuracy of the protection function against overcharge can be improved.
【００２７】制御部３１は、例えば図５に示すような回
路で構成される。３２は発振回路、３３はトグルフリッ
プフロップ回路、３４はノコギリ波発生回路、３５はマ
イクロコンピュータ、３６はＤ／Ａ変換器、３７はデュ
ーティ比Ｄの設定値、３８は比較回路、３９はＡＮＤゲ
ート、４０はスイッチング素子駆動回路である。マイク
ロコンピュータ３５はＡ／Ｄ変換器内蔵のもので、太陽
電池１１の動作電圧ＶPVと蓄電池１３の動作電圧Ｖbatt
を検出してそれらに基づいて図２の等電力特性曲線に基
づいて（３）式または（５）式に従って太陽電池１１の
出力電力を求め、図４に従ってデューティ比Ｄ（ディジ
タル値）を決定し、それをＤ／Ａ変換器３６によってア
ナログ値のデューティ比Ｄに変換し、比較回路３８の非
反転入力端子（＋）に入力する。比較回路３８の反転入
力端子（−）にはノコギリ波発生回路３４からのノコギ
リ波信号が入力され、比較回路３８からはデューティ比
Ｄをもつ矩形波信号がＡＮＤゲート３９に出力され、ス
イッチング素子駆動回路４０を介してスイッチング素子
２４をデューティ比Ｄでスイッチング制御する。The control section 31 is composed of, for example, a circuit as shown in FIG. 32 is an oscillation circuit, 33 is a toggle flip-flop circuit, 34 is a sawtooth wave generation circuit, 35 is a microcomputer, 36 is a D / A converter, 37 is a set value of a duty ratio D, 38 is a comparison circuit, and 39 is an AND gate. , 40 are switching element drive circuits. The microcomputer 35 has a built-in A / D converter, and has an operating voltage V PV of the solar cell 11 and an operating voltage V batt of the storage battery 13.
, The output power of the solar cell 11 is obtained according to the equation (3) or (5) based on the equal power characteristic curve of FIG. 2, and the duty ratio D (digital value) is determined according to FIG. Is converted into a duty ratio D of an analog value by the D / A converter 36, and is input to the non-inverting input terminal (+) of the comparison circuit 38. The sawtooth wave signal from the sawtooth wave generation circuit 34 is input to the inverting input terminal (-) of the comparison circuit 38, and the comparison circuit 38 outputs a rectangular wave signal having a duty ratio D to the AND gate 39 to drive the switching element. The switching of the switching element 24 is controlled at a duty ratio D via a circuit 40.
【００２８】制御部３１は、また、蓄電池１３が一定以
上に放電した結果、蓄電池１３の動作電圧Ｖbattが予め
設定してある放電終止電圧Ｖｂに達したときには開閉器
３０をＯＦＦにし、蓄電池１３から負荷１４への放電を
停止する。そして、蓄電池１３が太陽電池１１によって
充電され、予め設定された負荷１４への電力供給開始電
圧Ｖｃになったとき、開閉器３０をＯＮにして蓄電池１
３から負荷１４への電力供給を再開する。なお、Ｖｂ＜
Ｖｃ＜Ｖａである。The control unit 31 also turns off the switch 30 when the operating voltage V batt of the storage battery 13 reaches a preset end-of-discharge voltage Vb as a result of the storage battery 13 being discharged beyond a certain level. The discharge from the load to the load 14 is stopped. Then, when the storage battery 13 is charged by the solar cell 11 and reaches a preset power supply start voltage Vc to the load 14, the switch 30 is turned on to turn on the storage battery 1
The power supply from 3 to the load 14 is restarted. Note that Vb <
Vc <Va.
【００２９】図６は電力制御回路１２における制御部３
１の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ
１でデューティ比Ｄをゼロにセットし、ステップＳ２で
蓄電池１３の動作電圧Ｖbattが満充電電圧値Ｖａに達し
たか否かを判断し、達していないときはステップＳ３を
経てステップＳ７に進み、デューティ比Ｄを１ステップ
分ΔＤだけインクリメントした後、ステップＳ２に戻
る。ステップＳ２の判断が否定的となるときはステップ
Ｓ３に進んで動作電圧Ｖbattが電力供給開始電圧Ｖｃよ
りも大きいか否かを判断する。大きいときはステップＳ
５に進んで開閉器３０をＯＮにし、蓄電池１３から負荷
１４への電力供給を開始するが、そうでないときはステ
ップＳ４に進んで動作電圧Ｖbattが放電終止電圧Ｖｂに
なったか否かを判断し、放電終止電圧Ｖｂになったとき
にはステップＳ６に進んで開閉器３０をＯＦＦにし蓄電
池１３から負荷１４への電力供給を停止する。FIG. 6 shows the control unit 3 in the power control circuit 12.
3 is a flowchart illustrating the operation of FIG. Step S
In step S1, the duty ratio D is set to zero. In step S2, it is determined whether the operating voltage V batt of the storage battery 13 has reached the full charge voltage value Va. If not, the process proceeds to step S7 via step S3. After the duty ratio D is incremented by ΔD for one step, the process returns to step S2. If the determination in step S2 is negative, the process proceeds to step S3 to determine whether the operating voltage V batt is higher than the power supply start voltage Vc. If larger, step S
In step 5, the switch 30 is turned on to start power supply from the storage battery 13 to the load 14. If not, the process proceeds to step S4 to determine whether the operating voltage V batt has reached the discharge end voltage Vb. When the discharge end voltage Vb is reached, the process proceeds to step S6, where the switch 30 is turned off, and the power supply from the storage battery 13 to the load 14 is stopped.
【００３０】蓄電池１３の動作電圧Ｖbattが、Ｖｂ＜Ｖ
batt＜Ｖｃのとき、まだ開閉器３０がＯＮされておら
ず、ステップＳ７を繰り返し実行してデューティ比Ｄを
速やかに増加しながら太陽電池１１より蓄電池１３に対
する充電を進める。やがて蓄電池１３の動作電圧Ｖbatt
が電力供給開始電圧Ｖｃに達するため、ステップＳ３か
らステップＳ５に進んで開閉器３０をＯＮにし、蓄電池
１３より負荷１４に対する電力供給を開始する。引き続
きデューティ比Ｄを増加し、蓄電池１３に対する充電と
負荷１４に対する電力供給とを行う。蓄電池１３の動作
電圧Ｖbattが満充電電圧値Ｖａに達するまでは、デュー
ティ比Ｄの増加が続けられ、したがって、太陽電池１１
の最大出力点での充電が可能となる。蓄電池１３の動作
電圧Ｖbattが満充電電圧値Ｖａに達した後は、デューテ
ィ比Ｄを増加すると満充電電圧値Ｖａを超えて過充電状
態になるおそれがあるので、これを避けるため、ステッ
プＳ２からステップＳ８に進んでデューティ比Ｄを一定
に固定化する。When the operating voltage V batt of the storage battery 13 is Vb <V
When batt <Vc, the switch 30 has not been turned on yet, and the charging of the storage battery 13 from the solar cell 11 is advanced while the duty ratio D is rapidly increased by repeatedly executing step S7. Eventually, the operating voltage V batt of the storage battery 13
Reaches the power supply start voltage Vc, the process proceeds from step S3 to step S5, where the switch 30 is turned on, and the power supply from the storage battery 13 to the load 14 is started. Subsequently, the duty ratio D is increased to charge the storage battery 13 and supply power to the load 14. Until the operating voltage V batt of the storage battery 13 reaches the full charge voltage value Va, the increase of the duty ratio D is continued.
Can be charged at the maximum output point. After the operating voltage V batt of the storage battery 13 reaches the full charge voltage value Va, if the duty ratio D is increased, it may exceed the full charge voltage value Va and become overcharged. Then, the process proceeds to step S8 to fix the duty ratio D constant.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、蓄電池
の動作電圧が満充電電圧値に達するまでは常に太陽電池
の最大電力で蓄電池を充電することができ、しかも、蓄
電池の動作電圧が満充電電圧値に接近すると太陽電池の
動作点を最大出力点から低い側にずらせて充電電流を絞
り込むので、蓄電池の過充電に対する保護機能の精度を
高めることができる。As described above, according to the present invention, the storage battery can always be charged with the maximum power of the solar cell until the operation voltage of the storage battery reaches the full charge voltage value. When the value approaches the full charge voltage value, the operating point of the solar cell is shifted from the maximum output point to a lower side to narrow the charging current, so that the accuracy of the protection function against overcharging of the storage battery can be improved.
【図１】本発明の一実施例に係る太陽電池電源システム
の電気的構成を示すブロック線図である。FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a solar cell power supply system according to one embodiment of the present invention.
【図２】実施例における太陽電池および蓄電池の電流−
電圧特性図である。FIG. 2 shows current of a solar cell and a storage battery in an example.
It is a voltage characteristic figure.
【図３】実施例における電力制御回路の具体的回路構成
図である。FIG. 3 is a specific circuit configuration diagram of a power control circuit in the embodiment.
【図４】実施例におけるスイッチング素子のデューティ
比と電力制御回路の出力電力の関係を示す特性図であ
る。FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a duty ratio of a switching element and an output power of a power control circuit in the example.
【図５】実施例における制御部の具体的回路構成図であ
る。FIG. 5 is a specific circuit configuration diagram of a control unit in the embodiment.
【図６】実施例の動作説明に供するフローチャートであ
る。FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment.
【図７】従来例に係る太陽電池電源システムの概略を示
すブロック回路図である。FIG. 7 is a block circuit diagram schematically showing a solar cell power supply system according to a conventional example.
１１……太陽電池 １２……電力制御回路 １３……蓄電池 １４……負荷 ２０……ＤＣ／ＤＣコンバータ ２３……高周波トランス ２４……スイッチング素子（パワーＭＯＳ−ＦＥＴ） ２７……チョークコイル ２８……平滑コンデンサ ２９……逆流防止ダイオード ３０……開閉器（リレー接点） ３１……制御部 11 solar cell 12 power control circuit 13 storage battery 14 load 20 DC / DC converter 23 high-frequency transformer 24 switching element (power MOS-FET) 27 choke coil 28 Smoothing capacitor 29 Backflow prevention diode 30 Switch (relay contact) 31 Control unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 浩史 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−154121（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−18911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−133214（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−224817（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−165731（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05F 1/67 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Hiroshi Nakata 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (56) References JP-A-62-154121 (JP, A) JP-A-3-3 18911 (JP, A) JP-A-63-133214 (JP, A) JP-A-1-224817 (JP, A) Japanese Utility Model Laid-Open No. 62-165,731 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. 7 , DB name) G05F 1/67
Claims (1)
蓄電池に充電するとともに蓄電池から負荷に電力を供給
する太陽電池電源システム制御回路であって、前記電力
制御回路はスイッチング素子を介挿したＤＣ／ＤＣコン
バータと前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する
制御部とからなり、この制御部は前記太陽電池の動作電
圧と前記蓄電池の動作電圧とに基づいて太陽電池の最大
出力点を追尾するように前記スイッチング素子のデュー
ティ比を決定しかつ蓄電池の動作電圧が満充電電圧値に
接近したとき前記デューティ比を一定に固定化して蓄電
池動作電圧が満充電電圧値を超えないように前記太陽電
池の動作点を最大出力点から開放電圧側にずらせること
を特徴とする太陽電池電源システム制御回路。1. A solar battery power supply system control circuit for charging an output of a solar battery to a storage battery via a power control circuit and supplying power from the storage battery to a load, wherein the power control circuit includes a switching element. It comprises a DC / DC converter and a control unit for controlling ON / OFF of the switching element. The control unit tracks the maximum output point of the solar cell based on the operating voltage of the solar cell and the operating voltage of the storage battery. The duty ratio of the switching element is determined, and when the operating voltage of the storage battery approaches the full charge voltage value, the duty ratio is fixed at a constant value so that the storage battery operating voltage does not exceed the full charge voltage value. A solar cell power supply system control circuit, wherein an operating point is shifted from a maximum output point to an open voltage side.
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