JP5326436B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態1について説明する。
図1はこの実施の形態1による電源装置の構成を示す図である。図において、この実施の形態1による電源装置は、複数個の太陽電池1と、n個(nは2以上の整数)のシャント回路2(2−1、2−n)、p×m個(p、mは2以上の整数)のシャント回路3(3−1、3−p、・・・、3−m1、3−mp)と、m個(mは2以上の整数)のバッテリ15(15−1、・・・、15−m)と、コマンド生成回路30(30−1、・・・、30−m)と、キャパシタ19と、負荷20から構成される。各太陽電池1は負荷20に対して並列に接続されている。なお、図において、太陽電池が6つ、シャント回路2が2つ、シャント回路3が4つ、バッテリ15が2つの例を図示しているが、それぞれの個数についてはこの例に限られることはなく、より多数設けても良く、また冗長系を構成しても良い。
また、各シャント回路3−m1、3−mpは、各シャントスイッチ16−1、16−pとブロッキングダイオード17−1、17−pのアノードの間から分岐する充電回路が設けられている。この充電回路は、1つもしくは複数のスイッチが直列に接続されて成る充電スイッチ18−1、18−pと、バッテリ15−mから構成される。充電スイッチ18−1、18−pは並列に接続されて、バッテリ15−mに接続される。このように構成することで、日照中に太陽電池1から発生した余剰電力を、複数個(m個)のバッテリにそれぞれ充電することができる。
なお、シャント回路2−1、2−nには、充電回路が設けられていない。
コマンド生成回路30−1からコマンド生成回路30−mは、それぞれの電圧モニタ回路でモニタしたバッテリセル電圧またはバッテリ電圧からバッテリモニタ用テレメトリS1を生成し、テレメトリ通信装置(図示せず)を介して、地球に設けられた衛星通信用基地局(以下、地上局)に対し生成したバッテリモニタ用テレメトリS1を送信している。地上局の衛星運用オペレータは、各バッテリ15−1から15−mについてのバッテリ電圧もしくはバッテリセル電圧をモニタする。
また、地上局の衛星運用オペレータは、モニタしたバッテリセル電圧が所定の閾値以下であり、バッテリ電圧が正常の範囲内にないことなどをバッテリ短絡故障の経験データに照らし合わせて総合的に判断し、短絡故障を起こした異常バッテリセルであると判断する。または、バッテリ電圧が正常の範囲内にないことを総合的に判断して、短絡故障を起こした異常バッテリセルの発生を検知し、短絡故障の発生したバッテリセルを特定する。
各コマンド生成回路30(30−1から30−m)は、それぞれ制御コマンドC1を受けると、制御コマンドC1により指定されたバッテリセル指定情報に基づいて、特定のバッテリセルをバイパスする切り換え接続を行うためのバッテリ制御コマンドを生成する。
図2において、バッテリ15−1は、直列に接続された複数個のバッテリセル22と、各バッテリセル22の間にそれぞれ接続された2接点スイッチ21とから構成される。また、バイパス線路40は、各バッテリセル22と並列に設けられており、2接点スイッチ21によりバッテリセル22との接続が切り換る。すなわち、2接点スイッチ21がバッテリセル22の電極に接続されると、バッテリセル22が通電状態となる(接続A)。一方で、2接点スイッチ21がバイパス線路40の線路端に接続されると、バッテリセル22が非通電となり、バッテリセル22の正負両電極間がバイパス線路40によりバイパスして接続される(接続B)。
コマンド生成回路30−1は、地上局からの制御コマンドC1を受けると、制御コマンドC1に基づいてバッテリ制御コマンドを生成し、生成したバッテリ制御コマンドを特定の2接点スイッチ21に送信し、特定の2接点スイッチ21の接続を切り換える(接続Aから接続Bの状態に切り換える)。
コマンド生成回路30−mは、制御コマンドC1を受けると、制御コマンドC1に基づいてバッテリ制御コマンドを生成し、生成したバッテリ制御コマンドを特定の2接点スイッチ31に送信し、特定の2接点スイッチ31の接続を切り換える(接続Aから接続Bの状態に切り換える)。
このように、2接点スイッチ21、31のオンオフは、地上局から各バッテリ15に対応したコマンド生成回路30へ送信される制御コマンドC1に基づいて、コマンド生成回路30が各バッテリセルに接続された2接点スイッチ21、31のオンオフを制御することで、故障バッテリセルを含む全てのバッテリの電圧を、他のバッテリの電圧と等しくなるように制御することができる。
この電源装置は、日照中に太陽電池1の発生電力を人工衛星の負荷20へ供給するとともに、太陽電池1の余剰電力をシャント回路2、3を用いてシャントすることにより、人工衛星のバス電圧を制御する。また、スイッチ8、18を介して太陽電池1を直接バッテリ15に接続し、太陽電池1の余剰電力の一部を充電する。この電源装置では、バッテリの電力拡張を行うにあたり、バッテリを複数台接続している。
この場合、バッテリ15−mを除く他のバッテリ(例えばバッテリ15−1)からは放電できるものの、バッテリ15−mからは放電できなくなる。このとき、図4に示すバス電圧制御の配列に基づいて、バッテリ15−m用の充電回路付きのシャント回路3−mpの電力をバスへ供給する前に、バッテリ15−1を始めとするその他のバッテリの電力をバスへ供給することとなる。
従来の電源装置のように各バッテリにおけるバッテリセルの接続を切り換え制御しない場合は、バッテリ15−mに接続されたシャント回路の電力は充電もできず、またバスへその電力を供給することもできなくなる。
このため、コマンド生成回路30−mが外部装置から受信する制御コマンドC1に基づいて、コマンド生成回路30−mが開放故障したバッテリセル32−1に対応した2接点スイッチ31−1にバッテリ制御コマンドを送信することで、2接点スイッチ31−1の接続が切り換り、バッテリ15−mの開放故障したバッテリセル32−1をバイパスすることができる。
同時に、バッテリ15−1を始めとするその他のバッテリについても、制御コマンドC1に基づいて、対応するコマンド生成回路30からバッテリ制御コマンドが1つずつ送信される。これにより、2接点スイッチ31の接続切り換えによって任意のバッテリセルを1セルずつバイパスし、全てのバッテリのバッテリセル数を均等にすることができるので、バッテリ15−mからも日陰時に放電できるようにすることができる。
この検知に応じて、地上局にてバッテリ15−mのバッテリセル32−1をバイパスさせるための制御コマンドC1を生成し、衛星コマンド通信装置(図示せず)を介して、生成した制御コマンドC1をコマンド生成回路30−mに送信する。この制御コマンドC1には、バイパスを行うセルとしてバッテリセル32−1を指定するためのバッテリセル指定情報が含まれている。
同時に、地上局にて他のバッテリ15−1のバッテリセル22−1をバイパスさせるための制御コマンドC1を生成し、衛星コマンド通信装置(図示せず)を介して、生成した制御コマンドC1をコマンド生成回路30−1に送信する。この制御コマンドC1には、バイパスを行うセルとして例えばバッテリセル22−1を指定するためのバッテリセル指定情報が含まれている。
コマンド生成回路30−mは、生成したバッテリ制御コマンドを2接点スイッチ31−1に送信して2接点スイッチ31−1の接続を切り換え、バッテリセル32−1の正負両電極間がバイパス線路41によりバイパスして接続される。
また、コマンド生成回路30−1は、地上局から受信した制御コマンドC1に基づき、指定されたバッテリ15−1のバッテリセル22−1に接続される2接点スイッチ21−1について、バッテリセル22−1との接続を切り、バイパス線路40に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成する。コマンド生成回路30−1は、生成したバッテリ制御コマンドを2接点スイッチ21−1に送信して2接点スイッチ21−1の接続を切り換え、バッテリセル22−1の正負両電極間がバイパス線路40によりバイパスして接続される。
このようにして、バッテリ15−1を始めとするその他のバッテリについても、制御コマンドC1に基づいて、各バッテリの対応する各コマンド生成回路からバッテリ制御コマンドを1つずつバッテリに送信することにより、全てのバッテリについて1セルずつバッテリセルをバイパスすることができる。
この場合、バッテリ15−mを除く他のバッテリ(例えばバッテリ15−1)からは正常に放電できるものの、バッテリ15−mは他のバッテリに比べてバッテリセルが1段小さくなるために、バッテリ15−mからは正常な放電ができなくなる。
このとき、図4に示すバス電圧制御の配列に基づいて、バッテリ15−m用の充電回路付きのシャント回路3−mpの電力をバスへ供給する前に、バッテリ15−1を始めとするその他のバッテリの電力をバスへ供給することとなる。
従来の電源装置のように各バッテリにおけるバッテリセルの接続を切り換え制御しない場合は、バッテリ15−mに接続されたシャント回路の電力は充電しても放電できず、またバスへその電力を供給することもできなくなる。
これにより、2接点スイッチの接続切り換えによって、任意のバッテリセルを1セルずつバイパスし、全てのバッテリのバッテリセル数を均等にすることができるので、バッテリ15−mからも日陰時に放電できるようにすることができる。このとき、短絡故障したバッテリセル15−mについてもバッテリ制御コマンドを送信して故障セルをバイパスしても同様の効果を得ることができる。
この検知に応じて、地上局にて他のバッテリ15−1のバッテリセル22−1をバイパスさせるための制御コマンドC1を生成し、衛星コマンド通信装置(図示せず)を介して、生成した制御コマンドC1をコマンド生成回路30−1に送信する。この制御コマンドC1には、バイパスを行うセルとしてバッテリセル22−1を指定するための情報が含まれている。
コマンド生成回路30−1は、地上局から受信した制御コマンドC1に基づいて、指定されたバッテリ15−1のバッテリセル22−1に接続される2接点スイッチ21−1について、バッテリセル22−1との接続を切り、バイパス線路40に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成する。コマンド生成回路30−1は、生成したバッテリ制御コマンドを2接点スイッチ21−1に送信して2接点スイッチ21−1の接続を切り換え、バッテリセル22−1の正負両電極間がバイパス線路40によりバイパスして接続される。
このようにして、バッテリ15−1を始めとするバッテリ15−mを除くその他のバッテリについても、制御コマンドに基づいて、各バッテリの対応する各コマンド生成回路がバッテリ制御コマンドを1つずつ送信する。このことにより、バッテリ15−mを除く全てのバッテリについて1セルずつバッテリセルをバイパスすることができる。
上記バッテリを構成するバッテリセルの短絡故障または開放故障に応じてコマンドを生成するコマンド生成回路と、上記コマンド生成回路により生成されたコマンドに基づいて作動するスイッチ回路を備え、上記スイッチ回路は、上記故障したバッテリセルの両端の電極間をバイパスして接続するとともに、当該故障したバッテリセルを含まない他の全てのバッテリについても、故障したセル数と同数のセルについて両端の電極間をバイパスして接続するものであっても良い。
上記実施の形態1の電源装置では、コマンド生成回路30−1から30−mの電圧モニタ回路によりモニタした各バッテリセルのセル電圧およびバッテリ電圧を、テレメトリ通信装置を介して地上局に送信していた。地上局では、衛星からのテレメトリによりモニタした各バッテリセル電圧およびバッテリ電圧に基づいて、バッテリセルが開放故障もしくは短絡故障を起こした異常バッテリセルであることを検知していた。この検知結果に基づいて、地上局にてバッテリ15−1から15−mの各バッテリセルをバイパスさせるための制御コマンドC1を生成し、衛星コマンド通信装置を介して、生成した制御コマンドC1をコマンド生成回路30−1から30−mに送信する例について説明した。
この実施の形態2の電源装置では、コマンド生成回路30−1からコマンド生成回路30−mが、それぞれ自律的にバッテリ制御コマンドを生成することを特徴とする。以下、実施の形態1で説明した図1から図3を用いて、コマンド生成回路における実施の形態2の自律動作について説明する。なお、その他の動作については、実施の形態1で説明したものと同じであるので説明を略する。
同様に、コマンド生成回路30−1からコマンド生成回路30−mは、それぞれの電圧モニタ回路でモニタしたバッテリセル電圧が所定の閾値以下であることを検出すると、短絡故障を起こした異常バッテリセルが発生したと自律的に判断する。
コマンド生成回路30−1からコマンド生成回路30−mは、このようなモニタ結果に基づいてバッテリセルの故障を検出した場合に、それぞれ自律的にバッテリ制御コマンドや制御コマンドC1を生成するとともに、他のコマンド生成回路に対して生成した制御コマンドC1を送信する。コマンド生成回路30−1からコマンド生成回路30−mは、自ら生成したバッテリ制御コマンドや外部から受信した制御コマンドC1を元に生成したバッテリ制御コマンドに基づいて、実施の形態1と同様にして、バイパスさせるバッテリセルの接続切り換えを制御する。
コマンド生成回路30−mは、バッテリ15−mを構成する各バッテリセル32の電圧をモニタしている。バッテリ15−mのバッテリセル32−1が1セル開放故障した場合、コマンド生成回路30−mは、バッテリセルの電圧モニタ結果から、バッテリセル32−1の電圧が所定の閾値よりも高くなったことを検出し、バッテリセル32−1が開放故障を起こした異常バッテリセルであることを検知する。
この検知に応じて、コマンド生成回路30−mは、異常バッテリセル32−1に接続された2接点スイッチ31−1について、バッテリセル32−1との接続を切り、バイパス線路41に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成する。
コマンド生成回路30−mは、生成したバッテリ制御コマンドを2接点スイッチ31−1に送信して2接点スイッチ31−1の接続を切り換え、バッテリセル32−1の正負両電極間がバイパス線路41によりバイパスして接続される。
同時に、コマンド生成回路30−mは、他のバッテリ30−1に対応したコマンド生成回路30−1に対して、バッテリ15−1の1つのバッテリセルをバイパスさせるための制御コマンドC1を送信する。コマンド生成回路30−1は、コマンド生成回路30−mから制御コマンドを受けると、任意のバッテリセル22に接続された2接点スイッチ21を選択する。例えば、2接点スイッチ21−1を選択すると、コマンド生成回路30−1は、バッテリセル22−1との接続を切り、バイパス線路40に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成する。
このようにして、バッテリ15−1を始めとするその他のバッテリについても、コマンド生成回路30−1から自律的に生成される制御コマンドC1に基づいて、各バッテリの対応する各コマンド生成回路がバッテリ制御コマンドを1つずつ対応するバッテリに送信することにより、1セルずつバッテリセルをバイパスすることができる。
コマンド生成回路30−mは、バッテリ15−mを構成する各バッテリセル32の電圧をモニタしている。バッテリ15−mのバッテリセル32−1が1セル短絡故障した場合、コマンド生成回路30−mは、バッテリセルの電圧モニタ結果から、バッテリセル32−1の電圧が所定の閾値よりも低くなった(例えば0になった)ことを検出し、バッテリセル32−1が短絡故障を起こした異常バッテリセルであることを検知する。
この検知に応じて、コマンド生成回路30−mは、他のコマンド生成回路30−1に対して、バッテリ15−1の1つのバッテリセルをバイパスさせるための制御コマンドC1を送信する。
コマンド生成回路30−1は、コマンド生成回路30−mから制御コマンドC1を受けると、任意のバッテリセル22に接続された2接点スイッチ21を選択する。例えば、2接点スイッチ21−1を選択すると、コマンド生成回路30−1は、バッテリセル22−1との接続を切り、バイパス線路40に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成する。
このようにして、バッテリ15−1を始めとするその他のバッテリについて、コマンド生成回路30−1から自律的に生成される制御コマンドC1に基づいて、各バッテリの対応する各コマンド生成回路がバッテリ制御コマンドを1つずつ対応するバッテリに送信することにより、1セルずつバッテリセルをバイパスすることができる。
一方で、バッテリ15における何れかのバッテリセルが開放故障を生じた場合に、開放故障の生じたバッテリセルに対応したコマンド生成回路30のテレメトリを通じて、地上局にてバッテリセル電圧またはバッテリ電圧をモニタすることで、上記実施の形態1で説明したようにバッテリセルの開放故障による異常を検出し、地上局からの制御コマンドC1によってコマンド生成回路30を制御し、バッテリ制御コマンドを生成することにより、開放故障したバッテリセルを含む全てのバッテリについて、1セルずつバッテリセルをバイパスさせることができる。
一方で、バッテリ15における何れかのバッテリセルが開放故障を生じた場合には、開放故障の生じたバッテリセルに対応したコマンド生成回路30が、この実施の形態2で説明したようにバッテリセルの開放故障による異常を検出し、自律的に制御コマンドC1またはバッテリ制御コマンドを生成することで、開放故障したバッテリセルを含む全てのバッテリについて、コマンド生成回路がバッテリ制御コマンドを1つずつ送信し、1セルずつバッテリセルをバイパスさせることができる。
Claims (1)
- 複数の太陽電池と、
上記それぞれの太陽電池に接続された複数のシャント回路と、
複数のバッテリセルが直列に接続されて構成されるとともに、複数の群に分けた各群内の上記シャント回路がそれぞれ並列に接続され、上記太陽電池から供給される余剰電力の一部を充電し、充電した電力をそれぞれ負荷に供給する複数台のバッテリと、
上記バッテリを構成するバッテリセルの故障に応じてコマンドを生成するコマンド生成回路と、
上記コマンド生成回路により生成されたコマンドに基づいて作動し、上記バッテリの各バッテリセルにそれぞれ直列に接続され、当該バッテリセルへの通電とバイパス接続とをそれぞれ切換える複数の2接点スイッチからなるスイッチ回路を備え、
上記スイッチ回路は、
上記故障したバッテリセルが開放故障の場合に、上記故障したバッテリセルの両端の電極間を上記各2接点スイッチのバイパス接続によりバイパスして接続するとともに、当該故障したバッテリセルを含まない他の全てのバッテリについても、故障したセル数と同数のセルについて両端の電極間を上記各2接点スイッチのバイパス接続によりバイパスして接続し、上記故障したバッテリセルが短絡故障の場合に、上記故障したセルを含まない他の全てのバッテリについて、故障したバッテリセル数と同数のバッテリセルについて両端の電極間をバイパスして接続する、
電源装置。
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