特開 2023-158450 電力制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023158450

(43)【公開日】2023-10-30

(54)【発明の名称】電力制御システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/35 20060101AFI20231023BHJP

   H02H 7/20 20060101ALI20231023BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20231023BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20231023BHJP

【ＦＩ】

H02J7/35 B

H02H7/20 E

H01M10/44 P

H01M10/48 301

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022068301

(22)【出願日】2022-04-18

(71)【出願人】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100181124

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 壮男

(72)【発明者】

【氏名】岩佐 稔

(72)【発明者】

【氏名】艸分 宏昌

【テーマコード（参考）】

5G053

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G053AA09

5G053AA12

5G053BA01

5G053BA04

5G053EB02

5G053EB09

5G053EC01

5G053EC03

5G053FA06

5G503AA06

5G503BA02

5G503BB01

5G503CA03

5G503CA11

5G503CA12

5G503EA05

5G503FA16

5G503GB03

5G503GD03

5G503GD06

5H030BB07

5H030BB21

5H030FF26

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

(57)【要約】

【課題】負荷機器の入力電圧範囲を広げることなくシャントレス電力制御を適用することができる電力制御システムを提供すること。
【解決手段】電力制御システムは、太陽電池によって発電された電力を蓄電し、蓄電した電力を負荷機器に供給するバッテリシステムと、太陽電池から負荷機器への発電された電力の供給状態を調整する保護回路と、を備える。バッテリシステムは、双方向電力変換装置およびバッテリを備える。双方向電力変換装置は、太陽電池の出力電圧を変換してバッテリに出力し、バッテリの出力電圧を変換して負荷機器に出力することで、バッテリの充放電の制御を行う。保護回路は、太陽電池、負荷機器、およびバッテリシステムが接続されているバスの電圧が第１電圧閾値以上である場合、太陽電池から負荷機器への発電された電力の供給を低減させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池によって発電された電力を蓄電し、蓄電した電力を負荷機器に供給するバッテリシステムと、
前記太陽電池から前記負荷機器への前記発電された電力の供給状態を調整する保護回路と、
を備え、
前記バッテリシステムは、双方向電力変換装置およびバッテリを備え、
前記双方向電力変換装置は、前記太陽電池の出力電圧を変換して前記バッテリに出力し、前記バッテリの出力電圧を変換して前記負荷機器に出力することで、前記バッテリの充放電の制御を行い、
前記保護回路は、前記太陽電池、前記負荷機器、および前記バッテリシステムが接続されているバスの電圧が第１電圧閾値以上である場合、前記太陽電池から前記負荷機器への前記発電された電力の供給を低減させる、
電力制御システム。

【請求項2】

前記保護回路は、
前記太陽電池と前記負荷機器との間に、前記負荷機器と直列に接続され、
前記バスの電圧が前記第１電圧閾値以上である場合、前記太陽電池から前記負荷機器への前記発電された電力の供給を遮断させる、
請求項１に記載の電力制御システム。

【請求項3】

前記保護回路は、前記発電された電力の供給を遮断させた後、前記太陽電池の発電電圧が第２電圧閾値以下となった場合、前記発電された電力の供給の遮断を停止する、
請求項２に記載の電力制御システム。

【請求項4】

前記保護回路は、
前記太陽電池に対して、前記負荷機器と並列に接続され、
前記バスの電圧が前記第１電圧閾値以上である場合、前記太陽電池と前記負荷機器との間を短絡させる、
請求項１に記載の電力制御システム。

【請求項5】

前記保護回路は、前記太陽電池と前記負荷機器との間を短絡させた後、前記太陽電池の温度が温度閾値以上となった場合、前記短絡を停止する、
請求項４に記載の電力制御システム。

【請求項6】

前記バッテリシステムの制御を行う総合制御装置をさらに備え、
前記総合制御装置は、前記保護回路により前記発電された電力の供給が低減されている間、前記バッテリシステムからの電力供給により前記バスの電圧が一定に保たれるように前記バッテリシステムを制御する、
請求項１から５の何れか一項に記載の電力制御システム。

【請求項7】

前記総合制御装置は、前記保護回路および前記バッテリシステムの双方の制御を行う、
請求項６に記載の電力制御システム。

【請求項8】

前記総合制御装置は、
前記バスの電圧が前記第１電圧閾値以上である場合、前記バスに負荷抵抗を接続させ、
前記バスに前記負荷抵抗を接続させた後、前記太陽電池の温度が温度閾値以上となった場合、前記バスから前記負荷抵抗を切り離す、
請求項６に記載の電力制御システム。

【請求項9】

前記保護回路は、リレースイッチまたは半導体スイッチと、前記リレースイッチまたは半導体スイッチの駆動回路とを備える、
請求項１から５の何れか一項に記載の電力制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、人工衛星の電力制御には余剰電力制御（シャント制御）が採用されている。このシャント制御においては、シャント回路、バッテリ充電器、およびバッテリ放電器を組み合わせた基本構成が用いられている。系統電源がない宇宙環境においては、太陽電池の発電電力を、効率良くバスに接続された各種機器（負荷機器）に供給する必要がある。このため、太陽電池の発電電力をコンバータ等の電力変換装置を介することなく負荷機器に供給することが可能なシャント制御は、宇宙機にとって有力な電力制御手法であると認識されている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

一方で、打上能力に制限のある宇宙機においては各種機器の小型軽量化が必要とされている。このため、従来の基本構成に対して高性能な電力変換デバイスを適用することで小型軽量化が進められている。また、シャント回路の小型化のため、不要時に太陽電池の発電電力を減少させる技術も提案されている（例えば、特許文献２、３、４参照）。

【0004】

また、さらなる小型軽量化を目的として、双方向昇降圧コンバータを用いることでシャント制御が不要な電力制御（シャントレス電力制御）も提案されている（例えば、特許文献５参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開昭６３－１１５７６８号公報

【特許文献2】特開平６－１４４３９９号公報

【特許文献3】特開平７－１０１４００号公報

【特許文献4】特開平８－２５８８００号公報

【特許文献5】特開２０１９－１７６６８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来のシャントレス電力制御によればシャント回路およびバッテリ充電器の組み合わせが不要となり、機器の大幅な削減が可能となる。一方で、日照時に機器に供給される一次共通電圧（バス電圧）が太陽電池の発電電圧となることから、従来のシャント制御に比してバス電圧の上限範囲が広くなる。特に、日陰明けの太陽電池パネル温度が低い状態では、太陽電池の発電電圧が一時的に大きく上昇することが知られている。このため、シャントレス電力制御においては、このような一時的な入力電圧の上昇を考慮して、負荷機器の入力電圧の許容範囲を広げておく必要性が生じてしまう場合がある。

【0007】

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、負荷機器の入力電圧範囲を広げることなくシャントレス電力制御を適用することができる電力制御システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る電力制御システムは、太陽電池によって発電された電力を蓄電し、蓄電した電力を負荷機器に供給するバッテリシステムと、太陽電池から負荷機器への発電された電力の供給状態を調整する保護回路と、を備える。バッテリシステムは、双方向電力変換装置およびバッテリを備える。双方向電力変換装置は、太陽電池の出力電圧を変換してバッテリに出力し、バッテリの出力電圧を変換して負荷機器に出力することで、バッテリの充放電の制御を行う。保護回路は、太陽電池、負荷機器、およびバッテリシステムが接続されているバスの電圧が第１電圧閾値以上である場合、太陽電池から負荷機器への発電された電力の供給を低減させる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、負荷機器の入力電圧範囲を広げることなくシャントレス電力制御を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る電力制御システムの構成例を示すブロック図である。

【図2】第１実施形態に係る太陽電池の温度と発電電圧との関係を示すグラフである。

【図3】第１実施形態に係る保護回路の構成の一例（リレースイッチ）を示す図である。

【図4】第１実施形態に係る保護回路の構成の他の例（半導体スイッチ）を示す図である。

【図5】第１実施形態に係るバス電圧と、保護回路、バッテリシステム、およびＳＡＤＭの制御モードとの関係の一例を示す図である。

【図6】第１実施形態に係るバッテリ容量と、バッテリシステムおよびＳＡＤＭの動作モードとの関係の一例を示す図である。

【図7】第１実施形態に係る総合制御装置のモード制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図8】第１実施形態に係る総合制御装置の保護モード終了判定処理の一例を示すフローチャートである。

【図9】第１実施形態における制御シーケンスの一例を示す図である。

【図10】第２実施形態に係る電力制御システムの構成例を示すブロック図である。

【図11】第２実施形態に係る総合制御装置の保護モード終了判定処理の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態の電力制御システムについて図面を参照しながら説明する。

【0012】

［第１実施形態］
＜電力制御システム１の構成＞
図１は、第１実施形態に係る電力制御システム１の構成例を示すブロック図である。電力制御システム１は、シャントレス電力制御を行う。このシャントレス電力制御では、従来構成のシャントおよびバッテリ充電器の組み合わせを不要とし、機器の大幅な削減が可能となる一方で、太陽電池パネルの発電電力に余剰電力が生じた場合は、太陽電池パネルの回転機構（ＳＡＤＭ）による太陽光入射角の調整と連携し、発電電力を抑える。このシャントレス電力制御では、日照時は発電電圧がバス電圧に相当する。太陽電池には温度依存性があり、軌道上では、例えば、日陰明けの太陽電池パネルの温度が低い状態では、発電電圧が一時的に大きく上昇することが知られている。本実施形態の電力制御システム１では、太陽電池の発電電圧の一時的な急上昇を抑制するための保護回路を設けることで、負荷機器の入力電圧範囲を広げることなくシャントレス電力制御を実現することができる。

【0013】

電力制御システム１は、例えば、太陽電池１０（発電装置）、太陽電池１０（太陽電池パネル）のＳＡＤＭ１５、第１のバッテリシステム２０、第２のバッテリシステム３０、バス機器４０（負荷機器）、総合制御装置５０、および保護回路７０を備える。

【0014】

太陽電池１０とＳＡＤＭ１５とは互いに直列に接続されている。太陽電池１０は、ＳＡＤＭ１５および保護回路７０を介してバス６０に接続されている。また、ＳＡＤＭ１５、保護回路７０、バス機器４０は互いに直列に接続されている。また、ＳＡＤＭ１５、保護回路７０、バッテリシステム（第１のバッテリシステム２０、第２のバッテリシステム３０）は互いに直列に接続されている。バッテリシステム（第１のバッテリシステム２０、第２のバッテリシステム３０）と、バス機器４０とは、バス６０によって互いに並列に接続されている。また、符号６２と６４は、総合制御装置５０から第１のバッテリシステム２０、第２のバッテリシステム３０への制御線である。符号６６は、総合制御装置５０からＳＡＤＭ１５への制御線である。符号６８は、総合制御装置５０から保護回路７０への制御線である。尚、電力制御システム１は、少なくとも１つのバッテリシステムを備えていればよく、３つ以上のバッテリシステムを備えてもよい。

【0015】

第１のバッテリシステム２０は、太陽電池１０によって発電された電力を蓄電し、蓄電した電力をバス機器４０に供給する。第１のバッテリシステム２０は、例えば、第１の双方向ＤＣ／ＤＣ（直流－直流）コンバータ２１０（双方向電力変換装置）、および第１のバッテリ２３０を備える。第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０は、太陽電池１０の出力電圧を変換して第１のバッテリ２３０に出力し、第１のバッテリ２３０の出力電圧を変換してバス機器４０に出力することで、第１のバッテリ２３０の充放電の制御を行う。第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０は、例えば、第１の制御部２１１、および第１の記憶部２１３を備える。第１のバッテリ２３０は、例えば、第１電池２３１、および第１バッファ電池２３３を備える。

【0016】

第２のバッテリシステム３０は、例えば、第２の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０（双方向電力変換装置）、および第２のバッテリ３３０を備える。第２の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は、例えば、第２の制御部３１１、および第２の記憶部３１３を備える。第２のバッテリ３３０は、例えば、第２電池３３１、および第２バッファ電池３３３を備える。

【0017】

太陽電池１０は、例えば、複数の太陽電池を備える太陽電池パネルである。太陽電池１０は、太陽電池１０に照射された光によって発電を行い、発電した電力を第１のバッテリシステム２０、第２のバッテリシステム３０、およびバス機器４０に供給する。また、太陽電池１０、第１のバッテリシステム２０、および第２のバッテリシステム３０は、総合制御装置５０に電力を供給する。尚、太陽電池１０として、例えば、放射線劣化がないＣＩＧＳ太陽電池が使用される。尚、ＣＩＧＳ太陽電池とは、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）の４つの元素を主原料とする化合物半導体系太陽電池である。

【0018】

ＳＡＤＭ１５は、太陽電池１０の回転機構である。ＳＡＤＭ１５は、例えば、太陽光追尾のため、総合制御装置５０の制御に応じて太陽電池１０の向きを回転させる。

【0019】

バス機器４０は、太陽電池１０、第１のバッテリシステム２０、および第２のバッテリシステム３０から供給される電力を使用する負荷機器である。バス機器４０は、例えば、宇宙機に搭載されている通信機器、軌道制御機器、センサ、測定器等である。

【0020】

総合制御装置５０は、電力制御システム１の全体の状態を監視し、監視した結果に基づいて、保護回路７０、第１のバッテリシステム２０、および第２のバッテリシステム３０の各々に対する制御モード等を決定する。総合制御装置５０は、決定した保護回路７０の制御モード（ＯＮ／ＯＦＦ）に対応する指示を、保護回路７０に出力する。総合制御装置５０は、決定した制御モードに対応する指示を、第１のバッテリシステム２０および第２のバッテリシステム３０の各々に出力する。尚、第１のバッテリシステム２０および第２のバッテリシステム３０に出力される指示は同じ場合もあり、異なる場合もある。総合制御装置５０は、各機器に接続された不図示の電圧計、電流計、温度計等のセンサから計測値を取得する。監視対象は、バス６０のバス電圧、太陽電池１０の電圧、電流、および温度、第１のバッテリ２３０の電圧、電流、およびＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ；充電率）、第２のバッテリ３３０の電圧、電流、およびＳＯＣ等である。総合制御装置５０は、保護回路７０により発電された電力の供給が低減されている間、バッテリシステムからの電力供給によりバスの電圧が一定に保たれるようにバッテリシステムを制御する。総合制御装置５０は、保護回路７０およびバッテリシステムの双方の制御を行う。

【0021】

動作モードは、例えば、日照動作モードおよび日陰動作モードの２つを含む。日照動作モードは、太陽電池１０に光が所定値以上照射されている状態の動作モードである。日陰動作モードは、太陽電池１０に光が所定値未満照射されている状態の動作モードである。

【0022】

第１のバッテリシステム２０および第２のバッテリシステム３０の各々制御モードとして、例えば、最大電力追尾（ＭＰＰＴ）モード、定電流充電（ＣＣ）モード、定電圧充電（ＣＶ）モード、バス電圧一定充電（ＢＵＳ＿ＣＶ）モード、バス電圧一定放電モード（ＢＤＲ＿ＣＶ）の５つを含む。尚、各制御モードについては後述する。総合制御装置５０は、図１に示すようにバッテリシステムが複数の場合に、バッテリ容量が最も小さいバッテリシステムをマスターと見なし、他のバッテリシステムをスレーブと見なしてよい。また、制御モードとして定電流放電モードを使用するようにしてもよい。例えば、日陰時またはバス電圧低下時に複数バッテリから放電する際は、全て定電圧放電モードで動作させるか、または、一つのバッテリシステムを定電圧放電モード、他のバッテリシステムを定電流放電モードで動作させるようにしてもよい。

【0023】

尚、不図示の電圧計と電流計は、太陽電池１０の動作電圧、出力電流、第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０（第２の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０）の入力側電圧（バス電圧）、出力側電圧（バッテリ電圧）、入力側電流値（バス電流値）、出力側電流値（バッテリ電流値）等を測定する。また、総合制御装置５０は、バッテリ電圧を各バッテリに接続されている電圧計によって測定する。また、総合制御装置５０は、バッテリ容量を、各バッテリの接続されている電流計によって充電電流と放電電流を取得し、取得した充電電流と放電電流を積算して算出する。また、総合制御装置５０は、太陽電池１０に接続されている電流計および電圧計によって、太陽電池１０に流れる電流値および電圧を取得する。また、総合制御装置５０は、太陽電池１０に接続されている温度計によって、太陽電池１０の温度を取得する。総合制御装置５０は、取得した電流値に基づいて日照動作モードと日陰動作モードを判別する。

【0024】

第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０は、総合制御装置５０の制御に応じてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；パルス幅変調）によって、太陽電池１０から供給された電圧を変換して、第１のバッテリ２３０に供給して充電制御を行う。また、第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０は、総合制御装置５０の制御に応じて第１のバッテリ２３０が出力する電圧をＰＷＭによって電圧変換して、電圧変換した電力をバス機器４０に供給するように制御する。尚、以下の説明では、第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０がＰＷＭによって制御される例を説明するが、これに限らない。制御方式は、ＰＦＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；パルス周波数変調）制御等でも可能である。

【0025】

第１の制御部２１１は、第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０のＰＷＭのデューティー比を制御する。第１の制御部２１１は、総合制御装置５０の制御に応じて、測定された測定値に基づいて、動作モード毎にＰＷＭのデューティー比を制御する。

【0026】

第１の記憶部２１３は、制御モード毎に、第１の制御部２１１が制御に用いる各制御値の値および範囲、閾値、およびプログラム等を記憶する。

【0027】

第１電池２３１と第１バッファ電池２３３とは、互いに直列または並列に接続されている。第１電池２３１および第１バッファ電池２３３は、例えば、二次電池である。第１のバッテリ２３０は、第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０が出力する電力を蓄電する。第１のバッテリ２３０は、蓄電している電力を第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０に出力する。尚、第１のバッテリ２３０は、第１バッファ電池２３３を備えずに第１電池２３１のみで構成されてもよく、或いは、３つ以上の電池により構成されていてもよい。

【0028】

第２の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は、総合制御装置５０の制御に応じてＰＷＭによって、太陽電池１０から供給された電圧を変換して、第２のバッテリ３３０に供給して充電制御を行う。また、第２の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は、総合制御装置５０の制御に応じて第２のバッテリ３３０が出力する電圧をＰＷＭによって電圧変換して、電圧変換した電力をバス機器４０に供給するように制御する。

【0029】

第２の制御部３１１は、第２の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０のＰＷＭのデューティー比を制御する。尚、第２の制御部３１１は、総合制御装置５０の制御に応じて、測定された測定値に基づいて、動作モード毎にＰＷＭのデューティー比を制御する。

【0030】

第２の記憶部３１３は、制御モード毎に、第２の制御部３１１が制御に用いる各制御値の値および範囲、閾値、およびプログラム等を記憶する。

【0031】

第２電池３３１と第２バッファ電池３３３とは、互いに直列または並列に接続されている。第２電池３３１および第２バッファ電池３３３は、例えば、二次電池である。第２のバッテリ３３０は、第２の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０が出力する電力を蓄電する。第２のバッテリ３３０は、蓄電している電力を第２の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０に出力する。尚、第２のバッテリ３３０は、第２バッファ電池３３３を備えずに第２電池３３１のみで構成されてもよく、或いは、３つ以上の電池により構成されていてもよい。

【0032】

総合制御装置５０、第１の制御部２１１、および第２の制御部３１１の各々は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより実現される。総合制御装置５０、第１の制御部２１１、および第２の制御部３１１の各々は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

【0033】

保護回路７０は、太陽電池１０からバス機器４０への太陽電池１０により発電された電力の供給状態を調整する。保護回路７０は、太陽電池１０、バス機器４０、バッテリシステムが接続されているバスの電圧が第１電圧閾値以上である場合、太陽電池１０からバス機器４０への発電された電力の供給を低減させる。保護回路７０は、太陽電池１０（太陽電池パネル）の温度変化に伴うバス電圧の急な上昇を防ぐために設けられる。図２は、第１実施形態に係る太陽電池１０の温度と発電電圧との関係を示すグラフである。太陽電池には温度依存性があり、軌道上では、例えば、日陰明けの太陽電池パネルの温度が低い状態では、発電電圧が一時的に大きく上昇することが知られている。図２の例では、太陽電池１０の温度の低下するにつれて、太陽電池１０の発電電圧が増大し、例えば、太陽電池１０の温度が１００℃である場合の発電電圧と比較して、太陽電池１０の温度が－１００℃である場合の発電電圧は、約１．８倍にもなる。このような太陽電池１０の発電電圧が増大したときに、バス機器４０の負荷が小さくバッテリが満充電の場合は、バス電圧の上限範囲が広くなる可能性があり、バス機器４０の入力電圧範囲を広くする必要性が生じてしまう。このような事態を回避するため、保護回路７０が設けられる。保護回路７０は、バス電圧、太陽電池１０の発電電圧、太陽電池１０の温度が適正値外の数値となっている場合に動作し、太陽電池１０の発電電圧の上昇を抑制する。

【0034】

保護回路７０は、ＳＡＤＭ１５を介して太陽電池１０の出力に接続される。保護回路７０は、太陽電池１０とバス機器４０との間に、バス機器４０に対して直列に接続される。保護回路７０は、バス電圧が所定の第１電圧閾値以上である場合、太陽電池１０からバス機器４０への発電された電力の供給を遮断させる。また、保護回路７０は、電力の供給を遮断させた後、太陽電池１０の発電電圧が所定の第２電圧閾値以下となった場合に、太陽電池１０の電力の供給の遮断を停止する（復帰させる）。保護回路７０が保護動作（保護モード）を行っている間は、日陰時と同様にバッテリからの電力供給によりバス電圧は一定電圧に制御される。保護回路７０の回路規模は、制御する電力範囲によって任意に設計可能であり、ＳＡＤＭ連携を不要とすることも可能である。

【0035】

図３は、第１実施形態に係る保護回路７０の構成の一例（リレースイッチ）を示す図である。保護回路７０は、例えば、スイッチ部と、駆動回路とを備える。スイッチ部は、例えば、機械式スイッチＭＳと、コイルＣとを備える。駆動回路は、例えば、抵抗Ｒ１およびＲ２と、トランジスタＴＳ１と、ダイオードＤと、電源ＰＳとを備える。抵抗Ｒ１の一端に位置する端子Ｔ１に対して、総合制御装置５０からのＯＮ制御信号（制御電圧）が入力されると、コイルＣに電流が流れ、磁場が発生する。このコイルに発生した磁場により、機械式スイッチＭＳの可動部が引き寄せられて固定接点と接触しスイッチがＯＮ状態となる。一方、端子Ｔ１に対して、総合制御装置５０からのＯＮ制御信号が入力されない状態では、コイルＣに磁場が発生せず、可動部が固定接点から切り離されスイッチがＯＦＦ状態となる。保護回路７０は、スイッチがＯＦＦ状態であるときが、保護モードがＯＮ（遮断状態）となり、スイッチがＯＮ状態であるときが、保護モードがＯＦＦ（導通状態、非遮断状態）となる。

【0036】

図４は、第１実施形態に係る保護回路７０の構成の一例（半導体スイッチ）を示す図である。保護回路７０は、例えば、スイッチ部と、駆動回路とを備える。スイッチ部は、例えば、半導体スイッチＳＷ（電力変換素子、例えば、電界効果トランジスタ）を備える。駆動回路は、例えば、抵抗Ｒ３およびＲ４を備える。抵抗Ｒ３の一端に位置する端子Ｔ２に対して、総合制御装置５０からのＯＮ制御信号（制御電圧）が入力されると、半導体スイッチＳＷのゲートに電圧が印加され、スイッチがＯＮ状態となる。一方、端子Ｔ２に対して、総合制御装置５０からのＯＮ制御信号が入力されない状態では、半導体スイッチＳＷのゲートに電圧が印加されず、スイッチがＯＦＦ状態となる。保護回路７０は、スイッチがＯＦＦ状態であるときが、保護モードがＯＮ（遮断状態）となり、スイッチがＯＮ状態であるときが、保護モードがＯＦＦ（導通状態、導通状態）となる。尚、半導体スイッチＳＷの数は、保護回路７０で制御する電力規模により、任意に決めることができる。

【0037】

また、保護回路７０は、バス電圧に基づくフィードバック制御を行うフィードバック回路を備えることで、バス電圧が所定の閾値以上であるか否かの判定を行い、太陽電池１０の出力の遮断／復帰を制御するようにしてもよい。この場合、総合制御装置５０からのＯＮ／ＯＦＦ制御信号は不要となる。

【0038】

＜バッテリシステムの制御モード＞
最大電力追尾（ＭＰＰＴ）モードは、太陽電池１０の出力を検出し、太陽電池１０の出力を最大化するとともに、バッテリ（第１のバッテリ２３０、第２のバッテリ３３０）を充電する制御を行う。

【0039】

定電流充電（ＣＣ）モードは、バッテリに対して定電流充電を行う制御を行う。

【0040】

定電圧充電モード（ＣＶ）は、バッテリに対して定電圧充電を行う制御を行う。

【0041】

バス電圧一定充電モード（ＢＵＳ－ＣＶ）は、バス電圧を検出し、検出したバス電圧が所定の範囲内に収まるように、バッテリの充電量の制御を行う。

【0042】

バス電圧一定放電モード（ＢＤＲ－ＣＶ）は、バス電圧を検出し、検出したバス電圧が所定の範囲内に収まるように、バッテリの放電量の制御を行う。

【0043】

＜バス電圧と、各制御モードとの関係＞
図５は、第１実施形態に係るバス電圧と、保護回路、バッテリシステム、およびＳＡＤＭの制御モードとの関係の一例を示す図である。図５において、Ｖ１が最も低いバス電圧であり、Ｖ５が最も高いバス電圧である。Ｖ２はＶ１より高くＶ３より低く、Ｖ３はＶ２より高くＶ４より低く、Ｖ４はＶ３より高くＶ５より低い。図５では、第１のバッテリシステム２０がマスターとして動作し、第２のバッテリシステム３０がスレーブとして動作する場合を例に挙げて説明する。

【0044】

バス電圧がＶ２未満である間、総合制御装置５０は、第１のバッテリシステム２０（マスター）が最大電力追尾モード（ＭＰＰＴ）で動作するように第１のバッテリシステム２０に指示する。バス電圧がＶ２からＶ５の間、総合制御装置５０は、第１のバッテリシステム２０がバス電圧一定充電モード（ＢＵＳ－ＣＶ）で動作するように第１のバッテリシステム２０に指示する。

【0045】

バス電圧がＶ１未満である間、総合制御装置５０は、第２のバッテリシステム３０（スレーブ）がバス電圧一定放電モード（ＢＤＲ－ＣＶ）で動作するように第２のバッテリシステム３０に指示する。バス電圧がＶ１からＶ３の間、総合制御装置５０は、第２のバッテリシステム３０が定電流充電モード（ＣＣ）で動作するように第２のバッテリシステム３０に指示する。また、第２のバッテリシステム３０は、バス電圧とは無関係に、バッテリ電圧が電圧閾値以上である場合に、総合制御装置５０からの指示を受けることなく、自ら定電圧充電モード（ＣＶ）に移行する。この場合、第２のバッテリシステム３０は、定電圧充電モード（ＣＶ）に移行したことを示す信号を、総合制御装置５０に送信する。

【0046】

バス電圧がＶ５以上である間、総合制御装置５０は、保護回路７０が保護モードで動作するように保護回路７０に指示する。

【0047】

バス電圧がＶ４以上である間、総合制御装置５０は、太陽光追尾を行わないように太陽電池１０を回転させて発電電力を低減させるＳＡＤＭ連携モードで動作するように、ＳＡＤＭ１５に指示する。

【0048】

＜バッテリ容量と、各制御モードとの関係＞
図６は、第１実施形態に係るバッテリ容量と、バッテリシステムの動作モードおよびＳＡＤＭ１５の動作モードとの関係の一例を示す図である。図６において、ＳＯＣ１が最も低いバッテリ容量であり、ＳＯＣ３が最も高いバッテリ容量である。ＳＯＣ２はＳＯＣ１より高くＳＯＣ３より低い。図６では、マスターとして動作する第１のバッテリシステム２０の容量（第１電池２３１のＳＯＣ、第１電池２３１および第１バッファ電池２３３の平均ＳＯＣ等）を例に挙げて説明する。

【0049】

バッテリ容量がＳＯＣ１未満である間、総合制御装置５０は、第１のバッテリシステム２０が最大電力追尾モード（ＭＰＰＴ）で動作するように第１のバッテリシステム２０に指示する。バッテリ容量がＳＯＣ１からＳＯＣ３の間、総合制御装置５０は、第１のバッテリシステム２０がバス電圧一定充電モード（ＢＵＳ－ＣＶ）で動作するように第１のバッテリシステム２０に指示する。また、第１のバッテリシステム２０は、バッテリ容量とは無関係に、バッテリ電圧が電圧閾値以上である場合に、総合制御装置５０からの指示を受けることなく、自ら定電圧充電モード（ＣＶ）に移行する。この場合、第１のバッテリシステム２０は、定電圧充電モード（ＣＶ）に移行したことを示す信号を、総合制御装置５０に送信する。

【0050】

バッテリ容量がＳＯＣ２以上である間、総合制御装置５０は、ＳＡＤＭ１５がＳＡＤＭモード連携モードで動作するように、ＳＡＤＭ１５に指示する。

【0051】

＜電力制御システム１の処理手順＞
（モード制御処理）
次に、電力制御システム１が行う処理手順例を説明する。図７は、第１実施形態に係る総合制御装置５０のモード制御処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、日照動作モードで動作が行われていることとする。第１バス電圧閾値は、第２バス電圧閾値よりも高い閾値とする。

【0052】

まず、総合制御装置５０は、バス６０に接続された電圧計等から、バス電圧および第１のバッテリシステム２０のバッテリ容量を取得する（ステップＳ１０１）。次に、総合制御装置５０は、取得されたバス電圧が第２バス電圧閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。例えば、図５に示す例では、総合制御装置５０は、取得されたバス電圧がバス電圧Ｖ２以上であるか否かを判定する。総合制御装置５０は、取得されたバス電圧が第２バス電圧閾値以上ではないと判定した場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）、第１のバッテリシステム２０が最大電力追尾モード（ＭＰＰＴ）で動作するように第１のバッテリシステム２０に指示する（ステップＳ１０９）。この指示に応じて、第１のバッテリシステム２０では、最大電力追尾モード（ＭＰＰＴ）での動作を開始する。

【0053】

一方、総合制御装置５０は、取得されたバス電圧が第２バス電圧閾値以上であると判定した場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、さらに、取得されたバス電圧が第１バス電圧閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。例えば、図５に示す例では、総合制御装置５０は、取得されたバス電圧がバス電圧Ｖ５以上であるか否かを判定する。

【0054】

総合制御装置５０は、取得されたバス電圧がバス電圧Ｖ５以上はないと判定した場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）、第１のバッテリシステム２０がバス電圧一定充電モード（ＢＵＳ－ＣＶ）で動作するように第１のバッテリシステム２０に指示する（ステップＳ１１１）。この指示に応じて、第１のバッテリシステム２０では、バス電圧一定充電モード（ＢＵＳ－ＣＶ）での動作を開始する。

【0055】

一方、総合制御装置５０は、取得されたバス電圧が第２バス電圧閾値以上であると判定した場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、保護回路７０が保護モードで動作するように保護回路７０に指示する（ステップＳ１０７）。この指示に応じて、保護回路７０は保護モードでの動作を開始する。以上により、本フローチャートの処理が終了する。

【0056】

尚、第１のバッテリシステム２０は、総合制御装置５０による制御とは独立して、バッテリ電圧が電圧閾値以上である場合に、自ら定電圧充電モード（ＣＶ）に移行する。この場合、第１のバッテリシステム２０は、定電圧充電モード（ＣＶ）に移行したことを示す信号を、総合制御装置５０に送信する。

【0057】

（保護モード終了判定処理）
図８は、第１実施形態に係る総合制御装置５０の保護モード終了判定処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、保護回路７０が保護モードで動作している間に実行される。

【0058】

まず、総合制御装置５０は、太陽電池１０に接続された電圧計等から、太陽電池１０の発電電圧を取得する（ステップＳ２０１）。次に、総合制御装置５０は、取得された発電電圧が発電電圧閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。発電電圧が発電電圧閾値以下であるとは、太陽電池１０の温度が上昇して発電電圧の一時的な上昇が抑えられた状態となったことを表す。総合制御装置５０は、取得された発電電圧が発電電圧閾値以下ではないと判定した場合（ステップＳ２０３；ＮＯ）、発電電圧の監視を継続し、ステップＳ２０１および２０３の処理を繰り返す。

【0059】

一方、総合制御装置５０は、取得された発電電圧が発電電圧閾値以下であると判定した場合（ステップＳ２０３；ＹＥＳ）、保護モードでの動作を解除するように保護回路７０に指示する（ステップＳ２０５）。この後、再度、図７に示すフローチャートの処理が実行される。以上により、本フローチャートの処理が終了する。

【0060】

尚、総合制御装置５０は、太陽電池１０の温度が所定の温度閾値以下となった場合に、保護モードで動作を保護回路７０に指示してもよい。また、総合制御装置５０は、太陽電池１０の温度が所定の温度閾値以上となった場合に、保護モードでの動作を解除するように保護回路７０に指示してもよい。

【0061】

＜制御モードの切り替え例＞
次に、制御モードの切り替え例と、それに伴う太陽電池１０の発電電力、バス電圧、バッテリ電圧、バッテリ容量、および太陽電池温度の変化を説明する。図９は、第１実施形態における制御シーケンスの一例を示す図である。図９では、日陰明けの太陽電池１０の温度が低い状態から発電処理が開始される状況を例に挙げて説明する。グラフｇ１は、太陽電池１０の発電電力を示す。グラフｇ２は、バス電圧を示す。グラフｇ３は、バッテリ電圧（例えば、第１のバッテリ２３０の電圧）を示す。グラフｇ４は、バッテリ容量（例えば、第１のバッテリ２３０の容量）を示す。グラフｇ５は、太陽電池１０の温度を示す。符号ｍ１は、保護モードで動作している期間を示す。符号ｍ２は、ＭＰＰＴモードで動作している期間を示す。符号ｍ３は、ＢＵＳ－ＣＶモードで動作している期間を示す。符号ｍ４は、ＣＶモードで動作している期間を示す。符号ｍ５は、ＢＤＲ＿ＣＶモードで動作している期間を示す。符号ｍ６は、ＳＡＤＭ連携モードで動作している期間を示す。

【0062】

時刻ｔ０からｔ１の期間（日陰明け直後）、バス電圧が第２閾値以上であると判定された場合、符号ｍ１で示すように保護回路７０は保護モードで動作する。この期間、バッテリの充電は行われず、符号ｍ５で示すように第１のバッテリシステム２０はＢＤＲ－ＣＶモードで動作する。また、この期間、グラフｇ５で示すように太陽電池１０の温度は徐々に上昇する。

【0063】

その後、時刻ｔ１において符号ｍ１で示すように保護モードでの動作が解除されると、時刻ｔ１からｔ２の期間、符号ｍ２で示すように第１のバッテリシステム２０はＭＰＰＴモードで動作する。これに伴い、グラフｇ１で示すように発電電力は上昇し、グラフｇ４で示すように第１のバッテリシステム２０が充電されてバッテリ容量が上昇する。

【0064】

尚、保護回路７０の保護モードのＯＮ／ＯＦＦに伴うバス電圧トランジェントに対しては、総合制御装置５０は、第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０および／または第２の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０と連携した制御が行う。例えば、総合制御装置５０は、保護回路７０の保護モードのＯＮ時には、予め、第１のバッテリシステム２０をＢＤＲ＿ＣＶモードで動作させて放電を行い、太陽電池１０からの発電電力の遮断に備えるようにしてよい。また、総合制御装置５０は、保護回路７０の保護モードのＯＦＦ時には、第１のバッテリシステム２０をＭＰＰＴモードでソフトスタートとすることで、太陽電池１０からの発電電力の復帰に備えるようにしてよい。

【0065】

その後、時刻ｔ２からｔ３の期間、符号ｍ３で示すように第１のバッテリシステム２０はＢＵＳ＿ＣＶモードで動作する。

【0066】

その後、時刻ｔ３においてグラフｇ４に示すようにバッテリ電圧が所定の電圧閾値以上となると、時刻ｔ３以降、符号ｍ４で示すように第１のバッテリシステム２０はＣＶモードで動作する。

【0067】

その後、時刻ｔ４においてグラフｇ２に示すようにバス電圧が所定の閾値以上となると、時刻ｔ４以降、符号ｍ６で示すようにＳＡＤＭ１５はＳＡＤＭ連携モードで動作する。ＳＡＤＭ連携により、グラフｇ１およびｇ２で示すように、発電電力、バス電圧が段階的に低下する。

【0068】

以上に説明した第１実施形態の電力制御システム１によれば、バス機器４０の入力電圧範囲を広げることなくシャントレス電力制御を適用することができる。これにより、従来のシャント回路およびバッテリ充電器の組み合わせを不要とすることができ、機器の大幅な削減が可能となる。また、双方向電力変換装置の適用によりバッテリ放電によるバスの電圧低下がなく、電力供給が可能となる。

【0069】

［第２実施形態］
上述した第１実施形態では、保護回路７０をバス機器４０に対して直列に接続する構成を説明したが、第２実施形態では、保護回路７０をバス機器４０に対して並列に接続する構成を説明する。尚、第２実施形態において第１実施形態と共通の構成については、第１の実施形態と同じ符号を用いて説明し、詳細な説明を省略する。

【0070】

＜電力制御システム１Ａの構成＞
図１０は、第２実施形態に係る電力制御システム１Ａの構成例を示すブロック図である。保護回路７０は、太陽電池１０（太陽電池パネル）の温度変化に伴うバス電圧の急な上昇を防ぐために設けられる。保護回路７０は、ＳＡＤＭ１５を介して太陽電池１０の出力に接続される。保護回路７０は、太陽電池１０に対して、バス機器４０と並列に接続される。保護回路７０は、保護回路非動作時（保護モードＯＦＦ）には、保護回路７０に電流は流れず、回路規模を最小限にすることができる。保護回路７０は、例えば、図３および４に示すように、スイッチ部と、駆動回路とを備える。保護回路７０は、スイッチがＯＦＦ状態であるときが、保護モードがＯＦＦ（発電電力がバス６０に供給される導通状態）となり、スイッチがＯＮ状態であるときが、保護モードがＯＮ（太陽電池１０とバス機器４０との間が短絡された短絡状態）となる。保護回路７０は、バスの電圧が第１電圧閾値以上である場合、太陽電池１０とバス機器４０との間を短絡させる。保護回路７０は、太陽電池１０とバス機器４０との間を短絡させた後、太陽電池１０の温度が温度閾値以上となった場合、短絡を停止する。

【0071】

＜電力制御システム１Ａの処理手順＞
（モード制御処理）
次に、電力制御システム１Ａが行う処理手順例を説明する。電力制御システム１Ａが行うモード制御処理は、図７に示す第１実施形態に係る総合制御装置５０のモード制御処理と同様である。

【0072】

（保護モード終了判定処理）
図１１は、第２実施形態に係る総合制御装置５０の保護モード終了判定処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、保護回路７０が保護モードで動作している間に実行される。

【0073】

まず、総合制御装置５０は、太陽電池１０に接続された温度計等から、太陽電池１０の温度を取得する（ステップＳ３０１）。電力制御システム１Ａでは、保護回路７０がバス機器４０に対して並列に接続されるため、保護モード動作中は、太陽電池１０の発電電力に起因する電圧（バス電圧）の大きさを計測することができない。このため、総合制御装置５０は、太陽電池１０の温度を取得する。

【0074】

次に、総合制御装置５０は、取得された温度が温度閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０３）。温度が温度閾値以上であるとは、太陽電池１０の温度が上昇して発電電圧の一時的な上昇が抑えられた状態となったことを表す。総合制御装置５０は、取得された温度が温度閾値以上ではないと判定した場合（ステップＳ３０３；ＮＯ）、発電電圧の監視を継続し、ステップＳ３０１および３０３の処理を繰り返す。

【0075】

一方、総合制御装置５０は、取得された温度が温度閾値以上であると判定した場合（ステップＳ３０３；ＹＥＳ）、保護モードでの動作を解除するように保護回路７０に指示する（ステップＳ３０５）。この後、再度、図７に示すフローチャートの処理が実行される。以上により、本フローチャートの処理が終了する。

【0076】

以上に説明した第２実施形態の電力制御システム１Ａによれば、バス機器４０の入力電圧範囲を広げることなくシャントレス電力制御を適用することができる。また、保護回路７０の回路規模を最小限にすることができ、装置のいっそうの小型化が可能となる。

【0077】

尚、総合制御装置５０は、バス電圧が高くなった場合に、バス６０に模擬抵抗を接続する制御を行う等の負荷電力の調整を併用することで、保護回路７０への負担を軽減することも可能である。また、保護回路７０にバス電圧制御機能を付加することにより、日照または日陰にかかわらず常時安定化バス（バス電圧一定）とすることも可能である。総合制御装置５０に代えて、第１のバッテリシステム２０（第２のバッテリシステム３０）の第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０（第２の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０）の第１の制御部２１１（第２の制御部３１１）によって、保護回路７０の動作が制御されてもよい。すなわち、総合制御装置５０は、バス６０の電圧が第１電圧閾値以上である場合、バス６０に負荷抵抗を接続させ、バス６０に負荷抵抗を接続させた後、太陽電池１０の温度が温度閾値以上となった場合、バス６０から負荷抵抗を切り離すようにしてよい。

【0078】

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0079】

１，１Ａ…電力制御システム、１０…太陽電池、１５…ＳＡＤＭ、２０…第１のバッテリシステム、３０…第２のバッテリシステム、４０…バス機器、５０…総合制御装置、６０…バス、７０…保護回路、２１０…第１の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、２１１…第１の制御部、２１３…第１の記憶部、２３０…第１のバッテリ、２３１…第１電池、２３３…第１バッファ電池、３１０…第２の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、３１１…第２の制御部、３１３…第２の記憶部、３３０…第２のバッテリ、３３１…第２電池、３３３…第２バッファ電池

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】