CN102612795A - 蓄电控制装置及蓄电控制方法 - Google Patents

蓄电控制装置及蓄电控制方法 Download PDF

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Abstract

发电元件（111）输出电动势。路径切换单元（112）切换用于连接发电元件（111）中的任意发电元件（111）的路径。电压转换单元（130）是对一部分发电元件（111）的输出的电压水平进行转换的DC-DC转换器。路径切换控制单元（120）控制路径切换单元（112），以使得最大功率点电压的总和处于蓄电元件（190）的适当充电电压的范围内的发电元件（111）的集合连接至短路路径（119），以及其他发电元件（111）连接至变压路径。电压转换控制单元（140）控制电压转换单元（130）的电压转换的变压率，使得变压路径（139）中的电压与短路路径（119）中的电压彼此相等。

Description

蓄电控制装置及蓄电控制方法
技术领域
本发明涉及蓄电控制装置和蓄电控制方法，具体地涉及使用发电元件给蓄电元件充电的蓄电控制装置和针对其的处理方法。
背景技术
越来越需求开发不排放二氧化碳和污染物的清洁能源作为环保措施。其中，近年来，太阳能发电和风力发电在不断地普及扩大。具体地，由于安装在房顶上的太阳能电池（太阳能电池板）的制造成本的减少及其发电效率的增加，太阳能发电设备已普及扩展到在一般家庭中使用。此外，随着太阳能电池的小型化的进步，使得时下已经在出售配备有太阳能电池的移动电话。
太阳能电池所具有的性质与诸如干电池等的恒定电压源的性质是不相同的。即，太阳能电池具有作为取决于端子间的电压的电流源的特性。为此，连接至太阳能电池的负载的电压需要与该太阳能电池的最大功率点电压相一致，以从太阳能电池获得最大输出。在太阳能电池的电流/电压特性中，仅有功率为最大的一个最大功率点（MPP）。然而，由于太阳能电池的电流/电压特性随着环境（诸如照度或温度等）而变化，所以在太阳能电池连接装置工作时，需要执行用于获得MPP电压的控制。该装置工作时用以获得MPP的控制被称为最大功率点跟踪（MPPT）控制。
作为用于执行MPPT控制的方法，已提出了许多方法。然而，用于直流路径的方法大致上分成两种方法，即，切换多个太阳能电池的串联连接或并联连接的方法（例如，参见专利文献1）和控制切换型DC-DC转换器并获得MPP的方法（例如，参见专利文献2）。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2001-218365（图1）
专利文献2：JP 7-336910（图1）
发明内容
技术问题
根据切换多个太阳能电池的串联连接或并联连接以执行MPPT控制的方法，可以执行控制操作，使得电压接近MPP。然而，在该方法中，对于太阳能电池并联连接的情况，各太阳能电池需要使用相同MPP的限制。太阳能电池的串联连接或并联连接类型根据太阳能电池的数目来变化。例如，当存在两个太阳能电池时，该MPP是从全部串联和全部并联的两个MPP中选出的。当存在六个太阳能电池时，该MPP是从四个MPP中选出的。由于各点之间的电压差并不相同，所以会出现大量的端子之间的电压与该MPP不一致的电压区间。
根据控制DC-DC转换器并获得MPP的方法，可以控制输入至开关的控制信号，以使向蓄电池充入的电流最大化。然而，在DC-DC转换器或诸如电流测量电路的控制电路中会产生功耗。
鉴于上述情况而创作了本发明，并且本发明的一个目的在于执行控制操作，以保持诸如太阳能电池的发电元件的MPP并抑制功耗。
解决技术问题的技术方案
根据本发明的第一方面，为了实现上述目标，提供了一种蓄电控制装置，包括：多个发电元件，用于产生电动势；路径切换单元，用于执行路径切换，以使得多个发电元件被分成多个组，并为每个组形成路径；短路路径，其将多个组中的一部分组的输出提供给蓄电元件；电压转换单元，其对多个组中一部分组的输出之外的输出的电压水平进行转换；以及变压路径，其将电压转换单元的输出提供给蓄电元件。因此，通过将多个发电元件的连接路径分成经过电压转换单元的变压路径和不经过电压转换单元的短路路径，并将输出提供给同一蓄电元件，可执行控制操作来保持发电元件的最大功率点（MPP）。
在第一方面中，蓄电控制装置可以进一步包括路径切换控制单元，其控制路径切换单元中的路径切换；以及电压转换控制单元，其控制电压转换单元的电压转换的变压率，并且路径切换控制单元和电压转换控制单元可控制连接至蓄电元件的一侧的电压，使得从变压路径中的发电元件获得最大电力。因此，可执行控制操作来保持发电元件的MPP，并能抑制功耗。在该情况下，蓄电控制装置可进一步包括旁路切换单元，用于当在未执行电压转换的情况下，变压路径中的电压转换单元的输入电压与短路路径中连接至蓄电元件的一侧的电压的差处于预定范围内时，执行切换以对电压转换单元进行旁路。因此，能够抑制电压转换单元的功耗。
根据本发明的第二方面，提供了一种蓄电控制装置，包括：多个发电元件，其产生电动势；路径切换单元，其执行路径切换，以使得将多个发电元件分成多个组，并为每个组形成路径；短路路径，其将多个组中的一部分组的输出提供给第一蓄电元件；电压转换单元，其对多个组中一部分组的输出之外的输出的电压水平进行转换；以及变压路径，其将电压转换单元的输出提供给不同于第一蓄电元件的第二蓄电元件。因此，通过将多个发电元件的连接路径分成经过电压转换单元的变压路径和不经过电压转换单元的短路路径，并将输出提供给各蓄电元件，可执行控制操作来保持发电元件的MPP。
根据本发明的第三方面，提供了一种蓄电控制装置，包括：多个发电元件，其产生电动势；路径切换单元，其执行路径切换，以使得将多个发电元件分成多个组，并为每个组形成路径；连接切换单元，其将多个组分类成需要进行电压水平转换的组和不需要进行电压水平转换的组，并执行连接切换；短路路径，其将多个组中不需要进行电压水平转换的组的输出提供给蓄电元件；电压转换单元，其对多个组中需要进行电压水平转换的组的输出的电压水平进行转换；以及变压路径，其将电压转换单元的输出提供给蓄电元件。因此，在将多个发电元件的连接路径分成经过电压转换单元的变压路径和不经过电压转换单元的短路路径，可实现这些路径的任意组合，并向同一蓄电元件提供输出。即，路径切换单元和连接切换单元可进行切换，以使得多个发电元件全部串联连接至短路路径，以及进行切换，以使得多个发电元件全部串联连接至变压路径。路径切换单元和连接切换单元可进行切换，以使得所有变压路径都连接至电压转换单元之一。
根据本发明的第四方面，提供了一种蓄电控制装置中的蓄电控制方法，该蓄电控制装置包括：多个发电元件，其产生电动势；路径切换单元，其执行路径切换，以使得将多个发电元件分成多个组，并为每个组形成路径；短路路径，其将多个组中的一部分组的输出提供给蓄电元件；电压转换单元，其对多个组中一部分组的输出之外的输出的电压水平进行转换；以及变压路径，其将电压转换单元的输出提供给蓄电元件，该蓄电控制方法包括MPP电压获取过程，获取多个发电元件的MPP电压；组确定过程，将多个发电元件中，MPP电压的总和处于蓄电元件的适当充电电压的范围内的发电元件的集合确定为一部分组；以及连接过程，将属于一部分组的发电元件连接至短路路径，并将其他发电元件连接至电压转换单元。。因此，通过将多个发电元件的连接路径分成经过电压转换单元的变压路径和不经过电压转换单元的短路路径，并在蓄电元件的适当的充电电压的范围内进行充电，可执行控制操作来保持发电元件的MPP。
根据本发明的第五方面，提供了一种蓄电控制装置中的蓄电控制方法，该蓄电控制装置包括：多个发电元件，其产生电动势；路径切换单元，其执行路径切换，以使得将多个发电元件分成多个组，并为每个组形成路径；短路路径，其将多个组中的一部分组的输出提供给蓄电元件；电压转换单元，其对多个组中一部分组的输出之外的输出的电压水平进行转换；以及变压路径，其将电压转换单元的输出提供给蓄电元件，该蓄电控制方法包括蓄电开启过程，在通过将多个发电元件串联连接所产生的电压达到蓄电元件的工作电压时，开始蓄电元件的蓄电；并联切换过程，执行路径切换，以使得多个发电元件的并联度在照度高的环境下变大；串联切换过程，执行路径切换，以使得多个发电元件的串联数在照度低的环境下增大；以及蓄电停止过程，在通过将多个发电元件串联连接所产生的电压未达到蓄电元件的工作电压时，停止蓄电元件的蓄电。因此，通过将多个发电元件的连接路径分成经过电压转换单元的变压路径和不经过电压转换单元的短路路径，并根据照度来切换路径，可执行控制操作来保持发电元件的MPP。
本发明的有益效果
根据本发明，可以获得执行控制操作来保持诸如太阳能电池等的发电元件的最大功率点并抑制功耗的良好效果。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的蓄电控制装置的基本构造的示例的示图。
图2是根据本发明实施方式的蓄电控制装置与蓄电元件之间的连接示例的示图。
图3是连接根据本发明实施方式的蓄电控制装置和蓄电元件的电路的示例的示图。
图4是一般太阳能电池的等效电路的示图。
图5是一般太阳能电池的电流/电压特性的示图。
图6是根据本发明第一实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。
图7是根据本发明第一实施方式的蓄电控制装置的处理顺序的示例的示图。
图8是本发明的第一实施方式中路径切换控制（步骤S910）的处理顺序的示例的示图。
图9是本发明的第一实施方式中确定集合PDa的详细处理顺序的示例的示图。
图10是本发明的第一实施方式中电压转换控制（步骤S920）的处理顺序的示例的示图。
图11是根据本发明第二实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。
图12是本发明的第二实施方式中发电切换元件220的构成的第一示例的示图。
图13是本发明的第二实施方式中发电切换元件220的构成的第二示例的示图。
图14是本发明的第二实施方式中发电切换元件220的构成的第三示例的示图。
图15是根据本发明第三实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。
图16是本发明的第三实施方式中电压转换控制（步骤S920）的处理顺序的示例的示图。
图17是根据本发明第四实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。
图18是根据本发明第四实施方式的蓄电控制装置的状态转变的示例的示图。
图19是根据本发明第五实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。
图20是在本发明的第五实施方式中发电切换元件240的构成的示例的示图。
图21是在本发明的第五实施方式中路径切换控制的处理顺序的示例的示图。
图22是根据本发明第六实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。
图23是在本发明的第六实施方式中确定集合PDa的处理顺序的示例的示图。
图24是根据本发明第七实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。
图25是在本发明的第七实施方式中路径切换控制的处理顺序的示例的示图。
图26是根据本发明实施方式的蓄电控制装置与蓄电元件之间的连接的另一示例的示图。
具体实施方式
下文中，将对实现本发明的实施方式进行描述。将按照以下顺序给出描述。
1．工作原理
2．第一实施方式（路径切换控制和电压转换控制的示例）
3．第二实施方式（使用两输入和两输出的发电切换元件的示例）
4．第三实施方式（便于电压转换控制的示例）
5．第四实施方式（基于根据发电元件的输出电压的状态转变的控制的示例）
6．第五实施方式（使用四输入和四输出的发电切换元件的示例）
7．第六实施方式（使用多个短路路径的示例）
8．第七实施方式（使用多个变压路径（transformation path）的示例）
9．变形例
<1．工作原理>
图1是根据本发明实施方式的蓄电控制装置的基本构成的示例的示图。在该构成示例中，蓄电控制装置包括多个发电元件111、路径切换单元112、短路路径119、电压转换单元130和变压路径139。
发电元件111是输出电动势的元件。例如，通过利用太阳光产生电动势的太阳能电池或利用风力产生电动势的风力发电设备来实现发电元件111。路径切换元件112是对用于连接多个发电元件111中的任意发电元件111的路径进行切换的开关。通过改变路径切换单元112中的连接，可切换各发电元件111所连接至的路径。
电压转换单元130是对发电元件111输出的电压水平进行转换的DC-DC转换器。电压转换单元130和发电元件111通过路径切换单元112连接。
变压路径139是端子C与端子D之间的路径。电压转换单元130连接至变压路径139，发电元件111输出的电压水平被转换，并且转换后的电压提供给端子D。短路路径119是端子A与端子B之间的路径。电压转换单元130不连接至短路路径119，并且发电元件111的输出直接提供给端子B。可将电压转换单元130除外的元件（诸如电阻器或二极管等）插入短路路径119的输出侧。这在发电元件111的输出电压变小且电流从蓄电元件向发电元件一侧反向流动时特别有用。
图2是根据本发明实施方式的蓄电控制装置与蓄电元件之间的连接的示例的示图。在该示例中，短路路径119和变压路径139并联连接，并连接至同一蓄电元件190。即，端子B和D连接至蓄电元件190的正侧，以及端子A和C连接至蓄电元件190的负侧。因此，发电元件111在短路路径119上的输出提供给蓄电元件190，以及发电元件111在变压路径139上的输出在通过电压转换单元130将其电压水平转换后提供给蓄电元件190。
图3是连接根据本发明实施方式的蓄电控制装置和蓄电元件的电路的示例的示图。该电路示图通过利用路径切换单元112切换路径而将发电元件分成一组具有高照度的发电元件111a和一组具有低照度和中照度的发电元件111b，在图2的连接示例中，将前者连接至短路路径119，并且将后者连接至变压路径139。这样，路径切换单元112可切换路径，以使得多个发电元件111中的任意发电元件111连接至短路路径119或变压路径139。
图4是一般太阳能电池的等效电路的示图。该等效电路具有电流源11、二极管12和电阻器13并联连接以及电阻器14与它们串联连接的构成。电流源11提供光电流Iph。二极管12是理想二极管。电阻器13是分流电阻器Rsh。电阻器14是串联电阻器Rs。若太阳能电池的端子之间的电压V增大，则流向端子侧的电流I随着电压V的增加而减小，这是因为电流Iph从电流源11流向二极管12。
图5是一般太阳能电池的电流/电压特性的示图。若太阳能电池的端子之间的电压值确定，则输出电流值是唯一确定的。端子之间的电压在电流值为0时被称为开路电压（Voc），以及输出电流值在端子之间的电压值为0时被称为短路电流（Isc）。如上所述，在太阳能电池的电流/电压特性曲线中，存在功率（电流×电压）是最大的一个最大功率点（MPP）。MPP处的电流被称为MPP电流（Ipm），以及MPP处的电压被称为MPP电压（Vpm）。
为了从太能电池获得最大的输出，由于太阳能电池的特性，使得需要连接至太阳能电池的负载的电压与太阳能电池的MPP电压一致。由于太阳能电池的电流/电压特性根据诸如照度和温度等的环境而变化，所以当太阳能电池连接装置工作时需要执行用于获得MPP电压的控制。因此，在本发明的实施方式中，获取各发电元件111的MPP电压，切换路径以使得发电元件111连接至短路路径119或变压路径139，以及电压转换单元130根据输出电压来转换电压水平。
在本发明的实施方式中，首先，执行控制操作，以使得发电元件111连接至短路路径119，以及剩余发电元件111连接至变压路径139，以使指定的输出电压变为MPP电压。因此，诸如在与其充电电压改变的蓄电元件190连接的情况下，相对于指定的输出电压的变化，总能获得高效率的输出。
在本发明的实施方式中，如果关于变压路径139上的发电元件111，控制电压转换单元130的开关的切换间隔，则对于其输出取决于太阳能电池的端子之间的电压的发电元件111，可获得高效率的输出。
在本发明的实施方式中，可将太阳能电池的输出路径分为短路路径119和变压路径139，或者所有发电元件111可都连接至短路路径119而不经过电压转换单元130。通过该构成，可使电压转换单元130的功耗最小化。
在本发明的实施方式中，可执行控制操作，以使得具有不同输出电压或输出电流的发电元件111连接至不同的路径。因此，关于所有路径上的发电元件111，可获得最大的输出。例如，可连接被部分遮挡的多个太阳能电池或布置在面角度不同的位置处的多个太阳能电池，并能输出高效率的输出。
在本发明的实施方式中，例如，当发电元件111是太阳能电池时，太阳能电池的路径和电压转换单元130的布置可在照度高（输出较大）时和在照度低（输出较小）时分别进行切换。因此，不管照度的大小如何，都可以获得高效率的电力。
<2.第一实施方式>
[蓄电控制装置的构成的示例]
图6是根据本发明第一实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。蓄电控制装置包括发电切换单元110、路径切换控制单元120、N个电压转换单元130-1至130-N以及N个电压转换控制单元140-1至140-N，并控制对蓄电元件190的蓄电。
发电切换单元110包括K个发电元件111-1至111-K以及路径切换单元112。发电切换单元110切换发电元件111-1至111-K的连接路径，并输出来自发电元件111-1至111-K的电动势。发电元件111-1至111-K是输出电动势的元件，并可统称为如上所述的发电元件111。路径切换单元112是对用于连接K个发电元件111-1至111-K中的任意发电元件的路径进行切换的开关，如上所述。
路径切换控制单元120控制通过路径切换单元112进行的路径切换。下面将参照附图对利用路径切换控制单元120对路径切换进行的控制的具体内容进行描述。
电压转换单元130-1至130-N是将发电元件111-1至111-K中的一部分输出的电压水平转换的DC-DC转换器，并可统称为如上所述的电压转换单元130。电压转换控制单元140-1至140-N分别对应于电压转换单元130-1至130-N，并控制相应电压转换单元130中的电压转换的变压率（transformation rate）。电压转换控制单元140-1至140-N可统称为电压转换控制单元140。
蓄电元件190是将所提供的电力充入的元件。例如，蓄电元件190可以是诸如双电层电容器或其中充电电压变化的锂离子二次电池等的元件。
在该示例中，假设包括M条短路路径119-1至119-M和N条变压路径139-1至139-N的（M+N）条路径作为路径切换单元112的输出。电压转换单元130-1至130-N连接至变压路径139-1至139-N，发电元件111输出的电压水平被转换，并且转换后的电压提供给蓄电元件190。电压转换单元130不连接至短路路径119-1至119-N，并且发电元件111的输出直接提供给蓄电元件190。此时，路径切换控制单元120和电压转换控制单元140执行控制操作，以使得变压路径139-1至139-N中的电压与短路路径119-1至119-M中的电压彼此相等。如上所述，短路路径119-1至119-M可统称为短路路径119，以及变压路径139-1至139-N可统称为变压路径139。路径切换控制单元120和电压转换控制单元140控制连接至发电元件111的一侧的电压，以使得利用专利文献2所记载的方法或诸如电压调整法和爬山法等的方法从变压路径139上的发电元件111获得最大的电力。
[蓄电控制装置的操作的示例]
图7是根据本发明第一实施方式的蓄电控制装置的处理顺序的示例的示图。在该情况下，假设了计数器输出的计数，而且计数器输出的计数首先被初始化为“0”（步骤S901）。当计数器输出的计数逐一增加（步骤S904）时，以恒定的时间间隔来执行路径切换控制和电压转换控制。即，当计数器输出的计数的值是预定值T1的倍数（步骤S902）时，执行路径切换控制（步骤S910），以及当计数器输出的计数的值是预定值T2的倍数（步骤S903）时，执行电压转换控制（步骤S920）。
图8是在本发明的第一实施方式中路径切换控制（步骤S910）的处理顺序的示例的示图。
首先，获取各发电元件111的MPP电压（步骤S911）。作为获取MPP电压的方法，已知有诸如通过将发电元件的开路电压与恒定值相乘来获得与MPP电压接近的电压的电压调整法等方法。当使用电压调整法时，需要测量出所有发电元件111-1至111-K的开路电压。然而，当所有发电元件111-1至111-K的输出相同（即，所有发电元件的特性、电池数和环境均相同）时，若测量出任一发电元件的开路电压，则可通过将该开路电压乘以一个恒定值来计算出MPP电压。步骤S911是权利要求中所述的MPP电压获取过程的示例。
接下来，确定发电元件111-1至111-K中，MPP电压的总和最接近蓄电元件190的适当的充电电压的发电元件111的集合PDa（步骤S912）。可通过发电元件111的识别号的列表来实现该集合PDa。属于以上述方式确定的集合PDa中的发电元件111连接至短路路径119侧（步骤S913）。确定发电元件111-1至111-K中，属于集合PDa的发电元件111除外的发电元件111的集合PDb，并将属于集合PDb的发电元件111连接至变压路径139侧（步骤S914）。步骤S912是权利要求中所述的组确定过程的示例。步骤S913和S914是权利要求中所述的连接过程的示例。
图9是在本发明的第一实施方式中确定集合PDa的详细处理顺序的示例的示图。该过程相当于上述图8中的步骤S911和S912。作为一个示例，将描述K为4，即发电元件111的数目为4的情况。
在循环L994中，对各发电元件111-1至111-4执行以下过程。首先，获取发电元件111-1的MPP电压Vpm1（步骤S961）。添加发电元件111-1以作为集合PDa的元素（步骤S962）。此时，若属于集合PDa中的发电元件111的MPP电压的总和是预定基准值以上，则此过程结束，并且确定出集合PDa（步骤S961）。另一方面，若属于集合PDa的发电元件111的MPP电压的总和小于预定基准值，则获取下一个发电元件111-2的MPP电压Vpm2（步骤S961），并重复循环L994中的过程。步骤S961是权利要求中所述的MPP电压获取过程的示例。步骤S962是权利要求中所述的组确定过程的示例。
因此，当各发电元件111的MPP电压为1V且蓄电元件190的充电电压为3V时，三个发电元件111连接至短路路径119，以及一个发电元件111连接至变压路径139。
图10是在本发明的第一实施方式中电压转换控制（步骤S920）的处理顺序的示例的示图。已知有一种当具有小负载的蓄电元件连接至DC-DC转换器的输出侧时，通过控制占空比或DC-DC转换器的频率来控制DC-DC转换器的输入侧的发电元件的输出电压的方法。在该情况下，将描述基于占空比的转换器控制的示例。
在电压转换控制单元140中，通过定期地执行占空比控制来测量提供给蓄电元件190的输出电力P（t）（步骤S921）。作为紧接之前的占空比操作的结果，当输出电力增加（步骤S922：是）时，再次执行相同的占空比操作。即，当紧接之前控制时的占空比增加（步骤S923：是）时，增大占空比，从而输入侧的电压（步骤S926）减小。另一方面，当紧接之前控制时的占空比减小（步骤S923：否）时，减小占空比，从而输入侧的电压（步骤S925）增大。
另一方面，作为紧接之前的占空比操作的结果，当输出电力减小（步骤S922：否）时，再次执行不同的占空比操作。即，当紧接之前控制时的占空比增加（步骤S924：是）时，减小占空比，从而输入侧的电压（步骤S925）增大。另一方面，当紧接之前控制时的占空比减小（步骤S924：否）时，增大占空比，从而输入侧的电压（步骤S926）减小。
最终，保持当前输出电力P（t）作为用于下一过程（步骤S927）的紧接之前的输出电力P（t–1）。
如此，根据本发明的第一实施方式，发电元件111可连接至短路路径119，以使得指定的输出电压变为MPP电压，并可利用电压转换单元130对剩余发电元件111的输出电平进行转换。即，发电元件111可被连接为使得电压处于蓄电元件190的适当的充电电压的范围内。
<3．第二实施方式>
[蓄电控制装置的构成的示例]
图11是根据本发明第二实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。蓄电控制装置包括发电切换单元110、路径切换控制单元120、电压转换单元130、电压转换控制单元140、电压/电流测量单元150、旁路切换单元160和蓄电切换单元180，并控制对蓄电单元190的蓄电。在该构成示例中，假定设置有一条短路路径119和一条变压路径139。由于路径切换控制单元120、电压转换单元130和电压转换控制单元140具有与第一实施方式的那些相同的功能，所以这里将省略对其的描述。
在该示例中，发电切换单元110包括四个发电切换元件220-1至220-4。各发电切换元件220-1至220-4均包括发电元件111和路径切换单元112。以下将参照附图对各发电切换元件220-1至220-4的构成的示例进行描述。发电切换元件220-1至220-4可统称为发电切换元件220。
旁路切换单元160是根据路径切换控制单元120的控制是否将电压转换单元130旁路而进行切换的开关。当变压路径139中的电压转换单元130的输入电压与短路路径119中连接至蓄电元件190的一侧的电压的差处于预定范围内时，甚至都未进行电压转换，路径切换控制单元120已经执行控制操作而将电压转换单元130旁路。因此，路径切换控制单元120将利用电压转换单元130进行的电压转换停止。在该情况下，预定范围指的是电压转换单元130中与距MPP的间隔对应的功耗小于或等于电压转换单元未被旁路时电压转换单元130的功耗所处的电压差范围。例如，可假定连接至蓄电元件190的一侧的电压上下10%至20%的范围。当发电元件111的所有输出均相同且短路路径119上的发电元件的数目等于变压路径139上的发电元件的数目时，可以确定变压路径139中的电压与短路路径119中的电压彼此相等，且电压转换单元130可被旁路。因此，能够抑制电压转换单元130中的功耗。
电压/电流测量单元150测量从短路路径119和变压路径139输出的电压或电流。
蓄电切换单元180是根据路径切换控制单元120的控制是否将来自短路路径119和变压路径139的输出提供给蓄电元件190而进行切换的开关。当利用电压/电流测量单元150测量发电元件的开路电压时，路径切换控制单元120关闭蓄电切换单元180并开启一电路。
图12是在本发明的第二实施方式中发电切换元件220的构成的第一示例的示图。在第一构成示例中，发电切换元件220包括一个发电元件111和四个路径切换单元112-1至112-4。
路径切换单元112-1和112-2是将发电元件111的负侧的端子连接至发电切换元件220的两个负侧路径中的哪一个而进行切换的开关。路径切换单元112-3和112-4是将发电元件111的正侧的端子连接至发电切换元件220的两个正侧路径的哪一个而进行切换的开关。因此，发电元件111可连接至发电切换元件220的两个负侧路径和两个正侧路径的任意组合。由路径切换控制单元120来执行路径切换单元112-1至112-4的切换控制。
图13是在本发明的第二实施方式中发电切换元件220的构成的第二示例的示图。在第二构成示例中，发电切换元件220包括两个发电元件111-1和111-2以及四个路径切换单元112-5至112-8。在第二构成示例中，发电切换元件220包括两个负侧路径和两个正侧路径，与第一构成示例类似。然而，第二构成示例与第一构成示例的不同之处在于，内置有两个发电元件111-1和111-2。即，与第一构成示例相比，路径切换单元112相对于发电元件111的比例减小。
在第二构成示例中，串联连接的发电元件111-1和111-2可连接至发电切换元件220的两个负侧路径和两个正侧路径的任意组合。发电元件111-1和111-2可以并联连接，且可连接至负侧路径和正侧路径的各种组合。与第一构成示例类似，由路径切换控制单元120执行路径切换单元112-5至112-8的切换控制。
图14是在本发明的第二实施方式中发电切换元件220的构成的第三示例的示图。在第三构成示例中，发电切换元件220包括四个发电元件111-3至111-6以及五个路径切换单元112-9至112-13。在第三构成示例中，发电切换元件220包括两个负侧路径和两个正侧路径，与第一构成示例类似。然而，第三构成示例与第一构成示例的不同之处在于，内置有四个发电元件111-3至111-6。即，与第二构成示例相比，路径切换单元112相对于发电元件111的比例进一步减小。然而，如下，路径设定的自由度变低。
在第三构成示例中，发电元件111-3至111-6中的至少一个可连接至第一路径（短路路径119侧），以及发电元件111-3至111-6的各种组合可以串联连接。此外，发电元件111-4至111-6中的至少一个可连接至第二路径（变压路径139侧），以及发电元件111-4至111-6的各种组合可以串联连接。
如此，根据本发明的第二实施方式，可将发电元件111分成发电切换元件220，并可灵活执行路径切换。可旁路变压路径139中的电压转换单元130，并能抑制电压转换单元130中的功耗。
<4．第三实施方式>
[蓄电控制装置的构成的示例]
图15是根据本发明第三实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。除了将旁路切换单元160的输出通过信号线169输入至电压/电流测量单元150之外，该构成示例具有与第二实施方式相同的构成。根据第三实施方式的构成示例，设置有信号线169，并可利用电压/电流测量单元150测量电压转换单元130的输入侧的电压。因此，电压转换控制可与路径切换控制同步执行。即，由于发电元件111的MPP电压在路径切换控制时获得，所以可使用如下的相应信息来简化电压转换控制。
[蓄电控制装置的操作的示例]
图16是在本发明的第三实施方式中电压转换控制（步骤S920）的处理顺序的示例的示图。
首先，测量电压转换单元130的输入侧的电压Vc（步骤S931）。随后，比较电压Vc是否高于“发电元件的MPP电压Vpm”与“变压路径139上的发电元件111的数目Nc”的乘积（步骤S932）。当Vc是（Vpm×Nc）以下（步骤S932：是）时，执行控制操作，以使得通过减小电压转换单元130的占空比来使发电元件111的输出电压增大（步骤S933）。另一方面，当Vc高于（Vpm×Nc）（步骤S932：否）时，执行控制操作，以使得通过增大电压转换单元130的占空比来使发电元件111的输出电压减小（步骤S934）。
如此，根据本发明的第三实施方式，发电元件111的MPP电压可在路径切换控制时通过利用电压/电流测量单元150测量电压转换单元130的输入侧的电压来获得，从而可简化电压转换控制。
<5．第四实施方式>
[蓄电控制装置的构成的示例]
图17是根据本发明第四实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。第四实施方式的构成示例与第二实施方式的构成示例的不同之处在于，设置有两条短路路径，并且设置连接切换单元170来取代旁路切换单元160。由于其他构成与第二实施方式的构成示例相同，所以这里将省略对其的描述。
连接切换单元170是将来自发电切换单元110的两条路径分别切换到短路路径119-1和电压转换单元130中的一个以及短路路径119-2和电压转换单元130中的一个的开关。即，连接切换单元170将多组发电元件分类成需要电压水平转换的组和不需要电压水平转换的组，并切换连接。因此，路径切换控制单元120能根据如下状态转变来控制连接至各路径的发电元件111的数目。此外，它允许将整个组变为一组。即使有多个变压路径139，但也允许将所有变压路径139连接至一个电压转换单元130。
例如，当发电元件111是太阳能电池时，发电元件111通常具有MPP电压在照度高的环境下增大且在照度低的环境下减小的特性。为此，在照度高的环境下，增加发电元件111的并联度，并向蓄电元件190提供大电流。在照度低的环境下，增加串联的发电元件111的数目，并保证蓄电元件190的充电电压。当照度变低时，全部发电元件111串联连接，且电压转换单元130连接至最后一级。当所有发电元件111的电压未达到电压转换单元130的工作电压时，电路进入停止状态。当发电元件的电压达到恒定值以上时，电路进入工作状态。
[蓄电控制装置的状态转变的示例]
图18是根据本发明第四实施方式的蓄电控制装置的状态转变的示例的示图。在该情况下，假设有状态91至96六个状态。首先，蓄电控制装置的电路开始的初始状态为状态91。若在状态变为状态91之后经过了恒定时间，则状态变为状态92。
在状态92中，所有发电元件111均连接至变压路径139。在状态92中，若发电元件111的输出电压减小，则状态变为状态93并停止蓄电控制装置的电路。在状态93中，若发电元件111的输出电压增加，则状态变为状态91并重启蓄电控制装置的电路。
在状态92中，若发电元件111的输出电压增加，则状态变为状态94。在状态94中，所有发电元件111均连接至短路路径119。在状态94中，若发电元件111的输出电压增加，则状态变为状态95。若发电元件111的输出电压减小，则状态变为状态92。
在状态95中，三个发电元件111连接至短路路径119以及一个发电元件111连接至变压路径139。在状态95中，若发电元件111的输出电压增加，则状态变为状态96。若发电元件111的输出电压减小，则状态变为状态94。
在状态96中，两个发电元件111连接至短路路径119且两个发电元件111连接至变压路径139。在状态96中，若发电元件111的输出电压减小，则状态变为状态95。
在第四实施方式中，电压调整法定期地用于各发电元件111，测量MPP电压并根据状态转变来执行控制。因此，在发电元件111的输出电压大幅改变的环境中，可执行适当的控制。
<6.第五实施方式>
[蓄电控制装置的构成的示例]
图19是根据本发明第五实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。根据第五实施方式的蓄电控制装置与根据第二实施方式的蓄电控制装置的不同之处在于，发电切换单元110的路径增加到四条，且设置有三条短路路径119-1至119-3。由于其他构成与第二实施方式的相同，所以这里将省略对其的描述。
根据第五实施方式的发电切换单元110包括四个发电切换元件240-1至240-4，均具有四条负侧路径和四条正侧路径。下面将参照附图对各个发电切换元件240-1至240-4的构成示例进行描述。发电切换元件240-1至240-4可统称为发电切换元件240。
在第五实施方式中，由于路径的数目为4，所以发电元件111可被连接成最大四个并联连接。当发电元件111的MPP电压为1V时，该MPP电压可被设为1V（四个并联连接）、2V（两个并联连接）和4V（四个串联连接）的任一个，而不经过电压转换单元130。与其他实施方式一样，当路径的数目为2时，不经过电压转换单元130可获得的MPP电压变为2V（两个并联连接）或4V（四个串联连接）。为此，若短路路径119的数目增加，则与短路路径119的数目减小的情况相比，可最小化电压转换单元130的功耗。
图20是在本发明的第五实施方式中发电切换元件240的构成的示例的示图。在该构成示例中，发电切换元件240包括一个发电元件111和八个路径切换单元112-14至112-21。
路径切换单元112-14至112-17中的每一个均是是否将发电元件111的负侧的端子连接至四个负侧路径中的相应一个而进行切换的开关。路径切换单元112-18至112-21中的每一个均是是否将发电元件111的正侧的端子连接至四个正侧路径中的相应一个而进行切换的开关。因此，发电元件111可连接至发电切换元件240的四个负侧路径和四个正侧路径的任意组合。由路径切换控制单元120执行路径切换单元112-14至112-21的切换控制。
[蓄电控制装置的操作的示例]
图21是在本发明的第五实施方式中路径切换控制的处理顺序的示例的示图。
首先，获取各发电元件111的MPP电压（步骤S951）。对于三条短路路径119-1至119-3中的每一个，用变量i（=1、2、3）作为指标重复下面的步骤S952至S954的过程（循环L993）。步骤S951是权利要求中所述的最大工作点电压获取过程的示例。
即，确定未连接至所有路径的发电元件111中，MPP电压的总和最接近充电电压的发电元件111的集合PDi（步骤S952）。属于集合PDi的发电元件111连接至短路路径119-i（步骤S953）。此时，若所有发电元件111连接至任一短路路径119（步骤S954），则一个示例的过程结束。步骤S952是权利要求中所述的组确定过程的示例。
另一方面，在关于短路路径119-1至119-3的处理之后，还有未连接至任何短路路径119的发电元件111时，发电元件111的集合PDb连接至变压路径139侧（步骤S955）。
如此，根据本发明的第五实施方式，与短路路径119的数目很少的情况相比，通过增加短路路径119的数目，可最小化电压转换单元130的功耗。
<7.第六实施方式>
[蓄电控制装置的构成的示例]
图22是根据本发明第六实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。在具有作为电流源的特性的诸如太阳能电池的发电元件中，若具有小输出的发电元件和具有大输出的发电元件串联连接，则不能获得比具有小输出的发电元件的电流大的电流。因此，在第六实施方式中，设置有多条短路路径119，以将具有大输出的发电元件和具有小输出的发电元件分别连接至不同的路径。
在第六实施方式中，由于需要测量发电切换单元110中的所有发电元件111的输出电压，所以设置有电压/电流测量单元155。由于其他构成与第四实施方式的相同，所以这里将省略对其的描述。
[蓄电控制装置的操作的示例]
图23是在本发明的第六实施方式中确定集合PDa的处理顺序的示例的示图。路径切换控制的整个处理顺序与参照图8描述的第一实施方式的那些相同，并且用于确定集合PDa的过程相当于图8中的步骤S911和S912。然而，从具有大输出电流的发电元件111中选择连接至短路路径119的发电元件111的集合，以及从具有小输出电流的发电元件111中选择连接至变压路径139的发电元件111的集合。因此，减小了具有小输出的发电元件111的整体功耗。作为一个示例，将描述K为4，即发电元件111的数目为4的情况。
首先，在循环L991中，对于发电元件111-1至111-4中的每一个执行以下过程。在该情况下，假定MPP电压和MPP电流彼此成比例，并将MPP电压高于预定基准值V1的发电元件优先添加至集合PDa。首先，获取发电元件111-1的MPP电压Vpm1（步骤S941）。若MPP电压Vpm1小于预定基准电压V1（步骤S942），则该过程进行到有关下一个发电元件111-2的过程。若MPP电压Vpm1为预定基准电压V1以上（步骤S942），则添加该发电元件111-1作为集合PDa的一个元素（步骤S943）。此时，若属于集合PDa的发电元件111的MPP电压的总和为预定基准值V2以上，则该过程结束且确定出集合PDa（步骤S944）。另一方面，若属于集合PDa的发电元件111的MPP电压的总和小于预定基准值V2，则获取下一个发电元件111-2的MPP电压Vpm2（步骤S941），并重复循环L991的过程。步骤S941是权利要求中所述的MPP电压获取过程的示例。步骤S943是权利要求中所述的组确定过程的示例。
接下来，在循环L992中，对于发电元件111-1至111-4中的每一个执行以下处理。在该情况下，当集合PDa的MPP电压的总和未达到预定基准值V2时，将MPP点电压小于预定基准值V1的发电元件添加至集合PDa。首先，获取发电元件111-1的MPP电压Vpm1（步骤S945）。若该MPP电压Vpm1为预定基准电压V1以上（步骤S946），则该过程进行到关于下一个发电元件111-2的过程。若MPP电压Vpm1小于预定基准电压V1（步骤S946），则添加该发电元件111-1作为集合PDa的一个元素（步骤S947）。此时，若属于集合PDa的发电元件111的MPP电压的总和为预定基准值V2以上，则该过程结束且确定出集合PDa（步骤S948）。另一方面，若属于集合PDa的发电元件111的MPP电压的总和小于预定基准值V2，则获取下一个发电元件111-2的MPP电压Vpm2（步骤S945），并重复循环L992中的过程。步骤S945是权利要求中所述的MPP电压获取过程的示例。步骤S947是权利要求中所述的组确定过程的示例。
如此，根据本发明的第六实施方式，可通过单独地测量发电元件111的输出电压以及利用多条短路路径119，来减小具有小输出的发电元件111的整体功耗。第六实施方式在由于遮挡的影响使得某些发电元件111的输出变弱时尤为有效。
<8.第七实施方式>
[蓄电控制装置的构成的示例]
图24是根据本发明第七实施方式的蓄电控制装置的构成的示例的示图。
在上述第六实施方式中，具有不同照度的太阳能电池可连接至一条变压路径139。例如，假定了蓄电元件190的充电电压为4V，三个发电元件111-1至111-3中的每一个的输出电压为2V（高输出电流），以及一个发电元件111-4的输出电压为1V（低输出电流）的情况。在该情况下，需要将具有2V输出电压的发电元件111-3和具有1V输出电压的发电元件111-4连接至变压路径139，以使输入至电压转换单元130的电流减小。因此，在第七实施方式中，与第六实施方式不同，设置有多条变压路径139。从而，具有不同输出电流的发电元件111可连接至不同的变压路径139，并能从任一路径高效地获得输出电力。例如，发电元件111-3连接至变压路径139-1，以及发电元件111-4连接至变压路径139-4。
根据上述构成，设置有多个电压转换单元130、多个电压转换控制单元140和多个电压/电流测量单元150，以及旁路切换单元161中的开关被分成多条路径。发电切换单元110中的四个发电切换元件230-1至230-4的每一个具有三条负侧路径和三条正侧路径。发电切换元件230-1至230-4可统称为发电切换元件230。由于其他构成与第六实施方式的相同，所以这里将省略对其的描述。
[蓄电控制装置的操作的示例]
图25是在本发明的第七实施方式中路径切换控制的处理顺序的示例的示图。
首先，确定具有连接至短路路径的发电元件111作为元素的集合PDa（步骤S971）。可通过与参照图23所述的第六实施方式的处理顺序相同的处理顺序来确定集合PDa。属于以上述方式确定的集合PDa的发电元件111连接至短路路径119侧（步骤S972）。
接下来，将所有发电元件111中集合PDa除外的集合PDb分成最大数目等于变压路径139的数目的n个子集合PDb1至PDbn（步骤S973）。此时，将属于集合PDb的发电元件111的MPP电压、MPP电流、开路电压和短路电流与（n-1）个基准值相比较，以及将发电元件111分成子集合。此外，也可使用诸如K平均等的分类法。属于所划分的子集合PDb1至PDbn中的发电元件111分别连接至n个变压路径139（步骤S974）。
如此，根据本发明的第七实施方式，通过单独地测量发电元件111的输出电压以及利用多条变压路径139，可从任一路径高效地获得输出电力。第七实施方式在由于遮挡的影响使某些发电元件111的输出变弱时尤为有效。
<9.变形例>
在上述实施方式中，从短路路径119和变压路径139向同一蓄电元件190提供输出。然而，本发明不限于此。例如，如图26所示，蓄电元件191和192可分别连接至短路路径119和变压路径139。从而，可调节电压，以使之处于各个蓄电元件191和192的适当的充电电压的范围内。蓄电元件191是权利要求中所述的第一蓄电元件的示例，以及蓄电元件192是权利要求中所述的第二蓄电元件的示例。
本发明的实施方式是用于实现本发明的实施例。如在本发明的实施方式中明确阐述的那样，本发明的实施方式中的项目与权利要求中的本发明说明书的项目具有对应关系。类似地，权利要求中的本发明说明书的项目与本发明的实施方式中赋予有与本发明说明书的项目相同名称的项目具有对应关系。然而，本发明不限于这些实施方式，并且可在不与本发明的范围相悖的范围内进行各种修改。
在本发明的实施方式中已描述的这些处理顺序可被理解为具有一连串顺序的方法或用于驱动计算机来执行这一连串序列的程序，以及存储该程序的记录介质。作为记录介质，可使用光盘（CD）、袖珍光盘（MD）、数字多功能光盘（DVD）、存储卡和蓝光光盘（注册商标）。
附图标号列表
11电流源
12二极管
13、14电阻器
110发电切换单元
111发电元件
112路径切换单元
119短路路径
120路径切换控制单元
130电压转换单元
139变压路径
140电压转换控制单元
150、155电压/电流测量单元
160、161旁路切换单元
170连接切换单元
180蓄电切换单元
190、191、192蓄电元件
220、230、240发电切换元件

Claims (11)

1.一种蓄电控制装置，包括：
多个发电元件，用于产生电动势；
路径切换单元，用于执行路径切换，以使得将所述多个发电元件分成多个组，并为各个组形成路径；
短路路径，用于将所述多个组中的一部分组的输出提供给蓄电元件；
电压转换单元，用于对所述多个组中所述一部分组的输出之外的输出的电压水平进行转换；以及
变压路径，用于将所述电压转换单元的输出提供给所述蓄电元件。
2.根据权利要求1所述的蓄电控制装置，还包括：
路径切换控制单元，用于控制所述路径切换单元中的所述路径切换；以及
电压转换控制单元，用于控制所述电压转换单元中电压转换的变压率，
其中，所述路径切换控制单元和所述电压转换控制单元控制连接至所述蓄电元件的一侧的电压，使得从所述变压路径中的所述发电元件获得最大电力。
3.根据权利要求1所述的蓄电控制装置，还包括：
旁路切换单元，用于当在未执行所述电压转换的情况下，所述变压路径中的所述电压转换单元的输入电压与所述短路路径中连接至所述蓄电元件的一侧的电压的差处于预定范围内时，执行切换以对所述电压转换单元进行旁路。
4.一种蓄电控制装置，包括：
多个发电元件，用于产生电动势；
路径切换单元，用于执行路径切换，以使得将所述多个发电元件分成多个组，并为各个组形成路径；
短路路径，用于将所述多个组中的一部分组的输出提供给第一蓄电元件；
电压转换单元，用于对所述多个组中所述一部分组的输出之外的输出的电压水平进行转换；以及
变压路径，用于将所述电压转换单元的输出提供给不同于所述第一蓄电元件的第二蓄电元件。
5.一种蓄电控制装置，包括：
多个发电元件，用于产生电动势；
路径切换单元，用于执行路径切换，以使得将所述多个发电元件分成多个组，并为各个组形成路径；
连接切换单元，用于将所述多个组分类成需要进行电压水平转换的组和不需要进行电压水平转换的组，并执行连接切换；
短路路径，用于将所述多个组中不需要进行电压水平转换的组的输出提供给蓄电元件；
电压转换单元，用于对所述多个组中需要进行电压水平转换的组的输出的电压水平进行转换；以及
变压路径，用于将所述电压转换单元的输出提供给所述蓄电元件。
6.根据权利要求5所述的蓄电控制装置，
其中，所述路径切换单元和所述连接切换单元执行切换，以使得所有所述变压路径都连接至所述电压转换单元之一。
7.根据权利要求5所述的蓄电控制装置，
其中，所述路径切换单元和所述连接切换单元执行切换，以使得所述多个发电元件全部串联连接至所述短路路径。
8.根据权利要求5所述的蓄电控制装置，
其中，所述路径切换单元和所述连接切换单元执行切换，以使得所述多个发电元件全部串联连接至所述变压路径。
9.一种蓄电控制装置中的蓄电控制方法，所述蓄电控制装置包括多个发电元件，用于产生电动势；路径切换单元，用于执行路径切换，以使得将所述多个发电元件分成多个组，并为各个组形成路径；短路路径，用于将所述多个组中的一部分组的输出提供给蓄电元件；电压转换单元，用于对所述多个组中所述一部分组的输出之外的输出的电压水平进行转换；以及变压路径，用于将所述电压转换单元的输出提供给所述蓄电元件，所述蓄电控制方法包括：
最大功率点电压获取过程，获取所述多个发电元件的最大功率点电压；
组确定过程，将所述多个发电元件中，所述最大功率点电压的总和处于所述蓄电元件的适当充电电压的范围内的发电元件的集合确定为所述一部分组；以及
连接过程，将属于所述一部分组的所述发电元件连接至所述短路路径，并将其他发电元件连接至所述电压转换单元。
10.一种蓄电控制装置中的蓄电控制方法，所述蓄电控制装置包括多个发电元件，用于产生电动势；路径切换单元，用于执行路径切换，以使得将所述多个发电元件分成多个组，并为各个组形成路径；短路路径，用于将所述多个组中的一部分组的输出提供给蓄电元件；电压转换单元，用于对所述多个组中所述一部分组的输出之外的输出的电压水平进行转换；以及变压路径，用于将所述电压转换单元的输出提供给所述蓄电元件，所述蓄电控制方法包括：
并联切换过程，执行所述路径切换，以使得所述多个发电元件的并联度在照度高的环境下变大；以及
串联切换过程，执行所述路径切换，以使得所述多个发电元件的串联数在照度低的环境下增大。
11.根据权利要求10所述的蓄电控制方法，还包括：
蓄电开始过程，在通过将所述多个发电元件串联连接所产生的电压达到所述蓄电元件的工作电压时，开始所述蓄电元件的蓄电；
以及
蓄电停止过程，在通过将所述多个发电元件串联连接所产生的电压未达到所述蓄电元件的工作电压时，停止所述蓄电元件的蓄电。
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