JP2006014526A - 電源装置の制御方法及び電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定電圧負荷に定電圧の電力を安定に供給しながら、入力源が発生する電力を効率よく取り出して、蓄電池を有効に充電する方法及び電源装置を提供すること。

【解決手段】 出力電力の変動が大きな入力源を用いて蓄電池を充電すると共に、前記入力電源からの電流が垂下開始電流値Ｉｓを超えるときに、前記入力源の出力電圧が垂下を開始する定電圧特性曲線を有する電力を負荷に供給する電源装置の制御方法において、前記入力源の出力電圧の変動に応じて、前記垂下開始電流値Ｉｓの設定を変更することによって、定電圧を維持しながら蓄電池に流れる充電電流を増大させる。

【選択図】 図２

Description

本発明は、太陽電池のような出力電圧が大幅に変動する入力源で蓄電池を充電すると共に、負荷に定電圧の電力を供給する電源装置の制御に関する。

太陽電池や風力発電装置などの入力源はクリーンエネルギーとして注目され、いろいろな分野で用いられるようになって来ているが、これらの最大の欠点は太陽光あるいは風の強さによって出力変動が大幅に変わるといういうことである。この欠点を補うために、蓄電池を併用し、入力源の出力電圧が高いときには蓄電池を充電しながら、負荷に電力を供給している。そして、入力源の出力電圧が設定下限値よりも降下すると、蓄電池から負荷に電力を供給して、負荷への電力供給を継続している。

太陽電池を入力源として用いている場合には、特に電力変換装置を介して最大電力を効率よく取り出すことが必要である。その一例として、山登り法といわれている最大電力点追尾制御が提案されている。この制御方法は、一定の日射量の下において太陽電池が、図６に示すような電圧―電力特性を有している場合、先ず、太陽電池の出力電圧の基準動作電圧を開放電圧Ｖ１から所定のサンプリング周期で一定の変化幅ΔＶで減少させて行く。この間、電力は図６において矢印ａ方向に増加して行く。このとき、電力は最大電力点Ｐを越え、矢印ｂの方向に減少して行く。この電力の減少を検出し、今度は基準動作電圧を変化幅ΔＶＳで増加させる。これによって、電力は図中、矢印ｃ方向に増大し、やがて電力は最大電力点Ｐを越え、矢印ｄの方向に減少し始める。この電力の減少を検出し、再び基準動作電圧を変化幅ΔＶＳで減少させる方向へ変化させる。以上の動作を繰り返して行くことによって、基準動作電圧を最大電力点Ｐ近傍で往復させ、太陽電池の最大電力点に常に追従させている（例えば、特許文献１参照）。

また、別の最大電力点追尾制御として、電力変換装置に与える電流指令値を増加させて行き、その際の太陽電池からの出力電力が増加方向であれば、前記電流指令値を変化させる方向をそのまま維持し、逆に前記出力電力が減少方向であれば、その時点での動作点電圧に一定電圧を加えたところで制御するように、電流指令値を変更し、そこから再度前記電流指令値を増加させる制御方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭５７−２０６９２９号公報 特開２００１−６０１２０号

最大電力点追尾制御を行って効率よく最大の電力を取り出すだけならば、特許文献１、２の方法はそれなりに有効である。しかしながら、太陽電池が発生する余剰電力を蓄電池に充電しながら、同時に通信設備のような定電圧負荷に定電圧の電力を供給する場合には、特許文献１、２で提案されている発明では、負荷に定電圧の電力を供給しながら、効率よく蓄電池を充電することができないという問題がある。

したがって、一般に、太陽電池を入力源とする場合には、入力電圧の変動があっても良いような負荷に太陽電池から直接給電、あるいは昼間、太陽電池の発生する電力を蓄電池に蓄えておき、夜間などに街灯を点灯させるなどの使用方法がほとんどである。

本発明は、定電圧負荷に定電圧の電力を供給しながら、太陽電池が発生する電力を効率よく取り出して、蓄電池を有効に充電する方法及び電源装置を提供することを主目的としている。

上記問題点を解決するため、本願請求項１の発明は、出力電力の変動が大きな入力源を用いて蓄電池を充電すると共に、前記入力電源からの電流が電圧垂下を開始する垂下開始電流値Ｉｓを超えるときに、前記入力源の出力電圧が垂下を開始する定電圧特性曲線を有する電圧を負荷に供給する電源装置の制御方法において、前記入力源の出力電圧の変動に応じて、前記垂下開始電流値Ｉｓの設定を変えることを特徴とする電源装置の制御方法を提供するものである。

請求項１の発明によれば、入力源の出力電圧の大きさに適した電力を取り出して、効率的に蓄電池を充電することができる。

また、本願請求項２の発明は、請求項１において、前記入力源の出力電圧が、第１の設定時間ｔ１、第１の設定電圧Ｖ１よりも大きく、第２の設定電圧Ｖ２よりも小さい第３の設定電圧Ｖ３を越えているときに、そのときの垂下開始電流値Ｉｓを設定値ΔＩｓだけ大きくすることを特徴とする電源装置の制御方法を提供するものである。

請求項２の発明によれば、入力源の出力電圧が安定して高いときに、電力変換回路からより大きな電力を取り出して、蓄電池を大きな充電電流で充電することができる。

また、本願請求項３の発明は、請求項１において、前記入力源の出力電圧が、第３の設定電圧Ｖ３と該第３の設定電圧Ｖ３よりも小さい第１の設定電圧Ｖ１との範囲にあるとき、演算時の前記入力源の出力電圧をＶａ、前記第１の設定時間ｔ１よりも短い第２の設定時間ｔ２だけ前の前記入力源の出力電圧をＶｂとし、（Ｖａ−Ｖｂ）≦ΔＶ（ΔＶは設定値である）のときに、前記演算時の垂下開始電流値Ｉｓを第１の設定割合Ｘで減少させること特徴とする電源装置の制御方法を提供するものである。

請求項３の発明によれば、入力源の出力電圧が定格電圧近辺で増加傾向に有るか、又は減少傾向にあるかを判断して、電力変換回路から取り出す電力を制御し、早期に入力源の出力電圧を回復させることができる。

また、本願請求項４の発明は、請求項１において、前記入力源の出力電圧が、前記第１の設定電圧Ｖ１よりも低下したときには、そのときの垂下開始電流値Ｉｓを予め決めた割合Ｙで低下させることを特徴とする電源装置の制御方法を提供するものである。

請求項４の発明によれば、入力源の出力電圧が定格電圧よりも減少したときに、早期に入力源の出力電圧を回復させることができる。

また、本願請求項５の発明は、請求項４において、前記入力電源からの電流が設定値よりも小さなときの前記割合Ｙ１は、該電流が該設定値よりも大きいときの前記割合Ｙ２に比べて、小さいことを特徴とする電源装置の制御方法を提供するものである。

請求項５の発明によれば、入力源の出力電圧が定格電圧よりも減少した場合、電流の大小によらず、安定早期に入力源の出力電圧を回復させることができる。

また、本願請求項６の発明は、請求項４において、前記入力電源の出力電圧が増大傾向にあるとき、前記第２の設定時間ｔ２よりも短い第３の設定時間ｔ３ごとに予め決めた一定の割合Ｚで前記垂下開始電流値Ｉｓを大きくすることを特徴とする電源装置の制御方法を提供するものである。

請求項６の発明によれば、入力源の出力電圧が定格電圧よりも減少した場合、安定かつ早期に入力源の出力電圧を高めることが可能である。

また本願請求項７の発明は、請求項６において、前記垂下開始電流値Ｉｓを設定割合まで増大させた後には、その増大させた時点での垂下開始電流値を前記第１の設定時間ｔ１よりも長い第４の設定時間ｔ４だけ保持することを特徴とする電源装置の制御方法を提供するものである。

請求項７の発明によれば、入力源の出力電圧が一旦、定格電圧よりも低下した状態から上昇させて、ハンチングを起さずに、入力源の出力電力を安定して取り出すことができる。

本また、願請求項８の発明は、請求項７において、前記第４の設定時間ｔ４が経過し、未だ前記入力電源の出力電圧が増大傾向にあるときには、前記垂下開始電流値を、前記入力源の出力電圧が前記第３の設定電圧Ｖ３よりも低下したときの前記垂下開始電流値に戻すことを特徴とする電源装置の制御方法を提供するものである。

請求項８の発明によれば、入力源の出力電圧が一旦、定格電圧よりも低下した場合に、早期に入力源の出力電圧を定格電圧よりも大きな電圧に戻すことができる。

また、上記問題点を解決するため、本願請求項９の発明は出力電力の変動が大きな入力源を用いて蓄電池を充電すると共に、前記入力電源からの電流が垂下開始電流値Ｉｓを超えるときに、前記入力源の出力電圧が垂下を開始する定電圧特性曲線を有する電圧を負荷に供給する電源装置において、前記入力電源の出力電圧が前記蓄電池の電圧を超えるとき、低抵抗状態でオンして前記入力電源の出力電力を前記蓄電池に供給し、前記蓄電池の電圧が第１の設定電圧Ｖ１を超えるときオフする電力直送回路と、前記入力電源の出力電圧が、前記第１の設定電圧Ｖ１以上の前記第３２の設定電圧Ｖ３に上昇するときにオンして、前記入力電源からの電圧を昇圧する昇圧コンバータと、該昇圧コンバータからの昇圧電圧が前記第３の設定電圧Ｖ３よりも大きな第２の設定電圧Ｖ２を越えるときに動作して、前記定電圧特性曲線を有する電圧を前記負荷に供給する降圧コンバータと、前記電力直送回路をオン、オフ駆動すると共に、前記昇圧コンバータと前記降圧コンバータの動作を制御する制御回路とを備えることを特徴とする電源装置を提供するものである。

請求項９の発明によれば、入力源の出力電圧が幅広い範囲で変動しても、定電圧を負荷に供給できる電源を提供することが可能である。

また、本願請求項１０の発明は、請求項９において、前記制御回路は、前記入力源の出力電圧の電圧検出値に応じて、前記降圧コンバータにおける前記垂下開始電流値Ｉｓの電流基準値を変化させる手段を有することを特徴とする電源装置を提供するものである。

請求項１０の発明によれば、入力源の出力電圧の大きさに適した電力を取り出して、効率的に蓄電池を充電する電源を提供できる。

また、本願請求項１１の発明は、請求項９において、前記制御回路は、前記入力源の出力電圧が、第１の設定時間ｔ１、前記第３の設定電圧Ｖ３を越えているとき、前記降圧コンバータにおける前記垂下開始電流値Ｉｓの前記電流基準値を第１の設定時間ｔ１ごとに設定値ΔＩｓだけ大きくする手段を有することを特徴とする電源装置を提供するものである。

請求項１１の発明によれば、入力源の出力電圧が安定して高いときに、電力変換回路からより大きな電力を取り出して、蓄電池を大きな充電電流で充電することができる電源を提供する。

また、本願請求項１２の発明は、請求項９において、前記制御回路は、演算時の前記入力源の出力電圧をＶａ、前記第１の設定時間ｔ１よりも短い第２の設定時間ｔ２だけ前の前記入力源の出力電圧をＶｂとするとき、（Ｖａ−Ｖｂ）の演算を行い、（Ｖａ−Ｖｂ）≦ΔＶ（ΔＶは設定値である）ときに、前記降圧コンバータにおける前記演算時の垂下開始電流値Ｉｓを第１の設定割合Ｘで減少させること特徴とする電源装置を提供するものである。

請求項１２の発明によれば、入力源の出力電圧が定格電圧近辺で増加傾向に有るか、又は減少傾向にあるかを判断して、電力変換回路から取り出す電力を制御し、早期に入力源の出力電圧を回復させる電源を提供する。

また、本願請求項１３の発明は、請求項９において、前記制御回路は、前記入力源の出力電圧が、前記第１の設定電圧Ｖ１よりも低下したときには、前記降圧コンバータにおけるそのときの垂下開始電流値Ｉｓを予め決めた比率Ｙで低下させる手段を備えることを特徴とする電源装置を提供するものである。

請求項１３の発明によれば、入力源の出力電圧が定格電圧よりも減少したときに、早期に入力源の出力電圧を回復させることができる。

また、本願請求項１４の発明は、請求項９において、前記入力源は、太陽電池、風力発電装置、小規模水力発電装置、潮力発電装置のいずれかであることを特徴とする電源装置を提供するものである。

請求項１４の発明によれば、太陽電池の他に風力発電装置、小規模水力発電装置、潮力発電装置を入力源としている電源をも提供することができる。

定電圧負荷に定電圧の電力を供給しながら、太陽電池が発生する電力を効率よく取り出して、蓄電池を有効に充電する方法及び電源装置を提供することができる。

先ず、本発明を実施するための最良の形態である実施例１の電源装置１００について説明する。

図1において、入力源１は、気象条件などで出力される電力がかなり大幅に変動する太陽電池、風力発電装置、小規模の水力発電機、潮力発電装置などであり、以下では太陽電池として説明する。太陽電池１の出力は、太陽光の強さによって大幅に変動することが知られている。

電力直送回路２は、従来のものと同様であり、オン抵抗の小さいＦＥＴのような半導体スイッチ又はリレーなどからなり、太陽電池１からの電力を制御することなくそのまま負荷３、蓄電池４に供給する。電力直送回路２は、太陽電池１の出力電圧が設定値以上になるときにオンし、蓄電池４の端子電圧が設定上限値に達すると、オフする。

ここで、蓄電池４は鉛蓄電池又はＮｉ−Ｃｄ電池などの２次電池であり、例えば、ある日数天候が悪くてほとんど充電されない場合でも、負荷３の電力需要に応えられるような容量を有している。したがって、天候がよく、蓄電池４を充電することができるときには、蓄電池４の充電を効率的に行い、満充電に近い状態にしておくことが大切である。

負荷３は、定電圧の電力を必要とする通信機器や、その他の電子機器などである。

昇圧コンバータ５は、電力直送回路２と並列に接続されており、太陽電池１の出力電圧をその最大出力電圧値以上で予め決められた設定電圧まで昇圧するものであり、一般的な回路構成である。

降圧コンバータ６は、昇圧コンバータ５で昇圧された電圧を降圧して、負荷３に定電圧に調整された電力を供給する。昇圧コンバータ５と降圧コンバータ６とは、負荷３に定電圧の電力を供給する電力変換回路を構成する。

電流検出回路７は、昇圧コンバータ５の出力から降圧コンバータ６に流れる電流、又は太陽電池１の出力電流を検出する。第１の電圧検出回路８は、太陽電池１の出力電圧を検出する。第２の電圧検出回路９は、昇圧コンバータ５の出力電圧を検出する。第３の電圧検出回路１０は、負荷３の電圧を検出する。

制御回路１１はマイコンなどからなり、電流検出回路７からの電流検出信号、第１の電圧検出回路８と第２の電圧検出回路９と第３の電圧検出回路１０とからのそれぞれの電圧検出信号を受け、所定のプログラミングに従って、電力直送回路２のオン、オフ駆動、昇圧コンバータ５の制御、及び降圧コンバータ６の制御を行う。

次に、電源装置１００全体の動作について説明する。

先ず、太陽電池１の出力電圧が上昇し、蓄電池４の電圧を超えると、第１の電圧検出回路８の電圧検出信号が第３の電圧検出回路１０の電圧検出信号よりも大きくなるから、制御回路１０は電力直送回路２にオン指令信号を送り、電力直送回路２をオンさせる。このとき、昇圧コンバータ５、降圧コンバータ６はオフのままである。この状態は、太陽電池１の出力電圧が蓄電池４の電圧よりも大きく、かつ蓄電池４の電圧が定格電圧Ｖｒ又はその近辺の第１の設定電圧Ｖ１（例えば、１５Ｖ）を超えるまで続く。

次に、太陽電池１の出力電圧が上昇し、第１の設定電圧Ｖ１（例えば、１５Ｖ）を超えると、第１の電圧検出回路８からの電圧検出信号によって、制御回路１１は昇圧コンバータ５に制御信号を送り、昇圧コンバータ５に昇圧動作を行わせる。

そして、その昇圧動作によって、昇圧コンバータ５の出力電圧が、第１の設定電圧Ｖ１よりも大きな第２の設定電圧Ｖ２（例えば、２８Ｖ）を超えると、第２の電圧検出回路９からの電圧検出信号によって、制御回路１１は降圧コンバータ６に制御信号を送り、降圧コンバータ６を動作させる。昇圧コンバータ５の出力電圧が、第２の設定電圧Ｖ２を超えている状態では、昇圧コンバータ５と降圧コンバータ６との双方が動作する。

次に、図２ないし図５によって、本発明の特徴とも言える降圧コンバータ６の制御について説明する。図２は、図１において電力直送回路２を省略し、他の主回路部分と制御回路１１とをブロックで示した回路であり、降圧コンバータ６は、図３〜図５に示すような電圧−電流特性、つまり電圧垂下開始電流Ｉｓが制御される出力特性を有する。

図２において、図１で示した記号と同じ記号は同じ名称の部材を示すものとする。降圧コンバータ６は、オン抵抗の小さなＦＥＴのような半導体スイッチ素子６ａ、ＬＣフィルタ回路を構成するインダクタ６ｂとコンデンサ６ｃ、フリーホイーリングダイオード６ｄからなる一般的な回路構成のものである。電流検出回路７は変流器７ａと変流器７ａで検出された電流を直流電圧信号に変換する整流回路７ｂとからなる。第１の電圧検出器８は直列接続された電圧検出抵抗器８ａと８ｂとからなり、それら抵抗器の接続点から太陽電池１の出力電圧に比例する電圧を検出する。第２の電圧検出器９は直列接続された電圧検出抵抗器９ａと９ｂとからなり、それら抵抗器の接続点から昇圧コンバータ６の出力電圧に比例する電圧を検出する。第３の電圧検出器１０は直列接続された電圧検出抵抗器１０ａと１０ｂとからなり、それら抵抗器の接続点から蓄電池４の電圧に比例する電圧を検出する。

制御回路１１は、前記電圧垂下開始電流Ｉｓを制御する電流制御部２０、メモリ機能や演算機能などを有するマイコン部３０、このマイコン部の一部分で太陽電池１の出力電圧に応じて電流制御部２０の電流基準値を変更する電流基準値変更部４０、降圧コンバータ６の出力を制御するコンバータ制御部５０を備えている。電力直送回路１の駆動部、昇圧コンバータ６の制御部などについては、図示するのを省略している。

電流制御部２０は、一定電圧Ｖｃを所定の割合で分割する固定抵抗２１とポテンショメータ２２と、ポテンショメータ２２の電圧を基準電圧とし、この基準電圧と電流検出回路７からの検出信号とを比較する演算増幅器２３とからなる。

次に、制御回路１１による電圧垂下開始電流Ｉｓ（図３〜図５）の制御について述べる。

電源装置全体の動作説明において述べたように、昇圧コンバータ５の出力電圧が、第２の設定電圧Ｖ２（例えば、２８Ｖ）を超えている状態では、昇圧コンバータ５と降圧コンバータ６との双方が動作する。このときの電圧垂下開始電流Ｉｓは、初期電流値Ｉｓｏ（例えば、０．３Ａ）に設定される。
（１）太陽電池１の出力電圧が、図３の定格負荷電圧Ｖｒ又はその近辺の第１の設定電圧Ｖ１（例えば、１５Ｖ）よりも幾分大きな第３の設定電圧Ｖ３（例えば、１６Ｖ）よりも大きい場合。

マイコン部３０は一定時間（例えば、１００μｓ）ごとに太陽電池１の発生する出力電圧をサンプリングして検出している。太陽電池１の出力電圧が、第３の設定電圧Ｖ３（例えば、１６Ｖ）を連続して第１の設定時間ｔ１（例えば、１５秒）超えていると、電流基準値変更部３０がポテンショメータ２２を調整して基準電圧を設定値だけ上げる。これに伴い、電流制御部２０の演算増幅器２３は、電流値を増大させる方向の信号をコンバータ制御部５０に与える。コンバータ制御部５０は、降圧コンバータ６の半導体スイッチ６ａを制御して電圧垂下開始電流Ｉｓを設定電流値ΔＩｓ（例えば、０．１Ａ）だけ上昇させる。

このような状態が続けば、その間、第１の設定時間ｔ１（例えば、１５秒）ごとに電圧垂下開始電流Ｉｓは設定電流値ΔＩｓづつ上昇する（図３）。このように、太陽電池１の発生する出力電圧が、負荷３の定格電圧よりも大きな第３の設定電圧Ｖ３（例えば、１６Ｖ）を超える状態が続くと、電圧垂下開始電流Ｉｓの値が大きくなるから、降圧コンバータ６は一定の出力電圧を維持しながら大きな出力電流を出力することができる。したがって、蓄電池４を充電する電流を増大させることができる。

そして、太陽電池１の出力電圧が、第３の設定電圧Ｖ３を第１の設定時間ｔ１連続して越えずに、その途中で第３の設定電圧Ｖ３（例えば、１６Ｖ）を下回り、直ぐに再び第３の設定電圧Ｖ３を越えたとしても、前記第１の設定時間ｔ１の期間では直ぐに電圧垂下開始電流Ｉｓを上昇させず、前述の第３の設定電圧Ｖ３を再び越えた時点から第１の設定時間ｔ１の計数を開始し、前述のような動作を行う。太陽電池１の出力電圧が、第１の設定時間ｔ１（例えば、１５秒）よりも短い周期で、第３の設定電圧Ｖ３の前後で変化している場合には、電圧垂下開始電流Ｉｓは元のままである。
（２）太陽電池１の出力電圧が、図４の第１の設定電圧Ｖ１（例えば、１５Ｖ）と第３の設定電圧Ｖ３（例えば、１６Ｖ）との範囲にある場合。

マイコン部３０は、第２の設定時間ｔ２（例えば、１０秒）前における太陽電池１の出力電圧Ｖａの記憶しているサンプリング電圧値Ｖｓ１、最新の太陽電池１の出力電圧Ｖｂのサンプリング電圧値Ｖｓ２とから、（Ｖｓ１−Ｖｓ２）の演算を行う。つまり、第２の設定時間ｔ２前における太陽電池１の出力電圧Ｖａから最新の太陽電池１の出力電圧Ｖｂを減算（Ｖａ−Ｖｂ）した結果が、設定電圧値ΔＶ（例えば、＋０．５Ｖ）より小さい場合には、太陽電池１の出力電圧は定格電圧近辺にあって、なおかつ減少傾向にあると判断される。

この場合、マイコン部３０は、電流基準値変更部４０にポテンショメータ２２を調整して基準電圧を設定値だけ下げさせる。これに伴い、電流制御部２０の演算増幅器２３は、電流値を減少させる方向の信号をコンバータ制御部５０に与える。コンバータ制御部５０は、降圧コンバータ６の半導体スイッチ６ａを制御して電圧垂下開始電流Ｉｓを基準値の減少分に対応する電流分だけ低下させる。つまり、図４に示すように、前記演算時点での電圧垂下開始電流Ｉｓを所定の割合Ｘ（例えば、１０％）だけ減少させた電流値（例えば、０．９Ｉｓ）に減少させる。

電圧垂下開始電流Ｉｓを減少させることによって、降圧コンバータ６の出力電力はその減少分に相当する電力だけ小さくなるから、昇圧コンバータ５の出力から取り出される電力は小さくなり、昇圧コンバータ５の入力電圧は高くなる。

そして、次の第２の設定時間ｔ２前の太陽電池１の出力電圧から最新の太陽電池１の出力電圧を減算した結果が、設定電圧値ΔＶよりも大きくなれば、電圧垂下開始電流Ｉｓに所定の割合Ｘ（例えば、１０％）を前記演算時の電圧垂下開始電流Ｉｓから差し引いた電流値（例えば、０．９Ｉｓ）が保持されるが、更にその次の第２の設定時間ｔ２（例えば、１０秒）前の太陽電池１の出力電圧から最新の太陽電池１の出力電圧を減算した結果が、設定電圧値ΔＶよりも小さければ、そのときの電圧垂下開始電流（例えば、０．９Ｉｓ）に所定の割合Ｘ（例えば、１０％）を掛けた電流値を、前記電圧垂下開始電流（例えば、０．９Ｉｓ）から差し引いた電流値（例えば、Ｘ＝１０％とすると、０．８１Ｉｓ）となる。さらに、太陽電池１の出力電圧が同様に減少して行けば、前述のような動作が繰り返される。

しかし、太陽電池１の出力電圧が第３の設定電圧Ｖ３（例えば、１６Ｖ）を越えれば、前記（１）項の制御が行われることになる。太陽電池１の出力電圧が、第１の設定電圧Ｖ１（例えば、１５Ｖ）から第３の設定電圧Ｖ３の範囲にある場合には、このように比較的小さな割合で、その時点での電圧垂下開始電流Ｉｓを減少させることによって、その割合で降圧コンバータ６から取り出される電力が少なくなるので、太陽電池１の出力電圧が第３の設定電圧Ｖ３を再び越えることになる。
（３）太陽電池１の出力電圧が、図５の定格負荷電圧Ｖｒ又はそれ近辺の第１の設定電圧Ｖ１（例えば、１５Ｖ）よりも一旦低くなった場合。

このような制御にかかわらず、太陽電池１の出力電圧が、図５の定格負荷電圧Ｖｒよりも低くなったときには、マイコン部３０はその時点での電圧垂下開始電流Ｉｓをそのメモリに記憶すると同時に、前記割合よりも大きな設定割合Ｙ（例えば、Ｙ１が９０％で、Ｙ２が８０％）でその時点での電圧垂下開始電流Ｉｓを（１−Ｙ）Ｉｓまで減少させる（Ｙ１のとき０．１Ｉｓ、又はＹ２のとき０．２Ｉｓまで減少させる）。このように大きな割合で、降圧コンバータ６から取り出す電力を制限することによって、日中では、ほぼ確実に太陽電池１の出力電圧は安定に上昇傾向となり、上昇と下降を短い周期で繰り返すようなハンチング現象を起すことはない。

つまり、この電流を低減する設定割合Ｙは、そのときの電圧垂下開始電流Ｉｓを設定割合Ｙで（１−Ｙ）Ｉｓに低減すれば、多数の実験例からハンチングを起さずに、太陽電池１の出力電圧が安定に上昇する値に設定されている。

ここで、電圧垂下開始電流Ｉｓの設定割合ＹがＹ１、Ｙ２の２値あるのは、降圧コンバータ６の入力電流が所定の電流値Ｉｓｓ（例えば、８Ａ）以上のときに、大きく減少させる割合Ｙ１と、電流値Ｉｓｓ（例えば、８Ａ）よりも小さなときには小さく減少させる割合Ｙ２とに設定しているからであり、そのときの前記電流の大きさにかかわらず、太陽電池１の出力電圧を安定に上昇させるためである。なお、制御が複雑になるが、必要に応じて降圧コンバータ６の入力電流を三つ以上の範囲に分け、設定割合Ｙを三つ以上にしても勿論よい。また、太陽電池の出力電流の範囲が狭ければ、降圧コンバータ６の入力電流を分けずに、設定割合Ｙを単一の値にしてもよい。

マイコン部３０は、所定の減少割合Ｙでその時点での電圧垂下開始電流Ｉｓを大幅に（１−Ｙ）Ｉｓまで減少させた後、第２の設定時間ｔ２（例えば、１０秒間）よりも短い第３の設定時間ｔ３（例えば、１秒間）ごとに、そのときの電圧垂下開始電流Ｉｓを設定増大割合Ｚ（例えば、１０％）だけ増大させる。例えば、前記具体例で述べると、降圧コンバータ６の入力電流が所定の電流値Ｉｓｓ（例えば、８Ａ）以上のときには、元の電圧垂下開始電流ＩｓはＹ１（例えば、９０％）を掛けた電流（例えば、０．９Ｉｓ）を電圧垂下開始電流Ｉｓから差し引いた電流値（例えば、０．１Ｉｓ）であるから、記憶している元の電圧垂下開始電流Ｉｓに設定増大割合Ｚ（例えば、１０％）を掛けた電流（例えば、０．１Ｉｓ）を加えた電流（例えば、０．２Ｉｓ）となる。つまり、電流は（１−Ｙ＋Ｚ）Ｉｓとなり、その次には（１−Ｙ＋２Ｚ）Ｉｓとなる。そして、このような動作を繰り返すことによって、電圧垂下開始電流Ｉｓが記憶している元の電圧垂下開始電流値の所定割合（例えば、９０％）まで戻ったら、電圧垂下開始電流Ｉｓをその値にして次のように運転を行う（図５）。

太陽電池１の出力電圧が、第１の設定電圧Ｖ１（例えば、１５Ｖ）を超えたままでいれば、前記第１〜第３の設定時間よりも長い第４の設定時間ｔ４（例えば、５分間）、電圧垂下開始電流Ｉｓをその値で運転し、太陽電池１の出力電圧が第３の設定電圧Ｖ３（例えば、１６Ｖ）よりも大きい値に戻れば、前記（１）項で述べた制御に戻る。第４の設定時間ｔ４（例えば、５分間）後も、太陽電池１の出力電圧が、第１の設定電圧Ｖ１（例えば、１５Ｖ）から第３の設定電圧Ｖ３（例えば、１６Ｖ）の範囲にある場合には、前記（２）項で述べた制御が行われる。

しかし、電圧垂下開始電流Ｉｓが記憶している元の電圧垂下開始電流値の所定割合（例えば、９０％）まで戻っても、第４の設定時間ｔ４（例えば、５分間）以内に、太陽電池１の出力電圧が、第１の設定電圧Ｖ１（例えば、１５Ｖ）よりも低下する場合には、第４の設定時間ｔ４の経過を待つことなくその時点で、マイコン部３０は、前述したように、そのときの電圧垂下開始電流Ｉｓを記憶すると共に、その電圧垂下開始電流値Ｉｓを設定割合値まで大幅に低減し、再び前述のような運転を行う。

太陽電池の出力電圧の大きさに応じて、このように降圧コンバータの電圧垂下開始電流を制御することにより、この電源装置の出力電圧が第３の設定電圧Ｖ３（例えば、１６Ｖ）以上で動作する期間を長くでき、この期間を外れても、短時間で第３の設定電圧Ｖ３（例えば、１６Ｖ）以上で動作する期間に戻すことができるから、この実施例によれば、負荷に定電圧を安定に供給しながら、蓄電池を効率的に充電することができる。

以上の実施例では、電源装置が電力直送回路２と昇圧コンバータ５とを備えているが、これらは必ずしも必要ではなく、降圧コンバータ６だけでも良い。この場合、降圧コンバータ６は一般的な回路構成のＤＣ−ＤＣコンバータ、又はチョッパ回路、あるいはインバータ回路でもよい。

さらに、以上では、本発明を実施するための最良の形態である全体的な制御方法について述べたが、前記全体の制御方法の各部分の制御方法が本発明を構成し、また前記電圧の値、時間、割合の設定値はあくまでも一例であり、別の数値でも勿論よい。

なお、説明しやすいように、電流制御部２０をアナログ回路で示したが、実際にはディジタル回路で構成しており、また制御回路１１全体をディジタル回路で構成することができ、降圧コンバータ６、各検出回路なども図２に示したものに限定されず、現在公知の種々の回路構成を適用することができる。

本発明の１実施例である電源装置１００の概略構成を説明するための図である。 電源装置１００の概略の回路構成を示す図である。 電源装置１００における降圧コンバータの出力特性の電圧垂下開始電流の変更を説明するための図である。 電源装置１００における降圧コンバータの出力特性の電圧垂下開始電流の変更を説明するための図である。 電源装置１００における降圧コンバータの出力特性の電圧垂下開始電流の変更を説明するための図である。 従来の太陽電池の最大電力点追尾制御を説明するための波形図である。

符号の説明

１…入力源（太陽電池）、
２…電力直送回路、
３…負荷、
４…蓄電池、
５…昇降圧コンバータ、
６…降圧コンバータ、
７…電流検出回路、
８…第１の電圧検出回路、
９…第２の電圧検出回路、
１０…第３の電圧検出回路、
１１…制御回路、
２０…電流制御部、
３０…マイコン部、
４０…電流基準値変更部、
５０…コンバータ制御部。

Claims (14)

1. 出力電力の変動が大きな入力源を用いて蓄電池を充電すると共に、前記入力電源からの電流が電圧垂下を開始する垂下開始電流値Ｉｓを超えるときに、前記入力源の出力電圧が垂下を開始する定電圧特性曲線を有する電圧を負荷に供給する電源装置の制御方法において、
   前記入力源の出力電圧の変動に応じて、前記垂下開始電流値Ｉｓの設定を変えることを特徴とする電源装置の制御方法。
2. 請求項１において、
   前記入力源の出力電圧が、第１の設定時間ｔ１、第１の設定電圧Ｖ１よりも大きく、第２の設定電圧Ｖ２よりも小さい第３の設定電圧Ｖ３を越えているときに、垂下開始電流値Ｉｓを設定値ΔＩｓだけ大きくすることを特徴とする電源装置の制御方法。
3. 請求項１において、
   前記入力源の出力電圧が、第３の設定電圧Ｖ３と該第３の設定電圧Ｖ３よりも小さい第１の設定電圧Ｖ１との範囲にあるとき、
   前記入力源の出力電圧をＶａ、前記第１の設定時間ｔ１よりも短い第２の設定時間ｔ２だけ前の前記入力源の出力電圧をＶｂとし、（Ｖａ−Ｖｂ）≦ΔＶ（ΔＶは設定値である）のときに、垂下開始電流値Ｉｓを第１の設定割合Ｘで減少させること特徴とする電源装置の制御方法。
4. 請求項１において、
   前記入力源の出力電圧が、前記第１の設定電圧Ｖ１よりも低下したときには、垂下開始電流値Ｉｓを予め決めた割合Ｙで低下させることを特徴とする電源装置の制御方法。
5. 請求項４において、
   前記入力電源からの電流が設定値よりも小さなときの前記割合Ｙ１は、該電流が該設定値よりも大きいときの前記割合Ｙ２に比べて、小さいことを特徴とする電源装置の制御方法。
6. 請求項４において、
   前記入力電源の出力電圧が増大傾向にあるとき、前記第２の設定時間ｔ２よりも短い第３の設定時間ｔ３ごとに予め決めた一定の割合Ｚで前記垂下開始電流値Ｉｓを大きくすることを特徴とする電源装置の制御方法。
7. 請求項６において、
   前記垂下開始電流値Ｉｓを設定割合まで増大させた後には、その増大させた時点での垂下開始電流値を前記第１の設定時間ｔ１よりも長い第４の設定時間ｔ４だけ保持することを特徴とする電源装置の制御方法。
8. 請求項７において、
   前記第４の設定時間ｔ４が経過し、未だ前記入力電源の出力電圧が増大傾向にあるときには、前記垂下開始電流値を、前記入力源の出力電圧が前記第３の設定電圧Ｖ３よりも低下したときの前記垂下開始電流値に戻すことを特徴とする電源装置の制御方法。
9. 出力電力の変動が大きな入力源を用いて蓄電池を充電すると共に、前記入力電源からの電流が電圧垂下を開始する垂下開始電流値Ｉｓを超えるときに、前記入力源の出力電圧が垂下を開始する定電圧特性曲線を有する電圧を負荷に供給する電源装置において、
   前記入力電源の出力電圧が前記蓄電池の電圧を超えるとき、低抵抗状態でオンして前記入力電源の出力電力を前記蓄電池に供給し、前記蓄電池の電圧が第１の設定電圧Ｖ１を超えるときオフする電力直送回路と、
   前記入力電源の出力電圧が、前記第１の設定電圧Ｖ１以上の第３の設定電圧Ｖ３に上昇するときにオンして、前記入力電源からの電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
   該昇圧コンバータからの昇圧電圧が前記第３の設定電圧Ｖ３よりも大きな第２の設定電圧Ｖ２を越えるときに動作して、前記定電圧特性曲線を有する電圧を前記負荷に供給する降圧コンバータと、
   前記電力直送回路をオン、オフ駆動すると共に、前記昇圧コンバータと前記降圧コンバータの動作を制御する制御回路と、
   を備えることを特徴とする電源装置。
10. 請求項９において、
    前記制御回路は、前記入力源の出力電圧の電圧検出値に応じて、前記降圧コンバータにおける前記垂下開始電流値Ｉｓの電流基準値を変化させる手段を有することを特徴とする電源装置。
11. 請求項９において、
    前記制御回路は、前記入力源の出力電圧が、第１の設定時間ｔ１、前記第３の設定電圧Ｖ３を越えているとき、前記降圧コンバータにおけるそのときの垂下開始電流値Ｉｓの前記電流基準値を第１の設定時間ｔ１ごとに設定値ΔＩｓだけ大きくする手段を有することを特徴とする電源装置。
12. 請求項９において、
    前記制御回路は、演算時の前記入力源の出力電圧をＶａ、前記第１の設定時間ｔ１よりも短い第２の設定時間ｔ２だけ前の前記入力源の出力電圧をＶｂとするとき、（Ｖａ−Ｖｂ）の演算を行い、（Ｖａ−Ｖｂ）≦ΔＶ（ΔＶは設定値である）ときに、前記降圧コンバータにおける前記演算時の垂下開始電流値を第１の設定割合Ｘで減少させること特徴とする電源装置。
13. 請求項９において、
    前記制御回路は、前記入力源の出力電圧が、前記第１の設定電圧Ｖ１よりも低下したときには、前記降圧コンバータにおける前記垂下開始電流値Ｉｓを予め決めた比率Ｙで低下させる手段を備えることを特徴とする電源装置。
14. 請求項９において、
    前記入力源は、太陽電池、風力発電装置、小規模水力発電装置、潮力発電装置のいずれかであることを特徴とする電源装置。

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