JP2008090672A - Power conversion device and power conversion method - Google Patents

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康通 金井
Kenji Mochizuki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device and a power conversion method, capable of maximizing power generation of a solar battery by attaining MPPT (maximum power point tracking) control of low power consumption through a simple structure. <P>SOLUTION: When an input voltage obtained by power generation of a solar battery module 2 is raised by a booster function part 11, an output voltage suppression part 13 compares the input voltage value with a threshold, increases the voltage to a full charge voltage of a secondary battery 3 when the input voltage is the threshold or more, and reduces the output voltage in proportion to the difference voltage between the input voltage and the threshold when the input voltage is less than the threshold. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、太陽電池を用いて発電した電力を二次電池に蓄える電力変換システムに使用する電力変換装置および電力変換方法に関し、特に使用する太陽電池モジュールの発電電力を最大化させる電力変換装置および電力変換方法に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device and a power conversion method for use in a power conversion system that stores power generated using a solar cell in a secondary battery, and in particular, a power conversion device that maximizes the generated power of a solar cell module to be used, and The present invention relates to a power conversion method.

太陽電池で発電された電力を二次電池に蓄える場合、複数の太陽電池セルを直列接続して発電電圧が蓄電池の電圧よりも高くなるようにする方法や、昇圧回路を用いて充電電圧まで発電電圧を昇圧する方法などがある。   When storing the power generated by a solar battery in a secondary battery, either a method in which a plurality of solar cells are connected in series so that the generated voltage is higher than the voltage of the storage battery, or a voltage is generated up to the charging voltage using a booster circuit. There is a method of boosting the voltage.

図６は、複数の太陽電池セルを直列接続して発電電圧が蓄電池の電圧よりも高くなるように構成した場合の充電回路の一例である。この構成では、太陽電池セルを直列接続した太陽電池モジュール２は、充電コントローラ１０１を介して二次電池３に接続している。充電コントローラ１０１は、二次電池３の過充電による劣化が発生することを防ぐため、過電圧を検出して充電を停止する機能を有する。   FIG. 6 is an example of a charging circuit when a plurality of solar cells are connected in series so that the generated voltage is higher than the voltage of the storage battery. In this configuration, the solar cell module 2 in which solar cells are connected in series is connected to the secondary battery 3 via the charge controller 101. The charge controller 101 has a function of detecting overvoltage and stopping charging in order to prevent the secondary battery 3 from being deteriorated due to overcharge.

図７は、昇圧回路を用いた従来の電力変換システムの概要構成の一例である。この構成では、太陽電池モジュール２の出力電圧は、昇圧回路１０２によって昇圧され、充電制御回路１０３を介して二次電池３の充電に使用される。ここで、充電制御回路１０３は充電コントローラ１０１と同様に、二次電池３の過充電を防止する機能を有する。   FIG. 7 is an example of a schematic configuration of a conventional power conversion system using a booster circuit. In this configuration, the output voltage of the solar cell module 2 is boosted by the booster circuit 102 and used for charging the secondary battery 3 via the charge control circuit 103. Here, like the charge controller 101, the charge control circuit 103 has a function of preventing the secondary battery 3 from being overcharged.

ところで、電源装置類で一般的な出力電圧が一定となる制御を昇圧回路１０２において行なうと、二次電池３を過電圧から保護することができるが、太陽電池の発電電力に比べ負荷側の消費電力（充電電力）が大きくなった場合に、太陽電池のＩ−Ｖ特性から発電電圧が低下する。   By the way, when the control that makes the output voltage constant in the power supply apparatus is performed in the booster circuit 102, the secondary battery 3 can be protected from overvoltage, but the power consumption on the load side compared to the generated power of the solar battery. When (charging power) increases, the generated voltage decreases from the IV characteristics of the solar cell.

昇圧回路は、その負性抵抗特性から、発電電圧が低下すると出力電圧を保持するためにより多くの発電電流を取り込もうとするため、更に発電電圧を低下していく悪循環に陥ってしまう。この結果、図８に示した太陽電池のＩ−Ｖ特性における最大電力点から大きく外れた動作をするため、効率よく電力を取り出せないという問題があった。   Due to the negative resistance characteristic of the booster circuit, when the generated voltage decreases, the booster circuit tries to capture a larger amount of generated current in order to hold the output voltage, resulting in a vicious circle in which the generated voltage is further decreased. As a result, the operation largely deviates from the maximum power point in the IV characteristic of the solar cell shown in FIG.

このように日照の変化や気温等の環境条件によって影響を受ける太陽電池の発電電力を常に最大化し続けるため、発電電圧、発電電流、発電電力などの測定データを元に逐次制御を行なう発電電力最大点追従制御（ＭＰＰＴ制御：Maximum Power Point Tracking）が考案されている。   In this way, in order to constantly maximize the power generated by solar cells that are affected by changes in sunshine and environmental conditions such as temperature, the maximum generated power that is controlled sequentially based on measurement data such as generated voltage, generated current, and generated power. Point tracking control (MPPT control: Maximum Power Point Tracking) has been devised.

例えば、特許文献１が開示する太陽電池の最大電力制御方法は、最大電力点を見つけるために動作点をアクティブに移動させて、その結果検検出される太陽電池セルのＩ−Ｖ特性とコンバータの出力電力などを検出し、動作点の移動方向により山登り方向を判断し、最適な動作点に近づけることにより実現しようとするものである。   For example, in the method for controlling the maximum power of a solar cell disclosed in Patent Document 1, the operating point is actively moved in order to find the maximum power point, and the IV characteristics of the solar cell detected as a result of detection are detected. It is intended to be realized by detecting the output power and the like, judging the mountain climbing direction from the moving direction of the operating point, and bringing it closer to the optimal operating point.

特開平０６−０８３４６５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-083465

上述の山登り法によって発電電力を最大化するＭＰＰＴ制御を、昇圧回路を用いた二次電池の充電システムに導入すると、発電電圧、発電電流、電圧と電流から電力を求めるための乗算機能、制御の前後で発電電力の大小を比較するメモリ機能と比較機能、更に比較結果から昇圧回路の制御を実行する判定・制御機能が必要になってくる。   When MPPT control that maximizes generated power by the above-described hill-climbing method is introduced into a charging system for a secondary battery using a booster circuit, a multiplication function for obtaining power from the generated voltage, generated current, voltage and current, and control A memory function and a comparison function for comparing the magnitude of the generated power before and after, and a determination / control function for executing control of the booster circuit from the comparison result are required.

例えば、図９に示した構成では、太陽電池モジュール２の発電電流を検出するために電流検出器１１１を、昇圧後の電流を検出するために電流検出器１１５をそれぞれ設け、さらに定電圧回路１１２、出力電圧（昇圧後の電圧）の低下を検出する電圧低下検出回路１１１３を設け、マイコン１１４がそれぞれの検出結果の保持と比較を行なって、比較結果に基づいて昇圧回路ブロック１１０をＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御している。   For example, in the configuration shown in FIG. 9, a current detector 111 is provided for detecting the generated current of the solar cell module 2, a current detector 115 is provided for detecting the boosted current, and the constant voltage circuit 112 is further provided. , A voltage drop detection circuit 1113 for detecting a drop in the output voltage (voltage after boost) is provided, and the microcomputer 114 holds and compares the respective detection results, and the boost circuit block 110 is PWM (Pulse) based on the comparison results. Width Modulation) is controlled.

この方法では、多くの検出器や、検出量の計算処理などのための演算ユニットなど、必要なハードウェア量が多く、回路規模が増大する。回路規模の増大は消費電力の増加を引き起こすため、小規模な太陽電池システムでは、導入による発電電力の増加量と導入による消費電力の増加量とを比較すると、消費電力の増加量が支配的となるという問題があった。   This method requires a large amount of hardware such as a large number of detectors and a calculation unit for calculating the detection amount, and increases the circuit scale. Since the increase in circuit scale causes an increase in power consumption, in a small solar cell system, the increase in power consumption is dominant when comparing the increase in power generation due to introduction with the increase in power consumption due to introduction. There was a problem of becoming.

そこで、簡素な構成で低消費電力のＭＰＰＴ制御によって、太陽電池の発電量を最大化する技術の実現が重要な課題となっていた。   Therefore, it has been an important issue to realize a technique for maximizing the amount of power generated by a solar cell by MPPT control with a simple configuration and low power consumption.

本発明は、上述した従来技術における問題点を解消し、課題を解決するためになされたものであり、昇圧回路の動作を最適化することで、簡素な構成で低消費電力のＭＰＰＴ制御を実現し、もって太陽電池の発電量を最大化することのできる電力変換装置および電力変換方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art and to solve the problems. By optimizing the operation of the booster circuit, MPPT control with low power consumption is realized with a simple configuration. Then, it aims at providing the power converter device and power conversion method which can maximize the electric power generation amount of a solar cell.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明に係る電力変換装置は、太陽電池から入力された入力電圧を昇圧し負荷側に供給する電力変換装置であって、前記負荷側に供給する出力電圧が目標電圧となるように昇圧を制御する昇圧制御手段と、前記入力電圧を監視し、該入力電圧が所定の閾値を下回る場合に、前記目標電圧を低下させる出力電圧抑制手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a power conversion device according to the invention of claim 1 is a power conversion device that boosts an input voltage input from a solar cell and supplies the input voltage to a load side, wherein the load Boost control means for controlling the boost so that the output voltage supplied to the side becomes the target voltage, and the output voltage suppression that monitors the input voltage and lowers the target voltage when the input voltage falls below a predetermined threshold Means.

また、請求項２の発明に係る電力変換装置は、請求項１に記載の発明において、前記負荷は二次電池であり、前記入力電圧が所定の閾値以上である場合の目標電圧は前記二次電池を満充電状態に充電するために必要な電圧であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the power conversion device according to the first aspect, wherein the load is a secondary battery, and the target voltage when the input voltage is equal to or higher than a predetermined threshold is the secondary voltage. The voltage is required to charge the battery to a fully charged state.

また、請求項３の発明に係る電力変換装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記所定の閾値は前記太陽電池の最大電力点電圧であることを特徴とする。   The power conversion device according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the predetermined threshold value is a maximum power point voltage of the solar cell.

また、請求項４の発明に係る電力変換装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記出力電圧抑制手段は、前記入力電圧が所定の閾値未満である場合に、前記当該入力電圧と閾値との電圧差に比例して前記目標電圧を低下させることを特徴とする。   Moreover, the power converter device which concerns on invention of Claim 4 WHEREIN: In the invention as described in any one of Claims 1-3, when the said input voltage is less than a predetermined threshold value, the said output voltage suppression means, The target voltage is reduced in proportion to a voltage difference between the input voltage and a threshold value.

また、請求項５の発明に係る電力変換装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、前記所定の閾値および／または前記目標電圧の値を調節する調節手段をさらに備えたことを特徴とする。   Moreover, the power converter device which concerns on invention of Claim 5 is further provided with the adjustment means which adjusts the value of the said predetermined threshold value and / or the said target voltage in the invention as described in any one of Claims 1-4. It is characterized by that.

また、請求項６の発明に係る電力変換方法は、太陽電池から入力された入力電圧を昇圧し負荷側に供給する電力変換方法であって、前記負荷側に供給する出力電圧が目標電圧となるように昇圧を制御する昇圧制御工程と、前記入力電圧を監視し、該入力電圧が所定の閾値を下回る場合に、前記目標電圧を低下させる出力電圧抑制工程と、を含んだことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a power conversion method for boosting an input voltage input from a solar cell and supplying the boosted voltage to a load side, wherein the output voltage supplied to the load side becomes a target voltage. A step-up control step for controlling the step-up and an output voltage suppression step for monitoring the input voltage and lowering the target voltage when the input voltage falls below a predetermined threshold. .

請求項１の発明によれば電力変換装置は、太陽電池からの入力電圧を監視し、入力電圧が所定の閾値を下回る場合には目標電圧を低下させて出力電圧を抑制し、入力電圧を上昇させるので、簡素な構成で低消費電力のＭＰＰＴ制御を実現し、もって太陽電池の発電量を最大化する電力変換装置を得ることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 1, the power conversion device monitors the input voltage from the solar cell, and when the input voltage falls below a predetermined threshold, the target voltage is reduced to suppress the output voltage, and the input voltage is increased. Therefore, the MPPT control with low power consumption can be realized with a simple configuration, and the power conversion device that maximizes the power generation amount of the solar cell can be obtained.

また、請求項２の発明によれば電力変換装置は、太陽電池の発電電圧が閾値以上であれば二次電池を満充電状態に充電するために必要な電圧まで昇圧して二次電池を充電し、閾値を下回る場合には昇圧を抑制して入力電圧を上昇させるので、太陽電池の発電量を最大化して二次電池を効率的に充電する電力変換装置を得ることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 2, the power converter charges the secondary battery by boosting the voltage to a voltage necessary for fully charging the secondary battery if the power generation voltage of the solar battery is equal to or higher than the threshold value. When the voltage is lower than the threshold value, the boosted voltage is suppressed and the input voltage is increased. Therefore, the power conversion device that maximizes the power generation amount of the solar battery and efficiently charges the secondary battery can be obtained. .

また、請求項３の発明によれば電力変換装置は、太陽電池からの入力電圧が最大電力点電圧を下回る場合には目標電圧を低下させて出力電圧を抑制し、入力電圧を上昇させるので、簡素な構成で低消費電力のＭＰＰＴ制御を実現し、もって太陽電池の発電量を最大化する電力変換装置を得ることができるという効果を奏する。   In addition, according to the invention of claim 3, when the input voltage from the solar cell is lower than the maximum power point voltage, the power conversion device reduces the target voltage to suppress the output voltage and increases the input voltage. The MPPT control with low power consumption can be realized with a simple configuration, and the power conversion device that maximizes the power generation amount of the solar cell can be obtained.

また、請求項４の発明によれば電力変換装置は、太陽電池からの入力電圧が所定の閾値を下回る場合には差電圧に比例して目標電圧を低下させて出力電圧を抑制し、入力電圧を上昇させるので、簡素な構成で低消費電力のＭＰＰＴ制御を実現し、もって太陽電池の発電量を最大化する電力変換装置を得ることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 4, the power conversion device suppresses the output voltage by reducing the target voltage in proportion to the differential voltage when the input voltage from the solar cell is lower than the predetermined threshold, Therefore, it is possible to obtain a power conversion device that achieves low power consumption MPPT control with a simple configuration and maximizes the power generation amount of the solar cell.

また、請求項５の発明によれば電力変換装置は、太陽電池から入力電圧が所定の閾値を下回る場合には目標電圧を低下させて出力電圧を抑制するとともに、所定の閾値や目標電圧を調節可能としたので、簡素な構成で太陽電池の発電量を最大化し、かつ汎用性の高い電力変換装置を得ることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 5, the power conversion device reduces the target voltage to suppress the output voltage when the input voltage from the solar cell is lower than the predetermined threshold, and adjusts the predetermined threshold or the target voltage. Since it was made possible, the power generation amount of the solar cell can be maximized with a simple configuration, and a highly versatile power conversion device can be obtained.

また、請求項６の発明によれば電力変換方法は、太陽電池からの入力電圧を監視し、入力電圧が所定の閾値を下回る場合には目標電圧を低下させて出力電圧を抑制し、入力電圧を上昇させるので、簡素な構成で低消費電力のＭＰＰＴ制御を実現し、もって太陽電池の発電量を最大化する電力変換方法を得ることができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 6, the power conversion method monitors the input voltage from the solar cell, and when the input voltage falls below a predetermined threshold, reduces the target voltage to suppress the output voltage. Therefore, it is possible to obtain a power conversion method that realizes low power consumption MPPT control with a simple configuration and maximizes the amount of power generated by the solar cell.

以下に添付図面を参照して、この発明に係る電力変換装置および電力変換方法の好適な実施例について詳細に説明する。   Exemplary embodiments of a power conversion device and a power conversion method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明における電力変換装置１の概要を説明する説明図である。同図に示すように、電力変換装置１は、太陽電池モジュール２からの入力電圧を昇圧して二次電池３に供給する昇圧機能部１１、昇圧機能部１１が出力する（二次電池３に供給する）電圧を監視して昇圧機能部１１の動作を制御する昇圧制御部１２に加え、出力電圧抑制部１３を有する。   FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an outline of a power conversion device 1 according to the present invention. As shown in the figure, the power conversion device 1 outputs a boost function unit 11 and a boost function unit 11 that boost the input voltage from the solar cell module 2 and supply the boosted voltage to the secondary battery 3 (to the secondary battery 3). In addition to the boost control unit 12 that monitors the voltage supplied and controls the operation of the boost function unit 11, an output voltage suppression unit 13 is provided.

昇圧制御部１２は、具体的には出力電圧を目標電圧と比較し、比較結果によってＰＷＭ制御やＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）制御を行なう。そして出力電圧抑制部１３は、入力電圧（太陽電池モジュール２の出力電圧）がある電圧閾値を超えた場合は昇圧回路の出力電圧を所定の目標電圧値に制御し、入力電圧が電圧閾値を下回った場合には、電圧閾値と入力電圧との差分電圧に比例した量の電圧値だけ、目標電圧値を下げる。   Specifically, the boost control unit 12 compares the output voltage with a target voltage, and performs PWM control or PFM (Pulse Frequency Modulation) control according to the comparison result. When the input voltage (the output voltage of the solar cell module 2) exceeds a certain voltage threshold, the output voltage suppression unit 13 controls the output voltage of the booster circuit to a predetermined target voltage value, and the input voltage falls below the voltage threshold. In this case, the target voltage value is lowered by an amount of voltage value proportional to the differential voltage between the voltage threshold and the input voltage.

入力電圧が電圧閾値以上である場合の所定の目標電圧値は、二次電池３を満充電状態に充電するために必要な電圧値（満充電電圧）であり、昇圧制御部１２は、出力電圧がこの満充電電圧の値となるように昇圧機能部１１を制御する。   The predetermined target voltage value when the input voltage is equal to or higher than the voltage threshold is a voltage value (full charge voltage) necessary for charging the secondary battery 3 to a fully charged state, and the boost control unit 12 outputs the output voltage The boosting function unit 11 is controlled so that becomes the value of the full charge voltage.

一方、入力電圧が電圧閾値未満である場合、目標電圧値は満充電電圧から下げられることとなる。このため、出力電圧値も目標電圧値に合わせて下がり、入力電圧（太陽電池モジュール２の発電電圧）が上がって電圧閾値に近づく。   On the other hand, when the input voltage is less than the voltage threshold, the target voltage value is lowered from the full charge voltage. For this reason, an output voltage value also falls according to a target voltage value, an input voltage (power generation voltage of the solar cell module 2) rises, and approaches a voltage threshold value.

したがって、電圧閾値を太陽電池モジュール２の最大電力点電圧とすれば、太陽電池モジュール２は、常に最大電力点近傍で動作するととなり、電力変換装置１が簡易なＭＰＰＴ制御を実現することとなる。   Therefore, if the voltage threshold is the maximum power point voltage of the solar cell module 2, the solar cell module 2 always operates in the vicinity of the maximum power point, and the power conversion device 1 realizes simple MPPT control.

図２は、電力変換装置１の具体的な構成例を説明する構成図である。同図に示すように、太陽電池モジュール２の発電電圧（Ｖｉｎ）と昇圧回路ブロック２０の出力電圧（Ｖｏｕｔ）とを検出し、簡素な回路を用いて昇圧回路ブロック２０の出力電圧を制御することでＭＰＰＴ制御を実現している。   FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a specific configuration example of the power conversion device 1. As shown in the figure, the power generation voltage (Vin) of the solar cell module 2 and the output voltage (Vout) of the booster circuit block 20 are detected, and the output voltage of the booster circuit block 20 is controlled using a simple circuit. In this way, MPPT control is realized.

太陽電池モジュール２が最大電力点で動作しているときには、照度が変化しても発電電圧（Ｖｉｎ）はほぼ一定電圧になる特性を利用して、発電電圧（Ｖｉｎ）が最大電力点電圧（Ｖｒｅｆ１）になるように昇圧回路の動作を制御する。   When the solar cell module 2 is operating at the maximum power point, the generated voltage (Vin) becomes the maximum power point voltage (Vref1) by utilizing the characteristic that the generated voltage (Vin) becomes substantially constant even when the illuminance changes. ) To control the operation of the booster circuit.

発電電圧（Ｖｉｎ）が最大電力点電圧（Ｖｒｅｆ１）より大きい場合は、昇圧回路ブロック２０の出力電圧（Ｖｏｕｔ）が制御範囲で最大値である２次電池の満充電電圧になるように制御をかける。昇圧回路ブロック２０がより多くの発電電流を取り込む方向に動作していくので、発電電圧（Ｖｉｎ）は低下し、最大電力点電圧（Ｖｒｅ１）に近づいていき、発電電力が最大化する。   When the generated voltage (Vin) is larger than the maximum power point voltage (Vref1), control is performed so that the output voltage (Vout) of the booster circuit block 20 becomes the full charge voltage of the secondary battery that is the maximum value in the control range. . Since the booster circuit block 20 operates in a direction to capture more generated current, the generated voltage (Vin) decreases, approaches the maximum power point voltage (Vre1), and the generated power is maximized.

発電電圧（Ｖｉｎ）が最大電力点電圧（Ｖｒｅｆ１）より小さい場合は、昇圧回路ブロック２０の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を減少させる制御を行なう。発電電流が減少するので、発電電圧（Ｖｉｎ）が上昇し最大電力点電圧（Ｖｒｅｆ１）に近づき、発電電力が最大化する。出力電圧（Ｖｏｕｔ）を低くする制御量は、２次電池への充電電力が発電電力より小さくなる量に制御すればよいが、電力を求めると回路規模が増大するので、簡易的には期待される発電可能な照度範囲内で最低照度に設定し、昇圧回路自体も太陽電池モジュール２の発電電圧（Ｖｉｎ）で動作しているので、発電電圧（Ｖｉｎ）は昇圧回路の動作下限電圧に設定したときに、出力電圧（Ｖｏｕｔ）の制御目標電圧値が二次電池の最低電圧である放電終止電圧値以下になるようにすればよい。この設定にすることで、制御可能な発電電圧範囲において発電電圧（Ｖｉｎ）を最大電力点電圧（Ｖｒｅｆ１）に制御することが可能となる。   When the generated voltage (Vin) is smaller than the maximum power point voltage (Vref1), control is performed to decrease the output voltage (Vout) of the booster circuit block 20. Since the generated current decreases, the generated voltage (Vin) rises and approaches the maximum power point voltage (Vref1), and the generated power is maximized. The control amount for lowering the output voltage (Vout) may be controlled so that the charging power to the secondary battery is smaller than the generated power. However, when the power is obtained, the circuit scale increases. The minimum illuminance is set within the illuminance range in which power generation is possible, and the booster circuit itself is also operated with the power generation voltage (Vin) of the solar cell module 2, so the power generation voltage (Vin) is set to the lower limit operating voltage of the booster circuit. Sometimes, the control target voltage value of the output voltage (Vout) may be set to be equal to or lower than the discharge end voltage value that is the lowest voltage of the secondary battery. With this setting, the generated voltage (Vin) can be controlled to the maximum power point voltage (Vref1) in the controllable generated voltage range.

回路構成としては、既存の昇圧回路に加えて、太陽電池の発電電圧（Ｖｉｎ）と最大電力点電圧（Ｖｒｅｆ１）との大小により制御の場合分けを行なう、発電電圧Ｖｉｎと最大電力点電圧Ｖｒｅｆ１とを比較する回路と、昇圧回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を制御信号により可変するための参照電圧（Ｖｒｅｆ２）と差動増幅器からなる。   As a circuit configuration, in addition to the existing booster circuit, the control voltage is divided according to the magnitude of the power generation voltage (Vin) of the solar cell and the maximum power point voltage (Vref1). The power generation voltage Vin and the maximum power point voltage Vref1 , A reference voltage (Vref2) for varying the output voltage (Vout) of the booster circuit with a control signal, and a differential amplifier.

具体的には、太陽電池モジュール２の発電電圧Ｖｉｎを差動増幅器３１の反転入力部に、参照電圧Ｖｒｅｆ１を出力する電源２１を差動増幅器３１の非反転入力部に接続する。差動増幅器３１の出力（Ｖｒｅｆ１−Ｖｉｎ）を増幅器２２によってＮ倍し、ダイオード２３を介して差動増幅器３２の反転入力部へ接続する。   Specifically, the power generation voltage Vin of the solar cell module 2 is connected to the inverting input portion of the differential amplifier 31, and the power source 21 that outputs the reference voltage Vref 1 is connected to the non-inverting input portion of the differential amplifier 31. The output (Vref 1 −Vin) of the differential amplifier 31 is multiplied by N by the amplifier 22 and connected to the inverting input portion of the differential amplifier 32 via the diode 23.

また、差動増幅器３２の非反転入力部には参照電圧Ｖｒｅｆ２を出力する電源２４を接続し、差動増幅器３２の出力を差動増幅器３３の非反転入力部に、昇圧回路ブロック２０の出力Ｖｏｕｔを差動増幅器３３の反転入力部に接続して、差動増幅器３３の出力を昇圧回路ブロック２０の制御電圧とする。   Further, the power supply 24 for outputting the reference voltage Vref2 is connected to the non-inverting input section of the differential amplifier 32, and the output of the differential amplifier 32 is connected to the non-inverting input section of the differential amplifier 33 and the output Vout of the booster circuit block 20 Are connected to the inverting input of the differential amplifier 33, and the output of the differential amplifier 33 is used as the control voltage of the booster circuit block 20.

これにより、発電電圧Ｖｉｎが最大電力点電圧Ｖｒｅｆ１より大きい場合は、差動増幅器３１の出力は負電圧となるので、途中にあるダイオード２３で阻止されて差動増幅器３２には負電圧の信号は伝わらない。そのため昇圧回路ブロック２０は基準電圧Ｖｒｅｆ２に基づいて制御される。   As a result, when the generated voltage Vin is greater than the maximum power point voltage Vref1, the output of the differential amplifier 31 becomes a negative voltage. I don't get it. Therefore, the booster circuit block 20 is controlled based on the reference voltage Vref2.

一方、発電電圧Ｖｉｎが最大電力点電圧Ｖｒｅｆ１より小さい場合は、差動増幅器３１の出力は正電圧となるので、途中の増幅器２２（オペアンプ等）によりＮ倍に増幅されて差動増幅器３２の反転入力部（負側）に接続される。そのため昇圧回路ブロック２０の出力電圧Ｖｏｕｔは、
Ｖｒｅｆ２−Ｎ（Ｖｒｅｆ１−Ｖｉｎ）
に基づいて制御される。ここで倍率Ｎを上記記述の如く設定すれば、ＶｉｎをＶｒｅｆ１に近づける制御が可能となる。 On the other hand, when the generated voltage Vin is smaller than the maximum power point voltage Vref1, the output of the differential amplifier 31 is a positive voltage, so that it is amplified N times by an intermediate amplifier 22 (op amp or the like) and inverted of the differential amplifier 32. Connected to the input (negative side). Therefore, the output voltage Vout of the booster circuit block 20 is
Vref2-N (Vref1-Vin)
Controlled based on Here, if the magnification N is set as described above, it is possible to control Vin to approach Vref1.

上記動作をまとめると図３のような制御特性となる。すなわち、入力電圧が昇圧回路ブロック２０の起動電圧に達した後、Ｖｒｅｆ１に至るまではＶｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ２−Ｎ（Ｖｒｅｆ１−Ｖｉｎ）、入力電圧がＶｒｅｆ１以上である場合にはＶｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ２である。   When the above operations are summarized, the control characteristics as shown in FIG. 3 are obtained. That is, Vout = Vref2-N (Vref1-Vin) until the input voltage reaches Vref1 after reaching the starting voltage of the booster circuit block 20, and Vout = Vref2 when the input voltage is Vref1 or higher.

つづいて、電力変換装置１の他の構成例について説明する。図４に示した構成では、太陽電池の最大電力点電圧が温度依存性を有することを考慮し、温度依存性を補正し、ＭＰＰＴ制御の制御エラーを防止するものであり、基本動作は図２に示した構成と同じである。   It continues and the other structural example of the power converter device 1 is demonstrated. In the configuration shown in FIG. 4, in consideration of the fact that the maximum power point voltage of the solar cell has temperature dependency, the temperature dependency is corrected to prevent a control error in MPPT control. The configuration is the same as that shown in FIG.

定電圧制御した昇圧回路の出力電圧を可変する方法は、昇圧回路の基準電圧Ｖｒｅｆ２を調整する方法と、出力電圧Ｖｏｕｔからのフィードバック信号に制御電圧を印加する方法があり、図４に示した構成ではフィードバック信号に制御信号を付加する構成を記した。勿論図２に示した構成のようにＶｒｅｆ２を調節してもよい。   There are two methods for varying the output voltage of the booster circuit under constant voltage control: a method of adjusting the reference voltage Vref2 of the booster circuit, and a method of applying a control voltage to the feedback signal from the output voltage Vout. The configuration shown in FIG. In the above, a configuration is described in which a control signal is added to the feedback signal. Of course, you may adjust Vref2 like the structure shown in FIG.

この構成では、出力電圧Ｖｏｕｔを利用した定電圧電源４１を差動増幅器４４の動作電源として利用するとともに、抵抗４２、ダイオード４５によって参照電圧Ｖｒｅｆ１を生成している。そしてダイオード４５として、太陽電池とほぼ同じ温度係数を有する使用することで、電力最大点電圧Ｖｒｅｆ１に太陽電池と同等の温度依存性を持たせ、ＭＰＰＴ制御の温度特性を向上させることができる。   In this configuration, the constant voltage power supply 41 using the output voltage Vout is used as an operation power supply for the differential amplifier 44, and the reference voltage Vref1 is generated by the resistor 42 and the diode 45. By using the diode 45 having substantially the same temperature coefficient as that of the solar cell, the power maximum point voltage Vref1 can have a temperature dependency equivalent to that of the solar cell, and the temperature characteristics of the MPPT control can be improved.

差動増幅器４４は、反転入力部にＶｉｎを、非反転入力部にＶｒｅｆ１を接続されたＮ倍の増幅器である。この差動増幅器３３の出力は、可変抵抗４５を介し、制御電圧としてＶｏｕｔからのフィードバック信号に印加される。   The differential amplifier 44 is an N-fold amplifier in which Vin is connected to the inverting input unit and Vref1 is connected to the non-inverting input unit. The output of the differential amplifier 33 is applied to a feedback signal from Vout as a control voltage via the variable resistor 45.

そして昇圧回路ＩＣ４０内部に設けた電圧比較用の差動増幅器４９に対し、反転入力部に制御電圧Ｎ（Ｖｒｅｆ１−Ｖｉｎ）を加えたＶｏｕｔが、非反転入力部に参照電圧Ｖｒｅｆ２を出力する電源４８が接続される。   Then, Vout obtained by adding the control voltage N (Vref1-Vin) to the inverting input portion and the reference voltage Vref2 to the noninverting input portion with respect to the differential amplifier 49 for voltage comparison provided in the booster circuit IC40. Is connected.

ここで、可変抵抗４５の抵抗値を変化させると、Ｖｏｕｔに印加される制御電圧の倍率が変化するので、可変抵抗４５は、制御倍率の調整機構として機能する。   Here, since the magnification of the control voltage applied to Vout changes when the resistance value of the variable resistor 45 is changed, the variable resistor 45 functions as a control magnification adjusting mechanism.

つづいて、図５に示した構成では、可変抵抗５１を介したＶｉｎを差動増幅器４４の反転入力部に接続している。また、可変抵抗４５の出力を差動増幅器５２の反転入力部に接続し、電源４８を非反転入力部に接続することで、差動増幅器５２の出力としてＶｒｅｆ２−Ｎ（Ｖｒｅｆ１−Ｖｉｎ）を得ている。   Subsequently, in the configuration shown in FIG. 5, Vin via the variable resistor 51 is connected to the inverting input portion of the differential amplifier 44. Further, by connecting the output of the variable resistor 45 to the inverting input portion of the differential amplifier 52 and connecting the power supply 48 to the non-inverting input portion, Vref2-N (Vref1-Vin) is obtained as the output of the differential amplifier 52. ing.

そして昇圧回路ＩＣ５０内部に設けた電圧比較用の差動増幅器５４の反転入力部に、可変抵抗５３を介したＶｏｕｔが、非反転入力部に差動増幅器５２の出力が接続されている。   Then, Vout via a variable resistor 53 is connected to the inverting input portion of the differential amplifier 54 for voltage comparison provided in the booster circuit IC50, and the output of the differential amplifier 52 is connected to the non-inverting input portion.

そのため、可変抵抗５１の抵抗値を変更することで、太陽電池モジュール２の最適動作点を調整することができ、可変抵抗５３の抵抗値を変更することで出力電圧を調整することができる。   Therefore, the optimal operating point of the solar cell module 2 can be adjusted by changing the resistance value of the variable resistor 51, and the output voltage can be adjusted by changing the resistance value of the variable resistor 53.

上述してきたように、本発明にかかる電力変換装置および電力変換方法は、太陽電池の発電電力が最大となる電圧値を閾値とし、発電電圧が閾値以上であれば二次電池の満充電電圧まで昇圧して出力電圧を生成し、発電電圧が閾値未満である場合には発電電圧と閾値との差電圧に比例して出力電圧を下げる。このように昇圧回路の昇圧回路の出力電圧制御機能を用いて太陽電池のＭＰＰＴ制御を実現することで、簡易な回路構成、低消費電力で太陽電池の発電量を最大化することができる。   As described above, in the power conversion device and the power conversion method according to the present invention, the voltage value at which the generated power of the solar battery is maximum is set as a threshold, and if the generated voltage is equal to or higher than the threshold, the fully charged voltage of the secondary battery is reached. The output voltage is generated by boosting, and when the generated voltage is less than the threshold, the output voltage is lowered in proportion to the difference voltage between the generated voltage and the threshold. Thus, by realizing the MPPT control of the solar battery using the output voltage control function of the booster circuit of the booster circuit, the power generation amount of the solar battery can be maximized with a simple circuit configuration and low power consumption.

以上のように、本発明にかかる電力変換装置および電力変換方法は、太陽電池の発電電力の最大化に有用であり、特に小規模なシステムにおける発電電力の最大化に適している。   As described above, the power conversion device and the power conversion method according to the present invention are useful for maximizing the generated power of the solar cell, and are particularly suitable for maximizing the generated power in a small-scale system.

本発明における電力変換装置の概要を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the outline | summary of the power converter device in this invention. 電力変換装置の具体的な構成例を説明する構成図である。It is a block diagram explaining the specific structural example of a power converter device. 図２に示した電力変換装置の制御特性を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the control characteristic of the power converter device shown in FIG. 温度依存性を補正する電力変換装置の構成例について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structural example of the power converter device which correct | amends temperature dependence. 最適動作点と出力電圧とを調整可能な構成例について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structural example which can adjust an optimal operating point and an output voltage. 太陽電池セルを直列接続した従来の充電回路の構成例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structural example of the conventional charging circuit which connected the photovoltaic cell in series. 昇圧回路を用いた従来の電力変換システムの概要構成を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining schematic structure of the conventional power conversion system using a booster circuit. 太陽電池のＩ−Ｖ特性について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the IV characteristic of a solar cell. 従来のＭＰＰＴ制御を採用した充電システムの構成について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structure of the charging system which employ | adopted conventional MPPT control.

符号の説明Explanation of symbols

１ 電力変換装置
２ 太陽電池モジュール
３ 二次電池
１１ 昇圧機能部
１２ 昇圧制御部
１３ 出力電圧抑制部
２０ 昇圧回路ブロック
２１，２４，４１ 電源
２２ 増幅器
２３，４３ ダイオード
３１〜３３，４４，４９，５２，５４ 差動増幅器
４０，５０ 昇圧回路ＩＣ
４２，４７，４８ 抵抗
４５，５１，５３ 可変抵抗
１０１ 充電コントローラ
１０２ 昇圧回路
１０３ 充電制御回路
１１０ 昇圧回路ブロック
１１１，１１５ 電流検出器
１１２ 定電圧回路
１１３ 電圧低下検出回路
１１４ マイコン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 2 Solar cell module 3 Secondary battery 11 Boosting function part 12 Boosting control part 13 Output voltage suppression part 20 Boosting circuit block 21,24,41 Power supply 22 Amplifier 23,43 Diodes 31-33,44,49,52 , 54 Differential amplifier 40, 50 Booster circuit IC
42, 47, 48 Resistance 45, 51, 53 Variable resistance 101 Charge controller 102 Boost circuit 103 Charge control circuit 110 Boost circuit block 111, 115 Current detector 112 Constant voltage circuit 113 Voltage drop detection circuit 114 Microcomputer

Claims (6)

太陽電池から入力された入力電圧を昇圧し負荷側に供給する電力変換装置であって、
前記負荷側に供給する出力電圧が目標電圧となるように昇圧を制御する昇圧制御手段と、
前記入力電圧を監視し、該入力電圧が所定の閾値を下回る場合に、前記目標電圧を低下させる出力電圧抑制手段と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。 A power converter that boosts an input voltage input from a solar cell and supplies the boosted voltage to a load side,
Step-up control means for controlling step-up so that the output voltage supplied to the load side becomes a target voltage;
Monitoring the input voltage, and when the input voltage falls below a predetermined threshold, output voltage suppression means for reducing the target voltage;
A power conversion device comprising: 前記負荷は二次電池であり、前記入力電圧が所定の閾値以上である場合の目標電圧は前記二次電池を満充電状態に充電するために必要な電圧であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。   2. The load is a secondary battery, and a target voltage when the input voltage is equal to or higher than a predetermined threshold is a voltage necessary for charging the secondary battery to a fully charged state. The power converter device described in 1. 前記所定の閾値は前記太陽電池の最大電力点電圧であることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 1, wherein the predetermined threshold is a maximum power point voltage of the solar cell. 前記出力電圧抑制手段は、前記入力電圧が所定の閾値未満である場合に、前記当該入力電圧と閾値との電圧差に比例して前記目標電圧を低下させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電力変換装置。   The output voltage suppression means reduces the target voltage in proportion to a voltage difference between the input voltage and the threshold when the input voltage is less than a predetermined threshold. The power converter device as described in any one of. 前記所定の閾値および／または前記目標電圧の値を調節する調節手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電力変換装置。   The power converter according to any one of claims 1 to 4, further comprising adjusting means for adjusting the predetermined threshold value and / or the value of the target voltage. 太陽電池から入力された入力電圧を昇圧し負荷側に供給する電力変換方法であって、
前記負荷側に供給する出力電圧が目標電圧となるように昇圧を制御する昇圧制御工程と、
前記入力電圧を監視し、該入力電圧が所定の閾値を下回る場合に、前記目標電圧を低下させる出力電圧抑制工程と、
を含んだことを特徴とする電力変換方法。 A power conversion method for boosting an input voltage input from a solar cell and supplying the boosted voltage to a load side,
A step-up control step for controlling step-up so that an output voltage supplied to the load side becomes a target voltage;
An output voltage suppression step of monitoring the input voltage and lowering the target voltage when the input voltage falls below a predetermined threshold;
The power conversion method characterized by including.
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