JP2008125211A - Charging system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気二重層キャパシタを充電する技術に関し、特に、互いに直列に接続された複数個の電気二重層キャパシタを互いに均等に充電する技術の改良に関する。 The present invention relates to a technique for charging an electric double layer capacitor, and more particularly to an improvement in a technique for charging a plurality of electric double layer capacitors connected in series with each other equally.
電気エネルギーを蓄積するために電気二重層キャパシタを使用することがすでに行われている。電気エネルギーを蓄積するために使用される電気二重層キャパシタ(以下、単に「キャパシタ」という。)は、一般に、耐電圧、すなわち、キャパシタが蓄積可能な電気エネルギーの電圧の上限値が低い。 It has already been done to use electric double layer capacitors to store electrical energy. An electric double layer capacitor (hereinafter simply referred to as “capacitor”) used to store electric energy generally has a low withstand voltage, that is, an upper limit value of the voltage of electric energy that can be stored in the capacitor.
そのため、キャパシタを用いて電気エネルギーを蓄積するために、複数個のキャパシタを互いに直列に接続して使用することがすでに行われている。 Therefore, in order to store electric energy using a capacitor, it has already been performed to use a plurality of capacitors connected in series with each other.
しかしながら、互いに直列に接続された複数個のキャパシタを、それらに共通の電源(例えば、発電装置や商用電源)を用いて充電する場合には、各キャパシタの静電容量や漏れ電流、等価並列抵抗値等がそれらキャパシタ間でばらつくため、充電過程において、それらキャパシタ間で端子電圧もばらついてしまう。 However, when charging a plurality of capacitors connected in series with each other using a common power source (for example, a power generation device or a commercial power source), the capacitance, leakage current, and equivalent parallel resistance of each capacitor. Since the value and the like vary between the capacitors, the terminal voltage also varies between the capacitors during the charging process.
そのため、互いに直列に接続された複数個のキャパシタを充電する場合には、何ら対策を講じないと、いずれかのキャパシタに過大な電圧が印加されてしまい、キャパシタの特性劣化の原因となる可能性や、すべてのキャパシタについて蓄電能力をフルに利用できない可能性がある。 Therefore, when charging a plurality of capacitors connected in series with each other, if no measures are taken, an excessive voltage may be applied to one of the capacitors, which may cause deterioration of the capacitor characteristics. In addition, it may not be possible to fully use the storage capacity of all capacitors.
よって、互いに直列に接続された複数個のキャパシタを充電する場合には、すべてのキャパシタを有効に(すなわち、耐電圧をフルに利用して)充電するために、それらキャパシタを均等に充電することが肝要である。 Therefore, when charging a plurality of capacitors connected in series with each other, in order to charge all the capacitors effectively (that is, fully utilizing the withstand voltage), charge the capacitors equally. Is essential.
以上説明した事情をさらに具体的に説明するために、静電容量がC1,C2である2個のキャパシタを互いに直列に接続してそれらキャパシタを充電する場合を想定する。 In order to explain the above-described situation more specifically, it is assumed that two capacitors having capacitances C1 and C2 are connected in series and charged.
この場合、それらキャパシタを、それらの電圧が0[V]である状態から充電し始めると、キャパシタの性質(いわゆるコンデンサの性質)、すなわち、それら2個のキャパシタ間で電荷Q(=CV)が互いに一致するという性質があるため、それら2個のキャパシタの電圧V1,V2は、 In this case, when the capacitors are charged from a state where their voltage is 0 [V], the capacitor property (so-called capacitor property), that is, the charge Q (= CV) between the two capacitors is generated. Because of the nature of matching each other, the voltages V1 and V2 of these two capacitors are
V1/V2=C2/C1 V1 / V2 = C2 / C1
なる式で表わされる。 It is expressed by the following formula.
互いに直列に接続された複数個のキャパシタを用いて電気エネルギーを蓄積することが必要である場合には、それらキャパシタ間で充電電圧が互いに一致するようにするために、静電容量が互いに一致する複数個のキャパシタが使用される。 When it is necessary to store electric energy using a plurality of capacitors connected in series with each other, the capacitances are matched to each other so that the charging voltages are matched between the capacitors. A plurality of capacitors are used.
しかしながら、製造の都合上、複数個のキャパシタ間で静電容量がばらつくことを避け難く、そのため、充電過程において、それらキャパシタに同じ量の電荷が供給されても、それらキャパシタ間に電圧差が発生することも避け難い。 However, for the convenience of manufacturing, it is difficult to avoid that the capacitance varies among a plurality of capacitors. Therefore, even if the same amount of charge is supplied to the capacitors during the charging process, a voltage difference is generated between the capacitors. It is hard to avoid.
そこで、静電容量のばらつきにもかかわらず、複数個のキャパシタ間に電圧差が発生しないようにそれらキャパシタを充電する技術がすでにいくつか提案されている。 In view of this, several techniques have already been proposed for charging capacitors so that a voltage difference does not occur between a plurality of capacitors despite variations in capacitance.
例えば、特許文献1には、互いに直列に接続された複数段のキャパシタの各段ごとに、トランスとスイッチとの直列回路を配置し、あるキャパシタが規定電圧に達すると、そのキャパシタに対応するスイッチをオンにしてそのキャパシタとトランスとを互いに導通させる技術が開示されている。
For example, in
したがって、この技術によれば、あるキャパシタが満充電状態に至ると、そのキャパシタに対応するトランスの効果により、そのキャパシタに流入されるはずであった余剰電流が、そのキャパシタをバイパスさせられるとともに、別の回路部分に転送される。それにより、満充電状態にあるキャパシタの充電電圧が規定電圧を超えることが防止される。 Therefore, according to this technique, when a certain capacitor reaches a fully charged state, an excess current that should have flowed into the capacitor is bypassed by the effect of the transformer corresponding to the capacitor, It is transferred to another circuit part. This prevents the charging voltage of the fully charged capacitor from exceeding a specified voltage.
また、特許文献2には、互いに直列に接続された複数段のキャパシタの各段ごとに、抵抗器とスイッチとの直列回路を配置し、あるキャパシタが規定電圧に達すると、そのキャパシタに対応するスイッチをオンにしてそのキャパシタと抵抗器とを互いに導通させる技術が開示されている。
Further, in
したがって、この技術によれば、あるキャパシタが満充電状態に至ると、そのキャパシタに対応する抵抗器の効果により、そのキャパシタに流入されるはずであった余剰電流が、そのキャパシタをバイパスさせられるとともに、その抵抗器において熱に変換されて消費される。それにより、満充電状態にあるキャパシタの電圧が規定電圧を超えることが防止される。 Therefore, according to this technique, when a capacitor reaches a fully charged state, the effect of the resistor corresponding to the capacitor allows the surplus current that should have flowed into the capacitor to be bypassed. In the resistor, it is converted into heat and consumed. This prevents the voltage of the fully charged capacitor from exceeding the specified voltage.
また、特許文献3には、互いに直列に接続された複数段のキャパシタの各段ごとに、各段のキャパシタに並列に並列モニタを配置し、その並列モニタに、対応するキャパシタの充電電圧をモニタさせるとともに、その充電電圧が規定電圧を超えると、その対応するキャパシタをバイパスする技術が開示されている。
In
したがって、この技術によれば、あるキャパシタが満充電状態に至ると、そのキャパシタに対応する並列モニタの効果により、そのキャパシタに流入されるはずであった余剰電流が、そのキャパシタをバイパスさせられるとともに、その並列モニタにおいて熱に変換されて消費される。それにより、満充電状態にあるキャパシタの電圧が規定電圧を超えることが防止される。 Therefore, according to this technique, when a certain capacitor reaches a full charge state, the effect of the parallel monitor corresponding to the capacitor allows the surplus current that should have flowed into the capacitor to be bypassed. In the parallel monitor, it is converted into heat and consumed. This prevents the voltage of the fully charged capacitor from exceeding the specified voltage.
この技術においては、さらに、キャパシタの充電電圧が規定電圧を超えると、それらキャパシタに共通に接続された充電装置が、それらキャパシタに供給する充電電流が減少するように、制御される。 In this technology, when the charging voltage of the capacitors exceeds a specified voltage, the charging devices connected in common to the capacitors are controlled so that the charging current supplied to the capacitors is reduced.
したがって、この技術によれば、キャパシタの充電電圧が規定電圧を超えると、充電装置からそのキャパシタに供給される充電電流が制限され、それにより、余剰電流を消費するために並列モニタにおいて発生する熱量が減少する。 Therefore, according to this technique, when the charging voltage of a capacitor exceeds a specified voltage, the charging current supplied to the capacitor from the charging device is limited, and thereby the amount of heat generated in the parallel monitor to consume surplus current. Decrease.
以上説明したキャパシタを充電するための電源の一例として発電装置があり、この発電装置の一例として、自然エネルギーを利用して電気エネルギーを発生させる発電素子がある。そして、この発電素子の一例として太陽電池が存在する。 As an example of the power source for charging the capacitor described above, there is a power generation device. As an example of the power generation device, there is a power generation element that generates electric energy using natural energy. And a solar cell exists as an example of this power generation element.
一般に、太陽電池には、発電電力が発電電圧および発電電流に関して極大点を有するように変化するという特性がある。そのため、太陽電池を使用する場合には、太陽電池の発電電圧または発電電流が変化すると、それに伴って発電電力すなわち太陽電池の出力が変化する。 Generally, a solar cell has a characteristic that generated power changes so as to have a maximum point with respect to a generated voltage and a generated current. Therefore, when using a solar cell, when the power generation voltage or power generation current of the solar cell changes, the generated power, that is, the output of the solar cell changes accordingly.
そのため、太陽電池によってキャパシタを高速に充電するために、太陽電池の発電電力が最大化されるようにその太陽電池の発電状態を制御することが必要である。 Therefore, in order to charge the capacitor at high speed with the solar cell, it is necessary to control the power generation state of the solar cell so that the generated power of the solar cell is maximized.
特許文献4には、それら太陽電池とキャパシタとに接続されて使用される充電装置の一例が開示されている。この従来例は、スイッチ、コイルおよびダイオードを有するスイッチング型コンバータと、太陽電池の発電電流を検出する電流検出回路と、太陽電池の発電電圧を検出する電圧検出回路と、それらスイッチング型コンバータと電流検出回路と電圧検出回路とに接続されたコントローラとを含むように構成されている。 Patent Document 4 discloses an example of a charging device that is used by being connected to the solar cell and the capacitor. This conventional example includes a switching converter having a switch, a coil, and a diode, a current detection circuit that detects a power generation current of the solar battery, a voltage detection circuit that detects a power generation voltage of the solar battery, the switching converter and the current detection. A controller is connected to the circuit and the voltage detection circuit.
この従来例においては、そのコントローラが、電流検出回路によって検出された発電電流と、電圧検出回路によって検出された発電電圧とに基づき、太陽電池の発電電力が極大化するようにスイッチのデューティ比の最適値を決定する。このコントローラは、その決定されたデューティ比の最適値が実現されるように、スイッチのオンオフ状態を制御する。
本発明者は、太陽電池を用いることにより、互いに直列に接続された複数個の電気二重層キャパシタを互いに均等に充電する技術について研究を行った。 The present inventor has studied a technique for charging a plurality of electric double layer capacitors connected in series with each other equally by using solar cells.
その結果、発明者は、互いに直列に接続された複数個のキャパシタを太陽電池を用いて充電する場合には、複数個のキャパシタのうちの少なくとも1個または全部が実質的な満充電状態に至る前と後とで、太陽電池によるキャパシタの充電モードを切り換えることが、キャパシタの充電時間の短縮という効果と、キャパシタの過充電の抑制という効果とを両立させるために有効であるという事実に気が付いた。 As a result, when the inventors charge a plurality of capacitors connected in series with each other using a solar cell, at least one or all of the plurality of capacitors reach a substantially fully charged state. I noticed the fact that switching the capacitor charging mode with solar cells before and after is effective to achieve both the effect of shortening the capacitor charging time and the effect of suppressing the overcharging of the capacitor. .
具体的には、発明者は、実質的な満充電前においては、通常充電制御を実行する一方、実質的な満充電後においては、通常充電制御時より減少した電力がャパシタ側に供給されることを可能にする制限充電制御を実行することが、キャパシタの充電時間の短縮という効果と、キャパシタの過充電の抑制という効果とを両立させるために有効であるという事実に気が付いた。 Specifically, the inventor performs normal charge control before substantial full charge, while after the substantial full charge, the reduced power is supplied to the capacitor side than during normal charge control. It has been found that the fact that the limited charging control that enables this is effective is effective in achieving both the effect of shortening the charging time of the capacitor and the effect of suppressing the overcharging of the capacitor.
さらに、発明者は、それら通常充電制御と制限充電制御とを、それらに共通の回路を用いて実行することが理論的にも実用的にも可能であることにも気が付き、さらに、そのような回路を採用すれば、システム設計が容易になり、その結果、構造が簡単化されるとともに費用が削減されるということにも気が付いた。 Furthermore, the inventor has realized that it is possible theoretically and practically to execute the normal charge control and the limited charge control using a circuit common to them, and further, It has also been realized that the adoption of circuits facilitates system design, resulting in simplified structure and reduced costs.
以上説明した知見に基づき、本発明は、互いに直列に接続された複数個の電気二重層キャパシタを互いに均等に充電する技術を改良することを課題としてなされたものである。 Based on the knowledge described above, the present invention has been made with an object of improving a technique for uniformly charging a plurality of electric double layer capacitors connected in series with each other.
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。 The following aspects are obtained by the present invention. Each aspect is divided into sections, each section is given a number, and is described in a form that cites other section numbers as necessary. This is to facilitate understanding of some of the technical features that the present invention can employ and combinations thereof, and the technical features that can be employed by the present invention and combinations thereof are limited to the following embodiments. Should not be interpreted. That is, it should be construed that it is not impeded to appropriately extract and employ the technical features described in the present specification as technical features of the present invention although they are not described in the following embodiments.
さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。 Further, describing each section in the form of quoting the numbers of the other sections does not necessarily prevent the technical features described in each section from being separated from the technical features described in the other sections. It should not be construed as meaning, but it should be construed that the technical features described in each section can be appropriately made independent depending on the nature.
(1) 発電電力が発電電圧および発電電流に関して極大点を有するように変化する太陽電池と、
各々少なくとも1個の電気二重層キャパシタを有する複数個のキャパシタユニットが互いに直列に接続されて成る蓄電装置と、
前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部に各キャパシタユニットごとに接続された複数個のバイパス回路であって、各バイパス回路は、それに対応するキャパシタユニットの電圧が規定電圧を超えようとすると、各キャパシタユニットをバイパスするバイパス動作を行うものと、
前記太陽電池と前記蓄電装置とに接続された降圧型のスイッチングレギュレータであって、少なくともスイッチを有し、そのスイッチのデューティ比に応じた電力を前記太陽電池から前記蓄電装置に降圧して供給するものと、
前記デューティ比を決定し、その決定されたデューティ比が実現されるように前記スイッチを制御し、それにより、前記太陽電池による前記蓄電装置の充電を制御する充電制御装置と
を含み、
その充電制御装置は、
前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部が実質的な満充電状態に至る前においては、通常充電制御を実行する一方、前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部が実質的な満充電状態に至った後においては、制限充電制御を実行し、かつ、前記通常充電制御中には、前記太陽電池の動作点を、前記発電電力が実質的に極大化する最大出力動作点に実質的に一致させるための値を前記デューティ比の値として採用する一方、前記制限充電制御中には、前記太陽電池の動作点を、前記最大出力動作点に対応する前記発電電力より少ない発電電力が前記太陽電池において実現される制限出力動作点に実質的に一致させるための値を前記デューティ比の値として採用する充電システム。
(1) a solar cell in which the generated power changes so as to have a maximum point with respect to the generated voltage and generated current;
A power storage device in which a plurality of capacitor units each having at least one electric double layer capacitor are connected in series;
A plurality of bypass circuits connected to all or a part of the plurality of capacitor units for each capacitor unit, wherein each bypass circuit has a voltage of the corresponding capacitor unit exceeding a specified voltage, Performing bypass operation to bypass each capacitor unit,
A step-down switching regulator connected to the solar cell and the power storage device, having at least a switch, and supplying electric power corresponding to the duty ratio of the switch from the solar cell to the power storage device in a step-down manner things and,
A charge control device that determines the duty ratio, controls the switch so that the determined duty ratio is realized, and thereby controls charging of the power storage device by the solar cell, and
The charge control device is
Before all or some of the plurality of capacitor units reach a substantially fully charged state, normal charge control is performed, while all or some of the plurality of capacitor units are substantially fully charged. In the normal charging control, the operating point of the solar cell is substantially set to the maximum output operating point at which the generated power is substantially maximized. While the value for matching is adopted as the value of the duty ratio, during the limited charging control, the solar cell operating point is set to have the generated power less than the generated power corresponding to the maximum output operating point. A charging system that employs a value for substantially matching a limited output operating point realized in a battery as the value of the duty ratio.
この充電システムにおいては、複数個のキャパシタユニットを充電するモードが、通常充電制御と制限充電制御とに切り換えられる。 In this charging system, the mode for charging a plurality of capacitor units is switched between normal charging control and limited charging control.
具体的には、複数個のキャパシタユニットの全部または一部の実質的な満充電前においては、通常充電制御が実行される一方、複数個のキャパシタユニットの全部または一部の実質的な満充電後においては、制限充電制御が実行される。 Specifically, normal charge control is performed before all or some of the plurality of capacitor units are substantially fully charged, while all or some of the plurality of capacitor units are substantially fully charged. Later, limited charge control is performed.
さらに、この充電システムにおいては、制限充電制御中、最大出力動作点に対応する発電電力より少ない発電電力が太陽電池に発生すること、すなわち、最大出力動作点に対応する発電電力より少ない電力に太陽電池の発電電力が制限される。 Further, in this charging system, during the limited charging control, the generated power less than the generated power corresponding to the maximum output operating point is generated in the solar cell, that is, the solar power is reduced to the generated power corresponding to the maximum output operating point. The power generated by the battery is limited.
よって、この充電システムによれば、制限充電制御中、バイパス回路の負担(例えば、発熱量)が減少するとともに、バイパス回路に要求される性能(例えば、容量)を節減することが可能となる。 Therefore, according to this charging system, it is possible to reduce the burden on the bypass circuit (for example, the amount of generated heat) during the limited charging control and to reduce the performance (for example, the capacity) required for the bypass circuit.
したがって、この充電システムによれば、キャパシタユニットの充電時間の短縮という効果と、キャパシタユニットの過充電の抑制という効果とを両立させることが容易となる。 Therefore, according to this charging system, it is easy to achieve both the effect of shortening the charging time of the capacitor unit and the effect of suppressing overcharging of the capacitor unit.
さらに、この充電システムにおいては、通常充電制御と制限充電制御、すなわち、達成すべき目的に関しては互いに異なるが、それぞれの目的を達成するために、スイッチのデューティ比を制御する点では互いに共通する2種類の制御が同じ充電制御装置によって実行される。 Further, in this charging system, normal charge control and limited charge control, that is, different from each other with respect to the purpose to be achieved, are common to each other in that the duty ratio of the switch is controlled in order to achieve each purpose. The type of control is performed by the same charge controller.
よって、この充電システムによれば、互いに異なる充電制御装置を用いることによって通常充電制御と制限充電制御とをそれぞれ実現する場合より、当該充電システムの設計および構造が簡単化されるとともに、コスト削減が容易となる。 Therefore, according to this charging system, the design and structure of the charging system can be simplified and the cost can be reduced as compared with the case where normal charging control and limited charging control are realized by using different charging control devices. It becomes easy.
この充電システムにおいては、充電制御装置が、通常充電制御中、例えば、太陽電池の出力電力と出力電圧と出力電流との少なくとも一つである物理量(すなわち、太陽電池の作動状態を反映する物理量)と、蓄電装置の充電電力と充電電圧と充電電流との少なくとも一つである物理量(すなわち、蓄電装置の作動状態を反映する物理量)とのうちの少なくとも一方を含む情報に基づいてデューティ比を決定する態様で動作することが可能である。 In this charging system, during normal charging control, the charging control device is, for example, a physical quantity that is at least one of output power, output voltage, and output current of the solar battery (ie, a physical quantity that reflects the operating state of the solar battery). And the duty ratio is determined based on information including at least one of the physical quantity that is at least one of the charging power, the charging voltage, and the charging current of the power storage device (that is, the physical quantity that reflects the operating state of the power storage device) It is possible to operate in such a manner.
後に[発明の実施の形態]の欄において詳述するが、一般に、発電装置として太陽電池を使用する場合には、太陽電池の出力電流を減少させることが必ずしも太陽電池の出力電力を減少させることにはならない。一方、スイッチのデューティ比と太陽電池の出力電流との間に必ずしも比例関係が成立するわけではない。 As will be described in detail later in the section of [Embodiment of the Invention], in general, when a solar cell is used as a power generation device, reducing the output current of the solar cell necessarily reduces the output power of the solar cell. It will not be. On the other hand, a proportional relationship is not necessarily established between the duty ratio of the switch and the output current of the solar cell.
しかしながら、本発明者は、太陽電池の出力電流を、最大出力動作点に対応する出力電流より小さい領域内で変化させる場合には、太陽電池の出力電圧がほとんど変化せず、よって、出力電流と出力電力との間に概して比例的な関係が成立することに気が付いた。この知見は、特許文献3に開示も示唆もされていない。
However, the present inventor, when changing the output current of the solar cell within a region smaller than the output current corresponding to the maximum output operating point, the output voltage of the solar cell hardly changes. I noticed that there is a generally proportional relationship with the output power. This knowledge is neither disclosed nor suggested in
さらに、本発明者は、スイッチのデューティ比の大きさが特定の範囲内にある場合には、デューティ比と太陽電池の出力電流との間に概して比例的な関係が成立することにも気が付いた。この知見も、特許文献3に記載も示唆もされていない。
Furthermore, the present inventor has also noticed that a generally proportional relationship is established between the duty ratio and the output current of the solar cell when the magnitude of the duty ratio of the switch is within a specific range. . This knowledge is neither described nor suggested in
さらにまた、本発明者は、それらの知見を組み合わせれば、スイッチのデューティ比と太陽電池の出力電力との間に概して比例的な関係が成立することを結論付けた。この知見も、特許文献3に記載も示唆もされていない。
Furthermore, the present inventor concluded that, when these findings are combined, a generally proportional relationship is established between the duty ratio of the switch and the output power of the solar cell. This knowledge is neither described nor suggested in
さらにまた、本発明者は、太陽電池から蓄電装置に転送される電力を制限するために、蓄電装置の電力を直接的な制御対象に選ぶのではなく、太陽電池という発電装置の電力を直接的な制御対象に選ぶことを案出した。後に詳述するように、太陽電池の電力を直接的な制御対象に選ぶ場合には、太陽電池自体が余剰電力を熱に変換して放熱することにより、蓄電装置の負担を軽減することが容易である。この知見も、特許文献3に記載も示唆もされていない。
Furthermore, the present inventor does not directly select the power of the power storage device as a direct control target in order to limit the power transferred from the solar cell to the power storage device, but directly uses the power of the power generation device called the solar cell. I devised to choose the right control object. As will be described in detail later, when the power of a solar cell is selected as a direct control target, the solar cell itself can easily reduce the burden on the power storage device by converting surplus power into heat and dissipating heat. It is. This knowledge is neither described nor suggested in
このような知見に基づき、本項に係る充電システムは、制限充電制御中に、スイッチのデューティ比を直接的に(他の物理量を介在させることなく)制御することにより、太陽電池の出力電力を、通常充電制御中より減少するように、制御する。 Based on such knowledge, the charging system according to this section controls the output power of the solar cell by directly controlling the duty ratio of the switch (without interposing other physical quantities) during the limited charging control. Control is performed so as to decrease during normal charging control.
よって、この充電システムは、特許文献3に記載された技術に対して顕著に区別されるものと判断されるべきである。
Therefore, it should be determined that this charging system is significantly distinguished from the technique described in
(2) 前記充電制御装置は、前記通常充電制御中には、前記太陽電池または前記蓄電装置の作動状態を反映する物理量に基づいて前記デューティ比の値を可変値として決定する一方、前記制限充電制御中には、前記物理量に依存することなく予め設定された固定値を前記デューティ比の値として採用する(1)項に記載の充電システム。 (2) During the normal charge control, the charge control device determines the duty ratio value as a variable value based on a physical quantity reflecting an operating state of the solar cell or the power storage device, while the limited charge is performed. The charging system according to item (1), wherein a fixed value set in advance without depending on the physical quantity is adopted as the value of the duty ratio during the control.
この充電システムにおいては、制限充電制御中には、太陽電池または蓄電装置の作動状態を反映する物理量に依存することなく予め設定された固定値がデューティ比の値として採用される。よって、この充電システムによれば、制限充電制御中に採用されるデューティ比を、その物理量に基づいて可変値として決定する場合より、簡単に決定することが可能となる。 In this charging system, a fixed value set in advance is adopted as the value of the duty ratio without depending on the physical quantity reflecting the operating state of the solar cell or the power storage device during the limited charging control. Therefore, according to this charging system, the duty ratio employed during the limited charging control can be determined more easily than the case where the duty ratio is determined as a variable value based on the physical quantity.
(3) 前記充電制御装置は、
前記スイッチがオン状態にあるオン期間とオフ状態にあるオフ期間とがそれぞれ1回ずつ交互に繰り返される1回のスイッチングサイクルを複数回繰り返すことにより、前記スイッチに対してデューティ比制御を実行するデューティ比制御部と、
前記スイッチの各回のスイッチングサイクルにおける前記オン時間が、前記制限充電制御中において前記通常充電制御中より短くなるように、前記デューティ比を決定するデューティ比決定部と
を含む(1)または(2)項に記載の充電システム。
(3) The charge control device
Duty for performing duty ratio control on the switch by repeating a single switching cycle in which an ON period in which the switch is ON and an OFF period in which the switch is OFF are alternately repeated once each A ratio control unit;
A duty ratio determining unit that determines the duty ratio so that the ON time in each switching cycle of the switch is shorter during the limited charge control than during the normal charge control (1) or (2) The charging system according to item.
この充電システムにおいては、スイッチの各回のスイッチングサイクルにおけるオン時間が、制限充電制御中において通常充電制御中より短くなるように、デューティ比が決定される。 In this charging system, the duty ratio is determined so that the ON time in each switching cycle of the switch is shorter during the limited charging control than during the normal charging control.
よって、この充電システムによれば、制限充電制御中に、太陽電池の出力電流が減少し、ひいては、その出力電力も減少する。その結果、各キャパシタユニットの電圧が規定電圧を超えないようにするために各バイパス回路に課されるべき負担(例えば、発熱量)が軽減される。 Therefore, according to this charging system, the output current of the solar cell is reduced during the limited charging control, and the output power is also reduced. As a result, a burden (for example, heat generation amount) imposed on each bypass circuit in order to prevent the voltage of each capacitor unit from exceeding a specified voltage is reduced.
(4) 前記スイッチングレギュレータは、さらに、前記スイッチと前記蓄電装置との間に、それらに直列に接続されたコイルを含み、
前記制限充電制御中における前記オン時間は、前記スイッチの各回のスイッチングサイクルごとに、前記コイルに流れる電流がゼロから増加してゼロに減少する長さを有するように設定される(3)項に記載の充電システム。
(4) The switching regulator further includes a coil connected in series between the switch and the power storage device,
The on-time during the limited charge control is set such that the current flowing through the coil increases from zero and decreases to zero at each switching cycle of the switch. The charging system described.
この充電システムによれば、各回のスイッチングサイクル中にコイルに流れる電流の総和が、それより過去のスイッチングサイクル中にコイルに流れた電流の大きさとは無関係に、その回のスイッチングサイクルに着目するのみで計算できることになる。 According to this charging system, the total current flowing through the coil during each switching cycle is only focused on the current switching cycle, regardless of the magnitude of the current flowing through the coil during the previous switching cycle. It can be calculated with.
よって、この充電システムによれば、各回のスイッチングサイクル中にコイルに流れる電流の総和が、その回のスイッチングサイクル中のスイッチングレギュレータの動作条件のみで決まることとなり、その結果、各回のスイッチングサイクル中にコイルに流れる電流の総和の管理し易さおよび管理精度が向上する。 Therefore, according to this charging system, the sum of the currents flowing in the coils during each switching cycle is determined only by the operating conditions of the switching regulator during that switching cycle, and as a result, during each switching cycle. The ease of managing the total sum of currents flowing through the coils and the management accuracy are improved.
(5) 前記複数個のバイパス回路の各々は、各バイパス回路がバイパス動作中であるか否かを表すバイパス動作信号を出力し、
前記充電制御装置は、前記複数個のバイパス回路からそれぞれ出力された複数のバイパス動作信号を受信し、その受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のいずれもバイパス動作中ではないことを表す場合に、前記通常充電制御を選択する一方、前記受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のうちの少なくとも1個がバイパス動作中であることを表す場合に、前記制限充電制御を選択する選択部を含む(1)ないし(4)項のいずれかに記載の充電システム。
(5) Each of the plurality of bypass circuits outputs a bypass operation signal indicating whether or not each bypass circuit is performing a bypass operation,
The charging control device receives a plurality of bypass operation signals output from the plurality of bypass circuits, respectively, and the received bypass operation signals indicate that none of the plurality of bypass circuits is in a bypass operation. If the normal charging control is selected, the limited charging control is performed when the received bypass operation signal indicates that at least one of the plurality of bypass circuits is performing the bypass operation. The charging system according to any one of (1) to (4), including a selection unit to be selected.
この充電システムにおいては、各バイパス回路がバイパス動作中であるか否かを表すバイパス動作信号に応じて、充電制御装置が実現すべき充電モードが通常充電制御と制限充電制御とに切り換えられる。 In this charging system, the charging mode to be realized by the charging control device is switched between normal charging control and limited charging control in accordance with a bypass operation signal indicating whether or not each bypass circuit is performing a bypass operation.
そのバイパス動作信号は、対応するバイパス回路がバイパス動作中であることを表す状態と、バイパス動作中ではないことを表す状態という2つの状態を離散的に表せば足りるという意味において、実質的には2値信号として取り扱うことが可能である。 The bypass operation signal is substantially in the sense that it is sufficient to discretely represent two states, a state indicating that the corresponding bypass circuit is in the bypass operation and a state indicating that the bypass circuit is not in the bypass operation. It can be handled as a binary signal.
よって、この充電システムによれば、多値信号に基づいて充電モードを切り換える場合より、充電モードの切換えのための信号処理が容易化される可能性がある。 Therefore, according to this charging system, there is a possibility that signal processing for switching the charging mode may be easier than switching the charging mode based on the multilevel signal.
(6) 前記充電制御装置は、
前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である少なくとも1個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間を連続時間として測定する連続時間測定部と、
その測定された連続時間が長いほど前記太陽電池の発電電力が減少するように前記デューティ比を決定する第1決定部と
を含む(1)ないし(5)項のいずれかに記載の充電システム。
(6) The charge control device
A continuous time measuring unit that measures a time during which at least one bypass circuit in the bypass operation among the plurality of bypass circuits continuously performs the bypass operation as a continuous time; and
The charging system according to any one of (1) to (5), further including: a first determining unit that determines the duty ratio so that the generated power of the solar cell decreases as the measured continuous time increases.
この充電システムにおいては、少なくとも1個のキャパシタユニットが少なくとも1個のバイパス回路によってバイパスさせられている場合において、その少なくとも1個のキャパシタユニットがバイパス動作を必要とする程度、すなわち、太陽電池から蓄電装置に供給される電力が過剰である程度(すなわち、キャパシタユニットが過充電である程度)が、少なくとも1個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間(連続時間)の長さとして監視される。その連続時間が長いほど、太陽電池の発電電力が過剰である程度が高い。 In this charging system, when at least one capacitor unit is bypassed by at least one bypass circuit, the at least one capacitor unit needs to perform a bypass operation, that is, from the solar cell. The degree to which the power supplied to the device is excessive (that is, the degree to which the capacitor unit is overcharged) is monitored as the length of time (continuous time) during which at least one bypass circuit continuously performs the bypass operation. The longer the continuous time, the higher the amount of power generated by the solar cell is excessive.
よって、この充電システムによれば、各瞬間ごとに、太陽電池の発電電力が過剰であるか否かは表せるが、各瞬間ごとに、太陽電池の発電電力が過剰である程度は表せない種類の信号(例えば、前記バイパス動作信号)しか用いなくても、そのような信号の時間的推移(履歴)を監視することにより、太陽電池の発電電力が過剰である程度を監視することが可能となる。 Therefore, according to this charging system, it is possible to indicate whether or not the generated power of the solar cell is excessive at each moment, but at each moment, the type of signal that the generated power of the solar cell is excessive and cannot be expressed to some extent. Even if only the bypass operation signal (for example, the bypass operation signal) is used, it is possible to monitor the degree of excessive power generated by the solar cell by monitoring the temporal transition (history) of such a signal.
さらに、この充電システムにおいては、少なくとも1個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間が長いほど太陽電池の発電電力が減少するように、デューティ比が決定される。 Furthermore, in this charging system, the duty ratio is determined so that the power generated by the solar cell decreases as the time during which at least one bypass circuit continuously performs the bypass operation is longer.
したがって、この充電システムによれば、太陽電池の発電電力が過剰である程度が高いほどその太陽電池の発電電力が減少させられる。 Therefore, according to this charging system, the generated power of the solar cell is reduced as the generated power of the solar cell is excessive and higher.
(7) 前記連続時間測定部は、前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である少なくとも1個のバイパス回路が、個々のバイパス回路に着目してそれを個別に見た場合に、連続してバイパス動作を行う時間を前記連続時間として測定する(6)項に記載の充電システム。 (7) The continuous time measuring unit is continuous when at least one bypass circuit that is performing a bypass operation among the plurality of bypass circuits focuses on each bypass circuit and views it individually. The charging system according to (6), wherein a time for performing the bypass operation is measured as the continuous time.
この充電システムによれば、連続時間の測定値が、太陽電池の発電電力が過剰である程度を、各バイパス回路ごとに個別に反映するものとされる。 According to this charging system, the measured value of the continuous time reflects the degree to which the generated power of the solar cell is excessive individually for each bypass circuit.
(8) 前記連続時間測定部は、前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である複数個のバイパス回路が、それらバイパス回路を互いに区別しないで包括的にみた場合に、連続してバイパス動作を行う時間を前記連続時間として測定する(6)項に記載の充電システム。 (8) The continuous time measuring unit continuously performs a bypass operation when a plurality of bypass circuits that are performing a bypass operation among the plurality of bypass circuits are viewed comprehensively without distinguishing each other from each other. The charging system according to item (6), in which the time for performing is measured as the continuous time.
この充電システムによれば、連続時間の測定値が、太陽電池の発電電力が過剰である程度を、それらバイパス回路の全体について包括的に反映するものとされる。 According to this charging system, the measured value of the continuous time comprehensively reflects the degree to which the generated power of the solar cell is excessive for the entire bypass circuit.
(9) 前記充電制御装置は、
前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中であるものの数を測定する数測定部と、
その測定された数が大きいほど前記太陽電池の発電電力が減少するように前記デューティ比を決定する第2決定部と
を含む(1)ないし(8)項のいずれかに記載の充電システム。
(9) The charge control device
A number measuring unit for measuring the number of bypass circuits among the plurality of bypass circuits,
The charging system according to any one of (1) to (8), further including a second determination unit that determines the duty ratio so that the generated power of the solar cell decreases as the measured number increases.
この充電システムにおいては、少なくとも1個のキャパシタユニットが少なくとも1個のバイパス回路によってバイパスさせられている場合において、その少なくとも1個のキャパシタユニットがバイパス動作を必要とする程度、すなわち、太陽電池から蓄電装置に供給される電力が過剰である程度が、複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中であるものの数の大きさとして監視される。その数が大きいほど、太陽電池の発電電力が過剰である程度が高い。 In this charging system, when at least one capacitor unit is bypassed by at least one bypass circuit, the at least one capacitor unit needs to perform a bypass operation, that is, from the solar cell. The degree to which the power supplied to the device is excessive is monitored as the magnitude of the number of bypass circuits that are performing the bypass operation. The larger the number, the higher the amount of power generated by the solar cell is excessive.
よって、この充電システムによれば、各瞬間ごとに、太陽電池の発電電力が過剰であるか否かは表せるが、各瞬間ごとに、太陽電池の発電電力が過剰である程度は表せない種類の信号(例えば、前記バイパス動作信号)しか用いなくても、そのような種類の信号を複数個のバイパス回路について総合的に監視することにより、太陽電池の発電電力が過剰である程度を監視することが可能となる。 Therefore, according to this charging system, it is possible to indicate whether or not the generated power of the solar cell is excessive at each moment, but at each moment, the type of signal that the generated power of the solar cell is excessive and cannot be expressed to some extent. Even if only the bypass operation signal (for example, the bypass operation signal) is used, it is possible to monitor the degree of excessive power generated by the solar cell by comprehensively monitoring such kind of signals for a plurality of bypass circuits. It becomes.
さらに、この充電システムにおいては、複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中であるものの数が大きいほど太陽電池の発電電力が減少するようにデューティ比が決定される。 Furthermore, in this charging system, the duty ratio is determined so that the power generated by the solar cell decreases as the number of bypass circuits that are performing the bypass operation increases.
したがって、この充電システムによれば、太陽電池の発電電力が過剰である程度が高いほどその太陽電池の発電電力が減少させられる。 Therefore, according to this charging system, the generated power of the solar cell is reduced as the generated power of the solar cell is excessive and higher.
(10) 前記太陽電池は、前記極大点に対応する発電電力のうち前記蓄電装置に対して出力されない分の電力は前記太陽電池において熱に変換され、その熱は前記太陽電池の表面から大気中に放出される形式の発電装置である(1)ないし(9)項のいずれかに記載の充電システム。 (10) Of the generated power corresponding to the maximum point, the solar cell is converted into heat in the solar cell by the amount of power that is not output to the power storage device, and the heat from the surface of the solar cell to the atmosphere The charging system according to any one of items (1) to (9), wherein the power generation device is of a type discharged to
この充電システムにおいては、太陽電池の、前記極大点に対応する発電電力(可能な最大発電電力)のうち蓄電装置に対して実際には出力されなかった分の電力が、太陽電池において熱に変換される。このようにして太陽電池において発生した熱は、その太陽電池の表面から大気中に放熱される。 In this charging system, of the generated power corresponding to the maximum point of the solar cell (maximum possible generated power), the power that is not actually output to the power storage device is converted into heat in the solar cell. Is done. Thus, the heat generated in the solar cell is radiated from the surface of the solar cell to the atmosphere.
よって、この充電システムにおいては、従来であればバイパス回路において消費されていた電力(例えば、熱に変換されて消費されていた電力)のうちの少なくとも一部が、太陽電池において熱として消費されることになる。 Therefore, in this charging system, at least a part of the power consumed in the bypass circuit in the past (for example, the power consumed after being converted into heat) is consumed as heat in the solar cell. It will be.
ところで、一般に、太陽電池の表面積(放熱面積)は、バイパス回路に比べて広い面積を確保することが容易である。よって、従来であればバイパス回路において消費されていた電力の少なくとも一部が太陽電池において消費されることになっても、太陽電池の温度上昇量がそれほど増加せずに済む。 By the way, in general, it is easy to ensure a large surface area (heat dissipating area) of the solar cell as compared with the bypass circuit. Therefore, even if at least a part of the power consumed in the bypass circuit in the prior art is consumed in the solar cell, the temperature increase amount of the solar cell does not increase so much.
(11) 前記太陽電池は、前記発電電流が、前記極大点に対応する発電電流より減少することに対する前記発電電圧の変化が、前記発電電流が、前記極大点に対応する発電電流より増加することに対する前記発電電圧の変化より小さい特性を有する形式の発電装置であり、
前記充電制御装置は、前記制限充電制御中、前記通常充電制御中より前記デューティ比を減少させる(1)ないし(10)項のいずれかに記載の充電システム。
(11) In the solar cell, a change in the generated voltage with respect to a decrease in the generated current from a generated current corresponding to the maximum point is that the generated current increases from a generated current corresponding to the maximum point. A power generation device of a type having a characteristic smaller than a change in the generated voltage with respect to
The charging system according to any one of (1) to (10), wherein the charge control device reduces the duty ratio during the limited charge control and during the normal charge control.
この充電システムにおいては、制限充電制御中、通常充電制御中よりデューティ比が減少させられる。デューティ比が減少させられると、スイッチが通常充電制御中より絞られる傾向が強くなるため、太陽電池の発電電流が、最大出力動作点(極大点近傍)に対応する発電電流より減少する。 In this charging system, the duty ratio is reduced during the limited charging control and during the normal charging control. When the duty ratio is decreased, the switch is more likely to be throttled than during normal charging control, so that the generated current of the solar cell is reduced from the generated current corresponding to the maximum output operating point (near the maximum point).
さらに、この充電システムにおいては、太陽電池の発電電流が、最大出力動作点に対応する発電電流より減少する場合には、増加する場合より緩やかな勾配で、太陽電池の発電電圧が変化する。 Further, in this charging system, when the generated current of the solar cell decreases from the generated current corresponding to the maximum output operating point, the generated voltage of the solar cell changes with a gentler slope than when it increases.
よって、この充電システムによれば、制限充電制御中、太陽電池の発電電力を、その太陽電池の発電電圧の変化を抑制しつつ、減少させることが可能となる。その結果、制限充電制御中における太陽電池の発電電力を、その太陽電池の発電電圧の変化を軽視ないしは無視して予測することが可能となる。 Therefore, according to this charging system, it is possible to reduce the generated power of the solar cell while restricting the change in the generated voltage of the solar cell during the limited charging control. As a result, it is possible to predict the generated power of the solar cell during the limited charge control while neglecting or ignoring the change in the generated voltage of the solar cell.
具体的には、この充電システムによれば、後に詳述するが、制限充電制御中、太陽電池の発電電力Issと、スイッチのデューティ比τ(スイッチのオン時間Ton)との間に線形的な関係が成立することとなる。よって、スイッチのデューティ比τ(スイッチのオン時間Ton)から直接に、太陽電池の発電電力Issを予測することが可能となる。 Specifically, according to this charging system, as will be described in detail later, during the limited charging control, a linearity is generated between the generated power Iss of the solar battery and the switch duty ratio τ (switch ON time Ton). The relationship will be established. Therefore, it is possible to predict the generated power Iss of the solar cell directly from the switch duty ratio τ (switch ON time Ton).
したがって、この充電システムによれば、制限充電制御中における太陽電池の発電電力を、スイッチのデューティ比の大きさ、すなわち、スイッチのオン時間の長さに直接に関連付けて管理することが可能となる。 Therefore, according to this charging system, it is possible to manage the generated power of the solar cell during the limited charge control in direct relation to the magnitude of the duty ratio of the switch, that is, the length of the on-time of the switch. .
(12) 各々少なくとも1個の電気二重層キャパシタを有する複数個のキャパシタユニットが互いに直列に接続されて成る蓄電装置と、
前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部に各キャパシタユニットごとに接続された複数個のバイパス回路であって、各バイパス回路は、それに対応するキャパシタユニットの電圧が規定電圧を超えようとすると、各キャパシタユニットをバイパスするバイパス動作を行うものと、
前記蓄電装置に接続されたスイッチであって、外部装置から前記スイッチを経て前記蓄電装置に供給される電力を制御するものと、
そのスイッチを制御し、それにより、前記外部装置による前記蓄電装置の充電を制御する充電制御装置と
を含み、
前記複数個のバイパス回路の各々は、各バイパス回路がバイパス動作中であるか否かを表すバイパス動作信号を出力し、
前記充電制御装置は、
前記複数個のバイパス回路からそれぞれ出力された複数のバイパス動作信号を受信し、その受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のいずれもバイパス動作中ではないことを表す場合に、通常充電制御を選択する一方、前記受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のうちの少なくとも1個がバイパス動作中であることを表す場合に、制限充電制御を選択する選択部と、
前記制限充電制御の選択時には、前記通常充電制御の選択時より、前記スイッチがオン状態にあるオン時間が短くなるように前記スイッチを制御する制御部と
を含む充電システム。
(12) a power storage device in which a plurality of capacitor units each having at least one electric double layer capacitor are connected in series;
A plurality of bypass circuits connected to all or a part of the plurality of capacitor units for each capacitor unit, wherein each bypass circuit has a voltage of the corresponding capacitor unit exceeding a specified voltage, Performing bypass operation to bypass each capacitor unit,
A switch connected to the power storage device for controlling power supplied from an external device to the power storage device via the switch;
A charge control device that controls the switch, thereby controlling charging of the power storage device by the external device, and
Each of the plurality of bypass circuits outputs a bypass operation signal indicating whether or not each bypass circuit is performing a bypass operation,
The charge control device includes:
When a plurality of bypass operation signals respectively output from the plurality of bypass circuits are received, and the received bypass operation signals indicate that none of the plurality of bypass circuits is in a bypass operation, normal charging is performed. A selection unit that selects limited charge control when the received bypass operation signal indicates that at least one of the plurality of bypass circuits is performing a bypass operation,
And a control unit that controls the switch so that an on-time in which the switch is in an on state is shorter when the limited charge control is selected than when the normal charge control is selected.
この充電システムにおいては、複数個のキャパシタユニットを充電するモードが、通常充電制御と制限充電制御とに切り換えられる。 In this charging system, the mode for charging a plurality of capacitor units is switched between normal charging control and limited charging control.
具体的には、複数のバイパス動作信号が、複数個のバイパス回路のいずれもバイパス動作中ではないことを表す場合、すなわち、複数個のキャパシタユニットの実質的な満充電前においては、通常充電制御が実行される。 Specifically, when the plurality of bypass operation signals indicate that none of the plurality of bypass circuits is performing the bypass operation, that is, before the substantial full charge of the plurality of capacitor units, the normal charge control is performed. Is executed.
一方、複数のバイパス動作信号が、複数個のバイパス回路のうちの少なくとも1個がバイパス動作中であることを表す場合、すなわち、複数個のキャパシタユニットの実質的な満充電後においては、制限充電制御が実行される。 On the other hand, when the plurality of bypass operation signals indicate that at least one of the plurality of bypass circuits is performing the bypass operation, that is, after the plurality of capacitor units are substantially fully charged, the limited charging is performed. Control is executed.
さらに、この充電システムにおいては、制限充電制御中、通常充電制御中よりスイッチのオン時間が減少させられ、それにより、外部装置の電力が減少させられる。よって、この充電システムによれば、制限充電制御中、バイパス回路の負担が軽減されるとともに、バイパス回路に要求される性能を節減することが可能となる。 Further, in this charging system, the on-time of the switch is reduced during the limited charging control and during the normal charging control, thereby reducing the power of the external device. Therefore, according to this charging system, it is possible to reduce the load on the bypass circuit during the limited charging control and to reduce the performance required for the bypass circuit.
したがって、この充電システムによれば、キャパシタユニットの充電時間の短縮という効果と、キャパシタユニットの過充電の抑制という効果とを両立させることが容易となる。 Therefore, according to this charging system, it is easy to achieve both the effect of shortening the charging time of the capacitor unit and the effect of suppressing overcharging of the capacitor unit.
さらに、この充電システムにおいては、通常充電制御と制限充電制御、すなわち、達成すべき目的に関しては互いに異なるが、それぞれの目的を達成するために、スイッチのデューティ比を制御する点では互いに共通する2種類の制御が同じ充電制御装置によって実行される。 Further, in this charging system, normal charge control and limited charge control, that is, different from each other with respect to the purpose to be achieved, are common to each other in that the duty ratio of the switch is controlled in order to achieve each purpose. The type of control is performed by the same charge controller.
よって、この充電システムによれば、互いに異なる充電制御装置を用いることによって通常充電制御と制限充電制御とをそれぞれ実現する場合より、当該充電システムの設計および構造が簡単化されるとともに、コスト削減が容易となる。 Therefore, according to this charging system, the design and structure of the charging system can be simplified and the cost can be reduced as compared with the case where normal charging control and limited charging control are realized by using different charging control devices. It becomes easy.
この充電システムにおける「外部装置」の一例は、太陽電池であるが、これに代えて、例えば、風力発電装置としたり、商用電源とすることが可能である。 An example of the “external device” in this charging system is a solar cell, but instead of this, for example, a wind power generator or a commercial power source can be used.
(13) さらに、前記スイッチと前記蓄電装置との間に、それらに直列に接続されたコイルを含み、
前記制御部は、前記スイッチがオン状態にあるオン期間とオフ状態にあるオフ期間とがそれぞれ1回ずつ交互に繰り返される1回のスイッチングサイクルを複数回繰り返し、それにより、前記通常充電制御と前記制限充電制御とを択一的に実行し、
前記制限充電制御中における前記オン時間は、前記スイッチの各回のスイッチングサイクルごとに、前記コイルに流れる電流がゼロから増加してゼロに減少する長さを有するように設定される(12)項に記載の充電システム。
(13) Further, a coil connected in series between the switch and the power storage device is included,
The controller repeats a single switching cycle in which an on period in which the switch is in an on state and an off period in an off state are alternately repeated once each, thereby performing the normal charging control and the Alternatively perform limited charge control,
The on-time during the limited charge control is set such that the current flowing through the coil increases from zero and decreases to zero in each switching cycle of the switch. The charging system described.
この充電システムによれば、前記(4)項に係る充電システムと同様な原理に従い、各回のスイッチングサイクル中にコイルに流れる電流の総和の管理し易さおよび管理精度が向上する。 According to this charging system, in accordance with the same principle as that of the charging system according to the item (4), the ease of managing the total sum of currents flowing through the coils during each switching cycle and the management accuracy are improved.
(14) 前記制御部は、
前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である少なくとも1個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間を連続時間として測定する連続時間測定部と、
その測定された連続時間が長いほど短くなるように前記スイッチのオン時間の長さを決定するオン時間決定部と
を含む(12)または(13)項に記載の充電システム。
(14) The control unit
A continuous time measuring unit that measures a time during which at least one bypass circuit in the bypass operation among the plurality of bypass circuits continuously performs the bypass operation as a continuous time; and
The charging system according to (12) or (13), further including an on-time determining unit that determines the length of the on-time of the switch so that the measured continuous time becomes shorter.
この充電システムによれば、前記(6)項に係る充電システムと同様な原理に従い、各瞬間ごとに、外部装置の電力が過剰であるか否かは表せるが、各瞬間ごとに、外部装置の電力が過剰である程度は表せない種類の信号(例えば、前記バイパス動作信号)しか用いなくても、そのような信号の時間的推移を監視することにより、外部装置の電力が過剰である程度を監視することが可能となる。 According to this charging system, according to the same principle as the charging system according to the above (6), it is possible to indicate whether or not the power of the external device is excessive at each moment. Even if only a kind of signal that is excessive in power and cannot be expressed to some extent (for example, the bypass operation signal) is used, the power of the external device is monitored to some extent by monitoring the temporal transition of such a signal. It becomes possible.
(15) 前記充電制御装置は、前記制限充電制御中におけるデューティ比の値を、それに先行する一回または複数回の通常充電制御中に実際に採用されたデューティ比の値に応じて可変値として決定する(1)項に記載の充電システム。 (15) The charge control device may change the value of the duty ratio during the limited charge control to a variable value according to the value of the duty ratio actually employed during one or more normal charge controls preceding it. The charging system according to item (1) to be determined.
この充電システムによれば、各回の制限充電制御ごとに、制限充電制御中におけるデューティ比の値を、それに先行する通常充電制御の状態であって当該充電システムの作動状態(太陽電池の日照度、経時劣化等を反映する太陽電池の発電状態や、蓄電装置の蓄電状態を含む。)を反映するものの変化に追従するように適切に決定することが容易となる。 According to this charging system, for each limited charging control, the value of the duty ratio during the limited charging control is the normal charging control state that precedes it, and the operating state of the charging system (daily illuminance of the solar cell, It is easy to make an appropriate decision so as to follow changes in what reflects the power generation state of the solar cell reflecting the deterioration over time and the like and the power storage state of the power storage device.
この充電システムにおいては、制限充電制御中におけるデューティ比の値を、例えば、それに先行する一回の通常充電制御中に実際に採用されたデューティ比の値、または今回の制限充電制御に先行する複数回の通常充電制御中にそれぞれ実際に採用された複数個のデューティ比の合成値(例えば、平均値)と固定係数(例えば、約0.1ないし約0.3の範囲内の値)との積を用いて決定することが可能である。 In this charging system, the value of the duty ratio during the limited charge control is set to, for example, the value of the duty ratio actually employed during one normal charge control preceding it, or a plurality of values preceding the current limited charge control. A combined value (for example, an average value) of a plurality of duty ratios and a fixed coefficient (for example, a value within a range of about 0.1 to about 0.3) that are actually adopted during each normal charging control. It can be determined using the product.
(16) 太陽電池からの電気エネルギーを、スイッチングレギュレータを介して、互いに直列に接続された複数段の電気二重層キャパシタに蓄積する充電装置であって、前記複数段の電気二重層キャパシタの電圧を互いに均等化するために、各段の電気二重層キャパシタの電圧が規定電圧に到達したことを検出すると、その電気二重層キャパシタをバイパスするバイパス動作を行うバイパス回路を含むものにおいて、
少なくとも1段の電気二重層キャパシタの電圧が前記規定電圧を超えると、前記スイッチのオン時間を規定値に制御するオン時間制御部を設けたことを特徴とする充電装置。
(16) A charging device for storing electric energy from a solar cell in a plurality of stages of electric double layer capacitors connected in series via a switching regulator, wherein the voltage of the plurality of stages of electric double layer capacitors is stored. In order to equalize each other, including a bypass circuit that performs a bypass operation of bypassing the electric double layer capacitor when detecting that the voltage of the electric double layer capacitor of each stage has reached a specified voltage,
A charging apparatus comprising: an on-time control unit configured to control an on-time of the switch to a specified value when a voltage of at least one electric double layer capacitor exceeds the specified voltage.
後に[発明の実施の形態]の欄において詳述するが、一般に、発電装置として太陽電池を使用する場合には、太陽電池の出力電流を減少させることが必ずしも太陽電池の出力電力を減少させることにはならない。一方、スイッチのオン時間と太陽電池の出力電流との間に必ずしも比例関係が成立するわけではない。 As will be described in detail later in the section of [Embodiment of the Invention], in general, when a solar cell is used as a power generation device, reducing the output current of the solar cell necessarily reduces the output power of the solar cell. It will not be. On the other hand, a proportional relationship is not necessarily established between the on-time of the switch and the output current of the solar cell.
しかしながら、本発明者は、太陽電池の出力電流を、最大出力動作点に対応する出力電流より小さい領域内で変化させる場合には、太陽電池の出力電圧がほとんど変化せず、よって、出力電流と出力電力との間に概して比例的な関係が成立することに気が付いた。 However, the present inventor, when changing the output current of the solar cell within a region smaller than the output current corresponding to the maximum output operating point, the output voltage of the solar cell hardly changes. I noticed that there is a generally proportional relationship with the output power.
さらに、本発明者は、スイッチのオン時間の長さが特定の範囲内にある場合には、オン時間と太陽電池の出力電流との間に概して比例的な関係が成立することにも気が付いた。 Furthermore, the present inventor has also noticed that a generally proportional relationship is established between the on-time and the output current of the solar cell when the length of the on-time of the switch is within a specific range. .
さらにまた、本発明者は、それらの知見を組み合わせれば、スイッチのオン時間と太陽電池の出力電力との間に概して比例的な関係が成立することを結論付けた。 Furthermore, the present inventor concluded that, when these findings are combined, a generally proportional relationship is established between the on-time of the switch and the output power of the solar cell.
さらにまた、本発明者は、太陽電池から蓄電装置に転送される電力を制限するために、蓄電装置の電力を直接的な制御対象に選ぶのではなく、太陽電池という発電装置の電力を直接的な制御対象に選ぶことを案出した。後に詳述するように、太陽電池の電力を直接的な制御対象に選ぶ場合には、太陽電池自体が余剰電力を熱に変換して放熱することにより、蓄電装置の負担を軽減することが容易である。 Furthermore, the present inventor does not directly select the power of the power storage device as a direct control target in order to limit the power transferred from the solar cell to the power storage device, but directly uses the power of the power generation device called the solar cell. I devised to choose the right control object. As will be described in detail later, when the power of a solar cell is selected as a direct control target, the solar cell itself can easily reduce the burden on the power storage device by converting surplus power into heat and dissipating heat. It is.
このような知見に基づき、本項に係る充電装置は、少なくとも1段の電気二重層キャパシタの電圧が規定電圧を超えると、スイッチのオン時間が規定値に制御され、それにより、太陽電池の出力電力が、少なくとも1段の電気二重層キャパシタの電圧が規定電圧を超えない場合より減少する。 Based on such knowledge, in the charging device according to this item, when the voltage of at least one stage of the electric double layer capacitor exceeds the specified voltage, the on-time of the switch is controlled to the specified value, thereby the output of the solar cell. The power is reduced as compared with the case where the voltage of the electric double layer capacitor of at least one stage does not exceed the specified voltage.
(17) 前記オン時間制御部は、
前記各段の電気二重層キャパシタの電圧が前記規定電圧を連続的に超えた時間の長さを測定する時間測定手段と、
その測定された時間の長さに応じ、前記規定値を変更する規定値変更手段と
を含む(16)項に記載の充電装置。
(17) The on-time control unit includes:
Time measuring means for measuring the length of time that the voltage of the electric double layer capacitor at each stage continuously exceeds the specified voltage;
The charging device according to item (16), further including specified value changing means for changing the specified value in accordance with the measured length of time.
この充電装置においては、少なくとも1段の電気二重層キャパシタがバイパス動作を必要とする程度、すなわち、太陽電池から少なくとも1段の電気二重層キャパシタに供給される電力が過剰である程度(すなわち、少なくとも1段の電気二重層キャパシタが過充電である程度)が、各段の電気二重層キャパシタの電圧が規定電圧を連続的に超えた時間(連続時間)の長さとして監視される。その連続時間が長いほど、太陽電池の発電電力が過剰である程度が高い。 In this charging device, at least one stage of the electric double layer capacitor requires a bypass operation, that is, the power supplied from the solar cell to the at least one stage of the electric double layer capacitor is excessive (that is, at least 1). The electric double layer capacitor of the stage is to some extent overcharged), and is monitored as the length of time (continuous time) that the voltage of the electric double layer capacitor of each stage continuously exceeds the specified voltage. The longer the continuous time, the higher the amount of power generated by the solar cell is excessive.
さらに、この充電装置においては、各段の電気二重層キャパシタの電圧が規定電圧を連続的に超えた時間の長さに応じ、前記規定値が変更される。したがって、この充電装置によれば、少なくとも1段の電気二重層キャパシタが過充電である程度の実際に前記規定値を適合させることが可能となる。 Further, in this charging device, the specified value is changed according to the length of time that the voltage of the electric double layer capacitor at each stage continuously exceeds the specified voltage. Therefore, according to this charging device, at least one stage of the electric double layer capacitor can be adapted to the specified value to some extent by overcharging.
この充電装置は、前記規定値変更手段が、例えば、前記測定された時間の長さが長いほど減少するように、前記規定値を変更する態様で実施される。 This charging apparatus is implemented in such a manner that the specified value changing means changes the specified value so that the specified value is decreased as the measured time length increases, for example.
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, some of more specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1には、本発明の第1実施形態に従う充電システム10が概念的に系統図で示されている。
FIG. 1 conceptually shows a charging
この充電システム10は、太陽電池12と、その太陽電池12によって生成された電気エネルギーを蓄積する蓄電装置14と、それら太陽電池12と蓄電装置14とに接続されて使用される充電装置16とを含むように構成されている。充電装置16は、太陽電池12によって蓄電装置14を充電するために使用される。
The charging
太陽電池12は、発電装置の一例を構成するとともに、充電装置16にとっての外部装置の一例を構成する。太陽電池12によって生成されて蓄電装置14に蓄積された電気エネルギーは、例えば、照明器具、モータ等、電気機器の如き負荷(図示しない)によって消費される。
The
図1に示すように、充電装置16は、正極ライン20と負極ライン22とを有している。正極ライン20は、両端にそれぞれ外部端子24,26を有し、負極ライン22は、両端にそれぞれ外部端子28,30を有している。
As shown in FIG. 1, the charging
充電装置16は、正極ライン20の外部端子24と負極ライン22の外部端子28とにおいてそれぞれ、太陽電池12の正極端子と負極端子とに電気的に接続されている。さらに、この充電装置16は、正極ライン20の外部端子26と負極ライン22の外部端子30とにおいてそれぞれ、蓄電装置14の正極端子と負極端子とに電気的に接続されている。
The charging
図1においては、太陽電池12の発電電圧(すなわち出力電圧)は「Vs」、発電電流(すなわち出力電流)は「Is」でそれぞれ表記される一方、蓄電装置14の充電電圧は「Vc」、充電電流は「Ic」でそれぞれ表記されている。
In FIG. 1, the generated voltage (that is, output voltage) of the
太陽電池12は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する。この太陽電池12には、太陽光の照度に応じて発電電力(すなわち出力電力)Psが変化するという特性がある。この太陽電池12には、さらに、図2にグラフで表すように、発電電力Psが発電電圧Vsおよび発電電流Isに関して極大点を有するという特性もある。
The
そのため、この太陽電池12を使用する場合には、太陽電池12の発電電圧Vsまたは発電電流Isが変化すると、それに伴って太陽電池12の発電電力Psすなわち出力エネルギーが変化する。すなわち、太陽電池12においては、それの動作点が、発電電圧Vsまたは発電電流Isが変化するにつれて、図2に示すグラフに沿って移動するのである。
Therefore, when this
図2には、太陽光の照度(=日照度)が一定である条件で、発電電圧Vsおよび発電電流Isが変化する特性がグラフで表されている。図2においてグラフと直線L1との交点Aは、充電装置16が太陽電池12にとっての負荷(抵抗値(=Vs/Is)を有する抵抗器)であると考えた場合におけるその負荷の抵抗値が最適であるために、発電電流Isと発電電圧Vsとの積すなわち発電電力Psが極大値であることを示している。
FIG. 2 is a graph showing characteristics in which the generated voltage Vs and the generated current Is change under the condition that the illuminance of sunlight (= daily illuminance) is constant. In FIG. 2, the intersection A between the graph and the straight line L1 indicates that the resistance value of the load when the charging
すなわち、太陽電池12の特性を表わすグラフと直線L1との交点Aが、太陽電池12が取り得る複数個の動作点のうち、太陽電池12の出力電力Psが最大である最大出力動作点を示しているのである。
That is, the intersection A between the graph representing the characteristics of the
また、図2においてグラフと直線L2との交点Bは、太陽電池12にとっての負荷としての充電装置16の抵抗値が最適値より大きいために、太陽電池12の発電電力Psが極大値ではないことを示している。
Further, in FIG. 2, the intersection B between the graph and the straight line L2 is that the generated power Ps of the
すなわち、太陽電池12の特性を表わすグラフと直線L2との交点Bが、太陽電池12が取り得る複数個の動作点のうち、太陽電池12の出力電流Isが、最大出力動作点Aに対応する出力電流(以下、「最大出力時出力電流」という。)Is0より少ない値に制限された制限出力動作点を示しているのである。その制限出力動作点Bの意義については後に詳述する。
That is, the intersection B between the graph representing the characteristics of the
さらに、図2に示すように、太陽電池12は、発電電流Isが最大出力時出力電流Is0より減少することに対する発電電圧Vsの感度(すなわち勾配)が、発電電流Isが最大出力時出力電流Is0より増加することに対する発電電圧Vsの感度より低い特性を有している。
Further, as shown in FIG. 2, the
この太陽電池12においては、発電電流Isが最大出力時出力電流Is0より減少することと増加することとは、発電電力Psの減少を招来する点で互いに共通する。
In the
しかし、発電電流Isが最大出力時出力電流Is0より減少しても、発電電圧Vsが緩やかにしか変化しないかまたはほぼ一定に保たれるのに対し、発電電流Isが最大出力時出力電流Is0より増加すると、発電電圧Vsが急に低下する。 However, even if the generated current Is decreases from the maximum output output current Is0, the generated voltage Vs changes only slowly or is kept almost constant, whereas the generated current Is exceeds the maximum output output current Is0. When it increases, the generated voltage Vs suddenly decreases.
本実施形態においては、制限出力動作点Bが、発電電流Isが最大出力時出力電流Is0より減少させることによって到達する動作点として選定されている。そのように選定した意義については後に詳述する。 In the present embodiment, the limited output operating point B is selected as an operating point that is reached when the generated current Is decreases from the maximum output output current Is0. The significance of such selection will be described in detail later.
蓄電装置14は、太陽電池12によって生成された電気エネルギーを蓄積する。この蓄電装置14は、蓄積可能なエネルギーを増加させるため、図1に示すように、互いに直列に接続された複数個(本実施形態においては、3個)のキャパシタユニット32−1,32−2,32−3を含むように構成されている。
The
各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3は、少なくとも1個の電気二重層キャパシタ(以下、単に「キャパシタ」という。)を含むように構成されている。各キャパシタには、それの充電状態すなわちキャパシタに蓄積されている電荷の量に応じて電圧が大きく変化するという特徴がある。この特徴は、キャパシタに固有のものであり、他の種類の蓄電素子には存在しない。 Each of the capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 is configured to include at least one electric double layer capacitor (hereinafter simply referred to as “capacitor”). Each capacitor is characterized in that the voltage varies greatly depending on its charge state, that is, the amount of charge accumulated in the capacitor. This feature is unique to the capacitor and does not exist in other types of power storage elements.
各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3は、それによって蓄積可能なエネルギーをさらに増加させることが必要である場合には、例えば、互いに並列に接続された複数個のキャパシタを含むように構成することが可能である。ただし、すべてのキャパシタユニット32−1,32−2,32−3は、互いに等しい耐電圧を有するように構成される。 Each capacitor unit 32-1, 32-2, 32-3 includes, for example, a plurality of capacitors connected in parallel to each other when it is necessary to further increase the energy that can be stored. It is possible to configure. However, all the capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 are configured to have the same withstand voltage.
図1に示すように、蓄電装置14は、さらに、複数個のキャパシタユニット32−1,32−2,32−3にそれぞれ対応する複数個のバイパス回路34−1,34−2,34−3を備えている。それらバイパス回路34−1,34−2,34−3の構成は後に詳述する。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、この蓄電装置14においては、キャパシタユニット32−1,32−2,32−3とバイパス回路34−1,34−2,34−3とのうち互いに対応するもの同士によって3個の蓄電ユニット36−1,36−2,36−3が構成されている。
As shown in FIG. 1, in this
図1に示すように、充電装置16は、降圧型のスイッチングレギュレータ38を備えている。
As shown in FIG. 1, the charging
スイッチングレギュレータ38は、チョッパ式のスイッチ(例えば、半導体スイッチ)40と、コイル(インダクタ)42と、ダイオード(フライホール・ダイオード)44とを含んでいる。スイッチ40とコイル42とは、それらの順に正極ライン20において互いに直列に接続されている。ダイオード44は、正極ライン20のうちスイッチ40とコイル42との間の部分から延びて負極ライン22に至る中間ライン46の途中に接続されている。
The switching
このスイッチングレギュレータ38は、太陽電池12の発電電圧Vsより低い電圧が蓄電装置14に印加される一方、太陽電池12の発電電流Isより大きい電流が蓄電装置14に供給されるように、太陽電池12から蓄電装置14に供給される電力を変換する機能を有する。
The switching
このスイッチングレギュレータ38は、よく知られているように、スイッチ40のオンオフによって発生した方形波(断続波形)を平滑化する方式である。この方式は、入力電圧、すなわち、太陽電池12の発電電圧Vsより出力電圧、すなわち、蓄電装置14の充電電圧Vcが低い場合に採用される。
As is well known, the switching
このスイッチングレギュレータ38においては、スイッチ40がオン(導通)状態にある期間に、太陽電池12の電気エネルギーがスイッチ40を経てコイル42に磁気エネルギーとして蓄積される。その後、スイッチ40がオフ(遮断)状態に切り換えられると、コイル42、蓄電装置14およびダイオード44から成る閉回路により、コイル42に蓄積された磁気エネルギーが電気エネルギーに変換されて蓄電装置14に供給される。
In the switching
スイッチ40のオンオフを繰り返すことにより、太陽電池12の電気エネルギーが蓄電装置14に供給され、それにより、太陽電池12によって蓄電装置14が充電される。
By repeatedly turning on and off the
この際、蓄電装置14の充電電圧Vcは、スイッチ40のデューティ比、すなわち、スイッチ40がオンしているオン時間Tonを、そのオン時間Tonとオフ時間Toffとの和で割り算した値に基づいて太陽電池12の発電電圧Vsが降圧された高さを有する。発電電圧Vsが降圧された電圧が充電電圧Vcとなれば、それと引き換えに、太陽電池12の発電電流Isが増加させられた電流が蓄電装置14の充電電流Icとなる。
At this time, the charging voltage Vc of the
すなわち、スイッチングレギュレータ38は、太陽電池12と蓄電装置14との間において、電圧/電流の変換(電力変換)を行い、具体的には、太陽電池12と蓄電装置14との間において電力が保存されるという条件のもと、太陽電池12における高電圧かつ小電流の電気を、蓄電装置14における低電圧かつ大電流の電気に変換する。それにより、太陽電池12による蓄電装置14の充電効率が向上する。
That is, the switching
図1に示すように、充電装置16は、さらに、スイッチングレギュレータ38より上流側においてコンデンサ48を備えている。このコンデンサ48は、正極ライン20と負極ライン22とにそれぞれ接続される状態で、太陽電池12に並列に接続されている。
As shown in FIG. 1, the charging
このコンデンサ48は、スイッチ40のオフ状態において、太陽電池12からの電気エネルギーの放出を可能にするとともに、その放出された電気エネルギーを一時的に蓄積する。一方、このコンデンサ48は、スイッチ40のオン状態においては、このコンデンサ48に蓄積された電気エネルギーをスイッチ40を経由して蓄電装置14に送り出す。
The
その結果、このコンデンサ48によれば、スイッチ40のスイッチング動作に起因するリップル電圧(太陽電池12の出力電圧Vsの変動)が抑制され、ひいては、太陽電池12の出力電力Psの変動が抑制される。
As a result, according to the
以上要するに、このコンデンサ48は、スイッチ40のオンオフ動作にもかかわらず、太陽電池12の発電電圧Vsを安定化させる機能を有するのである。この機能を果たすためには、スイッチ40のスイッチング周期(例えば、10μs)の間にコンデンサ48の電圧が敏感に変化しないことが必要である。
In short, the
したがって、このコンデンサ48は、蓄電装置14より小さい静電容量を有している。このコンデンサ48の静電容量は、スイッチ40のスイッチング周期(例えば、10μs)の長さ、スイッチ40のオン状態において太陽電池12からスイッチ40を経て流出する電流の量等に応じて設定される。
Therefore, the
ここで、図1を参照することにより、3個のバイパス回路34−1,34−2,34−3をさらに詳細に説明する。ただし、それらバイパス回路34−1,34−2,34−3は、互いに共通する構成を有するため、1個のバイパス回路34−1のみを代表的に説明する。 Here, with reference to FIG. 1, the three bypass circuits 34-1, 34-2, and 34-3 will be described in more detail. However, since these bypass circuits 34-1, 34-2, 34-3 have a common configuration, only one bypass circuit 34-1 will be described as a representative.
バイパス回路34−1は、対応するキャパシタユニット32−1に並列に接続されている。バイパス回路34−1は、電流バイパス素子としてのバイパス抵抗器(抵抗値が固定された抵抗器)50−1とスイッチング素子としてのトランジスタ52−1とであって互いに直列に接続されたものを、対応するキャパシタユニット32−1に並列に接続された状態で備えている。 The bypass circuit 34-1 is connected in parallel to the corresponding capacitor unit 32-1. The bypass circuit 34-1 includes a bypass resistor (resistor having a fixed resistance value) 50-1 as a current bypass element and a transistor 52-1 as a switching element, which are connected in series to each other. It is provided in a state of being connected in parallel to the corresponding capacitor unit 32-1.
トランジスタ52−1がオフされている状態においては、太陽電池12から電流がバイパス抵抗器50−1に流入しないのに対し、トランジスタ52−1がオンされている状態においては、太陽電池12から電流がバイパス抵抗器50−1に流入する。電流がバイパス抵抗器50−1に流入すると、そのバイパス電流は、バイパス抵抗器50−1において熱に変換されて消費される。
When the transistor 52-1 is turned off, no current flows from the
すなわち、トランジスタ52−1がオンされると、太陽電池12から、対応するキャパシタユニット32−1に流入されるはずであった電流のうちの少なくとも一部が、バイパス抵抗器50−1により、そのキャパシタユニット32−1をバイパスさせられるのである。それにより、そのキャパシタユニット32−1の端子電圧が規定電圧を超えることが防止される。
That is, when the transistor 52-1 is turned on, at least a part of the current that should have flowed from the
したがって、バイパス抵抗器50−1の抵抗値は、キャパシタユニット32−1の端子電圧が規定電圧より高くならないように、すなわち、トランジスタ52−1に流入する電流が、キャパシタユニット32−1に流入する充電電流より多くなるように、予め設定される。 Therefore, the resistance value of the bypass resistor 50-1 is set so that the terminal voltage of the capacitor unit 32-1 does not become higher than the specified voltage, that is, the current flowing into the transistor 52-1 flows into the capacitor unit 32-1. It is set in advance so as to be larger than the charging current.
なお付言するに、前述の電流バイパス素子は、バイパス抵抗器50−1に代えて、余剰電流を他の回路(例えば、満充電状態に至っていない他のキャパシタユニット32−2,32−3)へ転送する転送素子(例えば、トランス)を用いて構成することが可能である。また、トランジスタ52−1は、例えば、バイポーラ・トランジスタやFETなどの半導体スイッチとして構成することが可能である。 In addition, in place of the bypass resistor 50-1, the above-described current bypass element replaces the surplus current with another circuit (for example, other capacitor units 32-2 and 32-3 that have not reached the full charge state). A transfer element (for example, a transformer) for transferring can be used. The transistor 52-1 can be configured as a semiconductor switch such as a bipolar transistor or FET.
図1に示すように、バイパス回路34−1においては、トランジスタ52−1にドライバ54−1が接続されており、そのドライバ54−1によってトランジスタ52−1がオン状態とオフ状態とに切り換えられる。すなわち、ドライバ54−1は、トランジスタ52−1を駆動する機能を有しているのである。 As shown in FIG. 1, in the bypass circuit 34-1, a driver 54-1 is connected to the transistor 52-1, and the driver 54-1 switches the transistor 52-1 between an on state and an off state. . That is, the driver 54-1 has a function of driving the transistor 52-1.
このドライバ54−1は、対応するキャパシタユニット32−1の正極側と負極側とにも接続されており、そのキャパシタユニット32−1の端子電圧(個別充電電圧)をモニタする機能も有している。このドライバ54−1は、対応するキャパシタユニット32−1の端子電圧が規定電圧(キャパシタユニット32−1の端子電圧の規定電圧(「耐電圧」ともいい、例えば、2[V])と等しいかまたはそれより低い値)を超えようとするとトランジスタ52−1がオンするように、トランジスタ52−1を駆動する。 The driver 54-1 is also connected to the positive side and the negative side of the corresponding capacitor unit 32-1, and has a function of monitoring the terminal voltage (individual charging voltage) of the capacitor unit 32-1. Yes. In this driver 54-1, the terminal voltage of the corresponding capacitor unit 32-1 is equal to the specified voltage (the specified voltage of the terminal voltage of the capacitor unit 32-1 (also referred to as “withstand voltage”, for example, 2 [V]). The transistor 52-1 is driven so that the transistor 52-1 is turned on when the value exceeds (or a value lower than that).
このドライバ54−1は、例えば、入力(キャパシタユニット32−1の端子電圧)が規定電圧より高くなろうとすると、出力が「0」から「1」に変化する市販の電圧コンパレータICを使用して構成することが可能である。 The driver 54-1 uses, for example, a commercially available voltage comparator IC whose output changes from “0” to “1” when the input (terminal voltage of the capacitor unit 32-1) is to be higher than a specified voltage. It is possible to configure.
図1に示すように、バイパス回路34−1は、さらに、トランジスタ52−1がオンになると通電する位置にフォトダイオード56−1を備えている。そのフォトダイオード56−1は、通電時に発光する電気素子である。 As shown in FIG. 1, the bypass circuit 34-1 further includes a photodiode 56-1 at a position where power is supplied when the transistor 52-1 is turned on. The photodiode 56-1 is an electric element that emits light when energized.
本実施形態においては、そのフォトダイオード56−1が、バイパス抵抗器50−1に並列に接続されており、トランジスタ52−1がオンされると、バイパス抵抗器50−1とフォトダイオード56−1とに一緒に電流が流入するようになっている。したがって、フォトダイオード56−1の発光は、バイパス抵抗器50−1が、対応するキャパシタユニット32−1をバイパスするバイパス動作の実行中であることを示している。 In the present embodiment, the photodiode 56-1 is connected in parallel to the bypass resistor 50-1, and when the transistor 52-1 is turned on, the bypass resistor 50-1 and the photodiode 56-1 are turned on. A current flows in together. Therefore, the light emission of the photodiode 56-1 indicates that the bypass resistor 50-1 is performing a bypass operation that bypasses the corresponding capacitor unit 32-1.
図1に示すように、充電装置16は、さらに、太陽電池12の出力電流Isを検出する出力電流検出回路60を備えている。
As shown in FIG. 1, the charging
出力電流検出回路60は、太陽電池12の出力電流Isを電圧に変換し、それを増幅して、後述の充電制御回路80に出力するために設けられている。
The output
具体的には、この出力電流検出回路60は、太陽電池12から出力される電流すなわち出力電流Isの量を検出するために、負極ライン22のうち太陽電池12の負極端子との接続点と接地点との間の部分に接続された電流検出抵抗器62を備えている。その電流検出抵抗器62は、太陽電池12を流れる電流を電圧に変換する機能を有する。
Specifically, the output
なお付言するに、本実施形態においては、充電装置16の回路のうち、コンデンサ48より太陽電池12に近い側に電流検出抵抗器62が配置されている。すなわち、この電流検出抵抗器62は、太陽電池12とコンデンサ48との閉回路内に配置されているのである。
In addition, in this embodiment, the
その結果、この電流検出抵抗器62によれば、太陽電池12の出力電流Isが直接に検出されることになり、スイッチ40に流れる電流であって、そのスイッチ40のスイッチング動作に起因したリップル電流が多く含まれるものが直接に検出されずに済む。
As a result, according to the
出力電流検出回路60は、さらに、その電流検出抵抗器62の電圧を一定倍率で増幅するアンプ(直流増幅器)64を備えている。そのアンプ64は、太陽電池12の出力電流Isを表すアナログ信号を出力する。このアンプ64は、例えば、直流リニア増幅器として構成される。
The output
図1に示すように、充電装置16は、さらに、太陽電池12の出力電圧Vsを検出する出力電圧検出回路70を備えている。この出力電圧検出回路70は、太陽電池12の出力電圧Vsと等電位にある正極ライン20に接続されている。本実施形態においては、その出力電圧検出回路70が単なる導線として構成されているが、必要な変更を施すことが可能である。
As shown in FIG. 1, the charging
図1に示すように、充電装置16は、さらに、充電制御回路80を備えている。この充電制御回路80は、スイッチ40に対してデューティ比制御を行うことにより、太陽電池12による蓄電装置14の充電を制御する。
As shown in FIG. 1, the charging
具体的には、この充電制御回路80は、3個のキャパシタユニット32−1,32−2,32−3のうちのいずれか1個でも実質的な満充電状態に至る前においては、通常充電制御を実行する一方、複数個のキャパシタユニット32−1,32−2,32−3のうちのいずれか1個でも実質的な満充電状態に至った後においては、制限充電制御を実行する。
Specifically, the
さらに具体的には、この充電制御回路80は、通常充電制御においては、太陽電池12の動作点を、発電電力Psが実質的に極大化する最大出力動作点Aに実質的に一致させるための値をスイッチ40のデューティ比τの値として採用する。
More specifically, the charging
一方、この充電制御回路80は、制限充電制御においては、太陽電池12の動作点を、最大出力動作点Aに対応する発電電流Is0より少ない発電電流Is1が太陽電池12において実現される制限出力動作点Bに実質的に一致させるための値をスイッチ40のデューティ比τの値として採用する。
On the other hand, in the limited charging control, the charging
本実施形態においては、その制限出力動作点Bが、対応する発電電流Is1がゼロより大きい大きさを有するように設定される。したがって、本実施形態によれば、複数個のキャパシタユニット32−1,32−2,32−3のうちの一部のみについて端子電圧が規定電圧を超えようとした場合に、端子電圧が規定電圧を超えようとしていない別のキャパシタユニット(満充電状態には至っていないキャパシタユニット)32については太陽電池12による充電が継続される。
In the present embodiment, the limited output operating point B is set such that the corresponding generated current Is1 has a magnitude greater than zero. Therefore, according to this embodiment, when the terminal voltage is about to exceed the specified voltage for only some of the plurality of capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3, the terminal voltage is set to the specified voltage. As for another capacitor unit 32 (capacitor unit that has not reached a fully charged state) 32 that is not going to exceed, charging by the
その結果、本実施形態によれば、すべてのキャパシタユニット32−1,32−2,32−3を、過充電による特性劣化を防止しつつ、蓄電能力をフルに利用することが可能となる。 As a result, according to the present embodiment, it is possible to fully utilize the storage capacity of all the capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 while preventing characteristic deterioration due to overcharging.
この充電制御回路80は、通常充電制御中には、太陽電池12の作動状態を反映する物理量としての発電電力Ps(=Is×Vs)に基づいてデューティ比τの値を可変値として決定する一方、制限充電制御中には、いずれの物理量にも依存しないように予め設定された固定値をデューティ比τの値(すなわち制限デューティ比τc)として採用する。
The
本実施形態においては、この充電制御回路80は、通常充電制御中、太陽電池12の出力電流Isと出力電圧Vsとを実質的に同じタイミングで検出し、それら2個の検出値の積として出力電力Psを演算するようになっている。
In the present embodiment, the charging
さらに、この充電制御回路80は、スイッチ40がオン状態にあるオン期間とオフ状態にあるオフ期間とがそれぞれ1回ずつ交互に繰り返される1回のスイッチングサイクルを複数回繰り返すことにより、スイッチ40に対してデューティ比制御を実行する。さらに、この充電制御回路80は、各回のスイッチングサイクルにおけるオン時間Tonが、制限充電制御時において通常充電制御時より短くなるように、デューティ比τを決定する。
Further, the
この充電制御回路80は、スイッチ40に対してデューティ比制御を行うために、そのスイッチ40にスイッチング動作を行わせるためにそのスイッチ40に供給されるべきオン/オフパルスを自ら生成してスイッチ40に対して出力するように構成することが可能である。
The
これに代えて、この充電制御回路80は、スイッチ40にPWM回路を接続し、そのPWM回路に対して、スイッチ40のオン時間Tonの長さを出力するように構成することも可能である。
Alternatively, the charging
以上説明した機能を実現するため、この充電制御回路80は、図1に示すように、出力電流検出回路60に、アンプ64の出力端子において接続されている。この充電制御回路80は、さらに、出力電圧検出回路70にも接続されている。
In order to realize the function described above, the charging
図1に示すように、充電装置16は、さらに、フォトダイオード56−1,56−2,56−3の数と同数のフォトトランジスタ82−1,82−2,82−3を備えている。フォトダイオード56−1,56−2,56−3とフォトトランジスタ82−1,82−2,82−3とのうち互いに対応するもの同士により、3組のフォトカプラ84−1,84−2,84−3が構成されている。各組のフォトカプラ84−1,84−2,84−3は、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3ごとに設けられている。
As shown in FIG. 1, the charging
それらフォトトランジスタ82−1,82−2,82−3に対応し、充電制御回路80は、それらフォトトランジスタ82−1,82−2,82−3の数と同数の検出端子86−1,86−2,86−3を備えている。充電制御回路80は、それら検出端子86−1,86−2,86−3(本実施形態においては、3個の検出端子86−1,86−2,86−3)において、それらと同数のフォトトランジスタ82−1,82−2,82−3にそれぞれ電気的に接続されている。
Corresponding to the phototransistors 82-1, 82-2, and 82-3, the charging
その結果、充電制御回路80は、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3ごとに、対応するフォトカプラ84−1,84−2,84−3を介して、バイパス回路34−1,34−2,34−3に光学的に接続されている。
As a result, the charging
本実施形態においては、3個のキャパシタユニット32−1,32−2,32−3のうち最も上流側に位置するものに対応するフォトダイオード56−1に光学的に結合されるフォトトランジスタ82−1の出力信号が「PT1」と表記され、2番目のキャパシタユニット32−2に対応するフォトダイオード56−2に光学的に結合されるフォトトランジスタ82−2の出力信号が「PT2」と表記され、そして、最も下流側に位置するキャパシタユニット32−3に対応するフォトダイオード56−3に光学的に結合されるフォトトランジスタ82−3の出力信号が「PT3」と表記される。 In the present embodiment, the phototransistor 82-optically coupled to the photodiode 56-1 corresponding to the most upstream of the three capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3. 1 output signal is denoted as “PT1”, and the output signal of the phototransistor 82-2 optically coupled to the photodiode 56-2 corresponding to the second capacitor unit 32-2 is denoted as “PT2”. The output signal of the phototransistor 82-3 optically coupled to the photodiode 56-3 corresponding to the capacitor unit 32-3 located on the most downstream side is denoted as “PT3”.
いずれの出力信号PT1,PT2,PT3も、アナログ信号であるが、充電制御回路80においては、後に詳述するように、信号処理上、対応するフォトダイオード56−1,56−2,56−3が発光中であるか否か、すなわち、対応するキャパシタユニット32−1,32−2,32−3の端子電圧が規定電圧を超えたか否かを表す2値信号として取り扱われる。
Any of the output signals PT1, PT2, PT3 is an analog signal. However, in the
このように、本実施形態においては、充電制御回路80が各バイパス回路34−1,34−2,34−3の動作を個別にモニタするために、充電制御回路80と各バイパス回路34−1,34−2,34−3とが電気的にではなく光学的に接続されている。その結果、各バイパス回路34−1,34−2,34−3に流れる電流が予定外に充電制御回路80に漏れることが防止される。
Thus, in this embodiment, since the
なお付言するに、本実施形態においては、各バイパス回路34−1,34−2,34−3が充電制御回路80に、各バイパス回路34−1,34−2,34−3がバイパス動作中であるか否か(すなわち、それに対応するキャパシタユニット32−1,32−2,32−3の端子電圧が規定電圧を超えているか否か)という情報を伝達可能な状態でワイヤレス結合されている。
In addition, in this embodiment, in the present embodiment, each bypass circuit 34-1, 34-2, 34-3 is in
そのワイヤレス結合を実現するために、各バイパス回路34−1,34−2,34−3を充電制御回路80に光学的に結合するフォトカプラ84−1,84−2,84−3が用いられる。各フォトカプラ84−1,84−2,84−3は、例えば、各バイパス回路34−1,34−2,34−3を充電制御回路80に磁気的に結合するトランスに置換したり、各バイパス回路34−1,34−2,34−3を充電制御回路80に静電的に結合するコンデンサに置換することが可能である。
In order to realize the wireless coupling, photocouplers 84-1, 84-2, 84-3 that optically couple the bypass circuits 34-1, 34-2, 34-3 to the charging
図3にブロック図で概念的に表すように、充電制御回路80は、コンピュータ90を主体として構成されている。そのコンピュータ90は、CPU92とROM94とRAM96とがバス98によって互いに接続されて構成されている。
As conceptually shown in the block diagram of FIG. 3, the charging
充電制御回路80は、さらに、I/Oインタフェース100(例えば、ADコンバータや、DAコンバータを内蔵することが可能である)を備えている。そのI/Oインタフェース100を介してコンピュータ90は、スイッチ40と出力電流検出回路60と出力電圧検出回路70と3個のフォトトランジスタ82−1,82−2,82−3とに電気的に接続されている。
The
ところで、本実施形態においては、蓄電装置14のエネルギー源として、太陽光という自然エネルギーが利用される。自然エネルギーは、人工的なエネルギーとは異なり、時間的に変動し易い。そのため、太陽電池12の発電エネルギーも時間的に変動し易く、結局、蓄電装置14の充電エネルギーも時間的に変動し易い。
By the way, in this embodiment, natural energy called sunlight is used as an energy source of the
一方、太陽電池12の発電電流を、満充電状態にあるキャパシタユニット32−1,32−2,32−3をバイパスさせるとともに、そのバイパス電流をバイパス抵抗器50−1,50−2,50−3によって消費するためには、必ずバイパス抵抗器50−1,50−2,50−3の発熱を伴う。
On the other hand, the generated current of the
ところで、太陽電池12によって蓄電装置14を充電する場合、充電制御回路80に電気的ロスがないと仮定すると、本来であれば、太陽電池12の発電エネルギーのすべてが蓄電装置14の側に転送されるはずである。
By the way, when charging the
例えば、順次規定電圧に達するn(n>1)段のキャパシタユニット32のそれぞれのバイパス抵抗器50に順次電流を流していくと、最大で、(n−1)個のバイパス抵抗器50、すなわち、(n−1)段のキャパシタユニット32にそれぞれ対応するバイパス抵抗器50に電流が流れる可能性がある。なぜなら、すべての段のキャパシタユニット32の電圧が規定電圧に達したときには、通常、充電が中止されるように充電装置16が設計されるからである。
For example, when a current is sequentially passed through each of the bypass resistors 50 of the n (n> 1) stage capacitor units 32 that sequentially reach the specified voltage, a maximum of (n−1) bypass resistors 50, that is, , Current may flow through the bypass resistors 50 corresponding to the (n-1) stage capacitor units 32, respectively. This is because the charging
そのため、最大で、太陽電池12の出力エネルギーの(n−1)/n倍に当たる電気エネルギーが、(n−1)個のバイパス抵抗器50により、熱に変換される可能性がある。例えば、キャパシタユニット32を5段直列(n=5)に接続し、その直列キャパシタユニット32を、出力が100[W]である太陽電池12によって充電すると、
Therefore, electrical energy corresponding to (n−1) / n times the output energy of the
Ps×(n−1)/n Ps × (n−1) / n
=100[W]×(5−1)/5 = 100 [W] x (5-1) / 5
=80[W] = 80 [W]
の電気エネルギーが熱に変わる可能性がある。 There is a possibility that the electrical energy of will be changed to heat.
また、太陽電池12の余剰電流がバイパス抵抗器50−1,50−2,50−3によってバイパスされるようにするためには、最大電力でキャパシタユニット32−1,32−2,32−3が充電される期間中でも、それに見合った量の電流バイパスが可能であるようにシステム設計を行うことが必要である。
In addition, in order to allow the surplus current of the
そのため、キャパシタユニット32−1,32−2,32−3の段数と同数段必要とされるバイパス回路34−1,34−2,34−3を、大きな電流を流すことが可能であるように設計することが必要である。 Therefore, it is possible to allow a large current to flow through the bypass circuits 34-1, 34-2, and 34-3 that are required in the same number as the capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3. It is necessary to design.
その結果、太陽電池12の余剰電流がバイパス抵抗器50−1,50−2,50−3によってバイパスされるようにするためには、大きな電流に耐える多数の回路部品を充電システム10に用いることが必要になり、しかも、それら回路部品の発熱量が大きくなる。
As a result, in order for the surplus current of the
一方、太陽光等、自然エネルギー源を用いて充電する場合には、通常、自然エネルギーをできる限り効率よく利用して充電を行うようにする充電制御機能が充電装置16に組み込まれる。
On the other hand, in the case of charging using a natural energy source such as sunlight, a charging control function for charging by using natural energy as efficiently as possible is usually incorporated in the charging
そのため、自然エネルギー源を用いて充電する場合には、蓄電装置14の充電電流が増加する傾向があるが、充電電流の増加を一方的に優先させたのでは、バイパス回路34−1,34−2,34−3の規模が過大となる傾向があり、バイパス回路34−1,34−2,34−3の発熱量も過大となる傾向がある。
Therefore, when charging using a natural energy source, the charging current of the
そこで、本実施形態においては、充電制御回路80が、スイッチ40のデューティ比τを制御することにより、太陽電池12による蓄電装置14の充電を制御することを前提にして、直列接続された複数段のキャパシタユニット32−1,32−2,32−3のうちのいずれも規定電圧に達しない場合には、太陽電池12の出力電力Psが極大化するようにスイッチ40のデューティ比τを探索的に決定する通常充電制御が行われる一方、それら複数段のキャパシタユニット32−1,32−2,32−3のうちのいずれかでも規定電圧に達すると、制限充電制御が行われる。
Therefore, in the present embodiment, the
その制限充電制御においては、同じ充電制御回路80がスイッチ40のデューティ比τを直接的に(他の物理量を媒介させることなく)低下させて太陽電池12と蓄電装置14との間の電流通路を絞り、それにより、太陽電池12自体の発電エネルギーが制限される。
In the limited charge control, the same
その結果、キャパシタユニット32−1,32−2,32−3の直列段数と同数必要である複数個のバイパス回路34−1,34−2,34−3に流れる電流が減少し、ひいては、それらバイパス回路34−1,34−2,34−3全体に発生する総発熱量が減少する。 As a result, the currents flowing through the plurality of bypass circuits 34-1, 34-2 and 34-3 that are required in the same number as the series stages of the capacitor units 32-1, 32-2 and 32-3 are reduced. The total amount of heat generated in the entire bypass circuits 34-1, 34-2, 34-3 is reduced.
ここで、充電制御回路80の動作を、制限充電制御に関し、概念的に説明する。
Here, the operation of the
充電制御回路80は、太陽電池12から最大エネルギーを取り出す場合には、充電制御回路80の伝達ロスがなければ、その最大エネルギーがキャパシタ(すなわち蓄電装置14)に流れることになる。太陽電池12から取り出される電気エネルギーすなわち発電電力Psは、
When the charging
Ps=Vs×Is Ps = Vs × Is
なる式で表される。これに対し、キャパシタへの流入エネルギーすなわち充電電力Pcは、 It is expressed by the following formula. In contrast, the energy flowing into the capacitor, that is, the charging power Pc is
Pc=Vc×Ic Pc = Vc × Ic
なる式で表される。電力Pcは太陽電池12の出力状態で決まり、キャパシタの電圧Vcは充電進行状態で決まるため、キャパシタの電流Icは、太陽電池12の出力状態とキャパシタの充電状態とで決まることになる。
It is expressed by the following formula. Since the electric power Pc is determined by the output state of the
各バイパス抵抗器50−1,50−2,50−3に流れる電流すなわちバイパス電流は、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3の電流Icより大きくなければならないため、各バイパス抵抗器50−1,50−2,50−3や各トランジスタ52−1,52−2,52−3は、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3の電流Icより大きなバイパス電流に耐えるものでなければならない。 Since the current flowing through each bypass resistor 50-1, 50-2, 50-3, that is, the bypass current must be larger than the current Ic of each capacitor unit 32-1, 32-2, 32-3, each bypass resistor The capacitors 50-1, 50-2, 50-3 and the transistors 52-1, 52-2, 52-3 have a bypass current larger than the current Ic of each capacitor unit 32-1, 32-2, 32-3. Must be able to withstand.
一方、太陽電池12の出力電流(太陽電池12からスイッチ40を経て蓄電装置14に流入しようとする電流)を小さく制限することができれば、バイパス電流も小さく制限することができる。
On the other hand, if the output current of the solar cell 12 (current flowing from the
3個のキャパシタユニット32−1,32−2,32−3のすべての電圧が規定電圧(各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3の端子電圧の上限値が2[V]であれば、規定電圧が例えば、2[V]に設定される)より低い状態においては、通常充電制御が実行される。その結果、充電制御回路80の働きで、太陽電池12から最大エネルギーが取り込まれて、キャパシタユニット32−1,32−2,32−3に供給される。このとき、いずれのバイパス抵抗器50−1,50−2,50−3にも、電流が流れない。
All the voltages of the three capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 are defined voltages (the upper limit value of the terminal voltage of each of the capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 is 2 [V]. If the specified voltage is lower than 2 [V], for example, the normal charging control is executed. As a result, the maximum energy is taken in from the
いま、充電が進み、例えば、2番目のキャパシタユニット32−2の端子電圧のみが規定電圧(例えば、2[V])に達したとすると、それに対応するドライバ54−2がバイパス動作状態に移行する。それにより、そのドライバ54−2は、それに対応するトランジスタ52−2をオンにし、その結果、対応するバイパス抵抗器50−2とフォトダイオード56−2とに共に電流が流れる。 Now, if charging proceeds and, for example, only the terminal voltage of the second capacitor unit 32-2 reaches a specified voltage (for example, 2 [V]), the corresponding driver 54-2 shifts to the bypass operation state. To do. As a result, the driver 54-2 turns on the transistor 52-2 corresponding to the driver 54-2, and as a result, a current flows through the corresponding bypass resistor 50-2 and the photodiode 56-2.
そのフォトダイオード56−2は、それに電流が流れると、光を発し、その発しられた光は、そのフォトダイオード56−2に対応するフォトトランジスタ82−2によって受光される。その結果、そのフォトトランジスタ82−2がオンになり、それの出力信号PT2が、アクティブ信号(例えば、オン信号)として、充電制御回路80に入力される。充電制御回路80は、アクティブな出力信号PT2を受信すると、スイッチ40のデューティ比τを予め設定された規定値(制限デューティ比τc)に設定する。
The photodiode 56-2 emits light when a current flows through it, and the emitted light is received by the phototransistor 82-2 corresponding to the photodiode 56-2. As a result, the phototransistor 82-2 is turned on, and the output signal PT2 thereof is input to the
その結果、制限充電制御が開始され、それにより、太陽電池12からスイッチ40を通過して出力されるエネルギーが減少し、蓄電装置14へ流れる電気エネルギーもバイパス電流も減少する。
As a result, the limited charge control is started, whereby the energy output from the
2番目のキャパシタユニット32−2の端子電圧が規定電圧に達した状態で、3番目のキャパシタユニット32−3の端子電圧も規定電圧に達したと仮定すると、2番目のキャパシタユニット32−2に対応するドライバ54−2がバイパス動作状態に移行することに加えて、3番目のキャパシタユニット32−3に対応するドライバ54−3もバイパス動作状態に移行することになる。 Assuming that the terminal voltage of the third capacitor unit 32-3 has also reached the specified voltage in a state where the terminal voltage of the second capacitor unit 32-2 has reached the specified voltage, the second capacitor unit 32-2 has In addition to the corresponding driver 54-2 shifting to the bypass operation state, the driver 54-3 corresponding to the third capacitor unit 32-3 also shifts to the bypass operation state.
その結果、3番目のキャパシタユニット32−3に対応するトランジスタ52−3もオンになり、それに対応するバイパス抵抗器50−3とフォトダイオード56−3とに共に電流が流れる。その結果、それに対応するフォトトランジスタ82−3もオンになる。それの出力信号PT3が、アクティブ信号として、充電制御回路80に入力される。
As a result, the transistor 52-3 corresponding to the third capacitor unit 32-3 is also turned on, and a current flows through the corresponding bypass resistor 50-3 and the photodiode 56-3. As a result, the corresponding phototransistor 82-3 is also turned on. The output signal PT3 is input to the
しかし、このときすでに、アクティブな出力信号PT2が充電制御回路80に入力されているため、充電制御回路80は、既に開始された制限充電制御を、同じデューティ比τcのままで継続する。
However, since the active output signal PT2 has already been input to the charging
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、3個のキャパシタユニット32−1,32−2,32−3のうち少なくとも1個が規定電圧に達すると、充電制御回路80が、通常充電制御時のデューティ比τより小さいデューティ比τcを用いて制限充電制御を実行する。
As is clear from the above description, in this embodiment, when at least one of the three capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 reaches the specified voltage, the
図4には、スイッチ40のスイッチング動作およびコイル42に流れる電流の時間的推移がグラフを用いて模式的に表されている。
In FIG. 4, the switching operation of the
充電制御回路80は、通常充電制御においては、図4(a)において実線グラフで示すように、スイッチ40をオン/オフするスイッチ制御信号を出力する。これに対し、充電制御回路80は、制限充電制御においては、図4(a)において破線グラフで示すように、スイッチ40をオン/オフするスイッチ制御信号を出力する。
In the normal charge control, the
通常充電制御においては、コイル42に流れる電流すなわち蓄電装置14に流れる電流が、図4(b)において実線グラフで示すように、時間的に推移する。これに対し、制限充電制御においては、コイル42に流れる電流が、図4(b)において破線グラフで示すように、時間的に推移するように、図4(b)において実線グラフで示す時間的推移から変化する。
In the normal charging control, the current flowing through the
なお付言するに、図4(b)に示す2種類の電流波形は、いずれも、コンデンサ48のおかげで太陽電池12の電圧がスイッチ40のスイッチング周期内では変化しないときの波形である。
In addition, the two types of current waveforms shown in FIG. 4B are waveforms when the voltage of the
さらに付言するに、図4(b)の各グラフにおいては、スイッチ40の各回のスイッチングサイクルにおいて、スイッチ40のオン期間中にスイッチ40からコイル42に供給される電流が右上がりの破線で示され、一方、スイッチ40のオフ期間中にフライホイール・ダイオード44からコイル42に供給される電流が右下がりの破線で示されている。
In addition, in each graph of FIG. 4B, in each switching cycle of the
図4(b)の破線グラフで示す電流波形においては、コイル42の電流が増加するときは、スイッチ40からコイル42へ電流が流れ、これに対し、コイル42の電流が減少するときは、フライホイール・ダイオード44からコイル42へ電流が流れる。
In the current waveform shown by the broken line graph in FIG. 4B, when the current of the
充電システム10は、一般に、通常充電制御において、図4(b)の実線グラフで示すように、コイル42の電流がゼロにならないように設計されるが、制限充電制御が実行されると、図4(b)において破線グラフで示すように、コイル42の電流がゼロである期間が存在するように設計される。
The charging
具体的には、制限充電制御中、コイル42の電流がゼロである期間が存在するようにするために、その制限充電制御中に採用されるオン時間Tonの長さおよびデューティ比τcの値が予め設定される。このことは後に詳述する。
Specifically, during the limited charging control, the length of the on-time Ton and the value of the duty ratio τc employed during the limited charging control are set so that there is a period in which the current of the
ここで、図2を参照することにより、充電制御回路80の動作を説明する。
Here, the operation of the charging
前述のように、図2は、太陽電池12の出力電圧Vsと出力電流Isの関係を示す特性図である。通常充電制御中には、太陽電池12が最大出力動作点A近傍で動作するようにスイッチ40が制御される。これに対し、制限充電制御中には、太陽電池12が制限出力動作点Bで動作するようにスイッチ40が制御される。
As described above, FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the output voltage Vs of the
具体的には、充電制御回路80は、通常は、太陽電池12が最大電力を出力するようにスイッチ40を制御する。これに対し、いずれかのバイパス回路34−1,34−2,34−3がバイパス動作状態に移行していずれかのバイパス抵抗器50−1,50−2,50−3にバイパス電流が流れると、充電制御回路80は、太陽電池12が制限出力動作点B、すなわち、太陽電池12の出力が最大出力動作点Aより減少する動作点で動作するようにスイッチ40が制御される。それにより、太陽電池12の出力電力Psすなわち蓄電装置14の側への転送電力が減少する。
Specifically, the charging
図2に示すように、太陽電池12においては、それの出力電流Isが最大出力動作点Aより増加すると、出力電圧Vsが急激に変化するのに対し、出力電流Isが最大出力動作点Aより減少しても、出力電圧Vsが緩やかにしか変化しないという特性を有する。
As shown in FIG. 2, in the
一般に、インダクタンスLのコイル42に電圧Vを印加したとき、コイル42を流れる電流iは、経過時間を「t」で表すと、
In general, when the voltage V is applied to the
i=V×t÷L i = V × t ÷ L
なる式で表される。また、スイッチ40のオン期間の終了時には、コイル42に流れる電流のピーク値(以下、「ピーク電流」という。)ipが、
It is expressed by the following formula. At the end of the ON period of the
ip=(Vs−Vc)×Ton÷L ip = (Vs−Vc) × Ton ÷ L
なる式で表される。この状態からスイッチ40がオフになると、コイル42の電流idが減少していく。コイル42に流れる電流idは、スイッチ40のオフ期間の終了時から時間tが経過したとき、
It is expressed by the following formula. When the
id=(Vs−Vc)×Ton÷L−Vc×t÷L id = (Vs−Vc) × Ton ÷ L−Vc × t ÷ L
なる式で表される。この式の前半は、スイッチ40のオフ期間の終了時にコイル42に流れる電流すなわちピーク電流ipを表し、後半は、そのピーク電流ipからの減少量を表している。
It is expressed by the following formula. The first half of this equation represents the current flowing through the
充電装置16の回路にはフライホイール・ダイオード44が入っているため、逆方向に電流が流れることはない。よって、上記の式に従い、コイル42の電流idが減少していく場合、その電流idがゼロになることはあっても、その電流idがマイナスになることはない。
Since the circuit of the charging
本実施形態においては、制限充電制御中、スイッチ40のオン時間Tonが減少させられる。その間、太陽電池12の出力電圧Vsも、蓄電装置14の充電電圧Vcも、ほぼ一定であり、よって、コイル42の電圧(=Vs−Vc)もほぼ一定である。
In the present embodiment, the on time Ton of the
そのため、コイル42のピーク電流ipは、上述の式から明らかなように、スイッチ40のオン時間Tonが減少するにつれて比例的に減少する。よって、オン時間Tonの設定値次第で、スイッチ40のオフ期間中に、コイル42の電流idがゼロになる状態が発生する。
Therefore, the peak current ip of the
このような特性があるため、デューティ比τが最適値(最大出力動作点Aに対応する値)より減少すると、図4(b)において破線グラフで示すように、スイッチ40の各回のオン期間の終了後、次回のオン期間の開始時までの間、コイル42の電流がゼロになる。すなわち、本実施形態においては、各回のスイッチングサイクルごとに、コイル42に流れる電流がゼロから増加してゼロに減少するようになっているのである。
Because of such characteristics, when the duty ratio τ decreases from the optimum value (value corresponding to the maximum output operating point A), as shown by the broken line graph in FIG. After the end, the current of the
したがって、一回のスイッチングサイクル中にコイル42に流れる電流の総和が、それより過去のスイッチングサイクルにおいてコイル42に流れていた電流とは無関係に、その回のスイッチングサイクルに着目するのみで計算できることになる。
Therefore, the sum total of the currents flowing through the
よって、本実施形態によれば、各回のスイッチングサイクル中にコイル42に流れる電流の総和が、その回のスイッチングサイクル中のスイッチ40、コイル42およびフライホイール・ダイオード44の動作条件のみで決まることとなり、その結果、各回のスイッチングサイクル中にコイル42に流れる電流の総和の管理し易さや予測精度が向上する。
Therefore, according to the present embodiment, the sum of the currents flowing through the
ここで、太陽電池12の出力電力Psであってスイッチ40を通過するものとスイッチ40のオン時間Tonとの間に成立する関係を具体的に説明する。
Here, the relationship that is established between the output power Ps of the
説明の便宜上、スイッチ40に流れる電流(平均値)を「Iss」で表し、スイッチ40を通過する(すなわち、コイル42を通過する)電力(平均値)、すなわち、太陽電池12の出力電力Psであってスイッチ40を通過するものを「Pss」で表す。
For convenience of explanation, the current (average value) flowing through the
さらに、コイル42のインダクタンスを「L」で表し、スイッチ40のスイッチング周期を「T」で表し、スイッチ40の電流のピーク値(すなわち、スイッチ40のオン期間終了時にスイッチ40およびコイル42に流れる電流)を「ip」で表す。
Further, the inductance of the
それらの物理量に関し、次の式で表される関係が成立する。 Regarding these physical quantities, the relationship represented by the following equation is established.
ip=(Vs−Vc)×Ton÷L ip = (Vs−Vc) × Ton ÷ L
Iss=1/2×ip×Ton÷T
=1/2×(Vs−Vc)×Ton÷L×Ton÷T
Iss = 1/2 × ip × Ton ÷ T
= 1/2 × (Vs−Vc) × Ton ÷ L × Ton ÷ T
Pss=Vs×Iss
=1/2×Vs×(Vs−Vc)×Ton÷L×Ton÷T
Pss = Vs × Iss
= 1/2 * Vs * (Vs-Vc) * Ton / L * Ton / T
ここに、スイッチング周期Tは、スイッチングレギュレータ38のスイッチング周波数の逆数に相当し、例えば、100[μsec](=10kHz)、10[μsec](=100kHz)などが考えられる。
Here, the switching period T corresponds to the reciprocal of the switching frequency of the switching
なお付言するに、電力Pssを記述する上記の式は、理論的には、オン時間Tonの期間中、太陽電池12の電圧Vsも蓄電装置14の電圧Vcも変化しないときに成立する式である。
In addition, the above formula describing the power Pss is theoretically established when the voltage Vs of the
この点、図2を参照して前述したように、太陽電池12の電圧Vsは、制限充電制御中、ほぼ一定に保たれる。また、蓄電装置14の電圧Vcは、通常充電制御中であるか制限充電制御中であるかを問わず、オン時間Tonの期間中は実質的に変化しない。
In this regard, as described above with reference to FIG. 2, the voltage Vs of the
よって、電力Pssを記述する上記の式は、充電システム10における現実の電気的現象を実用的なレベルにおいて高精度で近似するといえる。
Therefore, it can be said that the above equation describing the power Pss approximates an actual electrical phenomenon in the charging
蓄電装置14の電圧Vcは、蓄電装置14が放電を開始するときの電圧であるから、蓄電装置14が満充電に近いときの電圧でもある。また、制限充電制御中には、太陽電池12の電圧Vsは、前述のように、時間的な変化が小さい。また、インダクタンスLおよびスイッチング周期Tはいずれも、時間的に変化しない。
Since the voltage Vc of the
したがって、電力Pssを記述する上記の式中、「Vs」、「Vs」、「L」および「T」はいずれも、ほぼ一定であるとみなすことができる。よって、電力Pssとスイッチ40のオン時間Tonとの間に線形的な関係が成立することが分かる。
Accordingly, in the above formula describing the power Pss, all of “Vs”, “Vs”, “L” and “T” can be regarded as being substantially constant. Therefore, it can be seen that a linear relationship is established between the power Pss and the ON time Ton of the
その結果、電力Pssは、スイッチ40のオン時間Tonのみで精度よく制御することができることが分かる。すなわち、上記式を用いることにより、太陽電池12の出力電力すなわち蓄電装置14への入力電力を予め決めさえすれば、必要とするスイッチ40のオン時間Tonの長さを計算で求めることができるのである。
As a result, it can be seen that the power Pss can be accurately controlled only by the on time Ton of the
本実施形態においては、そのようにして計算されたオン時間Tonの値を用いることにより、制限充電制御のために採用するデューティ比τの値が固定値(例えば、図5におけるτc)として予め設定されている。 In the present embodiment, by using the value of the on-time Ton calculated as described above, the value of the duty ratio τ employed for the limited charge control is set in advance as a fixed value (for example, τc in FIG. 5). Has been.
ここで、制限充電制御のために採用するオン時間Tonおよびデューティ比τcの計算をさらに具体的に説明する。 Here, the calculation of the on-time Ton and the duty ratio τc employed for the limited charge control will be described more specifically.
説明の便宜上、太陽電池12が、最大出力が100[W]、最大電力を出すときの出力電圧(図2におけるA点に相当)が16[V]である太陽電池であり、かつ、蓄電装置14が、各々定格電圧が2[V]である5段の直列キャパシタ(すなわち、直列5段のキャパシタユニット32)を有する場合を想定する。
For convenience of explanation, the
この場合、太陽電池12の出力電力を最大出力の1/4倍である25[W]に制限すると、出力電圧が20[V]程度(図2における点Bに相当)になり、出力電流が1.25[A]程度になる。
In this case, when the output power of the
直列5段のキャパシタ側に25[W]の電力が流入すると、そのときにバイパス抵抗器50に発生する最大の発熱量は、前述の式から、25[W]×(5−1)/5=20[W]になる。 When power of 25 [W] flows into the capacitor in the five stages of series, the maximum amount of heat generated in the bypass resistor 50 at that time is 25 [W] × (5-1) / 5 from the above formula. = 20 [W].
それらバイパス抵抗器50にバイパス電流が流れるときには、直列キャパシタの全電圧がほぼ10[V]になっている。よって、前述の式に、Vs=20[V]、Vc=10[V]、L=回路設計値、およびT=回路設計値を代入すると、オン時間Tonが計算によって求められる。その求められたオン時間Tonの値(sec)を変換すれば、制限充電制御中のデューティ比τcが取得される。 When a bypass current flows through these bypass resistors 50, the total voltage of the series capacitors is approximately 10 [V]. Therefore, by substituting Vs = 20 [V], Vc = 10 [V], L = circuit design value, and T = circuit design value into the above equation, the on-time Ton is obtained by calculation. If the value (sec) of the obtained on-time Ton is converted, the duty ratio τc during the limited charge control is acquired.
ところで、太陽電池12は、太陽光の照度に応じて、電気エネルギーを発生する。上記数値例においては、最大出力が100[W]である太陽電池12で発生した100[W]の電気エネルギーから、直列キャパシタの側へ25[W]しか取り出されない。その結果、75[W]の電気エネルギーは、太陽電池12の中で熱となって消える。
By the way, the
具体的には、太陽エネルギーにより太陽電池12に励起された正孔と電子が、外部に取り出される前に、太陽電池12の中で再結合して熱に変わり、電気エネルギーとしては消えてしまい、熱エネルギーに変わる。
Specifically, the holes and electrons excited in the
太陽電池12において発生した熱エネルギーは、太陽電池12の表面から、大気中に放熱される。よって、本実施形態においては、蓄電装置14におけるバイパス抵抗器50−1,50−2,50−3の発熱量が減少した分、太陽電池12の発熱量が増加することになる。
Thermal energy generated in the
しかし、太陽電池12の表面積(放熱面積)は、バイパス抵抗器50−1,50−2,50−3の表面積に比べて広い面積を確保することが容易であるため、バイパス抵抗器50−1,50−2,50−3の発熱を部分的に太陽電池12の発熱で置換しても、太陽電池12の温度上昇量がそれほど増加せずに済む。
However, since the surface area (heat radiation area) of the
なお付言するに、以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、蓄電装置14を充電するための発電装置が、太陽電池12の出力電流が減少する向きにスイッチ40のデューティ比τを変更しても太陽電池12の出力電圧の変動が小さい太陽電池12(例えば、商用電源でも同様)として構成されているため、デューティ比τの減少によってバイパス電流を減少させる方式の制限充電制御が有効である。
In addition, as is apparent from the above description, in this embodiment, the power generation device for charging the
これに対し、蓄電装置14を充電するための発電装置が、スイッチ40のデューティ比τを変更すると発電装置の出力電圧の変動が大きい場合には、デューティ比τを減少させても、スイッチ40を通過する電気エネルギーの減少量が少ないという理由で、デューティ比τの減少によってバイパス電流を減少させる方式の制限充電制御は有効に適用することが困難であると推測される。
On the other hand, if the power generation device for charging the
次に、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3の電圧の変化について説明する。 Next, changes in the voltages of the capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 will be described.
各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3の電圧が規定電圧より高すぎる値にならないように、それに対応するトランジスタ52−1,52−2,52−3に流れるバイパス電流が、そのキャパシタユニット32−1,32−2,32−3への充電電流より大きくなるように、充電システム10が設計されるのが普通である。
In order that the voltage of each capacitor unit 32-1, 32-2, and 32-3 does not become a value that is higher than the specified voltage, the corresponding bypass current flowing through the transistors 52-1, 52-2, and 52-3 is In general, the charging
したがって、各トランジスタ52−1,52−2,52−3への電流バイパスが開始されると、余剰電流が各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3をバイパスする結果、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3の電圧上昇が抑制される可能性がある。 Therefore, when the current bypass to each of the transistors 52-1, 52-2, 52-3 is started, the surplus current bypasses each capacitor unit 32-1, 32-2, 32-3. There is a possibility that the voltage rises of 32-1, 32-2, and 32-3 are suppressed.
各トランジスタ52−1,52−2,52−3への電流バイパスが開始されると、さらに、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3の電荷が各トランジスタ52−1,52−2,52−3に流入することによって各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3が放電する可能性もある。 When current bypass to each transistor 52-1, 52-2, 52-3 is started, the charge of each capacitor unit 32-1, 32-2, 32-3 is further transferred to each transistor 52-1, 52-. 2, 52-3 may cause the capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 to discharge.
よって、各トランジスタ52−1,52−2,52−3への電流バイパスが開始されると、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3の電圧はやがて規定電圧より低くなる。 Therefore, when current bypass to each of the transistors 52-1, 52-2, and 52-3 is started, the voltage of each of the capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 is eventually lower than the specified voltage.
理論的には、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3が放電を開始したら、それの電圧は直ちに規定電圧より低くなるはずである。しかし、現実には、ドライバ54−1,54−2,54−3による電圧検出が、回路動作を安定化するためヒステリシスを持つように設計されるのが普通である。そのため、放電開始後しばらく経ってから、対応するトランジスタ52−1,52−2,52−3がオフに復帰する。 Theoretically, when each capacitor unit 32-1, 32-2, 32-3 begins to discharge, its voltage should immediately fall below the specified voltage. However, in reality, the voltage detection by the drivers 54-1, 54-2, 54-3 is usually designed to have hysteresis in order to stabilize the circuit operation. Therefore, after a while from the start of discharge, the corresponding transistors 52-1, 52-2, 52-3 are turned off.
仮に、充電が進み、例えば、2番目のキャパシタユニット32−2の端子電圧が規定電圧を超えようとすると、制限充電制御に移行し、その結果、蓄電装置14の全体に流れ込む充電電流が減少する。
If charging progresses, for example, if the terminal voltage of the second capacitor unit 32-2 exceeds the specified voltage, the control shifts to limited charging control, and as a result, the charging current flowing into the entire
2番目のキャパシタユニット32−2につき、充電電流が放電電流を下回れば、そのキャパシタユニット32−2の電圧が低下し始め、やがて、それに対応するトランジスタ52−2がオフに復帰する。そのトランジスタ52−2がオフに復帰すると、充電制御回路80は、通常充電制御、すなわち、太陽電池12の出力電力を最大化するための通常の制御に復帰する。
When the charging current of the second capacitor unit 32-2 is lower than the discharging current, the voltage of the capacitor unit 32-2 starts to decrease, and the corresponding transistor 52-2 is turned off. When the transistor 52-2 is turned off, the
すると、2番目のキャパシタユニット32−2につき、放電電流より充電電流が大きくなり、その結果、そのキャパシタユニット32−2の電圧が上昇し、やがて、そのキャパシタユニット32−2の電圧は、規定電圧を超えようとするに至る。 Then, the charging current becomes larger than the discharging current for the second capacitor unit 32-2, and as a result, the voltage of the capacitor unit 32-2 rises, and eventually the voltage of the capacitor unit 32-2 becomes the specified voltage. To try to exceed.
このように、2番目のキャパシタユニット32−2については、対応するトランジスタ52−2のオンオフ動作を繰り返しながら、充電が進行する。制限充電制御中は、1番目および3番目のキャパシタユニット32−1,32−3においても放電が行われる可能性がある。1番目および3番目のキャパシタユニット32−1,32−3においては、2番目のキャパシタユニット32−2とは異なるタイミングで、対応するトランジスタ52−1,52−3のオンオフ動作が繰り返される可能性がある。 As described above, the charging of the second capacitor unit 32-2 proceeds while repeating the ON / OFF operation of the corresponding transistor 52-2. During the limited charge control, the first and third capacitor units 32-1 and 32-3 may be discharged. In the first and third capacitor units 32-1 and 32-3, the ON / OFF operation of the corresponding transistors 52-1 and 52-3 may be repeated at a timing different from that of the second capacitor unit 32-2. There is.
したがって、本実施形態においては、通常充電制御と制限充電制御とが交互に繰り返されながら、すべてのキャパシタユニット32−1,32−2,32−3が、それぞれの端子電圧が規定電圧に一致するように、互いに均等に充電されていく。 Therefore, in this embodiment, the normal charging control and the limited charging control are alternately repeated, and all the capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 have their terminal voltages equal to the specified voltage. In this way, the batteries are charged equally.
図3に示すうように、充電制御回路80は、通常充電制御と制限充電制御とを択一的に実行するために、ROM94において、充電制御プログラムと最大出力デューティ比決定ルーチンとを始めとする各種プログラムを記憶している。
As shown in FIG. 3, the
図5には、充電制御プログラムが概念的にフローチャートで表されており、一方、図6には、最大出力デューティ比決定ルーチンが概念的にフローチャートで表されている。 FIG. 5 conceptually shows the charging control program in a flowchart, while FIG. 6 conceptually shows a maximum output duty ratio determination routine in the flowchart.
本実施形態においては、通常充電制御であるか制限充電制御であるかを問わず、デューティ比制御が、デューティ比制御周期Tsで繰り返し実行される。各回のデューティ比制御においては、スイッチ40のスイッチング動作(オンとオフとを1回ずつ繰り返す動作)が、スイッチング周期Tで繰り返し実行される。 In the present embodiment, the duty ratio control is repeatedly executed at the duty ratio control cycle Ts regardless of whether the charge control is normal charge control or limited charge control. In each duty ratio control, the switching operation of the switch 40 (an operation in which ON and OFF are repeated once) is repeatedly executed in the switching period T.
ある例においては、デューティ比制御周期Tsが0.1[s]で、スイッチング周期Tが100[μs]である。この例においては、一回のデューティ比制御サイクルにおいて、1,000回のスイッチング動作(スイッチングサイクル)が行われることになる。同じ回のデューティ比制御サイクルに属する複数回のスイッチングサイクルの間、スイッチ40のデューティ比τは一定に保たれる。
In one example, the duty ratio control cycle Ts is 0.1 [s] and the switching cycle T is 100 [μs]. In this example, 1,000 switching operations (switching cycles) are performed in one duty ratio control cycle. The duty ratio τ of the
したがって、図5に示す充電制御プログラムは、デューティ比制御周期Tsで繰り返し起動されて実行される。各回の実行時には、まず、ステップS100において、3個のフォトトランジスタ82−1,82−2,82−3から3つの出力信号PT1,PT2,PT3が入力される。出力信号PT1は、フォトトランジスタ82−1がオンのときに論理値「1」を取り、そのフォトトランジスタ82−1がオフのときに論理値「0」を取る。他の出力信号PT2,PT3も同様の論理値を取る。 Therefore, the charge control program shown in FIG. 5 is repeatedly started and executed at the duty ratio control cycle Ts. At the time of each execution, first, in step S100, three output signals PT1, PT2, PT3 are inputted from the three phototransistors 82-1, 82-2, 82-3. The output signal PT1 takes a logical value “1” when the phototransistor 82-1 is on, and takes a logical value “0” when the phototransistor 82-1 is off. The other output signals PT2 and PT3 have the same logical value.
次に、ステップS200において、3つの出力信号PT1,PT2,PT3の論理値の和が「0」であるか否かが判定される。この判定は、いずれのバイパス回路34−1,34−2,34−3もバイパス動作中ではないためにいずれのトランジスタ52−1,52−2,52−3もオフであるか否かを判定するために行われる。 Next, in step S200, it is determined whether the sum of the logical values of the three output signals PT1, PT2, PT3 is “0”. In this determination, it is determined whether any of the transistors 52-1, 52-2, and 52-3 is off because none of the bypass circuits 34-1, 34-2, and 34-3 is in the bypass operation. To be done.
今回は、論理値の和が「0」であると仮定すると、ステップS200の判定がYESとなり、この充電制御プログラムはステップS1000に進む。これに対し、今回は、論理値の和が「0」ではないと仮定すると、ステップS200の判定がNOとなり、この充電制御プログラムはステップS300に進む。 This time, assuming that the sum of logical values is “0”, the determination in step S200 is YES, and the charge control program proceeds to step S1000. On the other hand, this time, assuming that the sum of the logical values is not “0”, the determination in step S200 is NO, and the charge control program proceeds to step S300.
すなわち、いずれかのバイパス回路34−1,34−2,34−3がバイパス動作中であるために論理値の和が「0」ではない場合には、この充電制御プログラムは、ステップS1000にではなく、ステップS300に進むのである。 That is, when any of the bypass circuits 34-1 34-2, and 34-3 is performing a bypass operation and the sum of logical values is not “0”, the charge control program is not executed in step S1000. Instead, the process proceeds to step S300.
ステップS1000においては、太陽電池12から最大エネルギー(最大の出力電力)を取り込むことを可能にするためのデューティ比τである最大出力デューティ比(デューティ比τの最適値)が今回デューティ比τとして決定される。その決定された今回デューティ比τはRAM96に一時的に格納される。
In step S1000, the maximum output duty ratio (the optimum value of the duty ratio τ), which is the duty ratio τ for enabling the maximum energy (maximum output power) to be taken in from the
このステップS1000の詳細が前記最大出力デューティ比決定ルーチンとして図6にフローチャートで概念的に表されており、これについては後述する。 The details of step S1000 are conceptually shown in the flowchart of FIG. 6 as the maximum output duty ratio determination routine, which will be described later.
その後、図5のステップS400において、RAM96から今回デューティ比τが読み出され、その読み出された今回デューティ比τがスイッチ40に対して出力される。
Thereafter, in step S400 of FIG. 5, the current duty ratio τ is read from the
このように、今回は、ステップS200の判定がYESであるため、ステップS1000およびS400の実行により、通常充電制御が行われる。以上で、この充電制御プログラムの一回の実行が終了する。 Thus, since the determination in step S200 is YES this time, normal charging control is performed by executing steps S1000 and S400. This completes one execution of the charging control program.
これに対し、ステップS200の判定がNOである場合には、ステップS300においては、図2に示すように、制限充電制御中に採用されるデューティ比である制限デューティ比τc(固定値)がROM94から読み出される。その読み出された制限デューティ比τcは今回デューティ比τとしてRAM96に一時的に格納される。
On the other hand, when the determination in step S200 is NO, in step S300, as shown in FIG. 2, the limit duty ratio τc (fixed value) that is the duty ratio employed during the limit charge control is the
制限デューティ比τcは、通常充電制御中に採用されるデューティ比τの最適値(可変値)の変化可能範囲の下限値より小さい値を有するように予め設定されている。したがって、制限充電制御中におけるスイッチ40のオン時間Tonは、通常充電制御中におけるスイッチ40のオン時間Tonより短くなる。
The limit duty ratio τc is set in advance so as to have a value smaller than the lower limit value of the changeable range of the optimum value (variable value) of the duty ratio τ employed during normal charge control. Therefore, the on time Ton of the
その後、ステップS400が、ステップS200の判定がYESである場合と同様にして、実行される。 Thereafter, step S400 is executed in the same manner as in the case where the determination in step S200 is YES.
このように、今回は、ステップS200の判定がNOであるため、ステップS300およびS400の実行により、制限充電制御が行われる。以上で、この充電制御プログラムの一回の実行が終了する。 Thus, since the determination in step S200 is NO this time, limited charge control is performed by executing steps S300 and S400. This completes one execution of the charging control program.
ここで、図6に示す最大出力デューティ比決定ルーチンを概略的に説明する。 Here, the maximum output duty ratio determination routine shown in FIG. 6 will be schematically described.
この最大出力デューティ比決定ルーチンの実行が開始されると、各回のデューティ比制御サイクルにおいて、デューティ比τが今回の変化量Δτだけ離散的に変更される。デューティ比τが変更される向き、すなわち、今回の変化量Δτの符号は、前回のデューティ比制御サイクルにおけるデューティ比τの前回の変更に対する出力電力Psの応答に応じ、次回の出力電力Psが実質的に極大化するように決定される。 When the execution of the maximum output duty ratio determination routine is started, the duty ratio τ is discretely changed by the current change amount Δτ in each duty ratio control cycle. The direction in which the duty ratio τ is changed, that is, the sign of the current change amount Δτ is substantially equal to the next output power Ps according to the response of the output power Ps to the previous change in the duty ratio τ in the previous duty ratio control cycle. To be maximized.
具体的には、各回のデューティ比制御サイクルにおいて、前回のデューティ比制御サイクルにおいて検出された出力電力Ps(前回の変化量Δτの影響を受けていない出力電力Psであり、「前回電力Ps0」という。)と、今回のデューティ比制御サイクルにおいてデューティ比τが変更される前に検出された出力電力Ps(前回の変化量Δτの影響を受けている出力電力Psであり、「今回電力Ps」という。)とが互いに比較される。 Specifically, in each duty ratio control cycle, the output power Ps detected in the previous duty ratio control cycle (the output power Ps not affected by the previous change amount Δτ, which is referred to as “previous power Ps0”). )) And the output power Ps detected before the duty ratio τ is changed in the current duty ratio control cycle (the output power Ps affected by the previous change Δτ, which is referred to as “current power Ps”). Are compared with each other.
今回電力Psが前回電力Ps0より大きいと仮定すると、デューティ比τを前回と同じ向きに変更することが出力電力Psの極大化につながるとして、変化量Δτの符号が維持される。 Assuming that the current power Ps is greater than the previous power Ps0, changing the duty ratio τ in the same direction as the previous time leads to the maximization of the output power Ps, and the sign of the change amount Δτ is maintained.
これに対し、今回電力Psが前回電力Ps0より小さいと仮定すると、デューティ比τを前回とは逆向きに変更することが出力電力Psの極大化につながるとして、変化量Δτの符号が反転させられる。 On the other hand, assuming that the current power Ps is smaller than the previous power Ps0, changing the duty ratio τ in the opposite direction leads to maximization of the output power Ps, and the sign of the change amount Δτ is inverted. .
以上、この最大出力デューティ比決定ルーチンを概略的に説明したが、以下、図6を参照することにより、具体的に説明する。 The maximum output duty ratio determination routine has been schematically described above, but will be specifically described below with reference to FIG.
この最大出力デューティ比決定ルーチンが実行されると、まず、ステップS1100において、出力電流検出回路60から太陽電池12の出力電流Isの今回値が入力され、さらに、出力電圧検出回路70から太陽電池12の出力電圧Vsの今回値が入力される。
When this maximum output duty ratio determination routine is executed, first, in step S1100, the current value of the output current Is of the
次に、ステップS1200において、それら入力された出力電流Isの今回値と出力電圧Vsの今回値との積として、太陽電池12の出力電力Psの今回値が今回電力Psとして計算される。
Next, in step S1200, the current value of the output power Ps of the
続いて、ステップS1300において、その計算された今回電力Psが、太陽電池12の出力電力Psの前回値である前回電力Ps0より大きいか否かが判定される。
Subsequently, in step S1300, it is determined whether or not the calculated current power Ps is greater than the previous power Ps0 that is the previous value of the output power Ps of the
その前回電力Ps0は、この最大出力デューティ比決定ルーチンの前回の実行によって取得されてRAM96に格納されている。格納された前回電力Ps0が存在しない場合には、前回電力Ps0が「0」であるとみなしてこのステップS1300が実行される。
The previous power Ps0 is acquired by the previous execution of the maximum output duty ratio determination routine and stored in the
今回電力Psが前回電力Ps0より大きくはないと仮定すると、ステップS1300の判定がNOとなり、ステップS1400において、デューティ比τの変化量Δτの今回値が、変化量Δτの前回値と絶対値は等しいが符号は反転されたものとなるように決定される。変化量Δτの絶対値は、例えば、通常充電制御中におけるデューティ比τの標準値の1%に相当する値を有するように予め設定される。 Assuming that the current power Ps is not greater than the previous power Ps0, the determination in step S1300 is NO, and in step S1400, the current value of the change amount Δτ of the duty ratio τ is equal to the previous value of the change amount Δτ. Is determined so that the sign is inverted. The absolute value of the change amount Δτ is set in advance so as to have a value corresponding to 1% of the standard value of the duty ratio τ during normal charge control, for example.
その後、ステップS1500において、その決定された今回の変化量Δτが、デューティ比τの前回値に加算されることにより、デューティ比τの今回値が計算される。今回の変化量Δτの符号は前回の変化量Δτの符号を反転したものであるため、今回は、デューティ比τが、前回とは逆向きに変化するように計算されることになる。 Thereafter, in step S1500, the determined current change amount Δτ is added to the previous value of the duty ratio τ, thereby calculating the current value of the duty ratio τ. Since the sign of the current change amount Δτ is obtained by inverting the sign of the previous change amount Δτ, this time, the duty ratio τ is calculated to change in the opposite direction.
よって、その後、図5のステップS400が実行されてデューティ比τの今回値がスイッチ40に対して出力されると、そのスイッチ40は、蓄電装置14の充電電流が前回とは逆向きに変化するように動作させられる。その結果、太陽電池12の出力電力Psが、前回のデューティ比制御サイクルにおいて出力電力Psが変化した向きとは逆向きに変化させられる。
Therefore, after that, when step S400 of FIG. 5 is executed and the current value of the duty ratio τ is output to the
図6のステップS1500の実行後、ステップS1600において、この最大出力デューティ比決定ルーチンの次回の実行に備えて、前回電力Ps0が今回電力Psと等しくなるように更新される。以上で、この最大出力デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了し、その後、コンピュータ90は図5のS400に進む。
After execution of step S1500 in FIG. 6, in step S1600, the previous power Ps0 is updated to be equal to the current power Ps in preparation for the next execution of the maximum output duty ratio determination routine. Thus, one execution of the maximum output duty ratio determination routine is completed, and then the
これに対し、今回電力Psが前回電力Ps0より大きいと仮定すると、図6のステップS1300の判定がYESとなり、この最大出力デューティ比決定ルーチンはステップS1400をスキップしてステップS1500に進む。その結果、デューティ比τの変化量Δτの今回値は、変化量Δτの前回値と絶対値も符号も等しいものとなる。 On the other hand, assuming that the current power Ps is greater than the previous power Ps0, the determination in step S1300 in FIG. 6 is YES, and the maximum output duty ratio determination routine skips step S1400 and proceeds to step S1500. As a result, the current value of the change amount Δτ of the duty ratio τ is the same as the previous value of the change amount Δτ in absolute value and sign.
ステップS1500においては、その今回の変化量Δτが、デューティ比τの前回値に加算されることにより、デューティ比τの今回値が計算される。今回の変化量Δτの符号は前回の変化量Δτの符号と一致するため、今回は、デューティ比τが、前回と同じ向きに変化するように計算されることになる。 In step S1500, the current change amount Δτ is added to the previous value of the duty ratio τ to calculate the current value of the duty ratio τ. Since the sign of the current change amount Δτ matches the sign of the previous change amount Δτ, this time, the duty ratio τ is calculated to change in the same direction as the previous time.
よって、その後、図5のステップS400が実行されてデューティ比τの今回値がスイッチ40に対して出力されると、そのスイッチ40は、蓄電装置14の充電電流が前回と同じ向きに変化するように動作させられ、その結果、太陽電池12の出力電力Psが、前回のデューティ比制御サイクルにおいて出力電力Psが変化した向きと同じ向きに変化させられる。
Therefore, when step S400 in FIG. 5 is subsequently executed and the current value of the duty ratio τ is output to the
図6のステップS1500の実行後、ステップS1600の実行を経て、この最大出力デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了し、その後、コンピュータ90は図5のS400に進む。
After execution of step S1500 in FIG. 6, through execution of step S1600, one execution of this maximum output duty ratio determination routine is completed, and then the
図7には、充電装置16の動作の一例がグラフで表されている。
In FIG. 7, an example of the operation of the charging
図7(a)には、充電装置16が、いずれのバイパス回路34−1,34−2,34−3もバイパス動作を行っていない状態から、少なくとも1個のバイパス回路34−1,34−2,34−3がバイパス動作を行っている状態に移行ない状態に移行し、さらに、いずれのバイパス回路34−1,34−2,34−3もバイパス動作を行っていない状態に移行する様子がグラフで表されている。
In FIG. 7A, the charging
一方、図7(b)には、充電装置16が、いずれのバイパス回路34−1,34−2,34−3もバイパス動作を行っていない状態において通常充電制御が行われる一方、少なくとも1個のバイパス回路34−1,34−2,34−3がバイパス動作を行っている状態において制限充電制御が行われる様子がグラフで表されている。
On the other hand, in FIG. 7B, the charging
制限充電制御においては、通常充電制御より小さなデューティ比τが採用される。充電装置16が制御充電制御から通常充電制御に復帰すると、デューティ比τが制限デューティ比τcから、デューティ比制御周期Tsが経過するごとに、変化量Δτずつ、離散的に増加する。
In limited charge control, a smaller duty ratio τ is employed than in normal charge control. When the charging
本実施形態によれば、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3の端子電圧が規定電圧を超えないようにするための電流バイパス動作の実行中、制限充電制御が行われる。 According to the present embodiment, the limited charge control is performed during the execution of the current bypass operation for preventing the terminal voltages of the capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 from exceeding the specified voltage.
その制限充電制御が実行される結果、太陽電池12から蓄電装置14に転送される電力が減少するため、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3をバイパスする回路(各バイパス抵抗器50−1,50−2,50−3および各トランジスタ52−1,52−2,52−3)に流入する最大電流も減少する。
As a result of execution of the limited charge control, the power transferred from the
よって、本実施形態によれば、上記電流バイパス動作の実行中、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3をバイパスする回路の発熱量が減少する。 Therefore, according to this embodiment, during the execution of the current bypass operation, the amount of heat generated by the circuit that bypasses each of the capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 is reduced.
さらに、本実施形態によれば、上記電流バイパス動作の実行中、各キャパシタユニット32−1,32−2,32−3をバイパスする回路に流入する最大電流が減少するため、キャパシタユニット32−1,32−2,32−3と同数使用することが必要である複数個の回路のそれぞれを、最大定格の小さな部品を用いて構成することが可能となる。 Furthermore, according to the present embodiment, during execution of the current bypass operation, the maximum current flowing into the circuit that bypasses each of the capacitor units 32-1, 32-2, and 32-3 is reduced, so that the capacitor unit 32-1 , 32-2 and 32-3, each of the plurality of circuits that need to be used can be configured using components having a small maximum rating.
例えば、太陽電池12の出力が100[W]で、蓄電装置14の電圧が10[V]である場合、その蓄電装置14には10[A]の充電電流が流れ得る。そのため、その蓄電装置14をバイパスする回路に10[A]の電流が流れてもよいようにする必要があり、よって、その蓄電装置14をバイパスする回路を、10[A]の電流に耐える電子部品を用いて構成することが必要となる。
For example, when the output of the
これに対し、本実施形態によれば、制限充電制御中、例えば太陽電池12から蓄電装置14に転送される電力を10[W]に制限することが可能である。その転送電力を10[W]に制限した上で、蓄電装置14に流れる電流を1[A]に制限すれば、その蓄電装置14をバイパスする回路は、1[A]の電流に耐える電子部品を用いて構成すれば足りる。
On the other hand, according to the present embodiment, it is possible to limit, for example, the power transferred from the
よって、本実施形態によれば、上記電流バイパス動作を実現するために充電装置16に使用することが必要な回路の信頼性・耐久性を向上させることが容易となり、さらに、その回路のコストを低減することも容易となる。
Therefore, according to the present embodiment, it becomes easy to improve the reliability and durability of a circuit that needs to be used for the charging
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、充電制御回路80が前記(1)項における「充電制御装置」の一例を構成し、その充電制御回路80のうち、図5のステップS400を実行する部分が、前記(3)項における「デューティ比制御部」の一例を構成し、その充電制御回路80のうち、図5のステップS100ないしS300およびS1000を実行する部分が、同項における「デューティ比決定部」の一例を構成しているのである。
As is apparent from the above description, in the present embodiment, the
さらに、本実施形態においては、出力信号PT1,PT2およびPT3がそれぞれ、前記(4)項における「バイパス動作信号」の一例を構成しているのである。 Further, in the present embodiment, the output signals PT1, PT2 and PT3 each constitute an example of the “bypass operation signal” in the item (4).
さらに、本実施形態においては、充電制御回路80が前記(9)項における「充電制御装置」の一例を構成し、その充電制御回路80のうち、図5のステップS100およびS200を実行する部分が、同項における「選択部」の一例を構成し、その充電制御回路80のうち、図5のステップS300,S400およびS1000を実行する部分が、同項における「制御部」の一例を構成し、出力信号PT1,PT2およびPT3がそれぞれ、同項における「バイパス動作信号」の一例を構成しているのである。
Furthermore, in the present embodiment, the
なお付言するに、本実施形態においては、制限充電制御中における制限デューティ比τcが、それに先行する通常充電制御中に採用されたデューティ比τ(最適値)とは無関係に固定値として決定される。これに対し、制限充電制御中における制限デューティ比τcを、それ先行する一回または複数回の通常充電制御中に採用されたデューティ比τ(最適値)に応じて可変値として決定することが可能である。 In addition, in the present embodiment, the limited duty ratio τc during the limited charge control is determined as a fixed value regardless of the duty ratio τ (optimum value) employed during the normal charge control that precedes it. . On the other hand, the limit duty ratio τc during the limit charge control can be determined as a variable value according to the duty ratio τ (optimum value) adopted during the preceding one or more normal charge controls. It is.
後者の場合、制限充電制御中における制限デューティ比τcは、例えば、先行する一回の通常充電制御中に採用されたデューティ比τ(最適値)、または今回の制限充電制御に先行する複数回の通常充電制御中にそれぞれ採用された複数個のデューティ比τ(最適値)の合成値(例えば、平均値)と固定係数(例えば、約0.1ないし約0.3の範囲内の値)との積を用いて決定することが可能である。 In the latter case, the limited duty ratio τc during the limited charge control is, for example, the duty ratio τ (optimum value) adopted during the preceding one normal charge control, or a plurality of times prior to the current limited charge control. A composite value (for example, an average value) of a plurality of duty ratios τ (optimum value) and a fixed coefficient (for example, a value within a range of about 0.1 to about 0.3) respectively employed during normal charge control. Can be determined using the product of
次に、本発明の第2実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第1実施形態に対し、制限デューティ比τcを決定する要素に関してのみ異なり、他の要素については共通するため、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、重複した説明を省略する一方、異なる要素については、図8ないし図12を参照して詳細に説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment differs from the first embodiment only in terms of the elements that determine the limit duty ratio τc, and is common to other elements, so the same reference numerals or names are used for common elements. By quoting, the redundant description will be omitted, while different elements will be described in detail with reference to FIGS.
第1実施形態においては、制限デューティ比τcについて唯一の候補値が固定値として予め設定されているため、同じ回の制限充電制御中に、制限デューティ比τcが変化することはない。 In the first embodiment, the only candidate value for the limit duty ratio τc is preset as a fixed value, so that the limit duty ratio τc does not change during the same limit charge control.
このように、制限デューティ比τcについて唯一の候補値を固定値として設定する場合には、その候補値は、充電システム10のあらゆる動作環境および製造ばらつきを想定してもなお妥当であることが理想的である。しかしながら、そのような理想的な唯一の候補値を設定することが困難である場合も考えられる。
As described above, when a single candidate value is set as a fixed value for the limit duty ratio τc, it is ideal that the candidate value is still appropriate even if all operating environments and manufacturing variations of the charging
これに対し、本実施形態においては、制限デューティ比τcについて互いに異なる複数個の候補値がそれぞれ固定値として予め設定されている。それら候補値のうちのいずれかが、予め定められた規則に従って選択され、その選択された候補値が最終的な制限デューティ比τcとして用いられる。 On the other hand, in the present embodiment, a plurality of different candidate values for the limit duty ratio τc are preset as fixed values. Any one of these candidate values is selected according to a predetermined rule, and the selected candidate value is used as the final limit duty ratio τc.
一方、複数個のバイパス回路34−1,34−2,34−3のうちバイパス動作中である少なくとも1個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間(すなわち、フォトトランジスタ82−1,82−2,82−3のうち対応するものの出力信号PTがアクティブであり続ける時間)であるバイパス動作連続時間の長さに着目すると、制限充電制御中にあっては、太陽電池12の出力電流Isが大きいほど、バイパス動作連続時間が長くなる。
On the other hand, the time during which at least one bypass circuit in the bypass operation among the plurality of bypass circuits 34-1, 34-2, 34-3 continuously performs the bypass operation (that is, phototransistors 82-1, 82). Paying attention to the length of the continuous operation time of the bypass operation that is the time during which the output signal PT of the corresponding one of −2, 82-3 remains active), during the limited charge control, the output current Is of the
したがって、バイパス動作連続時間の長さを監視すれば、太陽電池12の出力電流Isの大きさが適切であるか否か、すなわち、制限デューティ比τcの大きさが妥当であるか否かを判定することが可能である。
Therefore, if the length of the bypass operation continuous time is monitored, it is determined whether or not the magnitude of the output current Is of the
このような知見に基づき、本実施形態においては、複数個のバイパス回路34−1,34−2,34−3のうちバイパス動作中である少なくとも1個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間(すなわち、フォトトランジスタ82−1,82−2,82−3のうち対応するものの出力信号PTがアクティブであり続ける時間)がバイパス動作連続時間として測定される。 Based on such knowledge, in the present embodiment, at least one bypass circuit that is performing the bypass operation among the plurality of bypass circuits 34-1, 34-2, and 34-3 continuously performs the bypass operation. The time (that is, the time during which the output signal PT of the corresponding one of the phototransistors 82-1, 82-2, 82-3 remains active) is measured as the bypass operation continuous time.
具体的には、本実施形態においては、複数個のバイパス回路34−1,34−2,34−3のうちバイパス動作中である少なくとも1個のバイパス回路が、個々のバイパス回路に着目してそれを個別に見た場合に、連続してバイパス動作を行う時間が前記バイパス動作連続時間として測定される。 Specifically, in the present embodiment, at least one bypass circuit that is performing a bypass operation among the plurality of bypass circuits 34-1, 34-2, and 34-3 is focused on each bypass circuit. When viewed individually, the time for continuously performing the bypass operation is measured as the bypass operation continuous time.
さらに、本実施形態においては、その測定されたバイパス動作連続時間が長いほど太陽電池12の発電電流が減少するように、前記複数個の候補値のうちのいずれかが最終的な制限デューティ比τcとして選択される。
Furthermore, in the present embodiment, any one of the plurality of candidate values is the final limit duty ratio τc so that the generated current of the
このように、本実施形態においては、バイパス動作連続時間が長いほど、スイッチ40のオン時間Tonが短くなるように、制限デューティ比τcが変更される。
Thus, in this embodiment, the limit duty ratio τc is changed so that the on-time Ton of the
よって、本実施形態によれば、バイパス動作連続時間の長さを媒介として制限デューティ比τcの大きさ、ひいては、スイッチ40のオン時間Tonの長さが最適化され、それにより、制限充電制御の実行中であるにもかかわらず同じキャパシタユニット32の端子電圧が規定電圧を超え続け、その結果、それに対応するバイパス回路34がパイバス動作中にあり続けることが防止される。
Therefore, according to the present embodiment, the size of the limit duty ratio τc and the length of the on-time Ton of the
本実施形態においては、そのようにして制限デューティ比τcを決定するために、図8に示すように、充電制御回路80のコンピュータ90のROM94に、(a)第1実施形態における充電制御プログラムとは部分的にのみ異なる充電制御プログラムと、(b)第1実施形態における最大出力デューティ比決定ルーチンと共通する最大出力デューティ比決定ルーチンと、(c)第1実施形態には存在しない制限デューティ比決定ルーチンとが予め記憶されている。
In this embodiment, in order to determine the limit duty ratio τc in this manner, as shown in FIG. 8, the
さらに、本実施形態においては、図8に示すように、ROM94に、前記複数個の候補値としての2個の候補値、すなわち、第1デューティ比τc0と、第2デューティ比τc1とが予め記憶されている。それら2個の候補値はいずれも、固定値としてROM94に予め記憶されている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
それら第1デューティ比τc0および第2デューティ比τc1はいずれも、例えば、通常充電制御中にデューティ比τが取り得り範囲の下限値より小さい値(スイッチ40のオン時間Tonが短くなる値)に予め設定されている。さらに、第1デューティ比τc0は、第2デューティ比τc1より大きい値として予め設定されている。 For example, the first duty ratio τc0 and the second duty ratio τc1 are set in advance to a value smaller than the lower limit value of the range in which the duty ratio τ can be obtained during normal charging control (a value that shortens the on-time Ton of the switch 40). Is set. Further, the first duty ratio τc0 is set in advance as a value larger than the second duty ratio τc1.
図9には、本実施形態における充電制御プログラムが概念的にフローチャートで表されている。以下、この充電制御プログラムを説明するが、第1実施形態における充電制御プログラムと共通するステップについては、簡単に説明する。 FIG. 9 conceptually shows a flowchart of the charge control program in the present embodiment. Hereinafter, this charge control program will be described, but steps common to the charge control program in the first embodiment will be briefly described.
図9に示す充電制御プログラムは、第1実施形態における充電制御プログラムと同様に、デューティ比制御サイクルTsごとに起動されて実行される。 The charge control program shown in FIG. 9 is activated and executed for each duty ratio control cycle Ts, similarly to the charge control program in the first embodiment.
この充電制御プログラムの各回の実行時には、まず、ステップS100が、第1実施形態におけるステップS100と同様にして実行され、次に、ステップS200が、第1実施形態におけるステップS200と同様にして実行される。 When each charge control program is executed, step S100 is first executed in the same manner as step S100 in the first embodiment, and then step S200 is executed in the same manner as step S200 in the first embodiment. The
ステップS200の判定がYESである場合には、ステップS3000において、フォトトランジスタ82−1の出力信号PT1がアクティブであり続けた時間の長さを表すカウンタTM1の値と、フォトトランジスタ82−2の出力信号PT2がアクティブであり続けた時間の長さを表すカウンタTM2の値と、フォトトランジスタ82−3の出力信号PT3がアクティブであり続けた時間の長さを表すカウンタTM3の値とがいずれも、「0」に初期化される。 When the determination in step S200 is YES, in step S3000, the value of the counter TM1 indicating the length of time that the output signal PT1 of the phototransistor 82-1 has been active and the output of the phototransistor 82-2. Both the value of the counter TM2 indicating the length of time that the signal PT2 has been active and the value of the counter TM3 that indicates the length of time that the output signal PT3 of the phototransistor 82-3 has been active, It is initialized to “0”.
このステップS3000においては、さらに、ROM94から第1デューティ比τc0が読み出され、その読み出された第1デューティ比τc0がRAM96に、制限デューティ比τcとして記憶される。
In step S3000, the first duty ratio τc0 is further read from the
このように、本実施形態においては、第1デューティ比τc0が制限デューティ比τcの初期値として使用される。 Thus, in the present embodiment, the first duty ratio τc0 is used as the initial value of the limit duty ratio τc.
したがって、充電装置16が制限充電制御状態から通常充電制御状態に復帰した場合に、図11にグラフで表すように、デューティ比τが、第2デューティ比τc1、すなわち、制限充電制御中における制限デューティ比τcの下限値から最適値に向かって離散的に変更されるのではなく、図12にグラフで表すように、制限充電制御中における制限デューティ比τcの上限値である第1デューティ比τc0から最適値に向かって離散的に変更されることになる。
Therefore, when the charging
よって、本実施形態によれば、デューティ比τが制限デューティ比τcから最適値に復帰するまでに必要な時間を短縮することが可能となる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to shorten the time required until the duty ratio τ returns to the optimum value from the limit duty ratio τc.
図9のステップS3000の実行が終了すると、その後、ステップS1000が、第1実施形態におけるステップS1000と同様にして実行される。 When the execution of step S3000 in FIG. 9 is completed, then step S1000 is executed in the same manner as step S1000 in the first embodiment.
続いて、ステップS400が、第1実施形態におけるステップS400と同様にして実行される。以上で、この充電制御プログラムの一回の実行が終了する。 Subsequently, step S400 is executed in the same manner as step S400 in the first embodiment. This completes one execution of the charging control program.
これに対し、ステップS200の判定がNOである場合には、ステップS2000において、前記制限デューティ比決定ルーチンが実行されることにより、今回の制限デューティ比τcが、必要に応じて、第1デューティ比τc0から第2デューティ比τc1に変更される。 On the other hand, when the determination in step S200 is NO, in step S2000, by executing the limit duty ratio determination routine, the current limit duty ratio τc is changed to the first duty ratio as necessary. τc0 is changed to the second duty ratio τc1.
いずれにしても、その後、ステップS300において、今回の制限デューティ比τcが今回デューティ比τとしてRAM96に記憶される。続いて、ステップS400の実行を経て、この制限デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了する。
In any case, thereafter, in step S300, the current limited duty ratio τc is stored in the
図10には、その制限デューティ比決定ルーチンが概念的にフローチャートで表されている。 FIG. 10 conceptually shows the limit duty ratio determination routine in a flowchart.
この制限デューティ比決定ルーチンが実行されると、まず、ステップS2100において、出力信号PT1の論理値が「1」であるか否か、すなわち、フォトダイオード82−1がオン(すなわち、対応するバイパス回路34−1がバイパス動作中)であるか否かが判定される。 When this limiting duty ratio determination routine is executed, first, in step S2100, whether or not the logical value of the output signal PT1 is “1”, that is, the photodiode 82-1 is turned on (that is, the corresponding bypass circuit). It is determined whether or not 34-1 is in a bypass operation.
今回は、出力信号PT1の論理値が「1」ではなく、「0」であると仮定すると、ステップS2100の判定がNOとなり、ステップS2150において、カウンタTM1の値を「0」に初期化するための処理が行われる。その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、後述のステップS2200に進む。 This time, assuming that the logical value of the output signal PT1 is not “1” but “0”, the determination in step S2100 is NO, and in step S2150, the value of the counter TM1 is initialized to “0”. Is performed. Thereafter, the limited duty ratio determination routine proceeds to step S2200 described later.
これに対し、今回は、出力信号PT1の論理値が「1」であると仮定すると、ステップS2100の判定がYESとなり、ステップS2110において、カウンタTM1の値が「1」だけカウントアップされる。 On the other hand, this time, assuming that the logical value of the output signal PT1 is “1”, the determination in step S2100 is YES, and in step S2110, the value of the counter TM1 is incremented by “1”.
この制限デューティ比決定ルーチンは、充電制御プログラムの実行に付随して、デューティ比制御周期Tsごとに実行されるため、カウンタTM1の値とデューティ比制御周期Tsの長さとの積が、バイパス回路34−1についての前記バイパス動作連続時間の長さに相当することになる。このことは、他のカウンタTM2およびTM3についても該当する。 This limit duty ratio determination routine is executed for each duty ratio control period Ts in association with the execution of the charge control program. Therefore, the product of the value of the counter TM1 and the length of the duty ratio control period Ts is the bypass circuit 34. This corresponds to the length of the bypass operation continuous time for -1. This also applies to the other counters TM2 and TM3.
続いて、ステップS2120において、カウンタTM1の値が基準値TMaより大きいか否かが判定される。今回は、カウンタTM1の値が基準値TMaより大きくはないと仮定すると、ステップS2120の判定がNOとなり、その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、後述のステップS2130をスキップして、ステップS2200に進む。したがって、現時点では、制限デューティ比τcが第1デューティ比τc0に維持されている。 Subsequently, in step S2120, it is determined whether or not the value of the counter TM1 is larger than the reference value TMa. This time, assuming that the value of the counter TM1 is not larger than the reference value TMa, the determination in step S2120 is NO, and thereafter, this limiting duty ratio determination routine skips step S2130 described later and proceeds to step S2200. . Therefore, at present, the limit duty ratio τc is maintained at the first duty ratio τc0.
これに対して、今回は、カウンタTM1の値が基準値TMaより大きいと仮定すると、ステップS2120の判定がYESとなり、ステップS2130において、制限デューティ比τcが第2デューティ比τc1、すなわち、第1デューティ比τc0より大きいデューティ比τにセットされる。 On the other hand, this time, assuming that the value of the counter TM1 is larger than the reference value TMa, the determination in step S2120 is YES, and in step S2130, the limiting duty ratio τc is the second duty ratio τc1, that is, the first duty. The duty ratio τ is set larger than the ratio τc0.
その結果、今回は、図11にグラフで表すように、制限デューティ比τcが第1デューティ比τc0から第2デューティ比τc1に減少させられる。したがって、今回は、太陽電池12の出力電流Isが減少させられ、それにより、太陽電池12の出力電力Psも減少させられる。
As a result, this time, the limit duty ratio τc is decreased from the first duty ratio τc0 to the second duty ratio τc1, as shown in the graph of FIG. Therefore, this time, the output current Is of the
その結果、今回のバイパス回路34−1に対応するキャパシタユニット32−1の端子電圧が規定電圧より低い電圧に低下することが早期に達成される可能性が増加する。その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、ステップS2200に進む。 As a result, there is an increased possibility that the terminal voltage of the capacitor unit 32-1 corresponding to the current bypass circuit 34-1 will be lowered to a voltage lower than the specified voltage at an early stage. Thereafter, the limited duty ratio determination routine proceeds to step S2200.
このステップS2200においては、ステップS2100と同様にして、出力信号PT2の論理値が「1」であるか否か、すなわち、フォトダイオード82−2がオン(すなわち、対応するバイパス回路34−2がバイパス動作中)であるか否かが判定される。 In this step S2200, as in step S2100, whether or not the logical value of the output signal PT2 is “1”, that is, the photodiode 82-2 is turned on (that is, the corresponding bypass circuit 34-2 is bypassed). Whether it is in operation) or not.
今回は、出力信号PT2の論理値が「1」ではなく、「0」であると仮定すると、ステップS2200の判定がNOとなり、ステップS2250において、カウンタTM2の値を「0」に初期化するための処理が行われる。その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、後述のステップS2300に進む。 This time, assuming that the logical value of the output signal PT2 is not “1” but “0”, the determination in step S2200 is NO, and in step S2250, the value of the counter TM2 is initialized to “0”. Is performed. Thereafter, the limited duty ratio determination routine proceeds to step S2300 described later.
これに対し、今回は、出力信号PT2の論理値が「1」であると仮定すると、ステップS2200の判定がYESとなり、ステップS2210において、カウンタTM2の値が「1」だけカウントアップされる。カウンタTM2の値とデューティ比制御周期Tsの長さとの積が、バイパス回路34−2についての前記バイパス動作連続時間の長さに相当することになる。 On the other hand, this time, assuming that the logical value of the output signal PT2 is “1”, the determination in step S2200 is YES, and in step S2210, the value of the counter TM2 is incremented by “1”. The product of the value of the counter TM2 and the length of the duty ratio control cycle Ts corresponds to the length of the bypass operation continuous time for the bypass circuit 34-2.
続いて、ステップS2220において、カウンタTM2の値が基準値TMaより大きいか否かが判定される。今回は、カウンタTM2の値が基準値TMaより大きくはないと仮定すると、ステップS2220の判定がNOとなり、その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、後述のステップS2230をスキップして、ステップS2300に進む。 Subsequently, in step S2220, it is determined whether or not the value of the counter TM2 is larger than the reference value TMa. If it is assumed that the value of the counter TM2 is not larger than the reference value TMa this time, the determination in step S2220 is NO, and then the limited duty ratio determination routine skips step S2230 described later and proceeds to step S2300. .
これに対して、今回は、カウンタTM2の値が基準値TMaより大きいと仮定すると、ステップS2220の判定がYESとなり、ステップS2230において、制限デューティ比τcが第2デューティ比τc1、すなわち、第1デューティ比τc0より大きいデューティ比にセットされる。 On the other hand, this time, assuming that the value of the counter TM2 is larger than the reference value TMa, the determination in step S2220 is YES, and in step S2230, the limiting duty ratio τc is the second duty ratio τc1, that is, the first duty. The duty ratio is set larger than the ratio τc0.
ステップS2200の実行時に、制限デューティ比τcが第1デューティ比τc0であった場合には、ステップS2230の実行により、制限デューティ比τcが第1デューティ比τc0から第2デューティ比τc1に減少させられる。 If the limiting duty ratio τc is the first duty ratio τc0 during the execution of step S2200, the limiting duty ratio τc is decreased from the first duty ratio τc0 to the second duty ratio τc1 by executing step S2230.
この場合には、太陽電池12の出力電流Isが減少させられ、それにより、太陽電池12の出力電力Psも減少させられる。その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、ステップS2300に進む。
In this case, the output current Is of the
これに対し、ステップS2200の実行時に、制限デューティ比τcが第2デューティ比τc1であった場合には、ステップS2230の実行にもかかわらず、制限デューティ比τcが第2デューティ比τc1に維持される。なぜなら、本実施形態においては、第2デューティ比τc1が、制限デューティ比τcの上限値として設定されているからである。その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、ステップS2300に進む。 On the other hand, when the limiting duty ratio τc is the second duty ratio τc1 when executing step S2200, the limiting duty ratio τc is maintained at the second duty ratio τc1 regardless of the execution of step S2230. . This is because in the present embodiment, the second duty ratio τc1 is set as the upper limit value of the limit duty ratio τc. Thereafter, the limited duty ratio determination routine proceeds to step S2300.
このステップS2300においては、ステップS2100と同様にして、出力信号PT3の論理値が「1」であるか否か、すなわち、フォトダイオード82−3がオン(すなわち、対応するバイパス回路34−3がバイパス動作中)であるか否かが判定される。 In this step S2300, similarly to step S2100, whether or not the logical value of the output signal PT3 is “1”, that is, the photodiode 82-3 is turned on (that is, the corresponding bypass circuit 34-3 is bypassed). Whether it is in operation) or not.
今回は、出力信号PT3の論理値が「1」ではなく、「0」であると仮定すると、ステップS2300の判定がNOとなり、ステップS2350において、カウンタTM3の値を「0」に初期化するための処理が行われる。以上で、この制限デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了する。 This time, assuming that the logical value of the output signal PT3 is not “1” but “0”, the determination in step S2300 is NO, and in step S2350, the value of the counter TM3 is initialized to “0”. Is performed. Thus, one execution of this limited duty ratio determination routine is completed.
これに対し、今回は、出力信号PT3の論理値が「1」であると仮定すると、ステップS2300の判定がYESとなり、ステップS2310において、カウンタTM3の値が「1」だけカウントアップされる。カウンタTM3の値とデューティ比制御周期Tsの長さとの積が、バイパス回路34−3についての前記バイパス動作連続時間の長さに相当することになる。 On the other hand, this time, assuming that the logical value of the output signal PT3 is “1”, the determination in step S2300 is YES, and in step S2310, the value of the counter TM3 is incremented by “1”. The product of the value of the counter TM3 and the length of the duty ratio control cycle Ts corresponds to the length of the bypass operation continuous time for the bypass circuit 34-3.
続いて、ステップS2320において、カウンタTM3の値が基準値TMaより大きいか否かが判定される。今回は、カウンタTM3の値が基準値TMaより大きくはないと仮定すると、ステップS2320の判定がNOとなり、その後、この制限デューティ比決定ルーチンは、後述のステップS2330をスキップする。以上で、この制限デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了する。 Subsequently, in step S2320, it is determined whether or not the value of the counter TM3 is larger than the reference value TMa. If it is assumed that the value of the counter TM3 is not larger than the reference value TMa this time, the determination in step S2320 is NO, and thereafter, this limited duty ratio determination routine skips step S2330 described later. Thus, one execution of this limited duty ratio determination routine is completed.
これに対して、今回は、カウンタTM3の値が基準値TMaより大きいと仮定すると、ステップS2320の判定がYESとなり、ステップS2330において、制限デューティ比τcが第2デューティ比τc1、すなわち、第1デューティ比τc0より大きいデューティ比にセットされる。 On the other hand, this time, assuming that the value of the counter TM3 is larger than the reference value TMa, the determination in step S2320 is YES, and in step S2330, the limiting duty ratio τc is the second duty ratio τc1, that is, the first duty. The duty ratio is set larger than the ratio τc0.
ステップS2300の実行時に、制限デューティ比τcが第1デューティ比τc0であった場合には、ステップS2330の実行により、制限デューティ比τcが第1デューティ比τc0から第2デューティ比τc1に減少させられる。 If the limiting duty ratio τc is the first duty ratio τc0 during the execution of step S2300, the limiting duty ratio τc is decreased from the first duty ratio τc0 to the second duty ratio τc1 by executing step S2330.
この場合には、太陽電池12の出力電流Isが減少させられ、それにより、太陽電池12の出力電力Psも減少させられる。以上で、この制限デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了する。
In this case, the output current Is of the
これに対し、ステップS2300の実行時に、制限デューティ比τcが第2デューティ比τc1であった場合には、ステップS2330の実行にもかかわらず、制限デューティ比τcが第2デューティ比τc1に維持される。以上で、この制限デューティ比決定ルーチンの一回の実行が終了する。 On the other hand, when the limiting duty ratio τc is the second duty ratio τc1 when executing step S2300, the limiting duty ratio τc is maintained at the second duty ratio τc1 regardless of the execution of step S2330. . Thus, one execution of this limited duty ratio determination routine is completed.
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、バイパス動作連続時間(すなわち、出力信号PTがオン状態にあり続ける時間)の長さに基準値TMa(または、上限値と下限値とによって規定される幅を有する基準範囲でもよい)が設定される。 As is apparent from the above description, in the present embodiment, the length of the bypass operation continuous time (that is, the time during which the output signal PT remains on) depends on the reference value TMa (or the upper limit value and the lower limit value). It may be a reference range having a defined width).
さらに、本実施形態においては、そのバイパス動作連続時間の長さが基準値TMa(または、上記基準範囲の上限値)をオーバーしたときには、太陽電池12の充電電流Isが大きすぎるとして、制限デューティ比τcが、第1デューティ比τc0(標準値)より小さくされる。
Furthermore, in the present embodiment, when the length of the bypass operation continuous time exceeds the reference value TMa (or the upper limit value of the reference range), it is determined that the charging current Is of the
これに対し、バイパス動作連続時間の長さが基準値TMa(または、上記基準範囲の下限値)をオーバーしないときには、太陽電池12の充電電流Isが適当であるとして、制限デューティ比τcが、第1デューティ比τc0(標準値)と等しくされる。
On the other hand, when the length of the bypass operation continuous time does not exceed the reference value TMa (or the lower limit value of the reference range), it is assumed that the charging current Is of the
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、充電制御回路80のうち、図9のステップS3000の一部ならびに図10のステップS2110、S2150,S2210,S2250,S2310およびS2350を実行する部分が、前記(5)、(6)および(14)項のそれぞれにおける「連続時間測定部」の一例を構成しているのである。 As is apparent from the above description, in this embodiment, a part of step S3000 in FIG. 9 and steps S2110, S2150, S2210, S2250, S2310, and S2350 in FIG. However, it constitutes an example of the “continuous time measuring unit” in each of the above items (5), (6) and (14).
さらに、本実施形態においては、充電制御回路80のうち、図10のステップS2100,S2120,S2130,S2200,S2220,S2230,S2300,S2320およびS2330を実行する部分が前記(5)および(6)項のそれぞれにおける「第1決定部」の一例および前記(14)項における「オン時間決定部」の一例を構成しているのである。
Further, in the present embodiment, in the
次に、本発明の第3実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第2実施形態に対し、制限デューティ比τcを決定する要素に関してのみ異なり、他の要素については共通するため、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、重複した説明を省略する一方、異なる要素については、図13を参照して詳細に説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. However, this embodiment differs from the second embodiment only in terms of the elements that determine the limited duty ratio τc, and is common to other elements, so the same reference numerals or names are used for common elements. By quoting, the redundant description will be omitted, while different elements will be described in detail with reference to FIG.
第2実施形態においては、制限デューティ比τcの大きさが、前記バイパス動作連続時間の長さに応じて減少させられる。これに対し、本実施形態においては、制限デューティ比τcの大きさが、複数個のバイパス回路34のうちバイパス動作中であるものの数に応じて減少させられる。 In the second embodiment, the size of the limit duty ratio τc is decreased according to the length of the bypass operation continuous time. On the other hand, in the present embodiment, the size of the limit duty ratio τc is reduced according to the number of bypass circuits 34 that are performing the bypass operation.
具体的には、本実施形態においては、各出力信号PT1,PT2,PT3のオンオフ状態を監視することにより、複数個のバイパス回路34のうちバイパス動作中であるものの数が測定される。 Specifically, in the present embodiment, by monitoring the on / off states of the output signals PT1, PT2, and PT3, the number of bypass circuits 34 that are performing the bypass operation is measured.
さらに、本実施形態においては、複数個のバイパス回路34のうちバイパス動作中であるものの数と、制限デューティ比τcとの関係が予め設定される。その設定される関係は、複数個のバイパス回路34のうちバイパス動作中であるものの数に応じて制限デューティ比τcが減少することを表す関係である。その設定された関係は、テーブル、関数式等の形態でROM96に記憶されている。
Further, in the present embodiment, the relationship between the number of bypass circuits 34 that are performing the bypass operation and the limit duty ratio τc is preset. The set relationship is a relationship representing that the limiting duty ratio τc decreases according to the number of bypass circuits 34 that are performing the bypass operation. The set relationship is stored in the
さらに、本実施形態においては、その記憶された関係に従い、上記測定された数に対応する制限デューティ比τcが決定される。 Furthermore, in the present embodiment, the limit duty ratio τc corresponding to the measured number is determined according to the stored relationship.
その結果、本実施形態によれば、図13にグラフで表すように、制限充電制御中、複数個のバイパス回路34のうちバイパス動作中であるものの数が変化すると、それに応じて制限デューティ比τcが変化する。 As a result, according to the present embodiment, as shown in the graph of FIG. 13, when the number of bypass circuits among the plurality of bypass circuits 34 during the limited charge control changes, the limited duty ratio τc accordingly. Changes.
以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記[発明の開示]の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。 As described above, some of the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, these are exemplifications, and are based on the knowledge of those skilled in the art including the aspects described in the section of [Disclosure of the Invention]. The present invention can be implemented in other forms with various modifications and improvements.
Claims (17)
各々少なくとも1個の電気二重層キャパシタを有する複数個のキャパシタユニットが互いに直列に接続されて成る蓄電装置と、
前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部に各キャパシタユニットごとに接続された複数個のバイパス回路であって、各バイパス回路は、それに対応するキャパシタユニットの電圧が規定電圧を超えようとすると、各キャパシタユニットをバイパスするバイパス動作を行うものと、
前記太陽電池と前記蓄電装置とに接続された降圧型のスイッチングレギュレータであって、少なくともスイッチを有し、そのスイッチのデューティ比に応じた電力を前記太陽電池から前記蓄電装置に降圧して供給するものと、
前記デューティ比を決定し、その決定されたデューティ比が実現されるように前記スイッチを制御し、それにより、前記太陽電池による前記蓄電装置の充電を制御する充電制御装置と
を含み、
その充電制御装置は、
前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部が実質的な満充電状態に至る前においては、通常充電制御を実行する一方、前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部が実質的な満充電状態に至った後においては、制限充電制御を実行し、かつ、前記通常充電制御中には、前記太陽電池の動作点を、前記発電電力が実質的に極大化する最大出力動作点に実質的に一致させるための値を前記デューティ比の値として採用する一方、前記制限充電制御中には、前記太陽電池の動作点を、前記最大出力動作点に対応する前記発電電力より少ない発電電力が前記太陽電池において実現される制限出力動作点に実質的に一致させるための値を前記デューティ比の値として採用する充電システム。 A solar cell in which the generated power changes so as to have a local maximum with respect to the generated voltage and generated current;
A power storage device in which a plurality of capacitor units each having at least one electric double layer capacitor are connected in series;
A plurality of bypass circuits connected to all or a part of the plurality of capacitor units for each capacitor unit, wherein each bypass circuit has a voltage of the corresponding capacitor unit exceeding a specified voltage, Performing bypass operation to bypass each capacitor unit,
A step-down switching regulator connected to the solar cell and the power storage device, having at least a switch, and supplying electric power corresponding to the duty ratio of the switch from the solar cell to the power storage device in a step-down manner things and,
A charge control device that determines the duty ratio, controls the switch so that the determined duty ratio is realized, and thereby controls charging of the power storage device by the solar cell, and
The charge control device is
Before all or some of the plurality of capacitor units reach a substantially fully charged state, normal charge control is performed, while all or some of the plurality of capacitor units are substantially fully charged. In the normal charging control, the operating point of the solar cell is substantially set to the maximum output operating point at which the generated power is substantially maximized. While the value for matching is adopted as the value of the duty ratio, during the limited charging control, the solar cell operating point is set to have the generated power less than the generated power corresponding to the maximum output operating point. A charging system that employs a value for substantially matching a limited output operating point realized in a battery as the value of the duty ratio.
前記スイッチがオン状態にあるオン期間とオフ状態にあるオフ期間とがそれぞれ1回ずつ交互に繰り返される1回のスイッチングサイクルを複数回繰り返すことにより、前記スイッチに対してデューティ比制御を実行するデューティ比制御部と、
前記スイッチの各回のスイッチングサイクルにおける前記オン時間が、前記制限充電制御中において前記通常充電制御中より短くなるように、前記デューティ比を決定するデューティ比決定部と
を含む請求項1または2に記載の充電システム。 The charge control device includes:
Duty for performing duty ratio control on the switch by repeating a single switching cycle in which an on period in which the switch is in an on state and an off period in which the switch is in an off state are alternately repeated once each. A ratio control unit;
The duty ratio determination part which determines the duty ratio so that the ON time in each switching cycle of the switch may become shorter during the limited charge control than during the normal charge control. Charging system.
前記制限充電制御中における前記オン時間は、前記スイッチの各回のスイッチングサイクルごとに、前記コイルに流れる電流がゼロから増加してゼロに減少する長さを有するように設定される請求項3に記載の充電システム。 The switching regulator further includes a coil connected in series between the switch and the power storage device,
The on-time during the limited charge control is set so that the current flowing through the coil increases from zero and decreases to zero at each switching cycle of the switch. Charging system.
前記充電制御装置は、前記複数個のバイパス回路からそれぞれ出力された複数のバイパス動作信号を受信し、その受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のいずれもバイパス動作中ではないことを表す場合に、前記通常充電制御を選択する一方、前記受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のうちの少なくとも1個がバイパス動作中であることを表す場合に、前記制限充電制御を選択する選択部を含む請求項1ないし4のいずれかに記載の充電システム。 Each of the plurality of bypass circuits outputs a bypass operation signal indicating whether or not each bypass circuit is performing a bypass operation,
The charging control device receives a plurality of bypass operation signals output from the plurality of bypass circuits, respectively, and the received bypass operation signals indicate that none of the plurality of bypass circuits is in a bypass operation. If the normal charging control is selected, the limited charging control is performed when the received bypass operation signal indicates that at least one of the plurality of bypass circuits is performing the bypass operation. The charging system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a selection unit for selection.
前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である少なくとも1個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間を連続時間として測定する連続時間測定部と、
その測定された連続時間が長いほど前記太陽電池の発電電力が減少するように前記デューティ比を決定する第1決定部と
を含む請求項1ないし5のいずれかに記載の充電システム。 The charge control device includes:
A continuous time measuring unit that measures a time during which at least one bypass circuit in the bypass operation among the plurality of bypass circuits continuously performs the bypass operation as a continuous time; and
6. The charging system according to claim 1, further comprising: a first determination unit that determines the duty ratio so that the generated power of the solar cell decreases as the measured continuous time increases.
前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中であるものの数を測定する数測定部と、
その測定された数が大きいほど前記太陽電池の発電電力が減少するように前記デューティ比を決定する第2決定部と
を含む請求項1ないし8のいずれかに記載の充電システム。 The charge control device includes:
A number measuring unit for measuring the number of bypass circuits among the plurality of bypass circuits,
The charging system according to claim 1, further comprising: a second determination unit that determines the duty ratio so that the generated power of the solar cell decreases as the measured number increases.
前記充電制御装置は、前記制限充電制御中、前記通常充電制御中より前記デューティ比を減少させる請求項1ないし10のいずれかに記載の充電システム。 In the solar cell, the change in the generated voltage with respect to a decrease in the generated current from the generated current corresponding to the maximum point is caused by the change in the generated voltage from the generated current corresponding to the maximum point. It is a type of power generator having characteristics smaller than the change in voltage,
The charging system according to any one of claims 1 to 10, wherein the charge control device decreases the duty ratio during the limited charge control than during the normal charge control.
前記複数個のキャパシタユニットの全部または一部に各キャパシタユニットごとに接続された複数個のバイパス回路であって、各バイパス回路は、それに対応するキャパシタユニットの電圧が規定電圧を超えようとすると、各キャパシタユニットをバイパスするバイパス動作を行うものと、
前記蓄電装置に接続されたスイッチであって、外部装置から前記スイッチを経て前記蓄電装置に供給される電力を制御するものと、
そのスイッチを制御し、それにより、前記外部装置による前記蓄電装置の充電を制御する充電制御装置と
を含み、
前記複数個のバイパス回路の各々は、各バイパス回路がバイパス動作中であるか否かを表すバイパス動作信号を出力し、
前記充電制御装置は、
前記複数個のバイパス回路からそれぞれ出力された複数のバイパス動作信号を受信し、その受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のいずれもバイパス動作中ではないことを表す場合に、通常充電制御を選択する一方、前記受信したバイパス動作信号が、前記複数個のバイパス回路のうちの少なくとも1個がバイパス動作中であることを表す場合に、制限充電制御を選択する選択部と、
前記制限充電制御の選択時には、前記通常充電制御の選択時より、前記スイッチがオン状態にあるオン時間が短くなるように前記スイッチを制御する制御部と
を含む充電システム。 A power storage device in which a plurality of capacitor units each having at least one electric double layer capacitor are connected in series;
A plurality of bypass circuits connected to all or a part of the plurality of capacitor units for each capacitor unit, wherein each bypass circuit has a voltage of the corresponding capacitor unit exceeding a specified voltage, Performing bypass operation to bypass each capacitor unit,
A switch connected to the power storage device for controlling power supplied from an external device to the power storage device via the switch;
A charge control device that controls the switch, thereby controlling charging of the power storage device by the external device, and
Each of the plurality of bypass circuits outputs a bypass operation signal indicating whether or not each bypass circuit is performing a bypass operation,
The charge control device includes:
When a plurality of bypass operation signals respectively output from the plurality of bypass circuits are received, and the received bypass operation signals indicate that none of the plurality of bypass circuits is in a bypass operation, normal charging is performed. A selection unit that selects limited charge control when the received bypass operation signal indicates that at least one of the plurality of bypass circuits is performing a bypass operation,
And a control unit that controls the switch so that an on-time in which the switch is in an on state is shorter when the limited charge control is selected than when the normal charge control is selected.
前記制御部は、前記スイッチがオン状態にあるオン期間とオフ状態にあるオフ期間とがそれぞれ1回ずつ交互に繰り返される1回のスイッチングサイクルを複数回繰り返し、それにより、前記通常充電制御と前記制限充電制御とを択一的に実行し、
前記制限充電制御中における前記オン時間は、前記スイッチの各回のスイッチングサイクルごとに、前記コイルに流れる電流がゼロから増加してゼロに減少する長さを有するように設定される請求項12に記載の充電システム。 Furthermore, between the switch and the power storage device, including a coil connected in series to them,
The controller repeats a single switching cycle in which an on period in which the switch is in an on state and an off period in an off state are alternately repeated once each, thereby performing the normal charging control and the Alternatively perform limited charge control,
The on-time during the limited charging control is set so that the current flowing through the coil increases from zero and decreases to zero at each switching cycle of the switch. Charging system.
前記複数個のバイパス回路のうちバイパス動作中である少なくとも1個のバイパス回路が連続してバイパス動作を行う時間を連続時間として測定する連続時間測定部と、
その測定された連続時間が長いほど短くなるように前記スイッチのオン時間の長さを決定するオン時間決定部と
を含む請求項12または13に記載の充電システム。 The controller is
A continuous time measuring unit that measures a time during which at least one bypass circuit in the bypass operation among the plurality of bypass circuits continuously performs the bypass operation as a continuous time; and
14. The charging system according to claim 12, further comprising: an on-time determination unit that determines a length of an on-time of the switch so that the measured continuous time is shorter.
少なくとも1段の電気二重層キャパシタの電圧が前記規定電圧を超えると、前記スイッチのオン時間を規定値に制御するオン時間制御部を設けたことを特徴とする充電装置。 A charging device for storing electrical energy from a power source in a plurality of stages of electric double layer capacitors connected in series with each other via a switching regulator, and equalizing voltages of the plurality of stages of electric double layer capacitors Therefore, when it is detected that the voltage of the electric double layer capacitor at each stage has reached the specified voltage, including a bypass circuit that performs a bypass operation to bypass the electric double layer capacitor,
A charging apparatus comprising: an on-time control unit configured to control an on-time of the switch to a specified value when a voltage of at least one electric double layer capacitor exceeds the specified voltage.
前記各段の電気二重層キャパシタの電圧が前記規定電圧を連続的に超えた時間の長さを測定する時間測定手段と、
その測定された時間の長さに応じ、前記規定値を変更する規定値変更手段と
を含む請求項16に記載の充電装置。 The on-time controller is
Time measuring means for measuring the length of time that the voltage of the electric double layer capacitor at each stage continuously exceeds the specified voltage;
The charging device according to claim 16, further comprising: a specified value changing unit that changes the specified value according to the measured length of time.
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