JP2010263755A - 充電制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発電装置に並列接続される複数のアルカリ蓄電池を微小電流にて充電する場合でも、特定のアルカリ蓄電池の劣化が進行することを回避して、効率よく充電すること。
【解決手段】相関関数記憶部5aは、組電池の充電電流および電池温度を入力変数とし、組電池の満充電時における充電電圧を出力変数とする相関関数を記憶する。電流取得部5b、温度取得部5cおよび電圧取得部5dは、各組電池の充電電流、電池温度および電池電圧(Va)を取得する。推定値算出部5eは、充電可能な充電電流がPVパネル1から供給可能となった場合、各組電池の電池温度および充電電流と、相関関数とから、各組電池の満充電時における電池電圧の推定値(Vs)を算出する。スイッチ制御部5fは、Va/Vsが小さい組電池から順にPVパネル1からの充電電流を順次集中させて充電するように、電池切り替えスイッチ7を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】相関関数記憶部5aは、組電池の充電電流および電池温度を入力変数とし、組電池の満充電時における充電電圧を出力変数とする相関関数を記憶する。電流取得部5b、温度取得部5cおよび電圧取得部5dは、各組電池の充電電流、電池温度および電池電圧(Va)を取得する。推定値算出部5eは、充電可能な充電電流がPVパネル1から供給可能となった場合、各組電池の電池温度および充電電流と、相関関数とから、各組電池の満充電時における電池電圧の推定値(Vs)を算出する。スイッチ制御部5fは、Va/Vsが小さい組電池から順にPVパネル1からの充電電流を順次集中させて充電するように、電池切り替えスイッチ7を制御する。
【選択図】図1
Description
この発明は、アルカリ蓄電池の充電制御方法に関する。
従来より、自然エネルギーを利用して電力を出力する太陽電池などの発電装置と蓄電池とで構成される自立型電源は、電源インフラの確保が困難な場所などに設置される負荷の電源として用いられている。
ここで、設置場所に応じて蓄電池を分散して配置したり、負荷への出力電流を大きくしたりするために、複数の蓄電池が発電装置に並列に接続された構成にて自立型電源が設置される場合がある。かかる構成にて、発電装置の出力電力を各蓄電池に充電する際には、充電容量が特定の蓄電池に偏らないように均等に充電する必要がある。特定の蓄電池のみに充放電の負荷がかかると、充放電の負荷が集中した蓄電池が劣化し、自立型電源における充電容量は、全体的に不足することとなり、その結果、蓄電池の交換時期は、早まってしまう。
ここで、用いられる蓄電池には、鉛蓄電池、アルカリ蓄電池、レドックスフロー電池、NAS電池がある。この中では体積あたり、および重量あたりのエネルギー密度が大きいアルカリ蓄電池が自立型電源には有効になる。その際に発電規模が大きくなると、充電する系統数、すなわち発電装置に接続される蓄電池が複数並列になる。発電装置に並列に接続された複数系統の蓄電池への充電は、一般的に、放電の後、系統ごとに充電を実施して満充電判定(例えば、温度勾配法や規定電圧設定など)を行い、満充電と判定された時点で、他の系統への充電が開始されることが行われている。
しかし、太陽光や風力などの自然エネルギーにより発生した電力を蓄電池に蓄える際には、日照変動などの気象変化により発電が不安定となることが多いので、長時間充電しても満充電に達するとは限らない。したがって、自然エネルギーを利用して微小電流で充電する際には、並列接続された各蓄電池へ均等に充電されるように電池系全体を見て充電する必要がある。
そこで、発電装置に並列に接続された複数系統の蓄電池へ充電を行なう場合の基本的な充電法としては、予め各系統の充電時間を決めておき、電池電圧の低い系統から順次充電を実施するという方法がある。
また、発電装置に並列に接続された複数系統の蓄電池へ充電を行なう場合の充電法としては、放電時に負荷と切り離して電池の開放電圧を測定することで電池残容量を見積もり、見積もった電池残容量に基づいて、例えば、鉛蓄電池などで用いられているフロート充電のように、一定の充電電圧を決定し、満充電時では、充電電流を著しく低下させ、満充電状態を各系統にて維持する方法も知られている(例えば、非特許文献1参照)。
Moo, C.S.; Ng, K.S.; Hsieh, Y.C.; "Parallel Operation of Battery Power Modules", Power Electronics and Drives Systems, 2005. PEDS 2005. International Conference on Volume 2, 28-01 Nov. 2005 Page(s):983 - 988
しかしながら、発電装置に並列接続される複数の蓄電池がニッケル・水素蓄電池やニッケル・カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池である場合、アルカリ蓄電池は、微小電流では充電できず、さらに、アルカリ蓄電池の電池電圧は、環境温度に応じて変動する。すなわち、電池電圧が設置場所の温度条件に依存して変動するため、電池電圧が最も低い蓄電池が充電容量を最も必要とする蓄電池になるとは限らない。
したがって、発電装置に複数のアルカリ蓄電池が並列接続される自立型電源の運用時に、上記した従来の技術のように、電池電圧が最も低いアルカリ蓄電池を充電容量が最も低い蓄電池として充電を行なったとしても、曇りや無風の状態が続いて自然エネルギーの発生量が少ない状況における低充電電流時には、特定のアルカリ蓄電池のみが充電され、他のアルカリ蓄電池との充電容量差がさらに開くことになり、その結果、特定のアルカリ蓄電池が想定された寿命より早く劣化してしまう原因となる。
このように、上記した従来の技術は、発電装置に並列接続される複数のアルカリ蓄電池を微小電流にて充電する際に、特定のアルカリ蓄電池の劣化が進んでしまう場合があるという課題があった。
そこで、この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、発電装置に並列接続される複数のアルカリ蓄電池を微小電流にて充電する場合でも、特定のアルカリ蓄電池の劣化が進行することを回避して、効率よく充電することが可能となる充電制御方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この方法は、自然エネルギーによって電力を発生する発電装置と、前記発電装置に並列接続され、当該発電装置が発生した電力を用いて充電を行なう複数のアルカリ蓄電池とから構成される自立型電源において、前記複数のアルカリ蓄電池の充電を制御する充電制御方法であって、前記発電装置から前記アルカリ蓄電池への充電電流および当該アルカリ蓄電池の温度である電池温度を入力変数とし、当該アルカリ蓄電池の満充電時における充電電圧を出力変数とする相関関数を所定の記憶部に格納する相関関数格納ステップと、前記複数のアルカリ蓄電池が充電可能となる所定の条件となった場合に、現時点での電池温度にて現時点での充電電流により充電された際の満充電時における推定満充電電圧を、前記所定の記憶部が記憶する前記相関関数を用いて前記複数のアルカリ蓄電池ごとに算出する算出ステップと、前記算出ステップによって算出された推定満充電電圧と現時点における電池電圧との差が大きいアルカリ蓄電池から順に、前記発電装置からの充電電流を順次集中させて充電するように制御する制御ステップと、を含んだことを要件とする。
開示の方法および装置によれば、発電装置に並列接続される複数のアルカリ蓄電池を微小電流にて充電する場合でも、特定のアルカリ蓄電池の劣化が進行することを回避して、効率よく充電することが可能となる。
以下に添付図面を参照して、本願の開示する充電制御方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下では、太陽電池とアルカリ蓄電池とから構成される自立型電源と自立型電源から供給される電力により動作する負荷とからなる自立型電源システムに、本願の開示する充電制御方法を実行する制御装置が設置された場合を実施例として説明する。
まず、本実施例における自立型電源システムの構成について、図1などを用いて説明する。図1は、本実施例における自立型電源システムの構成を説明するための図である。
図1に示すように、本実施例における自立型電源システムは、PVパネル1と、PVパネル1に並列接続される3つの組電池(第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2c)と、コントローラ3と、負荷4と、制御装置5と、第一組電池2aと接続される第一シャント抵抗6aと、第二組電池2bと接続される第二シャント抵抗6bと、第三組電池2cと接続される第三シャント抵抗6cと、電池切り替えスイッチ7と、負荷切り離しスイッチ8とを有する。なお、図1において、実線は、電力線を示しており、点線は、制御装置5による制御の対応関係を示している。
PVパネル1は、太陽光によって電力を発生する発電装置である。なお、本実施例における自立型電源システムに組み込まれる発電装置は、例えば、風力発電装置のように、自然エネルギーによって電力を発生する発電装置であるならば、本発明にかかる充電制御方法を適用可能である。
第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2cそれぞれは、複数のアルカリ蓄電池から構成される電池モジュールであり、PVパネル1に並列接続される。例えば、第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2cそれぞれは、図2に示すように、「公称電圧:1.2V、公称容量:95Ah」のニッケル水素蓄電池セルが10個直列に接続され、これにより、「公称電圧:12V、公称容量:95Ah」となり、1140Whの蓄電能力を有する電池モジュールとなっている。なお、図2は、本実施例における自立型電源システムに組み込まれる組電池を説明するための図である。
また、第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2cそれぞれは、図2に示すように、電池セルに取り付けられた温度センサーと、温度センサーおよび電力線を取り出すコネクタと、冷却ファンと、収納箱とから構成される。ここで、温度センサーは、組電池の温度(電池温度)を検知するセンサーであり、後述する制御装置5は、温度センサーが検知した電池温度および電力線から検知される組電池の電圧(電池電圧)それぞれをコネクタから取得する。
なお、本実施例における自立型電源システムでは、PVパネル1に3つの組電池が並列接続される場合について説明するが、本発明にかかる充電制御方法は、PVパネル1に2つ以上の組電池が並列接続される場合であるならば適用可能である。
ここで、以下では、同一の構成からなる第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2cのことを、組電池と省略して記載する場合がある。
コントローラ3は、PVパネル1の出力電力を最大にする最大電力点(MPP:Maximum Power Point)を追跡して検知し、PVパネル1から最大電力を取り出すMPPT(Maximum Power Point Tracker)と、後述する負荷4に供給する電圧と、各組電池への電池充電電圧との2種類の電圧を生成するDC/DCコンバータとから構成される。
負荷4は、PVパネル1または各組電池(第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2c)から供給される電力によって動作する装置であり、例えば、連続的に電力を消費して駆動する監視モニタや、定期的に(例えば、1分おきに)電力を消費して駆動する無線送信機などの装置である。
本実施例における自立型電源システムでは、日中、太陽が照っている際には、PVパネル1で発電が行なわれ、コントローラ3により、MPPTが検知されて最大電力が取り出される。また、コントローラ3では、負荷4へ供給する電圧が生成され、生成された電力が負荷4に供給されるとともに、余剰電力から電池充電電圧が生成されたうえで各組電池に供給されて充電される。また、夜間や日照が十分ではない期間では、負荷4への電力供給は、各組電池からの放電により賄われる。
電池切り替えスイッチ7は、コントローラ3を介して供給されるPVパネル1からの充電電流を各組電池へ均等に分散させたり、特定の組電池へ集中させたりするために用いられるスイッチである。また、電池切り替えスイッチ7は、コントローラ3を介して負荷4に対して供給される充電電流の供給源を、第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2cから選択する際にも用いられる。
負荷切り離しスイッチ8は、負荷4を電気的に保護するために用いられるスイッチである。
制御装置5は、コントローラ3から負荷4に出力される電圧・電流を取得することによりコントローラ3の状態を監視し、取得した電圧・電流の値に基づいて、負荷切り離しスイッチ8のオン・オフの制御をすることで、負荷4を電気的に保護する。
例えば、制御装置5は、負荷4に出力される電流値が規定の値を超えた場合、コントローラ3に故障が発生したと判定して、負荷切り離しスイッチ8をオフにすることで、負荷4を電気的に保護する。なお、制御装置5は、コントローラ3から負荷4に出力される電圧・電流が正常になった場合、負荷切り離しスイッチ8をオンにする。
さらに、制御装置5は、各組電池(第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2c)の状態を監視して、電池切り替えスイッチ7の動作を制御する。
すなわち、本実施例における自立型電源システムは、PVパネル1と、PVパネル1に並列接続され、PVパネル1が発生した電力を用いて充電を行なう第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2cとを有するが、以下、詳細に説明する制御装置5による電池切り替えスイッチ7の動作制御により、PVパネル1に並列接続される複数の組電池を微小電流にて充電する場合でも、特定の組電池の劣化が進行することを回避して、効率よく充電することが可能となることに主たる特徴がある。
以下、この主たる特徴について、図1および図2とともに、図3〜図7を用いて説明する。なお、図3は、充電電流と充電電圧との関係を説明するための図であり、図4は、電池温度と充電電圧との関係を説明するための図であり、図5は、充電電流と放電容量との関係を説明するための図であり、図6は、電池温度と放電容量との関係を説明するための図であり、図7は、相関関数による計算値と実測値との比較結果を説明するための図である。
図1に示すように、本実施例における制御装置5は、電池切り替えスイッチ7の動作を制御するために、相関関数記憶部5aと、電流取得部5bと、温度取得部5cと、電圧取得部5dと、推定値算出部5eと、スイッチ制御部5fとを有する。
相関関数記憶部5aは、PVパネル1からコントローラ3を介して供給される組電池への充電電流および充電電流が供給されている組電池の温度である電池温度を入力変数とし、充電電流が供給されている組電池の満充電時における充電電圧を出力変数とする相関関数を記憶する。
ここで、相関関数は、自立型電源システムの管理者により、組電池の特性に基づいて決定され、自立型電源システムの運用開始前に、予め、相関関数記憶部5aに格納される。
以下、本実施例にて用いられる相関関数について、図2に示した組電池「公称電圧:12V、公称容量:95Ah」を用いて行なった実験結果に基づいて、詳細に説明する。
まず、45℃の環境下、すなわち、電池温度「45℃」にて、種々の充電電流値により図2に示した組電池を110%の充電容量に至る時間、充電したときの充電電圧値について、図3を用いて説明する。なお、図3において、横軸は、充電電流(単位:A)であり、縦軸は、充電電圧(単位:V)である。
ここで、110%の充電容量とは、「95Ah×1.1=104.5Ah」であり、110%の充電容量に至る時間とは、充電電流の値との積が「104.5」となる時間のことである。すなわち、図3に示す充電電圧値は、「充電電流値:1A」にて104.5時間充電した場合の組電池の電圧値や、「充電電流値:2A」にて52.25時間充電した場合の組電池の電圧値などの実測値を示している。なお、組電池の電圧値は、図2に示したコネクタから取得された値である。
図3に示すように、満充電となるはずの時間にて充電しても、組電池の充電電圧は、充電電流が小さくなるにしたがって値が低くなることが分かる。ここで、電圧は、電気ポテンシャルであることから、充電電圧と充電容量とは、正の相関関係があると考えられるので、図3では、組電池の充電容量が、充電電流が小さくなるにしたがって低下することが示唆されている。特に、1A(0.01C)のように微小な充電電流では、電圧が14V以上にならないことが分かる。
次に、一定の充電電流(1A)にて、110%の充電容量に至る時間(104.5時間)、図2に示した組電池を種々の電池温度にて充電したときの充電電圧値について、図4を用いて説明する。なお、図4において、横軸は、電池温度(単位:℃)であり、縦軸は、充電電圧(単位:V)である。
図4に示すように、満充電となるはずの時間にて充電した組電池の充電電圧は、同じ充電電流であっても、電池温度が高くなるにしたがって値が低くなることが分かる。すなわち、図4では、組電池の充電容量が、電池温度が高くなるにしたがって低下することが示唆されている。
次に、図3の実験結果を裏づけするために、電池温度「45℃」にて、種々の充電電流値により110%の充電容量に至る時間充電したのちに、組電池から放電を実施して放電容量を計測した結果を、図5を用いて説明する。なお、図5において、横軸は、充電電流(単位:A)であり、縦軸は、放電容量(単位:Ah)である。
図5に示すように、満充電となるはずの十分な時間にて充電しても組電池から実際に放電される放電容量は、充電電流が小さくなるにしたがって、値が低くなることが分かる。すなわち、図5においても、図3と同様に、組電池の充電容量が、充電電流が小さくなるにしたがって低下することが示唆されている。特に、1A(0.01C)のように微小な充電電流では、実放電容量が「公称容量:95Ah」より低い値となっていることから、微小電流にて長い期間充電しても十分な充電容量が得られていないことがわかる。
次に、図4の実験結果を裏づけするために、一定の充電電流(1A)にて、110%の充電容量に至る時間(104.5時間)種々の電池温度にて充電したのちに、組電池から放電を実施して放電容量を計測した結果を、図6を用いて説明する。なお、図6において、横軸は、電池温度(単位:℃)であり、縦軸は、放電容量(単位:Ah)である。
図6に示すように、同じ充電電流で満充電となるはずの十分な時間にて充電しても、組電池から実際に放電される放電容量は、電池温度が高くなるにしたがって値が低くなることが分かる。すなわち、図6においても、図4と同様に、組電池の充電容量が、電池温度が高くなるにしたがって低下することが示唆されている。
以上の結果から、低い充電電流や高い電池温度にて充電を行なったとしても、組電池は、必ずしも十分に充電されるとは限らず、特に、図3および図5から、微少電流による充電では、組電池に充電されることなく、電池内部で熱となって損失となってしまうことが分かる。例えば、図5に示すように、1Aで110%の充電時間充電した場合では、放電容量が約91Ahであることから、「104.5−91=13.3Ah」が熱に変換されており、「13.3Ah」に相当する熱エネルギーは、組電池の劣化の原因となる。
また、以上の結果から、満充電時における電池電圧や放電容量は、充電電流および電池温度から決定されることが分かる。したがって、充電電流と電池温度とを変数とする相関関数により、満充電時における組電池の電池電圧(本実施例では、110%の充電容量における電池電圧)を推定し、推定値と実際に測定された組電池の電池電圧とを比較すれば、現時点での組電池における充電容量の程度を推定することができる。
そこで、本実施例では、図3に示した充電電流ごとの電池電圧の状態と、図4に示した電池温度ごとの電池電圧の状態とを、組電池の満充電状態であるとする。すなわち、本実施例では、充電時間との積が一定となるように充電電流値を変化させて充電した場合、最終到達電圧(満充電時の電池電圧)が図3に示す状態となると見なし、充電電流値を一定として環境温度(電池温度)を変えた場合の最終充電電圧(満充電時の電池電圧)が図4に示す状態となると見なす。
具体的には、本実施例においては、PVパネル1から組電池への充電電流を「I(単位:A)」とし、組電池の電池温度を「T(単位:℃)」とし、組電池の満充電時における充電電圧を「Vs(単位:V)」とした場合、組電池の特性に基づいて決定される3つのパラメータ「z」、「α」および「β」により、以下に示す式(1)にて表される相関関数(常用対数を用いた対数関数で表される相関関数)が、管理者により決定される。
例えば、図3および図4に示すそれぞれのプロットにフィッティングする「z」、「α」および「β」は、「15.6」、「0.0168」および「189」として決定される。ここで、「α=15.6」、「β=0.0168」および「z=189」を式(1)に代入して得られた計算値と、実測値との比較結果を図7に示す。
なお、図7の(A)は、図3で説明した実測値のプロットに対して、式(1)の相関関数により算出された計算値のカーブを重ねた図であり、図7の(B)は、図4で説明した実測値のプロットに対して、式(1)の相関関数により算出された計算値のカーブを重ねた図である。図7の(A)および(B)に示すように、計算値と実測値とは、ほぼ一致している。
また、式(1)の「T」は、摂氏温度であるので、「0℃」の場合、満充電時の電池電圧は、一定値となる。図4に示すように、満充電時の電池電圧は、電池温度が低くなるにつれて高くなるが、「0℃」近傍までは直線的に上昇したのち、「0℃」以下の場合、一定となる傾向にあることが分かっている。このことから、本実施例では、「0℃」以下での満充電時の電池電圧が一定値となるように、式(1)が設定されている。
以上、説明したように、管理者は、自立型電源システムに組み込まれる組電池の特性に応じて3つのパラメータ「z」、「α」および「β」を決定し、決定した「z」、「α」および「β」が代入された式(1)を、相関関数記憶部5aに格納する。
図1に戻って、電流取得部5bは、第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2cそれぞれに対する充電電流を、第一シャント抵抗6a、第二シャント抵抗6bおよび第三シャント抵抗6cそれぞれの両端に発生する電圧を計測することで取得する。
温度取得部5cは、第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2cそれぞれの電池温度を、各組電池に設置された温度センサーからコネクタを介して取得する(図2参照)。
電圧取得部5dは、第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2cそれぞれの電池電圧を、各組電池に設置されたコネクタから取得する(図2参照)。
スイッチ制御部5fは、上述した電池切り替えスイッチ7を制御することで、コントローラ3を介して供給されるPVパネル1からの充電電流を各組電池へ均等に分散させたり、特定の組電池へ集中させたりする。
推定値算出部5eは、各組電池が充電可能な充電電流がPVパネル1からコントローラ3を介して供給可能となった場合に、温度取得部5cが取得した各組電池の電池温度および電流取得部5bが取得した各組電池への充電電流と、相関関数記憶部5aが記憶する相関関数とから、各組電池が現時点における状況で充電された際の満充電時における電池電圧の推定値(Vs)を算出する。
例えば、スイッチ制御部5fは、PVパネル1からの発電電流を分岐することで、均等な充電電流が各組電池に流入するように、電池切り替えスイッチを制御する。そして、スイッチ制御部5fは、温度取得部5cに対して各組電池の電池温度を取得するように制御するとともに電流取得部5bに対して各組電池への充電電流を取得するように制御し、電流取得部5bが取得した各組電池への充電電流の総和が、0.01C(1A)以上ならば、充電可能と判定する。そして、スイッチ制御部5fは、推定値算出部5eに対してVsを算出するように制御し、さらに、電圧取得部5dに対して各組電池の現時点での電池電圧(Va)を取得するように制御する。
そして、スイッチ制御部5fは、各組電池ごとに、Vsに対するVaの比(Va/Vs)を算出し、Va/Vsが小さい組電池から順に充電すると充電実行順序を決定して、PVパネル1からの充電電流を充電実行順序に該当する組電池に順次集中させて充電するように、電池切り替えスイッチ7を制御する。すなわち、スイッチ制御部5fは、充電容量に対して、蓄電量が少ない組電池から順に、充電電流を集中させるように制御する。
また、推定値算出部5eは、スイッチ制御部5fによる制御のもと、充電が行なわれている組電池の満充電時における電池電圧の推定値(Vs’)を、充電が行なわれている組電池の電池温度および充電電流と相関関数とを用いて算出する。なお、充電が行なわれている組電池の電池温度および充電電流は、スイッチ制御部5fによる制御のもと、温度取得部5cおよび電流取得部5bにより取得される。
そして、スイッチ制御部5fは、電圧取得部5dに対して充電が行なわれている組電池の現時点での電池電圧(Va)を取得するように制御し、VaがVs’以上となった場合に、充電実行順序にて次に充電を行なうと決定されている組電池へ充電電流を集中させて充電するように、電池切り替えスイッチ7を制御する。
また、スイッチ制御部5fは、所定の期間がたってもVaがVs’以上とならない場合、充電を中止して、充電実行順序にて次に充電を行なうと決定されている組電池に切り替えて充電電流を集中させて充電するように、電池切り替えスイッチ7を制御する。
なお、上記したスイッチ制御部5fによる制御については、以下、フローチャートを用いて詳細に説明する。
次に、図8を用いて、本実施例における制御装置5の充電制御処理について説明する。図8は、本実施例における制御装置の充電制御処理を説明するためのフローチャートである。なお、以下では、管理者によって相関関数記憶部5aに相関関数が格納されたのちに、制御装置5が実行する処理について説明する。
図8に示すように、本実施例における自立型電源システムに設置される制御装置5は、自立型電源の運用が開始されると(ステップS101肯定)、所定の期間(例えば、1時間)経過したか否かを判定する(ステップS102)。ここで、所定の期間が経過していない場合(ステップS102否定)、制御装置5は、再度、ステップS102の判定処理を行なう。
一方、所定の期間が経過した場合(ステップS102肯定)、スイッチ制御部5fは、電池切り替えスイッチ7を制御することで、各組電池にて、コントローラ3を介したPVパネル1からの発電電流を分岐して充電させる(ステップS103)。
そして、スイッチ制御部5fの制御により、電流取得部5bは、各組電池の電流値(充電電流)を取得し(ステップS104)、スイッチ制御部5fは、電流値の総和が、所定の値(例えば、1A)より小さいか否かを判定する(ステップS105)。
ここで、電流値の総和が、所定の値(例えば、1A)より小さい場合(ステップS105肯定)、スイッチ制御部5fは、電池切り替えスイッチ7を制御して各組電池への充電電流の供給を中止したのち、規定時間(例えば、5分間)待機し(ステップS106)、再度、ステップS103の処理を実行する。
一方、電流値の総和が、所定の値以上である場合(ステップS105否定)、スイッチ制御部5fの制御により、電流取得部5bおよび温度取得部5cそれぞれは、各組電池の所要時間(例えば、10秒間)における電流値および電池温度を取得する(ステップS107)。
そして、スイッチ制御部5fは、各組電池の所要時間における電流値が安定しているか否かを判定する(ステップS108)。例えば、スイッチ制御部5fは、所要時間にて各組電池へ流れ込んだ充電電流の電流値の変動幅が、0.5A以内であるならば安定していると判定する。
ここで、各組電池の所要時間における電流値が安定していない場合(ステップS108否定)、ステップS107に戻って、スイッチ制御部5fの制御により、電流取得部5bおよび温度取得部5cそれぞれは、各組電池の所要時間(例えば、10秒間)における電流値および電池温度を取得する。あるいは、スイッチ制御部5fは、ステップS102に戻って、所定の期間が経過するまで待機するように自立型電源システムを制御してもよい。
一方、各組電池の所要時間における電流値が安定している場合(ステップS108肯定)、スイッチ制御部5fの制御により、推定値算出部5eは、電流取得部5bおよび温度取得部5cが取得した各組電池の所要時間における電流値および電池温度から、各組電池の所要時間における平均電流値および平均電池温度を算出し、算出した各組電池の平均電流値および平均電池温度から、相関関数を用いて、各組電池のVsを算出する(ステップS109)。
なお、推定値算出部5eは、ステップS109において、スイッチ制御部5fの制御により、電流取得部5bおよび温度取得部5cが取得した現時点での各組電池における電流値および電池温度から、相関関数を用いて、各組電池のVsを算出してもよい。また、本発明は、ステップS108の判定処理が省略されて、ステップS107ののちステップS109の処理が実行される場合であってもよい。
そののち、スイッチ制御部5fの制御により、電圧取得部5dは、各組電池の電池電圧Vaを取得し(ステップS110)、スイッチ制御部5fは、各組電池のVa/Vsを算出する(ステップS111)。
続いて、スイッチ制御部5fは、Va/Vsの小さい順を、充電実行順序として決定し(ステップS112)、Va/Vsが最も小さい(蓄電量が最も小さい)ことから、1番目に充電を行なうとして決定された組電池への充電を開始させるために、「i=1」の初期設定を行なう(ステップS113)。
そののち、スイッチ制御部5fは、i番目の組電池にて充電が集中して実行されるように、電池切り替えスイッチ7を制御し(ステップS114)、スイッチ制御部5fの制御により、電流取得部5bおよび温度取得部5cそれぞれは、i番目の組電池の充電電流および電池温度を取得する(ステップS115)。
そして、スイッチ制御部5fの制御により、推定値算出部5eは、i番目の組電池の現時点での充電条件(ステップS115にて取得された充電電流および電池温度)におけるVsをVs’として算出する(ステップS116)。
そして、電圧取得部5dは、スイッチ制御部5fの制御により、i番目の組電池の電池電圧Vaを取得し(ステップS117)、スイッチ制御部5fは、i番目の組電池の現時点での電池電圧VaがVs’以上であるか否かを判定する(ステップS118)。
ここで、VaがVs’以上である場合(ステップS118肯定)、スイッチ制御部5fは、i番目の組電池に対する充電完了と判定する(ステップS119)。
一方、VaがVs’より小さい場合(ステップS118否定)、スイッチ制御部5fは、待機回数が所定の回数(例えば、3回)以上であるか否かを判定する(ステップS120)。
ここで、待機回数が所定の回数より少ない場合(ステップS120否定)、スイッチ制御部5fは、所定の充電期間(例えば、10分間)待機し(ステップS121)、ステップS117にて再度、電圧取得部5dに電池電圧の取得処理を実行させる。
一方、待機回数が所定の回数以上となった場合(ステップS120肯定)、スイッチ制御部5fは、i番目の組電池に対する充電中止と判定する(ステップS122)。
そして、スイッチ制御部5fは、ステップS119またはステップS122にて、充電完了または充電中止として判定した場合、全組電池に対する充電処理が終了したか否かを判定する(ステップS123)。
ここで、全組電池に対する充電処理が終了していない場合(ステップS123否定)、スイッチ制御部5fは、充電実行順序にて次の組電池における充電処理を実行するために、「i=i+1」と設定して(ステップS124)、ステップS114にて、電池切り替えスイッチ7の切り替え制御を実行する。
一方、全組電池に対する充電処理が終了した場合(ステップS123肯定)、スイッチ制御部5fは、処理を終了する。なお、全組電池に対する充電処理が終了したのちは、スイッチ制御部5fは、ステップS102に戻って、所定の期間が経過したか否かの判定処理を実行したり、日没となった時点で、ステップS103の処理を実行したりすることで、再度、各組電池への充電制御処理を行なう。
上記したように、本実施例によれば、相関関数記憶部5aは、PVパネル1からコントローラ3を介して供給される組電池への充電電流および充電電流が供給されている組電池の温度である電池温度を入力変数とし、充電電流が供給されている組電池の満充電時における充電電圧を出力変数とする相関関数を記憶する。また、電流取得部5bは、第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2cそれぞれに対する充電電流を、第一シャント抵抗6a、第二シャント抵抗6bおよび第三シャント抵抗6cそれぞれの両端に発生する電圧を計測することで取得し、温度取得部5cは、第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2cそれぞれの電池温度を、各組電池に設置された温度センサーから取得し、電圧取得部5dは、第一組電池2a、第二組電池2bおよび第三組電池2cそれぞれの電池電圧(Va)を、各組電池に設置されたコネクタから取得する。
そして、推定値算出部5eは、各組電池が充電可能な充電電流がPVパネル1からコントローラ3を介して供給可能となった場合に、温度取得部5cが取得した現時点での各組電池の電池温度および電流取得部5bが取得した現時点での各組電池への充電電流と、相関関数記憶部5aが記憶する相関関数とから、各組電池が現時点における状況で充電された際の満充電時における電池電圧の推定値(Vs)を算出する。そして、スイッチ制御部5fは、Va/Vsが小さい組電池から順に充電すると充電実行順序を決定して、PVパネル1からの充電電流を充電実行順序に該当する組電池に順次集中させて充電するように、電池切り替えスイッチ7を制御する。
したがって、並列接続されるアルカリ蓄電池から構成される各組電池の満充電状態を電池温度と充電電流との変動に応じて正確に判定したうえで、蓄電量が少ない組電池から順に充電可能な充電電流にて充電させることができ、上記した主たる特徴の通り、PVパネル1に並列接続される複数の組電池を微小電流にて充電する場合でも、特定の組電池の劣化が進行することを回避して、効率よく充電することが可能となる。
また、本実施例によれば、推定値算出部5eは、スイッチ制御部5fによる制御のもと、充電が行なわれている組電池の満充電時における電池電圧の推定値(Vs’)を、充電が行なわれている組電池の電池温度および充電電流と相関関数とを用いて算出する。そして、スイッチ制御部5fは、電圧取得部5dに対して充電が行なわれている組電池の現時点での電池電圧(Va)を取得するように制御し、VaがVs’以上となった場合に、充電実行順序にて次に充電を行なうと決定されている組電池へ充電電流を集中させて充電するように、電池切り替えスイッチ7を制御する。
したがって、各組電池の充電状態を、電池温度と充電電流との変動に応じて正確に判定したうえで、次の組電池に対する充電を開始することができ、PVパネル1に並列接続される複数の組電池をさらに効率よく充電することが可能となる。
なお、上記した実施例では、各組電池への充電電流切り替えを、電池切り替えスイッチ7を用いて実行する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、各組電池への充電電流切り替えを、各組電池に接続されたシャント抵抗それぞれを用いて実行する場合であってもよい。
また、上記した実施例では、自立型電源を構成する蓄電池が、ニッケル水素蓄電池である場合について説明したが、本発明は自立型電源を構成する蓄電池が、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池であるならば、適用可能である。
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、CPUおよび当該CPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
なお、本実施例で説明した充電制御方法は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。このプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して配布することができる。また、このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク(FD)、CD−ROM、MO、DVDなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
以上のように、本発明に係る充電制御方法は、自然エネルギーによって電力を発生する発電装置と、発電装置に並列接続され、当該発電装置が発生した電力を用いて充電を行なう複数のアルカリ蓄電池とから構成される自立型電源において、複数のアルカリ蓄電池の充電を制御する場合に有用であり、特に、発電装置に並列接続される複数のアルカリ蓄電池を微小電流にて充電する場合でも、特定のアルカリ蓄電池の劣化が進行することを回避して、効率よく充電することに適する。
1 PVパネル
2a 第一組電池
2b 第二組電池
2c 第三組電池
3 コントローラ
4 負荷
5 制御装置
5a 相関関数記憶部
5b 電流取得部
5c 温度取得部
5d 電圧取得部
5e 推定値算出部
5f スイッチ制御部
6a 第一シャント抵抗
6b 第二シャント抵抗
6c 第三シャント抵抗
7 電池切り替えスイッチ
8 負荷切り離しスイッチ
2a 第一組電池
2b 第二組電池
2c 第三組電池
3 コントローラ
4 負荷
5 制御装置
5a 相関関数記憶部
5b 電流取得部
5c 温度取得部
5d 電圧取得部
5e 推定値算出部
5f スイッチ制御部
6a 第一シャント抵抗
6b 第二シャント抵抗
6c 第三シャント抵抗
7 電池切り替えスイッチ
8 負荷切り離しスイッチ
Claims (3)
- 自然エネルギーによって電力を発生する発電装置と、前記発電装置に並列接続され、当該発電装置が発生した電力を用いて充電を行なう複数のアルカリ蓄電池とから構成される自立型電源において、前記複数のアルカリ蓄電池の充電を制御する充電制御方法であって、
前記発電装置から前記アルカリ蓄電池への充電電流および当該アルカリ蓄電池の温度である電池温度を入力変数とし、当該アルカリ蓄電池の満充電時における充電電圧を出力変数とする相関関数を所定の記憶部に格納する相関関数格納ステップと、
前記複数のアルカリ蓄電池が充電可能となる所定の条件となった場合に、現時点での電池温度にて現時点での充電電流により充電された際の満充電時における推定満充電電圧を、前記所定の記憶部が記憶する前記相関関数を用いて前記複数のアルカリ蓄電池ごとに算出する算出ステップと、
前記算出ステップによって算出された推定満充電電圧と現時点における電池電圧との差が大きいアルカリ蓄電池から順に、前記発電装置からの充電電流を順次集中させて充電するように制御する制御ステップと、
を含んだことを特徴とする充電制御方法。 - 前記算出ステップは、前記制御ステップの制御により充電が行なわれている所定のアルカリ蓄電池の推定満充電電圧を、当該所定のアルカリ蓄電池の充電時における電池温度および充電電流と前記所定の記憶部が記憶する前記相関関数とを用いてさらに算出し、
前記制御ステップは、前記所定のアルカリ蓄電池の充電時における電池電圧が、前記算出ステップによって算出された前記推定満充電電圧以上となった場合、当該所定のアルカリ蓄電池から次に充電を行なうとしたアルカリ蓄電池に切り替えて前記発電装置からの充電電流を集中させて充電するように制御することを特徴とする請求項1に記載の充電制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009114956A JP2010263755A (ja) | 2009-05-11 | 2009-05-11 | 充電制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2009114956A JP2010263755A (ja) | 2009-05-11 | 2009-05-11 | 充電制御方法 |
Publications (1)
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JP2010263755A true JP2010263755A (ja) | 2010-11-18 |
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ID=43361367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2009114956A Pending JP2010263755A (ja) | 2009-05-11 | 2009-05-11 | 充電制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2010263755A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018067994A (ja) * | 2016-10-17 | 2018-04-26 | 株式会社電力システムズ・インスティテュート | 蓄電池制御方法及び装置並びにそれを用いた蓄電装置 |
JP2019126219A (ja) * | 2018-01-18 | 2019-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | ソーラー発電システム |
KR20220151267A (ko) * | 2021-05-06 | 2022-11-15 | 주식회사 엔에스로보텍 | 복수의 충전지가 구비되는 자가발전시스템의 충전전환방법 및 그 장치 |
-
2009
- 2009-05-11 JP JP2009114956A patent/JP2010263755A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018067994A (ja) * | 2016-10-17 | 2018-04-26 | 株式会社電力システムズ・インスティテュート | 蓄電池制御方法及び装置並びにそれを用いた蓄電装置 |
JP2019126219A (ja) * | 2018-01-18 | 2019-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | ソーラー発電システム |
JP7087400B2 (ja) | 2018-01-18 | 2022-06-21 | トヨタ自動車株式会社 | ソーラー発電システム |
KR20220151267A (ko) * | 2021-05-06 | 2022-11-15 | 주식회사 엔에스로보텍 | 복수의 충전지가 구비되는 자가발전시스템의 충전전환방법 및 그 장치 |
KR102518612B1 (ko) * | 2021-05-06 | 2023-04-10 | 주식회사 엔에스로보텍 | 복수의 충전지가 구비되는 자가발전시스템의 충전전환방법 및 그 장치 |
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