JP2010527568A - 断続的な電源により駆動されるスタンドアローンシステムにおける欠陥部の診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】断続的な電源により駆動されるスタンドアローンシステムにおける欠陥部の診断方法を提供する。
【解決手段】診断方法は、生成器と、電力レギュレータと、電力蓄積部とを備えるスタンドアローンシステムに適用される。本方法は、電力蓄積部の実効充電電力または電流（Ｐｂａｔｔ／Ｉｂａｔｔ）を、それぞれ予め定めた電力または電流閾値と比較する（Ｆ２，Ｆ２２）。実効充電電力または電流（Ｐｂａｔｔ／Ｉｂａｔｔ）が閾値より低い場合、電力蓄積部は非接続にされる（Ｆ３，Ｆ２３）。実効充電電力（Ｐｂａｔｔ）を電力蓄積部の理論的充電電力（Ｐｔｈｂａｔｔ）を示す値と生成器により供給され得る最大電力（Ｐｍｐｐ）のうち小さい方（Ｆ７）と比較すること（Ｆ８，Ｆ１３）、および、実効充電電圧（Ｕｂａｔｔ）と理論的充電電圧（Ｕｔｈｂａｔｔ）と比較すること（Ｆ１０）、または、実効充電電流（Ｉｂａｔｔ）と理論的充電電流（Ｉｔｈｂａｔｔ）とを比較すること（Ｆ２６）のうちの一方により、異常動作が検出される。

Description

本発明は、断続的な電源により駆動されるスタンドアローンシステムにおける欠陥部の診断方法に関する。本方法は、生成器と、電源レギュレータと、電力蓄積部とを直列に備え、電源レギュレータは電力変換器を備えることができる。

断続的な電源により駆動されるスタンドアローンシステム（例えば、太陽電池パネルや風力発電機など）が発展すると見込まれている。さらに、これらのスタンドアローンシステムは、アクセスが困難な孤立した場所に設置されるのが望ましい。このため、従来のケーブルによる電力供給コストが極めて高くつく。この種の構成では、運用コストを大きく削減するためには、管理と自律動作（autonomy）を最適化することが極めて重要である。

従来のシステムでは発電を監視できるようにすることもあるが、従来のシステムは発電が低下した場合に反応するようには設計されていないし、ユーザや保守管理者に故障の原因を知らせるようにも設計されていない。

従来のスタンドアローンシステムでは、バッテリは太陽電池パネル（photovoltaic panel）に直接接続することができる。太陽電池パネルは鉛蓄電池を充電するよう（セルの数と配置が）設計される。バッテリ端子における電圧により、太陽電池パネルの電力点（power point）は調整される。バッテリが充電されるほど、電圧は高くなり、かつ、パネルにより供給される電流は弱くなる。最終的に、鉛蓄電池は容易に過充電に耐えることができる。

しかしながら、大部分のスタンドアローンシステムには、
・バッテリ充電管理（電圧閾値、別の負荷の接続／非接続）が存在する。
・電力変換部品が存在しない。
・システム生産監視が存在する。
・パネル動作監視が存在しない。

特許文献１には、別の太陽発電プラントのパネル間の標準電力に対する瞬時電力の割合の比較を用いた診断システムが開示されている。この比較から、太陽電池パネルの満足のいく動作または故障が推測される。日中の時間に依存して異なる太陽電池パネルの標準電力および以前に各パネルにより供給された電力はシステムメモリに前もって記憶される。

特許文献２は太陽発電システムの標準特性の計算を開示している。この計算はシステム設置条件およびこの標準値と計測値との比較に基づいている。この比較から、システムの満足のいく動作が推測される。

現在のスタンドアローン設置管理システムでは、ユーザ（または保守管理者）は電源がなくなりバッテリが放電したときに知らされ、遅すぎる。さらに、ユーザは故障の原因についての情報を持たない。

特開２００５−３４０４６４号公報 米国特許６８９２１６５公報

本発明の目的は、上述した欠点を軽減するものであり、特に、電源がなくなりバッテリが放電する前に、故障の原因を検出することにある。

本目的は、添付の特許請求の範囲に従った方法、特に、以下の事実による第１の択一的な実施形態により達成される。この事実による方法は、
実効充電電流および電圧を測定し、前記測定により前記蓄積部の実効充電電力を決定し、前記実効充電電力を予め定めた電力閾値と比較し、
前記充電電力が前記電力閾値より低い場合、前記電力蓄積部を非接続にし、
前記電力蓄積部は非接続にされ、測定時に前記生成器により供給され得る最大電力を測定し、前記非接続にされた電力蓄積部の充電状態と、対応する理論的充電電圧および充電電力と、を決定し、
前記蓄積部の前記実効充電電力と、前記蓄積部の理論的充電電力を示す値および前記生成器により供給され得る最大電力を示す値のうちの低い方と、の比較に応じて、および、前記実効充電電圧および前記電力蓄積部の前記理論的充電電圧を比較することにより、正常動作と、前記生成器の故障と、前記電力蓄積部の故障と、を識別する。

また、本目的は、以下の事実による第２の特有の他の実施形態により達成される。この事実は、
前記電力蓄積部はスイッチング手段により直接接続され、
本方法は、
実効充電電流（Ｉｂａｔｔ）および実効充電電圧（Ｕｂａｔｔ）を測定し、前記実効充電電流（Ｉｂａｔｔ）を予め定めた第１の電流閾値（Ｉｔｈｒｅｓｈ）と比較し、
前記実効充電電流（Ｉｂａｔｔ）が前記電流閾値（Ｉｔｈｒｅｓｈ）より小さい場合、前記電力蓄積部（１）を非接続にし、
前記電力蓄積部（１）は非接続にされ、測定時に前記生成器（２）により供給され得る最大電流（Ｉｍａｘ）および最大電圧（Ｕｍａｘ）を測定し、前記非接続にされた電力蓄積部（１）の充電状態（ＳＯＣ）と、理論的充電電流（Ｉｔｈｂａｔｔ）と、理論的充電電圧（Ｕｔｈｂａｔｔ）と、を決定し、
前記実効充電電流（Ｉｂａｔｔ）と前記理論的充電電流（Ｉｔｈｂａｔｔ）との比較により、前記スタンドアローンシステムの正常動作および故障を識別する。

他の利点および特徴は、限定的でない例のみと添付図面で図示される本発明の特有な実施形態から、より明示的に明らかにされる。

本発明に係る方法を実現しうるスタンドアローンシステムの概略図。 本発明に係る方法の特有な実施形態を示すフローチャート。 図２に示す方法のレギュレータのテストの特有な実施形態を示す図。 本発明に係る方法の第２の特有な実施形態を示すフローチャート。 図４に示す特有な実施形態に係る正常動作時の電力蓄積部および生成器の電気的特性の概略図。 図４に示す特有な実施形態に係る電力蓄積部および生成器の故障動作時の電力蓄積部および生成器の電気的特性の概略図。 図４に示す特有な実施形態に係る電力蓄積部および生成器の故障動作時の電力蓄積部および生成器の電気的特性の概略図。

図１に示すように、スタンドアローンシステムは、電源蓄積部を構成する少なくとも１つのバッテリ１と、断続的な電源を供給する電力生成器２と、生成器２とバッテリ１との間に接続される電力レギュレータ３とを備えている。好ましくは、電力レギュレータ３は、電力回路だけでなく、対応する検索アルゴリズムを用いた、生成器２により供給され得る最大電力点の検索モジュールと、専用の（dedicated）充電アルゴリズムを用いた、電力蓄積部１の充電モジュールとを備えている。検索アルゴリズムおよび充電アルゴリズムは、電力レギュレータ３、および／または、制御ユニット６に内蔵されてもよい。生成器２からの出力およびバッテリ１の端子における電圧および電流をそれぞれ測定する測定回路４，５は、制御ユニット６に接続され、電力レギュレータ３にも接続される。温度測定回路７も制御ユニット６に接続され、負荷８は通常はバッテリ１により供給される。

電力生成器２は、例えば、風力または極小水力（micro-hydraulic）型、または好ましくは太陽電池パネルである。

電力レギュレータ３は、好ましくは、ＢＵＣＫ変換器を備えている。このように制御ユニット６は、電力レギュレータ３を用いて、生成器２により供給される電力とバッテリ１の充電との間の整合を制御するように設計されている。

制御ユニット６はスイッチング部（不図示）の開放および短絡を制御する。スイッチング部は太陽電池パネル２とバッテリ１との間に接続され、バッテリ１を非接続にすることができるよう設計される。このスイッチング部は好ましくは電力レギュレータ３に内蔵される。

好ましい手法では、バッテリ１の充電プロファイルと関連するデータは制御ユニット６のメモリに記憶される。このデータにより、理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔおよび理論的充電電圧Ｕｔｈｂａｔｔは、バッテリ１の充電状態および温度に応じて決定される。

回路７は、好ましくは、バッテリ１の温度Ｔを測定する。

スタンドアローンシステムは、好ましくは、制御ユニット６に内蔵され得る外部（不図示）と通信するための装置を備えている。

図２のフローチャートに示され、電力変換器を備える電力レギュレータ３に対応する特有な実施形態において、制御ユニット６は、測定回路５により与えられるバッテリ１の端子における電圧および電流のＩ／Ｖ測定から、バッテリ１の実効充電電力Ｐｂａｔｔを決定する（ステップＦ１）。制御ユニット６は、バッテリ１の実効充電電力Ｐｂａｔｔを、蓄積部に依存し充電完了電力（例えば０．１Ｗ）に対応する予め定めた閾値と比較する（ステップＦ２）。

実効充電電力Ｐｂａｔｔが予め定めた閾値より低い場合（ステップＦ２の出力がＹＥＳ）、制御ユニット６は測定回路４，５により測定された直近の電圧値および電流値を記憶した後、バッテリ１を非接続にする（ステップＦ３）。

制御ユニット６は、バッテリ１の充電過程に含まれる全ての部材が機能しているかをテストするために、テストプロトコルを始動する。特に、このテストプロトコルはバッテリ１を非接続にする直前に測定された電流値および電圧値を用いる。

テストプロトコルは電力レギュレータ３の任意のテストにより始めることができる（ステップＦ４）。このテストの特有な実施形態はさらに図３を参照してより詳細に記載される。このテストの目的は生成器および／またはバッテリ１の故障を検出することである。ステップＦ５において、制御ユニット６は、太陽電池パネルの端子における電圧及び電流の測定に基づいて、後者が最大電力点に調整された場合で、測定時に有効な太陽光が存在する場合に、太陽電池パネル２により供給され得る最大電力Ｐｍｐｐを算出する。

これら２つの量（電圧および電流）の測定は、本システムにおいて、この電力を消費または使用する能力を必要とする。しかしながら、電力エレクトロニクスはこの種の動作を予定しておらず、それゆえ、太陽電池パネル２により供給される電力のすべてを消費することはできない。

第１の可能性は、無負荷電圧Ｖｏｃおよびパネルの短絡電流から最大電力点での電圧Ｖｍｐｐおよび関連する電流Ｉｍｐｐを推測するために、連続して無負荷電圧Ｖｏｃおよびパネルの短絡電流を測定することである。このためには、１つの状態から他の状態へ素早く切り替えなければならない。

もう１つの可能性は、最大電力点を補間できるように、インピーダンス変化および非常に簡単な測定を行うことにある。電力が高いが、時間が短く、そのためエネルギーは小さい。開放及び短絡の間の切替中に、例えば、一定数の測定を行うことができる。

好ましくは、制御ユニット６は開放電圧値Ｖｏｃおよび最大電力点の電圧値Ｖｍｐｐを既知の公称値と比較する。この比較により、すべての太陽電池パネルセルが動作していることをさらに保証できる。これが事実（case）の場合、制御ユニット６は電力Ｐｍｐｐを算出する。

その後、制御ユニット６は、例えば無負荷電圧およびバッテリ１の温度Ｔ（測定回路５，７により与えられる）の測定とルックアップテーブルとにより、バッテリ１の充電状態（state of charge：ＳＯＣ）を決定する。充電状態（ＳＯＣ）の正確な測定を実現するため、好ましくは、このステップＦ６は、バッテリを非接続にした後、予め定めた、バッテリの種類、温度および充電状態に応じた待機期間（リチウムバッテリの場合は典型的には約１０分）の後に行われる。この待機期間によりバッテリは無負荷電圧を安定させることができる。好ましくは、この充電状態（ＳＯＣ）の推定は、バッテリ１の種々の充電プロファイルにとって望ましい充電電力を定義するために、制御ユニット６により使用される。決定された充電状態（ＳＯＣ）について、制御ユニット６は、具体的に理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔ（ＳＯＣ）および理論的電圧Ｕｔｈｂａｔｔ（Ｔ，ＳＯＣ）を決定する。理論的電圧Ｕｔｈｂａｔｔ（Ｔ，ＳＯＣ）はバッテリ１の温度にも依存し、理論的にはバッテリの最適な充電を可能にする。そのため、その後に使用される値ＰｔｈｂａｔｔおよびＵｔｈｂａｔｔは、これらが決定されたとき（ステップＦ６）のバッテリ１の実効充電状態（ＳＯＣ）に依存する。

好ましくは、バッテリ１の充電プロファイルと関連するデータは、使用されるバッテリの種類および最大許容充電電流だけでなく、バッテリの充電状態に応じた充電電力および充電の種類を含んでいる。

その後、制御ユニット６は別の測定量および決定量を用い、以前に検出された低充電電力の原因を決定する（ステップＦ２の出力がＹＥＳ）。

図２において、理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔはまず最大電力Ｐｍｐｐと比較される（ステップＦ７）。

太陽電池パネル２の最大電力Ｐｍｐｐがバッテリ１の理論的充電電力より大きい（Ｐｍｐｐ＞Ｐｔｈｂａｔｔ）場合（ステップＦ７の出力がＹＥＳ）、太陽電池パネル２は予め（a priori）バッテリ１の充電を制限しない。その後、実効充電電力Ｐｂａｔｔはバッテリ１の理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔと比較される（ステップＦ８）。

実効充電電力がバッテリ１の理論的充電電力と等しい（Ｐｂａｔｔ＝Ｐｔｈｂａｔｔ）場合（ステップＦ７の出力がＹＥＳ）、バッテリ１は充電済と考えられ、このことはバッテリ１に必要な低充電電力を説明する。この構成において、好ましくは、スタンドアローンシステムはユーザに知らせることができる。

対応する例では、実効充電電力Ｐｂａｔｔが閾値０．１Ｗに達するとき、制御ユニット６は１０Ｗの太陽電池パネル２および９５％の充電状態のバッテリ１により供給され得る最大電力Ｐｍｐｐを測定する。バッテリ１の充電プロファイルと関連するデータを用いて、制御ユニット６は理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔを０．１Ｗに決定する。太陽電池パネル２の最大電力Ｐｍｐｐはバッテリ１の理論的充電電力より大きく（Ｐｍｐｐ（１０Ｗ）＞Ｐｔｈｂａｔｔ（０．１Ｗ））、実効充電電力Ｐｂａｔｔはバッテリ１の理論的充電電力（０．１Ｗ）と等しい。そのため、バッテリ１は充電される。

一方、実効充電電力Ｐｂａｔｔが理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔと異なる場合（ステップＦ８の出力がＮＯ）、充電電力が理論的充電電力より低く（Ｐｂａｔｔ＜Ｐｔｈｂａｔｔ）、バッテリが正常に充電していないことが想定される。実際に、理論的充電電力より大きい充電電力（Ｐｂａｔｔ＞Ｐｔｈｂａｔｔ）は、バッテリ１が充電されて、レギュレータ３がバッテリに必要以上の電力を供給している場合に対応する。必要とされる電力が低いとき（Ｐｂａｔｔ＜０．１Ｗ）は、測定誤差である場合を除き、上述のＰｂａｔｔ＝Ｐｔｈｂａｔｔの場合に含まれる。制御ユニット６は実効充電電圧Ｕｂａｔｔと理論的充電電圧Ｕｔｈｂａｔｔを比較し（ステップＦ１０）、欠陥部を検出する。

実効充電電圧がバッテリ１の充電状態および温度に依存する理論的電圧と等しいとき（Ｕｂａｔｔ＝Ｕｔｈｂａｔｔ（Ｔ，ＳＯＣ））（ステップＦ１０の出力がＹＥＳ）、バッテリは消耗している（degraded）と考えられ、ユーザに知らされる（ステップＦ１１）。実際に、バッテリ１の消耗の主な原因は内部インピーダンスの増大と、それによるバッテリ１の電流および電圧動作点の変化と考えられる。反対の場合（ステップＦ１０の出力がＮＯ）、実効充電電圧は理論的充電電圧より低い（Ｕｂａｔｔ＜Ｕｔｈｂａｔｔ（Ｔ，ＳＯＣ））ことが想定され、消耗していると考えられるのは太陽電池パネル２の方であり、太陽電池パネル２の最大電力点を探すための検索アルゴリズムおよびバッテリ１の充電アルゴリズムが再初期化される（ステップＦ１２）。実際に、太陽電池パネル２の消耗の主な原因は、電圧／電流曲線の悪化と、最大電力点検索アルゴリズムが太陽電池パネル２の実効動作点を探すのを妨げる局所的な最大および最小が発生していることであると考えられる。このように、太陽電池パネル２は最大点より低い電力点で動作している。ステップＦ１０の段階では、Ｕｂａｔｔ＞Ｕｔｈｂａｔｔのケースはあり得ないか、まず起こらない。

対応する例では、実効充電電力が閾値０．１Ｗに達するとき、制御ユニット６は１０Ｗの太陽電池パネル２および７０％の充電状態のバッテリ１により供給され得る最大電力を測定する。バッテリ１の充電プロファイルと関連するデータを用いて、制御ユニット６は理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔを５Ｗに決定する。さらに制御ユニット６は充電電圧Ｕｂａｔｔが理論的充電電圧Ｕｔｈｂａｔｔより低いと判定する。その結果、太陽電池パネル２の最大電力はバッテリ１の理論的充電電力より高く（Ｐｍｐｐ（１０Ｗ）＞Ｐｔｈｂａｔｔ（０．１Ｗ））、実効充電電力はバッテリ１の理論的充電電力より低い（Ｐｂａｔｔ（０．１Ｗ）＜Ｐｔｈｂａｔｔ（５Ｗ））。そのため、パネル２は欠陥であることが疑われ、充電アルゴリズムおよび最大電力点を探すための検索アルゴリズムは再初期化される（ステップＦ１２）。

別の対応する例では、実効充電電力が閾値０．１Ｗに達するとき、制御ユニット６は１Ｗの太陽電池パネル２および７０％の充電状態のバッテリ１により供給され得る最大電力を測定する。理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔは５Ｗである。その結果、太陽電池パネル２の最大電力はバッテリ１の理論的充電電力より低く（Ｐｍｐｐ（１Ｗ）＜Ｐｔｈｂａｔｔ（５Ｗ））、実効充電電力は太陽電池パネル２の最大電力より低い（Ｐｂａｔｔ（０．１Ｗ）＜Ｐｍｐｐ（１Ｗ））。さらに、充電電圧Ｕｂａｔｔは理論値Ｕｔｈｂａｔｔと等しい。そのため、バッテリ１は消耗していることが疑われ、ユーザに知らされる（ステップＦ１１）。

パネルの最大電力がバッテリの理論的充電電力より低い（Ｐｍｐｐ＜Ｐｔｈｂａｔｔ）場合（ステップＦ７の出力がＮＯ）、太陽電池パネル２は予め（a priori）バッテリ１の充電を制限する。その後、太陽電池パネル２の最大電力Ｐｍｐｐはバッテリ１の実効充電電力Ｐｂａｔｔと比較される（ステップＦ１３）。

バッテリ１の実効充電電力が太陽電池パネル２の最大電力と等しい（Ｐｂａｔｔ＝Ｐｍｐｐ）場合（ステップＦ１３の出力がＹＥＳ）、照射が弱く（ステップＦ１４）、バッテリ１はすべての利用可能な電力を使用していることを意味する。そのため、動作は正常である。

対応する例では、実効充電電力が閾値０．１Ｗに達するとき、制御ユニット６は０．１Ｗの太陽電池パネル２および７０％の充電状態のバッテリ１により供給され得る最大電力を測定する。理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔは５Ｗである。その結果、太陽電池パネル２の最大電力はバッテリ１の理論的充電電力より低く（Ｐｍｐｐ（０．１Ｗ）＜Ｐｔｈｂａｔｔ（５Ｗ））、実効充電電力は太陽電池パネル２の最大電力（０．１Ｗ）と等しい。そのため、照射が弱く（ステップＦ１４）、システムは正常に動作していることを意味する。

バッテリ１の実効充電電力が太陽電池パネル２の最大電力と等しくない場合（ステップＦ１３の出力がＮＯ）、充電電力は決して生成器により供給される電力より大きくなることはできない。このことは、バッテリ１の実効充電電力は太陽電池パネルの最大電力より低く（Ｐｂａｔｔ＜Ｐｍｐｐ）、バッテリが正常に充電していないことを意味する。これらの条件下、上述のように、制御ユニット６は実効充電電圧Ｕｂａｔｔと理論的充電電圧Ｕｔｈｂａｔｔを比較し（ステップＦ１０）、どの部材が欠陥であるかを探す。

より一般的な手法では、テストプロトコルにおいて、実効充電電力Ｐｂａｔｔは、電力蓄積部１の理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔを示す値および生成器２により供給され得る最大電力Ｐｍｐｐを示す値のうち、より低い方と比較される。理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔが生成器２により供給され得る最大電力Ｐｍｐｐより低い場合（ステップＦ７の出力がＹＥＳ）、実効充電電力Ｐｂａｔｔは理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔと比較され、そうでない場合（ステップＦ７の出力がＮＯ）、実効充電電力Ｐｂａｔｔは生成器２により供給され得る最大電力と比較される。さらに、充電電力Ｐｂａｔｔが理論的充電電力Ｐｔｈｂａｔｔおよび生成器２により供給され得る最大電力Ｐｍｐｐよりも低い場合にのみ、充電電圧Ｕｂａｔｔと理論的充電電圧Ｕｔｈｂａｔｔとの比較は行われる。

アルゴリズムの再初期化（ステップＦ１１またはＦ１２）は、初めは生成器２の欠陥と考えることはできない。好ましい実施形態では、一定回数の再初期化、例えば３回の再初期化の後、生成器２は欠陥と考えられる。

図３に示すように、レギュレータのテスト（ステップＦ４）は電力レギュレータ３の端子における電圧測定を含むことができる。図１に示すスタンドアローンシステムでは、測定回路４，５により電圧測定ができる。この特有のケースでは、電力レギュレータの入力電圧は生成器の端子における電圧Ｖｇに対応し、レギュレータの出力電圧Ｕｂａｔｔは蓄積部１の端子における電圧である。

電力レギュレータ３のテストプロトコル（ステップＦ４）は以下のステップを含んでいてもよい。制御ユニット６は生成器２により供給される電圧の測定を新たに行い（ステップＦ１５）、または以前に記憶した値を用いる。制御ユニット６はバッテリ１に供給される電圧の測定を新たに行い（ステップＦ１６）、または以前に記憶した値を用いる。その後、制御ユニット６はバッテリ１に供給される電圧値が０か否かをテストする（ステップＦ１７）。

バッテリに供給される電圧が０の場合（ステップＦ１７の出力がＹＥＳ）、電力レギュレータ３は欠陥と宣言される（ステップＦ２０）。そうでない場合（ステップＦ１７の出力がＮＯ）、電力レギュレータ３は機能していると考えられる（ステップＦ１９）。

別の実施形態では、電力レギュレータが変換器を備えていないスタンドアローンシステムにおいて、同じ技術的問題が解決される。電力変換器が重荷になる（onerous）とき、別の充電プロトコルによってバッテリの充電を行うこともできる。

生成器２からのバッテリ１の充電の調整は、生成器２とバッテリ１との間に配置されるスイッチング部を用いて行われる。この場合、充電が行われるとき、生成器により供給される電力はバッテリを充電するためにはもはや適さず、Ｕｉｎｐｕｔ／Ｕｏｕｔｐｕｔの比を変化させることはできない。そのため、生成器の端子およびバッテリの端子における電圧は一致する。この構成において、生成器および蓄積部はスイッチング部により直接接続される。

図４のフローチャートに示され、電力変換器を備えない電力レギュレータ３に対応する特有な実施形態において、制御ユニット６は、測定回路５を用いてバッテリ１の実効充電電流Ｉｂａｔｔを決定する（ステップＦ２１）。好ましくは、実効充電電流は測定回路４を用いても測定される。制御ユニット６は、バッテリ１の実効充電電流Ｉｂａｔｔを予め定めた第１の閾値電流Ｉｔｈｒｅｓｈと比較する。第１の閾値電流Ｉｔｈｒｅｓｈは、好ましくは、バッテリ（種類、大きさなど）に直接依存し、かつ典型的には公称の充電電流の５％に等しい充電完了電流である。

実効充電電流Ｉｂａｔｔが予め定めた閾値より小さい場合（ステップＦ２２の出力がＹＥＳ）、制御ユニット６は測定回路４，５により測定された直近の電圧値および電流値（ＵｂａｔｔおよびＩｂａｔｔ）を記憶した後、バッテリ１を非接続にする（ステップＦ２３）。

ステップＦ２４では、制御ユニット６は、太陽電池パネルの端子における電圧および電流の測定に基づいて、太陽電池パネル２により供給され得る最大電圧Ｕｍａｘおよび最大電流Ｉｍａｘを算出する。生成器により供給され得る最大電圧値および最大電流値は互いに無関係であり、２つの異なる生成器の動作条件、つまり、開放電圧と短絡電流とに対応する。これら２つの情報項目を用いて、制御ユニットは生成器の正常動作曲線を決定する。この曲線は制御ユニットメモリに内蔵され、生成器を代表する特有のデータを用いて算出される。

図５に示すように、制御ユニット６により算出される生成器の動作曲線Ａは、正常動作時の供給電流と生成器の端子における電圧とを結びつける関係を表す。最も弱い電圧値に対応する第１の領域では、供給され得る電流は実質的に最大かつ一定、すなわち、最大電流Ｉｍａｘであることが分かる。電圧が増加するにつれて、電流は０になるまで実質的に線形で減少する。生成器により供給される電流が０になると、この生成器の端子における電圧は最大になり、最大電圧Ｕｍａｘに対応する。したがって、生成器の動作曲線Ａは、例えば太陽光（照射および温度）のような現在の天候データを考慮に入れている
制御ユニット６はバッテリ１の充電状態（ＳＯＣ）を決定する（ステップＦ２５）。好ましくは、充電状態を決定するためのプロトコルは先に説明したものと同一である。好ましくは、この充電状態（ＳＯＣ）の推定は、バッテリ１の種々の充電プロファイルのために必要な充電パラメータを定義するために、制御ユニット６により使用される。

制御ユニット６はメモリに記憶される蓄積部の一般的な特性も持っており、正常動作において、その端子における充電電流と充電電圧との間に存在する関係を知ることができる。この関係は典型的には曲線Ｂにより表され（図５）、数式Ｕ＝Ｅ＋ＲＩで表される。ここで、Ｕは蓄積部の端子における電圧であり、Ｅは蓄積部の起電力であり、Ｒは蓄積部の内部抵抗であり、Ｉは充電電流である。

従来の手法では、蓄積部の起電力Ｅはバッテリの充電状態（ＳＯＣ）に応じて変化する。さらに、使用されるバッテリの種類に応じて、蓄積部の内部抵抗Ｒの僅かなばらつきが観測され得る。

制御ユニット６は理論的充電電圧値および理論的充電電流値（Ｕｔｈｂａｔｔ／Ｉｔｈｂａｔｔ）を算出する。理論的充電電圧値および理論的充電電流値は、生成器により供給され得る電気特性と、蓄積部１の充電すなわち図５の曲線ＡおよびＢの交点により与えられる電気特性との整合に対応する。このように、制御ユニット６により決定される充電電圧および電流は理論的充電電圧Ｕｔｈｂａｔｔおよび理論的充電電流Ｉｔｈｂａｔｔに対応する。

このように、決定された充電状態（ＳＯＣ）に対して、制御ユニット６は理論的充電電流Ｉｔｈｂａｔｔおよび理論的電圧Ｕｔｈｂａｔｔ（Ｔ，ＳＯＣ）を決定する。理論的電圧Ｕｔｈｂａｔｔ（Ｔ，ＳＯＣ）はバッテリ１の温度にも依存する。この理論的充電電流／電圧の組（Ｕｔｈｂａｔｔ／Ｉｔｈｂａｔｔ）は、理論上、バッテリの最適な充電を可能にする。

上述したように、生成器および蓄積部は直接接続され、蓄積部および生成器の端子における電圧は一致し、生成器から流れる電流は蓄積部を充電する電流に対応する。その結果、動作点はＡおよびＢに属さなければならない。そのため、理論的充電電流は常にＩｍａｘより小さく、Ｉｍａｘから充電完了電流（例えばＩｔｈｒｅｓｈ）までのバッテリの充電が起こるとき、理論的充電電流は変化する。生成器の特性（Ｕ／Ｉ）上での理論的充電電流の移動は、生成器およびバッテリの特性に依存する。

好ましくは、蓄積部および生成器の特性は、理論的充電電流Ｉｔｈｂａｔｔが制限値を下回らないように選択される。この制限値は、例えば供給され得る最大電流の８０％（０．８Ｉｍａｘ）であり、生成器２により供給され得る最大電力点Ｐｍｐｐに実質的に対応する。この条件は生成器の大きさをバッテリの大きさに関連づける。上記の例（０．８Ｉｍａｘ）に対して生成器が大きすぎる場合、理論的充電電流Ｉｔｈｂａｔｔは供給され得る最大電流の９０％を下回ることができず、供給され得る最大電流Ｉｍａｘと実質的に等しくなる。例えば、この種類のアセンブリは、充電完了時の大電流に耐えうる鉛蓄電池を充電するために実現され得る。逆の場合、充電完了時に大電流を供給するのを避けるであれば、生成器は低すぎる。

その後に使用される値ＵｔｈｂａｔｔおよびＩｔｈｂａｔｔは、決定時（ステップＦ６）のバッテリ１の実効充電状態（ＳＯＣ）に依存する。

制御ユニット６は別の測定量および決定量を用い、以前に検出された低充電電流の原因を決定する（ステップＦ２２の出力がＹＥＳ）。

図４では、実効充電電流Ｉｂａｔｔが理論的充電電流より小さい（Ｉｂａｔｔ＜Ｉｔｈｂａｔｔ）か否かを調べるために、実効充電電流Ｉｂａｔｔは理論的充電電流Ｉｔｈｂａｔｔと比較される（ステップＦ２６）。

実効充電電流Ｉｂａｔｔが理論的充電電流Ｉｔｈｂａｔｔ以上である場合（ステップＦ２６の出力がＮＯ）、スタンドアローンシステムは正常に動作している。

好ましくは、バッテリの充電状態は予め定めた充電完了状態（例えば、９９％（ＳＯＣ＜９９％））と比較される（ステップＦ２７）。充電状態が予め定めた充電完了状態以上の場合（ステップＦ２７の出力がＮＯ）、バッテリは充電済と考えられる（ステップＦ２８）。逆の場合（ステップＦ２７の出力がＹＥＳ）、太陽電池パネル２は予め（a priori）バッテリ１の充電を制限する。このことは、照射が弱く（ステップＦ２９）、バッテリ１はすべての利用可能な電力を使用していることを意味する。

実効充電電流が理論的充電電流より低い（Ｉｂａｔｔ＜Ｉｔｈｂａｔｔ）場合（ステップＦ２６の出力がＹＥＳ）、スタンドアローンシステムは異常な動作であると考えられ、欠陥部を探すために検索が行われる。

その後、実効充電電圧Ｕｂａｔｔがバッテリ１の理論的充電電圧より大きい（Ｕｂａｔｔ＞Ｕｔｈｂａｔｔ）か否かを調べるために、理論的充電電圧Ｕｔｈｂａｔｔは実効充電電圧Ｕｂａｔｔと比較される（ステップＦ３０）。

実効充電電圧Ｕｂａｔｔがバッテリ１の理論的充電電圧より大きい（Ｕｂａｔｔ＞Ｕｔｈｂａｔｔ）場合（ステップＦ３０の出力がＹＥＳ）、バッテリは消耗していると考えられ、ユーザに知らされる（ステップＦ３１）。実際に、バッテリ１の消耗の主な原因は、バッテリ１の内部インピーダンスの増大と、それによる図６の曲線Ｃに示すようなバッテリ１の電流および電圧動作点の変化である。

逆の場合（ステップＦ３０の出力がＮＯ）、実効充電電圧Ｕｂａｔｔがバッテリ１の理論的充電電圧Ｕｔｈｂａｔｔより低い（Ｕｂａｔｔ＜Ｕｔｈｂａｔｔ）か否かを調べるために、理論的充電電圧Ｕｔｈｂａｔｔおよび実効充電電圧Ｕｂａｔｔは再度比較される（ステップＦ３２）。

実効充電電圧Ｕｂａｔｔがバッテリ１の理論的充電電圧Ｕｔｈｂａｔｔより低い場合（ステップＦ３２の出力がＹＥＳ）、消耗していると考えられるのは太陽電池パネル２の方であると考えられる（ステップＦ３３）。実際に、太陽電池パネル２の消耗の主な原因は、電圧／電流曲線の悪化、つまり、図７の曲線Ｄに示すように、電圧／電流曲線が公称上の電圧／電流曲線より下になることである。そのため、理論的動作点に対するバッテリ１の電流および電圧動作点の変化につながる。よって、太陽電池パネル２は欠陥であることが疑われ、ユーザに知らされる（ステップＦ３３）。

逆の場合（ステップＦ３２の出力がＮＯ）、理論的充電電圧Ｕｔｈｂａｔｔは充電電圧Ｕｂａｔｔと等しく、スタンドアローンシステムの動作は異常であるが、原因は特定できず、ユーザに知らされる（ステップＦ３４）。このケースは生成器およびバッテリが同時に悪化していることに対応するかもしれない。

Claims (18)

1. 断続的な電源により駆動され、生成器（２）と、電源レギュレータ（３）と、電力蓄積部（１）とを直列に備えるスタンドアローンシステムにおける欠陥部の診断方法であって、
   前記生成器（２）および前記電力蓄積部（１）の間に変換器が配置され、
   実効充電電流および電圧（Ｕｂａｔｔ）を測定し、前記測定により前記蓄積部（１）の実効充電電力（Ｐｂａｔｔ）を決定し、前記実効充電電力を予め定めた電力閾値と比較し、
   前記充電電力が前記電力閾値より低い場合、前記電力蓄積部（１）を非接続にし、
   前記電力蓄積部（１）は非接続にされ、測定時に前記生成器（２）により供給され得る最大電力（Ｐｍｐｐ）を測定し、前記非接続にされた電力蓄積部（１）の充電状態（ＳＯＣ）と、対応する理論的充電電圧（Ｕｔｈｂａｔｔ）および充電電力（Ｐｔｈｂａｔｔ）と、を決定し、
   前記蓄積部（１）の前記実効充電電力（Ｐｂａｔｔ）と、前記蓄積部（１）の理論的充電電力（Ｐｔｈｂａｔｔ）を示す値および前記生成器（２）により供給され得る最大電力（Ｐｍｐｐ）を示す値のうちの低い方と、の比較に応じて、および、前記実効充電電圧（Ｕｂａｔｔ）および前記電力蓄積部（１）の前記理論的充電電圧（Ｕｔｈｂａｔｔ）を比較することにより、正常動作と、前記生成器（２）の故障と、前記電力蓄積部（１）の故障と、を識別することを特徴とする方法。
2. 前記電力レギュレータ（３）の入力および出力電圧を測定し、
   前記測定に基づいて、前記電力レギュレータ（３）の装置における欠陥を検出することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記電力レギュレータ（３）は、出力電圧（Ｕｂａｔｔ）が０の場合、欠陥と見なされることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記電力蓄積部（１）の前記実効充電電力（Ｐｂａｔｔ）が前記理論的充電電圧（Ｐｔｈｂａｔｔ）および前記生成器（２）により供給され得る前記最大電力（Ｐｍｐｐ）より低く、かつ、前記理論的充電電圧（Ｕｔｈｂａｔｔ）が前記実効充電電圧（Ｕｂａｔｔ）と等しい場合、前記電力蓄積部（１）は消耗していると見なされる（Ｆ１１）ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 前記電力蓄積部（１）が消耗していると見なされる場合、欠陥の指摘が行われることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記電力蓄積部（１）の実効充電電力（Ｐｂａｔｔ）が前記生成器（２）により供給され得る最大電力Ｐｍｐｐおよび理論的充電電力（Ｐｔｈｂａｔｔ）より低く、かつ、前記理論的充電電圧（Ｕｔｈｂａｔｔ）が前記実効充電電圧（Ｕｂａｔｔ）より大きい場合、前記生成器（２）は消耗していると見なされる（Ｆ１２）ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
7. 前記生成器（２）が消耗していると見なされる場合、充電アルゴリズムが再初期化されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記生成器（２）が消耗していると見なされる場合、前記レギュレータ（３）の最大電力点の検索アルゴリズムが再初期化されることを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
9. 少なくとも１つのアルゴリズムの再初期化が予め定めた回数連続した後、前記生成器（２）の欠陥を指摘することを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
10. 断続的な電源により駆動され、電力蓄積部（１）に接続される生成器（２）備えるスタンドアローンシステムにおける欠陥部の診断方法であって、
    前記電源および前記電力蓄積部（１）はスイッチング手段により直接接続され、
    実効充電電流（Ｉｂａｔｔ）および実効充電電圧（Ｕｂａｔｔ）を測定し、前記実効充電電流（Ｉｂａｔｔ）を予め定めた第１の電流閾値（Ｉｔｈｒｅｓｈ）と比較し、
    前記実効充電電流（Ｉｂａｔｔ）が前記電流閾値（Ｉｔｈｒｅｓｈ）より小さい場合、前記電力蓄積部（１）を非接続にし、
    前記電力蓄積部（１）は非接続にされ、測定時に前記生成器（２）により供給され得る最大電流（Ｉｍａｘ）および最大電圧（Ｕｍａｘ）を測定し、前記非接続にされた電力蓄積部（１）の充電状態（ＳＯＣ）と、理論的充電電流（Ｉｔｈｂａｔｔ）と、理論的充電電圧（Ｕｔｈｂａｔｔ）と、を決定し、
    前記実効充電電流（Ｉｂａｔｔ）と前記理論的充電電流（Ｉｔｈｂａｔｔ）との比較により、前記スタンドアローンシステムの正常動作および故障を識別することを特徴とする方法。
11. 前記充電電流（Ｉｂａｔｔ）が前記理論的充電電流（Ｉｔｈｂａｔｔ）より小さく、前記電力蓄積部（１）の前記実効充電電圧（Ｕｂａｔｔ）が前記理論的充電電圧（Ｕｔｈｂａｔｔ）より低い場合、前記生成器（２）は消耗していると見なされることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記生成器（２）が消耗していると見なされる場合、欠陥の指摘が行われることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記実効充電電流（Ｉｂａｔｔ）が前記理論的充電電流（Ｉｔｈｂａｔｔ）より小さく、前記電力蓄積部（１）の前記実効充電電圧（Ｕｂａｔｔ）が前記理論的充電電圧（Ｕｔｈｂａｔｔ）より大きい場合、前記電力蓄積部（１）は消耗していると見なされる（Ｆ３１）ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
14. 前記電力蓄積部（１）が消耗しているとみなされる場合、欠陥の指摘が行われることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記実効充電電流（Ｉｂａｔｔ）が前記理論的充電電流（Ｉｔｈｂａｔｔ）より小さく、前記電力蓄積部（１）の前記実効充電電圧（Ｕｂａｔｔ）が前記理論的充電電圧（Ｕｔｈｂａｔｔ）と等しい場合、特定不能な原因により前記スタンドアローンシステムは消耗していると見なされることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
16. 前記スタンドアローンシステムが消耗していると見なされる場合、欠陥の指摘が行われることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記生成器（２）は太陽電池パネルであることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記生成器（２）は風力発電機であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の方法。

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