JP2018102095A - 太陽光電力の充電装置及び充電方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽光電力の充電装置であって、太陽光発電パネル2と、前記太陽光発電パネル2で発電された電力を蓄えるための二次電池10と、前記二次電池10の電池電圧Vbを監視する電池電圧監視部47と、前記太陽光発電パネル2から前記二次電池10への充電電流をPWM制御するPWM制御手段6と、前記電池電圧監視部47により監視される前記二次電池10の電池電圧Vbに応じて前記充電電流へのPWM制御のON/OFFを制御する充電制御部5と、を備える。
【選択図】図1
Description
太陽光発電パネルと、
前記太陽光発電パネルで発電された電力を蓄えるための二次電池と、
前記二次電池の電池電圧を監視する電池電圧監視部と、
前記太陽光発電パネルから前記二次電池への充電電流をPWM制御するPWM制御手段と、
前記電池電圧監視部により監視される前記二次電池の電池電圧に応じて前記充電電流へのPWM制御のON/OFFを制御する充電制御部と、
を備えるものである。
太陽光発電パネルと、
前記太陽光発電パネルで発電された電力を蓄えるための二次電池と、
前記二次電池の電池電圧を監視する電池電圧監視部と、
前記太陽光発電パネルから前記二次電池への充電電流をPWM制御するPWM制御手段と、を用いて、
前記電池電圧監視部により監視される前記二次電池の電池電圧に応じて前記充電電流へのPWM制御のON/OFFを制御するものである。
なお、図1においては図示していないが、この太陽光発電システムは、二次電池10に蓄えられた電力を利用して作動する独立型のシステムであり、二次電池10に蓄えられた電力を利用して作動する負荷(各種デバイス、例えば電灯等の照明装置、情報等の表示装置等)を備えている。
図1に示すように、太陽光電力の充電装置1(以下、単に充電装置1という)は、太陽光発電パネル(太陽電池パネル、PVとも呼ばれる)2と、二次電池10の充電を制御する充電制御手段3と、二次電池10とを主に備える。詳細は後述するが、充電制御手段3は、主にPWM制御手段6(PWM制御部43、FET51)と、二次電池10の陽極(+)と陰極(−)の端子間電圧値及び太陽光発電パネル2のPV電圧値を監視する電圧値監視手段7と、を有している。太陽光発電パネル2と二次電池10とは、充電制御手段3を介して電気的に接続されている。
なお、本実施形態で説明する充電装置1の構成は、本実施形態で説明する機能を実現可能な構成であれば良く、適宜変更可能であるものとする。
次に、電池電圧と太陽光発電パネル2として適用可能な太陽電池パネル(PV)の電圧の対応関係について具体的に説明する。
汎用太陽電池パネルは、構造的にはハガキ状単位パネルを敷き詰めて直・並列に接続したものであり、各種電圧供給が可能である。製品化当初の太陽電池パネルは鉛電池とのマッチングから始まっており、12V鉛電池用パネル(注1)、24V用鉛電池用パネル(注2)の如く、2種類に区分されている。
(注1)12V鉛電池用パネル(以下、単に12Vパネルという)は、開放電圧約21V、最適動作電圧(Power=VxIが最大になる電圧)18V前後である。12V鉛電池用パネルに対応する二次電池である12V鉛電池は、11V〜16V程度まで充放電にて変化する。
(注2)24V用鉛電池用パネル(以下、単に24Vパネルという)は、開放電圧30V前後、最適動作電圧25V前後である。24V用鉛電池用パネルに対応する二次電池である24V鉛電池は、22V〜32V程度まで充放電にて変化する。
例えば、二次電池としてリチウムイオン電池を使用した場合、上記汎用太陽電池パネルの電圧特性に対応するため、電池組数がおのずと定まる。種類によって多少異なるが、一般的なリチウムイオン電池の1セル当たりの容量は3.0V〜4.2V程度/cellであるので、12V用パネルを使用した場合、4個組数のリチウムイオン電池(3V×4=12V〜4.2V×4=16.8V)が対応組数となる。また、24V用パネルを使用した場合、6個組数のリチウムイオン電池(3.0Vx6=18V〜4.2Vx6=25.2V)が妥当な対応組数となる。
例えば、出来るだけ大きなW数(200W程度以上)を太陽電池パネルから得たい場合、並列数を多くして電流値を大きくとると「損失」が大きくなるため、単位パネルの直列数を多くして電圧を上げる方法が採られる。
一方、負荷供給電圧をそんなに高くする必要がない場合、電池電圧とパネル電圧にギャップができ、図5(a)に示すような変換回路が必要となる。この変換回路に採用される制御方式がMPPT(Max Power Point Tracking(最大電力点追従))制御と呼ばれているものである。このMPPT制御とは、不安定な発電電力を常に最大効率で電力を引き出す電子回路の制御のことで、出力を測定しながら出力が最大になるようにマイコン等で複雑な制御をする必要がある。
具体的には、図5(a)に例示する太陽光電力の充電装置の構成(PV出力電圧:100V、電池電圧4V×4=16V)では、MPPT制御部において発電電力(電流×PV出力電圧)を表す面積(図5(b)参照)が太陽光照度に応じていつも最大になるようPV出力電圧を制御し、次の充電制御部において電池電圧に対応した電圧に降圧し、充電制御を行う。
ここで、図5(c)に示すように、MPPT制御部の替わりにPWM制御を行うPWM制御部を設けて充電電流のPWM制御のみの制御を実行した場合、高電流−低PV出力電圧の領域のみ使うことになり、充電効率が極めて悪く、且つ開放電圧V0とPV出力電圧との落差が極めて大になる。
また、同様の装置構成で図5(d)に示すように、仮に電池電圧を高く(電池組数多く)し、19直列にした場合、電池電圧範囲は3V×19=57V〜4.2V×19=79.8Vとなり、PWM制御部にてPV出力電圧100V−57V=43Vの落差分をデューティのON/OFF制御することになり、PWM制御部が備えるFET素子による電力損失が依然大きいものとなり、実用的でない。
なお、太陽光発電パネル2により発電された電力における電圧をPV電圧という。
また、本実施形態の太陽光発電パネル2は小規模(最大出力が200W以下)の太陽光発電デバイスである。
電圧値監視手段7は、充電制御手段3と二次電池10の間に位置する電圧値検出点Pbにおいて二次電池10の電池電圧Vbを検出する。この電圧値監視手段7が検出した二次電池10の電池電圧Vbは、充電制御部5がPWM制御部43(FET51)のデューティ比やPWM制御のON/OFFを決定するときに使用することができる。電圧値監視手段7が検出した検出値は充電制御部5によって使用される。
次に、充電装置1を用いて実施される太陽光発電パネル2から二次電池10への充電方法について、図を用いて説明する。具体的には、太陽光発電パネル2から二次電池10への充電に関して、PWM制御にて電池電圧を太陽光発電パネル2の入力電圧制御にフィードバックする充電方法について以下で説明する。
一方、太陽光発電パネル2の電力供給能力と二次電池10の電池容量の組み合わせにおいて、電池電圧Vbが正常範囲以下となっている低い電圧値の場合、過剰な充電電流は二次電池10の寿命に影響するため、充電電流を抑えたい。さらに、二次電池10が満充電付近の場合も、過剰な充電電流は二次電池10の寿命に影響するため、充電電流を抑え、電池電圧Vbの上限を超えないようにしたい。このような場合に、電流制御回路等を追加することなくPWM制御のみで行う充電方法を以下に説明する。
図4(b)に示す充電時間tと電池電圧Vbとの関係において、充電開始後しばらくの間(充電開始近傍時)及び満充電近傍時をそれぞれ電流制限域A、電流制限域Bと設定している。電流制限域の範囲については、あらかじめ充電開始近傍時の電流制限域Aの上限側電圧閾値V1と満充電近傍時の電流制限域Bの下限側電圧閾値V2をマイコン4に内蔵されたROM41に記憶させている。
一方、電流制限域Aと電流制限域Bの間の領域である正常な電池電圧の領域Mでは、PWM制御を行わずに、できるだけ電流値を多くとるべくΔVを小さくする(最小はΔV=ΔVm)。具体的には、図4(a)に示すVpv≒Vb+ΔVmとなる領域Rで電流制限域A、電流制限域Bの場合よりも高いPV電流にして、二次電池10への充電効率を上げるようにしている。
本実施形態の充電装置1の充電制御手段3は、上述したような充電制御に関する制御手段(制御回路)を有することに加えて、二次電池10から負荷の一例であるLED電燈等の屋外灯9に電力を供給するための放電制御手段8を備える(図7参照)。
2 太陽光発電パネル
3 充電制御手段
5 充電制御部
6 PWM制御手段
7 電圧値監視手段
10 二次電池
43 PWM制御部
47 電池電圧監視部
51 FET
Vb 電池電圧
Claims (2)
- 太陽光発電パネルと、
前記太陽光発電パネルで発電された電力を蓄えるための二次電池と、
前記二次電池の電池電圧を監視する電池電圧監視部と、
前記太陽光発電パネルから前記二次電池への充電電流をPWM制御するPWM制御手段と、
前記電池電圧監視部により監視される前記二次電池の電池電圧に応じて前記充電電流へのPWM制御のON/OFFを制御する充電制御部と、
を備える、太陽光電力の充電装置。 - 太陽光発電パネルと、
前記太陽光発電パネルで発電された電力を蓄えるための二次電池と、
前記二次電池の電池電圧を監視する電池電圧監視部と、
前記太陽光発電パネルから前記二次電池への充電電流をPWM制御するPWM制御手段と、を用いて、
前記電池電圧監視部により監視される前記二次電池の電池電圧に応じて前記充電電流へのPWM制御のON/OFFを制御する、太陽光電力の充電方法。
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JP2016248253A JP2018102095A (ja) | 2016-12-21 | 2016-12-21 | 太陽光電力の充電装置及び充電方法 |
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JP2016248253A JP2018102095A (ja) | 2016-12-21 | 2016-12-21 | 太陽光電力の充電装置及び充電方法 |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
WO2024046180A1 (zh) * | 2022-08-31 | 2024-03-07 | 中兴通讯股份有限公司 | 混用电池充电电路、方法、设备及存储介质 |
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