JP2021105927A - 電源装置の制御方法及び電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力電力の低下を抑制することができる電源装置の制御方法及び電源装置を提供する。【解決手段】複数のコンバータモジュール２０は、複数の太陽電池モジュール１０に対応して設けられている。複数のコンバータモジュール２０を動作させる動作モードは、動作点を変化させて、対応する太陽電池モジュール１０の最大動作点を探索する通常モードと、通常モードよりも大きな変化幅で動作点を変化させる非通常モードと、を有している。非通常モードでは、複数のコンバータモジュール２０のうち１つのコンバータモジュール２０だけが、通常モードよりも大きな変化幅で動作点を変化させる動作を行う。【選択図】図５

Description

本発明は、電源装置の制御方法及び電源装置に関する。

従来より、バッテリなどの負荷に対して電力を供給する電源装置が知られている。電源装置は、電力源から入力される電力を変換して出力する電力変換モジュールを備えている。太陽電池のように出力電力が経時的に変化する電力源を用いる場合には、電力源から最大の電力が得られるように、電力変換モジュールによって電力源の動作点を制御する手法として、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御が知られている。

例えば特許文献１には、太陽電池パネルの電力特性に複数の極大値が発生した場合に対応し、最大の電力となる最大動作点をスキャンするスキャンモードを具備する太陽光発電システムが開示されている。

特開２０１６−１１０５２４号公報

複数の電力源に対応して複数の電力変換モジュールを設け、複数の電力変換モジュールの出力を統合することで大電力化を図った電源装置にあっては、つぎに示すような問題がある。具体的には、複数の電力変換モジュール同士が、スキャンモードのように大きな変化幅で動作点を変化させる動作を同時に実行した場合には、複数の電力変換モジュール同士の動作が相互に影響し、装置全体の動作点が不安定となる。このため、個々の電力源を最大動作点で動作させることができなくなり、電力出力が低下してしまう可能性がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力電力の低下を抑制することができる電源装置の制御方法及び電源装置を提供することである。

本発明の一態様に係る電源装置の制御方法は、複数の電力変換モジュールを動作させる動作モードとして、動作点を変化させて、対応する電力源の最大動作点を探索する通常モードと、通常モードよりも大きな変化幅で動作点を変化させる非通常モードと、を有している。非通常モードでは、複数の電力変換モジュールのうち１つの電力変換モジュールだけが、通常モードよりも大きな変化幅で前記動作点を変化させる動作を行う。

本発明によれば、出力電力の低下を抑制することができる。

図１は、本実施形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。 図２は、コンバータモジュールの構成を示すブロック図である。 図３は、電源装置の動作を説明するフローチャートである。 図４は、電源装置の動作を説明するフローチャートである。 図５は、各コンバータモジュールの動作モードの推移を示す説明図である。 図６は、４つのコンバータモジュールの電力特性と出力電力の推移とを示す説明図である。 図７は、電源装置の出力電流及び出力電圧の推移を示す説明図である。 図８は、各コンバータモジュールの動作モードの推移を示す説明図である。 図９は、第１変形例に係る電源装置の構成を示すブロック図である。 図１０は、第２変形例に係る電源装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１及び図２を参照して、本実施形態に係る電源装置の構成を説明する。本実施形態に係る電源装置は、複数の電力源から入力される電力をそれぞれ変換し、変換した電力を統合して負荷に供給する装置である。本実施形態において、電源装置は、例えば電気自動車に搭載されている。電力源は、例えば太陽電池モジュール（ＰＶ）１０であり、負荷は、例えば高電圧のバッテリ３０。

太陽電池モジュール１０は、並列又は直列接続された複数の太陽電池セルから構成されている。個々の太陽電池セルは、光エネルギを電気エネルギに変換することで、発電を行う。太陽電池モジュール１０は、太陽光の日射量に応じて、出力可能な電力が変動する。以下、必要に応じて、複数の太陽電池モジュール１０を、ｎ個の太陽電池モジュール１０と表現する。ここで、ｎは、２以上の自然数である。

電源装置は、複数のコンバータモジュール２０を備えている。複数のコンバータモジュール２０は、複数の太陽電池モジュール１０に対応して設けられている。すなわち、電源装置は、ｎ個のコンバータモジュール２０を備えている。以下、ｎ個のコンバータモジュール２０のうち、特定のコンバータモジュール２０を指す場合には、第１コンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）、第２コンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）・・・、又は第ｎコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）のように表現する。

個々のコンバータモジュール２０の入力端子には、対応する太陽電池モジュール１０が接続されている。また、ｎ個のコンバータモジュール２０の出力端子は、互いに直列接続されている。個々のコンバータモジュール２０から出力される電力は統合された上で、バッテリ３０へと供給される。電源装置から出力される電圧は、ｎ個のコンバータモジュール２０の出力電圧の和となるので、高電圧のバッテリ３０に対応する出力電圧を得ることができる。

コンバータモジュール２０は、主として、２つの機能を担っている。第１の機能は、昇圧機能である。バッテリ３０に対して入力可能な電圧は、太陽電池モジュール１０の出力電圧よりも高い。そこで、コンバータモジュール２０は、入力端子に入力される電圧を昇圧して出力端子から出力する。また、第２の機能は、太陽電池モジュール１０の動作点を制御する機能である。太陽電池モジュール１０の出力可能な電力は経時的に変動する。そこで、コンバータモジュール２０は、太陽電池モジュール１０が最大動作点で動作するように、太陽電池モジュール１０の動作点を制御する。

コンバータモジュール２０は、コンバータ回路２１と、コントローラ２５とを備えている。

コンバータ回路２１は、コンバータモジュール２０に入力する入力電圧を昇圧又は降圧する機能を有する。コンバータ回路２１としては、例えば昇圧チョッパ回路、降圧チョッパ回路、非反転型の昇降圧回路、ＳＥＰＩＣコンバータなどを用いることができる。コンバータ回路２１は、トランスを有する絶縁型のＤＣＤＣコンバータであってもよい。

コントローラ２５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＩ／Ｏインターフェースを主体に構成されている。コントローラ２５は、ＣＰＵがＲＯＭなどから処理内容に応じた各種プログラムを読み出し、ＲＡＭに展開し、展開した各種プログラムを実行することにより、コンバータモジュール２０の動作を制御する。

コントローラ２５には、コンピュータプログラムがインストールされている。コンピュータプログラムを実行することにより、コントローラ２５は、複数の情報処理回路として機能する。なお、本実施形態では、ソフトウェアによって情報出力装置が備える複数の情報処理回路を実現する例を示すが、もちろん、以下に示す各情報処理を実行するための専用のハードウェアを用意して、情報処理回路を構成することも可能である。また、複数の情報処理回路を個別のハードウェアにより構成してもよい。

コントローラ２５は、複数の情報処理回路として、制御部２６と、記憶部２７とを備えている。

制御部２６には、図示しない信号線を介して、電圧センサ２８及び電流センサ２９からの検出信号が入力されている。電圧センサ２８は、太陽電池モジュール１０の出力電圧、すなわち、太陽電池モジュール１０からコンバータモジュール２０に入力する入力電圧（以下「コンバータ入力電圧」という）を検出する。電流センサ２９は、太陽電池モジュール１０の出力電流、すなわち、太陽電池モジュール１０からコンバータモジュール２０に入力する入力電流（以下「コンバータ入力電流」という）を検出する。コントローラ２５は、コンバータ入力電圧と、コンバータ入力電流とに基づいて、太陽電池モジュール１０の出力電力、すなわち、太陽電池モジュール１０からコンバータモジュール２０に入力する入力電力（以下「コンバータ入力電力」という）を演算することができる。

制御部２６は、コンバータ回路２１の昇圧比（ＰＷＭ制御の時比率）を制御する。制御部２６は、コンバータ回路２１の制御を通じて、太陽電池モジュール１０の動作点を制御する。

太陽電池モジュール１０の動作点を制御する手法として、ＭＰＰＴ制御が知られている。コンバータ回路２１の時比率を変化させることで、コンバータ入力電圧が変化する。コンバータ入力電圧を変化することで、コンバータ入力電力、すなわち、太陽電池モジュール１０の動作点が変化する。ＭＰＰＴ制御は、コンバータ回路２１の時比率を変化させることでコンバータ入力電力を変化させ、コンバータ入力電力が最大となる動作点を太陽電池モジュール１０の最大動作点として探索する。このＭＰＰＴ制御を用いて太陽電池モジュール１０の動作点が変化させることで、太陽電池モジュール１０の動作点を最大動作点と対応させることができる。

また、制御部２６は、動作モードに従ってコンバータ回路２１を制御する。動作モードには、通常モードと、非通常モードとが含まれる。

通常モードにおいて、制御部２６は、ＭＰＰＴ制御の１つの形態である山登り法に従ってコンバータ回路２１を制御する。山登り法では、コンバータ入力電圧を微少変化幅で変化させ、その変化前後の入力電力を比較して太陽電池モジュール１０の最大動作点を探索する。制御部２６は、最大動作点の探索を行うことで、太陽電池モジュール１０の動作点を最大動作点に対して追従させることができる。

一方、非通常モードでは、制御部２６は、スキャンモード、又は電圧一定モードに従ってコンバータ回路２１を制御する。

スキャンモードにおいて、制御部２６は、ＭＰＰＴ制御の１つの形態であるスキャン法に従ってコンバータ回路２１を制御する。スキャン法では、コンバータ入力電圧を所定の変化幅で変化させながら、コンバータ入力電流及びコンバータ入力電圧を計測する。これにより、入力電圧を変化させた範囲の中で、コンバータ入力電圧とコンバータ入力電力との関係を示す電力特性を取得することができる。制御部２６は、この電力特性に基づいて、太陽電池モジュール１０の最大動作点を特定することができる。

ここで、スキャン法におけるコンバータ入力電圧の変化幅は、通常モード（山登り法）によるコンバータ入力電圧の変化幅より大きい。より具体的には、スキャン法における変化幅は、太陽電池モジュール１０の動作範囲の全域、すなわち、開放電圧から短絡電流で動作する電圧までの範囲の全域となる。

一方、電圧一定モードにおいて、制御部２６は、コンバータ入力電圧が一定となるように、コンバータ回路２１を制御する。例えば、制御部２６は、電圧センサ２８によって検出されるコンバータ入力電圧を参照し、ＰＩ制御などのフィードバック制御により、コンバータ回路２１を制御する。

制御部２６は、他のコンバータモジュール２０に搭載された制御部２６と相互に通信することができる。また、制御部２６は、マスターコントローラ４０と相互に通信することができる。

記憶部２７には、コンバータ回路２１の制御に必要な情報が記録される。記憶部２７に記録されている情報は、制御部２６によって読み出される。また、制御部２６は、必要な情報を記憶部２７に記録することができる。

マスターコントローラ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＩ／Ｏインターフェースを主体に構成されている。マスターコントローラ４０は、ＣＰＵがＲＯＭなどから処理内容に応じた各種プログラムを読み出し、ＲＡＭに展開し、展開した各種プログラムを実行することにより、所定の動作を実行する。

マスターコントローラ４０は、ｎ個のコンバータモジュール２０の各コントローラ２５の上位装置にあたるコントローラである。マスターコントローラ４０は、例えば、コンバータモジュール２０のコントローラ２５がコンバータ回路２１の時比率を変化させるタイミングを同期させたりする役割を担っている。

このような構成の電源装置において、ｎ個のコンバータモジュール２０は、他のコンバータモジュール２０と通信することにより、或いは、マスターコントローラ４０を介して通信することにより、互いに連携して動作することができる。

ｎ個のコンバータモジュール２０は、互いに共通する動作モードで動作する。具体的には、通常モードで動作する場合には、ｎ個のコンバータモジュール２０の全てが通常モードで動作するし、非通常モードで動作する場合には、ｎ個のコンバータモジュール２０の全てが非通常モードで動作する。また、通常モードから非通常モードへの切り替え、又は、非通常モードから通常モードへの切り替えは、ｎ個のコンバータモジュール２０において同期して行われる。

一方で、ｎ個のコンバータモジュール２０が非通常モードで動作する場合、ｎ個のコンバータモジュール２０のうち１つのコンバータモジュールだけがスキャンモードで動作する。具体的には、１つのコンバータモジュール２０がスキャンモードで動作し、ｎ個のコンバータモジュール２０のうちの残余のコンバータモジュール２０は電圧一定モードで動作する。

以下、図３から図５を参照し、本実施形態における電源装置の動作を説明する。なお、図３から図４には、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）、第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）、及び第３のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿３）を中心に動作の流れを示している。しかしながら、残余のコンバータモジュール２０（第４のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿４）から第ｎのコンバータモジュール（ＣＭ＿ｎ））の動作の流れも同様である。

まず、各コンバータモジュール２０の制御部２６は、コンバータモジュール２０を通常モードで動作させる。すなわち、各制御部２６は、山登り法（山登りＭＰＰＴ）に従ってコンバータ回路２１を制御する（Ｓ１００、Ｓ２００、Ｓ３００）。各制御部２６は、コンバータ入力電圧を所定変化量だけ変化させることにより太陽電池モジュール１０の最大動作点を検索し、この検索動作を通じて太陽電池モジュール１０の動作点を最大動作点に追従させる。

各制御部２６は、コンバータモジュール２０を通常モードで動作させている間、コンバータ入力電力を監視して、スキャンモードの実行の要否を判断する。コンバータ入力電力が他のコンバータモジュール２０のコンバータ入力電力よりも低い状態が一定時間継続したり、コンバータ入力電力が安定しなかったりした場合に、制御部２６は、スキャンモードの実行を判断する。この判断は、各制御部２６によってそれぞれ行われる。

以下の説明では、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）から第ｎのコンバータモジュール２０（ＣＭ＿ｎ）までの全ての制御部２６において、スキャンモードの実行が必要と判断されたとする。各コンバータモジュール２０がスキャンモードを実行する順番は、制御部２６の中で、一定の規則に従って順位を決定してもよいし、コンバータモジュール２０の並び順に従って順位を決定してもよい。本実施形態では、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）から第ｎのコンバータモジュール２０（ＣＭ＿ｎ）にかけてスキャンモードを順番に実行するものとする。

スキャンモードの実行が判断されると、最初にスキャンモードを実行する第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）を除く、残余のコンバータモジュール２０（すなわち、第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）から第ｎのコンバータモジュール２０（ＣＭ＿ｎ））の各制御部２６は、記録動作を行う。具体的には、各制御部２６は、対応する太陽電池モジュール１０の最大動作点に対応するコンバータ入力電圧を特定する。各制御部２６は、特定したコンバータ入力電圧を最大入力電圧Ｖｍｐｐとして記憶部２７に記録する（Ｓ２０１、Ｓ３０１）。

最大入力電圧Ｖｍｐｐの記録が終了すると、各制御部２６は、通常モードを終了する（１回目の通常モードの期間Ｐ１の終了）。そして、各制御部２６は、非通常モードを開始する（１回目の非通常モードの期間Ｐ２の開始）。

非通常モードでは、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）の制御部２６は、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）をスキャンモードで動作させる。一方、残余のコンバータモジュール２０の各制御部２６は、コンバータモジュール２０を電圧一定モードで動作させる。

以下、スキャンモードの動作を説明する。第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）の制御部２６は、コンバータ回路２１の時比率をゼロにし、電力出力を停止する（Ｓ１０１）。太陽電池モジュール１０は開放電圧Ｖｏｃで動作するので、制御部２６は、このときのコンバータ入力電圧を開放電圧Ｖｏｃとして検出する（Ｓ１０２）。制御部２６は、この開放電圧Ｖｏｃを電圧の掃引開始時の値とする。

制御部２６は、コンバータ回路２１の時比率をゼロから１（１００パーセント）まで増加させ、太陽電池モジュール１０が短絡電流で動作するまで、コンバータ入力電圧を変化させる（Ｓ１０３）。これにより、太陽電池モジュール１０の動作点が、太陽電池モジュール１０の開放電圧Ｖｏｃから、太陽電池モジュール１０が短絡電流で動作する電圧まで変化する。制御部２６は、動作点を変化させている過程で、コンバータ入力電圧及びコンバータ入力電流を記憶部２７に記録する。そして、制御部２６は、動作点を変化させた範囲の中で、コンバータ入力電力が最大となる最大動作点に対応するコンバータ入力電圧を、最大入力電圧Ｖｍｐｐとして特定する。そして、制御部２６は、最大入力電圧Ｖｍｐｐを記憶部２７に記録する（Ｓ１０４）。また、制御部２６は、最大入力電圧Ｖｍｐｐに対応する制御量（時比率）を記憶部２７に記録する（Ｓ１０５）。

つぎに、電圧一定モードの動作を説明する。第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）から第ｎのコンバータモジュール２０（ＣＭ＿ｎ）までの各制御部２６は、従前の通常モードで記録された最大入力電圧Ｖｍｐｐに基づいて、コンバータ入力電圧をフィードバック制御する（Ｓ２０２、Ｓ３０２）。フィードバック制御の方法は、例えばＰＩ制御である。これにより、各制御部２６は、コンバータ入力電圧が最大入力電圧Ｖｍｐｐを維持するように制御を行う。

第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）において最大入力電圧Ｖｍｐｐ及び制御量の記録が終了すると、ｎ個のコンバータモジュール２０の各制御部２６は、非通常モードを終了する（１回目の非通常モードの期間Ｐ２の終了）。そして、各制御部２６は、通常モードを開始する（２回目の通常モードの期間Ｐ３の開始）。

各コンバータモジュール２０の制御部２６は、コンバータモジュール２０を通常モードで動作させる。すなわち、各制御部２６は、山登り法（山登りＭＰＰＴ）に従ってコンバータ回路２１を制御する（Ｓ１０６、Ｓ２０３、Ｓ３０３）。各制御部２６は、コンバータ入力電圧を所定変化量だけ変化させることにより太陽電池モジュール１０の最大動作点を検索し、この検索動作を通じて太陽電池モジュール１０の動作点を最大動作点に追従させる。

この場合、通常モードで動作するコンバータモジュールのうち第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）は、直前に実行されたスキャンモード（非通常モード）で記録した最大入力電圧Ｖｍｐｐで動作を開始する。すなわち、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）の制御部２６は、最大入力電圧Ｖｍｐｐに対応する制御量（時比率）でコンバータ回路２１の制御を開始する。

そして、２番目にスキャンモードを実行する第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）を除く、残余のコンバータモジュール２０（すなわち、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）、及び第３のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿３）から第ｎのコンバータモジュール２０（ＣＭ＿ｎ））の各制御部２６は、記録動作を行う。各制御部２６は、対応する太陽電池モジュール１０の最大動作点に対応するコンバータ入力電圧を特定する。各制御部２６は、特定したコンバータ入力電圧を最大入力電圧Ｖｍｐｐとして記憶部２７に記録する（Ｓ１０７、Ｓ３０４）。なお、記録動作は、山登りＭＰＰＴを開始してから一定時間が経過し、山登りＭＰＰＴが安定して行われるようになってから行われる。

最大入力電圧Ｖｍｐｐの記録が終了すると、各制御部２６は、通常モードを終了する（２回目の通常モードの期間Ｐ３の終了）。そして、各制御部２６は、非通常モードを開始する（２回目の非通常モードの期間Ｐ４の開始）。

非通常モードでは、第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）の制御部２６は、第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）をスキャンモードで動作させる。一方、残余のコンバータモジュール２０の各制御部２６は、それぞれのコンバータモジュール２０を電圧一定モードで動作させる。

第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）によるスキャンモードの動作は、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）によるスキャンモードの動作と同様である。すなわち、第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）の制御部２６は、電力出力を停止し（Ｓ２０５）、開放電圧Ｖｏｃを検出する（Ｓ２０６）。そして、制御部２６は、コンバータ入力電圧を、太陽電池モジュール１０の開放電圧Ｖｏｃから、太陽電池モジュール１０が短絡電流で動作する電圧まで変化させる（Ｓ２０７）。制御部２６は、動作点を変化させている過程で、コンバータ入力電圧及びコンバータ入力電流を記憶部２７に記録する。そして、制御部２６は、最大入力電圧Ｖｍｐｐ、及び最大入力電圧Ｖｍｐｐに対応する制御量（時比率）を記憶部２７に記録する（Ｓ２０８、Ｓ２０９）。

また、電圧一定モードでは、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）、及び第３のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿３）から第ｎのコンバータモジュール２０（ＣＭ＿ｎ）までの各制御部２６は、従前の通常モードで記録された最大入力電圧Ｖｍｐｐに基づいて、コンバータ入力電圧をフィードバック制御する（Ｓ１０８、Ｓ３０５）。

第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）において最大入力電圧及び制御量の記録が終了すると、ｎ個のコンバータモジュール２０の各制御部２６は、非通常モードを終了する（２回目の非通常モードの期間Ｐ４の終了）。そして、各制御部２６は、通常モードを開始する（３回目の通常モードの期間Ｐ５の開始）。

このように、ｎ個のコンバータモジュール２０は、通常モードと非通常モードとを交互に切り替えながら動作する。そして、非通常モードを行う度に、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）から第ｎのコンバータモジュール２０（ＣＭ＿ｎ）までが、順番にスキャンモードで動作する。これにより、ｎ個のコンバータモジュール２０の中で、スキャンモードで動作する１つのコンバータモジュール２０が入れ替えられる。全てのコンバータモジュール２０に対してスキャンモードが実施されると、ｎ個のコンバータモジュール２０は、通常モードに復帰する。そして、ｎ個のコンバータモジュール２０は、コンバータ入力電力を監視して、スキャンモードの実行の要否を判断する。

上述した説明では、ｎ個のコンバータモジュール２０の全てがスキャンモードを実施する形態を説明した。しかしながら、ｎ個のコンバータモジュール２０のうち、２つ以上のコンバータモジュール２０においてスキャンモードの実行が必要な場合に、上述した動作を適用することができる。

図６及び図７を参照し、非通常モードで動作するコンバータモジュール２０の動作を説明する。この説明では、４個のコンバータモジュール２０、すなわち、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）、第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）、第３のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿３）、及び第４のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿４）で電源装置が構成されているものとする。ここで、図６は、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）に関する電力特性、すなわち、コンバータ入力電圧とコンバータ入力電力との関係を示す（左図）。また、図６は、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）に関するコンバータ入力電力の推移を示す（右図）。第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）、第３のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿３）及び第４のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿４）についても同様である。図７は、４個のコンバータモジュール２０から統合して出力される電圧及び電流の推移を示す。

非通常モードでは、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）がスキャンモードで動作し、残余のコンバータモジュール２０、すなわち、第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）から第４のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿４）が電圧一定モードで動作する。この場合、電源装置の出力側に接続されるバッテリ３０が定電圧源のように振る舞うため、４個のコンバータモジュール２０の出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４の和は一定である。また、直列接続されているため、各コンバータモジュール２０の出力電流Ｉｏｕｔは同じである。その結果、コンバータモジュール２０の伝送電力が出力電圧割合として現れる。

第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）がスキャンモードを実行すると、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）のコンバータ入力電圧が高電圧側から低電圧側へと大きな変化幅で変化する。これに対応して、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）の出力電圧も高電圧側から低電圧側へと変化する。ところで、４個のコンバータモジュール２０の出力電圧Ｖｏｕｔ１〜Ｖｏｕｔ４の和は一定である。そのため、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）の出力電圧が低下すると、低下分の出力電圧を第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）から第４のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿４）の電圧で受け持つ必要が生じる。このように、第１のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿１）の出力電圧の割合が変化すると、これが第２のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿２）から第４のコンバータモジュール２０（ＣＭ＿４））にとっては外乱となる。

したがって、スキャンモードを実行するコンバータモジュール２０が複数存在する場合には、コンバータモジュール２０同士の動作が相互に影響し、電源装置全体の動作点が不安定となる。また、スキャンモードを実行しているコンバータモジュール２０同士では、それぞれのコンバータモジュール２０の動作が他のコンバータモジュール２０にとって外乱となる。そのため、電力特性に正確にスキャンすることができない可能性がある。

この点、本実施形態に示す手法では、スキャンモードを実行するコンバータモジュール２０は１つだけであり、残余のコンバータモジュール２０は、電圧一定モードで動作している。スキャンモード以外のコンバータモジュール２０は、電圧フィードバック制御を行っているので、コンバータ入力電圧の変動分を最小限に抑制することができる。これにより、電源装置全体の動作点が不安定となることを抑制することができる。また、電圧一定モードで動作する場合には、直前の通常モードで記録された最大入力電圧に基づいて、フィードバック制御が行われる。このため、スキャンモード以外のコンバータモジュール２０であっても、最大動作点付近での動作を維持することができる。

このように本実施形態に係る電源装置の制御方法は、複数のコンバータモジュール２０を動作させる動作モードとして、最大動作点を探索するように動作点を変化させる通常モードと、この通常モードよりも大きな変化幅で動作点を変化させる非通常モードとを有している。この非通常モードでは、複数のコンバータモジュール２０のうち１つのコンバータモジュール２０だけが、通常モードよりも大きな変化幅で動作点を変化させる動作を行っている。

この方法によれば、非通常モードにおいて、複数のコンバータモジュール２０が同時に動作点を変化させることがないので、装置全体の動作点を安定させることができる。これにより、電力出力の低下を抑制することができる。

本実施形態に係る電源装置の制御方法において、通常モードでは、複数のコンバータモジュール２０のそれぞれが、動作点を変化させて最大動作点を探索する動作を行っている。

通常モードでは、動作点の変化幅が非通常モードと比べて小さい。そのため、複数のコンバータモジュール２０が同時に動作点を変化させたとしても、互いの影響分が次第に収束していくので、装置全体の動作点が不安定になり難い傾向にある。これにより、個々の太陽電池モジュール１０を最適な動作点で動作させることができるので、電力出力を増加させることができる。

本実施形態に係る電源装置の制御方法において、非通常モードは、通常モードよりも大きな変化幅で動作点を変化させることにより、対応する太陽電池モジュール１０の電力特性を取得するスキャンモードと、対応する太陽電池モジュール１０から入力される入力電圧を一定に制御する電圧一定モードとを含んでいる。この場合、非通常モードでは、１つのコンバータモジュール２０がスキャンモードで動作し、この１つのコンバータモジュール２０がスキャンモードで動作している間は、複数のコンバータモジュール２０のうちの残余のコンバータモジュール２０が電圧一定モードで動作する。

コンバータモジュール２０が非通常モードで動作すると、残余のコンバータモジュール２０は、非通常モードのコンバータモジュール２０の干渉を受ける。具体的には、コンバータモジュール２０が非通常モードで動作すると、動作点を大きく変化させることにより、このコンバータモジュール２０の入出力電圧比が変化する。この入出力電圧比の変化により、残余のコンバータモジュールの入出力電圧比も変化する。残余のコンバータモジュールが通常モードで動作している場合には、入出力電圧比の変化にともない、最大動作点から動作点がずれてしまい、動作点の制御が不安定になる。

この点、本実施形態の方法によれば、残余のコンバータモジュール２０が電圧一定モードで動作することによって、非通常モードのコンバータモジュール２０の干渉による動作点変動を抑制することができる。これにより、残余のコンバータモジュール２０が最適な動作点で動作し続けることができるので、出力電力の低下を抑制することができる。

さらに、残余のコンバータモジュール２０が電圧一定モードで動作する場合には、これらが通常モードで動作する場合に比べて、短時間のうち目標電圧へと収束する。これにより、非通常モードの動作が干渉することによる動作点変動を効果的に抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、非通常モードでは、スキャンモードで動作する１つのコンバータモジュール２０を除き、残余のコンバータモジュール２０の全てが電圧一定モードで動作している。しかしながら、多数のコンバータモジュール２０から構成される電源装置にあっては、装置全体のバランスを考慮し、残余のコンバータモジュール２０のうち、一部のコンバータモジュール２０が山登り法により動作を行っていてもよい。図８に示す例には、第ｎのコンバータモジュール２０（ＣＭ＿ｎ）が、電圧一定モードでなく、山登り法により動作する様子が示されている。

また、本実施形態に係る電源装置の制御方法は、非通常モードを繰り返し行い、非通常モードを行う度に、複数のコンバータモジュール２０の中で、スキャンモードで動作する１つのコンバータモジュール２０を入れ替えることとしている。

この方法によれば、複数のコンバータモジュール２０が同時にスキャンモードで動作することがないので、装置全体の動作点を安定させることができる。これにより、出力電力の低下を抑制することができる。

本実施形態に係る電源装置の制御方法において、スキャンモードは、対応する太陽電池モジュール１０の動作範囲の全域にわたって動作点を変化させる第１動作と、第１動作に基づいて、対応する太陽電池モジュール１０から入力される電力が最大となるときの入力電圧である最大入力電圧と、最大入力電圧に対応するコンバータモジュール２０の制御量とを記録する第２動作と、を含んでいる。

この方法によれば、スキャンモードを行うことで、対応する太陽電池モジュール１０の電力特性を、その動作範囲の全域にわたって得ることができる。これにより、太陽電池モジュール１０の電力特性が複数の極大点を持つような場合でも、真の最大動作点の適切に得ることができる。その結果、出力電力の低下を抑制することができる。

本実施形態に係る電源装置の制御方法では、複数のコンバータモジュール２０のうちの残余のコンバータモジュール２０が、電圧一定モードで動作した後に通常モードへと遷移し、残余のコンバータモジュール２０のうちのいずれか１つのコンバータモジュール２０が、通常モードで動作した後にスキャンモードへと遷移する。

この場合、残余のコンバータモジュール２０のうちのいずれか１つのコンバータモジュール２０が、スキャンモードで動作した後に通常モードへと遷移し、通常モードで動作した後に電圧一定モードへと遷移する。電圧一定モードで動作する場合には、直前の通常モードにおいて特定された最大動作点に基づいて、入力電圧を一定に制御する。

この方法によれば、電圧一定モードの後に、通常モードで最大動作点を探索することで電力出力が増加する。その後、非通常モードに遷移することで機会損失が少ないため、出力エネルギ量を増加させることができる。

また、電圧一定モードで動作する際にも最大動作点からの乖離が少ないので、電力出力を増加させることができる。

本実施形態に係る電源装置の制御方法において、複数のコンバータモジュール２０の出力側は、それぞれ直列接続されている。

コンバータモジュール２０の出力側を直列接続にすることにより、装置全体から出力可能な電圧を増加させることができる。

なお、本実施形態では、複数のコンバータモジュール２０が互いに直列接続されているが、少なくとも２つのコンバータモジュール２０の出力側が直列接続されていればよい。これにより、装置全体から出力可能な電圧を増加させることができる。また、例えば図９に示すように、電源装置は、複数のコンバータモジュール２０が直列接続された直列回路１を、複数並列に接続する構成であってよい。

さらに、例えば図１０に示すように、電源装置は、複数のコンバータモジュール２０が並列接続された並列回路から構成されてもよい。この場合、電源装置は、バッテリ３０の電圧に対応して、複数のコンバータモジュール２０の並列回路からの出力を昇圧するＤＣＤＣコンバータ５０を備えてもよい。

本実施形態に係る電源装置の制御方法において、通常モードは、山登り法により動作点を微少変化させることにより、対応する太陽電池モジュール１０から入力される入力電力が最大となる動作点を、太陽電池モジュール１０の最大動作点として探索する。

この方法によれば、太陽電池モジュール１０の最大動作点を、コンバータモジュール２０に入力する入力電力から特定している。これにより、コンバータモジュール２０に対する入力エネルギを増加させることができる。

なお、通常モードは、山登り法により動作点を微少変化させることにより、コンバータモジュール２０から出力される出力電力が最大となる動作点を、太陽電池モジュール１０の最大動作点として探索してもよい。

この方法によれば、太陽電池モジュール１０の最大動作点を、コンバータモジュール２０から出力される出力電力から特定している。そのため、コンバータモジュール２０の変換効率を考慮した上で、太陽電池モジュール１０の動作点を決定することができる。これにより、出力エネルギを増加させることができる。

また、本実施形態に係る電源装置は、複数のコンバータモジュール２０を動作させる動作モードとして、動作点を変化させて、電力が最大となる最大動作点を探索する通常モードと、通常モードよりも大きな変化幅で動作点を変化させる非通常モードと、を有している。そして、非通常モードでは、複数のコンバータモジュール２０のうち１つのコンバータモジュール２０だけが、通常モードよりも大きな変化幅で動作点を変化させる動作を行う。

この構成によれば、非通常モードでは、複数のコンバータモジュール２０が同時に動作点を変化させることがないので、装置全体の動作点を安定させることができる。これにより、電力出力の低下を抑制することができる。

上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば本実施形態では、電力源として太陽電池モジュールを例示した。しかしながら、電力源は、太陽電池モジュール以外にも、出力電力が経時的に変化する電力源を用いることができる。

１０ 太陽電池モジュール
２０ コンバータモジュール（電力変換モジュール）
２１ コンバータ回路
２５ コントローラ
２６ 制御部
２７ 記憶部
２８ 電圧センサ
２９ 電流センサ
３０ バッテリ
４０ マスターコントローラ
５０ ＤＣＤＣコンバータ

Claims (11)

1. 電力を出力する複数の電力源に対応して設けられ、対応する電力源の動作点をそれぞれ制御する複数の電力変換モジュールを有し、
   前記複数の電力変換モジュールのそれぞれが電気的に接続されて統合された電力を出力する電源装置の制御方法において、
   前記複数の電力変換モジュールを動作させる動作モードとして、
   前記動作点を変化させて、前記対応する電力源の最大動作点を探索する通常モードと、
   前記通常モードよりも大きな変化幅で前記動作点を変化させる非通常モードと、
   を有し、
   前記非通常モードでは、前記複数の電力変換モジュールのうち１つの電力変換モジュールだけが、前記通常モードよりも大きな変化幅で前記動作点を変化させる動作を行う
   電源装置の制御方法。
2. 前記通常モードでは、前記複数の電力変換モジュールのそれぞれが、前記動作点を変化させて前記最大動作点を探索する動作を行う
   請求項１記載の電源装置の制御方法。
3. 前記非通常モードは、
   前記通常モードよりも大きな変化幅で前記動作点を変化させることにより、前記対応する電力源の電力特性を取得するスキャンモードと、
   前記対応する電力源から入力される入力電圧を一定に制御する電圧一定モードと、
   を含み、
   前記非通常モードでは、
   前記１つの電力変換モジュールが前記スキャンモードで動作し、
   前記１つの電力変換モジュールが前記スキャンモードで動作している間は、前記複数の電力変換モジュールのうちの残余の電力変換モジュールが前記電圧一定モードで動作する
   請求項１又は２記載の電源装置の制御方法。
4. 前記非通常モードを繰り返し行い、
   前記非通常モードを行う度に、前記複数の電力変換モジュールの中で、前記スキャンモードで動作する前記１つの電力変換モジュールを入れ替える
   請求項３記載の電源装置の制御方法。
5. 前記スキャンモードは、
   前記対応する電力源の動作範囲の全域にわたって前記動作点を変化させる第１動作と、
   前記第１動作に基づいて、前記対応する電力源から入力される電力が最大となるときの入力電圧である最大入力電圧と、前記最大入力電圧に対応する前記電力変換モジュールの制御量とを記録する第２動作と、
   を含む
   請求項３又は４記載の電源装置の制御方法。
6. 前記複数の電力変換モジュールのうちの前記残余の電力変換モジュールが、前記電圧一定モードで動作した後に前記通常モードへと遷移し、
   前記残余の電力変換モジュールのうちのいずれか１つの電力変換モジュールが、前記通常モードで動作した後に前記スキャンモードへと遷移する
   請求項３から５のいずれか一項記載の電源装置の制御方法。
7. 前記残余の電力変換モジュールのうちの前記いずれか１つの電力変換モジュールが、前記スキャンモードで動作した後に前記通常モードへと遷移し、前記通常モードで動作した後に前記電圧一定モードへと遷移し、
   前記電圧一定モードで動作する場合には、
   直前の前記通常モードにおいて検索された前記最大動作点に対応する入力電圧に基づいて、前記入力電圧を一定に制御する
   請求項６記載の電源装置の制御方法。
8. 前記複数の電力変換モジュールのうち、少なくとも２つの電力変換モジュールの出力側が直列接続されている
   請求項１から７のいずれか一項記載の電源装置の制御方法。
9. 前記複数の電力源のそれぞれは、光エネルギを電気エネルギに変換する複数の太陽電池セルで構成された太陽電池モジュールであり、
   前記通常モードは、山登り法により前記動作点を微少変化させることにより、前記対応する電力源から入力される入力電力が最大となる動作点を、前記最大動作点として探索する
   請求項１から８のいずれか一項記載の電源装置の制御方法。
10. 前記複数の電力源のそれぞれは、光エネルギを電気エネルギに変換する複数の太陽電池セルで構成された太陽電池モジュールであり、
    前記通常モードは、山登り法により前記動作点を微少変化させることにより、前記電力変換モジュールから出力される出力電力が最大となる動作点を、前記最大動作点として探索する
    請求項１から８のいずれか一項記載の電源装置の制御方法。
11. 電力を出力する複数の電力源に対応して設けられ、対応する電力源の動作点をそれぞれ制御する複数の電力変換モジュールを有し、
    前記複数の電力変換モジュールのそれぞれが電気的に接続されて統合された電力を出力する電源装置において、
    前記複数の電力変換モジュールを動作させる動作モードとして、
    前記動作点を変化させて、前記対応する電力源の最大動作点を探索する通常モードと、
    前記通常モードよりも大きな変化幅で前記動作点を変化させる非通常モードと、
    を有し、
    前記非通常モードでは、前記複数の電力変換モジュールのうち１つの電力変換モジュールだけが、前記通常モードよりも大きな変化幅で前記動作点を変化させる動作を行う
    電源装置。

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