JP4104076B2 - Power supply equipment - Google Patents
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Description
本発明は、電源設備に関し、飛行船に搭載される電源設備に関する。 The present invention relates to a power supply facility, and relates to a power supply facility mounted on an airship.
成層圏プラットフォームに用いられる飛行船など、長期間にわたって滞空する飛行船では、飛行その他の任務遂行に必要な電力を確保する工夫が必要である。電力を得るための電源設備として、太陽電池パネルを用いる設備が考えられているが、太陽電池パネルは、太陽光を受けることができる昼間しか発電することができないので、夜間に発電できるように燃料電池を併用することが考えられている。このように太陽電池パネルなどの自然エネルギを利用する電力源と、燃料電池とを併用する給電システムが、たとえば特許文献1に示されている。
An airship that stays for a long period of time, such as an airship used for a stratospheric platform, needs to devise measures to secure electric power necessary for flight and other missions. As power supply equipment for obtaining electric power, facilities using solar cell panels are considered, but since solar cell panels can only generate power during the daytime when they can receive sunlight, they can be used as fuel for power generation at night. It is considered to use a battery together. For example,
特許文献1の給電システムでは、単に、複数の電力源を負荷装置に並列に接続しているだけであり、このような構成では、効率が低くなってしまう。複数の電力源を併用して、高い効率で動作する電源システムが、たとえば特許文献2に示されている。この特許文献2の電源システムでは、DC/DCコンバータをいることによって、効率を高くできるように構成されている。DC/DCコンバータまたはAC/DCコンバータなどをいることによって、同様に効率を高くすることができる類似の技術は、特許文献3および4にも示されている。
In the power supply system of
効率が低い電源設備は、飛行船には不適であるし、またDC/DCコンバータなどを用いる構成では、構成が複雑化かつ大形化し、重量が大きくなってしまい、これまた飛行船の電源設備としては、不適である。このように飛行船に搭載する好適な電源設備、具体的には軽量でかつ効率の高い電源設備は、存在しない。 Inefficient power supply equipment is unsuitable for airships, and the configuration using a DC / DC converter increases the complexity and size of the equipment and increases its weight. Is unsuitable. Thus, there is no suitable power supply facility mounted on an airship, specifically, a light-weight and highly efficient power supply facility.
本発明の目的は、軽量でかつ効率の高い電源設備を提供することである。 An object of the present invention is to provide a power supply facility that is lightweight and highly efficient.
本発明は、太陽電池パネルを備える太陽電池装置と、
燃料電池および再生器を備える再生型燃料電池装置と、
蓄電バスラインおよび出力バスラインを有し、蓄電バスラインには、太陽電池装置および再生器が接続され、出力バスラインには、太陽電池装置および燃料電池が接続されるとともに、負荷装置が接続され、太陽電池パネルで発電される電力が蓄電バスラインに供給される状態、および太陽電池パネルで発電される電力が出力バスラインに供給される状態のいずれかに、太陽電池パネルの温度によって発電電圧値が異なる特性を利用して、供給状態を切換える電力供給制御装置とを含み、
前記電力供給制御装置は、太陽電池パネルの電力を優先的に負荷装置へ供給し、太陽電池パネルの電力だけでは不足が生じる場合は、その不足分の電力を燃料電池から供給し、太陽電池パネルの電力に余剰電力がある場合には、負荷装置へ影響を与えずに前記余剰電力を再生器に供給することを特徴とする電源設備である。
The present invention includes a solar cell device including a solar cell panel,
A regenerative fuel cell device comprising a fuel cell and a regenerator;
It has a power storage bus line and an output bus line, a solar cell device and a regenerator are connected to the power storage bus line, a solar cell device and a fuel cell are connected to the output bus line, and a load device is connected Depending on the temperature of the solar panel, the generated voltage is either in a state where the power generated by the solar panel is supplied to the storage bus line or in a state where the power generated by the solar panel is supplied to the output bus line. value by utilizing different characteristics, viewing contains a power supply control device for switching the supply state,
The power supply control device preferentially supplies the power of the solar cell panel to the load device, and when shortage occurs only by the power of the solar cell panel, the shortage of power is supplied from the fuel cell, and the solar cell panel When there is surplus power in the power of the power supply equipment, the surplus power is supplied to the regenerator without affecting the load device .
本発明に従えば、電源設備には、太陽電池装置と再生型燃料電池装置とが設けられ、さらに蓄電バスラインと出力バスラインとが設けられ、出力バスラインに負荷装置が接続される。再生型燃料電池装置は、燃料電池が出力バスラインに接続され、再生器が蓄電バスラインに接続されている。太陽電池装置は、蓄電バスラインおよび出力バスラインの両方に接続され、太陽電池パネルで発電される電力は、電力供給制御装置による供給状態の切換えによって、蓄電バスラインおよび出力バスラインのいずれかに供給される。太陽電池パネルは、温度によって発電電圧値が異なる特性を有しており、電力供給制御装置は、太陽電池の前記特性を利用して、供給状態を切換える。このように蓄電バスラインおよび出力バスラインの2つのバスラインが設けられ、一方に再生器が接続されるとともに他方に燃料電池が接続され、両方に太陽電池装置が接続され、太陽電池パネルの前記特性を利用して、供給先が決定される。この構成によって、負荷装置に電力を供給するための供給源として、太陽電池装置と再生型燃料電池装置とを組合わせて用いるにあたって、1つのバスラインに再生器、燃料電池および太陽電池装置が共通に接続される構成に比べて、直流/直流(DC/DC)コンバータなどの重量の大きな大形の装置を用いることなく、軽量かつ小形の部品、たとえば継電器を含む開閉手段などを用いて、太陽電池装置から各バスラインへの電力の供給状態を切換えることによって、太陽電池装置および再生型燃料電池装置で得られる電力を効率良く負荷装置に供給することができる。 According to the present invention, the power supply facility is provided with a solar cell device and a regenerative fuel cell device, further provided with a power storage bus line and an output bus line, and a load device is connected to the output bus line. In the regenerative fuel cell device, the fuel cell is connected to the output bus line, and the regenerator is connected to the power storage bus line. The solar cell device is connected to both the storage bus line and the output bus line, and the electric power generated by the solar cell panel is switched to either the storage bus line or the output bus line by switching the supply state by the power supply control device. Supplied. The solar cell panel has a characteristic that the generated voltage value varies depending on the temperature, and the power supply control device switches the supply state using the characteristic of the solar cell. In this way, the two bus lines of the storage bus line and the output bus line are provided, the regenerator is connected to one side and the fuel cell is connected to the other, the solar cell device is connected to both, and the solar cell panel The supply destination is determined using the characteristics. With this configuration, when the solar cell device and the regenerative fuel cell device are used in combination as a supply source for supplying power to the load device, the regenerator, the fuel cell, and the solar cell device are common to one bus line. Compared to the configuration connected to the solar cell, a light and small component such as a switching means including a relay is used without using a large device such as a direct current / direct current (DC / DC) converter. By switching the power supply state from the battery device to each bus line, the power obtained by the solar cell device and the regenerative fuel cell device can be efficiently supplied to the load device.
また本発明は、太陽電池装置は、複数の太陽電池パネルを有し、各太陽電池パネルが複数のパネルグループに分けられ、
前記電力供給制御装置は、
太陽電池装置の各パネルグループを蓄電バスラインにそれぞれ接続する複数の太陽電池蓄電ラインと、
太陽電池装置の各パネルグループを出力バスラインにそれぞれ接続する複数の太陽電池出力ラインと、
各太陽電池蓄電ラインに介在され、太陽電池蓄電ラインを開閉する開閉手段と、
各太陽電池出力ラインに介在され、太陽電池出力ラインにおける電力の供給方向を、太陽電池装置から出力バスラインの方向に限定する整流手段とを含むことを特徴とする。
Further, the present invention, the solar cell device has a plurality of solar cell panels, each solar cell panel is divided into a plurality of panel groups,
The power supply control device includes:
A plurality of solar cell storage lines connecting each panel group of the solar cell device to the storage bus line, and
A plurality of solar cell output lines for connecting each panel group of the solar cell device to an output bus line;
Opening / closing means for opening / closing the solar cell storage line interposed in each solar cell storage line,
And rectifying means that are interposed in each solar cell output line and limit the power supply direction in the solar cell output line to the direction of the output bus line from the solar cell device.
本発明に従えば、太陽電池装置と各バスラインとが、太陽電池蓄電ラインおよび太陽電池出力ラインによってそれぞれ接続され、太陽電池蓄電ラインには開閉手段が介在され、太陽電池出力ラインには整流手段が介在される。これによって太陽電池パネルの前記特性に基づくパネルグループの発電電圧値の差を利用して、開閉手段の開閉を制御することによって、太陽電池装置から各バスラインへの電力の供給状態を切換えることができる。具体的には、発電電圧値の低い太陽電池パネルを有するパネルグループが蓄電バスラインに導通されるように開閉手段を閉じることによって、発電電圧値の高い太陽電池パネルを有するパネルグループの電力が自動的に出力バスラインに供給され、発電電圧値の低い太陽電池パネルを有するパネルグループの電力が蓄電バスラインに供給される。 According to the present invention, the solar cell device and each bus line are connected by the solar cell storage line and the solar cell output line, the solar cell storage line has the opening / closing means, and the solar cell output line has the rectifying means. Is interposed. Thus, the power supply state from the solar cell device to each bus line can be switched by controlling the opening and closing of the opening / closing means using the difference in the generated voltage value of the panel group based on the characteristics of the solar cell panel. it can. Specifically, the power of the panel group having a high generation voltage value is automatically generated by closing the opening / closing means so that the panel group having the low generation voltage value is connected to the storage bus line. The power of the panel group having the solar battery panel having a low power generation voltage value is supplied to the output bus line and supplied to the power storage bus line.
また本発明は、複数のパネルグループに分けられる複数の太陽電池パネルを備える太陽電池装置と、
燃料電池および再生器を備える再生型燃料電池装置と、
燃料電池で発電される電力を負荷装置に供給するとともに、太陽電池パネルで発電される電力を、太陽電池パネルの温度によって発電電圧値が異なる特性を利用して各パネルグループ毎に振分けて、負荷装置および再生器のいずれかに供給する電力供給制御装置とを含み、
前記電力供給制御装置は、太陽電池パネルの電力を優先的に負荷装置へ供給し、太陽電池パネルの電力だけでは不足が生じる場合は、その不足分の電力を燃料電池から供給し、太陽電池パネルの電力に余剰電力がある場合には、負荷装置へ影響を与えずに前記余剰電力を再生器に供給することを特徴とする電源設備である。
The present invention also includes a solar cell device including a plurality of solar cell panels divided into a plurality of panel groups,
A regenerative fuel cell device comprising a fuel cell and a regenerator;
The power generated by the fuel cell is supplied to the load device, and the power generated by the solar cell panel is distributed to each panel group using the characteristics that the generated voltage value varies depending on the temperature of the solar cell panel. device and a power supply control device for supplying to any of the regenerator seen including,
The power supply control device preferentially supplies the power of the solar cell panel to the load device, and when shortage occurs only by the power of the solar cell panel, the shortage of power is supplied from the fuel cell, and the solar cell panel When there is surplus power in the power of the power supply equipment, the surplus power is supplied to the regenerator without affecting the load device .
本発明に従えば、電源設備には、太陽電池装置と再生型燃料電池装置とが設けられている。太陽電池装置は、複数の太陽電池パネルを備えており、各太陽電池パネルは、複数のパネルグループに分けられる。燃料電池で発電される電力は、負荷装置に供給され、太陽電池パネルで発電される電力は、太陽電池パネルの温度によって発電電圧値が異なる特性を利用して各パネルグループ毎に振分けて、負荷装置および再生器のいずれかに供給される。このように各太陽電池パネルをパネルグループに分けて、パネルグループ毎に発電される電力の供給先が制御される。この構成によって、負荷装置に電力を供給するための供給源として、太陽電池装置と再生型燃料電池装置とを組合わせて用いるにあたって、太陽電池装置で発電される電力を一纏めにして供給先を制御する構成に比べて、直流/直流(DC/DC)コンバータなどの重量の大きな大形の装置を用いることなく、軽量かつ小形の部品、たとえば継電器を含む開閉手段などを用いて、太陽電池装置で発電される電力の供給先を制御することができる。 According to the present invention, the power supply facility is provided with a solar cell device and a regenerative fuel cell device. The solar cell device includes a plurality of solar cell panels, and each solar cell panel is divided into a plurality of panel groups. The electric power generated by the fuel cell is supplied to the load device, and the electric power generated by the solar cell panel is distributed for each panel group using the characteristics that the generated voltage value varies depending on the temperature of the solar cell panel, and the load Supplied to either the device or the regenerator. Thus, each solar cell panel is divided into panel groups, and the supply destination of the electric power generated for each panel group is controlled. With this configuration, when a solar cell device and a regenerative fuel cell device are used in combination as a supply source for supplying power to a load device, the power source generated by the solar cell device is collectively controlled. Compared to the configuration to be used in a solar cell device, a light-weight and small component such as a switching means including a relay is used without using a large-sized device such as a direct current / direct current (DC / DC) converter. The supply destination of the generated power can be controlled.
また本発明は、飛行船に搭載される電源設備であって、
飛行船の外皮の上部に、飛行船の機軸に沿って延びる複数の短冊状の領域が、飛行船の機軸に沿う方向および周方向に並べられて想定され、
各太陽電池パネルは、飛行船の機軸に沿う方向および周方向に並べられ、同一の短冊状の領域に設けられる太陽電池パネルによって、パネルグループが構成されることを特徴とする。
Further, the present invention is a power supply facility mounted on an airship,
A plurality of strip-like areas extending along the airship's axis are assumed to be arranged in the direction along the airship's axis and in the circumferential direction at the top of the airship's outer skin,
Each solar cell panel is arranged in the direction along the axis of the airship and in the circumferential direction, and a panel group is constituted by solar cell panels provided in the same strip-shaped region.
本発明に従えば、飛行船の機軸に沿って延びる複数の短冊状の領域が設定され、同一の短冊状の領域に設けられる太陽電池パネルによって、パネルグループが構成される。飛行船の外皮は、3次元曲面形状であり、各パネルグループ毎に、太陽光の日照量が異なって、太陽電池パネルの温度に差を生じる。これによって各グループ毎に発電電圧値に差を生じるので、この差を利用して、各パネルグループ毎に、負荷装置および再生器のいずれに電力を供給するか振分けられる。 According to the present invention, a plurality of strip-like regions extending along the axis of the airship are set, and a panel group is constituted by solar cell panels provided in the same strip-like region. The outer shell of the airship has a three-dimensional curved surface shape, and the amount of sunlight is different for each panel group, resulting in a difference in the temperature of the solar cell panel. As a result, a difference is generated in the generated voltage value for each group, and this difference is used to determine which of the load device and the regenerator is supplied with power for each panel group.
本発明によれば、2つのバスラインを設けることによって、軽量かつ小形の部品を用いて、太陽電池装置から各バスラインへの電力の供給状態を切換えることが可能になり、太陽電池装置および再生型燃料電池装置で得られる電力を効率良く負荷装置に供給することができる。したがって軽量、小形かつ簡素化された優れた電源システムを得ることができる。 According to the present invention, by providing two bus lines, it is possible to switch the power supply state from the solar cell device to each bus line using a lightweight and small component. The electric power obtained by the fuel cell device can be efficiently supplied to the load device. Therefore, an excellent power supply system that is lightweight, small and simplified can be obtained.
また本発明によれば、開閉手段の開閉を制御することによって、太陽電池装置から各バスラインへの電力の供給状態を切換えることができる。このように軽量、小形かつ簡素化された優れた電源システムを具体的に実現することができる。 Further, according to the present invention, the supply state of electric power from the solar cell device to each bus line can be switched by controlling the opening / closing of the opening / closing means. Thus, an excellent power supply system that is lightweight, small, and simplified can be specifically realized.
また本発明によれば、太陽電池パネルで発電される電力は、各パネルグループ毎に振分けて、負荷装置および再生器のいずれかに供給されるので、軽量かつ小形の部品をいて、太陽電池装置で発電される電力の供給先を制御することができる。したがって軽量、小形かつ簡素化された優れた電源システムを得ることができる。 Further, according to the present invention, the electric power generated by the solar cell panel is distributed to each panel group and supplied to either the load device or the regenerator. Therefore, the solar cell device has light and small parts. It is possible to control the supply destination of the electric power generated in the above. Therefore, an excellent power supply system that is lightweight, small and simplified can be obtained.
また本発明によれば、飛行船の外皮は、3次元曲面形状であり、各パネルグループ毎に、太陽光の日照量が異なって、太陽電池パネルの温度に差を生じるので、各グループ毎に発電電圧値に差を生じる。太陽電池装置で発電される電力は、発電電圧値の差を利用して、各パネルグループ毎に、負荷装置および再生器のいずれに電力を供給するか、振分けることができる。 In addition, according to the present invention, the outer shell of the airship has a three-dimensional curved surface shape, and the amount of sunlight is different for each panel group, resulting in a difference in the temperature of the solar panel. A difference occurs in the voltage value. The electric power generated by the solar cell device can be distributed to each of the load groups or the regenerator for each panel group using the difference in the generated voltage value.
図1は、本発明の実施の一形態の電源設備1を示す回路図である。図2は、電源設備1が設けられる飛行船2を側方から見て示す正面図である。図3は、電源設備1を簡略化して示すブロック図である。電源設備1は、電力供給源として、太陽電池装置3および再生型燃料電池装置4の2つの発電装置を備えている。太陽電池装置3は、太陽光を利用して発電する複数の太陽電池パネル65を有し、各太陽電池パネル65が複数のパネルグループ10にグループ分けされている。再生型燃料電池装置4は、燃料を利用して発電する燃料電池11と、燃料電池11で発電時に生成された生成物から燃料を再生する再生器12とを有している。再生型燃料電池装置4では、燃料電池11は燃料を化学反応させて発電し、再生器12は燃料電池11による化学反応と逆反応によって燃料電池11での化学反応によって生成される物質から燃料を生成する。再生型燃料電池装置は、外部からエネルギが与えられることによって燃料を再生する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a
電源設備1は、さらに電力供給制御装置5を備え、電力供給制御装置5は、負荷装置6で必要とされる電力を、太陽電池パネル65で発電される電力を優先させて、太陽電池パネル65および燃料電池11から供給する。電力供給制御装置5は、負荷装置6で必要とされる電力を、各太陽電池パネル65だけで賄うことができない場合、各太陽電池パネル65で発電される電力を負荷装置6に供給し、負荷装置6で必要な電力の不足分を補うために燃料電池11から負荷装置6に電力を供給する。また電力供給制御装置5は、負荷装置6で必要とされる電力を、各太陽電池パネル65だけで賄うことができる場合、燃料電池11から負荷装置6への電力供給を停止して各太陽電池パネル65からだけ負荷装置6に電力を供給し、さらに負荷装置6に電力を供給しても、各太陽電池パネル65で発電される電力に余剰分があれば、その余剰分を再生器12に供給する。
The
このように電力供給制御装置5は、負荷装置6で必要な電力に対する各太陽電池パネル65で発電される電力の過不足によって、各太陽電池パネル65で発電される電力の供給先を、負荷装置6および再生器12のいずれかに振分けている。太陽電池パネル65は、太陽電池パネル65の温度が低い状態では、発電される電力の電圧値が高く、太陽電池パネル65の温度が高い状態では、発電される電力の電圧値が低くなる特性を有している。詳細については後述するが、本発明は、電力供給制御装置5を、このような太陽電池パネル65の温度と発電電圧値とに関する特性を利用して、太陽電池パネル65で発電される電力を、負荷装置6および再生器12のいずれかに振分ける構成とすることによって、簡素な構成で軽量化を達成できる電源設備1を実現するものである。
In this way, the power
電源設備1は、飛行船2に搭載される電源設備であり、特に長期間にわたって滞空する飛行船2に好適に実施される。飛行船2は、たとえば成層圏プラットフォームに利用する飛行船である。負荷装置6は、飛行船2を推進する推進装置、ならびに飛行船2に与えられる通信および観測を含む任務を遂行するための機器を含む。前述のように電源設備1は、軽量化を達成できるので、飛行船2の電源設備として好適に搭載することができる。
The
電力供給制御装置5は、太陽電池装置3、再生型燃料電池装置4および負荷装置6を電気的に接続する接続装置である接続箱13と、接続箱13を制御する電源制御装置14とを有する。接続箱13は、ハウジング15内に、蓄電バスライン16および出力バスライン17の2つのバスラインを有している。ハウジング15には、地上などに設けられる外部電源200が着脱可能にかつ電気的に接続される外部電源接続コネクタ19が設けられており、各バスライン16,17は、外部電源接続開閉手段20,21がそれぞれ介在される外部電源接続ライン22,23によって、外部電源接続コネクタ19に共通に電気的に接続されている。またハウジング15には、負荷装置6が電気的に接続される負荷装置接続コネクタ25が設けられており、出力バスライン17は、負荷装置接続開閉手段26が介在される負荷装置接続ライン27によって、負荷装置接続コネクタ25に接続されている。
The power
接続箱13は、さらに、太陽電池装置3と各バスライン16,17とを電気的に接続する複数の太陽電池接続ライン18を有する。各太陽電池接続ライン18は、太陽電池装置3の各パネルグループ10毎にそれぞれ対応して設けられる。各太陽電池接続ライン18は、共通ライン部30と、共通ライン部30に電気的に接続されている蓄電ライン部31と、共通ライン部30に電気的に接続されている出力ライン部32とを有する。ハウジング15には、各パネルグループ10が個別にかつ電気的にそれぞれ接続される複数のパネル接続コネクタ35が設けられており、各共通ライン部30は、各パネル接続コネクタ35に電気的にそれぞれ接続されている。また蓄電ライン部31は、蓄電バスライン16に電気的にそれぞれ接続され、出力ライン部32は、出力バスライン17に電気的にそれぞれ接続されている。共通ライン部30には、太陽電池接続共通開閉手段36が介在され、蓄電ライン部31には、太陽電池接続蓄電開閉手段37が介在される。出力ライン部32には、各パネルグループ10から出力バスライン17に向かう方向の電流の流れを許容し、逆方向の電流の流れを阻止する太陽電池接続整流手段38が介在されている。
The
接続箱13は、さらに、燃料電池11と出力バスライン17とを電気的に接続する燃料電池接続ライン40を有する。ハウジング15には、燃料電池11が電気的に接続される燃料電池接続コネクタ42が設けられており、燃料電池接続ライン40は、燃料電池接続コネクタ42に接続されている。また燃料電池接続ライン40は、出力バスライン17に接続されている。燃料電池接続ライン40には、燃料電池接続開閉手段43と、燃料電池11から出力バスライン17に向かう方向の電流の流れを許容し、逆方向の電流の流れを阻止する燃料電池接続整流手段44とが、介在されている。
The
接続箱13は、さらに、再生器12と蓄電バスライン16とを電気的に接続する再生器接続ライン41を有する。ハウジング15には、再生器12が電気的に接続される再生器接続コネクタ45が設けられており、再生器接続ライン41は、再生器接続コネクタ45に接続されている。また再生器接続ライン41は、蓄電バスライン16に接続されている。再生器接続ライン41には、再生器接続開閉手段46と、蓄電バスライン16から再生器12に向かう方向の電流の流れを許容し、逆方向の電流の流れを阻止する再生器接続整流手段47とが、介在されている。
The
電力供給制御装置5は、さらに、太陽電池装置3の発電特性を検出する検出装置である太陽電池IVチェッカ55を備えている。太陽電池IVチェッカ55は、太陽電池装置で発電される電力の電圧値と電流値との関係であるIV特性を表すIV曲線と、最大電力値とを求め、求めたIV曲線および最大電力値を電源制御装置14に与える。
The power
太陽電池IVチェッカ55は、ハウジング15に設けられるチェッカ接続コネクタ56に電気的に接続されている。チェッカ接続コネクタ56は、接続箱13に設けられるチェッカ接続ライン57によって、各太陽電池接続ライン18の共通ライン部30に、電気的にそれぞれ接続されている。チェッカ接続ライン57は、幹ライン部58と、幹ライン部58に電気的に接続される複数の枝ライン部59とを有している。幹ライン部58は、チェッカ接続コネクタ56に電気的に接続されている。各枝ライン部59は、各太陽電池接続ライン18の本数と同本数設けられ、各太陽電池接続ライン18の共通ライン部30にそれぞれ接続されている。各枝ライン部59には、チェッカ接続開閉手段60がそれぞれ介在されている。
The solar
また電源設備1は、蓄電池装置であるサブバッテリ50を備えている。サブバッテリ50は、ハウジング15に設けられるサブバッテリ接続コネクタ51に電気的に接続されている。サブバッテリ接続コネクタ51は、接続箱13に設けられるサブバッテリ接続ライン53によって、出力バスライン17に電気的に接続されている。サブバッテリ接続ライン53には、サブバッテリ接続開閉手段52が介在されている。
In addition, the
電源制御装置14は、たとえばコンピュータによって実現され、太陽電池IVチェッカ55の検出結果を含む各種情報に基づいて、各開閉手段20,21,26,36,37,43,46,52,60に開閉動作を指示する信号を与え、各開閉手段20,21,26,36,37,43,46,52,60の開閉動作を制御する。電源制御装置14は、各チェッカ接続開閉手段60と各太陽電池接続開閉手段36とは、互いに接続される共通ライン部30および枝ライン部59にそれぞれ接続されるチェッカ接続開閉手段60と各太陽電池接続開閉手段36とが対をなし、一方が開状態にある場合他方が閉状態になるように、連動させて開閉動作を制御し、その他は、個別に開閉動作を制御する。これによって電源制御装置14は、太陽電池装置3と、再生型燃料電池装置4と、負荷装置6と、外部電源18と、サブバッテリ50と、太陽電池IVチェッカ55の接続状態を制御し、電力の供給状態を制御することができる。図面には、図が複雑になって理解が困難になることを避けるために、電源制御装置14から各開閉手段20,21,26,36,37,43,46,52,60への信号配線は、省略する。
The power
太陽電池装置3は、飛行船2の機体を構成する外皮61の上部62に装着して設けられる。再生型燃料電池4、電力供給制御装置5およびサブバッテリ50は、電源ユニット63を構成し、電源ユニット63は、飛行船2の機体の下部64に、装着されている。接続箱13に設けられる各開閉手段20,21,26,36,37,43,46,52,60は、開閉動作によってラインの導通および遮断状態を切換える手段であり、たとえば継電器によってそれぞれ実現される。接続箱13に設けられる各整流手段38,44,47は、たとえばダイオードによってそれぞれ実現される。
The
太陽電池パネル65は、前述のように、温度によって発電される電力の電圧値が異なる特性を有しており、パネルグループ10毎に、出力される電力の電圧値が異なる。太陽電池装置3で発電される電力は、パネルグループ10毎に、太陽電池接続共通開閉手段36が閉じられる状態において、太陽電池接続蓄電開閉手段37の開閉状態に応じて蓄電バスライン16,17のいずれかに供給される。太陽電池接続共通開閉手段36が閉じられる状態において、太陽電池接続蓄電開閉手段37が開いている太陽電池接続ライン18に接続されるパネルグループ10で発電される電力は、発電電圧値の高いパネルグループ10から順次、太陽電池接続整流手段38を介して自動的に出力バスライン17に供給される。このように発電電圧値の高いパネルグループ10から出力バスライン17に電力が供給されて、出力バスライン17の電位が蓄電バスライン16の電位よりも高くなっているので、太陽電池接続共通開閉手段36が閉じられる状態において、太陽電池接続蓄電開閉手段が閉じている太陽電池接続ライン18に接続されるパネルグループ10で発電される電力は、太陽電池接続蓄電開閉手段37を介して蓄電バスライン16に供給される。太陽電池接続共通開閉手段36が開きかつチェッカ接続開閉手段60が閉じられると、パネルグループ10で発電される電力は、太陽電池IVチェッカに供給され、この状態で各バネルグループ10の発電特性が検出される。
As described above, the
燃料電池接続開閉手段43が閉じられると、燃料電池11で発電される電力は、燃料電池接続整流手段44を介して自動的に出力バスライン17に供給される。再生器接続開閉手段46が閉じられると、蓄電バスライン16に供給される電力は、再生器接続整流手段47を介して自動的に再生器に供給される。サブバッテリ接続開閉手段52が閉じられると、出力バスライン17に供給される電力の過不足に応じて、余剰している場合は、出力バスライン17からサブバッテリ50に供給され、不足している場合には、サブバッテリ50から出力バスライン17に供給される。
When the fuel cell connection opening / closing means 43 is closed, the electric power generated by the
負荷装置接続開閉手段26が閉じられると、出力バスライン17に供給される電力は、負荷装置に供給される。飛行船2が地上にあり、外部電源200が接続される状態で、外部電源接続開閉手段20,21が閉じられると、外部電源200から電力が各バスライン16,17に供給される。このような外部電源200からの電力は、負荷装置6の駆動、燃料の再生、サブバッテリ50の蓄電量の充満化のために用いられる。
When the load device connection opening / closing means 26 is closed, the power supplied to the
図4は、飛行船2を上方から見て示す平面図である。図4には、太陽電池パネル65のグループ分けを理解しやすくするために、隣接するパネルグループ10同士は異なるハッチングとなるように、太陽電池パネル65にハッチングを付して示す。太陽電池装置3は、太陽電池モジュールとも呼ばれる複数の太陽電池パネル65を有し、各太陽電池パネル65が複数のグループに分けられて、複数のパネルグループ10が構成される。したがって各パネルグループ10は、複数の太陽電池パネル65を有している。太陽電池装置3は、各太陽電池パネル65が、複数の太陽電池セルを組合わせて構成されており、各太陽電池セルでそれぞれ発電することができる。
FIG. 4 is a plan view showing the
各パネルグループ10は、飛行船2の外皮61の上部62に、飛行船2の機軸Lに沿って短冊状に並べられる複数の太陽電池パネル65をそれぞれ有する。これら各パネルグループ10は、飛行船2の機軸Lに沿う方向および周方向に並べて設けられる。具体的には、パネルグループ10は、飛行船2の機軸Lを含む上下の仮想平面と外皮61の上部62との交線を基準線67として、基準線67の両側に複数列ずつ、基準線67に関して対称となるように、基準線67に沿って並べられている。各パネルグループ10は、基本的には、上方から見たときに直線状に並べられるが、翼を含む障害物が存在する部分では、左右にずらして並べられる。基準線67に近い列には、基準方向へ広い領域にわたって多くの枚数の太陽電池パネル65が並び、基準線から遠い列になるにしたがって太陽電池パネル65が並べられる領域が短くなり、並べられる太陽電池パネル65の枚数も少なくなる。図4には、2本の太陽電池接続ライン18を代表して示す。
Each
電力供給制御装置5は、さらに、太陽電池パネル65の温度、具体的には太陽電池セルの温度であるセル温度を検出する温度検出装置である温度計66と、太陽電池パネル65への日照量、具体的には太陽電池セルへの日照量を検出する日照量検出装置である日照量計67とを有している。温度計66については、図4には、1つずつだけを代表して示すが、温度計66は、1つのパネルグループ10に2つずつ設けられ、各パネルグループ10毎に2点で計測することができる。日照量計67は、1つのパネルグループ10に1つずつ設けられ、各パネルグループ10毎に1点で計測することができる。
The power
各温度計66で検出されるセル温度は、電源制御装置14に与えられる。各日照量計67で検出される日照量は、電源制御装置14に与えられる。電源制御装置14は、これら各温度計66および各日照量計67の検出結果とともに、太陽電池IVチェッカ55によって検出される発電特性に基づいて、各パネルグループ10毎に、発電電力値および故障の有無を判断し、各開閉手段20,21,26,36,37,43,46,52,60の開閉動作を制御している。各日照量計67は、専用のセンサによって実現されてもよいが、本実施の形態では、省スペース化のために、予め定める1つの基準太陽電池セルが日照量計として兼用され、その基準太陽電池セルで発電される電力の電圧値、電流値およびセル温度から日照量が求められる。
The cell temperature detected by each
図5は、再生型燃料電池装置4の構成を示すブロック図である。再生型燃料電池装置4は、燃料として他の燃料を用いる構成であってもよいが、本実施の形態では、燃料として水素(H2)および酸素(O2)が用いられる構成である。再生型燃料電池装置4は、燃料電池11および再生器12に加えて、水素を貯留する水素タンク70と、酸素を貯留する酸素タンク71と、水(H2O)を貯留する水タンク72とを有している。燃料電池11では、水素タンク70から水素を取込むとともに、酸素タンク71から酸素を取込んで、水素と酸素とを化学反応させて発電し、その化学反応によって生成される水を水タンク72に排出する。再生器12では、水タンク72から水を取込んで水を電気分解し、水素と酸素とを生成して、水素を水素タンク70に排出し、酸素を酸素タンク71に排出する。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the regenerative
図6は、太陽電池装置3、再生型燃料電池装置4およびサブバッテリ50の電圧値および電流値の関係を示すグラフである。図6に示す関係は、一例であり、これに限定されるものではない。図6の横軸は、電流値を示し、縦軸は電圧値を示す。太陽電池装置3は、図6の点線75a〜75fで示すような発電特性であるIV特性を有しており、日照量の変化を含む要因によって発電される電力値が変化する。日照量が小さい場合は、図の左寄りの点線75aのように発電電力値が小さく、日照量が大きい場合は、図の右寄りの点線75fのように発電電力値が大きくなるが、日照量に拘わらず、最大電圧値よりも少し低い電圧値で発電する運転状態において、発電電力値が最も大きくなり、効率が最も良くなる。また太陽電池装置3は、前述のように太陽電池セルの温度によって最大電圧値が変化し、温度が高くなるにつれて、最大電圧値が低くなるが、図6には、理解を容易にするために温度が一定であると仮定して示す。前述の太陽電池装置3の最も効率の良い運転状態における電圧値を、以下、太陽電池最大効率電圧値という。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the voltage value and current value of the
燃料電池11は、図6に実線77a,77bおよび破線77cで示されるように、電流値と電圧値とが反比例するIV特性を有しており、電流値が大きい運転状態になるにつれて、電圧値が低くなる。燃料電池11は、発電電力の電力値が最も大きくなる運転状態では、電圧値が最も低くなり、電流値が最も大きくなる。図6には、太陽電池装置3の発電電力値と燃料電池11の発電電力値とを合成して示すために、複数本のIV特性を示す線77a〜77cを記す。再生器12は、図6に二点鎖線79で示すように、消費電力値が大きくなる定格最大運転時における電圧値が最も高くかつ電流値が最も大きく、消費電力値が小さくなるにつれて、電圧値が低くなるとともに電流値が比例関係を保って小さくなるIV特性を有している。
As shown by
またサブバッテリ50は、図6に二重破線78で示されるように、発電電力の電流値と電圧値とが反比例するIV特性を有しており、電流値が大きい運転状態になるにつれて、電圧値が小さくなる。サブバッテリ50は、最も発電電力が大きくなる運転状態では、電圧値が最も小さくなり、電流値が最も大きくなる。
Further, as shown by a double
電源設備1は、太陽電池最大効率電圧値を基準にして、各機器の電圧設計、具体的には、太陽電池装置3、再生型燃料電池装置4およびサブバッテリ50の電圧が決定される。電圧設計では、まず、太陽電池最大効率電力点P1と、再生器12の最大効率運転時の電力点とが一致するように、太陽電池最大効率電圧値と、再生器12の最大効率運転時の電圧値とが同一に決定される。次に、燃料電池11の最大電圧点P2の電圧値である燃料電池11の発電電力の最も高い電圧値である最大開放電圧値が、再生器12の運転可能な最も低い電圧値である運転最低電圧値付近、実際には、運転最低電圧値よりも少し高くかつ再生器12の最大効率運転時の電圧値よりも低い電圧値に決定される。最後に、サブバッテリ50の最大電圧点P3の電圧値が、燃料電池11の最も発電電力が大きくなる運転時最大電力点P4の電圧値付近に、サブバッテリ50の出力電圧値が決定される。具体的には、サブバッテリの最も高い出力電圧値が、燃料電池11の最大運転時の電圧値よりも少し高くなり、サブバッテリの最も低い出力電圧値が、燃料電池11の最大運転時の電圧値よりも低くなるよに決定される。
In the
このように電源設備1の出力電圧は、最も小さい出力電圧値であるサブバッテリの最大運転時の出力電圧値から、最も大きい出力電圧値である太陽電池装置3の最大出電圧値までの範囲となる。負荷装置6は、この電源設備1の出力電圧変動範囲を考慮して、この範囲内の電圧で駆動可能に設計される。負荷装置6の最大消費電力値は、たとえば図6に一点鎖線74で示される。太陽電池装置3および燃料電池11は、負荷装置6の最大消費電力値以上の発電電力値を有している。
Thus, the output voltage of the
図7は、電源設備1の電源制御装置14における基本的な制御動作を説明するための図である。電源設備1は、夜間の太陽電池装置3による発電が不可能な状況下では、燃料電池11で発電される電力を負荷装置6に供給するように制御しているが、昼間の太陽電池装置3による発電が可能な状況下では、太陽電池装置3で発電される電力を、機体運用のために負荷装置6に供給し、太陽電池装置3で発電される電力に余剰分がある場合、再生器12に供給するように制御し、万一、太陽電池装置3で発電される電力だけでは電力が不足した場合、燃料電池11で補充するように制御する。
FIG. 7 is a diagram for explaining a basic control operation in the power
太陽電池装置3の各太陽電池パネル65は、太陽80からの光線と太陽電池パネル65の受光面との成す角度が90度である正対状態で、最も日照量が大きくなって発電電力値が大きくなり、太陽80からの光線と太陽電池パネル65の受光面との成す受光角度が小さくなるにつれて、日照量が小さくなって発電電力値が小さくなる。飛行船2の外皮61は、略回転楕円体形状であり、図7(1)の飛行船2の斜視図に示すように、各太陽電池パネル65は、領域S1,S2によって、発電電力値が異なる。
Each
さらに図7(3)のグラフに示すように、太陽80からの光線と受光面との成す角度が大きい太陽電池パネル65は、前記角度が小さい太陽電池パネル65に比べて、温度(セル温度)が高くなり、発電電圧値が低くなる。図7(3)には、一例として、太陽80に正対する太陽電池パネル65のIV特性を実線81で示し、太陽80からの光線と受光面との成す角度が60度の太陽電池パネル65のIV特性を一点鎖線83で示す。図7(1)に示す状態では、領域S1に含まれる部分が大きいパネルグループ10の発電電圧値が低く、領域S2に含まれる部分が大きいパネルグループ10の発電電圧値が高い。
Further, as shown in the graph of FIG. 7 (3), the
このように各パネルグループ10毎に、発電電圧値が異なり、各パネルグループ10で発電される電力は、発電電圧値の高いパネルグループ10で発電される電力から順次、自動的に出力バスライン17を経て負荷装置6に供給される。電源制御装置14は、太陽電池IVチェッカ55によって検出されるIV曲線および最大電力値に基づいて、太陽電池装置3で発電される電力に、余剰分があるか否かを判定し、余剰分がある場合、セル温度の低い太陽電池パネル65で構成されるパネルグループ10を、太陽電池接続蓄電開閉手段37を閉じて、蓄電バスライン16に導通させ、再生器12に供給するように制御する。
As described above, the generated voltage value is different for each
このように電源設備1では、太陽電池パネル65が有する「温度によって発電電圧値が異なる」という特性を利用し、DC/DCコンバータなどの重量が大きな装置を用いることなく、開閉手段と整流手段とを組合わせた軽量な構成で、太陽電池装置3で発電される電力の供給制御が可能になる。また負荷装置6で消費される電力が変動したとしても、その変動が再生器12に供給される電力に影響を与えることがなく、電力を安定して再生器12に供給することができる。太陽電池接続蓄電開閉手段37を閉じて、蓄電バスライン16に導通させるパネルグループ10は、温度計66および日照量計67の検出結果に基づいて、電源制御装置14で選択される。
In this way, the
図8は、太陽電池装置3で発電される電力の振分け方を示すブロック図である。図9は、飛行船2の姿勢が変化した場合の太陽電池装置3で発電される電力の振分け方を示すブロック図である。図10は、電源制御装置14による電力の振分け方法を示すフローチャートである。図8および図9には、各パネルグループ10を、発電電力値に合せて面積を変化させて示す。面積の大きなパネルグループ10が発電電力値の大きなグループである。電源制御装置14は、太陽電池装置3で発電される電力の振分け制御動作をステップs0で開始すると、ステップs1で日照量計67から検出結果を受取り、各パネルグループ10の日照量を取得する。次にステップs2で、電源制御装置14は、日照量から各パネルグループ10の発電電力値の大小を判断し、パネルグループ10を順位付けする。図8および図9には、12個のパネルグループ10がある場合を想定して、発電電力値が高いパネルグループ10から順に、N1、N2、…、N12を、順位を示す符号として付す。
FIG. 8 is a block diagram showing how to distribute the power generated by the
飛行船2は、太陽80からの熱輻射によって熱を受領すると、外皮61内の気体の温度が上昇する。このように外皮61内の気体の温度が上昇すると、これに伴う圧力の高騰によって外皮61の破損に繋がるおそれがあるので、外皮61内の気体を排出しなければならない。このように外皮61内の気体を排出すると、飛行船2の重量が小さくなり、浮力が増加して飛行船2が上昇してしまう。飛行船2は、定点滞空して任務を遂行する必要がある場合、高度が変化すると、任務を遂行できなくなるおそれがあるので、高度変化に繋がる外皮61内の気体の温度変化を防ぐために、予め定める領域内で旋回飛行して、外気との対流による熱交換を行って、外皮61内の気体の温度変化を防止している。
When the
飛行船2が旋回飛行すると、飛行船2の太陽80に対する姿勢が変化するので、太陽80からの光線の受光角度が変化し、各パネルグループ10毎に、発電電力値が変化して、発電電力値が大きくなるパネルグループ10が変化する。したがって電源制御装置14は、日照量計67の検出結果から、各パネルグループ10の発電電力値の大小を判定し、発電電力値の大小によって順位付けを行う。
When the
このように各パネルグループ10の順位付けが終了すると、次にステップs3で、電源制御装置14は、負荷装置6の駆動に必要な駆動電力を確保する。電源制御装置14は、機体運用である負荷装置6の駆動に定常的に用いられる電力と、負荷装置6での消費電力が増加方向へ変動した場合に必要となると予測される電力とを合せた合計電力が得られる数のパネルグループ10を、負荷装置6の駆動用として確保する。図8では、発電電力値の小さいほうから順に、N12〜N10の3つのパネルグループ10が、負荷装置6の駆動に定常的に用いられる電力を供給するグループであり、残りのうち、発電電力値の小さいほうから順に、N9、N8の2つのパネルグループ10が、負荷装置6の消費電力の変動した場合の電力を得るためのグループである。このように5つのパネルグループ10を、負荷装置6の駆動用として確保する。このステップs3では、負荷装置6の駆動用に振分けられたパネルグループ10が、再生器12に導通される場合には、導通を遮断する。
When the ranking of the
次にステップs4で、電源制御装置14は、負荷装置6の駆動用の電力を確保した上で、再生器12に供給する電力があるか否か判断する。全てのパネルグループ10の電力を負荷装置6に供給しなければ、負荷装置6の駆動に必要な電力を確保できない、または全ての全てのパネルグループ10の電力を供給しても、負荷装置6の駆動に必要な電力を確保できない場合には、ステップs6に進んで振分け制御動作を終了する。
In step s4,
電源制御装置14は、ステップs4で余剰があると判断すると、ステップs5に進み、再生器12に電力を供給するためのパネルグループ10を設定する。具体的には、負荷装置6用として確保したパネルグループ10を除く残余のパネルグループ10から、前述の予測の範囲を超えて負荷装置6の駆動に必要な電力が増加しても、負荷装置6の駆動に影響がでないように、少なくとも1つ(図8および図9の例では1つ)の負荷装置駆動用の予備電力を確保するために、発電電力値の小さい方から選択して、N7のパネルグループ10を1つ残し、残りのN1〜N6のパネルグループ10を再生器12への電力供給用として設定する。そしてステップs6に進んで振分け制御動作を終了する。
電源制御装置14は、この振分け制御動作を、負荷装置6への電力供給が必要となった時点から負荷装置6への電力供給が不要となる時点まで、繰返し実行する。また電源制御装置14は、負荷装置6の駆動に必要な電力を、太陽電池装置3だけて賄うことができるか否か、したがって全てのパネルグループ10の電力を供給すれば、負荷装置6の駆動に必要な電力を確保できるか否かを判断する。そして確保できなければ、燃料電池接続開閉手段43を閉じて燃料電池12から負荷装置6に電力を供給し、確保できれば、燃料電池接続開閉手段43を開いて燃料電池12から負荷装置6への電力供給を停止する。このような制御動作を、太陽電池装置3で発電される電力の振分け制御動作に並列して実行する。
The power
負荷装置6には、負荷装置6における消費電力値に応じて、負荷装置6に電力を供給するグループ数が自動的に調整され、必要な電力が供給される。負荷装置6の消費電力の変動を考慮して、再生器12に電力を供給するパネルグループ10の数を設定しているので、負荷装置6の消費電力の変動に伴って、各太陽電池接続開閉手段37の煩雑な開閉状態の切換える必要がなく、制御が容易である。
The number of groups that supply power to the
図11は、飛行船2の姿勢が頻繁に変化する場合の太陽電池接続蓄電開閉手段37の煩雑な開閉動作を回避する制御動作を説明するための斜視図である。旋回飛行する場合を含めて飛行船2の姿勢が、たとえば図11(1)および図11(2)に示すように変化する場合、日照量の多い領域S1が変化するが、その領域S1は、パネル取付け角度が同一となる位置を結んだ等取付け角度線90a〜90gに沿って移動する。パネル取付け角度は、飛行船2の上下方向Zと、各太陽電池パネル65の受光面に対する法線方向との成す角度である。この点を考慮し、同一の等取付け角度線90a〜90g上配置される複数のパネルグループ10を、さらに大きな纏りとしてグループ群を想定し、グループ群毎に、図8〜図10を参照して説明したように、電源制御装置14で、順位付けをして、電力の供給先を振分けるように制御することが可能である。このような制御構成とすれば、飛行船2の姿勢の変化に伴う各太陽電池接続開閉手段37の煩雑な開閉動作が不要となり、制御が容易になる。
FIG. 11 is a perspective view for explaining a control operation for avoiding a complicated opening / closing operation of the solar cell connection power storage opening / closing means 37 when the attitude of the
図12は、再生器12の電力の供給制御を説明するためのグラフである。図12には、再生器12における再生器セル毎の入力電力に対する電流密度と電圧との関係を示す。再生器12は、複数の再生器セルを有しており、各再生器セルは、印加される電圧と流れる電流密度とが、大略的に比例となる関係を有している。またこの関係は、再生器セルの温度によって異なり、温度が高くなるほど、印加する電圧に対して流れる電流密度が大きくなる、実線100a〜100dで示すような関係である。再生器12は、太陽電池装置3から電力が供給されて駆動されると、定格運転点温度まで増加し、この定格運転点温度で動作を継続する。
FIG. 12 is a graph for explaining the power supply control of the
このように再生器12は、与えられる電力が増加すると、各再生器セルにおける印加電圧および電流密度が増加する。各再生器セルは、定格運転点温度で最大電圧設定点の電圧が印加されて、定格電流密度で電流が流れる状態が、定格運転点にある状態となるように構成されている。電源制御装置14は、定格電流密度以下の電流密度で駆動するように、制御する。
Thus, the
また各再生器セルは、電流密度の増加率が高くなり過ぎると、破損してしまうおそれがあるので、電流密度の増加に2つの制限が設けられる。第1の制限条件は、電流密度が、図12のセクションAに示されるように、点x1から点x2へステップ増加する場合、具体的には不連続的に段跳びに増加する場合、1ステップでの増加幅の制限であり、上限はたとえば定格電流密度の10分の1である。ただしステップアップ増加が複数回連続する場合には、平均増加率の制限であり、上限はたとえば1分間に定格電流密度分増加する増加率である。ステップ増加は、少なくとも、再生器12に対して遮断されている1つのパネルグループ10を再生器12に導通させるときに生じる。したがってパネルグループ10は、発電電力値がそのような再生器におけるステップ増加の上限を超えない値となるように、たとえば太陽電池パネル65の個数が決定され、構成される。第2の制限上限は、電流密度の増加率の制限であり、上限はたとえば1分間に定格電流密度分増加する増加率である。第2の制限条件および第1の制限条件のステップアップ増加が複数回連続する場合の付加条件は、電源制御装置14によって、再生器12に対するパネルグループ10の導通および遮断状態の切換えのタイミングを制御して、満足するように制御される。
Also, each regenerator cell may be damaged if the rate of increase in current density becomes too high, so two limits are imposed on the increase in current density. The first limiting condition is one step when the current density increases step by step from the point x1 to the point x2, as shown in section A of FIG. The upper limit is, for example, one tenth of the rated current density. However, when the step-up increase is repeated a plurality of times, the average increase rate is limited, and the upper limit is, for example, an increase rate that increases by the rated current density per minute. The step increase occurs when at least one
図13は、太陽電池装置3の発電電力値が変動した場合の再生器12における電流変化を説明するためのグラフである。図13(1)には、再生器12における入力電力に対する電流密度と電圧との関係を実線90で示し、図13(2)には、時刻と再生器セルに流れる電流密度との関係を示す。図13(1)には、太陽電池装置3の再生器12に導通されているパネルグループ10の発電電力値が異なる複数の状態での太陽電池IV特性が点線91a〜91cで示されている。パネルグループ10の発電電力値が、点線91cの状態から91aの状態に減少し、点線91cの状態に急増加する場合に、パネルグループ10の再生器12に対する導通状態をそのまま保持すると、図13(2)に示すように、再生器セルに流れる電流値は、パネルグループ10の発電電力値が、降下開始する時刻t1から降下停止する時刻t2にわたって減少し、その後、破線93で示すように急増加してしまう。このような急増加は、点線94で示される電流密度の増加率の上限値を超えてしまう。
FIG. 13 is a graph for explaining a current change in the
したがって電源制御装置14は、電流密度の増加率が上限値を超えたと判定した時刻t3で、1つまたは複数のパネルグループ10を再生器12から遮断する。そして再び、電流密度の増加率が上限値を超えたと判定した時刻t4で、1つまたは複数のパネルグループ10を再生器12から遮断する。このように電源制御装置14は、点線94で示されるように、増加率の平均値が上限値以下となるように、パネルグループ10の再生器12に対する導通および遮断を切換え制御する。
Therefore, the power
図14は、再生器12の立上げ時における電流密度および電圧の変化を説明するためのグラフである。再生器12の運転開始前の状態では、再生器セルの温度は、定格運転温度、たとえば80℃よりも低い温度、たとえば30℃にある。再生器12では、太陽電池装置3から電力の供給が開始されて、点線95a〜95cに示す状態を経て点線95dで示す状態に、供給される電力値が増加すると、温度に応じた印加電圧と電流密度との関係を保って、印加電圧および電流密度が増加する。また再生器セルの温度は、太陽電池装置3から電力が供給されると、運転に伴って徐々に、定格運転温度まで上昇する。したがって印加電圧および電流密度は、電力の供給開始後しばらくは、再生器12の運転開始前の温度に応じた実線100bで示される関係を保って増加し、再生器セルの温度上昇に伴なって、破線101で示すように、実線100dの関係に移行しながら増加する。そして点線95eのように、定格運転点の電力を超えると、発電電力値の小さいパネルグループ10から優先的に、再生器12への導通を解除し、定格運転点の電圧および電流密度が保たれる。
FIG. 14 is a graph for explaining changes in current density and voltage when the
図15は、電源制御装置14による再生器12への電力供給の制御動作を示すフローチャートである。電源制御装置14は、図10に示す電力の振分け制御動作と並列的に、図15に示す再生器12への電力供給の制御動作を実行する。電源制御装置14は、再生器12への電力供給の制御動作をステップb0で開始すると、ステップb1で、再生器12に導通させるパネルグループ10の増加工程を実行する。
FIG. 15 is a flowchart showing a control operation of power supply to the
このステップb1では、電源制御装置14は、再生器12に定格運転点の電力が供給されているか否かを、まず判定する。電源制御装置14は、再生器12に定格運転点の電力が供給されていると判定すると、再生器12に導通させるパネルグループ10の増加を中止する。また電源制御装置14は、定格運転点未満の電力しか供給されていないと判定した場合、再生器12に電力を供給するパネルグループ10として振分けられ、かつ再生器12に導通されていないパネルグループ10が存在しないか否かを判定し、存在しなければ再生器12に導通させるパネルグループ10の増加を中止する。そして電源制御装置14は、定格運転点未満の電力しか供給されていないと判定した場合において、再生器12に電力を供給するパネルグループ10として振分けられ、かつ再生器12に導通されていないパネルグループ10が存在すると判定した場合にだけ、1つのパネルグループ10を再生器12に新たに導通させ、再生器12に導通されるパネルグループ10を増加させる。1つのパネルグループ10を再生器12に新たに導通させ、再生器12に導通されるパネルグループ10を増加させる。再生器12に導通させるパネルグループ10は、発電電力値が大きいパネルグループ10を優先させる。
In step b1, the power
ステップb2では、電源制御装置14は、再生器セルの電流密度のステップ増加の有無とステップ増加がある場合にその1ステップによる増加幅dI1が、1ステップでの増加幅の上限値(たとえば、本実施の形態の例では、0.1A/cm2)を超えるか否かを判定する。電源制御装置14は、ステップ増加がない場合を含めて超えないと判定するとステップb3に進み、超えると判定するとステップb6に進む。ステップb3では、電源制御装置14は、電流密度の増加率dI2が、電流密度の増加率の上限値(たとえば、本実施の形態の例では、1A/cm2/min)を超えるか否かを判定する。電源制御装置14は、超えないと判定するとステップb4に進み、超えると判定するとステップb6に進む。
In step b2, the power
ステップb4では、電源制御装置14は、再生器12に電力を供給するパネルグループ10として振分けられたパネルグループ10が、全て再生器12に導通されているか否かを判定する。電源制御装置14は、全て導通させたと判定すると、ステップb5に進んで、再生器12への電力供給の制御動作を終了し、導通させていないパネルグループ10が存在すると判定すると、ステップb1に戻る。
In step b <b> 4, the power
ステップb6では、電源制御装置14は、再生器13に導通されているパネルグループ10の数を、1つ削減する。再生器14に対して導通されている状態から遮断されている状態に切換えるパネルグループ10は、断続時のステップ幅を小さくするために、発電電力値の小さいパネルグループ10を優先させる。次にステップb7に進み、電源制御装置14は、電流密度の増加率dI2が、電流密度の増加率の上限値(たとえば、本実施の形態の例では、1A/cm2/min)以下である否かを判定する。電源制御装置14は、以下であると判定するとステップb8に進み、以下ではないと判定するとステップb6に戻る。ステップb8では、電源制御装置14は、予め設定される待機時間twだけ待機し、ステップb1に戻る。待機時間twは、たとえば再生器セルに流れる電流密度を用いて算出される。
In step b <b> 6, the power
電源制御装置14は、図15に示す制御動作を、負荷装置6への電力供給が必要となった時点から負荷装置6への電力供給が不要となる時点まで、繰返し実行する。このような図15に示す再生器12への電力供給の制御動作を繰返し実行することによって、ステップb2,b3で、電流密度の増加を抑制することができる。したがって図12および図13で説明した再生器セルに流れる電流密度の増加制限を満足させることができる。また電力供給制御装置5には、再生器セルに流れる電流密度を検出する装置が設けられており、電源制御装置14は、その検出結果に基づいて、前述のような制御動作を実行することができる。さらに図15に示す再生器12への電力供給の制御動作を繰返し実行することによって、ステップb1で、再生器12の定格運転点を超える電力が供給されているか否かを判定して、再生器12に接続されるパネルグループ10を増加させるので、再生器12が定格運転点で運転されるように制御することができる。
The power
図16は、電源設備1の作動状態を説明するための夜間から昼間へ移行する朝方の切換え運転を示す図である。図17は、電源設備1の作動状態を説明するための昼間から夜間へ移行する夕方の切換え運転を示す図である。図18は、1日の電力推移を示すグラフである。図16(1)および図16(2)のグラフには、供給電力値と消費電力値との関係を、電圧値および電流値の変化がわかるように示す。図16(3)のグラフには、時刻と消費電力との関係を示し、図16(4)の回路図には、切換え操作される開閉手段を示す。図17(1)および図17(2)のグラフには、供給電力値と消費電力値との関係を、電圧値および電流値の変化がわかるように示す。図17(3)のグラフには、時刻と消費電力との関係を示し、図17(4)の回路図には、切換え操作される開閉手段を示す。図16および図17には、理解を容易にするために、負荷装置6の消費電力値の変動はなく、運用最大電力値であるものとして示す。
FIG. 16 is a diagram showing a morning switching operation for shifting from night to daytime for explaining the operating state of the
図18(1)には、破線150で太陽電池装置3で発電される電力値である出力電力値を示し、実線151で、機体運用電力値とも呼ばれる負荷装置6を駆動するために必要な電力値である消費電力値を示す。図18(2)には、一点鎖線152で燃料電池装置11で発電される電力値である出力電力値を示し、実線153で、再生器12を駆動するために必要な電力値である消費電力値を示し、破線154でストレージ電力値と呼ばれる再生型燃料電池装置4に蓄えられる電力量を示す。
In FIG. 18 (1), the output power value that is the power value generated by the
負荷装置6における消費電力値は、多少の変動はあるが、大略的にみると1日を通してほぼ一定の電力値である。太陽電池装置3で発電される電力値は、飛行船2の旋回飛行などによる変動を伴うが、日の出とともに増加し、真昼に最も大きくなり、徐々に減少して日の入とともに0になる。
Although the power consumption value in the
電源制御装置14は、真夜中では、太陽電池装置3によって発電できないので、燃料電池接続開閉手段43を閉じて、燃料電池11から負荷装置6に電力を供給する。このとき、各太陽電池接続蓄電開閉手段37および再生器接続開閉手段46は開いている。この状態は、図16のα1で示す状態であり、真夜中から日の出までは、この状態が継続するように、電源制御装置14は、電力の供給状態を制御する。日の出に伴って、太陽電池装置3で発電される電力値が徐々に増加し、太陽電池装置3で発電される電力が全て負荷装置6に供給され、不足分が燃料電池11の発電電力で補われて負荷装置6に供給される状態となる。この状態は、図16のα2で示す状態である。
Since the power
太陽電池装置3で発電される電力値がさらに増加して、太陽電池装置3で発電される電力値だけで、負荷装置3を駆動するために必要な電力を賄うことができる状態となると、電源制御装置14は、燃料電池接続開閉手段43を開く。この状態は、図16のα3で示す状態である。そして電源制御装置14は、図8のような振分けによって、再生器12に導通させるように振分けられるパネルグループ10が存在するようになった図16のα4の状態で、再生器接続開閉手段46を閉じるとともに、各太陽電池接続蓄電開閉手段37を、図15のような制御動作で選択的に閉じる。そしてさらに太陽電池装置3で発電される電力値が増加するにしたがって再生器12に供給される電力値が増加する。この状態は、図16にα5で示される状態である。そして再生器12に定格運転点の電力が供給されると、電源制御手段14は、その電力値で運転が維持されるように制御する。
When the power value generated by the
正午を境に、太陽電池装置3によって発電される電力値は徐々に減少する。この状態は、図17にβ1で示される状態である。太陽電池装置3で発電される電力値がさらに減少して、図8のような振分けによって、再生器12に導通させるように振分けられるパネルグループ10が存在しない図17にβ2で示す状態となると、電源制御装置14は、再生器接続開閉手段46を開くとともに、各太陽電池接続蓄電開閉手段37を開く。そして太陽電池装置3で発電される電力値だけでは、負荷装置3を駆動するために必要な電力を賄うことができない状態となると、電源制御装置14は、燃料電池接続開閉手段43を閉じる。この状態は図17にβ3で示す状態である。そして太陽電池装置3で発電される電力値が徐々に減少し、太陽電池装置3で発電される電力が全て負荷装置6に供給され、不足分が燃料電池11の発電電力で補われて負荷装置6に供給される状態となる。この状態は、図17に示すβ4の状態である。
The power value generated by the
太陽電池装置3で発電される電力値がさらに減少して、日の入とともに、太陽電池装置3で発電することができなくなると、負荷装置3を駆動するために必要な電力は、燃料電池11で全て賄われるようになる。この状態は、図17にβ5で示す状態である。この状態が真夜中まで継続する。このような一連の動作が繰返される。
When the electric power value generated by the
また燃料電池11から電力を供給している間は、ストレージ電力量は低下するが、再生器12に電力が供給されるようになると、ストレージ電力量は増加する。電力供給制御装置5は、燃料の再生完了を検知する装置を備えており、燃料の再生が完了し、ストレージ電力量が最大になると、電源制御装置14は、その時点で、再生器接続開閉手段46を開くとともに、各太陽電池接続蓄電開閉手段37を開く。このように太陽電池接続蓄電開閉手段37の開閉動作によって、太陽電池装置3での発電電力値の変化に合わせて、必要な電力の発電元を、太陽電池装置3と燃料電池11との間で円滑に切換えることができる。
Further, while the electric power is supplied from the
以上のような本実施の形態によれば、電源設備1には、太陽電池装置3と再生型燃料電池装置4とが設けられ、さらに蓄電バスライン16と出力バスライン17とが設けられ、出力バスライン17に負荷装置6が接続される。再生型燃料電池装置4は、燃料電池11が出力バスライン17に接続され、再生器12が蓄電バスライン16に接続されている。太陽電池装置3は、蓄電バスライン16および出力バスライン17の両方に接続され、太陽電池パネル65で発電される電力は、電力供給制御装置5による供給状態の切換えによって、蓄電バスライン16および出力バスライン17のいずれかに供給される。このように蓄電バスライン16および出力バスライン17の2つのバスラインが設けられ、一方に再生器12が接続されるとともに他方に燃料電池11が接続され、両方に太陽電池装置3が接続される。この構成によって、負荷装置6に電力を供給するための供給源として、太陽電池装置3と再生型燃料電池装置4とを組合わせて用いるにあたって、1つのバスラインに再生器12、燃料電池12および太陽電池装置3が共通に接続される構成に比べて、直流/直流(DC/DC)コンバータなどの重量の大きな大形の装置を用いることなく、軽量かつ小形の部品である太陽電池接続蓄電開閉手段37を用いて、太陽電池装置3から各バスライン16,17への電力の供給状態を切換えて、太陽電池装置3および再生型燃料電池装置4で得られる電力を効率良く負荷装置6に供給することができる。このようにして軽量かつ小形で効率の良い電源設備を得ることができる。朝夕における切換え動作も容易である。
According to the present embodiment as described above, the
さらに太陽電池装置3と各バスライン16,17とが、太陽電池蓄電ライン31および太陽電池出力ライン32によってそれぞれ接続され、太陽電池蓄電ライン31には太陽電池接続蓄電開閉手段37が介在され、太陽電池出力ライン32には太陽電池接続整流手段38が介在される。これによって各バスライン16,17の電位差を利用して、太陽電池接続開閉手段37の開閉動作を制御するだけで、太陽電池装置3から各バスライン16,17への電力の供給状態を切換えることができる。
Further, the
また太陽電池装置3は、複数の太陽電池パネル65を備えており、各太陽電池パネル65は、複数のパネルグループ10に分けられる。太陽電池パネル65で発電される電力は、各パネルグループ10毎に振分けて、対応する太陽電池接続開閉手段37の開閉状態を切換え、負荷装置6および再生器12のいずれかに供給される。このように各太陽電池パネル65をパネルグループ10に分けて、パネルグループ10毎に発電される電力の供給先が制御される。この構成によっても、軽量かつ小形の太陽電池接続蓄電開閉手段37を用いて、太陽電池装置3で発電される電力の供給先を制御することができる。
The
上述の実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、構成を変更することが可能である。たとえば再生型燃料電池装置3は、前述の水素と酸素とを化学結合、分解する構成に限られるものではない。また各バスライン16,17に太陽電池装置3を接続するライン31,32に介在される開閉手段と整流手段とは、負荷装置6と再生器12との駆動電圧を調整して、逆の配置にすることも可能である。また本発明は、飛行船に搭載される構成に限定されるものではなく、その他の航空機の搭載設備をはじめ、軽量化が要求される電源設備として好適に実施することができる。
The above-described embodiment is merely an example of the present invention, and the configuration can be changed. For example, the regenerative
1 電源設備
2 飛行船
3 太陽電池装置
4 燃料電池
5 電力供給制御装置
6 負荷装置
10 パネルグループ
16 蓄電バスライン
17 出力バスライン
18 太陽電池接続ライン
37 太陽電池接続蓄電開閉手段
38 太陽電池接続整流手段
65 太陽電池パネル
DESCRIPTION OF
Claims (4)
燃料電池および再生器を備える再生型燃料電池装置と、
蓄電バスラインおよび出力バスラインを有し、蓄電バスラインには、太陽電池装置および再生器が接続され、出力バスラインには、太陽電池装置および燃料電池が接続されるとともに、負荷装置が接続され、太陽電池パネルで発電される電力が蓄電バスラインに供給される状態、および太陽電池パネルで発電される電力が出力バスラインに供給される状態のいずれかに、太陽電池パネルの温度によって発電電圧値が異なる特性を利用して、供給状態を切換える電力供給制御装置とを含み、
前記電力供給制御装置は、太陽電池パネルの電力を優先的に負荷装置へ供給し、太陽電池パネルの電力だけでは不足が生じる場合は、その不足分の電力を燃料電池から供給し、太陽電池パネルの電力に余剰電力がある場合には、負荷装置へ影響を与えずに前記余剰電力を再生器に供給することを特徴とする電源設備。 A solar cell device comprising a solar cell panel;
A regenerative fuel cell device comprising a fuel cell and a regenerator;
It has a power storage bus line and an output bus line, a solar cell device and a regenerator are connected to the power storage bus line, a solar cell device and a fuel cell are connected to the output bus line, and a load device is connected Depending on the temperature of the solar panel, the generated voltage is either in a state where the power generated by the solar panel is supplied to the storage bus line or in a state where the power generated by the solar panel is supplied to the output bus line. value by utilizing different characteristics, viewing contains a power supply control device for switching the supply state,
The power supply control device preferentially supplies the power of the solar cell panel to the load device, and when shortage occurs only by the power of the solar cell panel, the shortage of power is supplied from the fuel cell, and the solar cell panel When there is surplus power in the power, the power supply equipment supplies the surplus power to the regenerator without affecting the load device .
前記電力供給制御装置は、
太陽電池装置の各パネルグループを蓄電バスラインにそれぞれ接続する複数の太陽電池蓄電ラインと、
太陽電池装置の各パネルグループを出力バスラインにそれぞれ接続する複数の太陽電池出力ラインと、
各太陽電池蓄電ラインに介在され、太陽電池蓄電ラインを開閉する開閉手段と、
各太陽電池出力ラインに介在され、太陽電池出力ラインにおける電力の供給方向を、太陽電池装置から出力バスラインの方向に限定する整流手段とを含むことを特徴とする請求項1記載の電源設備。 The solar cell device has a plurality of solar cell panels, each solar cell panel is divided into a plurality of panel groups,
The power supply control device includes:
A plurality of solar cell storage lines connecting each panel group of the solar cell device to the storage bus line, and
A plurality of solar cell output lines for connecting each panel group of the solar cell device to an output bus line;
Opening / closing means for opening / closing the solar cell storage line interposed in each solar cell storage line,
The power supply equipment according to claim 1, further comprising rectifying means interposed in each solar cell output line and limiting a power supply direction in the solar cell output line to a direction from the solar cell device to the output bus line.
燃料電池および再生器を備える再生型燃料電池装置と、
燃料電池で発電される電力を負荷装置に供給するとともに、太陽電池パネルで発電される電力を、太陽電池パネルの温度によって発電電圧値が異なる特性を利用して各パネルグループ毎に振分けて、負荷装置および再生器のいずれかに供給する電力供給制御装置とを含み、
前記電力供給制御装置は、太陽電池パネルの電力を優先的に負荷装置へ供給し、太陽電池パネルの電力だけでは不足が生じる場合は、その不足分の電力を燃料電池から供給し、太陽電池パネルの電力に余剰電力がある場合には、負荷装置へ影響を与えずに前記余剰電力を再生器に供給することを特徴とする電源設備。 A solar cell device comprising a plurality of solar cell panels divided into a plurality of panel groups;
A regenerative fuel cell device comprising a fuel cell and a regenerator;
The power generated by the fuel cell is supplied to the load device, and the power generated by the solar cell panel is distributed to each panel group using the characteristics that the generated voltage value varies depending on the temperature of the solar cell panel. device and a power supply control device for supplying to any of the regenerator seen including,
The power supply control device preferentially supplies the power of the solar cell panel to the load device, and when shortage occurs only by the power of the solar cell panel, the shortage of power is supplied from the fuel cell, and the solar cell panel When there is surplus power in the power, the power supply equipment supplies the surplus power to the regenerator without affecting the load device .
各パネルグループは、飛行船の外皮の上部に、飛行船の機軸に沿って短冊状に並べられる複数の太陽電池パネルをそれぞれ有し、
各パネルグループは、飛行船の機軸に沿う方向および周方向に並べて設けられることを特徴とする請求項3記載の電源設備。 Power supply equipment mounted on an airship,
Each panel group has a plurality of solar panels arranged in a strip shape along the axis of the airship at the upper part of the outer shell of the airship,
4. The power supply equipment according to claim 3, wherein the panel groups are provided side by side in a direction along the axis of the airship and in a circumferential direction.
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