JP5271190B2 - Power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池を入力電源とする電源機器を含む複数台の電源機器が並列運転して直流電力を負荷機器に供給する電源供給装置に関する。 The present invention relates to a power supply apparatus in which a plurality of power supply devices including a power supply device using a solar cell as an input power supply operate in parallel to supply DC power to a load device.
従来から、複数台の電源機器が並列運転して直流電力を負荷機器に供給する電源供給装置として、さまざまな方式のものが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, various types of power supply devices are known as a power supply device that supplies a DC power to a load device by operating a plurality of power devices in parallel.
従来の電源供給装置の一例として、出力電流が大きくなると出力電圧が単調に小さくなる電源機器を2台備える電源供給装置が知られている(例えば特許文献1参照)。この電源供給装置では、2台の電源機器の出力電流−出力電圧特性の傾斜角度が異なっている。つまり、出力電流が同じ大きさだけ変化したときに、一方の電源機器の出力電圧の変化量と他方の電源機器の出力電圧の変化量とが異なる。 As an example of a conventional power supply device, a power supply device including two power supply devices whose output voltage monotonously decreases as the output current increases is known (see, for example, Patent Document 1). In this power supply device, the inclination angles of the output current-output voltage characteristics of the two power supply devices are different. That is, when the output current changes by the same magnitude, the amount of change in the output voltage of one power supply device is different from the amount of change in the output voltage of the other power supply device.
上記のような電源供給装置では、すべての負荷機器の総使用電流(負荷電流)の大きさに応じて、各電源機器がそれぞれ出力電流−出力電圧特性と負荷電流のバランス点で落ち着くことによって、各電源機器から任意の出力電圧で任意の出力電流を出力することができる。 In the power supply device as described above, each power supply device settles at the balance point between the output current-output voltage characteristics and the load current according to the total use current (load current) of all the load devices, An arbitrary output current can be output from each power supply device at an arbitrary output voltage.
しかしながら、2台の電源機器の出力電流−出力電圧特性の傾斜角度が異なっている電源供給装置は、負荷電流の大きさに応じて各電源機器の出力電圧つまり負荷機器への供給電圧が変動してしまうため、負荷機器への供給電圧を安定に保つことができないという問題があった。仮に、このような電源供給装置に対して、各電源機器の出力電流を所望の電流値に変更したときに、出力電流の変更前後において負荷機器への供給電圧を定電圧に保つためには、2台の電源機器の出力電流−出力電圧特性の両方を水平移動する必要があり、構成が複雑になってしまう。 However, in a power supply device in which the inclination angles of the output current-output voltage characteristics of the two power supply devices are different, the output voltage of each power supply device, that is, the supply voltage to the load device varies depending on the magnitude of the load current. Therefore, there is a problem that the voltage supplied to the load device cannot be kept stable. For such a power supply device, when the output current of each power supply device is changed to a desired current value, in order to keep the supply voltage to the load device before and after the change of the output current, It is necessary to move both the output current-output voltage characteristics of the two power supply devices horizontally, and the configuration becomes complicated.
ここで、上記問題を解決するための手段として、並列運転する複数台の電源機器のうち、1台の電源機器が定電圧制御を行い、残りの電源機器が、出力電流が大きくなるにつれて単調に小さくなる直流電圧を出力電圧とする傾斜制御を行う電源供給装置が考えられる。このような電源供給装置では、傾斜制御の電源機器の出力電圧が定電圧制御の電源機器の出力電圧(基準電圧)に合わせ込まれた状態で、傾斜制御の電源機器が負荷機器に電流出力するように、出力電流−出力電圧特性をシフトさせる。負荷電流の不足分は、定電圧制御の電源機器から負荷機器に出力される。これにより、この電源供給装置では、負荷電流がある程度変化しても、負荷機器への供給電圧を定電圧(定電圧制御の電源機器の出力電圧)に保ったまま、負荷機器への電力供給を安定に行うことができる。 Here, as a means for solving the above problem, among a plurality of power supply devices that operate in parallel, one power supply device performs constant voltage control, and the remaining power supply devices monotonously as the output current increases. A power supply device that performs slope control using a decreasing DC voltage as an output voltage is conceivable. In such a power supply device, the slope control power supply device outputs current to the load device in a state where the output voltage of the slope control power supply device is adjusted to the output voltage (reference voltage) of the constant voltage control power supply device. Thus, the output current-output voltage characteristic is shifted. The shortage of load current is output from the constant voltage control power supply device to the load device. As a result, in this power supply device, even if the load current changes to some extent, the supply voltage to the load device is maintained at a constant voltage (the output voltage of the power supply device under constant voltage control), and power is supplied to the load device. It can be performed stably.
ところで、上記のような傾斜制御の電源機器に接続される電源として太陽電池が用いられる場合がある。太陽電池が接続されている電源機器(太陽電池用電源機器)に対して電流を出力させる場合、従来の太陽電池用電源機器は、出力電流が所望の大きさになるように出力電流−出力電圧特性をシフトする。 By the way, a solar cell may be used as a power source connected to the above-described tilt control power source device. When outputting a current to a power supply device (solar cell power supply device) to which a solar cell is connected, the conventional solar cell power supply device has an output current-output voltage so that the output current has a desired magnitude. Shift characteristics.
しかしながら、太陽電池の出力電力は天候などの影響を受けて不安定であり、太陽電池の出力電力が小さいときに太陽電池用電源機器から所望の大きさの電流を出力させようとした場合、太陽電池の出力電圧が、最大出力電力となる電圧よりも小さくなり、太陽電池が出力ダウンしてしまうという問題があった。 However, the output power of the solar cell is unstable due to the influence of the weather, etc., and when the output power of the solar cell is small, when trying to output a current of a desired magnitude from the power supply device for the solar cell, There is a problem that the output voltage of the battery becomes smaller than the voltage that is the maximum output power, and the output of the solar battery is reduced.
本発明は上記の点に鑑みて為され、本発明の目的は、太陽電池の出力ダウンを防止しながら、太陽電池が接続されている電源機器から電流出力させることができる電源供給装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a power supply device that can output current from a power supply device to which a solar cell is connected while preventing the output of the solar cell from being reduced. There is.
請求項1の発明は、出力電流の大きさに関わらず定電圧となる直流電圧を出力電圧とする定電圧電源機器と、太陽電池を入力電源とし前記定電圧電源機器と並列運転して直流電力を負荷機器に出力する太陽電池用電源機器と、前記太陽電池用電源機器の出力電圧が前記定電圧電源機器の出力電圧に合わせ込まれたときの当該太陽電池用電源機器の出力電流を検出する出力電流検出手段と、前記太陽電池用電源機器の出力電流の目標値を設定する制御手段とを備え、前記太陽電池用電源機器は、前記太陽電池の出力電圧が大きくなると当該太陽電池用電源機器の出力電圧が単調に大きくなる出力電圧特性をシフトする調整手段を有し、前記制御手段は、前記出力電流検出手段で検出された前記出力電流が前記目標値に近づくように前記出力電圧特性をシフトさせるための指示を前記調整手段に送信し、前記調整手段は、前記指示に応じて前記出力電圧特性をシフトする際に、前記太陽電池用電源機器の出力電圧が前記定電圧電源機器の出力電圧に合わせ込まれたときの前記太陽電池の出力電圧を、当該太陽電池が最大出力電力となる電圧以上開放電圧未満の範囲で調整することを特徴とする。
The invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記調整手段は、前記出力電圧特性において前記太陽電池用電源機器の出力電圧の上限値を設定することを特徴とする。
The invention of
請求項3の発明は、請求項1または2の発明において、前記太陽電池の温度を検出する温度検出手段を備え、前記調整手段は、前記温度検出手段の検出結果に応じて前記出力電圧特性のシフト量を補正することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the apparatus includes a temperature detection unit that detects a temperature of the solar cell, and the adjustment unit is configured to detect the output voltage characteristic according to a detection result of the temperature detection unit. The shift amount is corrected.
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか1項の発明において、前記制御手段は、前記出力電流検出手段で検出された前記出力電流が前記目標値となった場合、前記調整手段への前記指示の送信を停止することを特徴とする。
The invention according to
請求項1によれば、太陽電池の出力電圧が最大出力電力となる電圧より常に大きいので、太陽電池の出力ダウンを防止しながら、太陽電池用電源機器から電流出力させることができる。 According to the first aspect, since the output voltage of the solar cell is always larger than the voltage at which the maximum output power is obtained, it is possible to output current from the solar cell power supply device while preventing the output of the solar cell from being reduced.
請求項2によれば、太陽電池用電源機器の出力電圧の上限値が設定されていることによって、負荷電流が急激に変化した場合に、太陽電池用電源機器の出力電圧が一時的に増加する量を抑制することができる。
According to
請求項3によれば、太陽電池の温度特性の影響を低減することができるので、太陽電池の温度が変動しても太陽電池用電源機器の動作を安定にすることができる。
According to
請求項4によれば、出力電流検出手段で検出された出力電流が目標値となった場合に、制御手段が指示の送信を停止することによって、無駄な制御をなくすことができる。 According to the fourth aspect of the present invention, when the output current detected by the output current detection means reaches the target value, the control means stops sending instructions, so that useless control can be eliminated.
以下に説明する形態は、本発明を適用する建物として戸建て住宅の家屋を想定して説明するが、本発明の技術思想を集合住宅に適用することを妨げるものではない。家屋Hには、図2に示すように、直流電力を出力する直流電力供給部101と、直流電力により駆動される負荷としての直流機器(負荷機器)102とが設けられ、直流電力供給部101の出力端部に接続した直流供給線路Wdcを通して直流機器102に直流電力が供給される。直流電力供給部101と直流機器102との間には、直流供給線路Wdcに流れる電流を監視し、異常を検知したときに直流供給線路Wdc上で直流電力供給部101から直流機器102への給電を制限ないし遮断する直流ブレーカ114が設けられる。
Although the form demonstrated below assumes and demonstrates the house of a detached house as a building which applies this invention, it does not prevent applying the technical idea of this invention to an apartment house. As shown in FIG. 2, the house H is provided with a DC
直流供給線路Wdcは、直流電力の給電路であるとともに通信路としても兼用されており、高周波の搬送波を用いてデータを伝送する通信信号を直流電圧に重畳することにより直流供給線路Wdcに接続された機器間での通信を可能にしている。この技術は、交流電力を供給する電力線において交流電圧に通信信号を重畳させる電力線搬送技術と類似した技術である。 The DC supply line Wdc is used as both a DC power supply path and a communication path, and is connected to the DC supply line Wdc by superimposing a communication signal for transmitting data on a DC voltage using a high-frequency carrier wave. Enables communication between devices. This technique is similar to a power line carrier technique in which a communication signal is superimposed on an AC voltage in a power line that supplies AC power.
直流供給線路Wdcは、直流電力供給部101を介して宅内サーバ116に接続される。宅内サーバ116は、宅内の通信網(以下「宅内網」という)を構築する主装置であり、宅内網において直流機器102が構築するサブシステムなどと通信を行う。
The DC supply line Wdc is connected to the
図示例では、サブシステムとして、パーソナルコンピュータ、無線アクセスポイント、ルータ、IP電話機のような情報系の直流機器102からなる情報機器システムK101、照明器具のような照明系の直流機器102からなる照明システムK102,K105、来客対応や侵入者の監視などを行う直流機器102からなる玄関システムK103、火災感知器のような警報系の直流機器102からなる住警器システムK104などがある。各サブシステムは、自立分散システムを構成しており、サブシステム単独でも動作が可能になっている。
In the example shown in the drawing, as an subsystem, an illumination system comprising an information equipment system K101 comprising an information-
上述した直流ブレーカ114は、サブシステムに関連付けて設けられており、図示例では、情報機器システムK101、照明システムK102および玄関システムK103、住警器システムK104、照明システムK105に関連付けて4個の直流ブレーカ114を設けている。1台の直流ブレーカ114に複数個のサブシステムを関連付ける場合には、サブシステムごとに直流供給線路Wdcの系統を分割する接続ボックス121が設けられる。図示例においては、照明システムK102と玄関システムK103との間に接続ボックス121が設けられている。
The above-described
情報機器システムK101としては、壁コンセントあるいは床コンセントの形態で家屋Hに先行配置(家屋Hの建築時に施工)される直流コンセント131に接続される直流機器102からなる情報機器システムK101が設けられる。
As the information equipment system K101, there is provided an information equipment system K101 composed of a
照明システムK102,K105としては、家屋Hに先行配置される照明器具(直流機器102)からなる照明システムK102と、天井に先行配置される引掛シーリング132に接続する照明器具(直流機器102)からなる照明システムK105とが設けられる。引掛シーリング132には、家屋Hの内装施工時に施工業者が照明器具を取り付けるか、または家人自身が照明器具を取り付ける。
The lighting systems K102 and K105 include a lighting system K102 composed of a lighting device (DC device 102) arranged in advance in the house H and a lighting device (DC device 102) connected to a
照明システムK102を構成する直流機器102である照明器具に対する制御の指示は、赤外線リモコン装置を用いて与えるほか、直流供給線路Wdcに接続されたスイッチ141から通信信号を用いて与えることができる。照明システムK105を構成する直流機器102である照明器具に対する制御の指示は、赤外線リモコン装置を用いて与えるほか、直流供給線路Wdcに接続されたスイッチ142から通信信号を用いて与えることができる。すなわち、スイッチ141,142は直流機器102とともに通信の機能を有している。また、スイッチ141,142の操作によらず、宅内網の別の直流機器102あるいは宅内サーバ116から通信信号により制御の指示がなされることもある。照明器具への指示には、点灯、消灯、調光、点滅点灯などがある。
In addition to using an infrared remote control device, a control instruction for the lighting apparatus that is the
上述した直流コンセント131、引掛シーリング132には、任意の直流機器102を接続することができ、接続された直流機器102に直流電力を出力するから、以下では直流コンセント131、引掛シーリング132を区別する必要がない場合には「直流アウトレット」と呼ぶ。
Since any
これらの直流アウトレットは、直流機器102に直接設けた接触子(図示せず)または接続線を介して設けた接触子(図示せず)が差し込まれる差込式の接続口が器体に開口し、接続口に差し込まれた接触子に直接接触する接触子受けが器体に保持された構造を有している。すなわち、直流アウトレットは接触式で給電を行う。直流アウトレットに接続された直流機器102が通信機能を有する場合には、直流供給線路Wdcを通して通信信号を伝送することが可能になる。直流機器102だけではなく直流アウトレットにも通信機能が設けられている。
These DC outlets have a plug-in connection port into which a contact (not shown) provided directly on the
宅内サーバ116は、宅内網に接続されるだけではなく、インターネットを構築する広域網NTに接続される接続口を有している。宅内サーバ116が広域網NTに接続されている場合には、広域網NTに接続されたコンピュータサーバであるセンタサーバ200によるサービスを享受することができる。
The
センタサーバ200が提供するサービスには、広域網NTを通して宅内網に接続された機器(主として直流機器102であるが通信機能を有した他の機器も含む)の監視や制御を可能にするサービスがある。このサービスにより、パーソナルコンピュータ、インターネットTV、移動体電話機などのブラウザ機能を備える通信端末(図示せず)を用いて宅内網に接続された機器の監視や制御が可能になる。
The service provided by the
宅内サーバ116は、広域網NTに接続されたセンタサーバ200との間の通信と、宅内網に接続された機器との間の通信との両方の機能を備え、宅内網の機器に関する識別情報(ここでは、IPアドレスを用いるものとする)の取得の機能を備える。
The in-
宅内サーバ116は、センタサーバ200との通信機能を用いることにより、広域網NTに接続された通信端末からセンタサーバ200を通して宅内の機器の監視や制御を可能にする。センタサーバ200は、宅内の機器と広域網NT上の通信端末とを仲介する。
The
通信端末から宅内の機器の監視や制御を行う場合は、監視や制御の要求をセンタサーバ200に記憶させ、宅内の機器は定期的に片方向のポーリング通信を行うことにより、通信端末からの監視や制御の要求を受信する。この動作により、通信端末から宅内の機器の監視や制御が可能になる。
When monitoring and controlling home devices from a communication terminal, monitoring and control requests are stored in the
また、宅内の機器において火災検知など通信端末に通知すべきイベントが生じたときには、宅内の機器からセンタサーバ200に通知し、センタサーバ200から通信端末に対して電子メールによる通知を行う。
Further, when an event that should be notified to the communication terminal, such as a fire detection, occurs in the home device, the home device notifies the
宅内サーバ116における宅内網との通信機能のうち重要な機能は、宅内網を構成する機器の検出と管理である。宅内サーバ116では、UPnP(Universal Plug and Play)を応用して宅内網に接続された機器を自動的に検出する。宅内サーバ116はブラウザ機能を有する表示器117を備え、検出した機器の一覧を表示器117に表示する。この表示器117はタッチパネル式もしくは操作部が付設された構成を有し、表示器117の画面に表示された選択肢から所望の内容を選択する操作が可能になっている。したがって、宅内サーバ116の利用者(施工業者あるいは家人)は、表示器117の画面上で機器の監視ないし制御が可能になる。表示器117は宅内サーバ116とは分離して設けてもよい。
An important function among the communication functions with the home network in the
宅内サーバ116では、機器の接続に関する情報を管理しており、宅内網に接続された機器の種類や機能とアドレスとを把握する。したがって、宅内網の機器を連動動作させることができる。機器の接続に関する情報は上述のように自動的に検出されるが、機器を連動動作させるには、機器自身が保有する属性により自動的に関係付けを行うほか、宅内サーバ116にパーソナルコンピュータのような情報端末を接続し、情報端末のブラウザ機能を利用して機器の関係付けを行うこともできる。
The in-
機器の連動動作の関係は各機器がそれぞれ保持する。したがって、機器は宅内サーバ116を通すことなく連動動作することができる。各機器について、連動動作の関係付けを行うことにより、例えば、機器であるスイッチの操作により、機器である照明器具の点灯あるいは消灯の動作を行うことが可能になる。また、連動動作の関係付けはサブシステム内で行うことが多いが、サブシステムを超える関係付けも可能である。
Each device holds the relationship of the interlocking operation of the devices. Therefore, the device can operate in an interlocked manner without passing through the
ところで、直流電力供給部101は、基本的には、宅外から供給される商用電源ACの電力変換により直流電力を生成する。図示する構成では、商用電源ACは、分電盤110に内器として取り付けられた主幹ブレーカ111を通して、スイッチング電源を含むAC/DCコンバータ112に入力される。AC/DCコンバータ112から出力される直流電力は、協調制御部113を通して各直流ブレーカ114に接続される。
Incidentally, the DC
直流電力供給部101には、商用電源ACから電力が供給されない期間(例えば商用電源ACの停電期間)に備えて二次電池162が設けられている。二次電池162としては、例えばリチウムイオン二次電池などが用いられる。また、直流電力を生成する太陽電池161や燃料電池163を併用することも可能になっている。商用電源ACから直流電力を生成するAC/DCコンバータ112を備える主電源に対して、太陽電池161や二次電池162や燃料電池163は分散電源になる。なお、図示していないが、二次電池162は、充電を制御する回路部を含んでいる。
The DC
太陽電池161は、図10に示すように、出力電圧が大きくなると出力電流が短絡電流Iscから次第に小さくなり、ある出力電圧で出力電力が最大となる特性を持つ。最大電力Pmとなるときの出力電圧を最適電圧Vmとする。
As shown in FIG. 10, the
図2に示す二次電池162は、商用電源ACや太陽電池161、燃料電池163によって適時充電され、二次電池162の放電は、商用電源ACから電力が供給されない期間だけではなく必要に応じて適時に行われる。二次電池162の充放電や主電源と分散電源との協調は、協調制御部113により行われる。すなわち、協調制御部113は、直流電力供給部101を構成する主電源および分散電源から直流機器102への電力の配分を制御する直流電力制御部として機能する。
The
直流機器102の駆動電圧は機器に応じた複数種類の電圧から選択されるから、協調制御部113にDC/DCコンバータを設け、主電源および分散電源から得られる直流電圧を必要な電圧に変換するのが望ましい。通常は、1系統のサブシステム(もしくは1台の直流ブレーカ114に接続された直流機器102)に対して1種類の電圧が供給されるが、1系統のサブシステムに対して3線以上を用いて複数種類の電圧を供給するように構成してもよい。また、直流供給線路Wdcを2線式とし、線間に印加する電圧を時間経過に伴って変化させる構成を採用することも可能である。DC/DCコンバータは、直流ブレーカと同様に複数に分散して設けてもよい。
Since the driving voltage of the
上述の構成例では、AC/DCコンバータ112を1個だけ図示しているが、複数個のAC/DCコンバータ112を並設することが可能であり、複数個のAC/DCコンバータ112を設けるときには、負荷の大きさに応じて運転するAC/DCコンバータ112の台数を増減させるのが望ましい。
In the above configuration example, only one AC /
上述したAC/DCコンバータ112、協調制御部113、直流ブレーカ114、太陽電池161、二次電池162、燃料電池163には通信機能が設けられており、主電源および分散電源や直流機器102を含む負荷の状態に対処する連携動作を行うことを可能にしている。この通信に用いる通信信号は、直流機器102に用いる通信信号と同様に直流電圧に重畳する形式で伝送する。
The AC /
上述の例では主幹ブレーカ111から出力された交流電力をAC/DCコンバータ112により直流電力に変換するために、AC/DCコンバータ112を分電盤110内に配置しているが、主幹ブレーカ111の出力側において分電盤110内に設けた分岐ブレーカ(図示せず)で交流供給線路を複数系統に分岐し、各系統の交流供給線路にAC/DCコンバータを設けて系統ごとに直流電力に変換する構成を採用してもよい。
In the above example, the AC /
この場合、家屋Hの各階や各部屋を単位として直流電力供給部101を設けることができるから、直流電力供給部101を系統別に管理することができ、しかも、直流電力を利用する直流機器102との間の直流供給線路Wdcの距離が小さくなるから、直流供給線路Wdcでの電圧降下による電力損失を低減させることができる。また、主幹ブレーカ111および分岐ブレーカを分電盤110に収納し、AC/DCコンバータ112と協調制御部113と直流ブレーカ114と宅内サーバ116とを分電盤110とは別の盤に収納してもよい。
In this case, since the DC
続いて、直流電力供給部101に収納されている電源供給装置3について図1を用いて説明する。電源供給装置3は、並列運転して直流電力を直流機器(負荷機器)102に供給する複数台(図示例では4台)の電源機器4(5,6)と、直流電力供給のシステム全体を監視する監視装置7とを備えている。
Next, the
複数台の電源機器4は、1台の第1の電源機器5と、複数台(図示例では3台)の第2の電源機器6(6a〜6c)とで構成されている。
The plurality of
第1の電源機器5は、出力電流Io1の大きさに関わらず常に定電圧となる直流電圧を出力電圧Vo1とする定電圧電源機器である(図5(b)参照)。第1の電源機器5には、商用電源ACからの電源電圧が入力電圧Vi1(図3参照)として入力される。つまり、第1の電源機器5は、商用電源ACを入力電源として直流電力を直流機器102に供給する商用電源用電源機器である。
The first
この第1の電源機器5は、図3に示すように、出力電圧Vo1を検出する電圧検出手段50と、基準電圧V2と電圧検出手段50の検出電圧V1とに応じてオンデューティ幅が設定されたパルス幅変調信号S1を生成するスイッチング制御手段51と、スイッチング制御手段51からのパルス幅変調信号S1のオンデューティ幅に応じてオンオフ動作するスイッチング素子520を有するDC/DCコンバータ52とを備えている。
As shown in FIG. 3, the first
電圧検出手段50は、直列接続の2つの抵抗器500,501と、抵抗器500,501による分割電圧が入力される電圧ホロア502とを備えており、第1の電源機器5の出力電圧Vo1の大きさを検出する。
The voltage detection means 50 includes two
スイッチング制御手段51は、電圧検出手段50の検出電圧(電圧ホロア502の出力電圧)V1および基準電圧V2が入力されるスイッチングIC510を備えている。
The switching
スイッチングIC510は、基準電圧V2と検出電圧V1との差分電圧(V2−V1)が一定となるようにオンデューティ幅が設定されたパルス幅変調信号S1をスイッチング素子520に出力する。つまり、スイッチングIC510は、出力電圧Vo1(検出電圧V1)が常に一定となるように、パルス幅変調信号S1のオンデューティ幅を設定する。
The switching
DC/DCコンバータ52は、入力側から順に、平滑コンデンサ521と、インダクタ522と、スイッチング素子520と、ダイオード523と、平滑コンデンサ524とを備えており、スイッチング素子520のオンオフ動作によって入力電圧Vi1を昇圧する。
The DC /
スイッチング素子520は、例えば電界効果トランジスタなどであり、スイッチングIC510からのパルス幅変調信号S1が抵抗器525を介してゲートに入力される。スイッチング素子520がオンになると、ソースとドレインの間が導通し、インダクタ522には電磁エネルギーが蓄えられる。その後、スイッチング素子520がオフになると、インダクタ522に蓄えられた電磁エネルギーが放出されることによって昇圧する。昇圧された電圧は平滑コンデンサ524で平滑される。平滑コンデンサ524で平滑された直流電圧は、出力電圧Vo1として直流機器102(図1参照)に出力される。
The switching
上記の動作により、第1の電源機器5は、図5(b)に示すように、出力電流Io1の大きさに関わらず出力電圧Vo1を一定の直流電圧とする出力電流−出力電圧特性から外れないようにフィードバック制御を行うことができる。
By the above operation, the first
図1に示すように、第2の電源機器6aには太陽電池161が接続され、第2の電源機器6bには二次電池162が接続され、第2の電源機器6cには燃料電池163が接続されている。これら第2の電源機器6a〜6cは、それぞれ接続されている電池161〜163から入力電圧Vi2(図4,8参照)が入力される。つまり、第2の電源機器6aは、太陽電池161を入力電源として直流電力を直流機器102に供給する太陽電池用電源機器(PVコンバータ)であり、第2の電源機器6bは、二次電池162を入力電源として直流電力を直流機器102に供給する二次電池用電源機器(BATコンバータ)であり、第2の電源機器6cは、燃料電池163を入力電源として直流電力を直流機器102に供給する燃料電池用電源機器(FCコンバータ)である。
As shown in FIG. 1, a
BATコンバータ6bおよびFCコンバータ6c(以下「第2の電源機器6b,6c」という)は、図5(a)に示すように、出力電流Iob,Ioc(Io2)が大きくなるにつれて単調に小さくなる直流電圧を出力電圧Vob,Voc(Vo2)とするものである。このような第2の電源機器6b,6cの出力電流−出力電圧特性を、Vo2=−αIo2+V0(α>0、V0>0)と表わすことができる。上記の出力電流−出力電圧特性では、Vo2+αIo2はV0で一定値となる。αは、第2の電源機器6b,6cごとに異なった値であってもよいし、同じ値であってもよい。
As shown in FIG. 5A, the
第2の電源機器6b,6cは、それぞれ、図4に示すように、出力電流Io2を検出する電流検出手段60と、出力電圧Vo2を検出する電圧検出手段61と、電圧検出手段61の検出電圧V5と電流検出手段60から出力される電圧V8とに応じてオンデューティ幅が設定されたパルス幅変調信号S2を生成するスイッチング制御手段62と、スイッチング制御手段62からのパルス幅変調信号S2のオンデューティ幅に応じてオンオフ動作するスイッチング素子630を有するDC/DCコンバータ63と、後述の制御部72(図1参照)の制御によって出力電流Io2の大きさを調整する調整手段64とを備えている。
As shown in FIG. 4, each of the second
電流検出手段60は、抵抗器600,605と、抵抗器600の両端電圧を検出する電流IC601と、電流IC601の出力電圧V3を分割する抵抗器602,603と、抵抗器602,603で分割された分割電圧が入力される電圧ホロア604とを備えており、出力電流Io2の大きさを検出する。
The current detection means 60 is divided by
電圧検出手段61は、直列接続の2つの抵抗器610,611と、抵抗器610,611による分割電圧が入力される電圧ホロア612とを備えており、出力電圧Vo2の大きさを検出する。
The
スイッチング制御手段62は、電圧検出手段61の検出電圧(電圧ホロア612の出力電圧)V5および電流検出手段60から出力される電圧V8が入力されるスイッチングIC620を備えている。
The switching control means 62 includes a switching
DC/DCコンバータ63は、入力側から順に、平滑コンデンサ631と、インダクタ632と、スイッチング素子630と、ダイオード633と、平滑コンデンサ634とを備えており、スイッチング素子630のオンオフ動作によって入力電圧Vi2を昇圧する。
The DC /
調整手段64は、後述の制御部72(図1参照)から出力電流Io2の指示値を取得するCPU640と、CPU640の出力電圧V6を分割する2つの抵抗器641,642と、抵抗器641,642による分割電圧が入力される非反転増幅回路643とを備えている。
The adjusting
CPU640では、電源供給装置3の動作中において、つまり電源供給装置3による直流機器102への電力供給時において、制御部72からの指示値に基づいて、出力電流Io2の大きさを変動するための制御が行われる。
In the
図1に示す監視装置7は、直流機器102に供給される負荷電流ILの電流値を検出する負荷電流検出部70と、各電源機器5,6の出力電流Io1,Io2の電流値を検出する出力電流検出部(出力電流検出手段)71と、第2の電源機器6a〜6cの動作を制御する制御部(制御手段)72とを備えている。
Monitoring apparatus shown in FIG. 1 7 includes a load
負荷電流検出部70は、電源供給装置3が動作中において、つまり電源供給装置3による直流機器102への電力供給時において、予め設定された時間間隔で各直流機器102から必要な電流を検出して、直流機器102側の総使用電流である負荷電流ILを検出する。予め設定された時間間隔は、負荷追従を満足する時間間隔(例えば数ミリ秒間)である。
The load
出力電流検出部71は、第2の電源機器6の出力電圧Vo2が第1の電源機器5の出力電圧Vo1に合わせ込まれたときの第2の電源機器6の出力電流Io2をそれぞれ検出する。
The output
制御部72は、システム全体としてどの電源機器5,6からどれだけの電力を各直流機器102に供給すればよいのかを求め、それに応じて各電源機器5,6の出力を調整する。制御部72は、第2の電源機器6b,6cの調整手段64(図4参照)のそれぞれに対して、出力電流Io2の電流値を指示するための指示値を送信する。なお、指示値は、出力電流Io2の電流値を直接表わす値であってもよいし、出力電流Io2の電流値を換算した電圧値であってもよい。また、各指示値は、第2の電源機器6b,6cにおける出力電流Io2の電流値を指示するための値には限定されず、第2の電源機器6b,6cにおける出力電力の大きさを指示するための値であってもよい。
The
図4に示す第2の電源機器6b,6cのCPU640は、制御部72(図1参照)からの指示値に応じた大きさの出力電圧V6を出力する。非反転増幅回路643の出力電圧V7は、CPU640の出力電圧V6が大きくなるにつれて大きくなっていき、CPU640の出力電圧V6が小さくなるにつれて小さくなっていく。
The
また、電流検出手段60には、電圧ホロア604と抵抗器605との間に差動増幅回路606が挿入されている。差動増幅回路606は、非反転増幅回路643の出力電圧V7と電流検出手段60の検出電圧(電圧ホロア604の出力電圧)V4との差分電圧(V7−V4)に比例した電圧V8(=β(V7−V4)(β>0))をスイッチングIC620に出力する。したがって、検出電圧V4が同じ大きさであっても、制御部72からの指示値に応じて出力電圧V6および出力電圧V7が大きくなった場合、スイッチングIC620に出力される電圧V8も大きくなる。逆に、出力電圧V6および出力電圧V7が小さくなった場合、スイッチングIC620に出力される電圧V8も小さくなる。なお、βの大きさは、後述のスイッチングIC620において、電圧V8が検出電圧V5と演算できるように設定される。
Further, a
スイッチングIC620は、電圧V8と検出電圧V5との差分電圧(V8−V5)つまり電圧(βV7−(V5+βV4))が一定となるようにオンデューティ幅が設定(変更)されたパルス幅変調信号S2をスイッチング素子630に出力する。具体的には、電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでよりも大きくなると、スイッチングIC620は、電圧(βV7−(V5+βV4))が小さくなるように(電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでと同じ大きさになるように)、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅を広く設定する。逆に、電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでよりも小さくなると、スイッチングIC620は、電圧(βV7−(V5+βV4))が大きくなるように(電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでと同じ大きさになるように)、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅を狭く設定する。
The switching
スイッチング素子630は、例えば電界効果トランジスタなどであり、スイッチングIC620からのパルス幅変調信号S2が抵抗器635を介してゲートに入力される。スイッチング素子630がオンになると、ソースとドレインの間が導通し、インダクタ632には電磁エネルギーが蓄えられる。その後、スイッチング素子630がオフになると、インダクタ632に蓄えられた電磁エネルギーが放出されることによって昇圧する。昇圧された電圧は、平滑コンデンサ634で平滑される。平滑コンデンサ634で平滑された直流電圧は、出力電圧Vo2として直流機器102(図1参照)に出力される。
The switching
上記の動作により、出力電流Io2(検出電圧V4)がこれまでよりも大きくなると、電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでよりも小さくなるが、電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでと同じ大きさになるようにオンデューティ幅を狭く設定して昇圧を小さくすることによって、出力電圧Vo2(検出電圧V5)をこれまでよりも小さくすることができる。一方、出力電流Io2(検出電圧V4)がこれまでよりも小さくなると、電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでよりも大きくなるが、電圧(βV7−(V5+βV4))がこれまでと同じ大きさになるようにオンデューティ幅を広く設定して昇圧を大きくすることによって、出力電圧Vo2(検出電圧V5)をこれまでよりも大きくすることができる。 With the above operation, when the output current Io2 (detection voltage V4) becomes larger than before, the voltage (βV7− (V5 + βV4)) becomes smaller than before, but the voltage (βV7− (V5 + βV4)) becomes larger than before. The output voltage Vo2 (detection voltage V5) can be made smaller than before by setting the on-duty width to be the same size and reducing the boost. On the other hand, when the output current Io2 (detection voltage V4) becomes smaller than before, the voltage (βV7− (V5 + βV4)) becomes larger than before, but the voltage (βV7− (V5 + βV4)) has the same magnitude as before. The output voltage Vo2 (detection voltage V5) can be increased more than before by setting the on-duty width to be large and increasing the boost.
よって、このような構成の第2の電源機器6b,6cは、電圧(βV7−(V5+βV4))を一定とすることによって、図5(a)に示すように、出力電流Io2が大きくなると出力電圧Vo2が単調(直線上)に小さくなる出力電流−出力電圧特性(Vo2+αIo2が一定値である特性)から外れないようにフィードバック制御を行うことができる。
Therefore, the second
このような出力電流−出力電圧特性を持つ第2の電源機器6b,6cは、第1の電源機器5とともに用いられた交点を持つ状態において、出力電圧Vo2が第1の電源機器5の出力電圧Vo1に合わせ込まれ、出力電圧Vo2が出力電圧Vo1に合わせ込まれたときの出力電流Io2を出力する。
When the second
ここで、出力電流Io2が減少した場合、出力電圧Vo2は、図6の出力電流−出力電圧特性にしたがって変動し、一時的に定電圧よりも大きくなる(図6の(A))。出力電圧Vo2が定電圧よりも大きくなると、出力電流Io2は大きくなり、その結果、検出電圧V4も大きくなる(図6の(B))。検出電圧V4が大きくなると、電圧(βV7−(V5+βV4))が小さくなることにより、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅が狭くなり、出力電圧Vo2(検出電圧V5)は小さくなる(図6の(C))。これにより、出力電圧Vo2は出力電圧Vo1に合わせ込まれ、出力電流Io2は元の大きさに戻る。 Here, when the output current Io2 decreases, the output voltage Vo2 fluctuates according to the output current-output voltage characteristic of FIG. 6 and temporarily becomes larger than the constant voltage ((A) of FIG. 6). When the output voltage Vo2 becomes larger than the constant voltage, the output current Io2 becomes large, and as a result, the detection voltage V4 also becomes large ((B) in FIG. 6). When the detection voltage V4 increases, the voltage (βV7− (V5 + βV4)) decreases, so that the on-duty width of the pulse width modulation signal S2 decreases and the output voltage Vo2 (detection voltage V5) decreases ((( C)). As a result, the output voltage Vo2 is adjusted to the output voltage Vo1, and the output current Io2 returns to the original magnitude.
一方、出力電流Io2が増加した場合、出力電圧Vo2は、図6の出力電流−出力電圧特性にしたがって変動し、一時的に定電圧よりも小さくなる(図6の(D))。出力電圧Vo2が定電圧よりも小さくなると、出力電流Io2は小さくなり、その結果、検出電圧V4も小さくなる(図6の(E))。検出電圧V4が小さくなると、電圧(βV7−(V5+βV4))が大きくなることにより、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅が広くなり、出力電圧Vo2(検出電圧V5)は大きくなる(図6の(F))。これにより、出力電圧Vo2は出力電圧Vo1に合わせ込まれ、出力電流Io2は元の大きさに戻る。 On the other hand, when the output current Io2 increases, the output voltage Vo2 fluctuates according to the output current-output voltage characteristics of FIG. 6 and temporarily becomes smaller than the constant voltage ((D) of FIG. 6). When the output voltage Vo2 becomes smaller than the constant voltage, the output current Io2 becomes small, and as a result, the detection voltage V4 also becomes small ((E) in FIG. 6). When the detection voltage V4 decreases, the voltage (βV7− (V5 + βV4)) increases, so that the on-duty width of the pulse width modulation signal S2 increases, and the output voltage Vo2 (detection voltage V5) increases (FIG. 6 ( F)). As a result, the output voltage Vo2 is adjusted to the output voltage Vo1, and the output current Io2 returns to the original magnitude.
続いて、このような第2の電源機器6b,6cに対して、直流機器102側の総使用電流(負荷電流IL)が大きくなり、出力電圧Vo2(検出電圧V5)が一定のもとで、出力電流Io2を大きくする指示値が制御部72からあった場合について図7を用いて説明する。まず、上記指示値があると、出力電圧V7および電圧V8(=β(V7−V4))が大きくなる。このとき、電圧(βV7−(V5+βV4))が大きくなるので、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅は広くなり、出力電圧Vo2は一時的に出力電圧Vo1より大きくなる(図7の(A))。この動作は、第2の電源機器6b,6cの出力電圧Vo2に所定電圧を加算することに相当する。出力電圧Vo2が大きくなると、出力電流Io2(検出電圧V4)も大きくなる(図7の(B))。検出電圧V4が大きくなると、電圧(βV7−(V5+βV4))は小さくなるので、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅は狭くなる。その結果、出力電圧Vo2は小さくなる(図7の(C))。上記の動作を繰り返した後、出力電圧Vo2は出力電圧Vo1になる。これにより、第2の電源機器6b,6cは、定電圧特性(第1の電源機器5の出力電流−出力電圧特性)との交点の出力電流Io2が指示値になるように第2の電源機器6b,6cの出力電流−出力電圧特性をシフトしたことになり、指示値通りの出力電流Io2を出力する。
Subsequently, with respect to such second
これに対して、負荷電流ILが小さくなり、出力電圧Vo2(検出電圧V5)が一定のもとで、出力電流Io2を小さくする指示値が制御部72からあった場合、出力電圧V7および電圧V8(=β(V7−V4))が小さくなる。このとき、電圧(βV7−(V5+βV4))が小さくなるので、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅は狭くなり、出力電圧Vo2は一時的に出力電圧Vo1より小さくなる(図7の(D))。この動作は、第2の電源機器6b,6cの出力電圧Vo2に所定電圧を減算することに相当する。出力電圧Vo2が小さくなると、出力電流Io2(検出電圧V4)も小さくなる(図7の(E))。検出電圧V4が小さくなると、電圧(βV7−(V5+βV4))は大きくなるので、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅は広くなる。その結果、出力電圧Vo2は大きくなる(図7の(F))。上記の動作を繰り返した後、出力電圧Vo2は出力電圧Vo1になる。これにより、第2の電源機器6b,6cは、定電圧特性(第1の電源機器5の出力電流−出力電圧特性)との交点の出力電流Io2が指示値になるように第2の電源機器6b,6cの出力電流−出力電圧特性をシフトしたことになり、指示値通りの出力電流Io2を出力する。
In contrast, the load current I L decreases, the output voltage Vo2 (the detection voltage V5) is constant under, when an instruction value to reduce the output current Io2 had from the
上記のように第2の電源機器6b,6cの出力電流−出力電圧特性がシフトした後も、シフト前と同様、出力電圧Vo2が第1の電源機器5の出力電圧Vo1に合わせ込まれ、出力電圧Vo2が出力電圧Vo1に合わせ込まれたときの出力電流Io2を出力する。
Even after the output current-output voltage characteristics of the second
上記より、負荷電流ILが変化したときに、第2の電源機器6b,6cにおいて、制御部72からの指示値に基づいて、図7に示すように、出力電流−出力電圧特性をシフトすることができる。シフトさせた後においても、第2の電源機器6b,6cは、出力電圧Vo2が第1の電源機器5の出力電圧Vo1に合わせ込まれ、出力電圧Vo2が出力電圧Vo1と同じ大きさであるときの出力電流Io2を直流機器102に出力することができる。これにより、負荷電流ILが変化しても、電源供給装置3は第2の電源機器6b,6cを負荷電流ILに応じた出力電流Io2に設定することができるとともに、負荷電流ILが変化しても、第2の電源機器6b,6cの出力電圧Vo2が第1の電源機器5の出力電圧Vo1に合わせ込まれることで、上記出力電圧Vo2を定電圧に保つことができる。その結果、直流機器102への電力供給を安定に行うことができる。
As described above, when the load current IL changes, the second
以下に一例を示す。図5では、(a)が第2の電源機器6b,6cの出力電流−出力電圧特性を示し、(b)が第1の電源機器5の出力電流−出力電圧特性を示す。ここで、図5(c)に示すように、制御部72からの指示値としてI11が指示されて第2の電源機器6b,6cの出力電流−出力電圧特性を図5(c)の矢印のようにシフトさせた場合、第2の電源機器6b,6cの出力電流Io2をI12からI11に増加させることができる。
An example is shown below. In FIG. 5, (a) shows the output current-output voltage characteristics of the second
また、第2の電源機器6b,6cにおいて、出力電流Io2が大きくなるにつれて単調に出力電圧Vo2が小さくなる関係を、第1の電源機器5の構成から部品点数をほとんど増やすことなく、容易に実現することができる。
Further, in the second
次に、図1に示す監視装置7におけるPVコンバータ6aへの制御について説明する。監視装置7の制御部72は、負荷電流検出部70で検出された負荷電流ILに応じてPVコンバータ6aの出力電流Ioaの目標値を設定する。その後、制御部72は、出力電流検出部71で検出されたPVコンバータ6aの出力電流Ioaが目標値に近づくようにPVコンバータ6aの入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)を変更するための指示をPVコンバータ6a(調整手段64a)に送信する。出力電流検出部71で検出された出力電流Ioaが目標値となった場合、制御部72は、PVコンバータ6a(調整手段64a)への指示の送信を停止する。なお、PVコンバータ6aの動作を開始させる場合、制御部72は、入力電圧Viaが所定の電圧値(初期電圧値)になるような最初の指示をPVコンバータ6aに送信する。
Next, the control to the
続いて、PVコンバータ6aの構成について図8を用いて説明する。PVコンバータ6aは、出力電圧Voaを検出する電圧検出手段61と、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)を検出する入力電圧検出手段65と、電圧検出手段61の検出電圧V5と入力電圧検出手段65から出力される電圧V8aとに応じてオンデューティ幅が設定されたパルス幅変調信号S2を生成するスイッチング制御手段62と、スイッチング制御手段62からのパルス幅変調信号S2のオンデューティ幅に応じてオンオフ動作するスイッチング素子630を有するDC/DCコンバータ63と、制御部72(図1参照)の制御によって入力電圧Viaの大きさを調整する調整手段64aとを備えている。なお、電圧検出手段61、スイッチング制御手段62およびDC/DCコンバータ63の構成は、それぞれ第2の電源機器6b,6cの電圧検出手段61、スイッチング制御手段63およびDC/DCコンバータ63(図4参照)と同様である。
Next, the configuration of the
入力電圧検出手段65は、直列接続の2つの抵抗器650,651と、抵抗器650,651による分割電圧が入力される電圧ホロア652と、電圧ホロア652の出力電圧が入力される反転増幅回路653とを備えており、入力電圧Viaを検出する。
The input voltage detection means 65 includes two
調整手段64aは、制御部72(図1参照)から指示(命令)を取得するCPU644と、CPU644の出力電圧V6aを分割する2つの抵抗器641,642と、抵抗器641,642による分割電圧が入力される非反転増幅回路643と、切替スイッチ645とを備えている。
The adjusting means 64a includes a
調整手段64aは、制御部72からの指示をCPU644が取得する。調整手段64aは、制御部72からの指示に基づいて、太陽電池161の出力電圧(PVコンバータ6aの入力電圧Via)が大きくなるとPVコンバータ6aの出力電圧Voaが単調に大きくなる入力電圧−出力電圧特性をシフトする。
In the
CPU644では、電源供給装置3の動作中において、つまり電源供給装置3による直流機器102への電力供給時において、制御部72からの指示に基づいて、出力電圧Voaの大きさを変動するための制御が行われる。
The
ところで、太陽電池161において最大出力電力となるときの電圧である最適電圧Vmは、理想的にはリアルタイムで検出するのが望ましい。しかしながら、最適電圧Vmをリアルタイムで検出するには複雑な処理が必要である。そこで、本実施形態では、CPU644は、予め知られている開放電圧Vocに対する所望の割合の電圧を最適電圧Vm(=γVoc、0<γ<1)に設定する(例えば開放電圧Vocの0.8倍(γ=0.8)を最適電圧Vmとする)。CPU644は、制御部72からの指示に応じて入力電圧−出力電圧特性をシフトする際に、PVコンバータ6aの出力電圧Voaが第1の電源機器5の出力電圧Vo1に合わせ込まれたときの太陽電池161の出力電圧を、最適電圧Vm以上開放電圧Voc未満の範囲(調整可能範囲)で調整する。なお、調整可能範囲の下限は、最適電圧Vmであってもよいし、余裕を持たせて最適電圧Vmより少し大きい電圧であってもよい。また、調整可能範囲の上限も開放電圧Vocであってもよいし、余裕を持たせて開放電圧Vocより少し小さい電圧であってもよい。つまり、調整可能範囲は、最適電圧Vm以上開放電圧Voc未満の範囲で適宜設定できる。
By the way, the optimum voltage Vm, which is the voltage at the maximum output power in the
CPU644は、制御部72から入力電圧Viaを大きくするという指示を取得した場合、出力電圧V6aを現状よりも小さくする。一方、入力電圧Viaを小さくするという指示を受け取った場合、CPU644は、出力電圧V6aを現状よりも大きくする。非反転増幅回路643の出力電圧V7aは、CPU644の出力電圧V6aが大きくなるにつれて大きくなっていき、CPU644の出力電圧V6aが小さくなるにつれて小さくなっていく。
When the
入力電圧検出手段65には、差動増幅回路653と抵抗器654との間に差動増幅回路655が挿入されている。差動増幅回路655は、非反転増幅回路643の出力電圧V7aと切替スイッチ645の出力側の電圧V9との差分電圧(V7a−V9)に比例した電圧V8a(=β(V7a−V9)(β>0))をスイッチングIC620に出力する。したがって、検出電圧V4a(電圧V9)が同じ大きさであっても、制御部72からの指示に対応する出力電圧V6aおよび出力電圧V7aが大きくなった場合、スイッチングIC620に出力される電圧V8aも大きくなる。逆に、出力電圧V6aおよび出力電圧V7aが小さくなった場合、スイッチングIC620に出力される電圧V8aも小さくなる。なお、βの大きさは、後述のスイッチングIC620において、電圧V8aが検出電圧V5と演算できるように設定される。
In the input voltage detection means 65, a
PVコンバータ6aのスイッチングIC620の機能は、電圧V8aと検出電圧V5との差分電圧(V8a−V5)つまり電圧(βV7a−(V5+βV9))が一定となるようにオンデューティ幅が設定(変更)されたパルス幅変調信号S2をスイッチング素子630に出力する。
The function of the switching
上記の動作により、入力電圧Viaがこれまでよりも小さくなると、検出電圧V4aおよび電圧V9がこれまでよりも大きくなり、電圧(βV7a−(V5+βV9))がこれまでよりも小さくなるが、電圧(βV7a−(V5+βV9))がこれまでと同じ大きさになるようにパルス幅変調信号S2のオンデューティ幅を狭く設定して昇圧を小さくすることによって、出力電圧Voa(検出電圧V5)をこれまでよりも小さくすることができる。一方、入力電圧Viaがこれまでよりも大きくなると、検出電圧V4aおよび電圧V9がこれまでよりも小さくなり、電圧(βV7a−(V5+βV9))がこれまでよりも大きくなるが、電圧(βV7a−(V5+βV9))がこれまでと同じ大きさになるようにパルス幅変調信号S2のオンデューティ幅を広く設定して昇圧を大きくすることによって、出力電圧Voa(検出電圧V5)をこれまでよりも大きくすることができる。 With the above operation, when the input voltage Via becomes smaller than before, the detection voltage V4a and the voltage V9 become larger than before, and the voltage (βV7a− (V5 + βV9)) becomes smaller than before, but the voltage (βV7a − (V5 + βV9)) is set to the same magnitude as before, the on-duty width of the pulse width modulation signal S2 is set narrow and the step-up is reduced, so that the output voltage Voa (detection voltage V5) is lower than before. Can be small. On the other hand, when the input voltage Via becomes larger than before, the detection voltage V4a and the voltage V9 become smaller than before, and the voltage (βV7a− (V5 + βV9)) becomes larger than before, but the voltage (βV7a− (V5 + βV9). )) To increase the output voltage Voa (detection voltage V5) by increasing the on-duty width of the pulse width modulation signal S2 and increasing the voltage so that it is the same as before. Can do.
よって、このような構成のPVコンバータ6aは、電圧(βV7a−(V5+βV9))を一定とすることによって、図9に示すように、入力電圧Viaが大きくなると出力電圧Voaが単調(直線上)に大きくなる出力電圧特性(Voa=αVia+V0である特性)から外れないようにフィードバック制御を行うことができる。
Therefore, the
このような出力電圧特性を持つPVコンバータ6aは、第1の電源機器5とともに用いられた交点を持つ状態において、出力電圧Voaが第1の電源機器5の出力電圧Vo1に合わせ込まれ、出力電圧Voaが出力電圧Vo1に合わせ込まれたときの出力電流Ioaを出力する。
In the
ここで、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)が増加した場合、出力電圧Voaは、図11の入力電圧−出力電圧特性にしたがって変動し、一時的に定電圧よりも大きくなる(図11の(A))。出力電圧Voaが定電圧よりも大きくなると、出力電流Ioaは大きくなり、その結果、太陽電池161の出力電力が不足するため、太陽電池161の出力電力が大きくなるように太陽電池161の出力電圧つまり入力電圧Viaは小さくなる(図11の(B))。入力電圧Viaが小さくなって検出電圧V4aおよび電圧V9が大きくなると、電圧(βV7a−(V5+βV9))が小さくなることにより、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅が狭くなり、出力電圧Voa(検出電圧V5)は小さくなる(図11の(C))。これにより、出力電圧Voaは出力電圧Vo1に合わせ込まれ、入力電圧Viaは元の大きさに戻る。
Here, when the input voltage Via (the output voltage of the solar cell 161) increases, the output voltage Voa varies according to the input voltage-output voltage characteristic of FIG. 11 and temporarily becomes larger than the constant voltage (FIG. 11). (A)). When the output voltage Voa becomes larger than the constant voltage, the output current Ioa increases, and as a result, the output power of the
一方、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)が減少した場合、出力電圧Voaは、図11の入力電圧−出力電圧特性にしたがって変動し、一時的に定電圧よりも小さくなる(図11の(D))。出力電圧Voaが定電圧よりも小さくなると、出力電流Ioaは小さくなり、その結果、太陽電池161が過剰供給になるため、太陽電池161の出力電力が小さくなるように太陽電池161の出力電圧つまり入力電圧Viaは大きくなる(図11の(E))。入力電圧Viaが大きくなって検出電圧V4aおよび電圧V9が小さくなると、電圧(βV7a−(V5+βV9))が大きくなることにより、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅が広くなり、出力電圧Voa(検出電圧V5)は大きくなる(図10の(F))。これにより、出力電圧Voaは出力電圧Vo1に合わせ込まれ、入力電圧Viaは元の大きさに戻る。
On the other hand, when the input voltage Via (the output voltage of the solar cell 161) decreases, the output voltage Voa varies according to the input voltage-output voltage characteristics of FIG. 11 and temporarily becomes smaller than the constant voltage (in FIG. 11). (D)). When the output voltage Voa becomes smaller than the constant voltage, the output current Ioa becomes small. As a result, the
続いて、このようなPVコンバータ6aに対して、直流機器102側の総使用電流(負荷電流IL)が大きくなり、出力電圧Voa(検出電圧V5)が一定のもとで、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)を小さくする指示が制御部72からあった場合について図12を用いて説明する。まず、上記指示があると、出力電圧V7aおよび電圧V8a(=β(V7a−V9))が大きくなる。このとき、電圧(βV7a−(V5+βV9))が大きくなるので、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅は広くなり、出力電圧Voaは一時的に出力電圧Vo1より大きくなる(図12の(A))。この動作は、PVコンバータ6aの出力電圧Voaに所定電圧を加算することに相当する。出力電圧Voaが大きくなると、出力電流Ioaも大きくなり、PVコンバータ6aの出力電力が大きくなるが、このままでは電力不足となるため、太陽電池161の出力電力が大きくなるように太陽電池161の出力電圧つまり入力電圧Viaが小さくなる(図12の(B))。入力電圧Viaが小さくなって検出電圧V4aおよび電圧V9が大きくなると、電圧(βV7a−(V5+βV9))は小さくなるので、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅は狭くなる。その結果、出力電圧Voaは小さくなる(図12の(C))。上記の動作を繰り返した後、出力電圧Voaは出力電圧Vo1になる。これにより、PVコンバータ6aは、入力電圧Viaが指示に応じて減少するようにPVコンバータ6aの入力電圧−出力電圧特性をシフトしたことになり、指示通りの入力電圧Viaつまり太陽電池161の出力電圧になる。
Subsequently, with respect to such a
これに対して、負荷電流ILが小さくなり、出力電圧Voa(検出電圧V5)が一定のもとで、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)を大きくする指示が制御部72からあった場合、出力電圧V7aおよび電圧V8a(=β(V7a−V9))が小さくなる。このとき、電圧(βV7a−(V5+βV9))が小さくなるので、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅は狭くなり、出力電圧Voaは一時的に出力電圧Vo1より小さくなる(図12の(D))。この動作は、PVコンバータ6aの出力電圧Voaに所定電圧を減算することに相当する。出力電圧Voaが小さくなると、出力電流Ioaも小さくなり、PVコンバータ6aの出力電力が小さくなるが、このままでは過剰供給になるため、太陽電池161の出力電力が小さくなるように太陽電池161の出力電圧つまり入力電圧Viaが大きくなる(図12の(E))。入力電圧Viaが大きくなって検出電圧V4aおよび電圧V9が小さくなると、電圧(βV7a−(V5+βV9))は大きくなるので、パルス幅変調信号S2のオンデューティ幅は広くなる。その結果、出力電圧Voaは大きくなる(図12の(F))。上記の動作を繰り返した後、出力電圧Voaは出力電圧Vo1になる。これにより、PVコンバータ6aは、入力電圧Viaが指示通りに増加するようにPVコンバータ6aの入力電圧−出力電圧特性をシフトしたことになり、指示通りの入力電圧Viaつまり太陽電池161の出力電圧になる。
In contrast, the load current I L decreases, the output voltage Voa (detection voltage V5) is constant under the increasing instruction (output voltage of the solar cell 161) the input voltage Via had from the
上記より、負荷電流ILが変化したときに、PVコンバータ6aにおいて、制御部72からの指示に基づいて、図12に示すように、出力電圧Voaが第1の電源機器5の出力電圧Vo1に合わせ込まれたときの出力電流Ioaが目標値に近づくように、入力電圧−出力電圧特性をシフトすることができる。シフトさせた後においても、電源供給装置3は、PVコンバータ6aの出力電圧Voaが第1の電源機器5の出力電圧Vo1に合わせ込まれることで、上記出力電圧Voaを定電圧に保つことができる。その結果、直流機器102への電力供給を安定に行うことができる。
From the above, when the load current I L is changed, the
また、PVコンバータ6aにおいて、入力電圧Viaが大きくなるにつれて単調に出力電圧Voaが大きくなる関係を、第1の電源機器5の構成から部品点数をほとんど増やすことなく、容易に実現することができる。
Further, in the
ところで、PVコンバータ6aの調整手段64aは、図16に示すように、入力電圧−出力電圧特性においてPVコンバータ6aの出力電圧Voaの上限値を設定することもできる。図8に示す切替スイッチ645は、CPU644の制御によって、差動増幅回路655に入力される電圧V9を切り替えている。切替スイッチ645が接地側から差動増幅回路653側に切り替わると、電圧V9は、入力電圧Viaの電圧値を示す検出電圧V4aになるため、結果的にPVコンバータ6aの入力電圧−出力電圧特性は、図16に示す第1の特性L1に切り替わる。一方、切替スイッチ645が差動増幅回路653側から接地側に切り替わると、電圧V9は、入力電圧Viaの大きさに関係なく常に一定になるため、PVコンバータ6aの入力電圧−出力電圧特性は、図16に示す第2の特性L2に切り替わる。CPU644は、電圧検出手段61の検出結果を取得し、出力電圧Voaが予め設定された閾値電圧V’より小さい場合、切替スイッチ645が差動増幅回路653側になるように制御する。これに対して、出力電圧Voaが閾値電圧V’に到達すると、CPU644は、切替スイッチ645を差動増幅回路653側から接地側に切り替えるように制御する。さらに、第2の特性L2の出力電圧Voaは、第1の電源機器5の出力電圧Vo1に比べて少し高い。上記より、負荷電流ILが小さくなり、出力電流Ioaが小さくなっても、少しの電圧上昇で抑えることができる。
By the way, as shown in FIG. 16, the adjusting means 64a of the
また、図8に示すように、CPU644には、太陽電池161の温度を検出する温度検出手段8が接続されている。温度検出手段8は、太陽電池161の温度によって抵抗値が変動する感温素子80と、感温素子80に直列に接続される抵抗器81とを備えている。CPU644には、温度検出手段8の検出結果つまり太陽電池161の温度情報として、検出電圧V10が入力される。CPU644は、検出電圧V10の電圧値に応じて出力電圧V6aを補正する。つまり、CPU644は、温度検出手段8の検出結果に応じて、PVコンバータ6aの入力電圧−出力電圧特性のシフト量を補正する。
As shown in FIG. 8, the temperature detection means 8 for detecting the temperature of the
次に、本実施形態に係る電源供給装置3におけるPVコンバータ6aに関連する動作について図13を用いて説明する。まず、監視装置7の負荷電流検出部70が負荷電流ILの電流値I0を検出する(図13のS1)。このとき、PVコンバータ6aの出力電流Ioaの目標値を設定する(S2)。続いて、制御部72が、PVコンバータ6aの動作を開始させるための最初の指示をPVコンバータ6aに送信する(S3)。調整手段64aのCPU644は、制御部72から最初の指示を受け取ると、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)を、指示に対応する初期電圧値Vpに設定する(S4)。その後、調整手段64aは、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)が初期電圧値VpのときにPVコンバータ6aの出力電圧Voaが定電圧Vo1になるように、PVコンバータ6aの入力電圧−出力電圧特性をシフトする(S5)。PVコンバータ6aから電流が出力される(S6)。その後、制御部72は、出力電流検出部71の検出結果を用いて、出力電流Ioaが目標値であるか否かを検出する(S7)。出力電流Ioaが目標値より小さい場合、入力電圧Viaを変更可能であれば(S8)、制御部72は、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)を現状より小さくするための指示をCPU644に送信する。一方、出力電流検出部71の検出結果により、出力電流Ioaが目標値より大きい場合、制御部72は、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)を現状より高くするための指示をCPU644に送信する。PVコンバータ6aにおいて入力電圧Viaが変更される(S9)。上記のようにしても、出力電流Ioaが目標値にならなかった場合、目標値と現状の電流値との差分は、第1の電源機器5やBATコンバータ6b、FCコンバータ6cからの電流出力で補う(S10)。
Next, operations related to the
電源供給装置3は、ステップS1からステップS10までの動作を定期的(予め設定された時間間隔)に行えば、負荷電流ILの大きさが変動した場合であっても、変動に対応した太陽電池161の出力電圧の設定を行うことができる。予め設定された時間間隔は、負荷追従を満足する時間間隔(例えば数ミリ秒間)である。なお、電源供給装置3は、ステップS1からステップS10までの動作を、予め設定された時間間隔以外に行ってもよい。
Solar
次に、本実施形態に係る電源供給装置3において、太陽電池161の出力電圧を電圧値Vpに設定した後の出力について図14を用いて説明する。ここでは、太陽電池161の出力電力が負荷電力より小さく、太陽電池161だけでは不足するので、不足分を商用電源ACで補う場合について説明する。
Next, in the
まず、図14の(1)のように太陽電池161の供給能力が大きい場合、太陽電池161の出力電力W1は、PVコンバータ6aの出力電力と等しく、(定電圧値Vo1)×(PVコンバータ6aの出力電流Ioaの電流値I1)となる。その後、図14の(2)のように太陽電池161の供給能力が減少した場合、このままでは出力電流Ioaが小さくなる。しかし、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)は既に下限値であるため、指示を送信することができない。太陽電池161の出力電力W2は、(定電圧値Vo1)×(出力電流Ioaの電流値I2)となり、PVコンバータ6aの出力電流IoaはI1からI2へと小さくなる。太陽電池161の出力電圧Vpは最適電圧Vmと開放電圧Vocとの間に設定されたままであるので、太陽電池161は出力ダウンすることがない。その後、図14の(3)のように太陽電池161の供給能力がさらに減少した場合、太陽電池161の出力電力W3は、(定電圧値Vo1)×(出力電流Ioaの電流値I3)となり、PVコンバータ6aの出力電流Ioaはさらに小さくなる。太陽電池161の出力電圧Vpは最適電圧Vmと開放電圧Vocとの間に設定されたままであるので、太陽電池161は出力ダウンすることがない。
First, when the supply capacity of the
なお、図14の(3)→(2)→(1)のように太陽電池161の供給能力が大きくなっていく場合についても、上述と同様であり、太陽電池161の出力電圧Vpが最適電圧Vmと開放電圧Vocとの間に設定されたままであるので、太陽電池161は出力ダウンすることがない。
Note that the case where the supply capacity of the
続いて、太陽電池161の出力電力が負荷電力より大きく、負荷電力をすべて太陽電池161でまかなう場合について図15を用いて説明する。太陽電池161の出力電圧は、最初、電圧値Vp1に設定されている。
Next, a case where the output power of the
まず、図15の(1)のように太陽電池161の供給能力が大きい場合、太陽電池161の出力電力W0は、(定電圧Vo1)×(PVコンバータ6aの出力電流Ioaの電流値I1)となる。その後、図15の(2)のように太陽電池161の供給能力が減少した場合、このまま(太陽電池161の出力電圧がVp2のまま)では出力電流Ioaが小さくなるため、制御部72は、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)を小さくするための指示をPVコンバータ6aに送信する。PVコンバータ6aのCPU644は、太陽電池161の出力電圧をVp1からVp2に小さくして、太陽電池161の出力電力をW0に一定にする。これにより、太陽電池161の供給能力が減少しても太陽電池161の出力電力は一定となり、その結果、出力電流Ioaも一定となる。その後、図15の(3)のように太陽電池161の供給能力がさらに減少した場合、このままでは出力電流Ioaが小さくなるため、制御部72は、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)を小さくするための指示をPVコンバータ6aに送信する。CPU644は、太陽電池161の出力電圧をVp2からVp3に小さくして、太陽電池161の出力電力をW0に一定にする。これにより、太陽電池161の供給能力が減少しても太陽電池161の出力電力は一定となり、その結果、出力電流Ioaも一定となる。その後、図15の(4)のように太陽電池161の供給能力がさらに減少した場合、このままでは出力電流Ioaが小さくなる。しかし、入力電圧Via(太陽電池161の出力電圧)は下限値であるため、指示を送信することができない。したがって、太陽電池161の出力電力が負荷電力より小さくなるため、太陽電池161の出力電力W4は、W0より小さくなり、その結果、PVコンバータ6aの出力電流Ioaも小さくなる。この場合、負荷電力の不足分は、商用電源ACで補充される。上述の動作において、太陽電池161の出力電圧Vp1,Vp2,Vp3が最適電圧Vmと開放電圧Vocとの間に設定されているので、太陽電池161は出力ダウンすることがない。
First, when the supply capacity of the
なお、図15の(4)→(3)→(2)→(1)のように太陽電池161の供給能力が大きくなっていく場合についても、上述と同様であり、太陽電池161の出力電圧が最適電圧Vmと開放電圧Vocとの間に設定されているので、太陽電池161が出力ダウンすることはない。
The case where the supply capacity of the
以上、本実施形態によれば、太陽電池161の出力電圧が最大出力電力となる電圧より常に大きいので、太陽電池161の出力ダウンを防止しながら、PVコンバータ6aから電流出力させることができる。残りの必要電力は、第1の電源機器5やBATコンバータ6b、FCコンバータ6cから供給することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the output voltage of the
また、本実施形態によれば、PVコンバータ6aの出力電圧Voaの上限値が設定されていることによって、負荷電流ILが急激に変化した場合に、PVコンバータ6aの出力電圧Voaが一時的に増加する量を抑制することができる。
Further, according to this embodiment, by the upper limit value of the output voltage Voa of the
さらに、本実施形態によれば、太陽電池161の温度特性の影響を低減することができるので、太陽電池161の温度が変動してもPVコンバータ6aの動作を安定にすることができる。
Furthermore, according to this embodiment, since the influence of the temperature characteristic of the
また、本実施形態によれば、出力電流検出部71で検出されたPVコンバータ6aの出力電流Ioaが目標値となった場合に、制御部72がPVコンバータ6aへの指示の送信を停止することによって、無駄な制御をなくすことができる。
Further, according to the present embodiment, when the output current Ioa of the
なお、本実施形態では、PVコンバータ6aの入力電圧−出力電圧特性を図9に示すようにシフトさせているが、本実施形態の変形例として、PVコンバータ6aの入力電圧−出力電圧特性を図17に示すように変化させてもよい。
In the present embodiment, the input voltage-output voltage characteristic of the
102 直流機器(負荷機器)
161 太陽電池
3 電源供給装置
4 複数台の電源機器
5 第1の電源機器(定電圧電源機器)
6 第2の電源機器
6a PVコンバータ(太陽電池用電源機器)
64,64a 調整手段
7 監視装置
71 出力電流検出部(出力電流検出手段)
72 制御部(制御手段)
8 温度検出手段
102 DC equipment (load equipment)
161
6 Second
64, 64a Adjustment means 7
72 Control unit (control means)
8 Temperature detection means
Claims (4)
太陽電池を入力電源とし前記定電圧電源機器と並列運転して直流電力を負荷機器に出力する太陽電池用電源機器と、
前記太陽電池用電源機器の出力電圧が前記定電圧電源機器の出力電圧に合わせ込まれたときの当該太陽電池用電源機器の出力電流を検出する出力電流検出手段と、
前記太陽電池用電源機器の出力電流の目標値を設定する制御手段とを備え、
前記太陽電池用電源機器は、前記太陽電池の出力電圧が大きくなると当該太陽電池用電源機器の出力電圧が単調に大きくなる出力電圧特性をシフトする調整手段を有し、
前記制御手段は、前記出力電流検出手段で検出された前記出力電流が前記目標値に近づくように前記出力電圧特性をシフトさせるための指示を前記調整手段に送信し、
前記調整手段は、前記指示に応じて前記出力電圧特性をシフトする際に、前記太陽電池用電源機器の出力電圧が前記定電圧電源機器の出力電圧に合わせ込まれたときの前記太陽電池の出力電圧を、当該太陽電池が最大出力電力となる電圧以上開放電圧未満の範囲で調整する
ことを特徴とする電源供給装置。 A constant voltage power supply device that uses a DC voltage as a constant voltage regardless of the magnitude of the output current;
A solar cell power supply device that operates in parallel with the constant voltage power supply device using a solar cell as an input power source and outputs DC power to a load device;
Output current detection means for detecting the output current of the solar cell power supply device when the output voltage of the solar cell power supply device is matched with the output voltage of the constant voltage power supply device;
Control means for setting a target value of the output current of the power supply device for solar cells,
The solar cell power supply device has an adjusting means for shifting output voltage characteristics in which the output voltage of the solar cell power supply device increases monotonously when the output voltage of the solar cell increases,
The control means transmits an instruction for shifting the output voltage characteristic so that the output current detected by the output current detection means approaches the target value, to the adjustment means,
The adjusting means outputs the solar cell when the output voltage of the solar cell power supply device is adjusted to the output voltage of the constant voltage power supply device when shifting the output voltage characteristic according to the instruction. The power supply device, wherein the voltage is adjusted in a range from the voltage at which the solar cell is the maximum output power to the voltage greater than the open circuit voltage.
前記調整手段は、前記温度検出手段の検出結果に応じて前記出力電圧特性のシフト量を補正する
ことを特徴とする請求項1または2記載の電源供給装置。 Temperature detecting means for detecting the temperature of the solar cell,
The power supply apparatus according to claim 1, wherein the adjustment unit corrects a shift amount of the output voltage characteristic according to a detection result of the temperature detection unit.
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