JP5326436B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

この発明は、人工衛星に搭載され、日照中は太陽電池の発生電力またはバッテリの電力を人工衛星の負荷に供給するとともにバッテリに充電を行い、日陰中はバッテリの電力を人工衛星の負荷に供給する電源装置に関するものである。

従来、日照中に太陽電池の発生電力を人工衛星の負荷へ供給するとともに、シャント装置を用いて、太陽電池の余剰電力をシャントすることにより、人工衛星のバス電圧を制御するとともに、太陽電池の余剰電力の一部をバッテリに太陽電池から直接スイッチを介して充電する電源装置が知られている（例えば、非特許文献1参照）。

A Capel, P Perol：Comparative performance evaluation between the S4R and the S3R regulated bus topologies IEEE PESC 2001 fig.8

バッテリの電力拡張を行う際、バッテリ容量を増加させても電力が足りない場合に、複数台のバッテリを負荷に接続することとなる。この場合、従来のバッテリ装置では、任意のバッテリが１セル故障を起こしたときに、当該バッテリの電圧が下がることによって当該バッテリが使用できなくなるばかりでなく、当該バッテリに接続された太陽電池の電力を有効に使用できなくなるという問題があった。

この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、任意のバッテリの１セルが短絡故障もしくは開放故障を起こした場合であっても、バッテリの１セル故障に対して全てのバッテリの電力が使用できるようにした電源装置を得ることを目的とする。

この発明による電源装置は、複数のバッテリセルが直列に接続されて構成されるとともに、シャント装置を介して太陽電池から供給される余剰電力の一部を充電し、充電した電力を負荷に供給する複数台のバッテリと、上記バッテリを構成するバッテリセルの故障に応じてコマンドを生成するコマンド生成回路と、上記コマンド生成回路により生成されたコマンドに基づいて、上記故障したバッテリセルをバイパスさせるスイッチ回路とを備えたものである。

また、複数のバッテリセルが直列に接続されて構成されるとともに、シャント装置を介して太陽電池から供給される余剰電力の一部を充電し、充電した電力を負荷に供給する複数台のバッテリと、上記バッテリを構成するバッテリセルの故障に応じてコマンドを生成するコマンド生成回路と、上記コマンド生成回路により生成されたコマンドに基づいて作動するスイッチ回路を備え、上記スイッチ回路は、上記故障したセルが開放故障の場合に、上記故障したバッテリセルの両端の電極間をバイパスして接続するとともに、当該故障したバッテリセルを含まない他の全てのバッテリについても、故障したバッテリセル数と同数のバッテリセルについて両端の電極間をバイパスして接続し、上記故障したバッテリセルが短絡故障の場合に、上記故障したバッテリセルを含まない他の全てのバッテリについて、故障したバッテリセル数と同数のバッテリセルについて両端の電極間をバイパスして接続するものであっても良い。

この発明によれば、任意のバッテリのバッテリセルが故障しても、故障したバッテリのバッテリセルをバイパスするかもしくは故障していないバッテリのバッテリセル数を減じることにより、日陰時に故障したバッテリセルを有するバッテリから放電できるようにすることができる。

実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。
図１はこの実施の形態１による電源装置の構成を示す図である。図において、この実施の形態１による電源装置は、複数個の太陽電池１と、ｎ個（ｎは２以上の整数）のシャント回路２（２−１、２−ｎ）、ｐ×ｍ個（ｐ、ｍは２以上の整数）のシャント回路３（３−１、３−ｐ、・・・、３−ｍ１、３−ｍｐ）と、ｍ個（ｍは２以上の整数）のバッテリ１５（１５−１、・・・、１５−ｍ）と、コマンド生成回路３０（３０−１、・・・、３０−ｍ）と、キャパシタ１９と、負荷２０から構成される。各太陽電池１は負荷２０に対して並列に接続されている。なお、図において、太陽電池が６つ、シャント回路２が２つ、シャント回路３が４つ、バッテリ１５が２つの例を図示しているが、それぞれの個数についてはこの例に限られることはなく、より多数設けても良く、また冗長系を構成しても良い。

この実施の形態１による電源装置は人工衛星に搭載され、日照中は太陽電池１の発生電力またはバッテリ１５の電力を人工衛星の負荷２０に供給するとともに、バッテリ１５に充電を行い、日陰中はバッテリ１５の電力を人工衛星の負荷２０に供給する。

シャント回路２−１、２−ｎはそれぞれ太陽電池１に接続されるとともに、負荷２０に対して並列に接続される。シャント回路２−１、２−ｎと負荷２０の間には、グランドに接地されたキャパシタ１９が接続されている。各シャント回路２−１、２−ｎは、各シャントスイッチ４−１、４−ｎが設けられている。シャント回路２−１、２−ｎは、各シャントスイッチ４−１、４−ｎの後段に、それぞれ逆流防止用のブロッキングダイオード５−１、５−ｎが設けられている。

シャント回路３−１、３−ｐはそれぞれ太陽電池１に接続されるとともに、負荷２０に対して並列に接続される。シャント回路３−１、３−ｐと負荷２０の間には、バッテリ１５−１用のバッテリ用放電ダイオード１４−１が設けられている。また、バッテリ用放電ダイオード１４−１と負荷２０との間にグランドに接地されたキャパシタ１９が接続されている。各シャント回路３−１、３−ｐは、各シャントスイッチ６−１、６−ｐが設けられている。各シャント回路３−１、３−ｐは、各シャントスイッチ６−１、６−ｐの後段に、それぞれ逆流防止用のブロッキングダイオード７−１、７−ｐが設けられている。

同様にして、他のシャント回路３−ｍ１、３−ｍｐはそれぞれ太陽電池１に接続されるとともに、負荷２０に対して並列に接続される。シャント回路３−ｍ１、３−ｍｐと負荷２０の間には、バッテリ１５−ｍ用のバッテリ用放電ダイオード１４−ｍが設けられている。また、バッテリ用放電ダイオード１４−ｍと負荷２０との間にグランドに接地されたキャパシタ１９が接続されている。各シャント回路３−ｍ１、３−ｍｐは、各シャントスイッチ１６−１、１６−ｐが設けられている。各シャント回路３−ｍ１、３−ｍｐは、各シャントスイッチ１６−１、１６−ｐの後段に、それぞれ逆流防止用のブロッキングダイオード１７−１、１７−ｐが設けられている。

各シャント回路２−１、２−ｎ、３−１、３−ｐ、３−ｍ１、３−ｍｐは、各シャントスイッチ４−１、４−ｎ、６−１、６−ｐ、１６−１、１６−ｐによって日照中に太陽電池１で発生した電力の余剰電力を制御し、負荷２０へ所望電力を供給する。

各シャント回路３−１、３−ｐ、３−ｍ１、３−ｍｐについては、日照中に各シャントスイッチにより制御される太陽電池１の余剰電力を用いて、各バッテリ１５−１、１５−ｍに対して充電を行うことができる。各シャント回路３−１、３−ｐは、各シャントスイッチ６−１、６−ｐとブロッキングダイオード７−１、７−ｐのアノードの間から分岐する充電回路が設けられている。この充電回路は、１つもしくは複数のスイッチが直列に接続されて成る充電スイッチ８−１、８−ｐと、バッテリ１５−１から構成される。充電スイッチ８−１、８−ｐは並列に接続されて、バッテリ１５−１に接続される。
また、各シャント回路３−ｍ１、３−ｍｐは、各シャントスイッチ１６−１、１６−ｐとブロッキングダイオード１７−１、１７−ｐのアノードの間から分岐する充電回路が設けられている。この充電回路は、１つもしくは複数のスイッチが直列に接続されて成る充電スイッチ１８−１、１８−ｐと、バッテリ１５−ｍから構成される。充電スイッチ１８−１、１８−ｐは並列に接続されて、バッテリ１５−ｍに接続される。このように構成することで、日照中に太陽電池１から発生した余剰電力を、複数個（ｍ個）のバッテリにそれぞれ充電することができる。
なお、シャント回路２−１、２−ｎには、充電回路が設けられていない。

日陰時には、バッテリ１５−１からバッテリ１５−ｍに蓄積された電力を放電し、バッテリ用放電ダイオード１４−１からバッテリ用放電ダイオード１４−ｍを経由して、負荷２０に所望の電力を供給する。コマンド生成回路３０−１からコマンド生成回路３０−ｍは、バッテリ１５−１からバッテリ１５−ｍの各バッテリセル電圧または各バッテリ電圧をモニタする電圧モニタ回路が設けられている。
コマンド生成回路３０−１からコマンド生成回路３０−ｍは、それぞれの電圧モニタ回路でモニタしたバッテリセル電圧またはバッテリ電圧からバッテリモニタ用テレメトリＳ１を生成し、テレメトリ通信装置（図示せず）を介して、地球に設けられた衛星通信用基地局（以下、地上局）に対し生成したバッテリモニタ用テレメトリＳ１を送信している。地上局の衛星運用オペレータは、各バッテリ１５−１から１５−ｍについてのバッテリ電圧もしくはバッテリセル電圧をモニタする。

地上局の衛星運用オペレータは、このモニタ結果に基づいて、例えばモニタしたバッテリセル電圧が所定の閾値以上であり、バッテリ電圧が正常の範囲内にないことなどをバッテリ開放故障の経験データに照らし合わせて総合的に判断し、開放故障を起こした異常バッテリセルの発生を検知し、開放故障の発生したバッテリセルを特定する。
また、地上局の衛星運用オペレータは、モニタしたバッテリセル電圧が所定の閾値以下であり、バッテリ電圧が正常の範囲内にないことなどをバッテリ短絡故障の経験データに照らし合わせて総合的に判断し、短絡故障を起こした異常バッテリセルであると判断する。または、バッテリ電圧が正常の範囲内にないことを総合的に判断して、短絡故障を起こした異常バッテリセルの発生を検知し、短絡故障の発生したバッテリセルを特定する。

地上局の衛星運用オペレータは、バッテリ１５−１からバッテリ１５−ｍの各バッテリセル電圧または各バッテリ電圧のモニタ結果に基づいて、バッテリセルの故障を検知すると故障したバッテリセルを特定して、後述するように故障内容（例えば、開放故障または短絡故障）に基づいて制御コマンドＣ１を生成し、衛星コマンド通信装置（図示せず）を介して、人工衛星内のバイパス接続の必要なバッテリセルに対応する全てのコマンド生成回路３０−１〜３０−ｍに対して、制御コマンドＣ１を送信する。制御コマンドＣ１は、特定のバッテリセルを指定してバイパス接続（特定のバッテリセルを迂回させる接続）を行うためのコマンドであり、バイパス接続を行うバッテリセルを指定するためのバッテリセル指定情報を備えている。
各コマンド生成回路３０（３０−１から３０−ｍ）は、それぞれ制御コマンドＣ１を受けると、制御コマンドＣ１により指定されたバッテリセル指定情報に基づいて、特定のバッテリセルをバイパスする切り換え接続を行うためのバッテリ制御コマンドを生成する。

図２、図３は、この実施の形態１によるバッテリ１５−１、１５−ｍおよびコマンド生成回路３０−１、３０−ｍの構成を示す図である。
図２において、バッテリ１５−１は、直列に接続された複数個のバッテリセル２２と、各バッテリセル２２の間にそれぞれ接続された２接点スイッチ２１とから構成される。また、バイパス線路４０は、各バッテリセル２２と並列に設けられており、２接点スイッチ２１によりバッテリセル２２との接続が切り換る。すなわち、２接点スイッチ２１がバッテリセル２２の電極に接続されると、バッテリセル２２が通電状態となる（接続Ａ）。一方で、２接点スイッチ２１がバイパス線路４０の線路端に接続されると、バッテリセル２２が非通電となり、バッテリセル２２の正負両電極間がバイパス線路４０によりバイパスして接続される（接続Ｂ）。
コマンド生成回路３０−１は、地上局からの制御コマンドＣ１を受けると、制御コマンドＣ１に基づいてバッテリ制御コマンドを生成し、生成したバッテリ制御コマンドを特定の２接点スイッチ２１に送信し、特定の２接点スイッチ２１の接続を切り換える（接続Ａから接続Ｂの状態に切り換える）。

図３において、バッテリ１５−ｍは、直列に接続された複数個のバッテリセル３２と、各バッテリセル３２の間にそれぞれ接続された２接点スイッチ３１とから構成される。また、バイパス線路４１は、各バッテリセル３２と並列に設けられており、２接点スイッチ３１によりバッテリセル３２との接続が切り換る。すなわち、２接点スイッチ３１がバッテリセル３２の電極に接続されると、バッテリセル３２が通電状態となる（接続Ａ）。一方で、２接点スイッチ３１がバイパス線路４１の線路端に接続されると、バッテリセル３２が非通電となり、バッテリセル３２の正負両電極間がバイパス線路４１によりバイパスして接続される（接続Ｂ）。
コマンド生成回路３０−ｍは、制御コマンドＣ１を受けると、制御コマンドＣ１に基づいてバッテリ制御コマンドを生成し、生成したバッテリ制御コマンドを特定の２接点スイッチ３１に送信し、特定の２接点スイッチ３１の接続を切り換える（接続Ａから接続Ｂの状態に切り換える）。
このように、２接点スイッチ２１、３１のオンオフは、地上局から各バッテリ１５に対応したコマンド生成回路３０へ送信される制御コマンドＣ１に基づいて、コマンド生成回路３０が各バッテリセルに接続された２接点スイッチ２１、３１のオンオフを制御することで、故障バッテリセルを含む全てのバッテリの電圧を、他のバッテリの電圧と等しくなるように制御することができる。

次に、この実施の形態１による電源装置の動作について説明する。
この電源装置は、日照中に太陽電池１の発生電力を人工衛星の負荷２０へ供給するとともに、太陽電池１の余剰電力をシャント回路２、３を用いてシャントすることにより、人工衛星のバス電圧を制御する。また、スイッチ８、１８を介して太陽電池１を直接バッテリ１５に接続し、太陽電池１の余剰電力の一部を充電する。この電源装置では、バッテリの電力拡張を行うにあたり、バッテリを複数台接続している。

図４は、電源装置において、充電回路が無いシャント回路２−1から充電回路が無いシャント回路２−n、バッテリ１５−1用充電回路付きシャント回路３−1からバッテリ１５−m用充電回路付きシャント回路３−ｍ1、以降バッテリ１５−1用充電回路付きシャント回路１５−pからバッテリ１５−m用充電回路付きシャント回路３−ｍpまでの、バス電圧制御の配列を示す図である。図において、バス電圧制御の配列は、バッテリ１５−１用の充電回路付きのシャント回路３−pよりもバス電圧が高いところに、バッテリ１５−1を始めとするその他のバッテリのシャント回路が配列されている。図示しないバス電圧制御装置は、図４に示すバス電圧制御配列に基づいて、充電回路無しの各シャント回路２、充電回路付きの各シャント回路３を制御して、バス電圧の制御を行う。

ここで、図１〜図３において、例えばバッテリ１５−mの１つのバッテリセル３２（例えば３２−１）が1セル開放故障した場合を考える。
この場合、バッテリ１５−mを除く他のバッテリ（例えばバッテリ１５−１）からは放電できるものの、バッテリ１５−mからは放電できなくなる。このとき、図４に示すバス電圧制御の配列に基づいて、バッテリ１５−m用の充電回路付きのシャント回路３−ｍpの電力をバスへ供給する前に、バッテリ１５−1を始めとするその他のバッテリの電力をバスへ供給することとなる。
従来の電源装置のように各バッテリにおけるバッテリセルの接続を切り換え制御しない場合は、バッテリ１５−mに接続されたシャント回路の電力は充電もできず、またバスへその電力を供給することもできなくなる。

これに対し、この実施の形態１による電源装置では、コマンド生成回路３０（３０−１〜３０−ｍ）からのバッテリ制御コマンドにより動作する２接点スイッチ（２１、３１）を、バッテリ１５−1からバッテリ１５−mのそれぞれに対応して配置している。
このため、コマンド生成回路３０−ｍが外部装置から受信する制御コマンドＣ１に基づいて、コマンド生成回路３０−ｍが開放故障したバッテリセル３２−１に対応した２接点スイッチ３１−１にバッテリ制御コマンドを送信することで、２接点スイッチ３１−１の接続が切り換り、バッテリ１５−ｍの開放故障したバッテリセル３２−１をバイパスすることができる。
同時に、バッテリ１５−1を始めとするその他のバッテリについても、制御コマンドＣ１に基づいて、対応するコマンド生成回路３０からバッテリ制御コマンドが1つずつ送信される。これにより、２接点スイッチ３１の接続切り換えによって任意のバッテリセルを1セルずつバイパスし、全てのバッテリのバッテリセル数を均等にすることができるので、バッテリ１５−mからも日陰時に放電できるようにすることができる。

例えば、コマンド生成回路３０−ｍは電圧モニタ回路によりモニタした各バッテリセルのセル電圧およびバッテリ電圧を、テレメトリ通信装置（図示せず）を介して地上局に送信している。バッテリ１５−mのバッテリセル３２−１が1セル開放故障すると、地上局では、各バッテリセル電圧およびバッテリ電圧に基づいて、バッテリセル３２−１の電圧が所定の閾値よりも高くなったことなどを検出し、バッテリセル３２−１が開放故障を起こした異常バッテリセルであることが検知される。
この検知に応じて、地上局にてバッテリ１５−mのバッテリセル３２−１をバイパスさせるための制御コマンドＣ１を生成し、衛星コマンド通信装置（図示せず）を介して、生成した制御コマンドＣ１をコマンド生成回路３０−ｍに送信する。この制御コマンドＣ１には、バイパスを行うセルとしてバッテリセル３２−１を指定するためのバッテリセル指定情報が含まれている。
同時に、地上局にて他のバッテリ１５−１のバッテリセル２２−１をバイパスさせるための制御コマンドＣ１を生成し、衛星コマンド通信装置（図示せず）を介して、生成した制御コマンドＣ１をコマンド生成回路３０−１に送信する。この制御コマンドＣ１には、バイパスを行うセルとして例えばバッテリセル２２−１を指定するためのバッテリセル指定情報が含まれている。

コマンド生成回路３０−ｍは、地上局から受信した制御コマンドＣ１に基づき、バッテリ1５−ｍの異常バッテリセル３２−１に接続された２接点スイッチ３１−１について、バッテリセル３２−１との接続を切り、バイパス線路４１に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成する。
コマンド生成回路３０−ｍは、生成したバッテリ制御コマンドを２接点スイッチ３１−１に送信して２接点スイッチ３１−１の接続を切り換え、バッテリセル３２−１の正負両電極間がバイパス線路４１によりバイパスして接続される。
また、コマンド生成回路３０−１は、地上局から受信した制御コマンドＣ１に基づき、指定されたバッテリ1５−１のバッテリセル２２−１に接続される２接点スイッチ２１−１について、バッテリセル２２−１との接続を切り、バイパス線路４０に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成する。コマンド生成回路３０−１は、生成したバッテリ制御コマンドを２接点スイッチ２１−１に送信して２接点スイッチ２１−１の接続を切り換え、バッテリセル２２−１の正負両電極間がバイパス線路４０によりバイパスして接続される。
このようにして、バッテリ1５−１を始めとするその他のバッテリについても、制御コマンドＣ１に基づいて、各バッテリの対応する各コマンド生成回路からバッテリ制御コマンドを1つずつバッテリに送信することにより、全てのバッテリについて1セルずつバッテリセルをバイパスすることができる。

次に、図１〜図３において、例えばバッテリ１５−mの１つのバッテリセル３２（例えば３２−１）が1セル短絡故障した場合を考える。
この場合、バッテリ１５−mを除く他のバッテリ（例えばバッテリ１５−１）からは正常に放電できるものの、バッテリ１５−mは他のバッテリに比べてバッテリセルが１段小さくなるために、バッテリ１５−mからは正常な放電ができなくなる。
このとき、図４に示すバス電圧制御の配列に基づいて、バッテリ１５−m用の充電回路付きのシャント回路３−ｍpの電力をバスへ供給する前に、バッテリ１５−1を始めとするその他のバッテリの電力をバスへ供給することとなる。
従来の電源装置のように各バッテリにおけるバッテリセルの接続を切り換え制御しない場合は、バッテリ１５−mに接続されたシャント回路の電力は充電しても放電できず、またバスへその電力を供給することもできなくなる。

これに対し、この実施の形態１による電源装置では、コマンド生成回路３０（３０−１〜３０−ｍ）からのバッテリ制御コマンドにより動作する２接点スイッチ（２１、３１）を、バッテリ１５−1からバッテリ１５−mのそれぞれに対応して配置しているので、バッテリ１５−1を始めとするバッテリ１５−ｍ以外のその他のバッテリについて、制御コマンドＣ１に基づいて対応するコマンド生成回路３０から、バッテリ制御コマンドを1つずつ送信することができる。
これにより、２接点スイッチの接続切り換えによって、任意のバッテリセルを1セルずつバイパスし、全てのバッテリのバッテリセル数を均等にすることができるので、バッテリ１５−mからも日陰時に放電できるようにすることができる。このとき、短絡故障したバッテリセル１５−ｍについてもバッテリ制御コマンドを送信して故障セルをバイパスしても同様の効果を得ることができる。

例えば、コマンド生成回路３０−ｍは電圧モニタ回路によりモニタした各バッテリセルのセル電圧およびバッテリ電圧を、テレメトリ通信装置（図示せず）を介して地上局に送信している。バッテリ１５−mのバッテリセル３２−１が1セル短絡故障した場合、地上局では、各バッテリセル電圧およびバッテリ電圧に基づいて、バッテリセル３２−１の電圧が所定の閾値よりも低くなった（例えば０になった）ことなどを検出し、バッテリセル３２−１が短絡故障を起こした異常バッテリセルであることが検知される。
この検知に応じて、地上局にて他のバッテリ１５−１のバッテリセル２２−１をバイパスさせるための制御コマンドＣ１を生成し、衛星コマンド通信装置（図示せず）を介して、生成した制御コマンドＣ１をコマンド生成回路３０−１に送信する。この制御コマンドＣ１には、バイパスを行うセルとしてバッテリセル２２−１を指定するための情報が含まれている。
コマンド生成回路３０−１は、地上局から受信した制御コマンドＣ１に基づいて、指定されたバッテリ1５−１のバッテリセル２２−１に接続される２接点スイッチ２１−１について、バッテリセル２２−１との接続を切り、バイパス線路４０に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成する。コマンド生成回路３０−１は、生成したバッテリ制御コマンドを２接点スイッチ２１−１に送信して２接点スイッチ２１−１の接続を切り換え、バッテリセル２２−１の正負両電極間がバイパス線路４０によりバイパスして接続される。
このようにして、バッテリ1５−１を始めとするバッテリ１５−ｍを除くその他のバッテリについても、制御コマンドに基づいて、各バッテリの対応する各コマンド生成回路がバッテリ制御コマンドを1つずつ送信する。このことにより、バッテリ１５−ｍを除く全てのバッテリについて1セルずつバッテリセルをバイパスすることができる。

勿論、このとき異常バッテリセル３２−１に接続された２接点スイッチ３１−１についても、地上局からの制御コマンドＣ１に基づいてバッテリセル３２−１との接続を切り、バイパス線路４１に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成し、生成したバッテリ制御コマンドを２接点スイッチ３１−１に送信することで、２接点スイッチ３１−１の接続を切り換え、バッテリセル３２−１の正負両電極間についても、バイパス線路４１によりバイパスして接続されても良い。

この実施の形態１による電源装置は、以上説明したように構成され、複数のバッテリセルが直列に接続されて構成されるとともに、シャント装置を介して太陽電池から供給される余剰電力の一部を充電し、充電した電力を負荷に供給する複数台のバッテリと、上記バッテリを構成するバッテリセルの故障に応じてバッテリ制御コマンドを生成するコマンド生成回路と、上記コマンド生成回路により生成されたバッテリ制御コマンドに基づいて作動するスイッチ回路を備え、上記スイッチ回路は、上記故障したバッテリセルが開放故障の場合に、上記故障したバッテリセルの両端の電極間をバイパスして接続するとともに、当該故障したバッテリセルを含まない他の全てのバッテリについても、故障したバッテリセル数と同数のバッテリセルについて両端の電極間をバイパスして接続し、上記故障したバッテリセルが短絡故障の場合に、上記故障したバッテリセルを含まない他の全てのバッテリについて、故障したバッテリセル数と同数のバッテリセルについて両端の電極間をバイパスして接続することを特徴とする。

また、複数のセルが直列に接続されて構成されるとともに、シャント装置を介して太陽電池から供給される余剰電力の一部を充電し、充電した電力を負荷に供給する複数台のバッテリと、
上記バッテリを構成するバッテリセルの短絡故障または開放故障に応じてコマンドを生成するコマンド生成回路と、上記コマンド生成回路により生成されたコマンドに基づいて作動するスイッチ回路を備え、上記スイッチ回路は、上記故障したバッテリセルの両端の電極間をバイパスして接続するとともに、当該故障したバッテリセルを含まない他の全てのバッテリについても、故障したセル数と同数のセルについて両端の電極間をバイパスして接続するものであっても良い。

また、バッテリ制御コマンドにより動作する２接点スイッチを全てのバッテリのバッテリセルに配置し、任意のバッテリのバッテリセルが1セル開放故障した場合にはバッテリ制御コマンドを故障したバッテリセルに送信することで、故障したバッテリセルをバイパスするとともに、その他の健全なバッテリについてもコマンドを1つずつ送信することにより、1セルずつバイパスし全てのバッテリのバッテリセル数を均等にし、故障したバッテリからも日陰時に放電できるようにする。また、任意のバッテリのバッテリセルが1セル短絡故障した場合には、他の健全なバッテリにコマンドを1つずつ送信することにより1セルずつバイパスし、全てのバッテリのバッテリセル数を均等にして、故障したバッテリからも日陰時に放電できるようにしても良い。

これによって、１台のバッテリが１セル短絡故障を起こした場合であっても、他のバッテリについても１セル分のバッテリセルを減じて使用し、また１台のバッテリが１セル開放故障した場合には開放故障したバッテリセルをバイパスするとともに、他のバッテリについても１セル分のバッテリセルを減じて使用することで、バッテリの１セル故障に対して全てのバッテリの電力が使用できるようになる。

実施の形態２．
上記実施の形態１の電源装置では、コマンド生成回路３０−１から３０−ｍの電圧モニタ回路によりモニタした各バッテリセルのセル電圧およびバッテリ電圧を、テレメトリ通信装置を介して地上局に送信していた。地上局では、衛星からのテレメトリによりモニタした各バッテリセル電圧およびバッテリ電圧に基づいて、バッテリセルが開放故障もしくは短絡故障を起こした異常バッテリセルであることを検知していた。この検知結果に基づいて、地上局にてバッテリ１５−１から１５−ｍの各バッテリセルをバイパスさせるための制御コマンドＣ１を生成し、衛星コマンド通信装置を介して、生成した制御コマンドＣ１をコマンド生成回路３０−１から３０−ｍに送信する例について説明した。
この実施の形態２の電源装置では、コマンド生成回路３０−１からコマンド生成回路３０−ｍが、それぞれ自律的にバッテリ制御コマンドを生成することを特徴とする。以下、実施の形態１で説明した図１から図３を用いて、コマンド生成回路における実施の形態２の自律動作について説明する。なお、その他の動作については、実施の形態１で説明したものと同じであるので説明を略する。

実施の形態２において、例えば、コマンド生成回路３０−１からコマンド生成回路３０−ｍは、それぞれの電圧モニタ回路でモニタしたバッテリセル電圧が所定の閾値以上であることを検出すると、開放故障を起こした異常バッテリセルが発生したと自律的に判断する。
同様に、コマンド生成回路３０−１からコマンド生成回路３０−ｍは、それぞれの電圧モニタ回路でモニタしたバッテリセル電圧が所定の閾値以下であることを検出すると、短絡故障を起こした異常バッテリセルが発生したと自律的に判断する。
コマンド生成回路３０−１からコマンド生成回路３０−ｍは、このようなモニタ結果に基づいてバッテリセルの故障を検出した場合に、それぞれ自律的にバッテリ制御コマンドや制御コマンドＣ１を生成するとともに、他のコマンド生成回路に対して生成した制御コマンドＣ１を送信する。コマンド生成回路３０−１からコマンド生成回路３０−ｍは、自ら生成したバッテリ制御コマンドや外部から受信した制御コマンドＣ１を元に生成したバッテリ制御コマンドに基づいて、実施の形態１と同様にして、バイパスさせるバッテリセルの接続切り換えを制御する。

例えば、図１〜図３において、バッテリ１５−mの１つのバッテリセル３２−１が1セル開放故障した例について考える。
コマンド生成回路３０−ｍは、バッテリ１５−ｍを構成する各バッテリセル３２の電圧をモニタしている。バッテリ１５−mのバッテリセル３２−１が1セル開放故障した場合、コマンド生成回路３０−ｍは、バッテリセルの電圧モニタ結果から、バッテリセル３２−１の電圧が所定の閾値よりも高くなったことを検出し、バッテリセル３２−１が開放故障を起こした異常バッテリセルであることを検知する。
この検知に応じて、コマンド生成回路３０−ｍは、異常バッテリセル３２−１に接続された２接点スイッチ３１−１について、バッテリセル３２−１との接続を切り、バイパス線路４１に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成する。
コマンド生成回路３０−ｍは、生成したバッテリ制御コマンドを２接点スイッチ３１−１に送信して２接点スイッチ３１−１の接続を切り換え、バッテリセル３２−１の正負両電極間がバイパス線路４１によりバイパスして接続される。
同時に、コマンド生成回路３０−ｍは、他のバッテリ３０−１に対応したコマンド生成回路３０−１に対して、バッテリ１５−１の１つのバッテリセルをバイパスさせるための制御コマンドＣ１を送信する。コマンド生成回路３０−１は、コマンド生成回路３０−ｍから制御コマンドを受けると、任意のバッテリセル２２に接続された２接点スイッチ２１を選択する。例えば、２接点スイッチ２１−１を選択すると、コマンド生成回路３０−１は、バッテリセル２２−１との接続を切り、バイパス線路４０に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成する。
このようにして、バッテリ1５−１を始めとするその他のバッテリについても、コマンド生成回路３０−１から自律的に生成される制御コマンドＣ１に基づいて、各バッテリの対応する各コマンド生成回路がバッテリ制御コマンドを1つずつ対応するバッテリに送信することにより、1セルずつバッテリセルをバイパスすることができる。

次に、図１〜図３において、例えばバッテリ１５−mの１つのバッテリセル３２−１が1セル短絡故障した例について考える。
コマンド生成回路３０−ｍは、バッテリ１５−ｍを構成する各バッテリセル３２の電圧をモニタしている。バッテリ１５−mのバッテリセル３２−１が1セル短絡故障した場合、コマンド生成回路３０−ｍは、バッテリセルの電圧モニタ結果から、バッテリセル３２−１の電圧が所定の閾値よりも低くなった（例えば０になった）ことを検出し、バッテリセル３２−１が短絡故障を起こした異常バッテリセルであることを検知する。
この検知に応じて、コマンド生成回路３０−ｍは、他のコマンド生成回路３０−１に対して、バッテリ１５−１の１つのバッテリセルをバイパスさせるための制御コマンドＣ１を送信する。
コマンド生成回路３０−１は、コマンド生成回路３０−ｍから制御コマンドＣ１を受けると、任意のバッテリセル２２に接続された２接点スイッチ２１を選択する。例えば、２接点スイッチ２１−１を選択すると、コマンド生成回路３０−１は、バッテリセル２２−１との接続を切り、バイパス線路４０に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成する。
このようにして、バッテリ1５−１を始めとするその他のバッテリについて、コマンド生成回路３０−１から自律的に生成される制御コマンドＣ１に基づいて、各バッテリの対応する各コマンド生成回路がバッテリ制御コマンドを1つずつ対応するバッテリに送信することにより、1セルずつバッテリセルをバイパスすることができる。

勿論、コマンド生成回路３０−ｍは、バッテリ１５−ｍの異常バッテリセル３２−１について、バッテリセル３２−１をバイパス線路４１に接続するためのバッテリ制御コマンドを生成しても良い。このとき、コマンド生成回路３０−ｍは、生成したバッテリ制御コマンドをバッテリセル３２−１に対応した２接点スイッチ３１−１に送信することで、２接点スイッチ３１−１の接続を切り換え、バッテリセル３２−１の正負両電極間がバイパス線路４１によりバイパスして接続されることとなる。

なお、実施の形態２における他の態様として、コマンド生成回路３０−１からコマンド生成回路３０−ｍは、バッテリセルの故障状態に応じて、それぞれが自律的にバッテリ制御コマンドを生成するように構成しても良く、コマンド生成回路３０によるバッテリセルの自律的なバイパス接続動作と、地上局でのバッテリモニタおよび地上局からのコマンド送信に基づくバッテリセルのバイパス接続動作とを、組み合わせて行っても良い。

例えば、バッテリ１５における何れかのバッテリセルが短絡故障を生じた場合に、短絡故障の生じたバッテリセルに対応したコマンド生成回路３０が、この実施の形態２で説明したようにバッテリセルの短絡故障による異常を検出し、自律的に制御コマンドＣ１またはバッテリ制御コマンドを生成することで、短絡故障したバッテリセルを除く他の全てのバッテリについて、制御コマンドＣ１に基づいて対応するコマンド生成回路がバッテリ制御コマンドを1つずつ送信し、1セルずつバッテリセルをバイパスさせることができる。
一方で、バッテリ１５における何れかのバッテリセルが開放故障を生じた場合に、開放故障の生じたバッテリセルに対応したコマンド生成回路３０のテレメトリを通じて、地上局にてバッテリセル電圧またはバッテリ電圧をモニタすることで、上記実施の形態１で説明したようにバッテリセルの開放故障による異常を検出し、地上局からの制御コマンドＣ１によってコマンド生成回路３０を制御し、バッテリ制御コマンドを生成することにより、開放故障したバッテリセルを含む全てのバッテリについて、1セルずつバッテリセルをバイパスさせることができる。

また、例えば、バッテリ１５における何れかのバッテリセルが短絡故障を生じた場合に、短絡故障の生じたバッテリセルに対応したコマンド生成回路３０のテレメトリを通じて、地上局にてバッテリセル電圧またはバッテリ電圧をモニタすることで、上記実施の形態１で説明したようにバッテリセルの短絡故障による異常を検出し、地上局からの制御コマンドＣ１によってコマンド生成回路３０を制御し、バッテリ制御コマンドを生成することにより、短絡故障したバッテリセルを除く他の全てのバッテリについて、1セルずつバッテリセルをバイパスさせることができる。
一方で、バッテリ１５における何れかのバッテリセルが開放故障を生じた場合には、開放故障の生じたバッテリセルに対応したコマンド生成回路３０が、この実施の形態２で説明したようにバッテリセルの開放故障による異常を検出し、自律的に制御コマンドＣ１またはバッテリ制御コマンドを生成することで、開放故障したバッテリセルを含む全てのバッテリについて、コマンド生成回路がバッテリ制御コマンドを1つずつ送信し、1セルずつバッテリセルをバイパスさせることができる。

この発明の実施の形態１、２による電源装置の構成を説明するための図である。 この発明の実施の形態１、２による電源装置のバッテリとコマンド生成回路の構成を説明するための図である。 この発明の実施の形態１、２による電源装置のバッテリとコマンド生成回路の構成を説明するための図である。 この発明の実施の形態１、２によるバス電圧制御のシャント回路の配列を示す図である。

符号の説明

1 太陽電池、2 シャント回路、３ シャント回路、4 シャントスイッチ、5 ブロッキングダイオード、6 シャントスイッチ、7 ブロッキングダイオード、8 充電スイッチ、１４ バッテリ放電用ダイオード、１５ バッテリ、１６ シャントスイッチ、１７ ブロッキングダイオード、１８ 充電スイッチ、１９ キャパシタ、２０ 負荷、２１ ２接点スイッチ、２２ バッテリセル、３０ コマンド生成回路、３１ ２接点スイッチ、３２ バッテリセル、４０ バイパス線路、４１ バイパス線路。

Claims (1)

1. 複数の太陽電池と、
   上記それぞれの太陽電池に接続された複数のシャント回路と、
   複数のバッテリセルが直列に接続されて構成されるとともに、複数の群に分けた各群内の上記シャント回路がそれぞれ並列に接続され、上記太陽電池から供給される余剰電力の一部を充電し、充電した電力をそれぞれ負荷に供給する複数台のバッテリと、
   上記バッテリを構成するバッテリセルの故障に応じてコマンドを生成するコマンド生成回路と、
   上記コマンド生成回路により生成されたコマンドに基づいて作動し、上記バッテリの各バッテリセルにそれぞれ直列に接続され、当該バッテリセルへの通電とバイパス接続とをそれぞれ切換える複数の２接点スイッチからなるスイッチ回路を備え、
   上記スイッチ回路は、
   上記故障したバッテリセルが開放故障の場合に、上記故障したバッテリセルの両端の電極間を上記各２接点スイッチのバイパス接続によりバイパスして接続するとともに、当該故障したバッテリセルを含まない他の全てのバッテリについても、故障したセル数と同数のセルについて両端の電極間を上記各２接点スイッチのバイパス接続によりバイパスして接続し、上記故障したバッテリセルが短絡故障の場合に、上記故障したセルを含まない他の全てのバッテリについて、故障したバッテリセル数と同数のバッテリセルについて両端の電極間をバイパスして接続する、
   電源装置。

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