JPS6285312A - 電池電源の最大電力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、太陽電池などの電池電源からチョッパやイン
バータ等で構成される電力変換装置を介して最大電力を
取り出すための電池電源の最大電力制御方法に関する。

（発明の技術的背景とその問題点〕 近年、電池電源はチョッパやインバータ等の電力変換装
置を介して独立負荷もしくは他の電源系統に接続されて
、所定の電力を供給する給電システムに広く利用されつ
つある。この電池電源の代表例である太１１Ｍｆｆ１池
は、日射量をパラメータとした場合、第３図に示すよう
な電流−電圧特性（破線）及び電流−電力特性（実線）
をもっている。

同図において、日射量の増大に従って電流も電力も増大
する傾向を示している。Ｍｌ、Ｍ２、Ｍ３は最大電力点
を示し、Ｎ　　、Ｎ　　、Ｎ３は最大型力時の電圧、電
流を与える点である。日射量によって最大電力の値は大
幅に異るが最大電力を与える電圧は日Ｑ４　ｆｆｉの大
小に関係なくほぼ一定である。

また、電流がある所定値以上大きくなると電力は急激に
減少する特性を示す。

このような特性を持つ太陽電池から電力を有効に取り出
すための電池電源の最大電力の制御の方法には従来から
主として２つの方法がある。

第１の方法は、最大出力点は日射量の変化に対しほぼ定
電圧特性を示すことを利用して、太陽電池の出力電圧を
定電圧に制御する方法である。しかし、ある条件下で設
定された電圧基準のままでは、条件の変化、例えば電池
温度の変化などがあると第３図に示す電流の変動により
電圧が大きく変動する領域で制御することになる場合も
生じ、安定した制御が行えないという欠点がある。

第２の方法は、上記定電圧制御の欠点を補うべく、太陽
電池の最大出力点を常に追従して行く制御方法である。

この制御方法は、太陽電池を相異なる２点で動作させて
その出力電力を比較しながら電池の動作点が最大出力点
になるように制御する方法である。

第３図は、この第２の方法を適用して電池電源から最大
電力を取り出す装置の一例を示す。同図において、太陽
電池１０の直流出力はインバータ１１により交流に変換
されて連系リアクトル１２を介して電力系統１３へ供給
される。太陽電池１０の出力電流、電圧は各々電流検出
器２１゜２２で検出され、その検出値Ｉｓ、ｙｓはＡ／
Ｄ変換器、マイクロコンピュータ、Ｄ／Ａ変換器等で構
成される最大電力制御回路２３に入力される。

この最大電力制御回路２３は入力データの記憶機能、論
理演算機能、判断機能等を備え、後述するアルゴリズム
に従って電圧基準■Ｓ“を演算しその値を出力する。電
圧基準■Ｓ＊は電圧検出値■Ｓと比較され、その偏差は
誤差増幅器２４により増幅されてゲート制御回路２５に
入力される。

このゲート制御回路２５は誤差増幅２４からの前記偏差
に応じてこの偏差が零になるようにインバータ１１のゲ
ート位相を制御する。

ここで最大電力制御回路２３の動作アルゴリズムを第５
図を参照して説明する。太陽電池は前述したように一定
の日射量、温度の下では同図に示すような電流−電圧特
性（破線）及び電流−電力特性（実線）を有している。

この太陽電池の動作領域は、電流を増大させると電圧が
比較的緩かに減少する領域と大きく減少する領域とに区
分することができる。太陽電池を動作させる場合、常時
、最大電力点Ｍで動作させることが理想である。このＩ
ζめに本回路２３は次のようなアルゴリズムに従って電
圧基準■Ｓ＊を設定する。まず、設定の初期においては
、電圧基準Ｖｓ”を太陽電池の電圧検出値Ｖｓ（例えば
開１１ｉ電圧）と同じに設定し、所定のサンプリング周
期で電圧基準Ｖｓ”を一定の変化幅ΔＶＳ３で減少させ
て行く。この間、電力は図中矢印への方向に増加して行
く。このまま電圧基準■Ｓ＊の減少を続けると、やがて
電力は最大電力点Ｍを越え矢印Ｃのように減少を開始す
る。そこで、この電力の減少を検出して、今度は電圧基
準ＶＳ＊を一定幅で増加する方向へ移動させて行く。電
圧基準ＶＳ＊を増加し続けると電力は矢印りのように増
加するがやがて矢印Ｂのように減少を開始する。そこで
この減少を検出して再び電圧基準■Ｓ＊を減少させる方
向へ変化させる。

以上の動作を繰り返することにより、電圧基準Ｖｓ”は
最大電力点Ｍの近傍を往復することとなる。

しかしながら、上記のように電圧基準ｖＳ９を一定の変
化幅ΔｖＳ＊で増減させることは、次の欠点を有するこ
とになる。即ち、変化幅Δ■Ｓ４を小さな値にすれば最
大電力点Ｍでの振れ幅が小さくなり、最大電力制御の精
度を高めることができるが、日射量の急変等による特性
の変動に対する追従速度が遅くなってしまう。また、変
化幅Δ　　　５■Ｓ＊を大きな値にすれば追従速度は速
められるが、最大電力点Ｍでの振れ幅が大きくなり最大
電力か制御の精度及び安定性が低下してしまう。

（発明の目的） 本発明は上記に鑑みなされたもので、上記第２の最大電
力制御方法において、電池電源の出力電力をその最大電
力に精度良くかつ安定に制御することができるとともに
、条件の変化等による電池特性の変動に対しても速かに
追従することが可能な電池電源の出力電力制御方法を提
供することを目的とする。

（発明の概要） 上記目的を達成するため、本発明は電力変換装置へ与え
る電圧基準の変化幅を、この電圧基準の変化により生じ
た電池電源の出力電力の変化量の大小に応じて変更する
ようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、第１．２図を参照し本発明に係る電池電源の出力
電力制御方法の一実施例について説明する。

本実施例は第４図に示したものと同様の装置によって第
５図に示したものと同様の特性を持つ太陽電池の出力電
力を制御する場合において本発明を適用した一実施例で
ある。第１図は本実施例のフローチャートを示し、この
処理は全て最大電力制御回路２３の内部でなされるもの
である。

第１図に示すように、最大電力制御の開始後まず初期設
定処理（ステップ１）が行われる。この処理では、電流
検出器２１及び電圧検出器２２からの電流検出値ｉｓ及
び電圧検出値Ｖｓが読み込まれ、これらの値から現在の
太陽電池１０の出力電力Ｐｓが演算される。また、電圧
検出値ＶＳと同じ値が電圧基準ＶＳ　　として初期設定
されて誤差増幅器２４へ出力されるとともに、この電圧
基準Ｖｓ”を減少方向へ変化させるモードを示すフラグ
が立てられる。

この初期設定処理が完了した後は、所定のサンプリング
周期毎に繰り返させる以下のルーチンが開始される。

まず、旧データ記憶及び新データ読み込み処理（ステッ
プ２）が行われる。この処理では、前サンプリング時に
おいて読み込まれた電圧検出値■Ｓ′と演算された出力
電力ＰＳ′とが内部メモリに記憶される。また、電流検
出器２１及び電圧検出器２２からの現在の電流検出値■
Ｓ及び電圧検出値Ｖｓが読み込まれる。次に、電力演算
処理（ステップ３）が行われ、ここでは先程読み込まれ
た現在の電流検出値Ｉｓ及び電圧検出値■ｓに基づいて
現在の出力電力ＰＳが演算される。

次に電圧基準変化幅演算処理４が行われる。この処理で
は、内部メモリから前サンプリング時の出力電力Ｐｓ’
　が読み出され、この値と先程演算された現在の出力電
力Ｐｓの値との差、つまり電力変化量ΔＰｓが演算され
、この電力変化量ΔＰＳＩ；−基づいて電力基準Ｖｓ”
が設定される。

この変化幅ΔＶＳ　　は例えば第２図に示されるような
関係に従って設定される。つまり、電力変化量ΔＰＳの
絶対値が所定値ΔＰ１より小さい場合には、変化幅ΔＶ
ｓ”は電力変化量ΔＰｓに比例して設定される。また、
前記絶対値が所定値ΔＰ１より大ぎい場合には、変化幅
ΔＶｓ”は一定値±Δ■、げに設定される。変化幅ΔＶ
ｓ”の正負については、電圧変化量ΔＰｓの正負と同一
に設定される。この場合、変化幅ΔＶｓ＊の正は電圧基
準Ｖｓ　　の変化方向（増加、減少）のモードがそのま
ま維持されることを示し、負はこのモードの反転、つま
り現在減少モードであるならば増加モードへ切り換えら
れることを意味する。尚、以下の説明において単に変化
幅Δ■ｓ９と言う場合にはその絶対値を指すこととする
。

この電圧基準変化幅設定処理が終了すると、次にモード
判断処理（ステップ５）が行われる。ここでは、前記フ
ラグから現在減少モードにあるのか増加モードにあるの
かが判断されるとともに、先程設定された変化幅ΔＶｓ
”の正負から現在のモードをそのまま維持するか反転さ
せるかが判断され、負の場合にはモードを反転させるべ
く前記フラグの切り換えが行われる。このようにして、
減少モード又は増加モードのいずれかが決定されると、
次に電圧基準設定処理（ステップ６）が行われる。この
処理では、前サンプリング時の電圧基準Ｖｓ”　に先程
設定された変化幅ΔＶｓが加算又は減算されて新たな電
圧基準■Ｓ＊が設定される。つまり、先程決定されたモ
ードが減少モードならば前回の°電圧基準Ｖｓ　　’　
に変化幅ΔＶｓ”が減算され、また、増加モードならば
前回の電圧基準■Ｓ＊′に変化幅ΔＶｓ”が加算されて
新たな電圧基準■Ｓ＊が設定される。このようにして設
定された電圧基準ｖＳ＊は誤差増幅器２４へ出力される
。

以上のようなルーチンが繰り返されることにより、第５
図に矢印Ａ、Ｄで示すように、太陽電池１０の動作点は
その出力電力ｐｓが増加する方向へ移動させられて行き
、最終的には最大電力点Ｍを中心として左右に振れるこ
とになる。その際に、この動作点の振れ幅を定める変化
幅Δ■Ｓ＊は前述したように電力変化」ΔＰｓが大きけ
れば大きく、電力変化量ΔＰｓが小さければ小さく設定
されるため、最大電力点Ｍの近傍における前記動作点の
振れ幅は極めて小さくなり、よって最大電力を精度良く
かつ安定に得ることができることになる。また、日射量
や電池温度の急変等によって電池特性が変化し、前記動
作点が最大電力点Ｍから大きくずれてしまった場合には
、電力変化量ΔＰが大きいので電圧基準ｖＳ８の変化幅
Δ■Ｓ＊も大きい値になり、前記動作点は速い応答速度
で最大電力点Ｍへ向うことになる。更に、日射量が少な
くなって太陽電池１０の動作が電圧基準■Ｓ＊の変化に
対して不安定な領域に入った場合には、電力変化量Δｐ
ｓが小さくなるため、電圧基準■Ｓ＊の変化幅Δ■Ｓ＊
も小さくなって電池電圧の変動が小さくなりその安定化
を図ることができる。

尚、上記実施例では、第２図に示したように電圧基準■
Ｓ１の変化幅Δ■Ｓ＊を電力変化量Δｐｓに比例して変
化させる方法を取り上げたが、これに準する他の関数で
変化させても同様の効果が得られることは勿論である。

また、本実施例では電池電源に太陽電池を用いた場合を
説明したが、同様の特性を有する電源、例えば燃料電池
などを用いても同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば電池電源の出力電
圧を変化させて行き電池の動作点を最大電力点に一致さ
せる際に、前記出力電圧の変化幅を電力変化量に応じて
変更するようにしているので、条件の急変等により上記
動作点が最大電力点から離れてしまった場合には速い応
答速度で上記追従がなされるとともに、最大電力点近傍
においては精密な追従がなされるので安定かつ精度良く
最大電力を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電池電源の最大電力制御方法の一
実施例を示すフローチャート、第２図は同実施例におけ
る電力変化量と電圧基準の変化幅との関係を示す図、第
３図は太陽電池の特性図、第４図は太陽電池から最大電
力を取り出す装置の一例を示すブロック線図、第５図は
同装置による最大電力制御の概要を説明するための太陽
電池の特性図である。 １０・・・太ＷＡ電池、１１・・・インバータ、１２・
・・連系リアクトル、１３・・・電力系統、２１・・・
電流検出器、２２・・・電圧検出器、２３・・・最大電
力制御回路、２４・・・誤差増幅器、２５・・・ゲート
制御回路出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第１図 も２図 第３図 帛ヰ図 ≧ 范５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電池電源から電力変換装置を介して取り出される電力を
   最大電力に制御する方法において、前記電力変換装置へ
   与える電圧基準を所定の変化幅づつ変化させて行くこと
   により前記電池電源の出力電圧を前記変化幅づつ変化さ
   せて行き、この出力電圧の各値において前記電池電源の
   出力電力を検出し、この出力電力の検出値の変化量が増
   加方向であれば前記電力基準を変化させる方向をそのま
   ま維持し、逆に減少方向であれば前記変化方向を反転さ
   せるとともに、前記変化量の大小に応じて前記電圧基準
   の変化幅の大きさを変更することを特徴とする電池電源
   の最大電力制御方法。