WO2009060996A1 - 電源制御装置 - Google Patents

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charging
circuits
power supply
shunt
battery
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PCT/JP2008/070634
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Inventor
Teiji Yoshida
Tomotake Gondai
Koichi Kibe
Hiroaki Kusawake
Hitoshi Naito
Go Segami
Original Assignee
Nec Toshiba Space Systems, Ltd.
Japan Aerospace Exploration Agency
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    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
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    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/42—Arrangements or adaptations of power supply systems
    • B64G1/428—Power distribution and management
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a power supply control device, and more particularly to a power supply control device for controlling power supply from a plurality of solar cell arrays and batteries to a load.
  • the related power control device is connected between the solar cell 51, the battery 52, and the load 53, as shown in Fig. 5.
  • the shunt circuit (multiple) 5 4 the drive circuit 55, the charging circuit 5 6 and a discharge circuit 5 7.
  • This power supply control device stabilizes the output voltage (bus voltage) of the solar cell 51 by the shunt circuit 54 and supplies it to the load 53, and supplies it to the charging circuit 56 to charge the battery 52.
  • the charging circuit 56 is composed of a switching regulator (BCR) to realize constant current / constant voltage control. Operation control of the shunt circuit 54 and the charging circuit 56 is performed by the drive circuit 55 having a redundant circuit configuration with high fault tolerance.
  • BCR switching regulator
  • the drive circuit 55 turns on the shunt circuit 54 and consumes (shorts) the surplus power.
  • the discharge circuit 57 for example, a discharge diode
  • the power supply control device shown in FIG. 5 is a method often used mainly for low-orbit satellites with a large charging current (see Patent Document 1).
  • FIG. 6 Another related power control device is shown in Fig. 6.
  • the power supply control device in Fig. 6 is connected to the solar cell 51, battery 52, and load 53, as well as to the solar cell dedicated to charging (charge array) 61.
  • a charging circuit 62 constituted by a simple switch is provided.
  • the battery 52 is charged by a dedicated solar cell 61 via a charging circuit 62.
  • the charging circuit 62 is turned off, the power from the solar battery 61 can be supplied to the load 53.
  • the power supply control device shown in Fig. 6 is a method often used mainly for geostationary orbit satellites with a small charging current (see Patent Document 1).
  • Each of the power supply control circuits described above controls the driving of a plurality of shunt circuits with a single driving circuit 55, but there is also a circuit that controls the driving of a plurality of shunt circuits with individual driving circuits. (For example, see Patent Document 2).
  • Some solar cells (arrays) that supply power to the load are also used to charge the battery (see, for example, Patent Document 3).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-134824
  • Patent Document 2 JP-A-2005-71244
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-1 3442 Disclosure of Invention
  • the power supply control device shown in Fig. 6 has the problem that it is difficult to perform high-current rapid charging without applying stress to the battery because the charging circuit is simple but constant voltage charging is not possible.
  • this power supply control device also has a problem that the output power of the solar cell is reduced because the charge array voltage during charging is substantially reduced to the battery voltage.
  • the power supply control device of Patent Document 2 does not include a battery, and the above-described charging device. There is a problem that the problems related to electricity cannot be solved.
  • Patent Document 3 since the power supply control device of Patent Document 3 supplies the output of the shunted solar cell array to the battery, the charging current varies depending on the state of the load, and stable charging cannot be performed. There is a problem.
  • the present invention provides (1) a shunt circuit and a charging circuit that are smaller and lighter, (2) modularization and higher reliability of the shunt circuit and the charging circuit, and (3) a large current rapid charging that stresses the battery.
  • a power supply that realizes at least one of the following: (4) The power generated by the solar cell is not reduced even during battery charging, and (5) The charging power can be supplied to the load after the charging is completed. The purpose is to provide a control device.
  • an embodiment of the present invention provides a power supply control device that controls power supply from a plurality of solar cell arrays and batteries to a load, and controls charging of the battery by the plurality of solar cell arrays.
  • a plurality of shunt circuits provided corresponding to the plurality of solar cell arrays, respectively, for controlling power supply from the corresponding solar cell array to the load, and a part of the plurality of solar cells or
  • the shunt circuit and the charging circuit operate independently based on a preset threshold value, respectively.
  • the shunt circuit and the driving circuit for the charging circuit (redundant configuration) ) Can be omitted, and the size and weight can be reduced. Also,
  • the shunt circuit and the charging circuit are electrically independent from each other, the spillover failure is eliminated, and the module can be easily modularized to easily cope with the increase or decrease in processing power. Furthermore, (3) the charging current can be reduced step by step as the battery voltage rises, and high-current rapid charging can be fully charged without applying stress to the battery. (4) Since the charging circuit can be turned on and off to stabilize the bus voltage, the generated power of the solar cell does not decrease even during battery charging (SHNT mode and BCC mode). Furthermore, (5) After charging is complete The charging circuit can be stopped and the charging power can be supplied to the load.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply control device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an operation sequence diagram for explaining the operation of the shunt circuit and the charging circuit included in the power supply control device of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the power supply control device of FIG.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply control device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an example of a related power supply control device.
  • FIG. 6 is a block diagram showing another example of a related power supply control device. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 shows a circuit configuration of a (distributed control type) power supply control device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • This power supply control device 1 is used for a power supply system using a solar cell and a battery as a power source, particularly for a space system such as an artificial satellite.
  • the power supply control device 1 is connected to a plurality of solar cells 2, a battery 3 and a load 4, and has a plurality of MA modules 1 1, a plurality of CA modules 1 2, a capacitor bank 1 3 and a discharge diode 1 4. ing.
  • MA module 1 1 is a modularization of two shunt circuits.
  • the shunt circuits SMI to S Mm (m: natural number) are individually associated with and connected to the main arrays MA 1 to MAm used only for power supply to the load 4 among the plurality of solar cells 2.
  • Each shunt circuit includes a diode, fuse, power supply circuit, op amp, comparator, transistor switch, and Zener diode.
  • Each shunt circuit is electrically independent from other shunt circuits and operates independently based on a preset threshold value.
  • the CA module 11 is a modularized shunt circuit and charging circuit.
  • the CA module 11 is individually associated with and connected to the charge arrays CA 1 to C Am used for both the power supply to the load 4 and the power supply to the battery 3 in the solar cell 2.
  • Each shunt circuit SC:! To SCn (n: natural number) included in the CA module 1 1 has the same configuration as the shunt circuit SM 1 to SM m of the MA module 1 1, and other shunt circuits (MA Electrically independent of module 1 1 or CA module 1 2).
  • Each of the charging circuits CH1 to CHn includes a pair of transistor switches, a diode, a fuse, an operational amplifier, a comparator, a transistor, a Zener diode, and a switch.
  • Each charging circuit is electrically independent from the other charging circuits, and operates independently based on a preset threshold value.
  • the shunt circuit SMI to SMm of the MA module 1 1 and the shunt circuit SC 1 to SCn of the CA module 12 are commonly connected to the capacitor bank 13 and detect the voltage (bus voltage) of the capacitor bank, and depending on the detected voltage On—Off (switching) Works.
  • Shunt circuits SMl to SMm and SC l to SCn are set to different thresholds, so that the shunt circuits can be shunted at different voltages (for example, one by one) as the bus voltage changes (increase Z decreases).
  • the circuits S Ml to SMm and SC :! to SC n can be turned on or off.
  • the charging circuit of the CA module 12 is connected to the battery 3 in common and operates on and off according to the voltage of the battery 3. By setting different threshold values for the charging circuit in advance, the charging circuit can be turned on or off at different voltages (for example, one after another) as the battery voltage changes.
  • the power supply control device 1 generally operates as follows.
  • the total output power of the solar cells (MAl to MAm, CAl to CAn) 2 exceeds the power consumption of the load 4 and the voltage of the capacitor bank 13 rises, it is connected to the solar cells (CAl to CAn) 2.
  • the charging circuits CHI to CHn in the CA module 12 are turned on in this order (the order corresponding to CA1 to CAn), and the surplus power is charged to the battery 4 to stabilize the bus voltage.
  • the shunt circuits SM 1 to SMm in the MA module 11 connected to the solar cells (MA 1 to MAm) 2 Turns on in order (order corresponding to MA 1 to MAm) and stabilizes the bus voltage by short-circuiting (consuming) surplus power.
  • the charging circuits CH1 to CHn in the CA module 12 are turned off in the reverse order (the order corresponding to CAn to CA1).
  • the charging circuit CH1 to CHn is turned off, the surplus power increases and the bus voltage rises above the operating voltage of the shunt circuits SM1 to SMm in the MA module 1 1.
  • c Shunt circuit SC1 in the A module 12 ⁇ SC n is turned on in the reverse order to stabilize the bus voltage by shorting excess power.
  • BCR large-scale charging circuit
  • Shunt circuit and charging circuit Can be reduced in size and weight, and the shunt circuit and the charging circuit are all independent of each other, so there is no spillover.
  • the shunt circuit and charging circuit can be modularized and highly reliable.
  • FIG. 2 is a diagram showing an operation sequence of the shunt circuits SMI to SMm, SC1 to SCn and the charging circuits CH1 to CHn of the power supply control device 1.
  • Charging circuits CH1 to CHn and shunt circuits SMI to SMm, SC1 to SCn are configured to turn on and off with a sufficiently narrow hysteresis with respect to the bus voltage.
  • a bus ripple standard is 50 OmVp p
  • a hysteresis voltage of 10 OmVp p to 25 OmVp p should be provided so that the voltage fluctuation is less, preferably 12 or less.
  • the on / off threshold voltages of the charging circuits CH1 to CHn and the shunt circuits SMI to SMm, SC1 to SCn are from the lowest with respect to the bus voltage.
  • the charging circuits CHl to CHn (BCC mode), (MA 1 to MAm) 2 shunt circuit SMl to SMm (MA SHNT mode), solar cell (CA 1 to CA n) 2 shunt circuit SC n to SC 1 (CA SHNT mode) It is set in advance.
  • the charging circuits CH1 to CHn are turned on and off with a certain degree of hysteresis with respect to the battery voltage.
  • the on / off threshold voltage is in the order of the charging circuits CHn to CHl (CV mode) from the lowest battery voltage.
  • the charging circuit is turned off in the order of CHn to CH1.
  • This operation is a charging method that gradually reduces the charging current as the battery voltage approaches the specified voltage.
  • High-current rapid charging can be fully charged without stressing the battery.
  • the solar cell 2 is composed of five main arrays MA 1 to MA 5 and charge arrays CA 1 to CA 5, and the power supply controller 1 is a MA module 1 1 (shunt circuit SMI to SM 5) and CA module corresponding to them. 1 2 (shunt circuit AC 1 to SC5, charging circuit CH1 to CH5).
  • FIG. 3 is an operation schematic diagram of the power supply control device 1. By controlling the power supply from the solar cell 2 to the battery 3 and the load 4 according to the operation sequence shown in FIG. 2, the operation shown in FIG. The details will be described below.
  • the power supply control device 1 Since the solar cell 2 does not generate power in the shade mode, the power supply control device 1 enters the BAT mode in which the battery 3 is discharged. At this time, the shunt circuit and the charging circuit are not operating.
  • the output power of the solar cell 2 increases. Output of solar cell 2
  • the battery 4 stops discharging and the bus voltage begins to rise. That is, the power supply control device 1 shifts to the BCC mode.
  • the charging circuit CH 1 starts an on-off switching operation to charge the battery 4 with surplus power.
  • the charging circuits CH2 to CH5 and all the shunt circuits SM1 to SM5, SC :! to SC5 are off.
  • the charging circuit CH1 is turned on and the charging circuit CH2 starts on-off switching operation.
  • the charging circuit CH2 is turned on and the charging circuit CH2 is turned on.
  • the charging circuit that performs the on-off switching operation is switched, such as 3 starts the on-off switching operation.
  • the hatching indicates the on-off switching state of each circuit.
  • the bus voltage is controlled to a voltage higher than the battery voltage.
  • the power supply control device 1 shifts to the shunt mode.
  • the shunt circuit SM1 is turned on after the shunt circuit SM1 is turned on and off, and the shunt circuit SM2 is turned on and off. Until this state (MA SHNT mode), battery charging with all the charging circuits CH1 to CH5 turned on continues.
  • the charging circuit CH5 is turned off, and the surplus power increases.
  • shunt circuit SM2 is turned on, and shunt circuit SM3 starts on-off switching operation.
  • the charging circuits CH4 to CH1 turn off in sequence, and the circuit that performs on-off switching operation in turn goes to the shunt circuits SM4 to SM5, SC5, and SC4.
  • the driving circuit (redundant configuration) of the shunt circuit and the charging circuit can be omitted, and the size and weight can be reduced.
  • the charging circuit can be stopped to supply charging power to the load.
  • the power supply control device in FIG. 4 is equivalent to the one in which the discharge diode 14 in FIG. 1 is replaced with a B D R (Battery Discharge Regulator) unit 41.
  • B D R Battery Discharge Regulator

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Abstract

　太陽電池２のメインアレーＭＡ１～ＭＡｍにそれぞれ対応するシャント回路ＳＭ１～ＳＭｍを設ける。また、チャージアレイＣＡ１～ＣＡｎにそれぞれ対応するシャント回路ＳＣ１～ＳＣｎ及び充電回路ＣＨ１～ＣＨｎを設ける。各シャント回路は他のシャント回路から独立して動作し、各充電回路は他の充電回路から独立して動作する。

Description

8 070634
電源制御装置 技術分野
本発明は、 電源制御装置に関し、 特に、 複数の太陽電池アレイ及びバッテリか ら負荷への電力供給を制御するための電源制御装置に関する。 明
背景技術
田
関連する電源制御装置は、 図 5に示すように、 太陽電池 5 1とバッテリ 5 2と 負荷 5 3との間に接続され、 （複数の） シャント回路 5 4、駆動回路 5 5、 充電回 路 5 6及び放電回路 5 7を有している。
この電源制御装置は、 シャント回路 5 4により太陽電池 5 1の出力電圧 （バス 電圧） を安定化して負荷 5 3 へ供給するとともに、 充電回路 5 6 へ供給しバッテ リ 5 2の充電を行う。 充電回路 5 6は、 定電流 ·定電圧制御を実現するため、 ス イツチングレギユレータ （Batter y Charge Regulator； B C R) で構成される。 シャント回路 5 4及び充電回路 5 6の動作制御は、 故障耐性の高い冗長回路構 成の駆動回路 5 5で行う。 太陽電池 5 1の出力電力が負荷電力を上回ってコンデ ンサバンク （不図示、 負荷と並列に接続されている） の電圧が上昇すると、 駆動 回路 5 5はまず充電回路 5 6を O Nして余剰電力をバッテリ 5 2に充電する。 さ らに余剰電力が増加すると駆動回路 5 5はシャント回路 5 4を O Nして余剰電力 を消費 （ショート） する。 太陽電池 5 1の出力電力が負荷電力を下回るときは、 バッテリ 5 2から放電回路 5 7 (例えば、 放電ダイオード） を経由して負荷 5 3 に電力を供給する。
図 5の電源制御装置は、 主に充電電流が大きい低軌道周回衛星でよく用いられ る方式である （特許文献 1参照)。
また、 他の関連する電源制御装置として、 図 6に示すようなものもある。 図 6 の電源制御装置は、 太陽電池 5 1、 バッテリ 5 2及び負荷 5 3のほか、 充電専用 の太陽電池 （チャージアレイ） 6 1にも接続されるものであって、 図 5の充電回 路 56に代えて単純なスィツチで構成される充電回路 62を有している。
バッテリ 52は、 充電回路 62を介して充電専用の太陽電池 61によって充電 される。 バッテリ 52が満充電となり充電回路 62を OFFしたときには太陽電 池 6 1からの電力を負荷 53に供給することができる。
図 6の電源制御装置は、 主に充電電流が小さい静止軌道衛星でよく用いられる 方式である （特許文献 1参照)。
上述した電源制御回路は、 いずれも複数のシャント回路を単一の駆動回路 55 で駆動制御するものであるが、 複数のシャント回路をそれぞれ個別の駆動回路に より駆動制御するようにしたものもある （例えば、 特許文献 2参照）。
また、 負荷に電力を供給する太陽電池 （アレイ） の一部を、 バッテリの充電に も利用するようにしたものもある （例えば、 特許文献 3参照）。
特許文献 1 ：特開 2000— 134824号公報
特許文献 2 ：特開 2005— 71 244号公報
特許文献 3 :特開昭 60— 1 3442号公報 発明の開示
近年の人工衛星用の電源制御装置には、 小型軽量、 高信頼性及び低価格が求め られている。 しかしながら、 図 5の電源制御回路では、 単一部品の故障による全 損を回避するため冗長構成した駆動回路で集中的にシャント回路と充電回路を制 御しており、 この駆動回路が複雑で、 小型軽量及び低価格の実現を難しくしてい るという問題点がある。 また、 低軌道周回衛星のように短時間急速充電が必要な 場合には、 バッテリにストレスを与えずに満充電にするために大規模な充電回路 が必要であるという問題点もある。
また、 図 6の電源制御装置では、 充電回路は単純であるが定電圧充電ができな いので、 バッテリにストレスを与えずに大電流急速充電を行うことが難しいとい う間題点がある。 また、 この電源制御装置には、 充電中のチャージアレイ電圧が ほぼバッテリ電圧に低下するため太陽電池の出力電力が減少するという問題点も ある。
さらに、 特許文献 2の電源制御装置は、 バッテリを備えておらず、 上述した充 電に関する問題点を解決することができないという問題点がある。
さらにまた、 特許文献 3の電源制御装置は、 シャントされている太陽電池ァレ ィの出力をバッテリへ供給するものであるため、 負荷の状態に応じて充電電流が 変化し安定した充電ができないという問題点がある。
そこで、 本発明は、 （1 ) シャント回路及び充電回路の小型軽量化、 （2 ) シャ ント回路及び充電回路のモジュール化と高信頼性化、 （3 ) 大電流急速充電でバッ テリにストレスを与えずに満充電にできること、 （4 )バッテリ充電中においても 太陽電池の発生電力を低下させないこと、 及び （5 ) 充電完了後には充電電力を 負荷に供給できること、 の少なくとも一つを実現した電源制御装置を提供するこ とを目的とする。
上記目的を達成するため、 本発明の一形態は、 複数の太陽電池アレイ及びバッ テリから負荷への電力供給を制御するともに、 前記複数の太陽電池アレイによる 前記バッテリの充電を制御する電源制御装置において、 前記複数の太陽電池ァレ ィにそれぞれ対応して設けられ、 対応する太陽電池ァレイから前記負荷への電力 供給を制御する複数のシャント回路と、 前記複数の太陽電池のうちの一部又は全 部にそれぞれ対応して設けられ、 対応する太陽電池アレイによる前記バッテリの 充電を制御する一つ以上の充電回路とを備え、 前記複数のシャント回路及び前記 一つ以上の充電回路の各々が、 予め設定された閾値に基づいてそれぞれ独立して 動作することを特徴とする。
本発明の一形態によれば、 シャント回路及び充電回路がそれぞれ予め設定され た閾値に基づいて独立して動作するようにしたことで、 （1 ) シャント回路及び充 電回路の駆動回路（冗長構成） を省略することができ、小型軽量化できる。 また、
( 2 ) シャント回路及び充電回路は、 互いに電気的に独立であるため波及故障が なくなるとともに、 モジュール化することが容易となり処理電力の增減に対応し やすくなる。 さらに、 （3 ) バッテリ電圧が上昇するに従い充電電流を段階的に減 少させることが可能となり、 大電流急速充電でバッテリにス トレスを与えずに満 充電にできる。 また、 （4 ) バス電圧を安定化するように充電回路をオン一オフ制 御することができるので、 バッテリ充電中 （S H N Tモード及び B C Cモード） においても太陽電池の発生電力の低下がない。 さらにまた、 （5 ) 充電完了後には 充電回路を停止して充電電力 負荷に供給することができる 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態に係る電源制御装置の構成を示す回路図で ある。
図 2は、 図 1の電源制御装置に含まれるシャント回路及び充電回路の動作を説 明するための動作シーケンス図である。
図 3は、 図 1の電源制御装置の動作を説明するための模式図である。
図 4は、 本発明の第 2の実施の形態に係る電源制御装置の構成を示す回路図で ある。
図 5は、 関連する電源制御装置の一例を示すプロック図である。
図 6は、 関連する電源制御装置の他の例を示すプロック図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図 1に、 本発明の第 1の実施の形態に係る （分散制御式） 電源制御装置 1の回 路構成を示す。 この電源制御装置 1は、 太陽電池及びバッテリを電力源とする電 源システム '機器、 特に人工衛星などの宇宙機の電源システムに用いられるもの である。
電源制御装置 1は、 複数の太陽電池 2とバッテリ 3と負荷 4とに接続され、 複 数の MAモジユーノレ 1 1、 複数の C Aモジユーノレ 1 2、 コンデンサバンク 1 3及 び放電ダイオード 1 4を有している。
MAモジュール 1 1は、 2つのシャント回路をモジュール化したものである。 シャント回路 S M I 〜 S Mm (m： 自然数） は、 複数の太陽電池 2のうち、 負荷 4への電力供給にのみ用いられるメインァレー MA 1 〜MAmに個別に対応付け られ接続されている。 各シャント回路は、 ダイオード、 ヒューズ、 電源回路、 ォ ぺアンプ、 コンパレータ、 トランジスタスィッチ、 及びツエナーダイオードを備 える。 また、 各シャント回路は、 他のシャント回路から電気的に独立しており、 予め設定された閾値に基づき独立動作する。 C Aモジュール 1 1は、 シャント回路と充電回路とをモジュール化したもので ある。 CAモジュール 1 1は、 太陽電池 2のうち、 負荷 4への電力供給とバッテ リ 3への電力供給の両方に用いられるチャージアレー C A 1〜C Amに個別に対 応付けられ接続されている。 C Aモジュール 1 1に含まれる各シャント回路 SC ：!〜 SCn (n ： 自然数） は、 MAモジュール 1 1のシャント回路 SM 1〜SM mと同一の構成を有しており、 他のシャント回路 （MAモジュール 1 1であるか CAモジュール 1 2であるかに拘わらず） から電気的に独立している。 また、 各 充電回路 CH 1〜CHnは、 一対のトランジスタスィッチ、 ダイオード、 ヒユー ズ、 オペアンプ、 コンパレータ、 トランジスタ、 ツエナーダイオード及びスイツ チを備える。 各充電回路は、 他の充電回路から電気的に独立しており、 予め設定 された閾値に基づき独立動作する。
MAモジュール 1 1のシャント回路 SMI〜SMm及び CAモジュール 12の シャント回路 SC l〜SCnは、 コンデンサバンク 1 3に共通接続され、 コンデ ンサバンクの電圧 （バス電圧） を検出し、 検出した電圧に応じてオン—オフ （ス イッチング） 動作する。 シャント回路 SMl〜SMm及び SC l〜SCnに予め 設定される閾値を互いに異なる値としておくことにより、 バス電圧の変化 （増加 Z減少） に伴い互いに異なる電圧で （例えば、 一つずつ順番に） シャント回路 S Ml〜SMm及び S C：!〜 S C nをオン又はオフさせることができる。
C Aモジュール 12の充電回路は、 バッテリ 3に共通接続され、 バッテリ 3の 電圧に応じてオン一オフ動作する。 充電回路に予め設定される閾値を互いに異な る値としておくことにより、 バッテリ電圧の変化に伴い互いに異なる電圧で （例 えば、 一つずつ順番に） 充電回路をオン又はオフさせることができる。
電源制御装置 1は、 概略以下のように動作する。
まず、 太陽電池 （MAl〜MAm、 CAl〜CAn) 2の出力電力の合計が負 荷 4の消費電力を上回っているときは、 電気的に独立した複数の MAモジュール 1 1と複数の C Aモジュール 12がバス電圧を規定電圧に安定化するとともに、 バッテリ 3を規定電圧まで充電する。
また、 太陽電池 （MAl〜MAm、 CAl〜CAn) 2の出力電力の合計が負 荷 4の消費電力を下回っているときは、 バッテリ 3から放電ダイォード 14を経 由して負荷 4に電力を供給する。
また、 太陽電池 （MAl〜MAm、 CAl〜CAn) 2の出力電力の合計が負 荷 4の消費電力を上回ってコンデンサバンク 13の電圧が上昇すると、 太陽電池 (CAl〜CAn) 2に接続された C Aモジュール 12内の充電回路 C HI〜C Hnがこの順番 （CA 1〜CAnに対応する順番） でオンして、 余剰電力をバッ テリ 4に充電することによりバス電圧を安定化する。太陽電池（MA 1〜MAm、 CAl〜CAn) 2の出力電力の合計がさらに増加すると、 太陽電池 （MA 1〜 MAm) 2に接続された MAモジュール 1 1内のシャント回路 SM 1〜 SMmが この順番（MA 1〜MAmに対応する順番） でオンして、余剰電力をショート （消 費） することによりバス電圧を安定化する。
また、 バッテリ 4が充電されて電圧が上昇するに従い C Aモジュール 12内の 充電回路 CH 1〜CHnはこれと逆の順番 （CAn〜CA 1に対応する順番） で オフする。 充電回路 CH l〜CHnがオフすることにより余剰電力が増加してバ ス電圧が MAモジュール 1 1内のシャント回路 SM1〜 SMmの動作電圧以上に 上昇すると、 c Aモジュール 12内のシャント回路 S C 1〜S C nがこれと逆の 順番でオンして、 余剰電力をショートすることによりバス電圧を安定化する。 本実施の形態に係る電源制御装置 1によれば、 シャント回路と充電回路を集中 的に制御する駆動回路がなく、大規模な充電回路（B C R)を使用しないので（ 1 ) シャント回路及び充電回路が小型軽量化でき、 シャント回路と充電回路が全て互 いに独立しているので故障の波及がなく、 （2)シャント回路及び充電回路のモジ ュール化と高信頼性化が容易である。
次に、 図 2を参照して、 電源制御装置 1の動作を詳細に説明する。
図 2は、 電源制御装置 1のシャント回路 SMI〜SMm, SC l〜SCnと充 電回路 CH 1〜CHnの動作シーケンスを示す図である。
充電回路 CH 1〜CHn及びシャント回路 SMI〜SMm, SC l〜SCnは バス電圧に対して充分狭い幅のヒステリシスをもってオン一オフするよう構成さ れている。 例えば、 バスリップル規格が 50 OmVp pであれば、 電圧変動がそ れ以下となるように、 好ましくは 1 2以下となるように、 1 0 OmVp p〜2 5 OmVp pのヒステリシス電圧を持たせるようにする。 また、 充電回路 CH 1〜CHn及びシャント回路 SMI〜SMm， SC 1〜S Cnのオン一オフのスレショールド電圧は、 バス電圧に関して低い方から、 充電 回路 CHl〜CHn (BCCモード）、 太陽電池 （MA 1〜MAm) 2のシャント 回路 SMl〜SMm (MA S HN Tモード）、 太陽電池 （C A 1〜C A n ) 2の シャント回路 S C n〜S C 1 (CA SHNTモード） の順となるように予め設 定されている。
この設定により、 ある電力条件下でのバス電圧に一致する （オン側又はオフ側 の） スレショールド電圧を持つ回路が一つだけオン又はオフし、 そのバス電圧よ りスレシヨールド電圧が低い回路はオン状態、 高い回路はオフ状態となる。
また、 上記設定により、 充電回路 CH l〜CHnはバッテリ電圧に対してある 程度広い幅のヒステリシスをもってオン一オフする。 オン一オフのスレショ—ノレ ド電圧は、 バッテリ電圧に関して低い方から、 充電回路 CHn〜CHl (CVモ ード） の順である。 バッテリが充電されてバッテリ電圧が上昇するに従い、 充電 回路 CHn〜CH 1の順番でオフするという動作になる。 この動作は、 ノくッテリ 電圧が規定電圧に近づくに従つて充電電流を段階的に減少させる充電方式となる ので、 （3) 大電流急速充電でバッテリにストレスを与えずに満充電にできる。 次に、図 2に加え図 3をも参照して、電源制御装置 1の動作について説明する。 ここでは、 太陽電池 2が 5つのメィンァレー MA 1〜MA 5及びチャージァレイ CA1〜CA5で構成されており、 電源制御装置 1はこれらに対応する MAモジ ユール 1 1 (シャント回路 SMI〜SM5) 及び CAモジュール 1 2 (シャント 回路 AC 1〜SC5、 充電回路 CH1〜CH5) を有しているものとする。
図 3は、 電源制御装置 1の動作模式図である。 図 2に示した動作シーケンスに より太陽電池 2からバッテリ 3及び負荷 4への電力供給を制御することにより、 太陽電池の日照 日陰モード、 及びバッテリの充電状態に従って図示するような 動作となる。 以下、 詳述する。
日陰モードでは太陽電池 2が電力を発生しないので、 電源制御装置 1はバッテ リ 3から放電する BATモードとなる。 このときシャント回路及び充電回路は動 作していない。
日照モード初期では太陽電池 2の出力電力が増加していく。 太陽電池 2の出力 電力が負荷電力を上回るとバッテリ 4の放電が停止し、バス電圧が上昇し始める。 つまり、 電源制御装置 1は B C Cモードに移行する。
さらに太陽電池 2の出力電力が増加すると、 バス電圧に応じてバッテリ 4の充 電が開始される。 つまり、 余剰電力をバッテリ 4に充電するため充電回路 CH 1 がオン一オフスィツチング動作を開始する。 このとき充電回路 CH2〜CH5と 全てのシャント回路SM1〜SM5, SC：!〜 SC 5はオフである。
この後、 太陽電池 2の出力電力が増加するに従い、 充電回路 CH1がオン状態 となり充電回路 CH 2がオン一オフスイッチング動作を開始し、 次に、 充電回路 C H 2がォン状態となり充電回路 C H 3がオン一オフスイッチング動作を開始す る、 というように、 オン一オフスイッチング動作をする充電回路が切り換わって いく。 図 3において、 ハツチングが各回路のオン一オフスイッチング状態を示し ている。
充電回路 CH 1〜CH 5がオン一オフスィツチング動作をしているモ一ド （B CCモード） において、 バス電圧はバッテリ電圧よりも高い電圧に制御されるの で （4) バッテリ充電中においても太陽電池 2の発生電力を低下させない。
太陽電池 2の出力電力がさらに増加して充電回路 C H 5がオン状態となると、 電源制御装置 1は、 シャントモードに移行する。 バス電圧が所定値になると、 シ ヤント回路 SM1がオン一オフスィツチング動作する状態を経て、 シャント回路 S M 1がォン状態となり、 シャント回路 S M 2がオン一オフスイッチング動作す る状態となる。 この状態 （MA SHNTモード） まで、 全ての充電回路 CH1 〜CH 5がオンした状態のバッテリ充電が継続する。
その後、 充電によってバッテリ電圧が上昇すると充電回路 CH 5がオフし、 余 剰電力が増加する。 この余剰電力を消費 （ショート） するため、 シャント回路 S M2がオン状態となり、 シャント回路 SM3がオン一オフスィツチング動作を開 始する。 さらにバッテリ電圧が上昇すると充電回路 CH 4〜CH 1が順番にオフ し、 シャント回路 SM4〜SM5, SC 5， S C 4へと順番にオン一ォフスイツ チング動作する回路が遷移してゆく。
このとき負荷電力が増加しても、 充電回路 CH5〜CH 1がオフしたことによ り増加する余剰電力を負荷 4に供給することができる。 即ち、 （5) 充電完了後に は充電電力を負荷に供給できる。
日照モードが終わって日陰モードになると太陽電池 2の出力電力が負荷電力を 下回るので、 バス電圧は低下し、 全ての充電回路 CH 1〜CH 5及びシャント回 路 SM1〜SM5， SC 1〜SC 5は停止し、 ノくッテリ 4から放電ダイオード 1 4を経由して負荷 4に電力が供給される。
以上のように、 本実施の形態に係る分散制御式電源制御装置を使用することに より、
(1)シャント回路及び充電回路の駆動回路（冗長構成）を省略することができ、 小型軽量化できる。
(2) シャント回路及び充電回路の各々は電気的に互いに独立であるため波及故 障がなくなる、 またモジュール化することが容易となり処理電力の増減に対応し やすくなる。
(3) バッテリ電圧が上昇するに従い充電電流を段階的に減少させるので、 大電 流急速充電でバッテリにストレスを与えずに満充電にできる。
(4) BCCモードにおいてバス電圧を安定化するように充電回路をオン一オフ 制御するので、 バッテリ充電中 （SHNTモード及び BCCモード） においても 太陽電池の発生電力を低下させない。
( 5 ) 充電完了後には充電回路を停止して充電電力を負荷に供給できる。
次に、 図 4を参照して本発明の第 2の実施の形態に係る電源制御装置について 説明する。
図 4の電源制御装置は、 図 1の放電ダイォード 14を B D R (Battery Discha rge Regulator,バッテリ放電レギユレータ） ュニット 41に置き換えたものに等 しい。 BDRユニット 41の働きにより、 日陰時 （BATモード） においても日 照時とほぼ同一のバス電圧となるよう安定化することができる。
以上、 本発明について、 いくつかの実施の形態に即して説明したが、 本発明は これら実施の形態に限定されるものではなく、 本発明の範囲から逸脱することな く種々の変更、 変形が可能である。
この出願は、 2007年 1 1月 9日に出願された日本出願特願 2007-29 1582号を基礎とする優先権を主張し、 その開示の全てをここに取り込む。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 複数の太陽電池ァレイ及びバッテリから負荷への電力供給を制御すると もに、 前記複数の太陽電池ァレイによる前記バッテリの充電を制御する電源制御 装置において、
前記複数の太陽電池ァレイにそれぞれ対応して設けられ、 対応する太陽電池ァ レイから前記負荷への電力供給を制御する複数のシャント回路と、
前記複数の太陽電池のうちの一部又は全部にそれぞれ対応して設けられ、 対応 する太陽電池ァレイによる前記バッテリの充電を制御する一つ以上の充電回路と を備え、
前記複数のシャント回路及び前記一つ以上の充電回路の各々が、 予め設定され た閾値に基づいてそれぞれ独立して動作することを特徴とする電源制御装置。
2 . 前記複数のシャント回路における前記予め設定された閾値は、 前記負荷 が接続されたバスの電圧の変化に伴い、 前記複数のシャント回路が一つずつオン 又はオフするように設定されていることを特徴とする請求項 1に記載された電源 制御装置。
3 . 前記一つ以上の充電回路における前記予め設定された閾値は、 前記バッ テリの電圧の変化に伴い、 前記一つ以上の充電回路が一つずつオン又はオフする ように設定されていることを特徴とする請求項 1に記載された電源制御装置。
4 . 前記複数のシャント回路における前記予め設定された閾値は、 前記負荷 が接続されたバスの電圧の変化に伴い、 前記複数のシャント回路が一つずつオン 又はオフするように設定され、
前記一つ以上の充電回路における前記予め設定された閾値は、 前記複数のシャ ント回路における前記予め設定された閾値よりも低く、 かつ前記バッテリの電圧 の変化に伴い、 前記一つ以上の充電回路が一つずつオン又はオフするように設定 され、
前記一つ以上の充電回路は、 閾値の低いものから順に、 前記複数のシャント回 路が閾値の高いものから順に対応付けられている太陽電池に対応付けられている ことを特徴とする請求項 1に記載された電源制御装置。
5 . 前記負荷が接続されたバスの電圧が第一の所定値以上のとき、 前記一つ 以上の充電回路が前記バッテリの電圧に基づいてオン一オフ動作を行レ、、 前記バスの電圧が前記第一の所定値よりも高い第二の所定値以上のとき、 前記 複数のシャント回路が前記バスの電圧に基づいてオン—オフ動作を行うことを特 徴とする請求項 1に記載された電源制御装置。
6 . 前記複数のシャント回路の少なくとも一部が、 1以上のシャント回路を 単位としてモジュール化されていることを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれか 一つに記載された電源制御装置。
7 . 前記一つ以上の充電回路が、 それぞれ対応する太陽電池アレイに対応す るシャント回路とモジュール化されていることを特徴とする請求項 1乃至 5のい ずれか一つに記載された電源制御装置。
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