(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する複数の太陽電池アレイに並列に接続され、それぞれの太陽電池ア
レイとバッテリとの接続を短絡もしくは開放に切換えるシャント用スイッチ素子と、
上記それぞれの太陽電池アレイとバッテリの間に直列に接続され、上記それぞれの太陽
電池アレイへの電流の逆流を防止する複数のシャントダイオードと、
上記それぞれの太陽電池アレイによる負荷への電力供給状態の過不足によって変動する
バス電圧に基づいて、上記シャント用スイッチ素子を閉もしくは開放動作させることでバ
ス電圧を制御するシャントドライブ回路部と、
上記それぞれの太陽電池アレイとバッテリの間に直列に接続され、上記それぞれの太陽
電池アレイへの電流の逆流を防止するバッテリ充電ダイオードと、
上記それぞれの太陽電池アレイとバッテリとの接続を閉もしくは開放に切換える充電用
スイッチ素子と、
上記バッテリの充電状態に基づき充電制御信号及び充電完了信号を生成する充電制御部
と、
上記充電制御信号に基づき上記充電用スイッチ素子を閉もしくは開放動作させるゲート
駆動部と、
上記充電完了信号が異常状態検出レベルを超えたときに禁止条件検出信号を生成する禁
止条件検出部と、
充電停止不能状態であると判定したとき、上記禁止条件検出信号に同期して強制シャン
ト信号を生成し、上記シャント用スイッチ素子を強制的に閉動作させる強制シャント信号
発生部と、
を備えたことを特徴とする電力制御器。
【請求項２】
シャント用スイッチ素子のドレイン電圧がバッテリ電圧よりも大きいことを検出する第
１の条件検出部と、ドレイン電圧がバス電圧とシャントダイオードの電圧降下の和よりも
小さいことを検出する第２の条件検出部と、バッテリの充電電流が太陽電池ストリング発
生電流よりも等しいか又は大きいことを検出する第３の条件検出部と、上記第１の条件検
出部と第２の条件検出部および第３の条件検出部の条件がともに成立して、更に禁止条件
検出信号の状態から充電停止不能状態となっていることを判定し、強制シャント信号を生
成する論理回路部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力制御器。
【請求項３】
バッテリ電圧がバス電圧よりも大きいときに論理回路部に作用して強制シャント信号を
リセットする信号を発生するリセット信号部を備えたことを特徴とする請求項１または請
求項２に記載の電力制御器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば人工衛星に搭載して使用され、電源バスを介して供給される電力の供給量を制御する電力制御器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の電力制御器は、５０Ｖもしくは１００Ｖの安定化された電圧を人工衛星のバス電源として供給するものであり、そのシステム構成に関して様々な提案がなされていることは周知のところである。
【０００３】
このようなシステムの一例として、日照時に複数の太陽電池アレイから発生する電力を負荷への供給電力として利用し、発生電力余剰分は特定の太陽電池アレイ出力を短絡（シャント）することでバス電圧の上昇を抑える、バス電圧制御技術が知られている。この種の技術は、技術試験衛星（ＥＴＳシリーズ）、通信放送技術衛星（ＣＯＭＥＴＳ）、地球観測衛星（ＪＥＲＳ−１）、気象衛星（ＭＴＳＡＴ−２）等、様々な用途をもった衛星に、低軌道、静止軌道衛星を問わず利用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
非特許文献１に示すような従来のバス電圧制御システムにおいては、複数の並列配置された太陽電池アレイの出力電流によりバッテリを充電し、特定の太陽電池アレイ出力をシャント又は負荷側に配分することで、バッテリの充電電流値を加減する制御方式の電力制御器が利用されている（例えば、特許文献１参照）。この制御方式は、充電用レギュレータ（ＢＣＲ）を用いてバッテリを充電する方式に比べ、装置の小型軽量、低発熱化を実現することができる。
【０００５】
従来のバス電圧制御システムの電力制御器は、個々の太陽電池アレイの出力をバッテリに接続又は開放する開閉部を備えることで、太陽電池アレイからバッテリに充電する電流の合計値を制限しており、充電完了時は全ての太陽電池アレイ出力はバッテリから切離される。
【０００６】
一方、人工衛星搭載機器は単一部品故障によるシステムの機能停止を防ぐため、冗長設計が要求される。このため上記開閉部については、充電完了時に非シャント状態において開閉素子の短絡故障または開駆動制御不能故障により充電停止不能状態となった場合であっても、バッテリが過充電状態となることを防止するために、２組の開閉部を直列冗長構成としている。これにより、複数から成る太陽電池アレイの数に対して２倍の開閉部が必要となり、また開閉部を通過する電流による電力ロス、即ち発熱も２倍となるため、装置の小型軽量化、低発熱化を阻害する要因となっている。
【０００７】
これを防ぐためには、個々の太陽電池アレイ出力とバッテリ間に電流検出手段を設けて、検出される電流とシステムの運用状態から充電停止不能状態が判定された場合は当該太陽電池アレイ出力を強制的にシャントして、バッテリが過充電状態となることを防止する様にすることで冗長構成を不要にする方法が考えられる。しかし、充電停止不能状態を判定する手段を含めて個々の太陽電池アレイ毎に備える電流検出手段に大掛かりな装置が必要となり、小型軽量化の阻害要因に対する解決策とはならず、今のところ実用化に至っていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】S.Kuwajima, et al., “Digital sequential shunt regulator for solar power conditioning of engineering test satellite (ETS-Ｖ), ”Power Electronics Specialists Conference 1988 (PESC '88), IEEE, April 1988
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2000-134824号公報（第3,5,6図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の電力制御器は、個々の太陽電池アレイ出力が２組の直列冗長接続された開閉部を経由してバッテリに接続されているので、複数から成る太陽電池アレイの数に対して２倍の開閉部が必要となり、また開閉部を通過する電流による電力ロス即ち発熱も２倍となるため装置の小型軽量化、低発熱化を阻害する要因となっている。
【００１１】
また、開閉部を１組にし、個々の太陽電池アレイ出力とバッテリ間に電流検出手段を設けて、検出される電流とシステムの運用状態から開閉部の開放不能故障による充電停止不能状態が判定された場合に、当該太陽電池アレイ出力を強制的にシャントしてバッテリが過充電状態となることを防止する様にする従来技術が知られている。しかし、充電停止不能状態を判定する手段を含めて、個々の太陽電池アレイ毎に備える電流検出手段に大掛かりな装置が必要となり、小型軽量化の阻害要因に対する解決策とはなっていない。
【００１２】
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、個々の太陽電池アレイ出力とバッテリ間に直列冗長接続された開閉部を、大掛かりな装置を伴わずに単一化することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明による電力制御器は、負荷に電力を供給する複数の太陽電池アレイに並列に接続され、それぞれの太陽電池アレイとバッテリとの接続を短絡もしくは開放に切換えるシャント用スイッチ素子と、上記それぞれの太陽電池アレイとバッテリの間に直列に接続され、上記それぞれの太陽電池アレイへの電流の逆流を防止する複数のシャントダイオードと、上記それぞれの太陽電池アレイによる負荷への電力供給状態の過不足によって変動するバス電圧に基づいて、上記シャント用スイッチ素子を閉もしくは開放動作させることでバス電圧を制御するシャントドライブ回路部と、上記それぞれの太陽電池アレイとバッテリの間に直列に接続され、上記それぞれの太陽電池アレイへの電流の逆流を防止するバッテリ充電ダイオードと、上記それぞれの太陽電池アレイとバッテリとの接続を閉もしくは開放に切換える充電用スイッチ素子と、上記バッテリの充電状態に基づき充電制御信号及び充電完了信号を生成する充電制御部と、上記充電制御信号に基づき上記充電用スイッチ素子を閉もしくは開放動作させるゲート駆動部と、上記充電完了信号が異常状態検出レベルを超えたときに禁止条件検出信号を生成する禁止条件検出部と、充電停止不能状態であると判定したとき、上記禁止条件検出信号に同期して強制シャント信号を生成し、上記シャント用スイッチ素子を強制的に閉動作させる強制シャント信号発生部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、個々の太陽電池アレイの出力状態を示す電圧値に加えて、充電制御部から出力される充電完了信号が異常状態検出レベルを超えたときに禁止条件検出信号を生成することで、特定の太陽電池アレイの出力電流が充電停止不能状態にあることを判定し、当該太陽電池アレイを強制的にシャントしてバッテリが過充電状態となることを防止することができる。このため、個々の太陽電池アレイ毎に電流検出手段を要せずに開閉部の冗長構成を不要にして、小型の電力制御器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明に係る実施の形態１による電力制御器の構成を示す回路図である。
【図２】この発明に係る実施の形態１による電力制御器における充電制御部の構成を示す図である。
【図３】この発明に係る実施の形態１による電力制御器における充電制御部の動作を説明するための図である。
【図４】この発明に係る実施の形態１による電力制御器について、バッテリの充電制御動作における充電完了信号ＥＯＣと基準電圧Ｖｚの関係に基づく異常状態検出レベルの設定状態を説明するための図である。
【図５】この発明に係る実施の形態１による電力制御器の、強制シャント信号発生部の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１による電力制御器の構成を示す回路図である。
図１において、実施の形態１による電力制御器は、構成段数ｎ段からなる太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ（ｎは２以上の整数）のそれぞれに接続されたシャントモジュールＳＳＵ１〜ＳＳＵｎと、バッテリ放電ダイオード２と、バッテリ充電ダイオード（シャントダイオード）Ｄｂ１〜Ｄｂｎと、充電制御部６と、インヒビット（禁止）条件検出部１０とを備えて構成される。
【００１７】
複数の太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎは、それぞれシャントモジュールＳＳＵ１〜ＳＳＵｎを介して、バッテリ放電ダイオード２のカソード側に並列に接続される。バッテリ放電ダイオード２のアノード側はバッテリ５の正電圧端子に直列に接続される。バッテリ５は直列に接続された複数のリチウムイオンバッテリによって構成される。
各シャントモジュールＳＳＵ１〜ＳＳＵｎは、各バッテリ充電ダイオードＤｂ１〜Ｄｂｎを介して、バッテリ放電ダイオード２のアノード側に並列に接続される。
また、バッテリ放電ダイオード２のカソード側は電力バス１を介して衛星負荷４に接続される。バッテリ放電ダイオード２と衛星負荷４の間に、バス１を介してキャパシタバンク３が並列に接続される。
【００１８】
各シャントモジュールＳＳＵ１〜ＳＳＵｎは、シャント用スイッチ素子Ｓｈ（それぞれＳｈ１〜Ｓｈｎ）と、充電用スイッチ素子ＳＷ（それぞれＳＷ１〜ＳＷｎ）と、ゲート駆動部Ｇ（それぞれＧ１〜Ｇｎ）と、シャントダイオードＤｓ（それぞれＤｓ１〜Ｄｓｎ）と、シャントドライブ回路部（ＤＲＩＶＥ）Ａ（それぞれＡ１〜Ａｎ）と、強制シャント信号発生部ＥＸＥ（それぞれＥＸＥ１〜ＥＸＥｎ）から構成される。
各シャントダイオードＤｓ（Ｄｓ１〜Ｄｓｎ）のアノード側は、各太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎにそれぞれ直列に接続され、カソード側はバッテリ放電ダイオード２のカソード側に接続される。
【００１９】
各充電用スイッチ素子ＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ）は、各シャントダイオードＤｓ（Ｄｓ１〜Ｄｓｎ）と並列に、各太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎに接続される。
各シャント用スイッチ素子Ｓｈ（Ｓｈ１〜Ｓｈｎ）は、各シャントダイオードＤｓ（Ｄｓ１〜Ｄｓｎ）および各充電用スイッチ素子ＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ）と並列に、各太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎに接続される。
各ゲート駆動部Ｇ（Ｇ１〜Ｇｎ）の出力端は、各充電用スイッチ素子ＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ）のゲートに接続される。また、各ゲート駆動部Ｇ（Ｇ１〜Ｇｎ）の入力端は、充電制御部６の出力端に接続される。充電制御部６の入力端はバッテリ５の正電圧端子に接続される。
【００２０】
各シャントドライブ回路部（ＤＲＩＶＥ）Ａ（Ａ１〜Ａｎ）は、各シャント用スイッチ素子Ｓｈ（Ｓｈ１〜Ｓｈｎ）のゲートに接続される。
各強制シャント信号発生部ＥＸＥ（ＥＸＥ１〜ＥＸＥｎ）の出力端は各シャントドライブ回路部（ＤＲＩＶＥ）Ａ（Ａ１〜Ａｎ）の入力端に接続される。
インヒビット条件検出部１０の出力端は、各強制シャント信号発生部ＥＸＥ（ＥＸＥ１〜ＥＸＥｎ）の入力端に接続される。インヒビット条件検出部１０の入力端は、充電制御部６の出力端と、リファレンス電圧（ツェナーダイオード）に接続される。
なお、図示は省略するが、バス１のバス電圧Ｖｂｕｓは、図示しない増幅器（アンプ）を介して各シャントドライブ回路部（ＤＲＩＶＥ）Ａ（Ａ１〜Ａｎ）に入力されることで、バス電圧Ｖｂｕｓの変動に応じて、各シャントドライブ回路部（ＤＲＩＶＥ）Ａ（Ａ１〜Ａｎ）が各シャント用スイッチ素子Ｓｈ（Ｓｈ１〜Ｓｈｎ）の開閉制御を行うことができる。
【００２１】
次に、動作について説明する。
実施の形態１の電力制御器は、複数の太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ（ｎは２以上の整数）の余剰電力を短絡（シャント）する制御方式を採用したものである。この電力制御器は、日照時に複数の太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎから発生する電力が、それぞれに対応するバッテリ充電ダイオードＤｂ１〜Ｄｂｎを経由して、バス１に接続された負荷４へ供給される。バッテリ充電ダイオードＤｂ１〜Ｄｂｎは、バス電圧Ｖｂｕｓおよびバッテリ電圧Ｖｂａｔが、充電用スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎに流れ込むことを防止する目的で用いられている。
【００２２】
また、複数の太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎの発生電力余剰分については、バス１のバス電圧Ｖｂｕに基づいて各シャントドライブ回路部（ＤＲＩＶＥ）Ａ（Ａ１〜Ａｎ）が動作し、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎのうち特定の太陽電池アレイの出力電力を、シャント用スイッチ素子Ｓｈ又は充電用スイッチ素子ＳＷの開閉制御（またはシャント）を行うことにより、シャント又はバッテリ充電に用いるように動作する。これにより、電力バス１のバス電圧Ｖｂｕｓの上昇を抑えるように、バス電圧制御を行う。
【００２３】
このとき、充電用スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎはそれぞれに対応するゲート駆動部Ｇ１〜Ｇｎによって開閉駆動される。また、スイッチ素子Ｓｈ１〜Ｓｈｎはそれぞれに対応するシャントドライブ回路部Ａ１〜Ａｎによって開閉駆動される。この内閉駆動された充電用スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎまたはスイッチ素子Ｓｈ１〜Ｓｈｎに対応する太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎの発生電力は、充電用スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎによって遮断（またはシャント）される、またはスイッチ素子Ｓｈ１〜Ｓｈｎによってシャントされることで、その発生電力は電力バス１に供給されなくなる。
【００２４】
また、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎの発生電流がそれぞれに対応するダイオードＤｂ１〜Ｄｂｎを経由して流れ、バッテリ５が充電される。このとき、充電用スイッチ素子ＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ）及びゲート駆動部Ｇ（Ｇ１〜Ｇｎ）及び充電制御部６から生成される充電完了信号ＥＯＣ（End Of Charge）によって、充電電流Ｉｃｈｇが制御され、バッテリ５の充電制御が行われる。
例えば、充電制御部６によってバッテリ電圧Ｖｂａｔが所定の管理電圧Ｖｓに達したことが検出された場合、充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎが対応するゲート駆動部Ｇ１〜Ｇｎに伝達され、充電用スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎが遮断状態（またはシャント）となって、バッテリ５の充電電流が減少する。
また、充電制御部６からの充電完了信号ＥＯＣに基づいて、後述するようにインヒビット条件検出部１０、強制シャント信号発生部ＥＸＥ、およびシャントドライブ回路部Ａ１〜Ａｎが動作し、スイッチ素子Ｓｈ１〜Ｓｈｎがシャントされて、バッテリ５の充電電流が減少する。
なお、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎによる負荷４への電力供給状態の過不足の結果変動するバス電圧Ｖｂｕｓに基づいて、スイッチ素子Ｓｈ１〜Ｓｈｎを閉もしくは開放動作させることで、バス電圧Ｖｂｕｓを制御する。
【００２５】
以上の動作において、充電制御部６は、バッテリ５の充電が進むにつれてスイッチ駆動されるスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎの段数を増し、バッテリ５の充電電流が減少して、後述するように、最終的にバッテリ電圧Ｖｂａｔが所定の管理電圧Ｖｓに近づいた状態でバッテリ５は充電完了する。
【００２６】
このバス電圧制御動作において、シャント用スイッチ素子Ｓｈ、シャントドライブ回路部Ａ、充電用スイッチ素子ＳＷ、ゲート駆動部Ｇ、およびキャパシタバンク３によって、バス電圧を増減させるバンバン制御動作が行われる。このバンバン制御動作によって、バス電圧Ｖｂｕｓが規定の変動幅の範囲で安定に制御されるバス電圧制御が行われる。このバンバン制御によるバス電圧制御については、非特許文献１及び特許文献１に示されるとおりである。
【００２７】
以下、図１を用いて、この電力制御器において充電停止不能状態を判定して、過充電状態となることを防止する動作について説明する。
【００２８】
充電制御部６の制御によって、バッテリ５の充電電圧の上昇に伴い、各シャントモジュールＳＳＵ１〜ｎは予め設定された順位付けに基づき、順番に充電動作を停止して行く。この際、充電停止不能状態を伴うシャントモジュールＳＳＵｍが有るときは、その次の順位のシャントモジュールＳＳＵｍ＋１が充電動作を停止することで、充電電流Ｉｃｈｇが絞られながら充電完了に至る。
【００２９】
この動作において、充電停止不能状態を伴わないときは、充電完了時点で充電電流Ｉｃｈｇがゼロになるが、充電停止不能状態を伴うときは充電停止不能状態を伴うシャントモジュールＳＳＵのみが充電動作を継続する。
【００３０】
ここで、充電制御部６の動作について説明する。図２は充電制御部６の構成を示す図である。図２において、充電制御部６は、充電電圧管理値設定部１１０と、コンパレータＣＯＭＰ０と、ｎ個のコンパレータＰ１〜Ｐｎと、積分部１２０と、ｎ個のラッチ部Ｈ１〜Ｈｎと、ｎ個のツェナーダイオードＶｚ１〜Ｖｚｎと、リセット信号発生部１３０を備えて構成される。
【００３１】
バッテリ５は、充電電流Ｉｃｈｇに対して直列にバッテリ内部インピーダンスＲｚを伴っているため、充電中のバッテリ電圧Ｖｂａｔは、バッテリセル電圧Ｖｃｅｌｌに充電電流Ｉｃｈｇとバッテリ内部インピーダンスＲｚの積からなる電圧降下が加算された値として計測される。
【００３２】
バッテリ５の充電管理目標は、バッテリセル電圧Ｖｃｅｌｌを所定の管理電圧Ｖｓに近づけることであるが、バッテリセル電圧Ｖｃｅｌｌはバッテリ５の内部構造にあり計測できない。そのためバッテリ５の充電管理はバッテリ電圧Ｖｂａｔを計測することで行なわれる。
【００３３】
バッテリ電圧Ｖｂａｔと、充電電圧管理値設定部１１により設定される管理電圧ＶｓがコンパレータＣＯＭＰ０により比較され、バッテリ５の充電が進みバッテリ電圧Ｖｂａｔが管理電圧Ｖｓに達したところで、積分部１２により充電完了信号ＥＯＣが波高値をＥＯＣ（Ｐｅａｋ）とする積分波形として生成される。
なお、充電完了信号ＥＯＣの一部は充電制御部６の外部に出力されて、インヒビット条件検出部１０に入力される。
【００３４】
バッテリ５を充電する太陽電池アレイ構成段数ｎに等しい数より成るコンパレータＣＯＭＰ１〜ＣＯＭＰｎ、基準電圧Ｖｚ１〜Ｖｚｎにおいて、充電完了信号ＥＯＣの波高値ＥＯＣ（Ｐｅａｋ）と基準電圧Ｖｚ１〜Ｖｚｎは、式（１）の不等式が成立つ様に設定されている。
【００３５】
【数１】
0005585353.tif 000002
【００３６】
充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎが全てローレベルのとき、バッテリ５を充電する太陽電池アレイ構成段数ｎから成る各太陽電池アレイ電流Ｉｓａの合計値が充電電流Ｉｃｈｇとなってバッテリ５を充電する。
【００３７】
例えばバッテリ電圧Ｖｂａｔが管理電圧Ｖｓに達したとき、充電完了信号ＥＯＣが生成され、積分波形として上昇する管理電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｚ１を越えたところでコンパレータＣＯＰＭ１の出力がラッチ部Ｈ１に伝達され、充電制御信号Ｃ１がハイレベルに固定される。
【００３８】
充電制御信号Ｃ１がハイレベルに固定されることで、充電用スイッチ素子ＳＷ１が開いて、対応する太陽電池アレイＳＡ１が遮断されるため、充電電流Ｉｃｈｇが一段の太陽電池アレイ電流Ｉｓａの分減少し、バッテリ内部インピーダンスＲｚに起因する電圧降下が減少してバッテリ電圧Ｖｂａｔが低下することで、充電完了信号ＥＯＣがローレベルになる。
【００３９】
引続きバッテリ５の充電は継続して再びバッテリ電圧Ｖｂａｔが管理電圧Ｖｓに達したとき充電完了信号ＥＯＣが生成され、積分波形として上昇する管理電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｚ１を越え、基準電圧Ｖｚ２を越えたところで、コンパレータＣＯＭＰ２の出力がラッチ部Ｈ２に伝達され、充電制御信号Ｃ２がハイレベルに固定される。
【００４０】
充電制御信号Ｃ２がハイレベルに固定されることで、充電用スイッチ素子ＳＷ２が開いて、対応する太陽電池アレイＳＡ２が遮断されるため、充電電流Ｉｃｈｇが更に一段の太陽電池アレイ電流Ｉｓａの分減少し、バッテリ内部インピーダンスＲｚに起因する電圧降下が減少してバッテリ電圧Ｖｂａｔが低下、充電完了信号ＥＯＣがローレベルになる。
【００４１】
同様な動作が、充電制御信号Ｃｎがハイレベルに固定されるまで継続することで充電電流Ｉｃｈｇが減少しつつ、バッテリセル電圧Ｖｃｅｌｌが管理電圧Ｖｓに近付いて行く。
【００４２】
リセット信号発生部１３よりラッチ部Ｈ１〜Ｈｎに、一定又は不定期にリセット信号ＲＥＳＥＴを入力することで充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎが全てローレベルにリセットされる。これによって充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎが順次ハイレベルに切替る動作が再度実行され、バッテリ５の充電状態に応じた充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎのステータスが確定される。
【００４３】
このリセット動作により、バッテリ５が充電途中に放電動作を行いバッテリセル電圧Ｖｃｅｌｌが低下したとき又は宇宙環境における加速粒子の入射などの外乱による電子回路の過渡的な誤動作によって、バッテリ５の充電状態に係わらず過渡に充電電流Ｉｃｈｇが絞られた場合等において、速やかに最適な充電状態にリセットすることが可能になる。
【００４４】
図３は、図２に基づく充電制御部６の動作を説明するための図である。図３において、バッテリ５を充電する全ての太陽電池アレイＳＡによる定電流充電時間ｔ０は、充電開始時のバッテリ電圧をＶｃ０、またバッテリ５の等価キャパシタンスをＣＢＡＴとして式（２）で表される。
【００４５】
【数２】
0005585353.tif 000003
【００４６】
充電電流Ｉｃｈｇが減少しつつバッテリセル電圧Ｖｃｅｌｌが管理電圧Ｖｓに近付いて行く過程における多段切替充電時間ｔｋは、式（３）で表される。
【００４７】
【数３】
0005585353.tif 000004
【００４８】
式（２）、式（３）より、充電完了時間ｔｃｈｇｕｐは式（４）で表される。
【００４９】
【数４】
0005585353.tif 000005
【００５０】
充電完了時のバッテリセル電圧Ｖｃｅｌｌ（ｍａｘ）は式（５）で表されることより、バッテリ５を充電する太陽電池アレイ構成段数ｎの分割数を多くして個々の太陽電池アレイ電流Ｉｓａを小さくするほど、充電完了時のバッテリセル電圧Ｖｃｅｌｌ（ｍａｘ）は管理電圧Ｖｓに近付くことが確認できる。
【００５１】
【数５】
0005585353.tif 000006
【００５２】
次に、充電停止不能状態を伴うシャントモジュールＳＳＵの有無に応じた、インヒビット条件検出部１０、強制シャント信号発生部ＥＸＥ、シャントドライブ回路部Ａ１〜Ａｎ、およびスイッチ素子Ｔ１〜Ｔｎの動作について説明する。
【００５３】
日照中太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎから電力が発生している状態では、個々のドレイン電圧Ｖｄ（Ｖｄ１〜Ｖｄｎ）、バッテリ電圧Ｖｂａｔ、バス電圧Ｖｂｕｓ、バッテリ放電ダイオード２のバスダイオード電圧降下Ｖｆにおいて、充電停止不能状態の有無に係らず充電動作が行われているシャントモジュールＳＳＵ（ＳＳＵ１〜ＳＳＵｎ）について、式（６）、（７）の不等式が成立つ。但し、ｋ＝１〜ｎの整数。また、Ｖｄ１〜Ｖｄｎ、Ｖｂａｔ、Ｉｓｔｒ１〜Ｉｓｔｒｎ、Ｉｃｈｇ、Ｖｂｕｓ、Ｖｆは、図示しない電圧または電流モニタ回路によってモニタされるものとする。
【００５４】
【数６】
0005585353.tif 000007
【００５５】
【数７】
0005585353.tif 000008
【００５６】
また、充電電流Ｉｃｈｇ、太陽電池ストリング発生電流Ｉｓｔｒ（Ｉｓｔｒ１〜Ｉｓｔｒｎ）において、充電停止不能状態の有無に係らず充電動作が行われているときは、必然的に式（８）の不等式が成立つ。
【００５７】
【数８】
0005585353.tif 000009
【００５８】
図４はバッテリの充電制御動作における充電完了信号と基準電圧の関係に基づく、異常状態検出レベルの設定状態について説明する図である。
図２で説明したバッテリ５の充電制御動作における充電完了信号ＥＯＣと基準電圧Ｖｚ（Ｖｚ１〜Ｖｚｎ）の関係に基づき、図４に示す基準電圧Ｖｚ1〜Ｖｚｎよりも高い信号レベルを有する異常状態検出レベルＯｖｒが設定されている。
【００５９】
充電停止不能状態となっているときは、次式（９）の不等式が成り立ち、インヒビット条件検出部１０からインヒビット条件検出信号１５が発生する。このインヒビット条件検出信号１５は、インヒビット条件検出信号１５が発生したときに、充電制御部６が充電完了信号ＥＯＣとの比較を行った基準電圧Ｖｚｋを参照し、そのｋ番目の基準電圧に対応したｋ番目のシャントモジュールＣｈｋにおける強制シャント信号発生部ＥＸＥに対して、インヒビット条件検出信号１５を入力する。
【００６０】
【数９】
0005585353.tif 000010
【００６１】
また、日陰中太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎから電力が発生していない状態においては、式（１０）の不等式が成立つ。
【００６２】
【数１０】
0005585353.tif 000011
【００６３】
各シャントモジュールＳＳＵ１〜ｎにおいて、充電用スイッチ素子ＳＷ又はゲート駆動部Ｇの故障により充電停止不能状態となった場合は、強制シャント信号発生部ＥＸＥｋ（ｋ＝１〜ｎ）によって式（６）から（９）に基づく条件よりその状態が判定される。
当該判定により強制シャント信号Ｆａｉｌが生成されて、充電停止不能状態となったシャントドライブ回路部Ａｐ（ｋ＝ｐ。ｐは１〜ｎのうち何れか特定の値）に入力され、当該シャントドライブ回路部Ａｐに対応したシャント用スイッチ素子Ｓｈｐが閉状態となり、当該シャント用スイッチ素子Ｓｈｐに対応した太陽電池アレイＳＡｐから発生する電力はシャントされて、バッテリ５が過充電となることが防止される。
【００６４】
次に、電力制御器において充電停止不能状態を判定して、強制シャント信号Ｆａｉｌを発生する強制シャント信号発生部ＥＸＥ（ＥＸＥ１〜ＥＸＥｎ）の動作について説明する。図５は、強制シャント信号発生部ＥＸＥ（ＥＸＥ１〜ＥＸＥｎ）の動作を説明するための図である。図において、強制シャント信号発生部ＥＸＥは、条件１検出部７と、条件２検出部８と、条件３検出部９と、リセット信号部１１と、アンド回路やフリップフロップ回路からなる論理回路部１８と、を備えて構成される。
【００６５】
条件１検出部７は、式（１）の成立によって条件１検出信号１２を出力する。条件２検出部８は、式（２）の成立によって条件２検出信号１３を出力する。また、条件１検出信号１２並びに条件２検出信号１３が出力されると、論理回路部１８は条件１検出信号１２と条件２検出信号１３の論理積により、当該シャントモジュールＳＳＵ（ＳＳＵ１〜ＳＳＵｎ）がバッテリ充電中であることを判定する。
【００６６】
また、条件３検出部９は、式（３）の成立によって条件３検出信号１４を出力する。インヒビット条件検出部１０から式（４）の成立によってインヒビット条件検出信号１５が出力され、条件３検出部９から条件３検出信号１４が出力されると、インヒビット条件検出信号１５と条件３検出信号１４の論理積により、論理回路部１８はインヒビット信号１６を生成して、充電停止不能状態が発生していることを判定する。
【００６７】
なお、条件３検出部９及び条件３検出信号１４は不可欠な要素ではなく論理積の対象から省略しても良い。
【００６８】
次に、論理回路部１８において、条件１検出信号１２と条件２検出信号１３及びインヒビット信号１６の論理積から、当該シャントモジュールＳＳＵ（ＳＳＵ１〜ＳＳＵｎ）が充電停止不能状態となっていることが判定されると、強制シャント信号Ｆａｉｌが生成され、フリップフロップ回路によって出力状態がラッチされる。
【００６９】
以上の動作において、式（１）及び式（２）の成立によって当該シャントモジュールＳＳＵはバッテリ充電中であることが判定され、更にインヒビット信号１６によりそれが充電停止不能状態によるものであることが判定される。
【００７０】
また、リセット信号部１１において式（５）の成立によって日陰中で有ることを判定して、リセット信号１７を論理回路部１８に入力することで、強制シャント信号Ｆａｉｌのラッチ出力状態を解除し、次の日照中も強制シャント信号発生部ＥＸＥは同様な動作を繰返す。
【００７１】
このリセット信号部１１の動作により、宇宙環境における加速粒子の入射などの外乱による電子回路の過渡的な誤動作によって、強制シャント信号Ｆａｉｌが誤って出力された場合でも、日照、日陰の繰返し毎に最適な充電動作状態にリセットすることが可能になる。
【００７２】
以上説明したとおり、この実施の形態１による電力制御器は、負荷に対して電力を供給する複数の太陽電池アレイのそれぞれに並列に接続されるとともに、上記太陽電池アレイとの接続を短絡もしくは開放に切換えるシャント用スイッチ素子と、上記それぞれの太陽電池アレイと負荷の間に直列に接続され、上記太陽電池アレイへの電流の逆流を防止する複数のシャントダイオードと、上記太陽電池アレイによる負荷への電力供給状態の過不足の結果変動するバス電圧に基いて、上記シャント用スイッチ素子を閉もしくは開放動作させることでバス電圧を制御するシャントドライブ回路部と、上記それぞれの太陽電池アレイとバッテリの間に直列に接続され、上記太陽電池アレイへの電流の逆流を防止すると共に複数の太陽電池アレイからの電力をバッテリに供給制御するバッテリ充電ダイオード及び充電用スイッチ素子と、バッテリの充電状態に基き充電制御信号及び充電完了信号を生成する充電制御部と、充電制御信号に基き充電用スイッチ素子を閉もしくは開放動作させるゲート駆動部と、充電完了信号が異常状態検出レベルを超えたときにインヒビット条件検出信号を生成するインヒビット条件検出部と、充電停止不能状態となっていることを判定したときインヒビット条件検出信号に同期して強制シャント信号を生成してシャント用スイッチ素子を強制的に閉動作させる強制シャント信号発生部を備えたことを特徴とする。
【００７３】
これによって、個々の太陽電池アレイの出力状態を示す電圧値に加えて、充電制御部から出力される充電完了信号が異常状態検出レベルを超えたときに禁止条件検出信号を生成することで、特定の太陽電池アレイの出力電流が充電停止不能状態にあることを判定し、当該太陽電池アレイを強制的にシャントしてバッテリが過充電状態となることを防止することができる。このため、個々の太陽電池アレイ毎に電流検出手段を要せずに開閉部の冗長構成を不要にして、小型の電力制御器を提供することが可能となる。
【００７４】
また、シャント用スイッチ素子のドレイン電圧がバッテリ電圧よりも大きいことを検出する条件１検出部と、ドレイン電圧がバス電圧とシャントダイオードの電圧降下の和よりも小さいことを検出する条件２検出部と、バッテリの充電電流が太陽電池ストリング発生電流よりも等しいか又は大きいことを検出する条件３検出部と、上記条件１検出部と条件２検出部および条件３検出部の条件が共に成立して更にインヒビット条件検出信号の状態から充電停止不能状態となっていることを判定して強制シャント信号を生成する論理回路部とを備えても良い。
【００７５】
また、バッテリ電圧がバス電圧よりも大きいときに論理回路部に作用して強制シャント信号をリセットするリセット信号部を備えても良い。
【００７６】
なお、この実施の形態では、論理の前提として示すハイレベル（Ｈ）とローレベル（Ｌ）および論理記号は動作を説明するための一例であり、同様の機能を実現する上で異なる論理の組合せを用いても良い。
【００７７】
また、この実施の形態で示す太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎは、電力を供給する電源の一例であり、同様の機能をもつ他の電源に置き換えてもよい。この実施の形態では、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎは人工衛星に搭載されているものとするが、地上等に設置されていても良い。また、この実施の形態では、シャント用スイッチ素子Ｓｈ及び充電用スイッチ素子ＳＷとして、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いた例を説明しているが、他のスイッチ素子を用いても良い。また、この実施の形態では、充電用スイッチ素子ＳＷとして、スイッチ開放によって太陽電池アレイＳＡからの電流を遮断する素子を用いた例について説明したが、スイッチを閉じるによって太陽電池アレイＳＡからの出力電流をシャントする回路構成を用いても良い。
【００７８】
この実施の形態に係る発明は、例えば人工衛星に搭載して使用される太陽電池の電源安定化及び非安定化バスを介してバッテリを充電する手段として、複数の並列に構成された太陽電池アレイの出力電流によりバッテリを充電する様にして、この内特定の太陽電池アレイ出力をシャント又は負荷側に供給することでバッテリの充電電流値を加減する方式を適用する電力制御器に適用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１  電力バス、２  バッテリ放電ダイオード、３  キャパシタバンク、４  負荷、５  バッテリ、６  充電制御部、７  条件１検出部、８  条件２検出部、９  条件３検出部、１０  インヒビット条件検出部、１１  リセット信号部、１８  論理回路部、Ａ  シャントドライブ回路部、Ｄｂ  バッテリ充電ダイオード、Ｄｓ  シャントダイオード、ＥＸＥ  強制シャント信号発生部、Ｇ  ゲート駆動部、ＳＡ  太陽電池ストリング、Ｓｈ  シャント用スイッチ素子、ＳＳＵ  シャントモジュール、ＳＷ  充電用スイッチ素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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