(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を供給する電源と直列に接続され、前記電源への電流の逆流を防止する逆流防止素子と、
前記電源と並列に接続されるとともに前記逆流防止素子と直列に接続され、前記電源からの電力の供給を制御するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子と直列に接続され、所定のインダクタンスを有するインダクタンス素子と、
前記電源から電力を供給するか否かを命令する信号を生成し、生成した信号を出力する命令部と、
前記命令部から出力される信号を入力し、入力した信号が電力を供給するよう命令する信号の場合、前記スイッチ素子を開放させ、入力した信号が電力を供給しないよう命令する信号の場合、前記スイッチ素子を短絡させ、前記スイッチ素子を短絡させた後、前記電源から前記スイッチ素子へ印加される電圧が前記インダクタンス素子のインダクタンスにより所定の時間内に降下しなければ、前記逆流防止素子が短絡故障していると判断して前記スイッチ素子を開放させる制御部とを備えることを特徴とする電力制御器。
【請求項２】
前記電力制御器は、前記電源と前記逆流防止素子と前記スイッチ素子と前記インダクタンス素子と前記制御部とをそれぞれ有する複数の電力供給回路を備え、
前記命令部は、電力を供給させる電源を選択し、選択した電源を有する電力供給回路の制御部に対して電力を供給するよう命令する信号を出力し、それ以外の制御部に対して電力を供給しないよう命令する信号を出力する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】
前記電力制御器は、さらに、前記複数の電力供給回路の電源から電力を供給されて充電するバッテリを備え、
前記命令部は、前記複数の電力供給回路の電源から前記バッテリに印加される電圧が所定の電圧に達している場合、選択している電源のうち、より少数の電源を選択し、選択した電源を有する電力供給回路の制御部に対して電力を供給するよう命令する信号を出力し、それ以外の制御部に対して電力を供給しないよう命令する信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の電力制御器。
【請求項４】
前記複数の電力供給回路のうち、一部の電力供給回路は、前記逆流防止素子を有する代わりに、前記スイッチ素子が、前記電源と直列に接続され、前記制御部が、前記命令部から出力される信号を入力し、入力した信号が電力を供給するよう命令する信号の場合、前記スイッチ素子を短絡させ、入力した信号が電力を供給しないよう命令する信号の場合、前記スイッチ素子を開放させるものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の電力制御器。
【請求項５】
前記電源は、人工衛星に搭載された太陽電池アレイであることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の電力制御器。
【請求項６】
電力を供給する電源と直列に接続され、前記電源への電流の逆流を防止する逆流防止素子と、前記電源と並列に接続されるとともに前記逆流防止素子と直列に接続され、前記電源からの電力の供給を制御するスイッチ素子と、前記スイッチ素子と直列に接続され、所定のインダクタンスを有するインダクタンス素子とを用いる電力制御方法であって、
命令部が、前記電源から電力を供給するか否かを命令する信号を生成し、生成した信号を出力し、
制御部が、前記命令部から出力される信号を入力し、入力した信号が電力を供給するよう命令する信号の場合、前記スイッチ素子を開放させ、入力した信号が電力を供給しないよう命令する信号の場合、前記スイッチ素子を短絡させ、前記スイッチ素子を短絡させた後、前記電源から前記スイッチ素子へ印加される電圧が前記インダクタンス素子のインダクタンスにより所定の時間内に降下しなければ、前記逆流防止素子が短絡故障していると判断して前記スイッチ素子を開放させることを特徴とする電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力制御器及び電力制御方法に関するものである。本発明は、特に、人工衛星に搭載して使用される種類の安定化及び非安定化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の安定化された電力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、負荷及びバッテリ充電電力として利用し、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て（バス電圧制御を行い）、シャント動作においては電磁干渉抑制のため（太陽電池アレイ出力短絡又は開放時の電流変化率抑制手段として）、シャント制御スイッチ素子にインダクタンス素子を併用する従来技術が知られている。この技術は、技術試験衛星（ＥＴＳシリーズ）、通信放送技術衛星（ＣＯＭＥＴＳ等）、地球観測衛星（ＪＥＲＳ−１等）、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採用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
また、非特許文献１に示されるようなバス電圧制御システムにおいて、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ようにして、このうち特定の太陽電池アレイ出力をシャントすることでバッテリの充電電流値を加減する方式により、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、低発熱化を実現している従来技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この技術では、個々の太陽電池アレイの出力をシャント又は開放することで太陽電池アレイから発生する電力又は電流の合計値を調節しているため、個々の太陽電池アレイ出力がダイオードを経由して人工衛星のバス電源又はバッテリに接続するようにしてシャントによる短絡路をバス電源又はバッテリから分離している。
【０００６】
人工衛星搭載機器には、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。上記のダイオードについても短絡故障によるバス電源又はバッテリの短絡を防止するために２つのダイオードが直列に使用される。このため、ダイオードを通過する電流による電力ロス、即ち、発熱が２倍となり、装置の低発熱化、小型軽量化を阻害する要因となっている。
【０００７】
これを防ぐためにダイオードを１つにして、それが短絡故障した場合はバス又はバッテリからシャントによる短絡路に向かって逆流する電流を検出し、高速に応答して太陽電池アレイ出力のシャントをやめるようにする従来技術が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００８】
また、従来の人工衛星に用いられるバッテリはニッケルカドミウムバッテリもしくはニッケル水素バッテリであり、これらは飽和点（満充電）まで充電され、充電完了時点で充電を停止するか又は漏れ電流を補う程度の微小電流充電モードに切り替えればよく、特許文献１記載の従来技術にみられるように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方式を適用することは容易であった。
【０００９】
しかし、昨今の人工衛星においてはエネルギ密度が高く、人工衛星システムの小型軽量化に寄与するリチウムイオンバッテリが用いられるようになってきた。このバッテリには、長寿命化を考慮した低ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ・Ｏｆ・Ｃｈａｒｇｅ）管理を行うことが要求される。その実施手段として低ＳＯＣ管理値に相当する充電完了電圧を定めて定電流充電から定電圧充電に移行する従来技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１３４８２４号公報
【特許文献２】特開２００２−１８６１９６号公報
【非特許文献】
【００１１】
【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
【非特許文献２】Ｗ．  Ｄｅｎｚｉｎｇｅｒ，  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｇｅｎｅｒｉｃ  １００Ｖ  ／  Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ  Ｂｕｓ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ，”  ｔｈｅ  Ｓｅｖｅｎｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｓｐａｃｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｓｐａｃｅ  Ａｇｅｎｃｙ  （ＥＳＡ），  Ｍａｙ  ２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の電力制御器は、個々の太陽電池アレイ出力が直列冗長接続された２つのダイオードを経由して人工衛星のバス電源又はバッテリに接続されているので、このダイオードを通過する電流による電力ロス、即ち、発熱が２倍となり、装置の低発熱化、小型軽量化を阻害する要因となっている。前述したように、ダイオードを１つにしてそれが短絡故障した場合は、バス又はバッテリからシャントによる短絡路に向かって逆流する電流を高速に検出して太陽電池アレイ出力のシャントをやめるようにする従来技術が知られているが、逆流する電流を検出する手段として用いる装置が大掛かりなもの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。
【００１３】
また、従来の電力制御器において装置の小型軽量、低発熱化を実現する手段として用いられている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方式において、リチウムイオンバッテリに要求される低ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ・Ｏｆ・Ｃｈａｒｇｅ）管理に対応できるように配慮されたシステムは今のところ実現化されていない。
【００１４】
本発明は、例えば、ダイオード等の逆流防止素子の短絡故障に備えて逆流防止素子を冗長化する必要がない小型の電力制御器を提供することを目的とする。また、本発明は、例えば、リチウムイオンバッテリ等のバッテリを低ＳＯＣで充電する制御を行う電力制御器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一の態様に係る電力制御器は、
電力を供給する電源と直列に接続され、前記電源への電流の逆流を防止する逆流防止素子と、
前記電源と並列に接続されるとともに前記逆流防止素子と直列に接続され、前記電源からの電力の供給を制御するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子と直列に接続され、所定のインダクタンスを有するインダクタンス素子と、
前記電源から電力を供給するか否かを命令する信号を生成し、生成した信号を出力する命令部と、
前記命令部から出力される信号を入力し、入力した信号が電力を供給するよう命令する信号の場合、前記スイッチ素子を開放させ、入力した信号が電力を供給しないよう命令する信号の場合、前記スイッチ素子を短絡させ、前記スイッチ素子を短絡させた後、前記電源から前記スイッチ素子へ印加される電圧が前記インダクタンス素子のインダクタンスにより所定の時間内に降下しなければ、前記逆流防止素子が短絡故障していると判断して前記スイッチ素子を開放させる制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一の態様によれば、電力制御器において、逆流防止素子が電源と直列に接続され、スイッチ素子が電源と並列に接続されるとともに逆流防止素子と直列に接続され、インダクタンス素子がスイッチ素子と直列に接続されており、制御部が、命令部から入力した信号が電力を供給しないよう命令する信号の場合、スイッチ素子を短絡させ、スイッチ素子を短絡させた後、電源からスイッチ素子へ印加される電圧がインダクタンス素子のインダクタンスにより所定の時間内に降下しなければ、逆流防止素子が短絡故障していると判断してスイッチ素子を開放させるため、逆流防止素子の短絡故障に備えて逆流防止素子を冗長化する必要がない小型の電力制御器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係る電力制御器の構成を示す回路図である。
【図２】実施の形態１に係る電力制御器のドライブ回路部の構成を示す回路図である。
【図３】実施の形態１に係る電力制御器のドライブ回路部の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】実施の形態１に係る電力制御器の充電制御部の構成を示す回路図である。
【図５】実施の形態１に係る電力制御器の充電制御部の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】実施の形態１に係る電力制御器の充電制御部の動作解析結果を示すグラフである。
【図７】実施の形態２に係る電力制御器の構成を示す回路図である。
【図８】実施の形態３に係る電力制御器の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００１９】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る電力制御器１０の構成を示す回路図である。
【００２０】
図１において、電力制御器１０は、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２（ｎ１及びｎ２は２以上の整数）の余剰電力を短絡（シャント）する方式を採用したものである。電力制御器１０は、日照時に複数の太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２から発生する電力を、負荷１４（ＬＯＡＤ）への供給電力及びバッテリ１５（ＢＡＴ）の充電電力として利用し、発生電力余剰分については特定の太陽電池アレイ出力をシャントすることで電力バス１７の電圧の上昇を抑える（バス電圧制御を行う）。電力制御器１０は、シャント動作においては電磁干渉抑制のため（太陽電池アレイ出力短絡又は開放時の電流変化率抑制手段として）シャント制御用のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２にコイルＬ１〜Ｌｎ１＋ｎ２（インダクタンス素子）を併用する。電力制御器１０は、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２とスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２の接続点より電力バス１７又はバッテリ１５の正電極に接続された、直列冗長を伴わない逆流防止用のダイオードＤ１〜Ｄｎ１＋ｎ２と、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２とスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２の接続点に回路の一部が接続された、個々のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２に対応するドライブ回路部Ａ１〜Ａｎ１＋ｎ２（駆動回路）を備える。これらのドライブ回路部Ａ１〜Ａｎ１＋ｎ２は、電力バス１７に接続された増幅器１１（ＡＭＰ）及びバッテリ１５に接続された充電制御部１６（ＣＨＧＵＰ）に接続されている。
【００２１】
本実施の形態において、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２の各々は、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。本実施の形態では、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２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よい。ダイオードＤ１〜Ｄｎ１＋ｎ２は、それぞれ対応する太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２と直列に接続される。ダイオードＤ１〜Ｄｎ１＋ｎ２の各々は、対応する太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２への電流の逆流を防止する逆流防止素子の一例であり、同様の機能をもつ他の逆流防止素子に置き換えてもよい。スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２は、それぞれ対応する太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２と並列に接続されるとともに、それぞれ対応するダイオードＤ１〜Ｄｎ１＋ｎ２と直列に接続される。スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２は、対応する太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２からの電力の供給を制御する。本実施の形態では、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２として電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いるが、他のスイッチ素子を用いてもよい。コイルＬ１〜Ｌｎ１＋ｎ２は、それぞれ対応するスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２と直列に接続される。コイルＬ１〜Ｌｎ１＋ｎ２の各々は、所定のインダクタンスを有するインダクタンス素子の一例であり、同様のインダクタンスを有する他のインダクタンス素子に置き換えてもよい。
【００２２】
増幅器１１は、命令部の一例である。また、充電制御部１６は、命令部の一例である。増幅器１１（命令部）は、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１から電力を供給するか否かを命令する信号を生成し、生成した信号を出力する。充電制御部１６（命令部）は、太陽電池アレイＳＡｎ１＋１〜ＳＡｎ１＋ｎ２から電力を供給するか否かを命令する信号を生成し、生成した信号を出力する。ドライブ回路部Ａ１〜Ａｎ１＋ｎ２の各々は、制御部の一例である。ドライブ回路部Ａ１（制御部）は、増幅器１１（命令部）から出力される信号（後述するシャントドライブ信号Ｂ１）を入力し、入力した信号が電力を供給するよう命令する信号の場合、対応するスイッチ素子ＳＷ１を開放させ、入力した信号が電力を供給しないよう命令する信号の場合、スイッチ素子ＳＷ１を短絡させる。後者の場合、スイッチ素子ＳＷ１を短絡させた後、対応する太陽電池アレイＳＡ１からスイッチ素子ＳＷ１へ印加される電圧が、対応するコイルＬ１のインダクタンスにより所定の時間（後述する判定時間Ｔｓａｆｅ）内に降下しなければ、対応するダイオードＤ１が短絡故障していると判断してスイッチ素子ＳＷ１を開放させる。これにより、ダイオードＤ１の短絡故障に備えて逆流防止素子を冗長化する必要がない小型の電力制御器１０を提供することができる。他のドライブ回路部Ａ２〜Ａｎ１＋ｎ２（制御部）についても同様であるが、ドライブ回路部Ａ２〜Ａｎ１（制御部）が増幅器１１（命令部）から出力される信号（後述するシャントドライブ信号Ｂ２〜Ｂｎ１）を入力するのに対し、ドライブ回路部Ａｎ１＋１〜Ａｎ１＋ｎ２（制御部）は充電制御部１６（命令部）から出力される信号（後述する充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎ２）を入力する。
【００２３】
放電制御器１２（ＢＤＲ）は、バッテリ１５からの放電を制御し、バッテリ１５からの安定した放電を可能とするためのものである。本実施の形態では、バッテリ１５としてリチウムイオンバッテリを用いるが、ニッケルカドミウムバッテリ、ニッケル水素バッテリ等を用いてもよい。キャパシタバンク１３（ＣＡＰ）は、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１からの供給と負荷１４における需要との瞬時の需給電力差を吸収し、安定した電力供給を可能とするとともに、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１の余剰電力を有効活用するためのものである。
【００２４】
太陽電池アレイＳＡ１とダイオードＤ１とスイッチ素子ＳＷ１とコイルＬ１とドライブ回路部Ａ１（制御部）とは、電力供給回路Ｐ１を構成する。同様に、太陽電池アレイＳＡ２〜ＳＡｎ１＋ｎ２とダイオードＤ２〜Ｄｎ１＋ｎ２とスイッチ素子ＳＷ２〜ＳＷｎ１＋ｎ２とコイルＬ２〜Ｌｎ１＋ｎ２とドライブ回路部Ａ２〜Ａｎ１＋ｎ２とは、電力供給回路Ｐ２〜Ｐｎ１＋ｎ２を構成する。電力供給回路Ｐ２は図１に直接示していないが、ｎ１＝２の場合、図１に示した電力供給回路Ｐｎ１が電力供給回路Ｐ２に相当し、ｎ１＞２の場合、図１で電力供給回路Ｐ１と電力供給回路Ｐｎ１との間に示した「・・・」が電力供給回路Ｐ２等に相当する。同様に、ｎ２＝２の場合、図１に示した電力供給回路Ｐｎ１＋ｎ２が電力供給回路Ｐｎ１＋２に相当し、ｎ２＞２の場合、図１で電力供給回路Ｐｎ１＋１と電力供給回路Ｐｎ１＋ｎ２との間に示した「・・・」が電力供給回路Ｐｎ１＋２等に相当する。なお、負荷１４を使用する場合、電力供給回路Ｐ１〜Ｐｎ１のうち少なくとも１つがあればよい。また、バッテリ１５を使用する場合、電力供給回路Ｐｎ１＋１〜Ｐｎ１＋ｎ２のうち少なくとも１つがあればよい。
【００２５】
増幅器１１及び充電制御部１６（命令部）は、電力を供給させる太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２を選択する。増幅器１１（命令部）は、例えば太陽電池アレイＳＡ１を選択した場合、選択した太陽電池アレイＳＡ１を有する電力供給回路Ｐ１のドライブ回路部Ａ１（制御部）に対して電力を供給するよう命令する信号を出力し、それ以外のドライブ回路部Ａ２〜Ａｎ１（制御部）に対して電力を供給しないよう命令する信号を出力する。同様に、充電制御部１６（命令部）は、例えば太陽電池アレイＳＡｎ１＋１を選択した場合、選択した太陽電池アレイＳＡｎ１＋１を有する電力供給回路Ｐｎ１＋１のドライブ回路部Ａｎ１＋１（制御部）に対して電力を供給するよう命令する信号を出力し、それ以外のドライブ回路部Ａｎ１＋２〜Ａｎ１＋ｎ２（制御部）に対して電力を供給しないよう命令する信号を出力する。本実施の形態では、充電制御部１６（命令部）は、太陽電池アレイＳＡｎ１＋１〜ＳＡｎ１＋ｎ２からバッテリ１５に印加される電圧が所定の電圧（後述するＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃ）に達している場合、選択している太陽電池アレイのうち、より少数の太陽電池アレイを選択する。そして、選択した太陽電池アレイを有する電力供給回路のドライブ回路部（制御部）に対して電力を供給するよう命令する信号を出力し、それ以外のドライブ回路部（制御部）に対して電力を供給しないよう命令する信号を出力する。これにより、バッテリ１５を低ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ・Ｏｆ・Ｃｈａｒｇｅ）で充電する制御を行う電力制御器１０を提供することができる。
【００２６】
以下、図１を用いて、電力制御器１０の動作について説明する。
【００２７】
人工衛星の日照モードにおける電力制御動作において、ｎ１段からなる（太陽電池アレイ構成段数がｎ１である）太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１の発生電力がそれぞれに対応するダイオードＤ１〜Ｄｎ１を経由して電力バス１７に接続された負荷１４に供給される。増幅器１１によってバス電圧Ｖｂｕｓ（電力バス１７の電圧）の制御電圧誤差がシャントドライブ信号Ｂ１〜Ｂｎ１に変換されてドライブ回路部Ａ１〜Ａｎ１に伝達され、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１がそれぞれに対応するドライブ回路部Ａ１〜Ａｎ１によって開閉駆動される。このうち閉駆動されたスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１に対応する太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１の発生電力はスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１によって短絡（シャント）されるため、その発生電力は電力バス１７に供給されない。これらの動作によって、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１から電力バス１７に供給される電力量が加減され、バス電圧Ｖｂｕｓが一定の変動範囲内に制御される。
【００２８】
ｎ２段からなる（太陽電池アレイ構成段数がｎ２である）太陽電池アレイＳＡｎ１＋１〜ＳＡｎ１＋ｎ２の発生電流がそれぞれに対応するダイオードＤｎ１＋１〜Ｄｎ１＋ｎ２を経由して流れ、バッテリ１５が充電される。充電制御部１６によってバッテリ電圧Ｖｂａｔ（バッテリ１５の電圧）がＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃに達したことが検出された場合、充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎ２が対応するドライブ回路部Ａｎ１＋１〜Ａｎ１＋ｎ２に伝達され、任意のスイッチ素子ＳＷｎ１＋１〜ＳＷｎ１＋ｎ２がシャント駆動されてバッテリ１５の充電電流が減少する。以上の動作において、充電制御部１６は、バッテリ１５の充電が進むにつれてシャント駆動するスイッチ素子ＳＷｎ１＋１〜ＳＷｎ１＋ｎ２の段数を増やし、バッテリ１５の充電電流を減少させて、最終的にバッテリ電圧ＶｂａｔがＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃに近づいた状態でバッテリ１５の充電が完了するように動作する。
【００２９】
ダイオードＤ１〜Ｄｎ１＋ｎ２は、バス電圧Ｖｂｕｓ及びバッテリ電圧Ｖｂａｔがシャント駆動されたスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２に流れ込むことを防止する目的で用いられているが、短絡故障が生じた場合には、電力バス１７及びバッテリ１５からシャント駆動されたスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２に逆電流が流れ込む可能性がある。この場合、ドライブ回路部Ａ１〜Ａｎ１＋ｎ２が電界効果トランジスタで構成された対応するスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２のドレイン電圧（太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２とダイオードＤ１〜Ｄｎ１＋ｎ２のアノード端子の交点）における、ダイオードＤ１〜Ｄｎ１＋ｎ２の短絡故障に起因する電圧の変化を検出して、該当するスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２を開状態に固定することで電力バス１７及びバッテリ１５からシャント駆動されたスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２に逆電流が流れ込むことを防止する。
【００３０】
以上のように、本実施の形態によれば、個々の太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２と負荷１４又はバッテリ１５との間に接続されるダイオードが、従来であれば２つのダイオードを直列冗長接続したものとなっていたが、大掛かりな装置を伴わずにこれらを単一化することができる。
【００３１】
人工衛星の日陰モードにおける電力制御動作においては、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２の発生電力がなくなり、バッテリ１５に蓄積された電力が放電制御器１２を経由して電力バス１７に供給され、電力バス１７から負荷１４に供給される。シャントドライブ信号Ｂ１〜Ｂｎ１及び充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎ２はドライブ回路部Ａ１〜Ａｎ１＋ｎ２に対してスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２を開駆動するように命令する信号になる。このときダイオードＤ１〜Ｄｎ１＋ｎ２はカットオフ状態となっている。なお、放電制御器１２はバス電圧Ｖｂｕｓよりも低いバッテリ電圧Ｖｂａｔをバス電圧Ｖｂｕｓまで昇圧する機能を有する。また、放電制御器１２は電力バス１７からバッテリ１５に向けて電流が流れることを防ぐためのダイオードで構成されている。
【００３２】
次に、図２を用いて、ドライブ回路部Ａ１〜Ａｎ１＋ｎ２の主要部分について説明する。以下の説明において、ドライブ回路部Ａ１〜Ａｎ１＋ｎ２をドライブ回路部Ａ、対応する太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ１＋ｎ２を太陽電池アレイＳＡ、対応するダイオードＤ１〜Ｄｎ１＋ｎ２をダイオードＤ、対応するスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１＋ｎ２をスイッチ素子ＳＷ、対応するコイルＬ１〜Ｌｎ１＋ｎ２のインダクタンスをインダクタンスＬとして説明する。また、対応するシャントドライブ信号Ｂ１〜Ｂｎ１（又は充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎ２）をシャントドライブ信号Ｂ（又は充電制御信号Ｃ）として説明する。
【００３３】
図２は、ドライブ回路部Ａの構成を示す回路図である。
【００３４】
図２において、ドライブ回路部Ａは、レベルシフト部α１８（第１のレベルシフト部）、レベルシフト部β１９（第２のレベルシフト部）、コンパレータ（ＣＯＭＰ）、計時部２０、正帰還部２１、論理積回路（ＡＮＤ）、ゲート駆動部Ｇを有する。
【００３５】
ドライブ回路部Ａは、レベルシフト部α１８で、シャントドライブ信号電圧Ｖｂ（シャントドライブ信号Ｂの電圧）を、固定定数α、Ｖａを用いた式（１）で表される信号Ｓ１に変換する。
Ｓ１＝Ｖａ（α＋１）−α×Ｖｂ・・・（１）
【００３６】
ドライブ回路部Ａは、レベルシフト部β１９で、ＦＥＴで構成されたスイッチ素子ＳＷのドレイン電圧Ｖｄを、固定定数βを用いた式（２）で表される信号Ｓ２に変換する。
Ｓ２＝β×Ｖｄ・・・（２）
【００３７】
ドライブ回路部Ａは、式（１）、（２）において、信号Ｓ１がハイレベルのときをＳ１（Ｈ）、信号Ｓ１がローレベルのときをＳ１（Ｌ）、信号Ｓ２がハイレベルのときをＳ２（Ｈ）、信号Ｓ２がローレベルのときをＳ２（Ｌ）として、式（３）〜（５）の不等式が成り立つように固定定数α、β、Ｖａを設定する。
Ｓ１（Ｈ）＞Ｓ２（Ｈ）・・・（３）
Ｓ１（Ｌ）＞Ｓ２（Ｌ）・・・（４）
Ｓ１（Ｌ）＜Ｓ２（Ｈ）・・・（５）
【００３８】
ドライブ回路部Ａは、上記の式（１）〜（５）の条件においてコンパレータにより信号Ｓ１，Ｓ２のレベル比較を行い、信号Ｓ３を生成する。信号Ｓ２が信号Ｓ１より高レベルの場合、信号Ｓ３はハイレベル、即ち、Ｓ３（Ｌ）からＳ３（Ｈ）に変化する。一方、信号Ｓ２が信号Ｓ１より低レベルの場合、信号Ｓ３はローレベル、即ち、Ｓ３（Ｌ）となる。
【００３９】
ドライブ回路部Ａは、計時部２０により信号Ｓ３がハイレベルの状態を継続する時間を計測し、この時間が判定時間Ｔｓａｆｅを超えた場合は、信号Ｓ４を生成する。即ち、信号Ｓ４をＳ４（Ｌ）からＳ４（Ｈ）の状態に変化させる。
【００４０】
ドライブ回路部Ａは、論理積回路によりシャントドライブ信号Ｂ（又は充電制御信号Ｃ）と、信号Ｓ４の逆論理値の論理積を演算し、その演算結果をゲート駆動部Ｇに入力することで、ＦＥＴで構成されたスイッチ素子ＳＷの開閉制御を行う。スイッチ素子ＳＷは、インダクタンスＬを伴って駆動するため、ドレイン電流Ｉｄの電流変化率抑制を伴って開閉されるようになっている。
【００４１】
信号Ｓ４が生成されているとき、即ち、信号Ｓ４がハイレベルのときは、正帰還部２１がレベルシフト部β１９に作用して、式（６）の不等式が成り立つように固定定数βの値をシフトする。
Ｓ１（Ｈ）＜Ｓ２（Ｈ）・・・（６）
【００４２】
なお、本実施の形態では正帰還部２１がレベルシフト部β１９に作用するものとしているが、同様の正帰還効果を得る目的で正帰還部２１がレベルシフト部α１８に作用するようにしてもよい。
【００４３】
ここで、ダイオードＤに故障を伴わず、正常動作が行われているときのスイッチ素子ＳＷの開閉駆動時に生じる信号Ｓ３の発生継続時間（信号Ｓ３がハイレベルの状態を継続する時間）はドレイン電圧保持時間Ｔｓａに等しく、ゲート駆動電圧Ｖｄｒｖ及びスイッチ素子ＳＷのゲートスレッシュホールド電圧Ｖｇｔｈと、太陽電池アレイ電流Ｉｓａと、インダクタンスＬにより、式（７）で表される。
Ｔｓａ＝Ｉｓａ×Ｌ／（Ｖｄｒｖ−Ｖｇｔｈ）・・・（７）
【００４４】
ダイオードＤが短絡故障している場合、スイッチ素子ＳＷの閉駆動時に、ドレイン電流Ｉｄは、ゲート駆動部Ｇとスイッチ素子ＳＷ及びインダクタンスＬによる電流変化率抑制動作を伴って上昇を継続する。このとき、スイッチ素子ＳＷが許容する範囲内のドレイン電流Ｉｄが流れる時間、かつ、ドレイン電圧保持時間Ｔｓａよりも長い識別可能な時間として、判定時間Ｔｓａｆｅを規定する。スイッチ素子ＳＷが許容する範囲内のドレイン電流Ｉｄを許容電流Ｉｓａｆｅとして、判定時間Ｔｓａｆｅは式（８）で表される。
Ｔｓａｆｅ＝Ｉｓａｆｅ×Ｌ／（Ｖｄｒｖ−Ｖｇｔｈ）・・・（８）
【００４５】
以上のようにドライブ回路部Ａを構成していることにより、ダイオードＤに故障を伴わず、正常動作が行われているときは、信号Ｓ３の発生継続時間が判定時間Ｔｓａｆｅよりも短く、信号Ｓ４が生成されないため、スイッチ素子ＳＷは閉駆動可能であるが、ダイオードＤが短絡故障しているときは、判定時間Ｔｓａｆｅを超えて信号Ｓ３の発生が継続し、信号Ｓ４が生成されるため、スイッチ素子ＳＷは閉駆動不能になり、電力バス１７及びバッテリ１５からシャント駆動されたスイッチ素子ＳＷに逆電流が流れ込むことが防止される。
【００４６】
上記のように、本実施の形態では、ドライブ回路部Ａにおいて、太陽電池アレイＳＡとスイッチ素子ＳＷの接続点における電圧（ドレイン電圧Ｖｄ）を、レベルシフト部β１９を通してコンパレータの比較入力端子に接続する。また、充電制御部１６又は増幅器１１の出力信号（シャントドライブ信号Ｂ又は充電制御信号Ｃ）を、レベルシフト部α１８を通してコンパレータの他方の比較入力端子に接続する。また、コンパレータ出力信号を計時部２０に入力し、計時部２０の出力信号を、正帰還部２１を経由してレベルシフト部β１９に接続するとともに論理積回路の反転入力に接続する。また、レベルシフト部α１８の入力信号を論理積回路の他方の入力に接続する。そして、この論理積回路の出力信号を、ゲート駆動部Ｇを介してスイッチ素子ＳＷの駆動信号とする。
【００４７】
図３は、ドライブ回路部Ａの動作を示すタイミングチャートである。
【００４８】
図３（ａ）は、ダイオードＤに故障を伴わず、正常動作が行われているときの動作を図２に基づき説明したものである。
【００４９】
図３（ａ）において、ドレイン電流Ｉｄは、シャントドライブ信号Ｂの入力に応じて上昇し、式（７）で表されるドレイン電圧保持時間Ｔｓａの経過後、太陽電池アレイ電流Ｉｓａに達して、スイッチ素子ＳＷは閉状態となる。このドレイン電圧保持時間Ｔｓａの間、信号Ｓ２が信号Ｓ１よりも大きくなり信号Ｓ３が発生するが、ドレイン電圧保持時間Ｔｓａは判定時間Ｔｓａｆｅよりも短いため、信号Ｓ４は生成されない。したがって、スイッチ素子ＳＷは閉駆動可能となる。
【００５０】
具体的には、まず、日照モードにおいてシャントドライブ信号Ｂが入力される（ハイレベルになる）と、ゲート駆動部Ｇによりスイッチ素子ＳＷがシャントし、インダクタンスＬによってドレイン電流Ｉｄが徐々に上昇する。また、レベルシフト部α１８から出力される信号Ｓ１がＳ１（Ｌ）の状態になり、このときの信号Ｓ２はＳ２（Ｈ）の状態であるため、式（５）に基づきコンパレータから出力される信号Ｓ３はＳ３（Ｈ）の状態になる。ドレイン電圧保持時間Ｔｓａが経過すると、ドレイン電流Ｉｄが太陽電池アレイ電流Ｉｓａに達して定電流になるため、インダクタンスＬによってドレイン電圧Ｖｄがゼロ電位になる（即ち、降下する）。これに応じてレベルシフト部β１９から出力される信号Ｓ２がＳ２（Ｌ）の状態になるため、式（４）に基づきコンパレータから出力される信号Ｓ３はＳ３（Ｌ）の状態に戻る。
【００５１】
次に、日照モードから日陰モードに変わると、ドレイン電流Ｉｄが徐々に下降する。また、シャントドライブ信号Ｂの入力が停止される（ローレベルになる）ため、レベルシフト部α１８から出力される信号Ｓ１がＳ１（Ｈ）の状態になる。その後、再び日陰モードから日照モードに変わると、ドレイン電圧Ｖｄが上昇し、これに応じてレベルシフト部β１９から出力される信号Ｓ２がＳ２（Ｈ）の状態になる。そして、前述した動作が繰り返される。
【００５２】
図３（ｂ）は、ダイオードＤに短絡故障が生じたときの動作を図２に基づき説明したものである。
【００５３】
図３（ｂ）において、ドレイン電流Ｉｄは、シャントドライブ信号Ｂの入力に応じて、式（７）で表されるドレイン電圧保持時間Ｔｓａを超えて上昇を継続する。これにより、判定時間Ｔｓａｆｅを超えたところで信号Ｓ４が生成され、スイッチ素子ＳＷは閉駆動不能状態に固定される。このとき、許容電流Ｉｓａｆｅを上限としてドレイン電流Ｉｄの上昇が止まり、スイッチ素子ＳＷは破壊されることなく開駆動されるため、スイッチ素子ＳＷに電力バス１７及びバッテリ１５からの逆電流が流れ込むことが防止される。
【００５４】
また、信号Ｓ４の生成に伴い、正帰還部２１がレベルシフト部β１９に作用して固定定数βの値をシフトするため、人工衛星が日陰モードに入り、太陽電池アレイＳＡの発生電力がなくなって、シャントドライブ信号電圧Ｖｂがローレベルとなることで信号Ｓ１が式（１）に基づきハイレベルとなっても、信号Ｓ３及び信号Ｓ４はハイレベルを維持するため、次の日照モードに入ってもスイッチ素子ＳＷは閉駆動不能状態を維持する。
【００５５】
具体的には、まず、日照モードにおいてシャントドライブ信号Ｂが入力される（ハイレベルになる）と、ゲート駆動部Ｇによりスイッチ素子ＳＷがシャントし、インダクタンスＬによってドレイン電流Ｉｄが徐々に上昇する。また、レベルシフト部α１８から出力される信号Ｓ１がＳ１（Ｌ）の状態になり、このときの信号Ｓ２はＳ２（Ｈ）の状態であるため、式（５）に基づきコンパレータから出力される信号Ｓ３はＳ３（Ｈ）の状態になる。ドレイン電圧保持時間Ｔｓａが経過してもドレイン電流Ｉｄは許容電流Ｉｓａｆｅに達するまで上昇し続けるため、ドレイン電圧Ｖｄはゼロ電位にならず（即ち、降下しない）、レベルシフト部β１９から出力される信号Ｓ２はＳ２（Ｈ）の状態を維持する。判定時間Ｔｓａｆｅが経過すると、計時部２０から出力される信号Ｓ４はＳ４（Ｈ）の状態となるため、ゲート駆動部Ｇによりスイッチ素子ＳＷが開放し、ドレイン電流Ｉｄが徐々に下降する。また、正帰還部２１によりレベルシフト部β１９から出力される信号Ｓ２がさらに高レベルとなるため、これ以降、式（６）が適用されることになる。
【００５６】
次に、日照モードから日陰モードに変わると、シャントドライブ信号Ｂの入力が停止される（ローレベルになる）ため、レベルシフト部α１８から出力される信号Ｓ１がＳ１（Ｈ）の状態になる。このとき、式（６）に基づきコンパレータから出力される信号Ｓ３はＳ３（Ｈ）の状態のままであるため、計時部２０から出力される信号Ｓ４はＳ４（Ｈ）の状態を維持し続ける。その後、再び日陰モードから日照モードに変わっても、信号Ｓ４はＳ４（Ｈ）の状態を維持するため、シャントドライブ信号Ｂの入力の有無に関わらず、スイッチ素子ＳＷは開放したままとなる。
【００５７】
図３（ｃ）は、ダイオードＤに故障が生じていないにも関わらず、宇宙環境における加速粒子の入射等の外乱による電子回路の過渡的な誤動作でスイッチ素子ＳＷが閉駆動不能状態になった場合は、人工衛星が日陰モードに入ったときに誤動作状態が解除されることを、図２に基づき説明したものである。
【００５８】
図３（ｃ）において、スイッチ素子ＳＷが閉状態にあるときに信号Ｓ４が誤って生成された場合、図３（ｂ）に示す動作にしたがってスイッチ素子ＳＷは閉駆動不能状態に固定される。その後、人工衛星が日陰モードに入ったときに太陽電池アレイＳＡの発生電力がなくなり、健全なダイオードＤはカットオフ状態となり、スイッチ素子ＳＷのドレイン電圧Ｖｄはゼロ電位となるため、信号Ｓ２がローレベルとなり、その結果、信号Ｓ３及び信号Ｓ４がローレベルとなって誤動作状態が解除される。したがって、次の日照モードに入ったときにはスイッチ素子ＳＷの閉駆動が可能となる。
【００５９】
次に、図４を用いて、充電制御部１６の主要部分について説明する。
【００６０】
図４は、充電制御部１６の構成を示す回路図である。
【００６１】
図４において、バッテリ１５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。
【００６２】
バッテリ１５の充電管理目標は、バッテリセル電圧ＶｃｅｌｌをＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃ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１５の内部構造にあり、計測できない。そのため、バッテリ１５の充電管理はバッテリ電圧Ｖｂａｔを計測することで行われる。
【００６３】
バッテリ電圧Ｖｂａｔと、充電電圧管理値設定部２２により設定されるＳＯＣ管理電圧ＶｓｏｃがコンパレータＣＯＭＰ０により比較され、バッテリ１５の充電が進み、バッテリ電圧ＶｂａｔがＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃに達したところで積分部２３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。
【００６４】
バッテリ１５を充電する太陽電池アレイＳＡｎ１＋１〜ｎ１＋ｎ２の段数であるｎ２に等しい数のコンパレータＣＯＭＰ１〜ＣＯＭＰｎ２、基準電圧Ｖｚ１〜Ｖｚｎ２において、充電完了信号ＥＯＣの波高値ＥＯＣ（Ｐｅａｋ）と基準電圧Ｖｚ１〜Ｖｚｎ２は式（９）の不等式が成り立つように設定されている。
Ｖｚ１＜Ｖｚ２＜・・・＜Ｖｚｎ２＜ＥＯＣ（Ｐｅａｋ）・・・（９）
【００６５】
充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎ２が全てローレベルのとき、バッテリ１５を充電するｎ２段の太陽電池アレイＳＡｎ１＋１〜ｎ１＋ｎ２それぞれの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１５が充電される。
【００６６】
バッテリ電圧ＶｂａｔがＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃ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ＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃが基準電圧Ｖｚ１を超えたところでコンパレータＣＯＭＰ１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。充電制御信号Ｃ１がハイレベルに固定されることで、対応する太陽電池アレイＳＡｎ１＋１がシャントされるため、充電電流Ｉｃｈｇが太陽電池アレイ電流Ｉｓａの１段分減少し、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が低下し、充電完了信号ＥＯＣがローレベルになる。
【００６７】
引き続きバッテリ１５の充電が継続して再びバッテリ電圧ＶｂａｔがＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃ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ＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃが基準電圧Ｖｚ１を超え、さらに基準電圧Ｖｚ２を超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。充電制御信号Ｃ２がハイレベルに固定されることで、対応する太陽電池アレイＳＡｎ１＋２がシャントされるため、充電電流Ｉｃｈｇがさらに太陽電池アレイ電流Ｉｓａの１段分減少し、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が低下し、充電完了信号ＥＯＣがローレベルになる。
【００６８】
同様の動作が、充電制御信号Ｃｎ２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ＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃに近づいていく。
【００６９】
リセット信号発生部２４よりラッチ部Ｈ１〜Ｈｎ２に、定期的に又は不定期にリセット信号ＲＥＳＥＴが入力されることで、充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎ２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〜Ｃｎ２を順次ハイレベルに切り替える動作が再度実行され、バッテリ１５の充電状態に応じた充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎ２のステータスが確定される。このリセット動作により、バッテリ１５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、あるいは、宇宙環境における加速粒子の入射等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１５の充電状態に関わらず充電電流Ｉｃｈｇが絞られたとき等において、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。
【００７０】
上記のように、本実施の形態では、充電制御部１６において、バッテリ電圧Ｖｂａｔと充電電圧管理値設定部２２で規定するＳＯＣ管理電圧ＶｓｏｃとをコンパレータＣＯＭＰ０で比較した結果が積分部２３に入力される。積分部２３の出力は、他の複数のコンパレータＣＯＭＰ１〜ＣＯＭＰｎ２でそれぞれに対応する基準電圧Ｖｚ１〜Ｖｚｎ２と比較される。コンパレータＣＯＭＰ１〜ＣＯＭＰｎ２それぞれの出力は、対応するラッチ部Ｈ１〜Ｈｎ２を通して複数の充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎ２としてドライブ回路部Ａｎ１＋１〜Ａｎ１＋ｎ２に入力される。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、複数の並列に構成された太陽電池アレイＳＡｎ１＋１〜ＳＡｎ１＋ｎ２の出力電流によりバッテリ１５を充電する方式において、リチウムイオンバッテリに要求される低ＳＯＣ管理に対応できるように配慮されたシステムを実現できる。
【００７２】
図５は、充電制御部１６の動作を示すタイミングチャートである。
【００７３】
図５において、バッテリ１５を充電する全ての太陽電池アレイＳＡｎ１＋１〜ＳＡｎ１＋ｎ２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、バッテリ１５の等価キャパシタンスをＣＢＡＴとして式（１０）で表される。
Ｔ０＝ＣＢＡＴ×（Ｖｓｏｃ−Ｖｃ０）／（Ｉｓａ×ｎ２）・・・（１０）
【００７４】
充電電流Ｉｃｈｇが減少しつつ、バッテリセル電圧ＶｃｅｌｌがＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃに近づいていく過程における多段切り替え充電時間Ｔｉは式（１１）で表される。
Ｔｉ＝Ｒｚ×ＣＢＡＴ／（ｎ２−ｉ）・・・（１１）
【００７５】
式（１０）、式（１１）より、充電完了時間Ｔｃｈｇｕｐは式（１２）で表される。
【数１】
0005495643.tif 000002
【００７６】
充電完了時のバッテリセル電圧Ｖｃｅｌｌ（ｍａｘ）は式（１３）で表される。
Ｖｃｅｌｌ（ｍａｘ）＝Ｖｓｏｃ−Ｉｓａ×Ｒｚ・・・（１３）
【００７７】
式（１３）より、バッテリ１５を充電する太陽電池アレイＳＡｎ１＋１〜ＳＡｎ１＋ｎ２の段数であるｎ２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）がＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃに近づくことが確認できる。
【００７８】
図６は、充電制御部１６の動作解析結果を示すグラフである。この図は、従来技術による定電流充電から定電圧充電に移行する方式と、本実施の形態による充電制御動作を比較した解析の一例を示すものである。
【００７９】
図６において、バッテリ電圧Ｖｂａｔ、バッテリセル電圧Ｖｃｅｌｌ、充電電流Ｉｃｈｇについて、従来技術による解析結果をそれぞれＶｂａｔ（ＤＣ）、Ｖｃｅｌｌ（ＤＣ）、Ｉｃｈｇ（ＤＣ）として、本実施の形態による充電制御動作解析結果に重ねて示している。この図において、本実施の形態による充電制御動作は、従来技術による定電流充電から定電圧充電に移行する方式による充電電流の制御動作をほぼ追従する結果となることが確認できる。
【００８０】
なお、本実施の形態の説明で用いたハイレベル、ローレベルといった表現は、説明の上での相対的な概念であり、絶対値を示すものではない。
【００８１】
以上説明したように、本実施の形態では、単一構成ダイオードが短絡故障したとき、電界効果トランジスタで構成されたシャント制御用スイッチ素子のドレイン電圧における、ダイオードの短絡故障に起因する電圧の変化を検出して、スイッチ素子を開状態に固定するようにすることで、電力バス及びバッテリからシャント駆動されたスイッチ素子に逆電流が流れ込むことを防止するようにしている。したがって、ダイオードの故障検出手段に電力損失や電力部品による体積及び重量増加を伴う手段を必要とせず、コンパレータ等の簡易な信号処理回路でダイオードの２直列冗長構成を不要にする手段を提供して装置の小型軽量化を実現することができる。
【００８２】
また、本実施の形態では、リチウムイオンバッテリに要求される低ＳＯＣ管理手段として、充電用レギュレータを用いて定電流充電から定電圧充電に移行する従来技術による方式と同様の充電電流及び充電電圧管理を、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方式において実行できるようにしたので、装置の小型軽量、低発熱化を実現することができる。
【００８３】
実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
【００８４】
図７は、本実施の形態に係る電力制御器１０の構成を示す回路図である。
【００８５】
図７において、電力制御器１０は、図１に示したものと異なり、一部の太陽電池アレイＳＡｎ１＋１〜ＳＡｎ１＋ｎ２の余剰電力を開放する方式を採用したものである。本実施の形態に係る電力制御器１０は、実施の形態１のものと異なり、スイッチ素子ＳＷｎ１＋１〜ＳＷｎ１＋ｎ２にコイルＬｎ１＋１〜Ｌｎ１＋ｎ２を併用した回路が太陽電池アレイＳＡｎ１＋１〜ＳＡｎ１＋ｎ２とバッテリ１５の正電極との間に接続され、逆流防止用のダイオードＤｎ１＋１〜Ｄｎ１＋ｎ２が取り除かれている。なお、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ１にコイルＬ１〜Ｌｎ１を併用した回路を用いて同様の構成をとることも可能であり、この場合、ダイオードＤ１〜Ｄｎ１を取り除くことができる。また、同様の構成を部分的に採用してダイオードＤ１〜Ｄｎ１＋ｎ２のうち任意のものを取り除くこともできる。
【００８６】
本実施の形態において、電力供給回路Ｐ１〜Ｐｎ１＋ｎ２のうち、一部の電力供給回路Ｐｎ１＋１〜Ｐｎ１＋ｎ２は、実施の形態１におけるダイオードＤｎ１＋１〜Ｄｎ１＋ｎ２を有する代わりに、スイッチ素子ＳＷｎ１＋１〜ＳＷｎ１＋ｎ２が、それぞれ対応する太陽電池アレイＳＡｎ１＋１〜ＳＡｎ１＋ｎ２と直列に接続されたものとなっている。そして、ドライブ回路部Ａｎ１＋１〜Ａｎ１＋ｎ２（制御部）が、充電制御部１６（命令部）から出力される信号を入力し、入力した信号が電力を供給するよう命令する信号の場合、スイッチ素子ＳＷｎ１＋１〜ＳＷｎ１＋ｎ２を短絡させ、入力した信号が電力を供給しないよう命令する信号の場合、スイッチ素子ＳＷｎ１＋１〜ＳＷｎ１＋ｎ２を開放させるものとなっている。
【００８７】
上記のように、スイッチ素子ＳＷｎ１＋１〜ＳＷｎ１＋ｎ２は太陽電池アレイＳＡｎ１＋１〜ＳＡｎ１＋ｎ２とバッテリ１５との接続を開閉するものであり、図１におけるシャント動作に置き換わるものである。
【００８８】
ゲート駆動部Ｇ１〜Ｇｎ２は、図２に示したドライブ回路部Ａの中のゲート駆動部Ｇに相当するものであり、充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎ２にしたがってスイッチ素子ＳＷｎ１＋１〜ＳＷｎ１＋ｎ２を開閉駆動する。
【００８９】
その他は図１に示す電力制御器１０の構成と同じ構成要素から成り、同様にバス電圧Ｖｂｕｓの制御及びバッテリ１５の充電管理が行われる。なお、この構成においてはスイッチ素子ＳＷｎ１＋１〜ＳＷｎ１＋ｎ２の開閉状態が図１に示す電力制御器１０の構成と逆転する必要があるため、インバータ回路ＩＮＶ１〜ｎ２により充電制御信号Ｃ１〜Ｃｎ２の論理を反転している。
【００９０】
なお、この構成においては図１に示す電力制御器１０の構成にみられるダイオードＤｎ１＋１〜Ｄｎ１＋ｎ２は不要である。
【００９１】
ドライブ回路部Ａ１〜Ａｎ１及び充電制御部１６は本実施の形態においても実施の形態１で説明した動作と全く同じ働きをするため、同様の効果を得られる。
【００９２】
実施の形態３．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
【００９３】
図８は、本実施の形態に係る電力制御器１０の構成を示す回路図である。
【００９４】
図８において、電力制御器１０は、図１に示したものと異なり、バッテリ１５を電力バス１７に直結する方式を採用したものである。本実施の形態に係る電力制御器１０は、実施の形態１のものと異なり、バッテリ出力をバス電圧とすることで、キャパシタバンク１３、放電制御器１２、増幅器１１を取り除いている。
【００９５】
図８において、人工衛星の日照モードにおける電力制御動作において、太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ２の発生電力がそれぞれに対応するダイオードＤ１〜Ｄｎ２を経由して電力バス１７に接続され、負荷１４に供給されるとともにバッテリ１５を充電する。
【００９６】
充電制御部１６は実施の形態１において、図４及び図５に基づいて説明した通りの動作を行うため、バス電圧ＶｂｕｓはＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃを上限とし、太陽電池アレイ電流Ｉｓａとバッテリ内部インピーダンスＲｚとの積からなる電圧降下分をＳＯＣ管理電圧Ｖｓｏｃから引いた値を下限として、さらに太陽電池アレイＳＡ１〜ＳＡｎ２のうち余剰電力を発生させるものはスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷｎ２によってシャントされて制御される。
【００９７】
このように、バス電圧Ｖｂｕｓが充電制御部１６によって制御されるため、負荷電流Ｉｌｏａｄと充電電流Ｉｃｈｇ及びバス電流Ｉｂｕｓには式（１４）の関係が保たれる。
Ｉｂｕｓ＝Ｉｌｏａｄ＋Ｉｃｈｇ・・・（１４）
【００９８】
ドライブ回路部Ａ１〜Ａｎ２及び充電制御部１６は本実施の形態においても実施の形態１で説明した動作と全く同じ働きをするため、同様の効果を得られる。
【００９９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらのうち、２つ以上の実施の形態を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらのうち、１つの実施の形態を部分的に実施しても構わない。あるいは、これらのうち、２つ以上の実施の形態を部分的に組み合わせて実施しても構わない。
【符号の説明】
【０１００】
１０  電力制御器、１１  増幅器、１２  放電制御器、１３  キャパシタバンク、１４  負荷、１５  バッテリ、１６  充電制御部、１７  電力バス、１８  レベルシフト部α、１９  レベルシフト部β、２０  計時部、２１  正帰還部、２２  充電電圧管理値設定部、２３  積分部、２４  リセット信号発生部。
【図１】
0005495643.tif 000003
【図２】
0005495643.tif 000004
【図３】
0005495643.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005495643.tif 000008
【図７】
0005495643.tif 000009
【図８】
0005495643.tif 000010