(57)【要約】【課題】簡単な構成かつ低コストでありつつ、バッテリが電力変換部に接続されているか否かに基づいた最適な電力給電制御を行うことができる、電力供給システムを提供する。【解決手段】太陽光発電装置を用いて負荷に電力を供給する電力供給システムであって、太陽光発電装置で発生した発電電力を第１電力または第１電力よりも低い第２電力に変換し、第１電力と第２電力とを所定の間隔で交互に出力する電力変換部と、接続端子を介して出力電力を蓄電可能に電力変換部と接続され、かつ、蓄電電力を給電可能に負荷と接続され得るバッテリと、接続端子に現れる電圧に基づいて電力変換部を制御する制御部とを備え、制御部は、電力変換部から第２電力が出力されている期間において接続端子の電圧が所定のしきい値以下となった場合、電力変換部からの電力の出力を制限する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電装置を用いて負荷に電力を供給する電力供給システムであって、
前記太陽光発電装置で発生した発電電力を、第１電力または当該第１電力よりも低い第２電力に変換し、当該第１電力と当該第２電力とを所定の間隔で交互に出力する電力変換部と、
接続端子を介して、出力電力を蓄電可能に前記電力変換部と接続され、かつ、蓄電電力を給電可能に前記負荷と接続され得るバッテリと、
前記接続端子に現れる電圧に基づいて、前記電力変換部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電力変換部から前記第２電力が出力されている期間において前記接続端子の電圧が所定のしきい値以下となった場合、前記電力変換部からの電力の出力を制限する、
電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電装置を用いて負荷に電力を供給する電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に、ソーラーパネル（太陽光発電装置）から出力される発電電力を補機（負荷）に供給可能に構成された電力供給システムが開示されている。この電力供給システムでは、ソーラーパネルが出力する発電電力を、コンバータ（電力変換部）を介して補機電池（バッテリ）に蓄電可能とし、また補機電池に蓄電された電力を補機に供給可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１６６０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の電力供給システムでは、補機電池がコンバータ（補機側コンバータ）に接続されているか否かを判定して最適な電力給電制御を行うために、補機電池の着脱状態を検出するセンサや、電力変換部から補機への経路の接続状態／遮断状態を切り替える切り替え部を、備える必要がある。このため、電力供給システムが、複雑な構成かつ高コストとなってしまう。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、簡単な構成かつ低コストでありつつ、バッテリが電力変換部に接続されているか否かに基づいた最適な電力給電制御を行うことができる、電力供給システム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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、太陽光発電装置を用いて負荷に電力を供給する電力供給システムであって、太陽光発電装置で発生した発電電力を第１電力または第１電力よりも低い第２電力に変換し、第１電力と第２電力とを所定の間隔で交互に出力する電力変換部と、接続端子を介して出力電力を蓄電可能に電力変換部と接続され、かつ、蓄電電力を給電可能に負荷と接続され得るバッテリと、接続端子に現れる電圧に基づいて電力変換部を制御する制御部とを備え、制御部は、電力変換部から第２電力が出力されている期間において接続端子の電圧が所定のしきい値以下となった場合、電力変換部からの電力の出力を制限する、ことを特徴とする。
【０００７】
この本発明では、電力変換部から負荷に出力する第１電力を、所定の期間だけ第２電力まで低下させる。そして、電力変換部からの出力を第１電力から第２電力まで低下させている期間に、制御部において、バッテリが接続されている接続端子に現れる電圧がしきい値以下であるか否かを判断する。この判断において、接続端子に現れる電圧がしきい値以下であれば、電力変換部からの電力の出力を制限させる。
【０００８】
電力変換部から第２電力を出力している場合、電力変換部とバッテリとの接続状態に応じて、接続端子に現れる電圧が第１電力の出力時よりも顕著に変化する。よって、第２電力の電力値と負荷とに基づいてしきい値を適切に設定すれば、接続端子に現れる電圧がしきい値以下であることを判断することで、バッテリが電力変換部に接続されていない状態を判定することができる。
【０００９】
接続端子に現れる電圧がしきい値以下であること、すなわちバッテリが電力変換部に接続されていないことを判定できれば、電力変換部から電力を出力する行為を制限することができるので、電力変換部に接続される負荷、例えば車両に搭載される電子機器などの保護につながる。
【００１０】
また、電力変換部から第１電力を出力する期間と第２電力を出力する期間とを所定の間隔で交互に設ければ、接続端子に現れる電圧がしきい値以下であるか否か、すなわちバッテリが電力変換部に接続されているか否かを判定する処理を、定期的（周期的）に実施することができる。
【００１１】
さらに、電力変換部から電力を出力する行為を制限できるので、例えばバッテリが接続されていない接続端子（プラス端子）が電力変換部から電力が出力された活線のままで維持されてしまうことを、防止することができる。よって、電力供給システムの利用者などの安全を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、本発明の電力供給システムによれば、簡単な構成かつ低コストでありつつ、バッテリが電力変換部に接続されているか否かに基づいた最適な電力給電制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る電力供給システムの構成例を示す図
【図２】本実施形態に係る電力供給システムで実行される電力供給処理の手順を説明するフローチャート
【図３】電力変換部の出力電力と接続端子に現れる電圧との関係を説明する図
【図４】電力変換部の出力電力と接続端子に現れる電圧との他の関係を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［概要］
本実施形態に係る電力供給システムは、例えば車両に搭載される。本電力供給システムは、電力変換部から負荷に出力する電力を所定の期間だけ低下させる。そして、電力変換部からの出力電力を低下させている期間に、バッテリが接続されている接続端子に現れる電圧が所定のしきい値以下であるか否かを判断する。この判断により、簡単な構成かつ低コストでありつつも、バッテリが電力変換部に接続されているか否かを判定することができる。
【００１５】
［電力供給システムの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る電力供給システム１０の構成例を示す図である。図１に例示した本実施形態に係る電力供給システム１０は、ソーラーパネル１１と、電力変換部１２と、制御部１３と、バッテリ１４と、負荷１５と、接続端子１６と、を含んで構成されている。
【００１６】
なお、図１では、電力信号（電圧や電流）が流れる配線（以下「電力線」という）を実線で示し、制御信号（検出値や指示など）が流れる配線（以下「制御線」という）を点線で示している。
【００１７】
本電力供給システム１０において、ソーラーパネル１１の出力端子は、電力線ｐ１を介して電力変換部１２の入力端子に接続されている。電力変換部１２の出力端子は、電力線ｐ２を介して負荷１５に接続されている。バッテリ１４の入出力端子は、接続端子１６を介して、電力線ｐ２と接続されている。制御部１３は、制御線ｃ１を介して接続端子１６に接続されており、また制御線ｃ２を介して電力変換部１２に接続されている。
【００１８】
ソーラーパネル１１は、太陽光の照射を受けて発電を行う太陽光発電装置であって、例えば太陽電池モジュールである。このソーラーパネル１１は、発電によって得られた電力（発電電力）を電力変換部１２に出力する。
【００１９】
電力変換部１２は、ソーラーパネル１１で発生した発電電力を入力する。そして、電力変換部１２は、入力した発電電力を第１電力Ｐhighまたは第２電力Ｐlowに変換し、変換した第１電力Ｐhighと第２電力Ｐlowとを、所定の間隔で（例えば周期的に）交互に電力線ｐ２へ出力する。また、電力変換部１２は、後述する制御部１３からの指示に従って、電力線ｐ２への電力の出力を制限することを行う。この電力変換部１２は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する制御部（共に図示せず）などで構成され得る。
【００２０】
ここで、第１電力Ｐhighとは、バッテリ１４に電力を蓄電（充電）するためまたは負荷１５の動作に必要な電力を負荷１５へ供給（放電）するための第１期間Ｔhighにおいて、電力変換部１２から出力される電力値である。負荷１５は、車両に搭載される電子機器で例えると、補機に相当する。一方、第２電力Ｐlowとは、後述する制御部１３において、電力変換部１２とバッテリ１４との接続状態を判定するために接続端子１６に現れる端子電圧Ｖが所定のしきい値Ｖth以下であるか否かを判断するための第２期間Ｔlowにおいて、電力変換部１２から出力される電力値である。
【００２１】
この第２電力Ｐlowの電力値は、第１電力Ｐhighよりも低い値に設定される。具体的には、第２電力Ｐlowを負荷１５だけに供給した場合に負荷１５に掛かる電圧が、予め定めたしきい値Ｖth以下となるように、負荷１５に応じて第２電力Ｐlowの電力値が設定される。また、第２電力Ｐlowが出力される第２期間Ｔlowは、後述する制御部１３において、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖが所定のしきい値Ｖth以下であるか否かの判断に必要な時間以上に設定される。
【００２２】
バッテリ１４は、例えば鉛蓄電池やニッケル水素電池などの、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。このバッテリ１４は、その入出力端子を接続端子１６に繋げることによって、電力線ｐ２に接続されるように構成されている。この端子間接続により、バッテリ１４は、電力変換部１２が出力する電力を蓄電（充電）可能に、電力変換部１２と接続される。また、この端子間接続により、バッテリ１４は、自らが蓄積している電力を供給（放電）可能に、負荷１５と接続される。
【００２３】
制御部１３は、少なくとも電力変換部１２から電力線ｐ２へ第２電力Ｐlowが出力される第２期間Ｔlowに、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖを監視する。端子電圧Ｖの監視には、例えば電圧センサを使用するなど、周知の手法を用いることができる。制御部１３は、監視によって得られた端子電圧Ｖの値に基づいて、電力変換部１２とバッテリ１４との接続状態を判定する。
【００２４】
具体的には、制御部１３は、少なくとも第２期間Ｔlowに接続端子１６に現れる端子電圧Ｖの値が予め定めたしきい値Ｖth以下でなければ、バッテリ１４が接続端子１６および電力線ｐ２を介して電力変換部１２に接続されている状態であると判定する。一方、制御部１３は、少なくとも第２期間Ｔlowに接続端子１６に現れる端子電圧Ｖの値が予め定めたしきい値Ｖth以下であれば、バッテリ１４が電力変換部１２に接続されていない状態、すなわちバッテリ１４が解放されている状態であると判定する。なお、しきい値Ｖthは、第２電力Ｐlowの電力値や負荷１５のインピーダンス値などに基づいて、適切に設定される。
【００２５】
そして、制御部１３は、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖがしきい値Ｖth以下であると判断した場合、つまりバッテリ１４が電力変換部１２に接続されていない状態であると判定した場合、電力の出力（例えば、第１電力Ｐhighの出力）を制限するように電力変換部１２に対して指示を行う。ここで制限とは、例えば、電力変換部１２から電力の出力を停止する行為であってもよいし、電力変換部１２から出力する電力レベルを低下させる行為であってもよい。
【００２６】
なお、上述した電力変換部１２および制御部１３の全てまたは一部は、典型的には中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、メモリ、および入出力インタフェースを含んだ電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）として構成される。上述した電力変換部１２および制御部１３の機能は、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵが読み出して実行することによって実現される。
【００２７】
［電力供給システムが実行する制御］
次に、図２および図３をさらに参照して、本発明の一実施形態に係る電力供給システム１０で実行される電力供給制御を説明する。
【００２８】
図２は、本実施形態に係る電力供給システム１０で実行される電力供給処理の手順を説明するフローチャートである。図３は、電力変換部１２の出力電力と接続端子１６に現れる端子電圧Ｖとの関係を説明する図である。
【００２９】
図２に示す電力供給処理は、例えば、ソーラーパネル１１で発生した電力が所定の値を越えたり、または電力供給システム１０の電源が投入されたり、することなどによって開始され得る。
【００３０】
電力供給処理が開始されると、電力変換部１２によって、第１期間Ｔhighにおいて第１電力Ｐhighが電力線ｐ２へ出力され（ステップＳ２１、Ｓ２２：Ｎｏ）、第２期間Ｔlowにおいて第２電力Ｐlowが電力線ｐ２へ出力される（ステップＳ２２：Ｙｅｓ、Ｓ２３）。よって、第１電力Ｐhighおよび第２電力Ｐlowは、図３（ａ）に示されるように、第１期間Ｔhighおよび第２期間Ｔlowのそれぞれの間隔で、電力変換部１２から交互に出力されることとなる。
【００３１】
第２電力Ｐlowが電力線ｐ２へ出力されると、第２電力Ｐlowが出力されている第２期間Ｔlowの間、制御部１３によって、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖが監視される。そして、制御部１３によって、端子電圧Ｖの値がしきい値Ｖth以下か否かが判断される（ステップＳ２４）。
【００３２】
ここで、バッテリ１４が接続端子１６を介して電力線ｐ２に接続されている場合、電力変換部１２から出力される電力が第１電力Ｐhighよりも低い第２電力Ｐlowになったとしても、バッテリ１４に蓄積されている電力によって負荷１５への給電が行われる。このため、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖは、図３（ｂ）に示されるように、第２電力Ｐlowには依然せずにバッテリ１４の電圧相当となる、しきい値Ｖthよりも十分に高い電圧値Ｖbattを示すことになる。
【００３３】
これに対して、バッテリ１４が接続端子１６に繋がっておらず電力線ｐ２に接続されていない場合には、バッテリ１４から負荷１５への給電は行われない。このため、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖは、図３（ｃ）に示されるように、電力変換部１２から出力される第２電力Ｐlowに依然した電圧となり、しきい値Ｖthよりも低い電圧値Ｖminを示すことになる。
【００３４】
以上の原理に基づき、上記ステップＳ２４において端子電圧Ｖの値がしきい値Ｖth以下であると判断されれば、制御部１３によって、バッテリ１４が電力変換部１２に接続されていない状態であると判定されて、制御部１３から電力変換部１２に対して、例えば第１電力Ｐhighの出力を制限するように指示が行われる（ステップＳ２５）。この指示の後は、電力供給処理が終了される。
【００３５】
一方、上記ステップＳ２４において端子電圧Ｖの値がしきい値Ｖth以下でないと判断されれば、制御部１３によって、バッテリ１４が接続端子１６および電力線ｐ２を介して電力変換部１２に接続されている状態であると判定されて、制御部１３から電力変換部１２に対して、例えば第１電力Ｐhighの出力を継続するように指示が行われる（ステップＳ２６）。この指示の後は、ステップＳ２２に戻って電力供給処理が続行される。
【００３６】
なお、制御部１３によって端子電圧Ｖの値がしきい値Ｖth以下でないと判断され、バッテリ１４と電力変換部１２とが接続状態であると判定された場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）には、制御部１３から電力変換部１２に対して何も指示を行わず、ステップＳ２２に戻って電力供給処理が続行されても構わない。
【００３７】
また、電力供給システムによっては、電力変換部１２の出力端子側に電力の変動を抑えるフィルタを設けている構成も存在する。このような構成のシステムでは、図４（ａ）に示されるように、フィルタの時定数に応じて、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖの立ち上がり／立ち下がりが鈍ることが考えられる。図４は、電力変換部１２の出力電力と接続端子１６に現れる端子電圧Ｖとの他の関係を説明する図である。
【００３８】
従って、上述のような構成の電力供給システムに対しては、例えば図４（ｂ）および図４（ｃ）に示されるように、電力変換部１２から第２電力Ｐlowが出力される第２期間Ｔlowfilを、フィルタの時定数によって鈍る時間分を考慮した期間に（図３の第２期間Ｔlowよりも長く）設定すればよい。これにより、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖが所定のしきい値Ｖth以下であるか否か、すなわち電力変換部１２とバッテリ１４との接続状態を制御部１３によって正しく判定することができる。
【００３９】
また、上記実施形態で示した図１の構成では、電力変換部１２と負荷１５とが電力線ｐ２を介して直接繋がっているように記載した。しかし、負荷１５は、バッテリ１４と同様に、接続端子１６を介して電力変換部１２（電力線ｐ２）と接続される構成であっても構わない。
【００４０】
［本実施形態における作用・効果］
上述した本発明の一実施形態に係る電力供給システム１０によれば、電力変換部１２から負荷１５に出力する第１電力Ｐhighを、第２期間Ｔlow（または第２期間Ｔlowfil）だけ第２電力Ｐlowまで低下させる。そして、電力変換部１２からの出力を第１電力Ｐhighから第２電力Ｐlowまで低下させている第２期間Ｔlow（または第２期間Ｔlowfil）に、制御部１３において、バッテリ１４が接続されている接続端子１６に現れる端子電圧Ｖが所定のしきい値Ｖth以下であるか否か、すなわち電力変換部１２とバッテリ１４とが接続されているか否かを判定する。
【００４１】
電力変換部１２から第２電力Ｐlowを出力している場合、電力変換部１２とバッテリ１４との接続状態に応じて、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖが第１電力Ｐhighの出力時よりも顕著に変化する。よって、第２電力Ｐlowの電力値と負荷１５とに基づいてしきい値Ｖthを適切に設定すれば、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖがしきい値Ｖth以下であることを判断することで、バッテリ１４が電力変換部１２に接続されていない状態であることを判定できる。
【００４２】
また、電力変換部１２から第１電力Ｐhighを出力する第１期間Ｔhighと第２電力Ｐlowを出力する第２期間Ｔlow（または第２期間Ｔlowfil）とを交互に設ければ、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖがしきい値Ｖth以下であるか否か、すなわちバッテリ１４が電力変換部１２に接続されているか否かを判定する処理を、定期的（周期的）に実施することができる。
【００４３】
また、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖがしきい値Ｖth以下であること、すなわちバッテリ１４が電力変換部１２に接続されていないことを判定できれば、電力変換部１２から電力を出力する行為を制限することができるので、電力変換部１２に接続される負荷１５、例えば車両に搭載される電子機器などの保護につながる。
【００４４】
さらに、電力変換部１２から電力を出力する行為を制限できるので、例えばバッテリ１４が接続されていない接続端子１６（プラス端子）が電力変換部１２から電力が出力された活線のままで維持されてしまうことを、防止することができる。よって、電力供給システム１０の利用者などの安全を図ることができる。
【００４５】
［参考例］
なお、バッテリ１４が接続端子１６を介して電力線ｐ２に接続されていたとしてもバッテリ１４の蓄電量が十分でない場合には、負荷１５の電力消費によってバッテリ１４の消耗が大きくなり、接続端子１６に現れる端子電圧Ｖがしきい値Ｖthよりも低い電圧値Ｖminを示すことも考えられる。
【００４６】
このような場合の対策としては、例えば制御部１３によってバッテリ１４の蓄電量を監視しておき、バッテリ１４の蓄電量が所定の値以上であるときに限って、電力変換部１２とバッテリ１４との接続状態を判定するための第２電力Ｐlowを、電力変換部１２から出力するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、太陽光発電装置を用いて負荷に電力を供給する電力供給システムとして利用可能であり、特にバッテリが電力変換部に接続されているか否かを判定して最適な電力給電制御を行いたい場合などに有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  電力供給システム
１１  ソーラーパネル
１２  電力変換部
１３  制御部
１４  バッテリ
１５  負荷
１６  接続端子
ｐ１、ｐ２  電力線
ｃ１、ｃ２  制御線
Ｖ  端子電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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