(57)【要約】【課題】蓄電器の性能に依らず、太陽電池モジュールが発電した電力を効率よく蓄電する。【解決手段】太陽電池充電装置１０は、複数の蓄電器４０を含む蓄電器群と、複数の太陽電池セル２４を含む太陽電池モジュール１２と、太陽電池モジュール１２からの電力を調整して蓄電器群に出力する電力調整部３８と、電力調整部３８の動作を制御する制御部３６と、蓄電器４０の複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの電圧と複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの温度の少なくとも一方を検出する蓄電器管理モジュール４４と、を備える。蓄電器群管理モジュール１８は、蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず且つ電力調整部３８が蓄電器群に出力する電圧が所定値以下の場合に動作を休止し、制御部３６は、蓄電器管理モジュール４４が検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に、電力調整部３８を制御して、蓄電器群への充電を停止させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群と、
太陽光を受けて発電する、複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールから出力された電力を調整し、該調整された電力を前記蓄電器群に出力する電力調整部と、
前記電力調整部の動作を制御する制御部と、
前記複数の蓄電器のそれぞれの蓄電量を導出し、前記蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュールと、
前記複数の蓄電器のそれぞれに含まれ、それぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの電圧と、前記複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの温度の、少なくとも一方を検出し、該検出した電圧と温度の少なくとも一方を前記制御部に通知する蓄電器管理モジュールと、
を備え、
前記蓄電器群管理モジュールは、前記蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電力調整部が前記蓄電器群に出力する電圧が所定値以下の場合に、動作を休止し、
前記制御部は、前記蓄電器管理モジュールが検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に、前記電力調整部を制御して、前記蓄電器群への充電を停止させる、太陽電池充電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池充電装置であって、
前記所定値は、前記蓄電器群の満充電電圧の値である、太陽電池充電装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽電池充電装置であって、
前記電力調整部は、前記電力調整部が蓄電器群に出力する電圧が、前記所定値以下の場合に、前記太陽電池モジュールから出力された電力を、最適動作点における電力に変換し、該変換後の電力を前記蓄電器群に出力する、太陽電池充電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池充電装置であって、
前記複数の太陽電池セルの一部に影がかかった場合に、前記影がかかった太陽電池セルを含む第１太陽電池セルストリングから取得した電流と、影がかかっていない太陽電池セルを含んで前記影がかかった太陽電池セルを含まない第２太陽電池セルストリングから取得した電流とを等しい大きさに変換し、前記複数の太陽電池セルが生成した電力を前記電力調整部に出力するオプティマイザを備える、太陽電池充電装置。
【請求項５】
請求項４に記載の太陽電池充電装置であって、
前記オプティマイザは、前記第１太陽電池セルストリングから取得した電流を、前記第２太陽電池セルストリングから取得した電流と等しい大きさに変換する、太陽電池充電装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の太陽電池充電装置であって、
前記オプティマイザは、前記第２太陽電池セルストリングから取得する電力を最適動作点における電力に調整して、前記電力調整部に出力する、太陽電池充電装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池充電装置であって、
前記太陽電池モジュールから前記電力調整部へ出力される電流と電圧の少なくとも一方を検出する第１センサと、前記電力調整部から前記蓄電器群へ出力される電流と電圧の少なくとも一方を検出する第２センサとを備える、太陽電池充電装置。
【請求項８】
並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群と、太陽光を受けて発電する複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、前記複数の蓄電器のそれぞれの蓄電量を導出し前記蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュールと、を備える太陽電池充電装置が実行する太陽電池充電方法であって、
前記太陽電池モジュールから出力された電力を調整し、該調整された電力を前記蓄電器群に出力する電力調整ステップと、
前記複数の蓄電器のそれぞれに含まれ、それぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの電圧と、前記複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの温度の、少なくとも一方を検出する蓄電器管理ステップと、
前記蓄電器管理ステップにおいて検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に、前記蓄電器群への充電を停止する制御ステップと、
を含み、
前記蓄電器群管理モジュールは、前記蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電力調整ステップにおいて前記蓄電器群に出力される電圧が所定値以下の場合に、動作を休止する、太陽電池充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールが発電した電力で蓄電器を充電する太陽電池充電装置および太陽電池充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池モジュールが発電した電力を蓄電器に充電する際には、ＢＭＵ（Battery  Management  Unit）によりその制御が行われていた。ＢＭＵは、蓄電器の充放電を制御し、蓄電器の蓄電量を導出し、蓄電器と負荷とを電気的に接続するコンタクタの開閉を制御する。ＢＭＵの動作には多くの電力が消費されるが、充電の際には、ＢＭＵを常に起動状態にしておかなければならなかった。このため、太陽電池モジュールで電力が発電されても、ＢＭＵの動作のためにその多くが消費されてしまうことが少なくなかった。
【０００３】
上記問題に鑑み開示された下記特許文献には、蓄電器の充電の際に、所定の条件下において、ＢＭＵを休止させ、電力変換モジュールに充電の制御を実行させる太陽電池充電装置について開示されている。なお、電力変換モジュールは、太陽電池モジュールが発電した電力を変換して蓄電器へ出力するモジュールである。また所定の条件とは、蓄電器が負荷に電力を供給しておらず、電力変換モジュールからの蓄電器への出力電圧が所定電圧以下の場合を指す。このような太陽電池充電装置により、消費電力の低減が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−０１７８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献に記載されている太陽電池充電装置では、蓄電器群の監視が行われておらず、蓄電器の性能にばらつきがあった場合に、蓄電器群は、性能の低い蓄電器の影響を免れ得ない場合があった。例えば、充電時において、低いＳＯＣ（State  Of  Charge）の蓄電器に他の蓄電器が引きずられ、全体として蓄電量が小さくなるのを防ぐために、他の蓄電器に対し余分に充電処理が行われる必要があった。
【０００６】
本発明は、蓄電器の性能に依らず、太陽電池モジュールが発電した電力を効率よく蓄電するための太陽電池充電装置および太陽電池充電方法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】
【０００７】
本発明の第１の態様は、太陽電池充電装置であって、並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群と、太陽光を受けて発電する複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールから出力された電力を調整し該調整された電力を前記蓄電器群に出力する電力調整部と、前記電力調整部の動作を制御する制御部と、前記複数の蓄電器のそれぞれの蓄電量を導出し前記蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュールと、前記複数の蓄電器のそれぞれに含まれそれぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの電圧と前記複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの温度の少なくとも一方を検出し該検出した電圧と温度の少なくとも一方を前記制御部に通知する蓄電器管理モジュールと、を備え、前記蓄電器群管理モジュールは前記蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず且つ前記電力調整部が前記蓄電器群に出力する電圧が所定値以下の場合に動作を休止し、前記制御部は前記蓄電器管理モジュールが検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に前記電力調整部を制御して前記蓄電器群への充電を停止させる。
【０００８】
本発明の第２の態様は、並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群と、太陽光を受けて発電する複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールと、前記複数の蓄電器のそれぞれの蓄電量を導出し前記蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュールと、を備える太陽電池充電装置が実行する太陽電池充電方法であって、前記太陽電池モジュールから出力された電力を調整し該調整された電力を前記蓄電器群に出力する電力調整ステップと、前記複数の蓄電器のそれぞれに含まれそれぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの電圧と前記複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの温度の少なくとも一方を検出する蓄電器管理ステップと、前記蓄電器管理ステップにおいて検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に前記蓄電器群への充電を停止する制御ステップと、を含み、前記蓄電器群管理モジュールは、前記蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず且つ前記電力調整ステップにおいて前記蓄電器群に出力される電圧が所定値以下の場合に動作を休止する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、蓄電器の性能に依らず、太陽電池モジュールが発電した電力を効率よく蓄電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る太陽電池充電装置の概略的な構成を例示する図である。
【図２】オプティマイザの処理内容について例示する図である。
【図３】オプティマイザがどのように電流と電圧を出力するかを例示する図である。
【図４】実施の形態における電力変換モジュールによる処理のフローチャートを例示する図である。
【図５】第１変形例における電力変換モジュールによる処理のフローチャートを例示する図である。
【図６】第２変形例における電力変換モジュールによる処理のフローチャートを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る太陽電池充電装置および太陽電池充電方法について好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
【００１２】
［実施の形態］
図１は、本実施の形態に係る太陽電池充電装置１０の概略的な構成を例示する図である。太陽電池充電装置１０は、太陽電池モジュール１２、電力変換モジュール１４、蓄電ユニット１６、およびＢＭＵ１８等を備える。
【００１３】
太陽電池モジュール１２は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力変換モジュール１４へ出力する。本実施の形態における太陽電池モジュール１２は、１以上の太陽電池セルストリング２０、および、当該１以上の太陽電池セルストリング２０の各々に接続されたオプティマイザ２２を含む。太陽電池セルストリング２０は、直列に接続された複数の太陽電池セル２４を有する。
【００１４】
太陽電池セル２４は、フォトダイオード等であり、表面に受けた太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する。得られた電気エネルギーにより太陽電池セルストリング２０には電力が生じ、当該電力は、太陽電池セルストリング２０に接続されたオプティマイザ２２に出力される。オプティマイザ２２は、太陽電池セルストリング２０から出力された電力を調整し、電力変換モジュール１４へ出力する。オプティマイザ２２による処理の詳細については後述する。
【００１５】
電力変換モジュール１４は、太陽電池モジュール１２から入力された電力を調整し、蓄電ユニット１６に含まれ、互いに並列に接続された複数の蓄電器４０を充電する。なお、蓄電器４０は、複数の蓄電池セルを含むモジュールである。電力変換モジュール１４は、ＣＭＵ（Cell  Management  Unit）電源２６、第１電圧センサ２８、第１電流センサ３０、第２電圧センサ３２、第２電流センサ３４、制御部３６、および電力調整部３８等を有する。
【００１６】
ＣＭＵ電源２６は、後述する、蓄電ユニット１６に含まれるＣＭＵ４４の電源である。ＣＭＵ電源２６は、例えばＤＣＤＣコンバータであり、太陽電池モジュール１２から入力された直流電力を制御部３６の制御により適切な直流電力に変換し、制御部３６の制御により間歇的に電力をＣＭＵ４４に供給する。これによりＣＭＵ４４は、間歇動作を行う。
【００１７】
第１電圧センサ（第１センサ）２８は、太陽電池モジュール１２から電力変換モジュール１４に出力された電圧Ｖ１を検出する。検出された電圧Ｖ１の情報は、制御部３６に通知される。第１電流センサ（第１センサ）３０は、太陽電池モジュール１２から電力変換モジュール１４に出力された電流Ａ１を検出する。検出された電流Ａ１の情報は、制御部３６に通知される。
【００１８】
第２電圧センサ（第２センサ）３２は、電力調整部３８から蓄電ユニット１６に出力される電圧Ｖ２を検出する。検出された電圧Ｖ２の情報は、制御部３６に通知される。なお、第２電圧センサ３２が検出する電圧Ｖ２は、蓄電器４０の電圧に対し、当該蓄電器４０に接続されるダイオード４２の順方向電圧を加えた値に等しい。なお、この順方向電圧は微小であるため、以下では順方向電圧については無視して説明を行う。第２電流センサ（第２センサ）３４は、電力調整部３８から蓄電ユニット１６に出力される電流Ａ２を検出する。検出された電流Ａ２の情報は、制御部３６に通知される。
【００１９】
制御部３６は、電圧Ｖ２を用いて、蓄電ユニット１６に含まれる複数の蓄電器４０（蓄電器群とも記載する）が満充電の状態にあるかを判定し、電圧Ｖ２に基づいて電力調整部３８の蓄電器４０への充電処理を制御する。制御部３６は、電圧Ｖ２が蓄電器群の満充電電圧未満の場合には、ＭＰＰＴ（Maximum  Power  Point  Tracking）方式による充電処理を行うよう電力調整部３８を制御する。蓄電器群の満充電電圧は、予め定められているとする。
【００２０】
制御部３６は、電圧Ｖ２が蓄電器群の満充電電圧と等しい場合には、ＣＣ（Constant  Current）方式、およびＣＶ（Constant  Voltage）方式のいずれか１つの方式による処理を行うよう電力調整部３８を制御する。
【００２１】
電力調整部３８は、ＭＰＰＴ方式に基づいて動作する場合には、蓄電ユニット１６に出力する電力が最適動作点に追従するように、太陽電池モジュール１２から出力された電力を調整する。また、電力調整部３８は、ＣＣ方式に基づいて動作する場合には、一定の電流を蓄電ユニット１６に出力するように、太陽電池モジュール１２から出力された電力を調整する。なお、この一定の電流は、蓄電ユニット１６に含まれる蓄電器４０の電圧を検出するために必要な電流に相当する。またこの一定の電流は、蓄電器４０の放電電流と等しいとする。
【００２２】
電力調整部３８は、ＣＶ方式に基づいて動作する場合には、一定の電圧を蓄電ユニット１６に出力するように、太陽電池モジュール１２から出力された電力を調整する。この一定の電圧は、満充電状態における各蓄電器４０の電圧に等しい。
【００２３】
電力調整部３８は、調整した電力を蓄電ユニット１６に供給し、蓄電器４０を充電する。なお、電力調整部３８は、電力の調整の際に、太陽電池モジュール１２から出力された電圧を昇圧する。
【００２４】
制御部３６は、上述したように、ＣＭＵ電源２６を制御し、ＣＭＵ４４を間歇動作させる。ＣＭＵ４４の動作は、蓄電器群の電圧が満充電電圧未満の場合において、電力調整部３８がＭＰＰＴ方式に基づいて充電処理を行っている間に実行される。本実施の形態に係る制御部３６は、充電処理が実行されている間の、蓄電器４０に含まれる各蓄電池セルの電圧と、蓄電器４０に含まれる複数の蓄電池セルのグループ（例えば、４つの蓄電池セルのグループ）の温度、の少なくとも一方の情報を、ＣＭＵ４４から取得する。なお、制御部３６がＣＭＵ４４から取得する情報は、充電処理が実行されている間の、蓄電器４０に含まれる複数の蓄電池セルの電圧であっても、蓄電器４０に含まれる各蓄電池セルの温度であってもよい。
【００２５】
蓄電池セルの温度が高いとき、蓄電池セル内において電流を担うイオンの速度は大きく、このため蓄電池セルの内部抵抗が小さい。このため、充電状態において蓄電池セルの温度が十分に高ければ、蓄電池セル内には十分に大きな電流が流れていると推測できるとともに、蓄電池セルに蓄積される電気量も十分に大きくなり、結果的に、このような蓄電池セルを含む蓄電器４０に蓄積される電気量も大きくなると推測できる。また、蓄電池セルの電圧が高いときには、蓄電池セルは大きい電気量を蓄積していると推測できる。一方、充電を行っていても、蓄電池セルの温度が低い状態が続く場合や、蓄電池セルの電圧が低い状態が続く場合の少なくとも一方であれば、蓄電器４０は、所望の電力を蓄えることができないと推定できる。
【００２６】
以下では、ＭＰＰＴ方式による充電後における、蓄電器４０に含まれる蓄電池セルの電圧が、所望の電圧以上であれば正常な電圧であるとする。また、ＭＰＰＴ方式による充電後における、蓄電器４０に含まれる複数の蓄電池セルの温度が、所望の温度以上であれば正常な温度であるとする。
【００２７】
制御部３６は、蓄電池セルの電圧が正常でない場合には、電力調整部３８による充電処理を停止させる。また、制御部３６は、複数の蓄電池セルの温度が正常でない場合には、電力調整部３８による充電処理を停止させる。これにより、所望の電力を蓄えられない蓄電池セルに引きずられて、蓄電器４０に十分に電力が蓄積されなくなる事態を防止することができる。また、十分に電力を蓄えることができず電圧が所望の値に達しない蓄電器４０に引きずられ、他の並列接続された蓄電器４０の電圧が上がらなくなり、これら他の蓄電器４０にも十分な電力が蓄積されなくなるような事態を防止することができる。
【００２８】
蓄電ユニット１６は、複数の蓄電器４０、複数のダイオード４２、複数のＣＭＵ４４、および複数のコンタクタ４６等を有する。複数の蓄電器４０は、それぞれ電力変換モジュール１４の出力側に互いに並列に接続されている。各ダイオード４２は、電力変換モジュール１４から各蓄電器４０への方向を順方向として、これら電力変換モジュール１４と各蓄電器４０との間に設けられ、各蓄電器４０の電圧に差が生じた場合に蓄電器４０間を電流が流れるのを防止する。
【００２９】
各ＣＭＵ４４は、制御部３６の制御により蓄電器４０の充電処理中に動作し、各蓄電器４０に含まれる各蓄電池セルの電圧と、各蓄電器４０に含まれる複数の蓄電池セルの温度のうちの少なくとも一方を検出し、この検出結果を制御部３６に通知する。なお、ＣＭＵ４４は、蓄電器管理モジュール（ＣＭＵ（Cell  Management  Unit））の一例である。
【００３０】
各コンタクタ４６は、各蓄電器４０と負荷４８との間に設けられている。コンタクタ４６が閉状態になった場合、蓄電器４０から負荷４８へ電力の供給が行われる。負荷４８は、例えば、太陽電池充電装置１０が搭載される輸送機器の動力源となるモータ、車室内温度を調整するエアコンのコンプレッサ、オーディオ機器等の補機である。
【００３１】
ＢＭＵ１８は、蓄電器４０およびコンタクタ４６を管理する。ＢＭＵ１８は、蓄電器群管理モジュール（ＢＭＵ（Battery  Management  Unit））の一例である。本実施の形態におけるＢＭＵ１８は、所定の条件下において動作を休止する。なお、所定の条件とは、蓄電器群が負荷４８に電力を供給しておらず、第２電圧センサ３２により検出された電圧Ｖ２が蓄電器４０の満充電電圧以下の場合を指すとする。ＢＭＵ１８は、充放電制御部５０、残容量導出部５２、およびコンタクタ制御部５４等を有する。
【００３２】
充放電制御部５０は、蓄電器４０の充放電を制御する。残容量導出部５２は、ＯＣＶ（Open  Circuit  Voltage）推定方式等により、蓄電器４０のＳＯＣ（State  of  Charge）を導出する。コンタクタ制御部５４は、コンタクタ４６の開閉状態を制御する。
【００３３】
以下、オプティマイザ２２による処理の内容について、図２および図３を参照して説明する。図２は、オプティマイザ２２の処理内容について例示する図である。図２において、太陽電池モジュール１２には６つの太陽電池セルストリング２０が含まれ、６つ目の太陽電池セルストリング２０には影がかかっている状態が示されている。なお、１つ目から５つ目の各太陽電池セルストリング２０には影がかかっていないとし、これら太陽電池セルストリング２０の各日射量は等しいとする。
【００３４】
このとき、１つ目から５つ目の各太陽電池セルストリング２０に発生する電流の大きさは等しいが、６つ目の太陽電池セルストリング２０に発生する電流の大きさは、１つ目から５つ目の各太陽電池セルストリング２０に発生する電流より小さい。
【００３５】
従来、多く見られる手法では、各太陽電池セルストリング２０にはバイパスダイオードが設けられているなどし、影がかかった太陽電池セル２４や太陽電池セルストリング２０には電流が流されず、これらからは電力が取り出されない。このように、影がかかった６つ目の太陽電池セルストリング２０から電力を出力しない場合には、太陽電池モジュール１２から出力される電力は、１〜５つ目の太陽電池セルストリング２０が出力する各電力の総和となる。この場合、太陽電池モジュール１２から出力される電圧は、１〜５つ目の各太陽電池セルストリング２０の電圧の総和となる。
【００３６】
本実施の形態においては、オプティマイザ２２は、太陽電池セルストリング２０から入力される電流が所定値未満の場合に、電流を所定値以上の大きさに変換する。電流が変換されても太陽電池セルストリング２０から出力される電力は一定であることから、オプティマイザ２２は、電流の変換に伴い電圧を低下させる。
【００３７】
図３は、オプティマイザ２２がどのように電流と電圧を出力するかを例示する図である。太陽電池セルストリング２０に影がかかっていない場合、オプティマイザ２２は、この太陽電池セルストリング２０から出力される電流および電圧のそれぞれを、電力が最適動作点である電流および電圧へと調整する。一方、太陽電池セルストリング２０に影がかかっている場合、オプティマイザ２２は、この太陽電池セルストリング２０から出力される電流を、他の太陽電池セルストリング２０から出力される電流と等しい大きさに変換する。本実施の形態では、オプティマイザ２２は、影がかかった太陽電池セルストリング（第１太陽電池セルストリング）２０から出力された電流を、影がかかっていない太陽電池セルストリング（第２太陽電池セルストリング）２０から出力された電流と等しい大きさに変換する。そして、この変換に伴い、オプティマイザ２２は、影がかかった太陽電池セルストリング２０から出力される電圧を、変換後の電流における動作点の電圧に変換する。
【００３８】
図２では、オプティマイザ２２は、６つ目の太陽電池セルストリング２０から出力される電流を、他の太陽電池セルストリング２０において発生した電流とその値が等しくなるように変換している。これに伴って、オプティマイザ２２は、６つ目の太陽電池セルストリング２０から出力される電圧を低下させている。
【００３９】
このように、各オプティマイザ２２が、各太陽電池セルストリング２０から出力される電流を等しい大きさに変換することにより、互いに直列接続された各オプティマイザ２２からは、全ての太陽電池セルストリング２０からの電力を取り出すことができる。
【００４０】
このように、オプティマイザ２２を用いた場合、太陽電池モジュール１２からは、影がかかった太陽電池セル２４等から電力を取り出さない場合に比べ、より多くの電力が取り出せる。また、この場合に太陽電池モジュール１２から出力される電圧は、１〜６つ目の各太陽電池セルストリング２０から出力される電圧の総和となり、影がかかった太陽電池セル２４等から電力を取り出さない場合に比べ高い電圧となる。このため、オプティマイザ２２を用いることにより、電力変換モジュール１４へ入力される電圧Ｖ１は、従来の手法により電力変換モジュール１４へ入力される電圧に比べ、高くなる。
【００４１】
本実施の形態におけるオプティマイザ２２により、電力変換モジュール１４に入力される電圧Ｖ１はより高くなり、電力調整部３８による昇圧比はより低くなり、入出力効率が向上する。
【００４２】
図４は、本実施の形態における電力変換モジュール１４による処理のフローチャートを例示する図である。なお、この例では、制御部３６は、ＣＭＵ４４から、蓄電器４０に含まれる各蓄電池セルの電圧と、蓄電器４０に含まれる複数の蓄電池セルの温度とを取得し、これらを用いて蓄電器４０の状態を推定するとする。
【００４３】
電力調整部３８は、太陽電池モジュール１２から電力を入力されると、制御部３６からの制御に基づきＭＰＰＴ方式による充電処理を開始する（ステップＳ１）。制御部３６は、所定時間が経過した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ＣＭＵ電源２６を制御し、各ＣＭＵ４４を起動させる（ステップＳ３）。
【００４４】
制御部３６は、ステップＳ３において起動された各ＣＭＵ４４から、各蓄電器４０に含まれる各蓄電池セルの電圧と、各蓄電器４０に含まれる複数の蓄電池セルの温度と、を取得する。制御部３６は、ＣＭＵ４４から取得した電圧が正常か否かを判定する（ステップＳ４）。電圧が正常でなければ（ステップＳ４：ＮＯ）、制御部３６は、電力調整部３８の充電動作を停止させる（ステップＳ５）。電圧が正常であれば（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御部３６は、ＣＭＵ４４から取得した温度が正常か否かを判定する（ステップＳ６）。温度が正常でなければ（ステップＳ６：ＮＯ）、制御部３６は、電力調整部３８の充電動作を停止させる（ステップＳ５）。温度が正常であれば（ステップＳ６：ＹＥＳ）、制御部３６は、ＣＭＵ電源２６を制御して、ＣＭＵ４４を停止させる（ステップＳ７）。なお、ステップＳ４とステップＳ６の各処理は、逆の順番で実行されても、並列して実行されてもよい。
【００４５】
ステップＳ７に続き、または、ステップＳ２において所定時間が経過していない場合に（ステップＳ２：ＮＯ）、制御部３６は、電圧Ｖ２が満充電電圧に等しいか否かを判定する（ステップＳ８）。電圧Ｖ２が満充電電圧未満の場合（ステップＳ８：ＮＯ）、電力変換モジュール１４の処理は、ステップＳ１に戻る。電圧Ｖ２が満充電電圧と等しい場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、制御部３６は、ＣＣ方式により充電を行うよう電力調整部３８を制御する。これに応じて電力調整部３８は、ＣＣ方式による充電処理を実行する（ステップＳ９）。このとき、電力調整部３８は、電力変換モジュール１４から出力される電流Ａ２が一定となるよう電力を調整する。
【００４６】
なお、電力調整部３８が出力する一定の電流は、各蓄電器４０の電圧を検出するために必要な電流に等しい。そして、この一定の電流は、蓄電器４０から放電される電流である。ＣＣ方式による充電処理においては、一定の電流が電力変換モジュール１４から蓄電ユニット１６へ出力されるため、第２電圧センサ３２は、常に電圧Ｖ２として各蓄電器４０の電圧を検出できる。
【００４７】
制御部３６は、電力調整部３８による、ＣＣ方式に基づく充電処理（ステップＳ９）の実行後、電圧Ｖ２が満充電電圧と等しい場合に（ステップＳ１０：ＮＯ）、引き続き電力調整部３８にＣＣ方式に基づく充電処理を実行させる（ステップＳ９）。一方、電圧Ｖ２が満充電電圧未満の場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、制御部３６は、ＭＰＰＴ方式に基づいた充電処理を行うよう電力調整部３８を制御し、電力調整部３８は、これに応じて充電処理を行う（ステップＳ１）。
【００４８】
本実施の形態においては、蓄電器群が満充電の状態になると、ＣＣ方式による充電処理が実行される。このときに蓄電器群に入力される一定の電流は、各蓄電器４０の電圧を検出するための電流であって、各蓄電器４０の放電電流に等しい。このため、各蓄電器４０の電圧は上昇せず、電力変換モジュール１４から出力される電圧Ｖ２は、満充電電圧に維持される。ただし、負荷４８の駆動のため各コンタクタ４６が閉じられ、蓄電器群の電力が消費される場合には、蓄電器群の電圧は低下する。このため、電力変換モジュール１４から出力される電圧Ｖ２は満充電電圧を下回り、ＭＰＰＴ方式での充電が再開される。
【００４９】
制御部３６および電力調整部３８は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等のプロセッサ、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）やＲＡＭ（Random  Access  Memory）等のメモリ、およびＤＣＤＣコンバータ等により構成することができる。プロセッサが、第１電圧センサ２８、第２電圧センサ３２等から取得した情報を用い、メモリに記憶されたプログラムを用いて処理を行うことにより、制御部３６の機能を実現することができ、プロセッサからの指示に応じて電力の変換を行うＤＣＤＣコンバータにより、電力調整部３８の機能を実現することができる。
【００５０】
本実施の形態に係る太陽電池充電装置１０によれば、電力消費の大きいＢＭＵ１８を用いなくとも、性能の低い蓄電池セルが含まれる、十分に電力を蓄えられない蓄電器４０を検出できるようになり、検出結果に応じた処理が可能となる。これにより、性能の低い蓄電器４０に影響を受けず、蓄電器群は、太陽電池モジュール１２が発電した電力を効率よく蓄電することができる。また、ＣＭＵ４４を間歇的に動作させることにより消費電力の低減をさらに図ることができる。
【００５１】
また本実施の形態におけるオプティマイザ２２は、従来の手法とは異なり、影のかかった太陽電池セルストリング２０からの電力も出力する。これにより、太陽電池モジュール１２から出力される電圧は、従来の場合よりも高くなるため、電力調整部３８による昇圧における負荷が低減される。
【００５２】
［第１変形例］
電力変換モジュール１４が実行する処理として、上記実施の形態における場合以外にも、以下に示す処理がある。以下では、その処理フローについて説明する。図５は、第１変形例における電力変換モジュール１４による処理のフローチャートを例示する図である。
【００５３】
電力調整部３８は、太陽電池モジュール１２から電力を入力されると、制御部３６からの制御に基づきＭＰＰＴ方式による充電処理を開始する（ステップＳ２０）。制御部３６は、所定時間が経過した場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、ＣＭＵ電源２６を制御し、各ＣＭＵ４４を起動させる（ステップＳ２２）。
【００５４】
制御部３６は、ステップＳ２２において起動された各ＣＭＵ４４から、各蓄電器４０に含まれる各蓄電池セルの電圧と、各蓄電器４０に含まれる複数の蓄電池セルの温度とを取得する。制御部３６は、ＣＭＵ４４から取得した電圧が正常か否かを判定する（ステップＳ２３）。電圧が正常でなければ（ステップＳ２３：ＮＯ）、制御部３６は、電力調整部３８の充電動作を停止させる（ステップＳ２４）。電圧が正常であれば（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、制御部３６は、ＣＭＵ４４から取得した温度が正常か否かを判定する（ステップＳ２５）。温度が正常でなければ（ステップＳ２５：ＮＯ）、制御部３６は、電力調整部３８の充電動作を停止させる（ステップＳ２４）。温度が正常であれば（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、制御部３６は、ＣＭＵ電源２６を制御して、ＣＭＵ４４を停止させる（ステップＳ２６）。なお、ステップＳ２３とステップＳ２５の各処理は、逆の順番で実行されても、並列して実行されてもよい。
【００５５】
ステップＳ２６に続き、または、ステップＳ２１において所定時間が経過していない場合に（ステップＳ２１：ＮＯ）、制御部３６は、電圧Ｖ２が満充電電圧に等しいか否かを判定する（ステップＳ２７）。電圧Ｖ２が満充電電圧未満の場合（ステップＳ２７：ＮＯ）、電力変換モジュール１４の処理は、ステップＳ２０に戻る。電圧Ｖ２が満充電電圧に等しい場合（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、制御部３６は、ＣＶ方式により充電を行うよう電力調整部３８を制御する。これに応じて電力調整部３８は、ＣＶ方式による充電処理を実行する（ステップＳ２８）。このとき電力調整部３８は、電力変換モジュール１４の出力電圧が一定となるように電力を調整する。
【００５６】
電力調整部３８により調整されて出力される一定の電圧は、満充電電圧に等しい。なお、蓄電器４０が無負荷の状態であっても生じうる暗電流や、その他の消費による電圧低下分を補うための電流が、ＣＶ方式の場合でも、電力変換モジュール１４から出力され、電流Ａ２として検出される。制御部３６は、ＣＶ方式での充電後、電力変換モジュール１４から出力される電流Ａ２が閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ２９）。この閾値は、蓄電器群における暗電流よりも大きな値である。
【００５７】
電流Ａ２が閾値以下の場合には（ステップＳ２９：ＮＯ）、制御部３６は、引き続き電力調整部３８にＣＶ方式に基づく充電処理を実行させる（ステップＳ２８）。一方、電流Ａ２が閾値より大きい場合には（ステップＳ２９：ＹＥＳ）、制御部３６は、ＭＰＰＴ方式に基づいた充電処理を行うよう電力調整部３８を制御し、電力調整部３８は、これに応じて充電処理を行う（ステップＳ２０）。
【００５８】
本第１変形例では、蓄電器群が満充電の状態になるとＣＶ方式に基づく充電が実行され、ＣＶ方式での充電の際には蓄電器群には満充電電圧が印加される。ただし、負荷４８の駆動のためにコンタクタ４６が閉じられ、蓄電器群の電力が消費される場合には、蓄電器群の電圧が低下するため、電力変換モジュール１４から出力される電流Ａ２は増加する。そして、電流Ａ２が閾値より大きくなった場合に、ＭＰＰＴ方式での充電（ステップＳ２０）が再開される。
【００５９】
［第２変形例］
電力変換モジュール１４が実行する処理として、上記実施の形態における場合以外にも、以下に示す処理がある。以下では、その処理フローについて説明する。図６は、第２変形例における電力変換モジュール１４による処理のフローチャートを例示する図である。
【００６０】
電力調整部３８は、太陽電池モジュール１２から電力を入力されると、制御部３６からの制御に基づきＭＰＰＴ方式による充電処理を開始する（ステップＳ３０）。制御部３６は、所定時間が経過した場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、ＣＭＵ電源２６を制御し、各ＣＭＵ４４を起動させる（ステップＳ３２）。
【００６１】
制御部３６は、ステップＳ３２において起動された各ＣＭＵ４４から、各蓄電器４０に含まれる各蓄電池セルの電圧と、各蓄電器４０に含まれる複数の蓄電池セルの温度とを取得する。制御部３６は、ＣＭＵ４４から取得した電圧が正常か否かを判定する（ステップＳ３３）。電圧が正常でなければ（ステップＳ３３：ＮＯ）、制御部３６は、電力調整部３８の充電動作を停止させる（ステップＳ３４）。電圧が正常であれば（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、制御部３６は、ＣＭＵ４４から取得した温度が正常か否かを判定する（ステップＳ３５）。温度が正常でなければ（ステップＳ３５：ＮＯ）、制御部３６は、電力調整部３８の充電動作を停止させる（ステップＳ３４）。温度が正常であれば（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、制御部３６は、ＣＭＵ電源２６を制御して、ＣＭＵ４４を停止させる（ステップＳ３６）。なお、ステップＳ３３とステップＳ３５の各処理は、逆の順番で実行されても、並列して実行されてもよい。
【００６２】
ステップＳ３６に続き、または、ステップＳ３１において所定時間が経過していない場合に（ステップＳ３１：ＮＯ）、制御部３６は、電圧Ｖ２が満充電電圧に等しいか否かを判定する（ステップＳ３７）。電圧Ｖ２が満充電電圧未満の場合（ステップＳ３７：ＮＯ）、電力変換モジュール１４の処理は、ステップＳ３０に戻る。電圧Ｖ２が満充電電圧と等しい場合（ステップＳ３７：ＹＥＳ）、制御部３６は、充電を停止するよう電力調整部３８を制御し、これに応じ、電力調整部３８は充電処理を停止する（ステップＳ３８）。
【００６３】
制御部３６は、太陽電池モジュール１２から出力された電圧Ｖ１と電流Ａ１とから、太陽電池モジュール１２から出力された電力を導出し、この電力が０か否かを判定する（ステップＳ３９）。太陽電池モジュール１２からの電力が０であれば（ステップＳ３９：ＹＥＳ）、電力変換モジュール１４は処理を終了する。
【００６４】
太陽電池モジュール１２からの電力が０でない場合には（ステップＳ３９：ＮＯ）、制御部３６は、電圧Ｖ２が、例えば、一定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ４０）。この一定値の電圧は、ダイオード４２に電流が流れる電圧の下限値であるとする。本第２変形例ではこの一定値の電圧を１Ｖとする。ダイオード４２に電流が流れる間は、制御部３６は、蓄電器群の電圧を検出することができる。
【００６５】
電圧Ｖ２が１Ｖ以下の場合には（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、制御部３６は、蓄電器群の電圧を検出できない。このため、制御部３６は、ステップＳ３０に処理を戻し、ＭＰＰＴ方式による充電処理を実行するよう電力調整部３８を制御する。
【００６６】
電圧Ｖ２が１Ｖより大きい場合には（ステップＳ４０：ＮＯ）、残電圧が蓄電器群へ出力されているということであるので、制御部３６は、電力調整部３８を制御して、再度、充電停止処理を実行する（ステップＳ３８）。
【００６７】
［実施の形態から得られる技術的思想］
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
【００６８】
＜第１の技術的思想＞
太陽電池充電装置１０は、並列に接続された複数の蓄電器４０を含む蓄電器群と、太陽光を受けて発電する複数の太陽電池セル２４を含む太陽電池モジュール１２と、太陽電池モジュール１２から出力された電力を調整し調整された電力を蓄電器群に出力する電力調整部３８と、電力調整部３８の動作を制御する制御部３６と、複数の蓄電器４０のそれぞれの蓄電量を導出し蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュール１８と、複数の蓄電器４０のそれぞれに含まれそれぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの電圧と複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの温度の少なくとも一方を検出し検出した電圧と温度の少なくとも一方を制御部３６に通知する蓄電器管理モジュール４４と、を備え、蓄電器群管理モジュール１８は、蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず且つ電力調整部３８が蓄電器群に出力する電圧が所定値以下の場合に動作を休止し、制御部３６は、蓄電器管理モジュール４４が検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に、電力調整部３８を制御して、蓄電器群への充電を停止させる。
【００６９】
これにより、蓄電器４０の性能に依らず、太陽電池モジュール１２が発電した電力を効率よく蓄電することができる。
【００７０】
太陽電池充電装置１０は、所定値が、蓄電器群の満充電電圧の値であってもよい。これにより、電力調整部３８が蓄電器４０を充電する間、ＢＭＵ１８による電力消費を抑制できる。
【００７１】
太陽電池充電装置１０における電力調整部３８は、電力調整部３８が蓄電器群に出力する電圧が、所定値以下の場合に、太陽電池モジュール１２から出力された電力を、最適動作点における電力に変換し、変換後の電力を蓄電器群に出力してもよい。これにより、太陽電池モジュール１２から入力される電力を自由に制御できる。
【００７２】
太陽電池充電装置１０は、複数の太陽電池セル２４の一部に影がかかった場合に、影がかかった太陽電池セル２４を含む第１太陽電池セルストリング２０から取得した電流と、影がかかっていない太陽電池セル２４を含んで影がかかった太陽電池セル２４を含まない第２太陽電池セルストリング２０から取得した電流とを等しい大きさに変換し、複数の太陽電池セル２４が生成した電力を電力調整部３８に出力するオプティマイザ２２を備えてもよい。これにより、太陽電池モジュール１２から、より高い電圧を出力でき、電力調整部３８による昇圧の負荷を低減できる。
【００７３】
太陽電池充電装置１０におけるオプティマイザ２２は、第１太陽電池セルストリング２０から取得した電流を、第２太陽電池セルストリング２０から取得した電流と等しい大きさに変換してもよい。これにより、太陽電池モジュール１２から、より高い電圧を出力でき、電力調整部３８による昇圧の負荷を低減できる。
【００７４】
太陽電池充電装置１０におけるオプティマイザ２２は、第２太陽電池セルストリング２０から取得する電力を最適動作点における電力に調整して、電力調整部３８に出力してもよい。これにより影がかかっていない第２太陽電池セルストリング２０から最大限の電力を取り出すことができる。
【００７５】
太陽電池充電装置１０は、太陽電池モジュール１２から電力調整部３８へ出力される電流と電圧の少なくとも一方を検出する第１センサ２８、３０と、電力調整部３８から蓄電器群へ出力される電流と電圧の少なくとも一方を検出する第２センサ３２、３４とを備えてもよい。これにより、太陽電池充電装置１０は、太陽電池モジュール１２から電力調整部３８へ出力される電流と電圧の少なくとも一方と、電力調整部３８から蓄電器群へ出力される電流と電圧の少なくとも一方を取得できる。
【００７６】
<第２の技術的思想>
並列に接続された複数の蓄電器４０を含む蓄電器群と、太陽光を受けて発電する、複数の太陽電池セル２４を含む太陽電池モジュール１２と、複数の蓄電器４０のそれぞれの蓄電量を導出し蓄電器群の充放電を制御する蓄電器群管理モジュール１８と、を備える太陽電池充電装置１０が実行する太陽電池充電方法は、太陽電池モジュール１２から出力された電力を調整し調整された電力を蓄電器群に出力する電力調整ステップと、複数の蓄電器４０のそれぞれに含まれそれぞれが電気量を蓄積する複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの電圧と複数の蓄電池セルのうちの１以上の蓄電池セルの温度の少なくとも一方を検出する蓄電器管理ステップと、蓄電器管理ステップにおいて検出した電圧と温度の少なくとも一方が正常ではない場合に蓄電器群への充電を停止する制御ステップと、を含み、蓄電器群管理モジュール１８は、蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず、且つ、電力調整ステップにおいて蓄電器群に出力される電圧が所定値以下の場合に、動作を休止する。
【００７７】
これにより、蓄電器４０の性能に依らず、太陽電池モジュール１２が発電した電力を効率よく蓄電することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０…太陽電池充電装置                  １２…太陽電池モジュール
１４…電力変換モジュール                １６…蓄電ユニット
１８…蓄電器群管理モジュール（ＢＭＵ）  ２０…太陽電池セルストリング
２２…オプティマイザ                    ２４…太陽電池セル
２６…ＣＭＵ電源                        ２８…第１電圧センサ
３０…第１電流センサ                    ３２…第２電圧センサ
３４…第２電流センサ                    ３６…制御部
３８…電力調整部                        ４０…蓄電器
４２…ダイオード                        ４４…蓄電器管理モジュール（ＣＭＵ）
４６…コンタクタ                        ４８…負荷
５０…充放電制御部                      ５２…残容量導出部
５４…コンタクタ制御部                  Ａ１、Ａ２…電流
Ｖ１、Ｖ２…電圧
【図１】
2019193524.tif 000003
【図２】
2019193524.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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