(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
日照時に電力を発生させる太陽電池と、
前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、
前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、
前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、
前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、
前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、
電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、
前記電圧制御回路の出力電流を監視して、日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、
前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、
前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、
前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、
前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその比較差に応じて段階的な出力信号を生成する演算回路と、
前記演算回路の出力に対応した段階的な充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路と
を備え、
前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理する
ことを特徴とする低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置。
【請求項２】
日照時に電力を発生させる太陽電池と、
前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、
前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、
前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、
前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、
前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、
電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、
前記電圧制御回路の出力電流を監視し、日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、
前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、
前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、
前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、
前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合は正のアナログ信号を出力し、大きい場合には負のアナログ信号を出力する演算回路と、
前記演算回路の出力信号を受けそれに対応して線形的に変化する充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路と
を備え、
前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理する
ことを特徴とする低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置。
【請求項３】
日照時に電力を発生させる太陽電池と、
前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、
前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、
前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、
前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、
アノード側が前記リチウムイオンバッテリに接続され、カソード側が前記電力分配回路に接続されたブロッキングダイオードでなり、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、
電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、
前記電圧制御回路の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中の前記リチウムイオンバッテリの放電電圧から日照中の前記電圧制御回路の出力電圧へ切り替わる変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、
前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、
前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、
前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、
前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその比較差に応じて段階的な出力信号を生成する演算回路と、
前記演算回路の出力に対応した段階的な充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路と
を備え、
前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理する
ことを特徴とする低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置。
【請求項４】
日照時に電力を発生させる太陽電池と、
前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、
前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、
前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、
前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、
アノード側が前記リチウムイオンバッテリに接続され、カソード側が前記電力分配回路に接続されたブロッキングダイオードでなり、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、
電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、
前記電圧制御回路の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中の前記リチウムイオンバッテリの放電電圧から日照中の前記電圧制御回路の出力電圧へ切り替わる変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、
前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、
前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、
前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、
前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合は正のアナログ信号を出力し、大きい場合には負のアナログ信号を出力する演算回路と、
前記演算回路の出力信号を受けそれに対応して線形的に変化する充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路と
を備え、
前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理する
ことを特徴とする低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置。
【請求項５】
日照時に電力を発生させる太陽電池と、
前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、
前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、
前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、
前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、
前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、
電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、
前記電圧制御回路の出力電流を監視し日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電流監視型パルス生成回路と、
前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、
前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、
前記バッテリ電圧平均信号を受けて前記リチウムイオンバッテリの残容量を表示するバッテリ残容量表示装置と、
前記リチウムイオンバッテリの残容量表示の監視に基づいて前記リチウムイオンバッテリ容量の過不足が評価されたときに入力される充電停止電圧設定信号を前記充電制御回路に送出する充電停止電圧入力装置と
を備え、
前記充電制御回路は、前記電流監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧入力回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理する
ことを特徴とする低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低軌道人工衛星に搭載され、日照時に充電され、日陰時に必要な電力を供給する（放電する）低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境の監視システム、資源探査システム、移動体通信システムなど、低軌道人工衛星を利用したシステムは現代の日常生活と密接に関係している。その為、システム維持や利用コストの低減は現代社会の重要な課題であり、システムの一部となる人工衛星の長寿命化は、この課題を解決するための有効な方策である。
【０００３】
従来の低軌道人工衛星用バッテリ装置（ニッケル水素バッテリ、もしくはニッケルカドミウムバッテリ）は、日照時に飽和点（満充電）まで充電され、日陰時に必要な電力を供給（放電）し、満充電からの放電量を基準として運用されている。この方式は放電深度管理と呼ばれ、放電量は放電時間と放電電流から算出され、この度合が放電深度（Depth of Discharge；ＤＯＤ）と呼ばれる。また、充電量は充電時間と充電電流、及び飽和電圧から算出される。
【０００４】
この様な方法で管理される理由は、ニッケル水素バッテリやニッケルカドミウムバッテリの残存容量が、特定のパラメータ（電圧、温度等）で一義的に定義できる特性ではなく、飽和点からの放電深度ＤＯＤを知ることによりバッテリの残存容量を特定できることに拠る。一般的には、充電量が放電量よりも大きく、放電開始時にはバッテリが飽和点（満充電）に達しているように管理・運用される。
【０００５】
バッテリにリチウムイオンバッテリを使用した場合も、同じ方法で管理・運用することができる。但し、リチウムイオンバッテリには飽和点が存在しないため、満充電に相当するバッテリ端子電圧を予め設定しておき、その電圧へ到達させる管理・運用となる。この満充電の状態を１００％の充電状態（State of Charge；ＳＯＣ）という意味で、ＳＯＣ１００％と呼んでいる。同様に、満充電時の容量に対する残存容量の度合を百分率で表現し、例えば残存容量が満充電時の半分である場合にはＳＯＣ ５０％と呼んでいる。
【０００６】
図１２は、バッテリにリチウムイオンバッテリを使用した場合の従来の低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の構成図である。
図１２において、１は太陽電池、２は電圧制御回路、３は電力分配回路、４は負荷、５は充電制御回路、６はリチウムイオンバッテリ、７は放電制御回路、Ｖbusは電力系統電圧、Ｖbatはリチウムイオンバッテリ端子電圧、Ｉcはリチウムイオンバッテリの充電電流、Ｉdはリチウムイオンバッテリの放電電流である。
【０００７】
図１２の動作を図１３の動作タイムチャートを使用して以下に説明する。
日照時に、太陽電池１で発生した電力は、その電圧が電圧制御回路２で電力系統電圧Ｖbusになるように制御され、電力分配回路３と充電制御回路５に入力される。充電制御回路５は、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatを監視しながら、入力された電力を変換して充電電流Ｉcを出力し、この電流でリチウムイオンバッテリ６を充電する。
【０００８】
充電制御回路５の動作は、図１３に示すように、初めは定電流制御動作であるが、リチウムイオンバッテリ６の充電が進み、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧ＶbatがＳＯＣ １００％を示す予め決められた所定の電圧に達したことを検出すると、定電圧制御動作に切り替わり、その出力電流Ｉcを徐々に絞ってＳＯＣ １００％の状態を保つように動作する。こうして、日照時に、太陽電池１で発生した電力はリチウムイオンバッテリ６に蓄えられる。
【０００９】
一方、日陰時には、リチウムイオンバッテリ６に蓄えられた電力の放電が起こり、放電された電力は放電制御回路７で電力変換され、電力系統電圧Ｖbusに出力電圧が調整された電力として電力分配回路３に入力される。この日陰期間中に放電される電流Ｉdの量に応じて、図１３に示すように、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatの値は低下していく。この様に、リチウムイオンバッテリ６の状態は、ＳＯＣ １００％の状態（満充電の状態）と放電電流量に応じたあるＳＯＣの状態が繰り返される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
低軌道人工衛星のバッテリ容量は、サバイバル電力用の最少残容量に日陰中の必要電力分を加えた容量があればよく、必ずしもＳＯＣ １００％まで充電する必要は無い。しかし、上記のような低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、充電停止電圧がＳＯＣ １００％を示す予め決められた所定の電圧に固定されているため、前述したようにＳＯＣ １００％まで充電する必要がない場合でも、常にＳＯＣ １００％に近い状態で運用されることになる。
【００１１】
一方、リチウムイオンバッテリの寿命特性（容量の経年変化特性）はＳＯＣの状態に依存しており、ＳＯＣが高くＳＯＣ １００％に近いほど容量劣化が大きく、ＳＯＣが低いほど容量劣化が小さい傾向がある。
【００１２】
図１４は、ＳＯＣの状態とバッテリ容量の関係を経過時間で示したものであり、時間が経過するとバッテリ容量が低下していくこと、及びＳＯＣの高い状態で使用するほど一定時間経過後の容量劣化が大きい（低いＳＯＣで使用した方が一定時間経過後の容量劣化が小さい）ことがわかる。つまり、従来の低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の様に１００％ ＳＯＣに近い状態で使用することは、大きな容量劣化を招き、バッテリ寿命を短くする欠点があった。
【００１３】
この発明は、かかる問題点を解決するために成されたものであり、前述の様にＳＯＣが低いときに寿命が長くなる特徴を活かし、運用初期のバッテリ容量に余裕のあるときに１００％以下の可能な限り低いＳＯＣでバッテリを動作させることにより、バッテリの寿命を長くすることができる低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を得ることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置は、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力電流を監視して、日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその比較差に応じて段階的な出力信号を生成する演算回路と、前記演算回路の出力に対応した段階的な充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路とを備え、前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理することを特徴とするものである。
【００１６】
また、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力電流を監視し、日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合は正のアナログ信号を出力し、大きい場合には負のアナログ信号を出力する演算回路と、前記演算回路の出力信号を受けそれに対応して線形的に変化する充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路とを備え、前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理することを特徴とするものである。
【００１７】
また、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、アノード側が前記リチウムイオンバッテリに接続され、カソード側が前記電力分配回路に接続されたブロッキングダイオードでなり、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中の前記リチウムイオンバッテリの放電電圧から日照中の前記電圧制御回路の出力電圧へ切り替わる変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその比較差に応じて段階的な出力信号を生成する演算回路と、前記演算回路の出力に対応した段階的な充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路とを備え、前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理することを特徴とするものである。
【００１８】
また、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、アノード側が前記リチウムイオンバッテリに接続され、カソード側が前記電力分配回路に接続されたブロッキングダイオードでなり、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中の前記リチウムイオンバッテリの放電電圧から日照中の前記電圧制御回路の出力電圧へ切り替わる変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合は正のアナログ信号を出力し、大きい場合には負のアナログ信号を出力する演算回路と、前記演算回路の出力信号を受けそれに対応して線形的に変化する充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路とを備え、前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理することを特徴とする低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置。
【００１９】
また、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力電流を監視し日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電流監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記バッテリ電圧平均信号を受けて前記リチウムイオンバッテリの残容量を表示するバッテリ残容量表示装置と、前記リチウムイオンバッテリの残容量表示の監視に基づいて前記リチウムイオンバッテリ容量の過不足が評価されたときに入力される充電停止電圧設定信号を前記充電制御回路に送出する充電停止電圧入力装置とを備え、前記充電制御回路は、前記電流監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧入力回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理することを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
図１において、図１２に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、８はバッテリ電圧モニタ回路、９は電流監視型パルス生成回路、１０は累積データ保管回路、１１は累積データ平均化回路、１２は最少残容量設定回路、１３は比較回路、１４は充電停止電圧設定回路、Ｉvcは電圧制御回路２の出力電流、Ｓsetは充電停止電圧設定回路１４から出力される充電停止電圧設定信号、Ｓreadは電流監視型パルス生成回路９から出力される電圧読取パルス信号、Ｓbatはバッテリ電圧モニタ回路８から出力されるバッテリ電圧モニタ信号、Ｓsumは累積データ保管回路１０から出力されるバッテリ電圧累積信号、Ｓaverageは累積データ平均化回路１１から出力されるバッテリ電圧平均信号、Ｓsurvivalは最少残容量設定回路１２から出力される最少残容量信号、Ｓcompは比較回路１３からの出力信号である。
【００２１】
この実施の形態１に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置は、図２に示すリチウムイオンバッテリ６が有するＳＯＣ ５０％以上での無負荷電圧とバッテリ容量の間の密接な関係、つまり無負荷電圧を計測することにより容量が推定できる特性に着目し、電圧制御回路２により、日照時に電力を発生させる太陽電池１の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御を行い、電力分配回路３を介して負荷４に電力分配すると共に、電圧制御回路２とリチウムイオンバッテリ６との間に充電制御回路５を設け、かつリチウムイオンバッテリ６と電力分配回路３との間に放電制御回路７を設け、さらに、バッテリ電圧モニタ回路８により、リチウムイオンバッテリ６の端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を生成し、電流監視型パルス生成回路９により、電圧制御回路２の出力電流を監視し日照開始時にその電流が零から増加する変化を検出して充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８に電圧読取パルス信号を送出するようにし、電圧読取パルス信号が入力されている間だけ充電制御回路５が充電電流出力を停止してリチウムイオンバッテリ６を無負荷状態にし、この間にバッテリ電圧モニタ回路８がリチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧を計測してバッテリ残容量を示すバッテリ電圧モニタ信号を生成し、累積データ保管回路１０により、バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成し、累積データ平均化回路１１により、バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成し、最少残容量設定回路１２により、残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成し、比較回路１３により、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号を受けて比較することによりバッテリの容量不足を評価し、バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその差に応じて段階的な出力信号を生成し、充電停止電圧設定回路１４により、比較回路１３の出力信号を受けてそれに対応して段階的に充電停止電圧を上昇させる充電停止電圧設定信号を生成し、その充電停止電圧設定信号を前記充電制御回路に入力して充電を段階的に管理することにより、リチウムイオンバッテリ６を低いＳＯＣで動作させ、寿命を長くする。
【００２２】
次に、前記のように構成された低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の具体的な動作について説明する。
日照時に、太陽電池１で発生した電力は電圧制御回路２で受電され、電力系統電圧Ｖbusに調整されて出力され、電力分配回路３を経て負荷４に供給される。同じく、電圧制御回路２から出力された電力は、充電制御回路５に入力される。充電制御回路５は、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧を監視しながら、入力された電力を変換して充電電流Ｉcを出力し、この電流Ｉcでリチウムイオンバッテリ６を充電する。充電制御回路５の動作は、初めは定電流制御動作であるが、リチウムイオンバッテリ６の充電が進み、その端子電圧Ｖbatが充電停止電圧設定信号Ｓsetで設定された充電停止電圧と等しくなったことを検出すると所定のＳＯＣに達したと判断して定電圧制御動作に切り替わり、リチウムイオンバッテリ６の充電電流Ｉcを徐々に絞って、所定のＳＯＣを保つように動作する。
【００２３】
一方、日陰時には、リチウムイオンバッテリ６に蓄えられた電力の放電が起こり、放電された電力は放電制御回路７で電力変換され、電力系統電圧Ｖbusに出力電圧が調整された電力として電力分配回路３に入力される。この日陰期間中に放電される電流Ｉdの量に応じてリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatの値は低下していく。このリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatはバッテリ電圧モニタ回路８によって計測される。
【００２４】
これがリチウムイオンバッテリ６の充放電の一周期であり、次の日照開始時から次の充放電周期が始まる。日照開始時は、太陽電池１で発生し電圧制御回路２で電力系統電圧Ｖbusに調整された電力が負荷に供給され始めるため、リチウムイオンバッテリ６からの放電は停止し、電圧制御回路２の出力電流Ｉvcが零から増加を始める。この電圧制御回路２の出力電流Ｉvcの変化を電流監視型パルス生成回路９が検出したとき、電流監視型パルス生成回路９は、充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８にハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadを送出する。
【００２５】
電流監視型パルス生成回路９からの電圧読取パルス信号Ｓreadがハイレベルの時、充電制御回路５は充電を停止し、リチウムイオンバッテリ６は無負荷状態となる。同じく、バッテリ電圧モニタ回路８は、ハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadが入力されているときにリチウムイオンバッテリ６の端子電圧を計測する動作を行う。こうして、バッテリ電圧モニタ回路８が計測したリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatは無負荷電圧となり、リチウムイオンバッテリ６の残容量を推定可能な電圧信号が得られることになる。以上の動作における各部の波形を図３に示す。
【００２６】
バッテリ電圧モニタ回路８で検出されたリチウムイオンバッテリ６の無負荷時端子電圧Ｖbatは、バッテリ電圧モニタ信号Ｓbatに変換されて、累積データ保管回路１０に入力される。累積データ保管回路１０では、各周回のバッテリ電圧モニタ信号Ｓbatが累積されてバッテリ電圧累積信号Ｓsumが生成される。バッテリ電圧累積信号Ｓsumは、累積データ保管回路１０から累積データ平均化回路１１に送られ、ここで一回帰日数中の平均値を示すバッテリ電圧平均信号Ｓaverageに変換される。
【００２７】
低軌道人工衛星の必要電力や発生電力は各周回で異なるため、一周回毎に放電終了時のバッテリ無負荷電圧を検出して残容量を推定し最少残容量と比較することは無意味であるが、同一軌道に戻るまでの一回帰日数中の平均値であれば、様々なイベントの影響が加味された有意な値として捉えることができる。例えば、砂漠の上空を飛行する周回は必要電力が少ないが、ニューヨークやロンドンの様な大都市の上空を飛行する周回は必要電力が多くなる。この必要電力の変化に伴う放電終了時の無負荷電圧の変化を一回帰日数で平均し最少残容量と比較することにより、バッテリ容量の過不足が評価できる。
【００２８】
累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号Ｓaverageは、最少残容量設定回路１２で予め設定された固定値である最少残容量信号Ｓsurvivalと共に比較回路１３に入力されて比較され、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合はローレベルを維持し、小さい場合にはその差に応じて段階的にレベルが上昇する出力信号Ｓcompが生成され、充電停止電圧設定回路１４に送出される。
【００２９】
充電停止電圧設定回路１４では、段階的な比較回路出力信号Ｓcompに応じて段階的な充電停止電圧設定信号Ｓsetを生成し充電制御回路５へ送出する。充電制御回路５は、受け取った充電停止電圧設定信号Ｓsetで決まる充電停止電圧になるようにリチウムイオンバッテリ６の充電を管理するので、リチウムイオンバッテリ６は可能な限り低いＳＯＣで動作することになり、寿命を長くすることができることになる。
【００３０】
このように、リチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を段階的に変更してリチウムイオンバッテリ６を可能な限り低いＳＯＣで動作させることができるようになったので、リチウムイオンバッテリの寿命が長くなる効果があるが、図４は充電停止電圧を時間の経過と共に変更し、ＳＯＣの設定を４０％、６０％、８０％の順に切り換えて使用したときの充電終了時のＳＯＣの変化例を示し、図５はこの様に使用したときのリチウムイオンバッテリ６の総容量の変化例を示している。図５では、使用開始時のリチウムイオンバッテリの総容量が１００％であり、７年経過後では総容量が使用開始時の６０％まで低下することを示す。一方、図６はＳＯＣ ８０％で使用し続けた場合の総容量の変化例を示したものである。先の図５の例と比較するために総容量が使用開始時の６０％に達するまでの経過時間に注目すると、約５.６年である。つまり、充電停止電圧を変更してリチウムイオンバッテリ６を使用することにより、この例では低軌道人工衛星の運用期間を約１.４年延長できる効果がある。
【００３１】
なお、上記説明において、信号レベルにハイ、ロー、上昇の表現を用いているものは相対的な概念であり、レベルや変化の方向を反転して構成しても同様の効果を奏する。また、上記説明において、バッテリ電圧累積信号を平均化する期間を一回帰日数としたが、一週間や一ヶ月といった確定した期間であればよく、同様の効果を奏する。
【００３２】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
図７において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１５は累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号Ｓaverageと最少残容量設定回路１２からの最少残容量信号Ｓsurvivalとを入力し、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が小さい場合には正の、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合には負の線形に変化するアナログ信号Ｓdiffを生成する演算回路であり、その出力信号Ｓdiffは、充電停止電圧設定回路１４に入力され、充電停止電圧設定回路１４は、正の出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、負の出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号Ｓsetを充電制御回路５へ送出するようになされている。
【００３３】
前述した実施の形態１に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、充電停止電圧の調整が段階的で、かつ上昇させるだけであったのに対し、この実施の形態２による低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、比較回路１３の代わりに、累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号と最少残容量設定回路１２からの最少残容量信号を受けてその差を演算することによりバッテリ容量の過不足を評価し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合には正のアナログ出力信号を生成し、前記バッテリ電圧平均信号の方が大きい場合には負のアナログ出力信号を生成する演算回路１５を設け、充電停止電圧設定回路１４により、演算回路１５の正のアナログ出力信号を受けたときには、それに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、演算回路１５の負のアナログ出力信号を受けたときには、それに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号を生成するようにし、この充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に入力して充電を線形的に管理することにより、人工衛星の運用電力が大きく変化した場合に線形的に充電停止電圧を上げ下げしながらリチウムイオンバッテリ６を低いＳＯＣで動作させ、寿命を長くする。
【００３４】
次に、前記のように構成された低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の具体的な動作について説明する。
日照時に、太陽電池１で発生した電力は電圧制御回路２で受電され、電力系統電圧Ｖbusに調整されて出力され、電力分配回路３を経て負荷４に供給される。同じく、電圧制御回路２から出力された電力は充電制御回路５に入力される。充電制御回路５はリチウムイオンバッテリ６の端子電圧を監視しながら、入力された電力を変換して充電電流Ｉcを出力し、この電流Ｉcでリチウムイオンバッテリ６を充電する。充電制御回路５の動作は、初めは定電流動作であるが、リチウムイオンバッテリ６の充電が進み、その端子電圧Ｖbatが充電停止電圧設定信号Ｓsetで設定された充電停止電圧と等しくなったことを検出すると所定のＳＯＣに達したと判断して定電圧制御動作に切り替わり、リチウムイオンバッテリ６の充電電流Ｉcを徐々に絞って、所定のＳＯＣを保つように動作する。
【００３５】
一方、日陰時には、リチウムイオンバッテリ６に蓄えられた電力の放電が起こり、放電された電力は放電制御回路７で電力変換され、電力系統電圧Ｖbusに出力電圧が調整された電力として電力分配回路３に入力される。この日陰期間中に放電される電流Ｉdの量に応じてリチウムイオンバッテリ端子電圧Ｖbatの値は低下していく。このリチウムイオンバッテリ端子電圧Ｖbatはバッテリ電圧モニタ回路８によって計測される。
【００３６】
これがリチウムイオンバッテリ６の充放電の一周期であり、次の日照開始時から次の充放電周期が始まる。日照開始時は、太陽電池１で発生し電圧制御回路２で電力系統電圧Ｖbusに調整された電力が負荷に供給され始めるため、リチウムイオンバッテリ６からの放電は停止し、電圧制御回路２の出力電流Ｉvcが零から増加を始める。この電圧制御回路２の出力電流Ｉvcの変化を電流監視型パルス生成回路９が検出したとき、電流監視型パルス生成回路９は、充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８にハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadを送出する。
【００３７】
電流監視型パルス生成回路９からの電圧読取パルス信号Ｓreadがハイレベルの時、充電制御回路５は充電を停止し、リチウムイオンバッテリ６は無負荷状態となる。同じく、ハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadが入力されているときにバッテリ電圧モニタ回路８は、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧を計測する動作を行う。こうして、バッテリ電圧モニタ回路８が計測したリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatは無負荷電圧となり、リチウムイオンバッテリ６の残容量を推定可能な電圧信号が得られることになる。以上の動作における各部の波形は図３と同様である。
【００３８】
バッテリ電圧モニタ回路８で検出されたリチウムイオンバッテリ６の無負荷時端子電圧Ｖbatは、バッテリ電圧モニタ信号Ｓbatに変換されて、累積データ保管回路１０に入力される。累積データ保管回路１０では、各周回のバッテリ電圧モニタ信号Ｓbatが累積されてバッテリ電圧累積信号Ｓsumが生成される。バッテリ電圧累積信号Ｓsumは、累積データ保管回路１０から累積データ平均化回路１１に送られ、ここで一回帰日数中の平均値を示すバッテリ電圧平均信号Ｓaverageに変換される。
【００３９】
低軌道人工衛星の必要電力や発生電力は各周回で異なるため、一周回毎に放電終了時のバッテリ無負荷電圧を検出して残容量を推定し最少残容量と比較することは無意味であるが、同一軌道に戻るまでの一回帰日数中の平均値であれば、様々なイベントの影響が加味された有意な値として捉えることができる。例えば、砂漠の上空を飛行する周回は必要電力は少ないが、ニューヨークやロンドンの様な大都市の上空を飛行する周回は必要電力が多くなる。この必要電力の変化に伴う放電終了時の無負荷電圧の変化を一回帰日数で平均し最少残容量と比較することにより、バッテリ容量の過不足が評価できる。
【００４０】
このバッテリ電圧平均信号Ｓaverageは、最少残容量設定回路１２で予め設定された固定値である最少残容量信号Ｓsurvivalと共に演算回路１５に入力されて信号の差に基づいて線形に演算処理され、演算回路１５は、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が小さい場合には正の、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合には負の線形に変化するアナログ信号である演算回路出力信号Ｓdiffを生成する。
【００４１】
この演算回路１５の出力信号Ｓdiffは充電停止電圧設定回路１４に入力され、充電停止電圧設定回路１４は、正の演算回路出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、負の演算回路出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号Ｓsetを生成し、充電制御回路５へ送出する。充電制御回路５は、受け取った充電停止電圧設定信号Ｓsetで決まる充電停止電圧になるようにリチウムイオンバッテリ６の充電を管理するので、リチウムイオンバッテリ６は可能な限り低いＳＯＣで動作することになり、寿命を長くすることができることになる。
【００４２】
このように、この実施の形態２では、演算回路１５により、バッテリ電圧平均信号と最少残容量信号を受けてその差を演算することによりバッテリ容量の過不足を評価し、バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合には正のアナログ出力信号を生成し、バッテリ電圧平均信号の方が大きい場合には負のアナログ出力信号を生成し、充電停止電圧設定回路１４により、演算回路１５の正のアナログ出力信号を受けたときには、それに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、演算回路１５の負のアナログ出力信号を受けたときには、それに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号を生成し、その充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に入力する構成にしたので、リチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を変更してリチウムイオンバッテリ６を可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリ６の寿命が長くなる効果がある。この効果の例は、図４、図５と同じである。加えて、充電停止電圧を線形的に上下させることができるようになったので、低軌道人工衛星の大幅な必要電力の増加と減少の両方に対応したＳＯＣの設定変更が可能になる効果がある。
【００４３】
なお、上記説明において、信号レベルにハイ、ロー、正、負、上昇、上げる、下げるの表現を用いているものは相対的な概念であり、レベルや変化の方向を反転して構成しても同様の効果を奏する。また、上記説明において、バッテリ電圧累積信号を平均化する期間を一回帰日数としたが、一週間や一ヶ月といった確定した期間であればよく、同様の効果を奏する。
【００４４】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
図８において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１６は放電制御回路７の代わりに設けられたブロッキングダイオードであり、アノード側がリチウムイオンバッテリ６に接続され、カソード側が電力分配回路３に接続されている。また、１７は電流監視型パルス生成回路９の代わりに設けられた電圧監視型パルス生成回路であり、電圧制御回路２の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中のリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から日照中の電圧制御回路２の出力電圧へ切り替わる変化を検出して充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８に電圧読取パルス信号を送出する。
【００４５】
前述した実施の形態１及び２に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、リチウムイオンバッテリ６からの放電電力を放電制御回路７を使って電力系統電圧になるように電力変換していたが、この実施の形態３による低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、リチウムイオンバッテリ６側がアノードに、電力分配回路３側がカソードに接続されるようにブロッキングダイオード１６を挿入し、電圧監視型パルス生成回路１７により、電力系統電圧を監視し、日照開始時に電力系統電圧が日陰中のリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から日照中の電圧制御回路２の出力電圧へ切り替わる変化を検出して充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８に電圧読取パルス信号を送出するようにし、実施の形態１と同様に、充電停止電圧設定回路１４からの充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に入力して充電を段階的に管理することにより、リチウムイオンバッテリ６を低いＳＯＣで動作させ、寿命を長くする。
【００４６】
次に、前記のように構成された低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の具体的な動作について説明する。
日照時に、太陽電池１で発生した電力は電圧制御回路２で受電され、電力系統電圧Ｖbusに調整されて出力され、電力分配回路３を経て負荷４に供給される。同じく、電圧制御回路２から出力された電力は充電制御回路５に入力される。充電制御回路５は、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧を監視しながら、入力された電力を変換して充電電流Ｉcを出力し、この電流Ｉcでリチウムイオンバッテリ６を充電する。充電制御回路５の動作は、初めは定電流制御動作であるが、リチウムイオンバッテリ６の充電が進み、その端子電圧Ｖbatが充電停止電圧設定信号Ｓsetで設定された充電停止電圧と等しくなったことを検出すると所定のＳＯＣに達したと判断して定電圧制御動作に切り替わり、リチウムイオンバッテリ６の充電電流Ｉcを徐々に絞って、所定のＳＯＣを保つように動作する。
【００４７】
一方、日陰時には、ブロッキングダイオード１６を介してリチウムイオンバッテリ６に蓄えられた電力の放電が起こり、リチウムイオンバッテリ６の放電電圧に依存した電力系統電圧Ｖbusとなって電力分配回路３へ入力される。この日陰期間中に放電される電流Ｉdの量に応じて、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatの値は低下していく。このリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatはバッテリ電圧モニタ回路８によって計測される。
【００４８】
これがリチウムイオンバッテリ６の充放電の一周期であり、次の日照開始時から次の充放電周期が始まる。日照開始時は、太陽電池１で発生し電圧制御回路２でリチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧よりも高い電力系統電圧Ｖbusに調整された電力が負荷に供給され始めるため、リチウムイオンバッテリ６からの放電が停止し、電力系統電圧Ｖbusはリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から電圧制御回路２の出力電圧へ上昇する。この電力系統電圧Ｖbusの変化を電圧監視型パルス生成回路１７が検出したとき、電圧監視型パルス生成回路１７は、充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８にハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadを送出する。
【００４９】
電圧監視型パルス生成回路１７からの電圧読取パルス信号Ｓreadがハイレベルの時、充電制御回路５は充電を停止し、リチウムイオンバッテリ６は無負荷状態となる。同じく、ハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadが入力されているときにバッテリ電圧モニタ回路８はリチウムイオンバッテリ６の端子電圧を計測する動作を行う。こうして、バッテリ電圧モニタ回路８が計測したリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatは無負荷電圧となり、リチウムイオンバッテリ６の残容量を推定可能な電圧信号が得られることになる。以上の動作における各部の波形を図９に示す。
【００５０】
バッテリ電圧モニタ回路８で検出されたリチウムイオンバッテリ６の無負荷時端子電圧Ｖbatは、バッテリ電圧モニタ信号Ｓbatに変換されて、累積データ保管回路１０に入力される。累積データ保管回路１０では、各周回のバッテリ電圧モニタ信号Ｓbatが累積されてバッテリ電圧累積信号Ｓsumが生成される。バッテリ電圧累積信号Ｓsumは累積データ保管回路１０から累積データ平均化回路１１に送られ、ここで一回帰日数中の平均値を示すバッテリ電圧平均信号Ｓaverageに変換される。
【００５１】
低軌道人工衛星の必要電力や発生電力は各周回で異なるため、一周回毎に放電終了時のバッテリ無負荷電圧を検出して残容量を推定し最少残容量と比較することは無意味であるが、同一軌道に戻るまでの一回帰日数中の平均値であれば、様々なイベントの影響が加味された有意な値として捉えることができる。例えば、砂漠の上空を飛行する周回は必要電力が少ないが、ニューヨークやロンドンの様な大都市の上空を飛行する周回は必要電力が多くなる。この必要電力の変化に伴う放電終了時の無負荷電圧の変化を一回帰日数で平均し、最少残容量と比較することにより、バッテリ容量の過不足が評価できる。
【００５２】
累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号Ｓaverageは、最少残容量設定回路１２で予め設定された固定値である最少残容量信号Ｓsurvivalと共に比較回路１３に入力されて比較され、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合はローレベルを維持し、小さい場合にはその差に応じて段階的にレベルが上昇する出力信号Ｓcompが生成され、充電停止電圧設定回路１４に送出される。
【００５３】
充電停止電圧設定回路１４では、段階的な比較回路出力信号Ｓcompに応じて段階的な充電停止電圧設定信号Ｓsetを生成し充電制御回路５へ送出する。充電制御回路５は、受け取った充電停止電圧設定信号Ｓsetで決まる充電停止電圧になるようにリチウムイオンバッテリ６の充電を管理するので、リチウムイオンバッテリ６は可能な限り低いＳＯＣで動作することになり、寿命を長くすることができることになる。
【００５４】
このように、実施の形態３では、リチウムイオンバッテリ６側がアノードに、電力分配回路３側がカソードに接続されるようにブロッキングダイオード１６を挿入し、電圧監視型パルス生成回路１７により、電力系統電圧を監視し、日照開始時に電力系統電圧が日陰中のリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から日照中の電圧制御回路２の出力電圧へ切り替わる変化を検出して充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８に電圧読取パルス信号を送出するようにし、実施の形態１と同様に、充電停止電圧設定回路１４からの充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に入力して充電を段階的に管理することにより、リチウムイオンバッテリの無負荷電圧を検出することができ、さらに、充電停止電圧を段階的に変更してリチウムイオンバッテリ６を可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリ６の寿命が長くなる効果がある。この効果の例は、図４、図５と同じである。加えて、リチウムイオンバッテリの放電電力をブロッキングダイオード１６だけを介して電力分配回路３に入力し負荷に分配する構成にしたので、装置の小型化、軽量化が図れる効果がある。
【００５５】
なお、上記説明において、信号レベルにハイ、ロー、上昇の表現を用いているものは相対的な概念であり、レベルや変化の方向を反転して構成しても同様の効果を奏する。また、上記説明において、バッテリ電圧累積信号を平均化する期間を一回帰日数としたが、一週間や一ヶ月といった確定した期間であればよく、同様の効果を奏する。
【００５６】
また、上記実施の形態３では、電力系統電圧の変化を監視する電圧監視型パルス生成回路１７を使用した場合について説明したが、電圧制御回路２の出力電流の変化を監視する電流監視型パルス生成回路を使用してもよく、上記実施の形態３と同様の効果を奏する。
【００５７】
実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
図１０において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１５は累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号Ｓaverageと最少残容量設定回路１２からの最少残容量信号Ｓsurvivalとを入力し、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が小さい場合には正の、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合には負の線形に変化するアナログ信号Ｓdiffを生成する演算回路であり、その出力信号Ｓdiffは、充電停止電圧設定回路１４に入力され、充電停止電圧設定回路１４は、正の出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、負の出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号Ｓsetを充電制御回路５へ送出するようになされている。
【００５８】
また、１６は放電制御回路７の代わりに設けられたブロッキングダイオードであり、アノード側がリチウムイオンバッテリ６に接続され、カソード側が電力分配回路３に接続されている。さらに、１７は電流監視型パルス生成回路９の代わりに設けられた電圧監視型パルス生成回路であり、電圧制御回路２の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中のリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から日照中の電圧制御回路２の出力電圧へ切り替わる変化を検出して充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８に電圧読取パルス信号を送出する。
【００５９】
前述した実施の形態１に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、充電停止電圧の調整が段階的で上昇させるだけであり、加えてリチウムイオンバッテリ６からの放電電力を放電制御回路７を使って電力系統電圧になるように電力変換していたが、この実施の形態４による低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置は、演算回路１５により、累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号と最少残容量設定回路１２からの最少残容量信号を受けてその差を演算することによりバッテリ容量の過不足を評価し、バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合には正のアナログ出力信号を生成し、バッテリ電圧平均信号の方が大きい場合には負のアナログ出力信号を生成し、充電停止電圧設定回路１４により、演算回路１５の正のアナログ出力信号を受けたときには、それに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、演算回路１５の負のアナログ出力信号を受けたときには、それに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号を生成し、その充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に入力して充電を線形的に管理することにより、人工衛星の運用電力が大きく変化した場合に線形的に充電停止電圧を上げ下げしながらリチウムイオンバッテリ６を低いＳＯＣで動作させ、寿命を長くする。
【００６０】
次に、前記のように構成された低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の具体的な動作について説明する。
日照時に、太陽電池１で発生した電力は電圧制御回路２で受電され、電力系統電圧Ｖbusに調整されて出力され、電力分配回路３を経て負荷４に供給される。同じく、電圧制御回路２から出力された電力は充電制御回路５に入力される。充電制御回路５は、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧を監視しながら、入力された電流を変換して充電電流Ｉcを出力し、この電流Ｉcでリチウムイオンバッテリ６を充電する。充電制御回路５の動作は、初めは定電流制御動作であるが、リチウムイオンバッテリ６の充電が進み、その端子電圧Ｖbatが充電停止電圧設定信号Ｓsetで設定された充電停止電圧と等しくなったことを検出すると所定のＳＯＣに達したと判断して定電圧制御動作に切り替わり、リチウムイオンバッテリ６の充電電流Ｉcを徐々に絞って、所定のＳＯＣを保つように動作する。
【００６１】
一方、日陰時には、ブロッキングダイオード１６を介してリチウムイオンバッテリ６に蓄えられた電力の放電が起こり、リチウムイオンバッテリ６の放電電圧に依存した電力系統電圧Ｖbusとなって電力分配回路３へ入力される。この日陰期間中に放電される電流Ｉdの量に応じて、リチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatの値は低下していく。このリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatはバッテリ電圧モニタ回路８によって計測される。
【００６２】
これがリチウムイオンバッテリ６の充放電の一周期であり、次の日照開始時から次の充放電周期が始まる。日照開始時は、太陽電池１で発生し電圧制御回路２でリチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧よりも高い電力系統電圧Ｖbusに調整された電力が負荷に供給され始めるため、リチウムイオンバッテリ６からの放電が停止し、電力系統電圧Ｖbusはリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から電圧制御回路２の出力電圧へ上昇する。この電力系統電圧Ｖbusの変化を電圧監視型パルス生成回路１７が検出したとき、電圧監視型パルス生成回路１７は、充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８にハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadを送出する。
【００６３】
電圧監視型パルス生成回路１７からの電圧読取パルス信号Ｓreadがハイレベルの時、充電制御回路５は充電を停止し、リチウムイオンバッテリ６は無負荷状態になる。同じく、ハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadが入力されているときにバッテリ電圧モニタ回路８はリチウムイオンバッテリ６の端子電圧を計測する動作を行う。こうして、バッテリ電圧モニタ回路８が計測したリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatは無負荷電圧になり、リチウムイオンバッテリ６の残容量を推定可能な電圧信号が得られることになる。以上の動作における各部の波形は図９と同じである。
【００６４】
バッテリ電圧モニタ回路８で検出されたリチウムイオンバッテリ６の無負荷時端子電圧Ｖbatは、バッテリ電圧モニタ信号Ｓbatに変換されて、累積データ保管回路１０に入力される。累積データ保管回路１０では、各周回のバッテリ電圧モニタ信号Ｓbatが累積されてバッテリ電圧累積信号Ｓsumが生成される。バッテリ電圧累積信号Ｓsumは累積データ保管回路１０から累積データ平均化回路１１に送られ、ここで一回帰日数中の平均値を示すバッテリ電圧平均信号Ｓaverageに変換される。
【００６５】
低軌道人工衛星の必要電力や発生電力は各周回で異なるため、一周回毎に放電終了時のバッテリ無負荷電圧を検出して残容量を推定し最少残容量と比較することは無意味であるが、同一軌道に戻るまでの一回帰日数中の平均値であれば、様々なイベントの影響が加味された有意な値として捉えることができる。例えば、砂漠の上空を飛行する周回は必要電力が少ないが、ニューヨークやロンドンといった大都市の上空を飛行する周回は必要電力が多くなる。この必要電力の変化に伴う放電終了時の無負荷電圧の変化を一回帰日数で平均し、最少残容量と比較することにより、バッテリ容量の過不足が評価できる。
【００６６】
このバッテリ電圧平均信号Ｓaverageは、最少残容量設定回路１２で予め設定された固定値である最少残容量信号Ｓsurvivalと共に演算回路１５に入力されて信号の差に基づいて線形に演算処理され、演算回路１５はバッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が小さい場合には正の線形に変化するアナログ信号、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合には負の線形に変化するアナログ信号である演算回路出力信号Ｓdiffを生成する。この演算回路出力信号Ｓdiffは充電停止電圧設定回路１４に入力される。
【００６７】
充電停止電圧設定回路１４は、正の演算回路出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、負の演算回路出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号Ｓsetを生成し、充電制御回路５へ送出する。充電制御回路５は受け取った充電停止電圧設定信号Ｓsetで決まる充電停止電圧になるようにリチウムイオンバッテリ６の充電を管理するので、リチウムイオンバッテリ６は可能な限り低いＳＯＣで動作することになり、寿命を長くすることができることになる。
【００６８】
このように、実施の形態４では、演算回路１５により、累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号Ｓaverageと最少残容量設定回路１２からの最少残容量信号Ｓsurvivalとを入力し、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が小さい場合には正の、バッテリ電圧平均信号Ｓaverageの方が大きい場合には負の線形に変化するアナログ信号Ｓdiffを生成し、充電停止電圧設定回路１４により、正の出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を上げ、負の出力信号Ｓdiffを受けたときにはそれに対応して線形的に充電停止電圧を下げる充電停止電圧設定信号Ｓsetを充電制御回路５へ送出するようにすると共に、放電制御回路７の代わりにブロッキングダイオードを設け、かつ電圧監視型パルス生成回路１７により、電圧制御回路２の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中のリチウムイオンバッテリ６の放電電圧から日照中の電圧制御回路２の出力電圧へ切り替わる変化を検出して充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８に電圧読取パルス信号を送出するようにしたので、リチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を変更してリチウムイオンバッテリ６を可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリ６の寿命が長くなる効果がある。この効果の例は、図４、図５と同じである。加えて、充電停止電圧を線形的に上下させることができるようになったので、低軌道人工衛星の大幅な必要電力の増加と減少の両方に対応したＳＯＣの設定変更が可能になる効果がある。更に加えて、リチウムイオンバッテリ６の放電電力をブロッキングダイオード１６だけを介して電力分配回路３に入力し負荷に分配する構成にしたので、装置の小型化、軽量化が図れる効果がある。
【００６９】
なお、上記説明において、信号レベルにハイ、ロー、正、負、上昇、上げる、下げるの表現を用いているものは相対的な概念であり、レベルや変化の方向を反転して構成しても同様の効果を奏する。また、上記説明において、バッテリ電圧累積信号を平均化する期間を一回帰日数としたが、一週間や一ヶ月といった確定した期間であればよく、同様の効果を奏する。
【００７０】
また、上記実施の形態４では、電力系統電圧の変化を監視する電圧監視型パルス生成回路１７を使用した場合について説明したが、電圧制御回路２の出力電流の変化を監視する電流監視型パルス生成回路を使用してもよく、上記実施の形態４と同様の効果を奏する。
【００７１】
実施の形態５．
図１１は、この発明の実施の形態５に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
図１１において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１８は累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号を受けてリチウムイオンバッテリ６の残容量を表示するバッテリ残容量表示装置であり、また、１９はリチウムイオンバッテリ６の残容量表示の監視に基づいてリチウムイオンバッテリ容量の過不足が評価されたときに入力される充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に送出する充電停止電圧入力装置である。
【００７２】
前述した実施の形態４に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、所定期間のバッテリ電圧平均信号と最少残容量信号との大小関係に基づいてリチウムイオンバッテリの充電停止電圧を自動的に調整していたが、この実施の形態５による低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置では、バッテリ残容量表示装置１８により、累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号を受けてリチウムイオンバッテリ６の残容量を表示し、充電停止電圧入力装置１９により、リチウムイオンバッテリ６の残容量表示の監視に基づいてリチウムイオンバッテリ容量の過不足が評価されたときに充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に送出し、充電停止電圧設定信号に基づいて充電制御回路により充電を管理することにより、運用電力が大きく変動した場合に充電停止電圧の調整を行ってリチウムイオンバッテリ６を低いＳＯＣで動作させ、寿命を長くする。
【００７３】
次に、前記のように構成された低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の具体的な動作について説明する。
日照時に、太陽電池１で発生した電力は電圧制御回路２で受電され、電力系統電圧Ｖbusに調整されて出力され、電力分配回路３を経て負荷４に供給される。同じく、電圧制御回路２から出力された電力は充電制御回路５に入力される。充電制御回路５はリチウムイオンバッテリ６の端子電圧をモニタしながら、入力された電力を変換して充電電流Ｉcを出力し、この電流Ｉcでリチウムイオンバッテリ６を充電する。充電制御回路５の動作は、初めは定電流制御動作であるが、リチウムイオンバッテリ６の充電が進み、その端子電圧Ｖbatが充電停止電圧設定信号Ｓsetで設定された充電停止電圧と等しくなったことを検出すると所定のＳＯＣに達したと判断して定電圧制御動作に切り替わり、リチウムイオンバッテリ６の充電電流Ｉcを徐々に絞って、所定のＳＯＣを保つように動作する。
【００７４】
一方、日陰時には、リチウムイオンバッテリ６に蓄えられた電力の放電が起こり、放電された電力は放電制御回路７で電力変換され、電力系統電圧Ｖbusに出力電圧が調整された電力として電力分配回路３に入力される。この日陰期間中に放電される電流Ｉdの量に応じてリチウムイオンバッテリ端子電圧Ｖbatの値は減少していく。このリチウムイオンバッテリ端子電圧Ｖbatはバッテリ電圧モニタ回路８によって計測される。
【００７５】
これがリチウムイオンバッテリ６の充放電の一周期であり、次の日照開始時から次の充放電周期が始まる。日照開始時は、太陽電池１で発生し電圧制御回路２で電力系統電圧Ｖbusに調整された電力が負荷に供給され始めるため、リチウムイオンバッテリ６からの放電は停止し、電圧制御回路２の出力電流Ｉvcが零から増加を始める。この電圧制御回路２の出力電流Ｉvcの変化を電流監視型パルス生成回路９が検出したとき、電流監視型パルス生成回路９は充電制御回路５とバッテリ電圧モニタ回路８にハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadを送出する。
【００７６】
電流監視型パルス生成回路９からの電圧読取パルス信号Ｓreadがハイレベルの時、充電制御回路５は充電を停止し、リチウムイオンバッテリ６は無負荷状態になる。同じく、ハイレベルの電圧読取パルス信号Ｓreadが入力されているときにバッテリ電圧モニタ回路８はリチウムイオンバッテリ６の端子電圧を計測する動作を行う。こうして、バッテリ電圧モニタ回路８が計測したリチウムイオンバッテリ６の端子電圧Ｖbatは無負荷電圧になり、リチウムイオンバッテリ６の残容量を推定可能な電圧信号が得られることになる。以上の動作における各部の波形は図３と同じである。
【００７７】
バッテリ電圧モニタ回路８で検出されたリチウムイオンバッテリ６の無負荷時端子電圧Ｖbatは、バッテリ電圧モニタ信号Ｓbatに変換されて累積データ保管回路１０に入力される。累積データ保管回路１０では、各周回のバッテリ電圧モニタ信号Ｓbatが累積されてバッテリ電圧累積信号Ｓsumが生成される。バッテリ電圧累積信号Ｓsumは累積データ保管回路１０から累積データ平均化回路１１に送られ、ここで一回帰日数中の平均値を示すバッテリ電圧平均信号Ｓaverageに変換される。
【００７８】
低軌道人工衛星の必要電力や発生電力は各周回で異なるため、一周回毎に放電終了時のバッテリ無負荷電圧を検出して残容量を推定し最少残容量と比較することは無意味であるが、同一軌道に戻るまでの一回帰日数中の平均値であれば、様々なイベントの影響が加味された有意な値として捉えることができる。例えば、砂漠の上空を飛行する周回は必要電力が少ないが、ニューヨークやロンドンの様な大都市の上空を飛行する周回は必要電力が多くなる。この必要電力の変化に伴う放電終了時の無負荷電圧の変化を一回帰日数で平均し最少残容量と比較することにより、バッテリ容量の過不足が評価できる。
【００７９】
このバッテリ電圧平均信号Ｓaverageは、バッテリ残容量表示装置１８に入力され、リチウムイオンバッテリ６の残容量を識別できるように表示される。このバッテリ残容量表示装置１８の表示に基づいてリチウムイオンバッテリ６の充電停止電圧を変更する必要の有無を判断し、変更する必要がある場合には、充電停止電圧入力装置１９に新たな充電停止電圧を入力して変更に使用する充電停止電圧設定信号Ｓsetを生成させ、充電制御回路５に送出させる。充電制御回路５は受け取った充電停止電圧設定信号Ｓsetで決まる充電停止電圧になるようにリチウムイオンバッテリ６の充電を管理するので、リチウムイオンバッテリ６は可能な限り低いＳＯＣで動作することになり、寿命を長くすることができるようになる。
【００８０】
このように、実施の形態５では、累積データ平均化回路１１からのバッテリ電圧平均信号を受けてバッテリ残容量を表示するバッテリ残容量表示装置１８と、その残容量表示の監視によりリチウムイオンバッテリ容量の過不足を評価し、マニュアル操作により入力された充電停止電圧設定信号を充電制御回路５に送出する充電停止電圧入力装置１９とを設ける構成にしたので、リチウムイオンバッテリ６の無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を変更してリチウムイオンバッテリ６を可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリ６の寿命が長くなる効果がある。この効果の例は、図４、図５と同じである。更に、評価判断に基づいた最適な充電停止電圧の設定と変更が可能になるので、低軌道人工衛星の大幅な必要電力の変化に対応したＳＯＣの設定変更が可能になる効果がある。
【００８１】
尚、この発明に於いては、低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置について述べたが、他の周回軌道もしくは充放電が繰り返し必要とする軌道の宇宙機及び人工衛星にも同様に適用できることは言うまでもない。
【００８２】
また、上記説明において、バッテリ電圧累積信号を平均化する期間を一回帰日数としたが、一週間や一ヶ月といった確定した期間であればよく、同様の効果を奏する。
【００８３】
また、上記実施の形態５では、放電制御回路７を使用し電圧制御回路２の出力電流の変化を監視する電流監視型パルス生成回路９を使用した場合について説明したが、放電制御回路７を使用しない構成でもよく、上記実施の形態５と同様の効果を奏する。
【００８４】
また、上記実施の形態５では、放電制御回路７を使用し電圧制御回路２の出力電流の変化を監視する電流監視型パルス生成回路９を使用した場合について説明したが、放電制御回路７を使用しない構成で、且つ電力系統電圧の変化を監視する電圧監視型パルス生成回路を使用した構成でもよく、上記実施の形態５と同様の効果を奏する。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力を監視して、前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する出力監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記リチウムイオンバッテリの残容量の基準信号となる最少残容量信号を生成する最少残容量設定回路と、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、比較差に応じた出力信号を生成する演算回路と、前記演算回路の出力に応じた充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出する充電停止電圧設定回路とを備え、前記充電制御回路は、前記出力監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧設定回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理するようにしたので、リチウムイオンバッテリの無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を段階的に変更してリチウムイオンバッテリを可能な限り低いＳＯＣで動作させることができるので、リチウムイオンバッテリの寿命が長くなる効果がある。
【００８６】
また、前記出力監視型パルス生成回路は、前記電圧制御回路の出力電流を監視し、日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電流監視型パルス生成回路でなり、前記演算回路は、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその比較差に応じて段階的な出力信号を生成する比較回路でなり、前記充電停止電圧設定回路は、前記比較回路の出力信号に対応した段階的な充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出するようにしたので、リチウムイオンバッテリの無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を段階的に変更してリチウムイオンバッテリを可能な限り低いＳＯＣで動作させることができるので、リチウムイオンバッテリの寿命が長くなる効果がある。
【００８７】
また、前記出力監視型パルス生成回路は、前記電圧制御回路の出力電流を監視し、日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電流監視型パルス生成回路でなり、前記演算回路は、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合は正のアナログ信号を出力し、大きい場合には負のアナログ信号を出力し、前記充電停止電圧設定回路は、前記演算回路の出力信号を受けそれに対応して線形的に変化する充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出するようにしたので、リチウムイオンバッテリの無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を変更してリチウムイオンバッテリ６を可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリ６の寿命が長くなる効果がある。加えて、充電停止電圧を線形的に上下させることができるようになったので、低軌道人工衛星の大幅な必要電力の増加と減少の両方に対応したＳＯＣの設定変更が可能になる効果がある。
【００８８】
また、前記放電制御手段は、アノード側が前記リチウムイオンバッテリに接続され、カソード側が前記電力分配回路に接続されたブロッキングダイオードでなり、前記出力監視型パルス生成回路は、前記電圧制御回路の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中の前記リチウムイオンバッテリの放電電圧から日照中の前記電圧制御回路の出力電圧へ切り替わる変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電圧監視型パルス生成回路でなり、前記演算回路は、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合にその比較差に応じて段階的な出力信号を生成する比較回路でなり、前記充電停止電圧設定回路は、前記比較回路の出力信号に対応した段階的な充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出するようにしたので、リチウムイオンバッテリの無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を段階的に変更してリチウムイオンバッテリを可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリの寿命が長くなる効果がある。加えて、リチウムイオンバッテリの放電電力をブロッキングダイオードだけを介して電力分配回路に入力し負荷に分配する構成にしたので、装置の小型化、軽量化が図れる効果がある。
【００８９】
また、前記放電制御手段は、アノード側が前記リチウムイオンバッテリに接続され、カソード側が前記電力分配回路に接続されたブロッキングダイオードでなり、前記出力監視型パルス生成回路は、前記電圧制御回路の出力電圧を監視し、日照開始時に当該出力電圧が日陰中の前記リチウムイオンバッテリの放電電圧から日照中の前記電圧制御回路の出力電圧へ切り替わる変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電圧監視型パルス生成回路でなり、前記演算回路は、前記バッテリ電圧平均信号と前記最少残容量信号とを比較し、前記バッテリ電圧平均信号の方が小さい場合は正のアナログ信号を出力し、大きい場合には負のアナログ信号を出力し、前記充電停止電圧設定回路は、前記演算回路の出力信号を受けそれに対応して線形的に変化する充電停止電圧設定信号を生成し前記充電制御回路に送出するようにしたので、低軌道人工衛星の大幅な必要電力の増加と減少の両方に対応したＳＯＣの設定変更が可能になる効果がある。更に加えて、リチウムイオンバッテリの放電電力をブロッキングダイオードだけを介して電力分配回路に入力し負荷に分配する構成にしたので、装置の小型化、軽量化が図れる効果がある。
【００９０】
また、日照時に電力を発生させる太陽電池と、前記太陽電池の発生電力を受けて出力電圧が電力系統電圧になるように制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力を分配する電力分配回路と、前記電力分配回路により分配された出力が供給される負荷と、前記電圧制御回路の出力を変換して充電電流を出力する充電制御回路と、前記充電制御回路からの充電電流によって充電されるリチウムイオンバッテリと、前記リチウムイオンバッテリからの放電電力を前記電力分配回路に供給する放電制御手段と、電圧読取パルス信号の入力に基づいて前記リチウムイオンバッテリの端子間電圧を計測してバッテリ電圧モニタ信号を出力するバッテリ電圧モニタ回路と、前記電圧制御回路の出力電流を監視し日照開始時に当該出力電流が零から増加する変化を検出して前記充電制御回路と前記バッテリ電圧モニタ回路に電圧読取パルス信号を送出する電流監視型パルス生成回路と、前記バッテリ電圧モニタ信号を所定期間累積しバッテリ電圧累積信号を生成する累積データ保管回路と、前記バッテリ電圧累積信号を受けて所定期間のバッテリ電圧平均信号を生成する累積データ平均化回路と、前記バッテリ電圧平均信号を受けて前記リチウムイオンバッテリの残容量を表示するバッテリ残容量表示装置と、前記リチウムイオンバッテリの残容量表示の監視に基づいて前記リチウムイオンバッテリ容量の過不足が評価されたときに入力される充電停止電圧設定信号を前記充電制御回路に送出する充電停止電圧入力装置とを備え、前記充電制御回路は、前記電流監視型パルス生成回路からの電圧読取パルス信号に基づいて充電を停止すると共に、前記充電停止電圧入力回路からの充電停止電圧設定信号で決まる充電停止電圧になるように前記リチウムイオンバッテリの充電を管理するようにしたので、リチウムイオンバッテリの無負荷電圧を検出することができ、更に充電停止電圧を変更してリチウムイオンバッテリを可能な限り低いＳＯＣで動作させることができ、リチウムイオンバッテリの寿命が長くなる効果がある。更に、評価や判断に基づいた最適な充電停止電圧の設定と変更が可能になるので、低軌道人工衛星の大幅な必要電力の変化に対応したＳＯＣの設定変更が可能になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
【図２】  リチウムイオンバッテリにおけるＳＯＣの状態と無負荷電圧の関係を示す図である。
【図３】  この発明による低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置の実施の形態１における各部の動作状態を示すタイムチャートである。
【図４】  リチウムイオンバッテリにおけるＳＯＣの設定を４０％、６０％、８０％の順に切り換えて使用したときの充電終了時のＳＯＣの変化例を示す図である。
【図５】  リチウムイオンバッテリにおけるＳＯＣの設定を４０％、６０％、８０％の順に切り換えて使用したときの総容量の変化例を示す図である。
【図６】  リチウムイオンバッテリにおけるＳＯＣの設定をＳＯＣ ８０％で使用し続けた場合の総容量の変化例を示す図である。
【図７】  この発明の実施の形態２に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態３に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
【図９】  この発明の実施の形態３に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置における各部の動作状態を示すタイムチャートである。
【図１０】  この発明の実施の形態４に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
【図１１】  この発明の実施の形態５に係る低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
【図１２】  従来の低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置を示す構成図である。
【図１３】  従来の低軌道人工衛星用リチウムイオンバッテリ装置における各部の動作状態を示すタイムチャートである。
【図１４】  リチウムイオンバッテリにおけるＳＯＣの状態とバッテリ容量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  太陽電池、２  電圧制御回路、３  電力分配回路、４  負荷、５  充電制御回路、６  リチウムイオンバッテリ、７  放電制御回路、８  バッテリ電圧モニタ回路、９  電流監視型パルス生成回路、１０  累積データ保管回路、１１  累積データ平均化回路、１２  最少残容量設定回路、１３  比較回路、１４  充電停止電圧設定回路、１５  演算回路、１６  ブロッキングダイオード、１７  電圧監視型パルス生成回路、１８  バッテリ残容量表示装置、１９  充電停止電圧入力装置。
【図１】
0003767378.tif 000002
【図２】
0003767378.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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