JP3002934B2 - Solar cell power system control circuit - Google Patents
Solar cell power system control circuitInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池を利用した電
源システムにおいて蓄電池の充放電を制御する制御回路
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control circuit for controlling charging and discharging of a storage battery in a power supply system using a solar cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の典型的な太陽電池電源システム
は、図7に示すとおり、太陽電池1、蓄電池2および充
放電制御回路3から構成されている。充放電制御回路3
は、太陽電池1と蓄電池2および負荷4との間に接続さ
れており、逆流防止ダイオード5と、そのアノード側に
挿入された開閉器6と、そのカソードと負荷4との間に
挿入された開閉器7と、蓄電池2の充電電圧Vbattを検
出して開閉器(リレー接点)6,7をON/OFF制御
する制御部8とから構成されている。2. Description of the Related Art A typical conventional solar cell power supply system comprises a solar cell 1, a storage battery 2 and a charge / discharge control circuit 3, as shown in FIG. Charge / discharge control circuit 3
Is connected between the solar cell 1 and the storage battery 2 and the load 4, and is connected between the backflow prevention diode 5, the switch 6 inserted on the anode side thereof, and the cathode and the load 4 It comprises a switch 7 and a control unit 8 that detects the charging voltage V batt of the storage battery 2 and controls ON / OFF of the switches (relay contacts) 6 and 7.
【0003】制御部8は、検出した充電電圧Vbattが所
定範囲内にあるときは両開閉器6,7ともON状態に
し、太陽電池1で起こされた電流が蓄電池2に充電され
るとともに負荷4に供給される。検出した充電電圧V
battが所定範囲の上限である過充電保護電圧に達したと
き、制御部8は開閉器6をOFFにして太陽電池1を蓄
電池2から切り離し、蓄電池2を過充電から保護する。
負荷4に対しては蓄電池2から引き続き電源が供給され
る。蓄電池2が一定以上に放電した結果、検出した充電
電圧Vbattが所定範囲の下限である過放電保護電圧に達
したとき、制御部8は開閉器7をOFFにして蓄電池2
を負荷4から切り離し、蓄電池2を過放電から保護す
る。蓄電池2に対しては太陽電池1から引き続き充電を
行う。When the detected charging voltage V batt is within a predetermined range, the control unit 8 turns on both switches 6 and 7 to charge the storage battery 2 with the current generated by the solar cell 1 and load the storage battery 2. 4 is supplied. Detected charging voltage V
When batt reaches the overcharge protection voltage which is the upper limit of the predetermined range, the control unit 8 turns off the switch 6 to disconnect the solar cell 1 from the storage battery 2 and protect the storage battery 2 from overcharge.
Power is continuously supplied to the load 4 from the storage battery 2. When the detected charging voltage V batt reaches the overdischarge protection voltage, which is the lower limit of the predetermined range, as a result of discharging the storage battery 2 beyond a certain level, the control unit 8 turns off the switch 7 and turns off the storage battery 2.
Is disconnected from the load 4 to protect the storage battery 2 from overdischarge. The storage battery 2 is continuously charged from the solar cell 1.
【0004】ところで、この従来の太陽電池電源システ
ム制御回路においては太陽電池1の最大電力を蓄電池2
に充電することが考慮されておらず、太陽電池1が蓄電
池2に直結的に接続されているので、蓄電池2の充電電
圧Vbattがそのまま太陽電池1の動作点となってしま
い、太陽電池1の最大電力で蓄電池2に充電することが
できないようになっている。In the conventional solar cell power supply system control circuit, the maximum power of the solar cell 1 is stored in the storage battery 2.
Is not considered, and the solar cell 1 is directly connected to the storage battery 2, so that the charging voltage V batt of the storage battery 2 becomes the operating point of the solar cell 1 as it is, and the solar cell 1 The maximum power of the storage battery 2 cannot be charged.
【0005】蓄電池を太陽電池の最大電力で充電するよ
うに構成したものも提案されている(特開昭62−15
4122号公報参照)。これは太陽電池と蓄電池および
負荷との間にDC/DCコンバータを介挿するととも
に、太陽電池に最大電力点追尾制御部を接続し、太陽電
池の出力電圧および出力電流に基づいてDC/DCコン
バータの出力電圧を調整することにより蓄電池を太陽電
池の最大電力で充電するように構成したものである。こ
の従来例の場合にも満充電検出制御部を設け、蓄電池の
充電電圧が過充電保護電圧になったときには開閉器をO
FFにして太陽電池を蓄電池から切り離し、蓄電池の過
充電を防止するようにしてある。There has also been proposed a configuration in which a storage battery is charged with the maximum power of a solar cell (Japanese Patent Laid-Open No. 62-15 / 1987).
No. 4122). This involves inserting a DC / DC converter between a solar cell, a storage battery, and a load, connecting a maximum power point tracking control unit to the solar cell, and using a DC / DC converter based on the output voltage and output current of the solar cell. By adjusting the output voltage of the storage battery, the storage battery is charged with the maximum power of the solar battery. Also in the case of this conventional example, a full charge detection control unit is provided, and when the charge voltage of the storage battery reaches the overcharge protection voltage, the switch is turned off by O.
The FF is used to separate the solar cell from the storage battery to prevent overcharge of the storage battery.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】図7の従来例の場合も
上記公報の従来例の場合も、過充電保護電圧に達したこ
とを検出した段階で開閉器をOFFにして太陽電池を蓄
電池から切り離すだけのものであり、蓄電池の充電電圧
と過充電保護電圧との差の大小変化に関係なく、過充電
保護電圧に達するまでは同じ充電電流で充電し、過充電
保護電圧に達した時点でいきなり充電を遮断するもので
ある。そのため、充電制御が非常にラフなものとなって
おり、受光光量に応じた充電電圧によっては、開閉器が
OFFにされる前に蓄電池が過充電状態となるおそれが
あった。In both the conventional example of FIG. 7 and the conventional example of the above-mentioned publication, the switch is turned off at the stage where the overcharge protection voltage is detected, and the solar battery is removed from the storage battery. It is only for disconnecting, regardless of the change in the difference between the charge voltage of the storage battery and the overcharge protection voltage, the battery is charged with the same charging current until the overcharge protection voltage is reached, and when the overcharge protection voltage is reached It suddenly shuts off charging. Therefore, the charging control is very rough, and depending on the charging voltage according to the amount of received light, the storage battery may be overcharged before the switch is turned off.
【0007】本発明は、このような事情に鑑みて創案さ
れたものであって、太陽電池の最大電力で蓄電池を充電
できるようにし、しかも、過充電に対する保護機能の精
度を高めることを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to enable a storage battery to be charged with the maximum power of a solar cell and to increase the accuracy of a protection function against overcharge. I do.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明に係る太陽電池電
源システム制御回路は、太陽電池の出力を電力制御回路
を介して蓄電池に充電するとともに蓄電池から負荷に電
力を供給する太陽電池電源システム制御回路であって、
前記電力制御回路はスイッチング素子を介挿したDC/
DCコンバータと前記スイッチング素子をON/OFF
制御する制御部とからなり、この制御部は前記太陽電池
の動作電圧と前記蓄電池の動作電圧とに基づいて太陽電
池の最大出力点を追尾するように前記スイッチング素子
のデューティ比を決定しかつ蓄電池の動作電圧が満充電
電圧値に接近したとき前記デューティ比を一定に固定化
して蓄電池動作電圧が満充電電圧値を超えないように前
記太陽電池の動作点を最大出力点から開放電圧側にずら
せることを特徴とするものである。A solar cell power supply system control circuit according to the present invention controls a solar cell power supply system for charging an output of a solar cell to a storage battery via a power control circuit and supplying power from the storage battery to a load. A circuit,
The power control circuit includes a DC /
ON / OFF of DC converter and the switching element
A control unit that controls the duty ratio of the switching element so as to track the maximum output point of the solar cell based on the operating voltage of the solar cell and the operating voltage of the storage battery. When the operating voltage of the solar cell approaches the full charge voltage value, the duty ratio is fixed at a constant value, and the operating point of the solar cell is shifted from the maximum output point to the open voltage side so that the storage battery operating voltage does not exceed the full charge voltage value. It is characterized by that.
【0009】[0009]
【作用】太陽電池の最大出力点を追尾するようにDC/
DCコンバータのスイッチング素子のデューティ比を決
めるので、蓄電池を太陽電池の最大電力で充電すること
ができ、しかも、蓄電池が満充電状態に近づいたときに
は太陽電池の動作点を最大出力点から低い側にずらせて
蓄電池の動作電圧が満充電電圧値を超えることがないよ
う制御するから、蓄電池の過充電に対する保護機能の精
度を高めることができる。[Function] The DC / DC is controlled so as to track the maximum output point of the solar cell.
Since the duty ratio of the switching element of the DC converter is determined, the storage battery can be charged with the maximum power of the solar cell, and when the storage battery approaches a fully charged state, the operating point of the solar cell is shifted from the maximum output point to a lower side. Since the control is performed so that the operating voltage of the storage battery does not exceed the full charge voltage value, the accuracy of the protection function against overcharge of the storage battery can be improved.
【0010】[0010]
【実施例】以下、本発明に係る太陽電池電源システム制
御回路の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a solar cell power supply system control circuit according to the present invention.
【0011】図1は太陽電池電源システムの電気的構成
を示すブロック線図である。図1において、11は太陽
電池、12は電力制御回路、13は蓄電池、14は負荷
である。太陽電池11の出力は、電力制御回路12を介
して蓄電池13を充電するとともに、負荷14に対して
電力を供給する。なお、負荷14は、蓄電池13からの
直流電力で直接に運転される直流駆動型機器15や、直
流を交流に変換するインバータ16とこのインバータ1
6からの交流電力で運転される交流駆動型機器17のう
ち少なくともいずれか一方で構成される。FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a solar cell power supply system. In FIG. 1, 11 is a solar cell, 12 is a power control circuit, 13 is a storage battery, and 14 is a load. The output of the solar cell 11 supplies power to the load 14 while charging the storage battery 13 via the power control circuit 12. The load 14 includes a DC-driven device 15 that is directly operated with DC power from the storage battery 13, an inverter 16 that converts DC into AC, and an inverter 1.
6 is constituted by at least one of the AC drive type devices 17 operated by the AC power from the AC power supply 6.
【0012】電力制御回路12は、蓄電池13の動作電
圧Vbattが予め設定した満充電電圧値Vaよりも小さい
場合には、太陽電池11の動作電圧が最大出力となるよ
うに制御するように構成されている。蓄電池13に対す
る充電が進み、蓄電池13の動作電圧Vbattが満充電電
圧値Vaに接近したとき、電力制御回路12は、太陽電
池11の動作電圧を最大出力点よりも低い側(開放電圧
側)にずらして蓄電池13の動作電圧Vbattが満充電電
圧値Vaを超えないように充電電力を絞りながら、蓄電
池13を満充電状態にする。When the operating voltage V batt of the storage battery 13 is smaller than a preset full charge voltage value Va, the power control circuit 12 performs control so that the operating voltage of the solar cell 11 becomes the maximum output. Have been. When charging of the storage battery 13 progresses and the operating voltage V batt of the storage battery 13 approaches the full charge voltage value Va, the power control circuit 12 sets the operating voltage of the solar cell 11 to a lower side (open voltage side) than the maximum output point. The storage battery 13 is brought into a fully charged state while reducing the charging power so that the operating voltage V batt of the storage battery 13 does not exceed the full charge voltage value Va.
【0013】図2は太陽電池11および蓄電池13の電
流−電圧特性を示すものであり、縦軸に電流(単位:
A)をとり、横軸に電圧(単位:V)をとってある。図
中、実線は太陽電池11の電流−電圧特性を、一点鎖線
および二点鎖線は蓄電池13の充電電流−電圧特性をそ
れぞれ示し、二点鎖線は蓄電池13が満充電状態に近い
状態にあるときの特性を示す。点線は等電力特性曲線を
示す。また、a1 〜a4は太陽電池11の動作点を表
し、b1 〜b3 およびc1 〜c4 は蓄電池13の動作点
を表している。特に、動作点a1 〜a3 は、太陽電池1
1の受光日射強度E1 〜E3 (E1 >E2 >E3 )をパ
ラメータとした場合の太陽電池11の各電流−電圧特性
曲線上で太陽電池11の出力電力が最大となる点であ
る。FIG. 2 shows current-voltage characteristics of the solar cell 11 and the storage battery 13, and the vertical axis represents current (unit:
A) is plotted, and the voltage (unit: V) is plotted on the horizontal axis. In the figure, the solid line indicates the current-voltage characteristic of the solar cell 11, the one-dot chain line and the two-dot chain line indicate the charging current-voltage characteristic of the storage battery 13, and the two-dot chain line indicates that the storage battery 13 is in a state close to a fully charged state The characteristics of The dotted line shows the equal power characteristic curve. A 1 to a 4 represent operating points of the solar cell 11, and b 1 to b 3 and c 1 to c 4 represent operating points of the storage battery 13. In particular, the operating points a 1 to a 3
At the point where the output power of the solar cell 11 is maximized on each current-voltage characteristic curve of the solar cell 11 when the received solar radiation intensities E 1 to E 3 (E 1 > E 2 > E 3 ) are parameters. is there.
【0014】電力制御回路12が行うところの太陽電池
11から蓄電池13に対する充電の制御動作について説
明する。蓄電池13の充電電流−電圧特性が一点鎖線で
表されている状態のとき、電力制御回路12は、太陽電
池11の動作点a1 ,a2 ,a3 の等電力特性曲線と交
わる動作点b1 ,b2 ,b3 において太陽電池11から
蓄電池13に充電を行う。動作点b1 ,b2 ,b3 のう
ち何れであるかは太陽電池11の受光日射強度E1 ,E
2 ,E3 による。The operation of controlling the charging of the storage battery 13 from the solar cell 11 by the power control circuit 12 will be described. When the charging current-voltage characteristic of the storage battery 13 is represented by a dashed line, the power control circuit 12 sets the operating point b at which the operating points a 1 , a 2 , and a 3 of the solar cell 11 intersect with the equal power characteristic curves. At 1 , b 2 and b 3 , the solar battery 11 charges the storage battery 13. Which of the operating points b 1 , b 2 and b 3 is the received solar radiation intensity E 1 , E 1 of the solar cell 11
According to the 2, E 3.
【0015】さて、蓄電池13が満充電状態に近くて蓄
電池13の充電電流−電圧特性が二点鎖線で表されてい
る状態のとき、電力制御回路12は、太陽電池11の動
作点a1 ,a2 ,a3 の等電力特性曲線と交わる動作点
c1 ,c2 ,c3 において太陽電池11から蓄電池13
に充電を行うことになるが、受光日射強度E1 における
動作点c1 では蓄電池13の満充電電圧値Vaを超えて
しまうことになり、蓄電池13が過充電状態となるおそ
れがある。When the storage battery 13 is close to a fully charged state and the charging current-voltage characteristic of the storage battery 13 is represented by a two-dot chain line, the power control circuit 12 operates at the operating points a 1 , At the operating points c 1 , c 2 , and c 3 that intersect with the equal power characteristic curves of a 2 and a 3 ,
To it will be charged, will be exceeding the full charge voltage value Va of the operating point c 1 in the storage battery 13 in the light receiving solar radiation intensity E 1, there is a possibility that the storage battery 13 is overcharged.
【0016】そこで、蓄電池13に対する充電電圧が満
充電電圧値Vaを超えないようにするため、電力制御回
路12において、太陽電池11の動作点a1 を電力のよ
り低い側(開放電圧側)の点a4 にずらせ、蓄電池13
を充電電圧が満充電電圧値Vaを超えない点c4 におい
て充電するように制御するのである。点a4 をどの電力
レベルにするかは動作点c4 から逆算的に求められる。In order to prevent the charging voltage for the storage battery 13 from exceeding the full charging voltage value Va, the power control circuit 12 sets the operating point a 1 of the solar cell 11 to a lower power (open voltage side). shifted to the point a 4, a storage battery 13
Than it is controlled so as to charge the c 4 that the charge voltage does not exceed the full charge voltage value Va to. Either a point a 4 to which power levels are calculated back to determined from the operating point c 4.
【0017】以上の太陽電池電源システムにおける充電
制御を司る電力制御回路12の詳細を以下に説明する。
図3に電力制御回路12の回路構成の具体例を示す。The details of the power control circuit 12 that controls charging in the above-described solar cell power supply system will be described below.
FIG. 3 shows a specific example of the circuit configuration of the power control circuit 12.
【0018】電力制御回路12はDC/DCコンバータ
20と逆流防止ダイオード29と開閉器30と制御部3
1とからなる。DC/DCコンバータ20は次のように
構成されている。すなわち、太陽電池11の出力端子間
にチョークコイル21と平滑コンデンサ22の直列回路
が接続され、平滑コンデンサ22の両端間に高周波トラ
ンス23の1次巻線とスイッチング素子24の直列回路
が並列に接続されている。スイッチング素子24はNチ
ャンネル型のパワーMOS−FETで構成されている。
高周波トランス23の2次巻線に整流ダイオード25お
よびフライホイールダイオード26がカソード共通接続
の状態で接続され、フライホイールダイオード26のカ
ソードとアノードとの間にチョークコイル27と平滑コ
ンデンサ28の直列回路が接続され、チョークコイル2
7と平滑コンデンサ28との接続点に逆流防止ダイオー
ド29を介して蓄電池13が接続され、さらに開閉器
(リレー接点)30を介して負荷14が接続されてい
る。制御部31は、太陽電池11の動作電圧VPVを検出
するとともに蓄電池13の動作電圧Vbattを検出し、こ
れら両動作電圧VPV,Vbattに基づいてスイッチング素
子24をデューティ比を含めてON/OFF制御するも
のである。なお、チョークコイル21と平滑コンデンサ
22は太陽電池11の出力電流が断続的になるのを防止
し、太陽電池11の動作点の急激な変動を抑えるもので
ある。また、逆流防止ダイオード29は蓄電池13から
平滑コンデンサ28側への逆流を防止するものである。The power control circuit 12 includes a DC / DC converter 20, a backflow prevention diode 29, a switch 30, and a control unit 3.
It consists of 1. The DC / DC converter 20 is configured as follows. That is, a series circuit of a choke coil 21 and a smoothing capacitor 22 is connected between output terminals of the solar cell 11, and a series circuit of a primary winding of a high-frequency transformer 23 and a switching element 24 is connected in parallel between both ends of the smoothing capacitor 22. Have been. The switching element 24 is composed of an N-channel type power MOS-FET.
A rectifier diode 25 and a flywheel diode 26 are connected to the secondary winding of the high-frequency transformer 23 in a state of common cathode connection, and a series circuit of a choke coil 27 and a smoothing capacitor 28 is provided between the cathode and the anode of the flywheel diode 26. Connected, choke coil 2
A storage battery 13 is connected to a connection point between the capacitor 7 and the smoothing capacitor 28 via a backflow prevention diode 29, and a load 14 is connected via a switch (relay contact) 30. The control unit 31 detects the operating voltage V PV of the solar cell 11 and the operating voltage V batt of the storage battery 13, and turns on the switching element 24 including the duty ratio based on the two operating voltages V PV and V batt. / OFF control. The choke coil 21 and the smoothing capacitor 22 prevent the output current of the solar cell 11 from becoming intermittent, and suppress a sudden change in the operating point of the solar cell 11. The backflow prevention diode 29 prevents backflow from the storage battery 13 to the smoothing capacitor 28 side.
【0019】制御部31によってDC/DCコンバータ
20のスイッチング素子24をスイッチングすると蓄電
池13に電力を供給することができる。すなわち、スイ
ッチング素子24がON状態になると、太陽電池11の
出力電圧が高周波トランス23の1次巻線に印加され、
2次巻線に電圧が誘起される。その誘起電圧は整流ダイ
オード25を順方向にバイアスし、整流ダイオード2
5、チョークコイル27、平滑コンデンサ28の経路で
電流が流れ、平滑コンデンサ28を充電する。そして、
平滑コンデンサ28の両端電圧によって蓄電池13を充
電するとともに負荷14に電力を供給する。When the switching element 24 of the DC / DC converter 20 is switched by the control unit 31, power can be supplied to the storage battery 13. That is, when the switching element 24 is turned on, the output voltage of the solar cell 11 is applied to the primary winding of the high-frequency transformer 23,
A voltage is induced in the secondary winding. The induced voltage biases the rectifier diode 25 in the forward direction, and the rectifier diode 2
5, a current flows through the path of the choke coil 27 and the smoothing capacitor 28, and charges the smoothing capacitor 28. And
The storage battery 13 is charged by the voltage across the smoothing capacitor 28 and power is supplied to the load 14.
【0020】次に、スイッチング素子24がOFF状態
に反転すると、高周波トランス23の1次側からの電力
の伝達がなくなり、チョークコイル27に逆起電力が発
生し、チョークコイル27、平滑コンデンサ28、フラ
イホイールダイオード26の経路で電流が流れる。Next, when the switching element 24 is inverted to the OFF state, transmission of power from the primary side of the high-frequency transformer 23 is stopped, and back electromotive force is generated in the choke coil 27, and the choke coil 27, the smoothing capacitor 28, A current flows through the flywheel diode 26.
【0021】この電力制御回路12において高周波トラ
ンス23の1次側に流れる平均電流IINは次の(1)式
で表せる。In the power control circuit 12, the average current I IN flowing on the primary side of the high frequency transformer 23 can be expressed by the following equation (1).
【0022】 IIN=VPV・TON 2 /{2・(N2 /N1 )2 ・L・TS } ‥‥‥(1) ただし、(1)式において、 VPV:太陽電池11の動作電圧 TON:スイッチング素子24のON時間 N1 :高周波トランス23の1次巻線数 N2 :高周波トランス23の2次巻線数 L:チョークコイル27のインダクタンス TS :スイッチング素子24のスイッチング周期 である。この(1)式より、電力制御回路12の入力抵
抗RINは次の(2)式のようになる。I IN = V PV · T ON 2 / {2 · (N 2 / N 1 ) 2 · L · T S } (1) where, in the equation (1), V PV : solar cell 11 Operating voltage T ON : ON time of switching element 24 N 1 : number of primary windings of high-frequency transformer 23 N 2 : number of secondary windings of high-frequency transformer 23 L: inductance of choke coil 27 T S : switching element 24 The switching period. From the equation (1), the input resistance R IN of the power control circuit 12 is as shown in the following equation (2).
【0023】 RIN=VPV/IIN =2・(N2 /N1 )2 ・L・TS /TON 2 ‥‥‥‥‥‥‥‥(2) この入力抵抗RINをデューティ比D=TON/TS を用い
て表すと、 RIN=2・(N2 /N1 )2 ・L・/(TS /D2 ) ‥‥‥‥‥‥(3) となる。[0023] R IN = V PV / I IN = 2 · (N 2 / N 1) 2 · L · T S / T ON 2 ‥‥‥‥‥‥‥‥ (2) duty ratio of the input resistor R IN When expressed using D = T ON / T S , R IN = 2 · (N 2 / N 1 ) 2 · L · / (T S / D 2 ) ‥‥‥‥‥‥ (3)
【0024】太陽電池11の動作点は、(2)式で表さ
れる電力制御回路12の入力抵抗RINによって定まり、
その入力抵抗RINは(3)式に従ってスイッチング素子
24のデューティ比Dによって調整されるため、太陽電
池11の動作点はスイッチング素子24のデューティ比
Dの調整によってコントロールすることができる。つま
り、デューティ比Dの調整によって太陽電池11の動作
電圧VPVを可変することができ、電力制御回路12の出
力調整が可能となる。これにより、図2に示す等電力特
性曲線に従って太陽電池11の最大出力点の追尾が行え
る。(3)式より、デューティ比Dが大きくなるに従っ
て入力抵抗RINも大きくなり、蓄電池13の電流−電圧
特性が一点鎖線の方から二点鎖線の方へ近づいていく。
蓄電池13の動作電圧Vbattが満充電電圧値Vaを超え
るまでは点線で示す等電力特性曲線に沿って蓄電池13
の動作点が移動していく。図4に、スイッチング素子2
4のデューティ比Dと電力制御回路12の出力電力との
関係を示す。The operating point of the solar cell 11 is determined by the input resistance R IN of the power control circuit 12 represented by the equation (2).
Since the input resistance R IN is adjusted by the duty ratio D of the switching element 24 according to the equation (3), the operating point of the solar cell 11 can be controlled by adjusting the duty ratio D of the switching element 24. That is, the operating voltage V PV of the solar cell 11 can be changed by adjusting the duty ratio D, and the output of the power control circuit 12 can be adjusted. Thereby, the maximum output point of the solar cell 11 can be tracked according to the equal power characteristic curve shown in FIG. According to the equation (3), as the duty ratio D increases, the input resistance R IN also increases, and the current-voltage characteristics of the storage battery 13 approach from the one-dot chain line to the two-dot chain line.
Until the operating voltage V batt of the storage battery 13 exceeds the full charge voltage value Va, the storage battery 13 follows the equal power characteristic curve indicated by the dotted line.
Operating point moves. FIG. 4 shows the switching element 2
4 shows the relationship between the duty ratio D of 4 and the output power of the power control circuit 12.
【0025】蓄電池13の充電電圧が満充電電圧値Va
に接近したときには、太陽電池11の最大出力点の追尾
を解除し、蓄電池13の動作電圧Vbattが満充電電圧値
Vaで一定となるように、次の(4)式のように設定す
る。The charging voltage of the storage battery 13 is a full charging voltage value Va.
, The tracking of the maximum output point of the solar cell 11 is released, and the operating voltage V batt of the storage battery 13 is set to be constant at the full charge voltage value Va as set in the following equation (4).
【0026】 Va=Vbatt=(N2 /N1 )・D・VPV ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(4) この(4)式を変形してデューティ比Dを求めると、 D=Va・N1 /(VPV・N2 ) ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(5) となる。すなわち、スイッチング素子24のデューティ
比Dを次第に大きくしていくことを止め、太陽電池11
の動作電圧VPVによって一義的に決められる値に固定化
する。それまで動作点を移動させてきた等電力特性曲線
に代えて、V=Vaを通る直線との交点の電流値が次第
に減少する方向の等電力特性曲線を用いるようにする。
例えば動作点a1 が乗っている等電力特性曲線から動作
点a4 が乗っている等電力特性曲線に徐々に近づくよう
にシフトさせるのである。このように、蓄電池13の動
作電圧Vbattが満充電電圧値Vaに達すると、蓄電池1
3に対する充電電流が徐々に小さくされていく。したが
って、蓄電池13を過充電状態にしてしまうことがな
く、過充電に対する保護機能の精度を高めることができ
る。Va = V batt = (N 2 / N 1 ) · D · V PV ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (4) By transforming the equation (4), the duty ratio D is obtained. D = Va · N 1 / (V PV · N 2 ) ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ (5) That is, the duty ratio D of the switching element 24 is not gradually increased, and the solar cell 11
Is fixed at a value uniquely determined by the operating voltage V PV of Instead of the equal power characteristic curve whose operating point has been moved until then, an equal power characteristic curve in a direction in which the current value at the intersection with the straight line passing V = Va gradually decreases is used.
For example it is the shifts to be closer gradually to equal power characteristic curve from equal power characteristic curve operating point a 1 is riding riding operating point a 4. Thus, when the operating voltage V batt of the storage battery 13 reaches the full charge voltage value Va, the storage battery 1
3, the charging current is gradually reduced. Therefore, the storage battery 13 is not overcharged, and the accuracy of the protection function against overcharge can be improved.
【0027】制御部31は、例えば図5に示すような回
路で構成される。32は発振回路、33はトグルフリッ
プフロップ回路、34はノコギリ波発生回路、35はマ
イクロコンピュータ、36はD/A変換器、37はデュ
ーティ比Dの設定値、38は比較回路、39はANDゲ
ート、40はスイッチング素子駆動回路である。マイク
ロコンピュータ35はA/D変換器内蔵のもので、太陽
電池11の動作電圧VPVと蓄電池13の動作電圧Vbatt
を検出してそれらに基づいて図2の等電力特性曲線に基
づいて(3)式または(5)式に従って太陽電池11の
出力電力を求め、図4に従ってデューティ比D(ディジ
タル値)を決定し、それをD/A変換器36によってア
ナログ値のデューティ比Dに変換し、比較回路38の非
反転入力端子(+)に入力する。比較回路38の反転入
力端子(−)にはノコギリ波発生回路34からのノコギ
リ波信号が入力され、比較回路38からはデューティ比
Dをもつ矩形波信号がANDゲート39に出力され、ス
イッチング素子駆動回路40を介してスイッチング素子
24をデューティ比Dでスイッチング制御する。The control section 31 is composed of, for example, a circuit as shown in FIG. 32 is an oscillation circuit, 33 is a toggle flip-flop circuit, 34 is a sawtooth wave generation circuit, 35 is a microcomputer, 36 is a D / A converter, 37 is a set value of a duty ratio D, 38 is a comparison circuit, and 39 is an AND gate. , 40 are switching element drive circuits. The microcomputer 35 has a built-in A / D converter, and has an operating voltage V PV of the solar cell 11 and an operating voltage V batt of the storage battery 13.
, The output power of the solar cell 11 is obtained according to the equation (3) or (5) based on the equal power characteristic curve of FIG. 2, and the duty ratio D (digital value) is determined according to FIG. Is converted into a duty ratio D of an analog value by the D / A converter 36, and is input to the non-inverting input terminal (+) of the comparison circuit 38. The sawtooth wave signal from the sawtooth wave generation circuit 34 is input to the inverting input terminal (-) of the comparison circuit 38, and the comparison circuit 38 outputs a rectangular wave signal having a duty ratio D to the AND gate 39 to drive the switching element. The switching of the switching element 24 is controlled at a duty ratio D via a circuit 40.
【0028】制御部31は、また、蓄電池13が一定以
上に放電した結果、蓄電池13の動作電圧Vbattが予め
設定してある放電終止電圧Vbに達したときには開閉器
30をOFFにし、蓄電池13から負荷14への放電を
停止する。そして、蓄電池13が太陽電池11によって
充電され、予め設定された負荷14への電力供給開始電
圧Vcになったとき、開閉器30をONにして蓄電池1
3から負荷14への電力供給を再開する。なお、Vb<
Vc<Vaである。The control unit 31 also turns off the switch 30 when the operating voltage V batt of the storage battery 13 reaches a preset end-of-discharge voltage Vb as a result of the storage battery 13 being discharged beyond a certain level. The discharge from the load to the load 14 is stopped. Then, when the storage battery 13 is charged by the solar cell 11 and reaches a preset power supply start voltage Vc to the load 14, the switch 30 is turned on to turn on the storage battery 1
The power supply from 3 to the load 14 is restarted. Note that Vb <
Vc <Va.
【0029】図6は電力制御回路12における制御部3
1の動作を説明するフローチャートである。ステップS
1でデューティ比Dをゼロにセットし、ステップS2で
蓄電池13の動作電圧Vbattが満充電電圧値Vaに達し
たか否かを判断し、達していないときはステップS3を
経てステップS7に進み、デューティ比Dを1ステップ
分ΔDだけインクリメントした後、ステップS2に戻
る。ステップS2の判断が否定的となるときはステップ
S3に進んで動作電圧Vbattが電力供給開始電圧Vcよ
りも大きいか否かを判断する。大きいときはステップS
5に進んで開閉器30をONにし、蓄電池13から負荷
14への電力供給を開始するが、そうでないときはステ
ップS4に進んで動作電圧Vbattが放電終止電圧Vbに
なったか否かを判断し、放電終止電圧Vbになったとき
にはステップS6に進んで開閉器30をOFFにし蓄電
池13から負荷14への電力供給を停止する。FIG. 6 shows the control unit 3 in the power control circuit 12.
3 is a flowchart illustrating the operation of FIG. Step S
In step S1, the duty ratio D is set to zero. In step S2, it is determined whether the operating voltage V batt of the storage battery 13 has reached the full charge voltage value Va. If not, the process proceeds to step S7 via step S3. After the duty ratio D is incremented by ΔD for one step, the process returns to step S2. If the determination in step S2 is negative, the process proceeds to step S3 to determine whether the operating voltage V batt is higher than the power supply start voltage Vc. If larger, step S
In step 5, the switch 30 is turned on to start power supply from the storage battery 13 to the load 14. If not, the process proceeds to step S4 to determine whether the operating voltage V batt has reached the discharge end voltage Vb. When the discharge end voltage Vb is reached, the process proceeds to step S6, where the switch 30 is turned off, and the power supply from the storage battery 13 to the load 14 is stopped.
【0030】蓄電池13の動作電圧Vbattが、Vb<V
batt<Vcのとき、まだ開閉器30がONされておら
ず、ステップS7を繰り返し実行してデューティ比Dを
速やかに増加しながら太陽電池11より蓄電池13に対
する充電を進める。やがて蓄電池13の動作電圧Vbatt
が電力供給開始電圧Vcに達するため、ステップS3か
らステップS5に進んで開閉器30をONにし、蓄電池
13より負荷14に対する電力供給を開始する。引き続
きデューティ比Dを増加し、蓄電池13に対する充電と
負荷14に対する電力供給とを行う。蓄電池13の動作
電圧Vbattが満充電電圧値Vaに達するまでは、デュー
ティ比Dの増加が続けられ、したがって、太陽電池11
の最大出力点での充電が可能となる。蓄電池13の動作
電圧Vbattが満充電電圧値Vaに達した後は、デューテ
ィ比Dを増加すると満充電電圧値Vaを超えて過充電状
態になるおそれがあるので、これを避けるため、ステッ
プS2からステップS8に進んでデューティ比Dを一定
に固定化する。When the operating voltage V batt of the storage battery 13 is Vb <V
When batt <Vc, the switch 30 has not been turned on yet, and the charging of the storage battery 13 from the solar cell 11 is advanced while the duty ratio D is rapidly increased by repeatedly executing step S7. Eventually, the operating voltage V batt of the storage battery 13
Reaches the power supply start voltage Vc, the process proceeds from step S3 to step S5, where the switch 30 is turned on, and the power supply from the storage battery 13 to the load 14 is started. Subsequently, the duty ratio D is increased to charge the storage battery 13 and supply power to the load 14. Until the operating voltage V batt of the storage battery 13 reaches the full charge voltage value Va, the increase of the duty ratio D is continued.
Can be charged at the maximum output point. After the operating voltage V batt of the storage battery 13 reaches the full charge voltage value Va, if the duty ratio D is increased, it may exceed the full charge voltage value Va and become overcharged. Then, the process proceeds to step S8 to fix the duty ratio D constant.
【0031】[0031]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、蓄電池
の動作電圧が満充電電圧値に達するまでは常に太陽電池
の最大電力で蓄電池を充電することができ、しかも、蓄
電池の動作電圧が満充電電圧値に接近すると太陽電池の
動作点を最大出力点から低い側にずらせて充電電流を絞
り込むので、蓄電池の過充電に対する保護機能の精度を
高めることができる。As described above, according to the present invention, the storage battery can always be charged with the maximum power of the solar cell until the operation voltage of the storage battery reaches the full charge voltage value. When the value approaches the full charge voltage value, the operating point of the solar cell is shifted from the maximum output point to a lower side to narrow the charging current, so that the accuracy of the protection function against overcharging of the storage battery can be improved.
【図1】本発明の一実施例に係る太陽電池電源システム
の電気的構成を示すブロック線図である。FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a solar cell power supply system according to one embodiment of the present invention.
【図2】実施例における太陽電池および蓄電池の電流−
電圧特性図である。FIG. 2 shows current of a solar cell and a storage battery in an example.
It is a voltage characteristic figure.
【図3】実施例における電力制御回路の具体的回路構成
図である。FIG. 3 is a specific circuit configuration diagram of a power control circuit in the embodiment.
【図4】実施例におけるスイッチング素子のデューティ
比と電力制御回路の出力電力の関係を示す特性図であ
る。FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a duty ratio of a switching element and an output power of a power control circuit in the example.
【図5】実施例における制御部の具体的回路構成図であ
る。FIG. 5 is a specific circuit configuration diagram of a control unit in the embodiment.
【図6】実施例の動作説明に供するフローチャートであ
る。FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment.
【図7】従来例に係る太陽電池電源システムの概略を示
すブロック回路図である。FIG. 7 is a block circuit diagram schematically showing a solar cell power supply system according to a conventional example.
11……太陽電池 12……電力制御回路 13……蓄電池 14……負荷 20……DC/DCコンバータ 23……高周波トランス 24……スイッチング素子(パワーMOS−FET) 27……チョークコイル 28……平滑コンデンサ 29……逆流防止ダイオード 30……開閉器(リレー接点) 31……制御部 11 solar cell 12 power control circuit 13 storage battery 14 load 20 DC / DC converter 23 high-frequency transformer 24 switching element (power MOS-FET) 27 choke coil 28 Smoothing capacitor 29 Backflow prevention diode 30 Switch (relay contact) 31 Control unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 浩史 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−154121(JP,A) 特開 平3−18911(JP,A) 特開 昭63−133214(JP,A) 特開 平1−224817(JP,A) 実開 昭62−165731(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05F 1/67 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Hiroshi Nakata 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (56) References JP-A-62-154121 (JP, A) JP-A-3-3 18911 (JP, A) JP-A-63-133214 (JP, A) JP-A-1-224817 (JP, A) Japanese Utility Model Laid-Open No. 62-165,731 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. 7 , DB name) G05F 1/67
Claims (1)
蓄電池に充電するとともに蓄電池から負荷に電力を供給
する太陽電池電源システム制御回路であって、前記電力
制御回路はスイッチング素子を介挿したDC/DCコン
バータと前記スイッチング素子をON/OFF制御する
制御部とからなり、この制御部は前記太陽電池の動作電
圧と前記蓄電池の動作電圧とに基づいて太陽電池の最大
出力点を追尾するように前記スイッチング素子のデュー
ティ比を決定しかつ蓄電池の動作電圧が満充電電圧値に
接近したとき前記デューティ比を一定に固定化して蓄電
池動作電圧が満充電電圧値を超えないように前記太陽電
池の動作点を最大出力点から開放電圧側にずらせること
を特徴とする太陽電池電源システム制御回路。1. A solar battery power supply system control circuit for charging an output of a solar battery to a storage battery via a power control circuit and supplying power from the storage battery to a load, wherein the power control circuit includes a switching element. It comprises a DC / DC converter and a control unit for controlling ON / OFF of the switching element. The control unit tracks the maximum output point of the solar cell based on the operating voltage of the solar cell and the operating voltage of the storage battery. The duty ratio of the switching element is determined, and when the operating voltage of the storage battery approaches the full charge voltage value, the duty ratio is fixed at a constant value so that the storage battery operating voltage does not exceed the full charge voltage value. A solar cell power supply system control circuit, wherein an operating point is shifted from a maximum output point to an open voltage side.
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