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KR101979961B1 - 전력 제어 장치, 전력 제어 방법 및 급전 시스템 - Google Patents

전력 제어 장치, 전력 제어 방법 및 급전 시스템 Download PDF

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KR101979961B1
KR101979961B1 KR1020137007861A KR20137007861A KR101979961B1 KR 101979961 B1 KR101979961 B1 KR 101979961B1 KR 1020137007861 A KR1020137007861 A KR 1020137007861A KR 20137007861 A KR20137007861 A KR 20137007861A KR 101979961 B1 KR101979961 B1 KR 101979961B1
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KR
South Korea
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voltage
power
power generation
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storage device
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마사유키 요코야마
도모타카 미야시로
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소니 주식회사
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Abstract

태양 전지 등의 발전 소자의 최대 동작점을 유지하도록 제어할 수 있고, 전력 손실을 회피 가능한 전력 제어 장치, 전력 제어 방법 및 급전 시스템을 제공한다. 전력 경로 전환부(32)와, 전력 경로 전환부를 거쳐서 공급되는 발전 소자에서 발전된 전압 레벨을 변환하는 전압 변환부(31)와, 발전 소자의 개방 전압을 측정하고, 측정한 개방 전압에 기초하여 발전 소자의 최대 동작점 전압을 얻는 특성 측정 회로(33)와, 발전 소자의 개방 전압 및 최대 동작점 전압 중 적어도 최대 동작점 전압과 부하측 축전 소자의 전압의 대소 관계에 따라서 생성되는 전환 임계값과, 부하측 축전 소자의 비교 결과에 따른 경로 전환 신호를 전력 경로 전환부로 출력하는 제어부(34)를 갖고, 전력 경로 전환부(32)는 전력 경로 전환 신호에 따라서 발전 소자를 전압 변환부에 접속하여 출력을 축전 소자측에 접속하는 경로, 또는, 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성한다.

Description

전력 제어 장치, 전력 제어 방법 및 급전 시스템{POWER CONTROL DEVICE, POWER CONTROL METHOD, AND FEED SYSTEM}
본 발명은, 발전 소자에서 생성된 전력의 공급을 제어하는 전력 제어 장치, 전력 제어 방법 및 급전 시스템에 관한 것이다.
환경 보호 대책으로서, 이산화탄소나 오염 물질을 배출하지 않는 깨끗한 에너지의 개발이 요구되고 있다. 특히, 최근 들어, 태양광 발전이나 풍력 발전의 보급이 확대되고 있다.
특히, 태양광 발전 소자는, 주택의 지붕 등에 배치 가능한 태양 전지(솔라 패널)의 저가격화나 고발전효율화가 진행되고, 일반 가정에도 서서히 보급되고 있다.
또한, 태양광 발전 소자는, 소형화도 진행되고, 태양 전지를 탑재한 휴대 전화 등의 판매도 시작되고 있다.
태양 전지는, 건전지 등의 정전압원과 성질이 상이하고, 단자간의 전압에 의존한 전류원으로서의 성질을 구비한다.
그로 인해, 태양 전지로부터 최대 출력을 얻기 위해서는, 태양 전지와 접속하는 부하의 전압을, 태양 전지의 최대 동작점 전압과 일치시킬 필요가 있다.
또한, 태양 전지의 전류 전압 특성에 있어서, 전력이 최대가 되는 최대 동작점(MPP: Maximum Power Point)은 단 한점 존재한다.
그러나, 태양 전지의 전류 전압 특성은 조도나 온도 등의 환경에 의존하여 변화하기 때문에, 최대 동작점 전압을 얻는 제어는 태양 전지 접속 기기의 동작 시에 행할 필요가 있다.
이러한, 기기 동작 시에 최대 동작점을 얻기 위한 제어는, MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어라고 불린다.
이러한 태양 전지를 사용하여 부하인 축전지에 충전하기 위한 충전 제어 방법이 여러 가지 제안되어 있다.
일반적으로, 축전지의 단자 개방 전압을 임계값과 비교함으로써 만충전 검지를 행하는 충전 제어 방법이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1의 충전 제어 방법에서는, 제1 스텝에 있어서 일정 시간 간격으로 충전과 개방을 반복한다. 제2 스텝에 있어서 개방 전압이 일정 전압 이상인 경우에 충전을 정지한다. 그리고, 제3 스텝에 있어서, 전압이 충전 재개 전압 이하로 되면, 다시 제1 스텝으로 복귀되어 충전을 재개한다.
또한, MPPT 제어를 실행하는 방법은 많이 제안되어 있지만, 직류 경로에 있어서의 방법의 하나로서는, 다음의 기술이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 2 참조).
본 기술은, 태양 전지에서 발전되는 직류의 전압을 승압 또는 강압해서 부하로 축전지를 충전하는 DC-DC 컨버터가 적용되는 충전 제어 방식이다. 이 충전 제어 방식에서는, 입력 전압과 출력 전압을 비교하고, 비가 일정 이내인 경우, DC-DC 컨버터를 부하측으로부터 분리하고, 태양 전지와 축전지를 직접 접속(직결)한다.
특허 제3795370호 일본 특허 공개 소화 62-154122호 공보
그러나, 특허문헌 1에 개시된 충전 제어 방법에서는, 이하의 불이익이 있다.
태양 전지의 경우, 개방 시의 발전 전력은 버려져 버리기 때문에, 개방 시간의 비율이 높으면, 만충전 도달 시간이 길어진다.
개방으로부터 다음 개방까지 시간 간격이 길면, 만충전 검지가 지연되어 과충전되어 버릴 우려가 있다.
충전량이 아직 적은 경우에도 개방되기 때문에, 충전 시간이 길어진다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 충전 제어 방법에서는, 입력 전압과 출력 전압을 비교하고, 비가 일정 이내인 경우, 승압으로부터 직결로 전환되지만, 직결로 전환된 경우, 비의 임계값에 따라서는 최대 동작점 전력이 적어지거나, 발전할 수 없는 경우가 있다.
본 발명은, 태양 전지 등의 발전 소자의 최대 동작점을 유지하도록 제어할 수 있고, 전력 손실을 피하는 것이 가능한 전력 제어 장치, 전력 제어 방법 및 급전 시스템을 제공하는 데 있다.
본 개시의 제1 관점의 전력 제어 장치는, 발전 소자가 접속 가능하고, 경로 전환 신호에 따라서 부하측 축전 소자로의 전력 경로를 전환하는 전력 경로 전환부와, 상기 전력 경로 전환부를 거쳐서 공급되는, 상기 발전 소자에서 발전된 전압 레벨을 변환하고, 상기 부하측 축전 소자에 공급 가능한 전압 변환부와, 상기 발전 소자의 개방 전압을 측정하는 기능을 갖고, 측정한 개방 전압에 기초하여 상기 발전 소자의 최대 동작점 전압을 얻는 특성 측정 회로와, 상기 발전 소자의 상기 개방 전압 및 상기 최대 동작점 전압 중 적어도 상기 최대 동작점 전압과 상기 부하측 축전 소자의 전압의 대소 관계에 따라서 설정되는 전환 임계값과, 상기 부하측 축전 소자의 비교 결과에 따른 상기 경로 전환 신호를 상기 전력 경로 전환부로 출력하는 제어부를 갖고, 상기 전력 경로 전환부는, 상기 경로 전환 신호에 따라, 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로, 또는, 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성한다.
본 개시의 제1 관점의 전력 제어 방법은, 발전 소자를, 당해 발전 소자에서 발전된 전압 레벨을 변환하고, 상기 부하측 축전 소자에 공급 가능한 전압 변환부에 접속할지, 당해 부하측 축전 소자에 직접 접속할지의 전력 경로의 전환을 행할 때, 상기 발전 소자의 개방 전압을 측정하고, 측정한 개방 전압에 기초하여 상기 발전 소자의 최대 동작점 전압을 취득하고, 상기 발전 소자의 상기 개방 전압 및 상기 최대 동작점 전압 중 적어도 상기 최대 동작점 전압과 상기 부하측 축전 소자의 전압의 대소 관계에 따라서 전환 임계값을 설정하고, 상기 부하측 축전 소자와 당해 전환 임계값의 비교 결과에 따라, 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로, 또는, 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성한다.
본 개시의 제2 관점의 급전 시스템은, 전력을 발전하는 발전 소자와, 상기 발전 소자에서 발전된 전력을 축전하는 축전 소자와, 상기 발전 소자의 전력을 부하측의 상기 축전 소자에 공급하는 전력 제어 장치를 갖고, 상기 전력 제어 장치는, 발전 소자가 접속 가능하고, 경로 전환 신호에 따라서 부하측 축전 소자로의 전력 경로를 전환하는 전력 경로 전환부와, 상기 전력 경로 전환부를 거쳐서 공급되는, 상기 발전 소자에서 발전된 전압 레벨을 변환하고, 상기 부하측 축전 소자에 공급 가능한 전압 변환부와, 상기 발전 소자의 개방 전압을 측정하는 기능을 갖고, 측정한 개방 전압에 기초하여 상기 발전 소자의 최대 동작점 전압을 얻는 특성 측정 회로와, 상기 발전 소자의 상기 개방 전압 및 상기 최대 동작점 전압 중 적어도 상기 최대 동작점 전압과 상기 부하측 축전 소자의 전압의 대소 관계에 따라서 설정되는 전환 임계값과, 상기 부하측 축전 소자의 비교 결과에 따른 상기 경로 전환 신호를 상기 전력 경로 전환부로 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 전력 경로 전환부는, 상기 경로 전환 신호에 따라, 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로, 또는, 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성한다.
본 개시의 제3 관점의 전력 제어 장치는, 발전 소자에서 발전된 전력의 부하측 축전 소자의 충전 제어를 행하는 제어부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한, 상기 축전 소자 또는 상기 발전 소자의 전압 또는 전류에 따라서 상기 축전 소자의 단자 개방 시간 간격을 변경한다.
또한, 본 개시의 제3 관점의 전력 제어 장치는, 발전 소자에서 발전된 전력의 부하측 축전 소자의 충전 제어를 행하는 제어부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한, 상기 축전 소자의 전압이 만충전 전압에 도달할 때까지는, 축전 소자 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하지 않도록 제어한다.
본 개시의 제3 관점의 전력 제어 방법은, 발전 소자에서 발전된 전력의 부하측 축전 소자의 충전 제어를 행할 때, 상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한, 상기 축전 소자 또는 상기 발전 소자의 전압 또는 전류에 따라서 상기 축전 소자의 단자 개방 시간 간격을 변경한다.
또한, 본 개시의 제3 관점의 전력 제어 방법은, 발전 소자에서 발전된 전력의 부하측 축전 소자의 충전 제어를 행할 때, 상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한, 상기 축전 소자의 전압이 만충전 전압에 도달할 때까지는, 축전 소자 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하지 않도록 제어한다.
본 개시의 제4 관점의 급전 시스템은, 전력을 발전하는 발전 소자와, 상기 발전 소자에서 발전된 전력을 축전하는 축전 소자와, 상기 발전 소자의 전력을 상기 축전 소자에 공급하는 전력 제어 장치를 갖고, 상기 전력 제어 장치는, 발전 소자에서 발전된 전력의 부하측 축전 소자의 충전 제어를 행하는 제어부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한, 상기 축전 소자의 전압이 만충전 전압에 도달할 때까지는, 축전 소자 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하지 않도록 제어한다.
본 개시에 의하면, 태양 전지 등의 발전 소자의 최대 동작점을 유지하도록 제어할 수 있어, 전력 손실을 피할 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시 형태에 따른 급전 시스템의 전체 구성의 일례를 도시하는 도면.
도 2는 본 실시 형태에 따른 발전 소자로서의 태양광 발전 패널의 등가 회로를 도시하는 도면.
도 3은 일반적인 태양 전지의 전류 전압 특성을 도시하는 도면.
도 4는 본 실시 형태에 따른 축전 소자의 구성예를 도시하는 도면.
도 5는 본 개시의 실시 형태에 따른 파워 스위치 회로의 구성예를 도시하는 도면.
도 6은 본 실시 형태에 따른 특성 측정 회로의 제1 구성예를 도시하는 회로도.
도 7은 본 실시 형태에 따른 승압 직결 전환 제어의 개념을 설명하기 위한 태양 전지의 전력 전압 특성을 도시하는 도면.
도 8은 본 실시 형태에 따른 승압계의 전압 변환부의 경우의 발전 소자의 최대 동작점 전압의 검출계를 도시하는 회로도.
도 9는 본 실시 형태에 따른 승압 직결 전환 제어의 개념을 보다 구체적으로 도시하는 도면.
도 10은 본 실시 형태에 따른 발전 소자(태양 전지)의 승압계에 접속할지 축전 소자에 직결할지를 결정하기 위하여 상태 판정 처리의 제1 예를 도시하는 플로우차트.
도 11은 본 실시 형태에 따른 승압 직결 전환 제어의 개념을 보다 간이적으로 도시하는 도면.
도 12는 본 실시 형태에 따른 발전 소자(태양 전지)의 승압계에 접속할지 축전 소자에 직결할지를 결정하기 위하여 상태 판정 처리의 제2 예를 도시하는 플로우차트.
도 13은 본 실시 형태에 따른 강압 직결 전환 제어의 개념을 설명하기 위한 태양 전지의 전력 전압 특성을 도시하는 도면.
도 14는 본 실시 형태에 따른 강압계의 전압 변환부의 경우의 발전 소자의 최대 동작점 전압의 검출계를 도시하는 회로도.
도 15는 본 실시 형태에 따른 강압 직결 전환 제어의 개념을 보다 구체적으로 도시하는 도면.
도 16은 본 실시 형태에 따른 발전 소자(태양 전지)의 강압계에 접속할지 축전 소자에 직결할지를 결정하기 위하여 상태 판정 처리의 일례를 도시하는 플로우차트.
도 17은 본 실시 형태에 따른 전압 변환부로서의 승압형 스위칭 레귤레이터의 기본적인 구성예를 도시하는 회로도.
도 18은 승압형 스위칭 레귤레이터의 기본 동작을 설명하기 위한 도면.
도 19는 도 17의 승압형 스위칭 레귤레이터의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 20은 도 17의 PFM 제어부에 있어서의 동작 주파수의 변화를 검출하는 검출계를 구비한 승압형 스위칭 레귤레이터의 구성예를 도시하는 회로도.
도 21은 발전 소자(태양 전지)의 I-V 특성이 온도 변화에 따라서 변화하는 모습을 도시하는 도면.
도 22는 본 실시 형태에 따른 전압 변환부로서의 강압형 스위칭 레귤레이터의 기본적인 구성예를 도시하는 회로도.
도 23은 본 실시 형태에 따른 역류 방지 회로의 구성예를 도시하는 회로도.
도 24는 본 실시 형태에 따른 축전 소자(축전지)에 대한 제1 충전 제어에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 25는 본 실시 형태에 따른 축전 소자(축전지)에 대한 제2 충전 제어에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 26은 본 실시 형태에 따른 전류 전압 제한 회로의 구성예를 도시하는 회로도.
도 27은 본 실시 형태에 따른 전력 제어 장치의 전체적인 충전 제어를 설명하기 위한 플로우차트.
도 28은 본 실시 형태에 따른 전류 전압 제한 회로를 전력 제어 장치의 출력 단뿐만 아니라 입력단에도 배치한 예를 도시하는 도면.
도 29는 조도에 대한 전압(개방 전압 또는 최대 동작점 전압)의 변화율은, 태양 전지의 종류에 따라 상이한 것을 도시하는 도면.
이하, 본 개시의 실시 형태를 도면에 관련지어서 설명한다. 1. 급전 시스템의 전체 구성 2. 발전 소자의 구성예 3. 축전 소자의 구성예 4. 전력 제어 장치의 구성예 5. 상이한 종류의 태양 전지를 사용하는 경우
<1. 급전 시스템의 전체 구성>
도 1은, 본 개시의 실시 형태에 따른 급전 시스템의 전체 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
본 급전 시스템(10)은 발전 소자(20), 전력 제어 장치(30) 및 축전 소자(40)를 주 구성 요소로서 갖고 있다.
또한, 급전 시스템(10)은 전력 제어 장치(30)에 접속된 서미스터(50)를 갖는다.
본 급전 시스템(10)은 태양 전지 등의 발전 소자(20)로부터 이차 전지인 축전 소자(배터리)(40)로의 충전(축전)을, 일광 하에서 뿐만 아니라, 응달이나 간접광, 밝은 실내 등의 일상의 환경 하에서 가능하게 구성되어 있다.
특히, 전력 제어 장치(30)는 발전 소자(20)에서 발전한 전력을 낭비 없이 활용하여 충전에 이용하는 충전 제어 LSI로서 형성되어 있다.
전력 제어 장치(30)는 Li+형(틀)(폴리머를 포함함) 이차 전지를 축전 소자(40)로서 접속하고, 충전 가능하다.
전력 제어 장치(30)는 1개 또는 복수의 발전 소자(20)를 접속 가능하다. 본 실시 형태에서는 1개의 발전 소자(20)를 접속한 예를 나타내고 있다.
본 실시 형태에 있어서, 전력 제어 장치(30)는 단셀을 포함하는 임의의 직렬수의 셀을 이용 가능하다.
전력 제어 장치(30)는 각종 발전 소자(20)를 이용 가능하고, 발전 소자(20)의 전력-전압 특성에 의존하지 않고 최대 효율이 얻어지도록 제어 가능하다.
전력 제어 장치(30)는 발전 소자(태양 전지)(20)의 최대 전력 동작점을 추종하는, MPPT 제어를 행함으로써, 고효율로 충전 가능하다. 전력 제어 장치(30)는 단셀의 발전 소자(20)에 있어서도 MPPT 제어가 가능하다.
전력 제어 장치(30)는 축전 소자(40)로의 충전 제어 및 태양 전지의 전력 제어가 가능하다.
전력 제어 장치(30)는 축전 소자의 단자 개방 전압을 임계값 전압과 비교함으로써 만충전 검지를 할 수 있는 축전지로의 충전 제어를 채용하고 있다.
그리고, 전력 제어 장치(30)는 축전 소자(40)의 전압을 감시하고, 축전지 단자 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하는 것이 가능하며, 축전지의 전압이 높을수록, 축전 소자의 단자 개방 시간 간격이 짧아지도록 제어한다. 그리고, 전력 제어 장치(30)는 태양 전지 등의 발전 소자(20)의 출력이 변동하는 전원으로부터 축전 소자(40)로의 충전의 경우, 전원의 출력이 높을수록 개방 시간 간격이 짧아지도록 제어한다.
또한, 전력 제어 장치(30)는 축전 소자 단자 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행할 때에, 축전지 단자를 개방하지 않고, 충전 시의 전압이 만충전 전압 이상으로 될 때까지는, 전지 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하지 않도록 제어한다.
이에 의해, 전력 제어 장치(30)는 축전 소자(40)로의 충전에 있어서, 만충전 검지시의 충전 손실을 저감시키고, 또한 과충전을 방지하는 것이 가능하게 되어 있다.
전력 제어 장치(30)는 승압형 또는 강압형의 DC-DC 컨버터 등의 전압 변환부에 입력하여 승압, 강압을 행할지 여부, 전압 변환부를 분리하여 직결하는 등의 전환 제어가 가능하다.
전력 제어 장치(30)는 승압형의 DC-DC 컨버터에 의해 전압 변환부가 형성되어 있는 경우, 발전 소자(20)의 출력으로부터 전압 변환부(승압 회로)를 통하여 축전지에 충전할지, 전압 변환부를 통하지 않을지, 움직이게 하지 않고 축전 소자에 충전할지를 전환하는 제어를 행한다.
이때, 전력 제어 장치(30)는 태양 전지 등의 발전 소자(20)의 개방 전압 Voc와 최대 동작점 전압 Vpm을 구하고, 그 사이의 전압을 전환점으로 설정한다.
전력 제어 장치(30)는 강압형의 DC-DC 컨버터에 의해 전압 변환부가 형성되어 있는 경우, 발전 소자(20)의 출력으로부터 전압 변환부(강압 회로)를 통하여 축전 소자에 충전할지, 전압 변환부를 통하지 않을지, 움직이게 하지 않고 축전 소자에 충전할지를 전환하는 제어를 행한다.
이때, 전력 제어 장치(30)는 태양 전지 등의 발전 소자(20)의 최대 동작점 전압 Vpm을 구하고, 최대 동작점 전압 Vpm 이하의 전압을 전환점으로 설정한다.
이에 의해, 전력 제어 장치(30)는 태양 전지 등의 발전 소자(20)로부터의 충전에 있어서, 간단한 회로 구성으로 발전 효율이 높은 충전 전력이 얻어진다.
전력 제어 장치(30)는 축전 소자(40)로의 충전 개시 및 종료(만충전)를 제어 가능하다.
전력 제어 장치(30)는 예를 들어 고정 또는 가변의 충전 종료 전압에 도달한 시점에서 충전을 정지하는 기능을 갖는다.
전력 제어 장치(30)는 예를 들어 충전 정지 후에, 고정 또는 가변의 충전 개시 전압에 도달한 시점에서 충전을 개시하는 기능을 갖는다.
전력 제어 장치(30)는 예를 들어 외장형의 전류 제어 저항에 의해, 고조도 시의 최대 충전 전류를 제어 가능하다. 이 경우의 전류 제어 임계값은, 축전 소자(40)에 흐르는 충전 전류를 측정하는 저항을 외장함으로써 설정 가능하다.
전력 제어 장치(30)는 축전 소자(40)로부터 발전 소자(20)에의 역류 방지 다이오드의 바이패스 제어에 의해 역류를 방지하면서, 순방향 전압 VF의 손실을 저감하는 기능을 갖는다.
전력 제어 장치(30)는 축전 소자(40)의 개방 전압이 일정값에 도달한 것을 검출하는 만충전 검출 후, 부하 구동용 단자로부터 발전 소자(20)의 전력을 출력하는 기능을 갖는다.
전력 제어 장치(30)는 축전 소자(40)가, 전압이 소정 전압 이하, 예를 들어 2.7V 이하 등의 과방전 상태에 있을 때, 전압이 복귀할 때까지 초기 충전 가능하다. 이 경우, 전력 제어 장치(30)는 예를 들어 외장형의 전류 제한 저항을 사용하여, 전류를 작게 해서(줄여서) 충전하는 것이 가능하다.
전력 제어 장치(30)는 예를 들어 외부 접속의 서미스터를 사용하여, 0℃ 이하, 또는 60℃ 이상에서의 충전을 방지하는 기능을 갖고 있다.
전력 제어 장치(30)는 예를 들어 외부 인에이블 단자에 의해, 충전의 정지 및 슬립 모드로의 천이를 제어 가능하다.
또한, 전력 제어 장치(30)는 출력 전력 정보를 출력 가능하게 구성하는 것도 가능하다.
이하, 각 부의 구체적인 구성 및 기능의 일례에 대하여 설명한다.
이하에서는, 발전 소자(20), 축전 소자(40)의 구성 및 기능을 설명한 후, 전력 제어 장치(30)의 구체적인 구성 및 기능에 대하여 상세하게 설명한다.
<2. 발전 소자의 구성예>
발전 소자(20)는 태양광이나 풍력 등의 자연에너지에 의해 발전하는 기능을 갖고, 발전한 전력을 전력 제어 장치(30)에 공급한다.
본 실시 형태에 있어서, 발전 소자(20)로서는, 태양광의 광전 변환을 이용한 태양광 발전 패널, 예를 들어 태양 전지가 채용된다.
도 2는, 본 실시 형태에 따른 발전 소자로서의 태양광 발전 패널의 등가 회로를 도시하는 도면이다.
태양광 발전 패널(태양 전지)(21)은, 도 2의 등가 회로에 도시하는 바와 같이, 광 입력에 의해 전류가 발생한다.
도 2에서는, 광 입력 OPT를 기전력(Iph)으로 치환하여 전류 Ish를 표현하고 있다.
또한, 도 2에서는, 태양 전지(21)의 기반, 수광층, 전극부의 저항의 총합을 직렬 저항 Rs, 태양 전지(21)의 손실 저항을 Rsh로 나타내고 있다.
도 2에서는, 태양 전지(21)의 출력 전류가 Id, 출력 전압이 V로 나타나 있다.
태양 전지(21)는 광 입사량이 많으면(밝으면) 전류는 많아지고, 광 입사량이 적으면(어두우면) 전류는 적어진다. 도 2의 등가 회로에서는, 광의 밝기가 전류원의 크기로 표현되어 있다. 전압이 높아지면, 전류는 서서히 내려간다.
이 등가 회로는, 전류원(22)과, 다이오드(23)와, 저항(24)을 병렬 접속하고, 또한 저항(25)을 직렬 접속한 구성으로 되어 있다.
전류원(22)은 광 전류 Iph를 공급하고, 다이오드(23)는 이상 다이오드이다. 태양 전지(21)의 단자간의 전압 V를 상승시키면, 전류원(22)으로부터의 전류 Iph가 다이오드(23)에 흐르기 때문에, 단자측으로 흐르는 전류 I는 전압 V의 상승과 함께 감소한다.
도 3은, 일반적인 태양 전지의 전류 전압 특성을 도시하는 도면이다.
태양 전지(21)는 단자간의 전압값이 결정되면, 출력 전류값이 일의적으로 정해진다.
전류값이 0인 경우의 단자간의 전압을 개방 전압(Voc)이라고 칭하고, 단자간의 전압값이 0인 경우의 출력 전류값을 단락 전류(Isc)라고 칭한다.
상술한 바와 같이, 태양 전지의 전류 전압 특성 곡선에 있어서, 전력(=전압×전류)이 최대가 되는 최대 동작점은 단지 1점 존재한다.
이 최대 동작점에 있어서의 전류를 최대 동작점 전류(Ipm)이라고 칭하고, 최대 동작점에 있어서의 전압을 최대 동작점 전압(Vpm)이라고 칭한다.
상술한 태양 전지의 특성 때문에, 태양 전지로부터 최대 출력을 얻기 위해서는, 태양 전지와 접속하는 부하의 전압을, 태양 전지의 최대 동작점 전압과 일치시킬 필요가 있다.
태양 전지의 전류 전압 특성은 조도나 온도 등의 환경에 의존하여 변화하기 때문에, 최대 동작점 전압을 얻는 제어를 태양 전지 접속 기기의 동작 시에 행할 필요가 있다.
본 실시 형태에서는, 전력 제어 장치(30)에 있어서, 발전 소자(20)의 출력에 DC-DC 컨버터인 전압 변환부를 통하여 축전 소자에 충전할지, 전압 변환부를 통하지 않을지, 움직이게 하지 않고 축전 소자에 충전할지를 전환하는 제어가 행해진다.
이때, 전력 제어 장치(30)는 승압형의 DC-DC 컨버터의 경우, 태양 전지 등의 발전 소자(20)의 개방 전압 Voc와 최대 동작점 전압 Vpm을 구하고, 그 사이의 전압을 전환점으로 설정한다. 전력 제어 장치는, 강압형의 DC-DC 컨버터의 경우, 태양 전지 등의 발전 소자(20)의 최대 동작점 전압 Vpm을 구하고, 최대 동작점 전압 Vpm 이하의 전압을 전환점으로 설정한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 전력 제어 장치(30)에 있어서, 축전 소자(40)의 전압을 감시하고, 축전지 단자 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어가 행해지고, 축전 소자의 전압이 높을수록, 축전 소자의 단자 개방 시간 간격이 짧아지도록 제어된다. 그리고, 전력 제어 장치(30)에서는, 태양 전지 등의 발전 소자(20)의 출력이 변동하는 전원으로부터 축전 소자(40)로의 충전의 경우, 전원의 출력이 높을수록 개방 시간 간격이 짧아지도록 제어된다.
또한, 전력 제어 장치(30)에 있어서, 충전 제어를 행할 때에, 축전지 단자를 개방하지 않고, 충전 시의 전압이 만충전 전압 이상으로 될 때까지는, 축전지 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하지 않도록 제어된다.
태양 전지(21)에서 얻어지는 전력은 직류이며, 이 직류 전력(DC 전력)이 전력 제어 장치(30)에 공급된다.
<3. 축전 소자의 구성예>
축전 소자(40)는 전력 제어 장치(30)에 의해 공급된 전력을 축전한다.
축전 소자(40)는 예를 들어 전기 이중층 캐패시터나 리튬 이온형 이차 전지 등과 같이 충전 전압이 변화하는 것을 채용하는 것이 가능하다.
도 4는, 본 실시 형태에 따른 축전 소자의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 4의 축전 소자(40)는 조전지(41), 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)(42), 방전 제어 FET(43), 다이오드(44) 및 전류 검출 저항(45)을 갖는다.
축전 소자(40)는 정극 단자 T1 및 부극 단자 T2가, 부하인 전자 기기의 정극 단자 및 부극 단자에 접속된다.
축전 소자(40)에 있어서는, 전력 제어 장치(30)의 제어 하에서, 충전 제어 FET(42), 방전 제어 FET(43), 다이오드(44) 및 전류 검출 저항(45)을 거쳐서 조전지(41)에 대한 충방전이 행해진다.
조전지(41)는 리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지이며, 복수의 전지 셀을 직렬 및/또는 병렬 접속한 조전지이다.
도 4의 예에서는, 3개의 전지 셀이 직렬로 접속된 경우를 나타낸다.
본 실시 형태에 있어서는, 전력 제어 장치(30)가 축전 소자(40)의 과충전이나 과방전을 방지하기 위한 제어나 충전 시에 안전하게 충전할 수 있도록 제어를 행한다.
축전 소자(40)에 있어서, 조전지(41) 및 조전지(41) 내의 전지 셀 각각의 전압이 소정 시간마다 측정되고, 전류 검출 저항(45)을 흐르는 전류의 크기 및 방향이 소정 시간마다 측정된다.
축전 소자(40)에 있어서, 측정한 전압값 및 전류값에 기초하여, 조전지(41)의 어느 하나의 셀의 전압이 과충전 검출 전압으로 되었을 때에 충전 제어 FET(42)가 OFF로 제어된다.
축전 소자(40)에 있어서, 조전지(41)의 전압이 과방전 검출 전압 이하로 되었을 때에 방전 제어 FET(43)가 OFF로 제어되고, 과충전이나 과방전이 방지된다.
여기서, 리튬 이온 전지의 경우, 과충전 검출 전압이 예를 들어 4.2V±0.5V라고 정해지고, 과방전 검출 전압이 2.4V±0.1V라고 정해진다.
조전지(41)에 대한 충전 방식으로서는, 일반적으로, CCCV(Constant Current Constant Voltage 정전류 정전압) 충전 방식이 사용된다.
CCCV 충전 방식에서는, 조전지(41)의 전압이 소정 전압에 도달할 때까지는 정전류로 충전(CC 충전)하고, 조전지(41)의 전압이 소정 전압에 도달한 후에는 정전압으로 충전(CV 충전)한다. 그리고, 충전 전류가 대략 0[A]에 수렴한 시점에서 충전이 종료로 된다.
<4. 전력 제어 장치의 구성예>
전력 제어 장치(30)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 전압 변환부(31) 및 전력 경로부에 포함되는 전력 경로 전환부로서의 파워 스위치 회로(32)를 갖는다.
전력 제어 장치(30)는 특성 측정 회로(33), 제1 제어부(34), 제2 제어부(35), 역류 방지 회로(36), 전류 전압 제한 회로(37) 및 스타트 업 회로(38)를 주 구성 요소로서 갖는다.
전압 변환부(31)는 발전 소자(20)에서 발전되고, 파워 스위치 회로(32)에 의해 선택적으로 공급되는 전압을 승압 또는 강압하는 기능을 갖는다.
전압 변환부(31)는 승압 또는 강압해서 얻어진 전압을, 예를 들어 파워 스위치 회로(32), 역류 방지 회로(36)를 거쳐서 축전 소자(40)에 공급한다.
전압 변환부(31)는 예를 들어 DC-DC 컨버터에 의해 구성된다.
이 전압 변환부(31)의 구체적인 구성에 대해서는 상세하게 후술한다.
[파워 스위치 회로의 구성예]
파워 스위치 회로(32)는 발전 소자(태양 전지)(20), 전압 변환부(승압 및 강압 회로)(31) 및 축전 소자(이차 전지)(40) 사이의 접속 관계를, 제1 제어부(34) 또는 제2 제어부(35)의 제어에 따라서 결정하는 기능을 갖는다.
즉, 파워 스위치 회로(32)는 전력 경로 전환부로서 기능한다.
본 실시 형태에 따른 파워 스위치 회로(32)는, 제1 제어부(34) 또는 제2 제어부(35)의 제어에 따라, 발전 소자(20)를 전압 변환부(31)에 접속하여 그 출력을 축전 소자(40)측에 접속하거나, 발전 소자(20)의 출력을 축전 소자(40)측에 직접 접속하는 등의 전환 제어를 행한다.
도 5는, 본 개시의 실시 형태에 따른 파워 스위치 회로(32)의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 5의 파워 스위치 회로(32)는 스위치 SW1, SW2를 포함하여 구성되어 있다.
스위치 SW1은, 단자 a가 발전 소자(태양 전지)(20)의 전압 출력 라인에 접속되고, 단자 b가 전압 변환부(31)의 입력 단자에 접속되고, 단자 c는 스위치 SW2의 단자 c에 접속되어 있다.
스위치 SW2는, 단자 a가 축전 소자(축전지)(40)의 전압 입력 라인에 접속되고, 단자 b가 전압 변환부(31)의 변환 전압의 출력 라인에 접속되어 있다.
스위치 SW1 및 SW2는, 제1 제어부(34)에 의한 경로 전환 신호 PATH를, 예를 들어 하이 레벨로 받으면, 단자 a를 단자 b에 접속하고, 로우 레벨로 받으면 단자 a를 단자 c에 접속한다.
이와 같이, 파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 하이 레벨로 받으면, 발전 소자(20)를 전압 변환부(31)에 접속하여 그 출력을 축전 소자(40)측에 접속하는 경로를 형성한다.
파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 받으면, 전압 변환부(31)와 부하인 축전 소자(40)를 분리하여, 발전 소자(20)를 축전 소자(40)측에 직접 접속(직결)하는 경로를 형성한다.
이어서, 전력 제어 회로의 특성 측정 회로(33) 및 그 측정 결과에 따른 제1 제어부(34)에 의한 전력 경로나 전압 변환부(31) 등의 제어에 대하여 설명한다.
[특성 측정 회로의 구성예]
특성 측정 회로(33)는 발전 소자(SC1)(20)의 단락 전류 Ish, 개방 전압 Voc를 측정하는 기능을 갖는다.
특성 측정 회로(33)는 승압 회로 및 강압 회로를 포함하는 전압 변환부(31)를 포함하는 전력 경로를 선택한 경우에는, 전압 변환부(31)에서 MPPT 제어를 행하기 위한 전류-전압(I-V) 측정을 행한다.
제1 제어부(34)는 특성 측정 회로(33)의 측정 결과에 기초하여 파워 스위치 회로(32)의 전력 경로의 선택 제어를 행한다.
제1 제어부(34)는 선택된 전력 경로에서 회로가 동작할 때, 승압 회로 및 강압 회로를 포함하는 전압 변환부(31)를 포함하는 전력 경로를 선택한 경우에는, 예를 들어 I-V 측정 결과를 기초로 전압 변환부(31)에서의 MPPT 제어를 행한다.
[특성 측정 회로의 제어법]
일반적으로, 발전 소자(태양 전지)에 의한 충전에서, 에너지 효율 좋게 충전을 행하고자 할 때, MPPT 제어를 행하고, 승압 회로를 사용하는 방법이 사용되고 있다.
본 실시 형태에서는, 에너지 효율이 좋은 충전을 위해서, 1개 또는 복수개의 발전 소자(태양 전지)의 접속이나 전압 변환부(승압 및 강압) 회로의 접속을 판정 결과에 따라서 변경하여, 태양 전지 충전 회로의 회로 구성을 최적화 가능하게 되는 제어가 행해진다.
파워 스위치 회로(32)에서 최적인 회로 구성을 실현하기 위해서, 특성 측정 회로(33)의 측정 결과를 기초로, 파워 스위치 회로(32)에 대하여 최적인 제어를 행한다.
특성 측정 회로(33)는 전력 경로의 선택을 위한 정보를 얻기 위해서, 발전 소자(SC1)(20)의 개방 전압 Voc 및 단락 전류 Ish를 측정한다.
특성 측정 회로(33)는 측정 결과를 제1 제어부(34)에 공급한다.
특성 측정 회로(33)는 MPPT 제어를 위해서, 발전 소자(SC1)(20)의 전압 VC1을 측정한다.
특성 측정 회로(33)는 측정 결과를 제1 제어부(34) 및 제2 제어부(35)에 공급한다. 그 경우, 저항값 R의 정보를 포함한다. V/R에 의해, 동작 시의 전류 I가 구해진다.
또한, 제1 제어부(34)는 제2 제어부(35)로부터 충전 처리를 정지하고 있다는 사실을 통지받으면, 파워 스위치 회로(32)의 모든 스위치를 개방하여 발전 소자(20)의 출력과 전압 공급 라인 LV1의 접속을 차단하도록 제어한다.
[특성 측정 회로의 구체적인 구성예]
도 6은, 본 실시 형태에 따른 특성 측정 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다.
발전 소자(태양 전지)(20)가, 그때 그때의 광의 상황에 따라서 어느 만큼의 전류 및 전압을 발생시키고 있는지 발전 소자의 동작 특성을 보기 위해서, 즉, 전류 및 전압의 미소 변화분을 측정할 필요가 있다.
지금까지는, 증폭기를 접속하거나 하여 전류·전압의 변화분을 증폭하는 방법이 일반적이었다.
본 예에서는, 발전 소자(태양 전지)(20)가 어느 정도의 전류 및 전압을 발생시키고 있는지를 조사하는 수단으로서, 캐패시터 C1을 사용한 측정을 행한다.
본 예에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 발전 소자(태양 전지)(20)에 직렬로 캐패시터 C1을 접속하고 있다.
또한, 도 6의 특성 측정 회로(33A)에서는, 접속 노드 ND1과 기준 전위 VSS 사이에 캐패시터 C1을 리셋하기 위한 스위칭 트랜지스터 Q1이 접속되어 있다.
스위칭 트랜지스터 Q1은 NMOSFET에 의해 형성되고, 게이트에 리셋 신호 RST가 선택적으로 공급된다.
캐패시터 C1로의 충전 전압을 어느 일정한 시간 간격으로 측정함으로써, 현 환경 하에서의 I-V 특성을 측정하는 것이 가능하다.
Figure 112013026791722-pct00001
이 특성 측정 회로(33A)에서는, 단순한 볼록형의 P-V 특성이 아니어도 MPP를 찾는 것이 가능하고, 소위 언덕 오르기(hill climbing) 처리를 하지 않고, 전압 규제법으로 제어할 수 있다.
특히, 개방 전압으로부터의 MPP 추정으로 부족한 경우에는 유효하다.
또한, 전압 변환부(31)의 승압 회로의 캐패시터를 유용할 수 있으면, 추가 부품 없이 측정 가능하다.
[제1 제어부(34)에 의한 파워 스위치 회로(32)의 전환 제어]
여기서, 전압 변환부(31)가 승압형 DC-DC 컨버터인 경우 및 강압형 DC-DC 컨버터인 경우의 제1 제어부(34)에 의한 파워 스위치 회로(32)의 직결 전환 제어에 대하여 설명한다.
[승압 직결 전환 제어]
우선, 전압 변환부(31)가 승압형 DC-DC 컨버터인 경우의, 제1 제어부(34)에 의한 승압 직결 전환 제어에 대하여 설명한다.
도 5에 관련지어 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 전력 제어 장치(30)는 기본적으로 승압계의 전압 변환부(31)를 통하여 급전 소자(태양 전지)(20)로부터 축전 소자(축전지)(40)로 충전하는 회로를 구성을 갖고 있다.
그리고, 제1 제어부(34)는, 파워 스위치 회로(32)는 발전 소자(20)를 전압 변환부(31)에 접속하여 그 출력을 축전 소자(40)측에 접속하거나, 발전 소자(20)의 출력을 축전 소자(40)측에 직접 접속하는 등의 전환 제어를 행한다.
도 7은, 본 실시 형태에 따른 승압 직결 전환 제어의 개념을 설명하기 위한 태양 전지의 전력 전압 특성을 도시하는 도면이다.
제1 제어부(34)는, 축전 소자(축전지)(40)의 전압 VBAT를 발전 소자(태양 전지)(20)의 최대 동작점 전압 Vpm, 발전 소자(태양 전지)(20)의 개방 전압 Voc와 비교하고, Vpm≤VBAT≤Voc를 만족시키는 전압을 승압 직결 전환 제어의 전환 임계로 한다.
즉, 제1 제어부(34)는, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 발전 소자(20)의 최대 동작점 전압 Vpm 이상이고, 발전 소자(20)의 개방 전압 Voc 이하인 전압을 전환 임계값으로 한다.
예를 들어, 제1 제어부(34)는 VBAT>(Vpm+Voc)/2를 임계값으로 한다.
즉, 일례로서, 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 발전 소자(20)의 최대 동작점 전압 Vpm과 발전 소자(20)의 개방 전압 Voc의 평균값보다 큰지 여부를 판정하는 전압 Vddc_start를 전환 임계값으로 한다.
제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 발전 소자(20)의 최대 동작점 전압 Vpm 이하인 경우, 승압은 불필요하다고 판단한다.
또한, 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 발전 소자(20)의 개방 전압 Voc 이상인 경우에는 승압을 행할 필요가 있다고 판단한다.
따라서, 이 사이의 영역에 전환 임계값을 설정함으로써, 발전 효율이 크게 저하되는 일은 없어진다.
본 실시 형태에 있어서는, 특성 측정 회로(33)에 있어서, 정기적으로 개방 전압 Voc를 측정하고 승압계 전압 변환부(31)에 접속할지 발전 소자(20)와 축전 소자(40)를 직결할지 여부의 판단을 한다.
이 판단에서 사용되는 최대 동작점 전압 Vpm은, 측정한 개방 전압에 소정 계수 Coef, 예를 들어 0.8을 승산하여, 저항 분할로 구하는 것이 가능하다.
도 8은, 본 실시 형태에 따른 승압계의 전압 변환부의 경우의 발전 소자의 최대 동작점 전압의 검출계를 도시하는 회로도이다.
도 8의 최대 동작점 전압의 검출계 MVDTB는, 저항 분할부 RDVB10, RDVB20 및 비교기 CMPB10을 포함하여 구성되어 있다.
검출계 MVDTB는, 예를 들어 저항 분할부 RDVB10, RDVB20이 특성 측정 회로(33)에 배치되고, 비교기 CMPB10이 제1 제어부(34)에 배치된다.
또는, 검출계 MVDTB 모두를 특성 측정 회로(33)에 배치하고, 비교기 CMPB10의 판정 결과를 제1 제어부(34)에 통지하도록 구성하는 것도 가능하다.
저항 분할부 RDVB10은, 발전 소자(20)의 전압 출력 라인과 기준 전위(여기서는 접지 전위) GND간의 저항 소자 RB11, RB12를 직렬로 접속하여 구성되고, 그 접속 노드 NDB11에 저항 분할한 전압이 최대 동작점 전압 Vpm으로서 나타난다.
저항 분할부 RDVB20은, 측정한 개방 전압 Voc의 공급 라인과 최대 동작점 전압 Vpm의 공급 라인 사이에 저항 소자 RB21, RB22를 직렬로 접속하여 구성되고, 그 접속 노드 NDB21에 저항 분할된 임계값 전압 {(Vpm+Voc)/2}로서 나타난다.
비교기 CMPB10은, 축전 소자(40)의 전압 VBAT와 임계값 전압 {(Vpm+Voc)/2}를 비교한다.
비교기 CMPB10은, 전압 VBAT가 임계값 전압 {(Vpm+Voc)/2}보다 높은 경우에는, 승압이 필요하다고 보고, 경로 전환 신호 PATH를 예를 들어 하이 레벨로 파워 스위치 회로(32)에 출력한다.
파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 하이 레벨로 받으면, 발전 소자(20)를 전압 변환부(31)에 접속하여 그 출력을 축전 소자(40)측에 접속하는 경로를 형성한다.
비교기 CMPB10은, 전압 VBAT가 임계값 전압 {(Vpm+Voc)/2} 이하인 경우에는, 승압이 불필요하다고 보고, 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 파워 스위치 회로(32)에 출력한다.
파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 받으면, 전압 변환부(31)와 부하인 축전 소자(40)를 분리하여, 발전 소자(20)를 축전 소자(40)측에 직접 접속(직결)하는 경로를 형성한다.
도 9는, 본 실시 형태에 따른 승압 직결 전환 제어의 개념을 보다 구체적으로 도시하는 도면이다.
상술한 바와 같이, 제1 제어부(34)는 Vpm≤VBAT≤Voc를 만족시키는 전압을 승압 직결 전환 제어의 전환 임계값으로 한다.
예를 들어 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 발전 소자(20)의 최대 동작점 전압 Vpm과 발전 소자(20)의 개방 전압 Voc의 평균값보다 큰지 여부를 판정하는 전압 Vddc_start를 전환 임계값으로 한다.
도 9에 있어서, PWRL은 승압한 경우의 변환 손실에 의한 발전 전력 저하분을 나타내고 있다. PWRB는 승압한 경우의 전력을 나타내고, PWRD는 직결(직접 부착)한 경우의 전력을 나타내고 있다.
도 9중, 부호 X로 나타내는 영역은, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start 이하인 영역이다. 이 영역 X에 있어서는, 최대 동작점 전압 Vpm을 포함하고, MPP 부근에 있기 때문에 승압분의 손실 쪽이 크다. 따라서, 이 영역 X에서는 승압하지 않고 직접 부착한 쪽이 유리하다. 이 경우, 경로 전환 신호 PATH는 로우 레벨로 설정된다.
부호 Y로 나타내는 영역은, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start 이상이고 개방 전압 Voc 이하에 있는 영역이다.
이 영역에서는, 기본적으로 승압한 쪽이 유리하다. 여기서, 발전 소자(20)에 의한 발전 출력 전압이 어느 정도의 전압 이하이면 동작 상에 영향을 미치는 경우가 있기 때문에, 본 실시 형태에서는, 이 발전 출력 전압에 대하여 최저 보상 임계값 전압 Vddc_min을 설정하고 있다.
그리고, 최대 동작점 전압 Vpm이 최저 보상 임계값 전압 Vddc_min보다 낮은(Vpm<Vddc_min) 경우에는 직접 부착한다. 그 이유는, 승압하고 싶지만, 최대 동작점 전압 Vpm이 작기 때문에, 승압해도 손실 쪽이 크기 때문이다. 이 경우, 경로 전환 신호 PATH는 로우 레벨로 설정된다.
한편, Vpm≥Vddc_min인 경우에는 승압한다. 이 경우, 경로 전환 신호 PATH는 하이 레벨로 설정된다.
부호 Z로 나타내는 영역은, 기본적으로 승압하지 않으면 발전할 수 없는 영역이다.
단, Vpm<Vddc_min인 경우에는 개방하고, Vpm≥Vddc_min인 경우에는 승압한다. 승압하는 경우, 경로 전환 신호 PATH는 하이 레벨로 설정된다.
도 10은, 본 실시 형태에 따른 발전 소자(태양 전지)의 승압계에 접속할지 축전 소자에 직결할지를 결정하기 위하여 상태 판정 처리의 제1 예를 도시하는 플로우차트이다.
우선, 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start보다 높은지 여부를 판정한다(ST1).
스텝 ST1에서, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start 이하라고 판정된 경우에는, 제1 제어부(34)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 파워 스위치 회로(32)에 출력한다.
파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 받으면, 전압 변환부(31)와 부하인 축전 소자(40)를 분리하여, 발전 소자(20)를 축전 소자(40)측에 직접 접속(직결)하는 경로를 형성한다.
스텝 ST1에 있어서, 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start보다 높으면, 최대 동작점 전압 Vpm이 최저 보상 임계값 전압 Vddc_min 이상인지 여부를 판정한다(ST2).
스텝 ST2에 있어서, 최대 동작점 전압 Vpm이 최저 보상 임계값 전압 Vddc_min 이상이라고 판정하면, 제1 제어부(34)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 파워 스위치 회로(32)에 출력한다.
파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 하이 레벨로 받으면, 발전 소자(20)를 전압 변환부(31)에 접속하여 그 출력을 축전 소자(40)측에 접속하는 경로를 형성한다.
스텝 ST2에 있어서, 최대 동작점 전압 Vpm이 최저 보상 임계값 전압 Vddc_min보다 작다고 판정하면, 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 개방 전압 Voc보다 낮은지 여부의 판정을 행한다(ST3).
스텝 ST3에 있어서, 최대 동작점 전압 Vpm이 최저 보상 임계값 전압 Vddc_min보다 작다고 판정하면, 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 파워 스위치 회로(32)에 출력한다.
파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 받으면, 전압 변환부(31)와 부하인 축전 소자(40)를 분리하여, 발전 소자(20)를 축전 소자(40)측에 직접 접속(직결)하는 경로를 형성한다.
스텝 ST3에 있어서, 최대 동작점 전압 Vpm이 최저 보상 임계값 전압 Vddc_min 이상이라고 판정하면, 단자를 개방한다. 이 단자 개방 지점으로서는, 예를 들어 도 1에 있어서의 파워 스위치 회로(33)의 단자 Vout이 된다.
도 11은, 본 실시 형태에 따른 승압 직결 전환 제어의 개념을 보다 간이적으로 도시하는 도면이다.
도 11의 예는, 도 9의 구체예를 보다 간이적으로 나타내고 있다.
이 경우도, 제1 제어부(34)는 Vpm≤VBAT≤Voc를 만족시키는 전압을 승압 직결 전환 제어의 전환 임계값으로 한다.
예를 들어 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 발전 소자(20)의 최대 동작점 전압 Vpm과 발전 소자(20)의 개방 전압 Voc의 평균값보다 큰지 여부를 판정하는 전압 Vddc_start를 전환 임계값으로 한다.
도 11의 예는, 전환 임계값 전압 Vddc_start보다 낮은 X 영역과 높은 Y 영역만으로 케이스 분류하여 승압 직결의 전환 제어를 행한다.
도 11 중, 부호 X2로 나타내는 영역은, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start 이하인 영역이다. 이 영역 X2에 있어서는, 최대 동작점 전압 Vpm을 포함하고, MPP 부근에 있기 때문에 승압분의 손실 쪽이 크다. 따라서, 이 영역 X에서는 승압하지 않고 직접 부착한 쪽이 유리하다. 이 경우, 경로 전환 신호 PATH는 로우 레벨로 설정된다.
부호 Y2로 나타내는 영역은, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start 이상에 있는 영역이다.
이 영역에서는, 기본적으로 승압할 필요가 있다.
단, Vpm<Vddc_min인 경우에는 개방하고, Vpm≥Vddc_min인 경우에는 승압한다. 승압하는 경우, 경로 전환 신호 PATH는 하이 레벨로 설정된다.
도 12는, 본 실시 형태에 따른 발전 소자(태양 전지)의 승압계에 접속할지 축전 소자에 직결할지를 결정하기 위하여 상태 판정 처리의 제2 예를 도시하는 플로우차트이다.
우선, 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start보다 높은지 여부를 판정한다(ST1A).
스텝 ST1A에서, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start 이하라고 판정한 경우에는, 제1 제어부(34)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 파워 스위치 회로(32)에 출력한다.
파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 받으면, 전압 변환부(31)와 부하인 축전 소자(40)를 분리하여, 발전 소자(20)를 축전 소자(40)측에 직접 접속(직결)하는 경로를 형성한다.
스텝 ST1A에 있어서, 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start보다 높으면, 최대 동작점 전압 Vpm이 최저 보상 임계값 전압 Vddc_min 이상인지 여부를 판정한다(ST2A).
스텝 ST2에 있어서, 최대 동작점 전압 Vpm이 최저 보상 임계값 전압 Vddc_min 이상이라고 판정하면, 제1 제어부(34)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 파워 스위치 회로(32)에 출력한다.
파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 하이 레벨로 받으면, 발전 소자(20)를 전압 변환부(31)에 접속하여 그 출력을 축전 소자(40)측에 접속하는 경로를 형성한다.
스텝 ST2A에 있어서, 최대 동작점 전압 Vpm이 최저 보상 임계값 전압 Vddc_min보다 작다고 판정하면, 제1 제어부(34)는 단자를 개방한다. 이 단자 개방 지점으로서는, 예를 들어 도 1에 있어서의 파워 스위치 회로(33)의 단자 Vout이 된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 간단한 회로로 정밀도 좋게 승압하는지 여부(태양 전지와 축전지를 직결)의 판정이 가능하다.
[강압 직결 전환 제어]
이어서, 전압 변환부(31)가 강압형 DC-DC 컨버터인 경우의, 제1 제어부(34)에 의한 승압 직결 전환 제어에 대하여 설명한다.
도 5에 관련지어서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 전력 제어 장치(30)는 기본적으로 강압계의 전압 변환부(31)를 통하여 급전 소자(태양 전지)(20)로부터 축전 소자(축전지)(40)에 충전하는 회로 구성을 갖고 있다.
그리고, 제1 제어부(34)는 승압계의 경우와 마찬가지로, 파워 스위치 회로(32)는 발전 소자(20)를 전압 변환부(31)에 접속하여 그 출력을 축전 소자(40)측에 접속하거나, 발전 소자(20)의 출력을 축전 소자(40)측에 직접 접속하는 등의 전환 제어를 행한다.
도 13은, 본 실시 형태에 따른 강압 직결 전환 제어의 개념을 설명하기 위한 태양 전지의 전력 전압 특성을 도시하는 도면이다.
제1 제어부(34)는 축전 소자(축전지)(40)의 전압 VBAT를 발전 소자(태양 전지)(20)의 최대 동작점 전압 Vpm과 비교하고, VBAT≤Vpm을 만족시키는 전압을 강압 직결 전환 제어의 전환 임계값으로 한다.
즉, 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 발전 소자(20)의 최대 동작점 전압 Vpm 이하의 전압을 전환 임계값으로 한다.
예를 들어, 제1 제어부(34)는 VBAT≤Vpm×0.9를 임계값으로 한다.
즉, 일례로서, 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 발전 소자(20)의 최대 동작점 전압 Vpm의 90％의 전압 이하인지 여부를 판정하는 전압 Vddc_start를 전환 임계값으로 한다.
제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 발전 소자(20)의 최대 동작점 전압 Vpm 이상(VBAT≥Vpm)인 경우, 강압은 불필요하다고 판단한다.
따라서, 이 이외의 영역에 전환 임계값을 설정함으로써, 발전 효율이 크게 저하되는 일은 없어진다.
본 실시 형태에 있어서는, 특성 측정 회로(33)에 있어서, 정기적으로 개방 전압 Voc를 측정하고 강압계 전압 변환부(31)에 접속할지 발전 소자(20)와 축전 소자(40)를 직결할지 여부의 판단을 한다.
이 판단에서 사용되는 최대 동작점 전압 Vpm은, 측정한 개방 전압에 소정 계수 Coef, 예를 들어 0.8을 승산하여, 저항 분할로 구하는 것이 가능하다.
도 14는, 본 실시 형태에 따른 강압계의 전압 변환부의 경우의 발전 소자의 최대 동작점 전압의 검출계를 도시하는 회로도이다.
도 14의 최대 동작점 전압의 검출계 MVDD는, 저항 분할부 RDVD10, RDVD20 및 비교기 CMPD10을 포함하여 구성되어 있다.
검출계 MVDD는, 예를 들어 저항 분할부 RDVD10, RDVD20이 특성 측정 회로(33)에 배치되고, 비교기 CMPD10이 제1 제어부(34)에 배치된다.
또는, 검출계 MVDTD 모두를 특성 측정 회로(33)에 배치하고, 비교기 CMPD10의 판정 결과를 제1 제어부(34)에 통지하도록 구성하는 것도 가능하다.
저항 분할부 RDVD10은, 발전 소자(20)의 전압 출력 라인과 기준 전위(여기서는 접지 전위) GND간의 저항 소자 RD11, RD12를 직렬로 접속하여 구성되고, 그 접속 노드 NDD11에 저항 분할한 전압이 최대 동작점 전압 Vpm으로서 나타난다.
저항 분할부 RDVD20은, 최대 동작점 전압 Vpm의 공급 라인과 기준 전위간에 저항 소자 RD21, RD22를 직렬로 접속하여 구성되고, 그 접속 노드 NDD21에 저항 분할된 임계값 전압 Vddc_start로서 나타난다.
비교기 CMPD10은, 축전 소자(40)의 전압 VBAT와 임계값 전압 Vddc_start를 비교한다.
비교기 CMPD10은, 전압 VBAT가 임계값 전압 Vddc_start보다 낮은 경우에는, 강압이 필요로 되어, 경로 전환 신호 PATH를 예를 들어 하이 레벨로 파워 스위치 회로(32)에 출력한다.
파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 하이 레벨로 받으면, 발전 소자(20)를 전압 변환부(31)에 접속하여 그 출력을 축전 소자(40)측에 접속하는 경로를 형성한다.
비교기 CMPD10은, 전압 VBAT가 임계값 전압 Vddc_start 이상인 경우에는, 강압이 불필요하게 되어, 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 파워 스위치 회로(32)에 출력한다.
파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 받으면, 전압 변환부(31)와 부하인 축전 소자(40)를 분리하여, 발전 소자(20)를 축전 소자(40)측에 직접 접속(직결)하는 경로를 형성한다.
도 15는, 본 실시 형태에 따른 강압 직결 전환 제어의 개념을 보다 구체적으로 도시하는 도면이다.
상술한 바와 같이, 제1 제어부(34)는 VBAT≤Vpm을 만족시키는 전압을 강압 직결 전환 제어의 전환 임계값으로 한다.
예를 들어 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 발전 소자(20)의 최대 동작점 전압 Vpm보다 낮은지 여부를 판정하는 전압 Vddc_start를 전환 임계값으로 한다.
도 15에 있어서, PWRL은 승압한 경우의 변환 손실에 의한 발전 전력 저하분을 나타내고 있다.
도 15 중, 부호 X로 나타내는 영역은, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start 이하인 영역이다. 이 영역 X에 있어서는, 강압한다. 이 경우, 경로 전환 신호 PATH는 하이 레벨로 설정된다.
부호 Y로 나타내는 영역은, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start 이상에 있는 영역이다.
이 영역에서는, 기본적으로 강압하지 않고 직결(직접 부착)한 쪽이 유리하다.
이 영역 X에 있어서는, 강압할 수 없거나, 또는 MPP 부근에 있기 때문에 강압분의 손실 쪽이 크다. 따라서, 이 영역 X에서는 강압하지 않고 직접 부착한 쪽이 유리하다. 이 경우, 경로 전환 신호 PATH는 로우 레벨로 설정된다.
여기서, 발전 소자(20)에 의한 발전 출력 전압이 어느 정도의 전압 이상이면 동작 상에 영향을 미치는 경우가 있기 때문에, 본 실시 형태에서는, 이 발전 출력 전압에 대하여 최고 보상 임계값 전압 Vddc_max를 설정하고 있다.
도 16은, 본 실시 형태에 따른 발전 소자(태양 전지)의 강압계에 접속할지 축전 소자에 직결할지를 결정하기 위하여 상태 판정 처리의 일례를 도시하는 플로우차트이다.
우선, 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start보다 낮은지 여부를 판정한다(ST11).
스텝 ST11에서, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start 이상이라고 판정한 경우에는, 제1 제어부(34)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 파워 스위치 회로(32)에 출력한다.
파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 받으면, 전압 변환부(31)와 부하인 축전 소자(40)를 분리하여, 발전 소자(20)를 축전 소자(40)측에 직접 접속(직결)하는 경로를 형성한다.
스텝 ST11에 있어서, 제1 제어부(34)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 전환 임계값 전압 Vddc_start보다 낮으면, 최대 동작점 전압 Vpm이 최고 보상 임계값 전압 Vddc_max 이하인지 여부를 판정한다(ST12).
스텝 ST2에 있어서, 최대 동작점 전압 Vpm이 최고 보상 임계값 전압 Vddc_max 이하라고 판정하면, 제1 제어부(34)는 경로 전환 신호 PATH를 로우 레벨로 파워 스위치 회로(32)에 출력한다.
파워 스위치 회로(32)는 경로 전환 신호 PATH를 하이 레벨로 받으면, 발전 소자(20)를 전압 변환부(31)에 접속하여 그 출력을 축전 소자(40)측에 접속하는 경로를 형성한다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 간단한 회로로 정밀도 좋게 강압하는지 여부(태양 전지와 축전지를 직결)의 판정이 가능하다.
[전압 변환부(31)의 구체적인 구성예]
도 17은, 본 실시 형태에 따른 전압 변환부로서의 승압형 스위칭 레귤레이터의 기본적인 구성예를 도시하는 회로도이다.
이 스위칭 레귤레이터(31A)는, 발전 소자측 캐패시터 C31, 인덕터 L31, 다이오드 D31, 이차 전지측 캐패시터 C32 및 동작 전압 제어부(310)를 주 구성 요소로 해서 구성되어 있다. 스위칭 레귤레이터는, DC-DC 컨버터를 구성한다.
동작 전압 제어부(310)는 스위칭 트랜지스터(SW) Q31, 입력 전압 검출부로서의 비교기(311) 및 PFM(펄스 주파수 변조) 제어부(312)를 갖는다.
비교기(311)는 제1 제어부(34)에 의해 공급되는 가변 레퍼런스 전압 Vref와 발전 소자(태양 전지)(20)에서 발전된 전압인 입력 전압 VI를 비교한다.
비교기(310)는 입력 전압 VI가 레퍼런스 전압 Vref를 초과하면 출력이 하이 레벨로 전환된다.
PFM 제어부(312)는 비교기(311)의 출력에 의해 고정 폭의 펄스를 발생하고, 소정 시간, 스위칭 트랜지스터 Q31을 온시킨다.
PFM 제어부(312)는 인에이블 신호 EN에 의해 인에이블 상태로 되고, 리셋 신호 RST에 의해 리셋 가능하게 구성된다.
도 18은, 승압형 스위칭 레귤레이터의 기본 동작을 설명하기 위한 도면이다.
승압형 스위칭 레귤레이터는, 자려발진에 의한 스위칭 동작을 행한다.
입력에 접속한 발전 소자(태양 전지)(20)의 동작점(동작 전압)을 제어한다.
입력은 발전 소자(20)에서 발전된 전압이며, 출력은 축전 소자(40)(이차 전지(Li+전지)이고, 발전 소자(태양 전지)(20)의 동작점 제어에 의해 MPPT를 행한다.
승압형 스위칭 레귤레이터는, 기본적으로, 도 18에 도시하는 바와 같이, 스위칭 트랜지스터 Q31이 온되면, 유입하는 전류에 의해, 인덕터 L31에 에너지가 축적된다.
스위칭 트랜지스터 Q31이 오프되면, 인덕터 L31이 축적된 에너지를 방출한다.
이에 의해, 입력 전압 VI에 인덕터 L31의 에너지가 위에 쌓인다. 그 결과, 입력 전압은 승압된다.
이어서, 상기 기본 동작을 근거로 하여, 본 실시 형태에 따른 도 17의 승압형 스위칭 레귤레이터의 동작을 설명한다.
도 19는, 도 17의 승압형 스위칭 레귤레이터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
<1> 입력 전압 VI가 레퍼런스 전압 Vref를 초과하면, 비교기(311)의 출력이 하이 레벨로 된다.
<2> 비교기(311)의 출력에 응답하여, PFM 제어부(312)가 고정 폭의 펄스를 발생한다(SW=ON). 이에 의해, 인덕터 L31의 에너지가 방출된다.
<3> 입력 전압 VI가 레퍼런스 전압 Vref보다 낮아지면, 비교기(311)의 출력은 로우 레벨로 되고, 스위칭 트랜지스터 Q313이 오프된다.
이에 의해, 인덕터(31)에 축적된 에너지의 방출로부터 인덕터 L31에의 에너지의 충전 동작으로 된다.
이상의 동작이 반복된다.
이 경우, 발전 소자(태양 전지)(20)는 레퍼런스 전압 Vref 부근의 전압으로 동작한다.
이 레퍼런스 전압 Vref를 제1 제어부(34)가 바꿈으로써, 발전 소자(태양 전지)(20)의 동작점(동작 전압)을 제어 가능하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 승압하지 않을 때는, 비교기·PFM 제어 회로를 셧 다운하는 셧 다운 기능을 갖게 하는 것도 가능하다.
또한, 상기한 바와 같이, 자려발진이 어떠한 이유로 멈춰 버렸을 때 리셋을 거는 리셋 기능을 갖게 하는 것도 가능하다.
또한, 스위칭 트랜지스터 Q31의 온 시간은 인덕터 L31의 피크 전류에 영향을 주기 때문에, 입력 전류, 접속하는 발전 소자(태양 전지)에 의해 온 시간을 바꾸도록 구성하는 것도 가능하다.
PFM 펄스폭(스위치 ON 시간)은 인덕터 L31의 피크 전류가 일정 범위 이내에 수용되도록 조정할 필요가 있다.
정격, 노이즈, 효율 등의 관점에서, 경우에 따라서는 레인지마다 몇종류에서 선택할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
또한, 전압 변환부를 이하와 같이 구성하는 것도 가능하다.
스위칭 주파수의 변화로부터 주위 환경 변화를 검지한다.
이 경우, Δt마다 스위칭 횟수를 카운트하고, 전회와의 차분을 취한다.
스위칭 주파수의 변화를 측정하고, 주파수가 높아지면, 발전량이 증대한 것에 상당하기 때문에, 레퍼런스 전압 Vref를 변경하고, 패스를 전환한다.
주파수가 낮아지면, 발전량은 감소한 것에 상당하고, 이것에 응답하여 레퍼런스 전압 Vref를 변경하고, 패스를 전환하고, 승압 동작을 정지한다.
또한, 스위칭 주파수로부터 전류를 측정한다.
레퍼런스 전압 Vref, 스위칭 트랜지스터 Q31의 ON 시간을 고정으로 하면, 스위칭 주파수는 입력 전류에 의존한다.
이에 의해, 스위칭 주파수로부터 전류를 산출하는 것이 가능하다.
여기서, 스위칭 주파수의 증감에 따라서 레퍼런스 전압 Vref를 변경하는 구체적인 구성예에 대하여 설명한다.
도 20은, 도 17의 PFM 제어부에 있어서의 동작 주파수의 변화를 검출하는 검출계를 구비한 승압형 스위칭 레귤레이터의 구성예를 도시하는 회로도이다.
도 20에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위하여 도 17과 동일 구성 부분은 동일 부호로써 나타내고 있다.
도 20의 스위칭 레귤레이터(31B)는, 도 17의 구성에 부가해서, OFF 타이밍 검출부(313), 충전 종료 검출부(314), 카운터(315), 레지스터(316) 및 감산기(317)를 갖는다.
OFF 타이밍 검출부(313) 및 충전 종료 검출부(314)는 비교기에 의해 구성 가능하다.
스위칭 트랜지스터 Q31의 소스와 기준 전위 VSS간에 저항 R31이 접속되고, 그 접속점에 의해 노드 ND31이 형성되어 있다.
OFF 타이밍 검출부(313)는 임계값 Vref1과 노드 ND31의 전위를 비교하여, 스위칭 트랜지스터 Q31의 OFF 타이밍을 검출하고, 그 검출 결과를 PFM 제어부(312)에 출력한다.
충전 종료 검출부(314)는 출력 전압(다이오드의 캐소드측 전위)과 임계값 Vref2를 비교하여, 충전 종료를 검출하고, 그 검출 결과를 PFM 제어부(312)에 출력한다.
태양 전지인 발전 소자(20)의 전류의 변화(조도의 변화)에 의해, 변압 회로인 PFM 제어부(312)의 동작 주파수가 변화된다.
발전 소자(20)의 전류의 변화(조도의 변화)에 의해 인덕터 L31의 차지 시간이 변화된다. 이 경우, 전류가 많을수록 차지 시간은 짧아진다.
변압 회로(PFM)를 사용하고 있는 경우, 스위칭 주파수의 변화에서 조도의 변화를 측정 가능하다.
이 방법은, 정기적으로 변압 회로인 PFM 제어부(312)를 멈추고 개방 전압을 측정하는 방법에 비해, ADC를 사용하지 않으므로 저전력 주파수의 변화를 트리거로서 제어 가능하다.
도 20의 예에서는, 스위칭 트랜지스터 Q31의 게이트 제어 신호를 카운터(315)에서 카운트함으로써 주파수를 측정 가능하다.
태양 전지인 발전 소자(20)의 전류가 클수록 주파수는 높다고 판단할 수 있다.
태양 전지 태양 전지인 발전 소자(20)의 전류가 작을수록 주파수는 낮거나 스위칭이 정지 상태에 있다고 판단할 수 있다.
그리고, 제1 제어부(34)의 제어부 하에서, 주파수의 변화가 미리 정해진 것 이상으로 된 경우, I-V 특성(또는 단락 전류)을 다시 측정하고, MPPT 제어를 다시 한다.
또한, 변화가 커진 경우에 다시 측정하도록 구성하는 것도 가능하다.
주파수의 측정은, 변압 회로인 PFM 제어부(312)의 스위칭 펄스 신호를 카운터(315)에서 카운트한다. 그리고 M 정기적으로 카운터값을 폴링하고, 감산기(317)에서 차분을 구함으로써 실현 가능하다.
추종 트리거를 주파수의 변화로 함으로써, MPPT의 어긋남을 측정하는 횟수를 저감시켜 제어 전력을 저감하는 것이 가능하게 된다.
또한, MTTP 제어에 있어서, 온도 변화에 따른 제어를 행하는 것도 가능하다.
도 21은, 발전 소자(태양 전지)의 I-V 특성이 온도 변화에 따라서 변화되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 21에 도시하는 바와 같이, 발전 소자(태양 전지)의 I-V 특성이 온도 변화에 따라서 변화되기 때문에, 제2 제어부(35)에서 서미스터(50)를 감시하여, 그 검출 온도 정보를 제1 제어부(34)에 공급한다.
제1 제어부(34)는 온도 정보에 따라서 미리 온도와 대응지은 계수를 선택하여, 예를 들어 MTTP 제어의 레퍼런스 전압 Vref에 그 계수를 승산하여 온도 변환에 추종한 MTTP 제어를 행한다.
이 경우, 상온 25℃를 중심으로 해서, ±10 내지 15 정도의 통상 온도 범위에서는, 통상의 MTTP 제어를 행하고, 통상 온도 범위보다 높은 온도 범위에서는 제1 계수를 사용하고, 낮은 온도 범위에서는 제2 계수를 사용하는 등, 다양한 형태가 가능하다.
여기서의 MTTP 제어는, 전압 변환부(31)의 제어뿐만 아니라, 파워 스위치 회로(32)의 전력 경로의 접속 전환에도 적용 가능하다.
또한, 이상의 설명에서는, 전압 변환부(31)를 승압형 스위칭 레귤레이터로 했지만, 도 22에 도시하는 바와 같은 강압형 스위칭 레귤레이터(31C)를 적용하는 것도 가능하다.
기본적으로, 이 강압형 스위칭 레귤레이터(31C)는, 승압형과 인덕터 L31, 다이오드 D31과의 접속 형태가 상이한 것 이외는 마찬가지의 구성을 갖고 있다.
따라서, 도 20의 회로 구성도 그대로 적용 가능하다.
[역류 방지 회로의 구성예]
도 23은, 본 실시 형태에 따른 역류 방지 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다.
역류 방지 회로(36)는 파워 스위치 회로(32)의 출력으로부터 축전 소자(40)로의 전압 공급 라인 LV에 배치된다.
이 역류 방지 회로(36)는 저항 R41, PMOSFET에 의해 형성되는 스위칭 트랜지스터 Q41, 다이오드 D41 및 비교기(361)를 갖는다.
전압 공급 라인 LV1의 발전 소자측 노드 ND(41)와 축전 소자(40)측 노드 ND(42) 사이에, 저항 R41 및 스위칭 트랜지스터 Q41이 직렬로 접속되고, 스위칭 트랜지스터 Q41에 병렬로 역류 방지용 다이오드 D41이 접속되어 있다.
비교기(361)는 노드 ND(41)의 전위와 노드 ND(42)의 전위를 비교하고, 그 결과에 의해 스위칭 트랜지스터 Q41을 온, 오프한다.
역류 방지 회로(36)는 축전 소자(40)로부터 발전 소자(태양 전지)(20)로의 역류 방지 다이오드의 바이패스 제어를 행한다.
역류 방지 회로(36)는 역류를 방지하면서, 순방향 전압 VF에 의한 손실을 저감한다.
노드 ND(41)의 전위가 노드 ND(42)의 전위보다 높고 역류로 되는 상태가 아닌 경우에는, 역류 미검출로서 비교기(361)의 출력이 로우 레벨로 된다.
그 결과, 스위칭 트랜지스터 Q41은 온되고, 역류 방지용 다이오드 D41을 바이패스한다.
노드 ND(42)의 전위가 노드 ND(41)의 전위보다 높고 역류로 되는 상태인 경우에는, 역류 검출로서 비교기(361)의 출력이 하이 레벨로 된다.
그 결과, 스위칭 트랜지스터 Q41은 오프되고, 역류 방지용 다이오드 D41만의 접속 라인으로 한다.
또한, 상기 구성에 있어서는, 역류 방지 회로에 의한 손실이, 다이오드 접속에 의한 손실보다도 작아지도록 할 필요가 있다.
MOSFET의 온저항만으로 역류를 검출할 수 있도록 하는 것도 가능하다.
비교기(361)의 소비 전력을 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다.
또한, 이차 전지의 특성을 이용하여 역류 방지를 행하는 것도 가능하다.
이 경우, 충전 중에 전지 전압이 급격하게 저하하면 역류 방지용 다이오드 D41만의 접속 라인으로 한다(충전 전압>방전 전압).
[축전 소자의 충전 제어]
이어서, 제2 제어부(35)를 중심으로 한 축전 소자(축전지)(40)에 대한 충전 제어에 대하여 설명한다.
도 24는, 본 실시 형태에 따른 축전 소자(축전지)(40)에 대한 제1 충전 제어에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 24에 있어서, 횡축이 시간을 나타내고, 종축이 축전 소자(40)의 전압 VBAT를 나타내고 있다.
그리고, 도 24에 있어서, FV는 거의 만충전이라고 간주되는 전압을, FVO는 만충전 개방 전압을, VCRG는 충전 전압을 각각 나타내고 있다.
또한, 도 24에 있어서, P1 내지 P10(Pn)은 축전 소자(40)의 단자를 개방하여 축전 소자(40)의 전압 VBAT를 측정(감시)하는 측정 포인트를 나타내고 있다.
그리고, 도 24에 있어서, D1 내지 D9는 인접하는 측정 포인트간의 시간 간격을 나타내고, D1>D2>D3>D4>D5>D6>D7>D8>D9의 관계에 있다.
즉, 제2 제어부(35)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT에 따라서 축전 소자(40)의 단자를 개방하여 축전 소자(40)의 전압 VBAT를 측정(감시)하는 측정 포인트 간격을 동적으로 바꾸도록 제어한다.
본 실시 형태에서는, 제2 제어부(35)는 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 높아짐에 따라서 측정 포인트 간격이 짧아지도록 제어한다.
전술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 전력 제어 장치(30)는 축전 소자(40)의 단자 개방 전압을 임계값 전압과 비교함으로써 만충전 검지를 할 수 있는 축전지로의 충전 제어를 채용하고 있다.
그리고, 전력 제어 장치(30)의 제2 제어부(35)는 축전 소자(40)의 전압을 감시하고, 축전 소자(40)의 단자 개방 시의 전압 VBAT가 어느 만충전 전압 FV 이상에 도달한 경우에 다음과 같은 제어를 행한다.
제2 제어부(35)는 예를 들어 제어 신호 CTL(35)에 의해 충전을 정지하는 충전 제어를 행하는 것이 가능하고, 제어 신호 CTL(35)에 의해 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 높을수록, 축전 소자(40)의 단자 개방 시간 간격 D가 짧아지도록 제어한다.
또한, 전력 제어 장치(30)는 태양 전지 등의 발전 소자(20)의 출력이 변동하는 전원으로부터 축전 소자(40)로의 충전의 경우, 특성 측정 회로(33)로부터 공급되는 발전 소자(전원)(20)의 출력 전압 VC1이 높을수록 개방 시간 간격 D가 짧아지도록 제어한다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 제2 제어부(35)는 제어 신호 CTL(35)에 의해 축전 소자(40)의 개방 전압 측정 시간 간격 D를 동적으로 바꾸는 기능을 갖는다.
제2 제어부(35)는 개방 전압 측정 시간 간격 D를 축전 소자(4)의 전압 VBAT에 의존하여 변경한다. 구체적으로는, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가 높을수록, 측정 시간 간격 D를 짧게 한다.
또한, 제2 제어부(35)는 발전 소자(태양 전지)(20)의 출력 전압 VC1에 의존하여 변경한다. 구체적으로는, 발전 소자(태양 전지)(20)의 출력 전압 VC1이 높을수록, 측정 시간 간격 D를 짧게 한다.
또한, 제2 제어부(35)는 개방 전압 측정 시간 간격 D를 축전 소자(4)의 전압 VBAT 및 발전 소자(태양 전지)(20)의 출력 전압 VC1에 의존하여 변경하는 것도 가능하다.
제2 제어부(35)는 축전 소자(40)의 전압이 만충전 개방 전압 이상으로 된 경우에도, 축전 소자(40) 또는 발전 소자(20)의 전압에 따라서 축전 소자의 단자 개방 시간 간격을 변경하는 제어를 행한다.
이러한 충전 제어에 의해, 축전 소자(축전지)로의 충전에 있어서, 만충전 검지시의 충전 손실을 저감시키고, 또한 과충전을 방지하는 것이 가능하게 된다.
도 25는, 본 실시 형태에 따른 축전 소자(축전지)(40)에 대한 제2 충전 제어에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 25의 제2 충전 제어가 도 24의 충전 제어와 상이한 점은, 충전 전압이 만충전 개방 전압 FVO 부근에 도달할 때까지, 축전 소자(40)의 단자를 개방하지 않는다.
이에 의해, 축전 소자(40)의 개방에 의한 충전 손실을 적게 한다.
즉, 개방전에 만충전 전압 FV에 도달하고나서, 축전 소자(40)의 단자를 개방한 상태에서의 측정을 개시한다.
이 경우, 개방 전압 측정 시간 간격 D는 일정해도 좋고, 또한 제1 충전 제어 방법과 마찬가지로, 축전 소자(4)의 전압 VBAT에 의존하여 변경하도록 구성하는 것도 가능하다.
제2 충전 제어 방법에서는, 전력 제어 장치(30)의 제2 제어부(35)는 축전 소자 단자 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 다음과 같이 제어한다.
제2 제어부(35)는 충전을 정지하는 충전 제어를 행할 때에, 축전 소자(40)의 단자를 개방하지 않고 충전 시의 전압이 만충전 전압 FVO 이상으로 될 때까지는, 축전 소자(40)의 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하지 않도록 제어한다.
이에 의해, 전력 제어 장치(30)는 축전 소자(40)로의 충전에 있어서, 만충전 검지시의 충전 손실을 저감시키고, 또한 과충전을 방지하는 것이 가능하게 되어 있다.
[충전 제어]
이어서, 전력 제어 장치(30)의 전류 전압 제한 회로(37)에 의한 축전 소자(40)로의 충전 제어에 대하여 설명한다.
도 26은, 본 실시 형태에 따른 전류 전압 제한 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다.
전류 전압 제한 회로(37)는 전압 공급 라인에 배치되는 MOSFET Q51, Q52, 오차 증폭기(371 내지 373), 정전류원 I51, I52, 외장형의 저항 R51 내지 R55를 갖는다.
전류 전압 제한 회로(37)에서는, MOSFET Q51, Q52의 게이트 전위를 오차 증폭기(371 내지 373)에서 제어한다.
제어 전압으로서, 전압 레귤레이션의 경우에는 오차 증폭기(371)에 부여되는 기준 전압 Vref1이다.
전류 레귤레이션의 경우에는, 제어 전압으로서 축전 소자(BAT)(40)의 R55의 패스로부터 정전류원 I51, I52에서 전류를 인장한 경우의 전압 드롭분으로 한다.
또한, 최대 제한과 초기 충전 제한의 2종류의 제어를 마련한다.
[ΔV 검출 방법]
CV 충전으로 되고나서, 예를 들어 5분 등의 주기로 ΔV 검출을 개시한다.
주기를 5분으로 한 것은 발전 소자(태양 전지)(20)의 출력 전력 성능이나 축전 소자(40)의 충전 용량 등에 의한다.
ΔV 검출 중에 충전을 정지하고, 축전 소자(40)의 개방 전압을 측정한다.
충전을 정지하는 시간은 2초, 3초 등이다. 정지 시간은 ADC나 축전 소자(40)의 성능 등에 의한다.
본 실시 형태에 있어서는, 축전 소자(40)로의 개방 전의 충전 전압과, 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분을 ΔV로서 측정하고, 그 차분 ΔV가 일정값 이하, 예를 들어 50㎷ 등의 값 이하인 경우, 충전을 정지한다.
[전체의 충전 제어]
이어서, 전력 제어 장치(30)에 의한 축전 소자(40)로의 충전 제어에 대하여 설명한다.
도 27은, 본 실시 형태에 따른 전력 제어 장치의 전체적인 충전 제어를 설명하기 위한 플로우차트이다.
여기서, 제2 제어부(35)는 서미스터(50)의 검출 결과 등을 근거로 한 파워 스위치 회로(32) 등에의 제어를 행한다.
이하의 설명에서는, 이 제2 제어부(35), 스타트 업 회로(38)의 동작도 포함시켜 전체적인 충전 제어에 대하여 설명한다.
우선, MPPT 충전을 OFF(ST101), 초기 충전을 OFF(ST102)한 상태에서, 발전 소자(20)에 의한 입력 전압 VIN이, 축전 소자(40)의 전압 VBAT보다 높은지 여부의 판정이 행해진다(ST103).
스텝 ST103에서 입력 전압 VIN이, 축전 소자(40)의 전압 VBAT보다 높다고 판정하면, 로우이고 액티브한 충전 인에이블 신호 EN_X가 로우 레벨인지 여부를 판정한다(ST104).
충전 인에이블 신호 EN_X가 로우 레벨이면, 서미스터(50)에 의한 온도가 0° 이하가 아니고(ST105), 60° 이상이 아닌 경우에(ST106), 초기 충전이 ON으로 된다(ST107).
이에 의해, 발전 소자(20)에서 발전된 전력에 의한 축전 소자(40)에 대한 초기 충전이 행해진다. 그리고, 스텝 ST103의 처리로 복귀된다.
또한, 스텝 ST105 내지 ST107에서 부정적인 판정 결과가 얻어진 경우, 초기 충전을 OFF 상태 그대로 두고(ST108), 스텝 ST103의 처리로 복귀된다.
스텝 ST103에서 입력 전압 VIN이, 축전 소자(40)의 전압 VBAT보다 낮다고 판정되면, 초기 충전이 OFF로 되고(ST109), MTTP 충전이 OFF로 유지된다(ST110).
이어서, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 만충전 시의 4.2V에 제한을 건 4.1V보다 낮은지 여부의 판정이 행해진다(ST111).
축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 4.1V보다 낮은 경우에는, 발전 소자(20-1, 20-2)에 의한 입력 전압 VIN이, 축전 소자(40)의 전압 VBAT보다 높은지 여부의 판정이 행해진다(ST112).
입력 전압 VIN이, 축전 소자(40)의 전압 VBAT보다 높은 경우에는, 스텝 ST103의 처리로 복귀되고, 낮은 경우에는 충전계 회로의 기동 임계값 전압 VSCEN보다 기동 전압 VSTART가 낮은지 여부의 판정이 행해진다(ST113).
기동 임계값 전압 VSCEN보다 기동 전압 VSTART가 높은 경우에는 스텝 ST109로부터의 처리로 복귀된다.
기동 임계값 전압 VSCEN보다 기동 전압 VSTART가 낮은 경우에는 다음과 같이 된다.
즉, 서미스터(50)에 의한 온도가 0° 이하가 아니고(ST114), 60° 이상이 아닌 경우(ST115)이고, 인에이블 신호 EN_X가 로우 레벨인 경우에(ST116), MTTP 충전이 ON으로 된다(ST117).
이에 따라, 예를 들어 전압 변환부(31)가 적용되도록 스위칭이 행해지고 있는 경우에, MPPT 충전 제어가 행해진다(ST118).
MPPT 충전 제어 후, MPPT 충전이 OFF로 되고(ST119), 축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 만충전 시의 4.2V보다 낮은지 여부의 판정이 행해진다(ST120).
축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 만충전 시의 4.2V보다 낮은 경우에는, 입력 전압 VIN이, 축전 소자(40)의 전압 VBAT보다 높은지 여부의 판정이 행해지고(ST121), 높은 경우에는 스텝 ST103으로부터의 처리로 복귀된다.
입력 전압 VIN이, 축전 소자(40)의 전압 VBAT보다 낮은 경우에는, 발전 소자(20)의 출력 전압 VC1이 전압 VTHR보다 낮은지 여부의 판정이 행해진다(ST122).
그리고, 출력 전압 VC1이 전압 VTHR보다 낮은 경우에는 스텝 ST103으로부터의 처리로 복귀되고, 높은 경우에는, 스텝 ST114로부터의 처리로 복귀된다.
또한, 스텝 ST120에서, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 만충전 시의 4.2V보다 높다고 판정되면, 시스템 급전 기능이 ON으로 된다(ST123).
그리고, 축전 소자(40)의 전압 VBAT가, 만충전 시의 4.2V에 제한을 건 4.1V보다 낮은지 여부의 판정이 행해지고(ST124), 낮은 경우에 시스템 급전 기능이 OFF로 되고(ST125), 스텝 ST103으로부터의 처리로 복귀된다.
또한, 전류 전압 제한 회로(37)가 전력 공급을 제한하고 있을 때는, 역류 방지 회로(36)의 역류 방지 기능을 정지시키도록 제어하는 것도 가능하다.
이 제어는, 전류 전압 제한 회로(37)가 직접 행하도록 구성하는 것도 가능하고, 또한, 제1 제어부(34) 또는 제2 제어부(35)에 의해 제어하도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 제2 제어부(35)가 이차 전지인 축전 소자(40)의 전압 VBAT를 감시하여 만충전 시에는 전압 변환부(31)를 오프로 하도록 제어를 행하는 것도 가능하다.
또한, 도 28에 도시하는 바와 같이, 전류 전압 제한 회로(37-2)를 발전 소자(202)의 접속부에 배치하여, 발전 소자(20)가 발전한 전력이 일정값 이상인 경우에는 공급 전력을 제한하도록 구성하는 것도 가능하다.
이 경우도, 전류 전압 제한 회로(37-2)가 전력 공급을 제한하고 있을 때는, 역류 방지 회로(36)의 역류 방지 기능을 정지시키도록 제어하는 것도 가능하다.
도 28의 구성에서는, 전력 제어 장치(30)의 입력단과 출력단에 전류 전압 제한 회로를 배치한 경우를 예시하고 있지만, 어느 한쪽에 배치하도록 구성하는 것도 가능하다.
<5. 상이한 종류의 태양 전지를 사용하는 경우>
도 29는, 조도에 대한 전압(개방 전압 또는 최대 동작점 전압)의 변화율은, 태양 전지의 종류에 따라 상이한 것을 도시하는 도면이다.
아몰퍼스 실리콘(a-Si)은 조도에 대한 전압의 변화율이 적다.
결정 실리콘(c-Si)은 조도에 대한 전압의 변화율이 크다.
그리고, 전압의 변화율이 많은 태양 전지의 출력은, 전압(개방 전압 또는 최대 동작점 전압)이 V1 이하인 경우에는 전압 변환부(31)로서의 DC-DC 컨버터에서 승압하도록 제어한다.
또한, 전압이 전정전압 V2 이상인 경우에는 DC-DC 컨버터에서 강압하도록 제어한다. 전압이 V1과 V2 사이에 있는 경우, DC-DC 컨버터를 통과시키지 않고, 발전 소자(20)와 축전 소자(40)측을 직결하여 출력한다.
본 실시 형태의 급전 시스템에 의하면, 태양 전지 등의 발전 소자(20)로부터 이차 전지인 축전 소자(배터리)(40)로의 충전(축전)을, 일광 하에서 뿐만 아니라, 응달이나 간접광, 밝은 실내 등의 일상의 환경 하에서 가능하게 된다.
특히, 태양 전지 등의 발전 소자의 최대 동작점을 유지하도록 제어할 수 있어, 전력 손실을 피할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 형태에 있어서 설명한 처리 수순은, 이들 일련의 수순을 갖는 방법으로서 취해도 되고, 또한, 이들 일련의 수순을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램 내지 그 프로그램을 기억하는 기록 매체로서 취해도 된다. 이 기록 매체로서, 예를 들어 CD(Compact Disc), MD(Mini Disc), DVD(Digital Versatile Disc), 메모리 카드, 블루레이 디스크(Blu-ray Disc(등록 상표)) 등을 사용할 수 있다.
10 : 급전 시스템
20 : 발전 소자
30 : 전력 제어 장치
31 : 전압 변환부
32 : 파워 스위치 회로(전력 경로 전환부)
33 : 특성 측정 회로
34 : 제1 제어부
35 : 제2 제어부
36 : 역류 방지 회로
37 : 전류 전압 제한 회로
38 : 스타트 업 회로
40 : 축전 소자

Claims (39)

  1. 발전 소자가 접속 가능하고, 경로 전환 신호에 따라서 부하측 축전 소자로의 전력 경로를 전환하는 전력 경로 전환부와,
    상기 전력 경로 전환부를 거쳐서 공급되는, 상기 발전 소자에서 발전된 전압 레벨을 변환하고, 상기 부하측 축전 소자에 공급 가능한 전압 변환부와,
    상기 발전 소자의 개방 전압을 측정하는 기능을 갖고, 측정한 개방 전압에 기초하여 상기 발전 소자의 최대 동작점 전압을 얻는 특성 측정 회로와,
    상기 발전 소자의 상기 개방 전압 및 상기 최대 동작점 전압 중 적어도 상기 최대 동작점 전압과 상기 부하측 축전 소자의 전압의 대소 관계에 따라서 설정되는 전환 임계값과, 상기 부하측 축전 소자의 전압과의 비교 결과에 따른 상기 경로 전환 신호를 상기 전력 경로 전환부로 출력하는 제어부를 갖고,
    상기 전력 경로 전환부는,
    상기 경로 전환 신호에 따라, 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로, 또는, 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성하는 전력 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 변환부는,
    입력 전압을 승압하는 승압계를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압 이상이고 상기 개방 전압 이하인 전압을 상기 전환 임계값이라고 하고,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이하인 경우에는, 상기 전력 경로 전환부에 대하여 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성하도록 상기 경로 전환 신호를 출력하고,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이상인 경우에는, 상기 전력 경로 전환부에 대하여 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로를 형성하도록 상기 경로 전환 신호를 출력하는 전력 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이상인 경우에, 상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압이 미리 설정한 상기 발전 소자에 의한 발전 출력 전압에 관한 최저 보상 임계값 전압 이상일 때에, 상기 전력 경로 전환부에 대하여 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로를 형성하도록 상기 경로 전환 신호를 출력하는 전력 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이상이고 상기 개방 전압 이하인 경우에, 상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압이 미리 설정한 상기 발전 소자에 의한 발전 출력 전압에 관한 최저 보상 임계값 전압보다 낮을 때에는, 상기 전력 경로 전환부에 대하여 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성하도록 상기 경로 전환 신호를 출력하는 전력 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 개방 전압 이상인 경우에, 상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압이 미리 설정한 상기 발전 소자에 의한 발전 출력 전압에 관한 최저 보상 임계값 전압보다 낮을 때에는, 상기 축전 소자측 단자를 개방하는 전력 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전압 변환부는,
    입력 전압을 강압하는 강압계를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압 이하의 전압을 상기 전환 임계값이라고 하고,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이하인 경우에는, 상기 전력 경로 전환부에 대하여 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로를 형성하도록 상기 경로 전환 신호를 출력하고,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이상인 경우에는, 상기 전력 경로 전환부에 대하여 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성하도록 상기 경로 전환 신호를 출력하는 전력 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이하인 경우에, 상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압이 미리 설정한 상기 발전 소자에 의한 발전 출력 전압에 관한 최고 보상 임계값 전압 이하일 때에, 상기 전력 경로 전환부에 대하여 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로를 형성하도록 상기 경로 전환 신호를 출력하는 전력 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이하인 경우에, 상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압이 미리 설정한 상기 발전 소자에 의한 발전 출력 전압에 관한 최고 보상 임계값 전압보다 높을 때에, 상기 전력 경로 전환부에 대하여 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성하도록 상기 경로 전환 신호를 출력하는 전력 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    전력 공급 라인의 전위보다 부하측의 전위가 높아지는 경우에, 상기 부하측으로부터의 역류를 방지하는 기능을 포함하는 역류 방지 회로를 포함하는 전력 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발전 소자의 전력을 부하측의 축전 소자에 공급하여 충전하고, 당해 공급 전력을 제한 가능한 제한 회로로, 상기 축전 소자로의 공급 전압이 만충전 전압보다 낮은 전압으로 되도록 전력 공급을 제한하는 제한 회로를 포함하는 전력 제어 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 발전 소자의 전력을 부하측의 축전 소자에 공급하여 충전하고, 당해 공급 전력을 제한 가능한 제한 회로로, 상기 축전 소자로의 공급 전압이 만충전 전압보다 낮은 전압으로 되도록 전력 공급을 제한하는 제한 회로를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제한 회로가 전력 공급을 제한하고 있을 때는, 상기 역류 방지 회로의 역류 방지 기능을 정지시키는 전력 제어 장치.
  12. 발전 소자를, 당해 발전 소자에서 발전된 전압 레벨을 변환하고, 부하측 축전 소자에 공급 가능한 전압 변환부에 접속할지, 당해 부하측 축전 소자에 직접 접속할지의 전력 경로의 전환을 행할 때,
    상기 발전 소자의 개방 전압을 측정하고,
    측정한 개방 전압에 기초하여 상기 발전 소자의 최대 동작점 전압을 취득하고,
    상기 발전 소자의 상기 개방 전압 및 상기 최대 동작점 전압 중 적어도 상기 최대 동작점 전압과 상기 부하측 축전 소자의 전압의 대소 관계에 따라서 전환 임계값을 설정하고,
    상기 부하측 축전 소자의 전압과 당해 전환 임계값의 비교 결과에 따라, 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로, 또는, 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성하는 전력 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전압 변환부는,
    입력 전압을 승압하는 승압계를 포함하고,
    상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압 이상이고 상기 개방 전압 이하인 전압을 상기 전환 임계값이라고 하고,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이하인 경우에는, 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성하고,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이상인 경우에는, 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로를 형성하는 전력 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이상인 경우에, 상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압이 미리 설정한 상기 발전 소자에 의한 발전 출력 전압에 관한 최저 보상 임계값 전압 이상일 때에, 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로를 형성하는 전력 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이상이고 상기 개방 전압 이하인 경우에, 상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압이 미리 설정한 상기 발전 소자에 의한 발전 출력 전압에 관한 최저 보상 임계값 전압보다 낮을 때에는, 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성하는 전력 제어 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 개방 전압 이상인 경우에, 상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압이 미리 설정한 상기 발전 소자에 의한 발전 출력 전압에 관한 최저 보상 임계값 전압보다 낮을 때에는, 상기 축전 소자측 단자를 개방하는 전력 제어 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 전압 변환부는,
    입력 전압을 강압하는 강압계를 포함하고,
    상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압 이하의 전압을 상기 전환 임계값이라고 하고,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이하인 경우에는, 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로를 형성하고,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이상인 경우에는, 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성하는 전력 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이하인 경우에, 상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압이 미리 설정한 상기 발전 소자에 의한 발전 출력 전압에 관한 최고 보상 임계값 전압 이하일 때에, 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로를 형성하는 전력 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 전환 임계값 이하인 경우에, 상기 발전 소자의 상기 최대 동작점 전압이 미리 설정한 상기 발전 소자에 의한 발전 출력 전압에 관한 최고 보상 임계값 전압보다 높을 때, 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성하는 전력 제어 방법.
  20. 전력을 발전하는 발전 소자와,
    상기 발전 소자에서 발전된 전력을 축전하는 축전 소자와,
    상기 발전 소자의 전력을 부하측의 상기 축전 소자에 공급하는 전력 제어 장치를 갖고,
    상기 전력 제어 장치는,
    발전 소자가 접속 가능하고, 경로 전환 신호에 따라서 부하측 축전 소자로의 전력 경로를 전환하는 전력 경로 전환부와,
    상기 전력 경로 전환부를 거쳐서 공급되는, 상기 발전 소자에서 발전된 전압 레벨을 변환하고, 상기 부하측 축전 소자에 공급 가능한 전압 변환부와,
    상기 발전 소자의 개방 전압을 측정하는 기능을 갖고, 측정한 개방 전압에 기초하여 상기 발전 소자의 최대 동작점 전압을 얻는 특성 측정 회로와,
    상기 발전 소자의 상기 개방 전압 및 상기 최대 동작점 전압 중 적어도 상기 최대 동작점 전압과 상기 부하측 축전 소자의 전압의 대소 관계에 따라서 설정되는 전환 임계값과, 상기 부하측 축전 소자의 전압과의 비교 결과에 따른 상기 경로 전환 신호를 상기 전력 경로 전환부로 출력하는 제어부를 포함하고,상기 전력 경로 전환부는,
    상기 경로 전환 신호에 따라, 상기 발전 소자를 상기 전압 변환부에 접속하여 당해 출력을 상기 축전 소자측에 접속하는 경로, 또는, 상기 발전 소자를 축전 소자측에 직접 접속하는 경로를 형성하는 급전 시스템.
  21. 발전 소자에서 발전된 전력의 부하측 축전 소자의 충전 제어를 행하는 제어부를 갖고,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한,
    상기 축전 소자 또는 상기 발전 소자의 전압 또는 전류에 따라서 상기 축전 소자의 단자 개방 시간 간격을 변경하고,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 만충전 전압에 도달할 때까지는, 상기 축전 소자 단자를 개방하지 않고, 축전 소자 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하지 않도록 제어하는, 전력 제어 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한,
    상기 축전 소자의 전압이 높을수록 상기 축전 소자의 단자 개방 시간 간격이 짧아지도록 제어하는 전력 제어 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한,
    상기 발전 소자의 출력 전압이 높을수록 상기 축전 소자의 단자 개방 시간 간격이 짧아지도록 제어하는 전력 제어 장치.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압이 만충전 개방 전압 이상으로 된 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하로 된 경우도, 상기 축전 소자 또는 상기 발전 소자의 전압 또는 전류에 따라서 상기 축전 소자의 단자 개방 시간 간격을 변경하는 제어를 행하는 전력 제어 장치.
  25. 삭제
  26. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압이 만충전 전압에 도달하고나서, 축전 소자 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하도록 제어하는 전력 제어 장치.
  27. 발전 소자에서 발전된 전력의 부하측 축전 소자의 충전 제어를 행하는 제어부를 갖고,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 만충전 전압에 도달할 때까지는, 상기 축전 소자 단자를 개방하지 않고, 축전 소자 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하지 않도록 제어하는 전력 제어 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압이 만충전 전압에 도달하고나서, 축전 소자 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하도록 제어하는 전력 제어 장치.
  29. 제21항에 있어서,
    전력 공급 라인의 전위보다 부하측의 전위가 높아지는 경우에, 상기 부하측으로부터의 역류를 방지하는 기능을 포함하는 역류 방지 회로를 포함하는 전력 제어 장치.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 발전 소자의 전력을 부하측의 축전 소자에 공급하여 충전하고, 당해 공급 전력을 제한 가능한 제한 회로로, 상기 축전 소자로의 공급 전압이 만충전 전압보다 낮은 전압으로 되도록 전력 공급을 제한하는 제한 회로를 포함하는 전력 제어 장치.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 발전 소자의 전력을 부하측의 축전 소자에 공급하여 충전하고, 당해 공급 전력을 제한 가능한 제한 회로로, 상기 축전 소자로의 공급 전압이 만충전 전압보다 낮은 전압으로 되도록 전력 공급을 제한하는 제한 회로를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제한 회로가 전력 공급을 제한하고 있을 때는, 상기 역류 방지 회로의 역류 방지 기능을 정지시키는 전력 제어 장치.
  32. 발전 소자에서 발전된 전력의 부하측 축전 소자의 충전 제어를 행할 때,
    상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한,
    상기 축전 소자 또는 상기 발전 소자의 전압 또는 전류에 따라서 상기 축전 소자의 단자 개방 시간 간격을 변경하고,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 만충전 전압에 도달할 때까지는, 상기 축전 소자 단자를 개방하지 않고, 축전 소자 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하지 않도록 제어하는, 전력 제어 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 높을수록 상기 축전 소자의 단자 개방 시간 간격이 짧아지도록 제어하는 전력 제어 방법.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 발전 소자의 출력 전압이 높을수록 상기 축전 소자의 단자 개방 시간 간격이 짧아지도록 제어하는 전력 제어 방법.
  35. 삭제
  36. 발전 소자에서 발전된 전력의 부하측 축전 소자의 충전 제어를 행할 때,
    상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 만충전 전압에 도달할 때까지는, 상기 축전 소자 단자를 개방하지 않고, 축전 소자 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하지 않도록 제어하는 전력 제어 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 축전 소자의 전압이 만충전 전압에 도달하고나서, 축전 소자 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하도록 제어하는 전력 제어 방법.
  38. 전력을 발전하는 발전 소자와,
    상기 발전 소자에서 발전된 전력을 축전하는 축전 소자와,
    상기 발전 소자의 전력을 상기 축전 소자에 공급하는 전력 제어 장치를 갖고,
    상기 전력 제어 장치는,
    발전 소자에서 발전된 전력의 부하측 축전 소자의 충전 제어를 행하는 제어부를 갖고,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한,
    상기 축전 소자 또는 상기 발전 소자의 전압 또는 전류에 따라서 상기 축전 소자의 단자 개방 시간 간격을 변경하고,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 만충전 전압에 도달할 때까지는, 상기 축전 소자 단자를 개방하지 않고, 축전 소자 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하지 않도록 제어하는, 급전 시스템.
  39. 전력을 발전하는 발전 소자와,
    상기 발전 소자에서 발전된 전력을 축전하는 축전 소자와,
    상기 발전 소자의 전력을 상기 축전 소자에 공급하는 전력 제어 장치를 갖고,
    상기 전력 제어 장치는,
    발전 소자에서 발전된 전력의 부하측 축전 소자의 충전 제어를 행하는 제어부를 갖고,
    상기 제어부는,
    상기 축전 소자의 전압을 감시하고, 축전 소자 단자의 개방 시의 전압이 만충전 전압 이상에 도달한 경우, 또는 상기 축전 소자로의 개방 전의 충전 전압과 상기 축전 소자 단자의 개방 시의 전압의 차분이 일정값 이하에 도달한 경우, 충전을 정지하는 충전 제어를 행하고, 또한,
    상기 축전 소자의 전압이 상기 만충전 전압에 도달할 때까지는, 상기 축전 소자 단자를 개방하지 않고, 축전 소자 단자를 개방한 상태에서의 만충전 검지를 행하지 않도록 제어하는, 급전 시스템.
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