制御システム、制御装置および制御方法
【課題】例えば、太陽発電等の発電部から供給される電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる。
【解決手段】制御システムは、例えば、発電部から第１の電圧が供給され、第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する第１の装置と、第１の装置から第２の電圧が供給され、第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる第２の装置とから構成される。
【解決手段】制御システムは、例えば、発電部から第１の電圧が供給され、第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する第１の装置と、第１の装置から第２の電圧が供給され、第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる第２の装置とから構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば、バッテリに対する充電レートを変化させる制御システム、制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオンバッテリに代表される二次電池が広く普及している。下記特許文献１には、二次電池に対して通常の充電レートで充電するか、または、高い充電レートで充電するかを、ユーザが選択できるようにしたシステムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０８３０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術は、充電レートをユーザによる操作に応じて変化させるものである。例えば、太陽光発電のように、天候の変化等に起因して供給可能な電力が変化する場合に、供給可能な電力の変化に応じて充電レートを変化させることができない。
【０００５】
したがって、本開示の目的の一つは、太陽光発電などの発電部が生成する電圧の変動に応じて、充電レートを変化させる制御システム、制御装置および制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本開示は、例えば、
発電部から第１の電圧が供給され、
第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する第１の装置と、
第１の装置から第２の電圧が供給され、
第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる第２の装置と
からなる制御システムである。
【０００７】
本開示は、例えば、
発電部から第１の電圧が供給され、第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する装置と接続され、
装置から第２の電圧が供給され、
第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる制御装置である。
【０００８】
本開示は、例えば、
第１の装置に対して、発電部から第１の電圧が供給され、
第１の装置によって、第１の電圧の変動に応じて第２の電圧が生成され、
第２の装置に対して、第１の装置から第２の電圧が供給され、
第２の装置によって、第２の電圧の変動に応じてバッテリに対する充電レートが変化させられる
制御方法である。
【発明の効果】
【０００９】
少なくとも一つの実施形態によれば、発電部からの電圧に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】コントロールユニットの構成例を示すブロック図である。
【図３】コントロールユニットの電源系統の構成例を示すブロック図である。
【図４】コントロールユニットにおける高圧入力電源回路の具体的な構成の一例を示す。
【図５】バッテリユニットの構成例を示すブロック図である。
【図６】バッテリユニットの電源系統の構成例を示すブロック図である。
【図７】バッテリユニットにおけるチャージャー回路の具体的な構成の一例を示す。
【図８】Ａは、太陽電池の電圧−電流特性を示すグラフである。Ｂは、ある曲線により太陽電池の電圧−電流特性が表される場合における、太陽電池の端子電圧と太陽電池の発電電力との関係を表したグラフ（Ｐ−Ｖ曲線）である。
【図９】Ａは、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線の変化に対する動作点の変化を説明するための図である。Ｂは、コントロールユニットおよび複数のバッテリユニットにより協調制御を行う制御システムの構成例を示すブロック図である。
【図１０】Ａは、太陽電池に対する照度が減少した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化を説明するための図である。Ｂは、太陽電池からみた負荷が増加した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化を説明するための図である。
【図１１】太陽電池に対する照度と太陽電池からみた負荷との両方が変化した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
＜１．一実施形態＞
＜２．変形例＞
なお、以下に説明する実施形態および変形例は、本開示の好適な具体例であり、これらの実施形態および変形例に限定されないものとする。
【００１２】
＜１．一実施形態＞
「システムの構成」
図１は、本開示における制御システムの構成の一例を示す。制御システムは、１または複数のコントロールユニットＣＵと、１または複数のバッテリユニットＢＵとから構成される。図１に例示する制御システム１は、１のコントロールユニットＣＵと、３個のバッテリユニットＢＵａ、ＢＵｂ、ＢＵｃとから構成される。以下の説明において、個々のバッテリユニットを区別する必要がないときは、バッテリユニットＢＵと適宜称する。
【００１３】
制御システム１では、複数のバッテリユニットＢＵを独立して制御することが可能とされている。さらに、複数のバッテリユニットＢＵはそれぞれ独立して、制御システム１に接続できる。例えば、バッテリユニットＢＵａおよびバッテリユニットＢＵｂが制御システム１に接続された状態で、新たにバッテリユニットＢＵｃを制御システム１に接続することができる。バッテリユニットＢＵａ〜バッテリユニットＢＵｃが制御システム１に接続された状態で、バッテリユニットＢＵｂのみを制御システム１から離脱することができる。
【００１４】
コントロールユニットＣＵとそれぞれのバッテリユニットＢＵとが、電力ラインによって接続されている。電力ラインは、例えば、コントロールユニットＣＵからバッテリユニットＢＵに電力が伝送される電力ラインＬ１と、バッテリユニットＢＵからコントロールユニットＣＵに電力が伝送される電力ラインＬ２とからなる。コントロールユニットＣＵとそれぞれのバッテリユニットＢＵとの間で、信号ラインＳＬを介した双方向の通信がなされる。通信は、例えば、ＳＭＢｕｓ(System Management Bus)やＵＡＲＴ(Universal asynchronous Receiver-Transmitter)などの仕様に準じた通信がなされる。
【００１５】
信号ラインＳＬは、１または複数のラインによって構成され、用途に応じて、使用されるラインが定義されている。信号ラインＳＬは共通化されており、信号ラインＳＬに対して各バッテリユニットＢＵが接続される。各バッテリユニットＢＵは、信号ラインＳＬを介して伝送される制御信号のヘッダ部を分析して、自己に対する制御信号か否かを判別する。制御信号のレベル等を適宜、設定することで、バッテリユニットＢＵに対するコマンドを伝送できる。バッテリユニットＢＵからコントロールユニットＣＵに対する応答は他のバッテリユニットＢＵにも伝送されるが、他のバッテリユニットＢＵは、応答が伝送されることに応じた動作をすることはない。なお、この例では、電力の伝送および通信が有線により行われるものとして説明するが、無線によって行われるようにしてもよい。
【００１６】
「コントロールユニットの構成の概要」
コントロールユニットＣＵは、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２を含む構成とされる。コントロールユニットＣＵは、１または複数の第１の装置を有する。この例では、コントロールユニットＣＵは、２個の第１の装置を有し、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２がそれぞれ第１の装置に対応している。なお、高圧および低圧という表現を使用しているが、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２に入力される電圧が同じ入力範囲でもかまわない。高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２が受け入れることができる電圧の入力範囲が重複しても一向に構わない。
【００１７】
高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２に、環境に応じて発電する発電部によって生成された電圧が供給される。例えば、発電部は、太陽光や風力によって発電する装置である。一方で、この発電部は、自然環境に応じて発電する装置に限られない。例えば、発電部が人力によって発電する装置として構成されてもよい。このように、発電エネルギーが環境や状況に応じて変動する発電装置を想定しているが、変動しない物も受けいれることが可能である。そのため、図示しているように、ＡＣ電力の入力も行われるようになっている。なお、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２には、同一の発電部または異なる発電部から電圧が供給される。そして、発電部によって生成される電圧が第１の電圧の一例とされる。
【００１８】
高圧入力電源回路１１には、例えば、太陽光発電によって生成された７５Ｖ（ボルト）〜１００Ｖ程度のＤＣ(Direct Current)電圧（Ｖ１０）が供給される。高圧入力電源回路１１に、１００Ｖ〜２５０Ｖ程度のＡＣ(Alternating Current)電圧が供給されてもよい。高圧入力電源回路１１は、太陽光発電から供給される電圧Ｖ１０の変動に応じて第２の電圧を生成する。例えば、電圧Ｖ１０が、高圧入力電源回路１１によって降圧されることで第２の電圧が生成される。第２の電圧は、例えば、４５〜４８Ｖの範囲内のＤＣ電圧である。
【００１９】
高圧入力電源回路１１は、電圧Ｖ１０が７５Ｖのときは、電圧Ｖ１０を４５Ｖに変換する。電圧Ｖ１０が１００Ｖのときは、電圧Ｖ１０を４８Ｖに変換する。電圧Ｖ１０が７５Ｖから１００Ｖの範囲を変化するのに応じて、高圧入力電源回路１１は、４５Ｖから４８Ｖの範囲で略リニアに変化させて、第２の電圧を生成する。高圧入力電源回路１１は、生成した第２の電圧を出力する。なお、変化率をリニアにせず、各種フィードバック回路を用いて、その出力をそのまま利用するようにしてもよい。
【００２０】
低圧入力電源回路１２には、例えば、風力発電や人力によって生成された１０Ｖ〜４０Ｖ程度の範囲のＤＣ電圧（Ｖ１１）が供給される。低圧入力電源回路１２は、高圧入力電源回路１１と同様に、電圧Ｖ１１の変動に応じて第２の電圧を生成する。低圧入力電源回路１２は、電圧Ｖ１１が１０Ｖ〜４０Ｖの範囲を変化することにともなって、電圧Ｖ１１を、例えば、４５Ｖ〜４８Ｖの範囲のＤＣ電圧に昇圧する。昇圧されたＤＣ電圧が低圧入力電源回路１２から出力される。
【００２１】
高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２からの出力電圧の両方もしくは一方が、バッテリユニットＢＵに供給される。図では、バッテリユニットＢＵに供給されるＤＣ電圧がＶ１２として示されている。上述したように、電圧Ｖ１２は、例えば、４５〜４８Ｖの範囲のＤＣ電圧である。電圧Ｖ１２によって、複数のバッテリユニットＢＵのうち全部または一部が充電される。なお、放電しているバッテリユニットＢＵに対しては、充電はなされない。
【００２２】
コントロールユニットＣＵに対して、パーソナルコンピュータが接続可能とされてもよい。例えば、ＵＳＢ(Universal Serial Bus)によって、コントロールユニットＣＵとパーソナルコンピュータとが接続される。パーソナルコンピュータを使用して、コントロールユニットＣＵに対する制御がなされるようにしてもよい。
【００２３】
「バッテリユニットの構成の概要」
第２の装置の一例であるバッテリユニットの構成の概要について説明する。以下、バッテリユニットＢＵａを例にして説明するが、バッテリユニットＢＵｂおよびバッテリユニットＢＵｃは、特に断わらない限り同一の構成とされる。
【００２４】
バッテリユニットＢＵａは、チャージャー（充電）回路４１ａと、ディスチャージャー（放電）回路４２ａと、バッテリＢａとを含む構成とされる。他のバッテリユニットＢＵも同様に、チャージャー（充電）回路と、ディスチャージャー（放電）回路と、バッテリとを含む構成とされている。以下の説明において、個々のバッテリを区別する必要がないときは、バッテリＢと適宜称する。
【００２５】
チャージャー回路４１ａは、コントロールユニットＣＵから供給される電圧Ｖ１２をバッテリＢａに適応した電圧に変換する。変換された電圧に基づいて、バッテリＢａが充電される。なお、チャージャー回路４１ａは、電圧Ｖ１２の変動に応じて、バッテリＢａに対する充電レートを変化させる。
【００２６】
バッテリＢａから出力された電力がディスチャージャー回路４２ａに供給される。バッテリＢａからは、例えば、１２〜５５Ｖ程度の範囲のＤＣ電圧が出力される。ディスチャージャー回路４２ａによって、バッテリＢａから供給されたＤＣ電圧Ｖ１３に変換される。電圧Ｖ１３は、例えば、４８ＶのＤＣ電圧である。電圧Ｖ１３が、電力ラインＬ３を介して、ディスチャージャー回路４２ａからコントロールユニットＣＵに対して出力される。なお、バッテリＢａから出力されたＤＣ電圧が、ディスチャージャー回路４２ａを介さずに、外部機器に対して直接、供給されるようにしてもよい。
【００２７】
バッテリＢは、リチウムイオンバッテリ、オリビン型リン酸鉄リチウムイオンバッテリ、鉛バッテリなどである。各バッテリユニットＢＵのバッテリＢが異なるバッテリでもよい。例えば、バッテリユニットＢＵａのバッテリＢａおよびバッテリユニットＢＵｂのバッテリＢｂは、リチウムイオンバッテリで構成される。バッテリユニットＢＵｃのバッテリＢｃは、鉛バッテリで構成される。バッテリＢにおけるバッテリセルの個数および接続態様は適宜、変更可能である。複数のバッテリセルが直列または並列に接続されてもよい。複数のバッテリセルが直列に接続されたものが並列に接続されるようにしてもよい。
【００２８】
複数のバッテリユニットが放電するときは、負荷が軽い場合には、出力電圧が最も高い電圧が電圧Ｖ１３として電力ラインＬ２に供給される。負荷が重くなるにつれて、複数のバッテリユニットからの出力が合成され、合成された出力が電力ラインＬ２に供給される。電力ラインＬ２を介して、電圧Ｖ１３がコントロールユニットＣＵに供給される。電圧Ｖ１３がコントロールユニットＣＵの出力ポートから出力される。コントロールユニットＣＵに対しては、複数のバッテリユニットＢＵから分散して電力を供給することができる。このため、個々のバッテリユニットＢＵの負担を軽減することが可能となる。
【００２９】
例えば、以下のような使用形態が考えられる。バッテリユニットＢＵａから出力される電圧Ｖ１３がコントロールユニットＣＵを介して外部機器に供給される。バッテリユニットＢＵｂに対しては、コントロールユニットＣＵから電圧Ｖ１２が供給され、バッテリユニットＢＵｂのバッテリＢｂが充電される。バッテリユニットＢＵｃは、予備電源として使用される。例えば、バッテリユニットＢＵａの残容量が低下した際に、使用するバッテリユニットをバッテリユニットＢＵａからバッテリユニットＢＵｃに切り換える。バッテリユニットＢＵｃから出力された電圧Ｖ１３が外部機器に供給される。もちろん、上述した使用形態は一例であり、これに限定されることはない。
【００３０】
「コントロールユニットの内部構成」
図２は、コントロールユニットＣＵの内部構成の一例を示す。上述したように、コントロールユニットＣＵは、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２を含む構成とされる。高圧入力電源回路１１は、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ１１ａと、電圧Ｖ１０を４５Ｖ〜４８Ｖの範囲のＤＣ電圧に降圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂとを含む構成とされる。ＡＣ−ＤＣコンバータ１１ａおよびＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂの方式については、公知のものを適用できる。なお、高圧入力電源回路１１にＤＣ電圧のみが供給されるときは、ＡＣ−ＤＣコンバータ１１ａがなくてもよい。
【００３１】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂの入力段および出力段のそれぞれに、電圧センサと、電子スイッチと、電流センサとが接続されている。図２および後述する図５では、電圧センサを四角で、電子スイッチを丸で、電流センサを斜線が付された丸で、それぞれ簡略化して示している。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂの入力段には、電圧センサ１１ｃと、電子スイッチ１１ｄと、電流センサ１１ｅとが接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂの出力段には、電流センサ１１ｆと、電子スイッチ１１ｇと、電圧センサ１１ｈとが接続されている。各センサによって得られるセンサ情報が後述するＣＰＵ(Central Processing Unit)１３に供給される。各電子スイッチのオン／オフがＣＰＵ１３によって制御される。
【００３２】
低圧入力電源回路１２は、電圧Ｖ１１を４５Ｖ〜４８Ｖの範囲のＤＣ電圧に昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａを含む構成とされる。低圧入力電源回路１２の入力段および出力段のそれぞれに、電圧センサと、電子スイッチと、電流センサとが接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａの入力段には、電圧センサ１２ｂと、電子スイッチ１２ｃと、電流センサ１２ｄとが接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａの出力段には、電流センサ１２ｅと、電子スイッチ１２ｆと、電圧センサ１２ｇとが接続されている。各センサによって得られるセンサ情報が後述するＣＰＵ１３に供給される。各スイッチのオン／オフがＣＰＵ１３よって制御される。
【００３３】
なお、図において、センサから延びる矢印が、センサ情報がＣＰＵ１３に供給されることを示している。電子スイッチに対する矢印は、電子スイッチに対してＣＰＵ１３による制御がなされることを示している。
【００３４】
高圧入力電源回路１１の出力電圧がダイオードを介して出力される。低圧入力電源回路１２の出力電圧がダイオードを介して出力される。高圧入力電源回路１１の出力電圧および低圧入力電源回路１２の出力電圧が合成され、合成された電圧Ｖ１２が電力ラインＬ１を介してバッテリユニットＢＵに出力される。バッテリユニットＢＵから供給された電圧Ｖ１３が、電力ラインＬ２を介してコントロールユニットＣＵに供給される。次に、コントロールユニットＣＵに供給された電圧Ｖ１３が、電力ラインＬ３を介して外部機器に供給される。なお、図において、外部機器に供給される電圧を電圧Ｖ１４として示している。
【００３５】
電力ラインＬ３がバッテリユニットＢＵと接続されてもよい。このような構成により、例えば、バッテリユニットＢＵａから出力された電力が、電力ラインＬ２を介してコントロールユニットＣＵに供給される。供給された電力が電力ラインＬ３を介してバッテリユニットＢＵｂに供給され、バッテリユニットＢＵｂを充電することができる。なお、図示は省略しているが、電力ラインＬ２を介してコントロールユニットＣＵに供給された電力が、電力ラインＬ１に供給されるようにしてもよい。
【００３６】
コントロールユニットＣＵは、ＣＰＵ１３を含む構成とされる。ＣＰＵ１３は、コントロールユニットＣＵの各部を制御する。例えば、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２における電子スイッチをオン／オフする。さらに、ＣＰＵ１３は、各バッテリユニットＢＵに制御信号を供給する。ＣＰＵ１３は、例えば、バッテリユニットＢＵの電源をオンさせる制御信号や、充電または放電を指示する制御信号を、バッテリユニットＢＵに供給する。ＣＰＵ１３は、バッテリユニットＢＵ毎に異なる内容の制御信号を出力することができる。
【００３７】
ＣＰＵ１３は、バス１４を介してメモリ１５、Ｄ／Ａ(Digital to Analog)変換部１６、Ａ／Ｄ(Analog to Digital)変換部１７および温度センサ１８と接続されている。バス１４は、例えば、Ｉ2Ｃバスで構成される。メモリ１５は、ＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)などの不揮発性メモリにより構成される。Ｄ／Ａ変換部１６は、各種の処理で使用されるデジタル信号をアナログ信号に変換する。
【００３８】
ＣＰＵ１３には、電圧センサや電流センサにより測定されたセンサ情報が入力される。センサ情報は、Ａ／Ｄ変換部１７によってデジタル信号に変換された後に、ＣＰＵ１３に入力される。温度センサ１８は、環境温度を測定する。例えば、コントロールユニットＣＵ内部の温度や、コントロールユニットＣＵの周囲の温度を測定する。
【００３９】
ＣＰＵ１３が通信機能を有していてもよい。例えば、ＣＰＵ１３とパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１９との間で通信のやり取りがなされてもよい。パーソナルコンピュータに限らず、インターネットなどのネットワークに接続された機器とＣＰＵ１３との間で通信がなされるようにしてもよい。
【００４０】
「コントロールユニットの電源系統」
図３は、コントロールユニットＣＵの、主に電源系統に関する構成の一例を示す。高圧入力電源回路１１の出力段には、逆流防止用のダイオード２０が接続されている。低圧入力電源回路１２の出力段には、逆流防止用のダイオード２１が接続されている。ダイオード２０およびダイオード２１により、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２がＯＲ接続される。高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２の出力が合成されてバッテリユニットＢＵに供給される。実際には、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２の出力のうち、電圧が高い一方の出力がバッテリユニットＢＵに供給されるものの、負荷となるバッテリユニットＢＵの電力消費量に応じて、両方から電力が供給される状況にもなる。
【００４１】
コントロールユニットＣＵには、ユーザによって操作可能なメインスイッチＳＷ１が設けられている。メインスイッチＳＷ１がオンされることでＣＰＵ１３に電力が供給され、コントロールユニットＣＵが起動する。ＣＰＵ１３に、例えば、コントロールユニットＣＵに内蔵されるバッテリ２２から電力が供給される。バッテリ２２は、リチウムイオンバッテリなどの充電可能なバッテリである。バッテリ２２からのＤＣ電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ２３によって、ＣＰＵ１３が動作する電圧に変換される。変換された電圧がＣＰＵ１３の電源電圧として供給される。このように、コントロールユニットＣＵの起動時には、バッテリ２２が使用される。バッテリ２２に対する制御は、例えば、ＣＰＵ１３によってなされる。
【００４２】
高圧入力電源回路１１や低圧入力電源回路１２、あるいはバッテリユニットＢＵから供給される電力によってバッテリ２２を充電することができる。バッテリユニットＢＵから供給された電力がチャージャー回路２４に供給される。チャージャー回路２４は、ＤＣ−ＤＣコンバータを含む構成とされる。バッテリユニットＢＵから供給された電圧Ｖ１３がチャージャー回路２４によって所定のレベルのＤＣ電圧に変換される。変換されたＤＣ電圧がバッテリ２２に供給される。供給されたＤＣ電圧によってバッテリ２２が充電される。
【００４３】
なお、高圧入力電源回路１１や低圧入力電源回路１２、あるいはバッテリユニットＢＵから供給される電圧Ｖ１３によってＣＰＵ１３が動作するようにしてもよい。バッテリユニットＢＵから供給された電圧Ｖ１３がＤＣ−ＤＣコンバータ２５によって所定のレベルの電圧に変換される。変換された電圧が、電源電圧としてＣＰＵ１３に供給され、ＣＰＵ１３が動作する。
【００４４】
コントロールユニットＣＵが起動した後に、Ｖ１０およびＶ１１の少なくとも一方が入力されると電圧Ｖ１２が生成される。電圧Ｖ１２が、電力ラインＬ１を介してバッテリユニットＢＵに供給される。このとき、ＣＰＵ１３は、信号ラインＳＬを使用してバッテリユニットＢＵと通信を行う。この通信によって、ＣＰＵ１３は、バッテリユニットＢＵに対して起動および放電を指示する制御信号を出力する。そして、ＣＰＵ１３は、スイッチＳＷ２をオンする。スイッチＳＷ２は、例えば、ＦＥＴ(Field Effect Transistor)から構成される。ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)によって構成されてもよい。スイッチＳＷ２がオンされることで、バッテリユニットＢＵからコントロールユニットＣＵに電圧Ｖ１３が供給される。
【００４５】
スイッチＳＷ２の出力側には、逆流防止用のダイオード２６が接続されている。ダイオード２６を接続することにより、太陽電池や風力発電などから供給される不安定な電力が、外部機器に直接供給されることを防止できる。そして、外部機器には、バッテリユニットＢＵから供給される安定した電力を供給できる。もちろん、安全のために、バッテリユニットＢＵの最終段にもダイオードを設けてもよい。
【００４６】
バッテリユニットＢＵから供給された電力を外部機器に供給するときは、ＣＰＵ１３は、スイッチＳＷ３をオンする。スイッチＳＷ３がオンされることで、電圧Ｖ１３に基づく電圧Ｖ１４が、電力ラインＬ３を介して外部機器に供給される。なお、電圧Ｖ１４が他のバッテリユニットＢＵに供給され、他のバッテリユニットＢＵのバッテリＢが電圧Ｖ１４によって充電されてもよい。
【００４７】
「高圧入力電源回路の構成例」
図４は、高圧入力電源回路の具体的な構成の一例を示す。図４に示すように、高圧入力電源回路１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂと、後述するフィードフォワード制御系とを備えている。図４では、電圧センサ１１ｃ、電子スイッチ１１ｄ、電流センサ１１ｅ、電流センサ１１ｆ、電子スイッチ１１ｇおよび電圧センサ１１ｈならびにダイオード２０などの図示を省略している。
【００４８】
低圧入力電源回路１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａが昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとされること以外は、高圧入力電源回路１１の構成とほぼ同様の構成を備えているため、図示および説明を省略する。
【００４９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂは、例えば、スイッチング素子などを含む一次側回路３２と、トランス３３と、整流素子などを含む二次側回路３４とから構成される。図４に例示するＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂは、電流共振型のコンバータ（ＬＬＣ共振コンバータ）である。
【００５０】
フィードフォワード制御系は、オペアンプ３５、トランジスタ３６、抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２およびＲｃ３を含み、フィードフォワード制御系の出力は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂの一次側回路３２のドライバに備えられた制御用端子に入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂは、制御用端子に対する入力電圧が一定となるように、高圧入力電源回路１１からの出力電圧を調整する。
【００５１】
高圧入力電源回路１１がフィードフォワード制御系を備えることにより、高圧入力電源回路１１からの出力電圧の値が、あらかじめ設定された範囲内の電圧値となるように調整される。したがって、高圧入力電源回路１１を備えるコントロールユニットＣＵは、例えば、太陽電池などからの入力電圧の変化に応じて出力電圧を変化させる電圧変換装置の機能を有している。
【００５２】
図４に示すように、高圧入力電源回路１１からは、コンデンサ３１を含むＡＣ−ＤＣコンバータ１１ａ、一次側回路３２、トランス３３、二次側回路３４を介して出力電圧が取り出される。ＡＣ−ＤＣコンバータ１１ａは、コントロールユニットＣＵの外部からの入力が交流電源であるときに配置される力率補正（Power Factor Correction）回路である。
【００５３】
コントロールユニットＣＵからの出力は、電力ラインＬ１により、バッテリユニットＢＵに送出される。例えば、個々のバッテリユニットＢＵａ、ＢＵｂ、ＢＵｃ、・・・は、逆流防止用のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・を介して、出力端子Ｔｅ１、Ｔｅ２、Ｔｅ３、・・・にそれぞれ接続される。
【００５４】
以下、高圧入力電源回路１１に備えられたフィードフォワード制御系について説明する。
【００５５】
オペアンプ３５の非反転入力端子に対しては、高圧入力電源回路１１への入力電圧をｋｃ倍（ｋｃ：数十〜百分の一程度）した電圧が入力される。一方、オペアンプ３５の反転入力端子ｃ１に対しては、あらかじめ定められた一定の電圧Ｖｔ0をｋｃ倍した電圧が入力されている。オペアンプ３５の反転入力端子ｃ１に対する入力電圧（ｋｃ×Ｖｔ0）は、例えば、Ｄ／Ａ変換部１６から印加される。電圧Ｖｔ0の値は、例えば、Ｄ／Ａ変換部１６の内蔵メモリに保持され、必要に応じて、電圧Ｖｔ0の値を変更することが可能とされている。電圧Ｖｔ0の値が、バス１４を介してＣＰＵ１３に接続されたメモリ１５に保持され、これをＤ／Ａ変換部１６に転送するようにしてもよい。
【００５６】
オペアンプ３５の出力端子はトランジスタ３６のベースに接続されており、トランジスタ３６により、オペアンプ３５の非反転入力端子に対する入力電圧と反転入力端子に対する入力電圧との差に応じた電圧−電流変換が行われる。
【００５７】
トランジスタ３６のエミッタに接続された抵抗Ｒｃ２の抵抗値は、抵抗Ｒｃ２と並列に接続される抵抗Ｒｃ１の抵抗値に対して大とされている。
【００５８】
例えば、高圧入力電源回路１１に対する入力電圧が、あらかじめ定められた一定の電圧Ｖｔ0よりも十分に高い電圧であったとする。このとき、トランジスタ３６はオンであり、抵抗Ｒｃ１および抵抗Ｒｃ２の合成抵抗の値が抵抗Ｒｃ１の抵抗値より小となるため、図４に示すｆ点の電位はグラウンド電位に近づく。
【００５９】
すると、フォトカプラ３７を介して接続された、一次側回路３２のドライバに備えられた制御用端子に対する入力電圧が低下する。制御用端子に対する入力電圧の低下を検出したＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂは、制御用端子に対する入力電圧が一定となるように、高圧入力電源回路１１からの出力電圧を引き上げる。
【００６０】
逆に、例えば、コントロールユニットＣＵに接続された太陽電池の端子電圧が低下し、高圧入力電源回路１１に対する入力電圧が、あらかじめ定められた一定の電圧Ｖｔ0に近づいたとする。
【００６１】
高圧入力電源回路１１に対する入力電圧が下がってくると、トランジスタ３６の状態が、オンからオフの状態に近づく。トランジスタ３６の状態がオンからオフの状態に近づくに伴い、抵抗Ｒｃ１および抵抗Ｒｃ２には電流が流れにくくなり、図４に示すｆ点の電位が上昇する。
【００６２】
すると、一次側回路３２のドライバに備えられた制御用端子に対する入力電圧が一定に保たれなくなるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂは、制御用端子に対する入力電圧が一定となるように、高圧入力電源回路１１からの出力電圧を引き下げる。
【００６３】
すなわち、高圧入力電源回路１１は、入力電圧があらかじめ定められた一定の電圧Ｖｔ0よりも十分に高い電圧である場合には、出力電圧を引き上げる。また、高圧入力電源回路１１は、太陽電池の端子電圧が低下して、入力電圧があらかじめ定められた一定の電圧Ｖｔ0に近づくと、出力電圧を引き下げる。このように、高圧入力電源回路１１を備えるコントロールユニットＣＵは、入力電圧の大きさに応じて出力電圧を動的に変化させる。
【００６４】
さらに、以下に説明するように、高圧入力電源回路１１は、コントロールユニットＣＵの出力側で必要とされる電圧の変化に対しても出力電圧を動的に変化させる。
【００６５】
例えば、太陽電池の発電中に、コントロールユニットＣＵに対して電気的に接続されるバッテリユニットＢＵの数が増加したとする。すなわち、太陽電池の発電中において、太陽電池からみた負荷が増加したとする。
【００６６】
この場合、コントロールユニットＣＵに対して新たにバッテリユニットＢＵが電気的に接続されることにより、コントロールユニットＣＵに接続されている太陽電池の端子電圧が下がることになる。すると、高圧入力電源回路１１に対する入力電圧が低下するに伴い、トランジスタ３６の状態が、オンからオフの状態に近づくこととなり、高圧入力電源回路１１からの出力電圧が引き下げられる。
【００６７】
一方、例えば、太陽電池の発電中に、コントロールユニットＣＵに対して電気的に接続されたバッテリユニットＢＵの数が減少したとすると、太陽電池からみた負荷が減少するため、コントロールユニットＣＵに接続された太陽電池の端子電圧が上昇する。高圧入力電源回路１１に対する入力電圧が、あらかじめ定められた一定の電圧Ｖｔ0よりも十分に高い電圧になると、一次側回路３２のドライバに備えられた制御用端子に対する入力電圧が低下し、高圧入力電源回路１１からの出力電圧が引き上げられる。
【００６８】
なお、抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２およびＲｃ３の抵抗値は、高圧入力電源回路１１からの出力電圧の値があらかじめ設定された範囲内の電圧値となるように適宜選択される。すなわち、抵抗Ｒｃ１およびＲｃ２の抵抗値により、高圧入力電源回路１１からの出力電圧の上限がきめられる。トランジスタ３６は、高圧入力電源回路１１に対する入力電圧が所定の値を超えているときに、高圧入力電源回路１１からの出力電圧の値が、あらかじめ設定された上限の電圧値を超えないようにするために配置されている。
【００６９】
一方、高圧入力電源回路１１からの出力電圧の下限は、後述するように、チャージャー回路４１ａにおけるフィードフォワード制御系のオペアンプの反転入力端子に対する入力電圧によってきめられる。
【００７０】
「バッテリユニットの内部構成」
図５は、バッテリユニットＢＵの内部構成の一例を示す。ここでは、バッテリユニットＢＵａを例にして説明する。特に断らない限り、バッテリユニットＢＵｂおよびバッテリユニットＢＵｃは、バッテリユニットＢＵａと同様の構成とされる。
【００７１】
バッテリユニットＢＵａは、チャージャー回路４１ａと、ディスチャージャー回路４２ａと、バッテリＢａとを含む構成とされる。コントロールユニットＣＵからチャージャー回路４１ａに対して、電圧Ｖ１２が供給される。バッテリユニットＢＵａからの出力である電圧Ｖ１３が、ディスチャージャー回路４２ａを介してコントロールユニットＣＵに供給される。ディスチャージャー回路４２ａから外部機器に対して、直接、電圧Ｖ１３が供給されるようにしてもよい。
【００７２】
チャージャー回路４１ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａを備える。チャージャー回路４１ａに入力される電圧Ｖ１２が、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａによって所定電圧に変換される。変換された所定電圧がバッテリＢａに供給され、バッテリＢａが充電される。所定電圧は、バッテリＢａの種類等によって異なる。ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａの入力段には、電圧センサ４３ｂと、電子スイッチ４３ｃと、電流センサ４３ｄとが接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａの出力段には、電流センサ４３ｅと、電子スイッチ４３ｆと、電圧センサ４３ｇとが接続されている。
【００７３】
ディスチャージャー回路４２ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ４４ａを備える。バッテリＢａからディスチャージャー回路４２ａに供給されるＤＣ電圧が、ＤＣ−ＤＣコンバータ４４ａによって電圧Ｖ１３に変換される。変換された電圧Ｖ１３がディスチャージャー回路４２ａから出力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ４４ａの入力段には、電圧センサ４４ｂと、電子スイッチ４４ｃと、電流センサ４４ｄとが接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４４ａの出力段には、電流センサ４４ｅと、電子スイッチ４４ｆと、電圧センサ４４ｇとが接続されている。
【００７４】
バッテリユニットＢＵａは、ＣＰＵ４５を備える。ＣＰＵ４５は、バッテリユニットＢＵの各部を制御する。例えば、電子スイッチのオン／オフを制御する。過充電防止機能や過電流防止機能などの、バッテリＢの安全を確保する処理をＣＰＵ４５が行うようにしてもよい。ＣＰＵ４５は、バス４６に接続されている。バス４６は、例えば、Ｉ2Ｃバスである。
【００７５】
バス４６には、メモリ４７と、Ａ／Ｄ変換部４８と、温度センサ４９とが接続されている。メモリ４７は、例えば、ＥＥＰＲＯＭなどの書き換え可能な不揮発性メモリである。Ａ／Ｄ変換部４８は、例えば、電圧センサや電流センサによって得られるアナログのセンサ情報をデジタル情報に変換する。Ａ／Ｄ変換部４８によってデジタル信号へと変換されたセンサ情報がＣＰＵ４５に供給される。温度センサ４９は、バッテリユニットＢＵ内の所定箇所の温度を測定する。温度センサ４９は、例えば、ＣＰＵ４５が実装される基板の周囲の温度と、チャージャー回路４１ａおよびディスチャージャー回路４２ａの温度と、バッテリＢａの温度とを測定する。
【００７６】
「バッテリユニットの電源系統」
図６は、バッテリユニットＢＵａの、主に電源系統に関する構成の一例を示す。バッテリユニットＢＵａには、メインスイッチは設けられていない。バッテリＢａとＣＰＵ４５との間には、スイッチＳＷ５およびＤＣ−ＤＣコンバータ３９が接続されている。バッテリＢａとディスチャージャー回路４２ａとの間には、スイッチＳＷ６が接続されている。チャージャー回路４１ａの入力段には、スイッチＳＷ７が接続されている。ディスチャージャー回路４２ａの出力段には、スイッチＳＷ８が接続されている。それぞれのスイッチＳＷは、例えば、ＦＥＴにより構成される。
【００７７】
バッテリユニットＢＵａは、例えば、コントロールユニットＣＵからの制御信号によって起動される。コントロールユニットＣＵから、所定の信号ラインを介して、例えば、ハイレベルの制御信号が常に供給されている。このため、バッテリユニットＢＵａのポートを所定の信号ラインに接続するだけでハイレベルの制御信号がスイッチＳＷ５に供給され、スイッチＳＷ５がオンされる。スイッチＳＷ５がオンすることで、バッテリユニットＢＵａが起動する。スイッチＳＷ５がオンすることで、バッテリＢａからのＤＣ電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ３９に供給される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３９によって、ＣＰＵ４５を動作させる電源電圧が生成される。生成された電源電圧がＣＰＵ４５に供給され、ＣＰＵ４５が動作する。
【００７８】
ＣＰＵ４５は、コントロールユニットＣＵの指示に応じた制御を実行する。コントロールユニットＣＵからＣＰＵ４５に対して、例えば、充電指示の制御信号が供給される。充電指示に応じて、ＣＰＵ４５は、スイッチＳＷ６およびスイッチＳＷ８をオフした後にスイッチＳＷ７をオンする。スイッチＳＷ７がオンされることで、コントロールユニットＣＵから供給される電圧Ｖ１２が、チャージャー回路４１ａに供給される。チャージャー回路４１ａによって電圧Ｖ１２が所定電圧に変換され、変換された所定電圧によってバッテリＢａが充電される。なお、バッテリＢに対する充電方法は、バッテリＢの種類に応じて適宜変更することができる。
【００７９】
コントロールユニットＣＵからＣＰＵ４５に対して、例えば、放電指示の制御信号が供給される。放電指示に応じて、ＣＰＵ４５は、スイッチＳＷ７をオフし、スイッチＳＷ６およびスイッチＳＷ８をオンする。例えば、スイッチＳＷ６をオンしてから、一定時間後にスイッチＳＷ８をオンする。スイッチＳＷ６がオンされることで、バッテリＢａからのＤＣ電圧がディスチャージャー回路４２ａに供給される。ディスチャージャー回路４２ａによって、バッテリＢａからのＤＣ電圧が電圧Ｖ１３に変換される。変換された電圧Ｖ１３が、スイッチＳＷ８を介してコントロールユニットＣＵに供給される。なお、本例では省略しているが、他のバッテリユニットＢＵからの出力と衝突しないようにするため、スイッチＳＷ８の後段にダイオードを追加するようにしてもよい。
【００８０】
なお、ＣＰＵ４５の制御によって、ディスチャージャー回路４２ａのオン／オフを切り換えることができる（図中のＣＰＵ４５からディスチャージャー回路４２ａに出ているおＯＮ／ＯＦＦ信号線）。例えば、スイッチＳＷ６の出力側に、図示しないスイッチＳＷ（説明の便宜を考慮して、スイッチＳＷ１０と称する）が設けられている。スイッチＳＷ１０は、ディスチャージャー回路４２ａを経由する第１の経路と、ディスチャージャー回路４２ａを経由しない第２の経路とを切り換えるスイッチである。
【００８１】
ディスチャージャー回路４２ａをオンするときは、ＣＰＵ４５は、スイッチＳＷ１０を第１の経路に接続する。これにより、スイッチＳＷ６からの出力がディスチャージャー回路４２ａを介してスイッチＳＷ８に供給される。ディスチャージャー回路４２ａをオフするときは、ＣＰＵ４５は、スイッチＳＷ１０を第２の経路に接続する。これにより、スイッチＳＷ６からの出力がディスチャージャー回路４２ａを介さずに直接、スイッチＳＷ８に供給される。
【００８２】
「チャージャー回路の構成例」
図７は、バッテリユニットにおけるチャージャー回路の具体的な構成の一例を示す。図７に示すように、チャージャー回路４１ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａと、後述するフィードフォワード制御系およびフィードバック制御系とを備えている。なお、図７では、電圧センサ４３ｂ、電子スイッチ４３ｃ、電流センサ４３ｄ、電流センサ４３ｅ、電子スイッチ４３ｆ、電圧センサ４３ｇならびにスイッチＳＷ7などの図示を省略している。
【００８３】
各バッテリユニットＢＵにおけるチャージャー回路も、図７に示すチャージャー回路４１ａの構成とほぼ同様の構成を備えている。
【００８４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａは、例えば、トランジスタ５１、コイル５２、制御用ＩＣ（Integrated Circuit）５３などから構成される。トランジスタ５１は、制御用ＩＣ５３により制御される。
【００８５】
フィードフォワード制御系は、高圧入力電源回路１１と同様に、オペアンプ５５、トランジスタ５６、抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２およびＲｂ３を含む。フィードフォワード制御系の出力は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａの制御用ＩＣ５３に備えられた制御用端子に入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａ中の制御用ＩＣ５３は、制御用端子に対する入力電圧が一定となるように、チャージャー回路４１ａからの出力電圧を調整する。
【００８６】
すなわち、チャージャー回路４１ａに備えられたフィードフォワード制御系は、高圧入力電源回路１１に備えられたフィードフォワード制御系と同様に作用する。
【００８７】
チャージャー回路４１ａがフィードフォワード制御系を備えることにより、チャージャー回路４１ａからの出力電圧の値が、あらかじめ設定された範囲内の電圧値となるように調整される。チャージャー回路からの出力電圧の値が、あらかじめ設定された範囲内の電圧値に調整されることにより、コントロールユニットＣＵに電気的に接続された各バッテリＢに対する充電電流が、高圧入力電源回路１１からの入力電圧の変化に応じて調整される。したがって、チャージャー回路を備えるバッテリユニットＢＵは、各バッテリＢに対する充電レートを変化させる充電装置の機能を有している。
【００８８】
コントロールユニットＣＵに電気的に接続された各バッテリＢに対する充電レートが変化させられることにより、各バッテリユニットＢＵのチャージャー回路に対する入力電圧の値（高圧入力電源回路１１または低圧入力電源回路１２からの出力電圧の値といってもよい。）が、あらかじめ設定された範囲内の電圧値となるように調整される。
【００８９】
チャージャー回路４１ａへの入力は、例えば、上述したコントロールユニットＣＵの高圧入力電源回路１１または低圧入力電源回路１２からの出力である。したがって、例えば、図４に示す端子Ｔｅ１、Ｔｅ２、Ｔｅ３、・・・のいずれかと、チャージャー回路４１ａの入力端子とが接続されている。
【００９０】
図７に示すように、チャージャー回路４１ａからは、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａ、電流センサ５４、フィルタ５５を介して出力電圧が取り出される。チャージャー回路４１ａの端子Ｔｂ１には、バッテリＢａが接続される。すなわち、チャージャー回路４１ａからの出力は、バッテリＢａに対する入力となる。
【００９１】
後述するように、各チャージャー回路からの出力電圧の値は、各チャージャー回路に接続されるバッテリの種類に応じて、あらかじめ設定された範囲内の電圧値となるように調整されている。各チャージャー回路からの出力電圧の範囲は、抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２およびＲｂ３の抵抗値が適宜選択されることにより調整される。
【００９２】
このように、各チャージャー回路からの出力電圧の範囲が、チャージャー回路に接続されるバッテリの種類に応じて個別にきめられるため、バッテリユニットＢＵに備えられるバッテリＢの種類は特に限定されない。各チャージャー回路内の抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２およびＲｂ３の抵抗値を、接続されるバッテリＢの種類に応じて適宜選択すればよいからである。
【００９３】
なお、図７ではフィードフォワード制御系の出力が制御用ＩＣ５３の制御用端子に入力される構成を例示したが、バッテリユニットＢＵのＣＰＵ４５が、制御用ＩＣ５３の制御用端子に入力を与えるようにしてもよい。例えば、バッテリユニットＢＵのＣＰＵ４５が、信号ラインＳＬを介してバッテリユニットＢＵに対する入力電圧に関する情報をコントロールユニットＣＵのＣＰＵ１３から取得するようにしてもよい。コントロールユニットＣＵのＣＰＵ１３は、電圧センサ１１ｈや電圧センサ１２ｇなどの測定結果から、バッテリユニットＢＵに対する入力電圧に関する情報を取得することが可能である。
【００９４】
以下、チャージャー回路４１ａに備えられたフィードフォワード制御系について説明する。
【００９５】
オペアンプ５５の非反転入力端子に対する入力は、チャージャー回路４１ａへの入力電圧をｋｂ倍（ｋｂ：数十〜百分の一程度）した電圧とされる。一方、オペアンプ５５の反転入力端子ｂ１に対する入力は、高圧入力電源回路１１または低圧入力電源回路１２からの出力電圧の下限として設定しようとする電圧Ｖｂをｋｂ倍した電圧である。オペアンプ５５の反転入力端子ｂ１に対する入力電圧（ｋｂ×Ｖｂ）は、例えば、ＣＰＵ４５から印加される。
【００９６】
したがって、チャージャー回路４１ａに備えられたフィードフォワード制御系は、チャージャー回路４１ａに対する入力電圧が、あらかじめ定められた一定の電圧Ｖｂよりも十分に高い電圧である場合に、チャージャー回路４１ａからの出力電圧を引き上げる。また、チャージャー回路４１ａに対する入力電圧が、あらかじめ定められた一定の電圧Ｖｂに近づくと、フィードフォワード制御系は、チャージャー回路４１ａからの出力電圧を引き下げる。
【００９７】
トランジスタ５６は、図４に示すトランジスタ３６と同様に、チャージャー回路４１ａに対する入力電圧が所定の値を超えているときに、チャージャー回路４１ａからの出力電圧の値が、あらかじめ設定された上限を超えないようにするために配置されている。なお、チャージャー回路４１ａからの出力電圧の値の範囲は、抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２およびＲｂ３の抵抗値の組み合わせによってきまる。そのため、抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２およびＲｂ３の抵抗値は、各チャージャー回路に接続されるバッテリＢの種類に応じて調整される。
【００９８】
また、チャージャー回路４１ａは、上述したように、フィードバック制御系をも備えている。フィードバック制御系は、例えば、電流センサ５４、オペアンプ５７およびトランジスタ５８などから構成される。
【００９９】
バッテリＢａに供給される電流量があらかじめ設定された規定値を超えると、フィードバック制御系により、チャージャー回路４１ａからの出力電圧が引き下げられ、バッテリＢａに供給される電流量が制限される。フィードバック制御系による、バッテリＢａに供給される電流量の制限の程度は、各チャージャー回路に接続されるバッテリＢの定格にあわせてきめられる。
【０１００】
フィードフォワード制御系またはフィードバック制御系により、チャージャー回路４１ａからの出力電圧が引き下げられると、バッテリＢａに供給される電流量が制限されることになる。バッテリＢａに供給される電流量が制限されると、結果として、チャージャー回路４１ａに接続されたバッテリＢａに対する充電が減速される。
【０１０１】
次に、本開示の実施形態の理解を容易とするため、ＭＰＰＴ制御と、電圧追従法による制御とを例にとり、それぞれの制御方式について説明する。
【０１０２】
「ＭＰＰＴ制御」
まず、以下に、ＭＰＰＴ制御の概略について説明を行う。
【０１０３】
図８Ａは、太陽電池の電圧−電流特性を示すグラフである。図８Ａ中、縦軸は、太陽電池の端子電流を表し、横軸は、太陽電池の端子電圧を表している。図８Ａ中、Ｉｓｃは、光照射時において、太陽電池の端子間を短絡したときの出力電流を表し、Ｖｏｃは、光照射時において、太陽電池の端子間を開放したときの出力電圧を表している。ＩｓｃおよびＶｏｃは、それぞれ短絡電流および開放電圧と呼ばれる。
【０１０４】
図８Ａに示すように、光照射時において、太陽電池の端子電流は、太陽電池の端子間を短絡したときが最大であり、このとき、太陽電池の端子電圧はほぼ０Ｖである。一方、光照射時において、太陽電池の端子電圧は、太陽電池の端子間を開放したときが最大であり、このとき、太陽電池の端子電流はほぼ０Ａである。
【０１０５】
いま、太陽電池の電圧−電流特性を示すグラフが、図８Ａに示す曲線Ｃ１で表されるとする。ここで、太陽電池に対して負荷を接続したとすると、接続される負荷の必要としている消費電力により、太陽電池から取りだされる電圧と電流がきまる。このときの太陽電池の端子電圧および端子電流の組により表される、曲線Ｃ１上の点を、太陽電池の動作点という。なお、図８Ａは、動作点の位置を模式的に示したものであり、実際の動作点の位置を示すものではない。本開示の他の図における動作点に関しても、同様とする。
【０１０６】
太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線上において動作点を変化させると、端子電圧と端子電流との積、すなわち発電電力が最大となる端子電圧Ｖａおよび端子電流Ｉａの組が見つかる。太陽電池により得られる電力が最大となる端子電圧Ｖａおよび端子電流Ｉａの組により表される点は、太陽電池の最適動作点と呼ばれる。
【０１０７】
太陽電池の電圧−電流特性を示すグラフが図８Ａに示す曲線Ｃ１で表されるとき、太陽電池から得られる最大の電力は、最適動作点を与えるＶａとＩａとの積により求められる。すなわち、太陽電池の電圧−電流特性を示すグラフが図８Ａに示す曲線Ｃ１で表されるとき、太陽電池から得られる最大の電力は、図８Ａにおいて網掛けで示された領域の面積（Ｖａ×Ｉａ）により表される。なお、（Ｖａ×Ｉａ）を（Ｖｏｃ×Ｉｓｃ）で割った量がフィルファクタである。
【０１０８】
最適動作点は、太陽電池に接続される負荷の必要としている電力により変化し、最適動作点を表す点ＰAは、太陽電池に接続される負荷の必要としている電力の変化にしたがって曲線Ｃ１上を動く。負荷の必要としている電力量が少ない場合、負荷への電流の供給は、最適動作点における端子電流よりも少ない電流で事足りる。そのため、このときの太陽電池の端子電圧の値は、最適動作点における電圧値よりも高い値になる。一方、負荷の必要としている電力量が、最適動作点で供給できる電力量よりも大きい場合には、この時点の照度で提供できる電力を超えているため、太陽電池の端子電圧が０まで低下していくものと考えられる。
【０１０９】
図８Ａに示す曲線Ｃ２およびＣ３は、例えば、太陽電池に対する照度が変化した場合における、太陽電池の電圧−電流特性を示している。例えば、図８Ａに示す曲線Ｃ２は、太陽電池に対する照度が増加した場合における電圧−電流特性に対応し、図８Ａに示す曲線Ｃ３は、太陽電池に対する照度が減少した場合における電圧−電流特性に対応する。
【０１１０】
例えば、太陽電池に対する照度が増加し、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ１から曲線Ｃ２に変化したとすると、最適動作点も太陽電池に対する照度の増加に伴って変化する。なお、このとき、最適動作点は、曲線Ｃ１上の点から曲線Ｃ２上の点にうつる。
【０１１１】
ＭＰＰＴ制御とは、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線の変化に対して最適動作点を求め、太陽電池から得られる電力が最大となるように、太陽電池の端子電圧（または端子電流）を制御することにほかならない。
【０１１２】
図８Ｂは、ある曲線により太陽電池の電圧−電流特性が表される場合における、太陽電池の端子電圧と太陽電池の発電電力との関係を表したグラフ（Ｐ−Ｖ曲線）である。
【０１１３】
図８Ｂに示すように、最大動作点を与える端子電圧において、太陽電池の発電電力が最大値Ｐｍａｘをとるものとすると、最大動作点を与える端子電圧は、山登り法と呼ばれる手法により求めることができる。以下に説明する一連の手順は、一般的には、太陽電池と、電力系統との間に接続されるパワーコンディショナー（power conditioner）のＣＰＵなどにより実行される。
【０１１４】
例えば、まず、太陽電池から入力される電圧の初期値をＶ0として、このときの発電電力Ｐ0が計算される。次に、Ｖ1＝Ｖ0＋ε（ここではε＞０とする。）として、太陽電池から入力される電圧がεだけ増加させられる。次に、太陽電池から入力される電圧をＶ1として、このときの発電電力Ｐ1が計算される。次に、得られたＰ0とＰ1とが比較され、Ｐ1＞Ｐ0である場合には、Ｖ2＝Ｖ1＋εとして、太陽電池から入力される電圧がεだけ増加させられる。次に、太陽電池から入力される電圧をＶ2として、このときの発電電力Ｐ2が計算される。次に、得られたＰ1とＰ2とが比較され、Ｐ2＞Ｐ1である場合には、Ｖ3＝Ｖ2＋εとして、太陽電池から入力される電圧がεだけ増加させられる。次に、太陽電池から入力される電圧をＶ3として、このときの発電電力Ｐ3が計算される。
【０１１５】
ここで、Ｐ3＜Ｐ2であったとすると、最大動作点を与える端子電圧は、Ｖ2とＶ3との間にある。このように、εの大きさを調節することにより、任意の精度で最大動作点を与える端子電圧を求めることができる。上述した手順に、二分法（bisection method algorithm）を適用してもよい。なお、太陽電池の光照射面に部分的に影ができたときなど、Ｐ−Ｖ曲線が２以上のピークを有していると単純な山登り法では対応できないため、制御プログラムに工夫が必要である。
【０１１６】
ＭＰＰＴ制御によれば、太陽電池からみた負荷が常に最適になるように端子電圧が調整されるため、それぞれの気象条件下で、太陽電池から最大の電力を取り出すことができる。その一方で、最大動作点を与える端子電圧の計算にアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）が必要とされるほか、計算に乗算が含まれるために、制御に時間を要してしまう。そのため、ＭＰＰＴ制御では、空が急に曇りだして太陽電池に対する照度が急激に変化したときなど、太陽電池に対する照度の急激な変化に対応できないときがある。
【０１１７】
「電圧追従法による制御」
ここで、図８Ａに示す曲線Ｃ１〜Ｃ３を比較すると、太陽電池に対する照度の変化（電圧−電流特性を表す曲線の変化といってもよい。）に対して、開放電圧Ｖｏｃの変化は、短絡電流Ｉｓｃの変化と比較して小さい。また、いずれの太陽電池もよく似た電圧−電流特性を示し、最大動作点を与える端子電圧は、結晶シリコン太陽電池の場合、開放電圧のおよそ８０％の付近にあることが知られている。したがって、太陽電池の端子電圧として適当な電圧値を設定し、太陽電池の端子電圧が、その設定された電圧値となるようにコンバータの出力電流を調整すれば、太陽電池から効率よく電力を取り出せると予想される。このような電流制限による制御は、電圧追従法と呼ばれる。
【０１１８】
以下に、電圧追従法による制御の概略を説明する。前提として、太陽電池とパワーコンディショナーとの間にスイッチング素子が配置され、太陽電池とスイッチング素子との間に電圧測定手段が配置されているものとする。また、太陽電池は、光照射がされた状態にあるものとする。
【０１１９】
まず、スイッチング素子がオフとされ、スイッチング素子のオフから所定の時間が経過した時に、電圧測定手段により太陽電池の端子電圧が測定される。スイッチング素子のオフから太陽電池の端子電圧の測定までに所定の時間の経過を待つのは、太陽電池の端子電圧が安定するのを待つためである。このときの端子電圧は、開放電圧Ｖｏｃである。
【０１２０】
次に、測定により得られた開放電圧Ｖｏｃの例えば８０％の電圧値が、目標電圧値として計算され、目標電圧値がメモリなどに一時的に保持される。次に、スイッチング素子がオンとされ、パワーコンディショナー内のコンバータへの通電が開始される。このとき、太陽電池の端子電圧が、目標電圧値となるように、コンバータの出力電流が調整される。上述した一連の手順が、任意の時間間隔で実行される。
【０１２１】
電圧追従法による制御は、ＭＰＰＴ制御と比較して、太陽電池により得られる電力の損失が大きいが、簡単な回路で実現でき、低コストであるため、コンバータを備えるパワーコンディショナーを、安価なものとできる。
【０１２２】
図９Ａは、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線の変化に対する動作点の変化を説明するための図である。図９Ａ中、縦軸は、太陽電池の端子電流を表し、横軸は、太陽電池の端子電圧を表している。また、図９Ａ中の白丸は、ＭＰＰＴ制御を行ったときの動作点を表し、図９Ａ中の黒丸は、電圧追従法による制御を行ったときの動作点を表している。
【０１２３】
いま、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ５であったとする。次に、太陽電池に対する照度の変化に伴い、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ５からＣ８に順に変化したとすると、それぞれの制御方式による動作点も太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線の変化に伴って変化する。なお、太陽電池への照度の変化に対する開放電圧Ｖｏｃの変化が小さいため、図９Ａ中においては、電圧追従法による制御を行ったときの目標電圧値をほぼ一定の値Ｖｓとみなしている。
【０１２４】
図９Ａからわかるように、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ６である場合には、ＭＰＰＴ制御の動作点と電圧追従法による制御の動作点との間の乖離の度合いは小さい。そのため、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ６である場合には、いずれの制御の場合においても、太陽電池により得られる発電電力に大きな違いはないと考えられる。
【０１２５】
一方、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ８である場合には、ＭＰＰＴ制御の動作点と電圧追従法による制御の動作点との間の乖離の度合いが大きい。例えば、図９Ａに示すように、ＭＰＰＴ制御を適用したときの端子電圧と電圧追従法による制御を適用したときの端子電圧との差△Ｖ６および△Ｖ８を比較すると、△Ｖ６＞△Ｖ８となっている。そのため、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ８である場合には、ＭＰＰＴ制御を適用したときに太陽電池から得られる発電電力と電圧追従法による制御を適用したときに太陽電池から得られる発電電力との差は大きい。
【０１２６】
「コントロールユニットおよびバッテリユニットの協調制御」
次に、コントロールユニットおよびバッテリユニットの協調制御の概略を説明する。以下、コントロールユニットおよびバッテリユニットの協調（連動）による制御を、協調制御と適宜称する。
【０１２７】
図９Ｂは、コントロールユニットおよび複数のバッテリユニットにより協調制御を行う制御システムの構成例を示すブロック図である。
【０１２８】
図９Ｂに示すように、例えば、コントロールユニットＣＵには、チャージャー回路およびバッテリの組を備える１または複数のバッテリユニットＢＵが接続される。図９Ｂに示すように、１または複数のバッテリユニットＢＵは、電力ラインＬ１に対して並列に接続されている。なお、図９ＢではコントロールユニットＣＵが１つの場合を例示したが、制御システムがコントロールユニットＣＵを複数備える場合も同様に、１または複数のコントロールユニットＣＵは、電力ラインＬ１に対して並列に接続される。
【０１２９】
一般的には、太陽電池から得られた電力により１台のバッテリの充電を行おうとする場合、太陽電池とバッテリとの間に介在されたパワーコンディショナーにより、上述したＭＰＰＴ制御または電圧追従法による制御が実行される。該１台のバッテリには、複数のバッテリが内包されて一体として動作する物も含まれるが、該１台のバッテリは、複数のバッテリとはいえ、単一の種類からなることが一般的である。言い換えれば、上述したＭＰＰＴ制御または電圧追従法による制御は、太陽電池と、１台のバッテリとの間に接続されるパワーコンディショナーの単体で実行されることが想定されている。そして、充電中における、充電の対象となるバッテリの台数、構成（並列、直列等の接続の態様）には変化がなく、充電中における、充電の対象となるバッテリの台数、構成は、一般に固定されている。
【０１３０】
一方、協調制御においては、コントロールユニットＣＵおよび複数のバッテリユニットＢＵａ、ＢＵｂ、ＢＵｃ、・・・のそれぞれが、コントロールユニットＣＵの出力電圧と、複数個のバッテリユニットＢＵの必要とする電圧とのバランスがとれるように自律的に制御を行う。上述したように、バッテリユニットＢＵａ、ＢＵｂ、ＢＵｃ、・・・に内包されるバッテリＢは、いずれの種類でもよい。すなわち、本開示によるコントロールユニットＣＵは、複数種のバッテリＢに対する協調制御を行うことが可能とされる。
【０１３１】
さらに、図９Ｂに示す構成例では、個々のバッテリユニットＢＵの着脱も自在であり、太陽電池の発電中に、コントロールユニットＣＵに接続されるバッテリユニットＢＵの数も変化しうる。図９Ｂに示す構成例では、太陽電池の発電中において、太陽電池からみた負荷も変化しうるが、協調制御によれば、太陽電池に対する照度の変化のみならず、太陽電池の発電中における、太陽電池からみた負荷の変化にも対応が可能である。これは、従来の構成にはなかった大きな特徴の一つである。
【０１３２】
上述したコントロールユニットＣＵとバッテリユニットＢＵとを接続することにより、コントロールユニットＣＵからの供給能力に応じて充電レートを動的に変化させる制御システムを構築することが可能となる。以下、協調制御の一例についての説明を行う。なお、以下の説明では、初期の状態において、コントロールユニットＣＵに対して１のバッテリユニットＢＵａが接続された制御システムを例にとるが、コントロールユニットＣＵに対して複数のバッテリユニットＢＵが接続されている場合も同様である。
【０１３３】
例えば、コントロールユニットＣＵの入力側に太陽電池が、出力側にバッテリモジュールＢＵａが接続されているとする。また、例えば、太陽電池の出力電圧の上限が１００Ｖであるものとし、太陽電池の出力電圧の下限を７５Ｖに抑えたいとする。すなわち、Ｖｔ0＝７５Ｖと設定されており、オペアンプ３５の反転入力端子に対する入力電圧が、（ｋｃ×７５）Ｖであるとする。
【０１３４】
また、コントロールユニットＣＵからの出力電圧の上限および下限が、例えば、４８Ｖおよび４５Ｖにそれぞれ設定されているものとする。すなわち、Ｖｂ＝４５Ｖと設定されており、オペアンプ５５の反転入力端子に対する入力電圧が、（ｋｂ×４５）Ｖであるとする。なお、コントロールユニットＣＵからの出力電圧の上限である４８Ｖという値は、高圧入力電源回路１１内の抵抗Ｒｃ１およびＲｃ２を適宜選択することにより調整されている。言い換えれば、コントロールユニットＣＵからの出力の目標電圧値が、４８Ｖに設定されているものとする。
【０１３５】
さらに、バッテリユニットＢＵａのチャージャー回路４１ａからの出力電圧の上限および下限が、例えば、４２Ｖおよび２８Ｖにそれぞれ設定されているものとする。したがって、チャージャー回路４１ａ内の抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２およびＲｂ３は、チャージャー回路４１ａからの出力電圧の上限および下限がそれぞれ４２Ｖおよび２８Ｖとなるように選択されている。
【０１３６】
なお、チャージャー回路４１ａへの入力電圧が上限であるときが、バッテリＢａに対する充電レート１００％である状態に対応し、入力電圧が下限であるときが、バッテリＢａに対する充電レート０％である状態に対応する。すなわち、チャージャー回路４１ａへの入力電圧が４８Ｖであるときが、バッテリＢａに対する充電レートが１００％である状態に対応し、チャージャー回路４１ａへの入力電圧が４５Ｖであるときが、バッテリＢａに対する充電レートが０％である状態に対応する。入力電圧が４５Ｖ〜４８Ｖの範囲で変動することに応じて、充電レートが０〜１００％の範囲で設定される。
【０１３７】
なお、協調制御とは別に、バッテリへの充電レート制御を平行して行うようにしてもよい。すなわち、充電初期では定電流充電が行われるため、チャージャー回路４１ａからの出力をフィードバック調整して充電電流を一定以下に保てるように充電電圧を調整し、最終段階では、充電電圧を一定以下に保つようにする。ここで、調整される充電電圧は、上記協調制御で調整された電圧以下とされる。これにより、コントロールユニットＣＵから供給される電力内で充電処理がなされる。
【０１３８】
まず、太陽電池に対する照度が変化した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化について説明を行う。
【０１３９】
図１０Ａは、太陽電池に対する照度が減少した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化を説明するための図である。図１０Ａ中、縦軸は、太陽電池の端子電流を表し、横軸は、太陽電池の端子電圧を表している。また、図１０Ａ中の白丸は、ＭＰＰＴ制御を行ったときの動作点を表し、図１０Ａ中の網掛けがされた丸は、協調制御を行ったときの動作点を表している。図１０Ａに示す曲線Ｃ５〜Ｃ８は、太陽電池に対する照度が変化した場合における、太陽電池の電圧−電流特性を示している。
【０１４０】
いま、バッテリＢａの必要としている電力が１００ｗ（ワット）であるものとし、太陽電池の電圧−電流特性が、曲線Ｃ５（最も晴れた状態）により表されるとする。このときの太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ５上のａ点により表され、太陽電池から高圧入力電源回路１１およびチャージャー回路４１ａを介してバッテリＢａに供給される電力（供給量）が、バッテリＢａの必要としている電力（需要量）を上回っているとする。
【０１４１】
太陽電池からバッテリＢａに供給される電力が、バッテリＢａの必要としている電力を上回っている場合、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧（電圧Ｖ１２）は、上限の４８Ｖとなる。すなわち、バッテリユニットＢＵａへの入力電圧が上限の４８Ｖであるため、バッテリユニットＢＵａのチャージャー回路４１ａからの出力電圧が上限の４２Ｖとされ、バッテリＢａに対する充電が、充電レート１００％で行われる。なお、余剰分の電力は、例えば、熱などとして捨てられる。なお、バッテリへのチャージを１００％で行うよう説明したが、バッテリへのチャージは１００％に限定されず、充電レートは、バッテリの特性に応じて適宜調整が可能である。
【０１４２】
この状態から空が曇りだすと、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線は、曲線Ｃ５から曲線Ｃ６へと変化する。空が曇りだすことにより、太陽電池の端子電圧が徐々に低下し、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧も徐々に低下する。したがって、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ５から曲線Ｃ６へと変化することに伴い、太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ６上のｂ点にうつる。
【０１４３】
この状態からさらに空が曇りだすと、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ６から曲線Ｃ７へと変化し、太陽電池の端子電圧が徐々に低下することに伴って、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧も低下する。コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧がある程度低下すると、制御システムは、バッテリＢａに対して１００％の電力を供給できなくなってくる。
【０１４４】
ここで、太陽電池の端子電圧が、１００Ｖから、下限であるＶｔ0＝７５Ｖに近づいてくると、コントロールユニットＣＵの高圧入力電源回路１１は、バッテリユニットＢＵａに対する出力電圧を、４８ＶからＶｂ＝４５Ｖに向けて引き下げはじめる。
【０１４５】
コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧が引き下げられると、バッテリユニットＢＵａへの入力電圧が低下するため、バッテリユニットＢＵａのチャージャー回路４１ａは、バッテリＢａに対する出力電圧を引き下げはじめる。チャージャー回路４１ａからの出力電圧が引き下げられると、バッテリＢａに供給される充電電流が減少されることとなり、チャージャー回路４１ａに接続されたバッテリＢａに対する充電が減速される。すなわち、バッテリＢａに対する充電レートが引き下げられる。
【０１４６】
バッテリＢａに対する充電レートが引き下げられると、消費電力が低下することになるため、太陽電池からみた負荷が小さくなる。すると、太陽電池からみた負荷の減少分だけ太陽電池の端子電圧が上昇（回復）する。
【０１４７】
太陽電池の端子電圧が上昇すると、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧の引き下げの度合いが減少し、バッテリユニットＢＵａへの入力電圧が上昇する。バッテリユニットＢＵａへの入力電圧が上昇することにより、バッテリユニットＢＵａのチャージャー回路４１ａは、チャージャー回路４１ａからの出力電圧を引き上げ、バッテリＢａに対する充電レートを引き上げる。
【０１４８】
バッテリＢａに対する充電レートが引き上げられると、太陽電池からみた負荷が大きくなり、太陽電池からみた負荷の増加分だけ太陽電池の端子電圧が低下する。太陽電池の端子電圧が低下すると、コントロールユニットＣＵの高圧入力電源回路１１は、バッテリユニットＢＵａに対する出力電圧を引き下げる。
【０１４９】
以後、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧が、ある値に収束して電力の需要量と供給量との間のバランスのとれるまで、上述した充電レートの調整が自動的に繰り返される。
【０１５０】
協調制御は、ＭＰＰＴ制御とは異なり、ソフトウェアによる制御ではない。そのため、協調制御には、最大動作点を与える端子電圧の計算が不要である。また、協調制御による充電レートの調整においては、ＣＰＵによる計算が介在しない。そのため、協調制御は、ＭＰＰＴ制御と比較して消費電力が小さく、上述した充電レートの調整も、数ナノ秒〜数百ナノ秒程度と短時間で実行される。
【０１５１】
また、高圧入力電源回路１１およびチャージャー回路４１ａは、自身に対する入力電圧の大きさを検知して出力電圧を調整するだけなので、アナログ／デジタル変換も不要であり、コントロールユニットＣＵとバッテリユニットＢＵａとの間の通信も不要である。したがって、協調制御は、複雑な回路を必要とせず、協調制御を実現するための回路は、小さなものとなる。
【０１５２】
ここで、曲線Ｃ５上の点ａにいたときはコントロールユニットＣＵが１００ｗの電力を供給できていたと仮定し、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧がある値に収束したとする。すなわち、太陽電池の動作点が、例えば、曲線Ｃ７上のｃ点にうつったとする。このとき、バッテリＢａに対して供給される電力は１００ｗを下回ることとなるが、図１０Ａに示すように、電圧Ｖｔ0の値の選び方によっては、ＭＰＰＴ制御行った場合と比較しても遜色のない電力をバッテリＢａに対して供給することができる。
【０１５３】
さらに空が曇りだすと、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線は、曲線Ｃ７から曲線Ｃ８へと変化し、太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ８上のｄ点にうつる。
【０１５４】
図１０Ａに示すように、協調制御のもとでは、電力の需要量と供給量との間のバランスが調整されるので、太陽電池の端子電圧が電圧Ｖｔ0を下回ることはない。すなわち、協調制御のもとでは、太陽電池に対する照度が極端に低下した場合であっても、太陽電池の端子電圧が電圧Ｖｔ0を下回ることはない。
【０１５５】
太陽電池に対する照度が極端に低下した場合、太陽電池の端子電圧が、電圧Ｖｔ0に近い値となり、バッテリＢａに対して供給される電流量は、ごくわずかなものとなる。したがって、太陽電池に対する照度が極端に低下した場合には、バッテリＢａの充電に時間を要することとなるが、制御システムにおける電力の需要量と供給量との間のバランスがとれているため、制御システムがダウンすることはない。
【０１５６】
上述したように、協調制御による充電レートの調整は、非常に短時間で実行されるため、協調制御によれば、急に空が曇りだして太陽電池に対する照度が急激に減少した場合であっても、制御システムのダウンを回避することができる。
【０１５７】
次に、太陽電池からみた負荷が変化した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化について説明を行う。
【０１５８】
図１０Ｂは、太陽電池からみた負荷が増加した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化を説明するための図である。図１０Ｂ中、縦軸は、太陽電池の端子電流を表し、横軸は、太陽電池の端子電圧を表している。また、図１０Ｂ中の網掛けがされた丸は、協調制御を行ったときの動作点を表している。
【０１５９】
いま、太陽電池に対する照度の変化がないものとし、太陽電池の電圧−電流特性が、図１０Ｂに示す曲線Ｃ０により表されるとする。
【０１６０】
制御システムの起動の直後においては、制御システム内部の電力消費がほぼないと考えられるため、太陽電池の端子電圧は、開放電圧にほぼ等しいと考えてよい。したがって、制御システムの起動の直後における太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ０上のｅ点にあるものと考えてよい。なお、このときのコントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧は、上限である４８Ｖと考えてよい。
【０１６１】
バッテリユニットＢＵａに接続されたバッテリＢａに対する電力の供給が開始されると、太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ０上のｇ点にうつる。なお、本例の説明においては、バッテリＢａの必要としている電力が１００ｗであるため、図１０Ｂに網掛けで示す領域Ｓ１の面積は、１００ｗに等しい。
【０１６２】
太陽電池の動作点が曲線Ｃ０上のｇ点にあるときの制御システムの状態は、太陽電池から高圧入力電源回路１１およびチャージャー回路４１ａを介してバッテリＢａに供給される電力が、バッテリＢａの必要としている電力を上回っている状態である。したがって、太陽電池の動作点が曲線Ｃ０上のｇ点にあるときの太陽電池の端子電圧、コントロールユニットＣＵからの出力電圧およびバッテリＢａに供給される電圧は、それぞれ１００Ｖ、４８Ｖおよび４２Ｖである。
【０１６３】
ここで、バッテリユニットＢＵａと同様の構成を備えるバッテリユニットＢＵｂが、コントロールユニットＣＵに対して新たに接続されたとする。バッテリユニットＢＵａに接続されているバッテリＢａと同様に、バッテリユニットＢＵｂに接続されているバッテリＢｂが、充電のために１００ｗの電力を必要とするものとすると、消費電力が増加し、太陽電池からみた負荷が急激に大きくなる。
【０１６４】
合計で２００ｗの電力を２つのバッテリに供給するためには、例えば、バッテリユニットＢＵａのチャージャー回路４１ａおよびバッテリユニットＢＵｂのチャージャー回路４１ｂからの出力電圧を維持させたまま、出力電流の合計を２倍にしなければならない。
【０１６５】
ところが、発電装置が太陽電池である場合、チャージャー回路４１ａおよび４１ｂからの出力電流の増加に伴って太陽電池の端子電圧も低下してしまうため、太陽電池の動作点がｇ点にあるときと比較して、出力電流の合計を２倍より大きくする必要がある。そうすると、図１０Ｂに示すように、太陽電池の動作点が、例えば、曲線Ｃ０上のｈ点になければならないこととなり、太陽電池の端子電圧が極端に低下してしまう。太陽電池の端子電圧が極端に低下すると、制御システムがダウンするおそれがある。
【０１６６】
協調制御では、バッテリユニットＢＵｂが新たに接続されたことにより、太陽電池の端子電圧が低下すると、制御システムにおける電力の需要量と供給量との間のバランスの調整がなされる。具体的には、バッテリＢａおよびバッテリＢｂに供給される電力が合計で例えば１５０ｗとなるように、２つのバッテリに対する充電レートが自動的に引き下げられる。
【０１６７】
すなわち、バッテリユニットＢＵｂが新たに接続されたことにより、太陽電池の端子電圧が低下すると、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａおよびＢＵｂに対する出力電圧も低下する。太陽電池の端子電圧が、１００Ｖから、下限であるＶｔ0＝７５Ｖに近づいてくると、コントロールユニットＣＵの高圧入力電源回路１１は、バッテリユニットＢＵａおよびＢＵｂに対する出力電圧を、４８ＶからＶｂ＝４５Ｖに向けて引き下げはじめる。
【０１６８】
コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａおよびＢＵｂに対する出力電圧が引き下げられると、バッテリユニットＢＵａおよびＢＵｂへの入力電圧が低下する。
すると、バッテリユニットＢＵａのチャージャー回路４１ａおよびバッテリユニットＢＵｂのチャージャー回路４１ｂは、バッテリＢａおよびＢｂに対する出力電圧をそれぞれ引き下げはじめる。チャージャー回路からの出力電圧が引き下げられると、チャージャー回路に接続されたバッテリに対する充電が減速される。すなわち、それぞれのバッテリに対する充電レートが引き下げられることになる。
【０１６９】
それぞれのバッテリに対する充電レートが引き下げられると、全体として消費電力が低下することになるため、太陽電池からみた負荷が小さくなり、太陽電池からみた負荷の減少分だけ太陽電池の端子電圧が上昇（回復）する。
【０１７０】
以後、太陽電池に対する照度が急激に減少した場合と同様にして、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａおよびＢＵｂに対する出力電圧が、ある値に収束して電力の需要量と供給量との間のバランスのとれるまで、充電レートの調整が行われる。
【０１７１】
なお、実際に収束する電圧値がいくつになるかは状況によって異なる。そのため、実際に収束する電圧値ははっきりとはわからないが、太陽電池の端子電圧が下限であるＶｔ0＝７５Ｖになると充電がなされなくなるため、下限であるＶｔ0の値よりは若干高い電圧で収束するものと推定される。また、個々のバッテリユニットは連動制御されていないため、個々のバッテリユニットが同じ構成であっても、使用される素子のばらつきにより充電レートは異なっているものと推測される。ただし、結果として全体を協調制御できることに変わりはない。
【０１７２】
協調制御による充電レートの調整が非常に短時間で実行されるため、バッテリユニットＢＵｂが新たに接続されると、太陽電池の動作点は、曲線Ｃ０上のｇ点からｉ点へとうつる。なお、図１０Ｂにおいては、説明の都合上、曲線Ｃ０上に太陽電池の動作点の一例としてｈ点を図示したが、協調制御のもとでは、太陽電池の動作点が実際にｈ点にうつるわけではない。
【０１７３】
このように、協調制御では、太陽電池からみた負荷の増加に対して、個々のバッテリユニットＢＵのチャージャー回路が、自身に対する入力電圧の大きさを検知して、個々のバッテリユニットＢＵのチャージャー回路が、自身の吸いこむ電流量を自動的に抑制する。協調制御によれば、コントロールユニットＣＵに対して接続されるバッテリユニットＢＵの数が増加して太陽電池からみた負荷が急激に増加した場合であっても、制御システムのダウンを回避することができる。
【０１７４】
次に、太陽電池に対する照度と太陽電池からみた負荷との両方が変化した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化について説明を行う。
【０１７５】
図１１は、太陽電池に対する照度と太陽電池からみた負荷との両方が変化した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化を説明するための図である。図１１中、縦軸は、太陽電池の端子電流を表し、横軸は、太陽電池の端子電圧を表している。また、図１１中の網掛けがされた丸は、協調制御を行ったときの動作点を表している。図１１に示す曲線Ｃ５〜Ｃ８は、太陽電池に対する照度が変化した場合における、太陽電池の電圧−電流特性を示している。
【０１７６】
まず、コントロールユニットＣＵに対して、充電のために１００ｗの電力を必要とするバッテリＢａを備えたバッテリユニットＢＵａが接続されているものとする。また、このときの太陽電池の電圧−電流特性が、曲線Ｃ７により表され、太陽電池の動作点が、曲線Ｃ７上のｐ点により表されるとする。
【０１７７】
図１１に示すように、ｐ点における太陽電池の端子電圧が、太陽電池の出力電圧の下限としてあらかじめ設定された電圧Ｖｔ0にかなり近づいているとする。太陽電池の端子電圧が電圧Ｖｔ0にかなり近づいていることは、制御システムにおいて、協調制御による充電レートの調整が実行され、充電レートが非常に抑えられていることを意味する。すなわち、太陽電池の動作点が図１１に示すｐ点により表される状態では、チャージャー回路４１ａを介してバッテリＢａに供給される電力が、太陽電池から高圧入力電源回路１１に供給される電力を大幅に上回っていることを示している。したがって、太陽電池の動作点が図１１に示すｐ点により表される状態においては、充電レートの調整が大きくなされ、バッテリＢａを充電するチャージャー回路４１ａに対しては、１００ｗよりもかなり小なる電力が供給されている。
【０１７８】
次に、太陽電池に対する照度が増加し、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ７から曲線Ｃ６へと変化したとする。また、バッテリユニットＢＵａと同様の構成を備えるバッテリユニットＢＵｂが、コントロールユニットＣＵに対して新たに接続されたとする。このとき、太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ７上のｐ点から、曲線Ｃ６上のｑ点にうつる。
【０１７９】
コントロールユニットＣＵに対して２つのバッテリユニットが接続されたことにより、チャージャー回路４１ａ、４１ｂがバッテリＢａ、Ｂｂにフルで充電する際の消費電力は２００ｗとなるが、太陽電池に対する照度が十分でない場合、協調制御が継続され、消費電力が、２００ｗ未満（例えば１５０ｗなど）に調整される。
【０１８０】
次に、空が晴れあがるなどして、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ６から曲線Ｃ５へと変化したとする。このとき、太陽電池に対する照度の増加に伴って太陽電池の発電電力が増加してくると、太陽電池からの出力電流が増加する。
【０１８１】
太陽電池に対する照度が十分に増加し、太陽電池の発電電力がさらに増加すると、あるところで太陽電池の端子電圧が電圧Ｖｔ0と比較して十分大きい値となる。太陽電池から高圧入力電源回路１１ならびにチャージャー回路４１ａおよび４１ｂを介して２つのバッテリに供給される電力が、２つのバッテリを充電するのに必要としている電力を上回ると、協調制御による充電レートの調整が緩和されるか、自動的に解除される。
【０１８２】
このとき、太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ５上のｒ点で表され、個々のバッテリＢａおよびＢｂに対する充電は、１００％の充電レートで行われる。
【０１８３】
次に、太陽電池に対する照度が減少し、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ５から曲線Ｃ６へと変化したとする。
【０１８４】
すると、太陽電池の端子電圧が低下し、太陽電池の端子電圧があらかじめ設定された電圧Ｖｔ0に近づくと、協調制御による充電レートの調整が再び実行される。このときの太陽電池の動作点は、曲線Ｃ６上のｑ点で表される。
【０１８５】
次に、太陽電池に対する照度がさらに減少し、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ６から曲線Ｃ８へと変化したとする。
【０１８６】
すると、太陽電池の端子電圧が電圧Ｖｔ0を下回らないように充電レートが調整されるため、太陽電池からの端子電流が減少し、太陽電池の動作点が、曲線Ｃ６上のｑ点から、曲線Ｃ８上のｓ点にうつる。
【０１８７】
協調制御では、個々のバッテリユニットＢＵに対する入力電圧があらかじめ定められた電圧Ｖｔ0を下回らないように、コントロールユニットＣＵと個々のバッテリユニットＢＵとの間で電力の需要量と供給量との間のバランスが調整される。したがって、協調制御によれば、個々のバッテリユニットＢＵからみた入力側の供給能力に応じて、個々のバッテリＢに対する充電レートをリアルタイムで変化させることができる。このように、協調制御によれば、太陽電池に対する照度の変化のみならず、太陽電池からみた負荷の変化に対しても対応が可能である。
【０１８８】
上述したように、本開示は、商用電源を必要としない。したがって、電源装置や電力網が整備されていない地域においても、本開示は有効である。
【０１８９】
＜２．変形例＞
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上述した実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。実施形態における構成、数値、材料などは全て一例であり、例示した構成等に限定されることはない。例示した構成等は、技術的矛盾が生じない範囲において、適宜、変更することができる。
【０１９０】
制御システムにおけるコントロールユニットおよびバッテリユニットが携帯可能とされてもよい。上述した制御システムが、例えば、自動車や家屋などに適用されてもよい。
【０１９１】
なお、本開示は、以下の構成をとることもできる。
（１）
発電部から第１の電圧が供給され、
前記第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する第１の装置と、
前記第１の装置から前記第２の電圧が供給され、
前記第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる第２の装置と
からなる制御システム。
（２）
前記第１の装置は、
前記第１の電圧が低下することに応じて、前記第２の電圧を低下させる（１）に記載の制御システム。
（３）
前記第２の装置は、
前記第２の電圧が低下することに応じて、前記充電レートを小さくする（１）または（２）に記載の制御システム。
（４）
前記第２の電圧が電力ラインを介して供給される（１）乃至（３）のいずれか１に記載の制御システム。
（５）
前記第２の装置は、前記電力ラインにおける前記第２の電圧を取得する（４）に記載の制御システム。
（６）
前記発電部は、環境に応じて発電する（１）乃至（５）のいずれか１に記載の制御システム。
（７）
複数の第１の装置と、複数の第２の装置とからなる（１）乃至（６）のいずれか１に記載の制御システム。
（８）
発電部から第１の電圧が供給され、前記第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する装置と接続され、
前記装置から前記第２の電圧が供給され、
前記第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる制御装置。
（９）
第１の装置に対して、発電部から第１の電圧が供給され、
前記第１の装置によって、前記第１の電圧の変動に応じて第２の電圧が生成され、
第２の装置に対して、前記第１の装置から前記第２の電圧が供給され、
前記第２の装置によって、前記第２の電圧の変動に応じてバッテリに対する充電レートが変化させられる
制御方法。
【符号の説明】
【０１９２】
１・・・・制御システム
１１・・・・高圧入力電源回路
１２・・・・低圧入力電源回路
４１ａ・・・チャージャー回路
Ｂａ・・・・バッテリ
ＣＵ・・・・コントロールユニット
ＢＵ・・・・バッテリユニット
Ｖ１０（Ｖ１１）・・・第１の電圧
Ｖ１２・・・第２の電圧
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば、バッテリに対する充電レートを変化させる制御システム、制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオンバッテリに代表される二次電池が広く普及している。下記特許文献１には、二次電池に対して通常の充電レートで充電するか、または、高い充電レートで充電するかを、ユーザが選択できるようにしたシステムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０８３０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術は、充電レートをユーザによる操作に応じて変化させるものである。例えば、太陽光発電のように、天候の変化等に起因して供給可能な電力が変化する場合に、供給可能な電力の変化に応じて充電レートを変化させることができない。
【０００５】
したがって、本開示の目的の一つは、太陽光発電などの発電部が生成する電圧の変動に応じて、充電レートを変化させる制御システム、制御装置および制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本開示は、例えば、
発電部から第１の電圧が供給され、
第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する第１の装置と、
第１の装置から第２の電圧が供給され、
第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる第２の装置と
からなる制御システムである。
【０００７】
本開示は、例えば、
発電部から第１の電圧が供給され、第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する装置と接続され、
装置から第２の電圧が供給され、
第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる制御装置である。
【０００８】
本開示は、例えば、
第１の装置に対して、発電部から第１の電圧が供給され、
第１の装置によって、第１の電圧の変動に応じて第２の電圧が生成され、
第２の装置に対して、第１の装置から第２の電圧が供給され、
第２の装置によって、第２の電圧の変動に応じてバッテリに対する充電レートが変化させられる
制御方法である。
【発明の効果】
【０００９】
少なくとも一つの実施形態によれば、発電部からの電圧に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】コントロールユニットの構成例を示すブロック図である。
【図３】コントロールユニットの電源系統の構成例を示すブロック図である。
【図４】コントロールユニットにおける高圧入力電源回路の具体的な構成の一例を示す。
【図５】バッテリユニットの構成例を示すブロック図である。
【図６】バッテリユニットの電源系統の構成例を示すブロック図である。
【図７】バッテリユニットにおけるチャージャー回路の具体的な構成の一例を示す。
【図８】Ａは、太陽電池の電圧−電流特性を示すグラフである。Ｂは、ある曲線により太陽電池の電圧−電流特性が表される場合における、太陽電池の端子電圧と太陽電池の発電電力との関係を表したグラフ（Ｐ−Ｖ曲線）である。
【図９】Ａは、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線の変化に対する動作点の変化を説明するための図である。Ｂは、コントロールユニットおよび複数のバッテリユニットにより協調制御を行う制御システムの構成例を示すブロック図である。
【図１０】Ａは、太陽電池に対する照度が減少した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化を説明するための図である。Ｂは、太陽電池からみた負荷が増加した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化を説明するための図である。
【図１１】太陽電池に対する照度と太陽電池からみた負荷との両方が変化した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
＜１．一実施形態＞
＜２．変形例＞
なお、以下に説明する実施形態および変形例は、本開示の好適な具体例であり、これらの実施形態および変形例に限定されないものとする。
【００１２】
＜１．一実施形態＞
「システムの構成」
図１は、本開示における制御システムの構成の一例を示す。制御システムは、１または複数のコントロールユニットＣＵと、１または複数のバッテリユニットＢＵとから構成される。図１に例示する制御システム１は、１のコントロールユニットＣＵと、３個のバッテリユニットＢＵａ、ＢＵｂ、ＢＵｃとから構成される。以下の説明において、個々のバッテリユニットを区別する必要がないときは、バッテリユニットＢＵと適宜称する。
【００１３】
制御システム１では、複数のバッテリユニットＢＵを独立して制御することが可能とされている。さらに、複数のバッテリユニットＢＵはそれぞれ独立して、制御システム１に接続できる。例えば、バッテリユニットＢＵａおよびバッテリユニットＢＵｂが制御システム１に接続された状態で、新たにバッテリユニットＢＵｃを制御システム１に接続することができる。バッテリユニットＢＵａ〜バッテリユニットＢＵｃが制御システム１に接続された状態で、バッテリユニットＢＵｂのみを制御システム１から離脱することができる。
【００１４】
コントロールユニットＣＵとそれぞれのバッテリユニットＢＵとが、電力ラインによって接続されている。電力ラインは、例えば、コントロールユニットＣＵからバッテリユニットＢＵに電力が伝送される電力ラインＬ１と、バッテリユニットＢＵからコントロールユニットＣＵに電力が伝送される電力ラインＬ２とからなる。コントロールユニットＣＵとそれぞれのバッテリユニットＢＵとの間で、信号ラインＳＬを介した双方向の通信がなされる。通信は、例えば、ＳＭＢｕｓ(System Management Bus)やＵＡＲＴ(Universal asynchronous Receiver-Transmitter)などの仕様に準じた通信がなされる。
【００１５】
信号ラインＳＬは、１または複数のラインによって構成され、用途に応じて、使用されるラインが定義されている。信号ラインＳＬは共通化されており、信号ラインＳＬに対して各バッテリユニットＢＵが接続される。各バッテリユニットＢＵは、信号ラインＳＬを介して伝送される制御信号のヘッダ部を分析して、自己に対する制御信号か否かを判別する。制御信号のレベル等を適宜、設定することで、バッテリユニットＢＵに対するコマンドを伝送できる。バッテリユニットＢＵからコントロールユニットＣＵに対する応答は他のバッテリユニットＢＵにも伝送されるが、他のバッテリユニットＢＵは、応答が伝送されることに応じた動作をすることはない。なお、この例では、電力の伝送および通信が有線により行われるものとして説明するが、無線によって行われるようにしてもよい。
【００１６】
「コントロールユニットの構成の概要」
コントロールユニットＣＵは、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２を含む構成とされる。コントロールユニットＣＵは、１または複数の第１の装置を有する。この例では、コントロールユニットＣＵは、２個の第１の装置を有し、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２がそれぞれ第１の装置に対応している。なお、高圧および低圧という表現を使用しているが、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２に入力される電圧が同じ入力範囲でもかまわない。高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２が受け入れることができる電圧の入力範囲が重複しても一向に構わない。
【００１７】
高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２に、環境に応じて発電する発電部によって生成された電圧が供給される。例えば、発電部は、太陽光や風力によって発電する装置である。一方で、この発電部は、自然環境に応じて発電する装置に限られない。例えば、発電部が人力によって発電する装置として構成されてもよい。このように、発電エネルギーが環境や状況に応じて変動する発電装置を想定しているが、変動しない物も受けいれることが可能である。そのため、図示しているように、ＡＣ電力の入力も行われるようになっている。なお、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２には、同一の発電部または異なる発電部から電圧が供給される。そして、発電部によって生成される電圧が第１の電圧の一例とされる。
【００１８】
高圧入力電源回路１１には、例えば、太陽光発電によって生成された７５Ｖ（ボルト）〜１００Ｖ程度のＤＣ(Direct Current)電圧（Ｖ１０）が供給される。高圧入力電源回路１１に、１００Ｖ〜２５０Ｖ程度のＡＣ(Alternating Current)電圧が供給されてもよい。高圧入力電源回路１１は、太陽光発電から供給される電圧Ｖ１０の変動に応じて第２の電圧を生成する。例えば、電圧Ｖ１０が、高圧入力電源回路１１によって降圧されることで第２の電圧が生成される。第２の電圧は、例えば、４５〜４８Ｖの範囲内のＤＣ電圧である。
【００１９】
高圧入力電源回路１１は、電圧Ｖ１０が７５Ｖのときは、電圧Ｖ１０を４５Ｖに変換する。電圧Ｖ１０が１００Ｖのときは、電圧Ｖ１０を４８Ｖに変換する。電圧Ｖ１０が７５Ｖから１００Ｖの範囲を変化するのに応じて、高圧入力電源回路１１は、４５Ｖから４８Ｖの範囲で略リニアに変化させて、第２の電圧を生成する。高圧入力電源回路１１は、生成した第２の電圧を出力する。なお、変化率をリニアにせず、各種フィードバック回路を用いて、その出力をそのまま利用するようにしてもよい。
【００２０】
低圧入力電源回路１２には、例えば、風力発電や人力によって生成された１０Ｖ〜４０Ｖ程度の範囲のＤＣ電圧（Ｖ１１）が供給される。低圧入力電源回路１２は、高圧入力電源回路１１と同様に、電圧Ｖ１１の変動に応じて第２の電圧を生成する。低圧入力電源回路１２は、電圧Ｖ１１が１０Ｖ〜４０Ｖの範囲を変化することにともなって、電圧Ｖ１１を、例えば、４５Ｖ〜４８Ｖの範囲のＤＣ電圧に昇圧する。昇圧されたＤＣ電圧が低圧入力電源回路１２から出力される。
【００２１】
高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２からの出力電圧の両方もしくは一方が、バッテリユニットＢＵに供給される。図では、バッテリユニットＢＵに供給されるＤＣ電圧がＶ１２として示されている。上述したように、電圧Ｖ１２は、例えば、４５〜４８Ｖの範囲のＤＣ電圧である。電圧Ｖ１２によって、複数のバッテリユニットＢＵのうち全部または一部が充電される。なお、放電しているバッテリユニットＢＵに対しては、充電はなされない。
【００２２】
コントロールユニットＣＵに対して、パーソナルコンピュータが接続可能とされてもよい。例えば、ＵＳＢ(Universal Serial Bus)によって、コントロールユニットＣＵとパーソナルコンピュータとが接続される。パーソナルコンピュータを使用して、コントロールユニットＣＵに対する制御がなされるようにしてもよい。
【００２３】
「バッテリユニットの構成の概要」
第２の装置の一例であるバッテリユニットの構成の概要について説明する。以下、バッテリユニットＢＵａを例にして説明するが、バッテリユニットＢＵｂおよびバッテリユニットＢＵｃは、特に断わらない限り同一の構成とされる。
【００２４】
バッテリユニットＢＵａは、チャージャー（充電）回路４１ａと、ディスチャージャー（放電）回路４２ａと、バッテリＢａとを含む構成とされる。他のバッテリユニットＢＵも同様に、チャージャー（充電）回路と、ディスチャージャー（放電）回路と、バッテリとを含む構成とされている。以下の説明において、個々のバッテリを区別する必要がないときは、バッテリＢと適宜称する。
【００２５】
チャージャー回路４１ａは、コントロールユニットＣＵから供給される電圧Ｖ１２をバッテリＢａに適応した電圧に変換する。変換された電圧に基づいて、バッテリＢａが充電される。なお、チャージャー回路４１ａは、電圧Ｖ１２の変動に応じて、バッテリＢａに対する充電レートを変化させる。
【００２６】
バッテリＢａから出力された電力がディスチャージャー回路４２ａに供給される。バッテリＢａからは、例えば、１２〜５５Ｖ程度の範囲のＤＣ電圧が出力される。ディスチャージャー回路４２ａによって、バッテリＢａから供給されたＤＣ電圧Ｖ１３に変換される。電圧Ｖ１３は、例えば、４８ＶのＤＣ電圧である。電圧Ｖ１３が、電力ラインＬ３を介して、ディスチャージャー回路４２ａからコントロールユニットＣＵに対して出力される。なお、バッテリＢａから出力されたＤＣ電圧が、ディスチャージャー回路４２ａを介さずに、外部機器に対して直接、供給されるようにしてもよい。
【００２７】
バッテリＢは、リチウムイオンバッテリ、オリビン型リン酸鉄リチウムイオンバッテリ、鉛バッテリなどである。各バッテリユニットＢＵのバッテリＢが異なるバッテリでもよい。例えば、バッテリユニットＢＵａのバッテリＢａおよびバッテリユニットＢＵｂのバッテリＢｂは、リチウムイオンバッテリで構成される。バッテリユニットＢＵｃのバッテリＢｃは、鉛バッテリで構成される。バッテリＢにおけるバッテリセルの個数および接続態様は適宜、変更可能である。複数のバッテリセルが直列または並列に接続されてもよい。複数のバッテリセルが直列に接続されたものが並列に接続されるようにしてもよい。
【００２８】
複数のバッテリユニットが放電するときは、負荷が軽い場合には、出力電圧が最も高い電圧が電圧Ｖ１３として電力ラインＬ２に供給される。負荷が重くなるにつれて、複数のバッテリユニットからの出力が合成され、合成された出力が電力ラインＬ２に供給される。電力ラインＬ２を介して、電圧Ｖ１３がコントロールユニットＣＵに供給される。電圧Ｖ１３がコントロールユニットＣＵの出力ポートから出力される。コントロールユニットＣＵに対しては、複数のバッテリユニットＢＵから分散して電力を供給することができる。このため、個々のバッテリユニットＢＵの負担を軽減することが可能となる。
【００２９】
例えば、以下のような使用形態が考えられる。バッテリユニットＢＵａから出力される電圧Ｖ１３がコントロールユニットＣＵを介して外部機器に供給される。バッテリユニットＢＵｂに対しては、コントロールユニットＣＵから電圧Ｖ１２が供給され、バッテリユニットＢＵｂのバッテリＢｂが充電される。バッテリユニットＢＵｃは、予備電源として使用される。例えば、バッテリユニットＢＵａの残容量が低下した際に、使用するバッテリユニットをバッテリユニットＢＵａからバッテリユニットＢＵｃに切り換える。バッテリユニットＢＵｃから出力された電圧Ｖ１３が外部機器に供給される。もちろん、上述した使用形態は一例であり、これに限定されることはない。
【００３０】
「コントロールユニットの内部構成」
図２は、コントロールユニットＣＵの内部構成の一例を示す。上述したように、コントロールユニットＣＵは、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２を含む構成とされる。高圧入力電源回路１１は、ＡＣ入力をＤＣ出力に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ１１ａと、電圧Ｖ１０を４５Ｖ〜４８Ｖの範囲のＤＣ電圧に降圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂとを含む構成とされる。ＡＣ−ＤＣコンバータ１１ａおよびＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂの方式については、公知のものを適用できる。なお、高圧入力電源回路１１にＤＣ電圧のみが供給されるときは、ＡＣ−ＤＣコンバータ１１ａがなくてもよい。
【００３１】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂの入力段および出力段のそれぞれに、電圧センサと、電子スイッチと、電流センサとが接続されている。図２および後述する図５では、電圧センサを四角で、電子スイッチを丸で、電流センサを斜線が付された丸で、それぞれ簡略化して示している。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂの入力段には、電圧センサ１１ｃと、電子スイッチ１１ｄと、電流センサ１１ｅとが接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂの出力段には、電流センサ１１ｆと、電子スイッチ１１ｇと、電圧センサ１１ｈとが接続されている。各センサによって得られるセンサ情報が後述するＣＰＵ(Central Processing Unit)１３に供給される。各電子スイッチのオン／オフがＣＰＵ１３によって制御される。
【００３２】
低圧入力電源回路１２は、電圧Ｖ１１を４５Ｖ〜４８Ｖの範囲のＤＣ電圧に昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａを含む構成とされる。低圧入力電源回路１２の入力段および出力段のそれぞれに、電圧センサと、電子スイッチと、電流センサとが接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａの入力段には、電圧センサ１２ｂと、電子スイッチ１２ｃと、電流センサ１２ｄとが接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａの出力段には、電流センサ１２ｅと、電子スイッチ１２ｆと、電圧センサ１２ｇとが接続されている。各センサによって得られるセンサ情報が後述するＣＰＵ１３に供給される。各スイッチのオン／オフがＣＰＵ１３よって制御される。
【００３３】
なお、図において、センサから延びる矢印が、センサ情報がＣＰＵ１３に供給されることを示している。電子スイッチに対する矢印は、電子スイッチに対してＣＰＵ１３による制御がなされることを示している。
【００３４】
高圧入力電源回路１１の出力電圧がダイオードを介して出力される。低圧入力電源回路１２の出力電圧がダイオードを介して出力される。高圧入力電源回路１１の出力電圧および低圧入力電源回路１２の出力電圧が合成され、合成された電圧Ｖ１２が電力ラインＬ１を介してバッテリユニットＢＵに出力される。バッテリユニットＢＵから供給された電圧Ｖ１３が、電力ラインＬ２を介してコントロールユニットＣＵに供給される。次に、コントロールユニットＣＵに供給された電圧Ｖ１３が、電力ラインＬ３を介して外部機器に供給される。なお、図において、外部機器に供給される電圧を電圧Ｖ１４として示している。
【００３５】
電力ラインＬ３がバッテリユニットＢＵと接続されてもよい。このような構成により、例えば、バッテリユニットＢＵａから出力された電力が、電力ラインＬ２を介してコントロールユニットＣＵに供給される。供給された電力が電力ラインＬ３を介してバッテリユニットＢＵｂに供給され、バッテリユニットＢＵｂを充電することができる。なお、図示は省略しているが、電力ラインＬ２を介してコントロールユニットＣＵに供給された電力が、電力ラインＬ１に供給されるようにしてもよい。
【００３６】
コントロールユニットＣＵは、ＣＰＵ１３を含む構成とされる。ＣＰＵ１３は、コントロールユニットＣＵの各部を制御する。例えば、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２における電子スイッチをオン／オフする。さらに、ＣＰＵ１３は、各バッテリユニットＢＵに制御信号を供給する。ＣＰＵ１３は、例えば、バッテリユニットＢＵの電源をオンさせる制御信号や、充電または放電を指示する制御信号を、バッテリユニットＢＵに供給する。ＣＰＵ１３は、バッテリユニットＢＵ毎に異なる内容の制御信号を出力することができる。
【００３７】
ＣＰＵ１３は、バス１４を介してメモリ１５、Ｄ／Ａ(Digital to Analog)変換部１６、Ａ／Ｄ(Analog to Digital)変換部１７および温度センサ１８と接続されている。バス１４は、例えば、Ｉ2Ｃバスで構成される。メモリ１５は、ＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)などの不揮発性メモリにより構成される。Ｄ／Ａ変換部１６は、各種の処理で使用されるデジタル信号をアナログ信号に変換する。
【００３８】
ＣＰＵ１３には、電圧センサや電流センサにより測定されたセンサ情報が入力される。センサ情報は、Ａ／Ｄ変換部１７によってデジタル信号に変換された後に、ＣＰＵ１３に入力される。温度センサ１８は、環境温度を測定する。例えば、コントロールユニットＣＵ内部の温度や、コントロールユニットＣＵの周囲の温度を測定する。
【００３９】
ＣＰＵ１３が通信機能を有していてもよい。例えば、ＣＰＵ１３とパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１９との間で通信のやり取りがなされてもよい。パーソナルコンピュータに限らず、インターネットなどのネットワークに接続された機器とＣＰＵ１３との間で通信がなされるようにしてもよい。
【００４０】
「コントロールユニットの電源系統」
図３は、コントロールユニットＣＵの、主に電源系統に関する構成の一例を示す。高圧入力電源回路１１の出力段には、逆流防止用のダイオード２０が接続されている。低圧入力電源回路１２の出力段には、逆流防止用のダイオード２１が接続されている。ダイオード２０およびダイオード２１により、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２がＯＲ接続される。高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２の出力が合成されてバッテリユニットＢＵに供給される。実際には、高圧入力電源回路１１および低圧入力電源回路１２の出力のうち、電圧が高い一方の出力がバッテリユニットＢＵに供給されるものの、負荷となるバッテリユニットＢＵの電力消費量に応じて、両方から電力が供給される状況にもなる。
【００４１】
コントロールユニットＣＵには、ユーザによって操作可能なメインスイッチＳＷ１が設けられている。メインスイッチＳＷ１がオンされることでＣＰＵ１３に電力が供給され、コントロールユニットＣＵが起動する。ＣＰＵ１３に、例えば、コントロールユニットＣＵに内蔵されるバッテリ２２から電力が供給される。バッテリ２２は、リチウムイオンバッテリなどの充電可能なバッテリである。バッテリ２２からのＤＣ電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ２３によって、ＣＰＵ１３が動作する電圧に変換される。変換された電圧がＣＰＵ１３の電源電圧として供給される。このように、コントロールユニットＣＵの起動時には、バッテリ２２が使用される。バッテリ２２に対する制御は、例えば、ＣＰＵ１３によってなされる。
【００４２】
高圧入力電源回路１１や低圧入力電源回路１２、あるいはバッテリユニットＢＵから供給される電力によってバッテリ２２を充電することができる。バッテリユニットＢＵから供給された電力がチャージャー回路２４に供給される。チャージャー回路２４は、ＤＣ−ＤＣコンバータを含む構成とされる。バッテリユニットＢＵから供給された電圧Ｖ１３がチャージャー回路２４によって所定のレベルのＤＣ電圧に変換される。変換されたＤＣ電圧がバッテリ２２に供給される。供給されたＤＣ電圧によってバッテリ２２が充電される。
【００４３】
なお、高圧入力電源回路１１や低圧入力電源回路１２、あるいはバッテリユニットＢＵから供給される電圧Ｖ１３によってＣＰＵ１３が動作するようにしてもよい。バッテリユニットＢＵから供給された電圧Ｖ１３がＤＣ−ＤＣコンバータ２５によって所定のレベルの電圧に変換される。変換された電圧が、電源電圧としてＣＰＵ１３に供給され、ＣＰＵ１３が動作する。
【００４４】
コントロールユニットＣＵが起動した後に、Ｖ１０およびＶ１１の少なくとも一方が入力されると電圧Ｖ１２が生成される。電圧Ｖ１２が、電力ラインＬ１を介してバッテリユニットＢＵに供給される。このとき、ＣＰＵ１３は、信号ラインＳＬを使用してバッテリユニットＢＵと通信を行う。この通信によって、ＣＰＵ１３は、バッテリユニットＢＵに対して起動および放電を指示する制御信号を出力する。そして、ＣＰＵ１３は、スイッチＳＷ２をオンする。スイッチＳＷ２は、例えば、ＦＥＴ(Field Effect Transistor)から構成される。ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)によって構成されてもよい。スイッチＳＷ２がオンされることで、バッテリユニットＢＵからコントロールユニットＣＵに電圧Ｖ１３が供給される。
【００４５】
スイッチＳＷ２の出力側には、逆流防止用のダイオード２６が接続されている。ダイオード２６を接続することにより、太陽電池や風力発電などから供給される不安定な電力が、外部機器に直接供給されることを防止できる。そして、外部機器には、バッテリユニットＢＵから供給される安定した電力を供給できる。もちろん、安全のために、バッテリユニットＢＵの最終段にもダイオードを設けてもよい。
【００４６】
バッテリユニットＢＵから供給された電力を外部機器に供給するときは、ＣＰＵ１３は、スイッチＳＷ３をオンする。スイッチＳＷ３がオンされることで、電圧Ｖ１３に基づく電圧Ｖ１４が、電力ラインＬ３を介して外部機器に供給される。なお、電圧Ｖ１４が他のバッテリユニットＢＵに供給され、他のバッテリユニットＢＵのバッテリＢが電圧Ｖ１４によって充電されてもよい。
【００４７】
「高圧入力電源回路の構成例」
図４は、高圧入力電源回路の具体的な構成の一例を示す。図４に示すように、高圧入力電源回路１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂと、後述するフィードフォワード制御系とを備えている。図４では、電圧センサ１１ｃ、電子スイッチ１１ｄ、電流センサ１１ｅ、電流センサ１１ｆ、電子スイッチ１１ｇおよび電圧センサ１１ｈならびにダイオード２０などの図示を省略している。
【００４８】
低圧入力電源回路１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａが昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとされること以外は、高圧入力電源回路１１の構成とほぼ同様の構成を備えているため、図示および説明を省略する。
【００４９】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂは、例えば、スイッチング素子などを含む一次側回路３２と、トランス３３と、整流素子などを含む二次側回路３４とから構成される。図４に例示するＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂは、電流共振型のコンバータ（ＬＬＣ共振コンバータ）である。
【００５０】
フィードフォワード制御系は、オペアンプ３５、トランジスタ３６、抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２およびＲｃ３を含み、フィードフォワード制御系の出力は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂの一次側回路３２のドライバに備えられた制御用端子に入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂは、制御用端子に対する入力電圧が一定となるように、高圧入力電源回路１１からの出力電圧を調整する。
【００５１】
高圧入力電源回路１１がフィードフォワード制御系を備えることにより、高圧入力電源回路１１からの出力電圧の値が、あらかじめ設定された範囲内の電圧値となるように調整される。したがって、高圧入力電源回路１１を備えるコントロールユニットＣＵは、例えば、太陽電池などからの入力電圧の変化に応じて出力電圧を変化させる電圧変換装置の機能を有している。
【００５２】
図４に示すように、高圧入力電源回路１１からは、コンデンサ３１を含むＡＣ−ＤＣコンバータ１１ａ、一次側回路３２、トランス３３、二次側回路３４を介して出力電圧が取り出される。ＡＣ−ＤＣコンバータ１１ａは、コントロールユニットＣＵの外部からの入力が交流電源であるときに配置される力率補正（Power Factor Correction）回路である。
【００５３】
コントロールユニットＣＵからの出力は、電力ラインＬ１により、バッテリユニットＢＵに送出される。例えば、個々のバッテリユニットＢＵａ、ＢＵｂ、ＢＵｃ、・・・は、逆流防止用のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・を介して、出力端子Ｔｅ１、Ｔｅ２、Ｔｅ３、・・・にそれぞれ接続される。
【００５４】
以下、高圧入力電源回路１１に備えられたフィードフォワード制御系について説明する。
【００５５】
オペアンプ３５の非反転入力端子に対しては、高圧入力電源回路１１への入力電圧をｋｃ倍（ｋｃ：数十〜百分の一程度）した電圧が入力される。一方、オペアンプ３５の反転入力端子ｃ１に対しては、あらかじめ定められた一定の電圧Ｖｔ0をｋｃ倍した電圧が入力されている。オペアンプ３５の反転入力端子ｃ１に対する入力電圧（ｋｃ×Ｖｔ0）は、例えば、Ｄ／Ａ変換部１６から印加される。電圧Ｖｔ0の値は、例えば、Ｄ／Ａ変換部１６の内蔵メモリに保持され、必要に応じて、電圧Ｖｔ0の値を変更することが可能とされている。電圧Ｖｔ0の値が、バス１４を介してＣＰＵ１３に接続されたメモリ１５に保持され、これをＤ／Ａ変換部１６に転送するようにしてもよい。
【００５６】
オペアンプ３５の出力端子はトランジスタ３６のベースに接続されており、トランジスタ３６により、オペアンプ３５の非反転入力端子に対する入力電圧と反転入力端子に対する入力電圧との差に応じた電圧−電流変換が行われる。
【００５７】
トランジスタ３６のエミッタに接続された抵抗Ｒｃ２の抵抗値は、抵抗Ｒｃ２と並列に接続される抵抗Ｒｃ１の抵抗値に対して大とされている。
【００５８】
例えば、高圧入力電源回路１１に対する入力電圧が、あらかじめ定められた一定の電圧Ｖｔ0よりも十分に高い電圧であったとする。このとき、トランジスタ３６はオンであり、抵抗Ｒｃ１および抵抗Ｒｃ２の合成抵抗の値が抵抗Ｒｃ１の抵抗値より小となるため、図４に示すｆ点の電位はグラウンド電位に近づく。
【００５９】
すると、フォトカプラ３７を介して接続された、一次側回路３２のドライバに備えられた制御用端子に対する入力電圧が低下する。制御用端子に対する入力電圧の低下を検出したＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂは、制御用端子に対する入力電圧が一定となるように、高圧入力電源回路１１からの出力電圧を引き上げる。
【００６０】
逆に、例えば、コントロールユニットＣＵに接続された太陽電池の端子電圧が低下し、高圧入力電源回路１１に対する入力電圧が、あらかじめ定められた一定の電圧Ｖｔ0に近づいたとする。
【００６１】
高圧入力電源回路１１に対する入力電圧が下がってくると、トランジスタ３６の状態が、オンからオフの状態に近づく。トランジスタ３６の状態がオンからオフの状態に近づくに伴い、抵抗Ｒｃ１および抵抗Ｒｃ２には電流が流れにくくなり、図４に示すｆ点の電位が上昇する。
【００６２】
すると、一次側回路３２のドライバに備えられた制御用端子に対する入力電圧が一定に保たれなくなるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂは、制御用端子に対する入力電圧が一定となるように、高圧入力電源回路１１からの出力電圧を引き下げる。
【００６３】
すなわち、高圧入力電源回路１１は、入力電圧があらかじめ定められた一定の電圧Ｖｔ0よりも十分に高い電圧である場合には、出力電圧を引き上げる。また、高圧入力電源回路１１は、太陽電池の端子電圧が低下して、入力電圧があらかじめ定められた一定の電圧Ｖｔ0に近づくと、出力電圧を引き下げる。このように、高圧入力電源回路１１を備えるコントロールユニットＣＵは、入力電圧の大きさに応じて出力電圧を動的に変化させる。
【００６４】
さらに、以下に説明するように、高圧入力電源回路１１は、コントロールユニットＣＵの出力側で必要とされる電圧の変化に対しても出力電圧を動的に変化させる。
【００６５】
例えば、太陽電池の発電中に、コントロールユニットＣＵに対して電気的に接続されるバッテリユニットＢＵの数が増加したとする。すなわち、太陽電池の発電中において、太陽電池からみた負荷が増加したとする。
【００６６】
この場合、コントロールユニットＣＵに対して新たにバッテリユニットＢＵが電気的に接続されることにより、コントロールユニットＣＵに接続されている太陽電池の端子電圧が下がることになる。すると、高圧入力電源回路１１に対する入力電圧が低下するに伴い、トランジスタ３６の状態が、オンからオフの状態に近づくこととなり、高圧入力電源回路１１からの出力電圧が引き下げられる。
【００６７】
一方、例えば、太陽電池の発電中に、コントロールユニットＣＵに対して電気的に接続されたバッテリユニットＢＵの数が減少したとすると、太陽電池からみた負荷が減少するため、コントロールユニットＣＵに接続された太陽電池の端子電圧が上昇する。高圧入力電源回路１１に対する入力電圧が、あらかじめ定められた一定の電圧Ｖｔ0よりも十分に高い電圧になると、一次側回路３２のドライバに備えられた制御用端子に対する入力電圧が低下し、高圧入力電源回路１１からの出力電圧が引き上げられる。
【００６８】
なお、抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２およびＲｃ３の抵抗値は、高圧入力電源回路１１からの出力電圧の値があらかじめ設定された範囲内の電圧値となるように適宜選択される。すなわち、抵抗Ｒｃ１およびＲｃ２の抵抗値により、高圧入力電源回路１１からの出力電圧の上限がきめられる。トランジスタ３６は、高圧入力電源回路１１に対する入力電圧が所定の値を超えているときに、高圧入力電源回路１１からの出力電圧の値が、あらかじめ設定された上限の電圧値を超えないようにするために配置されている。
【００６９】
一方、高圧入力電源回路１１からの出力電圧の下限は、後述するように、チャージャー回路４１ａにおけるフィードフォワード制御系のオペアンプの反転入力端子に対する入力電圧によってきめられる。
【００７０】
「バッテリユニットの内部構成」
図５は、バッテリユニットＢＵの内部構成の一例を示す。ここでは、バッテリユニットＢＵａを例にして説明する。特に断らない限り、バッテリユニットＢＵｂおよびバッテリユニットＢＵｃは、バッテリユニットＢＵａと同様の構成とされる。
【００７１】
バッテリユニットＢＵａは、チャージャー回路４１ａと、ディスチャージャー回路４２ａと、バッテリＢａとを含む構成とされる。コントロールユニットＣＵからチャージャー回路４１ａに対して、電圧Ｖ１２が供給される。バッテリユニットＢＵａからの出力である電圧Ｖ１３が、ディスチャージャー回路４２ａを介してコントロールユニットＣＵに供給される。ディスチャージャー回路４２ａから外部機器に対して、直接、電圧Ｖ１３が供給されるようにしてもよい。
【００７２】
チャージャー回路４１ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａを備える。チャージャー回路４１ａに入力される電圧Ｖ１２が、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａによって所定電圧に変換される。変換された所定電圧がバッテリＢａに供給され、バッテリＢａが充電される。所定電圧は、バッテリＢａの種類等によって異なる。ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａの入力段には、電圧センサ４３ｂと、電子スイッチ４３ｃと、電流センサ４３ｄとが接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａの出力段には、電流センサ４３ｅと、電子スイッチ４３ｆと、電圧センサ４３ｇとが接続されている。
【００７３】
ディスチャージャー回路４２ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ４４ａを備える。バッテリＢａからディスチャージャー回路４２ａに供給されるＤＣ電圧が、ＤＣ−ＤＣコンバータ４４ａによって電圧Ｖ１３に変換される。変換された電圧Ｖ１３がディスチャージャー回路４２ａから出力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ４４ａの入力段には、電圧センサ４４ｂと、電子スイッチ４４ｃと、電流センサ４４ｄとが接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４４ａの出力段には、電流センサ４４ｅと、電子スイッチ４４ｆと、電圧センサ４４ｇとが接続されている。
【００７４】
バッテリユニットＢＵａは、ＣＰＵ４５を備える。ＣＰＵ４５は、バッテリユニットＢＵの各部を制御する。例えば、電子スイッチのオン／オフを制御する。過充電防止機能や過電流防止機能などの、バッテリＢの安全を確保する処理をＣＰＵ４５が行うようにしてもよい。ＣＰＵ４５は、バス４６に接続されている。バス４６は、例えば、Ｉ2Ｃバスである。
【００７５】
バス４６には、メモリ４７と、Ａ／Ｄ変換部４８と、温度センサ４９とが接続されている。メモリ４７は、例えば、ＥＥＰＲＯＭなどの書き換え可能な不揮発性メモリである。Ａ／Ｄ変換部４８は、例えば、電圧センサや電流センサによって得られるアナログのセンサ情報をデジタル情報に変換する。Ａ／Ｄ変換部４８によってデジタル信号へと変換されたセンサ情報がＣＰＵ４５に供給される。温度センサ４９は、バッテリユニットＢＵ内の所定箇所の温度を測定する。温度センサ４９は、例えば、ＣＰＵ４５が実装される基板の周囲の温度と、チャージャー回路４１ａおよびディスチャージャー回路４２ａの温度と、バッテリＢａの温度とを測定する。
【００７６】
「バッテリユニットの電源系統」
図６は、バッテリユニットＢＵａの、主に電源系統に関する構成の一例を示す。バッテリユニットＢＵａには、メインスイッチは設けられていない。バッテリＢａとＣＰＵ４５との間には、スイッチＳＷ５およびＤＣ−ＤＣコンバータ３９が接続されている。バッテリＢａとディスチャージャー回路４２ａとの間には、スイッチＳＷ６が接続されている。チャージャー回路４１ａの入力段には、スイッチＳＷ７が接続されている。ディスチャージャー回路４２ａの出力段には、スイッチＳＷ８が接続されている。それぞれのスイッチＳＷは、例えば、ＦＥＴにより構成される。
【００７７】
バッテリユニットＢＵａは、例えば、コントロールユニットＣＵからの制御信号によって起動される。コントロールユニットＣＵから、所定の信号ラインを介して、例えば、ハイレベルの制御信号が常に供給されている。このため、バッテリユニットＢＵａのポートを所定の信号ラインに接続するだけでハイレベルの制御信号がスイッチＳＷ５に供給され、スイッチＳＷ５がオンされる。スイッチＳＷ５がオンすることで、バッテリユニットＢＵａが起動する。スイッチＳＷ５がオンすることで、バッテリＢａからのＤＣ電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ３９に供給される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３９によって、ＣＰＵ４５を動作させる電源電圧が生成される。生成された電源電圧がＣＰＵ４５に供給され、ＣＰＵ４５が動作する。
【００７８】
ＣＰＵ４５は、コントロールユニットＣＵの指示に応じた制御を実行する。コントロールユニットＣＵからＣＰＵ４５に対して、例えば、充電指示の制御信号が供給される。充電指示に応じて、ＣＰＵ４５は、スイッチＳＷ６およびスイッチＳＷ８をオフした後にスイッチＳＷ７をオンする。スイッチＳＷ７がオンされることで、コントロールユニットＣＵから供給される電圧Ｖ１２が、チャージャー回路４１ａに供給される。チャージャー回路４１ａによって電圧Ｖ１２が所定電圧に変換され、変換された所定電圧によってバッテリＢａが充電される。なお、バッテリＢに対する充電方法は、バッテリＢの種類に応じて適宜変更することができる。
【００７９】
コントロールユニットＣＵからＣＰＵ４５に対して、例えば、放電指示の制御信号が供給される。放電指示に応じて、ＣＰＵ４５は、スイッチＳＷ７をオフし、スイッチＳＷ６およびスイッチＳＷ８をオンする。例えば、スイッチＳＷ６をオンしてから、一定時間後にスイッチＳＷ８をオンする。スイッチＳＷ６がオンされることで、バッテリＢａからのＤＣ電圧がディスチャージャー回路４２ａに供給される。ディスチャージャー回路４２ａによって、バッテリＢａからのＤＣ電圧が電圧Ｖ１３に変換される。変換された電圧Ｖ１３が、スイッチＳＷ８を介してコントロールユニットＣＵに供給される。なお、本例では省略しているが、他のバッテリユニットＢＵからの出力と衝突しないようにするため、スイッチＳＷ８の後段にダイオードを追加するようにしてもよい。
【００８０】
なお、ＣＰＵ４５の制御によって、ディスチャージャー回路４２ａのオン／オフを切り換えることができる（図中のＣＰＵ４５からディスチャージャー回路４２ａに出ているおＯＮ／ＯＦＦ信号線）。例えば、スイッチＳＷ６の出力側に、図示しないスイッチＳＷ（説明の便宜を考慮して、スイッチＳＷ１０と称する）が設けられている。スイッチＳＷ１０は、ディスチャージャー回路４２ａを経由する第１の経路と、ディスチャージャー回路４２ａを経由しない第２の経路とを切り換えるスイッチである。
【００８１】
ディスチャージャー回路４２ａをオンするときは、ＣＰＵ４５は、スイッチＳＷ１０を第１の経路に接続する。これにより、スイッチＳＷ６からの出力がディスチャージャー回路４２ａを介してスイッチＳＷ８に供給される。ディスチャージャー回路４２ａをオフするときは、ＣＰＵ４５は、スイッチＳＷ１０を第２の経路に接続する。これにより、スイッチＳＷ６からの出力がディスチャージャー回路４２ａを介さずに直接、スイッチＳＷ８に供給される。
【００８２】
「チャージャー回路の構成例」
図７は、バッテリユニットにおけるチャージャー回路の具体的な構成の一例を示す。図７に示すように、チャージャー回路４１ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａと、後述するフィードフォワード制御系およびフィードバック制御系とを備えている。なお、図７では、電圧センサ４３ｂ、電子スイッチ４３ｃ、電流センサ４３ｄ、電流センサ４３ｅ、電子スイッチ４３ｆ、電圧センサ４３ｇならびにスイッチＳＷ7などの図示を省略している。
【００８３】
各バッテリユニットＢＵにおけるチャージャー回路も、図７に示すチャージャー回路４１ａの構成とほぼ同様の構成を備えている。
【００８４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａは、例えば、トランジスタ５１、コイル５２、制御用ＩＣ（Integrated Circuit）５３などから構成される。トランジスタ５１は、制御用ＩＣ５３により制御される。
【００８５】
フィードフォワード制御系は、高圧入力電源回路１１と同様に、オペアンプ５５、トランジスタ５６、抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２およびＲｂ３を含む。フィードフォワード制御系の出力は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａの制御用ＩＣ５３に備えられた制御用端子に入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａ中の制御用ＩＣ５３は、制御用端子に対する入力電圧が一定となるように、チャージャー回路４１ａからの出力電圧を調整する。
【００８６】
すなわち、チャージャー回路４１ａに備えられたフィードフォワード制御系は、高圧入力電源回路１１に備えられたフィードフォワード制御系と同様に作用する。
【００８７】
チャージャー回路４１ａがフィードフォワード制御系を備えることにより、チャージャー回路４１ａからの出力電圧の値が、あらかじめ設定された範囲内の電圧値となるように調整される。チャージャー回路からの出力電圧の値が、あらかじめ設定された範囲内の電圧値に調整されることにより、コントロールユニットＣＵに電気的に接続された各バッテリＢに対する充電電流が、高圧入力電源回路１１からの入力電圧の変化に応じて調整される。したがって、チャージャー回路を備えるバッテリユニットＢＵは、各バッテリＢに対する充電レートを変化させる充電装置の機能を有している。
【００８８】
コントロールユニットＣＵに電気的に接続された各バッテリＢに対する充電レートが変化させられることにより、各バッテリユニットＢＵのチャージャー回路に対する入力電圧の値（高圧入力電源回路１１または低圧入力電源回路１２からの出力電圧の値といってもよい。）が、あらかじめ設定された範囲内の電圧値となるように調整される。
【００８９】
チャージャー回路４１ａへの入力は、例えば、上述したコントロールユニットＣＵの高圧入力電源回路１１または低圧入力電源回路１２からの出力である。したがって、例えば、図４に示す端子Ｔｅ１、Ｔｅ２、Ｔｅ３、・・・のいずれかと、チャージャー回路４１ａの入力端子とが接続されている。
【００９０】
図７に示すように、チャージャー回路４１ａからは、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３ａ、電流センサ５４、フィルタ５５を介して出力電圧が取り出される。チャージャー回路４１ａの端子Ｔｂ１には、バッテリＢａが接続される。すなわち、チャージャー回路４１ａからの出力は、バッテリＢａに対する入力となる。
【００９１】
後述するように、各チャージャー回路からの出力電圧の値は、各チャージャー回路に接続されるバッテリの種類に応じて、あらかじめ設定された範囲内の電圧値となるように調整されている。各チャージャー回路からの出力電圧の範囲は、抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２およびＲｂ３の抵抗値が適宜選択されることにより調整される。
【００９２】
このように、各チャージャー回路からの出力電圧の範囲が、チャージャー回路に接続されるバッテリの種類に応じて個別にきめられるため、バッテリユニットＢＵに備えられるバッテリＢの種類は特に限定されない。各チャージャー回路内の抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２およびＲｂ３の抵抗値を、接続されるバッテリＢの種類に応じて適宜選択すればよいからである。
【００９３】
なお、図７ではフィードフォワード制御系の出力が制御用ＩＣ５３の制御用端子に入力される構成を例示したが、バッテリユニットＢＵのＣＰＵ４５が、制御用ＩＣ５３の制御用端子に入力を与えるようにしてもよい。例えば、バッテリユニットＢＵのＣＰＵ４５が、信号ラインＳＬを介してバッテリユニットＢＵに対する入力電圧に関する情報をコントロールユニットＣＵのＣＰＵ１３から取得するようにしてもよい。コントロールユニットＣＵのＣＰＵ１３は、電圧センサ１１ｈや電圧センサ１２ｇなどの測定結果から、バッテリユニットＢＵに対する入力電圧に関する情報を取得することが可能である。
【００９４】
以下、チャージャー回路４１ａに備えられたフィードフォワード制御系について説明する。
【００９５】
オペアンプ５５の非反転入力端子に対する入力は、チャージャー回路４１ａへの入力電圧をｋｂ倍（ｋｂ：数十〜百分の一程度）した電圧とされる。一方、オペアンプ５５の反転入力端子ｂ１に対する入力は、高圧入力電源回路１１または低圧入力電源回路１２からの出力電圧の下限として設定しようとする電圧Ｖｂをｋｂ倍した電圧である。オペアンプ５５の反転入力端子ｂ１に対する入力電圧（ｋｂ×Ｖｂ）は、例えば、ＣＰＵ４５から印加される。
【００９６】
したがって、チャージャー回路４１ａに備えられたフィードフォワード制御系は、チャージャー回路４１ａに対する入力電圧が、あらかじめ定められた一定の電圧Ｖｂよりも十分に高い電圧である場合に、チャージャー回路４１ａからの出力電圧を引き上げる。また、チャージャー回路４１ａに対する入力電圧が、あらかじめ定められた一定の電圧Ｖｂに近づくと、フィードフォワード制御系は、チャージャー回路４１ａからの出力電圧を引き下げる。
【００９７】
トランジスタ５６は、図４に示すトランジスタ３６と同様に、チャージャー回路４１ａに対する入力電圧が所定の値を超えているときに、チャージャー回路４１ａからの出力電圧の値が、あらかじめ設定された上限を超えないようにするために配置されている。なお、チャージャー回路４１ａからの出力電圧の値の範囲は、抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２およびＲｂ３の抵抗値の組み合わせによってきまる。そのため、抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２およびＲｂ３の抵抗値は、各チャージャー回路に接続されるバッテリＢの種類に応じて調整される。
【００９８】
また、チャージャー回路４１ａは、上述したように、フィードバック制御系をも備えている。フィードバック制御系は、例えば、電流センサ５４、オペアンプ５７およびトランジスタ５８などから構成される。
【００９９】
バッテリＢａに供給される電流量があらかじめ設定された規定値を超えると、フィードバック制御系により、チャージャー回路４１ａからの出力電圧が引き下げられ、バッテリＢａに供給される電流量が制限される。フィードバック制御系による、バッテリＢａに供給される電流量の制限の程度は、各チャージャー回路に接続されるバッテリＢの定格にあわせてきめられる。
【０１００】
フィードフォワード制御系またはフィードバック制御系により、チャージャー回路４１ａからの出力電圧が引き下げられると、バッテリＢａに供給される電流量が制限されることになる。バッテリＢａに供給される電流量が制限されると、結果として、チャージャー回路４１ａに接続されたバッテリＢａに対する充電が減速される。
【０１０１】
次に、本開示の実施形態の理解を容易とするため、ＭＰＰＴ制御と、電圧追従法による制御とを例にとり、それぞれの制御方式について説明する。
【０１０２】
「ＭＰＰＴ制御」
まず、以下に、ＭＰＰＴ制御の概略について説明を行う。
【０１０３】
図８Ａは、太陽電池の電圧−電流特性を示すグラフである。図８Ａ中、縦軸は、太陽電池の端子電流を表し、横軸は、太陽電池の端子電圧を表している。図８Ａ中、Ｉｓｃは、光照射時において、太陽電池の端子間を短絡したときの出力電流を表し、Ｖｏｃは、光照射時において、太陽電池の端子間を開放したときの出力電圧を表している。ＩｓｃおよびＶｏｃは、それぞれ短絡電流および開放電圧と呼ばれる。
【０１０４】
図８Ａに示すように、光照射時において、太陽電池の端子電流は、太陽電池の端子間を短絡したときが最大であり、このとき、太陽電池の端子電圧はほぼ０Ｖである。一方、光照射時において、太陽電池の端子電圧は、太陽電池の端子間を開放したときが最大であり、このとき、太陽電池の端子電流はほぼ０Ａである。
【０１０５】
いま、太陽電池の電圧−電流特性を示すグラフが、図８Ａに示す曲線Ｃ１で表されるとする。ここで、太陽電池に対して負荷を接続したとすると、接続される負荷の必要としている消費電力により、太陽電池から取りだされる電圧と電流がきまる。このときの太陽電池の端子電圧および端子電流の組により表される、曲線Ｃ１上の点を、太陽電池の動作点という。なお、図８Ａは、動作点の位置を模式的に示したものであり、実際の動作点の位置を示すものではない。本開示の他の図における動作点に関しても、同様とする。
【０１０６】
太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線上において動作点を変化させると、端子電圧と端子電流との積、すなわち発電電力が最大となる端子電圧Ｖａおよび端子電流Ｉａの組が見つかる。太陽電池により得られる電力が最大となる端子電圧Ｖａおよび端子電流Ｉａの組により表される点は、太陽電池の最適動作点と呼ばれる。
【０１０７】
太陽電池の電圧−電流特性を示すグラフが図８Ａに示す曲線Ｃ１で表されるとき、太陽電池から得られる最大の電力は、最適動作点を与えるＶａとＩａとの積により求められる。すなわち、太陽電池の電圧−電流特性を示すグラフが図８Ａに示す曲線Ｃ１で表されるとき、太陽電池から得られる最大の電力は、図８Ａにおいて網掛けで示された領域の面積（Ｖａ×Ｉａ）により表される。なお、（Ｖａ×Ｉａ）を（Ｖｏｃ×Ｉｓｃ）で割った量がフィルファクタである。
【０１０８】
最適動作点は、太陽電池に接続される負荷の必要としている電力により変化し、最適動作点を表す点ＰAは、太陽電池に接続される負荷の必要としている電力の変化にしたがって曲線Ｃ１上を動く。負荷の必要としている電力量が少ない場合、負荷への電流の供給は、最適動作点における端子電流よりも少ない電流で事足りる。そのため、このときの太陽電池の端子電圧の値は、最適動作点における電圧値よりも高い値になる。一方、負荷の必要としている電力量が、最適動作点で供給できる電力量よりも大きい場合には、この時点の照度で提供できる電力を超えているため、太陽電池の端子電圧が０まで低下していくものと考えられる。
【０１０９】
図８Ａに示す曲線Ｃ２およびＣ３は、例えば、太陽電池に対する照度が変化した場合における、太陽電池の電圧−電流特性を示している。例えば、図８Ａに示す曲線Ｃ２は、太陽電池に対する照度が増加した場合における電圧−電流特性に対応し、図８Ａに示す曲線Ｃ３は、太陽電池に対する照度が減少した場合における電圧−電流特性に対応する。
【０１１０】
例えば、太陽電池に対する照度が増加し、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ１から曲線Ｃ２に変化したとすると、最適動作点も太陽電池に対する照度の増加に伴って変化する。なお、このとき、最適動作点は、曲線Ｃ１上の点から曲線Ｃ２上の点にうつる。
【０１１１】
ＭＰＰＴ制御とは、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線の変化に対して最適動作点を求め、太陽電池から得られる電力が最大となるように、太陽電池の端子電圧（または端子電流）を制御することにほかならない。
【０１１２】
図８Ｂは、ある曲線により太陽電池の電圧−電流特性が表される場合における、太陽電池の端子電圧と太陽電池の発電電力との関係を表したグラフ（Ｐ−Ｖ曲線）である。
【０１１３】
図８Ｂに示すように、最大動作点を与える端子電圧において、太陽電池の発電電力が最大値Ｐｍａｘをとるものとすると、最大動作点を与える端子電圧は、山登り法と呼ばれる手法により求めることができる。以下に説明する一連の手順は、一般的には、太陽電池と、電力系統との間に接続されるパワーコンディショナー（power conditioner）のＣＰＵなどにより実行される。
【０１１４】
例えば、まず、太陽電池から入力される電圧の初期値をＶ0として、このときの発電電力Ｐ0が計算される。次に、Ｖ1＝Ｖ0＋ε（ここではε＞０とする。）として、太陽電池から入力される電圧がεだけ増加させられる。次に、太陽電池から入力される電圧をＶ1として、このときの発電電力Ｐ1が計算される。次に、得られたＰ0とＰ1とが比較され、Ｐ1＞Ｐ0である場合には、Ｖ2＝Ｖ1＋εとして、太陽電池から入力される電圧がεだけ増加させられる。次に、太陽電池から入力される電圧をＶ2として、このときの発電電力Ｐ2が計算される。次に、得られたＰ1とＰ2とが比較され、Ｐ2＞Ｐ1である場合には、Ｖ3＝Ｖ2＋εとして、太陽電池から入力される電圧がεだけ増加させられる。次に、太陽電池から入力される電圧をＶ3として、このときの発電電力Ｐ3が計算される。
【０１１５】
ここで、Ｐ3＜Ｐ2であったとすると、最大動作点を与える端子電圧は、Ｖ2とＶ3との間にある。このように、εの大きさを調節することにより、任意の精度で最大動作点を与える端子電圧を求めることができる。上述した手順に、二分法（bisection method algorithm）を適用してもよい。なお、太陽電池の光照射面に部分的に影ができたときなど、Ｐ−Ｖ曲線が２以上のピークを有していると単純な山登り法では対応できないため、制御プログラムに工夫が必要である。
【０１１６】
ＭＰＰＴ制御によれば、太陽電池からみた負荷が常に最適になるように端子電圧が調整されるため、それぞれの気象条件下で、太陽電池から最大の電力を取り出すことができる。その一方で、最大動作点を与える端子電圧の計算にアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）が必要とされるほか、計算に乗算が含まれるために、制御に時間を要してしまう。そのため、ＭＰＰＴ制御では、空が急に曇りだして太陽電池に対する照度が急激に変化したときなど、太陽電池に対する照度の急激な変化に対応できないときがある。
【０１１７】
「電圧追従法による制御」
ここで、図８Ａに示す曲線Ｃ１〜Ｃ３を比較すると、太陽電池に対する照度の変化（電圧−電流特性を表す曲線の変化といってもよい。）に対して、開放電圧Ｖｏｃの変化は、短絡電流Ｉｓｃの変化と比較して小さい。また、いずれの太陽電池もよく似た電圧−電流特性を示し、最大動作点を与える端子電圧は、結晶シリコン太陽電池の場合、開放電圧のおよそ８０％の付近にあることが知られている。したがって、太陽電池の端子電圧として適当な電圧値を設定し、太陽電池の端子電圧が、その設定された電圧値となるようにコンバータの出力電流を調整すれば、太陽電池から効率よく電力を取り出せると予想される。このような電流制限による制御は、電圧追従法と呼ばれる。
【０１１８】
以下に、電圧追従法による制御の概略を説明する。前提として、太陽電池とパワーコンディショナーとの間にスイッチング素子が配置され、太陽電池とスイッチング素子との間に電圧測定手段が配置されているものとする。また、太陽電池は、光照射がされた状態にあるものとする。
【０１１９】
まず、スイッチング素子がオフとされ、スイッチング素子のオフから所定の時間が経過した時に、電圧測定手段により太陽電池の端子電圧が測定される。スイッチング素子のオフから太陽電池の端子電圧の測定までに所定の時間の経過を待つのは、太陽電池の端子電圧が安定するのを待つためである。このときの端子電圧は、開放電圧Ｖｏｃである。
【０１２０】
次に、測定により得られた開放電圧Ｖｏｃの例えば８０％の電圧値が、目標電圧値として計算され、目標電圧値がメモリなどに一時的に保持される。次に、スイッチング素子がオンとされ、パワーコンディショナー内のコンバータへの通電が開始される。このとき、太陽電池の端子電圧が、目標電圧値となるように、コンバータの出力電流が調整される。上述した一連の手順が、任意の時間間隔で実行される。
【０１２１】
電圧追従法による制御は、ＭＰＰＴ制御と比較して、太陽電池により得られる電力の損失が大きいが、簡単な回路で実現でき、低コストであるため、コンバータを備えるパワーコンディショナーを、安価なものとできる。
【０１２２】
図９Ａは、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線の変化に対する動作点の変化を説明するための図である。図９Ａ中、縦軸は、太陽電池の端子電流を表し、横軸は、太陽電池の端子電圧を表している。また、図９Ａ中の白丸は、ＭＰＰＴ制御を行ったときの動作点を表し、図９Ａ中の黒丸は、電圧追従法による制御を行ったときの動作点を表している。
【０１２３】
いま、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ５であったとする。次に、太陽電池に対する照度の変化に伴い、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ５からＣ８に順に変化したとすると、それぞれの制御方式による動作点も太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線の変化に伴って変化する。なお、太陽電池への照度の変化に対する開放電圧Ｖｏｃの変化が小さいため、図９Ａ中においては、電圧追従法による制御を行ったときの目標電圧値をほぼ一定の値Ｖｓとみなしている。
【０１２４】
図９Ａからわかるように、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ６である場合には、ＭＰＰＴ制御の動作点と電圧追従法による制御の動作点との間の乖離の度合いは小さい。そのため、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ６である場合には、いずれの制御の場合においても、太陽電池により得られる発電電力に大きな違いはないと考えられる。
【０１２５】
一方、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ８である場合には、ＭＰＰＴ制御の動作点と電圧追従法による制御の動作点との間の乖離の度合いが大きい。例えば、図９Ａに示すように、ＭＰＰＴ制御を適用したときの端子電圧と電圧追従法による制御を適用したときの端子電圧との差△Ｖ６および△Ｖ８を比較すると、△Ｖ６＞△Ｖ８となっている。そのため、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ８である場合には、ＭＰＰＴ制御を適用したときに太陽電池から得られる発電電力と電圧追従法による制御を適用したときに太陽電池から得られる発電電力との差は大きい。
【０１２６】
「コントロールユニットおよびバッテリユニットの協調制御」
次に、コントロールユニットおよびバッテリユニットの協調制御の概略を説明する。以下、コントロールユニットおよびバッテリユニットの協調（連動）による制御を、協調制御と適宜称する。
【０１２７】
図９Ｂは、コントロールユニットおよび複数のバッテリユニットにより協調制御を行う制御システムの構成例を示すブロック図である。
【０１２８】
図９Ｂに示すように、例えば、コントロールユニットＣＵには、チャージャー回路およびバッテリの組を備える１または複数のバッテリユニットＢＵが接続される。図９Ｂに示すように、１または複数のバッテリユニットＢＵは、電力ラインＬ１に対して並列に接続されている。なお、図９ＢではコントロールユニットＣＵが１つの場合を例示したが、制御システムがコントロールユニットＣＵを複数備える場合も同様に、１または複数のコントロールユニットＣＵは、電力ラインＬ１に対して並列に接続される。
【０１２９】
一般的には、太陽電池から得られた電力により１台のバッテリの充電を行おうとする場合、太陽電池とバッテリとの間に介在されたパワーコンディショナーにより、上述したＭＰＰＴ制御または電圧追従法による制御が実行される。該１台のバッテリには、複数のバッテリが内包されて一体として動作する物も含まれるが、該１台のバッテリは、複数のバッテリとはいえ、単一の種類からなることが一般的である。言い換えれば、上述したＭＰＰＴ制御または電圧追従法による制御は、太陽電池と、１台のバッテリとの間に接続されるパワーコンディショナーの単体で実行されることが想定されている。そして、充電中における、充電の対象となるバッテリの台数、構成（並列、直列等の接続の態様）には変化がなく、充電中における、充電の対象となるバッテリの台数、構成は、一般に固定されている。
【０１３０】
一方、協調制御においては、コントロールユニットＣＵおよび複数のバッテリユニットＢＵａ、ＢＵｂ、ＢＵｃ、・・・のそれぞれが、コントロールユニットＣＵの出力電圧と、複数個のバッテリユニットＢＵの必要とする電圧とのバランスがとれるように自律的に制御を行う。上述したように、バッテリユニットＢＵａ、ＢＵｂ、ＢＵｃ、・・・に内包されるバッテリＢは、いずれの種類でもよい。すなわち、本開示によるコントロールユニットＣＵは、複数種のバッテリＢに対する協調制御を行うことが可能とされる。
【０１３１】
さらに、図９Ｂに示す構成例では、個々のバッテリユニットＢＵの着脱も自在であり、太陽電池の発電中に、コントロールユニットＣＵに接続されるバッテリユニットＢＵの数も変化しうる。図９Ｂに示す構成例では、太陽電池の発電中において、太陽電池からみた負荷も変化しうるが、協調制御によれば、太陽電池に対する照度の変化のみならず、太陽電池の発電中における、太陽電池からみた負荷の変化にも対応が可能である。これは、従来の構成にはなかった大きな特徴の一つである。
【０１３２】
上述したコントロールユニットＣＵとバッテリユニットＢＵとを接続することにより、コントロールユニットＣＵからの供給能力に応じて充電レートを動的に変化させる制御システムを構築することが可能となる。以下、協調制御の一例についての説明を行う。なお、以下の説明では、初期の状態において、コントロールユニットＣＵに対して１のバッテリユニットＢＵａが接続された制御システムを例にとるが、コントロールユニットＣＵに対して複数のバッテリユニットＢＵが接続されている場合も同様である。
【０１３３】
例えば、コントロールユニットＣＵの入力側に太陽電池が、出力側にバッテリモジュールＢＵａが接続されているとする。また、例えば、太陽電池の出力電圧の上限が１００Ｖであるものとし、太陽電池の出力電圧の下限を７５Ｖに抑えたいとする。すなわち、Ｖｔ0＝７５Ｖと設定されており、オペアンプ３５の反転入力端子に対する入力電圧が、（ｋｃ×７５）Ｖであるとする。
【０１３４】
また、コントロールユニットＣＵからの出力電圧の上限および下限が、例えば、４８Ｖおよび４５Ｖにそれぞれ設定されているものとする。すなわち、Ｖｂ＝４５Ｖと設定されており、オペアンプ５５の反転入力端子に対する入力電圧が、（ｋｂ×４５）Ｖであるとする。なお、コントロールユニットＣＵからの出力電圧の上限である４８Ｖという値は、高圧入力電源回路１１内の抵抗Ｒｃ１およびＲｃ２を適宜選択することにより調整されている。言い換えれば、コントロールユニットＣＵからの出力の目標電圧値が、４８Ｖに設定されているものとする。
【０１３５】
さらに、バッテリユニットＢＵａのチャージャー回路４１ａからの出力電圧の上限および下限が、例えば、４２Ｖおよび２８Ｖにそれぞれ設定されているものとする。したがって、チャージャー回路４１ａ内の抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２およびＲｂ３は、チャージャー回路４１ａからの出力電圧の上限および下限がそれぞれ４２Ｖおよび２８Ｖとなるように選択されている。
【０１３６】
なお、チャージャー回路４１ａへの入力電圧が上限であるときが、バッテリＢａに対する充電レート１００％である状態に対応し、入力電圧が下限であるときが、バッテリＢａに対する充電レート０％である状態に対応する。すなわち、チャージャー回路４１ａへの入力電圧が４８Ｖであるときが、バッテリＢａに対する充電レートが１００％である状態に対応し、チャージャー回路４１ａへの入力電圧が４５Ｖであるときが、バッテリＢａに対する充電レートが０％である状態に対応する。入力電圧が４５Ｖ〜４８Ｖの範囲で変動することに応じて、充電レートが０〜１００％の範囲で設定される。
【０１３７】
なお、協調制御とは別に、バッテリへの充電レート制御を平行して行うようにしてもよい。すなわち、充電初期では定電流充電が行われるため、チャージャー回路４１ａからの出力をフィードバック調整して充電電流を一定以下に保てるように充電電圧を調整し、最終段階では、充電電圧を一定以下に保つようにする。ここで、調整される充電電圧は、上記協調制御で調整された電圧以下とされる。これにより、コントロールユニットＣＵから供給される電力内で充電処理がなされる。
【０１３８】
まず、太陽電池に対する照度が変化した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化について説明を行う。
【０１３９】
図１０Ａは、太陽電池に対する照度が減少した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化を説明するための図である。図１０Ａ中、縦軸は、太陽電池の端子電流を表し、横軸は、太陽電池の端子電圧を表している。また、図１０Ａ中の白丸は、ＭＰＰＴ制御を行ったときの動作点を表し、図１０Ａ中の網掛けがされた丸は、協調制御を行ったときの動作点を表している。図１０Ａに示す曲線Ｃ５〜Ｃ８は、太陽電池に対する照度が変化した場合における、太陽電池の電圧−電流特性を示している。
【０１４０】
いま、バッテリＢａの必要としている電力が１００ｗ（ワット）であるものとし、太陽電池の電圧−電流特性が、曲線Ｃ５（最も晴れた状態）により表されるとする。このときの太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ５上のａ点により表され、太陽電池から高圧入力電源回路１１およびチャージャー回路４１ａを介してバッテリＢａに供給される電力（供給量）が、バッテリＢａの必要としている電力（需要量）を上回っているとする。
【０１４１】
太陽電池からバッテリＢａに供給される電力が、バッテリＢａの必要としている電力を上回っている場合、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧（電圧Ｖ１２）は、上限の４８Ｖとなる。すなわち、バッテリユニットＢＵａへの入力電圧が上限の４８Ｖであるため、バッテリユニットＢＵａのチャージャー回路４１ａからの出力電圧が上限の４２Ｖとされ、バッテリＢａに対する充電が、充電レート１００％で行われる。なお、余剰分の電力は、例えば、熱などとして捨てられる。なお、バッテリへのチャージを１００％で行うよう説明したが、バッテリへのチャージは１００％に限定されず、充電レートは、バッテリの特性に応じて適宜調整が可能である。
【０１４２】
この状態から空が曇りだすと、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線は、曲線Ｃ５から曲線Ｃ６へと変化する。空が曇りだすことにより、太陽電池の端子電圧が徐々に低下し、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧も徐々に低下する。したがって、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ５から曲線Ｃ６へと変化することに伴い、太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ６上のｂ点にうつる。
【０１４３】
この状態からさらに空が曇りだすと、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ６から曲線Ｃ７へと変化し、太陽電池の端子電圧が徐々に低下することに伴って、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧も低下する。コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧がある程度低下すると、制御システムは、バッテリＢａに対して１００％の電力を供給できなくなってくる。
【０１４４】
ここで、太陽電池の端子電圧が、１００Ｖから、下限であるＶｔ0＝７５Ｖに近づいてくると、コントロールユニットＣＵの高圧入力電源回路１１は、バッテリユニットＢＵａに対する出力電圧を、４８ＶからＶｂ＝４５Ｖに向けて引き下げはじめる。
【０１４５】
コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧が引き下げられると、バッテリユニットＢＵａへの入力電圧が低下するため、バッテリユニットＢＵａのチャージャー回路４１ａは、バッテリＢａに対する出力電圧を引き下げはじめる。チャージャー回路４１ａからの出力電圧が引き下げられると、バッテリＢａに供給される充電電流が減少されることとなり、チャージャー回路４１ａに接続されたバッテリＢａに対する充電が減速される。すなわち、バッテリＢａに対する充電レートが引き下げられる。
【０１４６】
バッテリＢａに対する充電レートが引き下げられると、消費電力が低下することになるため、太陽電池からみた負荷が小さくなる。すると、太陽電池からみた負荷の減少分だけ太陽電池の端子電圧が上昇（回復）する。
【０１４７】
太陽電池の端子電圧が上昇すると、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧の引き下げの度合いが減少し、バッテリユニットＢＵａへの入力電圧が上昇する。バッテリユニットＢＵａへの入力電圧が上昇することにより、バッテリユニットＢＵａのチャージャー回路４１ａは、チャージャー回路４１ａからの出力電圧を引き上げ、バッテリＢａに対する充電レートを引き上げる。
【０１４８】
バッテリＢａに対する充電レートが引き上げられると、太陽電池からみた負荷が大きくなり、太陽電池からみた負荷の増加分だけ太陽電池の端子電圧が低下する。太陽電池の端子電圧が低下すると、コントロールユニットＣＵの高圧入力電源回路１１は、バッテリユニットＢＵａに対する出力電圧を引き下げる。
【０１４９】
以後、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧が、ある値に収束して電力の需要量と供給量との間のバランスのとれるまで、上述した充電レートの調整が自動的に繰り返される。
【０１５０】
協調制御は、ＭＰＰＴ制御とは異なり、ソフトウェアによる制御ではない。そのため、協調制御には、最大動作点を与える端子電圧の計算が不要である。また、協調制御による充電レートの調整においては、ＣＰＵによる計算が介在しない。そのため、協調制御は、ＭＰＰＴ制御と比較して消費電力が小さく、上述した充電レートの調整も、数ナノ秒〜数百ナノ秒程度と短時間で実行される。
【０１５１】
また、高圧入力電源回路１１およびチャージャー回路４１ａは、自身に対する入力電圧の大きさを検知して出力電圧を調整するだけなので、アナログ／デジタル変換も不要であり、コントロールユニットＣＵとバッテリユニットＢＵａとの間の通信も不要である。したがって、協調制御は、複雑な回路を必要とせず、協調制御を実現するための回路は、小さなものとなる。
【０１５２】
ここで、曲線Ｃ５上の点ａにいたときはコントロールユニットＣＵが１００ｗの電力を供給できていたと仮定し、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧がある値に収束したとする。すなわち、太陽電池の動作点が、例えば、曲線Ｃ７上のｃ点にうつったとする。このとき、バッテリＢａに対して供給される電力は１００ｗを下回ることとなるが、図１０Ａに示すように、電圧Ｖｔ0の値の選び方によっては、ＭＰＰＴ制御行った場合と比較しても遜色のない電力をバッテリＢａに対して供給することができる。
【０１５３】
さらに空が曇りだすと、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線は、曲線Ｃ７から曲線Ｃ８へと変化し、太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ８上のｄ点にうつる。
【０１５４】
図１０Ａに示すように、協調制御のもとでは、電力の需要量と供給量との間のバランスが調整されるので、太陽電池の端子電圧が電圧Ｖｔ0を下回ることはない。すなわち、協調制御のもとでは、太陽電池に対する照度が極端に低下した場合であっても、太陽電池の端子電圧が電圧Ｖｔ0を下回ることはない。
【０１５５】
太陽電池に対する照度が極端に低下した場合、太陽電池の端子電圧が、電圧Ｖｔ0に近い値となり、バッテリＢａに対して供給される電流量は、ごくわずかなものとなる。したがって、太陽電池に対する照度が極端に低下した場合には、バッテリＢａの充電に時間を要することとなるが、制御システムにおける電力の需要量と供給量との間のバランスがとれているため、制御システムがダウンすることはない。
【０１５６】
上述したように、協調制御による充電レートの調整は、非常に短時間で実行されるため、協調制御によれば、急に空が曇りだして太陽電池に対する照度が急激に減少した場合であっても、制御システムのダウンを回避することができる。
【０１５７】
次に、太陽電池からみた負荷が変化した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化について説明を行う。
【０１５８】
図１０Ｂは、太陽電池からみた負荷が増加した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化を説明するための図である。図１０Ｂ中、縦軸は、太陽電池の端子電流を表し、横軸は、太陽電池の端子電圧を表している。また、図１０Ｂ中の網掛けがされた丸は、協調制御を行ったときの動作点を表している。
【０１５９】
いま、太陽電池に対する照度の変化がないものとし、太陽電池の電圧−電流特性が、図１０Ｂに示す曲線Ｃ０により表されるとする。
【０１６０】
制御システムの起動の直後においては、制御システム内部の電力消費がほぼないと考えられるため、太陽電池の端子電圧は、開放電圧にほぼ等しいと考えてよい。したがって、制御システムの起動の直後における太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ０上のｅ点にあるものと考えてよい。なお、このときのコントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａに対する出力電圧は、上限である４８Ｖと考えてよい。
【０１６１】
バッテリユニットＢＵａに接続されたバッテリＢａに対する電力の供給が開始されると、太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ０上のｇ点にうつる。なお、本例の説明においては、バッテリＢａの必要としている電力が１００ｗであるため、図１０Ｂに網掛けで示す領域Ｓ１の面積は、１００ｗに等しい。
【０１６２】
太陽電池の動作点が曲線Ｃ０上のｇ点にあるときの制御システムの状態は、太陽電池から高圧入力電源回路１１およびチャージャー回路４１ａを介してバッテリＢａに供給される電力が、バッテリＢａの必要としている電力を上回っている状態である。したがって、太陽電池の動作点が曲線Ｃ０上のｇ点にあるときの太陽電池の端子電圧、コントロールユニットＣＵからの出力電圧およびバッテリＢａに供給される電圧は、それぞれ１００Ｖ、４８Ｖおよび４２Ｖである。
【０１６３】
ここで、バッテリユニットＢＵａと同様の構成を備えるバッテリユニットＢＵｂが、コントロールユニットＣＵに対して新たに接続されたとする。バッテリユニットＢＵａに接続されているバッテリＢａと同様に、バッテリユニットＢＵｂに接続されているバッテリＢｂが、充電のために１００ｗの電力を必要とするものとすると、消費電力が増加し、太陽電池からみた負荷が急激に大きくなる。
【０１６４】
合計で２００ｗの電力を２つのバッテリに供給するためには、例えば、バッテリユニットＢＵａのチャージャー回路４１ａおよびバッテリユニットＢＵｂのチャージャー回路４１ｂからの出力電圧を維持させたまま、出力電流の合計を２倍にしなければならない。
【０１６５】
ところが、発電装置が太陽電池である場合、チャージャー回路４１ａおよび４１ｂからの出力電流の増加に伴って太陽電池の端子電圧も低下してしまうため、太陽電池の動作点がｇ点にあるときと比較して、出力電流の合計を２倍より大きくする必要がある。そうすると、図１０Ｂに示すように、太陽電池の動作点が、例えば、曲線Ｃ０上のｈ点になければならないこととなり、太陽電池の端子電圧が極端に低下してしまう。太陽電池の端子電圧が極端に低下すると、制御システムがダウンするおそれがある。
【０１６６】
協調制御では、バッテリユニットＢＵｂが新たに接続されたことにより、太陽電池の端子電圧が低下すると、制御システムにおける電力の需要量と供給量との間のバランスの調整がなされる。具体的には、バッテリＢａおよびバッテリＢｂに供給される電力が合計で例えば１５０ｗとなるように、２つのバッテリに対する充電レートが自動的に引き下げられる。
【０１６７】
すなわち、バッテリユニットＢＵｂが新たに接続されたことにより、太陽電池の端子電圧が低下すると、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａおよびＢＵｂに対する出力電圧も低下する。太陽電池の端子電圧が、１００Ｖから、下限であるＶｔ0＝７５Ｖに近づいてくると、コントロールユニットＣＵの高圧入力電源回路１１は、バッテリユニットＢＵａおよびＢＵｂに対する出力電圧を、４８ＶからＶｂ＝４５Ｖに向けて引き下げはじめる。
【０１６８】
コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａおよびＢＵｂに対する出力電圧が引き下げられると、バッテリユニットＢＵａおよびＢＵｂへの入力電圧が低下する。
すると、バッテリユニットＢＵａのチャージャー回路４１ａおよびバッテリユニットＢＵｂのチャージャー回路４１ｂは、バッテリＢａおよびＢｂに対する出力電圧をそれぞれ引き下げはじめる。チャージャー回路からの出力電圧が引き下げられると、チャージャー回路に接続されたバッテリに対する充電が減速される。すなわち、それぞれのバッテリに対する充電レートが引き下げられることになる。
【０１６９】
それぞれのバッテリに対する充電レートが引き下げられると、全体として消費電力が低下することになるため、太陽電池からみた負荷が小さくなり、太陽電池からみた負荷の減少分だけ太陽電池の端子電圧が上昇（回復）する。
【０１７０】
以後、太陽電池に対する照度が急激に減少した場合と同様にして、コントロールユニットＣＵからのバッテリユニットＢＵａおよびＢＵｂに対する出力電圧が、ある値に収束して電力の需要量と供給量との間のバランスのとれるまで、充電レートの調整が行われる。
【０１７１】
なお、実際に収束する電圧値がいくつになるかは状況によって異なる。そのため、実際に収束する電圧値ははっきりとはわからないが、太陽電池の端子電圧が下限であるＶｔ0＝７５Ｖになると充電がなされなくなるため、下限であるＶｔ0の値よりは若干高い電圧で収束するものと推定される。また、個々のバッテリユニットは連動制御されていないため、個々のバッテリユニットが同じ構成であっても、使用される素子のばらつきにより充電レートは異なっているものと推測される。ただし、結果として全体を協調制御できることに変わりはない。
【０１７２】
協調制御による充電レートの調整が非常に短時間で実行されるため、バッテリユニットＢＵｂが新たに接続されると、太陽電池の動作点は、曲線Ｃ０上のｇ点からｉ点へとうつる。なお、図１０Ｂにおいては、説明の都合上、曲線Ｃ０上に太陽電池の動作点の一例としてｈ点を図示したが、協調制御のもとでは、太陽電池の動作点が実際にｈ点にうつるわけではない。
【０１７３】
このように、協調制御では、太陽電池からみた負荷の増加に対して、個々のバッテリユニットＢＵのチャージャー回路が、自身に対する入力電圧の大きさを検知して、個々のバッテリユニットＢＵのチャージャー回路が、自身の吸いこむ電流量を自動的に抑制する。協調制御によれば、コントロールユニットＣＵに対して接続されるバッテリユニットＢＵの数が増加して太陽電池からみた負荷が急激に増加した場合であっても、制御システムのダウンを回避することができる。
【０１７４】
次に、太陽電池に対する照度と太陽電池からみた負荷との両方が変化した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化について説明を行う。
【０１７５】
図１１は、太陽電池に対する照度と太陽電池からみた負荷との両方が変化した場合における、協調制御を行ったときの動作点の変化を説明するための図である。図１１中、縦軸は、太陽電池の端子電流を表し、横軸は、太陽電池の端子電圧を表している。また、図１１中の網掛けがされた丸は、協調制御を行ったときの動作点を表している。図１１に示す曲線Ｃ５〜Ｃ８は、太陽電池に対する照度が変化した場合における、太陽電池の電圧−電流特性を示している。
【０１７６】
まず、コントロールユニットＣＵに対して、充電のために１００ｗの電力を必要とするバッテリＢａを備えたバッテリユニットＢＵａが接続されているものとする。また、このときの太陽電池の電圧−電流特性が、曲線Ｃ７により表され、太陽電池の動作点が、曲線Ｃ７上のｐ点により表されるとする。
【０１７７】
図１１に示すように、ｐ点における太陽電池の端子電圧が、太陽電池の出力電圧の下限としてあらかじめ設定された電圧Ｖｔ0にかなり近づいているとする。太陽電池の端子電圧が電圧Ｖｔ0にかなり近づいていることは、制御システムにおいて、協調制御による充電レートの調整が実行され、充電レートが非常に抑えられていることを意味する。すなわち、太陽電池の動作点が図１１に示すｐ点により表される状態では、チャージャー回路４１ａを介してバッテリＢａに供給される電力が、太陽電池から高圧入力電源回路１１に供給される電力を大幅に上回っていることを示している。したがって、太陽電池の動作点が図１１に示すｐ点により表される状態においては、充電レートの調整が大きくなされ、バッテリＢａを充電するチャージャー回路４１ａに対しては、１００ｗよりもかなり小なる電力が供給されている。
【０１７８】
次に、太陽電池に対する照度が増加し、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ７から曲線Ｃ６へと変化したとする。また、バッテリユニットＢＵａと同様の構成を備えるバッテリユニットＢＵｂが、コントロールユニットＣＵに対して新たに接続されたとする。このとき、太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ７上のｐ点から、曲線Ｃ６上のｑ点にうつる。
【０１７９】
コントロールユニットＣＵに対して２つのバッテリユニットが接続されたことにより、チャージャー回路４１ａ、４１ｂがバッテリＢａ、Ｂｂにフルで充電する際の消費電力は２００ｗとなるが、太陽電池に対する照度が十分でない場合、協調制御が継続され、消費電力が、２００ｗ未満（例えば１５０ｗなど）に調整される。
【０１８０】
次に、空が晴れあがるなどして、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ６から曲線Ｃ５へと変化したとする。このとき、太陽電池に対する照度の増加に伴って太陽電池の発電電力が増加してくると、太陽電池からの出力電流が増加する。
【０１８１】
太陽電池に対する照度が十分に増加し、太陽電池の発電電力がさらに増加すると、あるところで太陽電池の端子電圧が電圧Ｖｔ0と比較して十分大きい値となる。太陽電池から高圧入力電源回路１１ならびにチャージャー回路４１ａおよび４１ｂを介して２つのバッテリに供給される電力が、２つのバッテリを充電するのに必要としている電力を上回ると、協調制御による充電レートの調整が緩和されるか、自動的に解除される。
【０１８２】
このとき、太陽電池の動作点は、例えば、曲線Ｃ５上のｒ点で表され、個々のバッテリＢａおよびＢｂに対する充電は、１００％の充電レートで行われる。
【０１８３】
次に、太陽電池に対する照度が減少し、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ５から曲線Ｃ６へと変化したとする。
【０１８４】
すると、太陽電池の端子電圧が低下し、太陽電池の端子電圧があらかじめ設定された電圧Ｖｔ0に近づくと、協調制御による充電レートの調整が再び実行される。このときの太陽電池の動作点は、曲線Ｃ６上のｑ点で表される。
【０１８５】
次に、太陽電池に対する照度がさらに減少し、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ６から曲線Ｃ８へと変化したとする。
【０１８６】
すると、太陽電池の端子電圧が電圧Ｖｔ0を下回らないように充電レートが調整されるため、太陽電池からの端子電流が減少し、太陽電池の動作点が、曲線Ｃ６上のｑ点から、曲線Ｃ８上のｓ点にうつる。
【０１８７】
協調制御では、個々のバッテリユニットＢＵに対する入力電圧があらかじめ定められた電圧Ｖｔ0を下回らないように、コントロールユニットＣＵと個々のバッテリユニットＢＵとの間で電力の需要量と供給量との間のバランスが調整される。したがって、協調制御によれば、個々のバッテリユニットＢＵからみた入力側の供給能力に応じて、個々のバッテリＢに対する充電レートをリアルタイムで変化させることができる。このように、協調制御によれば、太陽電池に対する照度の変化のみならず、太陽電池からみた負荷の変化に対しても対応が可能である。
【０１８８】
上述したように、本開示は、商用電源を必要としない。したがって、電源装置や電力網が整備されていない地域においても、本開示は有効である。
【０１８９】
＜２．変形例＞
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上述した実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。実施形態における構成、数値、材料などは全て一例であり、例示した構成等に限定されることはない。例示した構成等は、技術的矛盾が生じない範囲において、適宜、変更することができる。
【０１９０】
制御システムにおけるコントロールユニットおよびバッテリユニットが携帯可能とされてもよい。上述した制御システムが、例えば、自動車や家屋などに適用されてもよい。
【０１９１】
なお、本開示は、以下の構成をとることもできる。
（１）
発電部から第１の電圧が供給され、
前記第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する第１の装置と、
前記第１の装置から前記第２の電圧が供給され、
前記第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる第２の装置と
からなる制御システム。
（２）
前記第１の装置は、
前記第１の電圧が低下することに応じて、前記第２の電圧を低下させる（１）に記載の制御システム。
（３）
前記第２の装置は、
前記第２の電圧が低下することに応じて、前記充電レートを小さくする（１）または（２）に記載の制御システム。
（４）
前記第２の電圧が電力ラインを介して供給される（１）乃至（３）のいずれか１に記載の制御システム。
（５）
前記第２の装置は、前記電力ラインにおける前記第２の電圧を取得する（４）に記載の制御システム。
（６）
前記発電部は、環境に応じて発電する（１）乃至（５）のいずれか１に記載の制御システム。
（７）
複数の第１の装置と、複数の第２の装置とからなる（１）乃至（６）のいずれか１に記載の制御システム。
（８）
発電部から第１の電圧が供給され、前記第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する装置と接続され、
前記装置から前記第２の電圧が供給され、
前記第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる制御装置。
（９）
第１の装置に対して、発電部から第１の電圧が供給され、
前記第１の装置によって、前記第１の電圧の変動に応じて第２の電圧が生成され、
第２の装置に対して、前記第１の装置から前記第２の電圧が供給され、
前記第２の装置によって、前記第２の電圧の変動に応じてバッテリに対する充電レートが変化させられる
制御方法。
【符号の説明】
【０１９２】
１・・・・制御システム
１１・・・・高圧入力電源回路
１２・・・・低圧入力電源回路
４１ａ・・・チャージャー回路
Ｂａ・・・・バッテリ
ＣＵ・・・・コントロールユニット
ＢＵ・・・・バッテリユニット
Ｖ１０（Ｖ１１）・・・第１の電圧
Ｖ１２・・・第２の電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電部から第１の電圧が供給され、
前記第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する第１の装置と、
前記第１の装置から前記第２の電圧が供給され、
前記第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる第２の装置と
からなる制御システム。
【請求項２】
前記第１の装置は、
前記第１の電圧が低下することに応じて、前記第２の電圧を低下させる請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記第２の装置は、
前記第２の電圧が低下することに応じて、前記充電レートを小さくする請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】
前記第２の電圧が電力ラインを介して供給される請求項１に記載の制御システム。
【請求項５】
前記第２の装置は、前記電力ラインにおける前記第２の電圧を取得する請求項４に記載の制御システム。
【請求項６】
前記発電部は、環境に応じて発電する請求項１に記載の制御システム。
【請求項７】
複数の第１の装置と、複数の第２の装置とからなる請求項１に記載の制御システム。
【請求項８】
発電部から第１の電圧が供給され、前記第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する装置と接続され、
前記装置から前記第２の電圧が供給され、
前記第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる制御装置。
【請求項９】
第１の装置に対して、発電部から第１の電圧が供給され、
前記第１の装置によって、前記第１の電圧の変動に応じて第２の電圧が生成され、
第２の装置に対して、前記第１の装置から前記第２の電圧が供給され、
前記第２の装置によって、前記第２の電圧の変動に応じてバッテリに対する充電レートが変化させられる
制御方法。
【請求項１】
発電部から第１の電圧が供給され、
前記第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する第１の装置と、
前記第１の装置から前記第２の電圧が供給され、
前記第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる第２の装置と
からなる制御システム。
【請求項２】
前記第１の装置は、
前記第１の電圧が低下することに応じて、前記第２の電圧を低下させる請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記第２の装置は、
前記第２の電圧が低下することに応じて、前記充電レートを小さくする請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】
前記第２の電圧が電力ラインを介して供給される請求項１に記載の制御システム。
【請求項５】
前記第２の装置は、前記電力ラインにおける前記第２の電圧を取得する請求項４に記載の制御システム。
【請求項６】
前記発電部は、環境に応じて発電する請求項１に記載の制御システム。
【請求項７】
複数の第１の装置と、複数の第２の装置とからなる請求項１に記載の制御システム。
【請求項８】
発電部から第１の電圧が供給され、前記第１の電圧の変動に応じて第２の電圧を生成する装置と接続され、
前記装置から前記第２の電圧が供給され、
前記第２の電圧の変動に応じて、バッテリに対する充電レートを変化させる制御装置。
【請求項９】
第１の装置に対して、発電部から第１の電圧が供給され、
前記第１の装置によって、前記第１の電圧の変動に応じて第２の電圧が生成され、
第２の装置に対して、前記第１の装置から前記第２の電圧が供給され、
前記第２の装置によって、前記第２の電圧の変動に応じてバッテリに対する充電レートが変化させられる
制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−９９１５５（Ｐ２０１３−９９１５５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１１３５（Ｐ２０１１−２４１１３５）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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