制御システム、制御装置および制御方法
【課題】自然エネルギーを利用する発電装置から取りされる電力を向上させる。
【解決手段】制御システムは、第１の装置と、第２の装置とを備える。第１の装置は、発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整する。第２の装置は、第１の装置から供給される入力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１の装置からの出力電圧が下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つが選択される。
【解決手段】制御システムは、第１の装置と、第２の装置とを備える。第１の装置は、発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整する。第２の装置は、第１の装置から供給される入力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１の装置からの出力電圧が下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つが選択される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、制御システム、制御装置および制御方法に関する。本開示は、特に、太陽電池などの、端子電圧に変動のある発電装置から電力を効率よく取りだすための制御システム、制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電時に大気汚染物質の放出のない、いわゆる自然エネルギー（クリーンエネルギーとも呼ばれる。）が注目されている。
【０００３】
自然エネルギーの例としては、太陽光発電や太陽熱発電、風力発電などにより得られる電力が挙げられる。また、太陽光発電などと比較すると小さな電力ではあるが、人の活動により生じる運動エネルギーから電気エネルギーを取りだす試みも盛んに行われている。
【０００４】
ところで、太陽電池には、接続された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という特徴がある。例えば、太陽電池を使用して蓄電池を充電しようとすると、太陽電池から取りだされる電流が、蓄電池の必要としている電圧によってきまってしまう。
【０００５】
そのため、接続された負荷の受けいれる電力が不適切であると、太陽電池により得られる発電電力に損失が生じてしまう。接続された負荷の必要としている消費電によって取りだされる電圧と電流がきまるため、得られる発電電力が一定とならないという特徴は、風力を利用した発電装置にも共通する。
【０００６】
また、例えば、太陽光発電の場合、太陽電池に対する照度の変化や温度の変化などにより、得られる発電電力が急激に変動することもある。
【０００７】
そこで、太陽電池から効率よく電力を安定して取りだすために、太陽電池と負荷との間に、最大電力点追尾（Maximum Power Point Tracking（ＭＰＰＴ））制御の機能を備えたパワーコンディショナーを介在させることが一般的である。ＭＰＰＴ制御とは、太陽電池から取りだされる電流と電圧との積が最大となる電圧値を計算により逐次求め、太陽電池により得られる発電電力が最大となるように、太陽電池の端子電圧を変化させる制御である。
【０００８】
太陽電池から効率よく電力を取りだす点においてＭＰＰＴ制御は優れているが、計算に乗算が含まれるために計算の負荷も高く、また、計算に時間を要するため、太陽電池に対する照度の急激な変化などに対応しにくい。
【０００９】
そのため、ＭＰＰＴ制御の場合と比較して簡易な回路により実現が可能な電圧追従法による制御が適用されることもある。なお、下記の特許文献１には、リチウム電池用の充電制御ＩＣ（integrated circuit）における、出力電流を制御するためのプログラム端子に対してフィードバックを行うことにより、太陽電池の出力電圧を定電圧制御とすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−０１７６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
自然エネルギーを利用する分野においては、発電装置から取りされる電力の向上および安定化が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の第１の好ましい実施態様は、
制御システムが、第１の装置と、第２の装置とを備える。
第１の装置は、発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整する。
第２の装置は、第１の装置から供給される入力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１の装置からの出力電圧が下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つが選択される。
【００１３】
本開示の第２の好ましい実施態様は、
制御装置が、発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整するとともに、
出力電圧があらかじめ定められた範囲の下限に近づいている状態が、あらかじめ設定された時間より長く継続したときに、発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つを選択する。
【００１４】
本開示の第３の好ましい実施態様は、
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように第１の装置からの出力電圧を調整させ、
第１の装置から第２の装置に供給される入力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、
第１の装置からの出力電圧が下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つを選択させる制御方法である。
【発明の効果】
【００１５】
少なくとも１つの実施例によれば、発電装置から効率よく電力を安定して取りだすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、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】図３は、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】図４は、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】図５は、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】図６は、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】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８】図８Ａは、太陽電池の電圧−電流特性を示すグラフである。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。
【図９】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。
【図１０】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１１】図１１Ａ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１１Ｂは、ＭＰＰＴ制御が実行されているときの動作点と、協調制御による充電レートの調整が実行されているときの動作点とを比較して説明するための図である。
【図１２】図１２Ａは、本開示における電力制御装置の構成例を示すブロック図である。図１２Ｂは、協調制御による充電レートの調整が実行されているか否かの判断方法の一例を説明するための図である。
【図１３】図１３は、本開示の制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１４は、本開示の制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１５は、本開示の制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１６】図１６は、本開示の制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
＜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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
「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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
「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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
「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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
「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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
「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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
「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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
「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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
「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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
「ＭＰＰＴ制御」
まず、以下に、ＭＰＰＴ制御の概略について説明を行う。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
「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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
「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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
図１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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。以下では、同一の照度に対応する太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線に対しては、図面中において、同一の符号を付すこととする。
【０１８２】
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。
【０１８３】
図１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
図１１Ｂは、ＭＰＰＴ制御が実行されているときの動作点と、協調制御による充電レートの調整が実行されているときの動作点とを比較して説明するための図である。図１１Ｂ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１１Ｂ中の白丸は、ＭＰＰＴ制御を行ったときの動作点を表し、図１１Ｂ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１１Ｂに示す曲線Ｃ７〜Ｃ１０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。
【０１９６】
なお、ここでは、曲線Ｃ７〜Ｃ１０により太陽電池の電圧−電流特性が表される場合において、協調制御による充電レートの調整が実行されているものとする。また、コントロールユニットＣＵに対するバッテリユニットＢＵの着脱はなく、太陽電池からみた負荷の変化がないものとする。以下の説明においても、同様とする。
【０１９７】
図１１Ｂに示すように、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ているとき、太陽電池の端子電圧は、あらかじめ設定された電圧Ｖｔ0と近い電圧になる。
【０１９８】
ここで、例えば、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、図１１Ｂに示す曲線Ｃ８または曲線Ｃ９により表されるとすると、図１１Ｂに示すように、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いは小さい。したがって、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ８または曲線Ｃ９により表されるような場合には、協調制御およびＭＰＰＴ制御のいずれの制御の場合であっても、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いえる。
【０１９９】
一方、図１１Ｂ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Ｃ７である場合には、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合い△Ｖ７が大きい。太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ１０である場合には、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合い△Ｖ１０は、△Ｖ７と比較してさらに大きい。
【０２００】
したがって、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ７または曲線Ｃ１０であるような場合には、協調制御を適用して太陽電池から得られる発電電力と、ＭＰＰＴ制御を適用して太陽電池から得られる発電電力との間の差が大きい。
【０２０１】
このことは、例えば、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いが大きく、かつ太陽電池に対する照度がほとんど変化しない場合、時間の経過とともに、太陽電池により得られる電力の損失が累積してしまうことを意味する。
【０２０２】
本開示の発明者らは、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いに着目し、太陽電池により得られる電力の損失を抑制すべく鋭意検討を重ねた結果、本開示の技術を見出すに至った。
【０２０３】
「電力損失の抑制」
図１２Ａは、本開示における電力制御装置の構成例を示すブロック図である。図１２Ａに示すように、本開示における電力制御装置は、例えば、上述したコントロールユニットＣＵにより構成することができる。図１２Ａでは、電力制御装置として、高圧入力電源回路１１を備えるコントロールユニットを例示したが、高圧入力電源回路１１に変え、または高圧入力電源回路１１とともに低圧入力電源回路１２を備えるコントロールユニットであってもよい。
【０２０４】
図１２Ａに示すように、コントロールユニットＣＵは、高圧入力電源回路１１と、電圧センサ１１ｃと、電流センサ１１ｅと、ＣＰＵ１３と、制御プログラムの格納されたメモリ１５と、Ｄ／Ａ変換部１６とを含む。高圧入力電源回路１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂおよびオペアンプ３５を備える。メモリ１５には、制御プログラムが格納されている。Ｄ／Ａ変換部１６は、内蔵メモリ１６ｍを備える。
【０２０５】
上述したように、Ｄ／Ａ変換部１６の内蔵メモリ１６ｍには電圧Ｖｔ0の値が保持されており、Ｄ／Ａ変換部１６は、内蔵メモリ１６ｍに保持されたデジタル値を変換して、対応する電圧を出力する。内蔵メモリ１６ｍに保持されたデジタル値は、例えば、ＣＰＵ１３により、必要に応じて書き換えがなされる。ＣＰＵ１３が、メモリ１５からデータを引き出し、コントロールユニットＣＵの起動毎に内蔵メモリ１６ｍに保持されるデジタル値をセットするようにしてもよい。
【０２０６】
上述したように、コントロールユニットＣＵには、環境に応じて発電する発電部が接続される。図１２Ａでは、発電部として、太陽電池ＰＶがコントロールユニットＣＵに接続された構成例を示した。発電部により得られる電力は、コントロールユニットＣＵを介して、１または複数のバッテリＢなどの負荷に供給される。
【０２０７】
発電部により得られる電力の大きさは、周囲の環境によって変動する。コントロールユニットＣＵは、発電部から送出された電圧の変動に応じて、コントロールユニットＣＵからの出力電圧を変化させる。
【０２０８】
図１２Ａに示すように、コントロールユニットＣＵに備えられた高圧入力電源回路１１への入力電圧のｋｃ倍の電圧が、オペアンプ３５の非反転入力端子に対して印加される。
【０２０９】
一方、オペアンプ３５の反転入力端子には、太陽電池の出力電圧の下限としてあらかじめ設定される電圧の値Ｅｔをｋｃ倍した大きさの電圧がＤ／Ａ変換部１６から印加される。
【０２１０】
上述したように、基準電圧の値Ｅｔは、例えば、Ｄ／Ａ変換部１６に内蔵されたメモリ１６ｍに保持されている。例えば、太陽電池の出力電圧の下限をＶｔ0としたい場合には、Ｅｔ＝Ｖｔ0とされ、したがって、（ｋｃ×Ｖｔ0）の大きさの電圧が、オペアンプ３５の反転入力端子に印加される。以下では、太陽電池の出力電圧の下限としてあらかじめ設定される電圧を、基準電圧と適宜称する。
【０２１１】
オペアンプ３５の出力端子からの出力は、上述したように、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂ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。したがって、発電部から送出された電圧の変動に応じて、コントロールユニットＣＵからの出力電圧が調整される。
【０２１２】
なお、ＣＰＵ１３は、電圧センサ１１ｃにより、コントロールユニットＣＵに対する入力電圧の大きさを取得する。コントロールユニットＣＵに対する入力電圧の大きさは、太陽電池ＰＶの端子電圧の大きさである。
【０２１３】
また、ＣＰＵ１３は、電流センサ１１ｅにより、コントロールユニットＣＵに対する入力電流の大きさを取得する。コントロールユニットＣＵに対する入力電流の大きさは、太陽電池ＰＶの端子電流の大きさである。
【０２１４】
図１２Ｂは、協調制御による充電レートの調整が実行されているか否かの判断方法の一例を説明するための図である。図１２Ｂ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１２Ｂ中の白丸は、ＭＰＰＴ制御を行ったときの動作点を表し、図１２Ｂ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１２Ｂに示す曲線Ｃ７〜Ｃ１０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。
【０２１５】
上述したように、太陽電池に対する照度の低下に伴って太陽電池の端子電圧が基準電圧に近づくと、高圧入力電源回路１１は、高圧入力電源回路１１からの出力電圧を引き下げはじめる。なお、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。
【０２１６】
したがって、ある適当な大きさのδ（δ＞０）をとることにより、太陽電池の端子電圧が、Ｖｔ0を超え、かつＶｔ0＋δ以下であるときに、協調制御による充電レートの調整が実行されていると判断することができる。δの値は、適宜設定することができ、例えば、数〜数十Ｖ以下程度である。
【０２１７】
ここで、図１２Ｂ中の協調制御を行ったときの動作点の一群を参照してみると、いずれの動作点も、基準電圧Ｖｔ0に近い。したがって、図１２Ｂ中の協調制御を行ったときの動作点により表される状態は、協調制御による充電レートの調整が実行されている状態であると判断することができる。
【０２１８】
このように、協調制御によれば、太陽電池の端子電圧を測定することにより、ある時点における、電力の需要量と供給量との間の大小関係を推定することが可能である。
【０２１９】
例えば、太陽電池の端子電圧が、Ｖｔ0＋δよりも十分に高い電圧であれば、電力の需要量に対して、電力の供給能力に余力があると判断することができる。これに対して、例えばＭＰＰＴ制御では、電力の需要量に対する、供給能力の余力の有無を判断することは困難である。
【０２２０】
ＭＰＰＴ制御を適用する場合、現在の動作点が最適動作点よりも高圧側にあれば、余剰電力があると判断可能であるが、この場合、最適動作点における発電量と現在の発電量とを求め、それらの差を求める必要がある。また、電流や電圧の測定には誤差があるため、発電量の正確な値を求めることは困難である。一方、本開示では、このような電力計算が必要とされないため、供給能力の余力の有無の判断を簡易な計算により行うことができる。
【０２２１】
太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線は、太陽電池に対する照度に応じて無数に存在するが、協調制御によれば、太陽電池の端子電圧とともに端子電流を測定することにより、端子電圧の測定時における、電圧−電流特性を表す曲線の推定も可能となる。
【０２２２】
すなわち、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のグラフをあらかじめ把握しておけば、太陽電池の端子電圧とともに端子電流を測定することにより、端子電圧の測定時における、電圧−電流特性を表す曲線を推定することが可能である。
【０２２３】
例えば、太陽電池の端子電圧を測定したところ、得られた測定値が、Ｖｔ0＋δ以下であったとする。このとき、得られた端子電圧およびそのときの端子電流の組により表される動作点の近傍を通る曲線が、端子電圧の測定時における、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線である。なお、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のグラフは、コントロールユニットＣＵに接続される太陽電池ＰＶの特性をあらかじめ把握しておくことにより、あらかじめ把握することが可能である。
【０２２４】
例えば、ＭＰＰＴ制御を適用する場合、端子電圧の測定時における、電圧−電流特性を表す曲線を推定するためには、端子電圧および端子電流の組を記録しておく必要がある。一方、本開示によれば、端子電圧の測定後は、端子電流の値のみを記録しておけばよく、ＭＰＰＴ制御を適用する場合と比較して、必要なメモリ量を低減させることができる。特に、端子電圧の測定値がＶｔ0＋δを超えている場合には、端子電流の測定も不要とすることができる。また、後述するように、本開示では、端子電圧の測定時における、電圧−電流特性を表す曲線を推定する際に、端子電流の測定値と、しきい値のみ保持していれば十分である。
【０２２５】
さらに、協調制御による充電レートの調整が実行されている場合には、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いを推定することが可能である。
【０２２６】
例えば、コントロールユニットＣＵに接続される太陽電池ＰＶの特性を測定しておくことにより、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のグラフとして、図１２Ｂに示す４つの曲線Ｃ７〜Ｃ１０があらかじめ得られていたとする。さらに、ＭＰＰＴ制御の動作点をあらかじめ把握しておき、端子電流の測定値に対して、相異なる複数のしきい値を設定しておいたとする。例えば、図１２Ｂに示す例では、２つのしきい値ＩｆおよびＩｃ（ここでは、Ｉｆ＜Ｉｃとする。）が設定されている。
【０２２７】
図１２Ｂに示すように、しきい値Ｉｃは、例えば、曲線Ｃ７上における、端子電圧Ｖｔ0に対応する端子電流の値と、曲線Ｃ８上における、端子電圧Ｖｔ0に対応する端子電流の値との間にあるものとする。また、しきい値Ｉｆは、例えば、曲線Ｃ１０上における、端子電圧Ｖｔ0に対応する端子電流の値と、曲線Ｃ９上における、端子電圧Ｖｔ0に対応する端子電流の値との間にあるものとする。
【０２２８】
太陽電池の端子電圧および端子電流を測定した時に、例えば、端子電圧の測定値がＶｔ0＋δ以下であり、かつ端子電流の測定値がＩｃを超えていたとする。
【０２２９】
端子電圧の測定値がＶｔ0＋δ以下であるということは、端子電圧の測定時において、協調制御による充電レートの調整が実行されていることを意味する。また、端子電流の測定値がＩｃを超えているということは、動作点が曲線Ｃ８〜Ｃ１０のいずれの上にもなく、かつ協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いも大きいということを意味している。
【０２３０】
もし、このときの動作点が曲線Ｃ７上の点であり、太陽電池に対する照度の変化がしばらくなかったとすると、協調制御を実行するよりもＭＰＰＴ制御を実行した方が、太陽電池により得られる電力の損失を抑制することができるということになる。言い換えれば、太陽電池に対する照度の変化がしばらくないと仮定すると、基準電圧の値を一時的に引き上げ、太陽電池の出力電圧の下限を電圧Ｖｔ0より高い電圧とした方が、太陽電池により得られる電力の損失の累積を低減することができる。
【０２３１】
同様に、端子電圧の測定値がＶｔ0＋δ以下であり、かつ端子電流の測定値がＩｆ未満であったとすると、基準電圧の値を一時的に引き下げた方が、太陽電池により得られる電力の損失の累積を低減することができる。
【０２３２】
そこで、本開示では、協調制御を実行する場合において、基準電圧の値を固定とせず、一定の条件を満たす場合に、基準電圧の値を柔軟に変更する。概略的には、協調制御による充電レートの調整が実行されている場合において、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いの大きい状態が、あらかじめ設定された時間を超えて継続するときに、基準電圧の値の調整を行う。
【０２３３】
協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いの大きい状態が、どの程度の時間を超えて継続するときに基準電圧の値の調整を行うかは、任意に設定することができる。例えば、基準電圧の値の調整を実行するか否かの判定の基準とする時間は、例えば、目視や気象情報、照度計による測定値などから、適宜に設定することができる。基準電圧の値の調整を実行するか否かの判定の基準とする時間に対して、太陽電池により得られる電力の変動が激しい場合には、基準電圧の値は、例えば、初期値として設定された値に戻される。
【０２３４】
以下、図１３〜図１６を参照しながら、本開示の具体的な制御の一例を説明する。以下に示す一連の処理は、例えば、コントロールユニットＣＵ中のＣＰＵ１３により実行される。
【０２３５】
図１３〜図１６は、本開示の制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【０２３６】
まず、図１３に示すステップＳｔ１において、いずれのバッテリＢから充電するかの優先順位が決定される。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、上述したように、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からである。いずれのバッテリＢから充電するかの優先順位は、例えば、各バッテリＢの残存容量をもとにして決定される。
【０２３７】
次に、ステップＳｔ２において、コントロールユニットＣＵに対する電力の供給の有無が判断される。ＣＰＵ１３は、電圧センサ１１ｃにより、コントロールユニットＣＵに対する入力電圧の大きさを取得する。コントロールユニットＣＵに対する入力電圧の大きさが、あらかじめ設定されたしきい値を超えていない場合、ＣＰＵ１３は、発電部の発電電力がないと判断する。コントロールユニットＣＵに対して発電部が接続されていない場合も同様である。
【０２３８】
次に、コントロールユニットＣＵに対する入力電圧の大きさが、あらかじめ設定されたしきい値を超えていた場合には、ステップＳｔ３において、高圧入力電源回路１１が起動される。
【０２３９】
次に、ステップＳｔ４において、ステップＳｔ１で決定された優先順位をもとにして、コントロールユニットＣＵは、充電の対象となるバッテリＢを指定する。
【０２４０】
次に、ステップＳｔ５において、コントロールユニットＣＵは、充電の対象となるバッテリＢを備えるバッテリユニットＢＵに対して充電の開始を指示する。具体的には、ＣＰＵ１３が、充電の対象となるバッテリＢを備えるバッテリユニットＢＵのＣＰＵ４５に対してコマンドを送出する。
【０２４１】
ＣＰＵ４５は、取得したコマンドに基づき、図６に示すスイッチＳＷ７をオンする。このとき、スイッチＳＷ６およびスイッチＳＷ８はオフである。スイッチＳＷ７がオンされることにより、コントロールユニットＣＵとバッテリユニットＢＵとが電気的に接続される。
【０２４２】
まず、図１４に示すステップＳｔ６において、メモリ１５に格納される基準電圧の値Ｅｔが、例えば、初期値としてＶｔ0に設定される。Ｖｔ0の大きさは、例えば、太陽電池ＰＶの設置場所や長期的な天候などに応じて、適宜に設定することが可能である。
【０２４３】
また、ステップＳｔ６において、整数値をとるカウンタｎがリセットされる。
【０２４４】
次に、ステップＳｔ７において、バッテリＢに対する充電の終了の指示の有無が判断される。全てのバッテリユニットＢＵに対する充電の終了の指示があった場合、処理はここで終了する。
【０２４５】
次に、ステップＳｔ８において、協調制御による充電レートの調整が実行されているか否かが判断される。すなわち、端子電圧の測定値Ｖが、Ｖｔ0＋δ以下であるか否かが判定される。協調制御による充電レートの調整が実行されていない場合は、電力の需要量に対して、電力の供給能力に余力がある状態であるから、処理がステップＳｔ７に戻される。一方、協調制御による充電レートの調整が実行されている場合には、処理がステップＳｔ９に進められる。なお、ステップＳｔ７からステップＳｔ８に遷移するまでの時間は、任意に設定されてよい。
【０２４６】
次に、ステップＳｔ９において、端子電圧の測定時における動作点が、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のうち、いずれの曲線上にあるか推定される。具体的には、太陽電池の端子電圧の測定とともに太陽電池の端子電流の測定が行われ、端子電流の測定値Ｉが、複数設定された区間のうち、いずれの区間に属しているか判定される。
【０２４７】
例えば、まず、端子電流の測定値に対して、相異なる複数のしきい値が設定されていたとする。設定されるしきい値の数が多いほど（端子電流の測定値Ｉに対して設定される区間が細かいほど）、推定の確かさが向上するが、ここでは、説明を簡単とするため、図１２Ｂに例示したように２つのしきい値ＩｆおよびＩｃが設定されているものとする。
【０２４８】
端子電流の測定値Ｉが、例えば、Ｉｆ≦Ｉ≦Ｉｃを満たす場合には、ステップＳｔ１０において、フラグｂｋの値が０にセットされる。
【０２４９】
例えば、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のグラフとして、図１２Ｂに示した曲線Ｃ７〜Ｃ１０があらかじめ得られていたとすると、端子電圧の測定時における動作点は、曲線Ｃ７上にも曲線Ｃ１０上にもないことと判断できる。すなわち、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いが小さいため、この時点における基準電圧の値Ｅｔとして、初期値Ｖｔ0は適切であるといえる。
【０２５０】
端子電流の測定値Ｉが、例えば、Ｉｃ＜Ｉを満たす場合には、ステップＳｔ１１において、フラグｂｋの値は１にセットされ、Ｉ＜Ｉｆを満たす場合には、ステップＳｔ１２において、フラグｂｋの値が２にセットされる。
【０２５１】
次に、ステップＳｔ１３において、例えば、タイマなどによる計時が開始される。
【０２５２】
次に、ステップＳｔ１４において、タイマなどによる計時開始から、あらかじめ設定された時間Ｔが経過したか否かが判断される。具体的には、タイマなどにより計時された時間ｔが、ｔ＞Ｔなる関係を満たすか否かが判定される。あらかじめ設定された時間Ｔにより、端子電圧の測定の周期が規定される。すなわち、時間Ｔが経過するごとに、協調制御による充電レートの調整が実行されているか否かの判断が実行される。
【０２５３】
あらかじめ設定された時間Ｔが経過すると、処理はステップＳｔ１５に進められ、計時が終了される。
【０２５４】
次に、ステップＳｔ１６において、ステップＳｔ８と同様の手法により、協調制御による充電レートの調整が実行されているか否かが判断される。
【０２５５】
協調制御による充電レートの調整が実行されていない場合は、電力の需要量に対して、電力の供給能力に余力がある状態であるから、処理はステップＳｔ６に戻され、カウンタｎがリセットされるとともに、基準電圧の値Ｅｔが、初期値であるＶｔ0に設定される。
【０２５６】
一方、協調制御による充電レートの調整が実行されている場合には、処理がステップＳｔ１７に進められる。
【０２５７】
次に、ステップＳｔ１７において、ステップＳｔ９と同様の手法により、端子電圧の測定時における動作点が、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のうち、いずれの曲線上にあるか推定される。
【０２５８】
端子電流の測定値Ｉが、例えば、Ｉｆ≦Ｉ≦Ｉｃを満たす場合には、ステップＳｔ１８において、フラグｐｒの値が０にセットされる。端子電流の測定値Ｉが、例えば、Ｉｃ＜Ｉを満たす場合には、ステップＳｔ１９において、フラグｐｒの値が１にセットされ、Ｉ＜Ｉｆを満たす場合には、ステップＳｔ２０において、フラグｐｒの値が２にセットされる。フラグｐｒの値は、現時点の動作点が、曲線Ｃ７、Ｃ８（Ｃ９）またはＣ１０のうち、いずれの曲線に近いかを示している。
【０２５９】
次に、図１６に示すステップＳｔ２１において、現時点の動作点が、前回の端子電流の測定時における動作点と近い位置にあるか否か判断される。具体的には、現在の状態を指定するフラグｐｒの値と、前回の測定時の状態を示すフラグｂｋの値とが等しいか否かの判定がなされる。
【０２６０】
フラグｐｒの値と、フラグｂｋの値とが異なる場合、処理はステップＳｔ２２に進められ、フラグｂｋの値としてフラグｐｒの値が代入された後、処理がステップＳｔ１３に戻される。
【０２６１】
フラグｐｒの値と、フラグｂｋの値とが異なるということは、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線を想定したときに、前回の端子電流の測定時における動作点の乗る曲線と、現時点における動作点の乗る曲線とが異なっていると考えてよい。例えば、ｂｋ＝１かつｐｒ＝２であったとすると、時間Ｔの間に、動作点が曲線Ｃ７から曲線Ｃ１０にうつったと考えられる。
【０２６２】
一方、フラグｐｒの値と、フラグｂｋの値とが等しい場合には、処理がステップＳｔ２３に進められ、ステップＳｔ２３において、カウンタｎがインクリメントされる。すなわち、カウンタｎの値は、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線を想定したときに、動作点が、どのくらいの時間、同じ曲線の近傍に存在したかを表している。
【０２６３】
次に、ステップＳｔ２４において、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線を想定したときに、動作点が、あらかじめ設定された時間よりも長い時間、同じ曲線の近傍に存在したか否かが判断される。具体的には、カウンタｎの値と、あらかじめ設定された数Ｎとが、ｎ＞Ｎなる関係を満たすか否かが判定される。
【０２６４】
動作点が、あらかじめ設定された時間よりも長い時間、同じ曲線の近傍に存在しなかった場合、処理はステップＳｔ２２に進められ、フラグｂｋの値としてフラグｐｒの値が代入された後、処理がステップＳｔ１３に戻される。
【０２６５】
一方、動作点が、あらかじめ設定された時間よりも長い時間、同じ曲線の近傍に存在した場合には、処理はステップＳｔ２５に進められる。
【０２６６】
次に、ステップＳｔ２５〜ステップＳｔ２８において、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のうち、いずれの曲線の近傍に動作点が存在したかに応じて、基準電圧の値Ｅｔが設定される。
【０２６７】
例えば、フラグｐｒの値が０である状態が、あらかじめ設定された時間を超えて継続した場合には、ステップＳｔ２６において、基準電圧の値Ｅｔが、Ｅｔ＝Ｖｔ0とされる。同様に、フラグｐｒの値が１である状態が、あらかじめ設定された時間を超えて継続した場合には、ステップＳｔ２７において、基準電圧の値Ｅｔが、例えば、Ｅｔ＝Ｖｔ1とされる。フラグｐｒの値が２である状態が、あらかじめ設定された時間を超えて継続した場合には、ステップＳｔ２８において、基準電圧の値Ｅｔが、例えば、Ｅｔ＝Ｖｔ2とされる。
【０２６８】
すなわち、例えば、動作点が、あらかじめ設定された時間を超えて曲線Ｃ７にいた場合、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いの大きい状態が継続したといえるため、基準電圧の値Ｅｔが、Ｖｔ1に引き上げられる。また、例えば、動作点が、あらかじめ設定された時間を超えて曲線Ｃ８（Ｃ９）にいた場合、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いの小さい状態が継続したといえるため、基準電圧の値Ｅｔが、初期値Ｖｔ0に戻される。
【０２６９】
言い換えれば、本開示では、協調制御による充電レートの調整が実行される程度に、太陽電池に対する照度が低下している場合において、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いに応じて、基準電圧の値Ｅｔが、適宜調整される。例えば、あらかじめ設定された時間を超えてにわか雨が降ったりして、太陽電池に対する照度が一時的に低下した場合、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いが小さくなるように、基準電圧の値Ｅｔが、適宜調整される。
【０２７０】
ここで、動作点が、どの程度の時間だけ同じ曲線の近傍に存在したかは、測定の周期である時間Ｔと、あらかじめ設定された数Ｎとの積をとることにより与えられる。時間Ｔおよび数Ｎは任意に設定可能であるから、動作点がどの程度の時間だけ同じ曲線の近傍に存在した場合に、基準電圧の値Ｅｔを変更するかは、任意に設定可能である。時間Ｔと、数Ｎとの積（基準電圧の値Ｅｔを変更するか否かの判定の基準とする時間）は、例えば、天候の変化や周囲の気候を考慮して、数分〜数時間程度の範囲内に設定される。
【０２７１】
例えば、天気予報等により、天候の変化が激しいと予想した場合には、基準電圧の値Ｅｔを変更するか否かの判定の基準とする時間を、例えば、１０分から３０分程度に設定しておくことができる。より細かい電力制御を行いたい場合等には、基準電圧の値Ｅｔを変更するか否かの判定の基準とする時間を、例えば、１分〜５分程度の短い時間としてもよい。また、天候の変化が少ない場合や、端子電圧の測定のための時間を抑えたい場合等には、逆に、基準電圧の値Ｅｔを変更するか否かの判定の基準とする時間を、例えば、１時間〜５時間程度に設定しておくことができる。
【０２７２】
したがって、本開示によれば、基準電圧の値Ｅｔを固定する場合と比較して、より細かい電力制御が可能となる。もちろん、協調制御による充電レートの調整の必要がない程度に、太陽電池に対する照度が増加した場合には、協調制御による充電レートの調整は自動的に緩和または解除される。
【０２７３】
基準電圧の値Ｅｔの調整後は、処理がステップＳｔ２９に進められ、カウンタｎがリセットされる。その後、処理はステップＳｔ２２に進められ、フラグｂｋの値としてフラグｐｒの値が代入された後、処理がステップＳｔ１３に戻される。
【０２７４】
以上に説明したように、本開示によれば、協調制御による充電レートの調整が実行されている場合における、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いを小さくすることができ、太陽電池により得られる電力の損失を抑制することができる。
【０２７５】
また、ＭＰＰＴ制御を適用する場合、電力の計算に必要な、電流および電圧を測定するための部品点数が増加して製造コストが高くなってしまうとともに、高速な計算を実現するために高速なＡ／Ｄ変換器を使用すると、製造コストがさらに高くなってしまう。さらに、電流や電圧の測定には誤差がつきものであり、必ずしも正確な値を得られるとは限らない。誤差の影響を低減するためには、移動平均法等、複数回の測定が必要となるが、さらに計算に時間がかかってしまうことになる。このように、ＭＰＰＴ制御を適用する場合、天候変動等に追尾させることは困難である。
【０２７６】
これに対して、本開示によれば、ＭＰＰＴ制御のような電力の逐次計算が必要とされないので、太陽電池に対する照度の急激な変化に対応できる。さらに、太陽電池に対する照度の低下した状態が一定時間継続した場合においても、簡易な回路構成により、協調制御の動作点をＭＰＰＴ制御の動作点に近づけることができる。
【０２７７】
本開示によれば、太陽電池に対する照度が低下した場合であっても、太陽電池により得られる電力をＭＰＰＴ制御により得られる電力に近づけることができ、太陽電池により得られる電力の損失の累積を最小限に抑えることができる。
【０２７８】
なお、図１３〜図１６を参照して説明した一連の処理は、あくまでも一例にすぎず、例えば、太陽電池の端子電流のログをとり、そのログを解析して、基準電圧の値Ｅｔを変更するか否かの判定をするようにしてももちろんかまわない。
【０２７９】
＜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。
【０２８０】
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。
【０２８１】
なお、本開示は、以下の構成をとることもできる。
（１）
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整する第１の装置と、
前記第１の装置から供給される入力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
を備え、
前記第１の装置からの出力電圧が前記下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、前記発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、前記下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つが選択される制御システム。
（２）
前記区分が、ＭＰＰＴ制御を行ったと仮定したときの動作点と、前記第１の装置による出力電圧の調整および前記第２の装置による充電レートの変化の連動による制御が行われたときの動作点との間の乖離の大きさに応じて設定される（１）に記載の制御システム。
（３）
前記発電部に関する、同一の電圧−電流特性曲線上において、ＭＰＰＴ制御を行ったと仮定したときの動作点の電圧値が、前記第１の装置による出力電圧の調整および前記第２の装置による充電レートの変化の連動による制御が行われたときの動作点の電圧値より大なるときに、前記下限が引き上げられる（１）または（２）に記載の制御システム。
（４）
前記発電部に関する、同一の電圧−電流特性曲線上において、ＭＰＰＴ制御を行ったと仮定したときの動作点の電圧値が、前記第１の装置による出力電圧の調整および前記第２の装置による充電レートの変化の連動による制御が行われたときの動作点の電圧値より小なるときに、前記下限が引き下げられる（１）ないし（３）のいずれか１項に記載の制御システム。
（５）
前記あらかじめ設定された時間が、１分以上５時間以下である（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の制御システム。
（６）
前記充電レートの変化の有無が、前記発電部からの入力電圧と、あらかじめ設定されたしきい値との比較により判断される（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の制御システム。
（７）
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整するとともに、
前記出力電圧が前記あらかじめ定められた範囲の下限に近づいている状態が、あらかじめ設定された時間より長く継続したときに、前記発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、前記下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つを選択する制御装置。
（８）
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように第１の装置からの出力電圧を調整させ、
前記第１の装置から第２の装置に供給される入力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、
前記第１の装置からの出力電圧が前記下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、前記発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、前記下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つを選択させる制御方法。
【符号の説明】
【０２８２】
１・・・・制御システム
１１・・・・高圧入力電源回路
１１ｃ・・・・電圧センサ
１１ｅ・・・・電流センサ
１２・・・・低圧入力電源回路
１３・・・・ＣＰＵ
１５・・・・メモリ
１６・・・・Ｄ／Ａ変換部
１６ｍ・・・・内蔵メモリ
３５・・・・オペアンプ
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、制御システム、制御装置および制御方法に関する。本開示は、特に、太陽電池などの、端子電圧に変動のある発電装置から電力を効率よく取りだすための制御システム、制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電時に大気汚染物質の放出のない、いわゆる自然エネルギー（クリーンエネルギーとも呼ばれる。）が注目されている。
【０００３】
自然エネルギーの例としては、太陽光発電や太陽熱発電、風力発電などにより得られる電力が挙げられる。また、太陽光発電などと比較すると小さな電力ではあるが、人の活動により生じる運動エネルギーから電気エネルギーを取りだす試みも盛んに行われている。
【０００４】
ところで、太陽電池には、接続された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という特徴がある。例えば、太陽電池を使用して蓄電池を充電しようとすると、太陽電池から取りだされる電流が、蓄電池の必要としている電圧によってきまってしまう。
【０００５】
そのため、接続された負荷の受けいれる電力が不適切であると、太陽電池により得られる発電電力に損失が生じてしまう。接続された負荷の必要としている消費電によって取りだされる電圧と電流がきまるため、得られる発電電力が一定とならないという特徴は、風力を利用した発電装置にも共通する。
【０００６】
また、例えば、太陽光発電の場合、太陽電池に対する照度の変化や温度の変化などにより、得られる発電電力が急激に変動することもある。
【０００７】
そこで、太陽電池から効率よく電力を安定して取りだすために、太陽電池と負荷との間に、最大電力点追尾（Maximum Power Point Tracking（ＭＰＰＴ））制御の機能を備えたパワーコンディショナーを介在させることが一般的である。ＭＰＰＴ制御とは、太陽電池から取りだされる電流と電圧との積が最大となる電圧値を計算により逐次求め、太陽電池により得られる発電電力が最大となるように、太陽電池の端子電圧を変化させる制御である。
【０００８】
太陽電池から効率よく電力を取りだす点においてＭＰＰＴ制御は優れているが、計算に乗算が含まれるために計算の負荷も高く、また、計算に時間を要するため、太陽電池に対する照度の急激な変化などに対応しにくい。
【０００９】
そのため、ＭＰＰＴ制御の場合と比較して簡易な回路により実現が可能な電圧追従法による制御が適用されることもある。なお、下記の特許文献１には、リチウム電池用の充電制御ＩＣ（integrated circuit）における、出力電流を制御するためのプログラム端子に対してフィードバックを行うことにより、太陽電池の出力電圧を定電圧制御とすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−０１７６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
自然エネルギーを利用する分野においては、発電装置から取りされる電力の向上および安定化が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の第１の好ましい実施態様は、
制御システムが、第１の装置と、第２の装置とを備える。
第１の装置は、発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整する。
第２の装置は、第１の装置から供給される入力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１の装置からの出力電圧が下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つが選択される。
【００１３】
本開示の第２の好ましい実施態様は、
制御装置が、発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整するとともに、
出力電圧があらかじめ定められた範囲の下限に近づいている状態が、あらかじめ設定された時間より長く継続したときに、発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つを選択する。
【００１４】
本開示の第３の好ましい実施態様は、
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように第１の装置からの出力電圧を調整させ、
第１の装置から第２の装置に供給される入力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、
第１の装置からの出力電圧が下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つを選択させる制御方法である。
【発明の効果】
【００１５】
少なくとも１つの実施例によれば、発電装置から効率よく電力を安定して取りだすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、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】図３は、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】図４は、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】図５は、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】図６は、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】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８】図８Ａは、太陽電池の電圧−電流特性を示すグラフである。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。
【図９】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。
【図１０】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１１】図１１Ａ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１１Ｂは、ＭＰＰＴ制御が実行されているときの動作点と、協調制御による充電レートの調整が実行されているときの動作点とを比較して説明するための図である。
【図１２】図１２Ａは、本開示における電力制御装置の構成例を示すブロック図である。図１２Ｂは、協調制御による充電レートの調整が実行されているか否かの判断方法の一例を説明するための図である。
【図１３】図１３は、本開示の制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１４は、本開示の制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１５は、本開示の制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１６】図１６は、本開示の制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
＜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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
「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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
「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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
「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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
「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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
「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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
「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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
「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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
「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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
「ＭＰＰＴ制御」
まず、以下に、ＭＰＰＴ制御の概略について説明を行う。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
「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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
「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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
図１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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。以下では、同一の照度に対応する太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線に対しては、図面中において、同一の符号を付すこととする。
【０１８２】
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。
【０１８３】
図１１Ａ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１１Ａ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１１Ａ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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
図１１Ｂは、ＭＰＰＴ制御が実行されているときの動作点と、協調制御による充電レートの調整が実行されているときの動作点とを比較して説明するための図である。図１１Ｂ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１１Ｂ中の白丸は、ＭＰＰＴ制御を行ったときの動作点を表し、図１１Ｂ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１１Ｂに示す曲線Ｃ７〜Ｃ１０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。
【０１９６】
なお、ここでは、曲線Ｃ７〜Ｃ１０により太陽電池の電圧−電流特性が表される場合において、協調制御による充電レートの調整が実行されているものとする。また、コントロールユニットＣＵに対するバッテリユニットＢＵの着脱はなく、太陽電池からみた負荷の変化がないものとする。以下の説明においても、同様とする。
【０１９７】
図１１Ｂに示すように、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ているとき、太陽電池の端子電圧は、あらかじめ設定された電圧Ｖｔ0と近い電圧になる。
【０１９８】
ここで、例えば、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、図１１Ｂに示す曲線Ｃ８または曲線Ｃ９により表されるとすると、図１１Ｂに示すように、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いは小さい。したがって、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が、曲線Ｃ８または曲線Ｃ９により表されるような場合には、協調制御およびＭＰＰＴ制御のいずれの制御の場合であっても、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いえる。
【０１９９】
一方、図１１Ｂ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Ｃ７である場合には、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合い△Ｖ７が大きい。太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ１０である場合には、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合い△Ｖ１０は、△Ｖ７と比較してさらに大きい。
【０２００】
したがって、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線が曲線Ｃ７または曲線Ｃ１０であるような場合には、協調制御を適用して太陽電池から得られる発電電力と、ＭＰＰＴ制御を適用して太陽電池から得られる発電電力との間の差が大きい。
【０２０１】
このことは、例えば、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いが大きく、かつ太陽電池に対する照度がほとんど変化しない場合、時間の経過とともに、太陽電池により得られる電力の損失が累積してしまうことを意味する。
【０２０２】
本開示の発明者らは、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いに着目し、太陽電池により得られる電力の損失を抑制すべく鋭意検討を重ねた結果、本開示の技術を見出すに至った。
【０２０３】
「電力損失の抑制」
図１２Ａは、本開示における電力制御装置の構成例を示すブロック図である。図１２Ａに示すように、本開示における電力制御装置は、例えば、上述したコントロールユニットＣＵにより構成することができる。図１２Ａでは、電力制御装置として、高圧入力電源回路１１を備えるコントロールユニットを例示したが、高圧入力電源回路１１に変え、または高圧入力電源回路１１とともに低圧入力電源回路１２を備えるコントロールユニットであってもよい。
【０２０４】
図１２Ａに示すように、コントロールユニットＣＵは、高圧入力電源回路１１と、電圧センサ１１ｃと、電流センサ１１ｅと、ＣＰＵ１３と、制御プログラムの格納されたメモリ１５と、Ｄ／Ａ変換部１６とを含む。高圧入力電源回路１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂおよびオペアンプ３５を備える。メモリ１５には、制御プログラムが格納されている。Ｄ／Ａ変換部１６は、内蔵メモリ１６ｍを備える。
【０２０５】
上述したように、Ｄ／Ａ変換部１６の内蔵メモリ１６ｍには電圧Ｖｔ0の値が保持されており、Ｄ／Ａ変換部１６は、内蔵メモリ１６ｍに保持されたデジタル値を変換して、対応する電圧を出力する。内蔵メモリ１６ｍに保持されたデジタル値は、例えば、ＣＰＵ１３により、必要に応じて書き換えがなされる。ＣＰＵ１３が、メモリ１５からデータを引き出し、コントロールユニットＣＵの起動毎に内蔵メモリ１６ｍに保持されるデジタル値をセットするようにしてもよい。
【０２０６】
上述したように、コントロールユニットＣＵには、環境に応じて発電する発電部が接続される。図１２Ａでは、発電部として、太陽電池ＰＶがコントロールユニットＣＵに接続された構成例を示した。発電部により得られる電力は、コントロールユニットＣＵを介して、１または複数のバッテリＢなどの負荷に供給される。
【０２０７】
発電部により得られる電力の大きさは、周囲の環境によって変動する。コントロールユニットＣＵは、発電部から送出された電圧の変動に応じて、コントロールユニットＣＵからの出力電圧を変化させる。
【０２０８】
図１２Ａに示すように、コントロールユニットＣＵに備えられた高圧入力電源回路１１への入力電圧のｋｃ倍の電圧が、オペアンプ３５の非反転入力端子に対して印加される。
【０２０９】
一方、オペアンプ３５の反転入力端子には、太陽電池の出力電圧の下限としてあらかじめ設定される電圧の値Ｅｔをｋｃ倍した大きさの電圧がＤ／Ａ変換部１６から印加される。
【０２１０】
上述したように、基準電圧の値Ｅｔは、例えば、Ｄ／Ａ変換部１６に内蔵されたメモリ１６ｍに保持されている。例えば、太陽電池の出力電圧の下限をＶｔ0としたい場合には、Ｅｔ＝Ｖｔ0とされ、したがって、（ｋｃ×Ｖｔ0）の大きさの電圧が、オペアンプ３５の反転入力端子に印加される。以下では、太陽電池の出力電圧の下限としてあらかじめ設定される電圧を、基準電圧と適宜称する。
【０２１１】
オペアンプ３５の出力端子からの出力は、上述したように、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂ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。したがって、発電部から送出された電圧の変動に応じて、コントロールユニットＣＵからの出力電圧が調整される。
【０２１２】
なお、ＣＰＵ１３は、電圧センサ１１ｃにより、コントロールユニットＣＵに対する入力電圧の大きさを取得する。コントロールユニットＣＵに対する入力電圧の大きさは、太陽電池ＰＶの端子電圧の大きさである。
【０２１３】
また、ＣＰＵ１３は、電流センサ１１ｅにより、コントロールユニットＣＵに対する入力電流の大きさを取得する。コントロールユニットＣＵに対する入力電流の大きさは、太陽電池ＰＶの端子電流の大きさである。
【０２１４】
図１２Ｂは、協調制御による充電レートの調整が実行されているか否かの判断方法の一例を説明するための図である。図１２Ｂ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１２Ｂ中の白丸は、ＭＰＰＴ制御を行ったときの動作点を表し、図１２Ｂ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１２Ｂに示す曲線Ｃ７〜Ｃ１０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。
【０２１５】
上述したように、太陽電池に対する照度の低下に伴って太陽電池の端子電圧が基準電圧に近づくと、高圧入力電源回路１１は、高圧入力電源回路１１からの出力電圧を引き下げはじめる。なお、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。
【０２１６】
したがって、ある適当な大きさのδ（δ＞０）をとることにより、太陽電池の端子電圧が、Ｖｔ0を超え、かつＶｔ0＋δ以下であるときに、協調制御による充電レートの調整が実行されていると判断することができる。δの値は、適宜設定することができ、例えば、数〜数十Ｖ以下程度である。
【０２１７】
ここで、図１２Ｂ中の協調制御を行ったときの動作点の一群を参照してみると、いずれの動作点も、基準電圧Ｖｔ0に近い。したがって、図１２Ｂ中の協調制御を行ったときの動作点により表される状態は、協調制御による充電レートの調整が実行されている状態であると判断することができる。
【０２１８】
このように、協調制御によれば、太陽電池の端子電圧を測定することにより、ある時点における、電力の需要量と供給量との間の大小関係を推定することが可能である。
【０２１９】
例えば、太陽電池の端子電圧が、Ｖｔ0＋δよりも十分に高い電圧であれば、電力の需要量に対して、電力の供給能力に余力があると判断することができる。これに対して、例えばＭＰＰＴ制御では、電力の需要量に対する、供給能力の余力の有無を判断することは困難である。
【０２２０】
ＭＰＰＴ制御を適用する場合、現在の動作点が最適動作点よりも高圧側にあれば、余剰電力があると判断可能であるが、この場合、最適動作点における発電量と現在の発電量とを求め、それらの差を求める必要がある。また、電流や電圧の測定には誤差があるため、発電量の正確な値を求めることは困難である。一方、本開示では、このような電力計算が必要とされないため、供給能力の余力の有無の判断を簡易な計算により行うことができる。
【０２２１】
太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線は、太陽電池に対する照度に応じて無数に存在するが、協調制御によれば、太陽電池の端子電圧とともに端子電流を測定することにより、端子電圧の測定時における、電圧−電流特性を表す曲線の推定も可能となる。
【０２２２】
すなわち、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のグラフをあらかじめ把握しておけば、太陽電池の端子電圧とともに端子電流を測定することにより、端子電圧の測定時における、電圧−電流特性を表す曲線を推定することが可能である。
【０２２３】
例えば、太陽電池の端子電圧を測定したところ、得られた測定値が、Ｖｔ0＋δ以下であったとする。このとき、得られた端子電圧およびそのときの端子電流の組により表される動作点の近傍を通る曲線が、端子電圧の測定時における、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線である。なお、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のグラフは、コントロールユニットＣＵに接続される太陽電池ＰＶの特性をあらかじめ把握しておくことにより、あらかじめ把握することが可能である。
【０２２４】
例えば、ＭＰＰＴ制御を適用する場合、端子電圧の測定時における、電圧−電流特性を表す曲線を推定するためには、端子電圧および端子電流の組を記録しておく必要がある。一方、本開示によれば、端子電圧の測定後は、端子電流の値のみを記録しておけばよく、ＭＰＰＴ制御を適用する場合と比較して、必要なメモリ量を低減させることができる。特に、端子電圧の測定値がＶｔ0＋δを超えている場合には、端子電流の測定も不要とすることができる。また、後述するように、本開示では、端子電圧の測定時における、電圧−電流特性を表す曲線を推定する際に、端子電流の測定値と、しきい値のみ保持していれば十分である。
【０２２５】
さらに、協調制御による充電レートの調整が実行されている場合には、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いを推定することが可能である。
【０２２６】
例えば、コントロールユニットＣＵに接続される太陽電池ＰＶの特性を測定しておくことにより、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のグラフとして、図１２Ｂに示す４つの曲線Ｃ７〜Ｃ１０があらかじめ得られていたとする。さらに、ＭＰＰＴ制御の動作点をあらかじめ把握しておき、端子電流の測定値に対して、相異なる複数のしきい値を設定しておいたとする。例えば、図１２Ｂに示す例では、２つのしきい値ＩｆおよびＩｃ（ここでは、Ｉｆ＜Ｉｃとする。）が設定されている。
【０２２７】
図１２Ｂに示すように、しきい値Ｉｃは、例えば、曲線Ｃ７上における、端子電圧Ｖｔ0に対応する端子電流の値と、曲線Ｃ８上における、端子電圧Ｖｔ0に対応する端子電流の値との間にあるものとする。また、しきい値Ｉｆは、例えば、曲線Ｃ１０上における、端子電圧Ｖｔ0に対応する端子電流の値と、曲線Ｃ９上における、端子電圧Ｖｔ0に対応する端子電流の値との間にあるものとする。
【０２２８】
太陽電池の端子電圧および端子電流を測定した時に、例えば、端子電圧の測定値がＶｔ0＋δ以下であり、かつ端子電流の測定値がＩｃを超えていたとする。
【０２２９】
端子電圧の測定値がＶｔ0＋δ以下であるということは、端子電圧の測定時において、協調制御による充電レートの調整が実行されていることを意味する。また、端子電流の測定値がＩｃを超えているということは、動作点が曲線Ｃ８〜Ｃ１０のいずれの上にもなく、かつ協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いも大きいということを意味している。
【０２３０】
もし、このときの動作点が曲線Ｃ７上の点であり、太陽電池に対する照度の変化がしばらくなかったとすると、協調制御を実行するよりもＭＰＰＴ制御を実行した方が、太陽電池により得られる電力の損失を抑制することができるということになる。言い換えれば、太陽電池に対する照度の変化がしばらくないと仮定すると、基準電圧の値を一時的に引き上げ、太陽電池の出力電圧の下限を電圧Ｖｔ0より高い電圧とした方が、太陽電池により得られる電力の損失の累積を低減することができる。
【０２３１】
同様に、端子電圧の測定値がＶｔ0＋δ以下であり、かつ端子電流の測定値がＩｆ未満であったとすると、基準電圧の値を一時的に引き下げた方が、太陽電池により得られる電力の損失の累積を低減することができる。
【０２３２】
そこで、本開示では、協調制御を実行する場合において、基準電圧の値を固定とせず、一定の条件を満たす場合に、基準電圧の値を柔軟に変更する。概略的には、協調制御による充電レートの調整が実行されている場合において、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いの大きい状態が、あらかじめ設定された時間を超えて継続するときに、基準電圧の値の調整を行う。
【０２３３】
協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いの大きい状態が、どの程度の時間を超えて継続するときに基準電圧の値の調整を行うかは、任意に設定することができる。例えば、基準電圧の値の調整を実行するか否かの判定の基準とする時間は、例えば、目視や気象情報、照度計による測定値などから、適宜に設定することができる。基準電圧の値の調整を実行するか否かの判定の基準とする時間に対して、太陽電池により得られる電力の変動が激しい場合には、基準電圧の値は、例えば、初期値として設定された値に戻される。
【０２３４】
以下、図１３〜図１６を参照しながら、本開示の具体的な制御の一例を説明する。以下に示す一連の処理は、例えば、コントロールユニットＣＵ中のＣＰＵ１３により実行される。
【０２３５】
図１３〜図１６は、本開示の制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【０２３６】
まず、図１３に示すステップＳｔ１において、いずれのバッテリＢから充電するかの優先順位が決定される。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、上述したように、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からである。いずれのバッテリＢから充電するかの優先順位は、例えば、各バッテリＢの残存容量をもとにして決定される。
【０２３７】
次に、ステップＳｔ２において、コントロールユニットＣＵに対する電力の供給の有無が判断される。ＣＰＵ１３は、電圧センサ１１ｃにより、コントロールユニットＣＵに対する入力電圧の大きさを取得する。コントロールユニットＣＵに対する入力電圧の大きさが、あらかじめ設定されたしきい値を超えていない場合、ＣＰＵ１３は、発電部の発電電力がないと判断する。コントロールユニットＣＵに対して発電部が接続されていない場合も同様である。
【０２３８】
次に、コントロールユニットＣＵに対する入力電圧の大きさが、あらかじめ設定されたしきい値を超えていた場合には、ステップＳｔ３において、高圧入力電源回路１１が起動される。
【０２３９】
次に、ステップＳｔ４において、ステップＳｔ１で決定された優先順位をもとにして、コントロールユニットＣＵは、充電の対象となるバッテリＢを指定する。
【０２４０】
次に、ステップＳｔ５において、コントロールユニットＣＵは、充電の対象となるバッテリＢを備えるバッテリユニットＢＵに対して充電の開始を指示する。具体的には、ＣＰＵ１３が、充電の対象となるバッテリＢを備えるバッテリユニットＢＵのＣＰＵ４５に対してコマンドを送出する。
【０２４１】
ＣＰＵ４５は、取得したコマンドに基づき、図６に示すスイッチＳＷ７をオンする。このとき、スイッチＳＷ６およびスイッチＳＷ８はオフである。スイッチＳＷ７がオンされることにより、コントロールユニットＣＵとバッテリユニットＢＵとが電気的に接続される。
【０２４２】
まず、図１４に示すステップＳｔ６において、メモリ１５に格納される基準電圧の値Ｅｔが、例えば、初期値としてＶｔ0に設定される。Ｖｔ0の大きさは、例えば、太陽電池ＰＶの設置場所や長期的な天候などに応じて、適宜に設定することが可能である。
【０２４３】
また、ステップＳｔ６において、整数値をとるカウンタｎがリセットされる。
【０２４４】
次に、ステップＳｔ７において、バッテリＢに対する充電の終了の指示の有無が判断される。全てのバッテリユニットＢＵに対する充電の終了の指示があった場合、処理はここで終了する。
【０２４５】
次に、ステップＳｔ８において、協調制御による充電レートの調整が実行されているか否かが判断される。すなわち、端子電圧の測定値Ｖが、Ｖｔ0＋δ以下であるか否かが判定される。協調制御による充電レートの調整が実行されていない場合は、電力の需要量に対して、電力の供給能力に余力がある状態であるから、処理がステップＳｔ７に戻される。一方、協調制御による充電レートの調整が実行されている場合には、処理がステップＳｔ９に進められる。なお、ステップＳｔ７からステップＳｔ８に遷移するまでの時間は、任意に設定されてよい。
【０２４６】
次に、ステップＳｔ９において、端子電圧の測定時における動作点が、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のうち、いずれの曲線上にあるか推定される。具体的には、太陽電池の端子電圧の測定とともに太陽電池の端子電流の測定が行われ、端子電流の測定値Ｉが、複数設定された区間のうち、いずれの区間に属しているか判定される。
【０２４７】
例えば、まず、端子電流の測定値に対して、相異なる複数のしきい値が設定されていたとする。設定されるしきい値の数が多いほど（端子電流の測定値Ｉに対して設定される区間が細かいほど）、推定の確かさが向上するが、ここでは、説明を簡単とするため、図１２Ｂに例示したように２つのしきい値ＩｆおよびＩｃが設定されているものとする。
【０２４８】
端子電流の測定値Ｉが、例えば、Ｉｆ≦Ｉ≦Ｉｃを満たす場合には、ステップＳｔ１０において、フラグｂｋの値が０にセットされる。
【０２４９】
例えば、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のグラフとして、図１２Ｂに示した曲線Ｃ７〜Ｃ１０があらかじめ得られていたとすると、端子電圧の測定時における動作点は、曲線Ｃ７上にも曲線Ｃ１０上にもないことと判断できる。すなわち、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いが小さいため、この時点における基準電圧の値Ｅｔとして、初期値Ｖｔ0は適切であるといえる。
【０２５０】
端子電流の測定値Ｉが、例えば、Ｉｃ＜Ｉを満たす場合には、ステップＳｔ１１において、フラグｂｋの値は１にセットされ、Ｉ＜Ｉｆを満たす場合には、ステップＳｔ１２において、フラグｂｋの値が２にセットされる。
【０２５１】
次に、ステップＳｔ１３において、例えば、タイマなどによる計時が開始される。
【０２５２】
次に、ステップＳｔ１４において、タイマなどによる計時開始から、あらかじめ設定された時間Ｔが経過したか否かが判断される。具体的には、タイマなどにより計時された時間ｔが、ｔ＞Ｔなる関係を満たすか否かが判定される。あらかじめ設定された時間Ｔにより、端子電圧の測定の周期が規定される。すなわち、時間Ｔが経過するごとに、協調制御による充電レートの調整が実行されているか否かの判断が実行される。
【０２５３】
あらかじめ設定された時間Ｔが経過すると、処理はステップＳｔ１５に進められ、計時が終了される。
【０２５４】
次に、ステップＳｔ１６において、ステップＳｔ８と同様の手法により、協調制御による充電レートの調整が実行されているか否かが判断される。
【０２５５】
協調制御による充電レートの調整が実行されていない場合は、電力の需要量に対して、電力の供給能力に余力がある状態であるから、処理はステップＳｔ６に戻され、カウンタｎがリセットされるとともに、基準電圧の値Ｅｔが、初期値であるＶｔ0に設定される。
【０２５６】
一方、協調制御による充電レートの調整が実行されている場合には、処理がステップＳｔ１７に進められる。
【０２５７】
次に、ステップＳｔ１７において、ステップＳｔ９と同様の手法により、端子電圧の測定時における動作点が、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のうち、いずれの曲線上にあるか推定される。
【０２５８】
端子電流の測定値Ｉが、例えば、Ｉｆ≦Ｉ≦Ｉｃを満たす場合には、ステップＳｔ１８において、フラグｐｒの値が０にセットされる。端子電流の測定値Ｉが、例えば、Ｉｃ＜Ｉを満たす場合には、ステップＳｔ１９において、フラグｐｒの値が１にセットされ、Ｉ＜Ｉｆを満たす場合には、ステップＳｔ２０において、フラグｐｒの値が２にセットされる。フラグｐｒの値は、現時点の動作点が、曲線Ｃ７、Ｃ８（Ｃ９）またはＣ１０のうち、いずれの曲線に近いかを示している。
【０２５９】
次に、図１６に示すステップＳｔ２１において、現時点の動作点が、前回の端子電流の測定時における動作点と近い位置にあるか否か判断される。具体的には、現在の状態を指定するフラグｐｒの値と、前回の測定時の状態を示すフラグｂｋの値とが等しいか否かの判定がなされる。
【０２６０】
フラグｐｒの値と、フラグｂｋの値とが異なる場合、処理はステップＳｔ２２に進められ、フラグｂｋの値としてフラグｐｒの値が代入された後、処理がステップＳｔ１３に戻される。
【０２６１】
フラグｐｒの値と、フラグｂｋの値とが異なるということは、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線を想定したときに、前回の端子電流の測定時における動作点の乗る曲線と、現時点における動作点の乗る曲線とが異なっていると考えてよい。例えば、ｂｋ＝１かつｐｒ＝２であったとすると、時間Ｔの間に、動作点が曲線Ｃ７から曲線Ｃ１０にうつったと考えられる。
【０２６２】
一方、フラグｐｒの値と、フラグｂｋの値とが等しい場合には、処理がステップＳｔ２３に進められ、ステップＳｔ２３において、カウンタｎがインクリメントされる。すなわち、カウンタｎの値は、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線を想定したときに、動作点が、どのくらいの時間、同じ曲線の近傍に存在したかを表している。
【０２６３】
次に、ステップＳｔ２４において、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線を想定したときに、動作点が、あらかじめ設定された時間よりも長い時間、同じ曲線の近傍に存在したか否かが判断される。具体的には、カウンタｎの値と、あらかじめ設定された数Ｎとが、ｎ＞Ｎなる関係を満たすか否かが判定される。
【０２６４】
動作点が、あらかじめ設定された時間よりも長い時間、同じ曲線の近傍に存在しなかった場合、処理はステップＳｔ２２に進められ、フラグｂｋの値としてフラグｐｒの値が代入された後、処理がステップＳｔ１３に戻される。
【０２６５】
一方、動作点が、あらかじめ設定された時間よりも長い時間、同じ曲線の近傍に存在した場合には、処理はステップＳｔ２５に進められる。
【０２６６】
次に、ステップＳｔ２５〜ステップＳｔ２８において、太陽電池の電圧−電流特性を表す曲線のうち、いずれの曲線の近傍に動作点が存在したかに応じて、基準電圧の値Ｅｔが設定される。
【０２６７】
例えば、フラグｐｒの値が０である状態が、あらかじめ設定された時間を超えて継続した場合には、ステップＳｔ２６において、基準電圧の値Ｅｔが、Ｅｔ＝Ｖｔ0とされる。同様に、フラグｐｒの値が１である状態が、あらかじめ設定された時間を超えて継続した場合には、ステップＳｔ２７において、基準電圧の値Ｅｔが、例えば、Ｅｔ＝Ｖｔ1とされる。フラグｐｒの値が２である状態が、あらかじめ設定された時間を超えて継続した場合には、ステップＳｔ２８において、基準電圧の値Ｅｔが、例えば、Ｅｔ＝Ｖｔ2とされる。
【０２６８】
すなわち、例えば、動作点が、あらかじめ設定された時間を超えて曲線Ｃ７にいた場合、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いの大きい状態が継続したといえるため、基準電圧の値Ｅｔが、Ｖｔ1に引き上げられる。また、例えば、動作点が、あらかじめ設定された時間を超えて曲線Ｃ８（Ｃ９）にいた場合、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いの小さい状態が継続したといえるため、基準電圧の値Ｅｔが、初期値Ｖｔ0に戻される。
【０２６９】
言い換えれば、本開示では、協調制御による充電レートの調整が実行される程度に、太陽電池に対する照度が低下している場合において、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いに応じて、基準電圧の値Ｅｔが、適宜調整される。例えば、あらかじめ設定された時間を超えてにわか雨が降ったりして、太陽電池に対する照度が一時的に低下した場合、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いが小さくなるように、基準電圧の値Ｅｔが、適宜調整される。
【０２７０】
ここで、動作点が、どの程度の時間だけ同じ曲線の近傍に存在したかは、測定の周期である時間Ｔと、あらかじめ設定された数Ｎとの積をとることにより与えられる。時間Ｔおよび数Ｎは任意に設定可能であるから、動作点がどの程度の時間だけ同じ曲線の近傍に存在した場合に、基準電圧の値Ｅｔを変更するかは、任意に設定可能である。時間Ｔと、数Ｎとの積（基準電圧の値Ｅｔを変更するか否かの判定の基準とする時間）は、例えば、天候の変化や周囲の気候を考慮して、数分〜数時間程度の範囲内に設定される。
【０２７１】
例えば、天気予報等により、天候の変化が激しいと予想した場合には、基準電圧の値Ｅｔを変更するか否かの判定の基準とする時間を、例えば、１０分から３０分程度に設定しておくことができる。より細かい電力制御を行いたい場合等には、基準電圧の値Ｅｔを変更するか否かの判定の基準とする時間を、例えば、１分〜５分程度の短い時間としてもよい。また、天候の変化が少ない場合や、端子電圧の測定のための時間を抑えたい場合等には、逆に、基準電圧の値Ｅｔを変更するか否かの判定の基準とする時間を、例えば、１時間〜５時間程度に設定しておくことができる。
【０２７２】
したがって、本開示によれば、基準電圧の値Ｅｔを固定する場合と比較して、より細かい電力制御が可能となる。もちろん、協調制御による充電レートの調整の必要がない程度に、太陽電池に対する照度が増加した場合には、協調制御による充電レートの調整は自動的に緩和または解除される。
【０２７３】
基準電圧の値Ｅｔの調整後は、処理がステップＳｔ２９に進められ、カウンタｎがリセットされる。その後、処理はステップＳｔ２２に進められ、フラグｂｋの値としてフラグｐｒの値が代入された後、処理がステップＳｔ１３に戻される。
【０２７４】
以上に説明したように、本開示によれば、協調制御による充電レートの調整が実行されている場合における、協調制御の動作点とＭＰＰＴ制御の動作点との間の乖離の度合いを小さくすることができ、太陽電池により得られる電力の損失を抑制することができる。
【０２７５】
また、ＭＰＰＴ制御を適用する場合、電力の計算に必要な、電流および電圧を測定するための部品点数が増加して製造コストが高くなってしまうとともに、高速な計算を実現するために高速なＡ／Ｄ変換器を使用すると、製造コストがさらに高くなってしまう。さらに、電流や電圧の測定には誤差がつきものであり、必ずしも正確な値を得られるとは限らない。誤差の影響を低減するためには、移動平均法等、複数回の測定が必要となるが、さらに計算に時間がかかってしまうことになる。このように、ＭＰＰＴ制御を適用する場合、天候変動等に追尾させることは困難である。
【０２７６】
これに対して、本開示によれば、ＭＰＰＴ制御のような電力の逐次計算が必要とされないので、太陽電池に対する照度の急激な変化に対応できる。さらに、太陽電池に対する照度の低下した状態が一定時間継続した場合においても、簡易な回路構成により、協調制御の動作点をＭＰＰＴ制御の動作点に近づけることができる。
【０２７７】
本開示によれば、太陽電池に対する照度が低下した場合であっても、太陽電池により得られる電力をＭＰＰＴ制御により得られる電力に近づけることができ、太陽電池により得られる電力の損失の累積を最小限に抑えることができる。
【０２７８】
なお、図１３〜図１６を参照して説明した一連の処理は、あくまでも一例にすぎず、例えば、太陽電池の端子電流のログをとり、そのログを解析して、基準電圧の値Ｅｔを変更するか否かの判定をするようにしてももちろんかまわない。
【０２７９】
＜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。
【０２８０】
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。
【０２８１】
なお、本開示は、以下の構成をとることもできる。
（１）
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整する第１の装置と、
前記第１の装置から供給される入力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
を備え、
前記第１の装置からの出力電圧が前記下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、前記発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、前記下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つが選択される制御システム。
（２）
前記区分が、ＭＰＰＴ制御を行ったと仮定したときの動作点と、前記第１の装置による出力電圧の調整および前記第２の装置による充電レートの変化の連動による制御が行われたときの動作点との間の乖離の大きさに応じて設定される（１）に記載の制御システム。
（３）
前記発電部に関する、同一の電圧−電流特性曲線上において、ＭＰＰＴ制御を行ったと仮定したときの動作点の電圧値が、前記第１の装置による出力電圧の調整および前記第２の装置による充電レートの変化の連動による制御が行われたときの動作点の電圧値より大なるときに、前記下限が引き上げられる（１）または（２）に記載の制御システム。
（４）
前記発電部に関する、同一の電圧−電流特性曲線上において、ＭＰＰＴ制御を行ったと仮定したときの動作点の電圧値が、前記第１の装置による出力電圧の調整および前記第２の装置による充電レートの変化の連動による制御が行われたときの動作点の電圧値より小なるときに、前記下限が引き下げられる（１）ないし（３）のいずれか１項に記載の制御システム。
（５）
前記あらかじめ設定された時間が、１分以上５時間以下である（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の制御システム。
（６）
前記充電レートの変化の有無が、前記発電部からの入力電圧と、あらかじめ設定されたしきい値との比較により判断される（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の制御システム。
（７）
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整するとともに、
前記出力電圧が前記あらかじめ定められた範囲の下限に近づいている状態が、あらかじめ設定された時間より長く継続したときに、前記発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、前記下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つを選択する制御装置。
（８）
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように第１の装置からの出力電圧を調整させ、
前記第１の装置から第２の装置に供給される入力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、
前記第１の装置からの出力電圧が前記下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、前記発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、前記下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つを選択させる制御方法。
【符号の説明】
【０２８２】
１・・・・制御システム
１１・・・・高圧入力電源回路
１１ｃ・・・・電圧センサ
１１ｅ・・・・電流センサ
１２・・・・低圧入力電源回路
１３・・・・ＣＰＵ
１５・・・・メモリ
１６・・・・Ｄ／Ａ変換部
１６ｍ・・・・内蔵メモリ
３５・・・・オペアンプ
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】
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整する第１の装置と、
前記第１の装置から供給される入力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
を備え、
前記第１の装置からの出力電圧が前記下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、前記発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、前記下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つが選択される制御システム。
【請求項２】
前記区分が、ＭＰＰＴ制御を行ったと仮定したときの動作点と、前記第１の装置による出力電圧の調整および前記第２の装置による充電レートの変化の連動による制御が行われたときの動作点との間の乖離の大きさに応じて設定される請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記発電部に関する、同一の電圧−電流特性曲線上において、ＭＰＰＴ制御を行ったと仮定したときの動作点の電圧値が、前記第１の装置による出力電圧の調整および前記第２の装置による充電レートの変化の連動による制御が行われたときの動作点の電圧値より大なるときに、前記下限が引き上げられる請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】
前記発電部に関する、同一の電圧−電流特性曲線上において、ＭＰＰＴ制御を行ったと仮定したときの動作点の電圧値が、前記第１の装置による出力電圧の調整および前記第２の装置による充電レートの変化の連動による制御が行われたときの動作点の電圧値より小なるときに、前記下限が引き下げられる請求項１に記載の制御システム。
【請求項５】
前記あらかじめ設定された時間が、１分以上５時間以下である請求項１に記載の制御システム。
【請求項６】
前記充電レートの変化の有無が、前記発電部からの入力電圧と、あらかじめ設定されたしきい値との比較により判断される請求項１に記載の制御システム。
【請求項７】
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整するとともに、
前記出力電圧が前記あらかじめ定められた範囲の下限に近づいている状態が、あらかじめ設定された時間より長く継続したときに、前記発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、前記下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つを選択する制御装置。
【請求項８】
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように第１の装置からの出力電圧を調整させ、
前記第１の装置から第２の装置に供給される入力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、
前記第１の装置からの出力電圧が前記下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、前記発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、前記下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つを選択させる制御方法。
【請求項１】
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整する第１の装置と、
前記第１の装置から供給される入力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
を備え、
前記第１の装置からの出力電圧が前記下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、前記発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、前記下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つが選択される制御システム。
【請求項２】
前記区分が、ＭＰＰＴ制御を行ったと仮定したときの動作点と、前記第１の装置による出力電圧の調整および前記第２の装置による充電レートの変化の連動による制御が行われたときの動作点との間の乖離の大きさに応じて設定される請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記発電部に関する、同一の電圧−電流特性曲線上において、ＭＰＰＴ制御を行ったと仮定したときの動作点の電圧値が、前記第１の装置による出力電圧の調整および前記第２の装置による充電レートの変化の連動による制御が行われたときの動作点の電圧値より大なるときに、前記下限が引き上げられる請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】
前記発電部に関する、同一の電圧−電流特性曲線上において、ＭＰＰＴ制御を行ったと仮定したときの動作点の電圧値が、前記第１の装置による出力電圧の調整および前記第２の装置による充電レートの変化の連動による制御が行われたときの動作点の電圧値より小なるときに、前記下限が引き下げられる請求項１に記載の制御システム。
【請求項５】
前記あらかじめ設定された時間が、１分以上５時間以下である請求項１に記載の制御システム。
【請求項６】
前記充電レートの変化の有無が、前記発電部からの入力電圧と、あらかじめ設定されたしきい値との比較により判断される請求項１に記載の制御システム。
【請求項７】
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように出力電圧を調整するとともに、
前記出力電圧が前記あらかじめ定められた範囲の下限に近づいている状態が、あらかじめ設定された時間より長く継続したときに、前記発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、前記下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つを選択する制御装置。
【請求項８】
発電部からの入力電圧の変動に応じて、あらかじめ定められた範囲の電圧となるように第１の装置からの出力電圧を調整させ、
前記第１の装置から第２の装置に供給される入力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、
前記第１の装置からの出力電圧が前記下限に近づいている状態があらかじめ設定された時間より長く継続したときに、前記発電部からの入力電流があらかじめ設定された区分のいずれに属するかに応じて、前記下限の値として、２以上用意された下限値うちの１つを選択させる制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−９９１５６（Ｐ２０１３−９９１５６Ａ）
【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２０１１−２４１１３６（Ｐ２０１１−２４１１３６）
【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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