JP5155691B2

JP5155691B2 - 電力制御装置及び電力制御方法

Info

Publication number: JP5155691B2
Application number: JP2008044092A
Authority: JP
Inventors: 篤大石; 真一宮川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: JP2009202625A

Description

本発明は、人工衛星の電力制御装置及び電力制御方法に関する。

図１は、従来の電気回路１００を示す。電気回路１００は、人工衛星に搭載される。電気回路１００は、負荷機器１１０と、直列に接続された太陽電池１１１及び１１２と、電力制御装置１３０と、二次電池１１３と、充電制御回路１１４と、ブロッキングダイオード１１５及び１１６を備える。負荷機器１１０は、バス１２０に接続される。太陽電池１１２のホット側の端子が太陽電池１１１のリターン側の端子に接続され、太陽電池１１１のホット側の端子がブロッキングダイオード１１５を介してバス１２０に接続される。二次電池１１３は、充電制御回路１１４を介してバス１２０に接続され、ブロッキングダイオード１１６を介してバス１２０に接続される。電力制御装置１３０は、シャントデシペータ１３１と、フィードバックコントローラ１３２を備える。

太陽電池１１１及び１１２は、太陽からの光を受けて太陽電池発生電圧Ｖｓｃを発生する。二次電池１１３は、二次電池発生電圧Ｖｒｂを発生する。ブロッキングダイオード１１５及びブロッキングダイオード１１６により、太陽電池発生電圧Ｖｓｃ及び二次電池発生電圧Ｖｒｂの高い方に対応するバス電圧Ｖｂｕｓがバス１２０及び負荷機器１１０に印加される。

人工衛星の軌道は、日照部と日陰部とを含む。人工衛星が日照部にあるとき、人工衛星は地球の陰に入っていない。人工衛星が日陰部にあるとき、人工衛星は地球の陰に入っている。人工衛星が日陰部にある状態を人工衛星の食といい、人工衛星が日陰部から日照部に移動することを食明けといい、人工衛星が日照部から日陰部に移動することを食入りという。

人工衛星が日照部にある場合について説明する。太陽電池発生電圧Ｖｓｃが二次電池発生電圧Ｖｒｂより高いため、バス電圧Ｖｂｕｓは太陽電池発生電圧Ｖｓｃに対応する。電力制御装置１３０は、バス電圧Ｖｂｕｓが目標値にフィードバック制御されるように、シャント電流Ｉｓを操作する。ここで、太陽電池発生電圧Ｖｓｃの目標値は、二次電池発生電圧Ｖｒｂより高い。具体的には、フィードバックコントローラ１３２は、バス電圧Ｖｂｕｓに基づいて、シャント電流Ｉｓの設定値を示すフィードバック制御信号１４１を出力する。シャントデシペータ１３１は、フィードバック制御信号１４１に基づいてシャント電流Ｉｓを制御する。充電制御回路１１４は、太陽電池１１１及び１１２が発生する電力を用いて二次電池１１３を充電する。負荷機器１１０は、太陽電池１１１及び１１２が発生する電力を用いて動作する。

人工衛星が日陰部にある場合について説明する。二次電池発生電圧Ｖｒｂが太陽電池発生電圧Ｖｓｃより高いため、バス電圧Ｖｂｕｓは二次電池発生電圧Ｖｒｂに対応する。電力制御装置１３０が、バス電圧Ｖｂｕｓが目標値にフィードバック制御されるように、シャント電流Ｉｓを操作するため、シャント電流Ｉｓが最小になる。負荷機器１１０は、二次電池１１３が発生する電力を用いて動作する。

食明け時には、太陽電池発生電圧Ｖｓｃが急激に上昇する。その結果、バス電圧Ｖｂｕｓが急激に上昇する。バス電圧Ｖｂｕｓの急激な上昇にフィードバックコントローラ１３２が対応できない場合、バス電圧Ｖｂｕｓが過電圧となる恐れがある。

特許文献１は、ツェナーダイオードを用いて食明け時の電圧上昇を抑える技術を開示している。

特開昭５９−１９５４９９号公報

本発明の目的は、食明け時の過電圧が防止される電力制御装置及び電力制御方法を提供することである。

以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による電力制御装置は、人工衛星に搭載された太陽電池（１１、１２）が発生する太陽電池発生電圧（Ｖｓｃ）を制御するためのシャント電流（Ｉｓ）を、シャント制御信号（４３）に基づいて制御するシャントデシペータ（３１）と、上記太陽電池発生電圧及び二次電池（１３）が発生する二次電池発生電圧（Ｖｒｂ）の高い方に対応するバス電圧（Ｖｂｕｓ）に基づいて、上記シャント電流の第１設定値を示すフィードバック制御信号（４１）を出力するフィードバックコントローラ（３２）と、上記シャント電流の第２設定値を示すシーケンス制御信号（４２）を出力するシーケンスコントローラを具備する。上記第１設定値が上記第２設定値より大きいとき、上記フィードバック制御信号が上記シャント制御信号として用いられる。上記第２設定値が上記第１設定値より大きいとき、上記シーケンス制御信号が上記シャント制御信号として用いられる。上記シーケンスコントローラは、上記人工衛星の食明けを判断した場合、上記第２設定値を徐々に小さくする。

上記シーケンスコントローラは、上記太陽電池発生電圧を所定の第１時間以上継続して検知した場合に上記食明けを判断することが好ましい。

上記シーケンスコントローラは、上記人工衛星の食入りを判断した場合、上記第２設定値を大きくすることが好ましい。

上記シーケンスコントローラは、上記太陽電池発生電圧を所定の第２時間以上継続して検知しない場合に上記食入りを判断することが好ましい。

上記電力制御装置は、上記フィードバック制御信号及び上記シーケンス制御信号のうち信号電圧が高い方を上記シャント制御信号として出力する切り替え回路（３６）を更に具備することが好ましい。上記フィードバック制御信号の信号電圧が上記第１設定値を示す。上記シーケンス制御信号の信号電圧が上記第２設定値を示す。上記切り替え回路は、上記シャントデシペータに接続されたノード（３９）と、第１ダイオード（３７）と、第２ダイオード（３８）とを備える。上記フィードバックコントローラは上記第１ダイオードを介して上記ノードに接続される。上記シーケンスコントローラは上記第２ダイオードを介して上記ノードに接続される。

本発明による電力制御方法は、人工衛星の食明けに応答して、上記人工衛星に搭載された太陽電池（１１、１２）が発生する太陽電池発生電圧（Ｖｓｃ）を制御するためのシャント電流（Ｉｓ）を徐々に小さくするステップと、上記太陽電池発生電圧が目標値にフィードバック制御されるように上記シャント電流を操作するステップとを具備する。

上記電力制御方法は、上記人工衛星の食入りに応答して、上記シャント電流を大きくするステップを更に具備することが好ましい。

本発明によれば、食明け時の過電圧が防止される電力制御装置及び電力制御方法が提供される。

添付図面を参照して、本発明による電力制御装置及び電力制御方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る電気回路１を示す。電気回路１は、人工衛星に搭載される。電気回路１は、負荷機器１０と、直列に接続された複数の太陽電池としての太陽電池１１及び１２と、電力制御装置３０と、二次電池１３と、充電制御回路１４と、ブロッキングダイオード１５及び１６を備える。負荷機器１０は、バス２０に接続される。太陽電池１２のホット側の端子が太陽電池１１のリターン側の端子に接続され、太陽電池１１のホット側の端子がブロッキングダイオード１５を介してバス２０に接続される。二次電池１３は、充電制御回路１４を介してバス２０に接続され、ブロッキングダイオード１６を介してバス２０に接続される。電力制御装置３０は、シャントデシペータ３１と、フィードバックコントローラ３２と、シーケンスコントローラ３３と、切り替え回路３６を備える。シーケンスコントローラ３３は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）３４と、Ｄ／Ａコンバータ（ＤｉｇｉｔａｌｔｏＡｎａｌｏｇＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）３５を備える。切り替え回路３６は、ダイオード３７及び３８と、ノード３９を備える。ノード３９は、シャントデシペータ３１に接続され、ダイオード３７を介してフィードバックコントローラ３２に接続され、ダイオード３８を介してＤ／Ａコンバータ３５に接続される。

太陽電池１１及び太陽電池１２は、太陽からの光を受けて太陽電池発生電圧Ｖｓｃを発生する。二次電池１３は、二次電池発生電圧Ｖｒｂを発生する。ブロッキングダイオード１５及び１６により、太陽電池発生電圧Ｖｓｃ及び二次電池発生電圧Ｖｒｂの高い方に対応するバス電圧Ｖｂｕｓがバス２０及び負荷機器１０に印加される。

シャントデシペータ３１は、太陽電池発生電圧Ｖｓｃを制御するためのシャント電流Ｉｓを、シャント制御信号４３に基づいて制御する。フィードバックコントローラ３２は、バス電圧Ｖｂｕｓに基づいて、シャント電流Ｉｓの第１設定値を示すアナログ信号としてのフィードバック制御信号４１を出力する。

ＣＰＵ３４は、太陽電池発生電圧Ｖｓｃを監視し、コンピュータプログラムに基づいてシャント電流Ｉｓの第２設定値を示すデジタル信号４４を出力する。Ｄ／Ａコンバータ３５は、デジタル信号４４に基づいて、第２設定値を示すアナログ信号としてのシーケンス制御信号４２を出力する。

フィードバック制御信号４１は、必要に応じて増幅された後、切り替え回路３６に入力される。シーケンス制御信号４２は、必要に応じて増幅された後、切り替え回路３６に入力される。フィードバック制御信号４１の信号電圧が第１設定値を示し、シーケンス制御信号４２の信号電圧が第２設定値を示す。フィードバック制御信号４１の信号電圧が高いほど第１設定値が大きく、シーケンス制御信号４２の信号電圧が高いほど第２設定値が大きい。第１設定値及び第２設定値の各々は、最小値から最大値までの範囲に含まれる。ここで、最小値は、例えば、シャント電流Ｉｓがゼロであることに対応する。最小値及び最大値は、シャントデシペータ３１に応じて予め定められる。

切り替え回路３６は、フィードバック制御信号４１及びシーケンス制御信号４２のうち、信号電圧が高い方をシャント制御信号４３として出力する。したがって、第１設定値が第２設定値より大きいとき、フィードバック制御信号４１がシャント制御信号４３として用いられる。第２設定値が第１設定値より大きいとき、シーケンス制御信号４２がシャント制御信号４３として用いられる。

図３を用いて、本実施形態に係る電力制御方法を説明する。

時刻ｔ１より前、人工衛星は、軌道の日照部にある。太陽電池発生電圧Ｖｓｃが二次電池発生電圧Ｖｒｂより高いため、バス電圧Ｖｂｕｓは太陽電池発生電圧Ｖｓｃに対応する。シーケンスコントローラ３３は、第２設定値が最小値に保持されるようにシーケンス制御信号４２を出力する。フィードバックコントローラ３２は、バス電圧Ｖｂｕｓとバス電圧Ｖｂｕｓの目標値に基づいて、フィードバック制御信号４１を出力する。このとき、切り替え回路３６は、フィードバック制御信号４１をシャント制御信号４３として出力する。シャントデシペータ３１は、フィードバック制御信号４３に基づいてシャント電流Ｉｓを制御する。その結果、バス電圧Ｖｂｕｓが目標値にフィードバック制御されるようにシャント電流Ｉｓが操作される。ここで、目標値は、負荷機器１０に許容される電圧の上限値より低く、二次電池発生電圧Ｖｒｂより高い。充電制御回路１４は、太陽電池１１及び１２が発生する電力を用いて二次電池１３を充電する。負荷機器１０は、太陽電池１１及び１２が発生する電力を用いて動作する。

時刻ｔ１において、人工衛星は、日照部から日陰部に移動する。すると、太陽電池発生電圧Ｖｓｃが急激に低下する。その結果、バス電圧Ｖｂｕｓは二次電池発生電圧Ｖｒｂまで急激に低下し、その後二次電池発生電圧Ｖｒｂに保持される。そのため、第１設定値は、最小値まで減少し、その後最小値に保持される。人工衛星が日陰部にある間、負荷機器１０は、二次電池１３が発生する電力を用いて動作する。

時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において、ＣＰＵ３４は人工衛星の食入りを判断する。ＣＰＵ３４は、例えば、所定の食入り判断基準時間以上継続して太陽電池発生電圧Ｖｓｃを検知しない場合に食入りを判断する。

時刻ｔ２より後の時刻ｔ３において、ＣＰＵ３４は、食入りの判断に基づいて（食入りに応答して）、太陽電池発生電圧Ｖｓｃ及びバス電圧Ｖｂｕｓのいずれの現在値とも無関係に、第２設定値を最小値から最大値まで大きくする。

その後、ＣＰＵ３４が第２設定値を最大値に保持するので、切り替え回路３６はシーケンス制御信号４２をシャント制御信号４３として出力する。

時刻ｔ３より後の時刻ｔ４において、人工衛星は、日陰部から日照部に移動する。ここで、シャント電流Ｉｓが最大値に制御されるため、太陽電池発生電圧Ｖｓｃが二次電池発生電圧Ｖｒｂを超えることが防がれる。したがって、バス電圧Ｖｂｕｓは二次電池発生電圧Ｖｒｂに保持され続ける。

時刻ｔ４より後の時刻ｔ５において、ＣＰＵ３４は人工衛星の食明けを判断する。ＣＰＵ３４は、例えば、所定の食明け判断基準時間以上継続して太陽電池発生電圧Ｖｓｃを検知した場合に食明けを判断する。

時刻ｔ５より後の時刻ｔ６以降、ＣＰＵ３４は、食明けの判断に基づいて（食明けに応答して）、太陽電池発生電圧Ｖｓｃ及びバス電圧Ｖｂｕｓのいずれの現在値とも無関係に、第２設定値を最大値から徐々に小さくする。例えば、ＣＰＵ３４は、第２設定値を最大値からランプ状に小さくする。

ＣＰＵ３４は、第２設定値を最小値まで徐々に小さくし、その後、第２設定値を最小値に保持する。第２設定値が最大値から徐々に小さくなると、シャント電流Ｉｓが最大値から徐々に小さくなり、太陽電池発生電圧Ｖｓｃが二次電池発生電圧Ｖｒｂを超えて徐々に上昇する。その結果、バス電圧Ｖｂｕｓが徐々に上昇し、第１設定値が最小値から増加する。第１設定値が第２設定値を超えた後は、切り替え回路３６はフィードバック制御信号４１をシャント制御信号４３として出力する。そして、シャントデシペータ３１は、フィードバック制御信号４３に基づいてシャント電流Ｉｓを制御する。その結果、バス電圧Ｖｂｕｓが目標値にフィードバック制御されるようにシャント電流Ｉｓが操作される。

上述した電気回路１００の場合には、食明け時に太陽電池発生電圧Ｖｓｃが急激に上昇し、その結果、バス電圧Ｖｂｕｓが急激に上昇する。バス電圧Ｖｂｕｓの急激な上昇にフィードバックコントローラ１３２が対応できない場合、バス電圧Ｖｂｕｓが上限値を超えて過電圧となる恐れがある。

一方、電気回路１の場合には、時刻ｔ３からｔ６までシャント電流Ｉｓが最大値に制御されているため、食明け時に太陽電池発生電圧Ｖｓｃが二次電池発生電圧Ｖｒｂを超えて上昇することが防止され、その結果、バス電圧Ｖｂｕｓが急激に上昇することが防止される。

更に、第２設定値を徐々に小さくすることでシャント電流Ｉｓを徐々に小さくしてから、シャント電流Ｉｓの制御をシーケンス制御信号４２に基づくシーケンス制御からフィードバック制御信号４１に基づくフィードバック制御に切り替えるため、この切り替え時にバス電圧Ｖｂｕｓが上限値を超えて過電圧となることが防止される。

シーケンス制御の内容が単純であるため、シーケンスコントローラ３３の小型化が容易である。また、ＣＰＵ３４の代わりにＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）を用いることが可能である。

シーケンス制御信号４２に基づくシーケンス制御とフィードバック制御信号４１に基づくフィードバック制御との切り替えが、切り替え回路３６のような単純な回路で実現されているため、電力制御装置３０の小型軽量化が容易である。

本実施形態によれば、フィードバックコントローラ３２の応答性を早くしなくても食明け時の過電圧が防止されるため、バス電圧Ｖｂｕｓが発振することが防がれる。

本実施形態によれば、大容量のコンデンサバンクを用いなくても食明け時の過電圧が防止されるため、電気回路１が大型化することが防がれる。

本実施形態によれば、ツェナーダイオードを用いなくても食明け時の過電圧が防止されるため、食明けの繰り返しによる故障が防がれる。

図１は、従来の電気回路を示すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る電気回路を示すブロック図である。図３は、第１の実施形態に係る電力制御方法を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１、１００…電気回路
１０、１１０…負荷機器
１１、１２、１１１、１１２…太陽電池
１３、１１３…二次電池
１４、１１４…充電制御回路
１５、１６、１１５、１１６…ブロッキングダイオード
２０、１２０…バス
３０、１３０…電力制御装置
３１、１３１…シャントデシペータ
３２、１３２…フィードバックコントローラ
３３…シーケンスコントローラ
３４…ＣＰＵ
３５…Ｄ／Ａコンバータ
３６…切り替え回路
３７、３８…ダイオード
３９…ノード
Ｖｂｕｓ…バス電圧
Ｖｓｃ…太陽電池発生電圧
Ｖｒｂ…二次電池発生電圧
Ｉｓ…シャント電流
４１、１４１…フィードバック制御信号
４２…シーケンス制御信号
４３…シャント制御信号
４４…デジタル信号

Claims

人工衛星に搭載された太陽電池が発生する太陽電池発生電圧を制御するためのシャント電流を、シャント制御信号に基づいて制御するシャントデシペータと、
前記太陽電池発生電圧及び二次電池が発生する二次電池発生電圧の高い方に対応するバス電圧に基づいて、前記シャント電流の第１設定値を示すフィードバック制御信号を出力するフィードバックコントローラと、
前記シャント電流の第２設定値を示すシーケンス制御信号を出力するシーケンスコントローラと
を具備し、
前記第１設定値が前記第２設定値より大きいとき、前記フィードバック制御信号が前記シャント制御信号として用いられ、
前記第２設定値が前記第１設定値より大きいとき、前記シーケンス制御信号が前記シャント制御信号として用いられ、
前記シーケンスコントローラは、前記人工衛星の食入りを判断した場合、前記第２設定値を最大値まで大きくし、
前記シーケンスコントローラは、前記人工衛星の食明けを判断した場合、前記第２設定値を前記最大値から徐々に小さくする
電力制御装置。
前記シーケンスコントローラは、前記太陽電池発生電圧を所定の第１時間以上継続して検知した場合に前記食明けを判断する
請求項１の電力制御装置。
前記シーケンスコントローラは、前記太陽電池発生電圧を所定の第２時間以上継続して検知しない場合に前記食入りを判断する
請求項１又は２の電力制御装置。
前記フィードバック制御信号及び前記シーケンス制御信号のうち信号電圧が高い方を前記シャント制御信号として出力する切り替え回路を更に具備し、
前記フィードバック制御信号の信号電圧が前記第１設定値を示し、
前記シーケンス制御信号の信号電圧が前記第２設定値を示し、
前記切り替え回路は、
前記シャントデシペータに接続されたノードと、
第１ダイオードと、
第２ダイオードと
を備え、
前記フィードバックコントローラは前記第１ダイオードを介して前記ノードに接続され、
前記シーケンスコントローラは前記第２ダイオードを介して前記ノードに接続される
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力制御装置。
人工衛星が食入りしたとき、前記人工衛星に搭載された太陽電池が発生する太陽電池発生電圧を制御するためのシャント電流を最大値に設定するステップと、
前記人工衛星の食明けに応答して、前記シャント電流を前記最大値から徐々に小さくするステップと、
前記太陽電池発生電圧が目標値にフィードバック制御されるように前記シャント電流を操作するステップと
を具備する
電力制御方法。
前記人工衛星の食入りに応答して、前記シャント電流を大きくするステップを更に具備する
請求項５の電力制御方法。