JP2008046751A - 太陽光発電システム、車両、太陽光発電システムの制御方法、およびその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】日射量が急激に変化しても安定した最大電力制御を実現可能な太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】充電制御ＥＣＵ４０は、定期的にまたは予め設定されたタイミングで充電用コンバータ２０を停止させ、電圧センサ５０により太陽電池３０の開放電圧を検出する。そして、充電制御ＥＣＵ４０は、予め設定された関係式またはマップを用いて、検出された開放電圧に基づいて太陽電池３０の出力電力が最大となる動作電圧を決定する。充電制御ＥＣＵ４０は、その決定した動作電圧を目標電圧ＶＲとして充電用コンバータ２０に設定すると、充電用コンバータ２０を再び動作させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、太陽電池を電源とする太陽光発電システムおよび太陽電池を電源として搭載する車両に関する。

特開２００３−８４８４４号公報（特許文献１）は、太陽電池の最大電力制御方法を開示する。この制御方法では、電力変換装置の出力電流の指令値により太陽電池の目標動作電圧を変化させて前回の目標動作電圧における出力電力と今回の目標動作電圧における出力電力との差を求め、その差が最も小さくなる最大出力動作電圧に目標動作電圧を略一致させる。ここで、電流指令値を制御して目標動作電圧を変化させる際、前回の目標動作電圧における出力電力と今回の目標動作電圧における出力電力との差を今回の目標動作電圧における出力電力で除算した値に応じて目標動作電圧を変化させる。

これにより、出力電力が最大電力に近づくにつれて目標動作電圧を変化させる際の変化幅が相対的に小さくなるので、日射量が減少した場合でも最大電力付近における目標動作電圧のばらつきを抑えて目標動作電圧を最大出力動作電圧に素早く追従させることができる（特許文献１参照）。
特開２００３−８４８４４号公報 特開平８−８００５４号公報 特開２００５−７０８９０号公報 特開平１０−４６３１号公報

しかしながら、特開２００３−８４８４４号公報に開示される最大電力制御方法では、太陽電池の出力電力を演算し、その演算した出力電力に基づくフィードバック制御を行なっているので、急激な日射量の変化に対して制御の追従遅れが発生し、最大電力制御が不安定となって発電効率が低下し得る。特に、太陽電池が車両用電源として車両に搭載される場合、住宅用電源として太陽電池が定点設置される場合に比べて日射量変化が激しいので、上記の問題は顕著になる。

また、上記の最大電力制御方法では、電力演算用の電流検出器が必要であり、さらに、フィードバック制御を実現するための高速演算処理装置も必要であるので、システムのコストが高くなる。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、日射量が急激に変化しても安定した最大電力制御を実現可能な太陽光発電システムを提供することである。

また、この発明の別の目的は、車両用電源として太陽電池を搭載し、日射量が急激に変化しても安定した最大電力制御を実現可能な車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、日射量が急激に変化しても安定した最大電力制御を実現可能な太陽光発電システムの制御方法およびその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体を提供することである。

また、この発明の別の目的は、システムコストを低減可能な太陽光発電システムを提供することである。

また、この発明の別の目的は、車両用電源として太陽電池を搭載し、システムコストを低減可能な車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、システムコストを低減可能な太陽光発電システムの制御方法およびその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体を提供することである。

この発明によれば、太陽光発電システムは、太陽電池と、太陽電池に接続され、設定された目標電圧に太陽電池の出力電圧を制御可能なように構成された電圧制御装置と、太陽電池の開放電圧に基づいて太陽電池の動作電圧を決定し、その決定した動作電圧を目標電圧として設定する制御ユニットとを備える。

好ましくは、太陽光発電システムは、太陽電池の出力電圧を検出する電圧検出装置をさらに備える。制御ユニットは、太陽電池の発電停止時に電圧検出装置により検出される太陽電池の開放電圧に基づいて太陽電池の動作電圧を決定する。

さらに好ましくは、制御ユニットは、定期的にまたは予め設定されたタイミングで電圧制御装置を一旦停止させ、目標電圧の設定後、電圧制御装置を再び動作させる。

また、好ましくは、太陽光発電システムは、太陽電池の温度を検出する温度検出装置をさらに備える。制御ユニットは、温度検出装置により検出される太陽電池の温度に基づいて太陽電池の開放電圧を推定する。

さらに好ましくは、制御ユニットは、定期的にまたは予め設定されたタイミングで温度検出装置から太陽電池の温度を取得して開放電圧を推定する。

また、好ましくは、太陽光発電システムは、電圧制御装置とは非接続の測定用太陽電池をさらに備える。制御ユニットは、測定用太陽電池の開放電圧に基づいて太陽電池の動作電圧を決定する。

さらに好ましくは、制御ユニットは、定期的にまたは予め設定されたタイミングで測定用太陽電池の開放電圧を取得して動作電圧を決定する。

また、この発明によれば、車両は、充電可能な蓄電装置と、蓄電装置から出力される電力を用いて車両の駆動力を発生可能なように構成された駆動装置と、太陽電池と、太陽電池と蓄電装置との間に設けられ、設定された目標電圧に太陽電池の出力電圧を制御しつつ、太陽電池から受ける電力を蓄電装置の電圧レベルに変換して蓄電装置を充電可能なように構成された電圧変換装置と、太陽電池の開放電圧に基づいて太陽電池の動作電圧を決定し、その決定した動作電圧を目標電圧として設定する制御ユニットとを備える。

好ましくは、車両は、太陽電池の出力電圧を検出する電圧検出装置をさらに備える。制御ユニットは、太陽電池の発電停止時に電圧検出装置により検出される太陽電池の開放電圧に基づいて太陽電池の動作電圧を決定する。

さらに好ましくは、制御ユニットは、定期的にまたは予め設定されたタイミングで電圧変換装置を一旦停止させ、目標電圧の設定後、電圧変換装置を再び動作させる。

また、好ましくは、車両は、太陽電池の温度を検出する温度検出装置をさらに備える。制御ユニットは、温度検出装置により検出される太陽電池の温度に基づいて太陽電池の開放電圧を推定する。

さらに好ましくは、制御ユニットは、定期的にまたは予め設定されたタイミングで温度検出装置から太陽電池の温度を取得して開放電圧を推定する。

また、好ましくは、車両は、電圧変換装置とは非接続の測定用太陽電池をさらに備える。制御ユニットは、測定用太陽電池の開放電圧に基づいて太陽電池の動作電圧を決定する。

さらに好ましくは、制御ユニットは、定期的にまたは予め設定されたタイミングで測定用太陽電池の開放電圧を取得して動作電圧を決定する。

また、この発明によれば、制御方法は、太陽光発電システムの制御方法であって、太陽光発電システムは、太陽電池と、太陽電池に接続され、設定された目標電圧に太陽電池の出力電圧を制御可能なように構成された電圧制御装置とを備える。そして、制御方法は、太陽電池の開放電圧に基づいて太陽電池の動作電圧を決定する第１のステップと、その決定された動作電圧を目標電圧として設定する第２のステップとを含む。

好ましくは、制御方法は、太陽電池の出力電圧を検出する第３のステップをさらに含む。第１のステップにおいて、太陽電池の動作電圧は、太陽電池の発電停止時に検出される太陽電池の開放電圧に基づいて決定される。

さらに好ましくは、制御方法は、定期的にまたは予め設定されたタイミングで電圧制御装置を一旦停止させる第４のステップと、電圧制御装置の停止中に第１のステップにおいて動作電圧が決定され、第２のステップにおいて目標電圧が設定された後、電圧制御装置を再び動作させる第５のステップとをさらに含む。

また、好ましくは、制御方法は、太陽電池の温度を検出する第６のステップをさらに含む。第１のステップにおいて、太陽電池の開放電圧は、太陽電池の検出温度に基づいて推定される。

さらに好ましくは、第１のステップにおいて、開放電圧は、定期的にまたは予め設定されたタイミングで検出される太陽電池の温度に基づいて推定される。

また、好ましくは、太陽光発電システムは、電圧制御装置とは非接続の測定用太陽電池をさらに備える。そして、第１のステップにおいて、太陽電池の動作電圧は、測定用太陽電池の開放電圧に基づいて決定される。

さらに好ましくは、第１のステップにおいて、動作電圧は、定期的にまたは予め設定されたタイミングで取得される測定用太陽電池の開放電圧に基づいて決定される。

また、この発明によれば、コンピュータ読取可能な記録媒体は、上述したいずれかの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する。

この発明においては、太陽電池の開放電圧に基づいて太陽電池の動作電圧が決定される。ここで、太陽電池の特性上、開放電圧は、日射量の変化に対して感度が低い。そして、太陽電池の出力電力が最大となる動作電圧は、太陽電池の出力特性に基づいて開放電圧から特定することができる。そこで、この発明においては、日射量の変化に応じて大きく変動する出力電力を用いたフィードバック制御を行なうことなく、日射量の変化に対して感度が低い太陽電池の開放電圧に基づいて太陽電池の動作電圧が決定される。

したがって、この発明によれば、日射量が急激に変化しても安定した最大電力制御を実現することができる。その結果、発電効率の低下を防止することができる。

また、この発明によれば、電力演算用の電流検出器や、フィードバック制御を実現するための高速演算処理装置を必要としないので、システムコストを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による車両の全体ブロック図である。図１を参照して、車両１００は、蓄電装置Ｂ１と、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２と、パワーコントロールユニット（Power Control Unit：以下「ＰＣＵ」とも称する。）１０と、モータジェネレータＭＧと、駆動輪ＤＷとを備える。また、車両１００は、充電用コンバータ２０と、リレーＲＹ１，ＲＹ２と、ダイオードＤと、太陽電池３０と、充電制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０と、電圧センサ５０とをさらに備える。さらに、車両１００は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０と、補機バッテリＢ２と、補機８０とをさらに備える。

システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２、蓄電装置Ｂ１、充電用コンバータ２０、電圧センサ５０、リレーＲＹ１，ＲＹ２、ダイオードＤおよび充電制御ＥＣＵ４０は、電池パック６０内に格納される。システムメインリレーＳＭＲ１は、蓄電装置Ｂ１の正電極と正極ラインＰＬ１との間に接続される。システムメインリレーＳＭＲ２は、蓄電装置Ｂ１の負電極と負極ラインＮＬ１との間に接続される。ＰＣＵ１０は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１とモータジェネレータＭＧとの間に設けられる。駆動輪ＤＷは、モータジェネレータＭＧの回転軸に機械的にリンクされる。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１に接続される。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の出力端に補機バッテリＢ２および補機８０が接続される。

充電用コンバータ２０は、蓄電装置Ｂ１に接続される正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬ２と正極ラインＰＬ３および負極ラインＮＬ３との間に設けられる。そして、正極ラインＰＬ３と太陽電池３０の正電極との間にリレーＲＹ１およびダイオードＤ１が直列に接続され、負極ラインＮＬ３と太陽電池３０の負電極との間にリレーＲＹ２が接続される。なお、ダイオードＤは、アノードが太陽電池３０の正電極に接続され、カソードがリレーＲＹ１に接続される。

蓄電装置Ｂ１は、充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池から成る。蓄電装置Ｂ１は、蓄積された電力をシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２を介して正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１へ出力する。また、蓄電装置Ｂ１は、モータジェネレータＭＧからの回生電力を整流して正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１へ出力するＰＣＵ１０によって充電される。さらに、蓄電装置Ｂ１は、太陽電池３０からの電力を電圧変換して正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬ２へ出力する充電用コンバータ２０によって充電される。なお、蓄電装置Ｂ１は、大容量のキャパシタで構成してもよい。

システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、車両１００がシステム起動されるとオンされ、蓄電装置Ｂ１を正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１と電気的に接続する。ＰＣＵ１０は、蓄電装置Ｂ１から供給される電力を用いてモータジェネレータＭＧを駆動する。また、ＰＣＵ１０は、車両の回生制動時、モータジェネレータＭＧからの回生電力を整流して正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１へ出力し、蓄電装置Ｂ１を充電する。ＰＣＵ１０は、たとえば、インバータと、そのインバータを駆動するコントローラから成る。なお、ＰＣＵ１０は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１から受ける電圧を昇圧する昇圧コンバータを含んでもよい。

モータジェネレータＭＧは、ＰＣＵ１０から供給される電力を受けて回転駆動力を発生し、その発生した駆動力を駆動輪ＤＷへ出力する。また、モータジェネレータＭＧは、車両の回生制動時、駆動輪ＤＷから受ける回転力を用いて回生電力を発生する。モータジェネレータＭＧは、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機から成る。

ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、正極ラインＰＬ１および負極ラインＮＬ１から受ける直流電力を降圧して補機バッテリＢ２および補機８０へ供給する。補機バッテリＢ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０から供給される直流電力を蓄積する。補機８０は、この車両１００における各補機を総括的に示したものである。

電圧センサ５０は、充電用コンバータ２０の入力電圧、すなわち、太陽電池３０の出力電圧（以下「動作電圧」とも称する。）を検出し、その検出電圧Ｖを充電用コンバータ２０および充電制御ＥＣＵ４０へ出力する。

充電用コンバータ２０は、太陽電池３０から供給される電力を蓄電装置Ｂ１の電圧レベルに変換して蓄電装置Ｂ１を充電する。ここで、充電用コンバータ２０は、充電制御ＥＣＵ４０および電圧センサ５０からそれぞれ目標電圧ＶＲおよび検出電圧Ｖを受け、充電用コンバータ２０の入力電圧（すなわち、太陽電池３０の動作電圧）が目標電圧ＶＲとなるようにその入力電圧を調整する。また、充電用コンバータ２０は、充電制御ＥＣＵ４０から停止指令ＳＴＰを受けると、その動作を停止する。

リレーＲＹ１，ＲＹ２は、太陽電池３０から蓄電装置Ｂ１の充電が行なわれるとき、充電制御ＥＣＵ４０によってオンされ、太陽電池３０を正極ラインＰＬ３および負極ラインＮＬ３と電気的に接続する。ダイオードＤは、充電用コンバータ２０から太陽電池３０へ電流が逆流するのを防止する。

充電制御ＥＣＵ４０は、太陽電池３０から蓄電装置Ｂ１の充電が行なわれるとき、リレーＲＹ１，ＲＹ２をオンさせる。そして、充電制御ＥＣＵ４０は、後述の方法により、太陽電池３０の開放電圧に基づいて太陽電池３０の動作電圧を決定し、その決定した動作電圧を充電用コンバータ２０の入力電圧の目標電圧ＶＲとして充電用コンバータ２０へ出力する。

なお、太陽電池３０による蓄電装置Ｂ１の充電は、車両１００が走行可能状態（システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオン状態）であっても非走行状態（システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオフ状態）であっても実施することができる。

次に、図１に示した充電制御ＥＣＵ４０により決定される太陽電池３０の動作電圧の考え方について説明する。

図２は、図１に示した太陽電池３０の電圧−電流特性を示した図である。図２を参照して、横軸および縦軸は、それぞれ太陽電池３０の動作電圧（出力電圧）および出力電流を示し、この図２では、太陽電池３０の温度が一定の条件下における電圧−電流特性が示されている。

太陽電池３０の出力電流は、太陽電池３０が受ける日射量に大きく依存し、日射量が多いほど増加する。日射条件が一定のもとでは、出力電流は、動作電圧に拘わらずほぼ一定となり、動作電圧が所定レベルを超えると急激に減少する。

出力電流が急激に減少し始める動作電圧、および出力電流が０になる動作電圧（太陽電池３０の開放電圧に相当する。）は、太陽電池３０の温度が一定の条件下では、日射量が変化してもそれ程変化しない。

図３は、図１に示した太陽電池３０の電圧−電力特性を示した図である。図３を参照して、横軸および縦軸は、それぞれ太陽電池３０の動作電圧（出力電圧）および出力電力を示し、この図３でも、太陽電池３０の温度が一定の条件下における電圧−電力特性が示されている。

図２に示した電圧−電流特性に基づき、太陽電池３０の出力電力は、太陽電池３０が受ける日射量に大きく依存し、日射量が多いほど増加する。日射条件が一定のもとでは、出力電力は、動作電圧の上昇とともに増加し、動作電圧が所定レベルのときにピークを迎えた後急激に減少する。

出力電力が０となる動作電圧は、太陽電池３０の開放電圧に相当し、太陽電池３０の特性上、開放電圧は、太陽電池３０の温度に大きく依存するけれども、温度一定の条件のもとでは、日射量が変化してもそれ程変化しない。また、日射量が変化しても、熱容量により太陽電池３０の温度が急変することはない。すなわち、開放電圧は、日射量の変化に対して感度が低い。そして、出力電力が最大となる動作電圧は、太陽電池３０の出力特性に基づいて開放電圧から特定することができる。

そこで、この実施の形態１では、定期的にまたは予め設定されたタイミングで太陽電池３０の開放電圧を測定し、日射量の変化に対して感度が低い開放電圧に基づいて、出力電力が最大となる動作電圧（目標動作電圧）を決定することとしたものである。

なお、上述のように、太陽電池３０の開放電圧は、太陽電池３０の温度に大きく依存するけれども、太陽電池３０の温度が急変することはないので、太陽電池３０の温度が大きく変化する前に定期的にまたは所定のタイミングで開放電圧を測定して動作電圧を決定することにより、フィードバック制御を行なうことなく、ほぼ最大に近い電力を太陽電池３０から得ることができる。

図４は、図１に示した充電制御ＥＣＵ４０の制御構造を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、定期的にまたは予め設定されたタイミングでメインルーチンから呼出されて実行される。

図１および図４を参照して、定期的にまたは予め設定されたタイミングで、充電制御ＥＣＵ４０は、停止指令ＳＴＰを充電用コンバータ２０へ出力し、充電用コンバータ２０を停止させる（ステップＳ１０）。そして、充電制御ＥＣＵ４０は、電圧センサ５０から検出電圧Ｖを取得し、太陽電池３０の開放電圧を検出する（ステップＳ２０）。

次いで、充電制御ＥＣＵ４０は、その検出された開放電圧に基づいて、太陽電池３０の動作電圧を決定する（ステップＳ３０）。具体的には、開放電圧と太陽電池３０からの出力電力が最大となる動作電圧との関係を示す式またはマップを太陽電池３０の出力特性に基づいて予め準備しておき、充電制御ＥＣＵ４０は、その関係式またはマップを用いて、検出された開放電圧に基づいて太陽電池３０の動作電圧を決定する。

そして、充電制御ＥＣＵ４０は、太陽電池３０の動作電圧を決定すると、その動作電圧を充電用コンバータ２０の目標電圧ＶＲ（充電用コンバータ２０の入力電圧目標値）として充電用コンバータ２０に設定する（ステップＳ４０）。

充電用コンバータ２０に目標電圧ＶＲが設定されると、充電制御ＥＣＵ４０は、充電用コンバータ２０への停止指令ＳＴＰの出力を停止し、充電用コンバータ２０の停止を解除する（ステップＳ５０）。そうすると、充電用コンバータ２０は、入力電圧（すなわち、太陽電池３０の動作電圧）が目標電圧ＶＲとなるようにその入力電圧を調整する。

図５は、図１に示した充電用コンバータ２０の概略構成図である。図５を参照して、充電用コンバータ２０は、直交変換部１０２と、絶縁トランス部１０４と、整流部１０６と、平滑コンデンサＣと、駆動部１０８とを含む。直交変換部１０２は、駆動部１０８によりオンオフ駆動されるスイッチング素子を含み、正極ラインＰＬ３および負極ラインＮＬ３から供給される直流電力を駆動部１０８からの制御信号に応じた交流電力に変換して絶縁トランス部１０４へ出力する。

絶縁トランス部１０４は、一次側と二次側とを絶縁するとともに、コイル巻数比に応じた電圧変換を行なう。整流部１０６は、絶縁トランス部１０４から出力される交流電力を直流電力に整流して正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬ２へ出力する。平滑コンデンサＣは、正極ラインＰＬ２および負極ラインＮＬ２間の直流電圧に含まれる交流成分を低減する。

駆動部１０８は、充電制御ＥＣＵ４０（図示せず）から目標電圧ＶＲを受け、電圧センサ５０（図示せず）から正極ラインＰＬ３および負極ラインＮＬ３間の検出電圧Ｖを受ける。そして、駆動部１０８は、正極ラインＰＬ３および負極ラインＮＬ３間の電圧（すなわち、太陽電圧３０の動作電圧）が目標電圧ＶＲとなるように直交変換部１０２を駆動する。

より詳しく説明すると、蓄電装置Ｂ１に接続される正極ラインＰＬ３および負極ラインＮＬ３間の電圧は、蓄電装置Ｂ１によって蓄電装置Ｂ１の電圧に拘束されているので、直交変換部１０２の出力電圧（交流）も、所定レベルに拘束されている。したがって、直交変換部１０２の変調率を制御することにより、正極ラインＰＬ３および負極ラインＮＬ３間の電圧、すなわち太陽電圧３０の動作電圧を制御することができる。

また、駆動部１０８は、充電制御ＥＣＵ４０から停止指令ＳＴＰを受けると、直交変換部１０２をシャットダウンする。これにより、正極ラインＰＬ３および負極ラインＮＬ３に接続される太陽電池３０の開放電圧が測定可能になる。

以上のように、この実施の形態１においては、定期的にまたは予め設定されたタイミングで太陽電池３０の開放電圧が検出され、その検出された開放電圧に基づいて、出力電力が最大となる動作電圧が決定される。すなわち、この実施の形態１では、日射量の変化に応じて大きく変動する出力電力を用いたフィードバック制御は実施されず、日射量の変化に対して感度が低い開放電圧に基づいて、出力電力が最大となる動作電圧が決定される。

したがって、この実施の形態１によれば、車両１００の走行中に太陽電池３０が受ける日射量が急激に変化しても、安定した最大電力制御を実現することができる。その結果、制御が不安定化することにより発生し得る太陽電池３０の発電効率の低下を防止することができる。

また、この実施の形態１によれば、電力演算用の電流検出器や、フィードバック制御を実現するための高速演算処理装置を必要としないので、システムコストを低減することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、太陽電池３０の発電を一時的に停止して太陽電池３０の開放電圧を検出したが、この実施の形態２では、太陽電池３０の温度が検出され、その検出温度に基づいて開放電圧が推定される。

図６は、実施の形態２による車両の全体ブロック図である。図６を参照して、車両１００Ａは、図１に示した実施の形態１による車両１００の構成において、温度センサ９０をさらに備え、充電制御ＥＣＵ４０に代えて充電制御ＥＣＵ４０Ａを備える。

温度センサ９０は、太陽電池３０の温度Ｔを検出し、その検出値を充電制御ＥＣＵ４０Ａへ出力する。充電制御ＥＣＵ４０Ａは、温度センサ９０によって検出された太陽電池３０の温度Ｔに基づいて太陽電池３０の開放電圧を推定し、その推定した開放電圧に基づいて、出力電力が最大となる動作電圧を決定する。

なお、充電制御ＥＣＵ４０Ａのその他の機能は、実施の形態１における充電制御ＥＣＵ４０と同じである。また、車両１００Ａのその他の構成は、実施の形態１による車両１００と同じである。

図７は、太陽電池３０の電圧−電流特性を示した図である。図７を参照して、横軸および縦軸は、それぞれ太陽電池３０の動作電圧（出力電圧）および出力電流を示し、この図７では、太陽電池３０が受ける日射量が一定の条件下における電圧−電流特性が示されている。

太陽電池３０の動作可能電圧および開放電圧は、太陽電池３０の温度に大きく依存し、太陽電池３０の温度が上昇するほど低下する。

図８は、太陽電池３０の電圧−電力特性を示した図である。図８を参照して、横軸および縦軸は、それぞれ太陽電池３０の動作電圧（出力電圧）および出力電力を示し、この図８も、太陽電池３０が受ける日射量が一定の条件下における電圧−電力特性が示されている。

図７に示した電圧−電流特性に基づき、太陽電池３０の出力電力が最大となる動作電圧および開放電圧は、太陽電池３０の温度に大きく依存し、太陽電池３０の温度が上昇するほど低下する。一方、図３に示したように、出力電力が最大となる動作電圧および開放電圧の日射量の変化に対する感度は低い。したがって、出力電力が最大となる動作電圧および開放電圧は、太陽電池３０の温度によってほぼ特定することができる。

そこで、この実施の形態２では、太陽電池３０の温度を測定して開放電圧を推定し、その推定された開放電圧に基づいて、出力電力が最大となる動作電圧を決定することとしたものである。

なお、太陽電池３０の熱容量により太陽電池３０の温度が急変することはないので、太陽電池３０の温度が大きく変化する前に定期的にまたは所定のタイミングで太陽電池３０の温度を測定して動作電圧を決定することにより、フィードバック制御を行なうことなく、ほぼ最大に近い電力を太陽電池３０から得ることができる。

図９は、実施の形態２における充電制御ＥＣＵ４０Ａの制御構造を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、定期的にまたは予め設定されたタイミングでメインルーチンから呼出されて実行される。

図６および図９を参照して、定期的にまたは予め設定されたタイミングで、充電制御ＥＣＵ４０Ａは、温度センサ９０により検出される太陽電池３０の温度Ｔを取得する（ステップＳ１１０）。

次いで、充電制御ＥＣＵ４０Ａは、その取得した検出温度に基づいて、太陽電池３０の開放電圧を推定する（ステップＳ１２０）。具体的には、太陽電池３０の温度と開放電圧との関係を示す式またはマップを太陽電池３０の出力特性に基づいて予め準備しておき、充電制御ＥＣＵ４０Ａは、その関係式またはマップを用いて、検出された温度Ｔに基づいて開放電圧を推定する。

そして、充電制御ＥＣＵ４０Ａは、その推定された開放電圧に基づいて、太陽電池３０の動作電圧を決定する（ステップＳ１３０）。具体的には、開放電圧と太陽電池３０からの出力電力が最大となる動作電圧との関係を示す式またはマップを太陽電池３０の出力特性に基づいて予め準備しておき、充電制御ＥＣＵ４０Ａは、その関係式またはマップを用いて、推定された開放電圧に基づいて太陽電池３０の動作電圧を決定する。

そして、充電制御ＥＣＵ４０Ａは、太陽電池３０の動作電圧を決定すると、その動作電圧を充電用コンバータ２０の目標電圧ＶＲ（充電用コンバータ２０の入力電圧目標値）として充電用コンバータ２０に設定する（ステップＳ１４０）。

なお、上記においては、太陽電池３０の温度Ｔに基づいて開放電圧を推定し、その推定された開放電圧に基づいて、出力電力が最大となる動作電圧を決定するものとしたが、上述のように、出力電力が最大となる動作電圧は、太陽電池３０の出力特性に基づいて開放電圧に基づいて決定できるので、太陽電池３０の温度Ｔに基づいて、出力電力が最大となる動作電圧を直接決定してもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、太陽電池３０の発電を一端停止させて開放電圧を検出する必要がないので、実施の形態１に比べて太陽電池３０から蓄電装置Ｂ１への充電量をより多く確保できる。

また、太陽電池３０の発電の停止／起動に伴なう蓄電装置Ｂ１の電圧変動がないので、蓄電装置Ｂ１から電力の供給を受けるモータジェネレータＭＧおよび補機８０の動作が安定する。

［実施の形態３］
実施の形態３では、充電用コンバータ２０とは非接続の測定用太陽電池が設けられ、測定用太陽電池の開放電圧に基づいて太陽電池３０の動作電圧が決定される。

図１０は、実施の形態３による車両の全体ブロック図である。図１０を参照して、車両１００Ｂは、図１に示した実施の形態１による車両１００の構成において、測定用太陽電池３２と、電圧センサ５２とをさらに備え、充電制御ＥＣＵ４０に代えて充電制御ＥＣＵ４０Ｂを備える。

測定用太陽電池３２は、開放電圧を測定するための太陽電池セルであり、太陽電池３０および充電用コンバータ２０とは電気的に非接続である。なお、この測定用太陽電池３２は、発電に用いられるものではないため、小型で安価なものを採用することができる。電圧センサ５２は、測定用太陽電池３２の開放電圧Ｖｍを検出し、その検出値を充電制御ＥＣＵ４０Ｂへ出力する。

充電制御ＥＣＵ４０Ｂは、電圧センサ５２によって検出された測定用太陽電池３２の開放電圧Ｖｍに基づいて、太陽電池３０の出力電力が最大となる動作電圧を決定する。

なお、充電制御ＥＣＵ４０Ｂのその他の機能は、実施の形態１における充電制御ＥＣＵ４０と同じである。また、車両１００Ｂのその他の構成は、実施の形態１による車両１００と同じである。

図１１は、実施の形態３における充電制御ＥＣＵ４０Ｂの制御構造を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、定期的にまたは予め設定されたタイミングでメインルーチンから呼出されて実行される。

図１０および図１１を参照して、定期的にまたは予め設定されたタイミングで、充電制御ＥＣＵ４０Ｂは、電圧センサ５２により検出される測定用太陽電池３２の開放電圧Ｖｍを取得する（ステップＳ２１０）。

次いで、充電制御ＥＣＵ４０Ｂは、その検出された開放電圧Ｖｍに基づいて、太陽電池３０の動作電圧を決定する（ステップＳ２２０）。具体的には、測定用太陽電池３２の開放電圧と太陽電池３０からの出力電力が最大となる動作電圧との関係を示す式またはマップを太陽電池３０および測定用太陽電池３２の出力特性に基づいて予め準備しておき、充電制御ＥＣＵ４０Ｂは、その関係式またはマップを用いて、検出された測定用太陽電池３２の開放電圧Ｖｍに基づいて太陽電池３０の動作電圧を決定する。

そして、充電制御ＥＣＵ４０Ｂは、太陽電池３０の動作電圧を決定すると、その動作電圧を充電用コンバータ２０の目標電圧ＶＲ（充電用コンバータ２０の入力電圧目標値）として充電用コンバータ２０に設定する（ステップＳ２３０）。

以上のように、この実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、太陽電池３０の発電を一端停止させて開放電圧を検出する必要がないので、太陽電池３０から蓄電装置Ｂ１への充電量をより多く確保できる。

また、実施の形態２と同様に、太陽電池３０の発電の停止／起動に伴なう蓄電装置Ｂ１の電圧変動がないので、蓄電装置Ｂ１から電力の供給を受けるモータジェネレータＭＧおよび補機８０の動作が安定する。

なお、上記の各実施の形態においては、充電用コンバータ２０は、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータから成るものとしたが、充電用コンバータ２０の構成は、これに限定されるものではなく、たとえばチョッパ回路で構成してもよい。

また、上記においては、車両１００，１００Ａ，１００Ｂは、モータジェネレータＭＧを動力源とする電気自動車から成るものとしたが、この発明は、動力源としてさらにエンジンを搭載するハイブリッド車両や、電源として燃料電池をさらに搭載する燃料電池車にも適用可能である。

さらに、上記においては、太陽電池が車両に搭載される場合について説明したが、この発明による太陽光発電システムは、車両以外にも適用可能である。なお、車両は、受ける日射量の変化が激しく、また、コスト低減が強く要求されるので、この発明による太陽光発電システムは、車両に搭載される場合に特に好適である。

なお、上記において、充電制御ＥＣＵ４０，４０Ａまたは４０Ｂにおける制御は、実際には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって行なわれ、ＣＰＵは、図４，図９または図１１に示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Read Only Memory）から読出し、その読出したプログラムを実行する。したがって、ＲＯＭは、図４，図９または図１１に示したフローチャートの各ステップを備えるプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取可能な記録媒体に相当する。

なお、上記において、充電用コンバータ２０は、この発明における「電圧制御装置」または「電圧変換装置」に対応し、充電制御ＥＣＵ４０，４０Ａ，４０Ｂは、この発明における「制御ユニット」に対応する。また、電圧センサ５０は、この発明における「電圧検出装置」に対応し、温度センサ９０は、この発明における「温度検出装置」に対応する。さらに、ＰＣＵ１０およびモータジェネレータＭＧは、この発明における「駆動装置」を形成する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による車両の全体ブロック図である。 図１に示す太陽電池の電圧−電流特性を示した図である。 図１に示す太陽電池の電圧−電力特性を示した図である。 図１に示す充電制御ＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。 図１に示す充電用コンバータの構成図である。 実施の形態２による車両の全体ブロック図である。 太陽電池の電圧−電流特性を示した図である。 太陽電池の電圧−電力特性を示した図である。 実施の形態２における充電制御ＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。 実施の形態３による車両の全体ブロック図である。 実施の形態３における充電制御ＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ＰＣＵ、２０ 充電用コンバータ、３０ 太陽電池、３２ 測定用太陽電池、４０，４０Ａ，４０Ｂ 充電制御ＥＣＵ、５０，５２ 電圧センサ、６０ 電池パック、７０ ＤＣ−ＤＣコンバータ、８０ 補機、９０ 温度センサ、１００，１００Ａ，１００Ｂ 車両、１０２ 直交変換部、１０４ 絶縁トランス部、１０６ 整流部、１０８ 駆動部、Ｂ１ 蓄電装置、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー、ＭＧ モータジェネレータ、ＤＷ 駆動輪、ＲＹ１，ＲＹ２ リレー、Ｄ ダイオード、Ｂ２ 補機バッテリ。

Claims (22)

1. 太陽電池と、
   前記太陽電池に接続され、設定された目標電圧に前記太陽電池の出力電圧を制御可能なように構成された電圧制御装置と、
   前記太陽電池の開放電圧に基づいて前記太陽電池の動作電圧を決定し、その決定した動作電圧を前記目標電圧として設定する制御ユニットとを備える太陽光発電システム。
2. 前記太陽電池の出力電圧を検出する電圧検出装置をさらに備え、
   前記制御ユニットは、前記太陽電池の発電停止時に前記電圧検出装置により検出される前記太陽電池の開放電圧に基づいて前記太陽電池の動作電圧を決定する、請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 前記制御ユニットは、定期的にまたは予め設定されたタイミングで前記電圧制御装置を一旦停止させ、前記目標電圧の設定後、前記電圧制御装置を再び動作させる、請求項２に記載の太陽光発電システム。
4. 前記太陽電池の温度を検出する温度検出装置をさらに備え、
   前記制御ユニットは、前記温度検出装置により検出される前記太陽電池の温度に基づいて前記太陽電池の開放電圧を推定する、請求項１に記載の太陽光発電システム。
5. 前記制御ユニットは、定期的にまたは予め設定されたタイミングで前記温度検出装置から前記太陽電池の温度を取得して前記開放電圧を推定する、請求項４に記載の太陽光発電システム。
6. 前記電圧制御装置とは非接続の測定用太陽電池をさらに備え、
   前記制御ユニットは、前記測定用太陽電池の開放電圧に基づいて前記太陽電池の動作電圧を決定する、請求項１に記載の太陽光発電システム。
7. 前記制御ユニットは、定期的にまたは予め設定されたタイミングで前記測定用太陽電池の開放電圧を取得して前記動作電圧を決定する、請求項６に記載の太陽光発電システム。
8. 充電可能な蓄電装置と、
   前記蓄電装置から出力される電力を用いて車両の駆動力を発生可能なように構成された駆動装置と、
   太陽電池と、
   前記太陽電池と前記蓄電装置との間に設けられ、設定された目標電圧に前記太陽電池の出力電圧を制御しつつ、前記太陽電池から受ける電力を前記蓄電装置の電圧レベルに変換して前記蓄電装置を充電可能なように構成された電圧変換装置と、
   前記太陽電池の開放電圧に基づいて前記太陽電池の動作電圧を決定し、その決定した動作電圧を前記目標電圧として設定する制御ユニットとを備える車両。
9. 前記太陽電池の出力電圧を検出する電圧検出装置をさらに備え、
   前記制御ユニットは、前記太陽電池の発電停止時に前記電圧検出装置により検出される前記太陽電池の開放電圧に基づいて前記太陽電池の動作電圧を決定する、請求項８に記載の車両。
10. 前記制御ユニットは、定期的にまたは予め設定されたタイミングで前記電圧変換装置を一旦停止させ、前記目標電圧の設定後、前記電圧変換装置を再び動作させる、請求項９に記載の車両。
11. 前記太陽電池の温度を検出する温度検出装置をさらに備え、
    前記制御ユニットは、前記温度検出装置により検出される前記太陽電池の温度に基づいて前記太陽電池の開放電圧を推定する、請求項８に記載の車両。
12. 前記制御ユニットは、定期的にまたは予め設定されたタイミングで前記温度検出装置から前記太陽電池の温度を取得して前記開放電圧を推定する、請求項１１に記載の車両。
13. 前記電圧変換装置とは非接続の測定用太陽電池をさらに備え、
    前記制御ユニットは、前記測定用太陽電池の開放電圧に基づいて前記太陽電池の動作電圧を決定する、請求項８に記載の車両。
14. 前記制御ユニットは、定期的にまたは予め設定されたタイミングで前記測定用太陽電池の開放電圧を取得して前記動作電圧を決定する、請求項１３に記載の車両。
15. 太陽光発電システムの制御方法であって、
    前記太陽光発電システムは、
    太陽電池と、
    前記太陽電池に接続され、設定された目標電圧に前記太陽電池の出力電圧を制御可能なように構成された電圧制御装置とを備え、
    前記制御方法は、
    前記太陽電池の開放電圧に基づいて前記太陽電池の動作電圧を決定する第１のステップと、
    その決定された動作電圧を前記目標電圧として設定する第２のステップとを含む、太陽光発電システムの制御方法。
16. 前記太陽電池の出力電圧を検出する第３のステップをさらに含み、
    前記第１のステップにおいて、前記太陽電池の動作電圧は、前記太陽電池の発電停止時に検出される前記太陽電池の開放電圧に基づいて決定される、請求項１５に記載の制御方法。
17. 定期的にまたは予め設定されたタイミングで前記電圧制御装置を一旦停止させる第４のステップと、
    前記電圧制御装置の停止中に前記第１のステップにおいて前記動作電圧が決定され、前記第２のステップにおいて前記目標電圧が設定された後、前記電圧制御装置を再び動作させる第５のステップとをさらに含む、請求項１６に記載の制御方法。
18. 前記太陽電池の温度を検出する第６のステップをさらに含み、
    前記第１のステップにおいて、前記太陽電池の開放電圧は、前記太陽電池の検出温度に基づいて推定される、請求項１５に記載の制御方法。
19. 前記第１のステップにおいて、前記開放電圧は、定期的にまたは予め設定されたタイミングで検出される前記太陽電池の温度に基づいて推定される、請求項１８に記載の制御方法。
20. 前記太陽光発電システムは、前記電圧制御装置とは非接続の測定用太陽電池をさらに備え、
    前記第１のステップにおいて、前記太陽電池の動作電圧は、前記測定用太陽電池の開放電圧に基づいて決定される、請求項１５に記載の制御方法。
21. 前記第１のステップにおいて、前記動作電圧は、定期的にまたは予め設定されたタイミングで取得される前記測定用太陽電池の開放電圧に基づいて決定される、請求項２０に記載の制御方法。
22. 請求項１５から請求項２１のいずれか１項に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。

Images