JP2008172959A - 車両用電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池及び発電機によるバッテリの充電を適切に制御し、燃費向上が可能な車両用電源制御装置を提供すること。
【解決手段】目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）を目標に、目的地に到着時のバッテリの残量を制御する車両用電源制御装置１００であって、発電機１５又は太陽電池１７により充電可能なバッテリ１６と、目的地に駐車中に、太陽電池１７により発電されるソーラ発電量Ｅ(Solar)を予測するソーラ発電量予測手段１０ａと、ソーラ発電量に基づき目標バッテリ残量を算出する目標バッテリ残量算出手段１０ｃと、を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用バッテリの充電を制御する車両用電源制御装置に関し、特に、太陽電池により充電が可能な車両用電源制御装置に関する。

車両には電力により駆動される車載装置が多く搭載されているため、エンジンにより発電作用をもたらす発電機及び発電された電力を充電するバッテリを車載している。また、ガソリンエンジンによる駆動と電気モータによる駆動を適宜切り替えて走行可能なハイブリッド車や、電気モータにより駆動される電気自動車は走行そのものに電力を必要とするため不足のない充電量が確保されることが好ましいとされる。

発電機の発電を補うため太陽電池を搭載することが考えられるが、太陽電池による発電量を考慮せずに充電してしまうとバッテリ残量が十分なのに太陽電池により発電してしまう状況が生じる場合があった。これは、太陽電池により賄える充電量をガソリン等を使用して余分に発電したこと、すなわち、エンジン燃費が十分に低減されていないことを意味する。

そこで、太陽電池による発電量を考慮して発電機によるバッテリの目標充電量を決定する充電装置が提案されている。（例えば、特許文献１、２参照。）。特許文献１記載の充電装置は、ナビ情報、天候情報又は時刻情報等、太陽電池の発電量に影響する要因を使用して太陽電池による充電量を予測し、太陽電池による充電量に基づき、エンジンによる発電量を制御する。また、特許文献２記載の充電装置は、現在地から目的地までの日照時間を予測し、日照時間に基づき太陽電池による充電量、エンジン及び電気モータによる充電量を決定する。
特開２０００−２５３５０４号公報 特開２０００−１２５４０７号公報

ところで、日射さえ確保できれば太陽電池による充電は車両が駐車した後も可能である。しかしながら、特許文献１及び２記載の充電装置は駐車中の太陽電池による充電量を考慮して目標充電量を決定しておらず、エンジン燃費の改善に余地を残しているという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑み、太陽電池及び発電機によるバッテリの充電を適切に制御し、燃費向上が可能な車両用電源制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、目標バッテリ残量を目標に、目的地に到着時のバッテリの残量を制御する車両用電源制御装置であって、発電機又は太陽電池により充電可能なバッテリと、目的地に駐車中に、太陽電池により発電されるソーラ発電量を予測するソーラ発電量予測手段と、ソーラ発電量に基づき目標バッテリ残量を算出する目標バッテリ残量算出手段と、を有することを特徴とする。

太陽電池及び発電機によるバッテリの充電を適切に制御し、燃費向上が可能な車両用電源制御装置を提供することができる。

本実施形態の車両用電源制御装置は、目的地に車両を駐車している間のソーラ発電量を予測して、駐車終了後に確保しておくべきバッテリ残量から予測したソーラ発電量を差し引いた充電量を、駐車開始時の目標充電量とする。これにより、エンジンによって駆動される発電機の発電量を抑制するので、燃費を改善することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の車両用電源制御装置１００の構成図を、図２はブロック図を示す。なお、図１と図２では同一構成部に同一の符号を付した。

車両用電源制御装置１００は、バッテリ１６の目標残量を算出し発電機１５を制御する電源ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｏｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌ Ｕｎｉｔ）１０により制御される。電源ＥＣＵ１０は、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムを格納したＲＯＭ、プログラム実行のための作業メモリとなるＲＡＭ、電源を切っても情報を保持するＮＶ−ＲＡＭ（Non-Volatile ＲＡＭ）、接続された機器から情報を入出力する入出力インターフェイス等がバスを介して接続されたマイコンとして構成される。電源ＥＣＵ１０のＣＰＵがプログラムを実行することで、駐車中の発電量を予測するソーラ発電量予測部１０ａ、駐車を開始する時点で確保すべき目標バッテリ残量を算出する目標バッテリ残量算出部１０ｂ及び駐車開始時にバッテリ残量が目標バッテリ残量に等しくなるように発電機１５を制御する発電性制御部１０ｃを実現する。

発電機１５は、車両を走行させるためのエンジンの駆動力が伝達されることで発電を行う、例えば、オルタネータである。発電機１５は、回転により発生した交流出力を整流し、また、レギュレータにより所望の電圧に制御する。発電された電力は、電気負荷１８に供給され、また、バッテリ１６に充電される。

なお、モータの回生動作により発電しバッテリ１６へ充電してもよい。この場合、発電機１５に回生制御が可能なモータを接続する。例えば、車両に制動力を加える際、車輪駆動軸に連結されるモータを回生制御することによって、インバータを介してバッテリ１６に充電をすることができる。

バッテリ１６は、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等、周知の二次電池である。なお、車両を駆動するための走行用モータは他の電気負荷１８と電源電圧が異なるので、バッテリ１６は走行モータ用と電気負荷１８用と複数備えていてもよい。

バッテリ１６にはバッテリ残量センサ１９が接続されている。バッテリ残量センサ１９はバッテリ１６の端子間電圧に応じた電気信号を電源ＥＣＵ１０に出力する。電源ＥＣＵ１０は、端子間電圧を温度等で補正してバッテリ１６の残存容量を検出する。なお、バッテリ１６からの充放電電流の積算値からバッテリ残存容量を検出してもよい。

ソーラ発電機１７は、光起電力効果を利用し光エネルギーを直接電力に変換する電力機器である。太陽光などの光を電力に変換するシリコン太陽電池、色素増感型等、どのような構成であってもよい。

電気負荷１８は、例えば、ライト、エアコン、リヤデフォッガ、リヤワイパ、ミラーヒータ、シートヒータ、オーディオ、シガーソケット、各種ＥＣＵ、ソレノイドバルブである。これらの電気負荷１８は、発電機１５又はバッテリ１６を電源にして作動する。

電源ＥＣＵ１０には、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの車内ＬＡＮを介して、ナビゲーション装置１４や通信装置１３と接続されている。ナビゲーション装置１４は、ＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）装置と地図ＤＢ（データベース）を有している。ＧＰＳ装置は、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星から受信する電波の到達時間に基づいて、自車の位置を２次元若しくは３次元の座標データとして特定する。地図ＤＢには、道路網や交差点などの道路地図情報が、緯度・経度に対応づけて格納されている。道路地図は、実際の道路網をノード(道路と道路が交差する点、すなわち交差点)及びリンク(ノードとノードを接続する道路)に対応づけて、テーブル状のデータベースとして構成される。また、制限速度、コーナ半径、車線数、幅員、制限速度等の交通情報等の情報を含んでいてもよい。

ナビゲーション装置１４は、タッチパネルやキーボード、表示装置など、ユーザとのインターフェイスとなる入出力装置を備え、ユーザの操作を受け付け、また、自車両周辺の地図及び目的地までの走行経路等を表示する。なお、ナビゲーション装置は、ＣＰＵ、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、ハードディスク）、入出力部がバスを介して接続されたコンピュータを有する。

通信装置１３は主に無線により外部と通信するための装置である。例えば、携帯電話網や無線ＬＡＮ等によりネットワーク２２に接続し、情報センタ２１と後述する天気予報情報を送受信する。データの送受信には例えばＴＣＰ（Transmission Control Protocol）/ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）等のプロトコルが使用される。また、通信装置１６は、ＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System）等、ＦＭ多重放送やビーコンにより路車間通信する通信装置であってもよい。

情報センタ２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、ネットワークに接続するＮＩＣ（Network Interface Card）等がバスを介して接続されたサーバである。情報センタ２１は、自車両からの要求に応じ又は定期的に天気予報情報を車両に送信する。

駐車場ＤＢ１１は、電源ＥＣＵ１０のＮＶ−ＲＡＭやナビゲーション装置１４の記憶装置に記憶されたデータベースであり、ユーザが過去に使用したことのある駐車場の駐車場情報を備える。駐車場情報は例えば次に示す情報を記憶する。
「駐車場位置情報（座標データ）、出発曜日、出発時刻、駐車する時間帯、発電量補正値β」
駐車場情報は予めユーザが登録しておいてもよいが、ユーザが駐車するたびにその駐車情報の情報として記録される。

駐車場位置情報は、ユーザが登録した通勤先、レジャー施設などの駐車場の位置情報、又は、過去に所定時間以上、自車両を停車したことのある場所の位置情報である。電源ＥＣＵ１０は、例えばドアロックされてからドアロックが解除されるまでの時間が所定以上の場合に、その場所の位置情報をナビゲーション装置１４から取得して記憶する。所定時間の変わりに、ソーラ発電機１７により所定以上発電された駐車場の位置情報を記憶してもよい。

出発曜日は該駐車場に向けて出発する曜日、出発時刻はその時刻である。ユーザが登録する場合、その駐車場を利用する場合に自宅など出発地点を出発する曜日及び時刻を登録する。電源ＥＣＵ１０が登録する場合、駐車したことが検出された該駐車場に向けて出発地点を出発した曜日及び時刻を車載したカレンダから抽出し、駐車場位置情報に対応づけて記憶する。

なお、同じ駐車場であっても、出発時刻又は出発曜日が異なれば別の駐車場情報として記憶される。したがって、通常の出発地点である自宅でなく、実家など別の場所から勤務先に向かうような場合、新たに駐車場情報が記録される。

駐車する時間帯は、当該駐車場に駐車する駐車開始時刻と駐車終了時刻である。ユーザが登録する場合、例えば、勤務時間やレジャー施設の利用時間を登録する。電源ＥＣＵ１０が登録する場合、所定時間以上の駐車が終了して自車両が走行を開始したら、駐車した時間帯を同様に記憶する。

発電量補正値βは、当該駐車場に駐車したことで発電された発電量に基づき算出される補正値である。例えば、駐車場に陰が生じる場合、晴天であっても発電量は減少するし、その減少量も地下の駐車場と屋根付きの駐車場では異なる。発電量補正値βは、実際に発電された発電量から求めた、その駐車場の補正値（例えば、０≦補正値≦１．０）である（初期値は１．０に設定）。屋外であっても駐車場はビル等の陰にあることが多いため、実際に発電された発電量から発電量補正値βを求めることで、精度よい発電量を予測できる。なお、後述するように発電量補正値βはソーラ発電機１７の発電量を校正するためにも使用される。

ところで、例えば、夜勤者の場合、勤務先でなく自宅に駐車している間にソーラ発電機１７により発電可能となるが、この場合も自宅位置を駐車場にして、出発時刻及び出発曜日を記憶すればよい。夜勤者の出発時刻及び出発曜日は、例えば勤務先からのものになる。

日射情報ＤＢ１２は、電源ＥＣＵ１０のＮＶ−ＲＡＭやナビゲーション装置１４の記憶装置に記憶されたデータベースであり、日射情報を記憶している。日射情報ＤＢ１２は、例えば次に示す日射情報を記憶している。
「地域、月日、日照時間」
地域は、都道府県や市町村など、日射情報を入手しやすい自治体（地方公共団体）等に区分した地域である。また、同じ地域であっても季節に応じて日照時間は変化するので、地域に対応づけて１〜１２月など所定の間隔で日照時間が記憶されている。新たな駐車場が駐車場ＤＢ１１に登録されると、電源ＥＣＵ１０は駐車場を含む地域の日射情報を情報センタ２１から取得し日射情報ＤＢ１２に記憶する。なお、日射情報は、出発の度に通信装置１３により情報センタ２１から受信して取得してもよい。

本実施形態における日照時間は可照時間が相当し、可照時間は、太陽の中心が東の水平線に現れてから西の水平線に沈むまでの時間である。可照時間は、季節及び緯度によって異なる。

また、より好ましくは日射情報ＤＢ１２は、日照時間に加え、１時間毎の平均日射量〔kW・h/ｍ^２/時]を時刻に対応づけて記憶する。ソーラ発電機１７の発電量は日射量に依存するが、日射量は太陽高度に依存するため１日のうちに大きく変動する。後述する図４には、時刻を横軸に取った平均日射量のグラフを示した。このグラフは、午後１２〜２時にピークを付ける形状のグラフになる。なお、平均日射量は晴天時のものである。

続いて、電源ＥＣＵ１０の制御について図３のフローチャート図に基づき詳細に説明する。図３のフローチャート図による制御は、例えばイグニションがオンになるとスタートする。

〔Ｓ１〕
ソーラ発電量予測部１０ａは、例えばイグニッションがオンとなった時刻及びその曜日（以下、ＩＧオン時刻、ＩＧオン曜日という）を自ら保持するカレンダ情報やナビゲーション装置から取得する。そして、駐車場ＤＢ１１にＩＧオン時刻及びＩＧオン曜日と同程度の出発曜日及び出発時刻が記憶されている場合に、出発曜日及び出発時刻に対応づけて記憶されている駐車場位置情報及び駐車する時間帯を抽出する。すなわち、出発する時刻と曜日が同じであれば、同じ駐車場（勤務先など）に向かい、同じ程度の時間駐車すると予測する。なお、ＩＧオン時刻と出発時刻が完全に一致することは希であるので、例えば、出発時刻±１０分にＩＧオン時刻が入っていれば、ＩＧオン時刻と出発時刻が同じと判定する。

通勤者であれば、決まった曜日の決まった時間に自宅等から出発することが多いので、ＩＧオン時刻及びＩＧオン曜日に基づき精度よく駐車場を判定できる。

駐車場ＤＢ１１に記憶されていないＩＧオン時刻及びＩＧオン曜日の場合、ナビゲーション装置１４から目的地又は進行方向を検出し、駐車場ＤＢ１１に記憶されたいずれかの駐車場に向かっている否かを判定してもよい。

ＩＧオン時刻及びＩＧオン曜日と同程度の駐車場が登録されていない場合、本実施形態の発電制御は行われない。すなわち、ソーラ発電機１７による駐車中の発電を考慮せず、所定の充電量を目標値に発電制御を行う（Ｓ８）。この場合、新たな駐車場が検出されたら、当該、駐車場が駐車場ＤＢ１１に登録される。

〔Ｓ２〕
ついで、ソーラ発電量予測部１０ａは、駐車場の日照時間と駐車する時間帯とが重なる時間帯を駐車中の有効日照時間Ｔとする。図４（ａ）は、有効日照時間Ｔの一例を示す図である。出発した日における当該駐車場の日射情報から「地域及び月日に基づく日照時間」が抽出され、駐車情報ＤＢ１１から「駐車する時間帯」が抽出される。したがって、両者の重畳部分が有効日照時間Ｔである。

〔Ｓ３〕
ついで、ソーラ発電量予測部１０ａは、有効日照時間Ｔに基づき駐車中の発電量を予測する。電源ＥＣＵ１０のＮＶ−ＲＡＭには、晴天時におけるソーラ発電機１７の単位時間当たりの発電能力Ｅ（Solar０）が記憶されている。

この発電能力Ｅ（Solar０）は晴天時の発電能力であるので、駐車する日における有効日照時間Ｔの天気により補正することが好適である。そこで、ソーラ発電予測部１０ａは、通信装置１３が受信した天気予報情報に基づき、発電能力Ｅ（Solar０）を補正する。

天気予報情報は、例えば雲量を受信する。雲量は、空の面積に対し雲の面積がしめる割合であり、０〜１０までの１１段階で表される。例えば、空に雲一つないときは雲量が０に、雲が１割程度であれば雲量は１と表現される。そして雲が空一面をおおい、青空が見えないときには雲量１０となる。

電源ＥＣＵ１０のＮＶ−ＲＡＭには、雲量に対応づけて例えば次のような天気補正値αが記憶されている。

雲量０〜１：α＝１ 雲量２〜８：α＝０．８ 雲量９〜１０：α＝０．４
ソーラ発電予測部１０ａは次の式によりソーラ発電量Ｅ（Solar）を算出する。

Ｅ（Solar）＝有効日照時間Ｔ × α × Ｅ（Solar０） …（１）
なお、上述したように、発電量補正値βによりさらに精度よくソーラ発電量Ｅ（Solar）を算出してもよい。

Ｅ（Solar）＝有効日照時間Ｔ×α×β×Ｅ（Solar０） …（２）
〔Ｓ４〕
ついで、目標バッテリ残量算出部１０ｂは駐車開始時の目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）を算出する。図４（ｂ）は目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）を説明するための図である。駐車終了時に確保しておきたいバッテリ残量をＥ（Pend）とすると、ソーラ発電量Ｅ（Solar）は駐車中の発電量であるので、Ｅ（Pend）からＥ（Solar）を引いた分だけ駐車開始時に充電されていればよい。したがって、目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）は次のように算出される。

目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）＝Ｅ（Pend）−Ｅ（Solar） …（３）
なお、駐車中はソーラ発電機１７により発電されると共に、駐車中も作動する電気負荷１８や自然放電により電力が消費されるので、この駐車中消費電力Ｅ（lost）を考慮して目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）を算出してもよい。この場合目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）は次のように算出される。

目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）＝Ｅ（Pend）−Ｅ（Solar）＋Ｅ（lost） …（４）
〔Ｓ５〜Ｓ９〕
目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）が算出されたら、発電制御部１０ｃはＥ（Pstart）を目標値に発電を制御する（Ｓ５）。Ｅ（Pstart）は、駐車中にソーラ発電される充電量を除いた充電量であるので、通常の目標充電量（例えば、Ｅ（Pend））よりも小さい。このような小さい充電量を目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）とすることで、例えば、アイドル回転数を下げたり、オルタネータの発電電力を減らすことでエンジン負荷を減らすことができる。

発電制御部１０ｃは、バッテリ１６の現在の充電量Ｅ（now）を検出し、目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）と現在の充電量Ｅ（now）との差分を、駐車場までに必要な発電量として算出する。目的地までに電気負荷１８が消費する消費量を考慮して、駐車場までに必要な発電量を算出してもよい。

目的とする駐車場が既知であれば、ナビゲーション装置１４により距離や到達時間が得られるので、電源制御部１０ｃは、駐車場までの距離及び到達時間に基づき最適な発電のスケジューリングを行う。発電のスケジューリングでは、駐車場までの各地点でどのくらいのバッテリ残量があればよいかが設定され、それに応じた発電指令パターンが作成される。例えば、坂道区間や減速区間では車輪駆動軸に連結されるモータに対し回生制御を指令し、それ以外の区間では発電機１５に発電指令をするパターンが作成され、電源制御部１０ｃがそのパターンに従って発電指令をすると、目的地に到着する頃に目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）のバッテリ残量が得られる。

走行中、発電制御部１０ｃはナビゲーション装置１４と通信し、ステップＳ１で予想した駐車場に向かっているか否かを判定する（Ｓ６）。例えば、自車両が当該駐車場に向かう経路から外れたことや、別の目的地が設定されたことをナビゲーション装置１４が検出した場合、電源ＥＣＵ１０はナビゲーション装置１４からその旨の通知を受信する。

そして、目的地が変更されない場合、予想した駐車場に到着するまで（Ｓ７）、発電制御部１０ｃはＥ（Pstart）を目標値にした発電制御を継続する（Ｓ５）。

ステップＳ１で予想した駐車場に向かっていないと判定された場合（Ｓ６のＮｏ）、発電制御部１０ｃはＥ（Pstart）を目標値にした発電制御を中止し、予め定められた充電量を目標値に発電を制御する（Ｓ９）。

以上のように、本実施形態の車両用電源制御装置１００は、駐車中のソーラ発電量を差し引いて駐車開始時の目標バッテリ残量Ｅ（Pstart）を算出するので、エンジン駆動による充電が少なくて済み燃費を向上させることができる。

また、駐車が終了した時、ソーラ発電量予測部１０ａは実際の発電量Ｅ（Real）と予測したソーラ発電量Ｅ（Solar）の比、発電量Ｅ（Real）／ソーラ発電量Ｅ（Solar）、により発電量補正値βを補正する。このように、発電補正量βを駐車の度に更新することで、例えばソーラ発電機１７が経年劣化した場合でも、精度よくソーラ発電量Ｅ（Solar）を算出することができる。

本実施形態の車両用電源制御装置によれば、駐車中のソーラ発電機１７による発電量を利用することで、駐車開始時に確保しておくべき充電量を低減して走行中の発電量を抑制するので、燃費を向上することができる。

自車両の出発時間又は出発曜日に基づき目的地である駐車場を検出するので、ナビゲーション装置に目的地を入力しなくても駐車場を検出でき、ユーザに煩わしさを感じさせずに燃費を向上することができる。また、通勤者のように日常的な車両の利用時に燃費を向上できるので、燃料の消費量の削減効果が大きい。

また、駐車中のソーラ発電機１７による発電量は、有効日照時間Ｔに基づき予測するので精度よく発電量を予測できる。

なお、上述した実施形態では、エンジン駆動（ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、エタノール混合燃料エンジン等）による車両、又は、エンジンと電気モータにより駆動されるハイブリッド車両を例に説明したが、電気モータのみに駆動される電気自動車に対しても車両用電源制御装置を好適に適用できる。

車両用電源制御装置の構成図である。 車両用電源制御装置のブロック図である。 電源ＥＣＵの制御手順を示すフローチャート図である。 有効日照時間の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 電源ＥＣＵ
１１ 駐車場ＤＢ
１２ 日照時間ＤＢ
１３ 通信装置
１４ ナビゲーション装置
１５ 発電機
１６ バッテリ
１７ ソーラ発電機
１８ 電気負荷
１９ バッテリ残量センサ

Claims (3)

1. 目標バッテリ残量を目標に、目的地に到着時のバッテリの残量を制御する車両用電源制御装置であって、
   発電機又は太陽電池により充電可能なバッテリと、
   前記目的地に駐車中に、前記太陽電池により発電されるソーラ発電量を予測するソーラ発電量予測手段と、
   前記ソーラ発電量に基づき前記目標バッテリ残量を算出する目標バッテリ残量算出手段と、
   を有することを特徴とする車両用電源制御装置。
2. 前記目的地に対応づけて、出発時間又は出発曜日の少なくとも１つを記憶した目的地記憶手段、を備え、
   前記ソーラ発電量予測部は、自車両の出発時間又は出発曜日に基づき前記目的地記憶手段から前記目的地を検出し、検出した当該目的地の日射情報に基づき前記ソーラ発電量を予測する、
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用電源制御装置。
3. 前記目的地記憶手段は、前記目的地に対応づけて駐車時間帯を記憶しており、
   前記ソーラ発電量予測部は、前記日射情報が有する日照時間と前記駐車時間帯とが重複する時間に基づき前記ソーラ発電量を予測する、
   ことを特徴とする請求項２記載の車両用電源制御装置。

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