JP2010195065A - 太陽光発電を利用した車両の制御装置および車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの使用範囲を広げて、バッテリを有効活用する。
【解決手段】車両に搭載された太陽電池１によって発電された電力をバッテリ１０に供給して充電する技術であって、車両の駐車時の状況を検出するとともに、車両の駐車時に、太陽電池１により発電された電力量を検出し、車両が次に駐車する際の状況である次回駐車状況を求める。そして、過去の駐車時の状況、駐車時の発電電力量、および、次回駐車状況に基づいて、車両が次に駐車する際に太陽電池１によって発電される電力量を推定し、推定した発電電力量に基づいて、車両走行中におけるバッテリ１０の充電を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電により得られた電力をバッテリに蓄電して利用する技術に関する。

一般的に、バッテリは、スタータモータに電力を供給してエンジンを始動させるために必要な充電量を下回らないように、充放電が制御されている。従来、車両に太陽電池を搭載し、車両の走行中に太陽電池によって発電された電力をバッテリに蓄電することによって、太陽エネルギーを有効利用する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術によれば、充電量が増加するため、バッテリの充電量がエンジンを始動させるために必要な充電量を下回る状況を少なくすることができる。

特開２００７−２２２１１号公報

しかしながら、従来の技術でも、バッテリの充電量がエンジンを始動させるために必要な充電量を下回らないように制御しているため、バッテリの使用範囲は変わらず、バッテリを有効活用しているとは言い切れないという問題があった。

本発明による太陽光発電を利用した車両の制御装置および車両の制御方法は、車両の駐車時の状況および太陽電池により発電された電力量を検出するとともに、車両が次に駐車する際の状況である次回駐車状況を求め、過去の駐車時の状況、駐車時の発電電力量、および、次回駐車状況に基づいて、車両が次に駐車する際に太陽電池によって発電される電力量を推定し、推定した発電電力量に基づいて、車両走行中におけるバッテリの充電を制御することを特徴とする。

本発明によれば、駐車時に太陽電池によって発電される電力量を推定し、推定した発電電力量に基づいて、車両走行中におけるバッテリの充電を制御するので、バッテリの使用範囲を拡大して、バッテリを有効活用することができる。

第１の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置の構成を示す図である。 第１の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置によって行われる太陽光発電量算出処理の内容を示すフローチャートである。 第１の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置によって行われる駐車時の発電量推定処理の内容を示すフローチャートである。 車両の走行シーンに応じたバッテリの充電量（ＳＯＣ）の変化を示す図である。 第２の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置の構成を示す図である。

−第１の実施の形態−
図１は、第１の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置の構成を示す図である。第１の実施の形態では、太陽光発電を利用した車両の制御装置を、ガソリンエンジンを駆動源とするガソリン車に適用した例について説明する。

太陽光発電パネル（ソーラーパネルまたは太陽電池パネルとも呼ばれる）１は、太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換することにより電力を発生する。太陽光発電パネル１で発電された電力は、電圧変換装置２において、バッテリ１０の定格電圧に応じた電圧に変換された後、バッテリ１０に供給される。

日射センサ３は、日射量を検出する。ＩＴ装置４は、例えば、外部サーバに接続可能なカーナビゲーション装置であり、時刻情報、および、天気情報を太陽光発電コントローラ５に出力する。天気情報には、当日または過去の天気情報だけでなく、未来の天気予報情報も含まれる。

太陽光発電コントローラ５は、太陽光発電パネル１の発電量を検出するとともに、後述する方法により、車両が次に駐車する際に太陽光発電パネル１によって発電される電力量を推定する。

オルタネータ７は、図示しないエンジンの出力軸と機械的に接続されており、エンジンの動力によって駆動されて発電する。オルタネータ７によって発電された電力は、バッテリ１０に供給される。

バッテリ１０は、例えば、鉛酸バッテリであり、電装部品９に電力を供給する。電流センサ８は、バッテリ１０の充放電電流を検出して、発電コントローラ６に出力する。

発電コントローラ６は、オルタネータ７の発電を制御し、特に、太陽光発電コントローラ５によって推定された太陽光発電パネル１の発電量、および、バッテリ１０の充電量に基づいて、オルタネータ７の発電を制御する。バッテリ１０の充電量は、例えば、電流センサ８によって検出されるバッテリ１０の充放電量を積算する既知の方法により求めることができる。特に、発電コントローラ６は、バッテリ１０の充電量が所定の充電量まで低下すると、オルタネータ７を作動させて発電を行わせる。

図２は、第１の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置によって行われる太陽光発電量算出処理の内容を示すフローチャートである。太陽光発電コントローラ５は、車両の駐車時に繰り返し、ステップＳ１０から始まるフローチャートの処理を行う。

ステップＳ１０では、昼であるか否かを判定する。ここでは、ＩＴ装置４から入力された時刻情報に基づいて、昼であるか否かを判定する。昼は、太陽光が照射される時間とし、例えば、午前９時から午後４時までとする。現在時刻が昼であると判定すると、ステップＳ２０に進み、昼ではないと判定すると、フローチャートの処理を終了する。

ステップＳ２０では、太陽光発電パネル１によって発電が行われているか否かを判定する。太陽光発電パネル１によって発電が行われていると判定するとステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、天気は晴れであるか否かを判定する。この判定は、ＩＴ装置４から入力される天気情報に基づいて行う。天気は晴れであると判定するとステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、太陽光発電パネル１の発電量を算出する。ここでは、１時間当たりの発電量を算出し、算出した発電量を図示しないメモリに格納しておく。

一方、ステップＳ３０で天気が晴れではないと判定すると、ステップＳ５０に進む。これは、太陽光発電パネル１によって発電が行われているが、天気が晴れではなく、曇天の場合である。ステップＳ５０では、曇天時での太陽光発電パネル１の発電量を算出する。ここでは、１時間当たりの発電量を算出し、算出した発電量を図示しないメモリに格納しておく。

一方、ステップＳ２０において、太陽光発電パネル１によって発電が行われていないと判定すると、ステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、天気が晴れであるか否かを判定する。天気が晴れではないと判定すると、天気が晴れではなく発電も行われなかったため、フローチャートの処理を終了する。一方、ステップＳ６０において、天気が晴れであると判定すると、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ７０では、天気が晴れにもかかわらず、太陽光発電パネル１によって発電が行われていないため、太陽光が届かない屋内に駐車されていると判断して、ステップＳ８０に進む。ステップＳ８０では、屋内駐車されていたと判断された回数をカウントするためのカウンタＣｔに１を追加する。カウンタＣｔの初期値は０とする。ただし、ステップＳ８０でカウンタＣｔに１を追加するのは、同一の日に１回だけとし、同一の日にステップＳ８０の処理を行うのが２回目の場合には、カウンタＣｔのカウントは行わないものとする。

図３は、第１の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置によって行われる駐車時の発電量推定処理の内容を示すフローチャートである。太陽光発電コントローラ５は、例えば、車両の起動ごとに、ステップＳ３００の処理を開始する。

ステップＳ３００では、屋内駐車されていたと判断された回数をカウントするためのカウンタＣｔの値が所定の回数Ｃｔｔｈより小さいか否かを判定する。カウンタＣｔの値が所定の回数Ｃｔｔｈ以上であると判定すると、車両が頻繁に屋内に駐車されるため、駐車時の太陽光発電を期待できないと判断して、駐車時の発電量を推定する本フローチャートの処理を終了する。一方、カウンタＣｔの値が所定の回数Ｃｔｔｈより小さいと判定すると、ステップＳ３１０に進む。

ステップＳ３１０では、次に駐車する際の駐車開始時刻が入力されたか否かを判定する。ここでは、ＩＴ装置４の操作部（不図示）の操作によって、次の駐車開始時刻をユーザに入力してもらうようにする。ユーザの操作によって、次に駐車する際の駐車開始時刻が入力されていないと判定するとステップＳ３１０に戻り、次の駐車開始時刻が入力されたと判定すると、ステップＳ３２０に進む。

ステップＳ３２０では、次に駐車する際の駐車終了時刻が入力されたか否かを判定する。ここでも、ＩＴ装置４の操作部（不図示）の操作によって、次の駐車終了時刻をユーザに入力してもらうようにする。ユーザの操作によって、次に駐車する際の駐車終了時刻が入力されていないと判定するとステップＳ３１０に戻り、次の駐車終了時刻が入力されたと判定すると、ステップＳ３３０に進む。

ステップＳ３３０では、次に駐車する場所が太陽光の当たる屋外であるか、太陽光の当たらない屋内であるかが入力されたか否かを判定する。ここでも、ＩＴ装置４の操作部（不図示）の操作によって、屋外駐車であるか屋内駐車であるかをユーザに入力してもらうようにする。ユーザの操作によって、屋外駐車または屋内駐車が入力されていないと判定するとステップＳ３１０に戻り、入力されたと判定すると、ステップＳ３４０に進む。

ステップＳ３４０では、ユーザの入力に基づいて、次の駐車が屋外駐車であるか否かを判定する。屋内駐車であると判定すると、駐車時の発電量の推定を行わずに、フローチャートの処理を終了する。一方、屋外駐車であると判定すると、ステップＳ３５０に進む。

ステップＳ３５０では、ＩＴ装置４から天気情報を取得する。この天気情報には、天気予報情報、特に、駐車開始時刻から駐車終了時刻までの天気予報情報が含まれている。

ステップＳ３６０では、次に駐車する際の太陽光発電パネル１による発電量を推定する。このため、まず初めに、ステップＳ３５０で取得した天気予報情報に基づいて、太陽光発電パネル１による１時間当たりの発電量を求める。例えば、天気予報が晴れの場合には、図２に示すフローチャートのステップＳ４０で算出した晴天時の１時間あたりの発電量を図示しないメモリから読み出す。また、天気予報が曇りの場合には、図２に示すフローチャートのステップＳ５０で算出した曇天時の１時間あたりの発電量を図示しないメモリから読み出す。天気予報が雨や雪のように、晴天または曇天以外の場合には、１時間あたりの発電量を０とする。

続いて、ステップＳ３１０で入力された駐車開始時刻、および、ステップＳ３２０で入力された駐車終了時刻に基づいて、昼の駐車時間を算出する。上述したように、昼は、太陽光が照射される時間であって、例えば、午前９時から午後４時までとする。

最後に、求めた１時間あたりの発電量に、算出した昼の駐車時間を乗じることによって、次に駐車する際の太陽光発電パネル１による推定発電量を算出する。

第１の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置では、次に駐車する際の推定発電量に基づいて、車両走行時におけるオルタネータ７の発電量を制御する。制御方法について、図４を用いて説明する。

図４は、車両の走行シーンに応じたバッテリ１０の充電量（ＳＯＣ）の変化を示す図である。実線は、本実施の形態における制御を行った場合の充電量の変化を示し、点線は、駐車時の太陽光発電による発電量を考慮しない従来の制御を行った場合の充電量の変化をそれぞれ示している。

図４において、期間Ｔ１およびＴ３は、オルタネータ７の発電効率が良い期間である。発電効率が良い期間とは、例えば、車両の減速時に、車両の走行エネルギーを利用して、オルタネータ７の発電を行うことができる期間である。一方、期間Ｔ２およびＴ４は、例えば、車両が加速中の場合のように、オルタネータ７の発電効率が悪い期間である。発電効率を考慮すると、オルタネータ７は、発電効率が悪い期間は、発電を行わずに、発電効率が良い期間のみ、発電を行うことが好ましい。

しかしながら、駐車時の太陽光発電による発電量を考慮しない従来の制御では、バッテリ１０の充電量を、所定の充電量Ｃ１以上に保つ必要があった。これは、駐車時であっても、バッテリ１０から暗電流が流れるため、バッテリ１０の充電量が低下して、始動時に、エンジンがかけられなくなるのを防ぐためである。従って、駐車時の太陽光発電による発電量を考慮しない従来の制御では、バッテリ１０の充電量が所定の充電量Ｃ１まで低下すると、オルタネータ７の発電効率が悪い期間でも、オルタネータ７の発電を行っていた（図４の期間Ｔ２参照）。

これに対して、第１の実施の形態における制御では、次に車両を駐車する際の太陽光発電による推定発電量を算出し、算出した推定発電量に基づいて、所定の充電量Ｃ１より低い充電量Ｃ２を新たなしきい値として設定する。例えば、所定の充電量Ｃ１から推定発電量を減算して得られた値を、新たなしきい値となる充電量Ｃ２としてもよいし、若干余裕を持たせて、所定の充電量Ｃ１から、推定発電量を減算した値より少し高い値を、新たなしきい値となる充電量Ｃ２としてもよい。

充電量のしきい値をＣ１からＣ２に低下させることにより、バッテリ１０の充電量が新たなしきい値Ｃ２を下回る状況が少なくなるため、オルタネータ７の発電効率が悪い状況下で、オルタネータ７を発電させる必要が少なくなる。図４に示す例では、従来の制御では、期間Ｔ２において、オルタネータ７を発電させる必要があったが、第１の実施の形態における制御では、オルタネータ７を発電させる必要がなくなるため、オルタネータ７を駆動するためのエンジンの負荷を軽減して、燃費を向上させることができる。この場合、エンジンが停止した直後のバッテリ充電量は、所定の充電量Ｃ１未満となっているが、エンジンがオフの期間Ｔ５において、太陽光発電パネル１による発電によって、バッテリ１０が充電されて、所定の充電量Ｃ１まで充電されている。

第１の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置によれば、車両の駐車時の状況、駐車時に太陽光発電パネル１によって発電された電力量、および、車両が次に駐車する際の状況である次回駐車状況に基づいて、車両が次に駐車する際に太陽光発電パネル１によって発電される電力量を推定し、推定した発電電力量に基づいて、車両走行中におけるバッテリ１０の充電を制御する。これにより、駐車時の推定発電電力量に基づいて、バッテリ１０を積極的に使用することができるので、バッテリ１０の使用範囲を広げて、バッテリ１０を有効活用することができる。

バッテリ１０の充放電制御では、バッテリ１０の充電量が所定の充電量を下回らないように、発電手段を作動させることによって得られる電力を用いて、バッテリ１０の充電を制御している。第１の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置によれば、次の駐車時の推定発電電力量に基づいて、所定の充電量を低くするので、所定の充電量を変更する前には使用されていなかった容量領域までバッテリ１０を使用することができ、バッテリ１０を有効活用することができる。また、所定の充電量を低くすることによって、バッテリ１０の充電量が所定の充電量を下回る状況を減らすことができるので、発電手段の作動機会を減らすことができる。

特に、発電手段がエンジンによって駆動されるオルタネータ７である場合には、オルタネータ７の作動機会が減ることによって、オルタネータ７を駆動するためのエンジンの負荷を軽減することができるので、燃費を向上させることができる。

−第２の実施の形態−
図５は、第２の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置の構成を示す図である。第１の実施の形態では、太陽光発電を利用した車両の制御装置を、ガソリンエンジンを駆動源とするガソリン車に適用した例について説明したが、第２の実施の形態では、エンジンとモータを駆動源とするハイブリッド車に適用した例について説明する。なお、図１に示す第１の実施の構成と同じ構成については、同じ符号を付して詳しい説明は省略する。

第２の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置では、第１の実施の形態におけるオルタネータ７の代わりにジェネレータモータ５０が、バッテリ１０の代わりに強電バッテリ５１が、電装部品９の代わりにモータ５２が設けられている。

ジェネレータモータ５０は、発電コントローラ６の指令に基づいて、発電を行うジェネレータ（発電機）として機能するとともに、強電バッテリ５１から電力を供給されて、図示しないエンジンを始動させるモータ（電動機）として機能する。

モータ５２は、車両の走行駆動源の１つであり、強電バッテリ５１から電力が供給されて駆動する。このハイブリッド車の走行パターンとしては、車両の走行状況に応じて、図示しないエンジンのみ、エンジンとモータ５２の併用、モータ５２のみの３パターンがある。

第２の実施の形態における太陽光発電を利用した車両の制御装置でも、強電バッテリ５１の電力をモータジェネレータ５０に供給してエンジンを始動するため、強電バッテリ５１の充電量低下によってエンジン始動ができなくなるのを防ぐために、バッテリ充電量が所定の充電量Ｃ１１を下回らないように、強電バッテリ５１の充電を制御する。このときに、第１の実施の形態と同様に、次に車両を駐車する際に太陽光発電パネル１で発電される電力量を推定し、推定した電力量に応じて、強電バッテリ５１の充電量のしきい値となる所定の充電量Ｃ１１を小さくする。これにより、強電バッテリ５１の使用容量範囲を広げることができる。また、強電バッテリ５１の充電量のしきい値を下げることにより、モータ５２のみで走行する機会を増やすことができるので、車両の燃費を向上させることができる。

本発明は、上述した第１および第２の実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した実施の形態では、ユーザによって入力された駐車開始時刻および駐車終了時刻に基づいて、次に車両が駐車する際の昼の駐車時間を算出したが、別の方法により、求めることもできる。例えば、月曜日から金曜日は、会社の駐車場に午前９時から午後７時まで駐車するという情報を予め入力しておいて、ＩＴ装置４から曜日情報を取得して、昼の推定駐車時間を求めることもできる。

また、次に車両が駐車する状況が屋内駐車であるか、または、屋外駐車であるかもユーザ入力に基づいて求めたが、例えば、月曜日から金曜日は、会社の屋外駐車場に駐車することを検出しておいて、ＩＴ装置４から曜日情報を取得することにより、月曜日から金曜日の間は、屋外駐車であると判断するようにしてもよい。

図２に示すフローチャートでは、駐車が昼の時間帯であり、かつ、天気が晴れにもかかわらず、太陽光発電パネル１によって発電が行われていない場合に、屋内駐車であると判断したが、駐車が昼の時間帯であり、かつ、天気が晴れにもかかわらず、日射センサ３によって検出される日射量が少ない場合には、屋内駐車であると判断するようにしてもよい。日射センサ３によって日射量を検出することによって、屋内駐車か屋外駐車かを精度良く判断することができる。

ＩＴ装置４は、太陽に関する状況として、天気予報情報を含む天気情報を求めたが、日射量等を求めてもよい。

１…太陽光発電パネル
２…電圧変換装置
３…日射センサ
４…ＩＴ装置
５…太陽光発電パネル
６…発電コントローラ
７…オルタネータ
８…電流センサ
１０…バッテリ
５０…ジェネレータモータ
５１…強電バッテリ
５２…モータ
ＩＴ装置４、太陽光発電コントローラ５、図２のＳ１０，Ｓ３０…駐車状況検出手段
太陽光発電コントローラ５、図２のＳ４０，Ｓ５０…発電電力量検出手段
太陽光発電コントローラ５、図３のＳ３１０〜Ｓ３４０…次回駐車状況取得手段
太陽光発電コントローラ５、図３のＳ３５０〜Ｓ３６０…発電電力量推定手段
発電コントローラ６…制御手段、充電量算出手段

Claims (10)

1. 車両に搭載された太陽電池によって発電された電力をバッテリに供給して充電する太陽光発電を利用した車両の制御装置であって、
   車両の駐車時の状況を検出する駐車状況検出手段と、
   車両の駐車時に、前記太陽電池により発電された電力量を検出する発電電力量検出手段と、
   車両が次に駐車する際の状況である次回駐車状況を求める次回駐車状況取得手段と、
   前記駐車状況検出手段によって検出された過去の駐車時の状況、前記発電電力量検出手段によって検出された発電電力量、および、前記次回駐車状況取得手段によって求められた次回駐車状況に基づいて、車両が次に駐車する際に前記太陽電池によって発電される電力量を推定する発電電力量推定手段と、
   前記推定された発電電力量に基づいて、車両走行中における前記バッテリの充電を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする太陽光発電を利用した車両の制御装置。
2. 前記発電電力量推定手段は、前記次回駐車状況に対応する過去の駐車時の状況を求め、求めた過去の駐車時の状況において前記発電電力量検出手段によって検出された発電電力量に基づいて、車両が次に駐車する際に前記太陽電池によって発電される電力量を推定することを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電を利用した車両の制御装置。
3. 前記バッテリの充電量を算出する充電量算出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記バッテリの充電量が所定の充電量を下回らないように、発電手段を作動させることによって得られる電力を用いて、前記バッテリの充電を制御するものであって、前記発電電力量推定手段によって推定された電力量に基づいて、前記所定の充電量を低くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽光発電を利用した車両の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記発電電力量推定手段によって推定された電力量が多いほど、前記所定の充電量を低くすることを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電を利用した車両の制御装置。
5. 前記駐車状況検出手段は、前記駐車時の状況として、少なくとも車両の駐車時における太陽に関する状況、および、駐車時刻を検出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の太陽光発電を利用した車両の制御装置。
6. 前記駐車状況検出手段は、前記車両の駐車時における太陽に関する状況として、天気または日射量を検出することを特徴とする請求項５に記載の太陽光発電を利用した車両の制御装置。
7. 前記次回駐車状況取得手段は、車両が次に駐車する際の推定駐車時間帯、および、車両が次に駐車する際の太陽に関する状況を求めることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の太陽光発電を利用した車両の制御装置。
8. 前記発電手段は、エンジンによって駆動されるオルタネータであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の太陽光発電を利用した車両の制御装置。
9. 前記バッテリは、ハイブリッド車の走行駆動源であるモータに電力を供給する強電バッテリであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の太陽光発電を利用した車両の制御装置。
10. 車両に搭載された太陽電池によって発電された電力をバッテリに供給して充電する太陽光発電を利用した車両の制御方法であって、
    車両の駐車時の状況を検出し、
    車両の駐車時に、前記太陽電池により発電された電力量を検出し、
    車両が次に駐車する際の状況である次回駐車状況を求め、
    前記検出した過去の駐車時の状況、前記検出した発電電力量、および、前記求めた次回駐車状況に基づいて、車両が次に駐車する際に前記太陽電池によって発電される電力量を推定し、
    前記推定した発電電力量に基づいて、車両走行中における前記バッテリの充電を制御する、
    ことを特徴とする太陽光発電を利用した車両の制御方法。

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