JP2014018019A - Solar charge system and mobile body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池の発電電力を用いて蓄電装置を充電するソーラー充電システム及びそれを備えた移動体に関する。 The present invention relates to a solar charging system that charges a power storage device using generated electric power of a solar cell and a mobile body including the solar charging system.
モータ駆動機構を有するEV(Electric Vehicle)、HV(Hybrid Vehicle)、PHV(Plug-in Hybrid Vehicle)等の自動車にソーラー充電システムを適用することが従来より提案されている。 Conventionally, it has been proposed to apply a solar charging system to automobiles such as EVs (Electric Vehicles), HVs (Hybrid Vehicles), and PHVs (Plug-in Hybrid Vehicles) having a motor drive mechanism.
モータ駆動機構を有する自動車は航続距離が大きな課題となっており、電気を効率よく使うシステムが不可欠となってきている。 The cruising distance of automobiles having a motor drive mechanism has become a major issue, and a system that efficiently uses electricity has become indispensable.
特許文献1〜3に開示されている自動車では、ソーラーパネルとモータ駆動機構のモータを駆動するためのバッテリとが直結(他のバッテリを経由せずに接続)されている。自動車用のソーラーパネルは安全対策上60V以下での発電が望ましい。 In the automobile disclosed in Patent Documents 1 to 3, the solar panel and the battery for driving the motor of the motor drive mechanism are directly connected (connected without passing through another battery). For solar panels for automobiles, power generation at 60V or less is desirable for safety measures.
ところが、ソーラーパネルとモータ駆動機構のモータを駆動するためのバッテリとが直結される構成において、ソーラーパネルが60V以下での発電を行うようにすると、モータ駆動機構のモータを駆動するためのバッテリの電圧を十分に高くすることができないため、モータ駆動機構のモータを駆動するためのバッテリからモータ駆動機構のモータに大電流を流すことになり、大電流に起因した大きな効率低下が生じてしまう。 However, in a configuration in which the solar panel and the battery for driving the motor of the motor drive mechanism are directly connected, if the solar panel generates power at 60 V or less, the battery for driving the motor of the motor drive mechanism Since the voltage cannot be made sufficiently high, a large current is caused to flow from the battery for driving the motor of the motor drive mechanism to the motor of the motor drive mechanism, resulting in a large efficiency reduction due to the large current.
なお、特許文献4では、ソーラーパネルとモータ駆動機構のモータを駆動するためのバッテリ(高電圧バッテリ)とが他のバッテリ(車両バッテリ)を経由して接続され得る。しかしながら、特許文献4では、ソーラーパネルから車両バッテリへ電力を電送して車両バッテリを充電する際に用いる電圧コンバータと、車両バッテリから高電圧バッテリへ電力を電送して高電圧バッテリを充電する際に用いる電圧コンバータとが同一であり、ソーラーパネルから車両バッテリへ電力を電送して車両バッテリを充電する際と車両バッテリから高電圧バッテリへ電力を電送して高電圧バッテリを充電する際の両方において、電圧コンバータの電圧変換効率を高くすることができないという問題がある。 In Patent Document 4, a solar panel and a battery (high voltage battery) for driving the motor of the motor drive mechanism can be connected via another battery (vehicle battery). However, in Patent Document 4, when a power is transmitted from a solar panel to a vehicle battery to charge the vehicle battery, and when a high voltage battery is charged by transmitting power from the vehicle battery to the high voltage battery. The voltage converter used is the same, both when charging power from the solar panel to the vehicle battery and charging the vehicle battery and when charging power from the vehicle battery to the high voltage battery and charging the high voltage battery, There is a problem that the voltage conversion efficiency of the voltage converter cannot be increased.
本発明は、上記の状況に鑑み、高効率化を図ることができるソーラー充電システム及びそれを備えた移動体を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the solar charging system which can achieve high efficiency in view of said situation, and a mobile body provided with the same.
上記目的を達成するために本発明に係るソーラー充電システムは、太陽電池と、前記太陽電池の発電電力を最大化するために前記太陽電池の動作点を制御するMPPT(Maximum Power Point Tracking)と、第1蓄電装置と、第2蓄電装置と、前記第1蓄電装置と前記第2蓄電装置との間で電力を電送する複数の双方向DC−DCコンバータと、前記複数の双方向DC−DCコンバータの動作個数を制御する制御部とを備え、前記太陽電池の出力端が前記MPPTの入力端に接続され、前記MPPTの出力端が前記第1蓄電装置に接続され、前記複数の双方向DC−DCコンバータの各第1入出力端子が前記第1蓄電装置に接続され、前記複数の双方向DC−DCコンバータの各第2入出力端子が前記第2蓄電装置に接続される構成(第1の構成)とする。 In order to achieve the above object, a solar charging system according to the present invention includes a solar cell, MPPT (Maximum Power Point Tracking) for controlling the operating point of the solar cell in order to maximize the generated power of the solar cell, A first power storage device, a second power storage device, a plurality of bidirectional DC-DC converters for transmitting power between the first power storage device and the second power storage device, and the plurality of bidirectional DC-DC converters And a control unit for controlling the number of operation of the solar cell, wherein an output end of the solar cell is connected to an input end of the MPPT, an output end of the MPPT is connected to the first power storage device, and the plurality of bidirectional DC- Each first input / output terminal of the DC converter is connected to the first power storage device, and each second input / output terminal of the plurality of bidirectional DC-DC converters is connected to the second power storage device (first Configuration) The
このような構成によると、第1蓄電装置に電力を充電することで、第2蓄電装置を管理して第2蓄電装置を制御する蓄電装置管理部を動作させることなく、太陽電池の発電電力を第1蓄電装置に充電することができる。また、第1蓄電装置の電力を太陽電池の発電電力に依存しない大電力電送で第2蓄電装置に充電することができる。このような2段階の充電により、太陽電池の発電電力にかかわらず、高効率な電力電送が可能となり、高効率化を図ることができる。さらに、複数の双方向DC−DCコンバータの動作個数を変更することができるので、第2蓄電装置の電力を第1蓄電装置に高効率で電送することもできる。 According to such a configuration, by charging the first power storage device with power, the power generated by the solar cell can be generated without operating the power storage device management unit that manages the second power storage device and controls the second power storage device. The first power storage device can be charged. In addition, the power of the first power storage device can be charged to the second power storage device by high-power transmission that does not depend on the generated power of the solar battery. Such two-stage charging enables high-efficiency electric power transmission regardless of the generated power of the solar cell, thereby achieving high efficiency. Furthermore, since the number of operations of the plurality of bidirectional DC-DC converters can be changed, the power of the second power storage device can be transmitted to the first power storage device with high efficiency.
また、上記第1の構成のソーラー充電システムにおいて、前記複数の双方向DC−DCコンバータがそれぞれ絶縁型DC−DCコンバータである構成(第2の構成)が好ましい。 In the solar charging system having the first configuration, a configuration (second configuration) in which each of the plurality of bidirectional DC-DC converters is an insulated DC-DC converter is preferable.
このような構成によると、太陽電池及び第1蓄電装置と第2蓄電装置とを絶縁することができるので、安全性が向上する。 According to such a configuration, since the solar battery, the first power storage device, and the second power storage device can be insulated, safety is improved.
また、上記第1の構成又は上記第2の構成のソーラー充電システムにおいて、前記第1蓄電装置が出力可能な電力量が第1所定値以上である場合、前記複数の双方向DC−DCコンバータの少なくとも一つが前記第1蓄電装置から前記第2蓄電装置へ電力を電送して前記第2蓄電装置を充電し、前記第1蓄電装置が出力可能な電力量が第2所定値以下である場合、前記複数の双方向DC−DCコンバータの少なくとも一つが前記第2蓄電装置から前記第1蓄電装置へ電力を電送して前記第1蓄電装置を充電し、前記第2所定値が前記第1所定値よりも小さい構成(第3の構成)が好ましい。 Further, in the solar charging system of the first configuration or the second configuration, when the amount of power that can be output by the first power storage device is equal to or greater than a first predetermined value, the plurality of bidirectional DC-DC converters When at least one of the first power storage device transmits power from the first power storage device to the second power storage device to charge the second power storage device, and the amount of power that the first power storage device can output is equal to or less than a second predetermined value, At least one of the plurality of bidirectional DC-DC converters transmits power from the second power storage device to the first power storage device to charge the first power storage device, and the second predetermined value is the first predetermined value. A smaller configuration (third configuration) is preferable.
このような構成によると、第1蓄電装置が出力可能な電力量が大きいときは、第1蓄電装置から第2蓄電装置へ電力が電送されて第2蓄電装置が充電され、第1蓄電装置が出力可能な電力量が小さくなると、第2蓄電装置から第1蓄電装置へ電力が電送されて第1蓄電装置が充電されるので、第1蓄電装置及び第2蓄電装置のいずれか一方のみが集中して充電されることを防止することができる。これにより、第1蓄電装置及び第2蓄電装置の過放電や過充電を防止することができる。 According to such a configuration, when the amount of power that can be output by the first power storage device is large, power is transmitted from the first power storage device to the second power storage device, and the second power storage device is charged. When the amount of power that can be output decreases, power is transmitted from the second power storage device to the first power storage device and the first power storage device is charged, so only one of the first power storage device and the second power storage device is concentrated. And can be prevented from being charged. Thereby, overdischarge and overcharge of the first power storage device and the second power storage device can be prevented.
また、上記第3の構成のソーラー充電システムにおいて、前記第1蓄電装置が出力可能な電力量が第3所定値以下になると、前記第1蓄電装置から前記第2蓄電装置への電力電送を終了して前記第2蓄電装置の充電を終了し、前記第1蓄電装置が出力可能な電力量が第4所定値以上になると、前記第2蓄電装置から前記第1蓄電装置への電力電送を終了して前記第1蓄電装置の充電を終了し、前記第3所定値が前記第1所定値よりも小さく、前記第3所定値が前記第4所定値よりも大きく、前記第4所定値が前記第2所定値よりも大きい構成(第4の構成)が好ましい。 In the solar charging system having the third configuration, when the amount of power that can be output from the first power storage device is equal to or less than a third predetermined value, power transmission from the first power storage device to the second power storage device is terminated. Then, charging of the second power storage device is terminated, and power transmission from the second power storage device to the first power storage device is terminated when the amount of power that can be output by the first power storage device exceeds a fourth predetermined value. Then, the charging of the first power storage device is terminated, the third predetermined value is smaller than the first predetermined value, the third predetermined value is larger than the fourth predetermined value, and the fourth predetermined value is A configuration larger than the second predetermined value (fourth configuration) is preferable.
このような構成によると、第1蓄電装置の充電終了条件及び第2蓄電装置の充電終了条件を規定しているので、第1蓄電装置及び第2蓄電装置の過放電や過充電をより確実に防止することができる。 According to such a configuration, since the charging end condition of the first power storage device and the charging end condition of the second power storage device are defined, overdischarge and overcharge of the first power storage device and the second power storage device are more reliably performed. Can be prevented.
また、上記第1〜第4のいずれかの構成のソーラー充電システムにおいて、前記複数の双方向DC−DCコンバータの電力容量が複数種類存在する構成(第5の構成)が好ましい。 In the solar charging system having any one of the first to fourth configurations, a configuration (fifth configuration) in which a plurality of types of power capacities of the plurality of bidirectional DC-DC converters are present is preferable.
このような構成によると、少ない個数の双方向DC−DCコンバータで広範囲の電送電力での高効率な電力電送を実現することができる。 According to such a configuration, high-efficiency power transmission with a wide range of transmission power can be realized with a small number of bidirectional DC-DC converters.
また、上記第1〜第5のいずれかの構成のソーラー充電システムにおいて、前記MPPTの出力端と前記複数の双方向DC−DCコンバータの各第1入出力端子とを前記第1蓄電装置を経由せずに接続する経路を備える構成(第6の構成)が好ましい。 In the solar charging system having any one of the first to fifth configurations, the output terminal of the MPPT and the first input / output terminals of the plurality of bidirectional DC-DC converters are routed through the first power storage device. A configuration (sixth configuration) including a path to be connected without being preferable is preferable.
このような構成によると、第2蓄電装置を管理して第2蓄電装置を制御する蓄電装置管理部が必然的に動作している場合に、太陽電池からの発電電力を、第1蓄電装置を経由せずに第2蓄電装置に充電できるので、第1蓄電装置の充放電損失をなくすことができ、より一層高効率化を図ることができる。 According to such a configuration, when the power storage device management unit that manages the second power storage device and controls the second power storage device is inevitably operating, the generated power from the solar cell is supplied to the first power storage device. Since the second power storage device can be charged without going through, the charge / discharge loss of the first power storage device can be eliminated, and the efficiency can be further improved.
また、上記第1〜第6のいずれかの構成のソーラー充電システムにおいて、前記第1蓄電装置のSOC(state of charge)及び前記第2蓄電装置のSOCがともに100%になると、前記太陽電池の発電電力を用いた前記第1蓄電装置又は前記第2蓄電装置の充電を終了する構成(第7の構成)が好ましい。 In the solar charging system having any one of the first to sixth configurations, when both the SOC (state of charge) of the first power storage device and the SOC of the second power storage device become 100%, A configuration (seventh configuration) in which charging of the first power storage device or the second power storage device using generated power is terminated is preferable.
このような構成によると、第1及び第2蓄電池の過充電を防止することができる。 According to such a configuration, overcharging of the first and second storage batteries can be prevented.
また、上記第1〜第7のいずれかの構成のソーラー充電システムにおいて、前記第2蓄電装置の電圧が前記第1蓄電装置の電圧より大きい構成(第8の構成)が好ましい。 In the solar charging system having any one of the first to seventh configurations, a configuration (eighth configuration) in which the voltage of the second power storage device is larger than the voltage of the first power storage device is preferable.
このような構成によると、第2蓄電装置の電圧を高くすることができるので、第2蓄電装置に接続される負荷に大電流を流さなくて良くなり、大電流に起因した大きな効率低下が生じることを防止することができる。 According to such a configuration, since the voltage of the second power storage device can be increased, it is not necessary to flow a large current through the load connected to the second power storage device, resulting in a large efficiency reduction due to the large current. This can be prevented.
また、本発明に係る移動体は、上記第1〜第8のいずれかの構成のソーラー充電システムを備える構成とする。 Moreover, let the mobile body which concerns on this invention be a structure provided with the solar charging system of the structure in any one of the said 1st-8th.
また、上記構成の移動体において、前記ソーラー充電システムが備える第2蓄電装置から出力される電力を移動体の駆動用電力として用いる構成とすることが好ましい。 Moreover, in the mobile body having the above-described configuration, it is preferable that the power output from the second power storage device included in the solar charging system is used as power for driving the mobile body.
本発明に係るソーラー充電システム及び移動体によると、第1蓄電装置に電力を充電することで、第2蓄電装置を管理して第2蓄電装置を制御する蓄電装置管理部を動作させることなく、太陽電池の発電電力を第1蓄電装置に充電することができる。また、第1蓄電装置の電力を太陽電池の発電電力に依存しない大電力電送で第2蓄電装置に充電することができる。このような2段階の充電により、太陽電池の発電電力にかかわらず、高効率な電力電送が可能となり、高効率化を図ることができる。さらに、複数の双方向DC−DCコンバータの動作個数を変更することができるので、第2蓄電装置の電力を第1蓄電装置に高効率で電送することもできる。 According to the solar charging system and the moving body according to the present invention, by charging the first power storage device with power, without operating the power storage device management unit that manages the second power storage device and controls the second power storage device, The first power storage device can be charged with the power generated by the solar battery. In addition, the power of the first power storage device can be charged to the second power storage device by high-power transmission that does not depend on the generated power of the solar battery. Such two-stage charging enables high-efficiency electric power transmission regardless of the generated power of the solar cell, thereby achieving high efficiency. Furthermore, since the number of operations of the plurality of bidirectional DC-DC converters can be changed, the power of the second power storage device can be transmitted to the first power storage device with high efficiency.
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は本発明の第1実施形態に係る移動体の概略構成を示す図である。なお、図1において、グランド電位に接続される接続線は図示を省略している。図1に示す移動体は、例えば電気自動車や電気バイクなどであって、ソーラーパネル1、MPPT2、バッテリ管理部3、サブバッテリ4、n(nは2以上の自然数)個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_n、制御回路6、バッテリ管理部7、及びメインバッテリ8を含むソーラー充電システムと、インバータ9と、モータ10とを備えている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a moving body according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, connection lines connected to the ground potential are not shown. The moving body shown in FIG. 1 is, for example, an electric vehicle or an electric motorcycle, and includes a solar panel 1, MPPT2, a battery management unit 3, a sub-battery 4, and n (n is a natural number of 2 or more) bidirectional DC-DC. A solar charging system including converters 5_1 to 5_n, a
ソーラーパネル1は、複数の太陽電池セルがパネル状に配置されているものであり、例えば電気自動車のルーフに設けられる。 The solar panel 1 has a plurality of solar cells arranged in a panel shape, and is provided, for example, on the roof of an electric vehicle.
MPPT2は、ソーラーパネル1の発電電力を最大化するためにソーラーパネル1の動作点を制御するDC−DCコンバータである。ソーラーパネル1の出力端がMPPT2の入力端に接続され、MPPT2の出力端がサブバッテリ4に接続される。
The MPPT 2 is a DC-DC converter that controls the operating point of the solar panel 1 in order to maximize the power generated by the solar panel 1. The output end of the solar panel 1 is connected to the input end of the
バッテリ管理部3は、サブバッテリ4を管理してサブバッテリ4の充放電を制御する。 The battery management unit 3 manages the sub-battery 4 and controls charging / discharging of the sub-battery 4.
バッテリ管理部7は、メインバッテリ8を管理してメインバッテリ8の充放電を制御する。 The battery management unit 7 manages the main battery 8 and controls charging / discharging of the main battery 8.
本実施形態において、メインバッテリ8の電圧はサブバッテリ4の電圧より大きくなっている。例えば、メインバッテリ8の電圧範囲を100〜600Vとし、サブバッテリの電圧範囲を10〜48Vとすることで、メインバッテリ8の電圧範囲がモータ10の駆動に適した範囲となり、サブバッテリの電圧範囲をソーラーパネル1の発電電力の充電に適した範囲となる。
In the present embodiment, the voltage of the main battery 8 is larger than the voltage of the sub battery 4. For example, by setting the voltage range of the main battery 8 to 100 to 600 V and the voltage range of the sub battery to 10 to 48 V, the voltage range of the main battery 8 becomes a range suitable for driving the
n個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nは、サブバッテリ4とメインバッテリ8との間で電力を電送する。n個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nの各第1入出力端子T1がバッテリ管理部3を介してサブバッテリ4に接続され、n個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nの各第2入出力端子T2がバッテリ管理部7を介してメインバッテリ8に接続される。 The n bidirectional DC-DC converters 5 </ b> _ <b> 1 to 5 </ b> _n transmit power between the sub battery 4 and the main battery 8. The first input / output terminals T1 of the n bidirectional DC-DC converters 5_1 to 5_n are connected to the sub-battery 4 through the battery management unit 3, and the first bidirectional DC-DC converters 5_1 to 5_n are connected to the sub-battery 4, respectively. Two input / output terminals T2 are connected to the main battery 8 via the battery management unit 7.
制御部6は、n個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nの動作個数および電送電力(出力電圧あるいは出力電流)を制御する。
The
インバータ9は、メインバッテリ8から出力される直流電圧をモータ駆動用交流電圧に変換する。モータ10は、インバータ9から出力されるモータ駆動用交流電圧によって回転駆動する。モータ10の回転により移動体の駆動輪が回転する。移動体の制動時にモータ10で発生する回生エネルギーはバッテリ管理部7によって回収され、メインバッテリ8に蓄えられる。また、サブバッテリ4から出力される直流電圧はヘッドライト等の電装品の電源としても利用される。
The inverter 9 converts the DC voltage output from the main battery 8 into an AC voltage for driving the motor. The
ここで、ソーラーパネル1の最大発電電力が200Wである場合、図1に示す移動体に搭載されているソーラー充電システムが高効率である理由について説明する。メインバッテリ8を管理するバッテリ管理部7を動作させるには移動体全体のエネルギーを管理するECUを動作させる必要があり、50Wの電力を使用する。バッテリ管理部3はサブバッテリ3の制御を行うものであり、ECUを動作させることなく単体で動作することができ、消費電力はバッテリ管理部7を動作させる場合にくらべ十分に小さい。また、バッテリ管理部3はなくてもよい。 Here, the reason why the solar charging system mounted on the moving body shown in FIG. 1 is highly efficient when the maximum generated power of the solar panel 1 is 200 W will be described. In order to operate the battery management unit 7 that manages the main battery 8, it is necessary to operate an ECU that manages the energy of the entire moving body, and power of 50 W is used. The battery management unit 3 controls the sub-battery 3 and can operate independently without operating the ECU, and the power consumption is sufficiently smaller than when the battery management unit 7 is operated. Further, the battery management unit 3 may not be provided.
図1に示す移動体に搭載されているソーラー充電システムでは、サブバッテリ4に電力を充電することで、バッテリ管理部7を動作させることなく、ソーラーパネル1の発電電力をサブバッテリ4に充電することができるため、最大日照時において200Wから損失(電線での損失(1%)、MTTP2での損失(9%)、バッテリ管理部3での損失(5W)、サブバッテリ4の充電損失(2.5%))を引いた電力(171W、効率85.5%)をサブバッテリ4に充電することができる。そして、サブバッテリ4に充電した電力を例えば1500Wの電力電送でメインバッテリ8に充電することで、1500Wからバッテリ管理部3以外での損失(電線での損失(1%)、双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nでの損失(13%)、サブバッテリ4の放電損失(2.5%)、メインバッテリ8の充電損失(2.5%)、バッテリ管理部7での損失(50W))を引いた電力(1228W、効率81.9%)をメインバッテリ8に充電することができる。ソーラーパネル1からメインバッテリ8まで効率70%で充電できる。また、曇りや冬期のようなソーラーパネル1の発電電力が少ない場合であっても、MTT2の効率、サブバッテリ4の効率、双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nの効率を維持することができる。その結果、サブバッテリ4に充電した電力を1500Wの電力電送でメインバッテリ8に充電する場合、ソーラーパネル1の発電電力にかかわらず、ソーラーパネル1からメインバッテリ8迄の電送の効率を70%程度にすることができる。
In the solar charging system mounted on the moving body shown in FIG. 1, the sub-battery 4 is charged with the generated power of the solar panel 1 by operating the battery management unit 7 by charging the sub-battery 4 with power. Loss from 200 W at maximum sunshine (loss in wire (1%), loss in MTTP2 (9%), loss in battery management unit 3 (5 W), charge loss of sub-battery 4 (2 .5%)) can be charged to the sub-battery 4 (171 W, efficiency 85.5%). Then, the power charged in the sub-battery 4 is charged into the main battery 8 by power transmission of, for example, 1500 W, so that the loss other than the battery management unit 3 from 1500 W (loss (1%) in the electric wire, bidirectional DC-DC) Loss in converters 5_1 to 5_n (13%), discharge loss of sub battery 4 (2.5%), charge loss of main battery 8 (2.5%), loss in battery management unit 7 (50W)) The drawn power (1228 W, efficiency 81.9%) can be charged to the main battery 8. The solar panel 1 to the main battery 8 can be charged with an efficiency of 70%. Further, even when the generated power of the solar panel 1 is low, such as in cloudy or winter, the efficiency of the
これに対して、図5に示す比較例のように、ソーラーパネル100とモータ駆動機構のモータを駆動するためのバッテリ101とがMTTP102を介して直結(他のバッテリを経由せずに接続)されている構成、すなわち特許文献1〜3に開示されているソーラー充電システムと同様の構成である場合、ソーラーパネル100の最大発電電力が200Wであり、バッテリ101を管理してバッテリ101の充放電を制御するバッテリ管理部103の動作電力が50Wであると仮定すると、最大日照時において200Wから損失(電線での損失(1%)、MTTP102での損失(13%)、バッテリ管理部103の損失(50W)、バッテリ101の充電損失(2.5%))を引いた電力しかバッテリ101に充電することができず、充電効率は59%となる。また、曇りや冬期のようなソーラーパネル100の発電電力が少ない場合には更に電送効率が下がる。例えば100Wの電力がソーラーパネル1で発電されている場合、充電効率は34%になる。
On the other hand, as in the comparative example shown in FIG. 5, the
以上により、図1に示す移動体に搭載されているソーラー充電システムは、図5に示す比較例に比べて高効率化を図ることができる。 As described above, the solar charging system mounted on the moving body shown in FIG. 1 can achieve higher efficiency than the comparative example shown in FIG.
移動体が動作しているときには、サブバッテリ4の電力がヘッドライトの点灯やカーナビ、空調ファン等の電装品に消費されてサブバッテリ4のSOC(state of charge)が小さくなり、メインバッテリ8からサブバッテリ4への電力電送が必要となることがある。メインバッテリ8からサブバッテリ4へ電送される電力は、サブバッテリ4の電力がどの程度使用されたかによって決めるとよいが、ここでは200Wh程度に設定する。 When the moving body is operating, the power of the sub battery 4 is consumed by electrical components such as lighting of the headlights, car navigation system, and air conditioning fan, and the SOC (state of charge) of the sub battery 4 is reduced. Power transmission to the sub-battery 4 may be required. The power transmitted from the main battery 8 to the sub-battery 4 may be determined depending on how much power of the sub-battery 4 is used, but here it is set to about 200 Wh.
一方、サブバッテリ4からメインバッテリ8からへ電送される電力は高効率化のために例えば1500Wとすることから、サブバッテリ4とメインバッテリ8との間で電力を電送する双方向DC−DCコンバータには1000W〜2500W程度の電送能力(電力容量)が必要である。 On the other hand, since the electric power transmitted from the sub battery 4 to the main battery 8 is, for example, 1500 W for high efficiency, the bidirectional DC-DC converter that transmits electric power between the sub battery 4 and the main battery 8. Requires a transmission capacity (power capacity) of about 1000 W to 2500 W.
ここで、図1に示す移動体に搭載されているソーラー充電システムとは異なり、サブバッテリ4とメインバッテリ8との間で電力を電送する双方向DC−DCコンバータを1000W〜2500W程度の電送能力を有する単一の双方向DC−DCコンバータとした場合、1000W〜2500W程度の電送能力を有する単一の双方向DC−DCコンバータの効率は図2(a)のようになるので、200W程度の電送において効率が悪くなってしまう。 Here, unlike the solar charging system mounted on the mobile body shown in FIG. 1, the bidirectional DC-DC converter that transmits power between the sub battery 4 and the main battery 8 has a power transmission capacity of about 1000 W to 2500 W. 2A, the efficiency of a single bidirectional DC-DC converter having a power transmission capability of about 1000 W to 2500 W is as shown in FIG. Inefficiency in transmission.
一方、図1に示す移動体に搭載されているソーラー充電システムは、サブバッテリ4とメインバッテリ8との間で電力を電送するn個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nを備える構成であるので、例えばn=3とし、双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_3それぞれを500W程度の電送能力を有する双方向DC−DCコンバータとし、500W未満の電送時には双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_3のうちの1個のみを動作させ、500W以上1000W未満の電送時には双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_3のうちの2個のみを動作させ、1000W以上の電送時には双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_3の全てを動作させることで、双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_3全体の効率は図2(b)に示すようになる。これにより、サブバッテリ4からメインバッテリ8への電力電送のみならず、メインバッテリ8からサブバッテリ4への電力電送も高効率となる。 On the other hand, the solar charging system mounted on the moving body shown in FIG. 1 is configured to include n bidirectional DC-DC converters 5_1 to 5_n that transmit electric power between the sub battery 4 and the main battery 8. Therefore, for example, n = 3, and each of the bidirectional DC-DC converters 5_1 to 5_3 is a bidirectional DC-DC converter having a transmission capability of about 500W, and among the bidirectional DC-DC converters 5_1 to 5_3 when transmitting less than 500W Only one of the two-way DC-DC converters 5_1 to 5_3 is operated at the time of power transmission of 500 W or more and less than 1000 W, and all of the two-way DC-DC converters 5_1 to 5_3 are operated at the time of power transmission of 1000 W or more. , The overall efficiency of the bidirectional DC-DC converters 5_1 to 5_3 is as shown in FIG. As it is shown in. Thereby, not only the power transmission from the sub battery 4 to the main battery 8 but also the power transmission from the main battery 8 to the sub battery 4 becomes highly efficient.
なお、上述した例とは異なり、n個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nの電力容量が複数種類存在するようにしてもよい。例えば、n=2とし、双方向DC−DCコンバータ5_1を500W程度の電送能力を有する双方向DC−DCコンバータとし、双方向DC−DCコンバータ5_2を1000W程度の電送能力を有する双方向DC−DCコンバータとし、500W未満の電送時には双方向DC−DCコンバータ5_1のみを動作させ、500W以上1000W未満の電送時には双方向DC−DCコンバータ5_2のみを動作させ、1000W以上の電送時には双方向DC−DCコンバータ5_1及び5_2を動作させるとよい。このように、n個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nの電力容量が複数種類存在する構成とすることで、少ない個数の双方向DC−DCコンバータで広範囲の電送電力での高効率な電力電送を実現することができる。 Unlike the above-described example, there may be a plurality of types of power capacities of the n bidirectional DC-DC converters 5_1 to 5_n. For example, n = 2, the bidirectional DC-DC converter 5_1 is a bidirectional DC-DC converter having a transmission capability of about 500W, and the bidirectional DC-DC converter 5_2 is a bidirectional DC-DC having a transmission capability of about 1000W. As the converter, only the bidirectional DC-DC converter 5_1 is operated when transmitting less than 500W, only the bidirectional DC-DC converter 5_2 is operated when transmitting 500W or more and less than 1000W, and the bidirectional DC-DC converter is operated when transmitting 1000W or more. 5_1 and 5_2 may be operated. As described above, the power capacity of the n number of bidirectional DC-DC converters 5_1 to 5_n exists in a plurality of types, so that high-efficiency power with a wide range of transmission power can be achieved with a small number of bidirectional DC-DC converters. Electric transmission can be realized.
なお、n個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nをそれぞれ絶縁型DC−DCコンバータとすることが好ましい。このような構成によると、ソーラーパネル1及びサブバッテリ4とメインバッテリ8とを絶縁することができるので、安全性が向上する。この時MPPT2を非絶縁型にすると安全性を確保したまま安価にMPPT2を作成できる。 Note that the n bidirectional DC-DC converters 5_1 to 5_n are preferably isolated DC-DC converters. According to such a structure, since the solar panel 1, the sub battery 4, and the main battery 8 can be insulated, safety improves. At this time, if MPPT2 is made non-insulating, MPPT2 can be produced at low cost while ensuring safety.
<第2実施形態>
図3は本発明の第2実施形態に係る移動体の概略構成を示す図である。なお、図3において、グランド電位に接続される接続線は図示を省略している。また、図3において、図1と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a moving body according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the connection lines connected to the ground potential are not shown. In FIG. 3, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図3に示す移動体は、図1に示す移動体にスイッチSW1及びSW2と、経路11とを追加した構成である。スイッチSW1は、MTTP2の出力端の接続先としてサブバッテリ4か経路11かを択一的に選択するスイッチである。スイッチSW2は、n個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nの各第1入出力端T1の接続先としてサブバッテリ4か経路11かを択一的に選択するスイッチである。 The moving body shown in FIG. 3 has a configuration in which switches SW1 and SW2 and a path 11 are added to the moving body shown in FIG. The switch SW1 is a switch that selectively selects the sub battery 4 or the path 11 as a connection destination of the output end of the MTTP2. The switch SW2 is a switch that selectively selects the sub battery 4 or the path 11 as a connection destination of the first input / output terminals T1 of the n bidirectional DC-DC converters 5_1 to 5_n.
スイッチSW1及びSW2がともに経路11を選択すると、MPPT2の出力端とn個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nの各第1入出力端子1とをサブバッテリ4を経由せずに接続する経路が形成される。
When both the switches SW1 and SW2 select the path 11, the path connecting the output terminal of the
移動体が動作していないときには、スイッチSW1及びSW2がともに自動的にサブバッテリ4を選択するようにする。一方、移動体が動作しているときには、バッテリ管理部7も動作するので、バッテリ管理部7がスイッチSW1及びSW2を制御するようにし、メインバッテリ8からサブバッテリ4への充電が不要でかつサブバッテリ4の出力可能な電力量がある所定値以上のときには、ソーラーパネル1からの発電電力を、サブバッテリ4を経由せずに経路11を経由してメインバッテリ8に充電できるようにする。 When the moving body is not operating, both the switches SW1 and SW2 automatically select the sub battery 4. On the other hand, when the moving body is operating, the battery management unit 7 also operates, so that the battery management unit 7 controls the switches SW1 and SW2, and charging from the main battery 8 to the sub battery 4 is unnecessary and the sub When the amount of electric power that can be output from the battery 4 is equal to or greater than a predetermined value, the generated power from the solar panel 1 can be charged to the main battery 8 via the path 11 without passing through the sub-battery 4.
移動体が動作しているときには、バッテリ管理部7も必然的に動作しているので、バッテリ管理部7の損失はソーラー充電システムの効率を考える上で考慮する必要がなくなる。そうすると、移動体が動作しているときには、ソーラーパネル1からの発電電力を、一度サブバッテリ4に充電する方が、サブバッテリ4の充放電損失が起こるため、効率が悪くなる。したがって、移動体が動作していて且つメインバッテリ8からサブバッテリ4への充電が不要でかつサブバッテリ4の出力可能な電力量がある所定値以上のときには、本実施形態のように、ソーラーパネル1からの発電電力を、サブバッテリ4を経由せずに経路11を経由してメインバッテリ8に充電できる構成の方が、第1実施形態よりも高効率になる。 When the mobile body is operating, the battery management unit 7 is inevitably operating, so that the loss of the battery management unit 7 does not need to be considered when considering the efficiency of the solar charging system. Then, when the moving body is operating, charging the sub-battery 4 once with the generated power from the solar panel 1 causes charge / discharge loss of the sub-battery 4, resulting in poor efficiency. Therefore, when the moving body is operating, charging from the main battery 8 to the sub-battery 4 is unnecessary, and the amount of power that can be output from the sub-battery 4 is greater than or equal to a predetermined value, the solar panel is The configuration in which the main battery 8 can be charged with the generated power from 1 via the path 11 without passing through the sub-battery 4 is more efficient than the first embodiment.
スイッチSW1及びSW2がともに経路11を選択しているときには、n個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nの各第1入出力端子1に供給される電力が、ソーラーパネル1の発電電力に応じて大きく変化するが、制御回路6が、この変化に対応して、n個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_nの動作個数を制御することで、n個の双方向DC−DCコンバータ5_1〜5_n全体の効率を高くすることができる。
When the switches SW1 and SW2 both select the path 11, the power supplied to the first input / output terminals 1 of the n bidirectional DC-DC converters 5_1 to 5_n depends on the generated power of the solar panel 1. However, the
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態に係る移動体の概略構成は、本発明の第1実施形態に係る移動体の概略構成と同一である。
<Third Embodiment>
The schematic configuration of the moving body according to the third embodiment of the present invention is the same as the schematic configuration of the moving body according to the first embodiment of the present invention.
本発明の第3実施形態に係る移動体に搭載されるソーラー充電システムは、サブバッテリ4及びメインバッテリ8の過放電や過充電を防止するために、図4に示す動作でサブバッテリ4とメインバッテリ8との間の電送を行う。なお、後述する第1所定値P1、第2所定値P2、第3所定値P3、及び第4所定値P4は、第3所定値P3が第1所定値P1よりも小さく、第3所定値P3が第4所定値P4よりも大きく、第4所定値P4が第2所定値P2よりも大きくなるように設定されており、例えば、バッテリ管理部3あるいは制御回路6の内蔵メモリに記憶される。
The solar charging system mounted on the mobile body according to the third embodiment of the present invention is configured so that the sub battery 4 and the main battery 8 are connected to the main battery 8 by the operation shown in FIG. Electric power is transmitted to and from the battery 8. Note that a first predetermined value P1, a second predetermined value P2, a third predetermined value P3, and a fourth predetermined value P4, which will be described later, have a third predetermined value P3 smaller than the first predetermined value P1, and a third predetermined value P3. Is set to be larger than the fourth predetermined value P4, and the fourth predetermined value P4 is set to be larger than the second predetermined value P2, and is stored in, for example, the built-in memory of the battery management unit 3 or the
まず、バッテリ管理部3が、サブバッテリ4が出力可能な電力量が第1所定値P1以上であるかを判定する(ステップS10)。例えば、サブバッテリ4のSOCが95%以上であるときに、サブバッテリ4が出力可能な電力量が第1所定値P1以上であるとみなすようにするとよい。 First, the battery management unit 3 determines whether the amount of power that can be output by the sub-battery 4 is equal to or greater than a first predetermined value P1 (step S10). For example, when the SOC of the sub-battery 4 is 95% or more, the amount of power that can be output by the sub-battery 4 may be regarded as being equal to or greater than the first predetermined value P1.
サブバッテリ4が出力可能な電力量が第1所定値P1以上であると判定された場合(ステップS10のYES)、バッテリ管理部3、制御回路6、及びバッテリ管理部7の制御によって、サブバッテリ4からメインバッテリ8への電力電送が行われ、メインバッテリ8が充電される(ステップS20)。
When it is determined that the amount of power that can be output by the sub-battery 4 is equal to or greater than the first predetermined value P1 (YES in step S10), the sub-battery is controlled by the battery management unit 3, the
ステップS20に続くステップS30では、バッテリ管理部3が、サブバッテリ4が出力可能な電力量が第3所定値P3以下になったかを判定する(ステップS30)。例えば、サブバッテリ4のSOCが75%以下であるときに、サブバッテリ4が出力可能な電力量が第3所定値P3以下であるとみなすようにするとよい。 In step S30 following step S20, the battery management unit 3 determines whether the amount of power that can be output by the sub-battery 4 is equal to or less than a third predetermined value P3 (step S30). For example, when the SOC of the sub-battery 4 is 75% or less, the amount of power that can be output by the sub-battery 4 may be regarded as being the third predetermined value P3 or less.
サブバッテリ4が出力可能な電力量が第3所定値P3以下になったと判定されない場合(ステップS30のNO)、ステップS20に戻り、メインバッテリ8の充電が継続される。一方、サブバッテリ4が出力可能な電力量が第3所定値P3以下になったと判定された場合(ステップS30のYES)、バッテリ管理部3、制御回路6、及びバッテリ管理部7の制御によって、サブバッテリ4からメインバッテリ8への電力電送を終了させ、メインバッテリ8の充電を終了させ(ステップS40)、ステップS10に戻る。
When it is not determined that the amount of power that can be output by the sub-battery 4 has become equal to or less than the third predetermined value P3 (NO in step S30), the process returns to step S20, and charging of the main battery 8 is continued. On the other hand, when it is determined that the amount of power that can be output by the sub-battery 4 has become equal to or less than the third predetermined value P3 (YES in step S30), the control of the battery management unit 3, the
また、ステップS10の判定において、サブバッテリ4が出力可能な電力量が第1所定値P1以上であると判定されなかった場合(ステップS10のNO)、バッテリ管理部3が、サブバッテリ4が出力可能な電力量が第2所定値P2以下であるかを判定する(ステップS50)。例えば、サブバッテリ4のSOCが60%以下であるときに、サブバッテリ4が出力可能な電力量が第2所定値P2以下であるとみなすようにするとよい。 If it is not determined in step S10 that the amount of power that can be output by the sub-battery 4 is greater than or equal to the first predetermined value P1 (NO in step S10), the battery management unit 3 outputs the sub-battery 4 It is determined whether the possible amount of power is equal to or less than a second predetermined value P2 (step S50). For example, when the SOC of the sub-battery 4 is 60% or less, the amount of power that can be output by the sub-battery 4 may be regarded as being equal to or less than the second predetermined value P2.
サブバッテリ4が出力可能な電力量が第2所定値P2以下であると判定された場合(ステップS50のYES)、バッテリ管理部3がスイッチSW1にn個の双方向DC−DCコンバータ5−1〜5_nを選択させ、バッテリ管理部7がスイッチSW2にn個の双方向DC−DCコンバータ5−1〜5_nを選択させ、バッテリ管理部3、制御回路6、及びバッテリ管理部7の制御によって、メインバッテリ8からサブバッテリ4への電力電送が行われ、サブバッテリ4が充電される(ステップS60)。
When it is determined that the amount of power that can be output by the sub-battery 4 is equal to or less than the second predetermined value P2 (YES in step S50), the battery management unit 3 supplies n bidirectional DC-DC converters 5-1 to the switch SW1. To 5_n, the battery management unit 7 causes the switch SW2 to select n bidirectional DC-DC converters 5-1 to 5_n, and the control of the battery management unit 3, the
ステップS60に続くステップS70では、バッテリ管理部3が、サブバッテリ4が出力可能な電力量が第4所定値P4以上になったかを判定する(ステップS70)。例えば、サブバッテリ4のSOCが70%以上であるときに、サブバッテリ4が出力可能な電力量が第4所定値P4以上であるとみなすようにするとよい。 In step S70 following step S60, the battery management unit 3 determines whether the amount of power that can be output by the sub-battery 4 is equal to or greater than a fourth predetermined value P4 (step S70). For example, when the SOC of the sub-battery 4 is 70% or more, the amount of power that can be output by the sub-battery 4 may be regarded as being equal to or greater than the fourth predetermined value P4.
サブバッテリ4が出力可能な電力量が第4所定値P4以上になったと判定されない場合(ステップS70のNO)、ステップS60に戻り、サブバッテリ4の充電が継続される。一方、サブバッテリ4が出力可能な電力量が第4所定値P4以上になったと判定された場合(ステップS70のYES)、バッテリ管理部3、制御回路6、及びバッテリ管理部7の制御によって、メインバッテリ8からサブバッテリ4への電力電送を終了させ、サブバッテリ4の充電を終了させ(ステップS80)、ステップS10に戻る。
When it is not determined that the amount of power that can be output by the sub battery 4 has become equal to or greater than the fourth predetermined value P4 (NO in step S70), the process returns to step S60, and charging of the sub battery 4 is continued. On the other hand, when it is determined that the amount of power that can be output from the sub-battery 4 is equal to or greater than the fourth predetermined value P4 (YES in step S70), the control of the battery management unit 3, the
なお、サブバッテリ4及びメインバッテリ8のSOCがそれぞれ100%になった場合、ソーラーパネル1の発電電力を用いたサブバッテリ4の充電を終了する。 When the SOCs of the sub battery 4 and the main battery 8 are each 100%, the charging of the sub battery 4 using the power generated by the solar panel 1 is terminated.
<その他>
なお、上述した各実施形態及び上述した各実施形態において適宜説明した好適な形態の内容は、矛盾がない限り、任意に組み合わせて実施することが可能である。例えば、第2実施形態においても、第3実施形態と同様に、サブバッテリ4及びメインバッテリ8のSOCがそれぞれ100%になった場合、ソーラーパネル1の発電電力を用いたサブバッテリ4の充電を終了することが好ましい。さらに、第3実施形態では、ソーラーパネル1の発電電力を用いてメインバッテリ8の充電している場合があるため、サブバッテリ4及びメインバッテリ8のSOCがそれぞれ100%になった場合、ソーラーパネル1の発電電力を用いたサブバッテリ4またはメインバッテリ8の充電を終了することが好ましい。
<Others>
It should be noted that the contents of the preferred embodiments described as appropriate in the above-described embodiments and the above-described embodiments can be implemented in any combination as long as there is no contradiction. For example, in the second embodiment, similarly to the third embodiment, when the SOCs of the sub battery 4 and the main battery 8 become 100%, charging of the sub battery 4 using the generated power of the solar panel 1 is performed. It is preferable to end. Furthermore, in the third embodiment, since the main battery 8 may be charged using the generated power of the solar panel 1, when the SOC of the sub battery 4 and the main battery 8 becomes 100%, the solar panel It is preferable to end the charging of the sub battery 4 or the main battery 8 using the generated power of one.
1、100 ソーラーパネル
2、102 MPPT
3、7、103 バッテリ管理部
4 サブバッテリ
5_1〜5_n 双方向DC/DCコンバータ
6 制御部
8 メインバッテリ
9 インバータ
10 モータ
11 経路
101 バッテリ
SW1〜SW2 スイッチ
1,100 Solar panel 2,102 MPPT
3, 7, 103 Battery management unit 4 Sub battery 5_1 to 5_n Bidirectional DC /
Claims (10)
前記太陽電池の発電電力を最大化するために前記太陽電池の動作点を制御するMPPT(Maximum Power Point Tracking)と、
第1蓄電装置と、
第2蓄電装置と、
前記第1蓄電装置と前記第2蓄電装置との間で電力を電送する複数の双方向DC−DCコンバータと、
前記複数の双方向DC−DCコンバータの動作個数を制御する制御部とを備え、
前記太陽電池の出力端が前記MPPTの入力端に接続され、
前記MPPTの出力端が前記第1蓄電装置に接続され、
前記複数の双方向DC−DCコンバータの各第1入出力端子が前記第1蓄電装置に接続され、
前記複数の双方向DC−DCコンバータの各第2入出力端子が前記第2蓄電装置に接続されることを特徴とするソーラー充電システム。 Solar cells,
MPPT (Maximum Power Point Tracking) for controlling the operating point of the solar cell in order to maximize the generated power of the solar cell;
A first power storage device;
A second power storage device;
A plurality of bidirectional DC-DC converters for transmitting power between the first power storage device and the second power storage device;
A control unit for controlling the number of operations of the plurality of bidirectional DC-DC converters,
The output end of the solar cell is connected to the input end of the MPPT,
An output terminal of the MPPT is connected to the first power storage device;
Each first input / output terminal of the plurality of bidirectional DC-DC converters is connected to the first power storage device,
The solar charging system, wherein each second input / output terminal of the plurality of bidirectional DC-DC converters is connected to the second power storage device.
前記第1蓄電装置が出力可能な電力量が第2所定値以下である場合、前記複数の双方向DC−DCコンバータの少なくとも一つが前記第2蓄電装置から前記第1蓄電装置へ電力を電送して前記第1蓄電装置を充電し、
前記第2所定値が前記第1所定値よりも小さい請求項1または請求項2に記載のソーラー充電システム。 When the amount of power that can be output by the first power storage device is equal to or greater than a first predetermined value, at least one of the plurality of bidirectional DC-DC converters transmits power from the first power storage device to the second power storage device. Charging the second power storage device,
When the amount of power that can be output by the first power storage device is equal to or less than a second predetermined value, at least one of the plurality of bidirectional DC-DC converters transmits power from the second power storage device to the first power storage device. Charging the first power storage device,
The solar charging system according to claim 1 or 2, wherein the second predetermined value is smaller than the first predetermined value.
前記第1蓄電装置が出力可能な電力量が第4所定値以上になると、前記第2蓄電装置から前記第1蓄電装置への電力電送を終了して前記第1蓄電装置の充電を終了し、
前記第3所定値が前記第1所定値よりも小さく、前記第3所定値が前記第4所定値よりも大きく、前記第4所定値が前記第2所定値よりも大きい請求項3に記載のソーラー充電システム。 When the amount of power that can be output by the first power storage device is equal to or less than a third predetermined value, power transmission from the first power storage device to the second power storage device is terminated, and charging of the second power storage device is terminated.
When the amount of power that can be output by the first power storage device is equal to or greater than a fourth predetermined value, power transmission from the second power storage device to the first power storage device is terminated, and charging of the first power storage device is terminated.
The third predetermined value is smaller than the first predetermined value, the third predetermined value is larger than the fourth predetermined value, and the fourth predetermined value is larger than the second predetermined value. Solar charging system.
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