JP2014023211A

JP2014023211A - 充電装置

Info

Publication number: JP2014023211A
Application number: JP2012157658A
Authority: JP
Inventors: Kei Kamiya; 慶神谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】日射状態に係わらず安定してバッテリを充電できる充電装置を提供する。
【解決手段】充電装置１は、太陽光パネル１０と、降圧コンバータ１１０と、制御ＣＰＵ１１１と、降圧コンバータ１２と、車両制御装置１３とを備えている。降圧コンバータ１１０の入力端子は太陽光パネル１０の出力端子に、出力端子は補機バッテリＢＬに接続されている。降圧コンバータ１２の入力端子はメインバッテリＢＨに、出力端子は補機バッテリＢＬに接続されている。制御ＣＰＵ１１１は、太陽光パネル１０の出力電力が最大となるように降圧コンバータ１１０をＭＰＰＴ制御する。車両制御装置１３は、出力電圧が所定電圧となるように降圧コンバータ１２を定電圧制御する。降圧コンバータ１２よって、補機バッテリＢＬを定電圧充電できる。そのため、日射状態に係わらず安定して補機バッテリＢＬを充電できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電装置の出力電圧を変換して第１バッテリを充電する第１充電回路と、第２バッテリの出力電圧を変換して第１バッテリを充電する第２充電回路とを備えた充電装置に関する。

従来、第１充電回路と、第２充電回路とを備えた充電装置として、例えば特許文献１に開示されている電気自動車の制御装置がある。

この電気自動車の制御装置は、非接触充電装置と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、第２ＤＣ／ＤＣコンバータとを備えている。第１ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子は高圧メインバッテリに、出力端子は第１低圧サブバッテリにそれぞれ接続されている。また、第２ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子は非接触充電装置に、出力端子は第２低圧サブバッテリにそれぞれ接続されている。非接触充電装置は、太陽光パネルであってもよいと記載されている。非接触充電装置が太陽光パネルであった場合、第２ＤＣ／ＤＣコンバータによって、太陽光パネルの出力電圧を降圧して第２低圧サブバッテリを充電することができる。また、第１ＤＣ／ＤＣコンバータによって、高圧メインバッテリの出力電圧を高圧して第１低圧サブバッテリを充電することができる。

第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子が、第１低圧サブバッテリではなく、第２低圧サブバッテリに接続されていた場合、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータによって、第２低圧サブバッテリを充電することができる。つまり、第１ＤＣ／ＤＣコンバータによって、高圧メインバッテリの出力電圧を降圧して第２低圧サブバッテリを充電することができる。また、第２ＤＣ／ＤＣコンバータによって、太陽光パネルの出力電圧を降圧して第２低圧サブバッテリを充電することができる。

特開２０１２−０７５２４１号公報

ところで、太陽光パネルの出力電圧は、日射状態によって大きく変化する。そのため、第２低圧サブバッテリの充電が、日射状態に左右されることになる。従って、第２低圧サブバッテリを安定して充電することができないという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、日射状態に係わらず安定してバッテリを充電することができる充電装置を提供することを目的とする。

本発明は、太陽光によって発電する太陽光発電装置と、入力端子が太陽光発電装置に、出力端子が第１バッテリにそれぞれ接続され、太陽光発電装置の出力電圧を変換して第１バッテリを充電する第１充電回路と、入力端子が第２バッテリに、出力端子が第１バッテリにそれぞれ接続され、第２バッテリの出力電圧を変換して第１バッテリを充電する第２充電回路と、第１充電回路及び第２充電回路を制御する制御回路と、を備えた充電装置において、制御回路は、太陽光発電装置の出力電力が最大となるように第１充電回路を制御するとともに、出力電圧が所定電圧となるように第２充電回路を制御することを特徴とする。

この構成によれば、第２充電回路によって、第１バッテリを定電圧充電することができる。そのため、日射状態によって第１充電回路の出力電力が変化しても第１バッテリを安定して充電することができる。従って、日射状態に係わらず安定して第１バッテリを充電することができる。

第１実施形態における充電装置の回路図である。図１の充電装置の動作を説明するためのフローチャートである。第１実施形態の変形形態における充電装置の回路図である。第２実施形態における充電装置の回路図である。図４の充電装置の動作を説明するためのフローチャートである。第２実施形態の変形形態における充電装置の回路図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る充電装置を、ハイブリッド車に搭載された補機バッテリ及びメインバッテリを充電する充電装置に適用した例を示す。
（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態の充電装置の構成について説明する。

図１に示す充電装置１は、太陽光によって発電し、その発電電圧を変換して、車両に搭載された補機バッテリＢＬ（第１バッテリ）を充電する装置である。また、車両に搭載されたメインバッテリＢＨ（第２バッテリ）の出力電圧を変換して補機バッテリＢＬを充電する装置でもある。ここで、補機バッテリＢＬは、車両に搭載された補機類及び充電装置１に電力を供給する充放電可能な電源である。メインバッテリＢＨは、車両走行用モータを駆動するためのパワーコントロールユニットＰＣＵに電力を供給する、補機バッテリＢＬより高電圧である充放電可能な電源である。メインバッテリＢＨの正極端子はスイッチＳＭＲ１を介してパワーコントロールユニットＰＣＵの正極入力端子に、負極端子はスイッチＳＭＲ２を介してパワーコントロールユニットＰＣＵの負極入力端子にそれぞれ接続されている。充電装置１は、太陽光パネル１０（太陽光発電装置）と、ソーラー制御装置１１と、降圧コンバータ１２（第２充電回路）と、車両制御装置１３（制御回路）とを備えている。

太陽光パネル１０は、車両に搭載され、太陽光によって発電する装置である。太陽光パネル１０は、補機バッテリＢＬの電圧より高く、メインバッテリＢＨの電圧より低い電圧を出力する。太陽光パネル１０の正極出力端子及び負極出力端子は、ソーラー制御装置１１に接続されている。

ソーラー制御装置１１は、車両に搭載され、太陽光パネル１０の出力電圧を変換して補機バッテリＢＬを充電する装置である。ソーラー制御装置１１は、降圧コンバータ１１０（第１充電回路）と、制御ＣＰＵ１１１（制御回路）とを備えている。

降圧コンバータ１１０は、制御ＣＰＵ１１１によって制御され、太陽光パネル１０の出力電圧を降圧して補機バッテリＢＬを充電する回路である。降圧コンバータ１１０の正極入力端子は太陽光パネル１０の正極出力端子に、負極入力端子は太陽光パネル１０の負極出力端子にそれぞれ接続されている。また、正極出力端子は補機バッテリＢＬの正極端子に、負極出力端子は補機バッテリＢＬの負極端子にそれぞれ接続されている。さらに、制御端子は、制御ＣＰＵ１１１に接続されている。

制御ＣＰＵ１１１は、車両制御装置１３を介して入力される走行信号、及び、太陽光パネル１０の出力電圧に基づいて、降圧コンバータ１１０を制御する素子である。制御ＣＰＵ１１１は、車両制御装置１３に接続されている。また、太陽光パネル１０の正極出力端子に接続されている。さらに、降圧コンバータ１１０の制御端子に接続されている。

降圧コンバータ１２は、車両に搭載され、車両制御装置１３によって制御され、メインバッテリＢＨの出力電圧を降圧して補機バッテリＢＬを充電する回路である。具体的には、スイッチＳＭＲ１、ＳＭＲ２を介してメインバッテリＢＨに接続され、メインバッテリＢＨの出力電圧を降圧して補機バッテリＢＬを充電する回路である。降圧コンバータ１２の正極入力端子はスイッチＳＭＲ１に、負極入力端子はスイッチＳＭＲ２にそれぞれ接続されている。また、正極出力端子は補機バッテリＢＬの正極端子に、負極出力端子は補機バッテリＢＬの負極端子にそれぞれ接続されている。さらに、制御端子は、車両制御装置１３に接続されている。

車両制御装置１３は、上位の制御装置（図略）から入力される走行信号に基づいて降圧コンバータ１２を制御するとともに、その走行信号を制御ＣＰＵ１１１に出力する装置である。また、車両に搭載された他の補機類を制御する装置でもある。ここで、走行信号は、車両が走行状態にあること示す信号であり、上位の制御装置から出力される。車両制御装置１３は、走行信号を出力する上位の制御装置に接続されている。また、降圧コンバータ１２の制御端子に接続されている。さらに、制御ＣＰＵ１１１に接続されている。

次に、図２を参照して充電装置の動作について説明する。

図２に示すように、制御ＣＰＵ１１１は、降圧コンバータ１１０を停止させる（Ｓ１００）。その後、車両制御装置１３は、上位の制御装置から入力される走行信号に基づいて、制御ＣＰＵ１１１は、車両制御装置１３から入力される走行信号に基づいて、それぞれ車両走行中であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。

ステップＳ１０１において、車両走行中であると判定した場合、車両制御装置１３は、降圧コンバータ１２の出力電圧が所定電圧となるように、降圧コンバータ１２を定電圧制御する（Ｓ１０２）。ここで、所定電圧は、補機バッテリＢＬの満充電時における開放電圧より大きい電圧に設定されている。これにより、メインバッテリＢＨの出力電圧が降圧され、降圧コンバータ１２によって、補機バッテリＢＬが定電圧充電される。

その後、制御ＣＰＵ１１１は、太陽光パネル１０の出力電力と対応関係のある出力電圧が第１基準電圧αより大きいか否かを判定する（Ｓ１０３）。降圧コンバータ１１０を介して補機バッテリＢＬを充電する場合、太陽光パネル１０が、降圧コンバータ１１０の損失電力等、その際に最低限必要とされる電力を出力していなければならない。ここで、第１基準電圧αは、最低限必要とされる電力に所定のマージンを加算し、その電力に対応する電圧値に設定されている。

ステップＳ１０３において、太陽光パネル１０の出力電圧が第１基準電圧αより大きいと判定した場合、制御ＣＰＵ１１１は、太陽光パネル１０の出力電力が最大となるように、降圧コンバータをＭＰＰＴ（ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ）制御する（Ｓ１０４）。これにより、降圧コンバータ１１０によって、太陽光パネル１０の出力電力が最大となるような状態で出力電圧が降圧され、補機バッテリＢＬが充電される。

ステップＳ１０３において、太陽光パネル１０の出力電圧が第１基準電圧α以下であると判定した場合、又は、ステップＳ１０４を実施した場合、制御ＣＰＵ１１１は、太陽光パネル１０の出力電圧が第１基準電圧αより小さい第２基準電圧βより大きいか否かを判定する（Ｓ１０５）。ここで、第２基準電圧βは、前述した最低限必要とされる電力に対応する電圧値に設定されている。

ステップＳ１０５において、太陽光パネル１０の出力電圧が第２基準電圧β以上であると判定した場合、直前の状態を保持し、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０５において、太陽光パネル１０の出力電圧が第２基準電圧βより小さいと判定した場合、制御ＣＰＵ１１１は、降圧コンバータ１１０を停止させ（Ｓ１０６）、ステップＳ１０１に戻る。

一方、ステップＳ１０１において、車両走行中でないと判定した場合、車両制御装置１３は、降圧コンバータ１２を、制御ＣＰＵ１１１は、降圧コンバータ１１０をそれぞれ停止させる（Ｓ１０７）。

次に、効果について説明する。

第１実施形態によれば、制御ＣＰＵ１１１は、太陽光パネル１０の出力電力が最大となるように降圧コンバータ１１０をＭＰＰＴ制御する。また、車両制御装置１３は、降圧コンバータ１２の出力電圧が所定電圧となるように、降圧コンバータ１２を定電圧制御する。降圧コンバータ１２よって、補機バッテリＢＬを定電圧充電することができる。そのため、日射状態によって降圧コンバータ１１０の出力電力が変化しても、補機バッテリＢＬを安定して充電することができる。従って、日射状態に係わらず安定して補機バッテリＢＬを充電することができる。

第１実施形態によれば、車両制御装置１３は、降圧コンバータ１２の出力電圧が所定電圧となるように、降圧コンバータ１２を定電圧制御する。所定電圧は、補機バッテリＢＬの満充電時における開放電圧より大きい電圧に設定されている。そのため、補機バッテリＢＬを確実に定電圧充電することができる。

なお、第１実施形態では、太陽光パネル１０の電圧が、補機バッテリＢＬの電圧より高く、メインバッテリＢＨの電圧より低く、降圧コンバータ１１０によって降圧して補機バッテリＢＬを充電する例を挙げているが、これに限られるものではない。太陽光パネル１０の電圧は、メインバッテリＢＨの電圧や補機バッテリＢＬの電圧より低くてもよい。この場合、図１に示す降圧コンバータ１１０を、昇圧コンバータ（第１充電回路）に変更することにより、太陽光パネル１０の出力電圧を昇圧して補機バッテリＢＬを充電することができ、同様の効果を得ることができる。

また、第１実施形態では、降圧コンバータ１１０によって太陽光パネル１０の出力電圧を降圧し補機バッテリＢＬを充電する例を挙げているが、これに限られるものではない。図３に示すように、ソーラー制御装置１１内に昇圧コンバータ１１２を設け、太陽光パネル１０の出力電圧を昇圧してメインバッテリＢＨを充電するようにしてもよい。その際、昇圧コンバータ１１２とメインバッテリＢＨの間に、スイッチ１４０、１４１を設け、制御ＣＰＵ１１１で制御するようにするとよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の充電装置について説明する。第２実施形態の充電装置は、第１実施形態の充電装置が、専用の降圧コンバータによってメインバッテリの出力電圧を降圧し補機バッテリを充電するのに対して、外部電源によってメインバッテリを充電する充電器に設けられた降圧コンバータによってメインバッテリの出力電圧を降圧し補機バッテリを充電するようにしたものである。

まず、図４を参照して第２実施形態の充電装置の構成について説明する。

図４に示す充電装置２は、太陽光パネル２０（太陽光発電装置）と、ソーラー制御装置２１と、充電器２５と、スイッチ２６０、２６１と、車両制御装置２３（制御回路）とを備えている。

太陽光パネル２０は、第１実施形態の太陽光パネル１０と同一構成である。ソーラー制御装置２１は、降圧コンバータ２１０と、制御ＣＰＵ２１１とを備えている。降圧コンバータ２１０及び制御ＣＰＵ２１１は、第１実施形態の降圧コンバータ１１０及び制御ＣＰＵ１１１と同一構成である。

充電器２５は、車両に搭載され、外部電源に接続された際、外部電源の出力電圧を変換してメインバッテリＢＨを充電する装置である。充電器２５は、外部電源の出力電圧を変換する回路とは別に、メインバッテリＢＨの出力電圧を降圧して補機バッテリＢＬを充電する降圧コンバータ２５０を備えている。降圧コンバータ２５０の正極入力端子はスイッチ２６０に、負極入力端子はスイッチ２６１にそれぞれ接続されている。

スイッチ２６０、２６１は、上位の制御装置（図略）によって制御され、降圧コンバータ２５０の正極出力端子及び負極出力端子をメインバッテリＢＨの正極端子及び負極端子にそれぞれ接続する素子である。スイッチ２６０、２６１の一端は降圧コンバータ２５０の正極出力端子及び負極出力端子に、他端はメインバッテリＢＨの正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。

車両制御装置２３は、上位の制御装置から入力される充電信号に基づいて降圧コンバータ２５０を制御するとともに、その充電信号を制御ＣＰＵ２１１に出力する装置である。また、車両に搭載された他の補機類を制御する装置でもある。ここで、充電信号は、充電器２５に外部電源が接続され、車両が充電状態にあること示す信号であり、上位の制御装置から出力される。車両制御装置１３は、充電信号を出力する上位の制御装置に接続されている。また、降圧コンバータ２５０に接続されている。さらに、制御ＣＰＵ２１１に接続されている。

次に、図５を参照して充電装置の動作について説明する。

図５に示すように、制御ＣＰＵ２１１は、降圧コンバータ２１０を停止させる（Ｓ２００）。その後、車両制御装置２３は、上位の制御装置から入力される充電信号に基づいて、制御ＣＰＵ２１１は、車両制御装置２３から入力される充電信号に基づいて、それぞれ車両が充電中であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。

ステップＳ２０１において、車両が充電中であると判定した場合、車両制御装置２３は、降圧コンバータ２５０の出力電圧が所定電圧となるように、降圧コンバータ２５０を定電圧制御する（Ｓ１０２）。ここで、所定電圧は、第１実施形態と同様に、補機バッテリＢＬの満充電時における開放電圧より大きい電圧に設定されている。スイッチ２６０、２６１は、上位の制御装置によって制御され、充電中オンしている。これにより、降圧コンバータ２５０によって、メインバッテリＢＨの出力電圧が降圧され、補機バッテリＢＬが定電圧充電される。

その後、制御ＣＰＵ２１１は、太陽光パネル２０の出力電力と対応関係のある出力電圧が第１基準電圧αより大きいか否かを判定する（Ｓ２０３）。ここで、第１基準電圧αは、第１実施形態と同様に、最低限必要とされる電力に所定のマージンを加算し、その電力に対応する電圧値に設定されている。

ステップＳ２０３において、太陽光パネル２０の出力電圧が第１基準電圧αより大きいと判定した場合、制御ＣＰＵ２１１は、太陽光パネル２０の出力電力が最大となるように、降圧コンバータをＭＰＰＴ制御する（Ｓ２０４）。

ステップＳ２０３において、太陽光パネル２０の出力電圧が第１基準電圧α以下であると判定した場合、又は、ステップＳ２０４を実施した場合、制御ＣＰＵ２１１は、太陽光パネル２０の出力電圧が第１基準電圧αより小さい第２基準電圧βより大きいか否かを判定する（Ｓ２０５）。ここで、第２基準電圧βは、第１実施形態と同様に、最低限必要とされる電力に対応する電圧値に設定されている。

ステップＳ２０５において、太陽光パネル２０の出力電圧が第２基準電圧β以上であると判定した場合、直前の状態を保持し、ステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０５において、太陽光パネル２０の出力電圧が第２基準電圧βより小さいと判定した場合、制御ＣＰＵ２１１は、降圧コンバータ２１０を停止させ（Ｓ２０６）、ステップＳ１０１に戻る。

一方、ステップＳ２０１において、車両が充電中でないと判定した場合、車両制御装置２３は、降圧コンバータ２５０を、制御ＣＰＵ２１１は、降圧コンバータ２１０をそれぞれ停止させる（Ｓ２０７）。

次に、効果について説明する。第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第２実施形態では、太陽光パネル２０の電圧が、補機バッテリＢＬの電圧より高く、メインバッテリＢＨの電圧より低く、降圧コンバータ２１によって降圧して補機バッテリＢＬを充電する例を挙げているが、これに限られるものではない。太陽光パネル２０の電圧は、メインバッテリＢＨの電圧や補機バッテリＢＬの電圧より低くてもよい。この場合、図４に示す降圧コンバータ２１０を、昇圧コンバータ（第１充電回路）に変更することにより、太陽光パネル２０の出力電圧を昇圧して補機バッテリＢＬを充電することができ、同様の効果を得ることができる。

また、第２実施形態では、降圧コンバータ２１０によって太陽光パネル２０の出力電圧を降圧し補機バッテリＢＬを充電する例を挙げているが、これに限られるものではない。図６に示すように、ソーラー制御装置２１内に昇圧コンバータ２１２を設け、太陽光パネル２０の出力電圧を昇圧してメインバッテリＢＨを充電するようにしてもよい。その際、昇圧コンバータ２１２とメインバッテリＢＨの間に、スイッチ２４０、２４１を設け、制御ＣＰＵ２１１で制御するようにするとよい。

１・・・充電装置、１０・・・太陽光パネル（発電装置）、１１・・・ソーラー制御装置、１１０・・・降圧コンバータ（第１充電回路）、１１１・・・制御ＣＰＵ（制御回路）、１２・・・降圧コンバータ（第２充電回路）、１３・・・車両制御装置、（制御回路）、ＰＣＵ・・・パワーコントロールユニット、ＳＭＲ１、ＳＭＲ２・・・スイッチ、ＢＨ・・・メインバッテリ（第２バッテリ）、ＢＬ・・・補機バッテリ（第１バッテリ）

Claims

太陽光によって発電する太陽光発電装置（１０）と、
入力端子が前記太陽光発電装置に、出力端子が第１バッテリ（ＢＬ）にそれぞれ接続され、前記太陽光発電装置の出力電圧を変換して前記第１バッテリを充電する第１充電回路（１１０）と、
入力端子が第２バッテリ（ＢＨ）に、出力端子が前記第１バッテリにそれぞれ接続され、前記第２バッテリの出力電圧を変換して前記第１バッテリを充電する第２充電回路（１２）と、
前記第１充電回路及び前記第２充電回路を制御する制御回路（１１１、１３）と、
を備えた充電装置において、
前記制御回路は、前記太陽光発電装置の出力電力が最大となるように前記第１充電回路を制御するとともに、出力電圧が所定電圧となるように前記第２充電回路を制御することを特徴とする充電装置。
前記所定電圧は、前記第１バッテリの満充電時における開放電圧より大きい電圧に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。