JP2014042404A - Charging device, solar system, electrical system, and vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池からの電気エネルギーを負荷に供給するための充電装置、ソーラーシステム、電気システム、および車両に関するものである。 The present invention relates to a charging device, a solar system, an electric system, and a vehicle for supplying electric energy from a solar cell to a load.
通常、自動車の補器および電装品は、鉛蓄電池に蓄積された電力によって駆動される。このため、鉛蓄電池の容量は、補器および電装品が消費する電力の総和が、鉛蓄電池の電力供給能力を長時間上回ることがないように設定される。また、エンジンの動作中はエンジンに接続された発電機(オルタネータ)で生成された電力により鉛蓄電池を充電している。このため、発電機の発電量は、補器および電装品が消費する電力量に対して長時間下回ることが無いように設定される。これにより、鉛蓄電池が出力可能な電力量(電気量)の極端な低下(バッテリー上がり)を防止している。 Normally, automobile auxiliary equipment and electrical components are driven by electric power stored in a lead-acid battery. For this reason, the capacity | capacitance of a lead storage battery is set so that the sum total of the electric power which an auxiliary device and an electrical component consume may not exceed the power supply capability of a lead storage battery for a long time. Further, during operation of the engine, the lead storage battery is charged with electric power generated by a generator (alternator) connected to the engine. For this reason, the power generation amount of the generator is set so as not to fall below the power amount consumed by the auxiliary equipment and the electrical equipment for a long time. Thereby, the extreme fall (battery rise) of the electric energy (electric amount) which a lead storage battery can output is prevented.
近年の自動車は、燃費向上のために、停車時にエンジンを停止するアイドリングストップ機能が採用されることが多い。この場合、エンジンを再始動するためのスタータを駆動するための電力は、通常、鉛蓄電池から供給される(例えば特許文献1)。 In recent years, an idling stop function for stopping an engine when the vehicle is stopped is often employed in an automobile in order to improve fuel efficiency. In this case, electric power for driving a starter for restarting the engine is usually supplied from a lead storage battery (for example, Patent Document 1).
しかしながら、補器および電装品の中には短時間で大量の電流が流れるものが少なくない。例えば、多くの補器および電装品では、起動時に非常に大きな突入電流が流れる。また、エンジンを始動するスタータには、12Vの鉛蓄電池の場合約100Aの電流が流れることになる。鉛蓄電池などの二次電池は、短時間に大電流を流す(放電する)回数が増えるにつれて、劣化が早くなる。 However, there are many auxiliary devices and electrical components in which a large amount of current flows in a short time. For example, in many auxiliary devices and electrical components, a very large inrush current flows at start-up. Further, in the case of a 12V lead-acid battery, a current of about 100 A flows through the starter that starts the engine. A secondary battery such as a lead-acid battery deteriorates faster as the number of times a large current flows (discharges) in a short time increases.
特に、アイドリングストップ車の場合は、エンジン停止からのスタータ駆動が頻繁に行われるため、上記問題が深刻となる。エンジン停止時には発電機が停止しているため、鉛蓄電池にかかる負担が大きいためである。アイドリングストップ車に搭載される鉛蓄電池は上記問題点を緩和するため短時間の大きな負荷に対して対策されたものを用いるが、このような鉛蓄電池は一般に高価である。 In particular, in the case of an idling stop vehicle, the starter drive is frequently performed after the engine is stopped, so that the above problem becomes serious. This is because the generator is stopped when the engine is stopped, and the load on the lead storage battery is large. A lead storage battery mounted on an idling stop vehicle uses a countermeasure against a large load for a short time in order to alleviate the above-mentioned problem, but such a lead storage battery is generally expensive.
ところで、最近、太陽電池モジュールを搭載した自動車が開発されている。例えば、特許文献2には、太陽電池モジュールを用いた自動車用電力供給システムが開示されている。上記自動車用電力供給システムは、太陽電池モジュールからの電力を、蓄電池(二次電池)および制御回路を介して、負荷に供給している。
Recently, automobiles equipped with solar cell modules have been developed. For example,
そこで、二次電池に代えて、太陽電池モジュールから負荷に大電流を短時間で流すことが考えられる。これを実現できれば、二次電池から負荷に大電流を短時間で流す回数を減らすことができ、二次電池の劣化を抑えることができる。 Therefore, it is conceivable to flow a large current from the solar cell module to the load in a short time instead of the secondary battery. If this can be realized, the number of times a large current flows from the secondary battery to the load in a short time can be reduced, and deterioration of the secondary battery can be suppressed.
しかしながら、太陽電池モジュールは、その設置面積が車両の寸法に限定されるため、出力する電力(単位時間当たりの電気エネルギー)も限定される。また、当該電力は、天気、温度などによって変動する。このため、太陽電池モジュールから短時間に大電流を流すことは困難である。実際、特許文献2では、起動時に蓄電池からの電力を負荷に供給し、その後に、太陽電池モジュールからの電力を負荷に供給している。すなわち、特許文献2では、太陽電池モジュールは、短時間に大電流を流すために使用されてはいない。
However, since the installation area of the solar cell module is limited to the dimensions of the vehicle, the output power (electric energy per unit time) is also limited. In addition, the power varies depending on weather, temperature, and the like. For this reason, it is difficult to flow a large current from the solar cell module in a short time. In fact, in
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池から負荷に大電流を短時間に流すことが可能な構成を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a configuration that allows a large current to flow from a solar cell to a load in a short time.
本発明に係る電源装置は、太陽電池からの電気エネルギーを負荷に供給するための電源装置であって、上記課題を解決するために、前記太陽電池からの電気エネルギーを蓄積し、蓄積した電気エネルギーを前記負荷に出力するキャパシタを備えることを特徴としている。 A power supply device according to the present invention is a power supply device for supplying electrical energy from a solar cell to a load, and in order to solve the above-mentioned problem, the electrical energy from the solar cell is accumulated, and the accumulated electrical energy Is provided to the load.
上記の構成によれば、キャパシタは、太陽電池で生成された電気エネルギー(電力)を蓄積し、蓄積した電気エネルギーを負荷に供給している。一般に、キャパシタは、二次電池とは異なり、短時間に大電流を充放電することが可能である。従って、本発明における上記キャパシタは、太陽電池からの蓄積された電気エネルギーを用いて、負荷に大電流を短時間に流すことができる。 According to said structure, the capacitor accumulate | stores the electrical energy (electric power) produced | generated with the solar cell, and supplies the accumulated electrical energy to load. Generally, unlike a secondary battery, a capacitor can charge and discharge a large current in a short time. Therefore, the capacitor according to the present invention can flow a large current to the load in a short time using the stored electrical energy from the solar cell.
これにより、二次電池が負荷に大電流を短時間に流す回数を抑制することができ、その結果、二次電池の劣化を抑えることができる。なお、キャパシタは、一般に、二次電池に比べて、充放電による損失および劣化が著しく少ない。従って、キャパシタは、短時間に大電流を流す回数が増えても、殆ど劣化しない。 Thereby, the frequency | count that a secondary battery sends a large current to a load for a short time can be suppressed, and as a result, deterioration of a secondary battery can be suppressed. Capacitors generally have significantly less loss and deterioration due to charging and discharging compared to secondary batteries. Therefore, the capacitor hardly deteriorates even if the number of times of flowing a large current in a short time increases.
本発明に係る電源装置では、前記太陽電池に対する最大電力点追従モジュールをさらに備えており、前記太陽電池からの電気エネルギーは、前記最大電力点追従モジュールを介して前記キャパシタに供給されることが好ましい。 The power supply device according to the present invention further includes a maximum power point tracking module for the solar cell, and electrical energy from the solar cell is preferably supplied to the capacitor via the maximum power point tracking module. .
ここで、最大電力点追従モジュール(Maximum Power Point Tracking Module、以下MPPTモジュールと略称する)とは、出力を最大化できる最適な電流および電圧の組合せである最大電力点を自動で追従できる制御装置のことである。 Here, the maximum power point tracking module (hereinafter referred to as MPPT module) is a control device that can automatically follow the maximum power point, which is an optimal combination of current and voltage that can maximize the output. That is.
上記MPPTモジュールにより、上記太陽電池が生成する電力を効率よく上記キャパシタに供給できるので、上記太陽電池が生成した電力をさらに効率よく負荷に供給することができる。 Since the electric power generated by the solar cell can be efficiently supplied to the capacitor by the MPPT module, the electric power generated by the solar cell can be supplied to the load more efficiently.
本発明に係る電源装置では、前記キャパシタからの出力電圧を所定の電圧に変換するコンバータをさらに備えており、前記キャパシタからの電気エネルギーは、前記コンバータを介して前記負荷に出力されることが好ましい。 Preferably, the power supply device according to the present invention further includes a converter that converts an output voltage from the capacitor into a predetermined voltage, and electrical energy from the capacitor is output to the load via the converter. .
一般に、上記キャパシタからの電気エネルギーを上記負荷に出力し続けると、上記キャパシタの出力電圧が低くなる。また、二次電池においても、短時間に大電流を流すと、長時間では容量に十分余裕がある場合であっても、出力電圧の低下が発生する。この場合、出力電圧の低下により、負荷が動作しなくなる虞がある。 Generally, when the electric energy from the capacitor is continuously output to the load, the output voltage of the capacitor is lowered. Also in a secondary battery, if a large current is passed in a short time, the output voltage will decrease even if there is a sufficient capacity for a long time. In this case, the load may not operate due to a decrease in the output voltage.
これに対し、上記の構成によると、コンバータにより所定の電圧で上記負荷を印加している。その結果、出力電圧の低下により負荷が動作しなくなることを防止できる。さらに、上記キャパシタは、1回の出力当たりの電力量(電気エネルギー)を大きくすることができ、その結果、上記コンバータを設けない場合に比べて、容量が小さくて済む。 On the other hand, according to the above configuration, the load is applied at a predetermined voltage by the converter. As a result, it is possible to prevent the load from operating due to a decrease in the output voltage. Furthermore, the capacitor can increase the amount of electric power (electric energy) per output, and as a result, the capacity can be smaller than when the converter is not provided.
なお、上記構成の電源装置と、該電源装置に電気エネルギーを供給する太陽電池と、前記電源装置からの電気エネルギーが供給される負荷とを備えることを特徴とする電気システムであれば、上述と同様の効果を奏することができる。 In addition, if it is an electric system characterized by including the power supply device of the said structure, the solar cell which supplies an electrical energy to this power supply device, and the load supplied with the electrical energy from the said power supply device, it is as above-mentioned. Similar effects can be achieved.
本発明に係る電気システムでは、前記電源装置から前記負荷に電気エネルギーを供給するための電力供給ラインに接続された二次電池をさらに備えてもよい。この場合、上記電源装置からの電気エネルギーを、上記負荷に供給すると共に、二次電池にも供給することができる。 The electric system according to the present invention may further include a secondary battery connected to a power supply line for supplying electric energy from the power supply device to the load. In this case, the electric energy from the power supply device can be supplied to the load and also to the secondary battery.
ところで、大電流での充放電が可能なキャパシタは、太陽電池で生成された電気エネルギーを蓄積し、蓄積した電気エネルギーを大電流で二次電池に供給して、該二次電池を充電することができる。すなわち、上記二次電池への充電を間欠的に行うことができる。これにより、上記充電に関する回路を間欠的に動作させればよいので、上記充電に関する回路を連続的に動作させていた従来技術に比べて、上記充電に関する回路の消費電力を小さくすることができる。その結果、上記太陽電池が生成した電力を効率よく二次電池に供給することができる。 By the way, a capacitor capable of charging / discharging with a large current accumulates electric energy generated by a solar cell, supplies the accumulated electric energy to the secondary cell with a large current, and charges the secondary cell. Can do. That is, the secondary battery can be charged intermittently. As a result, the circuit related to charging only needs to be operated intermittently, so that the power consumption of the circuit related to charging can be reduced as compared with the prior art in which the circuit related to charging is continuously operated. As a result, the electric power generated by the solar cell can be efficiently supplied to the secondary battery.
本発明に係る電気システムでは、二次電池と、前記電源装置から前記負荷への電気エネルギーの供給と、前記二次電池から前記負荷への電気エネルギーの供給とを切り替える切替手段とをさらに備えてもよい。この場合、キャパシタに蓄積された電気エネルギーが少ない場合、二次電池から負荷に電気エネルギーを供給できるので、二次電池が負荷に大電流を短時間に流す頻度が多少増えるが、負荷に電気エネルギーを安定して供給することができる。 The electrical system according to the present invention further includes a secondary battery, and switching means for switching between supply of electrical energy from the power supply device to the load and supply of electrical energy from the secondary battery to the load. Also good. In this case, when the electrical energy stored in the capacitor is small, the secondary battery can supply electrical energy to the load. Can be supplied stably.
なお、上記構成の電気システムを備えることを特徴とする車両であれば、上述と同様の効果を奏することができる。なお、上記車両には、自動車、自動二輪車、自転車、リアカーなども含まれる。 In addition, if it is a vehicle characterized by providing the electric system of the said structure, there can exist an effect similar to the above-mentioned. The vehicle includes an automobile, a motorcycle, a bicycle, a rear car, and the like.
ところで、スタータは、短時間ではあるが大電流を流す必要がある。従って、本発明に係る車両では、前記車両の動力源である内燃機関と、該内燃機関を駆動するスタータとをさらに備えており、前記負荷は、前記スタータを含むことが好ましい。 By the way, the starter needs to pass a large current for a short time. Therefore, the vehicle according to the present invention further includes an internal combustion engine that is a power source of the vehicle and a starter that drives the internal combustion engine, and the load preferably includes the starter.
本発明に係る車両では、前記内燃機関を停車時に停止させるアイドリングストップ手段をさらに備えてもよい。この場合、スタータを使用する回数が著しく多くなるため、本発明の適用が特に効果的である。 The vehicle according to the present invention may further include an idling stop means for stopping the internal combustion engine when the vehicle is stopped. In this case, since the number of times of using the starter is remarkably increased, the application of the present invention is particularly effective.
以上のように、本発明に係る電源装置では、キャパシタは、太陽電池で生成された電気エネルギーを蓄積し、蓄積した電気エネルギーを用いて、負荷に大電流を短時間に流すことができるという効果を奏する。 As described above, in the power supply device according to the present invention, the capacitor accumulates the electric energy generated by the solar cell, and the accumulated electric energy can be used to flow a large current to the load in a short time. Play.
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1および図2を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る自動車(車両)に搭載された車載電気システム(電気システム)1の概略構成を示すブロック図である。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an in-vehicle electric system (electric system) 1 mounted on an automobile (vehicle) according to the present embodiment.
(車載電気システムの概要)
図1に示すように、本実施形態の車載電気システム1は、車載ソーラーシステム100、負荷111・112、二次電池113、BMU(Battery Management Unit、バッテリ管理ユニット)114、およびECU(Electronic Control Unit、電子制御ユニット)115を備えている。
(Outline of in-vehicle electrical system)
As shown in FIG. 1, the in-vehicle
図1では、電源ラインが太線で示され、信号ラインが細線で示される。電源ラインには、車載ソーラーシステム100および負荷111・112が接続され、さらに、BMU114を介して二次電池113が接続される。また、信号ラインには、車載ソーラーシステム100、負荷111・112、およびBMU114が接続される。
In FIG. 1, the power supply line is indicated by a thick line, and the signal line is indicated by a thin line. The in-vehicle
(車載ソーラーシステムの概要)
図1に示すように、車載ソーラーシステム100は、太陽電池モジュール101、キャパシタ102、端子103、MPPTモジュール104、コンバータ105、キャパシタ用電圧センサ106、および出力用電圧センサ107を備えている。
(Outline of in-vehicle solar system)
As shown in FIG. 1, the in-vehicle
太陽電池モジュール101は、1個または複数個の太陽電池セルからなり、太陽光エネルギーを電力に変換するものである。太陽電池モジュール101は、発生した電力をMPPTモジュール104に供給される。
The
MPPTモジュール104は、太陽電池モジュール101から最大の電力を取り出せるよう、最適な動作点を自動的に追従するものである。また、MPPTモジュール104は、太陽電池モジュール101からの電力を、適当な電圧に変換して、キャパシタ102に供給する。
The
また、MPPTモジュール104は、キャパシタ102の電圧を監視し、キャパシタ102に蓄積された電気量がキャパシタ102の許容量に達した状態である満充電状態であるかどうかを、キャパシタ102の上記電圧から判断する。MPPTモジュール104は、キャパシタ102が満充電状態であると判断した場合、キャパシタ102への電力の供給を停止する。
Further, the
キャパシタ102は、太陽電池モジュール101からMPPTモジュール104を介して供給された電力を一時的に蓄積するものである。キャパシタ102は、蓄積した電力をコンバータ105に供給する。
The
コンバータ105は、キャパシタ102から供給された直流電流の電圧(直流電圧)を所定の電圧に変換(昇圧または降圧)して、端子103に出力するものである。端子103には、第1の負荷111、第2の負荷112、および二次電池113が接続されている。
The
キャパシタ用電圧センサ106は、キャパシタ102の電圧を検出するものであり、キャパシタ102からコンバータ105への電源ラインに設けられる。キャパシタ用電圧センサ106は、検出したキャパシタ102の電圧をコンバータ105に送信する。
出力用電圧センサ107は、端子103の出力側電圧を検出するものであり、端子103の出力側の電源ラインに設けられる。出力用電圧センサ107は、検出した出力側電圧をコンバータ105に送信する。
The
MPPTモジュール104、キャパシタ102、コンバータ105、端子103、および電圧センサ106・107によって、太陽電池モジュール101からの電気エネルギーを負荷111・112に供給するための電源装置が構成される。
The
(車載ソーラーシステムの詳細)
次に、車載ソーラーシステム100の各構成の詳細について説明する。
(Details of in-vehicle solar system)
Next, the detail of each structure of the vehicle-mounted
太陽電池モジュール101を構成する太陽電池セルとしては、例えば、シリコン単結晶セル、シリコン多結晶セル、アモルファスシリコンセル、化合物半導体セル(GaAs系、InGaAs系、CIS(Cu In Se)系等)、有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電池などを用いることができる。太陽電池モジュール101の定格発電量は、例えば50W〜1kWとすることができる。上記定格発電量に対応する太陽電池モジュール101の電池領域は、例えば変換効率20%のシリコン太陽電池を用いた場合、0.25m2〜5m2となる。
Examples of solar cells constituting the
太陽電池モジュール101の出力電圧は、例えば2.5V〜100Vとすることができる。なお、負荷111・112および二次電池113の電圧が12Vである場合、これに近い5V〜20Vとすることが好ましい。
The output voltage of the
太陽電池モジュール101の設置場所は、上記自動車のルーフが最も好ましいが、ボンネットやドアなどにも分割して配置してもよい。
The
MPPTモジュール104は、太陽電池モジュール101で発生した電力を効率よく伝送するため、自動的に最適な動作点を追従する。また、MPPTモジュール104は、キャパシタ102に適切な電圧を印加するため、直流電圧を変換するコンバータの機能も内蔵している。
The
なお、キャパシタ102に過大な電圧を与えないように太陽電池モジュール101の出力電圧を設定すれば、MPPTモジュール104は必ずしも必要ではない。この場合、MPPTモジュール104の代わりに、ダイオード等の逆流防止回路を設ければよい。
Note that the
キャパシタ102としては、大容量の電気二重層キャパシタを用いることができる。また、キャパシタ102の定格電圧は、2.5V〜100Vとすることができる。なお、負荷111・112および二次電池113の電圧が12Vである場合、これに近い5V〜20Vとするのが好ましい。
As the
キャパシタ102の容量は、キャパシタ102の定格電圧を15Vとした場合、例えば、5F〜1000Fとすることができる。定格電圧2.5Vのキャパシタを直列接続して定格電圧を15Vとする場合は、30F〜6000Fのキャパシタを6個直列接続すればよい。
The capacity of the
コンバータ105は、上述のように、キャパシタ102からの直流電圧を、所定の電圧に昇圧または降圧するものである。キャパシタ102の出力電圧は、蓄積された電荷量により変動するが、コンバータ105により所定の電圧を出力することができる。コンバータ105の出力電圧は、二次電池113の電圧が12Vの鉛蓄電池である場合、14.5V程度とするのが好ましい。
As described above, the
コンバータ105の入出力電力は、どのような負荷111・112を駆動するかにより設定される。例えば、負荷111・112にスタータが含まれる場合、1kW以上とするのが好ましい。
The input / output power of the
本実施形態では、コンバータ105は、キャパシタ102が満充電状態であり、かつ、負荷111・112の少なくとも一方に電力を供給する必要がある場合には、キャパシタ102から供給された電力について、上記電圧の変換(昇圧または降圧)を行った上で、端子103に出力する。一方、コンバータ105は、キャパシタ102が充電中である場合、または負荷111・112に電力を供給する必要がない場合には、上記電圧の変換および端子103への出力を休止する。このとき、コンバータ105は、ほとんど電力を消費しなくて済む。さらに、上記自動車が駐車しているときは、コンバータ105を制御するために車載のECU115を起動する必要がない。
In the present embodiment, when the
なお、キャパシタ102が充電中であるか、或いは満充電状態であるかの判断は、コンバータ105が、キャパシタ102の電圧をキャパシタ用電圧センサ106から受信して監視することにより行うことができる。また、負荷111・112の少なくとも一方に電力を供給する必要があるか否かの判断は、コンバータ105が、端子103の出力側電圧を出力用電圧センサ107から受信して監視することにより行うことができる。
Whether the
端子103は、キャパシタ102から負荷111・112に電力を供給するために設けられている。この端子103は、車載ソーラーシステム100と外部との境界を規定するものである。従って、車載ソーラーシステム100は、端子103にて取り外し可能であってもよいし、取り外し可能でなくてもよい。また、端子103は、端子として明確な形状であってもよいし、明確な形状でなくてもよい。また、コンバータ105(コンバータ105が省略される場合はキャパシタ102)と、負荷111・112および二次電池113とが電源ラインで直接接続されていてもよい。この場合、上記電力供給ラインにおける何れかの部分が端子103となる。
The terminal 103 is provided to supply power from the
(その他の構成)
本実施形態では、車載ソーラーシステム100は、車載ソーラーシステム100に接続された負荷111・112に電力を供給して動作させるために用いられているが、更に、二次電池113を充電するために用いられてもよい。
(Other configurations)
In the present embodiment, the in-vehicle
車載ソーラーシステム100の端子103に接続された第1の負荷111は、例えばエンジン(内燃機関)を始動するスタータである。通常、スタータは1kW程度の電力を消費する。駆動電圧が12Vの場合は、駆動電流は100A近くに達する。アイドリングストップ車の場合は、スタータを駆動する時間は約0.5秒前後である。手動でエンジンを始動する場合は、それよりも長い時間スタータを駆動することがある。
The
車載ソーラーシステム100の端子103に接続された第2の負荷112は、例えば、スタータ以外の種々の補器および電装品である。補器および電装品の例としては、点火系、ヘッドライト、制動灯、方向指示器、ECU、送風ファン、電動エアコン(エアーコンディショナー)、ステレオ、ナビゲーション等が挙げられる。
The
二次電池113は、12Vの鉛蓄電池を用いるのが現在の主流であるが、その他の電圧の鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等であってもよい。
The
BMU114は、二次電池113の制御および保護を行うものである。すなわち、BMU114によって二次電池113の充放電は制御される。
The
ECU115は、車載電気システム1における各種デバイスを統括制御するものである。具体的には、ECU115は、上記各種デバイスから情報を収集し、収集した情報に基づいて、上記各種デバイスの動作を指示する。図1の例では、ECU115は、コンバータ105、負荷111・112、およびBMU114について、上記情報の収集および上記動作の指示を行っている。
The
(車載ソーラーシステムの動作)
上記構成の車載ソーラーシステム100の動作について、図2を参照して説明する。図2は、車載ソーラーシステム100におけるコンバータ105の動作の流れを示すフローチャートである。
(Operation of in-vehicle solar system)
The operation of the in-vehicle
図2に示すように、コンバータ105は、まず、出力用電圧センサ107の電圧値を取得し(S100)、取得した出力用電圧センサ107の電圧値が第1の所定値以下であるか否かを判断する(S101)。この第1の所定値は、負荷111・112への電力伝送の必要性を判断するためのものである。出力用電圧センサ107の電圧値が第1の所定値よりも大きい場合、車載ソーラーシステム100から負荷111・112への電力伝送は不要であると判断して、ステップS100に戻り、上記動作を繰り返す。
As shown in FIG. 2,
一方、出力用電圧センサ107の電圧値が第1の所定値以下である場合、コンバータ105は、キャパシタ用電圧センサ106の電圧値を取得し(S102)、取得したキャパシタ用電圧センサ106の電圧値が第2の所定値以上であるか否かを判断する(S103)。この第2の所定値は、キャパシタ102に十分な電力が蓄積されているかを判断するためのものである。キャパシタ用電圧センサ106の電圧値が第2の所定値よりも小さい場合、車載ソーラーシステム100から負荷111・112への電力伝送は不十分であると判断して、ステップS100に戻り、上記動作を繰り返す。
On the other hand, when the voltage value of
一方、キャパシタ用電圧センサ106の電圧値が第2の所定値以上である場合、コンバータ105は、キャパシタ102から負荷111・112への電力伝送を開始する(S104)。
On the other hand, when the voltage value of
次に、コンバータ105は、出力用電圧センサ107の電圧値を取得し(S105)、取得した出力用電圧センサ107の電圧値が第3の所定値以上であるか否かを判断する(S106)。この第3の所定値は、負荷111・112への電力伝送の必要性が無くなったかと、負荷111・112の電圧が異常であるかとを判断するためのものである。出力用電圧センサ107の電圧値が第3の所定値以上である場合、車載ソーラーシステム100から負荷111・112への電力伝送は不要になったと判断して、キャパシタ102から負荷111・112への電力伝送を停止し(S109)、その後にステップS100に戻り、上記動作を繰り返す。
Next,
一方、出力用電圧センサ107の電圧値が第3の所定値よりも小さい場合、コンバータ105は、キャパシタ用電圧センサ106の電圧値を取得し(S107)、取得したキャパシタ用電圧センサ106の電圧値が第4の所定値以下であるか否かを判断する(S108)。この第4の所定値は、キャパシタ102に十分な電力が残存しているかを判断するためのものである。キャパシタ用電圧センサ106の電圧値が第4の所定値よりも大きい場合、キャパシタ102に十分な電力が残存していると判断して、ステップS105に戻り、上記動作を繰り返す。一方、キャパシタ用電圧センサ106の電圧値が第4の所定値以下である場合、キャパシタ102に十分な電力が残存していないと判断して、上記電力伝送を停止し(S109)、その後にステップS100に戻り、上記動作を繰り返す。
On the other hand, when the voltage value of
なお、出力用電圧センサ107に関するステップS100・S101の動作と、キャパシタ用電圧センサ106に関するステップS102・S103の動作とは、順序を入れ替えてもよい。同様に、出力用電圧センサ107に関するステップS105・S106の動作と、キャパシタ用電圧センサ106に関するステップS107・S108の動作とは、順序を入れ替えてもよい。また、第1の所定値と第3の所定値とは同じであってもよい。同様に、第2の所定値と第4の所定値とは同じであってもよい。
Note that the order of the operations in steps S100 and S101 related to the
以上のように、本実施形態の車載ソーラーシステム100は、太陽光エネルギーを電力に変換するとともに該電力を車載の負荷111・112に供給するものであって、太陽光エネルギーを電力に変換する太陽電池モジュール101と、太陽電池モジュール101から供給された電力を蓄積するキャパシタ102と、キャパシタ102から負荷111・112および二次電池113に電力を供給する端子103とを備えている。
As described above, the in-vehicle
上記の構成によれば、大電流での充放電が可能であり、かつ充放電回数に制限がほぼないキャパシタ102から、負荷111・112に大電流を短時間に流すことができる。これにより、二次電池113が負荷111・112に大電流を短時間に流す回数を抑制することができ、その結果、二次電池113の劣化を抑制することができる。
According to the above configuration, charging / discharging with a large current is possible, and a large current can be passed through the
更に、キャパシタ102に蓄積される電力は、太陽電池モジュール101から供給されるものであり、エンジンに接続された発電機から供給されるものではない。従って、車載ソーラーシステム100を搭載した自動車の燃費を向上することができる。
Furthermore, the electric power stored in the
太陽電池モジュール101が生成する電力は太陽電池セルの総面積に比例するので、自動車のように実装面積が限られている場合には大電流を得ることができない。また、太陽電池モジュール101が生成する電力は、日射量により常に変動する。太陽電池モジュール101が生成する電力を、一旦キャパシタ102に蓄積することにより、キャパシタ102から大電流を取り出すことができるようになる。従って、自動車の燃費向上と、二次電池113の劣化の抑制を両立することができる。
Since the electric power generated by the
また、本実施形態では、太陽電池モジュール101とキャパシタ102の間には、最大電力点追従機能を有するMPPTモジュール104が設けられている。これにより、太陽電池モジュール101が生成する電力を効率よくキャパシタ102に供給できるので、太陽電池モジュール101が生成した電力をさらに効率よく負荷111・112に供給することができる。その結果、上記自動車の燃費または電費をさらに改善することができる。
In the present embodiment, an
また、本実施形態では、キャパシタ102と端子103との間には、電圧を変換するコンバータが設けられている。これにより、キャパシタ102からの放電によりキャパシタ102からの電圧が低下しても、車載ソーラーシステム100は、コンバータ105により所定の電圧で負荷111・112を印加するので、出力電圧の低下により負荷111・112が動作しなくなることを防止できる。さらに、キャパシタ102は、1回の出力当たりの電力量を大きくすることができ、その結果、コンバータ105を設けない場合に比べて、容量が小さくて済む。
In the present embodiment, a converter that converts a voltage is provided between the
(動作例1)
次に、車載ソーラーシステム100の第1の動作例を説明する。
(Operation example 1)
Next, a first operation example of the in-vehicle
ここでは、一例として、太陽電池モジュール101の定格電圧を5V、定格発電量を50W、キャパシタ102の定格電圧を15V、静電容量を20Fとする。
Here, as an example, the rated voltage of the
車載の太陽電池モジュール101は、太陽光エネルギーを電力に変換し、MPPTモジュール104を経てキャパシタ102を充電する。MPPTモジュール104は、太陽電池モジュール101で発生した電力を効率よく供給するため、自動的に最適な動作点を追従する。また、MPPTモジュール104は、太陽電池モジュール101から受けた電力の電圧を15Vに昇圧してキャパシタ102を充電する。
The on-vehicle
なお、キャパシタ102の電圧は、電荷の蓄積と共に上昇するので、MPPTモジュール104の出力電圧をキャパシタ102の電圧にあわせて変化させることにより、充電効率をより向上させることができる。
Note that since the voltage of the
キャパシタ102が全く充電されていない状態から満充電状態になるまでの時間は、太陽電池モジュール101が定格通りの出力をしている場合、90秒である。さらに、MPPTモジュール104の出力電圧をキャパシタ102の電圧にあわせて変化させた場合、45秒である。キャパシタ102が満充電状態になると、MPPTモジュール104は動作を休止する。
The time from when the
キャパシタ102に蓄積された電力は、スタータである第1の負荷111を駆動するために、必要に応じて供給される。好ましくは、アイドリングストップ機能を備えた自動車において、アイドリングストップの状態を解除するためエンジンを始動する場合に、スタータを駆動する。
The electric power stored in the
キャパシタ102に蓄積された電力を使用する場合、コンバータ105によって例えば12Vに電圧が変換される。キャパシタ102の電圧は、蓄積された電荷(電力量)が失われるにつれて低下するが、コンバータ105により出力される電圧を一定に保つことができる。
When the electric power stored in the
コンバータ105から出力された電力は、端子103を通じてスタータである第1の負荷111に供給される。キャパシタ102に蓄積される最大電力は、電圧が15V、静電容量が20Fのとき、2.25kWsである。従って、スタータが1kWの電力を消費するとすれば、スタータを約2秒駆動することができる。これはエンジンを再始動させるには十分な時間である。
The electric power output from the
スタータである第1の負荷111の駆動が終了すると、コンバータ105の出力は停止し、太陽電池モジュール101からキャパシタ102への充電が再開される。
When driving of the
第1の動作例では、車載ソーラーシステム100は、短時間であるが大電力を要するスタータを駆動するために電力を供給する。そして、キャパシタ102は、二次電池113に比べて大電流での充放電が容易で、充放電回数に制限がほぼない。従って、二次電池113で第1の負荷111を駆動した場合に比べて、二次電池の電圧降下および劣化を防ぐ効果が顕著となる。
In the first operation example, the vehicle-mounted
特に、車載ソーラーシステム100が搭載される自動車がアイドリングストップ機能を有する場合、スタータを使用する回数が非常に多くなるため、二次電池の電圧降下および劣化を防ぐ効果が特に顕著となる。
In particular, when the vehicle on which the in-vehicle
(動作例2)
次に、車載ソーラーシステム100の第2の動作例を説明する。なお、以下では、第1の動作例と異なるものについて説明し、同様のものについてはその説明を省略する。
(Operation example 2)
Next, a second operation example of the in-vehicle
ここでは、一例として、太陽電池モジュール101の定格電圧を10V、定格発電量を200W、キャパシタ102の定格電圧を15V、静電容量を200Fとする。
Here, as an example, the rated voltage of the
キャパシタ102が全く充電されていない状態から満充電状態になるまでの時間は、太陽電池モジュール101が定格通りの出力をしている場合、225秒である。さらに、MPPTモジュール104の出力電圧をキャパシタ102の電圧にあわせて変化させた場合、112.5秒である。キャパシタ102が満充電状態となると、MPPTモジュール104は動作を休止する。
The time from when the
キャパシタ102に蓄積された電力は、種々の補器および電装品である第2の負荷112を動作させるために、必要に応じて供給される。さらに、キャパシタ102に蓄積された電力は、スタータである第1の負荷111を駆動するために供給されてもよい。好ましくは、アイドリングストップ機能を備えた自動車において、アイドリングストップ中に第2の負荷112を動作させる。なお、アイドリングストップ中に限らず、通常走行中に第2の負荷112を動作してもよい。
The electric power stored in the
コンバータ105から出力された電力は、端子103を通じて補器および電装品である第2の負荷112に供給される。キャパシタ102に蓄積される最大電力は、電圧が15V、静電容量が200Fのとき、22.5kWsである。従って、第2の負荷112の消費電力が250Wであれば、第2の負荷112を90秒間駆動することができる。アイドリングストップ時に第2の負荷112を駆動するとすれば、多くの場合、アイドリングストップ時の電力を補うことができる。
The electric power output from the
第2の負荷112の駆動が終了すると、コンバータ105の出力は停止し、太陽電池モジュール101からキャパシタ102への充電が再開される。
When the driving of the
(動作例3)
次に、車載ソーラーシステム100の第3の動作例を説明する。なお、以下では、第1の動作例と異なるものについて説明し、同様のものについてはその説明を省略する。
(Operation example 3)
Next, a third operation example of the in-vehicle
ここでは、一例として、太陽電池モジュール101の定格電圧を10V、定格発電量を200W、キャパシタ102の定格電圧を15V、静電容量を200Fとする。
Here, as an example, the rated voltage of the
キャパシタ102が全く充電されていない状態から満充電状態になるまでの時間は、太陽電池モジュール101が定格通りの出力をしている場合、225秒である。さらに、MPPTモジュール104の出力電圧をキャパシタ102の電圧にあわせて変化させた場合、112.5秒である。キャパシタ102が満充電状態となると、MPPTモジュール104は動作を休止する。
The time from when the
キャパシタ102に蓄積された電力は、スタータである第1の負荷111と、種々の補器および電装品である第2の負荷112との少なくとも一方を駆動すると共に、二次電池113の充電も行う。キャパシタ102に蓄積される最大電力は、電圧が15V、静電容量が200Fのとき、22.5kWsである。
The electric power stored in the
第1の負荷111の駆動、第2の負荷112の動作、および二次電池113への充電が終了すると、コンバータ105の出力は停止し、太陽電池モジュール101からキャパシタ102への充電が再開される。
When the driving of the
本動作例では、車載ソーラーシステム100は、二次電池113への充電を行う。通常、二次電池113の電力は、エンジンの動力を使用して発電機により供給されるので、車載ソーラーシステム100が二次電池113を充電することにより、顕著に自動車の燃費を向上させることができる。
In this operation example, the vehicle-mounted
太陽電池モジュール101で生成された電力は、一旦キャパシタ102に蓄積されるため、太陽電池モジュール101が生成する電流(電力)に比べて大きな電流(電力)で二次電池113を充電することが可能であり、さらに、二次電池113を間欠的に充電することが可能となる。従って、コンバータ105の動作時間を短縮できることにより、太陽電池モジュール101で発電された電力を効率よく二次電池113に供給することができる。
Since the electric power generated by the
この効果は、日照が弱かったり、設置面積が狭かったりして、太陽電池モジュール101の出力が小さいときに特に顕著である。例えば、太陽電池モジュール101の出力が50Wで、コンバータ105の消費電力が30Wであり、発電した電力をそのまま負荷111・112に供給した場合、太陽電池モジュール101の出力の60%がコンバータ105の消費電力として失われてしまう。しかしながら、キャパシタ102から1kWの電力を負荷111・112に供給すれば、コンバータ105の消費電力による損失は3%となる。
This effect is particularly remarkable when the sunlight is weak or the installation area is small and the output of the
〔実施の形態2〕
次に、本発明の別の実施形態について、図3を参照して説明する。本実施形態に係る自動車における車載電気システムは、図1に示す車載電気システム1に比べて、出力用電圧センサ107が省略されている点が異なり、その他の構成は同様である。このため、本実施形態の車載電気システム1の概略構成を示すブロック図は省略している。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The in-vehicle electric system in the automobile according to the present embodiment is different from the in-vehicle
図1に示す車載電気システム1では、負荷111・112に電力を供給する必要があるか否かの判断は、コンバータ105が、端子103の出力側電圧を出力用電圧センサ107から受信して監視することにより行っている。これに対し、本実施形態の車載電気システム1では、負荷111・112に電力を供給する必要があるか否かの判断は、コンバータ105が、ECU115からの指示に基づき行っている。
In the in-vehicle
本実施形態の車載電気システム1における車載ソーラーシステム100の動作について、図3を参照して説明する。図3は、車載ソーラーシステム100におけるコンバータ105の動作の流れを示すフローチャートである。図3に示すコンバータ105の動作は、図2に示すコンバータ105の動作に比べて、ステップS100・S101の代わりに、ステップS110が設けられている点と、ステップS105・S106のの代わりに、ステップS111が設けられている点とが異なり、その他の動作は同様である。
Operation | movement of the vehicle-mounted
図3に示すように、コンバータ105は、まず、車載ソーラーシステム100から負荷111・112への電力伝送がECU115から指示されるまで待機する(S111)。該電力伝送が指示されると、ステップS102・S103を行い、キャパシタ用電圧センサ106の電圧値が上述の第2の所定値よりも小さい場合、上記電力伝送を行うには不十分であると判断して、ステップS110に戻り、上記動作を繰り返す。
As shown in FIG. 3,
一方、キャパシタ用電圧センサ106の電圧値が第2の所定値以上である場合、コンバータ105は、上記電力伝送には十分であると判断して、キャパシタ102から負荷111・112への電力伝送を開始する(S104)。
On the other hand, when the voltage value of
次に、コンバータ105は、上記電力伝送の停止がECU115から指示されたか否かを判断する(S111)。上記電力伝送の停止が指示された場合、キャパシタ102から負荷111・112への電力伝送を停止し(S109)、その後にステップS110に戻り、上記動作を繰り返す。
Next,
一方、上記電力伝送の停止がECU115から指示されなかった場合、ステップS107・S108を行い、キャパシタ用電圧センサ106の電圧値が上述の第4の所定値よりも大きい場合、キャパシタ102に十分な電力が残存していると判断して、ステップS111に戻り、上記動作を繰り返す。一方、キャパシタ用電圧センサ106の電圧値が第4の所定値以下である場合、キャパシタ102に十分な電力が残存していないと判断して、上記電力伝送を停止し(S109)、その後にステップS100に戻り、上記動作を繰り返す。
On the other hand, if the
以上のように、コンバータ105は、出力用電圧センサ107を設けなくても、ECU115からの指示に基づき負荷111・112への電力伝送を行ったり停止したりすることができる。
As described above,
〔実施の形態3〕
次に、本発明の他の実施形態について、図4および図5を参照して説明する。図4は、本実施形態に係る自動車における車載電気システムの概略構成を示すブロック図である。なお、上記実施形態で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the in-vehicle electric system in the automobile according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure which has the function similar to the structure demonstrated in the said embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
(車載電気システムの構成)
本実施形態の車載電気システム2は、図1に示す車載電気システム1に比べて、車載ソーラーシステム100に代えて車載ソーラーシステム200が設けられている点と、車載ソーラーシステム200と負荷111・112および二次電池113との間にスイッチ(切替手段)211が設けられている点と、スイッチ211を制御するスイッチコントローラ212が設けられている点とが異なり、その他の構成は同様である。本実施形態の車載ソーラーシステム200は、図1に示す車載ソーラーシステム100に比べて、コンバータ105および出力用電圧センサ107が省略されている点が異なり、その他の構成は同様である。このため、キャパシタ102は、コンバータを介することなく、端子103に直接接続されることになる。
(Configuration of in-vehicle electrical system)
The in-vehicle
スイッチ211は、第1の負荷111の接続先が、車載ソーラーシステム200の側と二次電池113の側との何れかに切り替えるものである。また、車載ソーラーシステム200は、スイッチ211の存在により、第2の負荷112および二次電池113には接続されない構成となっている。従って、第1の負荷111には、車載ソーラーシステム200および二次電池113の何れか一方から電力が供給される一方、第2の負荷112には、車載ソーラーシステム200から電力が供給されず、二次電池113からのみ電力が供給されることになる。
The
スイッチコントローラ212は、ECU115からの指示と、車載ソーラーシステム200のキャパシタ用電圧センサ106からの電圧値とに基づき、スイッチ211の切替えを制御するものである。
The
(車載電気システムの動作)
上記構成の車載電気システム2の動作について、図5を参照して説明する。図5は、車載電気システム2におけるスイッチコントローラ212の動作の流れを示すフローチャートである。
(Operation of in-vehicle electrical system)
The operation of the in-vehicle
図5に示すように、スイッチコントローラ212は、まず、スイッチ211を二次電池113の側に切り替えさせる(S200)。これにより、二次電池113からBMU114およびスイッチ211を介して第1の負荷111に電力が供給されることになる。すなわち、第1の負荷111への電力の供給元が、二次電池113となる。
As shown in FIG. 5, the
次に、スイッチコントローラ212は、車載ソーラーシステム200から第1の負荷111への電力伝送がECU115から指示されたか否かを判断する(S201)。上記電力伝送が指示されない場合、ステップS200に戻り、上記動作を繰り返す。
Next, the
一方、上記電力伝送が指示されると、スイッチコントローラ212は、図2に示すステップS102・S103と同様のステップS202・203を行い、キャパシタ用電圧センサ106の電圧値が上述の第2の所定値よりも小さい場合、上記電力伝送を行うには不十分であると判断して、ステップS200に戻り、上記動作を繰り返す。
On the other hand, when the power transmission is instructed, the
一方、キャパシタ用電圧センサ106の電圧値が第2の所定値以上である場合、スイッチコントローラ212は、上記電力伝送には十分であると判断して、スイッチ211をキャパシタ102の側に切り替えさせる(S204)。これにより、キャパシタ102から端子103およびスイッチ211を介して第1の負荷111に電力が供給されることになる。すなわち、第1の負荷111への電力の供給元が、キャパシタ102となる。
On the other hand, when the voltage value of the
次に、スイッチコントローラ212は、上記電力伝送の停止がECU115から指示されたか否かを判断する(S206)。上記電力伝送の停止が指示された場合、ステップS200に戻り、上記動作を繰り返す。これにより、第1の負荷111への電力の供給元が、車載ソーラーシステム200から二次電池113に戻ることになる。
Next, the
一方、上記電力伝送の停止がECU115から指示されなかった場合、スイッチコントローラ212は、図2に示すステップS102・S103と同様のステップS202・203を行い、キャパシタ用電圧センサ106の電圧値が上述の第4の所定値よりも大きい場合、キャパシタ102に十分な電力が残存していると判断して、ステップS206に戻り、上記動作を繰り返す。すなわち、第1の負荷111への電力の供給元が、車載ソーラーシステム200に維持される。
On the other hand, when the stop of the power transmission is not instructed from the
一方、キャパシタ用電圧センサ106の電圧値が第4の所定値以下である場合、キャパシタ102に十分な電力が残存していないと判断して、ステップS200に戻り、上記動作を繰り返す。これにより、第1の負荷111への電力の供給元が、車載ソーラーシステム200から二次電池113に戻ることになる。
On the other hand, if the voltage value of the
(動作例)
以下、図4および図5に示す車載ソーラーシステム200の動作例を説明する。なお、太陽電池モジュール101にて発生した電力を、MPPTモジュール104を介してキャパシタ102に充電するまでは、図1に示す車載ソーラーシステム100と同様である。
(Operation example)
Hereinafter, an operation example of the vehicle-mounted
ここでは、一例として、太陽電池モジュール101の定格電圧を5V、定格発電量を50W、キャパシタ102の定格電圧を15V、静電容量を40Fとする。
Here, as an example, the rated voltage of the
キャパシタ102が全く充電されていない状態から満充電状態になるまでの時間は、太陽電池モジュール101が定格通りの出力をしている場合、180秒である。さらに、MPPTモジュール104の出力電圧をキャパシタ102の電圧にあわせて変化させた場合、90秒である。キャパシタ102が満充電となると、MPPTモジュール104は動作を休止する。
The time from when the
キャパシタ102に蓄積された電力は、必要に応じて、スタータである第1の負荷111を駆動するために供給される。好ましくは、アイドリングストップ機能を備えた自動車において、アイドリングストップの状態を解除するためエンジンを始動する際に、スタータを駆動する。
The electric power stored in the
キャパシタ102に蓄積された電力を使用する場合、第1の負荷111を車載ソーラーシステム200に接続するように、スイッチ211を切り替える。このとき、種々の補器および電装品である第2の負荷112と、二次電池113とは、第1の負荷111と切り離される。
When the electric power stored in the
キャパシタ102から出力された電力は、端子103を介して、スタータである第1の負荷111に供給される。キャパシタ102に蓄積される最大の電力量は、電圧が15V、静電容量が40Fのとき、4.5kWsである。キャパシタ102の電圧が10Vになるまで第1の負荷111を駆動するものとすると、第1の負荷111に供給される電力は2.5kWsとなる。本実施形態では、スタータを駆動する電圧は変動するものの、エンジンを始動するには十分な電力量である。
The electric power output from the
スタータである第1の負荷111の駆動が終了すると、スイッチ211が切り替わって車載ソーラーシステム200と第1の負荷111とが切り離されて、太陽電池モジュール101からキャパシタ102への充電が再開される。
When driving of the
前記構成では、キャパシタ102と端子103との間にコンバータを設ける必要がない。
In the above configuration, it is not necessary to provide a converter between the
(太陽電池モジュールの回路例)
なお、上記実施形態の太陽電池モジュール101における太陽電池セルの回路および配置としては、種々のものが考えられる。
(Circuit example of solar cell module)
In addition, various things can be considered as a circuit and arrangement | positioning of the photovoltaic cell in the
図6は、太陽電池モジュール101の一例である太陽電池モジュール10の回路図である。図示のダイオード記号は、1枚の太陽電池セル11を示している。図示の太陽電池モジュール10は、複数(図示の例では24)の太陽電池セル11が直列に接続された構成である。太陽電池セル11がシリコン太陽電池である場合、出力電圧は約12Vとなる。太陽電池セル11の枚数を変えることにより、出力電圧を変えることができる。
FIG. 6 is a circuit diagram of the
図6に示す太陽電池モジュール10の例では、1つの太陽電池セル11に太陽光が全く入射しなかった場合、他の全ての太陽電池セル11に太陽光が入射したとしても太陽電池モジュール10の出力は0になってしまう。1つの太陽電池セル11に入射する太陽光の強度が小さくなった場合も、当該太陽電池セル11が流すことができる電流が制限されるため、太陽電池モジュール10の出力は著しく小さくなってしまう。このような状況は、部分的な日陰、太陽電池セル11の表面における汚れおよび異物の付着などにより起こりうる。
In the example of the
このような問題点を回避した太陽電池モジュールの例を図7に示す。図7は、太陽電池モジュール101の他の例である太陽電池モジュール20の回路図である。図示の太陽電池モジュール20は、複数(図示の例では8)の太陽電池セル11が並列に接続された並列接続ユニットを複数個(図示の例では8個)備え、複数の並列接続ユニットR1〜R8が直列に接続された直並列接続ユニットの構成である。
An example of a solar cell module that avoids such problems is shown in FIG. FIG. 7 is a circuit diagram of a
図7に示す太陽電池モジュール20では、1つの太陽電池セル11に太陽光が全く入射しなかった場合でも、同じ並列接続ユニットに属する他の7つの太陽電池セル11は電流を流すことができる。従って、出力は理想状態の7/8に減少するだけで済む。従って、上記部分的な日陰などによる太陽電池モジュールの出力低下を抑えることができる。
In the
なお、図7の例では、8×8の太陽電池セル11で直並列接続した構成を示しているが、並列の接続数および直列の接続数はこの限りではない。また、図7に示す構成を複数個並列または直列に接続して、さらに大規模な太陽電池モジュール101を形成してもよい。
In addition, in the example of FIG. 7, although the structure connected in series and parallel by the 8 * 8
(太陽電池モジュールの配置例)
図8は、図7に示す構成を有する太陽電池モジュール20における、太陽電池セル11の配置の一例を示す平面図である。図8では、太陽電池セル11は正方形であり、8×8のマトリクス状に配置されている。図8において、図7に示す並列接続ユニットR1を構成する8個の太陽電池セル11は番号1で示され、並列接続ユニットR2を構成する8個の太陽電池セル11は番号2で示され、以下同様である。また、図8では、部分日陰の例として長方形の影A・B・Cが破線で示されている。
(Solar cell module arrangement example)
FIG. 8 is a plan view showing an example of the arrangement of the
図8に示す太陽電池モジュール20上に、影Aが形成される場合、並列接続ユニットR1〜R8のそれぞれは、8個の太陽電池セル11のうち1つのみが影となる。従って、太陽電池モジュール20の出力は理想状態の7/8に減少するだけで済む。また、図8に示す太陽電池モジュール20上に影Bが形成される場合も同様である。
When the shadow A is formed on the
一方、図8に示す太陽電池モジュール20上に、影Cが形成される場合、並列接続ユニットR1を構成する8個の太陽電池セル11の全てが影となる。このため、太陽電池モジュール20の出力は0となってしまう。このように、並列接続ユニットR1〜R8のそれぞれについて、該並列接続ユニットを構成する全ての太陽電池セルが同一直線上に並ぶ配置では、当該直線方向に長く伸びた影に対して太陽電池モジュール20の出力が著しく小さくなってしまう。
On the other hand, when the shadow C is formed on the
このような問題点を回避した太陽電池モジュールの例を図9に示す。図9は、図7に示す構成を有する太陽電池モジュール20における、太陽電池セル11の配置の他の例を示す平面図である。図9に示す太陽電池モジュール20は、図8に示す太陽電池モジュール20に比べて、並列接続ユニットR1〜R8のそれぞれについて、該並列接続ユニットを構成する全ての太陽電池セル11が一直線上に並ぶことがないように、太陽電池セル11が配置されている。また、図9では、部分日陰の例として長方形の影D・E・Fが破線で示されている。
An example of a solar cell module that avoids such problems is shown in FIG. FIG. 9 is a plan view showing another example of the arrangement of the
図9に示す太陽電池モジュール20上に、影Dが形成される場合、並列接続ユニットR1〜R8のそれぞれは、8個の太陽電池セル11のうち1つのみが影となる。従って、太陽電池モジュール20の出力は理想状態の7/8に減少するだけで済む。また、図9に示す太陽電池モジュール20上に影Fが形成される場合も同様である。
When the shadow D is formed on the
一方、図9に示す太陽電池モジュール20上に、影Eが形成される場合、4個の並列接続ユニットR1・R3・R5・R7のそれぞれは、8個の太陽電池セル11のうち2つのみが影となる。従って、太陽電池モジュール20の出力は理想状態の6/8に減少するだけで済む。
On the other hand, when the shadow E is formed on the
このように、図9に示す太陽電池セル11の配置例では、図8に示す太陽電池セル11の配置例に比べて、特定の方向に長く伸びた影に対する太陽電池モジュール20の出力の著しい低下を防ぐことができる。
As described above, in the arrangement example of the
すなわち、並列接続ユニットを構成する全ての太陽電池セル11が一直線上に並ぶことがないように配置することにより、特定の方向に伸びた部分日陰等に対する太陽電池モジュール20の出力の低下を大幅に抑えることができる。従って、太陽電池セル11の表面の汚れ、付着物などがあった場合の太陽電池モジュール20の出力の低下も更に効率的に防止することができる。
That is, by arranging so that all the
なお、図9に示す太陽電池セル11の配置は一例にすぎず、並列接続ユニットを構成する全ての太陽電池セル11が一直線上に並ぶことがないような任意の配置を選択することができる。
Note that the arrangement of the
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では、自動車に搭載された車載電気システム1・2に本発明を適用しているが、自動二輪車、自転車、リアカーに搭載された車載電気システムに本発明を適用することができる。さらに、太陽電池を備えた携帯電話機、太陽光発電設備など、太陽電池にて生成された電気エネルギーを二次電池に充電する任意の電気システムに本発明を適用することができる。
For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the in-vehicle
以上のように、本発明に係る電源装置では、キャパシタは、太陽電池で生成された電気エネルギーを蓄積し、蓄積した電気エネルギーを用いて、負荷に大電流を短時間に流すことができるので、上記太陽電池にて生成された電気エネルギーを負荷に供給する任意の電源装置に本発明を適用することができる。 As described above, in the power supply device according to the present invention, the capacitor accumulates the electric energy generated by the solar cell, and can use the accumulated electric energy to flow a large current to the load in a short time. The present invention can be applied to any power supply device that supplies electric energy generated by the solar cell to a load.
1・2 車載電気システム(電気システム)
10・20 太陽電池モジュール
11 太陽電池セル
100・200 車載ソーラーシステム
101 太陽電池モジュール
102 キャパシタ
103 端子
104 MPPTモジュール
105 コンバータ
106・107 電圧センサ
111・112 負荷
113 二次電池
114 BMU
115 ECU
211 スイッチ(切替手段)
212 スイッチコントローラ
1.2 In-vehicle electrical system (electrical system)
10/20
115 ECU
211 switch (switching means)
212 Switch controller
Claims (9)
前記太陽電池からの電気エネルギーを蓄積し、蓄積した電気エネルギーを前記負荷に出力するキャパシタを備えることを特徴とする電源装置。 A power supply device for supplying electrical energy from a solar cell to a load,
A power supply device comprising a capacitor for accumulating electric energy from the solar cell and outputting the accumulated electric energy to the load.
前記太陽電池からの電気エネルギーは、前記最大電力点追従モジュールを介して前記キャパシタに供給されることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 Further comprising a maximum power point tracking module for the solar cell;
2. The power supply device according to claim 1, wherein electrical energy from the solar cell is supplied to the capacitor through the maximum power point tracking module.
前記キャパシタからの電気エネルギーは、前記コンバータを介して前記負荷に出力されることを特徴とする請求項1または2に記載の電源装置。 A converter for converting the output voltage from the capacitor into a predetermined voltage;
The power supply apparatus according to claim 1, wherein electrical energy from the capacitor is output to the load via the converter.
該電源装置に電気エネルギーを供給する太陽電池と、
前記電源装置からの電気エネルギーが供給される負荷とを備えることを特徴とする電気システム。 The power supply device according to any one of claims 1 to 3,
A solar cell for supplying electrical energy to the power supply;
An electrical system comprising: a load supplied with electrical energy from the power supply device.
前記電源装置から前記負荷への電気エネルギーの供給と、前記二次電池から前記負荷への電気エネルギーの供給とを切り替える切替手段とをさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の電気システム。 A secondary battery,
The electric system according to claim 4, further comprising switching means for switching between supply of electric energy from the power supply device to the load and supply of electric energy from the secondary battery to the load.
該内燃機関を駆動するスタータとをさらに備えており、
前記負荷は、前記スタータを含むことを特徴とする請求項7に記載の車両。 An internal combustion engine as a power source of the vehicle;
A starter for driving the internal combustion engine,
The vehicle according to claim 7, wherein the load includes the starter.
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