JP2015104296A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２次電池の電圧が低下して制御回路が正常に動作できなくなっても、２次電池の電圧を回復させ、太陽光発電装置から充電回路を介して２次電池を充電できる充電装置を提供する。【解決手段】ソーラーパネル１０は、第１出力端子１０６から出力される電圧より低い電圧を出力する第２出力端子１０７を有し、第２出力端子１０７を介して補機バッテリＢ１０に電力を供給する。そのため、補機バッテリＢ１０の電圧が低下しても、電圧を回復できる。従って、マイクロコンピュータ１１３を動作させられる。その結果、給電コンバータ回路１１０及び補機コンバータ回路１１１を動作させられる。これにより、補機バッテリＢ１０の電圧が低下してマイクロコンピュータ１１３が正常に動作できなくなっても、補機バッテリＢ１０の電圧を回復させ、ソーラーパネル１０から給電コンバータ回路１１０及び補機コンバータ回路１１１を介して補機バッテリＢ１０を充電できる。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電装置と、充電回路と、制御回路とを備え、太陽光発電装置から充電回路を介して２次電池を充電する充電装置に関する。

従来、太陽光発電装置と、充電回路と、制御回路とを備え、太陽光発電装置から充電回路を介して２次電池を充電する充電装置として、例えば以下に示す特許文献１に開示されている充電制御装置がある。

この充電制御装置は、太陽電池と、充電器と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、コントローラとを備えている。充電器の入力端子は太陽電池に、出力端子は高電圧バッテリに接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子は高電圧バッテリに、出力端子は低電圧バッテリに接続されている。コントローラは、充電器及びＤＣ／ＤＣコンバータに接続されている。

ここで、太陽電池、充電器及びＤＣ／ＤＣコンバータ、コントローラが、太陽光発電装置、充電回路、制御回路に相当する。また、低電圧バッテリが、２次電池に相当する。

太陽電池から供給される電力によって低電圧バッテリを充電する場合、コントローラは、充電器を制御し、太陽電池から充電器を介して高電圧バッテリに電力を供給し、高電圧バッテリを充電する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、高電圧バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを介して低電圧バッテリに電力を供給し、低電圧バッテリを充電する。

特開２０１３−０７０５４６号公報

コントローラは、通常、低電圧バッテリから供給される電力によって動作する。低電圧バッテリは、コントローラ以外の補機類にも電力を供給している。そのため、それらへの電力供給量の増加によって電圧が低下しまう可能性がある。低電圧バッテリの電圧低下が進むと、コントローラが正常に動作できなくなってしまう。その結果、太陽電池が充分に発電しているにも係わらず、太陽電池から供給される電力によって低電圧バッテリを充電できなくなってしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、２次電池の電圧が低下して制御回路が正常に動作できなくなっても、２次電池の電圧を回復させ、太陽光発電装置から充電回路を介して２次電池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。

上記課題を解決するためになされた本発明は、第１出力端子を有し、太陽光によって発電して第１出力端子から電力を出力する太陽光発電装置と、第１出力端子に接続されるとともに、２次電池に接続され、第１出力端子を介して供給される電力を降圧して２次電池に供給し、２次電池を充電する充電回路と、２次電池及び充電回路に接続され、２次電池から供給される電力によって動作し、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、太陽光発電装置は、第１出力端子から出力される第１電圧より低い第２電圧を出力し２次電池に接続される第２出力端子を有し、第２出力端子を介して２次電池に電力を供給し、２次電池を充電することを特徴とする。

この構成によれば、太陽光発電装置から２次電池に直接電力を供給し、２次電池を充電することができる。そのため、２次電池の電圧が低下しても、電圧を回復させることができる。従って、制御回路を動作させることができる。その結果、充電回路を動作させることができる。これにより、２次電池の電圧が低下して制御回路が正常に動作できなくなっても、２次電池の電圧を回復させ、太陽光発電装置から充電回路を介して２次電池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に示す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実施形態における充電装置の動作を説明するための各部の状態を示すグラフである。

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ＨＶ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、車両に搭載された補機バッテリＢ１０（２次電池）及びＨＶバッテリＢ１１を充電する装置である。また、太陽光によって発電した電力を別のバッテリに蓄え、その別のバッテリから補機バッテリＢ１０及びＨＶバッテリＢ１１を充電する装置でもある。ここで、補機バッテリＢ１０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、例えば、定格電圧が１２Ｖの充放電可能なバッテリである。ＨＶバッテリＢ１１は、車両走行用モータに電力を供給する、例えば、定格電圧が２００Ｖ以上の充放電可能なバッテリである。充電装置１は、ソーラーパネル１０（太陽光発電装置）と、ソーラーＥＣＵ１１と、追加バッテリ１２と、切替え回路１３とを備えている。

ソーラーパネル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。ソーラーパネル１０は、発電モジュール１００〜１０５によって構成され、第１出力端子１０６と、第２出力端子１０７とを備えている。ソーラーパネル１０は、太陽光が照射されている場合、第１出力端子１０６から出力される電力が最大になるように、ソーラーＥＣＵ１１によって出力電流が制御される。その際、第１出力端子１０６から出力される電圧（第１電圧）は４０Ｖ程度になる。また、太陽光が照射されている場合、第２出力端子１０７から電圧が出力される。第２出力端子１０７から出力される電圧（第２電圧）は、第１出力端子１０６から出力される電圧より低く、後述するマイクロコンピュータ１１３が正常に動作できる最低電圧以上、かつ、補機バッテリＢ１０の充電時に印加できる最大電圧以下に設定されている。

発電モジュール１００〜１０５は、太陽光によって発電する素子である。発電モジュール１００〜１０５は直列接続されている。第１出力端子１０６は、直列接続された発電モジュール１００〜１０５の両端に形成されている。第２出力端子１０７は、直列接続された発電モジュール１００〜１０２の両端に形成されている。第１出力端子１０６はソーラーＥＣＵ１１に、第２出力端子１０７は切替え回路１３に接続されている。

ソーラーＥＣＵ１１は、ソーラーパネル１０から供給される電力を所定電圧に変換して補機バッテリＢ１０及びＨＶバッテリＢ１１に供給し、補機バッテリＢ１０及びＨＶバッテリＢ１１を充電する装置である。ソーラーＥＣＵ１１は、給電コンバータ回路１１０（充電回路）と、補機コンバータ回路１１１（充電回路）と、昇圧コンバータ回路１１２と、マイクロコンピュータ１１３（制御回路）とを備えている。

給電コンバータ回路１１０は、マイクロコンピュータ１１３によって制御され、ソーラーパネル１０から供給される電力を２０Ｖ程度に降圧して補機コンバータ回路１１１及び昇圧コンバータ回路１１２に供給するとともに、追加バッテリ１２に供給して追加バッテリ１２を充電する回路である。給電コンバータ回路１１０の入力端子はソーラーパネル１０の第１出力端子１０６に、出力端子は補機コンバータ回路１１１、昇圧コンバータ回路１１２及び追加バッテリ１２に接続されている。制御端子はマイクロコンピュータ１１３に接続されている。

補機コンバータ回路１１１は、マイクロコンピュータ１１３によって制御され、給電コンバータ回路１１０又は追加バッテリ１２から供給される電力を補機バッテリＢ１０の充電に適した電圧に降圧して補機バッテリＢ１０を充電する回路である。補機コンバータ回路１１１の入力端子は、給電コンバータ回路１１０の出力端子に接続されるとともに、追加バッテリ１２に接続されている。制御端子はマイクロコンピュータ１１３に接続されている。

昇圧コンバータ回路１１２は、マイクロコンピュータ１１３によって制御され、給電コンバータ回路１１０又は追加バッテリ１２から供給される電力をＨＶバッテリＢ１１の充電に適した電圧に昇圧してＨＶバッテリＢ１１を充電する回路である。昇圧コンバータ回路１１２の入力端子は、給電コンバータ回路１１０の出力端子に接続されるとともに、追加バッテリ１２に接続されている。制御端子はマイクロコンピュータ１１３に接続されている。

マイクロコンピュータ１１３は、補機バッテリＢ１０から供給される電力によって動作し、給電コンバータ回路１１０、補機コンバータ回路１１１、昇圧コンバータ回路１１２及び切替え回路１３を制御する素子である。マイクロコンピュータ１１３は、補機バッテリＢ１０の電圧が正常に動作できない電圧であると判断した場合、切替え回路１３を制御して第２出力端子１０７を補機バッテリＢ１０に接続する。一方、補機バッテリＢ１０の電圧が正常に動作できる電圧であると判断した場合、切替え回路１３を制御して第２出力端子１０７を補機バッテリＢ１０から切断する。マイクロコンピュータ１１３は、給電コンバータ回路１１０、補機コンバータ回路１１１及び昇圧コンバータ回路１１２の制御端子に接続されるとともに、切替え回路１３に接続されている。

追加バッテリ１２は、ソーラーパネル１０から供給される電力を蓄えておくバッテリである。追加バッテリ１２の端子は給電コンバータ回路１１０の出力端子、補機コンバータ回路１１１及び昇圧コンバータ回路１１２の入力端子に接続されている。

切替え回路１３は、マイクロコンピュータ１１３によって制御され、第２出力端子１０７を補機バッテリＢ１０の端子に接続、又は、第２出力端子１０７を補機バッテリＢ１０の端子から切断する回路である。切替え回路１３は、ノーマリークローズタイプのスイッチ１３０、１３１によって構成されている。スイッチ１３０、１３１の一端は第２出力端子１０７に、他端は補機バッテリＢ１０の端子に接続されている。制御端子はマイクロコンピュータ１１３に接続されている。

次に、図１及び図２を参照して第１実施形態の充電装置の動作について説明する。

図１に示す充電装置１の動作開始が指示されると、マイクロコンピュータ１１３は、図２に示すように、スイッチ１３０、１３１に対するオフ信号の出力を禁止する（Ｓ１００）。ここで、オフ信号は、スイッチ１３０、１３１をオフ状態にするための信号である。

図１に示すスイッチ１３０、１３１は、ノーマリークローズタイプのスイッチである。そのため、第２出力端子１０７がスイッチ１３０、１３１を介して補機バッテリＢ１０の端子に接続される。

その後、マイクロコンピュータ１１３は、図３に示すように、補機バッテリＢ１０の電圧が電圧判定閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。ここで、電圧判定閾値は、マイクロコンピュータ１１３が正常に動作できる最低電圧に設定されている。

ステップＳ１０１において、補機バッテリＢ１０の電圧が電圧判定閾値以上であると判定した場合、マイクロコンピュータ１１３は、スイッチ１３０、１３１に対するオフ信号を出力する（Ｓ１０２）。その結果、図１に示すスイッチ１３０、１３１がオフ状態になり、第２出力端子１０７が補機バッテリＢ１０から切断される。これにより、第２出力端子１０７から補機バッテリＢ１０への電力供給が遮断される。

その後、マイクロコンピュータ１１３は、図３に示すように、通常制御を行う（Ｓ１０３）。図１に示すマイクロコンピュータ１１３は、給電コンバータ回路１１０、補機コンバータ回路１１１及び昇圧コンバータ回路１１２を制御する。

ソーラーパネル１０に充分な太陽光が照射されている場合、ソーラーパネル１０から給電コンバータ回路１１０及び補機コンバータ回路１１１を介して補機バッテリＢ１０に電力が供給され、補機バッテリＢ１０が充電される。また、ソーラーパネル１０から給電コンバータ回路１１０及び昇圧コンバータ回路１１２を介してＨＶバッテリＢ１１に電力が供給され、ＨＶバッテリＢ１１が充電される。

これに対し、ソーラーパネル１０に充分な太陽光が照射されていない場合、追加バッテリ１２から補機コンバータ回路１１１を介して補機バッテリＢ１０に電力が供給され、補機バッテリＢ１０が充電される。また、追加バッテリ１２から昇圧コンバータ回路１１２を介してＨＶバッテリＢ１１に電力が供給され、ＨＶバッテリＢ１１が充電される。

一方、図３に示すように、ステップＳ１０１において、補機バッテリＢ１０の電圧が電圧閾値未満であると判定した場合、ステップＳ１００において、第２出力端子１０７がスイッチ１３０、１３１を介して補機バッテリＢ１０の端子に接続されているため、第２出力端子１０７から補機バッテリＢ１０に電力が供給され、補機バッテリＢ１０が充電される（Ｓ１０４）。その結果、図１に示す補機バッテリＢ１０の電圧が電圧閾値以上に回復する。そのため、マイクロコンピュータ１１３を動作させることができる。その結果、給電コンバータ回路１１０、補機コンバータ回路１１１及び昇圧コンバータ回路１１２を動作させることができる。これにより、補機バッテリＢ１０の電圧が低下しても、ソーラーパネル１０から給電コンバータ回路１１０、補機コンバータ回路１１１及び昇圧コンバータ１１２を介して、補機バッテリＢ１０及びＨＶバッテリＢ１１を充電することができる。

次に、第１実施形態の充電装置の効果について説明する。

第１実施形態によれば、ソーラーパネル１０は、第１出力端子１０６から出力される電圧より低い電圧を出力し、補機バッテリＢ１０に接続される第２出力端子１０７を有している。そして、第２出力端子１０７を介して補機バッテリＢ１０に電力を供給し、補機バッテリＢ１０を充電する。つまり、ソーラーパネル１０から補機バッテリＢ１０に直接電力を供給し、補機バッテリＢ１０を充電する。そのため、補機バッテリＢ１０の電圧が低下しても、電圧を回復させることができる。従って、マイクロコンピュータ１１３を動作させることができる。その結果、給電コンバータ回路１１０及び補機コンバータ回路１１１を動作させることができる。これにより、補機バッテリＢ１０の電圧が低下してマイクロコンピュータ１１３が正常に動作できなくなっても、補機バッテリＢ１０の電圧を回復させ、ソーラーパネル１０から給電コンバータ回路１１０及び補機コンバータ回路１１１を介して補機バッテリＢ１０を充電することができる。

第１実施形態によれば、充電装置１は、第２出力端子１０７を補機バッテリＢ１０に接続、又は、第２出力端子１０７を補機バッテリＢ１０から切断する切替え回路１３を備えている。そのため、第２出力端子１０７を補機バッテリＢ１０に確実に接続することができる。従って、ソーラーパネル１０から補機バッテリＢ１０に直接電力を供給し、補機バッテリＢ１０を確実に充電することができる。

第１実施形態によれば、マイクロコンピュータ１１３は、補機バッテリＢ１０の電圧が正常に動作できない電圧であると判断した場合、切替え回路１３を制御して第２出力端子１０７を補機バッテリＢ１０に接続する。そのため、ソーラーパネル１０から直接電力供給する必要がある場合に、第２出力端子１０７を補機バッテリＢ１０に確実に接続することができる。従って、ソーラーパネル１０から直接電力供給する必要がある場合に、ソーラーパネル１０から補機バッテリＢ１０に確実に電力を供給することができる。

第１実施形態によれば、マイクロコンピュータ１１３は、補機バッテリＢ１０の電圧が正常に動作できる電圧であると判断した場合、切替え回路１３を制御して第２出力端子１０７から補機バッテリＢ１０を切断する。そのため、ソーラーパネル１０から直接電力供給する必要がない場合には、第２出力端子１０７を補機バッテリＢ１０から確実に切断することができる。この場合、ソーラーパネル１０から給電コンバータ回路１１０及び補機コンバータ回路１１１を介して補機バッテリＢ１０に電力が供給される。従って、補機バッテリＢ１０への電力供給の干渉を防止することができる。

第１実施形態によれば、切替え回路１３は、ノーマリークローズタイプのスイッチ１３０、１３１によって構成されている。そのため、マイクロコンピュータ１１３が動作を停止しても、第２出力端子１０７を補機バッテリＢ１０に接続することができ、ソーラーパネル１０から補機バッテリＢ１０に電力を供給することができる。

第１実施形態によれば、第２出力端子１０７から出力される電圧は、マイクロコンピュータ１１３が正常に動作できる最低電圧以上に設定されている。そのため、補機バッテリＢ１０の電圧をマイクロコンピュータ１１３が正常に動作できる最低電圧以上にすることができる。そのため、マイクロコンピュータ１１３を確実に正常動作させることができる。

第１実施形態によれば、第２出力端子１０７から出力される電圧は、補機バッテリＢ１０の充電時に印加できる最大電圧以下に設定されている。そのため、補機バッテリＢ１０の寿命の低下や破損を防止することができる。

（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１つの電圧判定閾値に基づいて切替え回路を制御するのに対して、２つの電圧判定閾値に基づいて切替え回路を制御するようにしたものである。マイクロコンピュータの動作を除いて、第１実施形態の充電装置１と同一である。そのため、構成については、説明を省略する。

まず、図１及び図３を参照して第２実施形態の充電装置の動作について説明する。

図３に示すように、通常制御中に補機バッテリＢ１０の電圧が低下し、第１電圧判定閾値未満になる（時刻ｔ１）と、マイクロコンピュータ１１３は、オフ信号の出力を禁止してスイッチ１３０、１３１をオン状態にする。ここで、第１電圧判定閾値は、第１実施形態の電圧判定閾値と同一のものであり、マイクロコンピュータ１１３が正常に動作できる最低電圧に設定されている。

これにより、図１に示す第２出力端子１０７が、スイッチ１３０、１３１を介して補機バッテリＢ１０の端子に接続される。その結果、ソーラーパネル１０からスイッチ１３０、１３１を介して補機バッテリＢ１０に電力が供給され、補機バッテリＢ１０が充電される。

その後、図３に示すように、補機バッテリＢ１０の電圧が上昇し、第２電圧判定閾値を超える（時刻ｔ２）と、マイクロコンピュータ１１３は、オフ信号を出力してスイッチ１３０、１３１をオフ状態にする。ここで、第２電圧判定閾値は、スイッチ１３０、１３１をオフ状態する際の電圧判定閾値であり、第１電圧判定閾値よりわずかに大きな値に設定されている。例えば、第２電圧判定閾値より１Ｖ程度大きな値に設定されている。

これにより、図１に示す第２出力端子１０７が補機バッテリＢ１０から切断される。その結果、ソーラーパネル１０から補機バッテリＢ１０への電力供給が遮断される。その後、マイクロコンピュータ１１３は、通常制御を行う。

次に、第２実施形態の充電装置の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。

第２実施形態によれば、マイクロコンピュータ１１３は、補機バッテリＢ１０の電圧が第１電圧判定閾値未満になると、スイッチ１３０、１３１をオン状態にし、補機バッテリＢ１０の電圧が第２電圧判定閾値を超えるとスイッチ１３０、１３１をオフ状態にする。そのため、スイッチ１３０、１３１のチャタリングを抑えることができる。

なお、第１及び２実施形態では、ソーラーパネル１０が、６つの発電モジュール１００〜１０５を直列接続して構成している例を挙げているが、これに限られるものではない。ソーラーパネルは、複数の発電モジュールを直列接続、並列接続、又は、これらを組み合わせて構成してもよい。複数の発電モジュールのうち、所定電圧を出力することができる箇所に第１出力端子及び第２出力端子を形成すればよい。

１・・・充電装置、１０・・・ソーラーパネル（太陽光発電装置）、１００〜１０５・・・発電モジュール、１０６・・・第１出力端子、１０７・・・第２出力端子、１１・・・ソーラーＥＣＵ、１１０・・・給電コンバータ回路（充電回路）、１１１・・・補機コンバータ回路（充電回路）、１１２・・・昇圧コンバータ回路、１１３・・・マイクロコンピュータ（制御回路）、１２・・・追加バッテリ、１３・・・切替え回路、１３０、１３１・・・スイッチ、Ｂ１０・・・補機バッテリ（２次電池）、Ｂ１１・・・ＨＶバッテリ

Claims (7)

1. 第１出力端子を有し、太陽光によって発電して前記第１出力端子から電力を出力する
   太陽光発電装置（１０）と、
   前記第１出力端子に接続されるとともに、２次電池に接続され、前記第１出力端子を介して供給される電力を降圧して前記２次電池に供給し、前記２次電池を充電する充電回路（１１０、１１１）と、
   前記２次電池及び前記充電回路に接続され、前記２次電池から供給される電力によって動作し、前記充電回路を制御する制御回路（１１３）と、
   を備えた充電装置において、
   前記太陽光発電装置は、前記第１出力端子から出力される第１電圧より低い第２電圧を出力し前記２次電池に接続される第２出力端子を有し、前記第２出力端子を介して前記２次電池に電力を供給し、前記２次電池を充電することを特徴とする充電装置。
2. 前記第２出力端子を前記２次電池に接続、又は、前記第２出力端子を前記２次電池から切断する切替え回路（１３）を有していることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 前記制御回路は、前記２次電池の電圧が正常に動作できない電圧であると判断した場合、前記切替え回路を制御して前記第２出力端子を前記２次電池に接続することを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
4. 前記制御回路は、前記２次電池の電圧が正常に動作できる電圧であると判断した場合、前記切替え回路を制御して前記第２出力端子から前記２次電池を切断することを特徴とする請求項２又は３に記載の充電装置。
5. 前記切替え回路は、ノーマリークローズタイプのスイッチ（１３０、１３１）であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の充電装置。
6. 前記第２電圧は、前記制御回路が正常に動作できる最低電圧以上に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電装置。
7. 前記第２電圧は、前記２次電池の充電時に印加できる最大電圧以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電装置。

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