JP2017056853A - 車両用電源制御装置、車両用電源制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池により発電した電力の利用効率を改善することを目的とする。【解決手段】 本発明は、発電機と、発電機に接続された第１バッテリと、発電機を制御する第１制御部と、前記第１バッテリと接続可能な負荷とを備える車両に用いられる車両用電源制御装置であって、太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールに接続されるとともに負荷に接続可能な第２バッテリと、負荷と第１バッテリとの間に設けられた第１スイッチと、負荷と第２バッテリとの間に設けられた第２スイッチと、第２バッテリの蓄電量を検出する蓄電量検出部と、第１スイッチおよび第２スイッチを制御する第２制御部と、を備え、第２制御部は、蓄電量検出部が検出した第２バッテリの蓄電量に基づいて、第１スイッチおよび第２スイッチの開閉状態を切り替えて、負荷への電力供給源を切り替える車両用電源制御装置とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池およびバッテリを備えた車両用の電源制御装置およびその制御方法に関する。

特許文献１には、車両に搭載されている各電気負荷に対して、太陽電池で発電した電力を直接供給するか、車両用電源としてのバッテリから供給するかを択一的に切り替える電源切り替え手段を備え、太陽電池による予測発電電力量と各電気負荷の使用電力量に応じて、各電気負荷の電力供給源を切り替え制御する車両用電源切り替え制御装置が記載されている。

特許文献２には、走行中以外の時間帯において、所定の条件（炎天下駐車中などの所定の車内環境の状態）を満たした場合に、あらかじめ設定した所定の時間、太陽電池より発電した電力によって充電されたバッテリから、ファンなどの所定の機器へ電力を供給する車両用太陽電池式補機駆動装置に関するシステムが記載されている。

特許第５５３４１４８号 特開平６−８６４０２号

しかしながら、特許文献１に記載のシステムでは、車両の走行中、位置変化に伴う環境変化の為に太陽電池による発電電力が刻々と変化することにより、各電気負荷への電力供給源の切り替えが頻繁に発生する。そのため、切り替えスイッチの頻度が上がる、切り替え時に瞬間的な出力の低下が発生することによりドライバーに不快感を与える、負荷によっては停止・故障する恐れがある、などの問題がある。

また、特許文献２に記載のシステムでは、走行中以外の時間帯の、かつ所定の条件が満たされた場合のみバッテリからの電力供給が行われるため、太陽電池からの電力が常時使われるわけではなく、太陽電池により発電した電力の利用効率が低いという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものである。

上記課題を解決するため、本発明は、発電機と、発電機に接続された第１バッテリと、発電機を制御する第１制御部と、前記第１バッテリと接続可能な負荷とを備える車両に用いられる車両用電源制御装置であって、太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールに接続されるとともに負荷に接続可能な第２バッテリと、負荷と第１バッテリとの間に設けられた第１スイッチと、負荷と第２バッテリとの間に設けられた第２スイッチと、第２バッテリの蓄電量を検出する蓄電量検出部と、第１スイッチおよび第２スイッチを制御する第２制御部と、を備え、第２制御部は、蓄電量検出部が検出した第２バッテリの蓄電量に基づいて、第１スイッチおよび第２スイッチの開閉状態を切り替えて、負荷への電力供給源を切り替える車両用電源制御装置とする。

また、発電機と、発電機に接続された第１バッテリと、発電機を制御する第１制御部と、第１バッテリと接続可能な負荷とを備える車両に用いられ、太陽電モジュールと、太陽電池モジュールに接続されるとともに、前記負荷に接続可能な第２バッテリと、第１バッテリおよびバッテリと接続可能な負荷と、負荷と第１バッテリとの間に設けられた第１スイッチと、負荷と第２バッテリとの間に設けられた第２スイッチと、第２バッテリの蓄電量を検出する蓄電量検出部と、第１スイッチおよび第２スイッチを制御する第２制御部と、を備える車両用電源制御装置の制御方法であって、第２制御部は、蓄電量検出部が検出した第２バッテリの蓄電量に基づいて、第１スイッチおよび第２スイッチの開閉状態を切り替えて、負荷への電力供給源を切り替える車両用電源制御装置の制御方法とする。

本発明は、上記のような構成を有することにより、電気負荷への電力供給源の頻繁な切り替えを抑制することができ、バッテリの蓄電量が不足している場合を除き、太陽電池により充電されるバッテリから常時電力の供給が行われる為、太陽電池により発電した電力の利用効率を改善することができる。

実施の形態１の電力供給システムの概略図である。 実施の形態２の電力供給システムの概略図である。 実施の形態２の電力供給システムの比較例における、電圧モニタの出力推移と、第１リレーおよび第２リレーの開閉状態の推移を示す図である。 実施の形態２の電力供給システムにおける、電圧モニタの出力推移と、第１リレーおよび第２リレーの開閉状態の推移を示す図である。 実施の形態３、４および５の電力供給システムの概略図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、これらの図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表すものとする。

（実施の形態１）
図１に本実施の形態の車両用電源制御装置１００を含む電力供給システムの概略図を示す。車両は、エンジン１０１の動力によって発電される発電機１０２と、発電機１０２が接続された車載バッテリ（第１バッテリ）１０３と、発電機１０２を制御する車載電子制御ユニット（ＥＣＵ）（第１制御部）（図示せず）と、太陽電池モジュール１０４と、太陽電池モジュール１０４に制御部（第２制御部）１０５を介して接続されたサブバッテリ（第２バッテリ）１０６と、車載バッテリ１０３およびサブバッテリ１０６と接続可能な負荷１０７と、負荷１０７と車載バッテリ１０３との間に設けられた第１リレー（第１スイッチ）１０８と、負荷１０７とサブバッテリ１０６との間に設けられた第２リレー（第２スイッチ）１０９と、サブバッテリ１０６の蓄電量を検出する電圧モニタ（蓄電量検出部）１１０とを備える。第１リレー１０８はＡ接点タイプのものであり、第２リレー１０９はＢ接点タイプのものである。したがって、通常の状態においては、第２リレー１０９を介してサブバッテリ１０６と負荷１０７が接続される。

制御部１０５は、太陽電池モジュール１０４に接続され、太陽電池出力が最大となるようにコントロールする機能を有する。制御部１０５には、電圧モニタ１１０で検出されたサブバッテリ１０６の蓄電量が入力される。制御部１０５は、蓄電量検出部が検出したサブバッテリ１０６の蓄電量に基づいて、第１リレー１０８および第２リレー１０９の開閉状態を制御し、負荷１０７への電力供給源として車載バッテリ１０３および／またはサブバッテリ１０６を選択する。

負荷としては、室内灯等の照明機器、エアコンディショナー等の空調機器、カーナビゲ―ションシステム等のアクセサリ機器が挙げられる。

太陽電池モジュール１０４と制御部１０５との間には、太陽電池モジュール１０４への電流の流れ込みを防止する逆流防止ダイオード１１１が設けられている。また、太陽電池モジュール１０４と制御部１０５との間には、開閉器１１２が設けられている。開閉器１１２は、太陽電池モジュール１０４に故障が発生した場合等の非常時のみ手動で開くことができ、通常の使用状態では閉じた状態である。

第１リレー１０８および第２リレー１０９と負荷１０７と間には、ブレーカ１１３とスイッチ１１４が設けられている。スイッチ１１４は、手動で動作させることができ、負荷１０７を使用する場合に閉じられる。

車載バッテリ１０３と第１リレー１０８の間には、逆流防止ダイオード１１５が設けられている。逆流防止ダイオード１１５は、太陽電池モジュール１０４で発生した電力やサブバッテリ１０６の電力が、車載バッテリ１０３や発電機１０２に流入することを防止するために設けられている。車載バッテリ１０３や発電機１０２が接続された配線に電力が流入すると、ノイズが発生する等により車載電子制御ユニット（ＥＣＵ）に誤動作等の悪影響を及ぼすおそれがあるからである。

制御部１０５は、サブバッテリ１０６の蓄電量を十分である時には、駐車中、走行中等を問わず、常にサブバッテリ１０６より負荷１０７へ電源を供給するように、第１リレー１０８および第２リレー１０９を制御する。ただし、制御部１０５は、サブバッテリ１０６の蓄電量が少なくなった場合は、車載バッテリ１０３から負荷１０７へ電力が供給され、太陽電池モジュール１０４で発生した電力によってサブバッテリ１０６が充電されるように、第１リレー１０８および第２リレー１０９を制御する。

電力供給源の切り替えに当たっては、サブバッテリ１０６の蓄電量に２つの設定値、例えば２０％と８０％、を設け、サブバッテリ１０６の蓄電量が２０％以下になったら供給源を車載バッテリ１０３に切り替え、８０％以上まで回復したら再び供給源をサブバッテリ１０６に切り替える、という制御を行う。第１の設定値と第２の設定値は、自由に変更可能である。

（実施の形態２）
実施の形態１で説明した制御方法においては、電力供給源の切り替えの際、瞬間的な電圧降下により、負荷が誤動作する恐れがある。その為、電力供給源の切り替え時に、第１リレー（第１スイッチ）１０８と第２リレー（第２スイッチ）１０９の両方が閉じた状態の時間帯を設けることによって、本不具合を解消することができる。

本実施形態について、図面を参照して以下に詳述する。図２に、本実施形態の車両用電源制御装置１００を含む電力供給システムの概略図を示す。実施の形態１の構成に加えて、ディレイ手段２０１、第１ディレイタイマー２０２、第２ディレイタイマー２０３が設けられている。ディレイ手段２０１は、電圧モニタ１１０と制御部１０５との間に設けられる。ディレイ手段２０１は、電圧モニタ１１０から受け取ったサブバッテリ１０６の蓄電量情報を所定時間（Ｔ_ｄ０）遅らせて、制御部１０５に出力する機能を有する。第１ディレイタイマー２０２は、制御部１０５と第１リレー１０８との間に設けられる。第１ディレイタイマー２０２として、限時復帰Ａ接点のリレーを用いることができる。この場合、制御部１０５から出力された信号が負から正電圧に変化する場合、第１ディレイタイマー２０２で遅れは発生しないが、制御部１０５から出力された信号が正から負電圧に変化する場合、第１ディレイタイマー２０２で所定時間（Ｔ_ｄ１）遅れが発生し、第１リレー
１０８は時間（Ｔ_ｄ１）遅れて開く。また、第２ディレイタイマー２０３は、制御部１０５と第２リレー１０９との間に設けられる。第２ディレイタイマー２０３として、限時動作Ｂ接点のリレーを用いることができる。この場合、制御部１０５から出力された信号が負から正電圧に変化する場合、第２ディレイタイマー２０３で所定時間（Ｔ_ｄ２）遅れが発生し、第２リレー１０９は時間（Ｔ_ｄ２）遅れて開き、制御部１０５から出力された信号が正から負電圧に変化する場合、第２ディレイタイマー２０３で遅れは発生しない。

具体的な実施形態について、図３および図４を用いて説明する。図３は、本実施の形態の比較例おける、電圧モニタ１１０の出力推移と、第１リレー１０８および第２リレー１０９の開閉状態の推移を示す図である。電圧モニタ１１０と制御部１０５との間にディレイ手段を設けない場合、サブバッテリ１０６の蓄電量（電圧モニタ１１０の出力値）が第１の設定値２０％以下になった瞬間に第１リレー１０８は閉じる。このとき、第２ディレイタイマーの働きにより第２リレー１０９は閉じたままの状態であるため、車載バッテリ１０３とサブバッテリ１０６が電気的に繋がることになる。このとき、サブバッテリ１０６の蓄電量を監視している電圧モニタ１１０の出力値は上昇するため、制御部１０５は、サブバッテリ１０６の蓄電量が第２の設定値８０％以上であると誤認し、第２リレー１０９は開かず、再び第１リレー１０８が開かれる。すると、再びサブバッテリ１０６の蓄電量（電圧モニタ１１０の出力値）は第１の設定値２０％以下まで低下し、再び第１リレー１０８が開かれる。上記のような動作が繰り返されることにより、サブバッテリ１０６の蓄電量が第１の設定値２０％以下になっているにもかかわらず、第２リレー１０９は開かれず、第１リレー１０８が開閉を繰り返すことになる。

図４は、本実施の形態における、電圧モニタ１１０の出力推移と、第１リレー１０８および第２リレー１０９の開閉状態の推移を示す図である。電圧モニタ１１０の出力と制御部１０５との間にディレイ手段２０１を設け、ディレイ手段２０１の遅延時間（Ｔ_ｄ０）を第２ディレイタイマー２０３の遅延時間（Ｔ_ｄ２）よりも長く設定することで、上記比較例の問題を解決することができる。以下、図４を参照して説明する。サブバッテリ１０６の蓄電量（電圧モニタ１１０の出力値）が第１の設定値２０％以下になった時刻ｔ_０から、ディレイ手段２０１で設定された遅延時間（Ｔ_ｄ０）を経過した時刻ｔ_１において、第２リレー１０９が閉じたまま第１リレー１０８が閉じられ、車載バッテリ１０３とサブバッテリ１０６が電気的に繋がる。制御部１０５は、サブバッテリ１０６の蓄電量（電圧モニタ１１０の出力値）が第２の設定値８０％以上であるという誤認を起こすが、電圧モニタ１１０と制御部１０５との間にディレイ手段２０１を設けていることにより、サブバッテリ１０６の蓄電量が十分であるという誤りの情報が制御部１０５へ伝わるまでにはディレイ手段２０１で設定した遅延時間（Ｔ_ｄ０）を要することになる。一方、最初にサブバッテリ１０６の蓄電量が第１の設定値２０％以下になった情報が制御部１０５に伝わってから第２リレー１０９が開くまでには、第２ディレイタイマー２０３の遅延時間（Ｔ_ｄ２）を要する。したがって、ディレイ手段２０１の遅延時間（Ｔ_ｄ０）を第２ディレイタイマー２０３の遅延時間（Ｔ_ｄ２）より長く設定しておけば、制御部１０５へ誤りの情報が伝わる時刻ｔ_３よりも先の時刻ｔ_２において、第２リレー１０９が開くため、システムが不具合なく動作する。

このように、ディレイ手段２０１の遅延時間期間を（Ｔ_ｄ０）を第２ディレイタイマー２０３の遅延時間（Ｔ_ｄ２）より長く設定しておくと良い。

本実施の形態においては、ディレイ手段２０１を設け、ディレイ手段２０１の遅延時間期間を（Ｔ_ｄ０）を第２ディレイタイマー２０３の遅延時間（Ｔ_ｄ２）より長く設定する構成としたが、ディレイ手段２０１、第１ディレイタイマー２０２および第２ディレイタイマー２０３の機能を制御部１０５に取り込み、第１リレー１０８および第２リレー１０９の開閉をソフトウェア制御する構成としても良い。

（実施の形態３）
本実施形態について、図面を参照して以下に詳述する。図５に、本実施形態の車両用電源制御装置１００を含む電力供給システムの概略図を示す。実施の形態２の構成に加えて、サブバッテリ充電スイッチ（第３スイッチ）５０１およびサブバッテリチャージャー５０２が設けられている。

天候不良な日が続く場合など、太陽電池１０４からサブバッテリ１０６への電力供給が長期間行われない状態が続くと、サブバッテリ１０６が過放電を起こし、サブバッテリ１０６の寿命短縮を引き起こす恐れがある。そのため、本実施形態では、図５に示すように、車載バッテリ１０３とサブバッテリ１０６の間に、サブバッテリチャージャー５０２を介してサブバッテリ充電スイッチ（第３スイッチ）５０１を設けている。サブバッテリチャージャー５０２は、車載バッテリ１０３からサブバッテリ１０６への充電電流を一定値に整流する機能、車載バッテリ１０３の電圧を検出する機能および車載バッテリ１０３電圧低下時に車載バッテリ１０３からサブバッテリ１０６への充電を制限する機能を有する。サブバッテリ充電スイッチ５０１は、制御部１０５に接続されており、制御部１０５の制御信号を受けて開閉動作する。制御部１０５は、サブバッテリ１０６の蓄電量（電圧モニタ１１０の出力値）が所定の値（第３の設定値、例えば２％）未満の状態になった場合や、所定の値（第３の設定値、例えば２％）未満の状態が所定期間（例えば３０分）継続した場合に、サブバッテリ充電スイッチ５０１を閉じて、車両バッテリ１０３からサブバッテリ１０６に電力を供給し、サブバッテリ１０６を充電する。これにより、サブバッテリ１０６が過放電を起こすことを防止でき、駐車場等においてもサブバッテリ１０６から負荷１０７への電力供給が可能となる。上記第３の設定値および所定期間は、変更可能である。

（実施の形態４）
本実施形態は、実施の形態３と同様に、サブバッテリ１０６の過放電を防止することを目的とした制御である。制御部１０５は、太陽電池モジュール１０４の出力電圧が、あらかじめ設定した電圧以下になった場合に、サブバッテリ充電スイッチ（第３スイッチ）５０１を閉じることによって、車両バッテリ１０３からサブバッテリ１０６に電力を供給し、サブバッテリ１０６を充電する。この制御により、日没時等の太陽電池モジュール１０４の出力が低下した場合にも、サブバッテリ１０６の過放電を防止することができる。

（実施の形態５）
サブバッテリ１０６等のバッテリは、蓄電量が５０％付近の状態が寿命を延ばす観点から最も望ましく、蓄電量が５０％より高くても低くても、蓄電量が５０％から離れるほど劣化が進む特徴がある。そのため、サブバッテリ１０６が使用されていない場合、たとえば深夜など太陽電池モジュール１０４からサブバッテリ１０６への充電が行われておらず、かつサブバッテリ１０６から負荷１０７への電力供給も行われていないような場合は、サブバッテリ１０６の蓄電量は５０％前後の状態であることが、サブバッテリ１０６の劣化低減の観点からは望ましい。

本実施の形態では、上述のような、サブバッテリ１０６が使用されていない状況において、制御部１０５は、サブバッテリ１０６の蓄電量（電圧モニタ１１０の出力値）が３０％（第４の設定値）未満であれば、サブバッテリ１０６の蓄電量（電圧モニタ１１０の出力値）が５０％（第５の設定値）になるまで、サブバッテリ充電スイッチ５０１を閉じて車載バッテリ１０３からサブバッテリ１０６に充電する制御を行う。

サブバッテリ１０６が使用されていないということを検知する方法としては、１．時刻で管理する方法、２．太陽電池モジュール１０４の発電量及びサブバッテリ１０６から負
荷１０７への電力供給量を計測する方法、等が考えられる。時刻で管理するとは、たとえば午前１時から４時の間の３時間は太陽電池モジュール１０４によるサブバッテリ１０６への充電も、サブバッテリ１０６から負荷１０７への電力供給もないものと仮定して、この間の時間帯にサブバッテリ１０６の蓄電量が３０％未満であれば、サブバッテリ１０６の使用有無にかかわらず車載バッテリ１０３から充電を行う、等の方法である。この場合、制御部１０５にはサブバッテリ１０６の蓄電量を認識する機能のほかに、時刻を認識する機能さえ備わっていれば良い。

また、深夜の駐車中にも自動でサブバッテリ１０６を使用する場合などが考えられるが、このような場合においては蓄電量が５５％から６０％の間になるように充電を行うようにするなど、第４の設定値および第５の設定値は、自由に数値変更できるようにしてもよい。

ただし、この充電を行うことにより電力供給源の車載バッテリ１０３の蓄電量が著しく減少し、次回エンジン起動時に支障をきたす危険性を考慮すべきである。

すなわち、車載バッテリ１０３の蓄電量が所定の値以下になった場合、サブバッテリ１０６への充電を停止する、等の制御を行うことが望ましい。この制御は実施の形態３および４などの場合においても同様に実施することが望ましい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 車両用電源制御装置
１０１ エンジン
１０２ 発電機
１０３ 車載バッテリ
１０４ 太陽電池モジュール
１０５ 制御部
１０６ サブバッテリ
１０７ 負荷
１０８ 第１リレー
１０９ 第２リレー
１１０ 電圧モニタ
１１１ 逆流防止ダイオード
１１２ 開閉器
１１３ ブレーカ
１１４ スイッチ
１１５ 逆流防止ダイオード
２０１ ディレイ手段
２０２ 第１ディレイタイマー
２０３ 第２ディレイタイマー
５０１ サブバッテリ充電スイッチ
５０２ サブバッテリチャージャー

Claims (6)

1. 発電機と、
   前記発電機に接続された第１バッテリと、
   前記発電機を制御する第１制御部と、
   前記第１バッテリと接続可能な負荷と、
   を備える車両に用いられる車両用電源制御装置であって、
   太陽電池モジュールと、
   前記太陽電池モジュールに接続されるとともに前記負荷に接続可能な第２バッテリと、
   前記負荷と第１バッテリとの間に設けられた第１スイッチと、
   前記負荷と第２バッテリとの間に設けられた第２スイッチと、
   前記第２バッテリの蓄電量を検出する蓄電量検出部と、
   前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御する第２制御部と、を備え、 前記第２制御部は、前記蓄電量検出部が検出した前記第２バッテリの前記蓄電量に基づいて、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの開閉状態を切り替えて、前記負荷への電力供給源を切り替える車両用電源制御装置。
2. 前記第２制御部は、
   前記第２バッテリの前記蓄電量が第１の設定値以下になった場合、前記第１スイッチを閉じるとともに前記第２スイッチを開くように制御し、
   前記第２バッテリの前記蓄電量が第１の設定値よりも高い第２の設定値以上になった場合、前記第１スイッチを開くとともに前記第２スイッチを閉じるように制御し、
   前記第２バッテリの前記蓄電量が、前記第１の設定値と前記第２の設定値の間にある場合、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの開閉状態を保持する、
   請求項１に記載の車両用電源制御装置。
3. 前記電力供給源の切り替え時において、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの両方が閉じた状態の期間を設ける、請求項１または請求項２に記載の車両用電源制御装置。
4. 前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間に第３スイッチをさらに備え、
   前記第２制御部は、
   前記第２バッテリの前記蓄電量が第３の設定値以下になった場合、前記第３スイッチを閉じ、
   前記第２バッテリの前記蓄電量が所定の設定値になるまで、前記第１バッテリから前記第２バッテリに充電するように前記第３スイッチを制御する、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の車両用電源制御装置。
5. 前記第２制御部は、
   前記第１バッテリおよび前記第２バッテリから前記負荷へ供給される単位時間あたりの電力量が所定の値以下の場合であって、
   前記第２バッテリの前記蓄電量が第４の設定値以下のとき、
   前記第２バッテリの前記蓄電量が第４の設定値よりも高い第５の設定値になるまで、前記第１バッテリから前記第２バッテリへ充電するように前記第３スイッチを制御する、
   請求項４に記載の車両用電源制御装置。
6. 発電機と、
   前記発電機に接続された第１バッテリと、
   前記発電機を制御する第１制御部と、
   前記第１バッテリと接続可能な負荷と、
   を備える車両に用いられ、
   太陽電池モジュールと、
   前記太陽電池モジュールに接続されるとともに前記負荷に接続可能な第２バッテリと、
   前記負荷と第１バッテリとの間に設けられた第１スイッチと、
   前記負荷と第２バッテリとの間に設けられた第２スイッチと、
   前記第２バッテリの蓄電量を検出する蓄電量検出部と、
   前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを制御する第２制御部と、
   を備える車両用電源制御装置の制御方法であって、
   前記第２制御部は、前記蓄電量検出部が検出した前記第２バッテリの前記蓄電量に基づいて、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの開閉状態を切り替えて、前記負荷への電力供給源を切り替える車両用電源制御装置の制御方法。

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