JP2019092314A - ソーラーシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】ソーラー発電のための専用部品を少なくした低コストかつ低重量なソーラーシステムを提供する。【解決手段】車両に搭載されるソーラーシステムであって、太陽光で発電するソーラーパネルと、所定の第１の負荷へ電力を供給する充放電可能な補機バッテリーと、車両を駆動させるために必要な所定の第２の負荷へ電力を供給する充放電可能な駆動用バッテリーと、ソーラーパネルで発電された電力を補機バッテリーに供給する第１の電力コンバーターと、補機バッテリーと駆動用バッテリーとの間における双方向の電力授受が可能な第２の電力コンバーターと、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されるソーラーシステムに関する。
例えば、特許文献１及び特許文献２に、ソーラーパネル（太陽光発電装置）で発電された電力を利用するソーラーシステムが開示されている。
特開２０１４−１７４８７６号公報 特許第５５８２１７３号公報
上記特許文献に記載されたソーラーシステムは、ソーラー発電のための専用部品を数多く備えている。例えば、特許文献１に記載のソーラーシステムでは、発電電力を一時的に蓄えるためのソーラー専用のバッテリー、発電電力をソーラー専用のバッテリーに供給する電力コンバーター、ソーラー専用のバッテリーから補機バッテリーへの電力供給を制御する電力コンバーター、及びソーラー専用のバッテリーから駆動用バッテリーへの電力供給を制御する電力コンバーターなど、を備えている。
このような数多くの専用部品を備えているため、従来のソーラーシステムは、高コストかつ高重量となっていた。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ソーラー発電のための専用部品を少なくした低コストかつ低重量なソーラーシステム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、本発明の一態様は、車両に搭載されるソーラーシステムであって、太陽光で発電するソーラーパネルと、所定の第１の負荷へ電力を供給する充放電可能な補機バッテリーと、車両を駆動させるために必要な所定の第２の負荷へ電力を供給する充放電可能な駆動用バッテリーと、ソーラーパネルで発電された電力を補機バッテリーに供給する第１の電力コンバーターと、補機バッテリーと駆動用バッテリーとの間における双方向の電力授受が可能な第２の電力コンバーターと、を備えることを特徴とする。補機バッテリーは、例えばリチウム電池である。
この一態様のソーラーシステムでは、ソーラーパネルで発電された電力を、ソーラー専用のバッテリーに一時的に蓄えることなく、リチウム電池などの補機バッテリーへ直接供給する構成とする。また、この一態様のソーラーシステムでは、補機バッテリーと駆動用バッテリーとの間に設けられる第２の電力コンバーターを、双方向の電力授受が可能な構成とする。この構成により、ソーラー専用のバッテリーと、このソーラー専用のバッテリーから補機バッテリーへの電力供給を制御するソーラー専用の電力コンバーターと、ソーラー専用のバッテリーから駆動用バッテリーへの電力供給を制御するソーラー専用の電力コンバーターとを、ソーラーシステムから削除することができる。
この第２の電力コンバーターによる双方向の電力授受は、車両の電源が走行可能な電源状態である場合に、補機バッテリーの蓄電量が所定の上限値以下であれば、駆動用バッテリーの電力を補機バッテリーに供給するようにしてもよいし、補機バッテリーの蓄電量が上限値を超えていれば、補機バッテリーの電力を駆動用バッテリーに供給するようにしてもよい。この供給手法により、補機バッテリー及び駆動用バッテリーの電力を有効に活用することができる。
また、上記第２の電力コンバーターによる双方向の電力授受では、車両の電源が走行不可能な電源状態である場合に、補機バッテリーの蓄電量が所定の閾値を超えていれば、補機バッテリーの蓄電量がその閾値よりも小さい所定の下限値に低下するまで補機バッテリーの電力を駆動用バッテリーに供給するようにしてもよい。この供給手法により、補機バッテリーの電力を有効に活用することができる。
上記本発明によれば、ソーラー発電のための専用部品を少なくして、低コストかつ低重量なソーラーシステムを実現することができる。
本発明の一実施形態に係るソーラーシステムの構成例を示す図 ソーラーシステムで実施される制御フローチャート ソーラーシステムで実施される制御フローチャート
［概要］
本実施形態に係るソーラーシステムは、ソーラーパネルで発電された電力を補機バッテリーへ直接供給する構成を有する。この構成により、ソーラー専用のバッテリーや、このソーラー専用のバッテリーから補機バッテリーへの電力供給を制御するソーラー専用の電力コンバーターを、備える必要がなくなる。また、本実施形態に係るソーラーシステムは、補機バッテリーと駆動用バッテリーとの間において双方向の電力授受を可能とする構成とする。この構成により、ソーラー専用のバッテリーから駆動用バッテリーへの電力供給を制御するソーラー専用の電力コンバーターを、備える必要がなくなる。よって、ソーラーシステムの低コスト化かつ低重量化が図れる。
［ソーラーシステムの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るソーラーシステム１０の構成例を示す図である。図１に例示した本実施形態のソーラーシステム１０は、ソーラーパネル１１と、ソーラー電力コンバーター１２と、補機バッテリー１３と、補機電力コンバーター１４と、駆動用バッテリー１５と、制御部１６と、を備えている。なお、図１では、電力信号が流れる配線を実線で示し、制御信号などが流れる配線を破線で示している。
ソーラーパネル１１は、太陽光の照射を受けて発電を行う太陽電池モジュールである。ソーラーパネル１１で発電された電力（以下「発電電力Ｘ」という）は、ソーラー電力コンバーター１２に出力される。このソーラーパネル１１は、例えば車両のルーフなどに設置することができる。
補機バッテリー１３は、例えばリチウム電池やニッケル水素電池などの、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。この補機バッテリー１３は、ソーラー電力コンバーター１２から供給される電力によって充電可能にソーラー電力コンバーター１２と接続されており、補機電力コンバーター１４との間で充放電可能に補機電力コンバーター１４と接続されている。また、補機バッテリー１３は、図示しない所定の第１の負荷と接続されており、この第１の負荷の動作に必要な電力を供給する。この補機バッテリー１３には、所定の低圧バッテリーが用いられる。
駆動用バッテリー１５は、例えばリチウム電池やニッケル水素電池などの、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。この駆動用バッテリー１５は、補機電力コンバーター１４との間で充放電可能に補機電力コンバーター１４と接続されている。また、駆動用バッテリー１５は、図示しない車両を駆動させるために必要な所定の第２の負荷と接続されており、この第２の負荷の動作に必要な電力を供給する。この駆動用バッテリー１５には、補機バッテリー１３よりも電圧が高い所定の高圧バッテリーが用いられる。
ソーラー電力コンバーター１２は、ソーラーパネル１１と補機バッテリー１３との間に設けられ、制御部１６の指示に基づいて、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘを所定の電力に変換して補機バッテリー１３へ供給できるように構成されている。ソーラー電力コンバーター１２は、例えばＤＣＤＣコンバーターなどを含んでいる。ソーラー電力コンバーター１２は、周知の最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御を用いて、ソーラーパネル１１の動作点を設定することができる。このソーラー電力コンバーター１２は、請求項における「第１の電力コンバーター」に対応する。
補機電力コンバーター１４は、補機バッテリー１３と駆動用バッテリー１５との間に設けられ、制御部１６の指示に基づいて、これらのバッテリー間で双方向の電力授受が可能なように構成されている。具体的には、補機電力コンバーター１４は、補機バッテリー１３の電圧を昇圧して駆動用バッテリー１５へ出力する昇圧機能と、駆動用バッテリー１５の電圧を降圧して補機バッテリー１３へ出力する降圧機能とを兼ね備えた、双方向のコンバーターとすることができる。この補機電力コンバーター１４は、請求項における「第２の電力コンバーター」に対応する。
制御部１６は、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘ、補機バッテリー１３の蓄電量Ｂ１、及び駆動用バッテリー１５の蓄電量Ｂ２を、それぞれ取得する。また、制御部１６は、図示しない車載装置から、車両の電源状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＮ状態か否か）を含む車両情報を取得する。そして、制御部１６は、取得した発電電力Ｘ、蓄電量Ｂ１、蓄電量Ｂ２、及び車両情報に基づいて、ソーラー電力コンバーター１２及び補機電力コンバーター１４をそれぞれ制御する。
上述したソーラー電力コンバーター１２、補機電力コンバーター１４、及び制御部１６の全て又は一部は、典型的には中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、メモリ、及び入出力インターフェースを含んだ電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）として構成される。電子制御ユニットでは、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵが読み出して実行することによって、上述した所定の機能が実現される。
［ソーラーシステムが実行する制御］
次に、図２及び図３をさらに参照して、本発明の一実施形態に係るソーラーシステム１０が実行する制御を説明する。図２に示す処理と図３に示す処理とは、原則独立して実行される。
図２を説明する。図２は、制御部１６が、ソーラー電力コンバーター１２に対して実施する制御の処理手順を示すフローチャートである。
ステップＳ２１：ソーラーパネル１１の発電電力Ｘが、所定の閾値αを超えるか否かを判断する。この閾値αは、ソーラーパネル１１で発電された電力を処理することが適切であるか否かを判断するための電力値である。例えば、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘが、ソーラー電力コンバーター１２の動作に必要な電力よりも低ければ、ソーラー電力コンバーター１２を動作させる意味がない。よって、閾値αを、ソーラー電力コンバーター１２の動作に必要な電力値に設定することができる。発電電力Ｘが閾値αを超える場合は、発電電力Ｘの処理が適切であると判断してステップＳ２２に処理が進む。一方、発電電力Ｘが閾値αを超えない場合は、発電電力Ｘの処理が適切でないと判断してステップＳ２５に処理が進む。
ステップＳ２２：駆動用バッテリー１５の蓄電量Ｂ２が所定の閾値β２に達しているか否かを判断する。この閾値β２は、例えば、駆動用バッテリー１５をこれ以上充電する必要がない上限の蓄電量に設定することができる。蓄電量Ｂ２が閾値β２に達している場合は、発電電力Ｘの供給先がないと判断してステップＳ２３に処理が進む。一方、蓄電量Ｂ２が閾値β２に達していない場合は、発電電力Ｘの供給先があると判断してステップＳ２６に処理が進む。
ステップＳ２３：補機バッテリー１３の蓄電量Ｂ１が所定の閾値β１に達しているか否かを判断する。この閾値β１は、例えば、補機バッテリー１３をこれ以上充電する必要がない上限の蓄電量に設定することができる。蓄電量Ｂ１が閾値β１に達している場合は、発電電力Ｘの供給先がないと判断してステップＳ２４に処理が進む。一方、蓄電量Ｂ１が閾値β１に達していない場合は、発電電力Ｘの供給先があると判断してステップＳ２７に処理が進む。
ステップＳ２４：ソーラー電力コンバーター１２を、予め定めた第１の時間だけ停止させる。ソーラー電力コンバーター１２を停止している間は、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘは処理されずに破棄される。この第１の時間は、任意に設定可能である。第１の時間が経過すると、ステップＳ２１に処理が戻る。
ステップＳ２５：ソーラー電力コンバーター１２を、予め定めた第２の時間だけ停止させる。ソーラー電力コンバーター１２を停止している間は、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘは処理されずに破棄される。この第２の時間は、任意に設定可能であり、上記第１の時間と同じでも異なっていてもよい。第２の時間が経過すると、ステップＳ２１に処理が戻る。
ステップＳ２６：ソーラー電力コンバーター１２を定電力出力で動作させる。これにより、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘが補機バッテリー１３に供給され、さらに補機バッテリー１３を介して駆動用バッテリー１５へ供給される。ソーラー電力コンバーター１２は、例えば最大電力点追従手法（ＭＰＰＴ）を用いて、ソーラーパネル１１で発電される電力を制御することができる。
ステップＳ２７：ソーラー電力コンバーター１２を定電力出力で動作させる。これにより、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘが補機バッテリー１３に供給される。ソーラー電力コンバーター１２は、例えば最大電力点追従手法（ＭＰＰＴ）を用いて、ソーラーパネル１１で発電される電力を制御することができる。
上記ステップＳ２６及びステップＳ２７におけるソーラー電力コンバーター１２の動作は、発電電力Ｘが閾値αを超えなくなる（ステップＳ２１、Ｎｏ）か、蓄電量Ｂ２が閾値β２に達し（ステップＳ２２、Ｙｅｓ）かつ蓄電量Ｂ１が閾値β１に達する（ステップＳ２３、Ｙｅｓ）まで、継続して実施される。
なお、ステップＳ２２及びステップＳ２６の処理とステップＳ２３及びステップＳ２７の処理とは、順序が前後しても構わない。
図３を説明する。図３は、制御部１６が、補機電力コンバーター１４に対して実施する制御の処理手順を示すフローチャートである。
ステップＳ３１：車両の電源が、アクセル操作によって走行可能な電源状態であるか走行不可能な電源状態であるか、を判断する。例えば、アクセル操作によって走行可能な車両の電源状態とは「Ｒｅａｄｙ−ＯＮ」状態であり、アクセル操作によって走行不可能な車両の電源状態とは「Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ」状態である。車両の電源が走行不可能な電源状態である場合は、ステップＳ３２に処理が進む。一方、車両の電源が走行可能な電源状態である場合は、ステップＳ３５に処理が進む。
ステップＳ３２：補機バッテリー１３の蓄電量Ｂ１が所定の閾値γ以上であるか否かを判断する。この閾値γは、補機バッテリー１３の上限蓄電量と下限蓄電量との間の任意の値に設定することができる。蓄電量Ｂ１が閾値γ以上である場合は、補機バッテリー１３の電力を授受できると判断してステップＳ３３に処理が進む。一方、蓄電量Ｂ１が閾値γ未満である場合は、補機バッテリー１３の電力を授受できないと判断してステップＳ３４に処理が進む。
ステップＳ３３：補機電力コンバーター１４を定電力出力で動作させ、補機バッテリー１３から駆動用バッテリー１５へ電力を供給する。この電力供給は、補機バッテリー１３の蓄電量Ｂ１が所定の閾値δに達するまで行われる。この閾値δは、閾値γと補機バッテリー１３の下限蓄電量との間で任意に設定することができる。補機バッテリー１３から駆動用バッテリー１５への電力供給が終了すると、ステップＳ３１に処理が戻る。
ステップＳ３４：補機電力コンバーター１４を停止させる。補機電力コンバーター１４を停止させた後、ステップＳ３１に処理が戻る。
ステップＳ３５：補機バッテリー１３の蓄電量Ｂ１が所定の閾値εを超えるか否かを判断する。この閾値εは、例えば、補機バッテリー１３をこれ以上放電すると第１の負荷の動作に影響を与える虞がある下限の蓄電量に設定することができる。蓄電量Ｂ１が閾値εを超える場合は、第１の負荷の動作に影響を与えると判断してステップＳ３６に処理が進む。一方、蓄電量Ｂ１が閾値ε以下である場合は、第１の負荷の動作に影響を与えないと判断してステップＳ３７に処理が進む。
ステップＳ３６：補機電力コンバーター１４を定電力出力で動作させ、補機バッテリー１３から駆動用バッテリー１５への電力供給を開始する。この処理では、補機電力コンバーター１４を、補機バッテリー１３の電力を最大限に活用するために定電力出力で動作させているが、状況に応じて定電圧出力で動作させてもよい。補機バッテリー１３から駆動用バッテリー１５への電力供給が開始されると、ステップＳ３１に処理が戻る。
ステップＳ３７：補機電力コンバーター１４を定電圧出力で動作させ、駆動用バッテリー１５から補機バッテリー１３への電力供給を開始する。この処理では、補機電力コンバーター１４を、可動する第１の負荷の急激な変化に対応できるように定電圧出力で動作させているが、状況に応じて定電力出力で動作させてもよい。駆動用バッテリー１５から補機バッテリー１３への電力供給が開始されると、ステップＳ３１に処理が戻る。
［本実施形態における効果］
上述した本発明の一実施形態に係るソーラーシステム１０によれば、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘを、従来のようにソーラーバッテリーに一時的に蓄えるのではなく、補機バッテリー１３へ直接供給する。これにより、ソーラー専用のバッテリーや、このソーラー専用のバッテリーから補機バッテリー１３への電力供給を制御するソーラー専用の電力コンバーターを、備える必要がなくなる。よって、ソーラーシステム１０の低コスト化かつ低重量化が図れる。
また、本実施形態に係るソーラーシステム１０によれば、補機バッテリー１３と駆動用バッテリー１５との間に設けられる補機電力コンバーター１４を、双方向の電力授受が可能とする。これにより、ソーラー専用のバッテリーから駆動用バッテリー１５への電力供給を制御するソーラー専用の電力コンバーターを、備える必要がなくなる。よって、ソーラーシステム１０の低コスト化かつ低重量化が図れる。
［応用例］
本実施形態に係るソーラーシステム１０では、ソーラーパネル１１で発電した電力以外にも、他の発電デバイスで発電した電力を利用できるように構成を容易に変更することが可能である。
例えば、排気装置などの熱によって発電できる熱発電デバイスと、この熱発電デバイスで発電した電力を所定の電力に変換して補機バッテリー１３へ出力できる電力コンバーターとをソーラーシステムに追加し、この電力コンバーターを充放電可能に補機バッテリー１３と接続した構成とする。この構成により、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘと熱発電デバイスの発電電力との両方を利用することができる。
本発明のソーラーシステムは、コスト化かつ低重量化を図りたい車両などに利用可能である。
１０ ソーラーシステム
１１ ソーラーパネル
１２ ソーラー電力コンバーター
１３ 補機バッテリー
１４ 補機電力コンバーター
１５ 駆動用バッテリー
１６ 制御部

Claims (4)

  1. 車両に搭載されるソーラーシステムであって、
    太陽光で発電するソーラーパネルと、
    所定の第１の負荷へ電力を供給する、充放電可能な補機バッテリーと、
    車両を駆動させるために必要な所定の第２の負荷へ電力を供給する、充放電可能な駆動用バッテリーと、
    前記ソーラーパネルで発電された電力を前記補機バッテリーに供給する第１の電力コンバーターと、
    前記補機バッテリーと前記駆動用バッテリーとの間における双方向の電力授受が可能な第２の電力コンバーターと、を備える、
    ソーラーシステム。
  2. 前記第２の電力コンバーターは、車両の電源が走行可能な電源状態である場合、
    前記補機バッテリーの蓄電量が所定の上限値以下であれば、前記駆動用バッテリーの電力を前記補機バッテリーに供給し、
    前記補機バッテリーの蓄電量が前記上限値を超えていれば、前記補機バッテリーの電力を前記駆動用バッテリーに供給する、
    請求項１に記載のソーラーシステム。
  3. 前記第２の電力コンバーターは、車両の電源が走行不可能な電源状態である場合、前記補機バッテリーの蓄電量が所定の閾値を超えていれば、前記補機バッテリーの蓄電量が当該閾値よりも小さい所定の下限値に低下するまで前記補機バッテリーの電力を前記駆動用バッテリーに供給する、
    請求項１又は請求項２に記載のソーラーシステム。
  4. 前記補機バッテリーは、リチウム電池である、
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のソーラーシステム。
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