JP2019110731A - ソーラー発電制御装置及び制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリーの状態に基づいてバッテリーの電力が不必要に消費されてしまうことを抑制できるソーラー発電制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】ソーラーパネルで発電された電力をバッテリーに蓄電するソーラー発電システムを制御するソーラー発電制御装置であって、バッテリーの状態を検出する検出部と、所定のスリープ条件を満足した場合にソーラー発電システムを一時的に停止させるスリープ時間を、バッテリーの状態に基づいて制御する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ソーラーパネルで発電された電力をバッテリーに蓄電するソーラー発電システムを制御する制御装置、及びその制御装置が実行する制御方法に関する。
特許文献１に、太陽電池の発電電力に基づいてシステムの起動／停止（ウェイクアップ／スリープ）を適切に切り替えて、ソーラーパネル（太陽電池）で発電された電力を効率的にバッテリーに蓄電するソーラー発電システムが開示されている。
特開２０１５−００２６４０号公報
上記特許文献１に記載のソーラー発電システムでは、ソーラーパネルの発電電力に基づいてシステムの起動／停止が判断されるため、ソーラーパネルの発電状態によってシステムの起動と停止とが短期間で繰り返される場合があり、バッテリーの電力が不必要に消費されてしまうことが起こり得る。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、バッテリーの電力が不必要に消費されてしまうことを抑制できるソーラー発電制御装置及び制御方法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、ソーラーパネルで発電された電力をバッテリーに蓄電するソーラー発電システムを制御するソーラー発電制御装置であって、バッテリーの状態を検出する検出部と、所定のスリープ条件を満足した場合にソーラー発電システムを一時的に停止させるスリープ時間を、バッテリーの状態に基づいて制御する制御部と、を備える、ことを特徴とする。
上記一態様のソーラー発電制御装置では、ソーラー発電システムを一時的に停止させるスリープ時間をバッテリーの状態に基づいて制御する。これにより、バッテリーの状態が電力消費を抑えたいような状態である場合には、電力が不必要に消費されないことを優先させることができる。
この一態様において、検出部は、バッテリーの状態として蓄電量を検出し、制御部は、バッテリーの蓄電量が所定の閾値未満である場合には、バッテリーの蓄電量が閾値以上である場合よりもスリープ時間を長く設定することができる。
この制御により、バッテリーの蓄電量が少ないときに、ソーラー発電システムの起動と停止とが頻繁に繰り返されてバッテリーの電力が不必要に消費されてしまうことを抑制できる。
また、この一態様において、検出部は、バッテリーの状態として蓄電量を検出し、制御部は、バッテリーの所定の使用範囲における蓄電量の下限値よりも低い閾値を設け、バッテリーの蓄電量が閾値未満である場合は、バッテリーの蓄電量が閾値以上である場合よりもスリープ時間を長く設定することができる。
この制御により、バッテリーが通常の使用範囲で使用されていれば、スリープ時間が無駄に長く設定されることがないため、ソーラーパネルで発電された電力の利用機会を失うといったことを低減できる。
また、この一態様において、検出部は、バッテリーの状態として蓄電量を検出し、制御部は、数値が小さいほど長い前記スリープ時間が割り当てられた複数の閾値を設けることができる。
この制御により、バッテリーの蓄電量が少ないときに、ソーラー発電システムの起動と停止とが頻繁に繰り返されてバッテリーの電力が不必要に消費されてしまうことを、精度よく抑制することができる。
上記態様においては、制御部は、バッテリーの蓄電量を引数とした所定の演算によってスリープ時間を算出してもよい。
なお、検出部は、バッテリーの状態として内部抵抗値を検出し、制御部は、バッテリーの内部抵抗値に基づいてスリープ時間を制御してもよい。
この内部抵抗値によっても、バッテリーの状態が電力消費を抑えたいような劣化状態である場合には、電力が不必要に消費されないことを優先させることができる。
また、本発明の他の態様は、ソーラーパネルで発電された電力をバッテリーに蓄電するソーラー発電システムを制御するソーラー発電制御装置が実行する制御方法であって、バッテリーの状態を検出するステップと、所定のスリープ条件を満足した場合にソーラー発電システムを一時的に停止させるスリープ時間を、バッテリーの状態に基づいて制御するステップと、を備える、ことを特徴とする。
上記他の態様の制御方法では、ソーラー発電システムを一時的に停止させるスリープ時間をバッテリーの状態に基づいて制御する。これにより、バッテリーの状態が電力消費を抑えたいような状態である場合には、電力が不必要に消費されないことを優先させることができる。
上記本発明のソーラー発電制御装置及び制御方法によれば、バッテリーの蓄電量が不必要に消費されてしまうことを抑制できる。
本発明の一実施形態に係るソーラー発電制御装置を含むソーラー発電システムの構成例を示す図 制御部が実行する省電力制御方法の処理手順を示すフローチャート スリープ時間の設定制御（図２、ステップＳ４０）の詳細な処理手順を示すフローチャート（設定例１） 図３のスリープ時間の設定概念を説明する図 スリープ時間の設定制御（図２、ステップＳ４０）の詳細な処理手順を示すフローチャート（設定例２） 図５のスリープ時間の設定概念を説明する図 スリープ時間の設定制御（図２、ステップＳ４０）の詳細な処理手順を示すフローチャート（設定例３） 図７のスリープ時間の設定概念を説明する図
［概要］
本実施形態に係るソーラー発電制御装置及び制御方法は、例えば車両に搭載されたソーラー発電システムなどを制御するために用いられる。このソーラー発電制御装置では、ソーラー発電システムを一時的に停止させるスリープ時間をバッテリーの状態に基づいて制御する。これにより、バッテリーの状態が電力消費を抑えたいような状態である場合には、電力が不必要に消費されないことを優先させることができる。
［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るソーラー発電制御装置を含むソーラー発電システム１の構成例を示す図である。図１に例示したソーラー発電システム１は、ソーラーパネル１１と、電力制御部１２と、バッテリー１３と、バッテリー状態検出部１４と、制御部１５と、を備えている。バッテリー状態検出部１４及び制御部１５が、本実施形態に係るソーラー発電制御装置に該当する。
図１においては、電力信号が流れる配線を実線で示し、検出信号や制御信号が流れる配線を点線で示している。
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。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。ソーラーパネル１１の発電によって得られた電力は、電力制御部１２に出力される。
電力制御部１２は、ソーラーパネル１１の発電電力について所定の制御を実行するための構成である。この電力制御部１２は、ソーラーパネル１１の発電電力を入力し、その発電電力を所定の電力に変換した後、バッテリー１３に充電することを行うことができる。また、電力制御部１２は、バッテリー１３に蓄えられた電力を所定の負荷機器へ供給することを行う。また、電力制御部１２は、制御部１５からの指示に従って、後述する「ウェイクアップ制御」から「スリープ制御」に切り替えて（移行して）電力消費を低減させる制御を行うことができる。
バッテリー１３は、例えば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。このバッテリー１３は、電力制御部１２から受ける電力（変換後の発電電力）による充電、及び蓄えた電力の電力制御部１２への放電が可能に、電力制御部１２と接続されている。
バッテリー状態検出部１４は、バッテリー１３に関する所定の状態（以下「バッテリー１３の状態」という）を検出するための構成である。このバッテリー１３の状態としては、例えば蓄電量（ＳＯＣ:State Of Charge）や内部抵抗値などが挙げられる。本実施形態では、バッテリー１３の状態が蓄電量である場合について説明する。バッテリー状態検出部１４で検出された蓄電量は、制御部１５に出力される。
制御部１５は、例えばマイコンで構成され、電力制御部１２から取得するソーラーパネル１１の発電電力及びバッテリー状態検出部１４で検出された蓄電量などに基づいて、電力制御部１２に対してソーラー発電システム１における各種制御の実行を指示する。この指示する各種制御の１つとして、制御部１５は、ウェイクアップ機能部１５ａ及びスリープ機能部１５ｂによって、ソーラー発電システム１における省電力制御の実行を指示することができる。
ウェイクアップ機能部１５ａは、ソーラー発電システム１を通常の状態で作動させる「ウェイクアップ制御」の実行を、電力制御部１２に対して指示するための構成である。このウェイクアップ制御は、電源が投入された直後などに実行され、ソーラー発電システム１を稼働させることができる。また、ウェイクアップ制御は、後述するスリープ制御が終了した後に実行される。
スリープ機能部１５ｂは、ソーラー発電システム１を省電力の状態で作動させる「スリープ制御」の実行を、電力制御部１２に対して指示するための構成である。このスリープ制御は、例えば、上述したウェイクアップ制御中にソーラーパネル１１の発電電力が所定値よりも低くなったといった所定のスリープ条件を満足した場合に実行され、ソーラー発電システム１の少なくとも一部の機能を停止させたり制限させたりすることができる。このスリープ制御は、動的に設定されるスリープ時間だけ継続して実行され、スリープ時間の経過後に終了する。スリープ時間の設定手法については、後述する。
［制御］
次に、図２乃至図８をさらに参照して、本発明の一実施形態に係るソーラー発電制御装置が実行するソーラー発電システム１の制御を説明する。図２は、本実施形態に係る制御部１５が実行する省電力制御方法の処理手順を示すフローチャートである。図３、図５、及び図７は、それぞれ図２におけるスリープ時間の設定制御（ステップＳ４０）のさらに詳細な処理手順を示すフローチャートである。図４、図６、及び図８は、それぞれ図３、図５、及び図７のスリープ時間の設定概念を説明する図である。
図２に示した省電力制御は、電源オンなどによってソーラー発電システム１が稼働すると開始され、電源オフなどによってソーラー発電システム１が停止するまで繰り返し実行される。
ステップＳ１０：電力制御部１２に対してウェイクアップ制御を実行するように指示を行う。
ステップＳ２０：ソーラー発電システム１が所定のスリープ条件を満足したか否かを判定する。本実施形態では、一例としてソーラーパネル１１の発電電力が所定値よりも低いか否かが判定される。この所定値は、例えば、電力制御部１２がソーラーパネル１１の発電電力を処理するために必要とする最小消費電力とすることができる。
ステップＳ３０：スリープ条件を満足したか否かの判定に基づいて、ソーラー発電システム１をスリープ（一部機能の停止又は制限）させることが可能か否かを判断する。スリープ可能と判断した場合は（ステップＳ３０、Ｙｅｓ）ステップＳ４０に処理が進み、スリープ不可能と判断した場合は（ステップＳ３０、Ｎｏ）ステップＳ２０に処理が戻る。
ステップＳ４０：スリープ時間の設定制御を実行する。スリープ時間は、ソーラー発電システム１をウェイクアップ制御からスリープ制御に切り替えた（移行した）場合、スリープ制御を継続させる時間を定義するものである。このスリープ時間は、例えばバッテリー１３の蓄電量に基づいて、以下の設定例１（図３）、設定例２（図５）、及び設定例３（図７）に示すように動的に設定される。
＜設定例１（図３）＞
ステップＳ４０１：バッテリー１３の蓄電量（ＳＯＣ）が所定の閾値ｔｈ以上であるか否かを判断する。この閾値ｔｈは、バッテリー１３において通常使用される範囲の蓄電量の下限値よりも低く設定することができる。蓄電量が閾値ｔｈ以上である場合は（ステップＳ４０１、Ｙｅｓ）ステップＳ４０２に処理が進み、蓄電量が閾値ｔｈ未満である場合は（ステップＳ４０１、Ｎｏ）ステップＳ４０３に処理が進む。
ステップＳ４０２：スリープ時間を第１時間Ｔ１に設定する。スリープ時間の設定が終わると、図２のステップＳ５０に処理が進む。
ステップＳ４０３：、スリープ時間を第２時間Ｔ２に設定する。第２時間Ｔ２は、第１時間Ｔ１よりも長い時間とする（Ｔ２＞Ｔ１）。スリープ時間の設定が終わると、図２のステップＳ５０に処理が進む。
この設定例１によるステップＳ４０１〜Ｓ４０３で実行されるスリープ時間の設定概念を、図４に示す。
＜設定例２（図５）＞
ステップＳ４１１：バッテリー１３の蓄電量（ＳＯＣ）が所定の閾値ｔｈ１以上であるか否かを判断する。この閾値ｔｈ１は、バッテリー１３において通常使用される範囲の蓄電量の下限値よりも低く設定することができる。蓄電量が閾値ｔｈ１以上である場合は（ステップＳ４１１、Ｙｅｓ）ステップＳ４１４に処理が進み、蓄電量が閾値ｔｈ１未満である場合は（ステップＳ４１１、Ｎｏ）ステップＳ４１２に処理が進む。
ステップＳ４１２：バッテリー１３の蓄電量（ＳＯＣ）が所定の閾値ｔｈ２以上であるか否かを判断する。この閾値ｔｈ２は、バッテリー１３において通常使用される範囲の蓄電量の下限値よりも低く、かつ、閾値ｔｈ１よりも低く設定される。蓄電量が閾値ｔｈ２以上である場合は（ステップＳ４１２、Ｙｅｓ）ステップＳ４１５に処理が進み、蓄電量が閾値ｔｈ２未満である場合は（ステップＳ４１２、Ｎｏ）ステップＳ４１３に処理が進む。
ステップＳ４１３：バッテリー１３の蓄電量（ＳＯＣ）が所定の閾値ｔｈ３以上であるか否かを判断する。この閾値ｔｈ３は、バッテリー１３において通常使用される範囲の蓄電量の下限値よりも低く、かつ、閾値ｔｈ２よりも低く設定される。蓄電量が閾値ｔｈ３以上である場合は（ステップＳ４１３、Ｙｅｓ）ステップＳ４１６に処理が進む。一方、蓄電量が閾値ｔｈ３未満である場合は（ステップＳ４１３、Ｎｏ）以降同様に閾値ｔｈｎ−１まで同様に判断分岐を順次実施し、最終的に蓄電量が閾値ｔｈｎ−１未満である場合はステップＳ４１７に処理が進む。
ステップＳ４１４：スリープ時間を第１時間Ｔ１に設定する。スリープ時間の設定が終わると、図２のステップＳ５０に処理が進む。
ステップＳ４１５：スリープ時間を第２時間Ｔ２に設定する。第２時間Ｔ２は、第１時間Ｔ１よりも長い時間とする（Ｔ２＞Ｔ１）。スリープ時間の設定が終わると、図２のステップＳ５０に処理が進む。
ステップＳ４１６：スリープ時間を第３時間Ｔ３に設定する。第３時間Ｔ３は、第２時間Ｔ２よりも長い時間とする（Ｔ３＞Ｔ２）。スリープ時間の設定が終わると、図２のステップＳ５０に処理が進む。
ステップＳ４１７：スリープ時間を第ｎ時間Ｔｎに設定する。第ｎ時間Ｔｎは、第ｎ−１時間Ｔｎ−１よりも長い時間とする（Ｔｎ＞Ｔｎ−１）。スリープ時間の設定が終わると、図２のステップＳ５０に処理が進む。なお、変数ｎは、２以上の任意の整数とすることができる。
この設定例２によるステップＳ４１１〜Ｓ４１７で実行されるスリープ時間の設定概念を、図６に示す。設定例２では、閾値の数値が小さいほど長いスリープ時間が割り当てられた複数の閾値が設定される。
＜設定例３（図７）＞
ステップＳ４２１：バッテリー１３の蓄電量（ＳＯＣ）が所定の閾値ｔｈ以上であるか否かを判断する。この閾値ｔｈは、バッテリー１３において通常使用される範囲の蓄電量の下限値よりも低く設定することができる。蓄電量が閾値ｔｈ以上である場合は（ステップＳ４２１、Ｙｅｓ）ステップＳ４２２に処理が進み、蓄電量が閾値ｔｈ未満である場合は（ステップＳ４２１、Ｎｏ）ステップＳ４２３に処理が進む。
ステップＳ４２２：スリープ時間を第１時間Ｔ１に設定する。スリープ時間の設定が終わると、図２のステップＳ５０に処理が進む。
ステップＳ４２３：バッテリー１３の蓄電量を引数とした所定の演算によってスリープ時間を求め、その求めたスリープ時間を第２時間Ｔ２に設定する。第２時間Ｔ２は、第１時間Ｔ１よりも長い時間とする（Ｔ２＞Ｔ１）。スリープ時間の設定が終わると、図２のステップＳ５０に処理が進む。
この設定例３によるステップＳ４２１〜Ｓ４２３で実行されるスリープ時間の設定概念を、図８に示す。図８では、演算の結果が直線で得られる例を示したが曲線で得られる演算であってもよい。
なお、スリープ時間の求め方は、上述したバッテリー１３の蓄電量を引数とした演算以外にも、例えばバッテリー１３の蓄電量とスリープ時間とを対応付けた変換テーブルを参照することによっても可能である。
ステップＳ５０：電力制御部１２に対してスリープ制御を実行するように指示を行う。
ステップＳ６０：スリープ制御を実行するように指示してから、ステップＳ４０におけるスリープ時間の設定制御によって設定したスリープ時間が、経過したか否かを判断する。スリープ時間が経過したと判断した場合は（ステップＳ６０、Ｙｅｓ）ステップＳ１０に処理が戻る。
なお、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ４０のスリープ時間の設定制御を実行するタイミングは、ステップＳ５０で電力制御部１２に対してスリープ制御を実行するように指示を行う前に実施されればいつでもよい。また、ステップＳ４０のスリープ時間の設定制御は、他の制御（ステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ５０、及びＳ６０）と独立して並列に実施（常時、間欠）されてもよい。
以上、本実施形態では、バッテリーの状態である蓄電量に基づいてスリープ時間を制御する例を説明したが、蓄電量に代えて、バッテリーの内部抵抗値に基づいて、スリープ時間を制御してもよい。また、蓄電量及び内部抵抗値の両方を考慮して、スリープ時間を制御してもよい。
［作用・効果］
上述した本発明の一実施形態に係るソーラー発電制御装置及び制御方法によれば、バッテリー状態検出部１４を用いてバッテリーの状態（蓄電量、内部抵抗値など）を検出し、ソーラー発電システム１を一時的に停止させるスリープ時間をこの検出したバッテリー１３の状態に基づいて制御する。
これにより、バッテリー１３の状態が電力消費を抑えたいような状態である場合には、電力が不必要に消費されないことを優先させることができる。例えば、バッテリー１３の蓄電量（ＳＯＣ）が所定の閾値ｔｈ未満である場合には、バッテリー１３の蓄電量が閾値ｔｈ以上である場合よりもスリープ時間を長く設定する制御が可能となる。この制御により、バッテリー１３の蓄電量が少ないときに、ソーラー発電システム１の起動（ウェイクアップ）と停止（スリープ）とが頻繁に繰り返されてバッテリー１３の電力が不必要に消費されてしまうことを抑制できる。
本発明のソーラー発電制御装置及び制御方法は、車両に搭載されたソーラー発電システムなどを制御することに利用可能である。
１ ソーラー発電システム
１１ ソーラーパネル
１２ 電力制御部
１３ バッテリー
１４ バッテリー状態検出部
１５ 制御部
１５ａ ウェイクアップ機能部
１５ｂ スリープ機能部

Claims (7)

  1. ソーラーパネルで発電された電力をバッテリーに蓄電するソーラー発電システムを制御するソーラー発電制御装置であって、
    前記バッテリーの状態を検出する検出部と、
    所定のスリープ条件を満足した場合に前記ソーラー発電システムを一時的に停止させるスリープ時間を、前記バッテリーの状態に基づいて制御する制御部と、を備える、
    ソーラー発電制御装置。
  2. 前記検出部は、前記バッテリーの状態として蓄電量を検出し、
    前記制御部は、前記バッテリーの蓄電量が所定の閾値未満である場合は、前記バッテリーの蓄電量が当該閾値以上である場合よりも前記スリープ時間を長く設定する、
    請求項１に記載のソーラー発電制御装置。
  3. 前記検出部は、前記バッテリーの状態として蓄電量を検出し、
    前記制御部は、前記バッテリーの所定の使用範囲における蓄電量の下限値よりも低い閾値を設け、前記バッテリーの蓄電量が当該閾値未満である場合は、前記バッテリーの蓄電量が当該閾値以上である場合よりも前記スリープ時間を長く設定する、
    請求項１に記載のソーラー発電制御装置。
  4. 前記検出部は、前記バッテリーの状態として蓄電量を検出し、
    前記制御部は、数値が小さいほど長い前記スリープ時間が割り当てられた複数の閾値を設ける、
    請求項３に記載のソーラー発電制御装置。
  5. 前記制御部は、前記バッテリーの蓄電量を引数とした所定の演算によって前記スリープ時間を算出する、
    請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のソーラー発電制御装置。
  6. 前記検出部は、前記バッテリーの状態として内部抵抗値を検出し、
    前記制御部は、前記バッテリーの内部抵抗値に基づいて前記スリープ時間を制御する、
    請求項１に記載のソーラー発電制御装置。
  7. ソーラーパネルで発電された電力をバッテリーに蓄電するソーラー発電システムを制御するソーラー発電制御装置が実行する制御方法であって、
    前記バッテリーの状態を検出するステップと、
    所定のスリープ条件を満足した場合に前記ソーラー発電システムを一時的に停止させるスリープ時間を、前記バッテリーの状態に基づいて制御するステップと、を備える、
    制御方法。
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