JP2021086302A - Solar charging control device - Google Patents

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Abstract

To provide a solar charging control device that can estimate a maximum power point of a solar panel without a battery to be charged.SOLUTION: The present invention is a solar charging control device controlling charging a battery using power generated by a solar panel comprises: a detection unit detecting output voltage and output current of the solar panel; a connection unit electrically connecting the solar panel and the battery; and a control unit controlling the connection unit, the control unit controls the connection unit to open the output end of the solar panel and acquires the open circuit voltage of the solar panel from the detection unit, controls the connection unit to short-circuit the output end of the solar panel and acquires the short-circuit current of the solar panel from the detection unit, estimates the maximum power point of the solar panel based on the open circuit voltage and the short circuit current, and when the maximum power point is a first threshold or more, charges the power generated by the solar panel to the battery.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ソーラーパネルの発電電力を用いたバッテリの充電を制御するソーラー充電制御装置に関する。 The present invention relates to a solar charge control device that controls charging of a battery using the generated power of a solar panel.

特許文献１に、ソーラーパネルで発電された電力をソーラーバッテリに一時的に蓄電し、一定量が蓄電されるとソーラーバッテリから補機バッテリなどへ電力を供給する、ソーラー充電システムが開示されている。このようなソーラー充電システムでは、いわゆる山登り法による最大電力点追従手法（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）を用いてソーラーパネルで発電される電力を制御して、補機バッテリなどへの充電効率を向上させている。 Patent Document 1 discloses a solar charging system in which the electric power generated by a solar panel is temporarily stored in a solar battery, and when a certain amount of electric power is stored, the electric power is supplied from the solar battery to an auxiliary battery or the like. .. In such a solar charging system, the power generated by the solar panel is controlled by using the so-called maximum power point tracking (MPPT) method, and the charging efficiency of auxiliary batteries and the like is improved. I'm letting you.

特開２０１５−１１６０６７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-116067

システムコストを削減するために、ソーラー充電システムからソーラーバッテリを省くことが考えられる。しかしながら、ソーラーバッテリを省いてしまうと、ソーラーバッテリに蓄えながらＤＣＤＣコンバータをＭＰＰＴ制御させてソーラーパネルの最大電力点（ＭＰＰ）を導出することができなくなる。 It is conceivable to omit the solar battery from the solar charging system in order to reduce the system cost. However, if the solar battery is omitted, the maximum power point (MPP) of the solar panel cannot be derived by MPPT controlling the DCDC converter while storing the solar battery.

そこで、ソーラーバッテリの代わりに充電対象である補機バッテリなどを用いて最大電力点を導出することが考えられるが、補機バッテリへの通電を行うためにバッテリ監視システムや制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）などを起動しなければならないなど、ソーラーバッテリを備えていた場合には不要であった新たな電力消費が必要となる。このような新たな電力消費は、補機バッテリ上がりを引き起こす原因となるため、昼夜や日射の有無など発電の可否に関係なくむやみに行うことは適切ではない。 Therefore, it is conceivable to derive the maximum power point by using an auxiliary battery to be charged instead of the solar battery, but a battery monitoring system or a control ECU (Electronic Control Unit) is used to energize the auxiliary battery. ) Etc., which would have been unnecessary if a solar battery was provided, would require new power consumption. Since such new power consumption causes the auxiliary battery to run out, it is not appropriate to do it unnecessarily regardless of whether or not power generation is possible, such as day and night and the presence or absence of solar radiation.

よって、システムからソーラーバッテリを省く場合には、ソーラーパネルの最大電力点をどのようにして推定するかを検討する余地がある。 Therefore, when omitting the solar battery from the system, there is room to consider how to estimate the maximum power point of the solar panel.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、充電対象であるバッテリを用いることなく、ソーラーパネルの最大電力点を推定することができる、ソーラー充電制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solar charge control device capable of estimating the maximum power point of a solar panel without using a battery to be charged. ..

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ソーラーパネルの発電電力を用いたバッテリの充電を制御するソーラー充電制御装置であって、ソーラーパネルの出力電圧及び出力電流を検出する検出部と、ソーラーパネルとバッテリとを電気的に接続する接続部と、接続部を制御する制御部と、を備え、制御部は、接続部を制御してソーラーパネルの出力端を開放状態とし、ソーラーパネルの開放電圧を検出部から取得し、接続部を制御してソーラーパネルの出力端を短絡状態とし、ソーラーパネルの短絡電流を検出部から取得し、開放電圧及び短絡電流に基づいて、ソーラーパネルの最大電力点を推定し、最大電力点が第１閾値以上である場合に、ソーラーパネルの発電電力をバッテリに充電する。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is a solar charge control device that controls charging of a battery using the generated power of the solar panel, and is a detection unit that detects the output voltage and output current of the solar panel. A connection unit that electrically connects the solar panel and the battery, and a control unit that controls the connection unit are provided. The control unit controls the connection unit to open the output end of the solar panel, and the solar panel is open. The open circuit voltage of the panel is acquired from the detection unit, the connection part is controlled to short-circuit the output end of the solar panel, the short-circuit current of the solar panel is acquired from the detection unit, and the solar panel is based on the open-circuit voltage and short-circuit current. The maximum power point of the solar panel is estimated, and when the maximum power point is equal to or higher than the first threshold value, the generated power of the solar panel is charged to the battery.

上記本発明のソーラー充電制御装置によれば、充電対象であるバッテリを用いることなく、ソーラーパネルの最大電力点を推定することができる。 According to the solar charge control device of the present invention, the maximum power point of the solar panel can be estimated without using the battery to be charged.

本実施形態に係るソーラー充電制御装置を含んだソーラー充電システムの概略構成図Schematic configuration diagram of a solar charging system including a solar charging control device according to this embodiment ソーラーパネルのＩ−Ｖ特性図IV characteristic diagram of solar panel ソーラーパネルのＰ−Ｖ特性図PV characteristic diagram of solar panel ソーラーＤＣＤＣコンバータの構成例Configuration example of solar DCDC converter ソーラー充電制御装置が実行する充電制御の処理フローチャートFlow chart of charge control executed by the solar charge control device ソーラーパネルの開放電圧の取得手法を説明するための図Diagram for explaining the acquisition method of the open circuit voltage of the solar panel ソーラーパネルの短絡電流の取得手法を説明するための図Diagram for explaining the acquisition method of short-circuit current of solar panel 応用例１のソーラー充電システムの概略構成図Schematic configuration of the solar charging system of Application Example 1 応用例２のソーラー充電システムの概略構成図Schematic configuration of the solar charging system of Application Example 2

［実施形態］
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 [Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

＜構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るソーラー充電制御装置を含んだソーラー充電システムの概略構成を示すブロック図である。図１に例示したソーラー充電システム１は、ソーラーパネル１０と、本実施形態に係るソーラー充電制御装置２０と、高圧バッテリ３０と、補機バッテリ４０と、を備えている。このソーラー充電システム１は、車両などに搭載することができる。 <Structure>
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a solar charging system including a solar charging control device according to an embodiment of the present invention. The solar charging system 1 illustrated in FIG. 1 includes a solar panel 10, a solar charging control device 20 according to the present embodiment, a high-voltage battery 30, and an auxiliary battery 40. This solar charging system 1 can be mounted on a vehicle or the like.

ソーラーパネル１０は、太陽光の照射を受けて発電する発電装置であり、典型的には太陽電池セルの集合体である太陽電池モジュールである。ソーラーパネル１０で発電される電力の量は、日射強度に依存する。ソーラーパネル１０で発生した電力は、ソーラー充電制御装置２０に出力される。このソーラーパネル１０は、例えば車両のルーフなどに設置することができる。 The solar panel 10 is a power generation device that generates electricity by being irradiated with sunlight, and is typically a solar cell module that is an aggregate of solar cell cells. The amount of electric power generated by the solar panel 10 depends on the intensity of solar radiation. The electric power generated by the solar panel 10 is output to the solar charge control device 20. The solar panel 10 can be installed on, for example, the roof of a vehicle.

図２に、ソーラーパネル１０の発電能力を表すＩ−Ｖ特性を例示する。このＩ−Ｖ特性は、ソーラーパネル１０が光を受けて発電する電圧Ｖ（横軸）と電流Ｉ（縦軸）との対応関係を示している。開放電圧Ｖocは、ソーラーパネル１０の出力端に負荷を接続せずに開放した状態、つまり動作電流を「０」にした状態で出力端に現れる電圧値である。短絡電流Ｉscは、ソーラーパネル１０の出力端を短絡した状態、つまり動作電圧を「０」にした状態で出力端に流れる電流値である。また、図３に、ソーラーパネル１０のＰ−Ｖ特性を例示する。図３の例では、ソーラーパネル１０は、動作電圧が電圧Ｖmpであるときに最大電力Ｐmpを出力できることを示している。 FIG. 2 illustrates the IV characteristics representing the power generation capacity of the solar panel 10. This IV characteristic shows the correspondence between the voltage V (horizontal axis) generated by the solar panel 10 by receiving light and the current I (vertical axis). The open circuit voltage Voc is a voltage value that appears at the output end of the solar panel 10 in a state of being open without connecting a load, that is, in a state where the operating current is set to “0”. The short-circuit current Isc is a current value that flows to the output end in a state where the output end of the solar panel 10 is short-circuited, that is, in a state where the operating voltage is set to “0”. Further, FIG. 3 illustrates the PV characteristics of the solar panel 10. In the example of FIG. 3, the solar panel 10 can output the maximum power Pmp when the operating voltage is the voltage Vmp.

高圧バッテリ３０は、例えばリチウムイオン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二次電池である。この高圧バッテリ３０は、ソーラーパネル１０で発生した電力によって充電可能に、ソーラー充電制御装置２０と接続されている。車両に搭載される高圧バッテリ３０としては、スタータモーターや電動モーターなどの、車両を駆動させるための主機的な機器（図示せず）の動作に必要な電力を供給することができる、いわゆる駆動用バッテリを例示できる。 The high-voltage battery 30 is a rechargeable secondary battery such as a lithium-ion battery or a nickel-metal hydride battery. The high-voltage battery 30 is connected to the solar charge control device 20 so that it can be charged by the electric power generated by the solar panel 10. The high-voltage battery 30 mounted on the vehicle is for so-called driving, which can supply electric power necessary for the operation of main equipment (not shown) for driving the vehicle, such as a starter motor and an electric motor. A battery can be exemplified.

補機バッテリ４０は、例えばリチウムイオン電池や鉛蓄電池などの、充放電可能に構成された二次電池である。この補機バッテリ４０は、ソーラーパネル１０で発生した電力によって充電可能に、ソーラー充電制御装置２０と接続されている。車両に搭載される補機バッテリ４０は、ヘッドランプや室内灯などの灯火類、ヒーターやクーラーなどの空調類、及び自動運転や先進運転支援の装置などの、車両を駆動させるため以外の補機的な機器（図示せず）の動作に必要な電力を供給することができる、いわゆる１２Ｖ系バッテリである。 The auxiliary battery 40 is a rechargeable secondary battery such as a lithium ion battery or a lead storage battery. The auxiliary battery 40 is connected to the solar charge control device 20 so that it can be charged by the electric power generated by the solar panel 10. The auxiliary battery 40 mounted on the vehicle is an auxiliary device other than for driving the vehicle, such as lights such as headlamps and interior lights, air conditioners such as heaters and coolers, and devices for automatic driving and advanced driving support. It is a so-called 12V system battery that can supply the power required for the operation of a typical device (not shown).

ソーラー充電制御装置２０は、ソーラーパネル１０と高圧バッテリ３０及び補機バッテリ４０とを接続する接続部であって、ソーラーパネル１０で発生した電力を高圧バッテリ３０や補機バッテリ４０へ供給することができる電子制御装置（ＥＣＵ）である。この電子制御装置（ＥＣＵ）は、典型的にはプロセッサ、メモリ、及び入出力インタフェースなどを含んで構成され、メモリに格納されたプログラムをプロセッサが読み出して実行することによって、様々な制御を実施する。本実施形態に係るソーラー充電制御装置２０は、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１、高圧ＤＣＤＣコンバータ２２、補機ＤＣＤＣコンバータ２３、検出部２４、及び制御部２５を、構成に含んでいる。 The solar charge control device 20 is a connection portion that connects the solar panel 10, the high-pressure battery 30, and the auxiliary battery 40, and can supply the electric power generated by the solar panel 10 to the high-pressure battery 30 and the auxiliary battery 40. It is an electronic control device (ECU) that can be used. This electronic control unit (ECU) is typically configured to include a processor, a memory, an input / output interface, and the like, and the processor reads and executes a program stored in the memory to perform various controls. .. The solar charge control device 20 according to the present embodiment includes a solar DCDC converter 21, a high-voltage DCDC converter 22, an auxiliary DCDC converter 23, a detection unit 24, and a control unit 25 in its configuration.

ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１は、ソーラーパネル１０で発電された電力を、高圧ＤＣＤＣコンバータ２２及び補機ＤＣＤＣコンバータ２３に供給する。電力供給の際、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１は、入力電圧であるソーラーパネル１０の発電電圧を、後述する制御部２５から指示されるデューティ比に基づく所定の電圧に変換（昇圧／降圧）して、高圧ＤＣＤＣコンバータ２２及び補機ＤＣＤＣコンバータ２３に出力することができる。従って、このソーラーＤＣＤＣコンバータ２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が可能な昇降圧型のＤＣＤＣコンバータとすることができる。ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１の出力側には、プリチャージ用の大容量のキャパシタ２６が接続されていてもよい。 The solar DCDC converter 21 supplies the electric power generated by the solar panel 10 to the high-voltage DCDC converter 22 and the auxiliary DCDC converter 23. At the time of power supply, the solar DCDC converter 21 converts (boost / step down) the generated voltage of the solar panel 10, which is an input voltage, into a predetermined voltage based on the duty ratio instructed by the control unit 25, which will be described later, to obtain a high voltage. It can be output to the DCDC converter 22 and the auxiliary DCDC converter 23. Therefore, the solar DCDC converter 21 can be a buck-boost type DCDC converter capable of PWM (Pulse Width Modulation) control. A large-capacity capacitor 26 for precharging may be connected to the output side of the solar DCDC converter 21.

図４に、ＰＷＭ制御が可能な昇降圧型のソーラーＤＣＤＣコンバータ２１の構成例を示す。図４に例示するソーラーＤＣＤＣコンバータ２１は、降圧用上アーム素子であるスイッチング素子Ｍ１、降圧用下アーム素子であるスイッチング素子Ｍ２、インダクタＬ、昇圧用下アーム素子であるスイッチング素子Ｍ３、昇圧用上アーム素子である整流素子Ｄ４を、構成に含んでいる。 FIG. 4 shows a configuration example of a buck-boost type solar DCDC converter 21 capable of PWM control. The solar DCDC converter 21 illustrated in FIG. 4 includes a switching element M1 which is a step-down upper arm element, a switching element M2 which is a step-down lower arm element, an inductor L, a switching element M3 which is a step-up lower arm element, and a step-up upper arm element. The rectifying element D4, which is an arm element, is included in the configuration.

スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２、及びＭ３は、制御部２５から指示される制御信号に基づいてオン／オフ動作の切り替えが可能な能動素子であり、例えばトランジスタである。このトランジスタには、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いることができる。整流素子Ｄ４は、一方向に電流を流すことが可能な能動素子であり、例えばダイオードである。このダイオードには、例えばショットキーバリアダイオード（Schottky Barrier Diode）を用いることができる。インダクタＬは、流れる電流によって磁界を発生させて磁気エネルギーを蓄えることが可能な受動素子である。このインダクタＬは、電流を維持しようとする定電流特性を有している。インダクタＬには、例えばチョークコイル（Choke Coil）を用いることができる。 The switching elements M1, M2, and M3 are active elements capable of switching on / off operations based on a control signal instructed by the control unit 25, and are, for example, transistors. For this transistor, for example, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) can be used. The rectifying element D4 is an active element capable of passing a current in one direction, and is, for example, a diode. For this diode, for example, a Schottky Barrier Diode can be used. The inductor L is a passive element capable of generating a magnetic field by a flowing current and storing magnetic energy. This inductor L has a constant current characteristic that tries to maintain a current. For the inductor L, for example, a choke coil can be used.

スイッチング素子Ｍ１のソースは、検出部２４を介してソーラーパネル１０（の正極端）に接続されている。スイッチング素子Ｍ１のドレインは、スイッチング素子Ｍ２のソースに接続されている。スイッチング素子Ｍ２のドレインは、グラウンド（ソーラーパネル１０の負極端）に接続されている。スイッチング素子Ｍ３のドレインは、グラウンドに接続されている。スイッチング素子Ｍ３のソースは、整流素子Ｄ４のアノードに接続されている。整流素子Ｄ４のカソードは、高圧ＤＣＤＣコンバータ２２及び補機ＤＣＤＣコンバータ２３に接続されている。スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２、及びＭ３のゲートは、それぞれ制御部２５によってゲート信号が制御されるドライブＩＣに接続されている。インダクタＬは、スイッチング素子Ｍ１のドレインとスイッチング素子Ｍ２のソースとの接続点と、整流素子Ｄ４のアノードとスイッチング素子Ｍ３のソースとの接続点との間に、挿入されている。このソーラーＤＣＤＣコンバータ２１は、スイッチング素子Ｍ１、スイッチング素子Ｍ２、及びインダクタＬによって降圧回路を形成し、インダクタＬ、スイッチング素子Ｍ３、及び整流素子Ｄ４によって昇圧回路を形成する。 The source of the switching element M1 is connected to (the positive end of the solar panel 10) via the detection unit 24. The drain of the switching element M1 is connected to the source of the switching element M2. The drain of the switching element M2 is connected to the ground (the negative end of the solar panel 10). The drain of the switching element M3 is connected to the ground. The source of the switching element M3 is connected to the anode of the rectifying element D4. The cathode of the rectifying element D4 is connected to the high-voltage DCDC converter 22 and the auxiliary DCDC converter 23. The gates of the switching elements M1, M2, and M3 are connected to drive ICs whose gate signals are controlled by the control unit 25, respectively. The inductor L is inserted between the connection point between the drain of the switching element M1 and the source of the switching element M2 and the connection point between the anode of the rectifying element D4 and the source of the switching element M3. In this solar DCDC converter 21, a step-down circuit is formed by a switching element M1, a switching element M2, and an inductor L, and a step-up circuit is formed by an inductor L, a switching element M3, and a rectifying element D4.

高圧ＤＣＤＣコンバータ２２は、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１が出力する電力を、高圧バッテリ３０に供給する。電力供給の際、高圧ＤＣＤＣコンバータ２２は、入力電圧であるソーラーＤＣＤＣコンバータ２１の出力電圧を、後述する制御部２５から指示されるデューティ比に基づく所定の電圧に変換（昇圧）して、高圧バッテリ３０に出力することができる。従って、この高圧ＤＣＤＣコンバータ２２は、ＰＷＭ制御が可能な昇圧型のＤＣＤＣコンバータとすることができる。 The high-voltage DCDC converter 22 supplies the electric power output from the solar DCDC converter 21 to the high-voltage battery 30. At the time of power supply, the high-voltage DCDC converter 22 converts (boosts) the output voltage of the solar DCDC converter 21, which is an input voltage, into a predetermined voltage based on the duty ratio instructed by the control unit 25, which will be described later, to obtain a high-voltage battery. It can be output to 30. Therefore, the high-voltage DCDC converter 22 can be a boost-type DCDC converter capable of PWM control.

補機ＤＣＤＣコンバータ２３は、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１が出力する電力を、補機バッテリ４０に供給する。電力供給の際、補機ＤＣＤＣコンバータ２３は、入力電圧であるソーラーＤＣＤＣコンバータ２１の出力電圧を、後述する制御部２５から指示されるデューティ比に基づく所定の電圧に変換（降圧）して、補機バッテリ４０に出力することができる。従って、この補機ＤＣＤＣコンバータ２３は、ＰＷＭ制御が可能な降圧型のＤＣＤＣコンバータとすることができる。 The auxiliary DCDC converter 23 supplies the electric power output from the solar DCDC converter 21 to the auxiliary battery 40. At the time of power supply, the auxiliary DCDC converter 23 converts (lowers) the output voltage of the solar DCDC converter 21, which is an input voltage, into a predetermined voltage based on the duty ratio instructed by the control unit 25, which will be described later, to supplement the output voltage. It can be output to the machine battery 40. Therefore, the auxiliary DCDC converter 23 can be a step-down DCDC converter capable of PWM control.

検出部２４は、ソーラーパネル１０の発電状況として、ソーラーパネル１０の出力端に現れる電圧及びソーラーパネル１０からソーラーＤＣＤＣコンバータ２１へ出力される電流を検出する。この検出部２４は、例えば図４で示すように、電圧センサ（Ｖ）と電流センサ（Ａ）とで構成することができる。検出部２４で検出された電圧値及び電流値は、制御部２５によって取得される。 The detection unit 24 detects the voltage appearing at the output end of the solar panel 10 and the current output from the solar panel 10 to the solar DCDC converter 21 as the power generation status of the solar panel 10. As shown in FIG. 4, for example, the detection unit 24 can be composed of a voltage sensor (V) and a current sensor (A). The voltage value and the current value detected by the detection unit 24 are acquired by the control unit 25.

制御部２５は、例えばマイコンで構成され、検出部２４から取得する電圧値及び電流値や図示しない車載機器から取得する車両の走行状態などに基づいて、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１、高圧ＤＣＤＣコンバータ２２、及び補機ＤＣＤＣコンバータ２３の動作を制御する。各ＤＣＤＣコンバータの制御は、例えば、各スイッチング素子をオン／オフ動作させるゲート信号のデューティ比を指示することによって行うことができる。 The control unit 25 includes, for example, a solar DCDC converter 21, a high-voltage DCDC converter 22, and a high-voltage DCDC converter 22 based on a voltage value and a current value acquired from the detection unit 24, a running state of a vehicle acquired from an in-vehicle device (not shown), and the like. Controls the operation of the auxiliary DCDC converter 23. The control of each DCDC converter can be performed, for example, by instructing the duty ratio of the gate signal for operating each switching element on / off.

＜制御＞
次に、図５をさらに参照して、本ソーラー充電システム１で行われる制御を説明する。図５は、本実施形態に係るソーラー充電制御装置２０が実行する充電制御の処理手順を説明するフローチャートである。 <Control>
Next, the control performed by the solar charging system 1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart illustrating a processing procedure of charge control executed by the solar charge control device 20 according to the present embodiment.

図５に示した充電制御は、ソーラー充電システム１が稼働している期間は繰り返し実行される。 The charge control shown in FIG. 5 is repeatedly executed while the solar charging system 1 is in operation.

ステップＳ５０１：ソーラー充電制御装置２０は、ソーラーパネル１０の出力端子に現れる開放電圧Ｖoc及び短絡電流Ｉscを取得する。開放電圧Ｖoc及び短絡電流Ｉscの取得は、例えば次のようにして行うことができる。 Step S501: The solar charge control device 20 acquires the open circuit voltage Voc and the short circuit current Isc appearing at the output terminal of the solar panel 10. The open circuit voltage Voc and the short circuit current Isc can be obtained, for example, as follows.

開放電圧Ｖocの取得にあたり、ソーラー充電制御装置２０は、図６Ａに示すように、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１のスイッチング素子Ｍ１、Ｍ２、及びＭ３に与えるゲート信号のデューティ比を０％に制御して、スイッチング素子Ｍ１、Ｍ２、及びＭ３を全てオフ動作させる。この制御によって、ソーラーパネル１０がソーラーＤＣＤＣコンバータ２１と切り離されてソーラーパネル１０からソーラーＤＣＤＣコンバータ２１へ電流が流れなくなる開放状態となるため、ソーラーパネル１０の開放電圧Ｖocを検出部２４の電圧センサ（Ｖ）で検出することができる。 In acquiring the open circuit voltage Voc, as shown in FIG. 6A, the solar charge control device 20 controls the duty ratio of the gate signal given to the switching elements M1, M2, and M3 of the solar DCDC converter 21 to 0% for switching. The elements M1, M2, and M3 are all turned off. By this control, the solar panel 10 is separated from the solar DCDC converter 21 and is in an open state in which no current flows from the solar panel 10 to the solar DCDC converter 21, so that the open circuit voltage Voc of the solar panel 10 is detected by the voltage sensor of the detection unit 24 ( It can be detected by V).

短絡電流Ｉscの取得にあたり、ソーラー充電制御装置２０は、図６Ｂに示すように、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１のスイッチング素子Ｍ１及びＭ３に与えるゲート信号のデューティ比を１００％に制御して、スイッチング素子Ｍ１及びＭ３をオン動作させ、かつ、スイッチング素子Ｍ２に与えるゲート信号のデューティ比を０％に制御して、スイッチング素子Ｍ２をオフ動作させる。この制御によって、ソーラーパネル１０の出力端がスイッチング素子Ｍ１→インダクタＬ→スイッチング素子Ｍ３の経路で短絡される短絡状態となるため、ソーラーパネル１０から同経路で流れる短絡電流Ｉscを検出部２４の電流センサ（Ａ）で検出することができる。なお、ドライブＩＣの制約によりデューティ比を１００％に制御できない場合には、その制約の範囲内でスイッチング素子をオン動作できるデューティ比（例えば９５％）を適宜設定すればよい。 In acquiring the short-circuit current Isc, as shown in FIG. 6B, the solar charge control device 20 controls the duty ratio of the gate signal given to the switching elements M1 and M3 of the solar DCDC converter 21 to 100%, and controls the switching elements M1 and M3. The switching element M2 is turned off by controlling the duty ratio of the gate signal given to the switching element M2 to 0% while turning the M3 on. Due to this control, the output end of the solar panel 10 is short-circuited in the path of the switching element M1 → inductor L → switching element M3, so that the short-circuit current Isc flowing from the solar panel 10 in the same path is detected by the current of the detection unit 24. It can be detected by the sensor (A). If the duty ratio cannot be controlled to 100% due to the restrictions of the drive IC, the duty ratio (for example, 95%) capable of turning on the switching element may be appropriately set within the restrictions.

ソーラーパネル１０の開放電圧Ｖoc及び短絡電流Ｉscが取得されると、ステップＳ５０２に処理が進む。 When the open circuit voltage Voc and the short circuit current Isc of the solar panel 10 are acquired, the process proceeds to step S502.

ステップＳ５０２：ソーラー充電制御装置２０は、ソーラーパネル１０の開放電圧Ｖocが閾値α以上であるか否かを判断する。この判断は、効率的な充電制御を実施できるほどの電力をソーラーパネル１０が発生させることができる状態にあるか否かを電圧で判断するために行われる。閾値αは、システムに要求される電力やソーラーパネル１０のＩ−Ｖ特性などに基づいて設定することができる。 Step S502: The solar charge control device 20 determines whether or not the open circuit voltage Voc of the solar panel 10 is equal to or higher than the threshold value α. This determination is made in order to determine by voltage whether or not the solar panel 10 is in a state where it can generate enough electric power to carry out efficient charge control. The threshold value α can be set based on the power required for the system, the IV characteristics of the solar panel 10, and the like.

ソーラーパネル１０の開放電圧Ｖocが閾値α以上である場合は（ステップＳ５０２、はい）、ステップＳ５０３に処理が進み、ソーラーパネル１０の開放電圧Ｖocが閾値α未満である場合は（ステップＳ５０２、いいえ）、ステップＳ５０１に処理が進む。 If the open circuit voltage Voc of the solar panel 10 is equal to or higher than the threshold value α (step S502, yes), the process proceeds to step S503, and if the open circuit voltage Voc of the solar panel 10 is less than the threshold value α (step S502, no). , The process proceeds to step S501.

ステップＳ５０３：ソーラー充電制御装置２０は、ソーラーパネル１０の短絡電流Ｉscが閾値β以上であるか否かを判断する。この判断は、効率的な充電制御を実施できるほどの電力をソーラーパネル１０が発生させることができる状態にあるか否かを電流で判断するために行われる。閾値βは、システムに要求される電力やソーラーパネル１０のＩ−Ｖ特性などに基づいて設定することができる。 Step S503: The solar charge control device 20 determines whether or not the short-circuit current Isc of the solar panel 10 is equal to or greater than the threshold value β. This determination is made in order to determine from the current whether or not the solar panel 10 is in a state where the solar panel 10 can generate enough electric power to carry out efficient charge control. The threshold value β can be set based on the power required for the system, the IV characteristics of the solar panel 10, and the like.

ソーラーパネル１０の短絡電流Ｉscが閾値β以上である場合は（ステップＳ５０３、はい）、ステップＳ５０４に処理が進み、ソーラーパネル１０の短絡電流Ｉscが閾値β未満である場合は（ステップＳ５０３、いいえ）、ステップＳ５０１に処理が進む。 If the short-circuit current Isc of the solar panel 10 is equal to or higher than the threshold value β (step S503, yes), the process proceeds to step S504, and if the short-circuit current Isc of the solar panel 10 is less than the threshold value β (step S503, no). , The process proceeds to step S501.

ステップＳ５０４：ソーラー充電制御装置２０は、ソーラーパネル１０の開放電圧Ｖoc及び短絡電流Ｉscに基づいて、ソーラーパネル１０の最大電力Ｐmpを推定する。この最大電力Ｐmpの推定は、下記式（１）に基づく演算によって行われる。値Ａは、ソーラーパネル１０の特性やサイズなどに基づいて定められる係数であり、一例として「０．７」とすることができる。
Ｐmp ＝ Ｖoc × Ｉsc × Ａ … （１） Step S504: The solar charge control device 20 estimates the maximum power Pmp of the solar panel 10 based on the open circuit voltage Voc and the short circuit current Isc of the solar panel 10. The estimation of the maximum power Pmp is performed by an operation based on the following equation (1). The value A is a coefficient determined based on the characteristics and size of the solar panel 10, and can be set to "0.7" as an example.
Pmp = Voc x Isc x A ... (1)

ソーラーパネル１０の最大電力Ｐmpが推定されると、ステップＳ５０５に処理が進む。 When the maximum power Pmp of the solar panel 10 is estimated, the process proceeds to step S505.

ステップＳ５０５：ソーラー充電制御装置２０は、ソーラーパネル１０の最大電力Ｐmpが閾値γ（請求項における第１閾値）以上であるか否かを判断する。この判断は、高圧バッテリ３０や補機バッテリ４０に対して効率的な充電を実施できるほどにソーラーパネル１０が十分に発電しているかどうかを判断するために行われる。日射の影響を受けるソーラーパネル１０は、高圧バッテリ３０や補機バッテリ４０に対して効率的な充電を実施できる電力を安定して供給できない場合が考えられる。不十分な電力が高圧バッテリ３０に供給されてしまうと、効率的な充電ができないおそれがある。よって、閾値γは、高圧バッテリ３０や補機バッテリ４０の効率的な充電のために定められた規定値（例えば、動作保障範囲の最低値）の電力以上に設定される。 Step S505: The solar charge control device 20 determines whether or not the maximum power Pmp of the solar panel 10 is equal to or greater than the threshold value γ (first threshold value in the claims). This determination is made to determine whether the solar panel 10 is generating sufficient power to enable efficient charging of the high-voltage battery 30 and the auxiliary battery 40. It is conceivable that the solar panel 10 affected by solar radiation may not be able to stably supply electric power capable of efficiently charging the high-voltage battery 30 and the auxiliary battery 40. If insufficient power is supplied to the high-voltage battery 30, efficient charging may not be possible. Therefore, the threshold value γ is set to be equal to or higher than the power of a specified value (for example, the lowest value in the operation guarantee range) defined for efficient charging of the high-voltage battery 30 and the auxiliary battery 40.

ソーラーパネル１０の最大電力Ｐmpが閾値γ以上である場合は（ステップＳ５０５、はい）、ステップＳ５０６に処理が進み、ソーラーパネル１０の最大電力Ｐmpが閾値γ未満である場合は（ステップＳ５０５、いいえ）、ステップＳ５０１に処理が進む。 If the maximum power Pmp of the solar panel 10 is equal to or greater than the threshold value γ (step S505, yes), the process proceeds to step S506, and if the maximum power Pmp of the solar panel 10 is less than the threshold value γ (step S505, no). , The process proceeds to step S501.

ステップＳ５０６：ソーラー充電制御装置２０は、車両が走行中の状態かそれ以外の状態かを判断する。この判断は、ソーラーパネル１０の発電電力の給電先を判断するために行われる。車両が走行中の状態である場合は（Ｓ５０６、はい）、ステップＳ５０７に処理が進み、車両が走行中以外の状態である場合は（Ｓ５０６、いいえ）、ステップＳ５０８に処理が進む。 Step S506: The solar charge control device 20 determines whether the vehicle is in a running state or a non-running state. This determination is made to determine the power supply destination of the generated power of the solar panel 10. If the vehicle is in a running state (S506, yes), the process proceeds to step S507, and if the vehicle is not in a running state (S506, no), the process proceeds to step S508.

ステップＳ５０７：ソーラー充電制御装置２０は、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１及び補機ＤＣＤＣコンバータ２３を制御して、ソーラーパネル１０の発電電力を補機バッテリ４０に供給し、補機バッテリ４０を充電する。補機バッテリ４０の充電が行われると、ステップＳ５０１に処理が戻る。 Step S507: The solar charge control device 20 controls the solar DCDC converter 21 and the auxiliary DCDC converter 23 to supply the generated power of the solar panel 10 to the auxiliary battery 40 and charge the auxiliary battery 40. When the auxiliary battery 40 is charged, the process returns to step S501.

ステップＳ５０８：ソーラー充電制御装置２０は、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１及び高圧ＤＣＤＣコンバータ２２を制御して、ソーラーパネル１０の発電電力を高圧バッテリ３０に供給し、高圧バッテリ３０を充電する。高圧バッテリ３０の充電が行われると、ステップＳ５０１に処理が戻る。 Step S508: The solar charge control device 20 controls the solar DCDC converter 21 and the high-voltage DCDC converter 22 to supply the generated power of the solar panel 10 to the high-voltage battery 30 to charge the high-voltage battery 30. When the high-voltage battery 30 is charged, the process returns to step S501.

＜応用例１＞
上記実施形態のソーラー充電制御装置２０は、１つのソーラーパネル１０で発電された電力について、開放電圧Ｖoc及び短絡電流Ｉscの取得、最大電力Ｐmpの推定、及び給電先のバッテリ（高圧バッテリ３０又は補機バッテリ４０）の判断を行った。しかし、ソーラーパネル１０は２つ以上であっても構わない。 <Application example 1>
The solar charge control device 20 of the above embodiment acquires the open circuit voltage Voc and the short-circuit current Isc, estimates the maximum power Pmp, and supplies the battery (high-voltage battery 30 or supplement) of the power supply destination for the power generated by one solar panel 10. The machine battery 40) was determined. However, the number of solar panels 10 may be two or more.

図７に、応用例１のソーラー充電システム２の概略構成を示す。このソーラー充電システム２は、２つのソーラーパネル１０ａ（例えば、車両のフロント側）及びソーラーパネル１０ｂ（例えば、車両のリア側）を備えている。ソーラー充電制御装置２７には、ソーラーパネル１０ａに対して検出部２４ａ及びソーラーＤＣＤＣコンバータ２１ａが設けられ、ソーラーパネル１０ｂに対して検出部２４ｂ及びソーラーＤＣＤＣコンバータ２１ｂが設けられている。ソーラー充電制御装置２７は、ソーラーパネル１０ａ及び１０ｂのそれぞれについて、開放電圧Ｖoc及び短絡電流Ｉscの取得、最大電力Ｐmpの推定を行い、双方の結果に基づいて給電先のバッテリ（高圧バッテリ３０又は補機バッテリ４０）を判断する。 FIG. 7 shows a schematic configuration of the solar charging system 2 of the application example 1. The solar charging system 2 includes two solar panels 10a (for example, the front side of the vehicle) and a solar panel 10b (for example, the rear side of the vehicle). The solar charge control device 27 is provided with a detection unit 24a and a solar DCDC converter 21a for the solar panel 10a, and is provided with a detection unit 24b and a solar DCDC converter 21b for the solar panel 10b. The solar charge control device 27 acquires the open circuit voltage Voc and the short-circuit current Isc and estimates the maximum power Pmp for each of the solar panels 10a and 10b, and based on the results of both, the power supply destination battery (high voltage battery 30 or supplement). Judge the machine battery 40).

＜応用例２＞
上記実施形態のソーラー充電制御装置２０は、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１を制御して、ソーラーパネル１０の短絡電流Ｉscを取得したが、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１を制御せずに短絡電流Ｉscを取得してもよい。 <Application example 2>
The solar charge control device 20 of the above embodiment controls the solar DCDC converter 21 to acquire the short-circuit current Isc of the solar panel 10, but the short-circuit current Isc may be acquired without controlling the solar DCDC converter 21. ..

図８に、応用例２のソーラー充電システム３の概略構成を示す。このソーラー充電システム３のソーラー充電制御装置２８には、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１の前段にスイッチ２９が設けられている。ソーラー充電制御装置２８は、スイッチ２９をオン動作させることで、ソーラーＤＣＤＣコンバータ２１を制御することなくソーラーパネル１０の短絡電流Ｉscを取得することができる。なお、上述した応用例１のように複数のソーラーパネルを用いる場合には、それぞれのソーラーＤＣＤＣコンバータの前段にスイッチを設ければよい。 FIG. 8 shows a schematic configuration of the solar charging system 3 of the application example 2. The solar charge control device 28 of the solar charge system 3 is provided with a switch 29 in front of the solar DCDC converter 21. By turning on the switch 29, the solar charge control device 28 can acquire the short-circuit current Isc of the solar panel 10 without controlling the solar DCDC converter 21. When a plurality of solar panels are used as in the above-mentioned application example 1, a switch may be provided in front of each solar DCDC converter.

＜作用・効果＞
以上のように、本発明の一実施形態に係るソーラー充電制御装置によれば、ソーラーＤＣＤＣコンバータを制御して、ソーラーパネルの開放電圧Ｖocと短絡電流Ｉscとを取得し、取得した開放電圧Ｖoc及び短絡電流Ｉscに基づいてソーラーパネルの最大電力Ｐmpを推定する。そして、ソーラー充電制御装置は、推定したソーラーパネルの最大電力Ｐmpに基づいて、ソーラーパネルの発電電力を、高圧バッテリへ給電する、補機バッテリへ給電する、及び高圧バッテリ及び補機バッテリのどちらにも給電しない、のいずれかを選択的して制御する。 <Action / effect>
As described above, according to the solar charge control device according to the embodiment of the present invention, the solar DCDC converter is controlled to acquire the open circuit voltage Voc and the short circuit current Isc of the solar panel, and the acquired open circuit voltage Voc and the acquired open circuit voltage Voc and The maximum power Pmp of the solar panel is estimated based on the short-circuit current Isc. Then, the solar charge control device supplies the generated power of the solar panel to the high-pressure battery, the auxiliary battery, and the high-pressure battery or the auxiliary battery based on the estimated maximum power Pmp of the solar panel. Selectively control either, which does not supply power.

この制御により、日射の強さや走行時に発生する日陰によって変動するソーラーパネルの発電電力を常時モニターすることができる。よって、ソーラーパネルによる発電の機会が失われてしまうことを抑制して効率のよい充電が可能となり、ソーラー充電システムの性能を向上させることができる。 With this control, it is possible to constantly monitor the power generated by the solar panel, which fluctuates depending on the intensity of solar radiation and the shade generated during driving. Therefore, it is possible to suppress the loss of the opportunity for power generation by the solar panel, enable efficient charging, and improve the performance of the solar charging system.

また、本発明の一実施形態に係るソーラー充電制御装置によれば、ソーラーパネルの最大電力Ｐmpを推定するにあたり、ソーラーＤＣＤＣコンバータのみを制御すればよい。この制御によって、電力を消費してバッテリ監視システムや他の制御ＥＣＵ、補機ＤＣＤＣコンバータなどの構成を起動させる必要がなくなるため、これら構成の電源供給元となる補機バッテリがバッテリ上がりを生じてしまうことを回避することができる。 Further, according to the solar charge control device according to the embodiment of the present invention, only the solar DCDC converter needs to be controlled in estimating the maximum power Pmp of the solar panel. This control eliminates the need to consume power to activate configurations such as a battery monitoring system, other control ECUs, and auxiliary DCDC converters, so that the auxiliary battery that is the power supply source for these configurations runs out of battery. It is possible to avoid it.

また、本発明の一実施形態に係るソーラー充電制御装置によれば、ソーラーパネルの開放電圧Ｖoc及び短絡電流Ｉscに基づいて最大電力Ｐmpを推定するため、最大電力点追従手法（ＭＰＰＴ）によるソーラーパネルの出力電圧を走査させるスキャン処理を行う必要がない。このため、最大電力点追従手法によるスキャン処理時の電力を吸収させるための抵抗やコンデンサなどの部品が不要となり、システムの部品点数を削減することができる。 Further, according to the solar charge control device according to the embodiment of the present invention, in order to estimate the maximum power Pmp based on the open circuit voltage Voc and the short circuit current Isc of the solar panel, the solar panel by the maximum power point tracking method (MPPT) is used. There is no need to perform a scanning process to scan the output voltage of. Therefore, parts such as resistors and capacitors for absorbing power during scanning processing by the maximum power point tracking method are not required, and the number of parts in the system can be reduced.

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、ソーラー充電制御装置だけでなく、ソーラー充電制御装置が行う充電制御方法、その充電制御方法の制御プログラム、その制御プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な非一時的記憶媒体、ソーラー充電制御装置を含むソーラー充電システム、そのソーラー充電システムを備えた車両などとして捉えることが可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention describes not only the solar charge control device but also the charge control method performed by the solar charge control device, the control program of the charge control method, and the computer storing the control program. It can be regarded as a readable non-temporary storage medium, a solar charging system including a solar charging control device, a vehicle equipped with the solar charging system, and the like.

本発明は、ソーラーパネルで発電された電力を利用してバッテリを充電する車両などに利用可能である。 The present invention can be used for a vehicle or the like that charges a battery by using the electric power generated by the solar panel.

１、２、３ ソーラー充電システム
１０、１０ａ、１０ｂ ソーラーパネル
２０、２７、２８ ソーラー充電制御装置
２９ スイッチ
２１、２１ａ、２１ｂ ソーラーＤＣＤＣコンバータ
２２ 高圧ＤＣＤＣコンバータ
２３ 補機ＤＣＤＣコンバータ
２４、２４ａ、２４ｂ 検出部
２５ 制御部
２６ キャパシタ
３０ 高圧バッテリ
４０ 補機バッテリ 1, 2, 3 Solar charging system 10, 10a, 10b Solar panel 20, 27, 28 Solar charging control device 29 Switch 21, 21a, 21b Solar DCDC converter 22 High-pressure DCDC converter 23 Auxiliary DCDC converter 24, 24a, 24b Detector 25 Control unit 26 Capacitor 30 High-pressure battery 40 Auxiliary battery

Claims (1)

ソーラーパネルの発電電力を用いたバッテリの充電を制御するソーラー充電制御装置であって、
前記ソーラーパネルの出力電圧及び出力電流を検出する検出部と、
前記ソーラーパネルと前記バッテリとを電気的に接続する接続部と、
前記接続部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記接続部を制御して前記ソーラーパネルの出力端を開放状態とし、前記ソーラーパネルの開放電圧を前記検出部から取得し、
前記接続部を制御して前記ソーラーパネルの出力端を短絡状態とし、前記ソーラーパネルの短絡電流を前記検出部から取得し、
前記開放電圧及び前記短絡電流に基づいて、前記ソーラーパネルの最大電力点を推定し、
前記最大電力点が第１閾値以上である場合に、前記ソーラーパネルの発電電力を前記バッテリに充電する、
ソーラー充電制御装置。 It is a solar charge control device that controls battery charging using the generated power of the solar panel.
A detector that detects the output voltage and output current of the solar panel,
A connection portion that electrically connects the solar panel and the battery,
A control unit that controls the connection unit is provided.
The control unit
The connection unit is controlled to open the output end of the solar panel, and the open circuit voltage of the solar panel is acquired from the detection unit.
The connection part is controlled to short-circuit the output end of the solar panel, and the short-circuit current of the solar panel is acquired from the detection part.
Based on the open circuit voltage and the short circuit current, the maximum power point of the solar panel is estimated.
When the maximum power point is equal to or higher than the first threshold value, the generated power of the solar panel is charged to the battery.
Solar charge control device.
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