JP6897508B2

JP6897508B2 - ソーラーシステム

Info

Publication number: JP6897508B2
Application number: JP2017216440A
Authority: JP
Inventors: 高弘平野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2037-11-09
Also published as: JP2019088156A

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に、車両の駐車中において補機バッテリーに蓄積された電力やソーラーパネル（太陽光発電装置）で発電された電力を、車室内の快適性のために利用するシステムが開示されている。

特開２００４−３３８３７３号公報

上記特許文献１に記載されたシステムは、車両の駐車中にしか作動しないため、車両の走行中にソーラーパネルで発電された電力が無駄になる。また、車両の駐車中であっても、車室内が適温などである場合にはシステムが作動しないため、ソーラーパネルで発電された電力が無駄になる。すなわち、特許文献１に記載のシステムは、ソーラーパネルで発電した電力を効率良く利用していない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ソーラーパネルで発電した電力を効率良く利用することができる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、充放電可能な第１バッテリーと、充放電可能な第２バッテリーと、ソーラーパネルで発電された電力を第１バッテリーに出力する電力変換部と、電力を消費する負荷と、第１バッテリーと負荷とを切り離し可能に接続する第１リレーと、第２バッテリーと負荷とを切り離し可能に接続する第２リレーと、を備え、第１リレーは、車両走行が許可されていない電源状態において第２バッテリーの蓄電量が所定の閾値よりも大きい間、第１バッテリーを負荷から切り離し、第２リレーは、車両走行が許可されている電源状態においてエンジンがアイドリング停止している間、第２バッテリーを負荷から切り離す、ことを特徴とする。

この一態様のソーラーシステムによれば、車両が走行中であるか駐車中であるかに関わらず、ソーラーパネルで発電された電力を第１バッテリーに出力することができる。よって、ソーラーパネルで発電された電力が無駄になってしまうことを抑制できる。また、車両の状況に応じて第１リレー及び第２リレーを切り替えて、第１バッテリーの電力を負荷や第２バッテリーに供給することで、燃費を改善したり、第２バッテリーの過放電を抑制したりすることができる。

上記本発明のソーラーシステムは、ソーラーパネルで発電した電力を効率良く利用することができる。

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］
本実施形態に係る車両に搭載されるソーラーシステムは、車両が走行中であるか駐車中であるかに関わらず、ソーラーパネルで発電された電力を充放電することができるバッテリーを備える。これにより、ソーラーパネルで発電された電力が無駄になってしまうことを抑制できる。

［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、電力変換部１２と、第１バッテリー１３と、第２バッテリー１４と、第１リレー１５と、第２リレー１６と、第３リレー１７と、制御部１８と、を備えている。第１バッテリー１３、第２バッテリー１４、第１リレー１５、第２リレー１６、及び第３リレー１７には、オルタネーター２１、スターター２２、負荷２３、及びアクセサリー出力端子２４のいずれかが、接続されている。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、電力変換部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。

電力変換部１２は、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘを入力し、発電電力Ｘを所定の電力に変換して第１バッテリー１３へ出力できるように構成されている。電力変換部１２は、例えばＤＣＤＣコンバーターなどを含んでいる。この電力変換部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。

第１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。この第１バッテリー１３は、電力変換部１２が出力する電力によって充電可能に電力変換部１２と接続されている。また、第１バッテリー１３は、第１リレー１５を介してオルタネーター２１及び負荷２３と、第３リレー１７を介してアクセサリー出力端子２４と、それぞれ接続されている。

第２バッテリー１４は、例えば鉛蓄電池などの、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。この第２バッテリー１４は、スターター２２と接続されている。また、第２バッテリー１４は、第２リレー１６を介して、オルタネーター２１及び負荷２３と接続されている。

第１リレー１５は、第１バッテリー１３とオルタネーター２１及び負荷２３との間に挿入される。この第１リレー１５は、制御部１８の指示に従って、負荷２３を第１バッテリー１３と接続する又は切り離すことを行う。

第２リレー１６は、第２バッテリー１４とオルタネーター２１及び負荷２３との間に挿入される。この第２リレー１６は、制御部１８の指示に従って、負荷２３を第２バッテリー１４と接続する又は切り離すことを行う。

第３リレー１７は、第１バッテリー１３及び第１リレー１５とアクセサリー出力端子２４との間に挿入される。この第３リレー１７は、制御部１８の指示に従って、アクセサリー出力端子２４を第１バッテリー１３と接続する又は切り離すことを行う。

制御部１８は、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘ、第１バッテリー１３の蓄電量Ｂ１、及び第２バッテリー１４の蓄電量Ｂ２を、それぞれ取得する。また、制御部１８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）及びエンジン状態（アイドリング停止状態か否か）を含む車両情報を取得する。そして、制御部１８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、電力変換部１２、第１リレー１５、第２リレー１６、及び第３リレー１７を、それぞれＯＮ／ＯＦＦ制御する。

上述した電力変換部１２及び制御部１８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。

オルタネーター２１は、図示しないエンジンの動力によって駆動して発電する発電機である。スターター２２は、エンジンをクランキングして始動させる始動装置である。このスターター２２は、第２バッテリー１４から供給される電力で作動する。負荷２３は、第１バッテリー１３及び／又は第２バッテリー１４の電力を消費する部品であり、車両に搭載される１つ以上の電子機器や設備機器などから構成される。アクセサリー出力端子２４は、例えばアクセサリーソケットやシガーソケットであり、端子に接続された電装品などへ電力を供給することができる電源取り出し口である。

［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１８が、電力変換部１２に対して実施するＯＮ／ＯＦＦ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を超えるか否かが判断される。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有意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、電力変換部１２の動作に必要な電力よりも低ければ、電力変換部１２を動作させる意味がない。よって、閾値αを、電力変換部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の処理が有意であると判断されてステップ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の処理が有意でないと判断されてステップＳ２４に処理が進む。

ステップＳ２２：第１バッテリー１３の蓄電量Ｂ１が所定の閾値βに達しているか否かが判断される。この閾値βは、例えば、第１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βに達している場合は、発電電力Ｘの供給先がないと判断されてステップＳ２３に処理が進む。一方、蓄電量Ｂ１が閾値β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されてステップＳ２５に処理が進む。

ステップＳ２３：予め定めた第１時間の間、電力変換部１２を停止させる（ＯＦＦ制御）。電力変換部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時間は、任意に設定可能である。第１時間が経過すると、ステップＳ２１に処理が戻る。

ステップＳ２４：予め定めた第２時間の間、電力変換部１２を停止させる（ＯＦＦ制御）。電力変換部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時間は、任意に設定可能であり、上記第１時間と同じでも異なっていてもよい。第２時間が経過すると、ステップＳ２１に処理が戻る。

ステップＳ２５：電力変換部１２を動作させる（ＯＮ制御）。これにより、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘが第１バッテリー１３に出力される。電力変換部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。この電力変換部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Ｂ１が閾値βに達する（ステップＳ２２、Ｙｅｓ）まで継続して実施される。

図３を説明する。図３は、制御部１８が、第１リレー１５、第２リレー１６、及び第３リレー１７に対して実施するＯＮ／ＯＦＦ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、が判断される。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、車両の電源が走行不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：車両のエンジンがアイドリング停止しているか否かが判断される。エンジンがアイドリング停止している場合は、ステップＳ３３に処理が進み、エンジンがアイドリング停止していない場合は、ステップＳ３４に処理が進む。

ステップＳ３３：第１リレー１５がＯＮして、第１バッテリー１３と負荷２３とが接続される。また、第２リレー１６がＯＦＦして、第２バッテリー１４と負荷２３とが切り離される。また、第３リレー１７がＯＮして、第１バッテリー１３とアクセサリー出力端子２４とが接続される。

この接続状態では、エンジンのアイドリングが停止している間における負荷２３の消費電力を第１バッテリー１３から供給すると共に、負荷２３の消費電力の一部をソーラーパネル１１の発電電力Ｘで補うことができる。よって、第２バッテリー１４の電力負担を軽減しつつ、アイドリング停止の継続時間を延ばすことができ、燃費が改善される。また、アクセサリー出力端子２４へは、第１バッテリー１３から安定した電力が供給される。さらに、アイドリング停止から復帰する時のスターター２２の始動電力は、第２バッテリー１４から供給される。

ステップＳ３４：第１リレー１５がＯＮして、第１バッテリー１３と負荷２３とが接続される。また、第２リレー１６がＯＮして、第２バッテリー１４と負荷２３とが接続される。また、第３リレー１７がＯＮして、第１バッテリー１３とアクセサリー出力端子２４とが接続される。

この接続状態では、車両の走行中にソーラーパネル１１で発電された発電電力Ｘを、第１バッテリー１３を介して負荷２３に供給することができる。よって、オルタネーター２１から負荷２３に供給する電力を削減することができるため、燃費が改善される。

ステップＳ３５：第２バッテリー１４の蓄電量Ｂ２が所定の閾値γに達しているか否かが判断される。この閾値γは、例えば、第２バッテリー１４をこれ以上放電するとスターター２２を始動させることができなくなる下限の蓄電量に設定することができる。蓄電量Ｂ２が閾値γに達している場合は、スターター２２を始動できないと判断されてステップＳ３６に処理が進む。一方、蓄電量Ｂ２が閾値γに達していない（すなわち、蓄電量Ｂ２が閾値γよりも大きい）場合は、スターター２２を始動できると判断されてステップＳ３７に処理が進む。

ステップＳ３６：第１リレー１５がＯＮして、第１バッテリー１３と負荷２３とが接続される。また、第２リレー１６がＯＮして、第２バッテリー１４と負荷２３とが接続される。また、第３リレー１７がＯＦＦして、第１バッテリー１３とアクセサリー出力端子２４とが切り離される。

この接続状態では、ソーラーパネル１１で発電された発電電力Ｘ及び第１バッテリー１３に蓄電された電力を、第２バッテリー１４及びスターター２２に出力することができる。よって、第２バッテリー１４が下限の蓄電量に至ってスターター２２を始動できないという状況を回避できる。なお、アクセサリー出力端子２４を第１バッテリー１３から切り離すことによって、不必要な電力消費を防ぐことができ、スターター２２を始動し易くしている。

ステップＳ３７：第１リレー１５がＯＦＦして、第１バッテリー１３と負荷２３とが切り離される。また、第２リレー１６がＯＮして、第２バッテリー１４と負荷２３とが接続される。また、第３リレー１７がＯＮして、第１バッテリー１３とアクセサリー出力端子２４とが接続される。

この接続状態では、車両の駐車中においてソーラーパネル１１で発電された発電電力Ｘを、第１バッテリー１３に出力して蓄電することができる。よって、車両走行中の発電電力Ｘが無駄になってしまうことを抑制できる。また、アクセサリー出力端子２４へは、第１バッテリー１３から安定した電力を供給することができる。

［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、車両が走行中であるか駐車中であるかに関わらず、ソーラーパネル１１の発電電力Ｘを第１バッテリー１３に出力して蓄電することができる。これにより、車両の走行中及び停車中にソーラーパネル１１で発電された電力が無駄になってしまうことを抑制できる。

また、本実施形態に係るソーラーシステム１０によれば、車両の状況に応じて第１リレー１５及び第２リレー１６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えて、第１バッテリー１３の電力を負荷２３や第２バッテリー１４に供給することで、燃費を改善したり、第２バッテリー１４の過放電を抑制したりすることができる。

［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第１バッテリー１３へ出力できる第２電力変換部とをシステムに追加し、第２電力変換部を充放電可能に第１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、発電した電力を蓄えておく大容量のバッテリーを持たない動力源として内燃機関を有する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電力変換部
１３第１バッテリー
１４第２バッテリー
１５第１リレー
１６第２リレー
１７第３リレー
１８制御部
２１オルタネーター
２２スターター
２３負荷
２４アクセサリー出力端子

Claims

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、
充放電可能な第１バッテリーと、
充放電可能な第２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第１バッテリーに出力する電力変換部と、
電力を消費する負荷と、
前記第１バッテリーと前記負荷とを切り離し可能に接続する第１リレーと、
前記第２バッテリーと前記負荷とを切り離し可能に接続する第２リレーと、を備え、
前記第１リレーは、車両走行が許可されていない電源状態において前記第２バッテリーの蓄電量が所定の閾値よりも大きい間、前記第１バッテリーを前記負荷から切り離し、
前記第２リレーは、車両走行が許可されている電源状態においてエンジンがアイドリング停止している間、前記第２バッテリーを前記負荷から切り離す、
ソーラーシステム。