JP6908452B2 - Vehicle solar cell control device, vehicle solar cell control device control method, and vehicle solar cell system - Google Patents

Vehicle solar cell control device, vehicle solar cell control device control method, and vehicle solar cell system Download PDF

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Description

本開示は、車両用太陽電池の制御装置、車両用太陽電池の制御装置の制御方法及び車両用太陽電池システムに関する。 The present disclosure relates to a control device for a solar cell for a vehicle, a control method for a control device for a solar cell for a vehicle, and a solar cell system for a vehicle.

従来、太陽電池を車両に搭載し、太陽電池の発電電力で、車両のバッテリを充電する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, a technique has been proposed in which a solar cell is mounted on a vehicle and the battery of the vehicle is charged by the generated power of the solar cell (for example, Patent Document 1).

特開2013−74733号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-74733

車両に搭載した太陽電池の発電電力を効率よく利用する技術には改善の余地があった。 There was room for improvement in the technology for efficiently using the power generated by the solar cells mounted on the vehicle.

本開示の目的は、車両に搭載した太陽電池の発電電力を効率よく利用することができる車両用太陽電池の制御装置、車両用太陽電池の制御装置の制御方法及び車両用太陽電池システムを提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a control device for a vehicle solar cell, a control method for the control device for a vehicle solar cell, and a vehicle solar cell system capable of efficiently utilizing the generated power of the solar cell mounted on the vehicle. There is.

本開示の一実施形態に係る車両用太陽電池の制御装置は、車両に搭載される太陽電池の出力を制御する。前記車両用太陽電池の制御装置は、前記太陽電池の出力をMPPT制御することが可能な制御部を備える。前記制御部は、前記太陽電池に照射される日射量に基づいて、前記太陽電池の出力に対するMPPT制御の要否を決定する。 The vehicle solar cell control device according to the embodiment of the present disclosure controls the output of the solar cell mounted on the vehicle. The vehicle solar cell control device includes a control unit capable of MPPT controlling the output of the solar cell. The control unit determines the necessity of MPPT control for the output of the solar cell based on the amount of solar radiation applied to the solar cell.

本開示の一実施形態に係る車両用太陽電池の制御装置の制御方法は、車両に搭載される太陽電池の出力を制御する。前記制御方法は、前記太陽電池に照射される日射量に基づいて、前記太陽電池の出力に対するMPPT制御の要否を決定するステップを含む。 The method for controlling the control device for a solar cell for a vehicle according to an embodiment of the present disclosure controls the output of the solar cell mounted on the vehicle. The control method includes a step of determining the necessity of MPPT control with respect to the output of the solar cell based on the amount of solar radiation applied to the solar cell.

本開示の一実施形態に係る車両用太陽電池システムは、車両に搭載される太陽電池と、該太陽電池の出力を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記太陽電池の出力をMPPT制御することが可能な制御部を備える。前記制御部は、前記太陽電池に照射される日射量に基づいて、前記太陽電池の出力に対するMPPT制御の要否を決定する。 The vehicle solar cell system according to the embodiment of the present disclosure includes a solar cell mounted on a vehicle and a control device for controlling the output of the solar cell. The control device includes a control unit capable of MPPT controlling the output of the solar cell. The control unit determines the necessity of MPPT control for the output of the solar cell based on the amount of solar radiation applied to the solar cell.

本開示の一実施形態に係る車両用太陽電池の制御装置、車両用太陽電池の制御装置の制御方法及び車両用太陽電池システムによれば、車両に搭載した太陽電池の発電電力を効率よく利用することができる。 According to the vehicle solar cell control device, the vehicle solar cell control device control method, and the vehicle solar cell system according to the embodiment of the present disclosure, the generated power of the solar cell mounted on the vehicle is efficiently used. be able to.

本開示の一実施形態に係る制御装置を含む車両用太陽電池システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the solar cell system for a vehicle which includes the control device which concerns on one Embodiment of this disclosure. 車両のルーフ部に太陽電池が設置されている様子を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the state that the solar cell is installed in the roof part of a vehicle. 図1のDC/DCコンバータの概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the DC / DC converter of FIG. 図1の太陽電池ストリングのIVカーブの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the IV curve of the solar cell string of FIG. 本開示の一実施形態に係る制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation of the control device which concerns on one Embodiment of this disclosure.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.

図1に示す車両用太陽電池システム1は、太陽電池10と、制御装置20と、バッテリ30とを備える。図1において、各機能ブロックを結ぶ実線は主に電力線を示し、破線は主に通信線又は信号線を示す。 The vehicle solar cell system 1 shown in FIG. 1 includes a solar cell 10, a control device 20, and a battery 30. In FIG. 1, the solid line connecting each functional block mainly indicates a power line, and the broken line mainly indicates a communication line or a signal line.

太陽電池10は、車両に搭載される太陽電池である。太陽電池10は、車両の外装に設置される。太陽電池10は、日射を多く受けるため、例えば車両のルーフ部に設置される。図2に、車両のルーフ部に太陽電池10が設置されている様子の概略図を示す。太陽電池10の設置場所は車両のルーフ部に限定されない。太陽電池10は、例えば、ボンネット部、リア部及びサイド部などに設置されてよい。また、太陽電池10は、車両の複数の場所、例えば、ルーフ部及びボンネット部に設置されてもよい。太陽電池10は、発電した直流電力を制御装置20に供給する。 The solar cell 10 is a solar cell mounted on a vehicle. The solar cell 10 is installed on the exterior of the vehicle. Since the solar cell 10 receives a large amount of solar radiation, it is installed, for example, on the roof of a vehicle. FIG. 2 shows a schematic view of a state in which the solar cell 10 is installed on the roof portion of the vehicle. The installation location of the solar cell 10 is not limited to the roof portion of the vehicle. The solar cell 10 may be installed in, for example, a bonnet portion, a rear portion, a side portion, or the like. Further, the solar cell 10 may be installed in a plurality of places of the vehicle, for example, a roof portion and a bonnet portion. The solar cell 10 supplies the generated DC power to the control device 20.

制御装置20は、車両用太陽電池である太陽電池10の出力を制御する。制御装置20は、太陽電池10から供給される直流電力を、所定の電圧の直流電力に変換してバッテリ30に供給する。 The control device 20 controls the output of the solar cell 10 which is a solar cell for a vehicle. The control device 20 converts the DC power supplied from the solar cell 10 into DC power having a predetermined voltage and supplies the DC power to the battery 30.

バッテリ30は、制御装置20から供給される直流電力によって充電される。なお、本実施形態では、太陽電池10の発電電力をバッテリ30の充電に利用しているが、発電電力の利用先はこれに限定されない。例えば、太陽電池10を搭載した車両がハイブリッド車又は電気自動車である場合、太陽電池10の発電電力は、動力用モータに供給されてもよい。また、太陽電池10の発電電力は、例えば、車両のエアコンの電動コンプレッサに供給されてもよい。 The battery 30 is charged by the DC power supplied from the control device 20. In the present embodiment, the generated power of the solar cell 10 is used for charging the battery 30, but the destination of the generated power is not limited to this. For example, when the vehicle equipped with the solar cell 10 is a hybrid vehicle or an electric vehicle, the generated power of the solar cell 10 may be supplied to the power motor. Further, the generated power of the solar cell 10 may be supplied to, for example, the electric compressor of the air conditioner of the vehicle.

太陽電池10は、制御装置20に並列に接続される複数の太陽電池ストリング11−1〜11−Nを備える。太陽電池ストリング11の個数Nは任意の個数であってよい。 The solar cell 10 includes a plurality of solar cell strings 11-1 to 11-N connected in parallel to the control device 20. The number N of the solar cell strings 11 may be any number.

太陽電池ストリング11は、直列接続された複数の太陽電池モジュール12を備える。太陽電池モジュール12は、複数の太陽電池セルを配列させてパッケージ化したものである。 The solar cell string 11 includes a plurality of solar cell modules 12 connected in series. The solar cell module 12 is a package in which a plurality of solar cell cells are arranged and packaged.

制御装置20は、制御部21と、記憶部22と、DC/DCコンバータ23−1〜23−Nと、バッテリ制御部24と、電圧センサ25と、通信部26とを備える。 The control device 20 includes a control unit 21, a storage unit 22, a DC / DC converters 23-1 to 23-N, a battery control unit 24, a voltage sensor 25, and a communication unit 26.

制御部21は、制御装置20の各構成部を制御する。制御部21は、例えばプロセッサとして構成される。制御部21は、1以上のプロセッサを含んでよい。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する汎用のプロセッサ、及び特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けIC(Integrated Circuit)を含んでよい。特定用途向けICは、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)ともいう。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイスを含んでよい。プログラマブルロジックデバイスは、PLD(Programmable Logic Device)ともいう。PLDは、FPGA(Field-Programmable Gate Array)を含んでよい。制御部21は、1つ又は複数のプロセッサが協働するSoC(System-on-a-Chip)、及びSiP(System in a Package)のいずれかであってよい。制御部21が行う制御の詳細については後述する。 The control unit 21 controls each component of the control device 20. The control unit 21 is configured as, for example, a processor. The control unit 21 may include one or more processors. The processor may include a general-purpose processor that loads a specific program and executes a specific function, and a dedicated processor specialized for a specific process. Dedicated processors may include application-specific ICs (Integrated Circuits). ICs for specific applications are also referred to as ASICs (Application Specific Integrated Circuits). The processor may include a programmable logic device. The programmable logic device is also referred to as a PLD (Programmable Logic Device). The PLD may include an FPGA (Field-Programmable Gate Array). The control unit 21 may be either a SoC (System-on-a-Chip) in which one or a plurality of processors cooperate, or a SiP (System in a Package). The details of the control performed by the control unit 21 will be described later.

記憶部22は、制御部21から取得した情報を記憶する。記憶部22は、制御部21によって実行されるプログラム等を記憶する。記憶部22は、例えば制御部21による演算結果などの各種データを記憶する。記憶部22は、制御部21のワークメモリとして機能してよい。記憶部22は、例えば半導体メモリ及び磁気メモリ等により構成されてよい。記憶部22は、制御部21と一体に構成されてよい。 The storage unit 22 stores the information acquired from the control unit 21. The storage unit 22 stores a program or the like executed by the control unit 21. The storage unit 22 stores various data such as a calculation result by the control unit 21. The storage unit 22 may function as a work memory of the control unit 21. The storage unit 22 may be composed of, for example, a semiconductor memory, a magnetic memory, or the like. The storage unit 22 may be integrally configured with the control unit 21.

DC/DCコンバータ23は、太陽電池ストリング11に接続され、太陽電池ストリング11から直流電力を供給される。図1に示すように、1個の太陽電池ストリング11に対し、1個のDC/DCコンバータ23が接続される。 The DC / DC converter 23 is connected to the solar cell string 11 and is supplied with DC power from the solar cell string 11. As shown in FIG. 1, one DC / DC converter 23 is connected to one solar cell string 11.

制御部21は、DC/DCコンバータ23を用いて、太陽電池ストリング11の出力を制御する。制御部21は、太陽電池ストリング11の出力をMPPT(最大電力点追従:Maximum Power Point Tracking)制御する場合、DC/DCコンバータ23内部のトランジスタ232(図3参照)のスイッチングをONさせる。制御部21は、太陽電池ストリング11の出力を固定電圧制御する場合、DC/DCコンバータ23内部のトランジスタ232のスイッチングをOFFさせる。 The control unit 21 controls the output of the solar cell string 11 by using the DC / DC converter 23. When controlling the output of the solar cell string 11 by MPPT (Maximum Power Point Tracking), the control unit 21 turns on the switching of the transistor 232 (see FIG. 3) inside the DC / DC converter 23. When the output of the solar cell string 11 is controlled by a fixed voltage, the control unit 21 turns off the switching of the transistor 232 inside the DC / DC converter 23.

DC/DCコンバータ23は、制御部21が太陽電池ストリング11の出力をMPPT制御する場合、太陽電池ストリング11から供給される直流電力の電圧を昇圧して、バッテリ制御部24を介してバッテリ30に供給する。 When the control unit 21 MPPT controls the output of the solar cell string 11, the DC / DC converter 23 boosts the voltage of the DC power supplied from the solar cell string 11 to the battery 30 via the battery control unit 24. Supply.

DC/DCコンバータ23は、制御部21が太陽電池ストリング11の出力を固定電圧制御する場合、スイッチング方式によるDC/DC変換をせずに、太陽電池ストリング11から供給される直流電力を、バッテリ制御部24を介してバッテリ30に供給する。 When the control unit 21 controls the output of the solar cell string 11 by a fixed voltage, the DC / DC converter 23 controls the DC power supplied from the solar cell string 11 without performing DC / DC conversion by a switching method. It is supplied to the battery 30 via the unit 24.

図3に、DC/DCコンバータ23の概略構成を示す。DC/DCコンバータ23は、チョークコイル231と、トランジスタ232と、ダイオード233と、コンデンサ234と、電圧センサ235と、電流センサ236とを備える。 FIG. 3 shows a schematic configuration of the DC / DC converter 23. The DC / DC converter 23 includes a choke coil 231, a transistor 232, a diode 233, a capacitor 234, a voltage sensor 235, and a current sensor 236.

DC/DCコンバータ23は、チョークコイル231、トランジスタ232、ダイオード233、及びコンデンサ234によって昇圧型のDC/DCコンバータとして動作することができる。 The DC / DC converter 23 can operate as a step-up DC / DC converter by means of a choke coil 231, a transistor 232, a diode 233, and a capacitor 234.

電圧センサ235は、太陽電池ストリング11の出力電圧を検出する。電圧センサ235は、検出した出力電圧の値を制御部21に送信する。 The voltage sensor 235 detects the output voltage of the solar cell string 11. The voltage sensor 235 transmits the detected output voltage value to the control unit 21.

電流センサ236は、太陽電池ストリング11の出力電流を検出する。電流センサ236は、検出した出力電流の値を制御部21に送信する。 The current sensor 236 detects the output current of the solar cell string 11. The current sensor 236 transmits the detected output current value to the control unit 21.

DC/DCコンバータ23は、MPPT制御で動作する場合、制御部21からPWM(Pulse Width Modulation)信号を受信する。制御部21から受信するPWM信号は、トランジスタ232をスイッチングさせ、DC/DCコンバータ23を昇圧型のDC/DCコンバータとして動作させる。制御部21は、電圧センサ235から取得する太陽電池ストリング11の出力電圧、及び、電流センサ236から取得する太陽電池ストリング11の出力電流に基づいて、PWM信号のパルス幅を変調させ、MPPT制御を行う。 When operating under MPPT control, the DC / DC converter 23 receives a PWM (Pulse Width Modulation) signal from the control unit 21. The PWM signal received from the control unit 21 switches the transistor 232 and operates the DC / DC converter 23 as a step-up DC / DC converter. The control unit 21 modulates the pulse width of the PWM signal based on the output voltage of the solar cell string 11 acquired from the voltage sensor 235 and the output current of the solar cell string 11 acquired from the current sensor 236, and performs MPPT control. conduct.

DC/DCコンバータ23は、固定電圧制御で動作する場合、制御部21からトランジスタ232をオフさせる信号を受信する。この場合、トランジスタ232はスイッチング動作をしないため、DC/DCコンバータ23は、昇圧型のDC/DCコンバータとして動作しない。固定電圧制御で動作する場合、DC/DCコンバータ23は、太陽電池ストリング11から供給される直流電圧を、ダイオード233による電圧降下分だけ低下させて、バッテリ制御部24に出力する。 When the DC / DC converter 23 operates under fixed voltage control, the DC / DC converter 23 receives a signal from the control unit 21 to turn off the transistor 232. In this case, since the transistor 232 does not perform the switching operation, the DC / DC converter 23 does not operate as a step-up DC / DC converter. When operating under fixed voltage control, the DC / DC converter 23 reduces the DC voltage supplied from the solar cell string 11 by the amount of the voltage drop due to the diode 233, and outputs the DC / DC converter 23 to the battery control unit 24.

MPPT制御は、最大の電力を取り出すことができる最適動作点に追従するように太陽電池ストリング11の出力を制御する。そのため、MPPT制御をすることによって、太陽電池ストリング11の出力は最大化することができる。しかしながら、MPPT制御を実行すると、例えば、トランジスタ232をスイッチングさせるための電力などMPPT制御に必要な電力が発生する。また、MPPT制御においては、DC/DCコンバータ23の変換効率が1よりも小さいことに起因する損失も発生する。 The MPPT control controls the output of the solar cell string 11 so as to follow the optimum operating point at which the maximum power can be taken out. Therefore, the output of the solar cell string 11 can be maximized by performing MPPT control. However, when the MPPT control is executed, the electric power required for the MPPT control such as the electric power for switching the transistor 232 is generated. Further, in the MPPT control, a loss due to the conversion efficiency of the DC / DC converter 23 being smaller than 1 also occurs.

上述のような、MPPT制御に起因して発生する電力消費及び電力損失を考慮すると、必ずしも、MPPT制御をした方が太陽電池10の発電電力を効率よく利用できているとはいえない。 Considering the power consumption and power loss caused by the MPPT control as described above, it cannot always be said that the MPPT control can efficiently use the generated power of the solar cell 10.

例えば、太陽電池10が十分な日射を照射されている場合、日射量に多少の差があっても、最適動作点の電圧にほとんど差はない。例えば、あるサイズの太陽電池モジュール12においては、日射量が1000[W]の場合と800[W]の場合とで、最適動作点の電力の差は0.12[W]程度である。この場合、MPPT制御によるスイッチングロスが0.12[W]より大きければ、MPPT制御をせずに、例えば日射量が1000[W]の場合の最適動作点の電圧で固定電圧制御をした方が、太陽電池10の発電電力を効率よく利用することができる。 For example, when the solar cell 10 is irradiated with sufficient solar radiation, there is almost no difference in the voltage at the optimum operating point even if there is a slight difference in the amount of solar radiation. For example, in a solar cell module 12 of a certain size, the difference in power at the optimum operating point is about 0.12 [W] between the case where the amount of solar radiation is 1000 [W] and the case where the amount of solar radiation is 800 [W]. In this case, if the switching loss due to MPPT control is larger than 0.12 [W], it is better to perform fixed voltage control at the optimum operating point voltage when the amount of solar radiation is 1000 [W], for example, without MPPT control. , The generated power of the solar cell 10 can be efficiently used.

従って、制御部21は、太陽電池ストリング11に照射される日射量が所定の閾値以上である場合、太陽電池ストリング11の出力を固定電圧制御する。 Therefore, when the amount of solar radiation applied to the solar cell string 11 is equal to or greater than a predetermined threshold value, the control unit 21 controls the output of the solar cell string 11 by a fixed voltage.

再び図1を参照して説明を続ける。 The description will be continued with reference to FIG. 1 again.

バッテリ制御部24は、制御部21からの制御信号に基づいて、バッテリ30が充電のために引き込む電流の大きさを制御する。バッテリ30が引き込む電流を増やすとDC/DCコンバータ23の出力電圧は下がり、バッテリ30が引き込む電流を減らすとDC/DCコンバータ23の出力電圧は上がる。制御部21は、DC/DCコンバータ23の出力電圧が所定の電圧になるように、バッテリ制御部24を制御して、バッテリ30が引き込む電流の大きさを制御する。 The battery control unit 24 controls the magnitude of the current drawn by the battery 30 for charging based on the control signal from the control unit 21. When the current drawn by the battery 30 is increased, the output voltage of the DC / DC converter 23 decreases, and when the current drawn by the battery 30 is decreased, the output voltage of the DC / DC converter 23 increases. The control unit 21 controls the battery control unit 24 so that the output voltage of the DC / DC converter 23 becomes a predetermined voltage, and controls the magnitude of the current drawn by the battery 30.

バッテリ制御部24は、制御装置20に含まれていなくてもよい。例えば、バッテリ30とバッテリ制御部24とが一体として構成されていてもよい。 The battery control unit 24 does not have to be included in the control device 20. For example, the battery 30 and the battery control unit 24 may be integrally configured.

電圧センサ25は、DC/DCコンバータ23の出力電圧を検出する。電圧センサ25は、検出した出力電圧の値を制御部21に送信する。 The voltage sensor 25 detects the output voltage of the DC / DC converter 23. The voltage sensor 25 transmits the detected output voltage value to the control unit 21.

通信部26は、車両内部に設けられているECU(Engine Control Unit)40と通信を行う。通信部26は、ECU40から安全情報等の情報を取得する。通信部26は、気象サーバなどの外部サーバと無線接続により通信を行ってもよい。通信部26は、気象サーバなどの外部サーバから、日射量、車両の位置情報に基づく地域情報、及び車両の行き先の地域情報等を取得してもよい。 The communication unit 26 communicates with an ECU (Engine Control Unit) 40 provided inside the vehicle. The communication unit 26 acquires information such as safety information from the ECU 40. The communication unit 26 may communicate with an external server such as a weather server by wireless connection. The communication unit 26 may acquire regional information based on the amount of solar radiation, vehicle position information, regional information of the destination of the vehicle, and the like from an external server such as a weather server.

続いて、制御部21の動作について詳細に説明する。 Subsequently, the operation of the control unit 21 will be described in detail.

制御部21は、電圧センサ25からDC/DCコンバータ23の出力電圧の値を取得する。制御部21は、DC/DCコンバータ23の出力電圧が所定の電圧になるように、バッテリ制御部24を制御して、バッテリ30が引き込む電流の大きさを制御する。 The control unit 21 acquires the value of the output voltage of the DC / DC converter 23 from the voltage sensor 25. The control unit 21 controls the battery control unit 24 so that the output voltage of the DC / DC converter 23 becomes a predetermined voltage, and controls the magnitude of the current drawn by the battery 30.

制御部21は、太陽電池ストリング11の出力を、MPPT制御又は固定電圧制御する。制御部21は、太陽電池ストリング11−1〜11−Nのそれぞれについて、独立して、MPPT制御するか固定電圧制御するかを決定する。例えば、制御部21は、N−1個の太陽電池ストリング11−1〜11−(N−1)については固定電圧制御を行い、太陽電池ストリング11−NのみMPPT制御する、というように太陽電池ストリング11の出力を制御することができる。 The control unit 21 controls the output of the solar cell string 11 by MPPT control or fixed voltage control. The control unit 21 independently determines whether MPPT control or fixed voltage control is performed for each of the solar cell strings 11-1 to 11-N. For example, the control unit 21 performs fixed voltage control on N-1 solar cell strings 11-1 to 11- (N-1), and MPPT control only on the solar cell strings 11-N, and so on. The output of string 11 can be controlled.

制御部21は、太陽電池ストリング11に照射される日射量に基づいて、太陽電池ストリング11の出力に対するMPPT制御の要否を決定する。 The control unit 21 determines whether or not MPPT control is necessary for the output of the solar cell string 11 based on the amount of solar radiation applied to the solar cell string 11.

制御部21は、太陽電池ストリング11に照射される日射量が所定の閾値以上である場合、太陽電池ストリング11の出力に対するMPPT制御を行わない。この場合、制御部21は、太陽電池ストリング11の出力を固定電圧制御する。これは、上述のように、太陽電池ストリング11に照射される日射量が多い場合は、MPPT制御をせずに固定電圧制御をした方が、太陽電池10の発電電力を効率よく利用することができるからである。所定の閾値は、予め記憶部22に記憶しておけばよい。 When the amount of solar radiation applied to the solar cell string 11 is equal to or greater than a predetermined threshold value, the control unit 21 does not perform MPPT control on the output of the solar cell string 11. In this case, the control unit 21 controls the output of the solar cell string 11 with a fixed voltage. This is because, as described above, when the amount of solar radiation irradiated to the solar cell string 11 is large, it is possible to efficiently use the generated power of the solar cell 10 by controlling the fixed voltage without MPPT control. Because it can be done. The predetermined threshold value may be stored in the storage unit 22 in advance.

所定の閾値は、日射量が所定の閾値以上である場合に、固定電圧制御としたときの最適動作点からのずれによる電力ロスが、MPPT制御によるスイッチングロスよりも小さくなる値として設定することができる。 The predetermined threshold value may be set as a value at which the power loss due to the deviation from the optimum operating point when the fixed voltage control is applied becomes smaller than the switching loss due to the MPPT control when the amount of solar radiation is equal to or more than the predetermined threshold value. can.

制御部21は、太陽電池10、太陽電池ストリング11、及び太陽電池モジュール12の劣化状況、使用履歴、及び総照射時間等に基づいて、所定の閾値を変更してもよい。これにより、制御部21は、太陽電池モジュール21の劣化による出力低下等に応じて、所定の閾値を適切な値に設定することができる。 The control unit 21 may change a predetermined threshold value based on the deterioration status, usage history, total irradiation time, and the like of the solar cell 10, the solar cell string 11, and the solar cell module 12. As a result, the control unit 21 can set a predetermined threshold value to an appropriate value according to the output decrease due to the deterioration of the solar cell module 21 and the like.

制御部21は、太陽電池ストリング11に照射される日射量が所定の閾値未満である場合、太陽電池ストリング11の出力をMPPT制御する。太陽電池ストリング11に照射される日射量が所定の閾値未満である場合に、MPPT制御をした方が太陽電池10の発電電力を効率よく利用することができる場合があることを、図4を参照して説明する。 The control unit 21 MPPT controls the output of the solar cell string 11 when the amount of solar radiation applied to the solar cell string 11 is less than a predetermined threshold value. See FIG. 4, when the amount of solar radiation irradiated to the solar cell string 11 is less than a predetermined threshold value, the power generated by the solar cell 10 may be more efficiently used by performing MPPT control. I will explain.

図4に示す例においては、太陽電池ストリング11は、2枚の直列接続した太陽電池モジュール12を備えることとする。図4(a)は、太陽電池ストリング11−1のIVカーブを示すものとする。太陽電池ストリング11−1は、2枚の太陽電池モジュール12の両方に十分な日射が照射されているものとする。図4(b)は、太陽電池ストリング11−2のIVカーブを示すものとする。太陽電池ストリング11−2には部分影があり、2枚の太陽電池モジュール12のうちの1枚は十分な日射が照射されているが、他の1枚は影になっていてほとんど発電していないものとする。図4(b)に示すような状態は、例えば、車両が駐車している位置が、太陽電池ストリング11−2の一部が木陰に覆われるような場所である場合などに起こり得る。 In the example shown in FIG. 4, the solar cell string 11 includes two solar cell modules 12 connected in series. FIG. 4A is assumed to show the IV curve of the solar cell string 11-1. It is assumed that the solar cell string 11-1 is sufficiently irradiated with sunlight on both of the two solar cell modules 12. FIG. 4B is assumed to show the IV curve of the solar cell string 11-2. The solar cell string 11-2 has a partial shadow, and one of the two solar cell modules 12 is sufficiently exposed to sunlight, but the other one is in the shadow and almost generates electricity. Make it not exist. The state shown in FIG. 4B can occur, for example, when the vehicle is parked in a place where a part of the solar cell string 11-2 is covered with a tree shade.

図4(a)のIVカーブ101は、1枚の太陽電池モジュール12のIVカーブを示し、IVカーブ102は、直列に接続された2枚の太陽電池モジュール12全体のIVカーブ、すなわち太陽電池ストリング11−1のIVカーブを示す。図4(a)において、ISCは短絡電流を示し、VOCは開放電圧を示す。図4(a)に示す場合において、制御部21は、太陽電池ストリング11−1を固定電圧制御しており、DC/DCコンバータ23の出力電圧が固定電圧Vになるようにバッテリ制御部24を制御しているものとする。固定電圧Vは、36[V]程度であるものとする。また、図4(a)に示すVOCは、40[V]程度であるものとする。 The IV curve 101 of FIG. 4A shows the IV curve of one solar cell module 12, and the IV curve 102 is the IV curve of the entire two solar cell modules 12 connected in series, that is, the solar cell string. The IV curve of 11-1 is shown. In FIG. 4 (a), I SC denotes a short-circuit current, V OC denotes an open circuit voltage. In the case shown in FIG. 4 (a), the control unit 21 is fixed voltage control the solar cell strings 11-1, DC / DC converter output voltage 23 is fixed voltage V 0 in so as the battery controller 24 Is controlled. The fixed voltage V 0 is assumed to be about 36 [V]. Further, the VOC shown in FIG. 4A is assumed to be about 40 [V].

図4(b)のIVカーブ103は、直列に接続された2枚の太陽電池モジュール12全体のIVカーブ、すなわち太陽電池ストリング11−2のIVカーブを示す。太陽電池ストリング11−2が備える2枚の太陽電池モジュール12のうち、1枚は影になっているためほとんど発電していない。従って、太陽電池ストリング11−2のIVカーブ103は、図4(a)のIVカーブ101と、ほぼ同等程度である。図4(b)に示すVOCは、20[V]程度であるものとする。 The IV curve 103 of FIG. 4B shows the IV curve of the entire two solar cell modules 12 connected in series, that is, the IV curve of the solar cell string 11-2. Of the two solar cell modules 12 included in the solar cell strings 11-2, one is in the shadow and therefore hardly generates electricity. Therefore, the IV curve 103 of the solar cell string 11-2 is substantially the same as the IV curve 101 of FIG. 4 (a). The VOC shown in FIG. 4B is assumed to be about 20 [V].

図4(b)に示す例では、DC/DCコンバータ23−2の出力電圧は、固定電圧V(36[V])となっているが、これは、太陽電池ストリング11−2の開放電圧VOC(20[V])より大きい電圧である。従って、太陽電池ストリング11−2の出力を固定電圧制御すると、太陽電池ストリング11−2は、バッテリ制御部24に直流電力を供給することができない。その結果、部分影に覆われていない1枚の太陽電池モジュール12は発電できているにも関わらず、この発電電力を無駄にすることになる。このような場合に、制御部21が、太陽電池ストリング11−2の出力についてはMPPT制御をすることで、日射を受けている1枚の太陽電池モジュール12の分の発電電力を有効に利用することができる。図4(b)に示す例においては、制御部21が太陽電池ストリング11−2の出力をMPPT制御すると、太陽電池ストリング11−2の出力電圧はVとなり、DC/DCコンバータ23−2の出力電圧は、固定電圧であるVとなる。 In the example shown in FIG. 4B, the output voltage of the DC / DC converter 23-2 is a fixed voltage V 0 (36 [V]), which is the open circuit voltage of the solar cell string 11-2. The voltage is higher than V OC (20 [V]). Therefore, when the output of the solar cell string 11-2 is controlled by a fixed voltage, the solar cell string 11-2 cannot supply DC power to the battery control unit 24. As a result, even though one solar cell module 12 that is not covered with a partial shadow can generate power, this generated power is wasted. In such a case, the control unit 21 controls the output of the solar cell string 11-2 by MPPT, so that the generated power of one solar cell module 12 receiving solar radiation can be effectively used. be able to. In the example shown in FIG. 4 (b), the control unit 21 when MPPT control the output of the solar cell string 11-2, the output voltage of the solar cell strings 11-2 becomes V M, the DC / DC converter 23-2 The output voltage is V 0 , which is a fixed voltage.

制御部21は、DC/DCコンバータ23の電圧センサ235から取得する太陽電池ストリング11の出力電圧の値に基づいて、太陽電池ストリング11に照射されている日射量を推定する。太陽電池ストリング11の出力電圧と日射量との対応関係は、予めテーブルとして、記憶部22に記憶しておいてもよい。制御部21は、記憶部22に記憶されているテーブルを参照して、DC/DCコンバータ23の電圧センサ235から取得する太陽電池ストリング11の出力電圧の値に基づいて、太陽電池ストリング11に照射されている日射量を算出(推定)してもよい。 The control unit 21 estimates the amount of solar radiation radiated to the solar cell string 11 based on the value of the output voltage of the solar cell string 11 acquired from the voltage sensor 235 of the DC / DC converter 23. The correspondence between the output voltage of the solar cell string 11 and the amount of solar radiation may be stored in the storage unit 22 as a table in advance. The control unit 21 irradiates the solar cell string 11 based on the value of the output voltage of the solar cell string 11 acquired from the voltage sensor 235 of the DC / DC converter 23 with reference to the table stored in the storage unit 22. The amount of solar radiation may be calculated (estimated).

制御部21は、DC/DCコンバータ23の電流センサ236から取得する太陽電池ストリング11の出力電流の値に基づいて、太陽電池ストリング11に照射されている日射量を推定してもよい。太陽電池ストリング11の出力電流と日射量との対応関係は、予めテーブルとして、記憶部22に記憶しておいてもよい。制御部21は、記憶部22に記憶されているテーブルを参照して、DC/DCコンバータ23の電流センサ236から取得する太陽電池ストリング11の出力電流の値に基づいて、太陽電池ストリング11に照射されている日射量を算出(推定)してもよい。 The control unit 21 may estimate the amount of solar radiation radiated to the solar cell string 11 based on the value of the output current of the solar cell string 11 acquired from the current sensor 236 of the DC / DC converter 23. The correspondence between the output current of the solar cell string 11 and the amount of solar radiation may be stored in the storage unit 22 as a table in advance. The control unit 21 illuminates the solar cell string 11 based on the value of the output current of the solar cell string 11 acquired from the current sensor 236 of the DC / DC converter 23 with reference to the table stored in the storage unit 22. The amount of solar radiation may be calculated (estimated).

制御部21は、気象サーバなどの外部サーバから、通信部26を介して、車両の位置情報に基づく地域情報、及び車両の行き先の地域情報等を取得し、太陽電池ストリング11に照射される日射量を予測してもよい。 The control unit 21 acquires regional information based on the position information of the vehicle, regional information of the destination of the vehicle, and the like from an external server such as a weather server via the communication unit 26, and insolates the solar cell string 11. You may predict the amount.

太陽電池システム1は、太陽電池モジュール12に照射される日射量を測定する日射計を備えてもよい。日射計は、例えば、太陽電池モジュール12が備える複数の太陽電池セルのうちの、少なくとも一枚の太陽電池セルを用いて構成してもよい。太陽電池モジュール12は、複数の太陽電池セルのうち、日射計として用いられる少なくとも一枚の太陽電池セルが電気的に独立するように構成されている。具体的に、制御部21は、日射計として用いられる太陽電池セルに印加される開放電圧値を測定する。制御部21は、測定した開放電圧値および日射が照射されていない場合における電圧値に基づいて、日射量を推定する。また、制御部21は、日射計として用いられる太陽電池セルに接続される一定負荷に流れる電流値を測定し、この測定結果から日射量を推定してもよい。なお、日射計として用いられる太陽電池セルは、太陽電池モジュール12の発電には寄与しない。このように太陽電池モジュール12の複数の太陽電池セルのうちの少なくとも一枚を日射計として用いることで、低コストで日射計を導入することができる。制御部21は、日射計から日射量を取得してもよい。 The solar cell system 1 may include a pyranometer for measuring the amount of solar radiation emitted to the solar cell module 12. The pyranometer may be configured by using at least one solar cell among a plurality of solar cells included in the solar cell module 12, for example. The solar cell module 12 is configured such that at least one solar cell used as a pyranometer among a plurality of solar cells is electrically independent. Specifically, the control unit 21 measures the open circuit voltage value applied to the solar cell used as a pyranometer. The control unit 21 estimates the amount of solar radiation based on the measured open circuit voltage value and the voltage value when the solar radiation is not irradiated. Further, the control unit 21 may measure the current value flowing through a constant load connected to the solar cell used as a pyranometer, and estimate the amount of solar radiation from the measurement result. The solar cell used as a pyranometer does not contribute to the power generation of the solar cell module 12. By using at least one of the plurality of solar cells of the solar cell module 12 as a pyranometer in this way, the pyranometer can be introduced at low cost. The control unit 21 may acquire the amount of solar radiation from the pyranometer.

制御部21は、太陽電池ストリング11に照射される日射量が所定の閾値未満になったら直ちに太陽電池ストリング11の出力をMPPT制御するのではなく、所定の閾値未満である状態が所定時間継続した場合に、MPPT制御するようにしてもよい。これにより、例えば車両が高速で移動していて、ビルの影などに起因する部分影によって一時的に日射量が所定の閾値未満になった場合には、制御部21が、固定電圧制御からMPPT制御に切り替えることを抑制することができる。 The control unit 21 does not MPPT control the output of the solar cell string 11 as soon as the amount of solar radiation irradiated to the solar cell string 11 falls below a predetermined threshold value, but the state of being below the predetermined threshold value continues for a predetermined time. In some cases, MPPT control may be performed. As a result, for example, when the vehicle is moving at high speed and the amount of solar radiation temporarily falls below a predetermined threshold due to a partial shadow caused by a shadow of a building or the like, the control unit 21 changes the fixed voltage control to MPPT. It is possible to suppress switching to control.

図5に示すフローチャートを参照して、本開示の実施形態に係る制御装置20の動作の一例について説明する。 An example of the operation of the control device 20 according to the embodiment of the present disclosure will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

制御装置20の制御部21は、太陽電池ストリング11に照射される日射量を取得する。例えば、制御部21は、DC/DCコンバータ23の電圧センサ235から取得する太陽電池ストリング11の出力電圧の値に基づいて、太陽電池ストリング11に照射されている日射量を推定する(ステップS101)。 The control unit 21 of the control device 20 acquires the amount of solar radiation applied to the solar cell string 11. For example, the control unit 21 estimates the amount of solar radiation radiated to the solar cell string 11 based on the value of the output voltage of the solar cell string 11 acquired from the voltage sensor 235 of the DC / DC converter 23 (step S101). ..

制御部21は、太陽電池ストリング11に照射される日射量が所定の閾値以上であるか否かを判定する(ステップS102)。 The control unit 21 determines whether or not the amount of solar radiation applied to the solar cell string 11 is equal to or greater than a predetermined threshold value (step S102).

太陽電池ストリング11に照射される日射量が所定の閾値以上である場合(ステップS102のYes)、制御部21は、太陽電池ストリング11の出力を固定電圧制御する(ステップS103)。 When the amount of solar radiation irradiated to the solar cell string 11 is equal to or greater than a predetermined threshold value (Yes in step S102), the control unit 21 controls the output of the solar cell string 11 by a fixed voltage (step S103).

太陽電池ストリング11に照射される日射量が所定の閾値未満である場合(ステップS102のNo)、制御部21は、太陽電池ストリング11の出力をMPPT制御する(ステップS104)。 When the amount of solar radiation irradiated to the solar cell string 11 is less than a predetermined threshold value (No in step S102), the control unit 21 MPPT controls the output of the solar cell string 11 (step S104).

制御部21は、ステップS101〜S104の処理を、太陽電池ストリング11毎に独立して実行する。また、制御部21は、ステップS101〜S104の処理を、所定時間おきに繰り返してもよい。 The control unit 21 independently executes the processes of steps S101 to S104 for each solar cell string 11. Further, the control unit 21 may repeat the processes of steps S101 to S104 at predetermined time intervals.

このように、本実施形態によれば、制御装置20の制御部21は、太陽電池10に照射される日射量に基づいて、太陽電池10の出力に対するMPPT制御の要否を決定する。制御部21は、照射される日射量が多く固定電圧制御をした方が発電電力を効率よく利用することができる太陽電池ストリング11については、太陽電池ストリング11の出力を固定電圧制御する。また、制御部21は、照射される日射量が少なくMPPT制御をした方が発電電力を効率よく利用することができる太陽電池ストリング11については、太陽電池ストリング11の出力をMPPT制御する。従って、本実施形態によれば、車両に搭載した太陽電池10の発電電力を効率よく利用することができる。 As described above, according to the present embodiment, the control unit 21 of the control device 20 determines the necessity of MPPT control for the output of the solar cell 10 based on the amount of solar radiation irradiated to the solar cell 10. The control unit 21 controls the output of the solar cell string 11 with a fixed voltage for the solar cell string 11 in which the amount of solar radiation irradiated is large and the generated power can be used more efficiently by controlling the fixed voltage. Further, the control unit 21 MPPT-controls the output of the solar cell string 11 for the solar cell string 11 in which the amount of solar radiation irradiated is small and the generated power can be used more efficiently by performing MPPT control. Therefore, according to the present embodiment, the generated power of the solar cell 10 mounted on the vehicle can be efficiently used.

本発明の実施形態を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形及び修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、本発明について装置を中心に説明してきたが、本発明は装置の各構成部が実行するステップを含む方法、装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。 Although embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these modifications and modifications are within the scope of the present invention. For example, the functions included in each component and each step can be rearranged so as not to be logically inconsistent, and a plurality of components or steps can be combined or divided into one. Is. Further, although the present invention has been mainly described for the device, the present invention is a method including a step executed by each component of the device, a method executed by a processor included in the device, a program, or a storage medium for recording the program. Can also be realized. It should be understood that these are also included in the scope of the present invention.

1 車両用太陽電池システム
10 太陽電池
11 太陽電池ストリング
12 太陽電池モジュール
20 制御装置
21 制御部
22 記憶部
23 DC/DCコンバータ
231 チョークコイル
232 トランジスタ
233 ダイオード
234 コンデンサ
235 電圧センサ
236 電流センサ
24 バッテリ制御部
25 電圧センサ
26 通信部
30 バッテリ
40 ECU
1 Vehicle solar cell system 10 Solar cell 11 Solar cell string 12 Solar cell module 20 Control device 21 Control unit 22 Storage unit 23 DC / DC converter 231 Chalk coil 232 Transistor 233 Diode 234 Capacitor 235 Voltage sensor 236 Current sensor 24 Battery control unit 25 Voltage sensor 26 Communication unit 30 Battery 40 ECU

Claims (8)

車両に搭載される太陽電池の出力を制御する、車両用太陽電池の制御装置であって、
前記太陽電池の出力を固定電圧制御又はMPPT制御することが可能な制御部を備え、
前記制御部は、前記太陽電池に照射される日射量が所定の閾値以上の日射量である場合に、第1の日射量における最適動作点である第1の動作点で前記太陽電池を制御した場合と前記第1の日射量よりも小さい日射量である第2の日射量における最適動作点である第2の動作点で前記太陽電池を制御した場合との電力の差と、前記太陽電池をMPPT制御したときのスイッチングロスとを比較し、前記電力の差が前記スイッチングロスよりも小さい場合、前記第1の動作点の電圧で前記太陽電池の出力に対する固定電圧制御を行う、車両用太陽電池の制御装置。
A control device for vehicle solar cells that controls the output of the solar cells mounted on the vehicle.
A control unit capable of fixed voltage control or MPPT control of the output of the solar cell is provided.
The control unit controlled the solar cell at a first operating point, which is an optimum operating point in the first solar cell, when the amount of solar radiation irradiated to the solar cell is equal to or greater than a predetermined threshold value. The difference in power between the case and the case where the solar cell is controlled at the second operating point, which is the optimum operating point in the second solar cell amount, which is smaller than the first solar cell amount, and the solar cell. Compared with the switching loss when MPPT control is performed, when the difference in power is smaller than the switching loss, a fixed voltage control with respect to the output of the solar cell is performed at the voltage of the first operating point. Control device.
前記制御部は、前記電力の差が、前記太陽電池をMPPT制御したときのスイッチングロスよりも小さい場合、前記太陽電池の出力に対するMPPT制御を行わない、
請求項1に記載の車両用太陽電池の制御装置。
The control unit does not perform MPPT control on the output of the solar cell when the difference in power is smaller than the switching loss when the solar cell is MPPT controlled.
The control device for a solar cell for a vehicle according to claim 1.
車両に搭載される太陽電池の出力を制御する、車両用太陽電池の制御装置であって、
前記太陽電池の出力を固定電圧制御又はMPPT制御することが可能な制御部を備え、
前記制御部は、前記太陽電池に照射される日射量と閾値とを比較することで、前記太陽電池の出力に対するMPPT制御の要否を決定し、
前記閾値は、前記太陽電池の出力の制御方式を固定電圧制御とした場合の最適動作点からのずれによる電力ロスが、前記太陽電池の出力の制御方式をMPPT制御とした場合のスイッチングロスよりも小さくなるときの前記太陽電池に照射される日射量の値に対応する、車両用太陽電池の制御装置。
A control device for vehicle solar cells that controls the output of the solar cells mounted on the vehicle.
A control unit capable of fixed voltage control or MPPT control of the output of the solar cell is provided.
The control unit determines the necessity of MPPT control for the output of the solar cell by comparing the amount of solar radiation irradiated to the solar cell with the threshold value.
The threshold value is such that the power loss due to the deviation from the optimum operating point when the output control method of the solar cell is fixed voltage control is larger than the switching loss when the output control method of the solar cell is MPPT control. A control device for a solar cell for a vehicle, which corresponds to the value of the amount of solar radiation irradiated to the solar cell when it becomes smaller.
前記制御部は、前記太陽電池に照射される日射量が前記閾値以上である場合、太陽電池の出力に対するMPPT制御を行わない、
請求項3に記載の車両用太陽電池の制御装置。
The control unit does not perform MPPT control on the output of the solar cell when the amount of solar radiation irradiated to the solar cell is equal to or greater than the threshold value.
The control device for a solar cell for a vehicle according to claim 3.
前記制御部は、前記太陽電池に照射される日射量が前記閾値以上である場合、太陽電池の出力を固定電圧制御する、
請求項3又は請求項4に記載の車両用太陽電池の制御装置。
The control unit controls the output of the solar cell by a fixed voltage when the amount of solar radiation irradiated to the solar cell is equal to or greater than the threshold value.
The control device for a solar cell for a vehicle according to claim 3 or 4.
前記制御部は、前記太陽電池に照射される日射量が前記閾値未満である場合、太陽電池の出力をMPPT制御する、
請求項3乃至請求項5に記載の車両用太陽電池の制御装置。
The control unit MPPT controls the output of the solar cell when the amount of solar radiation irradiated to the solar cell is less than the threshold value.
The control device for a solar cell for a vehicle according to claim 3 to 5.
前記制御部は、前記太陽電池に照射される日射量が前記閾値未満である状態が所定時間継続した場合、太陽電池の出力をMPPT制御する、
請求項3乃至請求項6に記載の車両用太陽電池の制御装置。
The control unit MPPT controls the output of the solar cell when the amount of solar radiation applied to the solar cell is less than the threshold value for a predetermined time.
The control device for a solar cell for a vehicle according to claim 3 to 6.
前記車両用太陽電池は、前記制御装置に並列接続された複数の太陽電池ストリングを備え、
前記制御部は、該太陽電池ストリングに照射される日射量と閾値とを比較することで、該太陽電池ストリングの出力に対するMPPT制御の要否を決定し、
前記閾値は、前記太陽電池ストリングの出力の制御方式を固定電圧制御とした場合の最適動作点からのずれによる電力ロスが、前記太陽電池ストリングの出力の制御方式をMPPT制御とした場合のスイッチングロスよりも小さくなるときの前記太陽電池ストリングに照射される日射量の値に対応する、
請求項3乃至請求項7に記載の車両用太陽電池の制御装置。
The vehicle solar cell includes a plurality of solar cell strings connected in parallel to the control device.
The control unit determines the necessity of MPPT control for the output of the solar cell string by comparing the amount of solar radiation irradiated to the solar cell string with the threshold value.
The threshold is the power loss due to deviation from the optimum operating point when the control method for the output of the solar cell string is fixed voltage control, and the switching loss when the control method for the output of the solar cell string is MPPT control. Corresponds to the value of the amount of solar radiation applied to the solar cell string when it becomes smaller than
The control device for a solar cell for a vehicle according to claim 3 to 7.
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