JP7279620B2 - ソーラー充電システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるソーラー充電システムに関する。

特許文献１及び２に、ソーラーパネルの発電電力を蓄電装置（ソーラーバッテリや補機バッテリ）に一旦蓄え、一定以上の電力が蓄えられると蓄電装置から駆動用バッテリへまとまった電力を供給して、駆動用バッテリを充電するソーラーシステムが、開示されている。

特許文献１に記載されたソーラーシステムは、車両位置の標高に応じた高ＳＯＣ状態の変動傾向に基づいて、ソーラーバッテリの上限ＳＯＣを変化させることで、ソーラーバッテリの劣化を抑制している。また、特許文献２に記載されたソーラーシステムは、車両の駐車時において、ソーラーパネルの発電電力を一旦蓄電装置に蓄電してから駆動用バッテリに充電することで、ソーラーパネルの発電電力による駆動用バッテリの充電効率を向上させている。

特開２０１８－０８８７５７号公報 特許第５６７３６３３号公報

ソーラーパネルの発電電力を一時的に蓄電する蓄電装置を使用しないシステム構成である場合、ソーラーパネルの発電電力を駆動用バッテリに直接的に供給することになる。しかしながら、日射の影響を受けるソーラーパネルは、駆動用バッテリの効率的な充電やリレーなどの部品の安定した動作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）以上の電力を、発電できない場合が考えられる。このような規定値に満たない電力が駆動用バッテリに供給されてしまうと、効率的な充電ができず、また、不測の部品性能の劣化が生じるおそれがある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、充電効率を向上することができ、また不測の部品性能劣化の発生を抑制することができる、ソーラー充電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、ソーラーパネルと、駆動用バッテリと、１つ以上の機器を含んで構成される補機系統と、ソーラーパネルが発電する電力の給電先を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、ソーラーパネルが発電可能と判断すると、ソーラーパネルから補機系統に給電を行って、ソーラーパネルが発電する電力を導出し、ソーラーパネルが発電する電力が第１電力以上であることを検出した場合、ソーラーパネルから駆動用バッテリにさらに給電を行って駆動用バッテリを充電する、ソーラー充電システムである。

上記本発明のソーラー充電システムによれば、充電効率を向上することができ、また不測の部品性能劣化の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るソーラー充電システムのブロック図 ソーラーＥＣＵが実行する充電制御処理のフローチャート ソーラーＥＣＵが実行する充電制御処理のフローチャート ソーラーパネルの発電電力の供給状態遷移図

［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。

＜構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るソーラー充電システム１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、ソーラーＥＣＵ２０と、リレー３０と、駆動用バッテリ４０と、補機系統５０と、を備えている。本実施形態に係る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。

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ＥＣＵ２０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。

駆動用バッテリ４０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。この駆動用バッテリ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、リレー３０を介してソーラーＥＣＵ２０と接続されている。駆動用バッテリ４０は、図示しない車両を駆動させるための主機的な機器と接続されており、この主機的な機器の動作に必要な電力を供給することができる。主機的な機器としては、スタータモーターや電動モーターなどが例示できる。

補機系統５０は、ソーラーパネル１０で発電される電力や図示しない系統内バッテリの電力で動作する、車両に搭載された様々な補機的な機器を含んだシステムである。補機的な機器としては、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、自動運転や先進運転支援の装置などが例示できる。

ソーラーＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０、駆動用バッテリ４０、及び補機系統５０とそれぞれ接続されており、ソーラーパネル１０で発生した電力の補機系統５０への供給や駆動用バッテリ４０への供給を制御することができる電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。電力供給の際、ソーラーＥＣＵ２０は、図示しないＤＣＤＣコンバータによって、入力電圧であるソーラーパネル１０の発電電圧を所定の電圧に変換（昇圧／降圧）して、駆動用バッテリ４０や補機系統５０に出力することができる。また、ソーラーＥＣＵ２０は、リレー３０の接続／遮断を制御することができる。

このソーラーＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０の発電状況をモニターしており、モニターによって得られた発電状況に基づいて、ソーラーパネル１０で発電される電力の供給先を動的に切り替える充電制御を実施する。ソーラーＥＣＵ２０の電源は、ソーラーパネル１０から供給されてもよいし、図示しない車両に搭載された電源装置や蓄電装置などから供給されてもよい。

なお、ソーラーＥＣＵ２０は、典型的にはプロセッサ、メモリ、及び入出力インターフェースなどを含んで構成され得る。本実施形態のソーラーＥＣＵ２０は、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、充電制御を実施する。

＜制御＞
次に、図２Ａ及び図２Ｂをさらに参照して、本発明の一実施形態に係るソーラー充電システム１で行われる制御を説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、ソーラー充電システム１のソーラーＥＣＵ２０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。図２Ａの処理と図２Ｂの処理とは、結合子Ｘ、Ｙ、及びＺでそれぞれ結ばれる。

図２Ａ及び図２Ｂ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。なお、充電制御処理の開始時は、リレー３０は遮断状態である。

ステップＳ２０１：ソーラーＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０の出力端子に現れる開回路電圧Ｖｐａｎｅｌを取得する。ソーラーパネル１０への日射が全くない場合には開回路電圧Ｖｐａｎｅｌはゼロとなり、日射があれば日射量に応じた開回路電圧Ｖｐａｎｅｌが出力端子に現れる。ソーラーパネル１０の開回路電圧Ｖｐａｎｅｌが取得されると、ステップＳ２０２に処理が進む。

ステップＳ２０２：ソーラーＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０の開回路電圧Ｖｐａｎｅｌが第１電圧Ｖ１以上（Ｖｐａｎｅｌ≧Ｖ１）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に十分な電力をソーラーパネル１０が発生させることができるか否か、を判断するために行われる。例えば、ソーラーパネル１０の発電電力が、ソーラーＥＣＵ２０における充電制御処理の動作に必要な消費電力よりも低ければ、ソーラーＥＣＵ２０が充電制御処理を開始しても、電源となるバッテリ（図示せず）からの電力持ち出しが生じてしまうため望ましくない。よって、第１電圧Ｖ１は、ソーラーＥＣＵ２０において給電処理の実施に必要な電力以上の電力をソーラーパネル１０が発生できる場合に出力端子に現れる開回路電圧以上に設定することができる。ソーラーパネル１０の開回路電圧Ｖｐａｎｅｌが第１電圧Ｖ１以上である場合は（ステップＳ２０２、はい）、ステップＳ２０３に処理が進み、ソーラーパネル１０の開回路電圧Ｖｐａｎｅｌが第１電圧Ｖ１未満である場合は（ステップＳ２０２、いいえ）、ステップＳ２０１に処理が進む。

ステップＳ２０３：ソーラーＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０による発電を開始させて、その発電された電力を補機系統５０に供給することを開始する。ソーラーパネル１０による発電及び補機系統５０への給電が開始されると、ステップＳ２０４に処理が進む。

ステップＳ２０４：ソーラーＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０で実際に発生している発電電力Ｗｐａｎｅｌの監視を開始する。ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌは、補機系統５０に電力を供給することによって得られるソーラーパネル１０の閉回路電圧と流出電流とに基づいて、取得することができる。ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌの監視が開始されると、ステップＳ２０５に処理が進む。

ステップＳ２０５：ソーラーＥＣＵ２０は、車両が駐車中の状態かそれ以外の状態かを判断する。車両が駐車中でなければ（例えば走行中）、補機系統５０で消費される電力がソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌよりも多くなるため、ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌを全て補機系統５０に供給した方が高効率となる。よって、この判断は、充電制御を高効率に処理するために行われる。車両が駐車状態である場合は（Ｓ２０５、はい）、ステップＳ２０６に処理が進み、車両が駐車状態以外である場合は（Ｓ２０５、いいえ）、ステップＳ２１０に処理が進む。

ステップＳ２０６：ソーラーＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌが第１電力Ｗ１以上（Ｗｐａｎｅｌ≧Ｗ１）であるか否かを判断する。この判断は、駆動用バッテリ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、駆動用バッテリ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。非効率となる電力が駆動用バッテリ４０に供給されてしまうと、効率的な充電ができないだけでなく、リレー３０などの部品の安定動作にも影響して不測の部品性能劣化が生じるおそれがある。よって、第１電力Ｗ１は、駆動用バッテリの効率的な充電や部品の安定した動作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。ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌが第１電力Ｗ１以上である場合は（ステップＳ２０６、はい）、ステップＳ２０７に処理が進み、ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌが第１電力Ｗ１未満である場合は（ステップＳ２０６、いいえ）、ステップＳ２１０に処理が進む。

ステップＳ２０７：ソーラーＥＣＵ２０は、リレー３０を接続させて、ソーラーパネル１０で発電された電力を補機系統５０と並行して駆動用バッテリ４０にも供給し、駆動用バッテリ４０の充電を開始する。この際、発電電力のうち規定値以上の電力が駆動用バッテリ４０の充電に割り当てられ、残りの電力が補機系統５０の給電に割り当てられる。駆動用バッテリ４０の充電が開始されると、ステップＳ２０８に処理が進む。

ステップＳ２０８：ソーラーＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌが第２電力Ｗ２以下（Ｗｐａｎｅｌ≦Ｗ２）であるか否かを判断する。この判断は、駆動用バッテリ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が十分に発電しなくなったかどうか、を判断するために行われる。よって、第２電力Ｗ２は、典型的には、駆動用バッテリの効率的な充電や部品の安定した動作のために定められた規定値の電力以上に設定される。また、第２電力Ｗ２は、第１電力Ｗ１と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌが第２電力Ｗ２以下である場合は（ステップＳ２０８、はい）、ステップＳ２０９に処理が進み、ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌが第２電力Ｗ２を超える場合は（ステップＳ２０８、いいえ）、ステップＳ２０８の判断が肯定されるまで駆動用バッテリ４０の充電を継続する。

ステップＳ２０９：ソーラーＥＣＵ２０は、リレー３０を遮断させて、ソーラーパネル１０で発電された電力を駆動用バッテリ４０に供給すること停止し、駆動用バッテリ４０の充電を終了する。なお、ソーラーＥＣＵ２０は、補機系統５０への給電は継続して行う。駆動用バッテリ４０の充電が終了されると、ステップＳ２１０に処理が進む。

ステップＳ２１０：ソーラーＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌが第３電力Ｗ３以下（Ｗｐａｎｅｌ≦Ｗ３）であるか否かを判断する。この判断は、ソーラーパネル１０の発電電力によって充電制御が効率的に実施できるかどうか、を判断するために行われる。すなわち、補機系統５０への効率的な給電が継続して実施できるか否かを判断するために行われる。よって、第３電力Ｗ３は、第２電力Ｗ２よりも小さく、ソーラーＥＣＵ２０において給電処理の実施に必要な電力未満に設定することができる。ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌが第３電力Ｗ３以下である場合は（ステップＳ２１０、はい）、ステップＳ２１１に処理が進み、ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌが第３電力Ｗ３を超える場合は（ステップＳ２１０、いいえ）、ステップＳ２０５に処理が進む。

ステップＳ２１１：ソーラーＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０で実際に発生している発電電力Ｗｐａｎｅｌの監視を終了する。ソーラーパネル１０の発電電力Ｗｐａｎｅｌの監視が終了されると、ステップＳ２１２に処理が進む。

ステップＳ２１２：ソーラーＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０による発電を終了させて、補機系統５０への給電も終了する。ソーラーパネル１０による発電及び補機系統５０への給電が終了されると、ステップＳ２０１に処理が戻る。

＜状態遷移＞
図３は、ソーラーパネル１０で発電される電力の供給状態が切り替わる様子を示した状態遷移図である。

上記図２Ａ及び図２ＢのフローチャートにおけるステップＳ２０１及びＳ２０２では、ソーラー充電システム１は図３の（状態ａ）にある。図２ＡのステップＳ２０３では、ソーラー充電システム１は図３の（状態ａ）から（状態ｂ）に遷移し、補機系統５０への給電が行われる。さらに、車両の駐車中においては、図２ＢのステップＳ２０７で十分な発電電力が確保できると、ソーラー充電システム１は図３の（状態ｂ）から（状態ｃ）に遷移し、駆動用バッテリ４０の充電が補機系統５０への給電と並行して行われる。

一方、駆動用バッテリ４０を充電するための十分な電力が不足すると、図２ＢのステップＳ２０９において、ソーラー充電システム１は図３の（状態ｃ）から（状態ｂ）に遷移し、駆動用バッテリ４０の充電だけが終了する。さらに、補機系統５０へ給電するために必要な電力も不足すると、図２ＢのステップＳ２１１において、ソーラー充電システム１は図３の（状態ｂ）から（状態ａ）に遷移し、補機系統５０への給電も終了する。

＜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システムによれば、ソーラーパネルが発電可能な状態である場合、まずソーラーパネルから補機系統に給電を行ってソーラーパネルが実際に発電する電力を導出し、この導出した発電電力が補機系統に給電を効率的に充電できる規定値以上であれば、ソーラーパネルの発電電力で駆動用バッテリを充電する。

この充電制御によって、ソーラーパネルの発電電力を一時的に蓄電する蓄電装置を使用しないシステムであっても、駆動用バッテリの効率的な充電やリレーなどの部品の安定した動作のために定められた規定値に満たない電力が駆動用バッテリに供給されてしまうといった事態を回避することができる。これにより、充電効率を向上することができ、また不測の部品性能劣化の発生を抑制することができる。

また、本発明の一実施形態に係るソーラー充電システムによれば、車両が駐車中である場合に、上述した補機系統への給電のみと補機系統への給電かつ駆動用バッテリの充電とを切り替えることができる。これにより、車両走行中のソーラーパネルの発電電力を、補機系統の消費だけに効率的に使用することができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、ソーラー充電システムだけでなく、充電制御方法、その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。

本発明は、車両などの、ソーラーパネルで発電された電力を利用するソーラー充電システムに利用可能である。

１ ソーラー充電システム
１０ ソーラーパネル
２０ ソーラーＥＣＵ
３０ リレー
４０ 駆動用バッテリ
５０ 補機系統

Claims (3)

1. ソーラーパネルと、
   駆動用バッテリと、
   １つ以上の機器を含んで構成される補機系統と、
   前記ソーラーパネルが発電する電力の給電先を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記ソーラーパネルが発電可能と判断すると、前記ソーラーパネルから給電を行っていない第１状態から、前記ソーラーパネルから前記補機系統に給電を行う第２状態に制御を遷移させ、
   前記第２状態において前記ソーラーパネルが発電する電力を導出し、
   前記第２状態において前記ソーラーパネルが発電する電力が第１電力以上であることを検出した場合、前記第２状態から、前記ソーラーパネルから前記駆動用バッテリと前記補機系統とに並行して給電を行う第３状態に制御を遷移させ、
   前記第３状態において前記ソーラーパネルが発電する電力が第２電力以下であることを検出した場合、前記第３状態から前記第２状態に制御を遷移させ、
   前記第２状態において前記ソーラーパネルが発電する電力が第３電力以下であることを検出した場合、前記第２状態から前記第１状態に制御を遷移させる、
   ソーラー充電システム。
2. 前記制御装置は、前記ソーラーパネルの開回路電圧が第１電圧以上である場合に、前記ソーラーパネルが発電可能と判断する、
   請求項１に記載のソーラー充電システム。
3. 前記ソーラー充電システムが車両に搭載されており、
   前記制御装置は、
   車両が駐車している期間は、前記ソーラーパネルが発電する電力に基づいて、前記第２状態及び前記第３状態による給電制御を行い、
   車両が駐車していない期間は、前記ソーラーパネルが発電する電力にかかわらず、前記第２状態による給電制御を行う、
   請求項１又は２に記載のソーラー充電システム。

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