JP6604312B2 - 電力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ソーラーパネルで発生した発電電力を制御する電力制御装置に関する。

例えば、特許文献１に、ウェイクアップモード／スリープモードによる動作を適切に切り替えてソーラーパネルで発生した発電電力の制御を実行する電力制御装置が、開示されている。

特開２０１５−００２６４０号公報

上記特許文献１に記載の電力制御装置では、ソーラーパネルの出力電圧に基づいて、ソーラーパネルが発電しているか否かを判断している。このため、ソーラーパネルの出力電圧が低い場合に、その原因が、夜間などの明らかに発電できない状況にあるのか否かを適切に判断することができず、電力消費が大きくなることがある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、明らかに発電できない状況にあることを原因としたソーラーパネルで発生した発電電力が低い場合において、電力消費が大きくなる虞を抑制することができる、電力制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、ソーラーパネルで発生した発電電力を制御する電力制御装置であって、所定のタイミングで発電電力が所定の基準電力未満か否かを判定する判定部と、発電電力が基準電力以上であると判定された場合には、第１のモードで電力制御装置を動作させ、発電電力が基準電力未満であると判定された場合には、所定のタイマ時間が経過するまで第１のモードよりも電力消費が少ない第２のモードで電力制御装置を動作させ、かつ、タイマ時間の経過後に第１のモードに戻って電力制御装置を動作させる制御部と、発電電力が基準電力未満であると判定された場合には、所定の照度センサから照度を取得する取得部と、取得された照度が所定の基準照度を越えていれば、タイマ時間を第１の時間に設定し、取得された照度が基準照度以下であれば、タイマ時間を第１の時間よりも長い第２の時間に設定する設定部と、を備えることを特徴とする。

上記本発明の一態様では、発電電力が基準電力未満であると判定された場合に、照度センサから取得した照度が所定の基準照度を越えるか否かに基づいて、第２のモードを動作させるタイマ時間を可変させる。具体的には、電力制御装置が、照度が所定の基準照度以下となるような明らかに発電できない状況にある場合に、第１のモードよりも電力消費が少ない第２のモードの動作を継続させるタイマ時間を長く（第２の時間に）設定する。

従って、電力制御装置が夜間などの明らかに発電できない状況にある場合には、タイマ時間が第１の時間より長い第２の時間に設定されるため、タイマ時間が第１の時間に設定された場合と比較して、電力制御装置が第２のモードから第１のモードに切り替わる（移行する）頻度を少なくさせることができる。

これにより、発電電力が基準電力未満という同じ条件であっても、発電できる状況にある電力制御装置より、夜間などの明らかに発電できない状況にある電力制御装置の方が、電力消費が大きくなることを抑制することができる。

以上述べたように、本発明の電力制御装置によれば、明らかに発電できない状況にあることを原因としたソーラーパネルで発生した発電電力が低い場合において、電力消費が大きくなる虞を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電力制御装置を含む太陽光発電システムの構成例を示す図 本発明の一実施形態に係る電力制御装置が実行する制御の処理手順を示すフローチャート

［概要］
本実施形態に係る電力制御装置は、電源制御ＥＣＵをウェイクアップモードからスリープモードに移行させるときに、スリープモードとして動作させる時間をコンライトセンサから取得できる照度に基づいて可変させる。スリープモードとして動作させる時間は、照度が基準照度を越えているときよりも照度が基準照度以下であるときの方を長くする。これにより、夜間などの明らかに発電できない状況において電源制御ＥＣＵの電力消費が大きくなることを抑制することができる。

［各構成の説明］
図１は、本発明の一実施形態に係る電力制御装置２４を含む電源制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０を、太陽光発電システムを搭載した車両に適用した場合の構成例を示す機能ブロック図である。図１に例示した電源制御ＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０、イグニッションＳＷ３１、ボデー制御ＥＣＵ３２、およびバッテリ３４に、接続されている。また、ボデー制御ＥＣＵ３２は、コンライトセンサ３３に接続されている。

ソーラーパネル１０は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する部品、例えば太陽電池モジュールであり、太陽光の照射を受けて発電を行う。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。ソーラーパネル１０で発生した発電電力は、電源制御ＥＣＵ２０に出力される。

このソーラーパネル１０の発電電力は、太陽が昇っている日中などの発電ができる状況にある場合には、ソーラーパネル１０が受ける日射量に依存する。例えば、日射量が多いと発電電力が大きくなり、日射量が少ないと発電電力が小さくなる。また、太陽が沈んでいる夜間などの日射がなく明らかに発電ができない状況にある場合には、ソーラーパネル１０の発電電力は概ねゼロになる。

電源制御ＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０が発生した発電電力について所定の制御を実行する。例えば、電源制御ＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０が発生した発電電力を、車両が備える各種負荷へ電源供給可能な所定の電圧を有する電力に変換する制御を行うことができる。また、電源制御ＥＣＵ２０は、ソーラーパネル１０が発生した発電電力が低い場合に、後述する「ウェイクアップモード」による動作から「スリープモード」による動作に切り替えて（移行させて）、電力消費を低減させる制御を行うことができる。

この電源制御ＥＣＵ２０は、電流センサ２１と、電流モニタ回路２２と、電圧モニタ回路２３と、電力制御装置２４と、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２５と、フィルタ回路２６と、電源回路２７と、信号入力回路２８と、通信インタフェース回路２９とを、少なくとも備えている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２５は、ソーラーパネル１０に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２５は、ソーラーパネル１０が発生した発電電力を入力し、後述する電力制御装置２４から指示されるＰＷＭ信号（例えば、キャリア周波数４００ｋＨｚのデューティー信号）に基づいて、ソーラーパネル１０が発生した発電電力を所定のデューティー比でスイッチング動作させる。

フィルタ回路２６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２５から出力されるスイッチング動作信号を平滑する。これにより、ソーラーパネル１０が発生した発電電力が予め定めた一定の電圧を有する電力に変換されて出力される。このフィルタ回路２６は、例えばコイルやコンデンサなどで構成される。変換された電力は、各種負荷に電源として供給されたり、電源回路２７へ出力されたりする。

電流モニタ回路２２は、発電によってソーラーパネル１０からＤＣ−ＤＣコンバータ回路２５に流れ込む電流（以下「発電電流」と記す）の値をモニタするために設けられる。発電電流は、例えば、ソーラーパネル１０とＤＣ−ＤＣコンバータ回路２５とを接続する配線上に設けられた電流センサ２１によって検出される。電流モニタ回路２２でモニタされた発電電流は、電力制御装置２４へ出力される。

電圧モニタ回路２３は、発電によってソーラーパネル１０の出力端子に現れる電圧（以下「発電電圧」と記す）の値をモニタするために設けられる。発電電圧は、例えば、ソーラーパネル１０とＤＣ−ＤＣコンバータ回路２５とを接続する配線とＧＮＤ電位との間に設けられた電圧センサ（図示せず）によって検出される。電圧モニタ回路２３でモニタされた発電電圧は、電力制御装置２４へ出力される。

電源回路２７は、フィルタ回路２６から出力される一定の電圧を入力し、この一定の電圧から所定の定電圧源（例えば５Ｖ）を生成して、電源制御ＥＣＵ２０内の各回路に電源として供給する。この電源回路２７は、例えばスイッチングレギュレータやシリーズレギュレータなどで構成される。

信号入力回路２８は、電源制御ＥＣＵ２０の外部にあるスイッチが出力する信号、図１の例ではイグニッションＳＷ３１から出力されるスイッチ信号（０〜１２Ｖ系）を入力する。そして、信号入力回路２８は、入力したスイッチ信号を電力制御装置２４で読み込むことができる電圧レベルの信号（０〜５Ｖ系）に変換して、電力制御装置２４へ出力する。

通信インタフェース回路２９は、ＣＡＮ（Controller Area Network）などのバスラインを流れる信号、図１の例ではボデー制御ＥＣＵ３２が出力する通信バス信号を入力する。そして、通信インタフェース回路２９は、入力した通信バス信号を電力制御装置２４の入出力ポートへ接続することができる電圧レベルの信号（０〜５Ｖ系）に変換して、電力制御装置２４へ出力する。

電力制御装置２４は、例えばマイコンで構成され、電源制御ＥＣＵ２０における各種の制御を実行する。この各種制御の１つとして、電力制御装置２４は、以下に示す判定部、制御部、取得部、および設定部として説明する機能を実行することによって、例えば電源制御ＥＣＵ２０を「ウェイクアップモード」で動作させるのか「スリープモード」で動作させるのかの制御を行うことができる。

この「ウェイクアップモード（請求項の「第１のモード」に該当）」とは、電源制御ＥＣＵ２０が有する全ての構成を機能させて、電源制御ＥＣＵ２０を通常の電力消費の状態で動作させるモードである。また「スリープモード（請求項の「第２のモード」に該当）」とは、電源制御ＥＣＵ２０が有する一部の構成の機能を停止させることによって、電源制御ＥＣＵ２０をウェイクアップモード時よりも低電力消費の状態で動作させるモードである。

電力制御装置２４は、電流モニタ回路２２から出力されるソーラーパネル１０からＤＣ−ＤＣコンバータ回路２５に流れ込む発電電流、および電圧モニタ回路２３から出力されるソーラーパネル１０の出力端子に現れる発電電圧を、それぞれ入力する。そして、電力制御装置２４は、判定部の機能として、発電電流と発電電圧とからソーラーパネル１０が発生する発電電力Ｗを算出して、発電電力Ｗが予め定められた基準電力Ｗａ未満か否かを判定することを行う。

発電電力Ｗが予め定められた基準電力Ｗａ未満か否かの判定は、電源制御ＥＣＵ２０を「スリープモード」の動作から「ウェイクアップモード」の動作に切り替えた（移行した）タイミングで実施され、また「ウェイクアップモード」の動作中では任意のタイミングで継続実施される。

この基準電力Ｗａは、電源制御ＥＣＵ２０を「ウェイクアップモード」で継続動作させるべきか「ウェイクアップモード」から「スリープモード」に切り替えて動作させるべきかを判断するための基準として設定され得る。より具体的には、基準電力Ｗａ（例えば１０Ｗ）は、ソーラーパネル１０の発電状況が良好な状態ではなくなり、電源制御ＥＣＵ２０における消費電力を低減させる必要があると判断するための基準値である。

また、電力制御装置２４は、制御部の機能として、発電電力Ｗが基準電力Ｗａ未満か否かの判定結果に基づいて、所定の制御を実行することを行う。具体的には、発電電力Ｗが予め定められた基準電力Ｗａ以上である場合、電力制御装置２４は、「ウェイクアップモード」で動作中である電源制御ＥＣＵ２０において、ソーラーパネル１０が発電した電力を一定の電圧を有する電力へ変換した後に、後段に接続される負荷などに電源として供給する、発電制御を実施する。一方、発電電力Ｗが基準電力Ｗａ未満である場合、電力制御装置２４は、取得部の機能として、後述するコンライトセンサ３３から、ボデー制御ＥＣＵ３２および通信インタフェース回路２９を介して、照度Ｌの情報を取得することを行う。

また、電力制御装置２４は、設定部の機能として、コンライトセンサ３３から取得した照度Ｌの情報に基づいて、「スリープモード」として動作させるタイマ時間を動的に設定することができる。より具体的には、照度Ｌが基準照度Ｌａを越えると判断された場合、「スリープモード」の動作継続時間を計時するウェイクアップタイマｔｍの設定時間（タイマ時間）が第１の時間に設定される。照度Ｌが基準照度Ｌａ以下であると判断された場合、ウェイクアップタイマｔｍの設定時間が、第１の時間よりも長い第２の時間に設定される。

この基準照度Ｌａは、電源制御ＥＣＵ２０を「スリープモード」で動作させる継続時間を、標準的な第１の時間とするか第１の時間よりも長い第２の時間とするかを判断するための基準として設定され得る。より具体的には、基準照度Ｌａ（例えば１００ルクス）は、ソーラーパネル１０の発電状況が良好ではない原因が、ソーラーパネル１０を搭載している車両が夜間やトンネル内などの明らかに発電できない状況にあることに基づくものなのか否か、を判断するための基準値である。

コンライトセンサ３３は、ヘッドライトなどの灯火系の点灯制御に必要な照度Ｌの情報を得ることができるセンサ装置である。コンライトセンサ３３は、例えば車両のフロントガラスの車室内下部などに配置されており、車内からフロントガラスを通して車外の照度を検出する。

イグニッションＳＷ３１は、車両のドライバー席付近に配置され、車両の電源状態を切り替えることが可能なスイッチである。イグニッションＳＷ３１のスイッチポジションをＯＦＦからＯＮに切り替えることによって、車両に電源が投入される。

ボデー制御ＥＣＵ３２は、例えばドアロックなどの車両駐車時（イグニッションＳＷ３１のスイッチポジションがＯＦＦ時）においても、常時作動が必要な制御を担う電子制御装置である。このボデー制御ＥＣＵ３２は、ヘッドライトなどの灯火系の点灯制御が必要なときに、コンライトセンサ３３へ電源供給を行い、コンライトセンサ３３から照度Ｌの情報を入手する。また、ボデー制御ＥＣＵ３２は、電源制御ＥＣＵ２０から照度Ｌの情報の取得要求があった場合にも、コンライトセンサ３３へ電源供給を行い、コンライトセンサ３３から照度Ｌの情報を入手する。また、ボデー制御ＥＣＵ３２は、各種のスイッチ信号や負荷駆動状態などを、バスラインを経由して送出する機能を有する。

バッテリ３４は、エンジンルームやトランクルームなどに搭載される、例えば鉛蓄電池などで構成される１２Ｖ系の二次電池である。

［電力制御装置で実行される制御］
次に、図２をさらに参照して、本発明の一実施形態に係る電力制御装置２４で実行される制御を説明する。図２は、電力制御装置２４が実行する制御の処理手順を示すフローチャートである。

図２に示したステップＳ２１からステップＳ２９までの制御は、電源オンなどによって電源制御ＥＣＵ２０が稼働すると開始され、電源オフなどによって電源制御ＥＣＵ２０が停止するまで繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２１の処理では、予め定めたウェイクアップ時間になったか否かが判断される。この判断は、ウェイクアップ時間になるまで継続して行われる（Ｓ２１、Ｎｏ）。そして、ウェイクアップ時間になったと判断されると（Ｓ２１、Ｙｅｓ）、ステップＳ２２に処理が進む。

ここで、ウェイクアップ時間とは、電源制御ＥＣＵ２０を「スリープモード」から「ウェイクアップモード」に移行させるタイミングをいう。より具体的には、ウェイクアップ時間とは、電源制御ＥＣＵ２０を「ウェイクアップモード」から「スリープモード」へ移行させた際にカウントを開始させたウェイクアップタイマｔｍが、設定時間に達してカウントアップしたタイミングである。このウェイクアップタイマｔｍの設定時間は、後述するステップＳ２７またはステップＳ２８の処理で決定される。

なお、電源オンの直後など、ウェイクアップタイマｔｍが動作していない場合には、ウェイクアップタイマｔｍを開始させることなく直ちにステップＳ２２に処理を進めてもよいし、ウェイクアップタイマｔｍのカウントを新たに開始してカウントアップを待ってからステップＳ２２に処理を進めてもよい。

ステップＳ２２の処理では、電源制御ＥＣＵ２０を「スリープモード」から「ウェイクアップモード」に移行させるウェイクアップ制御が実行される。このウェイクアップ制御では、例えば「スリープモード」で停止させていた電力制御装置２４のメインクロックとなる所定の高速クロック（例えば１６ＭＨｚクロック）を作動させることが行われる。ウェイクアップ制御が実行されると、ステップＳ２３に処理が進む。

ステップＳ２３の処理では、ソーラーパネル１０が発生した発電電力Ｗが所定の基準電力Ｗａ未満か否かが判断される。発電電力Ｗが基準電力Ｗａ未満であると判断された場合（Ｓ２３、Ｙｅｓ）、ステップＳ２４に処理が進む。一方、発電電力Ｗが基準電力Ｗａ以上であると判断された場合（Ｓ２３、Ｎｏ）、ステップＳ２５に処理が進む。

ステップＳ２５の処理では、ソーラーパネル１０の発電状況が良好な状態であるとの判断に基づいて「ウェイクアップモード」が維持され、ソーラーパネル１０が発生した発電電力Ｗを予め定めた一定の電圧を有する電力へ変換して各種負荷に電源として供給する、発電制御が実施される。この発電制御は、ソーラーパネル１０が発生した発電電力Ｗが基準電力Ｗａ以上を保持している間（Ｓ２３、Ｎｏ）、継続して実施される。

ステップＳ２４の処理では、コンライトセンサ３３から照度Ｌの情報が取得される。照度Ｌの情報が取得されると、ステップＳ２６に処理が進む。

ステップＳ２６の処理では、取得した照度Ｌが基準照度Ｌａを越えるか否かが判断される。照度Ｌが基準照度Ｌａを越えると判断された場合（Ｓ２６、Ｙｅｓ）、ステップＳ２７に処理が進む。一方、照度Ｌが基準照度Ｌａ以下であると判断された場合（Ｓ２６、Ｎｏ）、ステップＳ２８に処理が進む。

ステップＳ２７の処理では、例えば車両（ソーラーパネル１０）が発電できる状況にあるとの判断に基づいて、電源制御ＥＣＵ２０を「スリープモード」で動作させる継続時間、すなわちウェイクアップタイマｔｍの設定時間が第１の時間（例えば、１２０秒）に設定される。ウェイクアップタイマｔｍの設定時間が設定されると、ステップＳ２９に処理が進む。

ステップＳ２８の処理では、例えば車両（ソーラーパネル１０）が明らかに発電できない状況にあるとの判断に基づいて、電源制御ＥＣＵ２０を「スリープモード」で動作させる継続時間、すなわちウェイクアップタイマｔｍの設定時間が第２の時間（例えば、１２００秒）に設定される。ウェイクアップタイマｔｍの設定時間が設定されると、ステップＳ２９に処理が進む。

ステップＳ２９の処理では、電源制御ＥＣＵ２０を「ウェイクアップモード」から「スリープモード」に移行させるスリープ制御が実行される。このスリープ制御では、「ウェイクアップモード」で作動させていた電力制御装置２４の高速クロックが停止される。そして、スリープ制御では、例えば電力制御装置２４に内蔵されるＣＲ発振回路などを用いて所定の低速クロック（例えば３０ｋＨｚクロック）を作動させ、ウェイクアップタイマｔｍのカウントを開始させることが行われる。

ウェイクアップタイマｔｍのカウントが開始されると、ステップＳ２１に処理が戻り、ウェイクアップタイマｔｍのカウントが第１の時間または第２の時間に達してウェイクアップ時間になったか否かが判断される。

［本実施形態における作用・効果］
上述した本発明の一実施形態に係る電力制御装置２４によれば、発電電力Ｗが基準電力Ｗａ未満であると判定された場合に、コンライトセンサ３３から取得した照度Ｌが所定の基準照度Ｌａを越えるか以下かに基づいて、「スリープモード（第２のモード）」を動作させるタイマ時間を可変させる。具体的には、電力制御装置２４が、照度Ｌが所定の基準照度以下となるような明らかに発電できない状況にある場合に、「ウェイクアップモード（第１のモード）」よりも電力消費が少ない「スリープモード（第２のモード）」の動作を継続させるウェイクアップタイマｔｍの設定時間を第１の時間よりも長い第２の時間に設定する。

従って、電力制御装置２４が夜間などの明らかに発電できない状況にある場合には、ウェイクアップタイマｔｍの設定時間が第１の時間より長い第２の時間に設定されるため、ウェイクアップタイマｔｍの設定時間が第１の時間に設定された場合と比較して、電力制御装置２４が「スリープモード（第２のモード）」から「ウェイクアップモード（第１のモード）」に切り替わる（移行する）頻度を少なくさせることができる。例えば、第１の時間が１２０秒で、第２の時間が１２００秒であれば、「ウェイクアップモード（第１のモード）」に切り替わる頻度を１／１０まで減少させることができる。

これにより、発電電力Ｗが基準電力Ｗａ未満という同じ条件であっても、発電できる状況にある電力制御装置２４より、夜間などの明らかに発電できない状況にある電力制御装置２４の方が、電力消費が大きくなることを抑制することができる。

また、照度Ｌの情報の取得には、車両に搭載されているコンライトセンサ３３を使用するため、新たなコストアップも生じない。

一方、照度Ｌが基準照度Ｌａを越える場合には、「スリープモード（第２のモード）」の動作を継続させるウェイクアップタイマｔｍの設定時間が第１の時間に設定されるので、「ウェイクアップモード（第１のモード）」に切り替わる頻度は減少しない。よって、日陰などで一時的に発電電力Ｗが基準電力Ｗａ未満となっていた場合、ソーラーパネル１０による発電電力Ｗが増加すれば、素早く発電制御を開始することができる。

このように、本発明の電力制御装置２４では、照度Ｌが基準照度Ｌａを越える場合に「スリープモード（第２のモード）」の動作を継続させるウェイクアップタイマｔｍの設定時間を第１の時間に設定する制御と、照度Ｌが基準照度Ｌａ以下の場合に「スリープモード（第２のモード）」の動作を継続させるウェイクアップタイマｔｍの設定時間を第２の時間に設定する制御とによって、総合的に効率的な制御を実現できる。

本発明の電力制御装置は、車両などに利用可能であり、ソーラーパネルで発生した発電電力を制御したい場合などに有用である。

１０ ソーラーパネル
２０ 電源制御ＥＣＵ
２１ 電流センサ
２２ 電流モニタ回路
２３ 電圧モニタ回路
２４ 電力制御装置
２５ ＤＣ−ＤＣコンバータ回路
２６ フィルタ回路
２７ 電源回路
２８ 信号入力回路
２９ 通信インタフェース回路
３１ イグニッションＳＷ
３２ ボデー制御ＥＣＵ
３３ コンライトセンサ
３４ バッテリ

Claims (1)

1. ソーラーパネルで発生した発電電力を制御する電力制御装置であって、
   所定のタイミングで前記発電電力が所定の基準電力未満か否かを判定する判定部と、
   前記発電電力が前記基準電力以上であると判定された場合、第１のモードで前記電力制御装置を動作させ、前記発電電力が前記基準電力未満であると判定された場合、所定のタイマ時間が経過するまで第１のモードよりも電力消費が少ない第２のモードで前記電力制御装置を動作させ、かつ、当該タイマ時間の経過後に第１のモードに戻って前記電力制御装置を動作させる制御部と、
   前記発電電力が前記基準電力未満であると判定された場合、所定の照度センサから照度を取得する取得部と、
   前記取得された照度が所定の基準照度を越えていれば前記タイマ時間を第１の時間に設定し、前記取得された照度が当該基準照度以下であれば前記タイマ時間を当該第１の時間よりも長い第２の時間に設定する設定部と、を備える、
   電力制御装置。

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