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JP7156004B2 - 車両用充電制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載される、ソーラーパネルを用いた充電制御システムに関する。
特許文献１に、ソーラーパネルで発生した電力を、モータ駆動用の高圧バッテリや補機などの車載機器動作用の低圧バッテリに供給する、車両用ソーラー発電システムが開示されている。
特開２０１７－１２３７６５号公報
ソーラーパネルで発電された電力を活用するため、ソーラーパネルの発電電力をモータ駆動用の高圧バッテリに充電する構成では、車両の走行中は、ソーラーパネルの発電電力とアクチュエータの回生電力とによる合計電力が高圧バッテリに供給される。このため、合計電力が高圧バッテリの充電可能量を超えて供給され、高圧バッテリが過充電になるおそれがある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、回生で発生した電力の回収（有効活用）を優先させつつ、高圧バッテリが過充電されることを防ぐことができる車両用充電制御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、ソーラーパネルを用いた車両用充電制御システムであって、第１バッテリと、第１バッテリの蓄電量が所定値となるまでに第１バッテリに充電することが可能な充電可能電力量を算出する算出部と、回生による電力が発生しているか否かを判断する判断部と、ソーラーパネルで発生した電力による第１バッテリへの充電を制御する制御部と、を備え、制御部は、判断部が回生による電力が発生していないと判断した場合、充電可能電力量を上限として、ソーラーパネルで発生した電力を第１バッテリへ充電可能とし、判断部が回生による電力が発生していると判断した場合、充電可能電力量から回生で得られる回生電力量を差し引いた電力量を上限として、ソーラーパネルで発生した電力を前記第１バッテリへ充電可能とする。
上記本発明の車両用充電制御システムによれば、回生で発生した電力の回収（有効活用）を優先させつつ、高圧バッテリが過充電されることを防ぐことができる。
本発明の一実施形態に係る車両用充電制御システムの構成例を示す図 本充電制御システムが実行する充電制御Ａの処理手順を説明するフローチャート 本充電制御システムが実行する充電制御Ｂの処理手順を説明するフローチャート
本発明のソーラーパネルを用いた車両用充電制御システムでは、車両が走行可能な状態においてソーラーパネルの発電電力を高圧バッテリに充電する場合、回生電力が発生していなければ高圧バッテリが充電可能な電力量を上限としてソーラーパネルの発電電力を充電可能とし、回生電力が発生していれば充電可能な電力量から回生電力量を差し引いた電力量を上限として、ソーラーパネルの発電電力を充電可能とする。この制御により、回生電力の回収を優先させつつ、高圧バッテリが過充電されることを防ぐことができる。
［実施形態］
＜構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用充電制御システム１の構成を示すブロック図である。図１に例示した充電制御システム１は、ソーラーパネル１０と、バッファ用バッテリ２０と、高圧バッテリ３０と、低圧バッテリ４０と、制御部５０と、判断部６０と、算出部７０と、センサ８０と、を備えている。なお、図１では、各バッテリへ電力が供給される経路を太線で、制御信号や測定信号などが流れる経路を細線で、それぞれ示している。
本充電制御システム１は、例えば、走行用モータとエンジンなどの内燃機関とを備えたハイブリッド車両や電気自動車などに適用することができる。
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で発電された電力は、制御部５０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。
バッファ用バッテリ２０は、一時的に電力を蓄えるためのバッテリであり、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な二次電池で構成されている。このバッファ用バッテリ２０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、また自らが蓄えている電力を高圧バッテリ３０や低圧バッテリ４０へ放電可能に、制御部５０と接続されている。
高圧バッテリ３０は、車両の駆動力源である走行モータなど（図示せず）に高電圧の電力を供給するためのバッテリであり、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な二次電池で構成されている。この高圧バッテリ３０は、ソーラーパネル１０で発生した電力及びバッファ用バッテリ２０に蓄えられた電力によって充電可能に制御部５０と接続されている。
低圧バッテリ４０は、車両に搭載されたワイパーやヘッドライトなど（図示せず）の車載機器に、高圧バッテリ３０よりも低電圧の電力を供給するためのバッテリであり、例えば鉛蓄電池などの充放電可能な二次電池で構成されている。低圧バッテリ４０は、制御部５０及びセンサ８０に電力を供給することができる。この低圧バッテリ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制御部５０と接続されている。
判断部６０は、車両に搭載されたパワーステアリングやブレーキなどのアクチュエータによって回生による電力が発生したか否かを判断するための構成である。判断部６０は、車両に搭載される所定のセンサ（図示せず）から取得される情報に基づいて、回生による電力が発生したか否かを判断することが可能である。
センサ８０は、高圧バッテリ３０の状態を取得するための構成である。このセンサ８０には、高圧バッテリ３０の温度をセンシングする温度センサや、高圧バッテリ３０の電圧をセンシングする電圧センサなどを含む構成である。センシングした高圧バッテリ３０の状態は、算出部７０に送出される。
算出部７０は、センサ８０から高圧バッテリ３０の状態を取得し、この取得した高圧バッテリ３０の状態から高圧バッテリ３０の蓄電量が所定値となるまでに高圧バッテリ３０に充電することが可能な電力量（以下「充電可能電力量」という）を算出する。この所定値は、例えば、高圧バッテリ３０が過充電とならない上限値に基づいて設定することができる。
制御部５０は、ソーラーパネル１０、バッファ用バッテリ２０、高圧バッテリ３０、及び低圧バッテリ４０をそれぞれ接続しており、ソーラーパネル１０で発電された電力を用いた各バッテリへの充電を制御することができる電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。制御部５０は、電力変換機能を有しており、ソーラーパネル１０で発電された電力を所定の電圧に変換（昇圧／降圧）して、バッファ用バッテリ２０に蓄えたり、高圧バッテリ３０及び／又は低圧バッテリ４０に出力したり、することが可能である。また、制御部５０は、バッファ用バッテリ２０に蓄えられた電力を所定の電圧に変換（昇圧／降圧）して、高圧バッテリ３０及び／又は低圧バッテリ４０に出力することが可能である。
この制御部５０は、ソーラーパネル１０の発電状態を監視しており、ソーラーパネル１０が発生する電力、車両に搭載された所定のセンサ（図示せず）の情報から判断できる車両の状態、低圧バッテリ４０に接続された車載機器によって消費される電力量に基づいて、ソーラーパネル１０が発生する電力のバッテリへの充電を制御する。この充電制御については以下に詳述する。
＜充電制御＞
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車両用充電制御システム１が実施する充電制御を説明する。図２は、本充電制御システム１が実行する充電制御（充電制御Ａ）の処理手順を説明するフローチャートである。図３は、本充電制御システム１が実行する他の充電制御（充電制御Ｂ）の処理手順を説明するフローチャートである。
（１）充電制御Ａ
図２に示す充電制御Ａは、車両が走行可能な状態（ＲＥＡＤＹ－ＯＮ）であって、ソーラーパネル１０が発電すると開始される。
ステップＳ２０１：算出部７０は、高圧バッテリ３０の充電可能電力量を算出する。この充電可能電力量は、高圧バッテリ３０の容量、現在の蓄電量（ＳＯＣ）、蓄電量の上限値、電圧、及び温度などに基づいて算出することが可能であり、例えば、現在の蓄電量を上限値まで充電するために必要な電力量が求められる。高圧バッテリ３０の充電可能電力量が算出されると、ステップＳ２０２に処理が進む。
ステップＳ２０２：判断部６０は、ブレーキやステアリングなどで回生による電力が発生しているか否かを判断する。回生による電力が発生しているか否かは、例えば、所定の電源ラインにおける電流や電圧の変化に基づいて判断可能である。回生による電力が発生している場合は（Ｓ２０２、はい）、ステップＳ２０３に処理が進み、回生による電力が発生していない場合は（Ｓ２０２、いいえ）、ステップＳ２０４に処理が進む。
ステップＳ２０３：制御部５０は、高圧バッテリ３０の充電可能電力量から回生によって得られる回生電力量（回生エネルギー）を差し引いた差分電力量を求める。そして、制御部５０は、この求めた差分電力量を、ソーラーパネル１０で発生した電力によって高圧バッテリ３０を充電できる上限の電力量に設定する。例えば、充電可能電力量＝Ａ[Ｗｈ]及び回生電力量＝Ｂ[Ｗｈ]である場合、差分電力量＝（Ａ－Ｂ）[Ｗｈ]の分だけソーラーパネル１０で発生した電力で充電できることになる。充電上限の電力量が設定されると、ステップＳ２０５に処理が進む。
ステップＳ２０４：制御部５０は、高圧バッテリ３０の充電可能電力量を、ソーラーパネル１０で発生した電力によって高圧バッテリ３０を充電できる上限の電力量に設定する。例えば、充電可能電力量＝Ａ[Ｗｈ]である場合、電力量Ａ[Ｗｈ]の全てをソーラーパネル１０で発生した電力で充電することができる。充電上限の電力量が設定されると、ステップＳ２０５に処理が進む。
ステップＳ２０５：制御部５０は、充電上限の電力量に従って、ソーラーパネル１０で発生した電力を、高圧バッテリ３０及び低圧バッテリ４０に充電する。この充電では、電力を充電するバッテリに優先順位をつけてもよい。充電が実行されると、ステップＳ２０６に処理が進む。
ステップＳ２０６：制御部５０は、ソーラーパネル１０が発電しているか否かを判断する。ソーラーパネル１０が発電している場合は（Ｓ２０６、はい）、ステップＳ２０１に処理が進み、ソーラーパネル１０が発電していない場合は（Ｓ２０６、いいえ）、本処理が終了する。
（２）充電制御Ｂ
図３に示す充電制御Ｂは、図２に示す充電制御ＡにステップＳ３０１～Ｓ３０４の処理を追加して拡張したものである。以下、追加されたステップＳ３０１～Ｓ３０４の処理を説明する。
図３に示す処理も、車両が走行可能な状態（ＲＥＡＤＹ－ＯＮ）であって、ソーラーパネル１０が発電すると開始される。
ステップＳ３０１：制御部５０は、ソーラーパネル１０で発生した電力が、低圧バッテリ４０に接続されている車載機器で消費される電力を越えるか否かを判断する。低圧バッテリ４０に接続されている車載機器で消費される電力は、低圧バッテリ４０の電圧と電流とに基づいてその都度算出されてもよいし、予め固定的に定められていてもよい。ソーラーパネル１０で発生した電力が車載機器で消費される電力を越える場合は（Ｓ３０１、はい）、ステップＳ２０１に処理が進み、それ以外の場合は（Ｓ３０１、いいえ）、ステップＳ３０２に処理が進む。
ステップＳ３０２：制御部５０は、ソーラーパネル１０で発生した電力を低圧バッテリ４０に充電する。充電が実行されると、ステップＳ２０６に処理が進む。
ステップＳ３０３：制御部５０は、上記ステップＳ２０３又はＳ２０４のいずれかで高圧バッテリ３０の充電上限の電力量が設定されると、ソーラーパネル１０の発電によって得られる電力量から車載機器によって消費される電力量を差し引いた電力量が、高圧バッテリ３０の充電可能電力量を越えるか否かを判断する。このソーラーパネル１０の発電によって得られる電力量や車載機器によって消費される電力量は、所定の期間に得られる電力を積算した電力量であってもよいし、単位時間（例えば毎秒）当たりの電力に基づいて算出した電力量であってもよい。所定の期間は、充電制御に求められる性能に応じて任意に設定可能である。ソーラーパネル１０で得られる電力量から車載機器で消費される電力量を差し引いた電力量が充電可能電力量を越える場合は（Ｓ３０３、はい）、ステップＳ３０４に処理が進み、それ以外の場合は（Ｓ３０３、いいえ）、ステップＳ２０５に処理が進む。
ステップＳ３０４：制御部５０は、高圧バッテリ３０の充電上限の電力量に従って、ソーラーパネル１０で発生した電力を、高圧バッテリ３０、低圧バッテリ４０、及びバッファ用バッテリ２０に充電する。この充電では、電力を充電するバッテリに優先順位をつけてもよい。例えば、低圧バッテリ４０→高圧バッテリ３０→バッファ用バッテリ２０の優先順位とすることができる。充電が実行されると、ステップＳ２０６に処理が進む。
［作用・効果］
以上のように、本発明の一実施形態に係る車両用充電制御システム１によれば、車両において回生電力が発生していない場合には、高圧バッテリ３０の充電可能電力量を上限として、ソーラーパネル１０で発生した電力を高圧バッテリ３０へ充電可能とし、車両において回生電力が発生している場合には、高圧バッテリ３０の充電可能電力量から回生電力量を差し引いた電力量を上限として、ソーラーパネル１０で発生した電力を高圧バッテリ３０へ充電可能とする。
この制御により、ソーラーパネル１０で発生した電力よりも回生で発生した電力の活用を優先させることができる。回生電力を用いたバッテリの充電を制限することなく実行することによって、回生ブレーキの利きが少なくなる感覚（ブレーキの空走感）をドライバーが感じてしまうおそれを回避することができる。また、この制御により、高圧バッテリ３０への充電が充電可能電力量までに制限されるので、高圧バッテリ３０が過充電されることを防ぐことができる。高圧バッテリ３０の過充電を未然に防ぐことによって、例えば、高圧バッテリ３０が受けてしまう過剰な電力をエンジンスタータを作動させて（エンジンを吹き上がらせて）消費させるといった、車両の挙動に影響がでる動作が実行されてしまうことを回避することができる。
また、本実施形態に係る車両用充電制御システム１によれば、ソーラーパネル１０で発生した電力が低圧バッテリ４０に接続された車載機器によって消費される電力以下である場合には、ソーラーパネル１０で発生した電力量を全て低圧バッテリ４０へ充電させる。
この制御により、ソーラーパネル１０で発生した電力を車載機器によって全て消費できるときには、ソーラーパネル１０で発生した電力を全て低圧バッテリ４０に充電するので、走行中における高圧バッテリ３０への充電を原因とする車両の挙動への影響が生じなくなる。
また、本実施形態に係る車両用充電制御システム１によれば、ソーラーパネル１０から得られる電力量から低圧バッテリ４０に接続された車載機器によって消費される電力量を差し引いた電力量が高圧バッテリ３０の充電可能電力量以下である場合には、ソーラーパネル１０で発生した電力を高圧バッテリ３０と低圧バッテリ４０とに充電する。一方、ソーラーパネル１０から得られる電力量から低圧バッテリ４０に接続された車載機器によって消費される電力量を差し引いた電力量が高圧バッテリ３０の充電可能電力量を超えている場合には、ソーラーパネル１０で発生した電力を高圧バッテリ３０及び低圧バッテリ４０に加えてバッファ用バッテリ２０へも充電する。
この制御により、高圧バッテリ３０及び低圧バッテリ４０で受け入れることができない余剰の電力量をバッファ用バッテリ２０に充電することができるので、ソーラーパネル１０から得られる電力量を高効率に充電することができる。
本発明は、例えば車両などの、ソーラーパネルで発電された電力を利用する充電制御システムに利用可能である。
１ 車両用充電制御システム
１０ ソーラーパネル
２０ バッファ用バッテリ
３０ 高圧バッテリ
４０ 低圧バッテリ
５０ 制御部（ＥＣＵ）
６０ 判断部
７０ 算出部
８０ センサ

Claims (1)

  1. ソーラーパネルを用いた車両用充電制御システムであって、
    第１バッテリと、
    前記第１バッテリよりも定格電圧が低く、前記ソーラーパネルで発電された電力を充電可能な第２バッテリと、
    一時蓄電用のバッテリである第３バッテリと、
    前記第１バッテリの蓄電量が所定値となるまでに前記第１バッテリに充電することが可能な充電可能電力量を算出する算出部と、
    回生による電力が発生しているか否かを判断する判断部と、
    前記ソーラーパネルで発生した電力による前記第１バッテリへの充電を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記判断部が回生による電力が発生していないと判断した場合、前記充電可能電力量を上限として、前記ソーラーパネルで発生した電力を前記第１バッテリへ充電可能とし、
    前記判断部が回生による電力が発生していると判断した場合、前記充電可能電力量から回生で得られる回生電力量を差し引いた電力量を上限として、前記ソーラーパネルで発生した電力を前記第１バッテリへ充電可能とし、
    前記ソーラーパネルで発生した電力が前記第２バッテリに接続された車載機器によって消費される電力以下である場合には、前記ソーラーパネルで発生した電力を全て前記第２バッテリへ充電させ、
    前記ソーラーパネルから得られる電力量から前記第２バッテリに接続された車載機器によって消費される電力量を差し引いた電力量が前記充電可能電力量以下である場合、前記ソーラーパネルで発生した電力を前記第１バッテリ及び前記第２バッテリへ充電可能とし、
    前記ソーラーパネルから得られる電力量から前記第２バッテリに接続された車載機器によって消費される電力量を差し引いた電力量が前記充電可能電力量を超えている場合、前記ソーラーパネルで発生した電力を前記第１バッテリ、前記第２バッテリ、及び第３バッテリへ充電可能とする、
    車両用充電制御システム。
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