JP7718395B2 - ソーラー充電システム - Google Patents

Description

本開示は、車両に搭載されたソーラーパネルが発電する電力の供給を制御するソーラー充電システムに関する。

特許文献１には、ソーラーパネルが発電可能な状態である場合に、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、この導出した実際の発電電力が規定値以上であれば、ソーラーパネルの発電電力でさらに高圧バッテリを充電する、ソーラー充電システムが開示されている。

特開２０２１－０８３２４８号公報

車両が作動していない状態（例えば、駐車中の状態など）にある場合、駐車中に提供されるサービスを作動させる機器への電力供給を行う補機バッテリの上がりを防止するために、高圧バッテリの電力を補機バッテリに移送する処理、いわゆる汲み出し充電処理を行うことがある。この汲み出し充電処理は、通常、車両の電力を制御するＤＣＤＣコンバータを介して行われる。

しかしながら、このＤＣＤＣコンバータは、一般的に車両が作動している状態における高圧バッテリから補機バッテリへの大電力の移送に好適な設計がなされている。このため、駐車中の汲み出し充電処理のように小電力の移送においては、エネルギーの変換効率が低くなるという課題がある。よって、ソーラー充電システムにおいて実施するソーラー発電電力の充電手法については、さらなる検討の余地がある。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、汲み出し充電処理におけるＤＣＤＣコンバータのエネルギーの変換効率を向上させることができる、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、本開示技術の一態様は、車両に搭載されたソーラー充電システムであって、ソーラーパネルを用いた発電モジュールと、発電モジュールの発電電力を蓄積する補機バッテリおよび補機バッテリから電力が供給される補機負荷を含む補機系統と、車両の駆動に用いられる高圧バッテリと、高圧バッテリと補機系統との間に設けられ、双方間の電力移送を制御する制御部と、を備え、制御部は、高圧バッテリから補機系統への電力移送が要求された場合、発電モジュールの発電電力が補機系統に供給されていなければ、高圧バッテリの電力を補機系統に供給する、ソーラー充電システムである。

本開示のソーラー充電システムによれば、汲み出し充電処理におけるＤＣＤＣコンバータのエネルギーの変換効率を向上させることができる。

本開示の一実施形態に係るソーラー充電システムとその周辺部のブロック図 ソーラー充電システムが実行する充電制御の処理フローチャート 汲み出し充電処理を行わない場合の電力経路の図 汲み出し充電処理を行う場合の電力経路の図（ソーラー発電あり） 汲み出し充電処理を行う場合の電力経路の図（ソーラー発電なし）

本開示によるソーラー充電システムは、発電モジュールの発電電力が補機系統（補機バッテリおよび補機負荷）に供給されていない場合、高圧バッテリの電力を補機系統へ供給する。これにより、高圧バッテリから大きな電力を補機系統へ持ち出すことができるので、ＤＣＤＣコンバータのエネルギーの変換効率を向上させることができる。
以下、本開示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。

＜実施形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施形態に係るソーラー充電システム１００とその周辺部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１００は、ソーラー発電モジュール１１０と、高圧バッテリ１２０と、補機バッテリ１３０と、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０と、を備える。また、ソーラー充電システム１００は、電力供給可能に補機負荷２００に接続されている。

このソーラー充電システム１００は、一例として、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）、および電気自動車（ＢＥＶ）などの車両に搭載され得る。

ソーラー発電モジュール１１０は、太陽光の照射を受けて発電する発電装置であり、発電した電力を、ソーラー発電モジュール１１０に接続される補機バッテリ１３０や補機負荷２００などに出力する。このソーラー発電モジュール１１０は、太陽電池セルの集合体であるソーラーパネルや、ソーラーパネルで発電された電力を所定の電圧で出力するソーラーＤＣＤＣコンバータや、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を実行するソーラー制御部などを含んで構成される（図示せず）。ソーラーパネルの発電電力は、図示しないセンサーや計測器の測定値などから算出される。

高圧バッテリ１２０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。この高圧バッテリ１２０は、車両を駆動させるための主機的な機器（図示せず）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走行用電動モーターなどを例示することができる。高圧バッテリ１２０は、ソーラー発電モジュール１１０のソーラーパネルで発生した電力によって充電が可能に、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０を介してソーラー発電モジュール１１０と接続されている。また、高圧バッテリ１２０は、自ら蓄えた電力を補機バッテリ１３０へ供給可能に、また補機バッテリ１３０に蓄えられた電力によって充電が可能に、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０を介して補機バッテリ１３０と接続されている。この高圧バッテリ１２０は、例えば、補機バッテリ１３０よりも定格電圧が高い駆動用バッテリである。

補機バッテリ１３０は、例えばリチウムイオン電池や鉛蓄電池などの、充放電可能に構成された二次電池である。この補機バッテリ１３０は、補機負荷２００に対して、補機負荷２００の動作に必要な電力を供給することができる。補機バッテリ１３０は、ソーラー発電モジュール１１０のソーラーパネルで発生した電力によって充電が可能に、ソーラー発電モジュール１１０と接続されている。また、補機バッテリ１３０は、高圧バッテリ１２０に蓄えられた電力によって充電が可能に、また自ら蓄えた電力を高圧バッテリ１２０へ供給可能に、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０を介して高圧バッテリ１２０と接続されている。この補機バッテリ１３０の充電量（蓄電量）や補機バッテリ１３０に流入出する電流などは、図示しないセンサーや計測器などによって監視されている。

双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０は、入力された電力を所定の電圧の電力に変換して出力することができる双方向型の電力変換器である。この双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０は、一方端（１次側という）がソーラー発電モジュール１１０、補機バッテリ１３０、および補機負荷２００に接続されており、他方端（２次側という）が高圧バッテリ１２０に接続されている。双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０は、１次側に接続されたソーラー発電モジュール１１０および補機バッテリ１３０が出力する電力を、２次側に接続された高圧バッテリ１２０に供給（ポンピング充電）することができる。また、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０は、２次側に接続された高圧バッテリ１２０の電力を、１次側に接続された補機バッテリ１３０および補機負荷２００に供給（汲み出し充電）することができる。この電力供給の際、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０は、１次側に入力される補機バッテリ１３０の電圧を昇圧して２次側の出力電圧とし（昇圧動作時）、また２次側に入力される高圧バッテリ１２０の電圧を降圧して１次側の出力電圧とする（降圧動作時）。なお、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０に代えて、単方向ＤＣＤＣコンバータを、電力移送の方向を互いに逆にして２つ設けてもよい。

上述した双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０は、電力変換動作を制御する電子制御ユニット（図示せず）などと共に、高圧バッテリ１２０と補機バッテリ１３０との間の電力移送を制御する制御部を構成する。この制御部は、ソーラー発電モジュール１１０のソーラーパネルが発電する電力（ソーラー発電電力）や、補機バッテリ１３０の蓄電量および補機バッテリ１３０に流入出する電流などを、取得することができる。制御部が実行する制御については、後述する。なお、この制御部は、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０と独立した構成として設けられてもよい。

補機負荷２００は、車両に搭載された様々な補機的な機器である。補機負荷２００は、ソーラー発電モジュール１１０が出力する発電電力や補機バッテリ１３０に蓄えられた電力の供給を受けて動作する。この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機器、ヒーターやエアコンなどの空調機器、および自動運転や先進運転支援のシステムなどを例示することができる。この補機負荷２００と上述した補機バッテリ１３０とは、「補機系統」を形成する。

［制御］
次に、図２ないし図５をさらに参照して、本実施形態に係るソーラー充電システム１００で行われる制御を説明する。図２は、ソーラー充電システム１００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３は、高圧バッテリ１２０から補機バッテリ１３０および補機負荷２００（補機系統）への電力供給がない場合の電力経路を説明する図である。図４は、ソーラー発電電力があり、高圧バッテリ１２０から補機バッテリ１３０および補機負荷２００への電力供給がある場合の電力経路を説明する図である。図５は、ソーラー発電電力がなく、高圧バッテリ１２０から補機バッテリ１３０および補機負荷２００への電力供給がある場合の電力経路を説明する図である。

図２に例示した充電制御は、高圧バッテリ１２０から補機バッテリ１３０へ電力を移送する汲み出し充電が要求されると開始される。

（ステップＳ２０１）
ソーラー充電システム１００は、補機バッテリ１３０が電力の受け入れが可能であるか否かを判断する。この判断は、補機バッテリ１３０が充電可能な状態であるか否かを把握するために行われる。一例として、補機バッテリ１３０の蓄電量が所定値（満充電状態）よりも小さい場合には、電力の受け入れが可能であると判断される。また、補機バッテリ１３０の温度が所定値よりも高いなどの異常が認められる場合には、電力の受け入れが不可能であると判断される。このような補機バッテリ１３０の状態は、センサーや計測器などによって検出される物理量などに基づいて判定される。

ソーラー充電システム１００が、補機バッテリ１３０が電力の受け入れが可能であると判断した場合は（ステップＳ２０１、はい）、ステップＳ２０２に処理が進む。一方、ソーラー充電システム１００が、補機バッテリ１３０が電力の受け入れが不可能であると判断した場合は（ステップＳ２０１、いいえ）、ステップＳ２０４に処理が進む。

（ステップＳ２０２）
ソーラー充電システム１００は、ソーラー発電モジュール１１０のソーラーパネルで発電された電力を補機バッテリ１３０および補機負荷２００（補機系統）に出力する「ソーラー充電処理」を、現在実行中であるか否かを判断する。この判断は、より効率的な汲み出し充電が実施できる状態であるか否かを把握するために行われる。例えば、ソーラー発電モジュール１１０からソーラー発電電力をすでに補機バッテリ１３０に供給している場合、このソーラー発電電力によって高圧バッテリ１２０から補機バッテリ１３０へ移送できる電力が制限されてしまい、高いエネルギーの変換効率を得られないおそれがある。

ソーラー充電システム１００が、ソーラー充電処理を実行中であると判断した場合は（ステップＳ２０２、はい）、ステップＳ２０３に処理が進む。一方、ソーラー充電システム１００が、ソーラー充電処理を実行中ではないと判断した場合は（ステップＳ２０２、いいえ）、ステップＳ２０６に処理が進む。

（ステップＳ２０３）
ソーラー充電システム１００は、補機バッテリ１３０が所定の状態にあるか否かを判断する。この所定の状態とは、ソーラー発電モジュール１１０からソーラー発電電力の供給を補機バッテリ１３０が受け続ける将来において、補機バッテリ１３０の蓄電量の著しい減少（枯渇）や補機バッテリ１３０の出力電圧の著しい低下など、補機バッテリ１３０の状態として好ましくない状況となる（劣化に影響を与える）おそれがある状態をいう。具体的には、補機バッテリ１３０の蓄電量が所定の速度で減少する状態や、補機バッテリ１３０の電圧が所定の速度で低下する状態などを、所定の状態として例示できる。この補機バッテリ１３０が所定の状態であるか否かは、補機バッテリ１３０の蓄電残量、温度（発熱）、流入出電流の制限や、補機負荷２００の消費電流、および環境温度などに基づいて判断することができる。

ソーラー充電システム１００が、補機バッテリ１３０が所定の状態にあると判断した場合は（ステップＳ２０３、はい）、ステップＳ２０５に処理が進む。一方、ソーラー充電システム１００が、補機バッテリ１３０が所定の状態にないと判断した場合は（ステップＳ２０３、いいえ）、ステップＳ２０４に処理が進む。

（ステップＳ２０４）
ソーラー充電システム１００は、高圧バッテリ１２０から補機バッテリ１３０および補機負荷２００（補機系統）への電力供給は実施しない。この制御によって、ソーラー発電モジュール１１０のソーラーパネルによって発電される電力のみが、補機バッテリ１３０および補機負荷２００に供給される。ソーラー発電モジュール１１０から補機系統への電力供給状態は、図３に示すとおりである。ソーラー充電システム１００によって、補機系統への電力供給が制御されると、本充電制御が終了する。

（ステップＳ２０５）
ソーラー充電システム１００は、高圧バッテリ１２０から補機バッテリ１３０および補機負荷２００（補機系統）への電力供給を実施する。この制御によって、ソーラー発電モジュール１１０のソーラーパネルによって発電される電力と共に、高圧バッテリ１２０の電力がエネルギーの変換効率に拘らず（低効率であっても）補機バッテリ１３０の保護のため、補機バッテリ１３０および補機負荷２００に供給される。ソーラー発電モジュール１１０および高圧バッテリ１２０から補機系統への電力供給状態は、図４に示すとおりである。ソーラー充電システム１００によって、補機系統への電力供給が制御されると、本充電制御が終了する。

（ステップＳ２０６）
ソーラー充電システム１００は、高圧バッテリ１２０から補機バッテリ１３０および補機負荷２００（補機系統）への電力供給を実施する。この制御によって、高圧バッテリ１２０の電力のみが高いエネルギーの変換効率（高効率）で、補機バッテリ１３０および補機負荷２００に供給される。高圧バッテリ１２０から補機系統への電力供給状態は、図５に示すとおりである。ソーラー充電システム１００によって、補機系統への電力供給が制御されると、本充電制御が終了する。

＜作用・効果＞
以上のように、本開示の一実施形態に係るソーラー充電システム１００は、高圧バッテリ１２０から補機バッテリ１３０および補機負荷２００を含む補機系統への電力移送（汲み出し充電処理）が要求された場合、ソーラー発電モジュール１１０のソーラー発電電力が補機系統に供給されていなければ、高圧バッテリ１２０に蓄えられた電力を補機系統に供給する。

この制御によって、高圧バッテリ１２０から大きな電力を補機系統へ持ち出すことができるので、汲み出し充電処理における高圧バッテリ１２０と補機バッテリ１３０との間に挿入される双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０のエネルギーの変換効率を向上させることができる。

また、本開示の一実施形態に係るソーラー充電システム１００では、高圧バッテリ１２０から補機系統への汲み出し充電処理が要求された場合、ソーラー発電モジュール１１０のソーラー発電電力が補機系統にすでに供給されていたとしても、補機バッテリ１３０が将来的に良好ではない状態（枯渇、低電圧）に陥ると予測されるのであれば、高圧バッテリ１２０に蓄えられた電力を補機系統に供給する。

この制御によって、双方向ＤＣＤＣコンバータ１４０のエネルギーの変換効率は低いながらも、補機バッテリ１３０における寿命や性能などの劣化の進行を抑制することができる。

以上、本開示技術の一実施形態を説明したが、本開示は、ソーラー充電システムだけでなく、充電制御方法、その方法のプログラム、その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。

本開示のソーラー充電システムは、ソーラーパネルが搭載された車両などに利用可能である。

１００ ソーラー充電システム
１１０ ソーラー発電モジュール
１２０ 高圧バッテリ
１３０ 補機バッテリ
１４０ 双方向ＤＣＤＣコンバータ
２００ 補機負荷

Claims (3)

1. 車両に搭載されたソーラー充電システムであって、
   ソーラーパネルを用いた発電モジュールと、
   前記発電モジュールの発電電力を蓄積する補機バッテリおよび前記補機バッテリから電力が供給される補機負荷を含む補機系統と、
   前記車両の駆動に用いられる高圧バッテリと、
   前記高圧バッテリと前記補機系統との間に設けられ、双方間の電力移送を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記高圧バッテリから前記補機系統への電力移送が要求された場合、前記発電モジュールの発電電力が前記補機系統に供給されていなければ、前記高圧バッテリの電力を前記補機系統に供給し、
   前記発電モジュールの発電電力が前記補機系統に供給されていても、前記補機バッテリが所定の状態である場合、前記高圧バッテリの電力を前記補機系統に供給する、ソーラー充電システム。
2. 前記所定の状態とは、前記補機バッテリの蓄電量が所定の速度で減少する状態である、請求項１に記載のソーラー充電システム。
3. 前記所定の状態とは、前記補機バッテリの電圧が所定の速度で低下する状態である、請求項１に記載のソーラー充電システム。