JP5960641B2

JP5960641B2 - 充電装置

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Publication number: JP5960641B2
Application number: JP2013093976A
Authority: JP
Inventors: 豊明栗田
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2016-08-02
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: JP2014217218A

Description

本発明は、車両に搭載された太陽光発電装置からバッテリに電力を供給してバッテリを充電する充電装置に関する。

従来、太陽光発電装置から電力を供給する装置として、例えば以下に示す特許文献１に開示されている太陽光発電インバータ装置がある。

この太陽光発電インバータ装置は、太陽光パネルから負荷に電力を供給する装置である。太陽光発電インバータ装置は、インバータ回路と、制御回路とを備えている。インバータ回路は、太陽光パネルから供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する回路である。制御回路は、インバータ回路を制御する回路である。制御回路は、太陽光パネルの出力電圧が第１電圧以上になると、インバータ回路を起動して太陽光パネルから負荷に電力を供給させる。そして、太陽光パネルの出力電圧が第１電圧より小さい第２電圧以下になると、インバータ回路を停止して太陽光パネルから負荷への電力の供給を停止させる。

日射量が多く、太陽光パネルが充分な電力を供給できる場合、太陽光パネルから負荷に電力を供給しても、第１電圧以上になった太陽光パネルの出力電圧が、すぐに第２電圧以下になることはない。そのため、太陽光パネルから負荷に充分な電力を供給することができる。

一方、日射量が少なく、太陽光パネルが充分な電力を供給できない場合、太陽光パネルから負荷に電力を供給すると、第１電圧以上になった太陽光パネルの出力電圧が、すぐに第２電圧以下に低下してしまう。そのため、制御回路は、インバータ回路を停止して太陽光パネルから負荷への電力の供給を停止させる。しかし、太陽光パネルから負荷への電力の供給が停止すると、太陽光パネルの出力電圧がすぐに第１電圧以上に戻る。その結果、インバータ回路の起動と停止が頻繁に繰り返されることになる。しかも、インバータ回路は起動後すぐに停止する。そのため、太陽光パネルから負荷にほとんど電力を供給することができない。

ところが、制御回路は、インバータ回路を停止してから起動待ち時間が経過するまではインバータ回路を起動しない。ここで、起動待ち時間は、インバータ回路の起動中における太陽光パネルの最大出力電力又は最大出力電流、若しくは、インバータ回路の起動継続時間に基づいて調整される。これにより、インバータ回路の起動と停止が頻繁に繰り返されるような事態を抑えることができる。

前述した太陽光発電インバータ装置において、負荷をバッテリに、インバータ回路を充電回路に置き換えると、太陽光パネルからバッテリに電力を供給してバッテリを充電する充電装置を構成することができる。制御回路がバッテリから供給される電力で動作する場合、制御回路が充電回路を起動している間、制御回路によってバッテリから電力が消費される。そのため、日射量が少なく、太陽光パネルが充分な電力を供給できない場合、充電回路の起動と停止が頻繁に繰り返され、バッテリの容量が急激に低下してしまう。しかし、制御回路が充電回路を停止してから起動待ち時間が経過するまでは充電回路を起動しないため、充電回路の起動と停止が頻繁に繰り返されるような事態を抑えることができる。その結果、充電回路の起動と停止が頻繁に繰り返されることによって発生するバッテリの容量の急激な低下を抑えることができる。

特開２０００−０２３３６７号公報

ところで、太陽光パネルが車両に搭載されているような場合、家屋に固定されている場合に比べ、太陽光パネルの発電状態が頻繁に変化することになる。そのため、起動待ち時間が、充電回路の起動中における太陽光パネルの最大出力電力又は最大出力電流、若しくは、充電回路の起動継続時間に基づいて調整される場合、充電回路の起動と停止が頻繁に繰り返されるような事態を充分に抑えることができない可能性がある。従って、充電回路の起動と停止が頻繁に繰り返されることによって発生するバッテリの容量の急激な低下を充分に抑えることができないという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、太陽光発電装置の発電状態が頻繁に変化する場合であっても、充電回路の起動と停止が頻繁に繰り返されることによって発生するバッテリの容量低下を抑えることができる充電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なされた本発明は、車両に搭載された太陽光発電装置及びバッテリに接続され、太陽光発電装置からバッテリに電力を供給してバッテリを充電する充電回路と、バッテリ及び充電回路に接続され、バッテリから供給される電力で動作し、太陽光発電装置の出力電圧が基準電圧より大きいとき、充電回路を起動して太陽光発電装置からバッテリに電力を供給させ、太陽光発電装置の出力電力、又は、充電回路の出力電力が基準電力より小さいとき、充電回路を停止して太陽光発電装置からバッテリへの電力の供給を停止させるとともに、充電回路を停止してから起動待ち時間が経過するまでは充電回路を起動しない制御回路と、を備えた充電装置において、制御回路は、充電回路の起動と停止が連続して繰り返された回数に基づいて起動待ち時間を調整することを特徴とする。

この構成によれば、バッテリの容量低下の直接的な原因である、充電回路の起動と停止の繰り返し状況に基づいて起動待ち時間を調整する。そのため、従来のように、太陽光パネルの最大出力電力又は最大出力電流、若しくは、充電回路の起動継続時間に基づいて起動待ち時間を調整する場合に比べ、充電回路の起動と停止が頻繁に繰り返されるような事態を確実に抑えることができる。従って、太陽光発電装置の発電状態が頻繁に変化する場合であっても、充電回路の起動と停止が頻繁に繰り返されることによって発生するバッテリの容量低下を抑えることができる。

第１実施形態における充電装置の回路図である。図１の充電装置の動作を説明するための各部の波形図である。図１の充電装置の動作を説明するための別の状態における各部の波形図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態の充電装置の構成について説明する。

図１に示す充電装置１は、車両に搭載され、太陽光パネルＰＳ１（太陽光発電装置）からバッテリＢ１に電力を供給してバッテリＢ１を充電する装置である。ここで、太陽光パネルＰＳ１は、車両に搭載され、太陽光によって発電する装置である。また、バッテリＢ１は、車両に搭載され、車両に搭載された補機類（図略）及び充電装置１に電力を供給する充放電可能な電源である。充電装置１は、充電回路１０と、電圧検出回路１１と、電流検出回路１２と、電圧検出回路１３と、電流検出回路１４と、制御回路１５とを備えている。

充電回路１０は、制御回路１５によって制御され、太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１に電力を供給してバッテリＢ１を充電する回路である。充電回路１０の正極入力端子及び負極入力端子は、太陽光パネルＰＳ１の正極出力端子及び負極出力端子にそれぞれ接続されている。また、正極出力端子及び負極出力端子は、バッテリＢ１の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。さらに、制御端子は、制御回路１５に接続されている。

電圧検出回路１１は、太陽光パネルＰＳ１の出力電圧を検出し、検出結果を出力する回路である。電圧検出回路１１は、太陽光パネルＰＳ１の正極出力端子及び負極出力端子にそれぞれ接続されている。また、検出結果を出力する出力端子は、制御回路１５に接続されている。

電流検出回路１２は、太陽光パネルＰＳ１の出力電流を検出し、検出結果を出力する回路である。電流検出回路１２は、太陽光パネルＰＳ１の正極出力端子と充電回路１０の正極入力端子の間に接続されている。また、検出結果を出力する出力端子は、制御回路１５に接続されている。

電圧検出回路１３は、充電回路１０の出力電圧を検出し、検出結果を出力する回路である。電圧検出回路１３は、充電回路１０の正極出力端子及び負極出力端子にそれぞれ接続されている。また、検出結果を出力する出力端子は、制御回路１５に接続されている。

電流検出回路１４は、充電回路１０の出力電流を検出し、検出結果を出力する回路である。電流検出回路１４は、充電回路１０の正極出力端子とバッテリＢ１の正極端子の間に接続されている。また、検出結果を出力する出力端子は、制御回路１５に接続されている。

制御回路１５は、バッテリＢ１から供給される電力で動作し、外部から入力される異常情報、電圧検出回路１１、電流検出回路１２、電圧検出回路１３及び電流検出回路１４の検出結果に基づいて充電回路１０を制御する回路である。

制御回路１５は、電圧検出回路１１によって検出された太陽光パネルＰＳ１の出力電圧が基準電圧より大きいとき、充電回路１０を起動して太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１に電力を供給させる。一方、電圧検出回路１１及び電流検出回路１２の検出結果から求めた太陽光パネルＰＳ１の出力電力、又は、電圧検出回路１３及び電流検出回路１４の検出結果から求めた充電回路１０の出力電力が基準電力より小さいとき、充電回路１０を停止して太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１への電力の供給を停止させる。そして、充電回路１０を停止してから起動待ち時間が経過するまでは充電回路１０を起動しない。例えば、充電回路１０を停止してから３０分経過するまでは充電回路１０を起動しない。ここで、基準電力は、充電回路１０を起動している際の制御回路１５の消費電力より大きい値に設定されている。

制御回路１５は、充電回路１０の起動と停止が連続して繰り返される回数に基づいて起動待ち時間を調整する。具体的には、充電回路１０の起動と停止が連続して基準回数以上繰り返されたとき、起動待ち時間を長くする。例えば、充電回路１０の起動と停止が連続して３回以上繰り返されたとき、起動待ち時間を当初の３０分から９０分に長くする。

制御回路１５は、外部から入力される異常情報や、電圧検出回路１１、電流検出回路１２、電圧検出回路１３及び電流検出回路１４の検出結果から、故障によって太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１への電力供給の効率が低下したと判断したとき、起動待ち時間をさらに長くする。例えば、起動待ち時間を９０分から１２０分にさらに長くする。

制御回路１５は、外部から入力される異常情報や、電圧検出回路１１、電流検出回路１２、電圧検出回路１３及び電流検出回路１４の検出結果から、故障によって太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１へ電力を供給することができなくなったと判断したとき、以降、充電回路１０を停止して太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１への電力の供給を停止させる。

制御回路１５は、動作に必要な電力の供給を受けるため、バッテリＢ１の正極端子及び負極端子に接続されている。また、充電回路１０、電圧検出回路１１、電流検出回路１２、電圧検出回路１３及び電流検出回路１４にそれぞれ接続されている。

次に、図１〜図３を参照して第１実施形態の充電装置の動作について説明する。

日射量が多い場合、図１に示す太陽光パネルＰＳ１は、基準電圧より大きい電圧を出力することができ、充分な電力を供給することができる。

電圧検出回路１１は、太陽光パネルＰＳ１の出力電圧を検出し、検出結果を出力する。電流検出回路１２は、太陽光パネルＰＳ１の出力電流を検出し、検出結果を出力する。

電圧検出回路１３は、充電回路１０の出力電圧を検出し、検出結果を出力する。電流検出回路１４は、充電回路１０の出力電流を検出し、検出結果を出力する。

制御回路１５は、電圧検出回路１１によって検出された太陽光パネルＰＳ１の出力電圧が基準電圧より大きくなると、充電回路１０を起動して太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１に電力を供給させる。太陽光パネルＰＳ１が充分な電力を供給できるため、太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１に電力を供給しても、電圧検出回路１１及び電流検出回路１２の検出結果から求めた太陽光パネルＰＳ１の出力電力、及び、電圧検出回路１３及び電流検出回路１４の検出結果から求めた充電回路１０の出力電力が基準電力より小さくなることはない。そのため、太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１に充分な電力を供給してバッテリＢ１を充電することができる。

一方、日射量が少ない場合、太陽光パネルＰＳ１は、基準電圧より大きい電圧を出力することはできても、充分な電力を供給することはできない。

制御回路１５は、太陽光パネルＰＳ１の出力電圧が基準電圧より大きくなると、図２に示すように、充電回路１０を起動して太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１に電力を供給させる。これにより、太陽光パネルＰＳ１の出力電圧が低下し基準電圧以下になる。しかし、太陽光パネルＰＳ１の出力電力、又は、充電回路１０の出力電力が基準電力より小さい場合、制御回路１５は、充電回路１０を起動後すぐに停止して太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１への電力の供給を停止させる。これにより、太陽光パネルＰＳ１の出力電圧が上昇し基準電圧より大きい元の電圧に戻る。その結果、充電回路１０の起動と停止が頻繁に繰り返されることになる。

ところが、制御回路１５は、充電回路１０を停止してから起動待ち時間である３０分が経過するまでは充電回路１０を起動しない。そのため、充電回路１０の起動と停止が頻繁に繰り返されるような事態を抑えることができる。

制御回路１５は、バッテリＢ１から供給される電力で動作する。そのため、制御回路１５が充電回路１０を起動している間、制御回路１５によってバッテリＢ１から電力が消費される。しかも、太陽光パネルＰＳ１の出力電力、又は、充電回路１０の出力電力が基準電力より小さいため、バッテリＢ１にほとんど電力を供給することができない。従って、充電回路１０の起動と停止が頻繁に繰り返された場合、バッテリＢ１の累積消費電力が増加し、バッテリＢ１の容量が急激に低下してしまう。しかし、前述したように、充電回路１０の起動と停止が頻繁に繰り返されるような事態を抑えることができる。そのため、それによって発生するバッテリＢ１の容量の急激な低下を抑えることができる。

その後、制御回路１５は、充電回路１０の起動と停止が連続して基準回数である３回繰り返された直後、起動待ち時間を当初の３０分から９０分に長くする（ｔ１）。これにより、充電回路１０の起動と停止が繰り返される間隔が長くなり、それ以前に比べ、バッテリＢ１の容量低下を抑えることができる。

そして、制御回路１５は、外部から入力される異常情報や、電圧検出回路１１、電流検出回路１２、電圧検出回路１３及び電流検出回路１４の検出結果から、故障によって太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１への電力供給の効率が低下したと判断したとき、起動待ち時間を９０分から１２０分にさらに長くする（ｔ２）。これにより、バッテリＢ１への電力供給を確保しつつ、バッテリＢ１の容量低下を極力抑えることができる。

また、図３に示すように、制御回路１５は、外部から入力される異常情報や、電圧検出回路１１、電流検出回路１２、電圧検出回路１３及び電流検出回路１４の検出結果から、故障によって太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１へ電力を供給することができなくなったと判断したとき、以降、充電回路１０を停止して太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１への電力の供給を停止させる（ｔ３）。これにより、バッテリＢ１への電力供給に寄与しない、制御回路１５の無駄な動作を抑えることができる。そのため、バッテリＢ１の容量低下をより確実に抑えることができる。

次に、第１実施形態の効果について説明する。

第１実施形態によれば、制御回路１５は、充電回路１０の起動と停止が連続して繰り返された回数に基づいて起動待ち時間を調整する。つまり、バッテリＢ１の容量低下の直接的な原因である、充電回路１０の起動と停止の繰り返し状況に基づいて起動待ち時間を調整する。そのため、従来のように、太陽光パネルＰＳ１の最大出力電力又は最大出力電流、若しくは、充電回路１０の起動継続時間に基づいて起動待ち時間を調整する場合に比べ、充電回路１０の起動と停止が頻繁に繰り返されるような事態を確実に抑えることができる。従って、太陽光パネルＰＳ１の発電状態が頻繁に変化する場合であっても、充電回路１０の起動と停止が頻繁に繰り返されることによって発生するバッテリＢ１の容量低下を抑えることができる。

第１実施形態によれば、制御回路１５は、充電回路１０の起動と停止が連続して基準回数以上繰り返されたとき、起動待ち時間を長くする。そのため、充電回路１０の起動と停止が頻繁に繰り返されることによって発生するバッテリＢ１の容量低下を確実に抑えることができる。

第１実施形態によれば、制御回路１５は、故障によって太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１への電力供給の効率が低下したとき、起動待ち時間をさらに長くする。そのため、バッテリＢ１への電力供給を確保しつつ、バッテリＢ１の容量低下を極力抑えることができる。

第１実施形態によれば、制御回路１５は、故障によって太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１へ電力を供給することができなくなったとき、充電回路１０を停止して太陽光パネルＰＳ１からバッテリＢ１への電力の供給を停止させる。そのため、バッテリＢ１への電力供給に寄与しない、制御回路１５の無駄な動作を抑えることができる。従って、バッテリＢ１の容量低下をより確実に抑えることができる。

なお、第１実施形態では、基準回数が３回であり、起動待ち時間が３０分、９０分、１２０分に調整される例を挙げているが、これに限られるものではない。太陽光パネルＰＳ１、充電装置１、バッテリＢ１の仕様に応じて適切な値を選択すればよい。

１・・・充電装置、１０・・・充電回路、１１、１３・・・電圧検出回路、１２、１４・・・電流検出回路、１５・・・制御回路、ＰＳ１・・・太陽光パネル（太陽光発電装置）、Ｂ１・・・バッテリ

Claims

車両に搭載された太陽光発電装置及びバッテリに接続され、前記太陽光発電装置から前記バッテリに電力を供給して前記バッテリを充電する充電回路（１０）と、
前記バッテリ及び前記充電回路に接続され、前記バッテリから供給される電力で動作し、前記太陽光発電装置の出力電圧が基準電圧より大きいとき、前記充電回路を起動して前記太陽光発電装置から前記バッテリに電力を供給させ、前記太陽光発電装置の出力電力、又は、前記充電回路の出力電力が基準電力より小さいとき、前記充電回路を停止して前記太陽光発電装置から前記バッテリへの電力の供給を停止させるとともに、前記充電回路を停止してから起動待ち時間が経過するまでは前記充電回路を起動しない制御回路（１５）と、
を備えた充電装置において、
前記制御回路は、前記充電回路の起動と停止が連続して繰り返された回数に基づいて前記起動待ち時間を調整することを特徴とする充電装置。
前記制御回路は、前記充電回路の起動と停止が連続して基準回数以上繰り返されたとき、前記起動待ち時間を長くすることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
前記制御回路は、故障によって前記太陽光発電装置から前記バッテリへの電力供給の効率が低下したとき、前記起動待ち時間をさらに長くすることを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
前記制御回路は、故障によって前記太陽光発電装置から前記バッテリへ電力を供給することができなくなったとき、前記充電回路を停止して前記太陽光発電装置から前記バッテリへの電力の供給を停止させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電装置。