JP7006572B2 - 車両用充電制御システム - Google Patents

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、ソーラーパネルが搭載された車両のバッテリに蓄えられた電力を、家庭用の電力として供給することが可能なＶ２Ｈ（Vehicle to Home）システムが開示されている。この特許文献１に記載のＶ２Ｈシステムでは、車両の走行モータなどを動作させる高電圧の駆動用バッテリから住宅の電源系統に電力を供給しているとき（Ｖ２Ｈ電力供給中）に、車載機器を動作させる低電圧の補機バッテリも駆動用バッテリで充電する。これにより、Ｖ２Ｈ電力供給中における補機バッテリの蓄電量低下を防止している。

特開２０１５－１３９３２５号公報

Ｖ２Ｈ電力供給中にも、ソーラーパネルで発電された電力を駆動用バッテリに充電して有効活用しようとした場合、電気事業法などの各種法規に対応させて駆動用バッテリの安定化を図る必要があり、安定化対策のために電源システムのコストが増加する。よって、Ｖ２Ｈ電力供給中は、ソーラーパネルで発電された電力を補機バッテリに充電することが考えられる。

しかしながら、Ｖ２Ｈ電力供給中は、車両走行に関わる多くの車載機器が停止しており、車載機器で消費される電力も少ない。このため、ソーラーパネルで発電された電力をそのまま補機バッテリに供給してしまうと、補機バッテリが過充電となり劣化するおそれがある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、Ｖ２Ｈ電力供給中に補機バッテリが劣化するような充電が行われてしまうことを回避しつつ、ソーラーパネルの発電電力を活用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、一時蓄電用バッテリであるソーラーバッテリと、電力供給可能に所定の車外設備と接続される駆動用バッテリと、補機バッテリと、車両の電力授受状態を制御する制御部とを備え、制御部は、車両が駐車中である場合、ソーラーパネルで発電された電力をソーラーバッテリに充電するモードと、少なくともソーラーバッテリに蓄えられた電力を駆動用バッテリ及び補機バッテリに充電するモードとを、ソーラーバッテリの蓄電量に基づいて切り替えて制御し、車両が走行中である場合、ソーラーパネルで発電された電力による、駆動用バッテリへの充電を制限し、補機バッテリへの充電を許容し、駆動用バッテリが所定の車外設備に接続されている場合、ソーラーパネルで発電された電力による、駆動用バッテリへの充電を制限し、補機バッテリへの充電を所定の上限値未満の電力まで許容する。

上記本発明の車両用充電制御システムによれば、Ｖ２Ｈ電力供給中に、補機バッテリが劣化するような充電が行われてしまうことを回避しつつ、ソーラーパネルの発電電力を活用することができる。

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 ソーラーバッテリ充電モードを説明する図 駆動用バッテリ充電モードを説明する図 補機バッテリ充電モードを説明する図 上限付き補機バッテリ充電モードを説明する図 ソーラーＥＣＵ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

［実施形態］
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、駆動用バッテリが住宅などの車外設備に接続されてＶ２Ｈ電力供給を行っている間は、ソーラーパネルで発電された電力を所定の上限値未満の電力まで補機バッテリにのみ充電するように制御する。この制御によって、ソーラーパネルで発電された電力をＶ２Ｈ電力供給中の駆動用バッテリに充電する場合に要求される安定化対策が不要となり、また補機バッテリが劣化するような充電が行われてしまうことを回避できる。よって、電源システムのコストを増加させることなくソーラーパネルの発電電力を活用することができる。

＜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に例示した本充電制御システム１は、ソーラーパネル１０と、ソーラーバッテリ２０と、ソーラーＥＣＵ３０と、リレー回路４０と、駆動用バッテリ５０と、補機バッテリ６０と、ＤＣＤＣコンバータ７０と、を備えている。駆動用バッテリ５０は、住宅などの車両外部の車外設備１００に接続されている。補機バッテリ６０は、車両に搭載される車両用機器１１０及びＶ２Ｈ用機器１２０に接続されている。

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、ソーラーＥＣＵ３０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。

ソーラーバッテリ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。このソーラーバッテリ２０は、ソーラーパネル１０で発電され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駆動用バッテリ５０や補機バッテリ６０へ放電可能に、ソーラーＥＣＵ３０と接続されている。

駆動用バッテリ５０は、車両の駆動に関わる走行モータなどの機器（図示せず）を動作させるための高電圧のバッテリであり、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。この駆動用バッテリ５０は、ソーラーパネル１０で発電された電力及びソーラーバッテリ２０に蓄えられた電力によって充電可能に、リレー回路４０を介してソーラーＥＣＵ３０と接続されている。また、駆動用バッテリ５０は、車外設備１００と接続して、車外設備１００の電源系統への電力供給（Ｖ２Ｈ電力供給）が可能なように構成されている。

補機バッテリ６０は、車両の駆動に関わる機器以外の所定の車載機器を動作させることができる高電圧のバッテリであり、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。この補機バッテリ６０は、ソーラーパネル１０で発電された電力によって充電可能にソーラーＥＣＵ３０と接続されている。本実施形態では、所定の車載機器として、車両用機器１１０及びＶ２Ｈ用機器１２０を例示している。

車両用機器１１０は、駆動用バッテリ５０を車外設備１００と接続してＶ２Ｈ電力供給を行っている状態では、電力を消費しない車載機器である。Ｖ２Ｈ用機器１２０は、駆動用バッテリ５０を車外設備１００と接続してＶ２Ｈ電力供給を行うために必要な車載機器であり、Ｖ２Ｈ電力供給状態か否かに関わらず所定の電力を消費する。

ＤＣＤＣコンバータ７０は、必要な場合に、駆動用バッテリ５０に蓄えられた高電圧の電力を所定の低電圧の電力へ降圧して、補機バッテリ６０に供給する電力変換器である。必要な場合とは、例えば補機バッテリ６０の蓄電量が所定の量よりも低下した場合などである。

ソーラーＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０は、ソーラーパネル１０、ソーラーバッテリ２０、駆動用バッテリ５０、及び補機バッテリ６０にそれぞれ接続されており、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制御装置である。ソーラーＥＣＵ３０は、所定の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）してソーラーバッテリ２０に蓄えることが可能である。また、ソーラーＥＣＵ３０は、ソーラーバッテリ２０に蓄えられた電力を所定の電圧に変換（昇圧／降圧）して、駆動用バッテリ５０及び補機バッテリ６０に出力することが可能である。また、ソーラーＥＣＵ３０は、リレー回路４０の接続／遮断を制御することができる。

このソーラーＥＣＵ３０は、ソーラーパネル１０の発電状態及びソーラーバッテリ２０の蓄電状態を監視しており、ソーラーパネル１０が発生させる電力、ソーラーバッテリ２０の蓄電量ＳＯＣ、及び車両に搭載された各種センサー（図示せず）などの情報から取得できる車両の状態に基づいて、充電制御システム１で実施するバッテリ充電モードを選択的に切り替える。このバッテリ充電モードには、ソーラーバッテリ充電モード、駆動用バッテリ充電モード、補機バッテリ充電モード、及び上限付き補機バッテリ充電モードがある。

ソーラーバッテリ充電モードとは、車両の駐車中に実行される充電モードであって、図２で示すように、ソーラーパネル１０で発電された電力をソーラーバッテリ２０に充電することを行う。ソーラーバッテリ充電モードでは、ソーラーＥＣＵ３０は、リレー回路４０によってソーラーＥＣＵ３０と駆動用バッテリ５０との接続を遮断する。このソーラーバッテリ充電モードは、ソーラーパネル１０への日射によって得られた電力を効率よくソーラーバッテリ２０に蓄えるために行われ、車両が駐車されている間は、ソーラーバッテリ２０の蓄電量ＳＯＣが所定の閾値ＳＯＣ＿Ｌ以下となったときにソーラーバッテリ２０の蓄電量ＳＯＣが所定の閾値ＳＯＣ＿Ｈを超えるまで実施される。なお、閾値ＳＯＣ＿Ｌ、及び閾値ＳＯＣ＿Ｈについては後述する。

駆動用バッテリ充電モードとは、車両の駐車中に実行される充電モードであって、図３で示すように、少なくともソーラーバッテリ２０に蓄えられた電力によって駆動用バッテリ５０及び補機バッテリ６０を充電することを行う。日射による発電があるときには、ソーラーパネル１０で発電された電力も駆動用バッテリ５０及び補機バッテリ６０の充電に用いられる。駆動用バッテリ充電モードでは、ソーラーＥＣＵ３０は、リレー回路４０によってソーラーＥＣＵ３０と駆動用バッテリ５０とを接続する。この駆動用バッテリ充電モードは、ソーラーバッテリ２０に十分に蓄えられた電力を駆動用バッテリ５０及び補機バッテリ６０に出力するために行われ、車両が駐車されている間は、ソーラーバッテリ２０の蓄電量ＳＯＣが上記閾値ＳＯＣ＿Ｈを超えたときにソーラーバッテリ２０の蓄電量ＳＯＣが上記閾値ＳＯＣ＿Ｌ以下となるまで実施される。

補機バッテリ充電モードとは、車両の走行中に実行される充電モードであって、図４で示すように、ソーラーパネル１０で発電された電力を補機バッテリ６０のみに充電することを行う。補機バッテリ充電モードでは、ソーラーＥＣＵ３０は、リレー回路４０によってソーラーＥＣＵ３０と駆動用バッテリ５０との接続を遮断する。これにより、ソーラーパネル１０で発電された電力による、駆動用バッテリ５０への充電が制限され、補機バッテリ６０への充電が許容される。この補機バッテリ充電モードは、走行中に車両用機器１１０及びＶ２Ｈ用機器１２０で消費される電力を、ソーラーパネル１０への日射によって得られた電力でも補って、補機バッテリ６０の蓄電量低下を抑えるために行われる。

なお、補機バッテリ充電モードにおいて、ソーラーパネル１０で発電された電力に加えて、ソーラーバッテリ２０に蓄えられた電力も補機バッテリ６０に充電するようにしてもよい。

上限付き補機バッテリ充電モードとは、Ｖ２Ｈ電力供給中に実行される充電モードであって、図５で示すように、駆動用バッテリ５０から車外設備１００に給電が行われると共に、ソーラーパネル１０で発電された電力を補機バッテリ６０のみに充電することを行う。上限付き補機バッテリ充電モードでは、ソーラーＥＣＵ３０は、リレー回路４０によってソーラーＥＣＵ３０と駆動用バッテリ５０との接続を遮断する。これにより、ソーラーパネル１０で発電された電力による、駆動用バッテリ５０への充電が制限され、補機バッテリ６０への充電が許容される。この上限付き補機バッテリ充電モードは、Ｖ２Ｈ電力供給中にＶ２Ｈ用機器１２０で消費される電力を、ソーラーパネル１０への日射によって得られた電力でも補って、補機バッテリ６０の蓄電量低下を抑えるために行われる。

しかし、Ｖ２Ｈ電力供給中は、車両の走行中と比べて車両用機器１１０の電力消費がないため、補機バッテリ充電モードと同じようにソーラーパネル１０で発電された電力をそのまま補機バッテリ６０に供給してしまうと、補機バッテリ６０が過充電となり劣化するおそれがある。そこで、本実施形態の上限付き補機バッテリ充電モードでは、Ｖ２Ｈ電力供給中において、ソーラーパネル１０から補機バッテリ６０へ供給可能な電力の上限値を設けている。これにより、ソーラーパネル１０で発電された電力による補機バッテリ６０への充電が、上限値未満の電力まで許容されることとなる。この上限値は、一例として、Ｖ２Ｈ用機器１２０によって消費される電力とすることができる。

なお、上限付き補機バッテリ充電モードにおいて、ソーラーパネル１０で発電された電力に加えて、ソーラーバッテリ２０に蓄えられた電力やＤＣＤＣコンバータ７０が出力する電力も、補機バッテリ６０に充電するようにしてもよい。ただしこの場合には、ソーラーパネル１０からの供給電力と、ソーラーバッテリ２０からの供給電力やＤＣＤＣコンバータ７０からの供給電力との合計値が、上述した上限値未満となるようにして、補機バッテリ６０に供給されることとなる。

＜充電制御＞
次に、図６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６は、本充電制御システム１のソーラーＥＣＵ３０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。

ステップＳ６０１：ソーラーＥＣＵ３０は、車両に搭載された各種センサーなどの情報に基づいて車両の状態を判断する。判断する車両の状態は、駐車、走行、及びＶ２Ｈ電力供給の各状態である。これらの状態は、ＲＥＡＤＹ－ＯＮ、ＲＥＡＤＹ－ＯＦＦ、ＩＧ－ＯＮ、ＩＧ－ＯＦＦなどの電源状態や、充電制御システム１以外から取得する各種情報に基づいて判断される。車両が駐車中である場合は、ステップＳ６０２に処理が進み、車両が走行中である場合は、ステップＳ６０７に処理が進み、車両がＶ２Ｈ電力供給中（電力供給ケーブルを接続した状態など）である場合は、ステップＳ６０８に処理が進む。

ステップＳ６０２：ソーラーＥＣＵ３０は、今実施している充電モードが、ソーラーバッテリ充電モードであるのか否かを判断する。充電モードがソーラーバッテリ充電モードである場合は、ソーラーバッテリ２０の充電が開始されて処理がステップＳ６０３に進む。一方、充電モードがソーラーバッテリ充電モードでない場合は、駆動用バッテリ５０及び補機バッテリ６０の充電が開始されて処理がステップＳ６０５に進む。

ステップＳ６０３：ソーラーＥＣＵ３０は、ソーラーバッテリ２０の蓄電量ＳＯＣが所定の閾値ＳＯＣ＿Ｈ以上であるか否かを判断する。この閾値ＳＯＣ＿Ｈは、ソーラーバッテリ２０に十分な電力が蓄えられて、ソーラーバッテリ２０から他のバッテリに電力が提供できる状態になったことを判断するための閾値である。例えば、過充電までには至らないソーラーバッテリ２０の高い蓄電量を、閾値ＳＯＣ＿Ｈとすることができる。ソーラーバッテリ２０の蓄電量ＳＯＣがＳＯＣ＿Ｈ以上である場合は（Ｓ６０３、はい）、ステップＳ６０４に処理が進む。一方、ソーラーバッテリ２０の蓄電量ＳＯＣが閾値ＳＯＣ＿Ｈ未満である場合は（Ｓ６０３、いいえ）、ステップＳ６０１に処理が進む。

ステップＳ６０４：ソーラーＥＣＵ３０は、充電モードを、ソーラーバッテリ充電モードから駆動用バッテリ充電モードに切り替えて設定する。これにより、ソーラーバッテリ２０から駆動用バッテリ５０及び補機バッテリ６０への充電が開始される。駆動用バッテリ充電モードが設定されると、ステップＳ６０１に処理が進む。

ステップＳ６０５：ソーラーＥＣＵ３０は、ソーラーバッテリ２０の蓄電量ＳＯＣが所定の閾値ＳＯＣ＿Ｌ以下であるか否かを判断する。この閾値ＳＯＣ＿Ｌは、ソーラーバッテリ２０の蓄電量ＳＯＣが他のバッテリに電力の提供ができない状態になったことを判断するための閾値である。例えば、過放電までには至らないソーラーバッテリ２０の低い蓄電量を、閾値ＳＯＣ＿Ｌとすることができる。ソーラーバッテリ２０の蓄電量ＳＯＣがＳＯＣ＿Ｌ以下である場合は（Ｓ６０５、はい）、ステップＳ６０６に処理が進む。一方、ソーラーバッテリ２０の蓄電量ＳＯＣが閾値ＳＯＣ＿Ｌを超える場合は（Ｓ６０５、いいえ）、今実施している充電モードのままステップＳ６０１に処理が進む。

ステップＳ６０６：ソーラーＥＣＵ３０は、充電モードを、今実施している充電モードからソーラーバッテリ充電モードに切り替えて設定する。これにより、ソーラーパネル１０からソーラーバッテリ２０への充電が開始される。ソーラーバッテリ充電モードが設定されると、ステップＳ６０１に処理が進む。

ステップＳ６０７：ソーラーＥＣＵ３０は、充電モードを、今実施している充電モードから補機バッテリ充電モードに切り替えて設定する。これにより、ソーラーパネル１０から補機バッテリ６０への充電が開始される。補機バッテリ充電モードが設定されると、ステップＳ６０１に処理が進む。

ステップＳ６０８：ソーラーＥＣＵ３０は、Ｖ２Ｈ用機器１２０によって消費される電力に基づいて、ソーラーパネル１０から補機バッテリ６０へ供給可能な電力の上限値を決定する。上限値によって、例えば上限値を２０Ｗとしておけば、ソーラーパネル１０で３０Ｗが発電されていたとしても、ソーラーパネル１０から補機バッテリ６０への出力は、２０Ｗに制限されることとなる。

なお、上限値はステップＳ６０１において車両がＶ２Ｈ電力供給中であると判断される度に実際の消費電力に基づいて決定する必要はない。例えば、Ｖ２Ｈ用機器１２０によって消費が予測される最大の電力を、上限値として固定的に定めておいてもよい。また、補機バッテリ６０から流出する電流の値を取得し、電流値に基づいて一定の周期ごとに上限値を変動させてもよい。上限値の指示を充電制御システム１の外部から受け取ることでもよい。

ステップＳ６０９：ソーラーＥＣＵ３０は、充電モードを、今実施している充電モードから上限付き補機バッテリ充電モードに切り替えて設定する。これにより、ソーラーパネル１０から補機バッテリ６０への上限が制限された充電が開始される。上限付き補機バッテリ充電モードが設定されると、ステップＳ６０１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、ソーラーＥＣＵ３０は、駆動用バッテリ５０が車外設備１００に接続されているＶ２Ｈ電力供給中である場合には、ソーラーパネル１０で発電された電力を補機バッテリ６０にのみ充電するように制御する。この制御によって、ソーラーパネル１０で発電された電力をＶ２Ｈ電力供給中の駆動用バッテリ５０に充電する場合に電気事業法などの各種法規が要求する安定化対策が不要となる。よって、電源システムのコストを増加させることなくソーラーパネルの発電電力を活用することができる。

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ＥＣＵ３０は、Ｖ２Ｈ電力供給中、ソーラーパネル１０で発電された電力のうち上限値未満の電力を補機バッテリ６０に充電するように制御する。この制御によって、Ｖ２Ｈ電力供給中に補機バッテリ６０が劣化するような充電（例えば過充電）が行われてしまうことを回避できる。

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 ソーラーバッテリ
３０ ソーラーＥＣＵ
４０ リレー回路
５０ 駆動用バッテリ
６０ 補機バッテリ
７０ ＤＣＤＣコンバータ
１００ 車外設備
１１０ 車両用機器
１２０ Ｖ２Ｈ用機器

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、
   一時蓄電用バッテリであるソーラーバッテリと、
   電力供給可能に所定の車外設備と接続される駆動用バッテリと、
   補機バッテリと、
   車両の電力授受状態を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   車両が駐車中である場合、前記ソーラーパネルで発電された電力を前記ソーラーバッテリに充電するモードと、少なくとも前記ソーラーバッテリに蓄えられた電力を前記駆動用バッテリ及び前記補機バッテリに充電するモードとを、前記ソーラーバッテリの蓄電量に基づいて切り替えて制御し、
   車両が走行中である場合、前記ソーラーパネルで発電された電力による、前記駆動用バッテリへの充電を制限し、前記補機バッテリへの充電を許容し、
   前記駆動用バッテリが前記所定の車外設備に接続されている場合、前記ソーラーパネルで発電された電力による、前記駆動用バッテリへの充電を制限し、前記補機バッテリへの充電を所定の上限値未満の電力まで許容する、
   車両用充電制御システム。

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