JP5376056B2 - 充電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電気自動車等に搭載される太陽電池の充電装置に関する。
近年、地球環境保全の観点から、クリーンなエネルギー源として太陽光発電への注目が高まっている。最近では、ハイブリッドカー(HV車)や電気自動車(EV車)への太陽電池の搭載も進められている。電気自動車用の太陽電池の充電装置としては、例えば特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1に記載充電装置は、太陽電池とバッテリとをリレーの接点を介して充電可能にする充電器を備え、太陽電池からの出力電圧が一定値に達した場合にリレーの接点を開成してバッテリに充電を行う。
ところで、太陽電池は、天候(明暗)によって出力特性(V−I特性)が変化する。例えば、出力電圧が同じであっても、天候の違いにより電流値が異なるため、出力電力が変化することがある。そのため、太陽電池からの出力が所定電圧以上であっても、例えば天候が悪い場合には出力電力が低くなる。この場合、太陽電池の充電装置を起動するための制御により電力が消費されるため、太陽電池によってバッテリに充電することができずに、かえってエネルギーを消費する結果となることがある。
そこで、上記問題の解決策として、太陽電池の出力状態を監視し、所定の出力電力が得られる場合にのみバッテリに充電するシステムを搭載することが考えられる。この場合、太陽電池の出力電力を監視する監視システムを起動するための電力は、バッテリに蓄電された電力を使用する。しかし、エンジンの停止中等に監視システムを起動させていると、バッテリが上がってしまうことがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、バッテリが上がることを防止しつつ、バッテリに適切に充電を行う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、本発明に係る充電装置は、太陽電池から出力される電力が所定値以上である場合に、バッテリへの充電を制御する充電制御システムに電力を供給し、太陽電池から出力される電力が所定値以上でない場合には、充電制御システムに電力を供給しないことを特徴とする。
この充電装置では、太陽電池からの出力電力が所定値以上である場合に、バッテリへの充電を制御する充電制御システムに電力を供給し、電力が所定値以上でない場合には、充電制御システムに電力を供給しない。これにより、太陽電池からの出力電力が小さい場合には、バッテリへの充電を制御する充電制御システムが起動しないため、充電制御システムにおいて電力を消費することがない。その結果、太陽電池からの出力が低下している状態において例えばエンジン停車中に充電制御システムにて電力を消費しないため、バッテリが上がることを防止できる。また、太陽電池からの出力電力が所定値以上である場合には、充電制御システムによりバッテリに充電が行われるため、バッテリの充電を適切に行うことができる。
太陽電池と充電制御システムとの間に接続され、太陽電池から出力される電力を検出する電力検出部を更に備え、電力検出部は、太陽電池から出力される電力が所定値以上となった場合に動作して充電制御システムを起動させるための電力を供給することが好ましい。この場合には、太陽電池から電力検出部に所定値以上の出力電力が供給された場合に、電力検出部が動作して充電制御システムに起動のための電力が供給されるため、充電制御システムを適切に起動させることができる。
太陽電池と電力検出部との間に接続され、太陽電池から電力検出部への電力の供給を遮断する電力遮断部を更に備え、電力遮断部は、充電制御システムへの電力の供給がなされた場合に、太陽電池から電力検出部への電力の供給を遮断することが好ましい。この場合には、充電制御システムが起動した後に電力検出部における電力の消費を抑制できる。したがって、太陽電池から出力された電力を効率的にバッテリに充電することができる。
充電制御システムへの電源をバイパス経路を介して供給する電力源を更に備え、電力遮断部において太陽電池から電力検出部への電力の供給を遮断する前に、バイパス経路を介して電力源から充電制御システムに電力を供給することが好ましい。この場合には、電力検出部への電力の供給が遮断された場合であっても、充電制御システムに電力を供給することができる。
充電制御システムは、太陽電池から出力される電力を測定し、測定された太陽電池からの出力が所定の判定閾値以下となった場合に、太陽電池から電力検出部への電力の供給を再開させると共に、動作を停止することが好ましい。この場合には、太陽電池からの出力が低下した場合に、充電制御システムの動作が停止するため、バッテリが上がることを確実に防止できる。また、電力検出部への太陽電池からの電力の供給を再開させることで、太陽電池からの出力電力が再度所定値以上となった場合に、充電制御システムを動作させることができる。
電力検出部を動作せるための電力の所定値は、充電制御システムにおける判定閾値よりも大きいことが好ましい。電力検出部を動作せるための電力の所定値を判定閾値よりも小さく設定した場合には、太陽電池の出力電力次第では充電制御システムの制御が終了して非起動となると同時に電力検出部がオンとなり、起動・非起動を繰り返すおそれがある。そこで、電力検出部を動作せるための電力の所定値は、充電制御システムにおける判定閾値よりも大きくすることで、充電制御システムのオンとオフを適切に制御できる。
電力検出は、リレー回路にて構成することができる。
本発明によれば、バッテリが上がることを防止しつつ、バッテリに適切に充電を行うことができる。
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。なお、各図において、構成要素間を接続する点線は、通信機能のための配線を示している。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る充電装置を含む充電システムの構成を示す図である。図1に示すように、充電システム1は、例えば車両(ハイブリッド自動車、電気自動車等)に搭載され、太陽電池3からの出力をバッテリ(電力源)12及びハイブリッド用のHVバッテリ13に充電するためのシステムである。
図1は、第1実施形態に係る充電装置を含む充電システムの構成を示す図である。図1に示すように、充電システム1は、例えば車両(ハイブリッド自動車、電気自動車等)に搭載され、太陽電池3からの出力をバッテリ(電力源)12及びハイブリッド用のHVバッテリ13に充電するためのシステムである。
充電システム1は、太陽電池3と、充電装置2とを備えている。充電装置2は、電力検出部4と、電力遮断部5と、電源供給部6と、充電制御システム7とを含んで構成されている。また、充電制御システム7は、第1DC−DCコンバータ8と、第2DC−DCコンバータ9と、制御ECU10と、監視ECU11とを備えている。
太陽電池3は、例えばシリコン製の太陽電池セルが複数直列に接続されて構成されており、例えば面積が0.6m2、定格出力が100W、42Vとなっている。太陽電池3は、後述する電力遮断部5、第1DC−DCコンバータ8及び第2DC−DCコンバータ9に接続されており、これら各部に太陽光により発電した電力を出力する。なお、太陽電池3の出力電圧は、漏電時の感電のリスクを抑制しつつ、変換ロスを減少させるといった観点から42Vに設定することが好ましい。
電力検出部4は、太陽電池3から出力された電力を検出する部分である。電力検出部4は、リレー回路によって構成されている。具体的には、電力検出部4は、通電していない状態において接点が開放(ノーマリーオフ・オープン)されているリレー回路である。電力検出部4は、太陽電池3から所定値以上の電力(電流)が供給された際に接点が閉じ、通電する構成を有している。電力検出部4において、リレー回路を構成するコイルLの一端は、抵抗Rを介して接地されている。抵抗Rは、例えば10Ω〜30Ω程度のものを用いることができる。なお、リレー回路は、公知のものであり詳細な説明は省略するが、例えば電磁継電器(Electromagnetic Relay)、ソリッドステートリレー(Solid-State Relay)等がある。本実施形態では、コイルLや接点ターンスプリング等により構成される電磁継電器を一例として挙げている。
電力遮断部5は、太陽電池3と電力検出部4との間に接続されており、太陽電池3から電力検出部4に供給される電力を遮断する部分である。電力遮断部5は、通電していない状態において接点が接続(ノーマリーオン・クローズ)されているリレー回路である。電力遮断部5は、通常状態(接点が接続されている状態)においては、太陽電池3からの出力電力を電力検出部4に出力する。また、電力遮断部5の駆動入力は、電源供給部6に接続されており、電源供給部6から電力が出力された際に接点を開放する。これにより、電力遮断部5は、太陽電池3から電力検出部4への電力の供給を遮断する。
電源供給部(バイパス経路)6は、制御ECU10の起動後において、制御ECU10に制御電源を供給するバイパス部分である。電源供給部6は、信号が入力されていない状態において接点が開放されているリレー回路である。電源供給部6は、制御ECU10と接続されており、制御ECU10が起動した後に出力される電源供給信号を入力すると、接点が接続する。これにより、電源供給部6から電力遮断部5に電力が出力されると共に、制御ECU10、第1及び第2DC−DCコンバータ8,9に制御電源が供給される。電源供給部6の下流側には、電流の逆流を防止するためのダイオードD3が接続されている。
第1DC−DCコンバータ8は、太陽電池3の出力電圧を入力し、接続されるバッテリ(鉛電池)12の電圧に昇圧又は降圧する部分である。具体的には、第1DC−DCコンバータ8は、太陽電池3の出力電圧を42Vから14Vに降圧し、充電電流をバッテリ12に供給する。第1DC−DCコンバータ8とバッテリ12との間には、電流の逆流を防止するためのダイオードD1が接続されている。
第2DC−DCコンバータ9は、太陽電池3の出力電圧を入力し、接続されるHVバッテリ13の電圧に昇圧又は降圧する部分である。具体的には、第2DC−DCコンバータ9は、太陽電池3の出力電圧を42Vから200Vに昇圧し、充電電流をHVバッテリ13に供給する。第2DC−DCコンバータ9とHVバッテリ13との間には、電流の逆流を防止するためのダイオードD2が接続されている。なお、第2DC−DCコンバータ9からの充電電流は、図示しないハイブリッドシステムにも供給される。
制御ECU10は、第1DC−DCコンバータ8及び第2DC−DCコンバータ9の制御を行う部分である。具体的には、制御ECU10は、第1DC−DCコンバータ8及び第2DC−DCコンバータ9の電圧変換比等の制御を行う。また、制御ECU10は、MPPT(Maximum Power Point Tracker:最大電力動作点追従)制御を行う。最大電力動作点は、電圧と電流との積が最大となる点であり、日照量や温度によって変化する。MPPT制御は、常に最大電力動作点で太陽電池3を稼動させるために、日照量や温度の変化に応じて太陽光発電に最適な出力電圧に制御するものである。MPPT制御の方法としては、例えば山登り法と呼ばれる方法を用いることができる。
上述の構成を有する制御ECU10は、太陽電池3から供給される電力が所定値以上となった場合に起動する。具体的には、制御ECU10は、電力検出部4において太陽電池3からの出力電力が所定値以上の電力となり接点が接続された場合に、制御電源が供給されることで起動する。また、制御ECU10は、起動後に太陽電池3の出力電力を入力し、この出力電力が所定値以下であるか否かを判定する。制御ECU10は、太陽電池3の出力電力が所定値以下であると判定した場合には、電力検出部4の動作を再開、つまり電力遮断部5の接点を接続させる。また、制御ECU10は、第1及び第2DC−DCコンバータ8,9を制御してバッテリ12への充電を終了させると共に、電源供給部6をオフにして充電制御システム7全体の起動を終了させる。なお、制御ECU10には、図示しないハイブリッドコンピュータからも制御電源が供給される。
監視ECU11は、HVバッテリ13を監視する部分である。監視ECU11は、HVバッテリ13の過充電を防止して保護するための制御を行う。監視ECU11には、第2DC−DCコンバータ9とHVバッテリ13との間の電流を計測する電流センサが設けられている。監視ECU11は、HVバッテリ13の充電状態を推定し、HVバッテリ13がフル充電の状態である場合には、第2DC−DCコンバータ9からHVバッテリ13への充電を許可することを示す充電許可信号を制御ECU10に出力しない(充電許可信号=OFF)。これにより、HVバッテリ13における過充電が防止される。一方、監視ECU11は、HVバッテリ13がフル充電の状態にない場合には、第2DC−DCコンバータ9からHVバッテリ13への充電を許可する充電許可信号を制御ECU10に出力する(充電許可信号=ON)。
制御ECU10では、監視ECU11から出力された充電許可信号を受け取ると、第2DC−DCコンバータ9を制御する。これにより、第2DC−DCコンバータ9において、42Vから200Vへの変換が行われ、太陽電池3の最大出力にてHVバッテリ13へ充電電流を供給する。監視ECU11は、制御ECU10と同様に、太陽電池3から供給される電力が所定値以上になった場合に起動する。なお、監視ECU11には、図示しないハイブリッドコンピュータからも制御電源が供給される。
続いて、充電システム1の動作について、図2を参照しながら説明する。図2は、充電システムの動作を示すフローチャートである。
図2に示すように、まず太陽電池3から供給された電力が電力遮断部5を介して電力検出部4に供給される(ステップS01)。そして、電力検出部4において、太陽電池3からの出力が所定値以上の電力(電流)に達した場合に、接点が接続される(ステップS02)。
ここで、電力検出部4の動作点(接点が接続される所定電力)について説明する。図3は、電力検出部の動作点を説明するための図である。図3には、太陽電池3の電圧−電流特性L1〜L3、抵抗R及び電力検出部4のコイルLの電圧−電流特性L4、制御終了判定閾値L5が示されている。線L1は、太陽光が強く明るい状態における電圧−電流特性を示し、線L2は、太陽光が弱く薄明るい状態における電圧−電流特性を示し、線L3は、暗い状態における電圧−電流特性を示している。
図3に示すように、充電制御システム7が動作していない、つまり太陽光が弱く出力電力が小さいため電力検出部4の接点が開放されている状態(線L2の状態)においては、太陽電池3からの出力電流がコイルL及び抵抗Rを通っているため、太陽電池3から出力される電流電圧は、線L2と線L4とが交わる交点C1となる。
一方で、太陽光が強く出力電力が所定値以上となり充電制御システム7が動作している、つまり電源供給部6の接点が接続されている状態(線L1の状態)においては、制御ECU10が第1及び第2DC−DCコンバータ8,9を制御して最大電力動作点を探索し、太陽電池3から電力が出力されている。この状態から次第に暗くなると、太陽電池3からの出力電力が低下し、バッテリ12への充電が停止される。この充電を停止する際の閾値が制御判定閾値L5であり、制御判定閾値L5は、第1及び第2DC−DCコンバータ8,9の変換ロスを加味した太陽電池3からの出力電力が各ECU10,11等が消費する電力を下回る境界値に設定されている。
また、太陽電池3の電圧−電流特性は、光の強度に応じて図3に示す線L1〜L3のように変化し、最大電力動作点は、通常、線L6上に現れる。しかし、複数の太陽電池セルを直列に接続した太陽電池アレイにおいては、一部の太陽電池セルが故障した場合や部分的に影ができているような場合、あるいは太陽電池3に何らかの異常が発生して性能が低下している状態のときには、線L7に示すような電圧−電流特性となることがある。この場合、最大電力動作点が線L6の位置から大きく外れることになる。そのため、制御判定閾値L5は、広範囲に亘って設定されている。
そして、電力検出部4がオンとなる動作点(以下、リレーオン点)C2は、線L4上において、制御判定閾値L5よりも外側となるところに設定される。具体的には、電力検出部4を構成するリレー回路には、接点が接続(リレーがオン)される閾値電流が設定されおり、リレーオン点C2は、線L4との交点となっている。ここで、リレーオン点C2を制御判定値D5よりも内側に設定した場合には、太陽電池3の出力次第では充電制御システム7の制御が終了して非起動となると同時に電力検出部4がオンとなり、起動・非起動を繰り返すおそれがある。したがって、電力検出部4において接点が接続されるリレーオン点C2は、制御終了判定閾値D5よりも外側となる位置に設定されている。なお、線L4の傾きは、抵抗Rの抵抗値とコイルLの抵抗値によって設定されている。また、リレーオン点C2の値は、コイルLの巻数、接点リターンスプリングのバネ定数等によって設定されている。
図2に戻って、電力検出部4において接点が接続されると、制御ECU10に制御電源が供給されて制御ECU10が起動され(ステップS03)、制御ECU10において電源供給部6への電源供給信号が初期値(=OFF)に設定される(ステップS04)。次に、制御ECU10の立ち上げ制御が実行される。(ステップS05)そして、制御ECU10の立ち上げ制御が実行されると、制御ECU10から電源供給部6に電源供給信号が出力(=ON)される(ステップS06)。これにより、電源供給部6の接点が接続されてオンとなり、バッテリ12からの電圧が制御ECU10に供給される。次いで、電源供給部6がオンとなると、電力遮断部5にも充電電流が供給され、接点が開放される(ステップS07)。これにより、電力検出部4に電力が供給されなくなり、電力検出部4の接点が開放される(ステップS08)。電力検出部4から制御ECU10等への電源供給は断たれるが、この時点では電源供給部6からダイオードD3を介して電源が供給されているので、制御ECU10等は立ち上がった状態を維持する。
制御ECU10が立ち上げられると、第1DC−DCコンバータ8及び第2DC−DCコンバータ9の制御が制御ECU10によって実行される(ステップS09)。また、第1及び第2DC−DCコンバータ8,9では、図示しない電力測定手段を備え、この電力測定手段によって太陽電池3から出力される電力(電圧、電流)が測定される(ステップS10)。そして、太陽電池3の出力電力が閾値(図3に示す制御判定閾値L5)以下であるか否かが制御ECU10によって判定される(ステップS11)。太陽電池3からの出力電力が閾値以下であると判定された場合には、電源供給部6への電源供給信号の出力が停止(=OFF)される(ステップS12)。これにより、充電制御システム7全体の動作が停止される。一方、太陽電池3からの出力電力が閾値以下であると判定されなかった場合には、ステップS09に戻って処理を繰り返す。
以上説明したように、充電装置2を備える充電システム1では、太陽電池3からの出力電力が所定値以上である場合に、バッテリ12,13への充電を制御する充電制御システム7に電力供給する。これにより、太陽電池3からの出力電力が小さい場合には、充電制御システム7が起動しないため、充電制御システム7において電力を消費することがない。その結果、バッテリ12が上がることを防止できる。また、太陽電池3からの出力電力が所定値以上である場合には、充電制御システム7によりバッテリ12,13に充電が行われるため、バッテリ12,13の充電を適切に行うことができる。
また、太陽電池3と充電制御システム7との間に接続され、太陽電池3から出力される電力を検出する電力検出部4を備え、電力検出部4は、太陽電池3から出力される電力が所定値以上となった場合に動作して充電制御システム7を起動させるための電力を供給する。この場合には、太陽電池3から電力検出部4に所定値以上の出力電力が供給された場合に、電力検出部4が動作して充電制御システム7に起動のための電力が供給されるため、充電制御システム7を適切に起動させることができる。
また、太陽電池3と電力検出部4との間に接続され、太陽電池3から電力検出部4への電力の供給を遮断する電力遮断部5を更に備え、電力遮断部5は、充電制御システム7への電力の供給がなされた場合に、太陽電池3から電力検出部4への電力の供給を遮断する。この場合には、充電制御システム7が起動した後に電力検出部4における電力の消費を抑制できる。したがって、太陽電池3から出力された電力を効率的にバッテリ12,13に充電することができる。
また、バッテリ12は、充電制御システム7への電源を電源供給部6を介して供給し、電力遮断部5において太陽電池3から電力検出部4への電力の供給を遮断する前に、電源供給部6を介してバッテリ12から充電制御システム7に電力を供給する。この場合には、電力検出部4への電力の供給が遮断された場合であっても、充電制御システム7に電力を供給することができる。
また、充電制御システム7は、太陽電池3から出力される電力を測定し、測定された太陽電池3からの出力が所定の判定閾値(制御終了判定閾値L5)以下となった場合に、太陽電池3から電力検出部4への電力の供給を再開させると共に、動作を停止する。この場合には、太陽電池3からの出力が低下した場合に、充電制御システム7の動作が停止するため、バッテリ12,13が上がることを確実に防止できる。また、電力検出部4への太陽電池3からの電力の供給を再開させることで、太陽電池3からの出力電力が再度所定値以上となった場合に、充電制御システム7を動作させることができる。
また、電力検出部4を動作せるための電力の所定値(リレーオン点C2)は、充電制御システム7における判定閾値(制御終了判定閾値D5)よりも大きい。電力検出部4を動作せるためのリレーオン点C2を制御終了判定閾値D5よりも小さく設定した場合には、太陽電池3の出力電力次第では充電制御システム7の制御が終了して非起動となると同時に電力検出部4がオンとなり、起動・非起動を繰り返すおそれがある。そこで、電力検出部4を動作せるためのリレーオン点C2は、充電制御システム7における制御終了判定閾値D5よりも大きくすることで、充電制御システム7のオンとオフを適切に制御できる。
[第2実施形態]
続いて、第2実施形態について説明する。図4は、第2実施形態に係る充電装置を含む充電システムを示す図である。充電システム20は、太陽電池3と、充電装置21とを備えており、充電装置21は、電源中継部22と、充電制御システム23とを含んで構成されている。充電システム20におけるその他の構成は第1実施形態と同様である。
続いて、第2実施形態について説明する。図4は、第2実施形態に係る充電装置を含む充電システムを示す図である。充電システム20は、太陽電池3と、充電装置21とを備えており、充電装置21は、電源中継部22と、充電制御システム23とを含んで構成されている。充電システム20におけるその他の構成は第1実施形態と同様である。
電源中継部22は、電力検出部4と電源供給部6との間に接続されており、電力検出部4を介して出力される制御電源を電源供給部6に供給する部分である。電源中継部22は、信号が入力されていない状態において接点が接続(ノーマリーオン・クローズ)されているリレー回路である。電源中継部22には、電力検出部4において接点が接続されることにより制御電源が供給される。また、電源中継部22は、充電制御システム23に接続されており、充電制御システム23に含まれる制御ECU24(後述)から出力された切断信号を受け取ると、接点を開放する。これにより、電源中継部22は、電力検出部4から電源供給部6への制御電源の供給を遮断する。
充電制御システム23は、上述のように、制御ECU24を有している。制御ECU24は、制御電源を入力することで起動する。また、制御ECU24は、太陽電池3からの出力電力を入力し、出力電力が所定の閾値以下となった場合に、電源中継部22に接点を開放することを示す切断信号を出力する。なお、図4においては図示を省略しているが、充電制御システム23には、第1実施形態と同様に、第1及び第2DC−DCコンバータ8,9、監視ECU11等が含まれていると共に、HVバッテリ13が接続されている。
続いて、充電システム20の動作について、図4を参照しながら説明する。図4に示すように、まず太陽電池3から供給された電力が電力遮断部5を介して電力検出部4に供給される。そして、電力検出部4において、太陽電池3からの出力が所定値以上の電力(電流)に達した場合に、接点が接続される。これにより、電力検出部4を介し充電制御システム23へ制御電源が供給され、充電制御システム23(制御ECU24)が起動する。また、電力検出部4を介して電源中継部22に制御電源が供給される。
続いて、電源中継部22に供給された制御電源は、電源供給部6に供給される。制御電源が供給された電源供給部6では、接点が接続される。そして、電源供給部6を介して制御電源が電力遮断部5に供給されると、電力遮断部5において電力検出部4への電力の供給が遮断される。これにより、電力検出部4においての電力の消費が抑制される。
充電制御システム23が起動すると、充電制御システム23に内蔵された制御ECU24では、太陽電池3からの出力電力を測定し、この出力電力が閾値以下(図3に示す制御判定閾値L5)であるか否かを判定する。制御ECU24は、太陽電池3からの出力電力が閾値以下であると判定した場合には、電源中継部22に切断信号を出力する。これにより、電源中継部22では接点が開放され、電源供給部6の接点が開放されるため、充電制御システム23への制御電源の供給が停止されてバッテリ12,13への充電が停止されると共に、充電制御システム23全体の動作が停止される。
以上説明したように、充電装置21を備える充電システム20においても、第1実施形態と同様に、太陽電池3からの出力電力が所定値以上である場合に、バッテリ12,13への充電を制御する充電制御システム23に電力供給する。これにより、太陽電池3からの出力電力が小さい場合には、充電制御システム23が起動しないため、充電制御システム23において電力を消費することがない。その結果、バッテリ12が上がることを防止できる。また、太陽電池3からの出力電力が所定値以上である場合には、充電制御システム23によりバッテリ12,13に充電が行われるため、バッテリ12,13の充電を適切に行うことができる。
[第3実施形態]
続いて、第3実施形態について説明する。図5は、第3実施形態に係る充電装置を含む充電システムを示す図である。同図に示す充電システム30は、太陽電池3と、充電装置31とを備えており、充電装置31は、電力検出部32と、充電制御システム33とを含んで構成されている。充電システム30におけるその他の基本的な構成は、第2実施形態と同様である。
続いて、第3実施形態について説明する。図5は、第3実施形態に係る充電装置を含む充電システムを示す図である。同図に示す充電システム30は、太陽電池3と、充電装置31とを備えており、充電装置31は、電力検出部32と、充電制御システム33とを含んで構成されている。充電システム30におけるその他の基本的な構成は、第2実施形態と同様である。
電力検出部32は、太陽電池3から出力された電力を検出する部分である。電力検出部32は、複数の抵抗R1〜R5と、アンプAMと、トランジスタTrとを含んで構成されている。抵抗R1は例えば10Ω〜30Ω、抵抗R2は例えば19KΩ、抵抗R3は例えば6kΩ、抵抗R4は例えば1MΩ、抵抗R5は例えば1MΩに設定されている。電力検出部32では、太陽電池3の出力電力を入力して抵抗R1の電圧が上昇して所定電圧(例えば、25V)となると、アンプAMへの反転入力への電圧が所定電圧(例えば、6V)を超え、アンプAMの出力が反転する。そして、電力検出部32では、アンプAMの出力が反転すると、トランジスタTrがONとなる構成を有している。電力検出部32は、常時バッテリ12の電力を使用しているが、その消費電力を極めて微弱なものとすることができる。
充電制御システム33は、制御ECU34を有している。制御ECU34は、太陽電池3からの出力電力が閾値(図3に示す制御判定閾値L5)以下と判定した場合に電源中継部22に切断信号を出力する機能の他に、充電制御システム33の立ち上げ初期において切断信号を電源中継部22に出力しない機能を有している。なお、図5においては図示を省略しているが、充電制御システム33には、第1実施形態と同様に、第1及び第2DC−DCコンバータ8,9、制御ECU10、監視ECU11等が含まれていると共に、HVバッテリ13が接続されている。
ここで、図6を参照しながら、充電制御システム33の動作について説明する。図6は、充電制御システムの動作を示すフローチャートである。
図6に示すように、まず電源中継部22への切断信号の初期値がオフに設定される(ステップS21)。そして、制御ECU34の立ち上げ制御が実行される(ステップS22)。制御ECU34の立ち上げ制御が実行されると、制御ECU34において「timer(内部変数)」が「0」に設定される(ステップS23)。「timer」は、充電制御システム33の立ち上げ初期において切断信号を電源中継部22に出力しないために使用される変数である。
次に、制御ECU34において、太陽電池3の出力電力が入力されて電力が測定される(ステップS24)。また、各DC−DCコンバータ8,9において太陽電池3の出力電圧が各バッテリ12,13の電圧に変換され(ステップS25)、バッテリ12,13への充電が開始される。そして、「timer」の値に「+1」が加算され(ステップS26)、「timer」の値が固定値(待ち時間)である「timer1」よりも大きいか否か(timer>timer1)が制御ECU34にて判定される(ステップS27)。
「timer」の値が「timer1」よりも大きいと判定された場合には、ステップS28に進む。一方、「timer」の値が「timer1」よりも大きいと判定されなかった場合には、切断信号の出力がオフに設定される(ステップS31)。
ステップS28では、太陽電池3からの出力電力が閾値以下であるか否かが制御ECU34によって判定される。太陽電池3からの出力電力が閾値以下であると判定された場合には、充電制御システム7の立ち下げ制御が実行され(ステップS29)、電源中継部22への切断信号がオンにされる(ステップS30)。一方、太陽電池3からの出力電力が閾値以下であると判定されなかった場合には、ステップS31の処理が実行される。
続いて、充電システム30の動作について、図5を参照しながら説明する。図5に示すように、まず太陽電池3から供給された電力が電力遮断部5を介して電力検出部32に供給される。電力検出部32では、上述のように、太陽電池3からの出力電力が入力されて抵抗Rの電圧が上昇して所定電圧となると、アンプAMへの反転入力への電圧が所定電圧を超えてアンプAMの出力が反転する。そして、電力検出部32では、アンプAMの出力が反転すると、トランジスタTrがオンとなる。
トランジスタTrがオンになると、電力検出部32から電力検出部4に電力が供給され、電力検出部4の接点が接続される。これにより、制御電源が充電制御システム33に供給され、充電制御システム33が起動する。また、電力検出部4を介して電源中継部22に制御電源が供給される。
続いて、電源中継部22に供給された制御電源は、電源供給部6に供給される。制御電源が供給された電源供給部6では、接点が接続される。そして、電源供給部6を介して制御電源が電力遮断部5に供給されると、電力検出部32への電力の供給が遮断されるため、電力検出部4への電力の供給も遮断される。
充電制御システム33が起動すると、上述の制御が実行される。具体的には、充電制御システム33に内蔵された制御ECU34では、太陽電池3からの出力電力を測定し、この出力電力が閾値以下であるか否かを判定する。制御ECU34は、太陽電池3からの出力電力が閾値以下であると判定した場合には、電源中継部22に切断信号をオン(出力)する。これにより、電源中継部22では接点が開放され、電源供給部6の接点が開放されるため、充電制御システム33への制御電源の供給が停止されてバッテリ12,13への充電が停止されると共に、充電制御システム33全体の動作が停止される。
以上説明したように、充電装置31を備える充電システム30においても、第1実施形態と同様に、太陽電池3からの出力電力が所定値以上である場合に、バッテリ12,13への充電を制御する充電制御システム33に電力供給する。これにより、太陽電池3からの出力電力が小さい場合には、充電制御システム33が起動しないため、充電制御システム33において電力を消費することがない。そして、電力検出部32の消費する電力も極めて微弱であるため、実質的な使用環境においてバッテリ12が上がることを防止できる。また、太陽電池3からの出力電力が所定値以上である場合には、充電制御システム33によりバッテリ12,13に充電が行われるため、バッテリ12,13の充電を適切に行うことができる。
[第4実施形態]
続いて、第4実施形態について説明する。図7は、第4実施形態に係る充電装置を含む充電システムを示す図である。同図に示す充電システム40は、太陽電池3と、充電装置41とを備えており、充電装置41は、電力遮断部42と、電力検出部43と、充電制御システム44とを含んで構成されている。
続いて、第4実施形態について説明する。図7は、第4実施形態に係る充電装置を含む充電システムを示す図である。同図に示す充電システム40は、太陽電池3と、充電装置41とを備えており、充電装置41は、電力遮断部42と、電力検出部43と、充電制御システム44とを含んで構成されている。
電力遮断部42は、半導体によって構成さえる例えばソリッドステートリレーである。電力遮断部42は、通電していない状態において接点が接続(ノーマリーオン・クローズ)されている。電力遮断部42は、通常状態(接点が接続されている状態)においては、太陽電池3からの出力電力を電力検出部43に出力する。また、電力遮断部42は、ソーラーECU48に接続されており、ソーラーECU48から切断が出力されたときに接点を開放する。これにより、電力遮断部42は、太陽電池3から電力検出部43への電力の供給を遮断する。
電力検出部43は、抵抗45と、キャパシタ46と、第1DC−DCコンバータ47と、ソーラーECU48とから構成されている。第1DC−DCコンバータ47は、太陽電池3からの出力電力により自立起動が可能となっている。第1DC−DCコンバータ47は、太陽電池3からの出力電力を入力することで起動する。
ソーラーECU48は、第1DC−DCコンバータ47が起動することにより起動する。ソーラーECU48は、電流センサ49を備えている。電流センサ49は、抵抗45の下流側に接続されており、抵抗45を介した電流を検出する。ソーラーECU48は、電流センサ49によって検出された電流値を検出し、この電流値が閾値以上となった場合に、電源供給部6に電源供給信号を出力する。ソーラーECU48は、電源供給部6に電源供給信号を出力すると、電力遮断部42に切断信号を出力する。
充電制御システム44は、制御ECU50を有している。制御ECU50は、第2DC−DCコンバータ9を制御する。制御ECU50は、太陽電池3からの出力電力が閾値(図3に示す制御判定閾値L5)以下と判定した場合に、ソーラーECU48に切断信号を出力する。なお、監視ECU11は、第1実施形態と同様の構成を有している。
続いて、充電システム40の動作について、図6を参照しながら説明する。図6に示すように、まず太陽電池3から供給された電力が電力遮断部42を介して電力検出部43に供給される。そして、電力検出部43において太陽電池3からの出力が所定値以上の電力(電流)に達したことをソーラーECU48の電流センサ49によって検出した場合に、ソーラーECU48から電源供給部6に電源供信号が出力される。これにより、電源供給部6の接点が接続され、充電制御システム23へ制御電源が供給されて充電制御システム44が起動する。
続いて、電源供給部6から制御電源が充電制御システム44に供給されると、ソーラーECU48から電力遮断部42に切断信号が出力される。これにより、太陽電池3から電力検出部43への電力の供給が遮断され、電力検出部43において電力の消費が抑制される。
充電制御システム44が起動すると、制御ECU50では、太陽電池3からの出力電力を測定し、この出力電力が閾値以下(図3に示す制御判定閾値L5)であるか否かを判定する。制御ECU50は、太陽電池3からの出力電力が閾値以下であると判定した場合には、ソーラーECU48に切断信号を出力し、この切断信号がソーラーECU48から電源供給部6に出力される。これにより、電源供給部6の接点が開放されるため、充電制御システム44への制御電源の供給が停止されてバッテリ12,13への充電が停止されると共に、充電制御システム44全体の動作が停止される。
以上説明したように、充電装置41を備える充電システム40においても、第1実施形態と同様に、太陽電池3からの出力電力が所定値以上である場合に、バッテリ12,13への充電を制御する充電制御システム44に電力供給する。これにより、太陽電池3からの出力電力が小さい場合には、充電制御システム44が起動しないため、充電制御システム44において電力を消費することがない。その結果、バッテリ12が上がることを防止できる。また、太陽電池3からの出力電力が所定値以上である場合には、充電制御システム44によりバッテリ12,13に充電が行われるため、バッテリ12,13の充電を適切に行うことができる。
[第5実施形態]
続いて、第5実施形態について説明する。図7は、第5実施形態に係る充電装置を含む充電システムを示す図である。同図に示す充電システム60は、太陽電池3と、充電装置61を備えており、充電装置61は、電力遮断部62と、電力検出部63と、充電制御システム64とを含んで構成されている。
続いて、第5実施形態について説明する。図7は、第5実施形態に係る充電装置を含む充電システムを示す図である。同図に示す充電システム60は、太陽電池3と、充電装置61を備えており、充電装置61は、電力遮断部62と、電力検出部63と、充電制御システム64とを含んで構成されている。
電力遮断部62は、第1DC−DCコンバータ65と、スイッチング回路66とから構成されている。第1DC−DCコンバータ65は、太陽電池3からの出力電力により自立起動が可能となっている。第1DC−DCコンバータ65は、太陽電池3からの出力電力を入力することで起動する。第1DC−DCコンバータ65は、太陽電池3の出力電圧を42Vから200Vに昇圧し、図示しない充電電流をHVバッテリ13に供給する。
スイッチング回路66は、太陽電池3からの出力電力の出力先を切り替える部分である。スイッチング回路66は、後述するソーラーECU68から出力された切替信号を受け取ると、接続先を切り替える。具体的には、スイッチング回路66は、切替信号を受け取ると、出力先を抵抗69からHVバッテリ13に切り替える。なお、スイッチング回路66の初期状態は、出力先が抵抗69となるように設定されている。
電力検出部63は、第2DC−DCコンバータ67と、ソーラーECU68と、抵抗69とから構成されている。第2DC−DCコンバータ67は、太陽電池3からの出力電力により自立起動が可能となっている。第2DC−DCコンバータ67は、太陽電池3からの出力電力を入力することで起動する。第2DC−DCコンバータ67は、太陽電池3の出力電圧を42Vから14Vに降圧し、充電電流をバッテリ12に供給する。
ソーラーECU68は、第2DC−DCコンバータ67が起動することにより起動する。ソーラーECU68は、電流センサ70を備えている。電流センサ70は、抵抗69の下流側に接続されており、抵抗69を介した電流を検出する。ソーラーECU68は、電流センサ70によって検出された電流値を検出し、この電流値が閾値以上となった場合に、電源供給部6に電源供給信号を出力する。ソーラーECU68は、電源供給部6に電源供給信号を出力すると、電力遮断部62に切替信号を出力する。また、ソーラーECU68は、充電制御システム64の制御ECU10から出力された切断信号を受け取ると、電源供給部6に出力する。
充電制御システム64は、制御ECU70を有している。制御ECU70は、第1DC−DCコンバータ65を制御する。制御ECU70は、太陽電池3からの出力電力が閾値(図3に示す制御判定閾値L5)以下と判定した場合に、ソーラーECU68に切断信号を出力する。なお、監視ECU11は、第1実施形態と同様の構成を有している。
続いて、充電システム60の動作について、図8を参照しながら説明する。図8に示すように、まず太陽電池3から供給された電力が電力遮断部62を介して電力検出部63の抵抗69に供給される。そして、電力検出部63において太陽電池3からの出力が所定値以上の電力(電流)に達したことをソーラーECU68の電流センサ70によって検出した場合に、ソーラーECU68から電源供給部6に電源供給信号が出力される。これにより、電源供給部6の接点が接続され、充電制御システム64へ制御電源が供給されて充電制御システム64が起動する。
続いて、電源供給部6から制御電源が充電制御システム64に供給されると、ソーラーECU68から電力遮断部62に切替信号が出力される。これにより、スイッチング回路66において電力の出力先が抵抗69から図示しないHVバッテリ13に切り替えられ、電力検出部63(抵抗69)における電力の消費が抑制される。
充電制御システム64が起動すると、制御ECU70では、太陽電池3からの出力電力を測定し、この出力電力が閾値以下(図3に示す制御判定閾値L5)であるか否かを判定する。制御ECU70は、太陽電池3からの出力電力が閾値以下であると判定した場合には、ソーラーECU68に切断信号を出力し、この切断信号がソーラーECU68から電源供給部6に出力される。これにより、電源供給部6の接点が開放されるため、充電制御システム64への制御電源の供給が停止されてバッテリ12,13への充電が停止されると共に、充電制御システム64全体の動作が停止される。
以上説明したように、充電装置61を備える充電システム60においても、第1実施形態と同様に、太陽電池3からの出力電力が所定値以上である場合に、バッテリ12,13への充電を制御する充電制御システム64に電力供給する。これにより、太陽電池3からの出力電力が小さい場合には、充電制御システム64が起動しないため、充電制御システム64において電力を消費することがない。その結果、バッテリ12が上がることを防止できる。また、太陽電池3からの出力電力が所定値以上である場合には、充電制御システム64によりバッテリ12,13に充電が行われるため、バッテリ12,13の充電を適切に行うことができる。
[第6実施形態]
続いて、第6実施形態について説明する。図9は、第6実施形態に係る充電装置を含む充電システムを示す図である。同図に示す充電システム80は、太陽電池3と、充電装置81とを備えており、充電装置81は、第1DC−DCコンバータ82と、電力検出部83と、充電制御システム84とを含んで構成されている。
続いて、第6実施形態について説明する。図9は、第6実施形態に係る充電装置を含む充電システムを示す図である。同図に示す充電システム80は、太陽電池3と、充電装置81とを備えており、充電装置81は、第1DC−DCコンバータ82と、電力検出部83と、充電制御システム84とを含んで構成されている。
第1DC−DCコンバータ82は、コイル85と、トランジスタ86と、ダイオード87と、キャパシタ88とから構成されており、昇圧チョッパーである。第1DC−DCコンバータ82は、太陽電池3からの出力電力により自立起動が可能となっている。第1DC−DCコンバータ82は、太陽電池3からの出力電力を入力することで起動する。第1DC−DCコンバータ82は、太陽電池3の出力電圧を42Vから200Vに昇圧し、充電電流を図示しないHVバッテリ13に供給する。トランジスタ86は、後述するソーラーECU90から出力され切替断信号を受け取ると、オンからオフに切り替わる。
電力検出部83は、第2DC−DCコンバータ89と、ソーラーECU90とから構成されている。第2DC−DCコンバータ89は、太陽電池3からの出力電力により自立起動が可能となっている。第2DC−DCコンバータ89は、太陽電池3からの出力電力を入力することで起動する。第2DC−DCコンバータ89は、太陽電池3の出力電圧を42Vから14Vに降圧し、充電電流をバッテリ12に供給する。
ソーラーECU90は、電流センサ91を備えている。電流センサ91は、トランジスタ86の下流側に接続されており、電流を検出する。ソーラーECU90は、電流センサ91によって検出された電流値を取得し、この電流値が閾値以上となった場合に、電源供給部6に電源供給信号を出力する。ソーラーECU90は、電源供給部6に電源供給信号を出力すると、電力遮断部82のトランジスタ86に切替信号を出力する。また、ソーラーECU90は、充電制御システム84の制御ECU92から出力された切断信号を受け取ると、電源供給部6に出力する。
充電制御システム84は、制御ECU92を有している。制御ECU92は、第1DC−DCコンバータ82及び第2DC−DCコンバータ89を制御する。制御ECU84は、太陽電池3からの出力電力が閾値(図3に示す制御判定閾値L5)以下と判定した場合に、ソーラーECU90に切断信号を出力する。なお、監視ECU11は、第1実施形態と同様の構成を有している。
続いて、充電システム80の動作について、図9を参照しながら説明する。図9に示すように、まず太陽電池3から供給された電力が第1DC−DCコンバータ82に供給される。そして、第1DC−DCコンバータ82において太陽電池3からの出力が所定値以上の電力(電流)に達したことをソーラーECU90の電流センサ91によって検出した場合に、ソーラーECU90から電源供給部6に電源供信号が出力されると共に、第1DC−DCコンバータ82のトランジスタ86に切替信号が出力される。これにより、電源供給部6の接点が接続され、充電制御システム84へ制御電源が供給されて充電制御システム44が起動すると共に、第1DC−DCコンバータ82から図示しないHVバッテリ13に充電電流が供給される。
充電制御システム84が起動すると、制御ECU92では、太陽電池3からの出力電力を測定し、この出力電力が閾値以下(図3に示す制御判定閾値L5)であるか否かを判定する。制御ECU92は、太陽電池3からの出力電力が閾値以下であると判定した場合には、ソーラーECU90に切断信号を出力し、この切断信号がソーラーECU90から電源供給部6に出力される。これにより、電源供給部6の接点が開放されるため、充電制御システム84への制御電源の供給が停止されてバッテリ12,13への充電が停止されると共に、充電制御システム84全体の動作が停止される。
以上説明したように、充電装置81を備える充電システム80においても、第1実施形態と同様に、太陽電池3からの出力電力が所定値以上である場合に、バッテリ12,13への充電を制御する充電制御システム84に電力供給する。これにより、太陽電池3からの出力電力が小さい場合には、充電制御システム84が起動しないため、充電制御システム84において電力を消費することがない。その結果、バッテリ12が上がることを防止できる。また、太陽電池3からの出力電力が所定値以上である場合には、充電制御システム84によりバッテリ12,13に充電が行われるため、バッテリ12,13の充電を適切に行うことができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、電力検出部4や電源供給部6にリレー回路として電磁継電器を用いているが、ソリッドステートリレー等であってもよい。
また、監視ECU11における制御は、上述の制御に限定されるものではなく、その他の制御が行われてもよい。例えば、監視ECU11では、HVバッテリ13の充電状態を推定し、充電電流上限値ILを設定する。また、監視ECU11は、充電制御システム7のシステム出力電流値ISを検出し、太陽電池充電電流値IC(=IL−IS)を設定し、太陽電池充電電流値ICの値を示す信号を制御ECU10に出力する。これにより、制御ECU10にて第2DC−DCコンバータ9の制御が実行される。
1,20,30,40,60,80…充電システム、2,21,32,41,61,81…充電装置、3…太陽電池、4,32,43,63,83…電力検出部、5,42,62,電力遮断部、6…電力供給部(バイパス経路)、7,23,33,44,64,84…充電制御システム、12…バッテリ(電力源)、13…HVバッテリ。
Claims (5)
- 太陽電池から出力される電力が所定値以上である場合に、バッテリへの充電を制御する充電制御システムに電力を供給し、前記太陽電池から出力される電力が所定値以上でない場合には、前記充電制御システムに電力を供給しない充電装置であって、
前記太陽電池と前記充電制御システムとの間に接続され、前記太陽電池から出力される電力を検出する電力検出部と、
前記太陽電池と前記電力検出部との間に接続され、前記太陽電池から前記電力検出部への電力の供給を遮断する電力遮断部とを備え、
前記電力検出部は、前記太陽電池から出力される電力が所定値以上となった場合に動作して前記充電制御システムを起動させるための電力を供給し、
前記電力遮断部は、前記充電制御システムへの電力の供給がなされた場合に、前記太陽電池から前記電力検出部への電力の供給を遮断することを特徴とする充電装置。 - 前記充電制御システムへの電源をバイパス経路を介して供給する電力源を更に備え、
前記電力遮断部において前記太陽電池から前記電力検出部への電力の供給を遮断する前に、前記バイパス経路を介して前記電力源から前記充電制御システムに電力を供給する請求項1記載の充電装置。 - 前記充電制御システムは、前記太陽電池から出力される電力を測定し、測定された前記太陽電池からの出力が所定の判定閾値以下となった場合に、前記太陽電池から前記電力検出部への電力の供給を再開させると共に、動作を停止する請求項1又は4記載の充電装置。
- 前記電力検出部を動作せるための電力の前記所定値は、前記充電制御システムにおける判定閾値よりも大きい請求項5記載の充電装置。
- 前記電力検出部は、リレー回路である請求項1,4〜6のいずれか一項記載の充電装置。
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