JP6131939B2 - 太陽電池制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された太陽電池の制御装置に関する。

太陽電池の出力電力は、接続される負荷に応じて変化する発電電流及び発電電圧の出力特性（ｉ−Ｖ出力特性）により決定され、太陽電池の出力電力が最大となる発電電流及び発電電圧を最大電力点（ＭＰＰ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ）と呼ぶ。

太陽電池のｉ−Ｖ出力特性は、日照条件等により変動し、ｉ−Ｖ出力特性の変動によりＭＰＰも変化する。そのため、太陽電池から効率良く電力を取り出すためにＭＰＰを追従制御する最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御が知られている（例えば、特許文献１）。

国際公開２０１４／０９１７７７

ＭＰＰＴ制御では、通常、太陽電池に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ等の負荷回路を制御することで、太陽電池の発電電圧又は発電電流を変化させながら、ＭＰＰの探索を行う。即ち、ＭＰＰＴ制御では、通常、発電電圧又は発電電流を制御変数として、ＭＰＰの探索を行う。

ここで、出力可能な電圧を高めるために直列接続された複数の太陽電池を含む太陽電池パネル等では、通常、一部の太陽電池が影に入った（部分影が発生した）場合、バイパスダイオードにより影に入った太陽電池をバイパスして電流が流れる回路構成を採用している。そのため、部分影が発生すると太陽電池パネル等の発電電圧が急に変動（低下）する場合がある。

このような場合に、発電電圧を制御変数としてＭＰＰ探索を行っていると、部分影の発生による太陽電池パネルの発電電圧の急な低下にＭＰＰＴ制御が追従することができない可能性があり、結果として、太陽電池パネルの発電電流が０、即ち、出力電力が０となるおそれがある。従って、発電電流を制御変数として、ＭＰＰＴ制御を実行することで、太陽電池パネル等への部分影の発生による発電電圧の急変動に対しても強い耐性を得ることができる。

しかしながら、車両に搭載された太陽電池に対して、発電電流を制御変数としたＭＰＰＴ制御を実行した場合、以下に説明するような問題が生じるおそれがある。

例えば、図１に示すようなルーフパネルに太陽電池を搭載した車両が、図１（ａ）に示す水平な路面を走行している状態から図１（ｂ）に示す路面上の段差に前輪のみ乗り上げた場合、太陽電池への日射角がθ１からθ２に変化する。それぞれの日射角は、θ１＞θ２の関係となるため、車両の前輪が図１（ｂ）に示すような路面上の段差に乗り上げた場合、太陽電池への日射強度が急低下し、図２に示すように、太陽電池のｉ−Ｖ出力特性が急変動する。

図２は、太陽電池のｉ−Ｖ出力特性変動の一例を示す図であり、図２（ａ）は、図１（ａ）の車両状態に対応する太陽電池のｉ−Ｖ出力特性を表し、図２（ｂ）は、図１（ｂ）の車両状態に対応する太陽電池のｉ−Ｖ出力特性（実線）を表す。なお、図２（ｂ）の点線は、図２（ａ）に示す太陽電池のｉ−Ｖ出力特性と同じものである。

図２に示すように、車両が段差に乗り上げて、図１（ａ）の状態から図１（ｂ）の状態に変化すると、太陽電池のｉ−Ｖ出力特性における開放電圧はほとんど変化しないが、短絡電流が低下する。すると、図２（ｂ）に示すように、制御変数としての発電電流の設定値が短絡電流より大きい状態になり、結果として、動作点の発電電圧が０に発散し、出力電力が急に０になってしまうおそれがある。

このように、車両に搭載された太陽電池は、当該車両の走行中における挙動に応じてｉ−Ｖ出力特性が急変動する場合があるため、発電電流を制御変数としたＭＰＰＴ制御が実行された場合、太陽電池からの出力電力が安定しないおそれがある。

そこで、上記問題に鑑み、車両に搭載された太陽電池の発電電流を制御変数としてＭＰＰＴ制御を行う場合に、当該太陽電池の出力電力を安定させることが可能な太陽電池制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、一実施形態において、太陽電池制御装置は、
車両に搭載された太陽電池と、
前記車両の車速を検出する車速検出部と、
前記太陽電池に接続され、入力される前記太陽電池の発電電流を制御可能に構成された負荷回路と、
前記負荷回路を制御することにより前記太陽電池の発電電流を変化させながら前記太陽電池の最大電力点を探索するＭＰＰＴ制御を実行する制御部を備え、
前記制御部は、
前記車速検出部により検出された前記車両の車速が所定速度より高い場合、前記発電電流を前記太陽電池の最大電力点に対応する発電電流より小さい所定の上限値以下の範囲で変化させながら前記ＭＰＰＴ制御を実行し、
前記所定速度は、
走行中における前記車両の挙動に応じて発生する前記太陽電池の発電電流及び発電電圧の出力特性変動に対して、前記ＭＰＰＴ制御における前記発電電流の変化が追従できなくなる前記車両の車速より低く設定されることを特徴とする。

上記実施形態により、車両に搭載された太陽電池の発電電流を制御変数としてＭＰＰＴ制御を行う場合に、当該太陽電池の出力電力を安定させることが可能な太陽電池制御装置を提供することができる。

車両の走行中における挙動に伴い太陽電池への日射角が急変化する一例を示す図である。 太陽電池のｉ−Ｖ出力特性変動の一例を示す図。 本実施形態に係る太陽電池制御装置を含む車両の構成の一例を示すブロック図である。 本実施形態に係る太陽電池制御装置（制御部）によるＭＰＰＴ制御処理の一例を示すフローチャートである。 車両が水平な路面を走行している状態から路面の段差に前輪のみ乗り上げた状態に遷移した場合における太陽電池パネルの日射角の変化を示す図である。 車両が水平な路面を走行している状態から路面の段差に前輪のみ乗り上げた状態に遷移する過程を説明する図である。 段差の高さと閾値の関係を示すグラフである。 上限電流値と車両の挙動に応じて発生する太陽電池パネルのｉ−Ｖ出力特性の変動後の動作点との関係を示す図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

図３は、本実施形態に係る太陽電池制御装置１を含む車両１００の構成の一例を示すブロック図である。

太陽電池制御装置１は、太陽電池パネル１０、ＭＰＰＴコンバータ２０、車速センサ３０、制御部４０、出力先装置５０等を含み、車両１００に搭載された太陽電池パネル１０の最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を実行する。また、太陽電池制御装置１は、太陽電池パネル１０の発電電力をＭＰＰＴコンバータ２０で出力先装置５０に最適化した電力（電圧）に変換し、出力先装置５０に供給する。

太陽電池パネル１０は、太陽電池セルを複数枚直列及び並列接続し、出力先装置５０において必要とされる電圧及び電流を供給可能に構成されたパネル状のモジュールである。太陽電池パネル１０は、車両１００の日光が良く当たる場所（例えば、ルーフパネル表面等）に配置される。太陽電池パネル１０に含まれる太陽電池セルとしては、車載用として最適な任意の種類の太陽電池セルが適用されてよい。

ＭＰＰＴコンバータ２０は、太陽電池パネル１０のＭＰＰＴ制御を行うための負荷回路である。また、ＭＰＰＴコンバータ２０は、太陽電池パネル１０からの発電電力を出力先装置５０に適した状態（電圧）に変換する電力変換手段である。ＭＰＰＴコンバータ２０は、電力変換回路２１、駆動回路２２、電流センサ２３、電圧センサ２４等を含んで構成される。

電力変換回路２１は、太陽電池パネル１０から供給される直流電力を出力先装置５０に適した直流電力に変換する（例えば、昇圧する）ＤＣ−ＤＣコンバータ回路であり、太陽電池パネル１０から入力される発電電流を制御可能な回路構成を含む。電力変換回路２１は、例えば、リアクトル、複数のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｇｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子、還流ダイオード等を含む既知の非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路であってよい。電力変換回路２１は、駆動回路２２からの駆動信号（各スイッチング素子のゲート端子に入力されるＰＷＭ信号）により動作する。

駆動回路２２は、制御部４０からの制御指令に応じて、電力変換回路２１を駆動する駆動手段である。後述するように、制御部４０は、電流センサ２３により検出された太陽電池パネル１０の発電電流に基づき、太陽電池パネル１０の発電電流が設定電流値になるようにフィードバック制御を実行し、駆動回路２２に対して、ＰＷＭ信号のデューティ比等を含む制御指令を送信する。駆動回路２２は、制御部４０から受信した制御指令に応じて、電力変換回路２１の駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成し、電力変換回路２１（各スイッチング素子のゲート端子）に出力する。

電流センサ２３は、太陽電池パネル１０からＭＰＰＴコンバータ２０に入力される発電電流を検出する既知の電流検出手段である。電流センサ２３は、制御部４０と通信可能に接続され、電流センサ２３により検出された太陽電池パネル１０の発電電流に対応する信号は、制御部４０に送信される。

電圧センサ２４は、太陽電池パネル１０からＭＰＰＴコンバータ２０に入力される発電電圧を検出する既知の電圧検出手段である。電圧センサ２４は、制御部４０と通信可能に接続され、電圧センサ２４により検出された太陽電池パネル１０の発電電圧に対応する信号は、制御部４０に送信される。

車速センサ３０は、車両１００の車速を検出する既知の車速検出手段である。車速センサ３０は、車載ＬＡＮやじか線等を介して、制御部４０と通信可能に接続され、車速センサ３０により検出された車両１００の車速に対応する車速信号は、制御部４０に送信される。

制御部４０は、ＭＰＰＴコンバータ２０を用いて、太陽電池パネル１０のＭＰＰＴ制御を実行する制御手段である。制御部４０は、具体的な制御手段として、ＭＰＰＴ制御部４１、監視部４２等を含む。

なお、制御部４０は、例えば、マイクロコンピュータ等により構成され、ＲＯＭに格納された各種プログラムをＣＰＵ上で実行することにより各種制御処理を実行してよい。また、ＭＰＰＴ制御部４１、監視部４２の各機能は、対応するプログラムをＣＰＵ上で実行することにより実現されてよい。

ＭＰＰＴ制御部４１は、ＭＰＰＴコンバータ２０を制御することで、ＭＰＰＴコンバータ２０に入力される太陽電池パネル１０の発電電流を変化させながら、電流センサ２３、電圧センサ２４により検出される太陽電池パネル１０の発電電流、発電電圧（に対応する信号）に基づき、最大電力点（ＭＰＰ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ）の探索を行う。

具体的に説明をすると、ＭＰＰＴ制御部４１は、電流センサ２３により検出された太陽電池パネル１０の発電電流に基づき、太陽電池パネル１０の発電電流が設定電流値になるようにフィードバック制御を実行する。より具体的には、電流センサ２３により検出された太陽電池パネル１０の発電電流に基づき、電力変換回路２１の各スイッチング素子のデューティ比を演算し、駆動回路２２に対して、ＰＷＭ信号のデューティ比等を含む制御指令を送信する。また、ＭＰＰＴ制御部４１は、当該フィードバック制御により太陽電池パネル１０の発電電流が略設定電流値になった定常状態における太陽電池パネル１０の発電電流、発電電圧を電流センサ２３、電圧センサ２４から取得する。ＭＰＰＴ制御部４１は、設定電流値を変化させながら当該動作を繰り返すことで、太陽電池パネル１０のＭＰＰを探索する。

なお、ＭＰＰＴ制御部４１により実行されるＭＰＰＴ制御の具体的手法（アルゴリズム）としては、太陽電池パネル１０の発電電流を変化させながらＭＰＰを探索する任意の手法が適用されてよい。例えば、山登り法、増分コンダクタンス法等、既知の探索アルゴリズムを応用した様々な手法が適用されてよい。

監視部４２は、車両１００の車速ｖの監視を行う。具体的には、車速センサ３０により検出された車両１００の車速ｖが所定の閾値ｖ_ｔｈ以下か否かを監視する。そして、車両１００の車速ｖが所定の閾値ｖ_ｔｈを超えた場合、ＭＰＰＴ制御部４１によるＭＰＰＴ制御における電流制御範囲（発電電流を変化させる範囲）を上限電流値ｉ_ｌｍｔ以下に限定する。

なお、制御部４０（ＭＰＰＴ制御部４１、監視部４２）によるＭＰＰＴ制御処理の詳細、及び、その作用等については、後述する。

出力先装置５０は、太陽電池パネル１０による発電電力の出力先となる車載装置である。出力先装置５０は、太陽電池パネル１０からの発電電力で動作する電気負荷、発電電力を所定の電力に変換する（例えば、交流電力に変換する）電力変換装置、発電電力を蓄電するバッテリ、キャパシタ等の蓄電装置を含んでよい。

次に、制御部４０による具体的なＭＰＰＴ制御処理フローについて説明をする。

図４は、本実施形態に係る太陽電池制御装置１（制御部４０）による制御処理（太陽電池パネル１０のＭＰＰＴ制御処理）の一例を示すフローチャートである。

なお、当該フローチャートは、所定の制御周期毎に実行される。また、当該制御周期は、他の条件に応じて、可変であってよい。

ステップＳ１０１にて、制御部４０（監視部４２）は、車速センサ３０により検出された（車速センサ３０から受信した車速信号に基づき算出された）車両１００の車速ｖが閾値ｖ_ｔｈ以下か否かを判定する。車両１００の車速ｖが閾値ｖ_ｔｈ以下の場合、ステップＳ１０３に進み、閾値ｖ_ｔｈより高い場合、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２にて、制御部４０（監視部４２）は、ＭＰＰＴ制御部４１により実行されるＭＰＰＴ制御（ステップＳ１０３）における電流制御範囲（太陽電池パネル１０の発電電流を変化させる範囲）を上限電流値ｉ_ｌｍｔ以下に限定して、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３にて、制御部４０（ＭＰＰＴ制御部４１）は、太陽電池パネル１０の発電電流を変化させながらＭＰＰの探索（ＭＰＰＴ制御）を実行する。

まとめると、車両１００の車速ｖが閾値ｖ_ｔｈ以下であると判定された場合、ＭＰＰＴ制御部４１は、電流制御範囲を限定せずにＭＰＰＴ制御を実行する。

一方、車両１００の車速が閾値ｖ_ｔｈより高いと判定された場合、ＭＰＰＴ制御部４１は、電流制御範囲を上限電流値ｉ_ｌｍｔ以下に限定してＭＰＰＴ制御を実行する。

なお、上限電流値ｉ_ｌｍｔは、少なくとも、太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性（日時（日射角）に応じて変化）における短絡電流より小さい値に設定される。

このように、車速が比較的高い（車速ｖ＞閾値ｖ_ｔｈ）場合に、ＭＰＰＴ制御における電流制御範囲を上限電流値ｉ_ｌｍｔ以下に限定することによって、車両１００に搭載された太陽電池パネル１０の出力電力を安定させることができる。

具体的に説明すると、走行路形状（カーブ、交差点等）、交通状況等の走行環境に基づく運転操作や路面状態、路面傾斜の変化等に応じて生じる車両１００の挙動により、日射方向に対する車両１００の姿勢は変化する。そのため、車両１００に搭載された太陽電池パネル１０への日射角は、車両１００の挙動に伴い変化し、太陽電池パネル１０の日射角の変化は、太陽電池パネル１０の発電電流及び発電電圧の出力特性（ｉ−Ｖ出力特性）変動を発生させる。

図２（ｂ）に示したように、日射角が減少すると太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性が変動し、ｉ−Ｖ出力特性における短絡電流が減少する。そのため、制御部４０が発電電流をｉ−Ｖ出力特性が変動した後の短絡電流より大きい設定電流値になるように制御していると、太陽電池パネル１０の発電電圧が０、即ち、出力電力が０に発散してしまい、太陽電池パネル１０は、安定した電力を出力できなくなるおそれがある。

一方、ＭＰＰＴ制御部４１によるＭＰＰＴ制御において、太陽電池パネル１０の日射角の変化に基づく太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動に追従して、発電電流を変化させることができれば、太陽電池パネル１０は、安定した電力を出力可能である。

しかしながら、運転操作や路面状態、路面傾斜の変化等により発生する車両１００の姿勢変化は、車速が上がるにつれて急激になる。そのため、車速が比較的高くなった場合、想定される車両１００の挙動によっては、ＭＰＰＴ制御部４１によるＭＰＰＴ制御おける発電電流の変化が、太陽電池パネル１０の日射角の変化に基づく太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動に追従することができなくなるおそれがある。即ち、車両１００の挙動による電流変化速度が、ＭＰＰＴ制御により追従可能な電流変化速度（ＭＰＰＴ制御における限界電流変化速度）を上回るおそれがある。なお、「車両１００の挙動による電流変化速度」とは、車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性変動に伴い、太陽電池パネル１０の出力可能な発電電流（短絡電流）が変化（減少）する速度を意味する。

従って、閾値ｖ_ｔｈ、上限電流値ｉ_ｌｍｔを適宜設定し、車両１００の車速ｖが閾値ｖ_ｔｈより高い場合、ＭＰＰＴ制御における電流制御範囲を上限電流値ｉ_ｌｍｔ以下に限定することによって、車両１００に搭載された太陽電池パネル１０の出力電力を安定させることができる。

なお、「ＭＰＰＴ制御（による発電電流の変化）が太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性変動に追従できる」とは、太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性変動により短絡電流が変化（減少）した場合でも、出力電力が０に発散せずにＭＰＰＴ制御を継続可能なことを意味する。一方、「ＭＰＰＴ制御（による発電電流の変化）が太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性変動に追従できない」とは、太陽電池パネルのｉ−Ｖ出力特性変動により短絡電流が変化（減少）した場合に、出力電力が０に発散し、ＭＰＰＴ制御が中断されることを意味する。

次に、具体例を用いて、閾値ｖ_ｔｈ、上限電流値ｉ_ｌｍｔの設定手法について説明をする。

図５は、車両１００が水平な路面を走行している状態から路面の段差に前輪のみ乗り上げた状態に遷移した場合における太陽電池パネル１０の日射角変化の一例を示す図である。図５（ａ）は、車両１００が水平な路面を走行している状態を示し、図５（ｂ）は、車両１００の前輪のみが高さｈの段差（凸形状）に乗り上げた状態を示している。

なお、本例では、車両１００のルーフパネルの表面（上面）に太陽電池パネル１０が配置され、かつ、太陽電池パネル１０は、平面形状であり、車両１００が水平な路面を走行している状態で水平状態になるように配置されている。また、本例では、車両１００の進行方向と太陽の位置する方向が一致している。また、以下に示す具体例における車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動は、車両１００の進行方向が太陽の位置する方向と反対である場合に車両１００が水平な路面を走行している状態から後輪のみ段差に乗り上げた際に発生する変動と同様である。即ち、車両１００の後輪のみ段差に乗り上げた場合についても以下の説明と同様に考えることができる。また、同様に、車両１００の前輪のみ又は後輪のみが路面の窪み（凹形状）に落ち込んだ場合についても以下の説明と同様に考えることができる。

図５（ａ）に示すように、車両１００が水平な路面を走行している状態にて、水平状態にある太陽電池パネル１０へ日射角θで太陽光が入射している。即ち、太陽光の全日射量Ｉに対して、太陽電池パネル１０への日射強度は、Ｉ×ｓｉｎθで表すことができる。また、図５（ｂ）に示すように、車両１００の前輪のみが段差に乗り上げた状態に遷移すると、太陽電池パネル１０が水平状態から角度βだけ車両１００の後方に傾斜するため、太陽電池パネル１０へ日射角θ−βで太陽光が入射する状態に遷移する。即ち、太陽電池パネル１０への日射強度は、Ｉ×ｓｉｎ（θ−β）で表すことができる。

なお、太陽電池パネル１０への日射強度には、日射角以外の要素（太陽電池パネル１０の構造に起因する光の反射率、透過率の変化等）を考慮してもよい。また、角度β（単位：ラジアン）は、車両１００のホイールベースＬと段差の高さｈを用いて、以下の式（１）で表される。

また、図６は、図５に示す車両１００が水平な路面を走行している状態から路面の段差に前輪のみ乗り上げた状態に遷移する過程を説明する図である。図６（ａ）は、車両１００の前輪が凸形状の段差（高さｈ）に乗り上げる前後の状態を表し、凸形状の段差に乗り上げる直前の前輪を実線、凸形状の段差に乗り上げた前輪を点線で示している。図６（ｂ）は、車両１００の前輪がスロープ状の段差（例えば、路面に配置されたスピードバンプ等）に乗り上げる直前の前輪を実線、段差に乗り上げた前輪を点線で示している。

図６（ａ）に示す例の場合、車両１００の前輪が凸形状の段差（高さｈ）に到達（接触）してから乗り上げるまでに回転する角度α（単位：ラジアン）とすると、その間に進む距離は、車両１００の前輪の半径ｒに角度αを乗じたものとなる。よって、車両１００の車速ｖを用いて、車両１００が水平な路面を走行している状態から路面の段差に前輪のみ乗り上げた状態に遷移する経過時間ｔは、ｔ＝ｒα／ｖとなる。同様に、図６（ｂ）に示す例の場合についても、車両１００の前輪が段差のスロープ部分に到達（接触）してからスロープを登り終わるまでのスロープ部分の長さｌ（図中の太線両矢印）を用いて、車両１００が水平な路面を走行している状態から路面の段差に前輪のみ乗り上げた状態に遷移する経過時間ｔは、ｔ＝ｌ／ｖとなる。

なお、角度αは、以下の式（２）で表される。

以下、図５及び図６（ａ）に示す車両１００の挙動（車両１００の前輪が段差に乗り上げる挙動）に応じて発生する太陽電池パネル１０の日射角の変化を想定した閾値ｖ_ｔｈ、上限電流値ｉ_ｌｍｔの設定手法について引き続き説明をする。

上述したとおり、車両１００の挙動による電流変化速度ｄｉ／ｄｔ_＿ｃａｒが、ＭＰＰＴ制御における限界電流変化速度ｄｉ／ｄｔ_{＿ｍｐｐｔ}以上になる、即ち、以下の式（３）を満足すると、太陽電池パネル１０の出力電力が不安定になる（０に発散する）おそれがある。

まず、図５及び図６（ａ）に示す車両１００の挙動による電流変化速度ｄｉ／ｄｔ_＿ｃａｒは、以下の式（４）で表される。

なお、ｉ_ｓｃは、日射角θで全日射量Ｉの太陽光が照射されている場合における太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の短絡電流を表している。

具体的に説明すると、式（４）の分子は、図５及び図６（ａ）に示す車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動による短絡電流の変化量を示している。また、式（４）の分母は、車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動による短絡電流が変化する時間を表している。即ち、太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動による短絡電流の変化（低下）量を当該変化にかかる時間で除することにより車両１００の挙動による電流変化速度ｄｉ／ｄｔ_＿ｃａｒを求めている。

太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性における短絡電流は、太陽電池パネル１０への日射強度に略比例する。そのため、太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性が変動する前の短絡電流ｉｓｃを基準にした場合、変動後の短絡電流は、変動前に対する変動後の太陽電池パネル１０への日射強度の比率（Ｉ×ｓｉｎ（θ−β）／Ｉ×ｓｉｎθ）に変動前の短絡電流ｉｓｃを乗じたもの（ｉ_ｓｃ・ｓｉｎ（θ−β）／ｓｉｎθ）となる。従って、図５及び図６（ａ）に示す車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動による短絡電流の変化量は、式（４）の分子で表される。

また、車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動により短絡電流が変化する時間は、上述した車両１００が水平な路面を走行している状態から路面の段差に前輪のみ乗り上げた状態に遷移する経過時間ｔに等しく、式（４）の分母で表される。

なお、車両１００がスロープ状の段差に乗り上げる挙動（図６（ｂ））を想定する場合についても、同様に、式（４）の分子を経過時間ｔ（＝ｌ／ｖ）で除することにより車両１００の挙動による電流変化速度ｄｉ／ｄｔ_＿ｃａｒを求めることができる。

続いて、ＭＰＰＴ制御における限界電流変化速度ｄｉ／ｄｔ_{＿ｍｐｐｔ}は、以下の式（５）で表される。

なお、式（５）は、山登り法を用いて、太陽電池パネル１０の発電電流を制御電流幅Δｉ刻みで変化させながら、出力電力が極大となる動作点（ＭＰＰ）を探索することを前提とする。また、ｉ_ｍｐｐは、日射角θで全日射量Ｉの太陽光が照射されている場合における太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性のＭＰＰ電流（ＭＰＰにおける発電電流）を表している。また、λは、ＭＰＰＴ制御において、太陽電池パネル１０の発電電流を制御電流幅Δｉ刻みで変化させる周期（制御周期）を表している。

具体的に説明すると、式（５）の分子は、短絡電流ｉ_ｓｃとＭＰＰＴ制御による発電電流の差の最小値を表している。また、式（５）の分母は、制御周期λであり、式（５）に示す最小値に対応する発電電流に留まる時間を表している。

即ち、短絡電流ｉ_ｓｃとＭＰＰＴ制御による発電電流の差が最小値となる発電電流に留まっている間に、太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性変動により短絡電流が当該発電電流まで低下すれば、出力電力は０に発散する。そのため、式（５）では、短絡電流ｉ_ｓｃとＭＰＰＴ制御による発電電流の差の最小値を当該最小値となる発電電流に留まる時間（制御周期λ）で除して、ＭＰＰＴ制御における限界電流変化速度ｄｉ／ｄｔ_{＿ｍｐｐｔ}を求めている。

なお、山登り法では、出力電力が増加する方向に発電電力を変化させるながら、出力電力が極大となるＭＰＰを探索する関係上、ＭＰＰ電流ｉ_ｍｐｐより制御電流幅Δｉだけ増加させた値（ｉ_ｍｐｐ＋Δｉ）まで発電電流を変化させる（即ち、出力電力が極大点を超えて減少する方向に一回だけ変化させる）場合がある。そのため、短絡電流ｉ_ｓｃとＭＰＰＴ制御による発電電流の差の最小値は、式（５）の分子で表される。また、ＭＰＰＴ制御部４１は、他の手法でＭＰＰＴ制御を行ってもよく、適用する手法（ＭＰＰの探索アルゴリズムや制御周期等）に応じて、ＭＰＰＴ制御における限界電流変化速度ｄｉ／ｄｔ_{＿ｍｐｐｔ}を算出してよい。

よって、式（４）、式（５）を式（３）に代入して得られる以下の式（６）の条件を車両１００の車速ｖが満足すると、ＭＰＰＴ制御おける発電電流の変化が、想定する車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動に追従できなくなる。即ち、太陽電池パネル１０の出力電力が安定しなくなるおそれがある。

ここで、太陽電池パネル１０の出力電力を安定させるためには、ＭＰＰＴ制御における発電電流の変化が、車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動に追従できなくなる車速より閾値ｖ_ｔｈを低く設定する必要がある。即ち、本例の場合、閾値ｖ_ｔｈは、式（６）の右辺より低い値に設定するとよい。

このように、ＭＰＰＴ制御における限界電流変化速度と想定する車両１００の挙動による電流変化速度を比較し、車両１００の挙動による電流変化速度がＭＰＰＴ制御における限界電流変化速度以上になる車両１００の車速より閾値ｖ_ｔｈを低く設定する。これにより、ＭＰＰＴ制御における発電電流の変化が、車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動に追従できない車両１００の車速範囲全体に対して、ＭＰＰＴ制御における電流制御範囲を限定（上限電流値ｉ_ｌｍｔを設定）し、太陽電池パネル１０の出力電力を安定させることができる。

なお、閾値ｖ_ｔｈを決定するためのパラメータのうち、日射角θは、日付、時刻、車両１００の位置（緯度）、進行方向等によって変化するため、閾値ｖ_ｔｈは、日付、時刻、車両１００の進行方向、位置（緯度）に応じて、適宜、変更されるとよい。例えば、日射角θと日付、時刻、車両１００の位置（緯度）、進行方向との対応関係を示す対応マップを予め制御部４０の内部メモリ等に格納する。そして、制御部４０は、ＧＰＳ受信機（不図示）により受信されたＧＰＳ信号から算出された車両１００の位置、進行方向、時刻や車両１００に搭載された時計（不図示）からの日付、時刻に基づき、対応マップを用いて、日射角θを決定し、決定した日射角θに応じて、閾値ｖ_ｔｈを設定してよい。

また、日照条件（日射角θ等）の変化によって、太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性が変化するため、日照条件（日射角θ等）の変化に応じて、短絡電流ｉ_ｓｃ、ＭＰＰ電流ｉ_ｍｐｐを変化させるとよい。例えば、日照条件（日射角θ等）と短絡電流ｉ_ｓｃ、ＭＰＰ電流ｉ_ｍｐｐとの対応関係を示すマップを予め制御部４０の内部メモリ等に格納し、日射角θ等の変化に応じて、短絡電流ｉ_ｓｃ、ＭＰＰ電流ｉ_ｍｐｐを変化させるとよい。また、日照条件は、車両１００の外部の情報センタ等から所定の無線通信回線を通じて取得可能な態様であってもよい。

ここで、図７は、式（６）の右辺の値を閾値ｖ_ｔｈに設定した場合における凸形状の段差の高さｈと閾値ｖ_ｔｈの関係を示すグラフであり、下表に示す条件を前提としている。図中の各点は、段差の高さｈが５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、８０ｍｍ、９０ｍｍ、１００ｍｍの場合における閾値ｖ_ｔｈを表している。

図７に示すように、凸形状の段差の高さｈが高くなるにつれて、閾値ｖ_ｔｈを低く設定する必要があることが分かる。即ち、想定する凸形状の段差の高さｈが高くなる程、より低い速度で、ＭＰＰＴ制御における電流制御範囲を上限値ｉ_ｌｍｔ以下に制限する必要がある。

例えば、段差の高さｈが２０ｍｍの場合、閾値ｖ_ｔｈは、約８５ｋｍ／ｈであるが、段差の高さｈが５０ｍｍの場合、閾値ｖ_ｔｈは、約６１ｋｍ／ｈとなり、段差の高さｈが８０ｍｍの場合、閾値ｖ_ｔｈは、約４８ｋｍ／ｈまで下がってくる。

このように、路面の凹凸による車両１００の挙動（段差への乗り上げ）に伴う太陽電池パネル１０への日射角の変化に基づき発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性変動を想定して閾値ｖ_ｔｈを適切に設定するためには、段差の高さｈを適切に設定する必要がある。例えば、国や地域によって、道路の整備状況等が異なるため、仕向け等に応じて、段差の高さｈを設定してよい。また、同じ国や地域であっても、走行する道路の種別等によって、道路の整備状況等が異なるため、例えば、主要な道路について規定した段差の高さｈや道路種別に応じて規定した段差の高さｈを予め制御部４０の内部メモリ等に格納する。そして、制御部４０は、ＧＰＳ受信機（不図示）により受信されたＧＰＳ信号から算出された車両１００の位置に対応する道路情報をナビゲーション装置（不図示）から受信し、受信した道路情報に基づき、段差の高さｈを設定してよい。また、車両１００が走行中の道路における段差の高さｈに関する情報は、車両１００の外部の情報センタ等から所定の無線通信回線を通じて取得可能な態様であってもよい。

上限電流値ｉ_ｌｍｔは、太陽電池パネル１０の出力電力を安定させるため、車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動後であっても、太陽電池パネル１０の出力電力が０にならない値に設定される必要がある。即ち、上限電流値ｉ_ｌｍｔは、想定する車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動後における短絡電流より小さい値に設定するとよい。即ち、上述したように、太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性における短絡電流は、太陽電池パネル１０への日射強度に略比例するため、上限電流値ｉ_ｌｍｔは、以下の式（７）の条件を満たす値に設定するとよい。

なお、式（７）の右辺（想定する車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動後における短絡電流）は、上述したように、日射角以外の要素（太陽電池パネル１０の構造に起因する光の反射率、透過率の変化等）を考慮して算出してもよい。即ち、日射角以外の要素（太陽電池パネル１０の構造に起因する光の反射率、透過率の変化等）を考慮して、上限電流値ｉｌｍｔを設定してもよい。また、上限電流値ｉｌｍｔは、想定する車両１００の挙動が路面の凹凸によるもの以外の場合についても同様の手法で設定することができる。即ち、想定する車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動前における日射角（式（７）におけるθ）と変動後における日射角（式（７）におけるθ−β）に基づき、式（７）を用いて設定することができる。

図８は、上限電流値ｉ_ｌｍｔと車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動後の動作点との関係を示す図である。なお、太い実線は、変動前の太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の曲線を表し、一点鎖線は、変動後の太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の曲線を表す。また、各ｉ−Ｖ出力特性に対応する白抜きの丸は、太陽電池パネル１０の変動前の動作点と変動後の動作点を表す。

図８に示すように、上限電流値ｉ_ｌｍｔを太陽電池パネル１０の変動後のｉ−Ｖ出力特性における短絡電流より小さい値に設定することで、仮に、太陽電池パネル１０の発電電流を上限電流値ｉ_ｌｍｔになるようにＭＰＰＴ制御している場合であっても、変動後の動作点の発電電圧が０にならない。即ち、車両１００に搭載された太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動によって、太陽電池パネル１０の出力電力が０になることを防止し、太陽電池パネル１０の出力電力を安定させることができる。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、図５、６を用いて説明した具体例では、太陽電池パネル１０が平面形状であったが、曲面形状（例えば、ルーフパネルの曲面に沿った形状）であってもよい。この場合、車両１００の挙動に応じて発生する太陽電池パネル１０のｉ−Ｖ出力特性の変動（短絡電流の低下）は、太陽電池パネル１０を構成する太陽電池セルのうち、日射角が最も小さい太陽電池セルにより規定される。

また、上述した実施形態では、具体例として、車両１００の一部の車輪が路面の段差に乗り上げた（落ち込んだ）場合の車両１００の挙動による影響に基づいて、閾値ｖ_ｔｈ、上限電流値ｉ_ｌｍｔを設定したが、他の車両１００の挙動を想定して閾値ｖ_ｔｈ、上限電流値ｉ_ｌｉｍを設定してもよい。例えば、太陽電池パネル１０への日射角が急変化する車両１００の挙動として、急減速や路面斜度の急変化等を想定して、閾値ｖ_ｔｈ、上限電流値ｉ_ｌｍｔを設定してもよい。

１ 太陽電池制御装置
１０ 太陽電池パネル
２０ ＭＰＰＴコンバータ（負荷回路）
２１ 電力変換回路
２２ 駆動回路
２３ 電流センサ
２４ 電圧センサ
３０ 車速センサ
４０ 制御部
４１ ＭＰＰＴ制御部
４２ 監視部
５０ 出力先装置
１００ 車両

Claims (3)

1. 車両に搭載された太陽電池と、
   前記車両の車速を検出する車速検出部と、
   前記太陽電池に接続され、入力される前記太陽電池の発電電流を制御可能に構成された負荷回路と、
   前記負荷回路を制御することにより前記太陽電池の発電電流を変化させながら前記太陽電池の最大電力点を探索するＭＰＰＴ制御を実行する制御部であって、前記車速検出部により検出された前記車両の車速が所定速度より高い場合、前記発電電流を所定の上限値以下の範囲で変化させながら前記ＭＰＰＴ制御を実行する制御部を備え、
   前記所定速度は、
   走行中における前記車両の挙動に伴う前記太陽電池への日射角の変化に応じて発生する前記太陽電池の発電電流及び発電電圧の出力特性変動に対して、前記ＭＰＰＴ制御における前記発電電流の変化が追従できなくなる前記車両の車速より低く設定され、
   前記所定の上限値は、
   前記出力特性変動により低下する前記太陽電池の短絡電流より小さい値に設定されることを特徴とする、
   太陽電池制御装置。
2. 前記出力特性変動は、
   前記車両が走行する路面の凹凸による前記車両の挙動に伴う前記太陽電池への日射角の変化に基づいて発生することを特徴とする、
   請求項１に記載の太陽電池制御装置。
3. 前記所定の上限値は、
   前記日射角の変化の前後それぞれにおける前記太陽電池への日射角に基づき設定されることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の太陽電池制御装置。

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