電力変換装置
【課題】太陽電池により充電されるバッテリの過充電を抑制する電力変換装置を提供する。
【解決手段】 バッテリと、太陽電池と、太陽電池からの電力を、バッテリを充電する充電電力に変換する電力変換器と、バッテリの電圧を検出する電圧センサと、電力変換器による電力変換を停止させる電力変換停止時間を制御する電力変換器制御手段とを備え、電力変換器制御手段は、電力変換停止時間中に、電圧センサにより検出された検出電圧に基づいて、電力変換器の再駆動を判断する。
【解決手段】 バッテリと、太陽電池と、太陽電池からの電力を、バッテリを充電する充電電力に変換する電力変換器と、バッテリの電圧を検出する電圧センサと、電力変換器による電力変換を停止させる電力変換停止時間を制御する電力変換器制御手段とを備え、電力変換器制御手段は、電力変換停止時間中に、電圧センサにより検出された検出電圧に基づいて、電力変換器の再駆動を判断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池と、バッテリと、電気式制御装置と、車輌の運行中のみ閉じられて電気式制御装置へ電流を供給してこれを作動させる主スイッチとを有する車輌にして、主スイッチが開かれている間に太陽電池によりバッテリに充電された電力を積算する電力積算計を有し、電気式制御装置は、主スイッチが閉じられた当初に、電力積算計による電力積算値に基づいてバッテリの充電状態を補正する車両が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４０５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、太陽電池から出力される電流値は低く、充電状態を補正するための電力積算値の変化量が小さいため、バッテリの充電状態を正確に検出できず、バッテリが過充電になる可能性があった。
【０００５】
本発明は、太陽電池により充電されるバッテリの過充電を抑制する電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、太陽電池からの電力を、バッテリを充電する充電電力に変換する電力変換器を備え、電力変換停止時間中に、電圧センサにより検出された検出電圧に基づいて、電力変換器の再駆動を判断することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、太陽電池からの電力によりバッテリを充電していない状態で、当該バッテリの電圧を検出し、検出電圧に基づいてバッテリへの充電電力が制御されるため、太陽電池からの出力電力の大きさに関わらず、バッテリを管理することができ、その結果として、バッテリが過充電されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換装置を含む車両のブロック図である。
【図２】図１の電力変換装置のフローチャートである。
【図３】図２のＰＣＳ停止制御のフローチャートである。
【図４】図２のＰＣＳ駆動再開制御のフローチャートである。
【図５】本発明の変形例に係る電力変換装置を含む車両のブロック図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る電力変換装置のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
《第１実施形態》
図１は、発明の実施形態に係る電力変換装置を含む車両のブロック図である。以下、本例の電力変換装置を電気自動車に適用した例を挙げて説明するが、本例の電力変換装置は、例えばハイブリッド自動車等の電気自動車以外の車両にも適用可能である。
【００１１】
図１に示すように、本例の車両は、太陽電池１と、直並列切替回路２と、出力切替回路３と、ＰＣＳ４と、バッテリ５と、充電ポート６と、充電器７と、インバータ８と、モータ９と、バッテリ１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、電流センサ１２と、電圧センサ１３と、コントローラ２０とを備えている。太陽電池１ａ、１ｂは、例えば車両のルーフパネルに設けられ、太陽エネルギーを電力に変換する電力機器である。太陽電池１ａ及び太陽電池１ｂは、それぞれの出力を独立させて、直並列切替回路２に接続されている。
【００１２】
直並列切替回路２は、スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃを備え、太陽電池１ａ、１ｂと出力切替回路３との間に接続されている。スイッチ２ａ、スイッチ２ｂ及びスイッチ２ｃは直列に接続され、太陽電池１ａの出力のうちＰ側の出力線がスイッチ２ｃの高電位側の端子に接続され、太陽電池１ａの出力のうちＮ側の出力線がスイッチ２ａとスイッチ２ｂとの接続点に接続され、太陽電池１ｂの出力のうちＰ側の出力線がスイッチ２ｂとスイッチ２ｃとの接続点に接続され、太陽電池１ａの出力のうちＮ側の出力線がスイッチ２ａの低電位側の端子に接続されている。そして、スイッチ２ａ及びスイッチ２ｃがオンになると、太陽電池１ａ及び太陽電池１ｂは並列接続の状態となり、スイッチ２ｂがオンになると、太陽電池１ａ及び太陽電池１ｂは直列接続の状態となる。直並列切替回路２は、コントローラ２０からの制御信号に基づいて、スイッチ２ａ〜２ｃのオン及びオフを切り替えることで、太陽電池１ａ及び太陽電池１ｂの接続状態を切り替える回路となる。
【００１３】
出力切替回路３は、スイッチ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを備え、直並列切替回路２と、低電圧バッテリ１０及びＰＣＳ４との間に接続されている。スイッチ３ａとスイッチ３ｂ、及び、スイッチ３ｃとスイッチ３ｄにより、それぞれリレースイッチを構成している。スイッチ３ａ及びスイッチ３ｂがオンになると、太陽電池１ａ、１ｂから出力される電力は直並列切替回路２を介してＰＣＳ４に入力され、スイッチ３ｃ及びスイッチ３ｄがオンになると、太陽電池１ａ、１ｂから出力される電力は直並列切替回路２を介して太陽電池１０に入力される。また後述するように、ＰＣＳ４はバッテリ５と接続されているため、スイッチ３ａ及びスイッチ３ｂがオンになると、太陽電池１ａ、１ｂから出力される電力はバッテリ５へ供給可能な状態となる。すなわち、出力切替回路３は、バッテリ制御部２０からの制御信号に基づき、スイッチ３ａ〜３ｄのオン及びオフを切り替えることで、太陽電池１ａ、１ｂからの出力をＰＣＳ４介してバッテリ５に供給する回路と、太陽電池１ａ、１ｂからの出力をバッテリ１０に供給する回路とを切り替える。
【００１４】
ＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）４は、太陽電池１ａ、１ｂから出力される電力を変換する変換回路を含む電力変換システムであり、太陽電池１ａ、１ｂの最大電力点を追従するＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ：最大電力追従制御）制御を行う回路である。ＰＣＳ４は、出力切替回路３とバッテリ５との間に接続され、太陽電池１ａ、１ｂから出力される電力を昇圧して、バッテリ５の充電電力として、バッテリ５に供給する。ＰＣＳ４には、例えば、昇圧チョッパ、整流回路及びＤＣ／ＤＣコンバータ等が設けられている。昇圧チョッパに含まれるトランジスタは、コントローラ２０からのスイッチング信号に基づきオン及びオフを切り替える。そして、トランジスタのスイッチング波形のデューティ比がコントローラ２０により設定されることで、ＰＣＳ４は、変換回路からの出力電圧をほぼ一定に維持しつつ、ＰＣＳ４の入力電圧の動作点を操作し、太陽電池１ａ、１ｂの発電電力を制御する。また、ＰＣＳ４、バッテリ５を含む高電圧回路と、低電圧回路とを絶縁可能な絶縁型の回路である。
【００１５】
バッテリ５は、複数の二次電池により構成され、車両の駆動源となり、後述するバッテリ１０と比較して、高電圧のバッテリである。バッテリ５は、ＰＣＳ４に接続され、またインバータ８を介してモータ９に接続されている。またバッテリ５は、外部電源からの電力により充電可能なバッテリであり、充電器７を介して、充電ポート６に接続されている。充電ポート６は、外部からの充電コネクタと接続可能な充電口であり、充電器７と配線を介して接続されている。また当該充電コネクタは、家庭用の交流電源等の商用電力系統の電源等に接続される。
【００１６】
充電器７は、入力側を充電ポート６に接続され、出力側をバッテリ５に接続されている。充電器３は、外部電源からの電力を、バッテリ５を充電するための充電電力に変換し、バッテリ５に供給しバッテリ５を充電する。充電器５の充電制御は、コントローラ２０により行われる。また充電器７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を介して、バッテリ１０に接続され、コントローラ２０の制御信号に基づいて、バッテリ１０を充電する。
【００１７】
インバータ８は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のスイッチング素子を複数備え、平滑用のコンデンサ等を備えている。インバータ８は、コントローラ２０から送信されるスイッチング信号に基づき、当該スイッチング素子をＰＷＭ制御することで、バッテリ５から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータ９の各相に提供する。また、インバータ８は、モータ９の回生によりモータ９から供給される電力を変換して、バッテリ５に供給する。モータ９は、例えば三相交流モータであり、インバータ８に接続されている。
【００１８】
バッテリ１０は、複数の二次電池により構成され、車両のヘッドライトやオーディオ機器などの補機類を運転させるための電力源となり、バッテリ５と比較して、低電圧のバッテリである。バッテリ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及び出力切替回路３に接続されている。バッテリ１０は、太陽電池１ａ、１ｂから供給される電力及び外部電源からの電力により充電される。また、バッテリ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を介してバッテリ５に接続され、バッテリ５の電力をバッテリ１０に供給することで充電される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、バッテリ５とバッテリ１０との間、及び、充電器７とバッテリ１０との間に接続され、バッテリ５からの電力を変換してバッテリ１０へ供給し、充電器７からの電力を変換してバッテリ１０へ供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、コントローラ２０から送信される制御信号に基づいて、バッテリ１０と、バッテリ５及び充電器７との間の導通状態を切り替える。
【００１９】
電流センサ１２及び電圧センサ１３は、バッテリ５の電流及び電圧をそれぞれ検出するセンサであって、バッテリ５に接続されている。それぞれのセンサの検出値は、コントローラ２０に送信され、コントローラ２０は、当該検出値に基づいてバッテリ５の状態を管理する。
【００２０】
コントローラ２０は、切替回路制御部２１と、ＰＣＳ制御部２２と、ＳＯＣ推定部２３と、メモリ２４と、バッテリコントローラ２５とを備えている。コントローラ２０は、本例の電力変換装置の全体を制御する回路であり、太陽電池１ａ、１ｂによるバッテリ５及びバッテリ１０の充電制御、外部電源からのバッテリ５及びバッテリ１０の充電制御、バッテリ５とバッテリ１０との間における電力受給制御、及び、モータ９の駆動制御等を行う。
【００２１】
切替回路制御部２１は、直並列切替回路２に含まれるスイッチ２ａ〜２ｃのオン及びオフを制御する回路であり、太陽電池１ａ及び太陽電池１ｂを並列接続の状態と、直列接続の状態とを切り替える制御を行う。また、切替回路制御部２１は、出力切替回路３に含まれるスイッチ３ａ〜３ｄのオン及びオフを制御する回路であり、太陽電池１ａ、１ｂからの出力をバッテリ５に出力するか、バッテリ１０に出力するかを切り替える制御を行う。
【００２２】
ＰＣＳ制御部２２は、ＰＣＳ４を制御する制御部であり、ＰＣＳ４の駆動時間及び停止時間を設定する。またＰＣＳ制御部２２は、ＰＣＳ４の入力側に接続された電圧センサ（図示しない）から、太陽電池１ａ、１ｂからＰＣＳ４に入力する入力電圧を検出し、検出電圧をメモリ２４に記憶する。
【００２３】
ＳＯＣ推定部２３は、電圧センサ５の検出電圧に基づき、バッテリ５の充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を推定する。なお、ＳＯＣ推定部２３によるＳＯＣの推定制御は後述する。バッテリコントローラ２５は、バッテリ５及びバッテリ１０の過充電及び過放電を防ぐよう、バッテリ５のＳＯＣ及びバッテリ１０のＳＯＣを管理する。バッテリコントローラ２５は、ＳＯＣを８０パーセント推定部２３により推定されたＳＯＣに基づきバッテリ５の状態を管理する。バッテリ１０の管理の際には、バッテリコントローラ２５は、例えば、バッテリ１０の入出力電流を検出するセンサ（図示しない）から、電流積算値を算出し、当該電流積算値からＳＯＣを算出する。
【００２４】
バッテリコントローラ２５には、バッテリ５及びバッテリ１０の満充電を示す上限値が予め設定されており、ＳＯＣ０及びＳＯＣ１が設定されている。上限値（ＳＯＣ０）は外部電源により充電器７を介してバッテリ５を充電する場合における、バッテリ５のＳＯＣの上限を示す値である。また、上限値（ＳＯＣ１）は太陽電池１ａ、１ｂによりバッテリ５を充電する場合における、バッテリ５のＳＯＣの上限を示す値である。そして、バッテリコントローラ２５は、外部電源による充電の際に、バッテリ５のＳＯＣが上限値（ＳＯＣ０）より高くなった場合には、バッテリ５を過充電から防ぐために、コントローラ２０に制御信号を送信し、コントローラ２０はバッテリ５の充電を終了する。
【００２５】
バッテリコントローラ２５には、バッテリ１０の満充電を示す上限値が予め設定されており、ＳＯＣ２が設定されている。上限値（ＳＯＣ２）はバッテリ１０のＳＯＣの上限を示す値である。バッテリコントローラ２５は、バッテリ１０の充電において、バッテリ１０のＳＯＣが上限値（ＳＯＣ２）より高くなった場合には、バッテリ１０を過充電から防ぐために、コントローラ２０に制御信号を送信し、コントローラ２０はバッテリ１０の充電を終了する。
【００２６】
またバッテリコントローラ２５には、バッテリ５の容量の下限値を示す閾値が予め設定されており、バッテリの容量が下限値より低くならないように、バッテリ５及びバッテリ１０を管理し、バッテリ５及びバッテリ１０の過放電を防ぐ。
【００２７】
次に、本例の電力変換装置の制御内容を説明する。まず、外部電源による充電について説明する。コントローラ２０は、充電ポート６に充電コネクタが接続されたことを検出すると、外部電源によりバッテリ５を充電するための制御を開始する。コントローラ２０は、充電器７を制御し、外部電源から供給される電力をバッテリ５の充電に適した電力に変換して、バッテリ５に供給する。コントローラ２０は、外部電源によりバッテリ５を充電している場合には、切替回路制御部２１によりスイッチ３ａ、３ｂをオフにして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を遮断状態にして、充電器７からの出力が太陽電池１ａ、１ｂに入力されない状態にする。
【００２８】
コントローラ２０は、バッテリコントローラ２５により、バッテリ５の充電中、電圧センサ１３の検出電圧及び電流センサ１２の検出電流から、バッテリ５のＳＯＣを算出し、バッテリ５のＳＯＣを管理する。なお、外部電源によりバッテリ５を充電している場合において、ＳＯＣの算出方法は、例えば、検出電流の積算値から算出すればよい。
【００２９】
そして、バッテリ５のＳＯＣがＳＯＣ０より高くなると、バッテリコントローラ２５はバッテリ５の容量が満充電に達したと判断し、コントローラ２０は、充電器７を制御して、バッテリ５の充電を終了する。
【００３０】
次に、太陽電池１ａ、１ｂの充電について説明する。コントローラ２０は、バッテリ５を充電する際には、切替回路制御部２１により、スイッチ２ｂをオンに、スイッチ２ａ、２ｃをオフにして、太陽電池１ａ、１ｂを直列接続の状態に切り替える。またコントローラ２０は、切替回路制御部２１によりスイッチ３ａ、３ｂをオンに、スイッチ３ｃ、３ｄをオフにして、直列接続状態の太陽電池１ａ、１ｂの出力をＰＣＳ４に入力する。これにより、太陽電池１ａ、１ｂからの出力電圧を高くし、ＰＣＳ４への入力電流を下げることで、ＰＣＳ４における電力変換の際の損失を低減させる。
【００３１】
コントローラ２０は、ＰＣＳ制御部２２により、ＭＰＰＴ制御により太陽電池１ａ、１ｂの発電電力点を最大発電電力点に近づけるよう、ＰＣＳ４を駆動させる。そして、コントローラ２０は、ＰＣＳ４から出力される電力を、バッテリ５に供給する。
【００３２】
コントローラ２０は、バッテリ５の充電制御中、所定の周期で、ＰＣＳ４を停止させる制御を行う。すなわち、ＰＣＳ制御部２２には、ＰＣＳ４の駆動時間と、ＰＣＳ４の電力変換停止時間とが予め設定されており、駆動時間と電力変換停止時間とを繰り返すことで、周期的に、ＰＣＳ４を駆動させて、ＰＣＳ４を停止させる。ＰＣＳ４が駆動している場合には、ＰＣＳ４から電力が出力され、バッテリ５が充電されている状態となる。一方、ＰＣＳ４が停止している場合には、ＰＣＳ４による電力変換が停止され、ＰＣＳ４から電力が出力されず、バッテリ５は充電されていない状態となる。
【００３３】
そして、コントローラ２０は、電力変換停止時間中に、電圧センサ１３からバッテリ５の検出電圧を取得して、ＳＯＣ推定部２３により、バッテリ５のＳＯＣを推定する。ＳＯＣ推定部２３には、バッテリ５の開放電圧とバッテリのＳＯＣとの相関性を示すマップが格納されている。電力変換停止時間中、バッテリ５には電力が供給されておらず、バッテリ５は無負荷状態となる。そのため、電圧センサ１３により検出される電圧は開放電圧相当する。ゆえに、ＳＯＣ推定部２３は、電力変換停止時間中の検出電圧から、格納されているマップを参照することで、バッテリ５のＳＯＣを推定する。
【００３４】
また、コントローラ２０は、駆動時間から電力変換停止時間に切り替える際に、ＰＣＳ４への入力電圧をメモリ２４に記憶する。すなわち、コントローラ２０は、電力変換停止時間の直前に、メモリ２４にＰＣＳ４の入力電圧を記憶する。
【００３５】
コントローラ２０は、バッテリコントローラ２５により、ＳＯＣ推定部２３の推定ＳＯＣとＳＯＣ１とを比較して、推定ＳＯＣがＳＯＣ１より低い場合には、バッテリ５を継続して充電可能であると判断し、ＰＣＳ４の駆動時間を開始させて、ＰＣＳ４を再駆動させる。再駆動の際に、コントローラ２０は、メモリ２４に記憶された入力電圧に基づいて、ＭＰＰＴ制御にてＰＣＳ４を駆動させる。これにより、ＭＰＰＴ制御を行う場合に、ＰＣＳ制御部２２は、初期のＰＣＳ４の駆動状態から最大電力点を探索しなくてもよいため、探索時間を短縮化することができる。そして、設定された駆動時間が経過すると、コントローラ２０は、再びＰＣＳ４を停止して、バッテリのＳＯＣを推定する。
【００３６】
一方、コントローラ２０は、バッテリコントローラ２５により、電力変換停止時間中の検出電圧に基づく推定ＳＯＣがＳＯＣ１より高くなった場合には、バッテリ５が満充電に達したと判断して、太陽電池１ａ、１ｂによるバッテリ５の充電制御を終了させる。
【００３７】
コントローラ２０は、バッテリ５が満充電に達している場合には、太陽電池１ａ、１ｂによりバッテリ１０を充電する。コントローラ２０は、バッテリ１０を充電する際には、切替回路制御部２１により、スイッチ２ｂをオフに、スイッチ２ａ、２ｃをオンにして、太陽電池１ａ、１ｂを並列接続の状態に切り替える。またコントローラ２０は、切替回路制御部２１によりスイッチ３ｃ、３ｄをオンに、スイッチ３ａ、３ｂをオフにして、直列接続状態の太陽電池１ａ、１ｂの出力をバッテリ１０に入力する。太陽電池１ａ、１ｂからの出力は、電圧変換等されずに、バッテリ１０に入力されるため、電力変換の際の損失が低減される。
【００３８】
コントローラ２０は、バッテリ１０の充電中、バッテリコントローラ２５により、バッテリ１０のＳＯＣを管理し、ＳＯＣがＳＯＣ２より高くなった場合には、バッテリ１０が満充電に達したと判断して、太陽電池１ａ、１ｂによるバッテリ１０の充電制御を終了させる。
【００３９】
次に、図２を用いて、本例の電力変換装置の制御手順を説明する。図２は、本例の電力変換装置の制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ１にて、コントローラ２０は、充電ポート６への充電コネクタの接続状態や、太陽電池１ａ、１ｂの発電状態など、バッテリ５、バッテリ１０を充電に関する情報を取得する。ステップＳ２にて、コントローラ２０は、充電ポート６の接続状態、充電器７の制御状態等に基づいて、外部電源によりバッテリ５が充電中であるか否かを検出する。ステップＳ３にて、外部電源による充電中である場合には、バッテリコントローラ２５は、電流センサ１２からバッテリ５の電流を検出する。
【００４０】
ステップＳ４にて、バッテリコントローラ２５は、ステップＳ３の検出電流を積算することで、バッテリ５のＳＯＣを演算する。ステップＳ５にて、バッテリコントローラ２５は、ステップＳ４のＳＯＣと、ＳＯＣ０とを比較して、バッテリ５が満充電に達したか否かを検出する。演算されたＳＯＣがＳＯＣ０以下である場合には、ステップＳ３に戻る。演算されたＳＯＣがＳＯＣ０より高い場合には、ステップＳ６に遷る。
【００４１】
ステップＳ２に戻り、外部電源による充電中でない場合には、ステップＳ２１にて、コントローラ２０は、切替回路制御部２１により、直並列切替回路２を制御して太陽電池１ａ、１ｂを直列状態にし、出力切替回路３を制御して太陽電池１ａ、１ｂの出力をＰＣＳ４に入力する回路に切り替え、ＰＣＳ制御部２２により、ＭＰＰＴ制御でＰＣＳ４を駆動させて、バッテリ５の充電を開始する。またＰＣＳ制御部２２は、ＰＣＳ４を駆動させる際に、図示しないタイマーをゼロに設定して、駆動時間を計時するためのカウントを開始する。ステップＳ２２にて、ＰＣＳ制御部２２は、カウントしているタイマ（Ｔ）と、駆動時間に相当する閾値時間（Ｔ０）とを比較する。タイマ（Ｔ）が閾値時間（Ｔ０）より小さい場合には、駆動時間内になるため、ステップＳ２２１にて、タイマ（Ｔ）をインクリメントし、ステップＳ２２に戻る。一方、タイマ（Ｔ）が閾値時間（Ｔ）以上である場合には、ステップＳ２３に遷る。これにより、コントローラ２０は、所定の周期毎に、設定された駆動時間でバッテリ５を充電する。
【００４２】
ステップＳ２３にて、ＰＣＳ制御部２２は、駆動時間（Ｔ０）を経過すると、電力変換停止時間に遷り、図３に示すように、ＰＣＳ停止制御を行う。図３はＰＣＳ停止制御の制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ２３１にて、ＰＣＳ制御部２２は、ＰＣＳ４に、回路を停止させるための指令信号を送信する。当該指令信号を受信したＰＣＳ４は回路の駆動を停止する。ステップＳ２３２にて、ＰＣＳ４は回路の駆動を停止する際に、停止直前の入力電圧を図示しないセンサにより検出し、コントローラ２０に送信する。ＰＣＳ制御部２２は、ＰＣＳ４からの信号から、ＰＣＳ４の入力電圧を検出する。ステップＳ２３３にて、ＰＣＳ制御部２２は、検出した入力電圧をメモリ２４に記憶し、ステップＳ２４に遷る。
【００４３】
ステップＳ２４にて、ＳＯＣ推定部２３は、電流センサ１２の検出値から、電力変換停止時間のバッテリ５の電圧を検出する。ステップＳ２５にて、ＳＯＣ推定部２３は、検出電圧をマップに参照することで、バッテリ５のＳＯＣを推定する。ステップＳ２６にて、バッテリコントローラ２５は、推定されたＳＯＣと、ＳＯＣ１とを比較する。推定ＳＯＣがＳＯＣ１以下である場合には、バッテリコントローラ２５は満充電に達していないと判断し、ＰＣＳ制御部２２は、図４に示すように、ＰＣＳ駆動再開制御を行う（ステップＳ２７）。
【００４４】
図４は、ＰＣＳ駆動再開制御の制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ２７１にて、ＰＣＳ制御部２２は、ステップＳ２３３で記憶された入力電圧をメモリ２４から読み出す。ステップＳ２７２にて、ＰＣＳ制御部２２は、読み出した入力電圧に基づいて、ＭＰＰＴ制御を行うための、太陽電池１ａ、１ｂの最大電力点を探索して、ＰＣＳ４を駆動させる条件を設定する。ステップＳ２７３にて、ＰＣＳ制御部２２は、ステップＳ２７２で設定された駆動条件を含む信号をＰＣＳ４に送信し、ＰＣＳ４は、当該駆動条件の下、回路を再駆動させ、ステップＳ２１に戻る。これにより、ＰＣＳ制御部２２は、電力変換停止時間を経過後に、ＰＣＳ４を再駆動させ、駆動時間のカウントを開始する。
【００４５】
ステップＳ２６に戻り、推定ＳＯＣがＳＯＣ１より高い場合には、バッテリ５が満充電に達したと判断して、ステップＳ６にて、コントローラ２０は、切替回路制御部２１により、直並列切替回路２を制御して太陽電池１ａ、１ｂを並列状態にし、出力切替回路３を制御して太陽電池１ａ、１ｂの出力をバッテリ１０に入力する回路に切り替え、バッテリ１０の充電を開始する。ステップＳ７にて、バッテリコントローラ２５は、図示しない電流センサ１２からバッテリ１０の電流を検出する。ステップＳ８にて、バッテリコントローラ２５は、ステップＳ７の検出電流を積算することで、バッテリ１０のＳＯＣを演算する。ステップＳ９にて、バッテリコントローラ２５は、ステップＳ７のＳＯＣと、ＳＯＣ２とを比較して、バッテリ１０が満充電に達したか否かを検出する。演算されたＳＯＣがＳＯＣ２以下である場合には、ステップＳ７に戻る。演算されたＳＯＣがＳＯＣ２より高い場合には、バッテリ１０が満充電に達したとして、本例の制御を終了する。
【００４６】
上記のように、本例は、電力変換停止時間にＰＣＳ４の回路駆動を停止させて、電力変換停止時間中に、電圧センサ１２により検出された検出電圧に基づいて、ＰＣＳ４の再駆動を判断する。これにより、本例は、太陽電池１ａ、１ｂによる充電中のバッテリ５の電圧を、無負荷時に検出することができる。そして、当該電圧に基づいて、ＰＣＳ４の再駆動を判断するため、バッテリ５が上限値を超えることを防止し、バッテリ５の過充電を防ぐことができる。
【００４７】
本例とは異なり、太陽電池１ａ、１ｂによる充電中に、バッテリ５の検出電流の積算値からバッテリ５のＳＯＣを演算して、バッテリ５の充電を制御した場合には、太陽電池１ａ、１ｂから出力される電流値は微弱であるため、バッテリ５のＳＯＣを正確に検出することができず、バッテリ５が過充電に陥る可能性がある。また、太陽電池１ａ、１ｂからの微弱な出力電流の変化を検出するために、センサの分解能を高くすることも考えられるが、電流センサ１２のコストが高くなると問題があった。
【００４８】
本例では、駆動中のＰＣＳ４を停止した上で、バッテリ５の電圧を検出し、検出電圧に基づいて、ＰＣＳ４を再駆動させるか否か、バッテリ５の充電を継続させるか否かを判断するため、バッテリ５の状態の検出精度を高めることができ、バッテリ５の過充電を防ぐことができる。
【００４９】
また本例は、電力変換停止時間中に、電圧センサ１２により検出された検出電圧に基づいて、バッテリ５のＳＯＣを推定し、推定されたＳＯＣがＳＯＣ１より高い場合に、ＰＣＳ４の再駆動を禁止する。これにより、バッテリのＳＣＯの検出精度を高めることができ、バッテリ５の過充電を防ぐことができる。
【００５０】
また本例は、電力変換停止時間中に、電圧センサ１２により検出された検出電圧に基づいて、バッテリ５のＳＯＣを推定し、推定されたＳＯＣがＳＯＣ１より低い場合に、ＰＣＳ４を再駆動させる。これにより、バッテリ５の充電量が不足している場合には、ＰＣＳ４を再駆動させることで、太陽電池１ａ、１ｂによる充電を継続させることができる。
【００５１】
また本例は、推定されたＳＯＣがＳＯＣ１より高い場合には、太陽電池１ａ、１ｂの電力をバッテリ１０に供給する回路に切り替えて、太陽電池１ａ、１ｂによりバッテリ１０を充電する。これにより、太陽電池１ａ、１ｂの発電電力よるバッテリ１０の充電を直接行うことができ、長時間の駐車・運休中におこりうるバッテリ１０の充電量の低下を防ぐことができる。また、車両の運転時にはバッテリ１０からの電力供給によって制御が開始することから、バッテリ１０の充電量低下による起動不能を避けることができる。
【００５２】
また本例は、電力変換停止時間の直前にメモリ２４に記憶された入力電圧に基づいて、ＰＣＳ４を電力変換停止時間の後に駆動させる。これにより、ＰＣＳ４の停止前の太陽電池１ａ、１ｂの電力点に基づいて、発電を再開することができる。また、
ＭＰＰＴ制御を行う場合に、初期の運転状態から最大電力点を探索する時間を省くことができるため、速やかに最大電力点での発電が可能となり、発電効率を高めることができる。
【００５３】
なお、本例は、図５に示すように、直並列切替回路２を省略してもよい。図５は本例の変形例に係る電力変換装置を含む車両のブロック図である。
【００５４】
上記のＰＣＳ４が本発明の「電力変換器」に相当し、ＰＣＳ制御部２２が「電力変換器制御手段」に、ＳＯＣ推定部２３が「ＳＯＣ推定手段」に、直並列切替回路２及び出力切替回路３が「切替回路」に、切替回路制御部２１が「切替回路制御手段」に、メモリ２４が「記憶部」に、バッテリ５が「高電圧バッテリ」に、バッテリ１０が「低電圧バッテリ」に相当する。
【００５５】
《第２実施形態》
図６は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置の制御手順を示すフローチャートである。本例では、第１実施形態に対して、電力変換停止中に、太陽電池１ａ、１ｂによりバッテリ１０を充電する点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を援用する。
【００５６】
コントローラ２０は、ＰＣＳ制御部２２により、駆動時間から電力変換停止時間に遷る際に、ＰＣＳ４を停止し、切替回路制御部２１により、直並列切替回路２を制御して太陽電池１ａ、１ｂを並列状態にし、出力切替回路３を制御して太陽電池１ａ、１ｂの出力をバッテリ１０に入力する回路に切り替え、バッテリ１０の充電を開始する。これにより、電力変換停止時間中に、太陽電池１ａ、１ｂの発電電力でバッテリ１０を充電させることができる。
【００５７】
次に、図６を用いて、本例の電力変換装置の制御手順を説明する。図６は、本例の電力変換装置の制御手順を示すフローチャートである。図６に示すステップのうち、図１に示すステップと制御内容が同じステップについては、説明を省略する。
【００５８】
ステップＳ２３にて、ＰＣＳ停止制御を行った後に、ステップＳ２３１にて、切替回路制御部２１は、直並列切替回路２及び出力切替回路３を制御し、太陽電池１ａ、１ｂを並列接続の状態にして、太陽電池１ａ、１ｂの電力をバッテリ１０に供給する。また、バッテリコントローラ２５は、ステップＳ２３１による充電中に、第１実施形態と同様に、バッテリ１０の充電状態を管理する。
【００５９】
上記のように、本例は、電力変換停止時間中に、太陽電池１ａ、１ｂからの出力をバッテリ１０に供給する回路に切り替える。これにより、電力変換停止時間においても、太陽電池１ａ、１ｂの発電電力よるバッテリ１０の充電を直接行うことができ、長時間の駐車・運休中におこりうるバッテリ１０の充電量の低下を防ぐことができる。また、車両の運転時にはバッテリ１０からの電力供給によって制御が開始することから、バッテリ１０の充電量低下による起動不能を避けることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ａ、１ｂ…太陽電池
２…直並列切替回路
２ａ、２ｂ、２ｃ…スイッチ
３…出力切替回路
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…スイッチ
４…ＰＣＳ
５…バッテリ
６…充電ポート
７…充電器
８…インバータ
９…モータ
１０…バッテリ
１１…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２…電流センサ
１３…電圧センサ
２０…コントローラ
２１…ＰＣＳ制御部
２２…ＳＯＣ推定部
２３…切替回路制御部
２４…メモリ
２５…バッテリコントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池と、バッテリと、電気式制御装置と、車輌の運行中のみ閉じられて電気式制御装置へ電流を供給してこれを作動させる主スイッチとを有する車輌にして、主スイッチが開かれている間に太陽電池によりバッテリに充電された電力を積算する電力積算計を有し、電気式制御装置は、主スイッチが閉じられた当初に、電力積算計による電力積算値に基づいてバッテリの充電状態を補正する車両が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４０５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、太陽電池から出力される電流値は低く、充電状態を補正するための電力積算値の変化量が小さいため、バッテリの充電状態を正確に検出できず、バッテリが過充電になる可能性があった。
【０００５】
本発明は、太陽電池により充電されるバッテリの過充電を抑制する電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、太陽電池からの電力を、バッテリを充電する充電電力に変換する電力変換器を備え、電力変換停止時間中に、電圧センサにより検出された検出電圧に基づいて、電力変換器の再駆動を判断することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、太陽電池からの電力によりバッテリを充電していない状態で、当該バッテリの電圧を検出し、検出電圧に基づいてバッテリへの充電電力が制御されるため、太陽電池からの出力電力の大きさに関わらず、バッテリを管理することができ、その結果として、バッテリが過充電されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換装置を含む車両のブロック図である。
【図２】図１の電力変換装置のフローチャートである。
【図３】図２のＰＣＳ停止制御のフローチャートである。
【図４】図２のＰＣＳ駆動再開制御のフローチャートである。
【図５】本発明の変形例に係る電力変換装置を含む車両のブロック図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る電力変換装置のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
《第１実施形態》
図１は、発明の実施形態に係る電力変換装置を含む車両のブロック図である。以下、本例の電力変換装置を電気自動車に適用した例を挙げて説明するが、本例の電力変換装置は、例えばハイブリッド自動車等の電気自動車以外の車両にも適用可能である。
【００１１】
図１に示すように、本例の車両は、太陽電池１と、直並列切替回路２と、出力切替回路３と、ＰＣＳ４と、バッテリ５と、充電ポート６と、充電器７と、インバータ８と、モータ９と、バッテリ１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、電流センサ１２と、電圧センサ１３と、コントローラ２０とを備えている。太陽電池１ａ、１ｂは、例えば車両のルーフパネルに設けられ、太陽エネルギーを電力に変換する電力機器である。太陽電池１ａ及び太陽電池１ｂは、それぞれの出力を独立させて、直並列切替回路２に接続されている。
【００１２】
直並列切替回路２は、スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃを備え、太陽電池１ａ、１ｂと出力切替回路３との間に接続されている。スイッチ２ａ、スイッチ２ｂ及びスイッチ２ｃは直列に接続され、太陽電池１ａの出力のうちＰ側の出力線がスイッチ２ｃの高電位側の端子に接続され、太陽電池１ａの出力のうちＮ側の出力線がスイッチ２ａとスイッチ２ｂとの接続点に接続され、太陽電池１ｂの出力のうちＰ側の出力線がスイッチ２ｂとスイッチ２ｃとの接続点に接続され、太陽電池１ａの出力のうちＮ側の出力線がスイッチ２ａの低電位側の端子に接続されている。そして、スイッチ２ａ及びスイッチ２ｃがオンになると、太陽電池１ａ及び太陽電池１ｂは並列接続の状態となり、スイッチ２ｂがオンになると、太陽電池１ａ及び太陽電池１ｂは直列接続の状態となる。直並列切替回路２は、コントローラ２０からの制御信号に基づいて、スイッチ２ａ〜２ｃのオン及びオフを切り替えることで、太陽電池１ａ及び太陽電池１ｂの接続状態を切り替える回路となる。
【００１３】
出力切替回路３は、スイッチ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを備え、直並列切替回路２と、低電圧バッテリ１０及びＰＣＳ４との間に接続されている。スイッチ３ａとスイッチ３ｂ、及び、スイッチ３ｃとスイッチ３ｄにより、それぞれリレースイッチを構成している。スイッチ３ａ及びスイッチ３ｂがオンになると、太陽電池１ａ、１ｂから出力される電力は直並列切替回路２を介してＰＣＳ４に入力され、スイッチ３ｃ及びスイッチ３ｄがオンになると、太陽電池１ａ、１ｂから出力される電力は直並列切替回路２を介して太陽電池１０に入力される。また後述するように、ＰＣＳ４はバッテリ５と接続されているため、スイッチ３ａ及びスイッチ３ｂがオンになると、太陽電池１ａ、１ｂから出力される電力はバッテリ５へ供給可能な状態となる。すなわち、出力切替回路３は、バッテリ制御部２０からの制御信号に基づき、スイッチ３ａ〜３ｄのオン及びオフを切り替えることで、太陽電池１ａ、１ｂからの出力をＰＣＳ４介してバッテリ５に供給する回路と、太陽電池１ａ、１ｂからの出力をバッテリ１０に供給する回路とを切り替える。
【００１４】
ＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）４は、太陽電池１ａ、１ｂから出力される電力を変換する変換回路を含む電力変換システムであり、太陽電池１ａ、１ｂの最大電力点を追従するＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ：最大電力追従制御）制御を行う回路である。ＰＣＳ４は、出力切替回路３とバッテリ５との間に接続され、太陽電池１ａ、１ｂから出力される電力を昇圧して、バッテリ５の充電電力として、バッテリ５に供給する。ＰＣＳ４には、例えば、昇圧チョッパ、整流回路及びＤＣ／ＤＣコンバータ等が設けられている。昇圧チョッパに含まれるトランジスタは、コントローラ２０からのスイッチング信号に基づきオン及びオフを切り替える。そして、トランジスタのスイッチング波形のデューティ比がコントローラ２０により設定されることで、ＰＣＳ４は、変換回路からの出力電圧をほぼ一定に維持しつつ、ＰＣＳ４の入力電圧の動作点を操作し、太陽電池１ａ、１ｂの発電電力を制御する。また、ＰＣＳ４、バッテリ５を含む高電圧回路と、低電圧回路とを絶縁可能な絶縁型の回路である。
【００１５】
バッテリ５は、複数の二次電池により構成され、車両の駆動源となり、後述するバッテリ１０と比較して、高電圧のバッテリである。バッテリ５は、ＰＣＳ４に接続され、またインバータ８を介してモータ９に接続されている。またバッテリ５は、外部電源からの電力により充電可能なバッテリであり、充電器７を介して、充電ポート６に接続されている。充電ポート６は、外部からの充電コネクタと接続可能な充電口であり、充電器７と配線を介して接続されている。また当該充電コネクタは、家庭用の交流電源等の商用電力系統の電源等に接続される。
【００１６】
充電器７は、入力側を充電ポート６に接続され、出力側をバッテリ５に接続されている。充電器３は、外部電源からの電力を、バッテリ５を充電するための充電電力に変換し、バッテリ５に供給しバッテリ５を充電する。充電器５の充電制御は、コントローラ２０により行われる。また充電器７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を介して、バッテリ１０に接続され、コントローラ２０の制御信号に基づいて、バッテリ１０を充電する。
【００１７】
インバータ８は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のスイッチング素子を複数備え、平滑用のコンデンサ等を備えている。インバータ８は、コントローラ２０から送信されるスイッチング信号に基づき、当該スイッチング素子をＰＷＭ制御することで、バッテリ５から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータ９の各相に提供する。また、インバータ８は、モータ９の回生によりモータ９から供給される電力を変換して、バッテリ５に供給する。モータ９は、例えば三相交流モータであり、インバータ８に接続されている。
【００１８】
バッテリ１０は、複数の二次電池により構成され、車両のヘッドライトやオーディオ機器などの補機類を運転させるための電力源となり、バッテリ５と比較して、低電圧のバッテリである。バッテリ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及び出力切替回路３に接続されている。バッテリ１０は、太陽電池１ａ、１ｂから供給される電力及び外部電源からの電力により充電される。また、バッテリ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を介してバッテリ５に接続され、バッテリ５の電力をバッテリ１０に供給することで充電される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、バッテリ５とバッテリ１０との間、及び、充電器７とバッテリ１０との間に接続され、バッテリ５からの電力を変換してバッテリ１０へ供給し、充電器７からの電力を変換してバッテリ１０へ供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、コントローラ２０から送信される制御信号に基づいて、バッテリ１０と、バッテリ５及び充電器７との間の導通状態を切り替える。
【００１９】
電流センサ１２及び電圧センサ１３は、バッテリ５の電流及び電圧をそれぞれ検出するセンサであって、バッテリ５に接続されている。それぞれのセンサの検出値は、コントローラ２０に送信され、コントローラ２０は、当該検出値に基づいてバッテリ５の状態を管理する。
【００２０】
コントローラ２０は、切替回路制御部２１と、ＰＣＳ制御部２２と、ＳＯＣ推定部２３と、メモリ２４と、バッテリコントローラ２５とを備えている。コントローラ２０は、本例の電力変換装置の全体を制御する回路であり、太陽電池１ａ、１ｂによるバッテリ５及びバッテリ１０の充電制御、外部電源からのバッテリ５及びバッテリ１０の充電制御、バッテリ５とバッテリ１０との間における電力受給制御、及び、モータ９の駆動制御等を行う。
【００２１】
切替回路制御部２１は、直並列切替回路２に含まれるスイッチ２ａ〜２ｃのオン及びオフを制御する回路であり、太陽電池１ａ及び太陽電池１ｂを並列接続の状態と、直列接続の状態とを切り替える制御を行う。また、切替回路制御部２１は、出力切替回路３に含まれるスイッチ３ａ〜３ｄのオン及びオフを制御する回路であり、太陽電池１ａ、１ｂからの出力をバッテリ５に出力するか、バッテリ１０に出力するかを切り替える制御を行う。
【００２２】
ＰＣＳ制御部２２は、ＰＣＳ４を制御する制御部であり、ＰＣＳ４の駆動時間及び停止時間を設定する。またＰＣＳ制御部２２は、ＰＣＳ４の入力側に接続された電圧センサ（図示しない）から、太陽電池１ａ、１ｂからＰＣＳ４に入力する入力電圧を検出し、検出電圧をメモリ２４に記憶する。
【００２３】
ＳＯＣ推定部２３は、電圧センサ５の検出電圧に基づき、バッテリ５の充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を推定する。なお、ＳＯＣ推定部２３によるＳＯＣの推定制御は後述する。バッテリコントローラ２５は、バッテリ５及びバッテリ１０の過充電及び過放電を防ぐよう、バッテリ５のＳＯＣ及びバッテリ１０のＳＯＣを管理する。バッテリコントローラ２５は、ＳＯＣを８０パーセント推定部２３により推定されたＳＯＣに基づきバッテリ５の状態を管理する。バッテリ１０の管理の際には、バッテリコントローラ２５は、例えば、バッテリ１０の入出力電流を検出するセンサ（図示しない）から、電流積算値を算出し、当該電流積算値からＳＯＣを算出する。
【００２４】
バッテリコントローラ２５には、バッテリ５及びバッテリ１０の満充電を示す上限値が予め設定されており、ＳＯＣ０及びＳＯＣ１が設定されている。上限値（ＳＯＣ０）は外部電源により充電器７を介してバッテリ５を充電する場合における、バッテリ５のＳＯＣの上限を示す値である。また、上限値（ＳＯＣ１）は太陽電池１ａ、１ｂによりバッテリ５を充電する場合における、バッテリ５のＳＯＣの上限を示す値である。そして、バッテリコントローラ２５は、外部電源による充電の際に、バッテリ５のＳＯＣが上限値（ＳＯＣ０）より高くなった場合には、バッテリ５を過充電から防ぐために、コントローラ２０に制御信号を送信し、コントローラ２０はバッテリ５の充電を終了する。
【００２５】
バッテリコントローラ２５には、バッテリ１０の満充電を示す上限値が予め設定されており、ＳＯＣ２が設定されている。上限値（ＳＯＣ２）はバッテリ１０のＳＯＣの上限を示す値である。バッテリコントローラ２５は、バッテリ１０の充電において、バッテリ１０のＳＯＣが上限値（ＳＯＣ２）より高くなった場合には、バッテリ１０を過充電から防ぐために、コントローラ２０に制御信号を送信し、コントローラ２０はバッテリ１０の充電を終了する。
【００２６】
またバッテリコントローラ２５には、バッテリ５の容量の下限値を示す閾値が予め設定されており、バッテリの容量が下限値より低くならないように、バッテリ５及びバッテリ１０を管理し、バッテリ５及びバッテリ１０の過放電を防ぐ。
【００２７】
次に、本例の電力変換装置の制御内容を説明する。まず、外部電源による充電について説明する。コントローラ２０は、充電ポート６に充電コネクタが接続されたことを検出すると、外部電源によりバッテリ５を充電するための制御を開始する。コントローラ２０は、充電器７を制御し、外部電源から供給される電力をバッテリ５の充電に適した電力に変換して、バッテリ５に供給する。コントローラ２０は、外部電源によりバッテリ５を充電している場合には、切替回路制御部２１によりスイッチ３ａ、３ｂをオフにして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を遮断状態にして、充電器７からの出力が太陽電池１ａ、１ｂに入力されない状態にする。
【００２８】
コントローラ２０は、バッテリコントローラ２５により、バッテリ５の充電中、電圧センサ１３の検出電圧及び電流センサ１２の検出電流から、バッテリ５のＳＯＣを算出し、バッテリ５のＳＯＣを管理する。なお、外部電源によりバッテリ５を充電している場合において、ＳＯＣの算出方法は、例えば、検出電流の積算値から算出すればよい。
【００２９】
そして、バッテリ５のＳＯＣがＳＯＣ０より高くなると、バッテリコントローラ２５はバッテリ５の容量が満充電に達したと判断し、コントローラ２０は、充電器７を制御して、バッテリ５の充電を終了する。
【００３０】
次に、太陽電池１ａ、１ｂの充電について説明する。コントローラ２０は、バッテリ５を充電する際には、切替回路制御部２１により、スイッチ２ｂをオンに、スイッチ２ａ、２ｃをオフにして、太陽電池１ａ、１ｂを直列接続の状態に切り替える。またコントローラ２０は、切替回路制御部２１によりスイッチ３ａ、３ｂをオンに、スイッチ３ｃ、３ｄをオフにして、直列接続状態の太陽電池１ａ、１ｂの出力をＰＣＳ４に入力する。これにより、太陽電池１ａ、１ｂからの出力電圧を高くし、ＰＣＳ４への入力電流を下げることで、ＰＣＳ４における電力変換の際の損失を低減させる。
【００３１】
コントローラ２０は、ＰＣＳ制御部２２により、ＭＰＰＴ制御により太陽電池１ａ、１ｂの発電電力点を最大発電電力点に近づけるよう、ＰＣＳ４を駆動させる。そして、コントローラ２０は、ＰＣＳ４から出力される電力を、バッテリ５に供給する。
【００３２】
コントローラ２０は、バッテリ５の充電制御中、所定の周期で、ＰＣＳ４を停止させる制御を行う。すなわち、ＰＣＳ制御部２２には、ＰＣＳ４の駆動時間と、ＰＣＳ４の電力変換停止時間とが予め設定されており、駆動時間と電力変換停止時間とを繰り返すことで、周期的に、ＰＣＳ４を駆動させて、ＰＣＳ４を停止させる。ＰＣＳ４が駆動している場合には、ＰＣＳ４から電力が出力され、バッテリ５が充電されている状態となる。一方、ＰＣＳ４が停止している場合には、ＰＣＳ４による電力変換が停止され、ＰＣＳ４から電力が出力されず、バッテリ５は充電されていない状態となる。
【００３３】
そして、コントローラ２０は、電力変換停止時間中に、電圧センサ１３からバッテリ５の検出電圧を取得して、ＳＯＣ推定部２３により、バッテリ５のＳＯＣを推定する。ＳＯＣ推定部２３には、バッテリ５の開放電圧とバッテリのＳＯＣとの相関性を示すマップが格納されている。電力変換停止時間中、バッテリ５には電力が供給されておらず、バッテリ５は無負荷状態となる。そのため、電圧センサ１３により検出される電圧は開放電圧相当する。ゆえに、ＳＯＣ推定部２３は、電力変換停止時間中の検出電圧から、格納されているマップを参照することで、バッテリ５のＳＯＣを推定する。
【００３４】
また、コントローラ２０は、駆動時間から電力変換停止時間に切り替える際に、ＰＣＳ４への入力電圧をメモリ２４に記憶する。すなわち、コントローラ２０は、電力変換停止時間の直前に、メモリ２４にＰＣＳ４の入力電圧を記憶する。
【００３５】
コントローラ２０は、バッテリコントローラ２５により、ＳＯＣ推定部２３の推定ＳＯＣとＳＯＣ１とを比較して、推定ＳＯＣがＳＯＣ１より低い場合には、バッテリ５を継続して充電可能であると判断し、ＰＣＳ４の駆動時間を開始させて、ＰＣＳ４を再駆動させる。再駆動の際に、コントローラ２０は、メモリ２４に記憶された入力電圧に基づいて、ＭＰＰＴ制御にてＰＣＳ４を駆動させる。これにより、ＭＰＰＴ制御を行う場合に、ＰＣＳ制御部２２は、初期のＰＣＳ４の駆動状態から最大電力点を探索しなくてもよいため、探索時間を短縮化することができる。そして、設定された駆動時間が経過すると、コントローラ２０は、再びＰＣＳ４を停止して、バッテリのＳＯＣを推定する。
【００３６】
一方、コントローラ２０は、バッテリコントローラ２５により、電力変換停止時間中の検出電圧に基づく推定ＳＯＣがＳＯＣ１より高くなった場合には、バッテリ５が満充電に達したと判断して、太陽電池１ａ、１ｂによるバッテリ５の充電制御を終了させる。
【００３７】
コントローラ２０は、バッテリ５が満充電に達している場合には、太陽電池１ａ、１ｂによりバッテリ１０を充電する。コントローラ２０は、バッテリ１０を充電する際には、切替回路制御部２１により、スイッチ２ｂをオフに、スイッチ２ａ、２ｃをオンにして、太陽電池１ａ、１ｂを並列接続の状態に切り替える。またコントローラ２０は、切替回路制御部２１によりスイッチ３ｃ、３ｄをオンに、スイッチ３ａ、３ｂをオフにして、直列接続状態の太陽電池１ａ、１ｂの出力をバッテリ１０に入力する。太陽電池１ａ、１ｂからの出力は、電圧変換等されずに、バッテリ１０に入力されるため、電力変換の際の損失が低減される。
【００３８】
コントローラ２０は、バッテリ１０の充電中、バッテリコントローラ２５により、バッテリ１０のＳＯＣを管理し、ＳＯＣがＳＯＣ２より高くなった場合には、バッテリ１０が満充電に達したと判断して、太陽電池１ａ、１ｂによるバッテリ１０の充電制御を終了させる。
【００３９】
次に、図２を用いて、本例の電力変換装置の制御手順を説明する。図２は、本例の電力変換装置の制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ１にて、コントローラ２０は、充電ポート６への充電コネクタの接続状態や、太陽電池１ａ、１ｂの発電状態など、バッテリ５、バッテリ１０を充電に関する情報を取得する。ステップＳ２にて、コントローラ２０は、充電ポート６の接続状態、充電器７の制御状態等に基づいて、外部電源によりバッテリ５が充電中であるか否かを検出する。ステップＳ３にて、外部電源による充電中である場合には、バッテリコントローラ２５は、電流センサ１２からバッテリ５の電流を検出する。
【００４０】
ステップＳ４にて、バッテリコントローラ２５は、ステップＳ３の検出電流を積算することで、バッテリ５のＳＯＣを演算する。ステップＳ５にて、バッテリコントローラ２５は、ステップＳ４のＳＯＣと、ＳＯＣ０とを比較して、バッテリ５が満充電に達したか否かを検出する。演算されたＳＯＣがＳＯＣ０以下である場合には、ステップＳ３に戻る。演算されたＳＯＣがＳＯＣ０より高い場合には、ステップＳ６に遷る。
【００４１】
ステップＳ２に戻り、外部電源による充電中でない場合には、ステップＳ２１にて、コントローラ２０は、切替回路制御部２１により、直並列切替回路２を制御して太陽電池１ａ、１ｂを直列状態にし、出力切替回路３を制御して太陽電池１ａ、１ｂの出力をＰＣＳ４に入力する回路に切り替え、ＰＣＳ制御部２２により、ＭＰＰＴ制御でＰＣＳ４を駆動させて、バッテリ５の充電を開始する。またＰＣＳ制御部２２は、ＰＣＳ４を駆動させる際に、図示しないタイマーをゼロに設定して、駆動時間を計時するためのカウントを開始する。ステップＳ２２にて、ＰＣＳ制御部２２は、カウントしているタイマ（Ｔ）と、駆動時間に相当する閾値時間（Ｔ０）とを比較する。タイマ（Ｔ）が閾値時間（Ｔ０）より小さい場合には、駆動時間内になるため、ステップＳ２２１にて、タイマ（Ｔ）をインクリメントし、ステップＳ２２に戻る。一方、タイマ（Ｔ）が閾値時間（Ｔ）以上である場合には、ステップＳ２３に遷る。これにより、コントローラ２０は、所定の周期毎に、設定された駆動時間でバッテリ５を充電する。
【００４２】
ステップＳ２３にて、ＰＣＳ制御部２２は、駆動時間（Ｔ０）を経過すると、電力変換停止時間に遷り、図３に示すように、ＰＣＳ停止制御を行う。図３はＰＣＳ停止制御の制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ２３１にて、ＰＣＳ制御部２２は、ＰＣＳ４に、回路を停止させるための指令信号を送信する。当該指令信号を受信したＰＣＳ４は回路の駆動を停止する。ステップＳ２３２にて、ＰＣＳ４は回路の駆動を停止する際に、停止直前の入力電圧を図示しないセンサにより検出し、コントローラ２０に送信する。ＰＣＳ制御部２２は、ＰＣＳ４からの信号から、ＰＣＳ４の入力電圧を検出する。ステップＳ２３３にて、ＰＣＳ制御部２２は、検出した入力電圧をメモリ２４に記憶し、ステップＳ２４に遷る。
【００４３】
ステップＳ２４にて、ＳＯＣ推定部２３は、電流センサ１２の検出値から、電力変換停止時間のバッテリ５の電圧を検出する。ステップＳ２５にて、ＳＯＣ推定部２３は、検出電圧をマップに参照することで、バッテリ５のＳＯＣを推定する。ステップＳ２６にて、バッテリコントローラ２５は、推定されたＳＯＣと、ＳＯＣ１とを比較する。推定ＳＯＣがＳＯＣ１以下である場合には、バッテリコントローラ２５は満充電に達していないと判断し、ＰＣＳ制御部２２は、図４に示すように、ＰＣＳ駆動再開制御を行う（ステップＳ２７）。
【００４４】
図４は、ＰＣＳ駆動再開制御の制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ２７１にて、ＰＣＳ制御部２２は、ステップＳ２３３で記憶された入力電圧をメモリ２４から読み出す。ステップＳ２７２にて、ＰＣＳ制御部２２は、読み出した入力電圧に基づいて、ＭＰＰＴ制御を行うための、太陽電池１ａ、１ｂの最大電力点を探索して、ＰＣＳ４を駆動させる条件を設定する。ステップＳ２７３にて、ＰＣＳ制御部２２は、ステップＳ２７２で設定された駆動条件を含む信号をＰＣＳ４に送信し、ＰＣＳ４は、当該駆動条件の下、回路を再駆動させ、ステップＳ２１に戻る。これにより、ＰＣＳ制御部２２は、電力変換停止時間を経過後に、ＰＣＳ４を再駆動させ、駆動時間のカウントを開始する。
【００４５】
ステップＳ２６に戻り、推定ＳＯＣがＳＯＣ１より高い場合には、バッテリ５が満充電に達したと判断して、ステップＳ６にて、コントローラ２０は、切替回路制御部２１により、直並列切替回路２を制御して太陽電池１ａ、１ｂを並列状態にし、出力切替回路３を制御して太陽電池１ａ、１ｂの出力をバッテリ１０に入力する回路に切り替え、バッテリ１０の充電を開始する。ステップＳ７にて、バッテリコントローラ２５は、図示しない電流センサ１２からバッテリ１０の電流を検出する。ステップＳ８にて、バッテリコントローラ２５は、ステップＳ７の検出電流を積算することで、バッテリ１０のＳＯＣを演算する。ステップＳ９にて、バッテリコントローラ２５は、ステップＳ７のＳＯＣと、ＳＯＣ２とを比較して、バッテリ１０が満充電に達したか否かを検出する。演算されたＳＯＣがＳＯＣ２以下である場合には、ステップＳ７に戻る。演算されたＳＯＣがＳＯＣ２より高い場合には、バッテリ１０が満充電に達したとして、本例の制御を終了する。
【００４６】
上記のように、本例は、電力変換停止時間にＰＣＳ４の回路駆動を停止させて、電力変換停止時間中に、電圧センサ１２により検出された検出電圧に基づいて、ＰＣＳ４の再駆動を判断する。これにより、本例は、太陽電池１ａ、１ｂによる充電中のバッテリ５の電圧を、無負荷時に検出することができる。そして、当該電圧に基づいて、ＰＣＳ４の再駆動を判断するため、バッテリ５が上限値を超えることを防止し、バッテリ５の過充電を防ぐことができる。
【００４７】
本例とは異なり、太陽電池１ａ、１ｂによる充電中に、バッテリ５の検出電流の積算値からバッテリ５のＳＯＣを演算して、バッテリ５の充電を制御した場合には、太陽電池１ａ、１ｂから出力される電流値は微弱であるため、バッテリ５のＳＯＣを正確に検出することができず、バッテリ５が過充電に陥る可能性がある。また、太陽電池１ａ、１ｂからの微弱な出力電流の変化を検出するために、センサの分解能を高くすることも考えられるが、電流センサ１２のコストが高くなると問題があった。
【００４８】
本例では、駆動中のＰＣＳ４を停止した上で、バッテリ５の電圧を検出し、検出電圧に基づいて、ＰＣＳ４を再駆動させるか否か、バッテリ５の充電を継続させるか否かを判断するため、バッテリ５の状態の検出精度を高めることができ、バッテリ５の過充電を防ぐことができる。
【００４９】
また本例は、電力変換停止時間中に、電圧センサ１２により検出された検出電圧に基づいて、バッテリ５のＳＯＣを推定し、推定されたＳＯＣがＳＯＣ１より高い場合に、ＰＣＳ４の再駆動を禁止する。これにより、バッテリのＳＣＯの検出精度を高めることができ、バッテリ５の過充電を防ぐことができる。
【００５０】
また本例は、電力変換停止時間中に、電圧センサ１２により検出された検出電圧に基づいて、バッテリ５のＳＯＣを推定し、推定されたＳＯＣがＳＯＣ１より低い場合に、ＰＣＳ４を再駆動させる。これにより、バッテリ５の充電量が不足している場合には、ＰＣＳ４を再駆動させることで、太陽電池１ａ、１ｂによる充電を継続させることができる。
【００５１】
また本例は、推定されたＳＯＣがＳＯＣ１より高い場合には、太陽電池１ａ、１ｂの電力をバッテリ１０に供給する回路に切り替えて、太陽電池１ａ、１ｂによりバッテリ１０を充電する。これにより、太陽電池１ａ、１ｂの発電電力よるバッテリ１０の充電を直接行うことができ、長時間の駐車・運休中におこりうるバッテリ１０の充電量の低下を防ぐことができる。また、車両の運転時にはバッテリ１０からの電力供給によって制御が開始することから、バッテリ１０の充電量低下による起動不能を避けることができる。
【００５２】
また本例は、電力変換停止時間の直前にメモリ２４に記憶された入力電圧に基づいて、ＰＣＳ４を電力変換停止時間の後に駆動させる。これにより、ＰＣＳ４の停止前の太陽電池１ａ、１ｂの電力点に基づいて、発電を再開することができる。また、
ＭＰＰＴ制御を行う場合に、初期の運転状態から最大電力点を探索する時間を省くことができるため、速やかに最大電力点での発電が可能となり、発電効率を高めることができる。
【００５３】
なお、本例は、図５に示すように、直並列切替回路２を省略してもよい。図５は本例の変形例に係る電力変換装置を含む車両のブロック図である。
【００５４】
上記のＰＣＳ４が本発明の「電力変換器」に相当し、ＰＣＳ制御部２２が「電力変換器制御手段」に、ＳＯＣ推定部２３が「ＳＯＣ推定手段」に、直並列切替回路２及び出力切替回路３が「切替回路」に、切替回路制御部２１が「切替回路制御手段」に、メモリ２４が「記憶部」に、バッテリ５が「高電圧バッテリ」に、バッテリ１０が「低電圧バッテリ」に相当する。
【００５５】
《第２実施形態》
図６は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置の制御手順を示すフローチャートである。本例では、第１実施形態に対して、電力変換停止中に、太陽電池１ａ、１ｂによりバッテリ１０を充電する点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を援用する。
【００５６】
コントローラ２０は、ＰＣＳ制御部２２により、駆動時間から電力変換停止時間に遷る際に、ＰＣＳ４を停止し、切替回路制御部２１により、直並列切替回路２を制御して太陽電池１ａ、１ｂを並列状態にし、出力切替回路３を制御して太陽電池１ａ、１ｂの出力をバッテリ１０に入力する回路に切り替え、バッテリ１０の充電を開始する。これにより、電力変換停止時間中に、太陽電池１ａ、１ｂの発電電力でバッテリ１０を充電させることができる。
【００５７】
次に、図６を用いて、本例の電力変換装置の制御手順を説明する。図６は、本例の電力変換装置の制御手順を示すフローチャートである。図６に示すステップのうち、図１に示すステップと制御内容が同じステップについては、説明を省略する。
【００５８】
ステップＳ２３にて、ＰＣＳ停止制御を行った後に、ステップＳ２３１にて、切替回路制御部２１は、直並列切替回路２及び出力切替回路３を制御し、太陽電池１ａ、１ｂを並列接続の状態にして、太陽電池１ａ、１ｂの電力をバッテリ１０に供給する。また、バッテリコントローラ２５は、ステップＳ２３１による充電中に、第１実施形態と同様に、バッテリ１０の充電状態を管理する。
【００５９】
上記のように、本例は、電力変換停止時間中に、太陽電池１ａ、１ｂからの出力をバッテリ１０に供給する回路に切り替える。これにより、電力変換停止時間においても、太陽電池１ａ、１ｂの発電電力よるバッテリ１０の充電を直接行うことができ、長時間の駐車・運休中におこりうるバッテリ１０の充電量の低下を防ぐことができる。また、車両の運転時にはバッテリ１０からの電力供給によって制御が開始することから、バッテリ１０の充電量低下による起動不能を避けることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ａ、１ｂ…太陽電池
２…直並列切替回路
２ａ、２ｂ、２ｃ…スイッチ
３…出力切替回路
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…スイッチ
４…ＰＣＳ
５…バッテリ
６…充電ポート
７…充電器
８…インバータ
９…モータ
１０…バッテリ
１１…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２…電流センサ
１３…電圧センサ
２０…コントローラ
２１…ＰＣＳ制御部
２２…ＳＯＣ推定部
２３…切替回路制御部
２４…メモリ
２５…バッテリコントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、
太陽電池と、
前記太陽電池からの電力を、前記バッテリを充電する充電電力に変換する電力変換器と、
前記バッテリの電圧を検出する電圧センサと、
前記電力変換器による電力変換を停止させる電力変換停止時間を制御する電力変換器制御手段とを備え、
前記電力変換器制御手段は、
前記電力変換停止時間中に、前記電圧センサにより検出された検出電圧に基づいて、前記電力変換器の再駆動を判断する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電力変換停止時間中に、前記電圧センサにより検出された検出電圧に基づいて、前記バッテリのＳＯＣを推定するＳＯＣ推定手段をさらに備え、
前記電力変換器制御手段は、
前記ＳＯＣ推定手段により推定されたＳＯＣが、前記バッテリのＳＯＣの上限値を示す上限ＳＯＣより高い場合には、前記電力変換器の再駆動を禁止する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記電力変換器制御手段は、
前記ＳＯＣ推定手段により推定されたＳＯＣが、前記バッテリのＳＯＣの上限値を示す上限ＳＯＣより低い場合には、前記電力変換器を再駆動させる
ことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記太陽電池の出力を前記バッテリに含まれる高電圧バッテリに供給する回路と、前記太陽電池の出力を前記バッテリに含まれる低電圧バッテリに供給する回路とを切り替える切替回路と、
前記切替回路を制御する切替回路制御手段とをさらに備え、
前記切替回路制御手段は、
前記ＳＯＣ推定手段により推定されたＳＯＣが、前記バッテリのＳＯＣの上限値を示す上限ＳＯＣより高い場合には、前記太陽電池からの出力を前記低電圧バッテリに供給する回路に切り替える
ことを特徴とする請求項２又は３記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記太陽電池の出力を前記バッテリに含まれる高電圧バッテリに供給する回路と、前記太陽電池の出力を前記バッテリに含まれる低電圧バッテリに供給する回路とを切り替える切替回路と、
前記切替回路を制御する切替回路制御手段とをさらに備え、
前記切替回路制御手段は、
前記電力変換停止時間中に、前記太陽電池からの出力を前記低電圧バッテリに供給する回路に切り替える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電力変換器制御手段は、
前記太陽電池から前記電力変換器への入力電圧を記憶する記憶部を有し、
前記電力変換停止時間の直前に前記記憶部に記憶された入力電圧に基づいて、前記電力変換停止時間の後に前記電力変換器を駆動させる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１】
バッテリと、
太陽電池と、
前記太陽電池からの電力を、前記バッテリを充電する充電電力に変換する電力変換器と、
前記バッテリの電圧を検出する電圧センサと、
前記電力変換器による電力変換を停止させる電力変換停止時間を制御する電力変換器制御手段とを備え、
前記電力変換器制御手段は、
前記電力変換停止時間中に、前記電圧センサにより検出された検出電圧に基づいて、前記電力変換器の再駆動を判断する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電力変換停止時間中に、前記電圧センサにより検出された検出電圧に基づいて、前記バッテリのＳＯＣを推定するＳＯＣ推定手段をさらに備え、
前記電力変換器制御手段は、
前記ＳＯＣ推定手段により推定されたＳＯＣが、前記バッテリのＳＯＣの上限値を示す上限ＳＯＣより高い場合には、前記電力変換器の再駆動を禁止する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記電力変換器制御手段は、
前記ＳＯＣ推定手段により推定されたＳＯＣが、前記バッテリのＳＯＣの上限値を示す上限ＳＯＣより低い場合には、前記電力変換器を再駆動させる
ことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記太陽電池の出力を前記バッテリに含まれる高電圧バッテリに供給する回路と、前記太陽電池の出力を前記バッテリに含まれる低電圧バッテリに供給する回路とを切り替える切替回路と、
前記切替回路を制御する切替回路制御手段とをさらに備え、
前記切替回路制御手段は、
前記ＳＯＣ推定手段により推定されたＳＯＣが、前記バッテリのＳＯＣの上限値を示す上限ＳＯＣより高い場合には、前記太陽電池からの出力を前記低電圧バッテリに供給する回路に切り替える
ことを特徴とする請求項２又は３記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記太陽電池の出力を前記バッテリに含まれる高電圧バッテリに供給する回路と、前記太陽電池の出力を前記バッテリに含まれる低電圧バッテリに供給する回路とを切り替える切替回路と、
前記切替回路を制御する切替回路制御手段とをさらに備え、
前記切替回路制御手段は、
前記電力変換停止時間中に、前記太陽電池からの出力を前記低電圧バッテリに供給する回路に切り替える
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電力変換器制御手段は、
前記太陽電池から前記電力変換器への入力電圧を記憶する記憶部を有し、
前記電力変換停止時間の直前に前記記憶部に記憶された入力電圧に基づいて、前記電力変換停止時間の後に前記電力変換器を駆動させる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７０５４７（Ｐ２０１３−７０５４７Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８４５８（Ｐ２０１１−２０８４５８）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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