(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、
前記太陽電池が発電した電力を調整して並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群に出力する調整部、前記調整部の動作を制御する制御部、及び、前記調整部の出力電圧を計測する電圧計測部を有する電力変換モジュールと、
前記蓄電器群から供給される電力によって駆動する負荷と、
前記蓄電器群を構成する各蓄電器の蓄電量を導出する導出部及び前記蓄電器群の充放電を制御する充放電制御部を有する管理モジュールと、
を備え、
前記電力変換モジュールの制御部は、前記管理モジュールが休止し、前記蓄電器群が前記負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合、前記電圧計測部の計測値に基づいて、前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電モードを制御する、太陽電池充電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池充電装置であって、
前記蓄電器群に含まれる各蓄電器と前記負荷との間に設けられた複数のコンタクタを含むコンタクタ群を備え、
前記管理モジュールは、前記複数のコンタクタの各開閉状態を制御するコンタクタ制御部を有する、太陽電池充電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の太陽電池充電装置であって、
前記電力変換モジュールと前記蓄電器群に含まれる各蓄電器との間に、前記電力変換モジュールから前記蓄電器への方向を順方向として設けられた複数のダイオードを備えた、太陽電池充電装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池充電装置であって、
前記制御部は、
前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、第１モードでの前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記蓄電器群の状態を維持可能な第２モードでの前記蓄電器群の充電を行い、前記蓄電器群の状態が変化すると、前記第１モードでの前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する、太陽電池充電装置。
【請求項５】
請求項４に記載の太陽電池充電装置であって、
前記制御部は、
前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記調整部が一定の出力電流を出力し、前記電圧計測部が計測した電圧がしきい値を下回ると、前記ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する、太陽電池充電装置。
【請求項６】
請求項５に記載の太陽電池充電装置であって、
前記一定の出力電流は、前記蓄電器群に含まれる各蓄電器の電圧を検出するために必要な前記蓄電器の放電電流に等しく、前記しきい値は前記所定値に等しい、太陽電池充電装置。
【請求項７】
請求項４に記載の太陽電池充電装置であって、
前記電力変換モジュールは、前記調整部の出力電流を計測する電流計測部を有し、
前記制御部は、
前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記調整部が一定の出力電圧を出力し、前記電流計測部が計測した電流がしきい値を超えると、前記ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する、太陽電池充電装置。
【請求項８】
請求項７に記載の太陽電池充電装置であって、
前記一定の出力電圧は前記所定値の電圧に等しい、太陽電池充電装置。
【請求項９】
太陽電池と、
前記太陽電池が発電した電力を調整して並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群に出力する調整部、前記調整部の動作を制御する制御部、及び、前記調整部の出力電圧を計測する電圧計測部を有する電力変換モジュールと、
前記蓄電器群から供給される電力によって駆動する負荷と、
前記蓄電器群を構成する各蓄電器の蓄電量を導出する導出部及び前記蓄電器群の充放電を制御する充放電制御部を有する管理モジュールと、
を備え、
前記電力変換モジュールの制御部は、前記管理モジュールが休止し、前記蓄電器群が前記負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記調整部が一定の出力電流を出力し、前記電圧計測部が計測した電圧がしきい値を下回ると、前記ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する、太陽電池充電装置。
【請求項１０】
太陽電池と、
前記太陽電池が発電した電力を調整して並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群に出力する調整部、前記調整部の動作を制御する制御部、前記調整部の出力電圧を計測する電圧計測部、及び、前記調整部の出力電流を計測する電流計測部を有する電力変換モジュールと、
前記蓄電器群から供給される電力によって駆動する負荷と、
前記蓄電器群を構成する各蓄電器の蓄電量を導出する導出部及び前記蓄電器群の充放電を制御する充放電制御部を有する管理モジュールと、
を備え、
前記電力変換モジュールの制御部は、前記管理モジュールが休止し、前記蓄電器群が前記負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記調整部が一定の出力電圧を出力し、前記電流計測部が計測した電流がしきい値を超えると、前記ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する、太陽電池充電装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の太陽電池充電装置を有する、輸送機器。
【請求項１２】
太陽電池と、
前記太陽電池が発電した電力を調整して並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群に出力する調整部、前記調整部の動作を制御する制御部、及び、前記調整部の出力電圧を計測する電圧計測部を有する電力変換モジュールと、
前記蓄電器群から供給される電力によって駆動する負荷と、
前記蓄電器群を構成する各蓄電器の蓄電量を導出する導出部及び前記蓄電器群の充放電を制御する充放電制御部を有する管理モジュールと、を備えた太陽電池充電装置による太陽電池充電方法であって、
前記電力変換モジュールの制御部は、前記管理モジュールが休止し、前記蓄電器群が前記負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合、前記電圧計測部の計測値に基づいて、前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電モードを制御する、太陽電池充電方法。
【請求項１３】
太陽電池と、
前記太陽電池が発電した電力を調整して並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群に出力する調整部、前記調整部の動作を制御する制御部、及び、前記調整部の出力電圧を計測する電圧計測部を有する電力変換モジュールと、
前記蓄電器群から供給される電力によって駆動する負荷と、
前記蓄電器群を構成する各蓄電器の蓄電量を導出する導出部及び前記蓄電器群の充放電を制御する充放電制御部を有する管理モジュールと、を備えた太陽電池充電装置による太陽電池充電方法であって、
前記電力変換モジュールの制御部は、前記管理モジュールが休止し、前記蓄電器群が前記負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記調整部が一定の出力電流を出力し、前記電圧計測部が計測した電圧がしきい値を下回ると、前記ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する、太陽電池充電方法。
【請求項１４】
太陽電池と、
前記太陽電池が発電した電力を調整して並列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器群に出力する調整部、前記調整部の動作を制御する制御部、前記調整部の出力電圧を計測する電圧計測部、及び、前記調整部の出力電流を計測する電流計測部を有する電力変換モジュールと、
前記蓄電器群から供給される電力によって駆動する負荷と、
前記蓄電器群を構成する各蓄電器の蓄電量を導出する導出部及び前記蓄電器群の充放電を制御する充放電制御部を有する管理モジュールと、を備えた太陽電池充電装置による太陽電池充電方法であって、
前記電力変換モジュールの制御部は、前記管理モジュールが休止し、前記蓄電器群が前記負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記調整部が一定の出力電圧を出力し、前記電流計測部が計測した電流がしきい値を超えると、前記ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する、太陽電池充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池が発電した電力で蓄電器を充電する太陽電池充電装置、輸送機器及び太陽電池充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池が発電した電力で蓄電器を充電する太陽電池充電システムが種々提案されている。例えば、特許文献１には、太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールから最大の電力を取り出せるよう最適な動作点を自動的に追従して太陽電池モジュールからの電力を適当な電圧に変換するＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）モジュールと、太陽電池モジュールからＭＰＰＴモジュールを介して供給された電力を一時的に蓄積するキャパシタと、キャパシタから供給された直流電圧を所定の電圧に変換するコンバータと、二次電池と、二次電池の充放電に関する制御及び保護を行うＢＭＵ（Battery Management Unit）と、電力供給によって駆動する負荷と、各種デバイスを統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）とを備えた車載電気システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−４２４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された車載電気システムでは、太陽電池モジュールで生成された電力が一旦キャパシタに蓄積され、キャパシタに蓄積された電力によって負荷の駆動又は二次電池の充電を行っている。二次電池の充電の制御は、キャパシタから二次電池までの電源ライン上に設けられたＢＭＵによって行われる。このため、二次電池を充電する際にはＢＭＵが常に起動状態であり、当該システムにおいてＢＭＵの消費電力を低減することは困難である。また、特許文献１に記載された車載電気システムでは、車両に搭載された太陽電池モジュール等の重量増加分による電力消費を太陽電池モジュールが発電した電力で自ら賄うべく、太陽電池モジュールが発電した電力の消費は極力削減する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、蓄電器を統括的に管理するユニットを起動することなく太陽電池による蓄電器の充電が可能な太陽電池充電装置、輸送機器及び太陽電池充電方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
太陽電池（例えば、後述の実施形態での太陽電池１０１）と、
前記太陽電池が発電した電力を調整して並列に接続された複数の蓄電器（例えば、後述の実施形態での蓄電器Ｂ１〜Ｂ３）を含む蓄電器群（例えば、後述の実施形態での蓄電器群Ｂ）に出力する調整部（例えば、後述の実施形態での電力調整部１１１）、前記調整部の動作を制御する制御部（例えば、後述の実施形態での制御部１１２）、及び、前記調整部の出力電圧を計測する電圧計測部（例えば、後述の実施形態での第２電圧センサ１１５）を有する電力変換モジュール（例えば、後述の実施形態での電力変換モジュール１０３）と、
前記蓄電器群から供給される電力によって駆動する負荷（例えば、後述の実施形態での負荷１０５）と、
前記蓄電器群を構成する各蓄電器の蓄電量を導出する導出部（例えば、後述の実施形態での残容量導出部１２１）及び前記蓄電器群の充放電を制御する充放電制御部（例えば、後述の実施形態での充放電制御部１２２）を有する管理モジュール（例えば、後述の実施形態でのＢＭＵ１０７）と、
を備え、
前記電力変換モジュールの制御部は、前記管理モジュールが休止し、前記蓄電器群が前記負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合、前記電圧計測部の計測値に基づいて、前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電モードを制御する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記蓄電器群に含まれる各蓄電器と前記負荷との間に設けられた複数のコンタクタ（例えば、後述の実施形態でのコンタクタＣ１〜Ｃ３）を含むコンタクタ群（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ群Ｃ）を備え、
前記管理モジュールは、前記複数のコンタクタの各開閉状態を制御するコンタクタ制御部（例えば、後述の実施形態でのコンタクタ制御部１２３）を有する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記電力変換モジュールと前記蓄電器群に含まれる各蓄電器との間に、前記電力変換モジュールから前記蓄電器への方向を順方向として設けられた複数のダイオード（例えば、後述の実施形態でのダイオードＤ１〜Ｄ３）を備える。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、
前記制御部は、
前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、第１モード（例えば、後述の実施形態でのＭＰＰＴモード）での前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記蓄電器群の状態を維持可能な第２モード（例えば、後述の実施形態でのＣＣモード又はＣＶモード）での前記蓄電器群の充電を行い、前記蓄電器群の状態が変化すると、前記第１モードでの前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記制御部は、
前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記調整部が一定の出力電流を出力し、前記電圧計測部が計測した電圧がしきい値を下回ると、前記ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記一定の出力電流は、前記蓄電器群に含まれる各蓄電器の電圧を検出するために必要な前記蓄電器の放電電流に等しく、前記しきい値は前記所定値に等しい。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記電力変換モジュールは、前記調整部の出力電流を計測する電流計測部（例えば、後述の実施形態での第２電流センサ１１６）を有し、
前記制御部は、
前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記調整部が一定の出力電圧を出力し、前記電流計測部が計測した電流がしきい値を超えると、前記ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、
前記一定の出力電圧は前記所定値の電圧に等しい。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、
太陽電池（例えば、後述の実施形態での太陽電池１０１）と、
前記太陽電池が発電した電力を調整して並列に接続された複数の蓄電器（例えば、後述の実施形態での蓄電器Ｂ１〜Ｂ３）を含む蓄電器群（例えば、後述の実施形態での蓄電器群Ｂ）に出力する調整部（例えば、後述の実施形態での電力調整部１１１）、前記調整部の動作を制御する制御部（例えば、後述の実施形態での制御部１１２）、及び、前記調整部の出力電圧を計測する電圧計測部（例えば、後述の実施形態での第２電圧センサ１１５）を有する電力変換モジュール（例えば、後述の実施形態での電力変換モジュール１０３）と、
前記蓄電器群から供給される電力によって駆動する負荷（例えば、後述の実施形態での負荷１０５）と、
前記蓄電器群を構成する各蓄電器の蓄電量を導出する導出部（例えば、後述の実施形態での残容量導出部１２１）及び前記蓄電器群の充放電を制御する充放電制御部（例えば、後述の実施形態での充放電制御部１２２）を有する管理モジュール（例えば、後述の実施形態でのＢＭＵ１０７）と、
を備え、
前記電力変換モジュールの制御部は、前記管理モジュールが休止し、前記蓄電器群が前記負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記調整部が一定の出力電流を出力し、前記電圧計測部が計測した電圧がしきい値を下回ると、前記ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、
太陽電池（例えば、後述の実施形態での太陽電池１０１）と、
前記太陽電池が発電した電力を調整して並列に接続された複数の蓄電器（例えば、後述の実施形態での蓄電器Ｂ１〜Ｂ３）を含む蓄電器群（例えば、後述の実施形態での蓄電器群Ｂ）に出力する調整部（例えば、後述の実施形態での電力調整部１１１）、前記調整部の動作を制御する制御部（例えば、後述の実施形態での制御部１１２）、前記調整部の出力電圧を計測する電圧計測部（例えば、後述の実施形態での第２電圧センサ１１５）、及び、前記調整部の出力電流を計測する電流計測部（例えば、後述の実施形態での第２電流センサ１１６）を有する電力変換モジュール（例えば、後述の実施形態での電力変換モジュール１０３）と、
前記蓄電器群から供給される電力によって駆動する負荷（例えば、後述の実施形態での負荷１０５）と、
前記蓄電器群を構成する各蓄電器の蓄電量を導出する導出部（例えば、後述の実施形態での残容量導出部１２１）及び前記蓄電器群の充放電を制御する充放電制御部（例えば、後述の実施形態での充放電制御部１２２）を有する管理モジュール（例えば、後述の実施形態でのＢＭＵ１０７）と、
を備え、
前記電力変換モジュールの制御部は、前記管理モジュールが休止し、前記蓄電器群が前記負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記調整部が一定の出力電圧を出力し、前記電流計測部が計測した電流がしきい値を超えると、前記ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の太陽電池充電装置を有する輸送機器である。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、
太陽電池（例えば、後述の実施形態での太陽電池１０１）と、
前記太陽電池が発電した電力を調整して並列に接続された複数の蓄電器（例えば、後述の実施形態での蓄電器Ｂ１〜Ｂ３）を含む蓄電器群（例えば、後述の実施形態での蓄電器群Ｂ）に出力する調整部（例えば、後述の実施形態での電力調整部１１１）、前記調整部の動作を制御する制御部（例えば、後述の実施形態での制御部１１２）、及び、前記調整部の出力電圧を計測する電圧計測部（例えば、後述の実施形態での第２電圧センサ１１５）を有する電力変換モジュール（例えば、後述の実施形態での電力変換モジュール１０３）と、
前記蓄電器群から供給される電力によって駆動する負荷（例えば、後述の実施形態での負荷１０５）と、
前記蓄電器群を構成する各蓄電器の蓄電量を導出する導出部（例えば、後述の実施形態での残容量導出部１２１）及び前記蓄電器群の充放電を制御する充放電制御部（例えば、後述の実施形態での充放電制御部１２２）を有する管理モジュール（例えば、後述の実施形態でのＢＭＵ１０７）と、
を備えた太陽電池充電装置による太陽電池充電方法であって、
前記電力変換モジュールの制御部は、前記管理モジュールが休止し、前記蓄電器群が前記負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合、前記電圧計測部の計測値に基づいて、前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電モードを制御する。
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、
太陽電池（例えば、後述の実施形態での太陽電池１０１）と、
前記太陽電池が発電した電力を調整して並列に接続された複数の蓄電器（例えば、後述の実施形態での蓄電器Ｂ１〜Ｂ３）を含む蓄電器群（例えば、後述の実施形態での蓄電器群Ｂ）に出力する調整部（例えば、後述の実施形態での電力調整部１１１）、前記調整部の動作を制御する制御部（例えば、後述の実施形態での制御部１１２）、及び、前記調整部の出力電圧を計測する電圧計測部（例えば、後述の実施形態での第２電圧センサ１１５）を有する電力変換モジュール（例えば、後述の実施形態での電力変換モジュール１０３）と、
前記蓄電器群から供給される電力によって駆動する負荷（例えば、後述の実施形態での負荷１０５）と、
前記蓄電器群を構成する各蓄電器の蓄電量を導出する導出部（例えば、後述の実施形態での残容量導出部１２１）及び前記蓄電器群の充放電を制御する充放電制御部（例えば、後述の実施形態での充放電制御部１２２）を有する管理モジュール（例えば、後述の実施形態でのＢＭＵ１０７）と、
を備えた太陽電池充電装置による太陽電池充電方法であって、
前記電力変換モジュールの制御部は、前記管理モジュールが休止し、前記蓄電器群が前記負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記調整部が一定の出力電流を出力し、前記電圧計測部が計測した電圧がしきい値を下回ると、前記ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する。
【００１９】
請求項１４に記載の発明は、
太陽電池（例えば、後述の実施形態での太陽電池１０１）と、
前記太陽電池が発電した電力を調整して並列に接続された複数の蓄電器（例えば、後述の実施形態での蓄電器Ｂ１〜Ｂ３）を含む蓄電器群（例えば、後述の実施形態での蓄電器群Ｂ）に出力する調整部（例えば、後述の実施形態での電力調整部１１１）、前記調整部の動作を制御する制御部（例えば、後述の実施形態での制御部１１２）、前記調整部の出力電圧を計測する電圧計測部（例えば、後述の実施形態での第２電圧センサ１１５）、及び、前記調整部の出力電流を計測する電流計測部（例えば、後述の実施形態での第２電流センサ１１６）を有する電力変換モジュール（例えば、後述の実施形態での電力変換モジュール１０３）と、
前記蓄電器群から供給される電力によって駆動する負荷（例えば、後述の実施形態での負荷１０５）と、
前記蓄電器群を構成する各蓄電器の蓄電量を導出する導出部（例えば、後述の実施形態での残容量導出部１２１）及び前記蓄電器群の充放電を制御する充放電制御部（例えば、後述の実施形態での充放電制御部１２２）を有する管理モジュール（例えば、後述の実施形態でのＢＭＵ１０７）と、を備えた太陽電池充電装置による太陽電池充電方法であって、
前記電力変換モジュールの制御部は、前記管理モジュールが休止し、前記蓄電器群が前記負荷に電力を供給しておらず、且つ、前記電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達するまでは、ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を行い、前記電圧計測部が計測した電圧が前記所定値に到達した後は、前記調整部が一定の出力電圧を出力し、前記電流計測部が計測した電流がしきい値を超えると、前記ＭＰＰＴモードでの前記太陽電池の発電電力による前記蓄電器群の充電を再開するよう、前記調整部の動作を制御する。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１、１１及び１２の発明によれば、蓄電器群が負荷に電力を供給しておらず、且つ、電圧計測部が計測した電圧が所定値以下の場合に行われる、太陽電池の発電電力による蓄電器群の充電は、管理モジュールが休止した状態で行われる。このため、蓄電器群の充電時における管理モジュールの消費電力を削減することができるため、太陽電池から得られる電力の消費量を減らして効率良く蓄電することができる。また、太陽電池充電装置を搭載した輸送機器の走行時における当該太陽電池充電装置の重量増加分による電力消費を太陽電池が発電した電力で賄うべく、本発明によれば、太陽電池が発電した電力の消費を極力削減することができる。
【００２１】
請求項２の発明によれば、蓄電器群に含まれる各蓄電器と負荷との間にはそれぞれコンタクタが設けられている。各蓄電器と負荷の間の各電流経路を流れる電流は、複数の電流経路が統合された１本の電流経路を流れる電流よりも小さいため、コンタクタは小電流に対応した低コストなものを用いることができる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、電力変換モジュールと蓄電器群に含まれる各蓄電器との間には、電力変換モジュールから蓄電器への方向を順方向として設けられた複数のダイオードが設けられている。ダイオードによって、コンタクタが開いて各蓄電器が独立した状態になり、各蓄電器の電圧に差が生じても、蓄電器間を電流が流れないよう防止することができる。また、電力変換モジュールの短絡時には、蓄電器から太陽電池側への電流を防止することができる。したがって、太陽電池充電装置の安定した動作を、管理モジュールを作動することなく実現することができる。
【００２３】
請求項４から１０、１３及び１４の発明によれば、蓄電器群が満充電の状態になれば蓄電器群がこの状態を維持できるよう異なるモードの充電が行われる。加えて、蓄電器群から電力が持ち出されるときの蓄電器群の状態変化に基づいて、蓄電器群の電圧が所定値に到達するまでの第１モード（ＭＰＰＴモード）に戻って充電を再開することができる。したがって、管理モジュールが休止した状態のまま、蓄電器群を満充電の状態に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施形態の太陽電池充電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】気象条件の違いによる太陽光発電部の発電電力の最適動作点を示す図である。
【図３】実施例１による太陽電池の発電電力による蓄電器群の充電を示すフローチャートである。
【図４】実施例２による太陽電池の発電電力による蓄電器群の充電を示すフローチャートである。
【図５】実施例３による太陽電池の発電電力による蓄電器群の充電を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、一実施形態の太陽電池充電装置の構成を示すブロック図である。図１に示す太陽電池充電装置は、太陽電池１０１が発電した電力で複数の蓄電器を充電するシステムであり、例えば、太陽電池１０１をルーフに設けたＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）等の輸送機器に搭載される。図１に示すように、太陽電池充電装置は、太陽電池１０１と、電力変換モジュール１０３と、蓄電器群Ｂと、３つのダイオードＤ１〜Ｄ３と、コンタクタ群Ｃと、負荷１０５と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）１０７とを備える。以下、太陽電池充電装置が備える各構成要素について説明する。
【００２７】
太陽電池１０１は、太陽の光エネルギーを電力に変換する。
【００２８】
電力変換モジュール１０３は、電力調整部１１１と、制御部１１２と、第１電圧センサ１１３と、第１電流センサ１１４と、第２電圧センサ１１５と、第２電流センサ１１６とを有し、太陽電池１０１の発電電力を変換して出力する。電力調整部１１１は、制御部１１２によって指示されたモードで太陽電池１０１の発電電力を調整して出力する。制御部１１２は、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）モード、ＣＣ（Constant Current）モード及びＣＶ（Constant Voltage）モードのいずれかに基づいて、電力調整部１１１の動作を制御する。
【００２９】
ＭＰＰＴモードに基づいて制御される電力調整部１１１は、気象条件等の変化で常に変動する最適動作点に追従しながら太陽電池１０１の発電電力を調整する。なお、図２に示すように最適動作点は太陽電池１０１が受ける日射量によって異なり、日射量が異なる時点での最適動作点に対応する電圧も異なる。また、ＣＣモードに基づいて制御される電力調整部１１１は、一定の出力電流を出力するよう太陽電池１０１の発電電力を調整する。なお、電力調整部１１１が出力する一定の出力電流は、蓄電器群Ｂに含まれる各蓄電器の電圧を検出するために必要な蓄電器の放電電流に等しい。また、ＣＶモードに基づいて制御される電力調整部１１１は、一定の出力電圧を出力するよう太陽電池１０１の発電電力を調整する。なお、電力調整部１１１が出力する一定の出力電圧は、蓄電器群Ｂに含まれる各蓄電器が十分に充電された状態のときの、この蓄電器の開放電圧に等しい。
【００３０】
第１電圧センサ１１３は、太陽電池１０１の出力電圧であって電力変換モジュール１０３の入力電圧Ｖ１を計測する。第１電圧センサ１１３が計測した電圧Ｖ１を示す信号は制御部１１２に入力される。また、第１電流センサ１１４は、太陽電池１０１の出力電流であって電力変換モジュール１０３の入力電流Ａ１を計測する。第１電流センサ１１４が計測した電流Ａ１を示す信号は制御部１１２に入力される。
【００３１】
第２電圧センサ１１５は、電力調整部１１１の出力電圧Ｖ２を計測する。第２電圧センサ１１５が計測した電圧Ｖ２を示す信号は制御部１１２に入力される。なお、第２電圧センサ１１５が計測した電圧Ｖ２は、蓄電器群Ｂの開放電圧にダイオードのＯＮ電圧（順方向電圧）の微小電圧を加えた値と等しい。また、第２電流センサ１１６は、電力調整部１１１の出力電流Ａ２を計測する。第２電流センサ１１６が計測した電流Ａ２を示す信号は制御部１１２に入力される。
【００３２】
蓄電器群Ｂは、電力変換モジュール１０３の出力側に並列に接続された３つの蓄電器Ｂ１〜Ｂ３を含む。電力変換モジュール１０３と各蓄電器の間には、各蓄電器の電圧に差が生じた状態で蓄電器間を電流が流れないよう防止するためのダイオードＤ１〜Ｄ３が設けられている。ダイオードＤ１〜Ｄ３は、電力変換モジュール１０３から蓄電器Ｂ１〜Ｂ３への方向を順方向として設けられている。
【００３３】
コンタクタ群Ｃは、蓄電器群Ｂに含まれる蓄電器Ｂ１〜Ｂ３と負荷１０５の間の３本の電流経路にそれぞれ設けられたコンタクタＣ１〜Ｃ３を含む。コンタクタＣ１〜Ｃ３が閉じられると蓄電器群Ｂから負荷１０５への電力の供給が行われる。負荷１０５は、本実施形態の太陽電池充電装置が搭載される輸送機器の動力源となるモータや、車室内温度を調整するエアコンのコンプレッサ、タブレット型端末、冷暖シート又はオーディオ機器等の補機である。
【００３４】
ＢＭＵ１０７は、残容量導出部１２１と、充放電制御部１２２と、コンタクタ制御部１２３とを有し、蓄電器群Ｂ及びコンタクタ群Ｃを統括的に管理する。残容量導出部１２１は、ＯＣＶ（開放電圧）推定方式によって、蓄電器Ｂ１〜Ｂ３の各残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を導出する。充放電制御部１２２は、蓄電器群Ｂに含まれる蓄電器Ｂ１〜Ｂ３の充放電を統括的に制御する。コンタクタ制御部１２３は、コンタクタ群Ｃに含まれるコンタクタＣ１〜Ｃ３の各開閉状態を制御する。なお、ＢＭＵ１０７は、蓄電器群Ｂが負荷１０５に電力を供給するときのみ作動する。したがって、蓄電器群Ｂから負荷１０５に電力が供給されるとき以外のＢＭＵ１０７による電力消費を削減することができる。
【００３５】
以下、図１に示した太陽電池充電装置で行われる、太陽電池１０１の発電電力による蓄電器群Ｂの充電に関する３つの実施例について説明する。なお、太陽電池１０１の発電電力による蓄電器群Ｂの充電は、蓄電器群Ｂが負荷１０５に電力を供給しておらず、且つ、第２電圧センサ１１５が計測した電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２が満充電電圧以下の場合に、ＢＭＵ１０７が休止した状態で行われる。なお、満充電電圧は、蓄電器群Ｂに含まれる各蓄電器が十分に充電された状態のときの、この蓄電器の開放電圧に等しい。
【００３６】
＜実施例１＞
図３に示す実施例１では、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２が満充電電圧以下の状態において、電力変換モジュール１０３の制御部１１２は、ＭＰＰＴモードでの電力調整部１１１の動作を制御して、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２によって蓄電器群Ｂを充電する（ステップＳ１０１）。制御部１１２は、ＭＰＰＴモードでの充電時に、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２が満充電電圧に到達したかを判断し（ステップＳ１０３）、出力電圧Ｖ２＝満充電電圧であればステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、制御部１１２は、ＭＰＰＴモードからＣＣモードに切り替えて、ＣＣモードでの電力調整部１１１の動作を制御する。このとき電力調整部１１１は、電力変換モジュール１０３の出力電流が一定となるよう太陽電池１０１の発電電力を調整する。なお、電力調整部１１１が出力する一定の出力電流は、蓄電器群Ｂに含まれる各蓄電器の電圧を検出するために必要な蓄電器の放電電流に等しい。また、ＣＣモードでは一定電流が電力変換モジュール１０３から出力されるため、電力変換モジュール１０３の第２電圧センサ１１５は常に出力電圧Ｖ２を計測することができる。制御部１１２は、ＣＣモードでの充電時に、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２が満充電電圧を下回ったかを判断し（ステップＳ１０７）、出力電圧Ｖ２＜満充電電圧となればステップＳ１０１に戻る。
【００３７】
このように、実施例１では、蓄電器群Ｂが満充電の状態になればＣＣモードでの充電が行われるが、ＣＣモードのときに蓄電器群Ｂに入力される電流は、蓄電器Ｂ１〜Ｂ３の各電圧を検出するために必要な各蓄電器の放電電流に等しいため、蓄電器Ｂ１〜Ｂ３の電圧は上昇せず、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２は満充電電圧に維持される。但し、負荷１０５の駆動のためにコンタクタＣ１〜Ｃ３が閉制御され、蓄電器群Ｂから電力が持ち出されるときには、蓄電器群Ｂの電圧が低下して電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２が満充電電圧を下回るため、ＭＰＰＴモードでの充電が再開される。
【００３８】
＜実施例２＞
図４に示す実施例２では、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２が満充電電圧以下の状態において、電力変換モジュール１０３の制御部１１２は、ＭＰＰＴモードでの電力調整部１１１の動作を制御して、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２によって蓄電器群Ｂを充電する（ステップＳ２０１）。制御部１１２は、ＭＰＰＴモードでの充電時に、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２が満充電電圧に到達したかを判断し（ステップＳ２０３）、出力電圧Ｖ２＝満充電電圧であればステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、制御部１１２は、ＭＰＰＴモードからＣＶモードに切り替えて、ＣＶモードでの電力調整部１１１の動作を制御する。このとき電力調整部１１１は、電力変換モジュール１０３の出力電圧が一定となるよう太陽電池１０１の発電電力を調整する。なお、電力調整部１１１が出力する一定の出力電圧は満充電電圧に等しい。また、ＣＶモードであっても、蓄電器群Ｂが無負荷の状態であっても生じる暗電流やその他の消費による電圧降下分を補うためのわずかな電流が電力変換モジュールから出力されるため、電力変換モジュール１０３の第２電流センサ１１６は出力電流Ａ２を計測することができる。制御部１１２は、ＣＶモードでの充電時に、電力変換モジュール１０３の出力電流Ａ２がしきい値を超えたかを判断し（ステップＳ２０７）、出力電流Ａ２＞しきい値となればステップＳ２０１に戻る。なお、しきい値は、蓄電器群Ｂにおける暗電流よりも高い値である。
【００３９】
このように、実施例２では、蓄電器群Ｂが満充電の状態になればＣＶモードでの充電が行われるが、ＣＶモードのときには蓄電器群Ｂには常に満充電電圧が印加される。但し、負荷１０５の駆動のためにコンタクタＣ１〜Ｃ３が閉制御され、蓄電器群Ｂから電力が持ち出されるときには、蓄電器群Ｂの電圧が低下するため、電力変換モジュール１０３の出力電流Ａ２は急増してしきい値を超えるため、ＭＰＰＴモードでの充電が再開される。
【００４０】
＜実施例３＞
図５に示す実施例３では、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２が満充電電圧以下の状態において、電力変換モジュール１０３の制御部１１２は、ＭＰＰＴモードでの電力調整部１１１の動作を制御して、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２によって蓄電器群Ｂを充電する（ステップＳ３０１）。制御部１１２は、ＭＰＰＴモードでの充電時に、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２が満充電電圧に到達したかを判断し（ステップＳ３０３）、出力電圧Ｖ２＝満充電電圧であればステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では、制御部１１２は、電力調整部１１１の動作を停止して蓄電器群Ｂの充電を停止する。次に、制御部１１２は、第１電圧センサ１１３及び第１電流センサ１１４から得られた信号に基づいて、太陽電池１０１の出力が０か否かを判断し（ステップＳ３０７）、太陽電池１０１の出力が０であれば一連の処理を終了し、０でなければステップＳ３０９に進む。ステップＳ３０９では、制御部１１２は、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２が満充電電圧よりも極端に低い値（例えば１Ｖ）以下かを判断し、出力電圧Ｖ２が極端に低い値であればステップＳ３０１に戻り、出力電圧Ｖ２が極端に低い値でなければステップＳ３０５に戻る。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の太陽電池充電装置によれば、蓄電器群Ｂが負荷１０５に電力を供給しておらず、且つ、電力変換モジュール１０３の出力電圧Ｖ２が満充電電圧以下の場合に行われる、太陽電池１０１の発電電力による蓄電器群Ｂの充電は、ＢＭＵ１０７が休止した状態で行われる。このため、蓄電器群Ｂの充電時におけるＢＭＵ１０７の消費電力を削減することができるため、太陽電池１０１から得られる電力の消費量を減らして効率良く蓄電することができる。また、太陽電池充電装置を搭載した輸送機器の走行時における当該太陽電池充電装置の重量増加分による電力消費を太陽電池１０１が発電した電力で賄うべく、本実施形態によれば、太陽電池１０１が発電した電力の消費を極力削減することができる。
【００４２】
また、蓄電器群Ｂと負荷１０５との間には、蓄電器群Ｂに含まれる各蓄電器と負荷１０５との間の３本の電流経路のそれぞれにコンタクタＣ１〜Ｃ３が設けられている。各電流経路を流れる電流は、３本の電流経路が統合された１本の電流経路を流れる電流よりも小さいため、コンタクタＣ１〜Ｃ３は小電流に対応した低コストなものを用いることができる。
【００４３】
また、電力変換モジュール１０３と蓄電器群Ｂに含まれる各蓄電器との間には、電力変換モジュール１０３から蓄電器Ｂ１〜Ｂ３への方向を順方向として設けられた３つのダイオードＤ１〜Ｄ３が設けられている。ダイオードＤ１〜Ｄ３によって、コンタクタＣ１〜Ｃ３が開いて各蓄電器が独立した状態になり、各蓄電器の電圧に差が生じても、蓄電器間を電流が流れないよう防止することができる。また、電力変換モジュール１０３の短絡時には、蓄電器Ｂ１〜Ｂ３から太陽電池１０１側への電流を防止することができる。したがって、太陽電池充電装置の安定した動作を、ＢＭＵ１０７を作動することなく実現することができる。
【００４４】
また、実施例１，２に示される蓄電器群Ｂの充電では、蓄電器群Ｂが満充電の状態になれば蓄電器群Ｂがこの状態を維持できるよう異なるモードの充電が行われる。加えて、蓄電器群Ｂから電力が持ち出されるときの蓄電器群Ｂの状態変化に基づいて、蓄電器群Ｂが満充電の状態に到達するまでのＭＰＰＴモードに戻って充電を再開することができる。したがって、ＢＭＵ１０７が休止した状態のまま、蓄電器群Ｂを満充電の状態に維持できる。
【００４５】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０１  太陽電池
１０３  電力変換モジュール
１０５  負荷
１０７  ＢＭＵ
１１１  電力調整部
１１２  制御部
１１３  第１電圧センサ
１１４  第１電流センサ
１１５  第２電圧センサ
１１６  第２電流センサ
１２１  残容量導出部
１２２  充放電制御部
１２３  コンタクタ制御部
Ｂ  蓄電器群
Ｂ１〜Ｂ３  蓄電器
Ｃ  コンタクタ群
Ｃ１〜Ｃ３  コンタクタ
Ｄ１〜Ｄ３  ダイオード
【図１】
0006450656.tif 000002
【図２】
0006450656.tif 000003
【図３】
0006450656.tif 000004
【図４】
0006450656.tif 000005
【図５】
0006450656.tif 000006