(57)【要約】【課題】車両の主電源消費電力を経済化するために、車体屋上その他に太陽電池を搭載する場合の問題点を解決する。とくに車両に冷房装置または冷凍装置などを搭載する場合の合理的な回路接続を提供する。【解決手段】車体に装備する太陽電池の出力にＤＣ−ＤＣコンバータを利用して、太陽電池の出力電圧を車両の主電源の電圧と等しくなるように制御設定して、太陽電池の電気出力を車両の主電源に対して適応的に切替接続する。【選択図】図１
2007022210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された電気装置に直流電流を供給する蓄電池と、その車両の走行用内燃機関の回転軸に連結されて駆動されるオルタネータと、このオルタネータの出力電流を変換して前記蓄電池に充電電流として供給する第一のレギュレータとを備えた車両用電源装置において、
太陽電池と、この太陽電池の出力を入力としてその出力電圧を前記第一のレギュレータの出力電圧と実質的に等しい電圧に制御する第二のレギュレータと、前記電気装置の一部（または全部）を前記蓄電池の端子から切り離して前記第二のレギュレータの出力端子に接続する切替手段とを備えたことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
前記第二のレギュレータの出力通路に逆流防止回路を備えた請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記第二のレギュレータの出力を前記畜電池に供給する通路は車両のキー・スイッチがオフ状態になっても連動して遮断されることがない構成である請求項２記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記電気装置の一部は、この車両に搭載された保冷装置または冷凍装置である請求項２記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両に太陽電池を搭載して、その出力をその車両に搭載された各種の電気装置で利用するための車両用電源装置に関する。とくに車両に搭載された保冷装置または冷凍装置などで必要な電源電力を得るための装置として開発されたものであるが、これらの装置に限らず各種の車載装置の電源として利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
貨物車両の貨物室に保冷装置または冷凍装置を設置して、貨物を一定の低温状態で輸送することができる車両の需要が大きくなっている。従来からこのような保冷装置または冷凍装置を装備した車両では、真夏の炎天下を走行する場合にも、貨物室内が所望の低温状態に維持されるように、保冷装置または冷凍装置を駆動する動力を搭載している。これらには、走行用のエンジンの回転力により駆動される発電機から電力を供給する、あるいは車両の走行系とは別に特別な発電機を設けこれを車両走行用のエンジンとは別の小型エンジンにより駆動する、などの設計が行われている。
【０００３】
一方、近年太陽電池の性能が向上し、小型または中型の貨物車両の屋上面積程度のもので、日中の日射により数キロワットの電気出力の得られるものが調達できるようになった。太陽電池は日射エネルギを受けて、これを光電気変換素子により直接電気エネルギに変換する装置であり、太陽光の強いときにその発電能力は大きくなる。これは太陽光の強いときに大きいエネルギを必要とする保冷装置または冷凍装置に適合するものである。
【０００４】
従来から車両が走行するために必要な動力の一部として、太陽電池が発生するエネルギを利用する試みがいくつか知られている。試作された車両についてコンテストなども行われている。しかし太陽電池の出力により保冷装置または冷凍装置など、車載の補助装置を駆動するための補助的なエネルギを得る、との考え方はいまだ実用化されていない。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１２３５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
太陽電池が発生する電気エネルギを利用して、車載の保冷装置または冷凍装置を駆動することは良い考えであるが、太陽電池が発生するエネルギは日射量が大きいとき、あるいは周囲の気温が高いときに有効であって、夜間や日射量が小さいときにはその電気出力が小さくて役に立たない。したがって、車載の保冷装置や冷凍装置の駆動電源を太陽電池から得るとしても、これを太陽電池のみから供給するような設計は適当ではない。すなわち保冷装置や冷凍装置を駆動するための電源は、太陽電池から供給する場合にも、その電源を車載の一般電力系と共通にしておく、あるいは太陽電池の出力が大きいときにこれを切換えて利用することができるように設計すべきである。また、積載物が冷却を必要としない種類の物品であるときには、保冷装置や冷凍装置の運転を停止して走行することになるから、そのような場合に太陽電池の出力をまったく利用しないという設計も無駄が多く適当ではない。
【０００７】
ある程度の規模で保冷装置または冷凍装置を設けた従来の貨物車両は、保冷装置または冷凍装置を駆動するために、車両走行用の内燃機関とは別の小型の内燃機関を装備するようになっている。したがって、その内燃機関を搭載するために貨物の積載量が小さくなる欠点がある。またこのための小型の内燃機関はしばしば特別設計品であり、車両走行用の内燃機関に比べて高価であるから、保冷装置または冷凍装置を装備する車両はかなり高価になる。走行用動力系とは別に小型の内燃機関を設ける場合には、これは車両走行用の内燃機関にくらべると特殊設計品になることが避けられず、保守点検に必要な工数が大きくなる。別の小型の内燃機関を搭載する場合には、その小型の内燃機関に不具合が発生することが考えられ、車両の稼働率は一般の貨物車両にくらべてどうしても低くなる。また別の小型の内燃機関は、運用中に騒音を発生するから、一般車両に比べて発生する騒音が大きくなる。その小型の内燃機関に走行用の内燃機関とは異なる種類の燃料を供給する場合には、燃料の管理がかなり複雑になる。かりに燃料の種類が同一であるように設計されても、運行のための燃料消費量が大きくなる欠点がある。したがって燃料タンクの大きさや種類も特別に設計することが必要になる。
【０００８】
本発明はこのような背景に行われたものであって、保冷装置または冷凍装置を駆動するために、車両走行用の内燃機関とは別に搭載する内燃機関を不要にすることを目的とする。本発明は、保冷装置または冷凍装置を搭載した車両の燃料費用および運行経費を軽減することを目的とする。本発明は、保冷装置または冷凍装置を駆動する動力源を電動として設計し、これを車両の一般電源と共通の規格とし、その運転操作の簡易化をはかることを目的とするものである。さらに本発明は、保冷装置または冷凍装置を搭載した車両の保守点検を簡素化することを目的とする。本発明は車両を運行することにより発生する騒音を低減することを目的とする。本発明は、運行のための燃料消費量を経済化することを目的とする。さらに進めて本発明は、保冷装置または冷凍装置が装備されていない一般車両についても、太陽エネルギを有効に利用することができる車両電源装置を提供することを目的とする。本発明は、保冷装置または冷凍装置に供給する電力を太陽エネルギから直接に得る場合にも、電力をいったん電池に充電して利用するのではなく、そのまま各種装置に供給して、充放電によるエネルギ損失を小さくすることができる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の最大の特徴は、車両に太陽電池（４）を搭載し、その太陽電池（４）に電気出力があるときに、その太陽電池（４）の出力電圧をその車両に搭載されたオルタネータ（２）および畜電池（１）の端子電圧と実質的に等しく制御し、車両で必要とする電力を太陽電池（４）からも同時に供給するように設定するところにある。第一のオルタネータ（２）の端子電圧は蓄電池（１）の端子電圧と直結されもとより等しい電圧にある。本発明では第二のレギュレータ（５）で調節制御された太陽電池（４）の出力も、前記第一のオルタネータ（２）および蓄電池（１）が並列接続された回路に並列接続して、必要な電流を共同して分担するように構成するものである。
【００１０】
すなわち本発明は、車両に搭載された電気装置に直流電流を供給する蓄電池（１）と、その車両の走行用内燃機関の回転軸に連結されて駆動されるオルタネータ（２）と、このオルタネータ（２）の出力電流を変換して前記蓄電池に充電電流として供給する第一のレギュレータ（３）とを備えた車両用電源装置において、太陽電池（４）と、この太陽電池（４）の出力を入力としてその出力電圧を前記第一のレギュレータ（３）の出力電圧と実質的に等しい電圧に制御する第二のレギュレータ（５）と、前記電気装置の一部（または全部）を前記蓄電池の端子から切り離して前記第二のレギュレータ（５）の出力端子に接続する切替手段（８Ａ、８Ｂ）とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
前記第二のレギュレータ（５）の出力通路に逆流防止回路を備えることが望ましい。逆流防止回路は、第二のレギュレータ（５）、ＤＣ−ＤＣコンバータ（９）などの出力回路に実質的に挿入されていることになる場合には、改めて挿入する必要がない場合が考えられるので別項とする。
【００１２】
前記第二のレギュレータの出力を前記畜電池に供給する通路は車両のキー・スイッチがオフ状態になっても連動して遮断されることがない構成とすることがよい。これにより太陽電池が負荷に十分な電流を供給できる状態であるときには、車両のオルタネータすなわちエンジンを停止させることができる。前記電気装置の一部は、この車両に搭載された保冷装置または冷凍装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、車載の太陽電池が発生する電気エネルギは、車載の蓄電池およびオルタネータが発生する車両用電源装置と、その出力電圧が等しく制御されているので、太陽電池に出力が発生しているときに車載の電気装置はその供給電源の切替操作を伴うことなく利用することができる。本発明により、車両に保冷装置や冷凍装置が搭載されている場合や、その他車両に搭載された電気装置の電力消費が大きい場合にも、走行用エンジンとは別系統のエンジンおよびその附属装置を搭載することのない設計が可能になる。本発明はとくに日射の強い条件下で強力な動作を行い、大きい電源電力が必要になる保冷装置または冷凍装置を搭載する車両に実施して有用である。すなわち保冷装置または冷凍装置を搭載する車両を安価に製造することができるとともに、保冷装置または冷凍装置を搭載する車両を経済的にかつ簡単な操作により運用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明第一実施例装置の電気回路図である。この実施例は中型貨物車両に実施されたものである。この貨物車両は、貨物室の一部が断熱壁面により仕切られて冷凍室が設けられた構造になっている。この冷凍室に冷気流を送風するために車両に冷凍装置が配備されている。そしてこの冷凍装置は電動の装置であって、この冷凍装置に対して車両に設けられた通常の直流電源から駆動電力を供給する。さらに本発明の特徴として、この冷凍装置には、この車両に搭載された太陽電池から供給される電気エネルギが有効に利用できるときには、太陽電池からの電力を供給して車両の直流電源の消費を経済化するように構成されている。
【００１５】
すなわち車載の蓄電池１は端子の定格電圧２４Ｖ（充電時端子電圧２８．５Ｖ）の標準的な貨物自動車用鉛蓄電池である。オルタネータ２は、この車両の走行用内燃機関であるディーゼル・エンジンの回転軸にベルトにより連結されて駆動されている。オルタネータ２にはその発生電流を制御する第一のレギュレータ３が設けられている。オルタネータ２により発電される電気エネルギは、この第一のレギュレータ３により直流に変換されるとともに、その直流出力は蓄電池１に充電電流を供給する。
【００１６】
この車両の貨物室の屋根には太陽電池４が装備されている。この太陽電池４は、薄い板状の形態であり、太陽光の照射を受けてその光エネルギを電気エネルギに変換する装置である。この太陽電池４は、それぞれ４個のセルが一枚のパネル構造をなし、この車両の貨物室の屋根にはそのほとんど全部の面積を埋め尽くすように、４枚のパネルが取付けられている。各セルはその裏面の負電極を車体電位（アース電位）に接続する。その表面の正電極に現れる直流出力電流は、各セル毎に逆流防止ダイオードを介して取り出される。この４枚のパネルの直流出力電流は絶縁ケーブルによりそれぞれ遮断器１８の入力側端子に接続される。この遮断器１８は各太陽電池４の素子の保守を行う際に、あるいは各素子に不具合が発生したときに、太陽電池４を全体に切り離すのではなく、必要な素子を個別に切り離すことができるように挿入するものである。遮断器１８の出力側端子はＤＣ−ＤＣコンバータ９の入力端子に接続される。
【００１７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ９は、太陽電池４で発生する直流エネルギを利用しやすい電圧の直流に変換するためのものである。すなわち一般に太陽電池は日射の状況によりその出力電圧および電流が大きく変動する。これをＤＣ−ＤＣコンバータ９により電圧変動の小さい出力に変換する。このＤＣ−ＤＣコンバータの出力回路には、第二のレギュレータ５を設けてさらに電圧変動を抑圧する。
【００１８】
ここで本発明の装置では、オルタネータ２の回転中には、すなわち車両のエンジンが回転している状態では、第二のレギュレータ５の出力端子電圧を蓄電池１の端子電圧と実質的に等しくなるように設定する。この構成が本発明の最大の特徴である。すなわち、第二のレギュレータ５の出力回路には、逆流防止ダイオード６が設けてあり、この逆流防止ダイオード６に順方向の電流があるときには、その逆流防止ダイオード６の両端にわずかな電圧降下（ΔＶ）が生じる。したがって、この逆流防止ダイオード６の出力点でそのアース電位に対する電圧が第一のレギュレータ３の出力電圧（２８．５Ｖ）に等しくなるように設定する。この実施例では上記逆流防止ダイオード６の電圧降下分は、
ΔＶ  ＝  ０．６Ｖ
であり、したがって第二のレギュレータ５はその出力点で、この電圧降下（０．６Ｖ）分だけ高くなるようにこの出力電圧を設定する。
【００１９】
そしてこの車両では、図１に負荷１０および負荷１１と二つに区分して示すように、主要な電気負荷である冷凍装置についてこれを二系統に分離してある。したがって負荷切替リレー８Ａおよび８Ｂにより、これを二つの負荷１０および１１を太陽電池４の出力とオルタネータ２の出力に選択的に接続することができる。すなわちＤＣ−ＤＣコンバータ９に設けられた電源切替器１２から、負荷切替リレー８Ａの巻線に電流を供給すると、負荷１０は蓄電池１およびオルタネータ２が発生する車両の一般電源の回路から切り離され、太陽電池４が発生する電源に切替接続される。同様に負荷切替リレー８Ｂの巻線に電流を供給すると、負荷１１はオルタネータ２が発生する車両の一般電源の回路から、太陽電池４が発生する電源に切替接続される。電源切替器１２は、その形態としてはＤＣ−ＤＣコンバータ９に組み込まれ、その出力を実質的に監視して、その供給電流に余裕が生じたときには、順次選択的に負荷切替リレー８Ａおよび８Ｂを太陽電池側に切替え制御する。逆に日射量が小さくなり、供給電流が不足する状況が生じると、順次負荷切替リレー８Ａおよび８Ｂを太陽電池から切り離し、車両の一般電源に接続する。
【００２０】
上述のように負荷１０および１１はそれぞれこの車両に積載された二つの冷凍装置の駆動装置であり、この車両が太陽光を十分に受ける日射の良いところを走行中には、太陽電池４の発電電流が大きくなり、冷凍装置を有効に利用する。日射が弱くなってきたときには、太陽電池４から供給する電流を順次小さくするように制御することができる。日射が弱くなったときには冷凍装置は大きい電力を必要としないから、この切替制御はきわめて合理的である。
【００２１】
負荷１０および１１については二つの冷凍装置に限らず、室内冷房装置その他車両に搭載された各種の電気装置について実施することができる。従来例装置の設計では、貨物室の冷凍用に走行用とは別に特別の冷凍用エンジンを搭載するものがあるが、このような装置については、本発明を実施することにより冷凍用エンジンを適宜その運転を停止させるように運用することができる。すなわち本発明により、太陽電池の発電量にしたがって、かつ適切な負荷を選択してその発電電力を供給することができる。
【００２２】
なお図１において、オルタネータ２を制御する第一のレギュレータ３には、オルタネータ２の発電出力を送出する出力端子１６と、車両のキー・スイッチ７の動作に連動して＋電位が入力するキー・スイッチ端子１７が設けられている。出力端子１６は車両の蓄電池１の＋側電極に接続される。実用的な車両でこの出力端子１６と蓄電池１の正極との間には他の直列回路が挿入されているものもあるが、ここでは本発明の動作に直接関係がないのでこれを直結されているように図示する。キー・スイッチ７は運転者のエンジン・キーの操作に連動するスイッチであり、運転者の操作により車両のエンジンが回転中であり、しかも二つの負荷１０および１１（例、二つの冷凍装置）に電流が供給されているときに「閉」の状態にある。キー・スイッチ端子１７はこのキー・スイッチ７の出力側に接続され、キー・スイッチ７がオン状態にあるときにこのキー・スイッチ端子１７に正電位がある。
【００２３】
図２は本発明第二実施例装置の構成図である。この第二実施例装置も冷凍装置を装備した中型車両に実施するものである。この第二実施例装置では、冷凍機などの負荷１０も特別扱いはせずに一般の負荷と並列に接続される。そしてこの第二実施例でも、太陽電池４の出力はＤＣ−ＤＣコンバータ９により電圧調整されて、第二のレギュレータ５から取りだされる。そしてこの第二のレギュレータ５の出力回路に接続された逆流防止ダイオード６の出力点で、第一のレギュレータ３の出力端子電圧と等しい電圧（２８．５Ｖ）に設定されるところは上記第一実施例で説明したものと同様である。
【００２４】
車両の走行中はキー・スイッチ７が閉の状態にある。したがって過充電防止回路１３は励磁されて導通状態にある。このとき太陽電池４が太陽光を受けて十分な出力が発生し、ＤＣ−ＤＣコンバータ９の入力電圧が所定値Ｖ１より大きくなると、電源切替器１２はこれを検出して太陽電池リレー１４に励磁電力を送出しこれをオンにする。そうすると太陽電池４の出力は、第二のレギュレータ５から、逆流防止ダイオード６を通過して、太陽電池リレー１４の接点を経由して、第一のレギュレータ３の出力に重畳して負荷１０に電力を供給する。
【００２５】
このとき太陽電池４の出力がさらに増大すると、オルタネータ２の出力と二電源で動作させる必要がなくなり、電源切替器１２はオルタネータ・リレー１５を励磁して第一のレギュレータ３にインヒビット信号を送る。これによりオルタネータ２は界磁巻線の励磁が実質的になくなって空転状態となり、電気出力をほとんど送出しなくなる。このとき負荷に必要な電源電流は太陽電池から全面的に供給される。
【００２６】
日射が弱くなり太陽電池４の出力が低下してくると、電源切替器１２はオルタネータ・リレー１５の励磁電流を小さくする、または零にする。これによりオルタネータ・リレー１５はその接点が開放され、第一のレギュレータ３に送られていたインヒビット信号は消滅する。これによりオルタネータ２は電気出力を増大させる。さらに日射が弱くなり太陽電池４の出力が利用できないほどになると、すなわちＤＣ−ＤＣコンバータ９の入力電圧があらかじめ設定された所定値Ｖ２より低くなると、電源切替器１２は太陽電池リレー１４を開放して太陽電池４からの電源電流の供給を停止する。
【００２７】
上記の動作を図３にフローチャートで表示する。このフローチャートは上記動作の説明と実質的に同じであるから説明の繰り返しを避ける。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、車両に冷凍装置を搭載する場合に限らず、車両に保冷装置を搭載する場合にも本発明は有効に実施することができる。さらに乗用車またはバスの室内冷房用の補助電源として本発明を実施することができる。また冷却または冷房用に限らず、本発明を実施することにより車両に搭載する太陽電池から補助電気エネルギを得て利用する形態はさまざまに考えられ、そのような各種の形態で本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明第一実施例装置要部の電気回路構成図。
【図２】本発明第二実施例装置要部の電気回路構成図。
【図３】本発明第二実施例装置の動作フローチャート。
【符号の説明】
【００３０】
１    蓄電池
２    オルタネータ
３    第一のレギュレータ
４    太陽電池
５    第二のレギュレータ
６    逆流防止ダイオード
７    キー・スイッチ
８Ａ、８Ｂ    負荷切替リレー
９    ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０    負荷
１１    負荷
１２    電源切替器
１３    過充電防止回路
１４    太陽電池リレー
１５    オルタネータ・リレー
１６    出力端子
１７    キー・スイッチ端子
１８    遮断器
【図１】
2007022210.tif 000003
【図２】
2007022210.tif 000004
【図３】
2007022210.tif 000005