本発明は、太陽光発電により得られた電力でバッテリを充電する車載電源装置に関する。

従来、太陽光発電により得られた電力をバッテリに蓄積させる車載電源装置としては、特許文献1に示すものが知られている。特許文献1の車載電源装置では、太陽光発電により得られた電力を、メインバッテリとサブバッテリとの2つの低電圧バッテリに同時に供給する。このメインバッテリ及びサブバッテリは、車輌の駆動用の高電圧(200V)の電力を供給する高電圧バッテリとは異なり、低電圧(14.0V、12.5V)の電力を負荷に供給する。

近年、高電圧バッテリを動力源として走行する電気自動車等の車輌に対しては、長い航続距離及び高電圧バッテリにおける充電時間の短縮化の要求が高まっている。しかしながら、特許文献1の車載電源装置は、太陽光発電により得られた電力で高電圧バッテリを充電できないので、上記の要求に十分に応えることができない。

上記の要求に対して、従来、太陽光発電により得られた電力で駆動用の高電圧バッテリを充電する車載電源装置が知られている。このような車載電源装置は、太陽光発電により得られた電力を、低電圧(例えば12V)から高電圧(例えば200V)に昇圧して高電圧バッテリに蓄積する。

特開2012−56357号公報

しかしながら、特許文献1には、太陽光発電で得られた電力により低電圧バッテリと高電圧バッテリとの両方を充電することは開示されていない。また、太陽光発電で得られた電力により単に低電圧バッテリと高電圧バッテリとの両方を充電する場合には、高電圧バッテリを充電する場合において、充電用の電力を低電圧から高電圧に昇圧する際の昇圧回路における損失が大きいため、装置全体の充電効率が低下するという問題がある。

本発明の目的は、太陽光発電で得られた電力により低電圧バッテリと高電圧バッテリとの両方を充電する場合において、高電圧バッテリの充電よりも低電圧バッテリの充電を優先することにより、装置全体の充電効率の低下を抑制する車載電源装置を提供することである。

本発明に係る車載電源装置は、太陽光発電により得られた電力でバッテリを充電する車載電源装置であって、低電圧バッテリと、前記低電圧バッテリよりも高い電圧の電力を蓄積する高電圧バッテリと、太陽光を電力に変換するソーラーパネルと、前記ソーラーパネルで変換した電力を昇圧する昇圧部と、前記ソーラーパネルで変換した電力により前記低電圧バッテリを充電するとともに前記低電圧バッテリに蓄積した電力の蓄積量が所定値以上の場合に、前記昇圧部で昇圧した電力により前記高電圧バッテリを充電するように切り替える制御部と、を有する。

本発明によれば、太陽光発電で得られた電力により低電圧バッテリと高電圧バッテリとの両方を充電する場合において、高電圧バッテリの充電よりも低電圧バッテリの充電を優先することにより、装置全体の充電効率の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態1に係る車載電源装置の構成を示すブロック図

本発明の実施の形態1における車輌が停車中の車載電源装置の動作を示すフロー図

本発明の実施の形態1における車輌が走行中の車載電源装置の動作を示すフロー図

本発明の実施の形態2における車輌が走行中の車載電源装置の動作を示すフロー図

本発明の実施の形態3に係る車載電源装置の構成を示すブロック図

本発明の実施の形態3における車輌が停車中の車載電源装置の動作を示すフロー図

本発明の実施の形態4における車輌が停車中の車載電源装置の動作を示すフロー図

本発明の実施の形態5に係る車載電源装置の構成を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

(実施の形態1) <車載電源装置の構成> 本発明の実施の形態1に係る車載電源装置100の構成について、図1を用いて説明する。図1の入出力線において、破線は制御信号を伝送する入出力線を示し、実線は制御信号以外の信号の伝送及び電力の受け渡しのための入出力線を示している。

車載電源装置100は、ソーラーパネル101と、昇降圧DCDCコンバータ102と、昇圧DCDCコンバータ103と、リレー104と、高電圧バッテリ105と、保護スイッチ106と、低電圧バッテリ107と、負荷108と、制御部109とから主に構成されている。

ソーラーパネル101は、受光した太陽光を電力に変換して昇降圧DCDCコンバータ102に出力する。

昇降圧DCDCコンバータ102は、制御部109の制御に従って、ソーラーパネル101から入力された電力を昇圧あるいは降圧することにより、出力する電力の電圧値を安定させる。昇降圧DCDCコンバータ102は、電圧値を安定させた電力を昇圧DCDCコンバータ103及び保護スイッチ106に出力する。

昇圧DCDCコンバータ103は、制御部109の制御に従って、昇降圧DCDCコンバータ102から入力された電力の電圧を所定値まで(例えば、12Vから400Vまで)昇圧してリレー104に出力する。この際、昇圧DCDCコンバータ103で昇圧される電力には損失が生じる。

リレー104は、制御部109の制御に従って、ONとOFFとを切り替える。リレー104がONの場合には、昇圧DCDCコンバータ103から入力された電力は高電圧バッテリ105に出力される一方、リレー104がOFFの場合には、昇圧DCDCコンバータ103から入力された電力は高電圧バッテリ105に出力されない。

高電圧バッテリ105は、昇圧DCDCコンバータ103からリレー104を介して入力された高電圧の電力を蓄積する。

保護スイッチ106は、制御部109の制御に従って、ONとOFFとを切り替える。保護スイッチ106がONの場合には、昇降圧DCDCコンバータ102から入力された電力は低電圧バッテリ107に出力される一方、保護スイッチ106がOFFの場合には、昇降圧DCDCコンバータ102から入力された電力は低電圧バッテリ107に出力されない。

低電圧バッテリ107は、昇降圧DCDCコンバータ102から保護スイッチ106を介して入力された低電圧の電力を蓄積する。

負荷108は、保護スイッチ106から入力された電力または低電圧バッテリ107に蓄積されている電力を用いて動作する。負荷108は、例えばカーナビゲーション等の車輌のアクセサリである。

制御部109は、昇降圧DCDCコンバータ102における昇圧動作または降圧動作のONとOFFとの切り替え、及び昇圧DCDCコンバータ103における昇圧動作のONとOFFとの切り替えを制御する。制御部109は、低電圧バッテリ107に蓄積する電力の蓄積量及び高電圧バッテリ105に蓄積する電力の蓄積量を監視する。制御部109は、これらの監視結果に基づいて、低電圧バッテリ107を充電するとともに、低電圧バッテリ107に蓄積した電力の蓄積量が所定値以上の場合に、高電圧バッテリ105を充電するように、リレー104及び保護スイッチ106のONとOFFとを切り替える。即ち、制御部109は、ソーラーパネル101で得られた電力を昇圧DCDCコンバータ103で昇圧することなく低電圧バッテリ107に蓄積させるとともに低電圧バッテリ107に蓄積した電力の蓄積量が所定値以上の場合に、昇圧DCDCコンバータ103で昇圧した電力を高電圧バッテリ105に蓄積するように、リレー104及び保護スイッチ106のONとOFFとを切り替える。これにより、車載電源装置100では、ソーラーパネル101で得られた電力を昇圧DCDCコンバータ103で昇圧する際の損失を抑制することができる。ここで、高電圧バッテリ105及び低電圧バッテリ107の充電とは、高電圧バッテリ105または低電圧バッテリ107の電力の蓄積量が所定値になるまで電力を蓄積することを言う。

制御部109は、外部より入力されるイグニション信号に基づいて、車輌が走行中であるか停車中であるかを判定することができる。例えば、制御部109は、駆動部を駆動させるイグニション信号である場合には車輌が走行を開始し、これ以後は走行中になるものと判定する。また、制御部109は、駆動部の駆動を停止させるイグニション信号である場合には車輌を停止し、これ以後は停車中になるものと判定する。

<車輌が停車中の車載電源装置の動作> 本発明の実施の形態1における車輌が停車中の車載電源装置100の動作について、図2を用いて説明する。

まず、制御部109は、イグニション信号に基づいて車輌が停車中であると判定し、リレー104をOFFにする(ステップST201)。

次に、制御部109は、低電圧バッテリ107の電圧値VLが第1閾値以上であるか否かを判定する(ステップST202)。ここで、電圧値VLは、低電圧バッテリ107における電力の蓄積量を示し、電力の蓄積量が多くなるほど大きくなる。また、第1閾値は、低電圧バッテリ107に蓄積されている電力の蓄積量の上限値であり、低電圧バッテリ107の充電を停止するか否かを判定するための基準値である。

制御部109は、電圧値VLが第1閾値未満であると判定した場合(ステップST202:NO)には、保護スイッチ106をONにして(ステップST203)、ステップST202に処理を戻す。これにより、車載電源装置100は、高電圧バッテリ105の充電よりも先に低電圧バッテリ107を充電する。

一方、制御部109は、電圧値VLが第1閾値以上であると判定した場合(ステップST202:YES)には、保護スイッチ106をOFFにする(ステップST204)。

次に、制御部109は、昇圧DCDCコンバータ103の動作をONにするとともに、リレー104をONにする(ステップST205)。この場合、車載電源装置100は、低電圧バッテリ107には十分な電力が蓄積されているので、高電圧バッテリ105の充電を開始する。

制御部109は、電圧値VLが第2閾値(第1閾値>第2閾値)以下であるか否かを判定する(ステップST206)。ここで、第2閾値は、低電圧バッテリ107に蓄積されている電力の蓄積量の下限値であり、低電圧バッテリ107の充電を開始するか否かを判定するための基準値である。

制御部109は、電圧値VLが第2閾値以下であると判定した場合(ステップST206:YES)には、昇圧DCDCコンバータ103の動作をOFFにするとともに、リレー104をOFFにして(ステップST207)、ステップST203に処理を進める。これにより、車載電源装置100は、低電圧バッテリ107の充電を開始する。なお、第2閾値は下限値ではなく、第1閾値(上限値)付近の値であってもよい。その場合、電圧値VLが上限値を下回れば低電圧バッテリ107の充電が開始されるため、より充電効率の良い低電圧バッテリ107を優先的に充電することが可能となる。

一方、制御部109は、電圧値VLが第2閾値より大きいと判定した場合(ステップST206:NO)には、高電圧バッテリ105の電圧値VHが第3閾値以下であるか否かを判定する(ステップST208)。ここで、電圧値VHは、高電圧バッテリ105における電力の蓄積量を示し、電力の蓄積量が多くなるほど大きくなる。また、第3閾値は、高電圧バッテリ105に蓄積されている電力の蓄積量の上限値であり、高電圧バッテリ105の充電を停止するか否かを判定するための基準値である。

制御部109は、電圧値VHが第3閾値以下であると判定した場合(ステップST208:YES)には、ステップST205に処理を戻す。これにより、車載電源装置100は、高電圧バッテリ105の充電を継続する。

一方、制御部109は、電圧値VHが第3閾値より大きいと判定した場合(ステップST208:NO)には、昇圧DCDCコンバータ103の動作をOFFにするとともに、リレー104をOFFにして(ステップST209)、充電処理を終了する。

<車輌が走行中の車載電源装置の動作> 本発明の実施の形態1における車輌が走行中の車載電源装置100の動作について、図3を用いて説明する。

まず、制御部109は、イグニション信号に基づいて車輌が走行中であると判定し、高電圧バッテリ105から電力を出力するためにリレー104をONにする(ステップST301)。

次に、制御部109は、低電圧バッテリ107の電圧値VLが第1閾値以上であるか否かを判定する(ステップST302)。

制御部109は、電圧値VLが第1閾値未満であると判定した場合(ステップST302:NO)には、保護スイッチ106をONにして(ステップST303)、ステップST302に処理を戻す。これにより、車載電源装置100は、高電圧バッテリ105の充電よりも先に低電圧バッテリ107を充電する。

一方、制御部109は、電圧値VLが第1閾値以上であると判定した場合(ステップST302:YES)には、保護スイッチ106をOFFにする(ステップST304)。

次に、制御部109は、昇圧DCDCコンバータ103の動作をONにする(ステップST305)。この場合、車載電源装置100は、低電圧バッテリ107には十分な電力が蓄積されているので、高電圧バッテリ105の充電を開始する。

次に、制御部109は、電圧値VLが第2閾値(第1閾値>第2閾値)以下であるか否かを判定する(ステップST306)。

制御部109は、電圧値VLが第2閾値以下であると判定した場合(ステップST306:YES)には、昇圧DCDCコンバータ103の動作をOFFにして(ステップST307)、ステップST303に処理を進める。これにより、車載電源装置100は、低電圧バッテリ107の充電を開始する。

一方、制御部109は、電圧値VLが第2閾値より大きいと判定した場合(ステップST306:NO)には、高電圧バッテリ105の電圧値VHが第3閾値以下であるか否かを判定する(ステップST308)。

制御部109は、電圧値VHが第3閾値以下であると判定した場合(ステップST308:YES)には、ステップST305に処理を戻す。これにより、車載電源装置100は、高電圧バッテリ105の充電を継続する。

一方、制御部109は、電圧値VHが第3閾値より大きいと判定した場合(ステップST308:NO)には、昇圧DCDCコンバータ103の動作をOFFにして(ステップST309)、充電処理を終了する。

<本実施の形態1の効果> 本実施の形態によれば、太陽光発電で得られた電力により低電圧バッテリ107と高電圧バッテリ105との両方を充電する場合において、昇圧する必要のない(充電効率の良い)低電圧バッテリ107の充電の後に高電圧バッテリ105を充電するように切り替えることにより、装置全体の充電効率の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、低電圧バッテリ107と高電圧バッテリ105との両方を太陽光発電で得られた電力を用いて充電するので、負荷108に対して確実に電力を供給することと、車輌の航続距離を長くすること及び高電圧バッテリ105の充電時間を短くすることとの両立を図ることができる。

(実施の形態2) 本実施の形態は、車輌の走行中において高電圧バッテリ105を充電した後に低電圧バッテリ107を充電することを特徴としている。すなわち、車輌の停車中に高電圧バッテリ105を充電する場合には、リレー104のON、及び充電のための周辺デバイスの起動等が必要であり電力を消費する。一方、車輌の走行中に高電圧バッテリ105を充電する場合には、リレー104のON、及び周辺デバイスの起動が既に行なわれており、充電のためにリレー104のON、及び周辺デバイスの起動を行う必要がないので、停車中に高電圧バッテリ105を充電する場合に比べて、充電効率の低下を抑制することができる。本実施の形態では、上記に鑑み、車輌の走行中は、高電圧バッテリ105を優先して充電することとしている。

本実施の形態において、車載電源装置の構成は図1と同一構成であるのでその説明を省略するとともに、車輌が走行中の車載電源装置の動作は図1の符号を用いて説明する。また、本実施の形態において、車輌が停車中の車載電源装置の動作は図2と同一動作であるので、その説明を省略する。

<車輌が走行中の車載電源装置の動作> 本発明の実施の形態2における車輌が走行中の車載電源装置100の動作について、図4を用いて説明する。

まず、制御部109は、イグニション信号に基づいて車輌が走行中であると判定し、高電圧バッテリ105から電力を出力するためにリレー104をONにする(ステップST401)。

次に、制御部109は、高電圧バッテリ105の電圧値VHが第3閾値以上であるか否かを判定する(ステップST402)。

制御部109は、電圧値VHが第3閾値未満であると判定した場合(ステップST402:NO)には、昇圧DCDCコンバータ103の動作をONにして(ステップST403)、ステップST402に処理を戻す。これにより、車載電源装置100は、低電圧バッテリ107の充電よりも先に高電圧バッテリ105を充電する。

一方、制御部109は、電圧値VHが第3閾値以上であると判定した場合(ステップST402:YES)には、昇圧DCDCコンバータ103の動作をOFFにする(ステップST404)。これにより、車載電源装置100は、高電圧バッテリ105の充電を停止する。

また、制御部109は、保護スイッチ106をONにする(ステップST405)。この場合、車載電源装置100は、高電圧バッテリ105には十分な電力が蓄積されているので、低電圧バッテリ107の充電を開始する。

制御部109は、電圧値VHが第4閾値(第4閾値<第3閾値)以下であるか否かを判定する(ステップST406)。ここで、第4閾値は、高電圧バッテリ105に蓄積されている電力の蓄積量の下限値であり、高電圧バッテリ105の充電を開始するか否かを判定するための基準値である。

制御部109は、電圧値VHが第4閾値以下であると判定した場合(ステップST406:YES)には、保護スイッチ106をOFFにし(ステップST407)、ステップST403に処理を戻す。これにより、車載電源装置100は、高電圧バッテリ105の充電を開始する。なお、第4閾値は下限値ではなく、第3閾値(上限値)付近の値であってもよい。その場合、電圧値VHが上限値を下回れば高電圧バッテリ105の充電が開始されるため、高電圧バッテリ105を優先的に充電することが可能となる。

一方、制御部109は、電圧値VHが第4閾値より大きいと判定した場合(ステップST406:NO)には、低電圧バッテリ107の電圧値VLが第1閾値以下であるか否かを判定する(ステップST408)。

制御部109は、電圧値VLが第1閾値以下であると判定した場合(ステップST408:YES)には、ステップST405に処理を戻す。これにより、車載電源装置100は、低電圧バッテリ107の充電を継続する。

一方、制御部109は、電圧値VLが第1閾値より大きいと判定した場合(ステップST408:NO)には、保護スイッチ106をOFFにして(ステップST409)、充電処理を終了する。

<実施の形態2の効果> 本実施の形態によれば、太陽光発電で得られた電力により低電圧バッテリ107と高電圧バッテリ105との両方を充電する場合において、車輌の停車中においては、昇圧する必要のない(充電効率の良い)低電圧バッテリ107の充電の後に高電圧バッテリ105を充電するように切り替えることにより、装置全体の充電効率の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、走行中は、高電圧バッテリ105を優先して充電を行なうこととしているため、停車中での高電圧バッテリ105の充電に比べて充電効率の低下を抑制しながら高電圧バッテリ105の充電を行なうことができ、車輌の航続距離を長くすることができる。

また、本実施の形態によれば、低電圧バッテリ107と高電圧バッテリ105との両方を太陽光発電で得られた電力を用いて充電するので、負荷108に対して確実に電力を供給することと、車輌の航続距離を長くすること及び高電圧バッテリ105の充電時間を短くすることとの両立を図ることができる。

(実施の形態3) 本実施の形態は、低電圧バッテリ107を充電した後に低電圧バッテリ503を充電し、低電圧バッテリ503に蓄積した電力を用いて高電圧バッテリ105を充電することを特徴としている。すなわち、高電圧バッテリ105を充電する際には、リレー104のON、及び昇圧DCDCコンバータ504の起動等が必要であり電力を消費してしまうという課題がある。本実施の形態では、上記課題に対して、低電圧バッテリ503を充電し、低電圧バッテリ503に所定値以上電力が蓄積された場合に、低電圧バッテリ503から高電圧バッテリ105へ充電することにより、リレー104のON時間、及び昇圧DCDCコンバータ504の起動時間を短くし、充電効率の低下(充電時の消費電力)を抑制することとしている。

<車載電源装置の構成> 本発明の実施の形態3に係る車載電源装置500の構成について、図5を用いて説明する。図5の入出力線において、破線は制御信号を伝送する入出力線を示し、実線は制御信号以外の信号の伝送及び電力の受け渡しのための入出力線を示している。

図5に示す車載電源装置500は、図1に示す実施の形態1に係る車載電源装置100と比較して、保護スイッチ502及び低電圧バッテリ503を追加し、昇降圧DCDCコンバータ102の代わりに昇降圧DCDCコンバータ501を有し、昇圧DCDCコンバータ103の代わりに昇圧DCDCコンバータ504を有し、制御部109の代わりに制御部505を有している。なお、図5において、図1と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

車載電源装置500は、ソーラーパネル101と、リレー104と、高電圧バッテリ105と、保護スイッチ106と、低電圧バッテリ107と、負荷108と、昇降圧DCDCコンバータ501と、保護スイッチ502と、低電圧バッテリ503と、昇圧DCDCコンバータ504と、制御部505とから主に構成されている。

昇降圧DCDCコンバータ501は、制御部505の制御に従って、ソーラーパネル101から入力された電力の電圧を昇圧及び降圧することにより、出力する電力の電圧値を安定させる。昇降圧DCDCコンバータ501は、電圧値を安定させた電力を保護スイッチ106、保護スイッチ502、及び昇圧DCDCコンバータ504に出力する。

保護スイッチ502は、制御部505の制御に従って、ONとOFFとを切り替える。保護スイッチ502は、制御部505の制御に従って、以下の2つのパターンの切り替えを行う。即ち、第1パターンでは、保護スイッチ502がONの場合には、昇降圧DCDCコンバータ501から入力された電力は低電圧バッテリ503に出力される一方、保護スイッチ502がOFFの場合には、昇降圧DCDCコンバータ501から入力された電力は低電圧バッテリ503に出力されない。また、第2パターンでは、保護スイッチ502がONの場合には、低電圧バッテリ503から入力された電力が昇圧DCDCコンバータ504に出力される一方、保護スイッチ502がOFFの場合には、低電圧バッテリ503から入力された電力が昇圧DCDCコンバータ504に出力されない。

低電圧バッテリ503は、昇降圧DCDCコンバータ501から保護スイッチ502を介して入力された低電圧の電力を蓄積する。

昇圧DCDCコンバータ504は、制御部505の制御に従って、昇降圧DCDCコンバータ501から入力された電力の電圧、または保護スイッチ502から入力された電力の電圧を所定値まで昇圧してリレー104に出力する。この際、昇圧DCDCコンバータ504で昇圧される電力には損失が生じる。また、昇圧DCDCコンバータ504は、起動することにより電力を消費する。

制御部505は、昇降圧DCDCコンバータ501における昇圧動作または降圧動作のONとOFFとの切り替え、及び昇圧DCDCコンバータ504における昇圧動作のONとOFFとの切り替えを制御する。制御部505は、低電圧バッテリ107に蓄積される電力の蓄積量、高電圧バッテリ105に蓄積される電力の蓄積量、及び低電圧バッテリ503に蓄積される電力の蓄積量を監視する。制御部505は、これらの監視結果に基づいて、低電圧バッテリ107を充電するとともに低電圧バッテリ107に蓄積した電力の蓄積量が所定値以上の場合に、低電圧バッテリ503を充電する。そして、制御部505は、低電圧バッテリ503に蓄積した電力の蓄積量が所定値以上の場合に高電圧バッテリ105を充電するように、リレー104、保護スイッチ106及び保護スイッチ502を切り替える。

即ち、制御部505は、まず、ソーラーパネル101で得られた電力を昇圧DCDCコンバータ504で昇圧することなく低電圧バッテリ107に蓄積して低電圧バッテリ107を充電するように、リレー104、保護スイッチ106及び保護スイッチ502を切り替える。また、制御部505は、低電圧バッテリ107に蓄積した電力の蓄積量が所定値以上の場合に、ソーラーパネル101で得られた電力を昇圧DCDCコンバータ504で昇圧することなく低電圧バッテリ503に蓄積して低電圧バッテリ503を充電するように、リレー104、保護スイッチ106及び保護スイッチ502を切り替える。そして、制御部505は、低電圧バッテリ503に蓄積した電力の蓄積量が所定値以上の場合に高電圧バッテリ105を充電するように、リレー104、保護スイッチ106及び保護スイッチ502を切り替える。これにより、車載電源装置500では、低電圧バッテリ503から一気に高電圧バッテリ105へ充電でき、昇圧DCDCコンバータ504およびリレー104などの起動時間を短くすることができ、充電効率の低下(充電時の消費電力)を抑制することができる。ここで、低電圧バッテリ503の充電とは、低電圧バッテリ503の電力の蓄積量が所定値になるまで電力を蓄積することを言う。

制御部505は、外部より入力されるイグニション信号に基づいて、車輌が走行中であるか停車中であるかを判定することができる。なお、制御部505におけるイグニション信号に基づいた上記判定の具体例は、制御部109と同一であるのでその説明を省略する。

リレー104は、制御部505の制御に従って、ONとOFFとを切り替える。リレー104がONの場合には、昇圧DCDCコンバータ504から入力された電力は高電圧バッテリ105に出力される一方、リレー104がOFFの場合には、昇圧DCDCコンバータ504から入力された電力は高電圧バッテリ105に出力されない。

保護スイッチ106は、制御部505の制御に従って、ONとOFFとを切り替える。保護スイッチ106がONの場合には、昇降圧DCDCコンバータ501から入力された電力は低電圧バッテリ107に出力される一方、保護スイッチ106がOFFの場合には、昇降圧DCDCコンバータ501から入力された電力は低電圧バッテリ107に出力されない。

<車輌が停車中の車載電源装置の動作> 本発明の実施の形態3における車輌の停車中の車載電源装置500の動作について、図6を用いて説明する。

まず、制御部505は、イグニション信号に基づいて車輌が停車中であると判定し、保護スイッチ502をOFFにするとともに、昇圧DCDCコンバータ504の動作をOFFにする(ステップST601)。

次に、制御部505は、低電圧バッテリ107の電圧値VLが第1閾値以上であるか否かを判定する(ステップST602)。

制御部505は、電圧値VLが第1閾値未満であると判定した場合(ステップST602:NO)には、保護スイッチ106をONにして(ステップST603)、ステップST602に処理を戻す。これにより、車載電源装置500は、高電圧バッテリ105の充電よりも先に低電圧バッテリ107を充電する。

一方、制御部505は、電圧値VLが第1閾値以上であると判定した場合(ステップST602:YES)には、保護スイッチ106をOFFにして、保護スイッチ502をONにする(ステップST604)。これにより、車載電源装置500は、高電圧バッテリ105の充電よりも先に低電圧バッテリ503を充電する。

また、制御部505は、電圧値VLが第2閾値以下であるか否かを判定する(ステップST605)。

制御部505は、電圧値VLが第2閾値以下であると判定した場合(ステップST605:YES)には、保護スイッチ502をOFFにして(ステップST606)、ステップST603に処理を戻す。これにより、車載電源装置500は、低電圧バッテリ503の充電を停止して、低電圧バッテリ107の充電を開始する。

一方、制御部505は、電圧値VLが第2閾値より大きいと判定した場合(ステップST605:NO)には、低電圧バッテリ503の電圧値VMが第5閾値以上であるか否かを判定する(ステップST607)。ここで、電圧値VMは、低電圧バッテリ503における電力の蓄積量を示し、電力の蓄積量が多くなるほど大きくなる。また、第5閾値は、高電圧バッテリ105へ充電するのに適する電力の蓄積量(たとえば、低電圧バッテリ503における電力の蓄積量の上限値)であり、低電圧バッテリ503の充電を停止するか否かを判定するための基準値である。

制御部505は、電圧値VMが第5閾値未満であると判定した場合(ステップST607:NO)には、ステップST604に処理を戻す。これにより、車載電源装置500は、低電圧バッテリ503の充電を継続する。

一方、制御部505は、電圧値VMが第5閾値以上であると判定した場合(ステップST607:YES)には、昇降圧DCDCコンバータ501をOFFにする(ステップST608)。これにより、車載電源装置500は、低電圧バッテリ503の充電を停止する。

次に、制御部505は、昇圧DCDCコンバータ504の動作をONにするとともに、リレー104をONにする(ステップST609)。これにより、車載電源装置500は、低電圧バッテリ503の放電を開始するとともに高電圧バッテリ105の充電を開始する。

次に、制御部505は、電圧値VMが第6閾値(第5閾値>第6閾値)以下であるか否かを判定する(ステップST610)。ここで、第6閾値は、高電圧バッテリ105への充電完了を確認するのに適する電力の蓄積量(たとえば、低電圧バッテリ503における電力の蓄積量の下限値)であり、低電圧バッテリ503の放電を停止するか否かを判定するための基準値、及び高電圧バッテリ105の充電を停止するか否かを判定するための基準値である。

制御部505は、電圧値VMが第6閾値より大きいと判定した場合(ステップST610:NO)には、ステップST609に処理を戻す。これにより、車載電源装置500は、低電圧バッテリ503の放電及び高電圧バッテリ105の充電を継続する。

一方、制御部505は、電圧値VMが第6閾値以下であると判定した場合(ステップST610:YES)には、昇圧DCDCコンバータ504の動作をOFFにするとともに、リレー104をOFFにする(ステップST611)。これにより、車載電源装置500は、低電圧バッテリ503の放電を停止するとともに高電圧バッテリ105の充電を停止する。

次に、制御部505は、昇降圧DCDCコンバータ501の動作をONにして(ステップST612)、低電圧バッテリ503の充電を行なう。

なお、車輌が走行中の車載電源装置500の動作はステップST601の次にリレー104をONにし、また、ステップST611にてリレー104をOFFする制御がない以外は図6と同一であるので、その説明を省略する。

<実施の形態3の効果> 本実施の形態によれば、太陽光発電で得られた電力により低電圧バッテリ107、503と高電圧バッテリ105との両方を充電する場合において、昇圧する必要のない低電圧バッテリ107、503の充電の後に高電圧バッテリ105を充電するように切り替えることにより、装置全体の充電効率の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、低電圧バッテリ503に蓄積された電力を用いて高電圧バッテリ105を充電するので、ソーラーパネル101で得られた電力を都度昇圧して高電圧バッテリ105を充電する場合に比べて充電効率の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、低電圧バッテリ503の充電よりも先に低電圧バッテリ107を充電するので、負荷108に供給する電力を確実に確保することができる。

また、本実施の形態によれば、低電圧バッテリ107と高電圧バッテリ105との両方を太陽光発電で得られた電力を用いて充電するので、負荷108に対して確実に電力を供給することと、車輌の航続距離を長くすること及び高電圧バッテリ105の充電時間を短くすることとの両立を図ることができる。

<実施の形態3の変形例> 本実施の形態において、車輌が走行中の場合には高電圧バッテリ105よりも先に低電圧バッテリ107を充電したが、低電圧バッテリ107よりも先に高電圧バッテリ105を充電してもよい。

(実施の形態4) 本実施の形態は、低電圧バッテリ503を充電した後に、低電圧バッテリ503に蓄積した電力を用いて高電圧バッテリ105を充電することを特徴としている。

本実施の形態において、車載電源装置の構成は図5と同一構成であるのでその説明を省略するとともに、車輌が停車中の車載電源装置の動作は図5の符号を用いて説明する。

<車輌が停車中の車載電源装置の動作> 本発明の実施の形態4における車輌の停車中の車載電源装置500の動作について、図7を用いて説明する。

まず、制御部505は、イグニション信号に基づいて車輌が停車中であると判定し、保護スイッチ106をOFFにするとともに、昇圧DCDCコンバータ504の動作をOFFにする(ステップST701)。

次に、制御部505は、保護スイッチ502をONにする(ステップST702)。これにより、車載電源装置500は、高電圧バッテリ105の充電よりも先に低電圧バッテリ503を充電する。

次に、制御部505は、低電圧バッテリ503の電圧値VMが第5閾値以上であるか否かを判定する(ステップST703)。

制御部505は、電圧値VMが第5閾値未満であると判定した場合(ステップST703:NO)には、ステップST703の処理を繰り返す。これにより、車載電源装置500は、低電圧バッテリ503の充電を継続する。

一方、制御部505は、電圧値VMが第5閾値以上であると判定した場合(ステップST703:YES)には、昇降圧DCDCコンバータ501をOFFにする(ステップST704)。これにより、車載電源装置500は、低電圧バッテリ503の充電を停止する。

次に、制御部505は、昇圧DCDCコンバータ504の動作をONにするとともに、リレー104をONにする(ステップST705)。これにより、車載電源装置500は、低電圧バッテリ503の放電を開始するとともに高電圧バッテリ105の充電を開始する。

次に、制御部505は、電圧値VMが第6閾値以下であるか否かを判定する(ステップST706)。

制御部505は、電圧値VMが第6閾値より大きいと判定した場合(ステップST706:NO)には、ステップST705に処理を戻す。これにより、車載電源装置500は、低電圧バッテリ503の放電及び高電圧バッテリ105の充電を継続する。

一方、制御部505は、電圧値VMが第6閾値以下であると判定した場合(ステップST706:YES)には、昇圧DCDCコンバータ504の動作をOFFにするとともに、リレー104をOFFにする(ステップST707)。これにより、車載電源装置500は、低電圧バッテリ503の放電を停止するとともに高電圧バッテリ105の充電を停止する。

次に、制御部505は、昇降圧DCDCコンバータ501の動作をONにして(ステップST708)、充電処理を終了する。

なお、制御部505は、低電圧バッテリ107に蓄積している電力の蓄積量が第2閾値(低電圧バッテリ107の充電を開始するか否かを判定するための基準値)以下になった場合に、図7の動作を停止して低電圧バッテリ107に電力を蓄積するようにすることが好ましい。

また、車輌が走行中の車載電源装置500の動作はステップST701の次にリレー104をONにし、また、ステップST707にてリレー104をOFFする制御がない以外は図7と同一であるので、その説明を省略する。

<実施の形態4の効果> 本実施の形態によれば、太陽光発電で得られた電力により低電圧バッテリ503と高電圧バッテリ105との両方を充電する場合において、昇圧する必要のない低電圧バッテリ503の充電の後に高電圧バッテリ105を充電するように切り替えることにより、装置全体の充電効率の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、低電圧バッテリ503に蓄積した電力を用いて高電圧バッテリ105を充電するので、ソーラーパネル101で得られた電力を都度昇圧して高電圧バッテリ105を充電する場合に比べて充電効率の低下を抑制することができる。

<実施の形態4の変形例> 本実施の形態において、車輌が走行中の場合に高電圧バッテリ105よりも先に低電圧バッテリ503を充電したが、低電圧バッテリ503よりも先に高電圧バッテリ105を充電してもよい。

(実施の形態5) 本実施の形態は、低電圧バッテリ803に蓄積した電力を用いて高電圧バッテリ105を充電する際に、低電圧バッテリ803の充電と放電とが異なる経路で行われることを特徴としている。

<車載電源装置の構成> 本発明の実施の形態5に係る車載電源装置800の構成について、図8を用いて説明する。図8の入出力線において、破線は制御信号を伝送する入出力線を示し、実線は制御信号以外の信号の伝送及び電力の受け渡しのための入出力線を示している。

図8に示す車載電源装置800は、図1に示す実施の形態1に係る車載電源装置100と比較して、保護スイッチ802、低電圧バッテリ803及び保護スイッチ804を追加し、昇降圧DCDCコンバータ102の代わりに昇降圧DCDCコンバータ801を有し、昇圧DCDCコンバータ103の代わりに昇圧DCDCコンバータ805を有し、制御部109の代わりに制御部806を有している。なお、図8において、図1と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

車載電源装置800は、ソーラーパネル101と、リレー104と、高電圧バッテリ105と、保護スイッチ106と、低電圧バッテリ107と、負荷108と、昇降圧DCDCコンバータ801と、保護スイッチ802と、低電圧バッテリ803と、保護スイッチ804と、昇圧DCDCコンバータ805と、制御部806とから主に構成されている。

昇降圧DCDCコンバータ801は、制御部806の制御に従って、ソーラーパネル101から入力された電力の電圧を昇圧あるいは降圧することにより、出力する電力の電圧値を安定させる。昇降圧DCDCコンバータ801は、電圧値を安定させた電力を保護スイッチ106、保護スイッチ802、及び保護スイッチ804に出力する。

保護スイッチ802は、制御部806の制御に従って、ONとOFFとを切り替える。保護スイッチ802がONの場合には、昇降圧DCDCコンバータ801から入力された電力は低電圧バッテリ803に出力される一方、保護スイッチ802がOFFの場合には、昇降圧DCDCコンバータ801から入力された電力は低電圧バッテリ803に出力されない。

低電圧バッテリ803は、昇降圧DCDCコンバータ801から保護スイッチ802を介して入力された低電圧の電力を蓄積する。

保護スイッチ804は、制御部806の制御に従って、ONとOFFとを切り替える。保護スイッチ804がONの場合には、昇降圧DCDCコンバータ801から入力された電力は昇圧DCDCコンバータ805に出力される一方、保護スイッチ804がOFFの場合には、昇降圧DCDCコンバータ801から入力された電力は昇圧DCDCコンバータ805に出力されない。昇圧DCDCコンバータ805は、制御部806の制御に従って、保護スイッチ804を介して昇降圧DCDCコンバータ801から入力された電力の電圧、または低電圧バッテリ803から取得した電力の電圧を所定値まで昇圧してリレー104に出力する。この際、昇圧DCDCコンバータ805で昇圧される電力には損失が生じる。

制御部806は、昇降圧DCDCコンバータ801における昇圧動作または降圧動作のONとOFFとの切り替え、及び昇圧DCDCコンバータ805における昇圧動作のONとOFFとの切り替えを制御する。制御部806は、低電圧バッテリ107に蓄積される電力の蓄積量、高電圧バッテリ105に蓄積される電力の蓄積量、及び低電圧バッテリ803に蓄積される電力の蓄積量を監視する。制御部806は、これらの監視結果に基づいて、低電圧バッテリ803を充電するとともに低電圧バッテリ803に蓄積した電力の蓄積量が所定値以上の場合に、低電圧バッテリ803に蓄積した電力を用いて高電圧バッテリ105を充電するように、リレー104、保護スイッチ106、保護スイッチ802及び保護スイッチ804を切り替える。

即ち、制御部806は、まず、ソーラーパネル101で得られた電力を昇圧DCDCコンバータ805で昇圧することなく低電圧バッテリ803に蓄積して低電圧バッテリ803を充電するように、リレー104、保護スイッチ106、保護スイッチ802及び保護スイッチ804を切り替える。そして、制御部806は、低電圧バッテリ803に蓄積した電力の蓄積量が所定値以上の場合に、低電圧バッテリ803から高電圧バッテリ105を充電するように、保護スイッチ802及び保護スイッチ804をOFFし、昇圧DCDCコンバータ805及びリレー104をONする。これにより、低電圧バッテリ803から昇圧DCDCコンバータ805及びリレー104を介して高電圧バッテリ105が充電される。この際、保護スイッチ802及び保護スイッチ804をOFFし、保護スイッチ106をONすることで、低電圧バッテリ803から高電圧バッテリ105へ充電する最中にソーラーパネル101によって発電された電力を低電圧バッテリ107及び負荷108へ供給することが可能となる。ここで、低電圧バッテリ803の充電とは、低電圧バッテリ803の電力の蓄積量が所定値になるまで電力を蓄積することを言う。

制御部806は、外部より入力されるイグニション信号に基づいて、車輌が走行中であるか停車中であるかを判定することができる。なお、制御部806におけるイグニション信号に基づいた上記判定の具体例は、制御部109と同一であるのでその説明を省略する。

リレー104は、制御部806の制御に従って、ONとOFFとを切り替える。リレー104がONの場合には、昇圧DCDCコンバータ805から入力された電力は高電圧バッテリ105に出力される一方、リレー104がOFFの場合には、昇圧DCDCコンバータ805から入力された電力は高電圧バッテリ105に出力されない。

保護スイッチ106は、制御部806の制御に従って、ONとOFFとを切り替える。保護スイッチ106がONの場合には、昇降圧DCDCコンバータ801から入力された電力は低電圧バッテリ107に出力される一方、保護スイッチ106がOFFの場合には、昇降圧DCDCコンバータ801から入力された電力は低電圧バッテリ107に出力されない。

<実施の形態5の効果> 本実施の形態では、昇圧DCDCコンバータ805が低電圧バッテリ803に蓄積された電力を保護スイッチ802を介さずに直接取得するようにした。これにより、本実施の形態によれば、上記実施の形態3の効果に加えて、低電圧バッテリ803から高電圧バッテリ105へ充電しながら、ソーラーパネル101によって発電された電力を低電圧バッテリ107及び負荷108へ供給することが可能となり、発電された電力を有効利用でき、充電効率の低下を抑制することができる。

<全ての実施の形態に共通の変形例> 上記実施の形態1〜実施の形態5において、各バッテリに対して電力の蓄積量が所定値になるまで電力を蓄積することにより各バッテリを充電したが、各バッテリに対して所定時間だけ電力を蓄積することにより各バッテリを充電してもよい。

2012年11月16日出願の特願2012−252094の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明に係る車載電源装置は、太陽光発電により得られた電力をバッテリに蓄積させるのに好適である。

100 車載電源装置 101 ソーラーパネル 102 昇降圧DCDCコンバータ 103 昇圧DCDCコンバータ 104 リレー 105 高電圧バッテリ 106 保護スイッチ 107 低電圧バッテリ 108 負荷 109 制御部