CN100536308C - Ac电力供给系统、电源设备以及具有该设备的车辆 - Google Patents

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Abstract

在商用电源停电时，自动切换装置(300)切换到来自混合动力车(100)的电力供给。在收到产生商用AC电压的请求时，车辆的ECU(10)基于燃料剩余量设置上限发电量(P_MAX)。ECU(10)经由天线(AN1)将上限发电量(P_MAX)传送到应急ECU(200)，同时基于上限发电量(P_MAX)控制发电量。在收到上限发电量(P_MAX)时，应急ECU(200)对负载状态进行控制，使得根据预先登记的优先级将商用AC电力首先供到具有优先级别1的第一负载(201)，并使供到电气负载的电力量不超过上限发电量(P_MAX)。

Description

AC电力供给系统、电源设备以及具有该设备的车辆
技术领域
本发明涉及交流(AC)电力供给系统、电源设备以及具有该设备的车辆。本发明特别涉及产生AC电力并将之供到外部电气负载的AC电力供给系统、电源设备以及具有该设备的车辆。
背景技术
常规地，已经提出了将具有作为动力源的电动发电机的电气车辆或混合动力车用作商用电源(例如参见日本专利公开No.2001-258177、2001-008380和04-295202)。这种想法将混合动力车或其类似物在紧急或灾难时用作应急电源，或在周围没有商用电源设备的露营地等处用作商用电源。
例如，日本专利公开No.2001-258177公开了一种AC电力供给系统，其从安装在电气车辆上的电池向住宅中的家用电源供电。具体而言，采用连接到住宅侧电力线的充电器/放电器以及通过监视安装在电气车辆上的电池的状态控制充电/放电的控制器，可以实现从家用电源到电气车辆的电力供给以及从电气车辆到家用电源的电力供给。进一步而言，当从电气车辆向住宅侧供电时，保证电气车辆在正常行驶范围内行驶所需的电力量，以便允许紧急外出。
然而，使用传统的AC电力供给系统，当从车辆而不是从商用电源向外部电气负载供给AC电力时可能发生以下问题。
在传统系统中，当商用电源正常且能够向电气负载供给电力时，具有高输出等级的几乎恒定的AC电力被供到电气负载。在从商用电源向位于住宅内的多个电气负载供给电力时，当电气负载的负载量超过受合同约束的电气用户的等级时，断路器截止电力供给。
在商用电源停电停止来自商用电源的电力供给时，电力供给被切换到作为应急电源的车辆。此时，输出自车辆的AC电力取决于产生AC电力的电源设备的状态等等而改变。因此，难以像使用商用电源的情况下那样稳定地向电气负载供给电力。
例如，假设输出自车辆的AC电力小于输出自商用电源的AC电力。在这种情况下，在住宅侧，尽管停电前和停电后的电气负载的负载量是不变的，但AC电力的供给量减少。此时，如果电力正在从商用电源供给，断路器将如上所述地截止电力供给，因为负载量超过了AC电力供给量。相反，在从车辆供电的情况下，断路器不会截止电力供给，因此，输出自电源设备的AC电压将经受相当大的电压下降。
考虑这种AC电压下降，在传统系统中，在将电源从商用电源切换到车辆电源设备之前，预先对电气用户使用的电气负载进行限制。这意味着在类似于商用电源停电等紧急情况下，电源不能自动切换。
为解决上述问题做出本发明，且本发明的一个目的在于提供一种AC电力供给系统、电源设备以及具有该电源设备的车辆，该系统能够限制输出自电源设备的AC电压的下降。
发明内容
根据本发明，向多个电气负载供给AC电力的AC电力供给系统包括：电源设备，其输出AC电力；控制装置，其控制所述多个电气负载各自的负载量，使得到所述多个电气负载的AC电力供给量不超过能从电源设备输出的电力量的上限。该电源设备包含：第一电动发电机，其被耦合到车辆的内燃机并产生电力；第二电动发电机，其被耦合到车辆的驱动轮；第一变换器，其被连接到第一电动发电机并从电源接收电力供给；第二变换器，其被连接到第二电动发电机并接收来自电源的电力供给；控制单元，其控制第一与第二变换器的运行，以便驱动第一与第二电动发电机并在第一与第二电动发电机的中性点之间产生AC电力。控制单元包含：上限设置单元，其基于内燃机中的燃料剩余量设置由第一电动发电机产生的电力量的上限；发电量控制单元，其基于所设置的电力量上限控制所产生的电力量；传送单元，其向控制装置传送指定电力量上限的信号。
优选为，控制装置包括：接收单元，其接收表示来自电源设备的电力量上限的信号；负载状态检测单元，其检测所述多个电气负载各自的负载量；负载状态控制单元，其仅向所述多个电气负载中被选中的电气负载供给AC电力，使得检测到的电气负载的负载量不超过由接收到的信号表示的电力量上限。
优选为，负载状态控制单元根据预先登记的优先级选择供给AC电力的电气负载。
优选为，优先级是基于对所述多个电气负载各自的重要性的相对评定而确定的。
优选为，AC电力供给系统还包括：商用电源；切换装置，其用于自动地将商用电源与电源设备中的一个连接到所述多个电气负载。
优选为，在切换装置从电源设备与所述多个电气负载之间的连接切换到商用电源与所述多个电气负载之间的连接时，负载状态控制单元将来自商用电源的AC电力供给量与电力量上限进行比较，且当来自商用电源的供给量小于电力量的上限时，仅向所述多个电气负载中被选中的电气负载供给AC电力，使得所述多个电气负载的负载量总和不超过来自商用电源的供给量。
优选为：当燃料剩余量变得不大于规定基准值时，上限设置单元随着内燃机中燃料剩余量的减少将电力量上限设置为降低，当燃料剩余量达到低于规定基准值的预定阈值时，将电力量上限设置为零。
优选为，上限设置单元设置所产生的电力量的上限，使得内燃机中燃料的剩余量不小于规定的阈值。
优选为，规定阈值对应于车辆自行行驶到最近的燃料供给站所必需的燃料量。
优选为，传送单元和接收单元具有无线通信介质。
优选为，传送单元和接收单元具有作为通信介质的电力线，该电力线将AC电力从电源设备供到所述多个电气负载。
根据本发明的另一实施形态，将所产生的AC电力供到外部电气负载的电源设备包括：第一电动发电机，其被耦合到车辆的内燃机并产生电力；第二电动发电机，其被耦合到车辆的驱动轮；第一与第二变换器，其被连接到第一与第二电动发电机并接收来自电源的DC电力供给；控制装置，其对第一与第二变换器的运行进行控制以驱动第一与第二电动发电机，并在第一与第二电动发电机的中性点之间产生AC电力。控制装置包括：上限设置单元，其基于内燃机中燃料的剩余量设置第一电动发电机的发电量上限；发电量控制单元，其基于所设置的发电量上限控制发电量；传送单元，其向外部电气负载传送表示发电量上限的信号。
优选为，上限设置单元设置发电量的上限，使得内燃机中燃料的剩余量不小于规定的阈值。
优选为，规定阈值对应于车辆自行行驶到最近的燃料供给站所必需的燃料量。
根据本发明的车辆具有根据本发明另一实施形态的电源设备。
根据本发明，在从安装在车辆上的电源设备向电气负载供给AC电力的构造中，对电气负载的负载量进行控制，使得来自电源设备的AC电力供给量不超过电源设备的发电量上限，以便防止否则将在电源从商用电源切换到电源设备时发生的电压下降。因此，可以在商用电源停电时自动地切换电源。
进一步地，在商用电源恢复时，也对负载状态进行控制以便不超过商用电源的发电量，因此可以自动地将电源从电源设备切换到商用电源。
更进一步地，对负载状态进行控制，使得商用电源被供到具有较高优先级的负载。这可减小对用户产生的影响。
附图说明
图1为一原理框图，其示出了根据本发明第一实施例的AC电力供给系统；
图2为图1中的电源设备的原理框图；
图3示出了被供到电动发电机MG1、MG2以便在图2所示的电动发电机MG1、MG2的中性点N1、N2之间产生商用AC电压Vac的电流；
图4为一波形图，其示出了商用AC电压Vac和占空总和(sum ofduty)；
图5为图1中的AC电力供给系统中的ECU的原理框图；
图6为一流程图，其示出了在图5的ECU中对发电量的控制操作；
图7为图1中的应急ECU的功能框图；
图8为一流程图，其示出了在图7的负载状态控制单元中对负载状态的控制操作；
图9为一原理框图，其示出了根据本发明第二实施例的AC电力供给系统。
具体实施方式
下面将参照附图详细介绍本发明的实施例，在附图中，同样的参考标号表示相同或对应的部分。
[第一实施例]
图1为一原理框图，其示出了根据本发明第一实施例的AC电力供给系统。
参照图1，AC电力供给系统包括作为设置在住宅1000中的多个电气负载(第一到第三负载201-203)的电源的商用电源和电源设备50。通过设置在住宅1000中的自动切换装置300，商用电源和电源设备50被有选择地耦合到第一至第三负载201-203以及应急电子控制单元(ECU)200，以便向第一至第三负载201-203以及应急ECU 200供给商用AC电力，如后文介绍的那样。
电源设备50被安装在车辆100上。车辆100包括电源设备50、ECU 10、天线AN1、用于商用AC电力输出的连接器20以及AC输出线60与70。
图2为图1中的电源设备50的原理框图。
参照图2，电源设备50包括电池B、升压转换器510、变换器520与530、电动发电机MG1与MG2、控制装置560、电容器C1与C2、电源线PL1与PL2、接地线SL、U相线UL1与UL2、V相线VL1与VL2以及W相线WL1与WL2。
例如，电源设备50被装在例如车辆100的混合动力车中。电动发电机MG1被装在混合动力车中，以便作为由发动机驱动的发电机运行，也作为能够起动发动机的电动机运行。电动发电机MG2被装在混合动力车中，其作为对混合动力车的驱动轮进行驱动的电机运行。
例如，电动发电机MG1与MG2各自由3相AC同步电机制成。电动发电机MG1使用来自发动机的旋转力产生AC电压，并将所产生的AC电压输出到变换器520。另外，电动发电机MG1通过接收自变换器520的AC电压产生驱动力以便对发动机进行起动。通过接收自变换器530的AC电压，电动发电机MG2产生车辆的驱动转矩。在再生制动状态中，电动发电机MG2也产生AC电压并将之输出到变换器530。
电池B为直流(DC)电源，其由例如镍-氢电池、锂离子电池等二次电池制成。电池B将所产生的DC电压输出到升压转换器510，也由输出自升压转换器510的DC电压进行充电。
升压转换器10包括电抗器L10、npn型晶体管Q1与Q2以及二极管D1与D2。电抗器L10的一端被连接到电源线PL1，另一端被连接到npn型晶体管Q1与Q2之间的连接点。npn型晶体管Q1与Q2串联连接在电源线PL2与接地线SL之间，并在其基极上接收来自控制装置560的控制信号PWC。二极管D1与D2分别被连接在npn型晶体管Q1与Q2的集电极与发射极之间，以便使电流从发射极侧流到集电极侧。
变换器520包括U相臂521、V相臂522与W相臂523。U相臂521、V相臂522与W相臂523并联连接在电源线PL2与接地线SL之间。U相臂521由串联连接的npn型晶体管Q11与Q12组成，V相臂522由串联连接的npn型晶体管Q13与Q14组成，W相臂523由串联连接的npn型晶体管Q15与Q16组成。另外，二极管D11-D16分别被连接在npn型晶体管Q11-Q16的集电极与发射极之间，以便使电流从发射极侧流向集电极侧。
经由U、V与W相线UL1、VL1与WL1中相应的一个，各相臂中npn型晶体管之间的连接点被连接到电动发电机MG1的对应相线圈中与其中性点相反的末端。
变换器530包括U相臂531、V相臂532与W相臂533。U相臂531、V相臂532与W相臂533并联连接在电源线PL2与接地线SL之间。U相臂531由串联连接的npn型晶体管Q21与Q22组成，V相臂532由串联连接的npn型晶体管Q23与Q24组成，W相臂533由串联连接的npn型晶体管Q25与Q26组成。另外，二极管D21-D26分别被连接在npn型晶体管Q21-Q26的集电极与发射极之间，以便使电流从发射极侧流向集电极侧。
在变换器530中，同样地，经由U、V与W相线UL2、VL2与WL2中相应的一个，各相臂中npn型晶体管的连接点被连接到电动发电机MG2的对应相线圈中与其中性点相反的末端。
电容器C1被连接在电源线PL1与接地线SL之间，减小电池B和升压转换器510上的电压变动产生的影响。电容器C2被连接在电源线PL2与接地线SL之间，减小变换器520与530以及升压转换器510上的电压变动产生的影响。
基于来自控制装置560的信号PWC，通过将根据npn型晶体管Q2的开关操作流动的电流在电抗器L10处存储为磁场能量，升压转换器510对来自电池B的DC电压进行升压。接着，其经由二极管D1将升压后的电压与npn型晶体管Q2被关断的定时同步地输出到电源线PL2。另外，基于来自控制装置560的控制信号PWC，升压转换器510将经由电源线PL2接收自变换器520和/或变换器530的DC电压的等级降为电池B的电压等级，以便对电池B进行充电。
基于来自控制装置560的信号PWM1，变换器520将接收自电源线PL2的电压Vdc(对应于电容器C2两端之间的电压)转换为AC电压，并将该AC电压输出到电动发电机MG1。其驱动电动发电机MG1以产生所希望的转矩。另外，基于来自控制装置560的控制信号PWM1，变换器520将由电动发电机MG1产生的AC电压转换为DC电压，并将转换得到的DC电压输出到电源线PL2。
基于来自控制装置560的信号PWM2，变换器530将接收自电源线PL2的电压Vdc转换为AC电压，并将该AC电压输出到电动发电机MG2。其驱动电动发电机MG2以产生所希望的转矩。另外，在电动发电机MG2再生制动时，基于来自控制装置560的控制信号PWM2，变换器530将输出自电动发电机MG2的AC电压转换为DC电压，并将转换得到的DC电压输出到电源线PL2。
这里，当存在向车辆100外部的电气负载201-203输出商用AC电压的请求时，变换器520、530使得商用AC电压在电动发电机MG1、MG2的中性点N1、N2之间产生。具体而言，基于来自控制装置560的控制信号PWM1，变换器520驱动电动发电机MG1以便在电动发电机MG1、MG2的中性点N1、N2之间产生商用AC电压，同时，对中性点N1上的电位进行控制。基于来自控制装置560的控制信号PWM2，变换器530驱动电动发电机MG2以便在电动发电机MG1、MG2的中性点N1、N2之间产生商用AC电压，同时，对中性点N2上的电位进行控制。
AC端口540包括分别用于检测在AC输出线60、70上产生的商用AC电压Vac与AC电流Iac的电压传感器和电流传感器(二者均未示出)。AC端口540检测AC输出线60、70上的商用AC电压Vac与AC电流Iac，并将检测得到的值输出到控制装置560。
基于电动发电机MG1与MG2的电机速度和转矩指令值、电池B的电池电压以及电源线PL2上的电压Vdc，控制装置560产生用于驱动升压转换器510的控制信号PWC，并将所产生的控制信号PWC输出到升压转换器510。电动发电机MG1与MG2的速度、电池B的电压以及电源线PL2上的电压由对应的传感器进行检测，这些传感器未被示出。
另外，基于电源线PL2上的电压Vdc、电动发电机MG1的转矩指令值以及电机电流，控制装置560产生用于驱动电动发电机MG1的控制信号PWM1。
这里，当收到来自未示出的ECU 10的、表示商用AC电压输出请求的信号RQ时，控制装置560产生控制信号PWM1，使得商用AC电压在电动发电机MG1、MG2的中性点N1、N2之间产生，同时，控制上臂的npn型晶体管Q11、Q13与Q15以及下臂的npn型晶体管Q12、Q14与Q16的占空总和。
另外，基于电源线PL2上的电压Vdc、电动发电机MG2的转矩指令值以及电机电流，控制装置560产生用于驱动电动发电机MG2的控制信号PWM2。
这里，当收到表示商用AC电压输出请求的信号RQ时，控制装置560产生控制信号PWM2，使得商用AC电压在电动发电机MG1、MG2的中性点N1、N2之间产生，同时，控制上臂的npn型晶体管Q21、Q23与Q25以及下臂的npn型晶体管Q22、Q24与Q26的占空总和。于是，控制装置560将所产生的控制信号PWM2输出到变换器530。
另外，在商用AC电压输出时，控制装置560由通过包含在AC端口540中的相应传感器检测得到的商用AC电压Vac和AC电流Iac计算发电量Pac，并将计算得到的发电量Pac输出到ECU 10。控制装置560进一步根据来自ECU 10的指令控制发电量Pac。ECU 10产生通过发电量控制装置控制电源设备50的发电量Pac的信号P_CT，并将所产生的信号P_CT输出到控制装置560，其中，发电量控制装置将在后文进行介绍。当收到信号P_CT时，控制装置560驱动电动发电机MG1，使得发电量Pac等于由信号P_CT指定的发电量。
图3示出了供到电动发电机MG1、MG2以便在电动发电机MG1、MG2的中性点N1、N2之间产生商用AC电压Vac的电流。注意，图2示出了使AC电流Iac从电动发电机MG1的中性点N1流到电动发电机MG2的中性点N2的情况。
参照图3，被连接到U、V与W相线UL1、VL1与WL1的变换器520(未示出)基于来自控制装置560(未示出，下文亦然)的控制信号PWM1进行开关操作，使由电流分量Iu1_t与Iu1_ac组成的U相电流流经电动发电机MG1的U相线圈，使由电流分量Iv1_t与Iv1_ac组成的V相电流流经电动发电机MG1的V相线圈，使由电流分量Iw1_t与Iw1_ac组成的W相电流流经电动发电机MG1的W相线圈。
另外，被连接到U、V与W相线UL2、VL2与WL2的变换器530(未示出)基于来自控制装置560的控制信号PWM2进行开关操作，分别使U相电流Iu2、V相电流Iv2与W相电流Iw2流经电动发电机MG2的U、V与W相线圈。
这里，电流分量Iu1_t、Iv1_t与Iw1_t用于在电动发电机MG1上产生转矩。电流分量Iu1_ac、Iv1_ac与Iw1_ac用于使AC电流Iac从电动发电机MG1的中性点N1流到AC输出线60。U相电流Iu2、V相电流Iv2与W相电流Iw2用于使AC电流Iac从AC输出线70流到电动发电机MG2的中性点N2。电流分量Iu1_ac、Iv1_ac、Iw1_ac和U、V、W相电流Iu2、Iv2、Iw2彼此相等，不对电动发电机MG1与MG2的转矩产生影响。电流分量Iu1_ac、Iv1_ac与Iw1_ac的合计值以及U、V、W相电流Iu2、Iv2、Iw2的合计值各自构成AC电流Iac。
图4为商用AC电压Vac以及占空总和的波形图。
参照图4，曲线k1表示通过变换器520的开关控制在占空总和上的变化，曲线k2表示通过变换器530的开关控制在占空总和上的变化。这里，占空总和指的是在各变换器中从上臂的导通占空(on-duty)减去下臂的导通占空得到的值。
在图3中，占空总和为正意味着在对应的电动发电机的中性点的电位高于变换器输入电压Vdc(图2中的电源线PL2上的电压)的中间值(Vdc/2)，占空总和为负意味着中性点的电位低于电压Vdc/2。
在电源设备50中，控制装置560根据曲线k1以商用频率使变换器520的占空总和周期性地改变，并根据曲线k2以商用频率使变换器530的占空总和周期性地改变。这里，以这样的相位周期性地改变变换器530的占空总和：该相位是变换器520的占空总和的变化相位的反相。
因此，从时刻t0到时刻t1，中性点N1上的电位高于电压Vdc/2，中性点N2上的电位低于电压Vdc/2，因此，在中性点N1与N2之间产生正侧的商用AC电压Vac。这里，当住宅1000侧的连接器30被连接到图1中的连接器20时，不能从变换器520的上臂流到下臂的多余电流从中性点N1经由AC输出线60、外部负载以及AC输出线70流到中性点N2，接着，从中性点N2流到变换器530的下臂。
从时刻t1到时刻t2，中性点N1上的电位低于电压Vdc/2，中性点N2上的电位高于电压Vdc/2。因此，在中性点N1与N2之间产生负侧的商用AC电压Vac。不能从变换器530的上臂流到下臂的多余电流从中性点N2经由AC输出线70、外部负载以及AC输出线60流到中性点N1，接着，从中性点N1流到变换器520的下臂。
通过这种方式，变换器520、530可在电动发电机MG1、MG2的中性点N1、N2之间产生商用AC电压Vac，同时，驱动和控制电动发电机MG1、MG2。
再次参照图1，车辆100的连接器20被耦合到在住宅1000中提供的、用于输入商用AC电力的连接器30。这在车辆侧的AC输出线60与设置在住宅侧的电源线62之间建立电气连接，并在车辆侧的AC输出线70与设置在住宅侧的地线72之间建立起电气连接。
在车辆100的正常行驶期间，ECU 10控制整个车辆。当安装在车辆100上的电源设备50被用作商用电力供给的应急电源时，作为对连接器20被耦合到住宅侧的连接器30这一事件的响应，ECU 10产生表示对产生商用AC电压的请求的信号RQ，并将所产生的信号RQ输出到电源设备50的控制装置560。
另外，在产生商用AC电力时，ECU 10产生信号P_CT，该信号用于通过发电量控制装置使得由电源设备50产生所希望的发电量的商用AC电力，并将所产生的信号P_CT输出到电源设备50，其中，发电量控制装置将在后文进行介绍。
图5为图1中的AC电力供给系统中的ECU 10的原理框图。
参照图5，ECU 10包括AC电压输出判定单元11、发电量控制单元12、上限发电量设置单元13以及天线AN1。
作为对车辆100侧的连接器20被耦合到住宅1000侧的连接器30这一事件(其对应于开关电路SW10的开启)的响应，AC电压输出判定单元11被连通到未示出的辅助机器电池(auxiliary machine battery)。当AC电压输出判定单元11达到连通状态时，其判定为请求产生商用AC电压，产生表示对产生商用AC电压的请求的信号RQ并将之输出到发电控制单元12、上限发电量控制单元13以及电压设备50的未示出的控制装置560。
上限发电量设置单元13基于燃料剩余量设置能被产生的电力量的上限(下文也称作“上限发电量P_MAX”)。具体而言，上限发电量设置单元13接收作为燃料信息的、发动机的燃料(汽油等)剩余量。于是，上限发电量设置单元13设置上限发电量P_MAX，使得燃料剩余量不会变得低于规定阈值。规定阈值被设置为车辆自行行驶到最近的燃料供给站所必需的燃料量。
作为设置上限发电量P_MAX的方法，例如，上限发电量设置单元13具有作为基准值的略大于规定阈值的燃料剩余量。当实际燃料剩余量等于或低于该基准值时，其随着燃料剩余量的减少逐渐降低上限发电量P_MAX。当燃料剩余量达到规定阈值时，上限发电量设置单元13将上限发电量P_MAX设置为零。照此，停止电源设备50的发电运行。
一旦设置了上限发电量P_MAX，上限发电量设置单元13将所设置的上限发电量P_MAX经由天线AN1传送到应急ECU 200。所传送的上限发电量P_MAX由应急ECU 200经由设置在应急ECU 200处的天线AN10接收。
基于所设置的上限发电量P_MAX，发电量控制单元12控制电源设备50的发电量。具体而言，发电量控制单元12接收来自电源设备50的控制装置560的发电量Pac，并接收来自上限发电量设置单元13的上限发电量P_MAX。发电量控制单元12进行控制，使得电源设备50的发电量等于或小于上限发电量P_MAX。此时，当判定为发电量Pac超过上限发电量P_MAX时，发电量控制单元12产生用于使发电量Pac等于或低于上限发电量P_MAX的信号P_CT，并将之输出到电源设备50的控制装置560。通过这种方式，对电源设备50的发电量Pac进行控制，使之一直不超过上限发电量P_MAX。
图6为一流程图，其示出了由图5中的ECU 10进行的发电量Pac的控制操作。
参照图6，首先，基于车辆侧的连接器20被耦合到住宅侧的连接器30这一事件，AC电压输出判定单元11判定为已经请求产生商用AC电压，并将表示对产生商用AC电压的请求的信号RQ输出到发电量控制单元12、上限发电量设置单元13以及电源设备50的控制装置560(步骤S20)。
在收到信号RQ时，基于燃料剩余量，上限发电量设置单元13设置上限发电量P_MAX(步骤S21)。具体而言，上限发电量设置单元13具有作为基准值的略大于规定阈值的燃料剩余量，当燃料剩余量变得等于或低于该基准值时，其随着燃料剩余量的减少逐渐降低上限发电量P_MAX。当燃料剩余量达到规定阈值时，上限发电量设置单元13将上限发电量P_MAX设置为零。
上限发电量设置单元13将所设置的上限发电量P_MAX输出到发电量控制单元12，并经由天线AN1将之传送到应急ECU 200(步骤S22)。
在电源设备50中，对信号RQ的输入做出响应，控制装置560产生用于驱动变换器520、530以便在电动发电机MG1、MG2的中性点之间产生商用AC电压的信号PWM1、PWM2，并将该信号分别输出到变换器520、530。因此，从电源设备50经由AC输出线60与70输出商用AC电压(步骤S23)。控制装置50基于由AC端口540中相应的传感器检测得到的商用AC电压Vac与AC电流Iac计算发电量Pac，并将计算得到的发电量Pac输出到发电量控制单元12。
在收到来自控制装置560的发电量Pac后，基于被设置的上限发电量P_MAX，发电量控制单元12控制电源设备50的发电量Pac。发电量控制单元12判定发电量Pac是否大于上限发电量P_MAX(步骤S24)。当发电量控制单元12判定为发电量Pac大于上限发电量P_MAX时，其产生用于使发电量Pac不超过上限发电量P_MAX的信号P_CT，并将该信号输出到电源设备50的控制装置560(步骤S25)。
如上所述，根据本发明，在将车辆100的电源设备50用作商用电力供给的应急电源的情况下，在基于车辆100中的燃料剩余量对发电量进行控制的情况下，将输出自电源设备50的商用AC电力供到住宅1000内部的电气负载201-203。在住宅1000中，对负载状态进行控制，使得电气负载201-203的负载量不超过供自电源设备50的电力量，以便抑制商用AC电压的电压下降，这一点将在后文进行介绍。
再次参照图1，住宅1000具有应急ECU 200、天线AN10、第一至第三负载201-203、开关电路SW1-SW3、连接器211-214、自动切换装置300以及电流传感器44-46。
应急ECU 200和第一至第三负载201-203被电气连接到设置在住宅1000内的电源线66和地线76。电源线66和地线76被有选择地连接到商用电源的电源线64与地线74或连接到延伸自连接器30的电源线62和地线72，连接器30被耦合到车辆100，如图1所示。
具体而言，当可以从商用电源供给电力时，自动切换装置300的继电器被激励，电源线66和地线76分别被电气连接到商用电源侧的电源线64和地线74。
在商用电源停电时，在不能从商用电源供给电力期间，自动切换装置300的继电器不被激励，电源线66与地线76分别被电气连接到车辆侧的AC输出线60与AC输出线70。当商用电源从停电状态中恢复且来自商用电源的电力供给重新变得可行时，电源线66和地线76重新被分别电气连接到商用电源侧的电源线64和地线74。
第一到第三负载201-203对应于设置在住宅1000内的多种家用电器，例如，其可以为照明设备、冰箱、空调、广播接收器等等。因此，由于结构差异，第一到第三负载201-203具有彼此大小相异的负载量。
在本实施例中，第一到第三负载201-203具有由用户(住宅1000的所有者等等)预先设置的优先级，且它们与所设置的优先级一起被登记在应急ECU 200中。在图1中，为第一负载201分配最高优先级(对应于优先级别1)，为第三负载203分配最低优先级(对应于优先级别3)。注意，优先级可根据相应的电气负载201-203对用户的重要性任意没置。例如，考虑到发生在夜间的停电，可为照明设备分配相对较高的优先级。又例如，可为显著受到停电影响的生产设施分配相对较高的优先级。
第一到第三负载201-203各自被耦合到连接器211-213中对应的一个，并因此被电气连接到电源线66和地线76。另外，开关电路SW1-SW3分别被设置在延伸到连接器211-213的电源线66与地线76上。
开关电路SW1-SW3分别被输出自应急ECU 200的开关电流IS1-IS3激励以及开启，并将电源线66和地线76电气连接到第一至第三负载201-203中对应的各个。通过这种方式，商用AC电力被供到与处于导通状态的开关电路SW1-SW3对应的、任意的第一至第三负载201-203。
电流传感器44-46检测经电源线66流到第一至第三负载201-203中的对应各个的电流IL1-IL3，并将检测到的电流IL1-IL3输出到应急ECU200。
应急ECU 200经由电源线66与地线76接收商用AC电压，接收来自电流传感器44-46的电流IL1-IL3，并经由天线AN10接收电源设备50的上限发电量P_MAX。于是，应急ECU200产生用于以将在后文进行介绍的方式控制开关电路SW1-SW3的导通/关断的开关电流IS-IS3，并分别将所产生的开关电流IS1-IS3输出到开关电路SW1-SW3。
图7为图1中的应急ECU 200的功能框图。
参照图7，应急ECU 200包括电源供给电路80、负载状态检测单元82、负载状态控制单元84、上限发电量输入单元86以及天线AN10。
电源供给电路80被连接到电源线66和地线76，并接收来自商用电源或来自车辆100的电源设备50的商用AC电压。电源供给电路80将接收到的商用AC电压供到ECU 200的相应的部件。
在收到从电流传感器44-46供到第一与第三负载201-203的电流IL1-IL3时，负载状态检测单元82基于电流IL1-IL3计算第一至第三负载201-203的负载量L1-L3。于是，负载状态检测单元82将计算得到的负载量L1-L3输出到负载状态控制单元84。
负载状态控制单元84接收来自上限发电量输入单元86的上限发电量P_MAX，并接收来自状态状态检测单元82的负载量L1-L3。进一步地，负载状态控制单元84具有关于预先已登记的第一至第三负载201-203的优先级的信息。
基于上限发电量P_MAX和负载量L1-L3，根据图8所示的流程，负载状态控制单元84控制由商用AC电力进行供电的负载的状态。
图8为一流程图，其示出了图7中的负载状态控制单元84中对负载状态的控制操作。
参照图8，负载状态控制单元84首先接收来自上限发电量输入单元86的上限发电量P_MAX(步骤S01)。上限发电量P_MAX是基于车辆100中的燃料剩余量被设置的，其通过天线AN1、AN10被传送到应急ECU200，如上面介绍的那样。
接着，基于关于已登记的优先级的信息，负载状态控制单元84将商用AC电力供到第一负载201，第一负载201是具有最高优先级的负载(对应于优先级别1)。具体而言，负载状态控制单元84将开关电流IS1输出到布置在被耦合到第一负载201的电源线66与地线76上的开关电路SW1。照此，开关电路SW1被开关电流IS1激励并开启(步骤S02)。结果，商用AC电力被供到第一负载201。
当商用AC电力被供到第一负载201时，负载状态检测单元82基于来自电流传感器44的、电流IL1的检测结果计算第一负载201的负载量L1(步骤S03)。负载状态检测单元82将计算得到的负载量L1输出到负载状态控制单元84。
在收到来自负载状态检测单元82的第一负载201的负载量L1时，负载状态控制单元判定上限发电量P_MAX是否大于负载量L1(步骤S04)。如果负载状态控制单元84判定为上限发电量P_MAX不大于负载量L1，其将开关电流IS1设置为零以关断开关电路SW1(步骤S13)。通过这种方式，到第一负载201的商用AC电力供给被停止。
如果负载状态控制单元84在步骤S04中判定为上限发电量P_MAX大于负载L1，除第一负载201外，其将商用AC电力供到第二负载202，第二负载202具有次于第一负载201的最高优先级(对应于优先级别2)。具体而言，在继续输出开关电流IS1的同时，负载状态控制单元84还向布置在被耦合到第二负载202的电源线66与地线76上的开关电路SW2输出开关电流IS2。通过这种方式，开关电路SW2被开关电流IS2激励并开启(步骤S05)。因此，商用AC电力被供到第一负载201与第二负载202。
当商用AC电力也被供到第二负载202时，基于来自电流传感器45的、电流IL2的检测结果，负载状态检测单元82计算第二负载202的负载量L2(步骤S06)。于是，负载状态检测单元82将计算得到的负载量L2输出到负载状态控制单元84。
在收到来自负载状态检测单元82的第二负载202的负载量L2时，通过累加负载量L1与负载量L2，负载状态控制单元84获取负载量总和，并判定上限发电量P_MAX是否大于负载量的总和(＝L1+L2)(步骤S07)。如果其判定为上限发电量P_MAX不大于负载量总和(L1+L2)，负载状态控制单元84将开关电流IS2设置为零以关断开关电路SW2(步骤S14)。照此，到第二负载202的商用AC电力的供给被停止。注意，即使在步骤S02后，到具有优先级别1的第一负载201的商用AC电力的供给继续。也就是说，即使在停电后，电力继续被供到具有高优先级的电器，使得停电对用户的影响小于传统AC电力供给系统中的情况。
如果负载状态控制单元84在步骤S07中判定为上限发电量P_MAX大于负载量总和(L1+L2)，除第一负载201与第二负载202以外，其向具有最低优先级(对应于优先级别3)的第三负载203供给商用AC电力。具体而言，在继续输出开关电流IS1与IS2的同时，负载状态控制单元84还向布置在被耦合到第三负载203的电源线66与地线76上的开关电路SW3输出开关电流IS3。通过这种方式，开关电路SW3被开关电流IS3激励并开启(步骤S08)。因此，商用AC电力被供到第一负载201、第二负载202以及第三负载203。
当商用AC电力也被供到第三负载203时，基于来自电流传感器46的、电流IL3的检测结果，负载状态检测单元82计算第三负载203的负载量L3(步骤S09)。负载状态检测单元82将计算得到的负载量L3输出到负载状态控制单元84。
在收到来自负载状态检测单元82的第三负载203的负载量L3时，通过累加负载量L1、L2与L3，负载状态控制单元84获得负载量总和，并判定上限发电量P_MAX是否大于负载量的总和(＝L1+L2+L3)(步骤S10)。如果负载状态控制单元84判定为上限发电量P_MAX不大于负载量总和(＝L1+L2+L3)，其将开关电流IS3设置为零以关断开关电路SW3(步骤S15)。照此，到第三负载203的商用AC电力的供给被停止。注意，即使在步骤S02、S05之后，到具有优先级别1的第一负载201以及到具有优先级别2的第二负载202的商用AC电力供给分别继续。
如果负载状态控制单元84在步骤S10中判定为上限发电量P_MAX大于负载量总和(＝L1+L2+L3)，其继续向第一至第三负载201-203中每一个的商用AC电力供给。
在根据上述步骤S02-S10将商用AC电力供到第一至第三负载201-203之后，再次将上限发电量P_MAX和第一至第三负载201-203的负载量L1-L3提供给负载状态控制单元84(步骤S11)。在这些输入值中，特别是上限发电量P_MAX依赖于燃料剩余量而变化。
因此，如果负载状态控制单元84判定为所输入的上限发电量P_MAX和负载量L1-L3中的至少一个发生变化(步骤S12)，其返回到步骤S02，并基于这种变化之后的负载量L1-L3和上限发电量P_MAX控制负载状态。如果负载状态控制单元84判定为输入值中没有变化，其保持在步骤S10完成时已被设置的负载状态。
除了在商用电源停电时对负载状态的控制以外，应急ECU 200还在商用电源恢复后控制负载状态，以便抑制商用AC电压的下降。
具体而言，当商用电源从停电中恢复时，应急ECU 200和第一至第三负载201-203被自动切换装置300从被连接到电源设备50的状态自动切换到被连接到商用电源的状态。
然而，在商用电源刚刚恢复之后，商用AC电力的发电量可能低于正常等级。另外，如果商用电源在刚恢复之后的发电量低于在商用电源恢复前向电气负载201-203供给电力的电源设备50的上限发电量P_MAX，商用AC电力到电气负载201-203的供电量变得小于电气负载201-203的负载量，导致商用AC电压的电压下降。
因此，作为抑制商用电源恢复时的电压下降的装置，应急ECU 200的负载状态控制单元84将商用电源恢复时的发电量与上限发电量P_MAX进行比较，如果其判定为商用电源的发电量小于上限发电量P_MAX，其基于商用电源的发电量来控制用商用AC电力供给的负载的状态。此时对负载状态的控制类似于图7所示对负载状态的控制，进行这种负载控制，使得商用AC电力根据预先登记的优先级被首先供到具有高优先级的第一负载201，并使电气负载201-203的负载量总和不超过商用电源的发电量。
通过这种方式，可以在商用电源停电以及恢复时抑制商用AC电压的下降。这使得在商用电源停电和恢复时对电源的自动切换成为可能。
尽管第一实施例被配置为使上限发电量P_MAX从混合动力车100的ECU 10通过借助天线AN1和AN10的无线通信被传送到应急ECU 200，其可以通过将设置在混合动力车100的电源设备50与应急ECU 200之间的电力线(电源线66与地线76)用作通信介质的有线通信进行传送。
如上所述，根据本发明的第一实施例，在商用AC电力由代替商用电源的、安装在车辆上的电源设备供给的配置中，对负载状态进行控制，使其不超过能由电源设备产生的电力量的上限，这使得抑制商用AC电压的下降成为可能，否则，这种下降可能在将电源从商用电源切换到电源设备时发生。因此，在商用电源停电时可以自动地切换电源。
另外，在商用电源恢复时，也对负载状态进行控制，使其不超过商用电源的发电量，因此，可以将电源自动地从电源设备切换到商用电源。
另外，对负载状态进行控制，使得商用AC电力被供到具有较高优先级的负载，这可减小对用户产生的影响。
[第二实施例]
图9为一原理框图，其示出了根据本发明第二实施例的AC电力供给系统。
参照图9，AC电力供给系统包括作为用于设置在住宅1000中的多个电气负载(第一至第三负载201-203)的电源的商用电源和电源设备50、52。图9中的AC电力供给系统与图1中的AC电力供给系统的不同之处在于用多个电源设备50、52代替一个电源设备50。住宅1000的构造与图1中的相同。
电源设备50、52分别安装在车辆110、120上。车辆110、120各自为例如混合动力车，其具有与图1中的混合动力车100类似的构造。具体而言，车辆110包括电源设备50、ECU 10、天线AN1、用于输出商用AC电力的连接器20、用于输入商用AC电力的连接器22以及AC输出线60，60。车辆120包括电源设备52、ECU 14、天线AN2、用于输出商用AC电力的连接器24、用于输入商用AC电力的连接器26以及AC输出线68，78。
电源设备50、52各自具有与图2所示电源设备50类似的构造。也就是说，在收到来自ECU 10、14的对产生商用AC电压的请求时，电源设备50、52分别在电动发电机MG1、MG2的中性点N1、N2之间产生商用AC电压Vac。
连接器24被耦合到设置在车辆110上的、用于输入商用AC电力的连接器22。照此，车辆110的AC输出线60被电气连接到设置在车辆120上的AC输出线68，车辆110的AC输出线70被电气连接到设置在车辆120上的AC输出线78。
ECU10、14各自具有与图2所示ECU 10类似的构造。也就是说，当混合动力车110、120被用作AC电力供给系统的电源时，基于燃料剩余量，ECU 10、12控制对应的电源设备50、52的发电量，如上面所介绍的那样。
具体而言，ECU 10基于燃料剩余量设置电源设备50的上限发电量P_MAX1，并根据所设置的上限发电量P_MAX1控制发电量Pac，如同上面结合图5所介绍的那样。另外，ECU 10将上限发电量P_MAX1经由天线AN1传送到应急ECU 200。
类似于ECU 10，ECU 14基于燃料剩余量设置电源设备52的上限发电量P_MAX2，并根据所设置的上限发电量P_MAX2控制发电量Pac。ECU 14将上限发电量P_MAX2经由天线AN2传送到应急ECU 200。
另外，在如本实施例中一样并行操作多个电源设备的情况下，ECU 10向ECU 14输出同步信号，以便同步控制电源设备50、52，使得从它们输出的商用AC电压同相。具体而言，在ECU 10作为主导、ECU 14作为从属的情况下，ECU 10向ECU 14输出指定同步定时(synchronizationtiming)的同步信号。ECU 14将来自ECU 10的同步信号用作触发器控制电源设备52。因此，同相且不失真的商用AC电压从电源设备50、52输出。同步信号可通过使用ECU 10、14的天线AN1、AN2的无线通信被传送，或通过使用被耦合到连接器22、24的电力线的有线通信被传送。
在应急ECU 200中，上限发电量输入单元86经由天线10接收传送自ECU 10、14的上限发电量P_MAX1、P_MAX2。上限发电量输入单元86将这些上限发电量P_MAX1、P_MAX2累加，并将累加结果作为上限发电量P_MAX输出到负载状态控制单元84。
基于上限发电量P_MAX，按照图7所示的流程图，负载状态控制单元84控制负载的状态。
这里，如上所述，从相应的ECU10、14输入到应急ECU 200的上限发电量P_MAX1、P_MAX2可对燃料剩余量做出响应地彼此独立地变化。例如，当车辆120中的燃料剩余量低于规定阈值时，上限发电量P_MAX2变为零。因此，上限发电量P_MAX基本变为一半，其等于上限发电量P_MAX1。
作为对上限发电量P_MAX减半的事件的响应，负载状态控制单元84控制负载的状态。具体而言，其控制开关电路SW1-SW3的导通/关断，使得商用AC电力被优先供到具有较高优先级的第一负载201。
一旦车辆120被补给燃料，上限发电量P_MAX重新翻倍为上限发电量P_MAX1与P_MAX2的总和。
此时，对上限发电量P_MAX增大做出响应，负载状态控制单元84控制开关电路SW1-SW3的导通/关断，使得商用AC电力也被供到具有较低优先级的电气负载。
注意，即使在商用电源恢复时商用电源发电量低于上限发电量P_MAX的情况下，负载状态控制单元84控制负载的状态，使得电气负载201-203的负载量不超过商用电源的发电量，如同上面所介绍的那样。这使得商用电源停电和恢复时电源的自动切换成为可能。
尽管在本实施例中配置为两个车辆110、120被相互耦合以便在商用电源停电时将电源设备50、52用作电源，耦合更多的车辆也是可行的。
另外，电源设备50、52不限于安装在混合动力车上的电源设备。通过将本发明应用于安装在电气车辆上的二次电池，也能获得类似的效果。在二次电池被用作本发明的电源设备的情况下，基于二次电池的SOC(充电状态)设置上限发电量P_MAX。具体而言，电气车辆中的ECU提供二次电池SOC的规定阈值并对上限发电量P_MAX进行设置，使得SOC不会变得低于规定阈值。此时的规定阈值被设置为电气车辆自行行驶到最近的充电站所需要的二次电池SOC。
如上所述，根据本发明的第二实施例，甚至是在从多个电源设备供给商用AC电力的情况下，能够通过将负载状态控制为不超过能从相应的电源设备供给的电力量的总和来抑制商用AC电压的下降。
工业实用性
本发明适用于向外部电气负载供给商用AC电力的AC电力供给系统、产生商用AC电力的电源设备以及具有该设备的车辆。

Claims (15)

1.一种AC电力供给系统，该系统向多个电气负载(201-203)供给AC电力，该系统包括：
电源设备(50)，其输出所述AC电力；以及
控制装置(200)，其对所述多个电气负载(201-203)中的每一个的负载量进行控制，使得到所述多个电气负载(201-203)的所述AC电力的供给量不超过能从所述电源设备(50)输出的电力量的上限；其中
所述电源设备(50)包括：
第一电动发电机(MG1)，其被耦合到车辆(100)的内燃机并产生电力；
第二电动发电机(MG2)，其被耦合到所述车辆(100)的驱动轮；
第一变换器(520)，其被连接到所述第一电动发电机(MG1)并接收来自电源的电力供给；
第二变换器(530)，其被连接到所述第二电动发电机(MG2)并接收来自所述电源的电力供给；以及
控制单元(560，10)，其控制所述第一与第二变换器(520，530)的运行，以便驱动所述第一与第二电动发电机(MG1，MG2)并在所述第一与第二电动发电机(MG1，MG2)的中性点(N1，N2)之间产生AC电力，
所述控制单元(560，10)包括：
上限设置单元(13)，其基于所述内燃机中的燃料剩余量设置由所述第一电动发电机(MG1)产生的电力量的上限，
发电量控制单元(12)，其基于所述设置的、所述电力量的上限，控制所述发电量，以及
传送单元(AN1)，其向所述控制装置(200)传送指定所述电力量的所述上限的信号。
2.根据权利要求1的AC电力供给系统，其中：
所述控制装置(200)包括：
接收单元(AN10)，其接收来自所述电源设备(50)的、指定所述电力量的所述上限的信号；
负载状态检测单元(82)，其检测所述多个电气负载(201-203)中每一个的所述负载量；以及
负载状态控制单元(84)，其仅对所述多个电气负载(201-203)中被选择的电气负载供给所述AC电力，使得所述电气负载(201-203)的所述检测到的负载量的总和不超过由所述接收到的信号指定的、所述电力量的所述上限。
3.根据权利要求2的AC电力供给系统，其中，所述负载状态控制单元(84)根据预先登记的优先级选择将被供以所述AC电力的所述电气负载。
4.根据权利要求3的AC电力供给系统，其中，基于对所述多个电气负载(201-203)中每一个的重要性的相对评估判定所述优先级。
5.根据权利要求2-4中任意一项的AC电力供给系统，该系统还包括：
商用电源；以及
切换装置(300)，其用于自动地将所述商用电源与所述电源设备(50)中的一个连接到所述多个电气负载(201-203)。
6.根据权利要求5的AC电力供给系统，其中，在所述切换装置(300)从所述电源设备(50)与所述多个电气负载(201-203)之间的连接切换到所述商用电源与所述多个电气负载(201-203)之间的连接时，所述负载状态控制单元(84)将来自所述商用电源的所述AC电力的供给量与所述电力量的所述上限进行比较，当来自所述商用电源的所述供给量小于所述电力量的所述上限时，仅将所述AC电力供到所述多个电气负载(201-203)中被选择的电气负载，使得所述多个电气负载(201-203)的所述负载量的总和不超过来自所述商用电源的所述供给量。
7.根据权利要求1的AC电力供给系统，其中，在所述内燃机中的所述燃料的剩余量不大于规定基准值时，所述上限设置单元(13)将所述电力量的所述上限设置为随着所述燃料的所述剩余量的减小而减小，并在所述燃料的所述剩余量达到低于所述规定基准值的预定阈值时，将所述电力量的所述上限设置为零。
8.根据权利要求1的AC电力供给系统，其中，所述上限设置单元(13)设置所述发电量的所述上限，使得所述内燃机中的所述燃料剩余量不小于规定阈值。
9.根据权利要求8的AC电力供给系统，其中，所述规定阈值对应于所述车辆(100)自行行驶到最近的燃料供给站所必需的燃料量。
10.根据权利要求9的AC电力供给系统，其中，所述传送单元(AN1)与所述接收单元(AN10)具有无线通信介质。
11.根据权利要求9的AC电力供给系统，其中，所述传送单元(AN1)与所述接收单元(AN10)具有作为通信介质的、用于将所述AC电力从所述电源设备(50)供到所述多个电气负载(201-203)的电力线(66，76)。
12.一种电源设备(50)，该设备将所产生的AC电力供到外部电气负载(201-203)，该设备包括：
第一电动发电机(MG1)，其被耦合到车辆(100)的内燃机并产生电力；
第二电动发电机(MG2)，其被耦合到所述车辆(100)的驱动轮；
第一与第二变换器(520，530)，其被连接到所述第一与第二电动发电机(MG1，MG2)并接收来自电源(B)的DC电力的供给；以及
控制装置(560，10)，其控制所述第一与第二变换器(520，530)的运行，以便驱动所述第一与第二电动发电机(MG1，MG2)并在所述第一与第二电动发电机(MG1，MG2)的中性点(N1，N2)之间产生所述AC电力；其中：
所述控制装置(560，10)包括：
上限设置单元(13)，其基于所述内燃机中的燃料剩余量设置所述第一电动发电机(MG1)的发电量的上限，
发电量控制单元(12)，其基于所述设置的、所述发电量的上限，控制所述发电量，以及
传送单元(AN1)，其向所述外部电气负载(201-203)传送指定所述发电量的所述上限的信号。
13.根据权利要求12的电源设备，其中，所述上限设置单元(13)设置所述发电量的所述上限，使得所述内燃机中的所述燃料剩余量不小于规定阈值。
14.根据权利要求13的电源设备，其中，所述规定阈值对应于所述车辆(100)自行行驶到最近的燃料供给站所必需的燃料量。
15.一种车辆，其具有权利要求12-14中任意一项所述的电源设备。
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