JP2008236902A - 電力システム、電動車両および電力供給方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の電動車両から車両外部の共通の電気負荷へ給電する際の電力制御を最適化する電力システムを提供する。
【解決手段】接続ステーションに接続された各車両の制御装置は、自身がマスター車のとき、PLC通信を用いてモデムを介してスレーブ車のSOCを受信する(S30)。そして、制御装置は、自身を含む各車両のSOCに応じて各車両から電力負荷への給電配分を決定し、その配分に基づいて各車両に対する給電指令値を算出する(S40)。制御装置は、その算出した給電指令値をモデムを介して対応のスレーブ車へ送信する(S50)。各車両は、マスター車の制御装置で算出された給電指令値に従って蓄電装置から電力負荷への給電を行なう(S60,S90)。
【選択図】図4
【解決手段】接続ステーションに接続された各車両の制御装置は、自身がマスター車のとき、PLC通信を用いてモデムを介してスレーブ車のSOCを受信する(S30)。そして、制御装置は、自身を含む各車両のSOCに応じて各車両から電力負荷への給電配分を決定し、その配分に基づいて各車両に対する給電指令値を算出する(S40)。制御装置は、その算出した給電指令値をモデムを介して対応のスレーブ車へ送信する(S50)。各車両は、マスター車の制御装置で算出された給電指令値に従って蓄電装置から電力負荷への給電を行なう(S60,S90)。
【選択図】図4
Description
この発明は、電力システム、電動車両および電力供給方法に関し、特に、複数の電動車両から共通の電気負荷へ電力が供給される電力システム、電動車両および電力供給方法に関する。
環境問題を考慮して、電気自動車や、ハイブリッド自動車、燃料電池車など、車両駆動用の動力源として電動機を搭載した電動車両が注目されている。このような電動車両は、電動機に電力を供給し、かつ、回生制動時には運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄えるために、充放電可能な蓄電装置を搭載している。
このような蓄電装置を搭載した電動車両を住宅などの電源設備として使用することが提案されている。たとえば、特開2001−8380号公報(特許文献1)は、電気自動車に搭載されたバッテリと住宅側との間で相互に電力伝達可能な電力マネジメントシステムを開示する。この電力マネジメントシステムでは、家庭内負荷に供給される系統電力に応じて、電気自動車から家庭内負荷への供給電力量が管理される(特許文献1参照)。
特開2001−8380号公報
特開2004−364467号公報
近年、ハイブリッド自動車をはじめとする多くの電動車両が急速に普及している。このような電動車両の普及に伴って、将来的には、多くの家庭が複数の電動車両を所有するような状況も十分に予想される。
しかしながら、上記特開2001−8380号公報では、一つの住宅に一台の電動車両が電気的に接続される場合の電力制御について考慮するにとどまり、一つの住宅に複数の電動車両が電気的に接続される場合の電力制御については考慮されていない。
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の電動車両から車両外部の共通の電気負荷へ給電する際の電力制御を最適化する電力システムを提供することである。
また、この発明の別の目的は、複数の電動車両から車両外部の共通の電気負荷へ給電する際の電力制御を最適化する電力システムに適用可能な電動車両を提供することである。
また、この発明の別の目的は、複数の電動車両から車両外部の共通の電気負荷へ給電する際の電力制御を最適化する電力供給方法を提供することである。
この発明によれば、電力システムは、複数の電動車両と、制御装置とを備える。複数の電動車両は、互いに並列して車両外部の電気負荷に電気的に接続され、各々が電気負荷へ給電可能である。制御装置は、複数の電動車両から電気負荷への給電量を制御する。複数の電動車両の各々は、蓄電装置と、電力生成部とを含む。電力生成部は、与えられる給電指令値に従って、蓄電装置から電力の供給を受けて電気負荷への供給電力を生成する。制御装置は、複数の電動車両の各々に含まれる蓄電装置の充電状態を示す状態量(SOC)に基づいて複数の電動車両間での給電量の配分を決定し、その配分に基づいて複数の電動車両の各々に対する給電指令値を生成する。
好ましくは、複数の電動車両の各々は、他の電動車両と通信可能な通信部をさらに含む。制御装置は、複数の電動車両のいずれかに実装され、他の電動車両に対して生成された給電指令値を通信部を介して他の電動車両へ送信する。
また、この発明によれば、電動車両は、他の電動車両に並列して車両外部の電気負荷に電気的に接続され、電気負荷へ給電可能な電動車両であって、蓄電装置と、電動機と、電力生成部とを備える。電動機は、蓄電装置から電力の供給を受けて駆動される。電力生成部は、与えられる給電指令値に従って、蓄電装置から電力の供給を受けて電気負荷への供給電力を生成する。給電指令値は、蓄電装置の充電状態を示す状態量(SOC)と他の電動車両に搭載される蓄電装置の充電状態を示す状態量(SOC)とに基づいて決定される、当該電動車両および他の電動車両間での電気負荷への給電量の配分に基づいて生成される。
好ましくは、電動車両は、他の電動車両と通信可能な通信部と、制御装置とをさらに備える。制御装置は、他の電動車両から通信部を介して受信する他の電動車両における状態量(SOC)と当該電動車両における状態量(SOC)とに基づいて当該電動車両および他の電動車両の各々に対する給電指令値を生成する。そして、制御装置は、他の電動車両に対して生成された給電指令値を通信部を介して他の電動車両へ送信する。
また、好ましくは、電動車両は、他の電動車両と通信可能な通信部と、制御装置とをさらに備える。制御装置は、当該電動車両における状態量(SOC)を通信部を介して他の電動車両へ送信する。そして、制御装置は、他の電動車両において生成された当該電動車両に対する給電指令値を他の電動車両から通信部を介して受信する。電力生成部は、他の電動車両から受信した給電指令値に従って、蓄電装置から電力の供給を受けて電気負荷への供給電力を生成する。
また、この発明によれば、電力供給方法は、互いに並列して車両外部の電気負荷に電気的に接続された複数の電動車両から電気負荷へ電力を供給する電力供給方法であって、第1および第2のステップを備える。第1のステップでは、複数の電動車両の各々に含まれる蓄電装置の充電状態を示す状態量(SOC)に基づいて複数の電動車両間での電気負荷への給電量の配分を決定し、その配分に基づいて複数の電動車両の各々に対する給電指令値を生成する。第2のステップでは、複数の電動車両の各々において、その生成された給電指令値に従って電気負荷へ電力を供給する。
この発明においては、互いに並列して車両外部の電気負荷に電気的に接続された複数の電動車両からその電気負荷へ電力を供給する。ここで、複数の電動車両の各々に含まれる蓄電装置の充電状態を示す状態量(SOC)に基づいて複数の電動車両間での給電量の配分が決定され、その配分に基づいて複数の電動車両の各々に対する給電指令値が生成されるので、いずれかの電動車両において他の電動車両よりも早く給電不能になるケースを抑制することが可能となる。
したがって、この発明によれば、複数の電動車両から電気負荷へ同時に給電可能な機会を最大にすることが可能となる。その結果、電気負荷の要求電力が電動車両一台の給電能力を超える場合に対して最大限の対応が可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による電力システムの全体構成図である。図1を参照して、この電力システムは、接続ステーション1と、電動車両(以下、単に「車両」とも称する。)2,3,4と、供給線ACL2,ACL3,ACL4と、住宅100と、送電線PSLとを備える。
図1は、この発明の実施の形態1による電力システムの全体構成図である。図1を参照して、この電力システムは、接続ステーション1と、電動車両(以下、単に「車両」とも称する。)2,3,4と、供給線ACL2,ACL3,ACL4と、住宅100と、送電線PSLとを備える。
車両2,3,4は、それぞれ供給線ACL2,ACL3,ACL4を介して接続ステーション1に電気的に接続され、住宅100内の電力負荷(図示せず)へ交流電力を供給可能に構成される。接続ステーション1は、供給線ACL2,ACL3,ACL4と住宅100との間に設けられ、接続ステーション1に接続された車両2,3,4を住宅100内の電力負荷と電気的に接続する。住宅100は、車両2,3,4から交流電力の供給を受けるとともに、送電線PSLから交流電力(商用系統電力)を受電可能に構成される。
なお、図1では、3台の車両2,3,4が住宅100へ交流電力を供給する場合について示されているが、車両の台数は3台に限定されるものではない。なお、以下の説明では、車両2,3,4を特定せずに用いる場合には「車両」とも総称し、供給線ACL2,ACL3,ACL4を特定せずに用いる場合には「供給線ACL」とも総称する。
図2は、図1に示した電力システムのより詳細な構成図である。図2を参照して、車両2,3,4の各々は、充放電可能に構成された蓄電装置BATと、インバータINV3と、通信部COMとを含む。インバータINV3は、蓄電装置BATからの放電電力を受けて交流電力を生成する。通信部COMは、供給線ACL2,ACL3,ACL4を介して、各車両間および接続ステーション1との間で通信可能に構成される(以下、供給線ACL2,ACL3,ACL4を介しての通信を「PLC(Power Line Communications)通信」とも称する。)。
住宅100は、電力負荷LOADと、受電部100aとを含む。電力負荷LOADは、住宅100内で使用される照明機器や家電製品などを総括して示したものである。受電部100aは、商用系統電力を供給する送電線PSLを住宅100内に引き込むための接続部材である。
接続ステーション1は、車両2,3,4にそれぞれ接続される供給線ACL2,ACL3,ACL4を着脱自在に構成される。たとえば、供給線ACL2,ACL3,ACL4の一端にプラグが設けられ、接続ステーション1側に各プラグを差込可能なコンセントが設けられる。そして、接続ステーション1は、供給線ACL2,ACL3,ACL4を共通線に統合し、その共通線を電力負荷LOADと電気的に接続する。
また、接続ステーション1は、通信制御部1aを含む。通信制御部1aは、接続ステーション1に接続された車両2,3,4から電力負荷LOADへの給電を指示する指令を受付可能に構成されるとともに、供給線ACL2,ACL3,ACL4を介してそれぞれ車両2,3,4と通信可能に構成される。そして、通信制御部1aは、給電指示に従って、車両2,3,4の各々に対して供給開始指示を与える。
図3は、図2に示した車両2,3,4の各々の概略構成図である。なお、この発明に適用される車両は、充放電可能に構成された蓄電装置を備えていればどのような形態の車両であってもよいが、以下では、一例として、車両2,3,4のいずれもがハイブリッド自動車で構成される場合について説明する。
図3を参照して、車両2,3,4の各々は、制御装置ECUと、蓄電装置BATと、コンバータCONVと、インバータINV1,INV2と、モータジェネレータMG1,MG2と、エンジンENGと、モデム22と、マスター/スレーブ設定部24とを含む。
蓄電装置BATは、コンバータCONVによって充放電可能に構成される。蓄電装置BATは、たとえば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子で構成される。
コンバータCONVは、正母線PLおよび負母線NLを介して蓄電装置BATと電気的に接続される一方、主正母線MPLおよび主負母線MNLを介してインバータINV1,INV2,INV3と電気的に接続される。そして、コンバータCONVは、蓄電装置BATと主正母線MPLおよび主負母線MNLとの間で電圧変換動作(降圧動作または昇圧動作)を行なうことで、蓄電装置BATの充放電を制御する。具体的には、蓄電装置BATを充電する場合には、コンバータCONVは、主正母線MPLと主負母線MNLとの間の電圧を降圧して、充電電流を蓄電装置BATへ供給する。一方、蓄電装置BATを放電させる場合には、コンバータCONVは、蓄電装置BATの放電電圧を昇圧し、主正母線MPLおよび主負母線MNLを介して放電電流をインバータINV1,INV2,INV3へ供給する。
なお、正母線PLに介装された電池電流検出部10は、蓄電装置BATの充放電電流Ibatを検出し、その検出値を制御装置ECUへ出力する。また、正母線PLと負母線NLとの間に接続された電池電圧検出部12は、蓄電装置BATの出力電圧Vbatを検出し、その検出値を制御装置ECUへ出力する。
インバータINV1,INV2は、互いに並列して主正母線MPLおよび主負母線MNLに接続される。インバータINV1,INV2は、主正母線MPLおよび主負母線MNLから与えられる直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータMG1,MG2をそれぞれ駆動可能に構成される。さらに、インバータINV1,INV2は、車両の回生制動時などにおいて、モータジェネレータMG1,MG2で発電される交流電力を直流電力に変換して主正母線MPLおよび主負母線MNLへ供給可能である。インバータINV1,INV2は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路で構成され、それぞれ制御装置ECUから受けるスイッチング指令PWM1,PWM2に応じてスイッチング(回路開閉)動作を行なうことで、三相交流電力を発生する。
なお、主正母線MPLに介装された供給電流検出部14は、コンバータCONVとインバータINV1,INV2,INV3との間で授受される母線電流IDCを検出し、その検出値を制御装置ECUへ出力する。また、主正母線MPLと主負母線MNLとの間に接続された母線電圧検出部16は、母線電圧VDCを検出し、その検出値を制御装置ECUへ出力する。さらに、主正母線MPLと主負母線MNLとの間には、平滑コンデンサCが接続され、平滑コンデンサCは、コンバータCONVとINV1,INV2,INV3との間で授受される電力に含まれる変動成分を低減する。
モータジェネレータMG1,MG2は、それぞれインバータINV1,INV2から供給される交流電力を受けて回転駆動力を発生可能であるとともに、外部からの回転駆動力を受けて交流電力を発電可能に構成される。モータジェネレータMG1,MG2は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機である。そして、モータジェネレータMG1,MG2の出力軸は、動力分割装置6および駆動軸8を介して、エンジンENGと機械的に連結される。
エンジンENGは、ガソリンなどの化石燃料の燃焼により作動する内燃機関である。そして、エンジンENGが発生する駆動力は、モータジェネレータMG1,MG2からの駆動力ととともに、駆動軸8に設けられた動力伝達部7などを介して車輪(図示せず)へ伝達される。このとき、制御装置ECUは、エンジンによって発生される駆動力とモータジェネレータMG1,MG2によって発生される駆動力とが最適な比率となるように制御を実行する。
インバータINV3は、インバータINV1,INV2に並列して主正母線MPLおよび主負母線MNLに接続される。インバータINV3は、コンバータCONVを介して供給される蓄電装置BATからの放電電力(直流電力)を受け、住宅100の電力負荷LOAD(図2)へ供給するための交流電力を生成する。インバータINV3は、たとえば、住宅100内で使用される電力の形態に対応するように単相インバータから成る。そして、インバータINV3は、生成した交流電力を供給線ACL(正供給線ACLpおよび負供給線ACLn)を介して住宅100内の電力負荷LOADへ供給する。
なお、正供給線ACLpに介装された供給電流検出部18は、インバータINV3からの供給電流IACを検出し、その検出値を制御装置ECUへ出力する。また。正供給線ACLpと負供給線ACLnとの間に接続された供給電圧検出部20は、インバータINV3からの供給電圧VACを検出し、その検出値を制御装置ECUへ出力する。
モデム22は、他の車両および接続ステーション1(図1,図2)との間で通信可能に構成される。モデム22は、正供給線ACLpおよび負供給線ACLnに接続され、供給線ACLを介したPLC通信によって、他の車両に搭載されたモデム22および接続ステーション1の通信制御部1a(図2)との通信を実現する。なお、このモデム22は、図2に示した通信部COMに対応する。
マスター/スレーブ設定部24は、接続ステーション1に接続される複数の車両から住宅100の電力負荷LOADへの給電時、当該車両をマスター車として作動させるかスレーブ車として作動させるかを設定するための入力装置である。ここで、マスター車は、接続ステーション1に接続される複数の車両間における給電量の配分制御の実行を要求される車両であり、スレーブ車とは、マスター車から受ける給電指令値に従って供給電力を生成する車両である。なお、接続ステーション1に接続される車両の台数に拘わらずマスター車が1台となるように、各車両においてマスター/スレーブの設定を行なう。なお、このマスター/スレーブ設定部24は、専用のスイッチで実現してもよいし、カーナビゲーション装置において実現してもよい。
制御装置ECUは、蓄電装置BATから住宅100の電力負荷LOADへ交流電力を供給するようにインバータINV3を制御する。具体的には、まず、制御装置ECUは、モデム22を介して接続ステーション1から供給開始指示を受信すると、接続ステーション1に接続される車両を互いに認識するために、自身を示す識別IDをモデム22を介して他の車両へ送信する。同様に、他の車両からも自身を示す識別IDが送信されるので、制御装置ECUは、モデム22を介して他の車両の識別IDを受信する。
さらに、制御装置ECUは、蓄電装置BATの充電状態(以下「SOC(State of Charge)」とも称する。)を算出する。ここで、制御装置ECUは、マスター/スレーブ設定部24により当該車両がマスター車として設定されているとき、モデム22を介して他の車両(スレーブ車)のSOCを受信する。そして、制御装置ECUは、当該車両を含む各車両のSOCに基づいて各車両に対する給電指令値を生成し、モデム22を介して他の車両へ対応の給電指令値を送信するとともに、当該車両の給電指令値に従ってインバータINV3を制御する。
具体的には、制御装置ECUは、供給電圧検出部20からの供給電圧VACに基づいて、供給線ACLに生じている交流電圧(商用系統電力の電圧)を検出する。そして、制御装置ECUは、当該車両の給電指令値に一致し、かつ、検出された上記交流電圧に同期した交流電力を生成するように、インバータINV3を制御する。
また、制御装置ECUは、マスター/スレーブ設定部24により当該車両がスレーブ車として設定されているとき、算出した蓄電装置BATのSOCをモデム22を介してマスター車へ送信する。そして、制御装置ECUは、モデム22を介してマスター車からの給電指令値を受信し、その受信した給電指令値に従ってインバータINV3を制御する。
具体的には、制御装置ECUは、マスター車から受信した給電指令値に一致し、かつ、供給電圧検出部20によって検出される交流電圧に同期した交流電力を生成するように、インバータINV3を制御する。
なお、商用系統電力が停電している場合には、マスター車の制御装置ECUは、予め定められた周波数(商用系統電力の周波数)を有し、かつ、当該車両の給電指令値に一致した交流電力を生成するようにインバータINV3を制御する。そして、スレーブ車の制御装置ECUは、マスター車から受信した給電指令値に一致し、かつ、供給電圧検出部20によって検出されるマスター車からの交流電圧に同期した交流電力を生成するように、インバータINV3を制御する。
図4は、図3に示した制御装置ECUによる給電制御の構造を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。
図3および図4を参照して、制御装置ECUは、電池電圧検出部12によって検出される蓄電装置BATの出力電圧Vbatおよび電池電流検出部10によって検出される蓄電装置BATの充放電電流Ibatに基づいて、蓄電装置BATのSOCを算出する(ステップS10)。なお、蓄電装置BATのSOCの算出手法としては、種々の公知の手法を用いることができる。
次いで、制御装置ECUは、マスター/スレーブ設定部24からの信号に基づいて、当該車両がマスター車として設定されているか、それともスレーブ車として設定されているかを判定する(ステップS20)。
ステップS20において当該車両がマスター車として設定されているものと判定されると(ステップS20において「マスター」)、制御装置ECUは、モデム22を介して他の車両すなわち各スレーブ車から蓄電装置BATのSOCを受信する(ステップS30)。そして、制御装置ECUは、当該車両を含む各車両における蓄電装置BATのSOCに基づいて、各車両に対する給電指令値を算出する(ステップS40)。具体的には、制御装置ECUは、たとえば次式に基づいて各車両に対する給電指令値を算出する。
当該車両(マスター車)に対する給電指令値=全給電量×(当該車両のSOC)/(各車両のSOCの総和) …(1)
スレーブ車に対する給電指令値=全給電量×(対応のスレーブ車のSOC)/(各車両のSOCの総和) …(2)
ここで、全給電量は、接続ステーション1に接続される複数の車両から電力負荷LOAD(図2)へ供給される電力の総和であり、当該車両(マスター車)において決定してよいし、接続ステーション1または住宅100側で決定してもよい。
スレーブ車に対する給電指令値=全給電量×(対応のスレーブ車のSOC)/(各車両のSOCの総和) …(2)
ここで、全給電量は、接続ステーション1に接続される複数の車両から電力負荷LOAD(図2)へ供給される電力の総和であり、当該車両(マスター車)において決定してよいし、接続ステーション1または住宅100側で決定してもよい。
上記の式に基づく各車両の給電配分の考え方は、蓄電装置BATのSOCが多い車両ほど給電の配分を大きくするものである。これにより、特定の車両(SOCが少ない車両)において他の車両よりも早期に給電不能になる事態をできる限り回避することが可能となる。言い換えると、複数の車両が同時に給電可能な時間を最大限確保することが可能となり、電力負荷LOADへの給電量が車両一台から供給可能な電力を超える場合に対して最大限の対応が可能となる。
ステップS40において各車両に対する給電指令値が算出されると、制御装置ECUは、スレーブ車に対する給電指令値をモデム22を介して対応のスレーブ車へ送信する(ステップS50)。そして、制御装置ECUは、当該車両の蓄電装置BATから電力負荷LOADへ当該車両の給電指令値に相当する交流電力が供給されるように、当該車両の給電指令値に従ってインバータINV3を制御する(ステップS60)。
一方、ステップS20において当該車両がスレーブ車として設定されているものと判定されると(ステップS20において「スレーブ」)、制御装置ECUは、モデム22を介してマスター車へ蓄電装置BATのSOCを送信する(ステップS70)。その後、制御装置ECUは、モデム22を介してマスター車から当該車両に対する給電指令値を受信する(ステップS80)。
そして、制御装置ECUは、マスター車から受信した給電指令値に相当する交流電力が当該車両の蓄電装置BATから電力負荷LOADへ供給されるように、その受信した給電指令値に従ってインバータINV3を制御する(ステップS90)。
以上のように、この実施の形態1においては、接続ステーション1に接続されて互いに電気的に並列接続された車両2,3,4から住宅100の電力負荷LOADへ交流電力を供給する。ここで、各車両に搭載された蓄電装置BATのSOCに基づいて各車両の給電量の配分が決定され、その配分に基づいて各車両に対する給電指令値が生成されるので、いずれかの車両において他の車両よりも早く給電不能になるケースを抑制することが可能となる。したがって、この実施の形態1によれば、複数の車両2,3,4から同時に住宅100の電力負荷LOADへ給電可能な機会を最大にすることが可能となる。その結果、電力負荷LOADの要求電力が車両一台の給電能力を超える場合に対して最大限の対応が可能となる。
[実施の形態2]
実施の形態1では、接続ステーション1に接続される複数の車両においてマスター車が決定され、スレーブ車からマスター車へ蓄電装置BATのSOCを送信し、マスター車において各車両のSOCに応じて給電配分を決定するものとした。この実施の形態2では、接続ステーション1に接続される複数の車両において特にマスター/スレーブ関係を規定することなく、各車両から接続ステーション1へ蓄電装置BATのSOCを送信し、接続ステーション1において各車両のSOCに応じて給電配分が決定される。
実施の形態1では、接続ステーション1に接続される複数の車両においてマスター車が決定され、スレーブ車からマスター車へ蓄電装置BATのSOCを送信し、マスター車において各車両のSOCに応じて給電配分を決定するものとした。この実施の形態2では、接続ステーション1に接続される複数の車両において特にマスター/スレーブ関係を規定することなく、各車両から接続ステーション1へ蓄電装置BATのSOCを送信し、接続ステーション1において各車両のSOCに応じて給電配分が決定される。
図5は、実施の形態2における接続ステーションの機能ブロック図である。図5を参照して、接続ステーション1#は、制御部CPUと、モデム62とを含む。モデム62は、接続ステーション1#に接続される各車両と制御部CPUとの間で通信可能に構成される。モデム62は、主母線MLに接続され、供給線ACLを介したPLC通信によって、各車両に搭載されたモデム22(図示せず)との通信を実現する。
制御部CPUは、接続ステーション1に接続される車両を認識するために、モデム62を介して各車両に対して識別ID照会指示を送信する。そして、制御部CPUは、モデム62を介して各車両から識別IDを受信する。
さらに、制御部CPUは、モデム62を介して各車両のSOCを受信する。そして、制御部CPUは、受信した各車両のSOCに基づいて各車両に対する給電指令値を生成し、モデム62を介して各車両へ対応の給電指令値を送信する。
なお、特に図示しないが、この実施の形態2における各車両は、蓄電装置BATのSOCをモデム22を介して接続ステーション1の制御部CPUへ送信する。そして、各車両は、モデム22を介して制御部CPUから給電指令値を受信し、その受信した給電指令値に従って蓄電装置BATから電力負荷LOADへの給電を行なう。なお、この実施の形態2では、実施の形態1における各車両に設けられたマスター/スレーブ設定部24は不要である。
図6は、図5に示した制御部CPUの制御構造を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。
図6を参照して、制御部CPUは、接続ステーション1に接続される各車両からモデム62を介して蓄電装置BATのSOCを受信する(ステップS210)。次いで、制御部CPUは、受信した各車両のSOCに基づいて、各車両に対する給電指令値を算出する(ステップS220)。具体的には、制御部CPUは、たとえば次式に基づいて各車両に対する給電指令値を算出する。
給電指令値=全給電量×(対応の車両のSOC)/(各車両のSOCの総和) …(3)
この式に基づく各車両の給電配分の考え方も、実施の形態1と同様に、蓄電装置BATのSOCが多い車両ほど給電の配分を大きくするものである。
この式に基づく各車両の給電配分の考え方も、実施の形態1と同様に、蓄電装置BATのSOCが多い車両ほど給電の配分を大きくするものである。
そして、ステップS220において各車両に対する給電指令値が算出されると、制御部CPUは、その算出した給電指令値をモデム62を介して対応の車両へ送信する(ステップS230)。
以上のように、この実施の形態2によれば、実施の形態1における効果に加えて、接続ステーション1に接続される複数の車両においてマスター/スレーブ関係を規定する必要がなくなる。
[実施の形態3]
図7は、実施の形態3による車両の概略構成図である。図7を参照して、この車両は、図3に示した車両において、インバータINV3を取除くとともに、正供給線ACLpおよび負供給線ACLnの接続先をそれぞれモータジェネレータMG1の中性点N1およびモータジェネレータMG2の中性点N2に変更したものである。
図7は、実施の形態3による車両の概略構成図である。図7を参照して、この車両は、図3に示した車両において、インバータINV3を取除くとともに、正供給線ACLpおよび負供給線ACLnの接続先をそれぞれモータジェネレータMG1の中性点N1およびモータジェネレータMG2の中性点N2に変更したものである。
上述したように、モータジェネレータMG1,MG2は、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機である。さらに、この実施の形態3においては、モータジェネレータMG1,MG2は、三相分のコイルがY結線(星型結線)されたステータを備える。このY結線において、各コイルが互いに接続される点がモータジェネレータMG1,MG2の中性点N1,N2に相当する。
また、上述したように、インバータINV1,INV2は、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路で構成される。すなわち、インバータINV1,INV2の各々は、上アーム側(正側)に3個のスイッチング素子および下アーム側(負側)に3個のスイッチング素子を含む。インバータINV1,INV2から三相交流電力を発生させる場合には、上アーム側のスイッチング素子のうち1個、および下アーム側のスイッチング素子のうち1個をそれぞれ時間的に切換えてオン状態に駆動する。
一方、上アーム側および下アーム側の各々において、3個のスイッチング素子を一括してオン/オフ動作させることもできる。このような動作モードにおいては、上アーム側の3個のスイッチング素子は、互いに同じスイッチング状態(すべてオン、または、すべてオフ)とみなすことができ、また、下アーム側の3個のスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。
このような動作モードでは、それぞれの相電圧は互いに等しくなるので、中性点を基準とする零電圧ベクトルを定義することができる。
図8は、零電圧ベクトルを生成する場合におけるインバータINV1,INV2およびモータジェネレータMG1,MG2の零相等価回路を示した図である。図8を参照して、インバータINV1,INV2が上述した零電圧ベクトルを生じるような動作モードを実行する場合には、インバータINV1における上アーム側の3個のスイッチング素子TRは上アームARM1pとしてまとめて示され、インバータINV1における下アーム側の3個のスイッチング素子TRは下アームARM1nとしてまとめて示される。同様に、インバータINV2における上アーム側の3個のスイッチング素子TRは上アームARM2pとしてまとめて示され、インバータINV2における下アーム側の3個のスイッチング素子TRは下アームARM2nとしてまとめて示される。
そして、図8に示される零相等価回路は、主正母線MPLおよび主負母線MNLを介して供給される直流電力を単相交流電力に変換し、中性点N1およびN2から正供給線ACLpおよび負供給線ACLnを介してその変換された単相交流電力を出力する単相インバータとみることができる。
そこで、インバータINV1,INV2の各々において零電圧ベクトルを時間的に変化させ、インバータINV1,INV2をそれぞれ単相インバータとして動作するようにスイッチング制御することによって、蓄電装置BATからの放電電力から交流電力を生成し、電力負荷LOADへ供給することができる。
なお、この実施の形態3による車両のその他の構成については、図3に示した車両と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
この発明の実施の形態3によれば、上述のこの発明の実施の形態における効果に加えて、各車両の構成を簡素化することができる。よって、この発明に係る電力システムをより安価に実現することができる。
なお、上記の各実施の形態においては、車両間および各車両と接続ステーションとの間の通信を、供給線を用いたPLC通信で実現する構成について説明したが、車両間または車両と接続ステーションとの間の通信は、このような通信方法に限られることはない。たとえば、通信ケーブルを別途設けてもよいし、無線LANや携帯電話、PHS、Bluetooth(登録商標)などの無線通信を用いてもよい。
また、上記の実施の形態1においては、マスター/スレーブ設定部24を用いて各車両においてマスター車/スレーブ車の設定を行なうものとしたが、接続ステーション1に接続される複数の車両のうち特定の1台をマスター車に自動設定し、他の車両をスレーブ車に自動設定するようにしてもよい。
また、上記の各実施の形態において、蓄電装置BATのSOCに加えて、インバータINV3の温度や蓄電装置BATの温度など、蓄電装置BATから電力負荷LOADへの給電可否に関する情報あるいは給電量を制限し得る情報をスレーブ車からマスター車へ送信し、それらの情報を加味して各車両に対する給電量の配分を決定するようにしてもよい。
また、上記においては、各車両は接続ステーションに接続されるものとしたが、車両間および各車両と接続ステーションとの接続は、このような接続方法に限られることはない。たとえば、特定の一台のみを住宅または接続ステーションに接続するとともに各車両を数珠繋ぎに接続するようにしてもよいし(電気的には電力負荷LOADに対して並列に接続される。)、電力負荷LOADに対して各車両を電気的に並列接続可能な接続コネクタを別途設けてもよい。
また、上記においては、複数のハイブリッド自動車から成る電力システムの場合について例示したが、共通の電力システム内に、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などの異なる種類の電動車両が含まれるような構成であってもよい。
なお、上記において、車両2,3,4および実施の形態3に示した車両の各々は、この発明における「電動車両」に対応し、電力負荷LOADは、この発明における「電気負荷」に対応する。また、各車両の制御装置ECUは、この発明における「制御装置」に対応し、各車両のインバータINV3および制御装置ECUは、この発明における「電力生成部」を形成する。また、接続ステーション1#の制御部CPUも、この発明における「制御装置」に対応する。さらに、各車両のモデム22は、この発明における「通信部」に対応し、モータジェネレータMG1,MG2は、この発明における「電動機」に対応する。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,1# 接続ステーション、1a,COM 通信部、2,3,4 車両、6 動力分割装置、7 動力伝達部、8 駆動軸、10 電池電流検出部、12 電池電圧検出部、14 供給電流検出部、16 母線電圧検出部、18 供給電流検出部、20 供給電圧検出部、22,62 モデム、24 マスター/スレーブ設定部、100 住宅、100a 受電部、ACL,ACL2,ACL3,ACL4 供給線、ACLp 正供給線、ACLn 負供給線、PSL 送電線、BAT 蓄電装置、INV1,INV2,INV3 インバータ、LOAD 電力負荷、ECU 制御装置、CONV コンバータ、MG1,MG2 モータジェネレータ、ENG エンジン、PL 正母線、NL 負母線、MPL 主正母線、MNL 主負母線、C 平滑コンデンサ、CPU 制御部、ML 主母線、N1,N2 中性点、ARM1p,ARM2p 上アーム、ARM1n,ARM2n 下アーム。
Claims (6)
- 互いに並列して車両外部の電気負荷に電気的に接続され、各々が前記電気負荷へ給電可能な複数の電動車両と、
前記複数の電動車両から前記電気負荷への給電量を制御する制御装置とを備え、
前記複数の電動車両の各々は、
蓄電装置と、
与えられる給電指令値に従って、前記蓄電装置から電力の供給を受けて前記電気負荷への供給電力を生成する電力生成部とを含み、
前記制御装置は、前記複数の電動車両の各々に含まれる前記蓄電装置の充電状態を示す状態量に基づいて前記複数の電動車両間での前記給電量の配分を決定し、その配分に基づいて前記複数の電動車両の各々に対する前記給電指令値を生成する、電力システム。 - 前記複数の電動車両の各々は、他の電動車両と通信可能な通信部をさらに含み、
前記制御装置は、前記複数の電動車両のいずれかに実装され、前記他の電動車両に対して生成された前記給電指令値を前記通信部を介して前記他の電動車両へ送信する、請求項1に記載の電力システム。 - 他の電動車両に並列して車両外部の電気負荷に電気的に接続され、前記電気負荷へ給電可能な電動車両であって、
蓄電装置と、
前記蓄電装置から電力の供給を受けて駆動される電動機と、
与えられる給電指令値に従って、前記蓄電装置から電力の供給を受けて前記電気負荷への供給電力を生成する電力生成部とを備え、
前記給電指令値は、前記蓄電装置の充電状態を示す状態量と前記他の電動車両に搭載される蓄電装置の充電状態を示す状態量とに基づいて決定される、当該電動車両および前記他の電動車両間での前記電気負荷への給電量の配分に基づいて生成される、電動車両。 - 前記他の電動車両と通信可能な通信部と、
前記他の電動車両から前記通信部を介して受信する前記他の電動車両における前記状態量と当該電動車両における前記状態量とに基づいて当該電動車両および前記他の電動車両の各々に対する前記給電指令値を生成し、前記他の電動車両に対して生成された前記給電指令値を前記通信部を介して前記他の電動車両へ送信する制御装置とをさらに備える、請求項3に記載の電動車両。 - 前記他の電動車両と通信可能な通信部と、
当該電動車両における前記状態量を前記通信部を介して前記他の電動車両へ送信し、前記他の電動車両において生成された当該電動車両に対する前記給電指令値を前記他の電動車両から前記通信部を介して受信する制御装置とをさらに備え、
前記電力生成部は、前記他の電動車両から受信した前記給電指令値に従って、前記蓄電装置から電力の供給を受けて前記電気負荷への供給電力を生成する、請求項3に記載の電動車両。 - 互いに並列して車両外部の電気負荷に電気的に接続された複数の電動車両から前記電気負荷へ電力を供給する電力供給方法であって、
前記複数の電動車両の各々に含まれる蓄電装置の充電状態を示す状態量に基づいて前記複数の電動車両間での前記電気負荷への給電量の配分を決定し、その配分に基づいて前記複数の電動車両の各々に対する給電指令値を生成する第1のステップと、
前記複数の電動車両の各々において、その生成された給電指令値に従って前記電気負荷へ電力を供給する第2のステップとを備える電力供給方法。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100921 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110201 |