JP2013142380A - 電力供給システムおよび外部へ電力供給可能な自動車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電力源を持ち、需要電力に対応した電力を供給する電力供給システムにおいて、電力源の一つである自動車から外部へ電力を供給する際に、電力収支のバランスを保ちながら、高効率なエンジン発電を実現する。
【解決手段】自動車からの電力供給を実施する際に、将来の予測を含んだ電力需要量の時間推移や、将来の予測を含んだ他の電力源の供給可能電力量の時間推移といった外部からの情報に基づいて、前記自動車に搭載されたエンジンの発電量を決定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電力源としてエンジンを搭載した自動車を利用した電力供給システムに関する。

家庭用に用いる電力源の多様化（冗長化）による、電力供給の安定化や電力利用効率の向上（低コスト、低二酸化炭素排出量）のニーズが高まっている。その中で、自動車の電力を家庭用機器に使用可能なシステムの普及が開始している。電気自動車のバッテリ電力をインバータを介して家庭用に用いるシステムや、エンジン搭載車においてエンジンを発電装置として用いるシステムが考えられている。後者の場合は、家庭用に使用される瞬時の電力量をエンジン駆動（オルタネータ）による発電電力により賄う必要が生じる。そのため、自動車から外部へ供給される電流値、つまり外部機器の消費電流を計測し、その電流値に応じてエンジン発電量（エンジン回転数）を制御するという技術が知られている（特許文献１参照）。また、外部に電力を供給可能なハイブリッド自動車において、電力負荷（負荷電流）に応じて電力源（バッテリおよびエンジン発電機）を切り替えるという技術が知られている（特許文献２参照）。

特開２００１−２７５４００号公報 特開２００７−００８３４９号公報

特許文献１に記載された技術においては、その瞬間における電力使用量によってエンジン発電量を変化させる必要があるため、電力使用量が少ないときはエンジン効率が悪い低出力領域で運転することになり、エネルギー効率が低いという課題がある。また、エンジンによる供給可能電力を超えるような電力使用ができないという課題がある。

特許文献２に記載された技術においては、電力使用量が少ないときにはバッテリ電力を用いることによってエンジンの低出力運転を抑制するが、バッテリ蓄電量が残り僅かとなった場合に、それ以降の電力需要はエンジン発電のみで賄う必要があり、前述のように電力供給量が不足してしまう可能性が生じる。

また、このように自動車を発電装置として用いる場合、車両が停止している状態でエンジンを長時間運転する必要があるため、冷却水温度上昇によるオーバーヒートや触媒温度の低下などが生じやすく、それらを回避する方策が必要である。

上記のような問題点に鑑み、本発明の目的は、ハイブリッド自動車や家庭用の蓄電装置を利用して、高効率で環境負荷の低いエンジン発電を実現する電力供給システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の電力供給システムは、複数の電力源を持ち、需要電力に対応した電力を供給する際に、前記電力源を切り替える電力供給装置において、前記電力源の中に自動車からの電力供給を含み、前記自動車からの電力供給を実施する際に、将来の予測を含んだ電力需要量の時間推移、将来の予測を含んだ他の電力源の供給可能電力量の時間推移といった外部からの情報に基づいて、前記自動車に搭載されたエンジンの発電量を決定することを特徴としている。

かかる構成により、将来の電力需要量を考慮して発電量を決めることで、電力の収支バランスを保ちながら効率の良いエンジン運転（発電）を実現することが可能である。

また、本発明の電力供給システムの他の態様としては、将来的に前記電力需要量の増加が見込まれる場合に、そうでない場合と比較して、前記エンジンのＥＧＲ量が多くなるように前記エンジンを制御することを特徴としている。

かかる構成により、エンジン低出力運転時に将来的にエンジン出力が増加することがわかっている状況において、触媒温度の低下を許容することが可能となるためＥＧＲ量を増加させることができ、結果として排気性能を保ちつつ高効率なエンジン発電を実現することができる。

また、本発明の電力供給システムの他の態様としては、将来的に前記電力需要量が低く推移することが見込まれる場合に、そうでない場合と比較して、冷却水温度が高くなるように前記エンジンを制御することを特徴としている。

かかる構成により、将来的にエンジン出力が増加しないような状況において通常の運転よりも冷却水温度を高く設定することができるため、冷却損失の減少やＥＧＲ量増加時の燃焼安定化が可能となり、結果としてオーバーヒートや失火を回避しつつ高効率なエンジン発電を実現することが可能となる。

また、本発明の電力供給システムの他の態様としては、前記自動車から電力供給する際に、前記自動車用の燃料としてガソリンや軽油などの通常燃料ではなく、家庭用のガス燃料を使用して発電を行うことを特徴としている。

かかる構成により、自動車の本来の機能である移動性能を損なうことなく、現状のインフラを用いてエンジンによる発電を実現することが可能となる。

また、本発明の電力供給システムの他の態様としては、複数の電力使用モードを持ち、電力需要が前記電力源の電力供給可能限界量を超える際に、前記電力供給可能限界量に応じて、前記電力使用モードを切り替えることを特徴としている。

かかる構成により、電力需要が大きく電力供給可能限界量を超過するような状況下においても、電力使用量を制限し優先順位の高い電気機器から電源を供給することによって、システムダウンを防止して信頼性の高い電源システムを実現することが可能となる。

本発明によれば、自動車から家庭用機器に電力を供給している際、電力使用量が大きく変動する状況においても、将来的な電力需要を考慮してエンジン制御量を最適化することで、排気性能の悪化やオーバーヒートを回避しながら、高効率なエンジン発電を実現することができる。

本発明の第１の実施形態による電力供給システムを、家庭用電源に適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態による電力供給システムの、電力供給源である自動車システムの構成図である。 本発明の第１の実施形態によるＥＣＵ８の構成を示すシステムブロック図である。 本発明の第１の実施形態による電力供給システムにおける自動車用エンジンの制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による電力供給システムによる、エンジン発電制御のタイムチャートである。 本発明の第２の実施形態による電力供給システムによる、自動車用エンジンの構成図である。 本発明の第２の実施形態による電力供給システムによる、エンジン燃料制御のフローチャートである。 本発明の第３の実施形態による電力供給システムによる、自動車用エンジンの構成図である。 本発明の第３の実施形態による電力供給システムによる、ＥＧＲ制御のフローチャートである。 本発明の第３の実施形態による電力供給システムによる、ＥＧＲ制御のタイムチャートである。 本発明の第４の実施形態による電力供給システムによる、最大供給電力と電力使用モードの関係を示す図である。 本発明の第４の実施形態による電力供給システムによる、電力使用制御のフローチャートである。 本発明の第５の実施形態による電力供給システムの、電力供給源である自動車システムおよび充電先である電気自動車の構成図である。 本発明の第５の実施形態による電力供給システムによる、冷却水温度制御およびＥＧＲ制御のフローチャートである。 本発明の第５の実施形態による電力供給システムによる、冷却水温度制御およびＥＧＲ制御のタイムチャートである。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の第１の実施形態による電力供給システムの構成及び動作について説明する。

最初に、図１を用いて、本実施形態による電力供給システムを家庭用電源に適用した場合の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による電力供給システムを、家庭用電源に適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。

家庭２の中で使用される家庭用電気機器３のために、電力会社から送電される系統電力４に加え、自動車１、太陽光発電装置５、二次電池６を電力源として備えているため、停電などによって系統電力が断たれた状況においても、上記の電力源を用いて家庭用電気機器の使用電力を供給することができる。

図２は、本発明の第１の実施形態による電力供給システムの、電力供給源である自動車システムの構成図である。

自動車１は、動力源としてエンジン７を備えており、火花点火式燃焼を実施する自動車用の４気筒ガソリンエンジンである。エンジンを始動するためのスタータ１０とエンジンの動力を電力に変換するオルタネータ１１を備えている。エンジンのクランク軸には、エンジンの回転角度を検出するためのクランク角センサ１３が備えられている。エンジン７のクランク軸には、変速機１４が設置され、減速ギア１５を介して車輪１６と接続されている。

エンジンの制御量は電子制御装置（ＥＣＵ）８によって制御される。自動車１から家庭２へ電力を供給している場合、ＥＣＵはクランク角センサ１３から得られる信号（エンジン回転速度）と、家庭用の電力制御装置９から送られる電力需要情報に基づいてエンジンを制御する。家庭用の電力制御装置９は、複数存在する家庭用電気機器３と情報通信を行い、過去の電力需要学習値や、各電気機器のタイマー予約情報などを用いて、家庭における将来の電力需要量を予測する。予測した電力需要はＥＣＵに送られる。また二次電池６の残量情報も、家庭用電力制御装置９を介してＥＣＵ８に送られる。

エンジン７の動力はオルタネータ１１により電力に変換され、インバータ１２を介して家庭に送られ、その他の電力源（系統電力４、太陽光発電装置５、二次電池６）からの供給電力とともに家庭用電気機器によって使用される。また、電力供給量が電気機器の使用量を上回っている場合には、余剰分の電力が二次電池６に蓄電される。

図中には、電力線と情報通信線を別に記載しているが、電力線を用いて情報通信を行う電力線搬送通信を想定している。また、スマートフォンなどによって無線にて情報通信を実施してもよい。

本実施形態おいては、動力源としてエンジンのみを備えた自動車を電力源とするシステム構成をとっているが、その構成に限られず、例えば、エンジンとモータを併用した、ハイブリッド自動車など、エンジンを搭載した自動車を電力源とする構成であればよい。

次に、図３を用いて、本実施形態によるＥＣＵ８の構成について説明する。

図３は、本発明の第１の実施形態によるＥＣＵ８の構成を示すシステムブロック図である。

クランク角センサ１３の出力信号と家庭用の電力制御装置９からの電力需要情報は、ＥＣＵ８の入力回路８ａに入力する。但し、入力信号はこれらだけに限られない。各入力信号は入出力ポート８ｂ内の入力ポートに送られる。入出力ポート８ｂに送られた信号は、ＲＡＭ８ｃに保管され、ＣＰＵ８ｅで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ８ｄに予め書き込まれている。

制御プログラムに従って演算された各デバイスの作動量を示す値は、ＲＡＭ８ｃに保管された後、入出力ポート８ｂ内の出力ポートに送られ、各出力部を経て各デバイスに送られる。本実施形態の場合は、出力部として、スロットル開度制御出力部８ｆ、燃料噴射制御出力部８ｇ、点火制御出力部８ｈ、オルタネータ制御出力部８ｉがある。各回路は、それぞれ、エンジン７、オルタネータ１１に接続されている。ＥＣＵ８は、家庭からの電力需要予測値に基づいて、エンジン７の出力を調整してオルタネータ１１の発電量を制御することで、電力の収支バランスを保ちつつ、効率の良いエンジン発電を実現することを可能とする。

次に、図４、図５を用いて、本実施形態による電力供給システムにおけるエンジン（発電機）の基本動作について説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態による電力供給システムにおける自動車用エンジンの制御内容を示すフローチャートである。図４に示す制御内容は、ＥＣＵ８によって、所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ４０１において、ＥＣＵ１は、電力線の接続状況などから外部へ電力を供給している状態かどうかを判断する。外部へ電力を供給中でないと判断された場合は、一連のエンジン制御を実施せずに制御を終了する。ステップＳ４０１において、外部へ電力を供給中であると判定された場合には、ステップＳ４０２に進み、家庭用の電力制御装置９から送られた電力使用量予測値を読み込む。その後、ステップＳ４０３において、現在から一定期間ｔ₁後までの間の電力使用量積算値Ｗ_Hを演算する。その後、ステップＳ４０４において、家庭用の電力制御装置９から送られた現在のバッテリ蓄電量ＳＯＣを読み込んだ後、ステップＳ４０５に進み、目標とするバッテリ蓄電量ＳＯＣ_Tと現在のバッテリ蓄電量から蓄電量過不足分ΔＳＯＣを演算する（ΔＳＯＣ＝ＳＯＣ_T−ＳＯＣ）。目標とするバッテリ蓄電量ＳＯＣ_TはＥＣＵ８内のＲＯＭ８ｄに予め記憶されており、例えば５０％に設定されている。その後、ステップＳ４０６において、電力使用量積算値Ｗ_Hと、蓄電量過不足分ΔＳＯＣと現在からある一定期間ｔ₁後までの合計電力需要量Ｗ_totalを演算する（Ｗ_total＝Ｗ_H＋Ｗ_bat（ΔＳＯＣ））。ここでＷ_batは蓄電エネルギーの過不足分でありΔＳＯＣから演算される（Ｗ_bat＝ΔＳＯＣ×バッテリ容量×バッテリ電圧）。その後、ステップＳ４０７において、期間平均エンジン出力Ｐ_Tを演算する（Ｐ_T＝Ｗ_total／ｔ₁）。その後、ステップＳ４０８において、期間平均エンジン出力Ｐ_Tがエンジンが一定の効率以上で運転できる出力下限値Ｐ_Limよりも大きいかどうかを判定する。出力下限値Ｐ_LimはＥＣＵ８内のＲＯＭ８ｄに予め記憶されている。ステップＳ４０８において、Ｐ_TがＰ_Limよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ４０９に進み、エンジンの出力ＰがＰ_Tになるよう制御して、一連の制御を終了する。ステップＳ４０８において、Ｐ_TがＰ_Limよりも小さいと判定された場合には、ステップＳ４１０に進み、エンジンの出力Ｐが０になるようエンジンの運転を停止して、一連の制御を終了する。これにより出力下限値Ｐ_Lim以下での運転を回避し、発電効率の高いエンジン運転を実現することができる。

図５は、本発明の第１の実施形態による電力供給システムによる、エンジン発電制御のタイムチャートを示している。図中上から、電力需要予測、バッテリ残量ＳＯＣ、期間平均要求エンジン発電量Ｐ_T、エンジン出力Ｐ、エンジン熱効率、を示している。エンジン出力Ｐ、エンジン熱効率のタイムチャートには、比較のため、本制御を実施せず、現在の電力需要に応じたエンジン発電制御を実施した場合のチャートを点線にて併記している。

発電制御が開始すると、家庭用の電力制御装置９から送られた電力需要予測に基づき、現在から一定期間ｔ₁後までの電力使用量Ｗ_H（図中網掛け部分）を演算する。電力使用量Ｗ_Hと蓄電量過不足分ΔＳＯＣとから、期間平均要求エンジン発電量Ｐ_Tが演算される。初めのうちは期間平均要求エンジン発電量Ｐ_Tが出力下限値Ｐ_Limよりも大きいため、エンジン出力Ｐは期間平均要求エンジン発電量Ｐ_Tになるよう制御されている。時刻がｔ_aになった時点で、演算された期間平均要求エンジン発電量Ｐ_Tが出力下限値Ｐ_Limよりも小さくなるため、エンジンを停止し、バッテリ電力のみにより電力需要を賄う。時刻がｔ_bになると、再び期間平均要求エンジン発電量Ｐ_Tが出力下限値Ｐ_Limを超えるため、エンジンを再び始動してエンジン出力Ｐを期間平均要求エンジン発電量Ｐ_Tになるよう制御を実施する。同様にして、時刻ｔ_cにてエンジン停止、時刻ｔ_dにてエンジン再始動が行われる。

エンジン出力Ｐに関して、本制御を実施した場合と実施しない場合を比較すると、本制御によりエンジンの出力変動が小さく、またエンジンの出力領域が狭くなっていることがわかる。その結果、エンジン熱効率の低い低出力側および高出力側を使用しないことで、エンジン熱効率が向上し、高効率な発電を実現することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、エンジン発電制御において、家庭の電力使用量予測に基づいてエンジン発電量を制御することによって、電力の収支バランスを保ちながら、エンジン出力制御幅を制限することで、高効率な発電を実現することが可能である。

以下、図６、図７を用いて、本発明の第２の実施形態による電力供給システムの構成及び動作について説明する。

本発明実施形態による電力供給システムを、家庭用電源に適用させたシステムの構成は図１と同様である。

本発明実施形態による電力供給システムの、電力供給源である自動車システムの構成は図２と同様である。

本発明実施形態によるＥＣＵ８の構成を示すシステムブロック図は図３と同様である。

本発明実施形態による、電力供給システムによるエンジン発電制御の中で、エンジン出力制御に関する部分は、図４および図５と同様である。

本発明の実施形態では、電力供給システムによるエンジン発電制御に関し、燃料の切替制御を実施することが特徴である。

図６は、本発明の第２の実施形態による電力供給システムによる、自動車用エンジンの構成図である。

エンジン７は、火花点火式燃焼を実施する自動車用の４気筒ガソリンエンジンである。吸入空気量を計測するエアフロセンサ２１と、吸気管圧力を調整する電子制御スロットル２０が、吸気管１９の各々の適宜位置に備えられている。また、エンジン７には、各気筒の燃焼室１７の中に点火エネルギーを供給する点火プラグ１８が気筒ごとに備えられ、エンジンの冷却水の温度を計測する冷却水温度センサ２５がシリンダヘッドの適宜位置に備えられている。

燃料となるガソリンを噴射するためのガソリン燃料噴射装置２２を燃焼室１７内に備えており、ガソリン燃料噴射装置２２に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプ２３が燃料配管によってガソリン燃料噴射装置２２と接続されている。高圧燃料ポンプ２３は燃料配管によりガソリンタンクへ接続されている。さらに、吸気管１９内にガス燃料の供給量を制御するガス燃料供給装置２４が備えられている。ガス燃料供給装置２４はガス用配管によって家庭用ガス（都市ガス、ＬＰＧなど）などに接続可能にしている。

さらに、排気を浄化する三元触媒２７と、三元触媒２７の温度を計測する触媒温度センサ２８と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒２７の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ２９とが排気管２６の各々の適宜位置に備えられる。

以上の構成によって、ガソリンを用いたエンジン駆動と、ガス燃料を用いたエンジン駆動を切り替えて使用することが可能となっている。

図７は、本発明の第２の実施形態による電力供給システムによる、エンジン燃料制御のフローチャートである。図７に示す制御内容は、ＥＣＵ８によって、所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ７０１において、ＥＣＵ１は、電力線の接続状況などから外部へ電力を供給している状態かどうかを判断する。外部へ電力を供給中であると判断された場合は、ステップＳ７０２に進み、自動車のガス燃料用の配管が、家庭用のガス燃料配管に接続されているかどうかを判定する。接続されているか否かは、ガス燃料用の配管の圧力や、配管接続用のコネクタ部に設置された電子スイッチなどから判定する。配管が接続されていると判断された場合は、ステップＳ７０３に進み、ガス燃料用のエンジン制御を実施して、一連の制御を終了する。具体的には、所望のエンジン出力に対し、ガス燃料に適した燃料供給量、点火時期、スロットル開度などの制御パラメータを設定する。これらのガス燃料用のパラメータ設定値は、ＥＣＵ８内のＲＯＭ８ｄに予め記憶されている。

ステップＳ７０１において、外部へ電力を供給中でないと判断された場合や、ステップＳ７０２において、ガス用の配管が接続されていないと判断された場合は、ステップＳ７０４に進み、ガソリン燃料用のエンジン制御を実施して、一連の制御を終了する。具体的には、所望のエンジン出力に対し、ガソリン燃料に適した燃料噴射量、点火時期、スロットル開度などの制御パラメータを設定する。これらのガソリン燃料用のパラメータ設定値は、ＥＣＵ８内のＲＯＭ８ｄに予め記憶されている。

以上説明したように、本実施形態によれば、自動車から外部へ電力を供給している場合には、優先的に家庭用のガス燃料を用いてエンジン発電を実施するため、移動手段としての自動車の機能を損なうことなく（移動用の燃料であるガソリンを使用することなく）、既存の設備（インフラ）を利用して発電を継続することができる。

以下、図８〜図１０を用いて、本発明の第３の実施形態による電力供給システムの構成及び動作について説明する。

本発明実施形態による電力供給システムを、家庭用電源に適用させたシステムの構成は図１と同様である。

本発明実施形態による電力供給システムの、電力供給源である自動車システムの構成は図２と同様である。

本発明実施形態によるＥＣＵ８の構成を示すシステムブロック図は図３と同様である。

本発明実施形態による、電力供給システムによるエンジン発電制御の中で、エンジン出力制御に関する部分は、図４および図５と同様である。

本発明の実施形態では、電力供給システムによるエンジン発電制御に関し、電力使用量予測情報に基づいたＥＧＲ量制御を実施することが特徴である。

図８は、本発明の第３の実施形態による電力供給システムによる、自動車用エンジンの構成図である。

図６に示した第２の実施形態のエンジン構成に加え、本実施形態では、排気管と吸気管とのＥＧＲ配管３０が設けられ、その通路中に、吸気管へ流入する排気量を制御するためのＥＧＲ弁３１が備えられている。

以上の構成によって、燃焼室内へ導入するＥＧＲ量を制御することが可能となっている。ＥＧＲの導入はポンピングロスの低減に有効であり燃費低減を実現できる反面、エンジン低出力運転においては、触媒温度の低下により排気悪化を招く危険性がある。

図９は、本発明の第２の実施形態による電力供給システムによる、エンジンＥＧＲ量制御のフローチャートである。図９に示す制御内容は、ＥＣＵ８によって、所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ９０１において、ＥＣＵ１は、電力線の接続状況などから外部へ電力を供給している状態かどうかを判断する。外部へ電力を供給中であると判断された場合は、ステップＳ９０２に進み、家庭用の電力制御装置９から送られた電力使用量予測値を読み込む。その後、ステップＳ９０３に進み、現在から一定期間後までに電力使用量が現在よりも増加する見込みであるか否かを判定する。増加する見込みがないと判断された場合は、ステップＳ９０４に進み、通常のＥＧＲ量設定を反映した後、ステップＳ９０６に進む。ここで、通常のＥＧＲ量設定値は、自動車が走行に使用される通常運転モードにおいて、同じエンジントルク、エンジン回転数を実現する場合のＥＧＲ量設定値を意味しており、エンジン出力の関数としてＥＣＵ８内のＲＯＭ８ｄに予め記憶されている。ステップＳ９０３にて、現在から一定期間後までに電力使用量が現在よりも増加する見込みがあると判断された場合は、ステップＳ９０５に進み、通常のＥＧＲ量設定に上乗せするＥＧＲ増加量を演算する。ここで、上乗せするＥＧＲ増加量は、電力使用量の増加時期および増加量に基づいて演算される。具体的には、触媒が排気浄化性能を保つことが可能な下限触媒温度を下回らない範囲で、ＥＧＲ量が最大になるように演算される。演算結果をＥＧＲ量設定に反映した後、ステップＳ９０６に進む。ステップＳ９０６で、設定されたＥＧＲ量に基づいてＥＧＲ弁の開度を制御した後、一連の制御を終了する。ＥＧＲ量とＥＧＲ弁開度の関係は、ＥＣＵ８内のＲＯＭ８ｄに予め記憶されている。本制御によって、触媒温度の低下による排気浄化性能の低下を回避しつつ、エンジン低出力運転においてもＥＧＲ量を可能な限り最大化し、エンジン発電効率を向上することが可能となる。

図１０は本発明の第３の実施形態による電力供給システムによる、ＥＧＲ制御のタイムチャートを示している。図中上から、電力需要予測、触媒温度、エンジン出力Ｐ、ＥＧＲ弁開度、ＥＧＲ量、エンジン熱効率、を示している。

図中ａ）は予測される電力需要が一定の場合のタイムチャートである。

触媒温度は、触媒の排気浄化性能を維持できる下限温度Ｔ_c以上に保つ必要があるため、ＥＧＲ量は、触媒温度を一定に保つことができる範囲に制限されている。図中ｂ）は電力需要の増加が予測される場合のタイムチャートである。上述と同様に、触媒温度は、触媒の排気浄化性能を維持できる下限温度Ｔ_c以上に保つ必要があるが、将来的に（時刻ｔ_eの時点で）電力需要が増加し触媒温度を上昇させやすい運転条件に入ることが予めわかっているため、現在のＥＧＲ量は、時刻ｔ_eの時点でＴ_cを下回らないような範囲で制御すればよい。その結果、ａ）の場合と比較して、ＥＧＲ量を増量することができ、エンジンの効率を向上することが可能となる。その後、時刻ｔ_eにおいて電力需要が増加し、時刻ｔ_fの時点で元の需要に減少するが、その時には将来的に電力需要が増加する見込みがないため、ａ）の場合と同様に触媒温度を一定に保つことができる範囲に制限される。

以上説明したように、本実施形態によれば、触媒温度低下による排気悪化を抑制しつつ、最大限にＥＧＲを導入することが可能となり、低出力運転時においても高効率なエンジン発電が可能となる。

以下、図１１、図１２を用いて、本発明の第４の実施形態による電力供給システムの構成及び動作について説明する。

本発明実施形態による電力供給システムを、家庭用電源に適用させたシステムの構成は図１と同様である。

本発明の実施形態では、電力供給システムによる家庭用電力制御に関し、最大供給電力量に応じた電力使用量制御を実施することが特徴である。

図１１は、本発明の第４の実施形態による電力供給システムによる、最大供給電力と電力使用モードを示す図である。

最大供給電力Ｐ_maxとは、電力源である自動車や二次電池、太陽光発電装置などから供給可能な現時点における合計最大電力を示す。電力使用モードＭとは、家庭用の電力使用範囲を規定したモードであり、Ｍ＝１は、エネルギー基盤電力モードであり、電力供給システム（家庭用電力制御装置９）自体の電源供給のみを許可する。Ｍ＝２は、生活基盤電力モードであり、電力供給システム自体の電源供給に加え、生活基盤につながる電力（例えば、照明や調理用機器用の電源など）の使用を許可する。Ｍ＝３は、生活環境向上モードであり、電力供給システム自体の電源供給、生活基盤につながる電力供給に加え、生活環境向上につながる電力供給（例えば、冷暖房や風呂沸かし用の電源など）の使用を許可する。これら電力使用モードにおける最大電力使用量は、エネルギー基盤電力モード、生活基盤電力モード、生活環境向上モードの順で大きくなる。

家庭用電力制御装置９は、最大供給電力が使用電力に対して十分に大きい時（≧Ｐ₂）には、電力使用モードをＭ＝３とし、家庭用機器が全て使用可能となるようにする。最大供給電力が減少し、家庭用機器全てを使用することができない状況（＜Ｐ₂）になると、電力使用モードをＭ＝２に切り替え、照明や調理など生活に必須な電力使用を確保する。さらに最大供給電力が減少し、照明や調理などの電力さえ供給不可能な状況（＜Ｐ₁）になると、電力使用モードをＭ＝１に切り替え、電力供給システム（家庭用電力制御装置９）自体の電源供給のみに制限し、電力供給システムがダウンすることを回避する。

図１２は、本発明の第４の実施形態による電力供給システムによる、電力使用量制御のフローチャートである。図１２に示す制御内容は、家庭用電力制御装置９によって、所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１２０１において、家庭用電力制御装置９は、接続されている電力源との通信を行い、現在の最大電力供給量Ｐ_maxを読み込む。次に、ステップＳ１２０２にて、Ｐ_maxが家庭用の電力を賄うために十分な電力Ｐ₂よりも小さいかどうかを判定する。Ｐ_maxがＰ₂よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１２０６にて、電力使用モードをＭ＝３に設定し、ステップＳ１２０７にて電力使用制御を実施する。この場合、具体的には、電力供給システム自体の電源供給、生活基盤につながる電力供給に加え、生活環境向上につながる電力供給全ての使用を許可する。ステップＳ１２０２にて、Ｐ_maxがＰ₂よりも小さいと判定された場合には、ステップＳ１２０３にて、Ｐ_maxが照明や調理器具用の電力を賄うために十分な電力Ｐ₁よりも小さいかどうかを判定する。Ｐ_maxがＰ₁よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１２０５にて、電力使用モードをＭ＝２に設定し、ステップＳ１２０７にて電力使用制御を実施する。この場合、具体的には、電力供給システム自体の電源供給と、生活基盤につながる電力供給を許可する。ステップＳ１２０３にて、Ｐ_maxがＰ₁よりも小さいと判定された場合には、ステップＳ１２０４にて電力使用モードをＭ＝１に設定し、ステップＳ１２０７にて電力使用制御を実施する。この場合、具体的には、電力供給システム自体の電源供給のみを許可する。

以上説明したように、本実施形態によれば、電力供給が不足した場合においても、最大電力供給量に応じて、使用優先度を考慮した電力使用制限を行うことにより、システムダウンを回避しつつ、電力を有効利用することができる。

以下、図１３〜図１５を用いて、本発明の第５の実施形態による電力供給システムの構成及び動作について説明する。

図１３は、本発明実施形態による電力供給システムを、電気自動車の充電に利用したシステムの構成である。電力源となる自動車１の構成は図２と同様である。自動車１はエンジン７および発電機（オルタネータ）１１により発電した電力を、インバータ１２を介して電気自動車３２に供給する。自動車１から送られた電力は、電気自動車用インバータ３４を介して電気自動車の二次電池３５に蓄電される。電気自動車３２は、二次電池３５を制御するための制御装置（ＢＣＵ３３）を備え、電力源である自動車１のＥＣＵ８と情報通信を実施する。具体的には、ＢＣＵ３３からＥＣＵ８へ電気自動車の充電電力予測値を送信する。また、電気自動車３２が走行する際は、二次電池３５に蓄電した電力によってモータ３６を駆動し、その駆動力を減速ギア１５を介してタイヤ１６に伝える。

本発明実施形態によるＥＣＵ８の構成を示すシステムブロック図は図３と同様である。

本発明の実施形態では、電力供給システムによるエンジン発電制御に関し、電力使用量予測情報に基づいた冷却水温度およびＥＧＲ量制御を実施することが特徴である。

図１４は、本発明の第５の実施形態による電力供給システムによる、エンジン冷却水温度およびＥＧＲ量制御のフローチャートである。図１４に示す制御内容は、ＥＣＵ８によって、所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１４０１において、ＥＣＵ１は、電力線の接続状況などから外部へ電力を供給している状態かどうかを判断する。外部へ電力を供給中であると判断された場合は、ステップＳ１４０２に進み、ＢＣＵ３３から送られた電力使用量予測値を読み込む。その後、ステップＳ１４０３に進み、現在から一定期間後までに電力使用量が現在よりも増加する見込みであるか否かを判定する。増加する見込みがあると判断された場合は、ステップＳ１４０５に進み、通常の冷却水温度設定を反映した後、ステップＳ１４０６に進む。ここで、通常の冷却水温度設定値とは、自動車が走行に使用される通常モードにおいて、同じエンジントルク、エンジン回転数を実現する場合の冷却水設定温度を意味しており、ＥＣＵ８内のＲＯＭ８ｄに予め記憶されている。ステップＳ１４０３にて、現在から一定期間後までに電力使用量が現在よりも増加する見込みがないと判断された場合は、ステップＳ１４０４に進み、通常の冷却水温度設定からの温度上昇幅を演算する。ここで、温度上昇幅は、現在のエンジン出力Ｐおよびエンジンがオーバーヒートとなる限界冷却水温度Ｔ_OHに基づいて演算される。具体的には、エンジンがオーバーヒートしない範囲で、冷却水温度が最高になるように演算される。演算結果を冷却水温度設定に反映した後、ステップＳ１４０６に進む。ステップＳ１４０６で、設定された冷却水温度になるよう温度制御を実施する。温度制御は、エンジンに供給する冷却水の流量もしくはラジエータを経由する冷却水の量を制御することにより実現する。その後、ステップＳ１４０７において、現在の冷却水温度に基づいてＥＧＲ弁開度制御を実施する。冷却水温度とＥＧＲ弁開度の関係は、ＥＣＵ８内のＲＯＭ８ｄに予め記憶されている。冷却水温度が高い程、高ＥＧＲ状態においても燃焼安定性が確保しやすいため、ＥＧＲ弁開度を大きくしてＥＧＲ量を増量し、燃費を向上することが可能である。

図１５は本発明の第５の実施形態による電力供給システムによる、冷却水温度およびＥＧＲ制御のタイムチャートを示している。図中上から、電力需要予測、電池残量ＳＯＣ、エンジン出力Ｐ、冷却水温度、ＥＧＲ弁開度、ＥＧＲ量、エンジン熱効率、を示している。電力需要予測は、ＢＣＵからＥＣＵに送られる情報である。二次電池の充電の際には一般的に、充電開始（ｔ_st）から特定の電池残量ＳＯＣ_aになる時刻（ｔ_g）までの間は一定の電流量で充電する定電流充電が実施され、特定の電池残量ＳＯＣ_aになる時刻（ｔ_g）から充電終了（ｔ_st）までの間は、電池の過充電を避けるために目標充電量になるまで一定の電圧で充電する方法が採られる。従って、充電中の電力利用などの外乱が入らない限りは、充電開始から終了までに電力需要が大きく増加することはない。充電期間中、エンジン出力Ｐは電力需要予測に対応して変化させる必要がある。充電開始時点において（ｔ_st）、将来的に電力需要が増加する見込みがないと判断されるため、冷却水温度は、通常の温度設定Ｔ_wよりも高い温度に設定される。この時の設定温度は、エンジンオーバーヒート限界温度Ｔ_OHよりも低い値に設定される。ここで通常の温度設定Ｔ_wとは、自動車が走行に使用される通常モードにおいて、同じエンジントルク、エンジン回転数を実現する場合の冷却水設定温度を意味している。冷却水温度が設定された後、冷却水温度制御（流量制御）が実施され徐々に冷却水温度が上昇する。この時、冷却水温度の上昇に伴い、ＥＧＲ弁開度を大きくし、ＥＧＲ量を増加させる。これにより、ＥＧＲ増加による燃焼不安定化を抑制しながら、ポンピングロス低減効果によりエンジン熱効率を向上することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、冷却水温度を高温化した際に問題が生じないエンジン運転条件であるか否かを将来予測を含めて判定することにより、冷却水温度高温化によるノッキングやオーバーヒートを回避しながら、ＥＧＲ量の増量を実施して、エンジンの熱効率を高めることが可能となる。

１ 自動車
２ 家庭
３ 家庭用電気機器
４ 系統電力
５ 太陽光発電装置
６ 二次電池
７ 自動車用エンジン
８ 電子制御装置（ＥＣＵ）
８ａ 入力回路
８ｂ 入出力ポート
８ｃ ＲＡＭ
８ｄ ＲＯＭ
８ｅ ＣＰＵ
８ｆ スロットル開度制御部
８ｇ 燃料噴射制御部
８ｈ 点火制御部
８ｉ オルタネータ制御部
８ｊ 変速機制御部
９ 家庭用電力制御装置
１０ スタータ
１１ オルタネータ
１２ インバータ
１３ クランク角センサ
１４ トランスミッション
１５ 減速ギア
１６ タイヤ
１７ 燃焼室
１８ 点火プラグ
１９ 吸気管
２０ スロットル
２１ エアフロセンサ
２２ ガソリン用燃料噴射装置
２３ 高圧燃料ポンプ
２４ ガス用燃料供給装置
２５ 冷却水温度センサ
２６ 排気管
２７ 三元触媒
２８ 触媒温度センサ
２９ 空燃比センサ
３０ ＥＧＲ配管
３１ ＥＧＲバルブ
３２ 電気自動車
３３ バッテリコントローラ
３４ 電気自動車用インバータ
３５ 電気自動車用二次電池
３６ 電気自動車用モータ

Claims (26)

1. 複数の電力源を持ち、需要電力に対応した電力を供給する際に、前記電力源を切り替える電力供給システムにおいて、前記電力源の中に自動車からの電力供給を含むことを特徴とする電力供給システム。
2. 前記自動車からの電力供給を実施する際に、前記自動車と電気的に接続された外部からの情報に基づいて、前記自動車に搭載されたエンジンの制御量を決定することを特徴とする、請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記外部からの情報とは、将来の予測を含んだ電力需要量の時間推移、将来の予測を含んだ他の電力源の供給可能電力量の時間推移のうち、いずれかを含むことを特徴とする、請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記自動車と外部との情報通信を、電力線搬送通信もしくはスマートフォンを用いて行うことを特徴とする、請求項２に記載の電力供給システム。
5. 前記エンジンの制御量とは、前記エンジンによる発電量であり、前記電力需要量の変化率に対して前記エンジンの発電量の変化率が小さくなるように、前記エンジンの発電量を制御することを特徴とする、請求項２から４に記載の電力供給システム。
6. 前記電力源の一つに二次電池を備え、現時点から一定時間後までの前記電力需要量の積算値と、前記二次電池の蓄電量に応じて、前記エンジンの発電量を決定することを特徴とする、請求項５に記載の電力供給システム。
7. 前記エンジンの発電量が、ある特定の効率で発電可能なエンジン出力下限値以下となる場合には、前記エンジンによる発電を停止することを特徴とする、請求項６に記載の電力供給システム。
8. 前記エンジンの制御量とは、ＥＧＲ量であり、現時点から一定時間後までに前記電力需要量の増加が見込まれる場合に、そうでない場合と比較して、ＥＧＲ量が多くなるように前記エンジンを制御することを特徴とする、請求項２から４に記載の電力供給システム。
9. 前記エンジンの制御量とは、冷却水温度であり、現時点から一定時間後までに前記電力需要量が一定値以下で推移することが見込まれる場合に、そうでない場合と比較して、冷却水温度が高くなるように前記エンジンを制御することを特徴とする、請求項２から４に記載の電力供給システム。
10. 前記自動車から電力供給する際に、前記自動車用の燃料としてガソリンや軽油などの通常燃料ではなく、家庭用のガス燃料を使用して発電を行うことを特徴とする、請求項１から４に記載の電力供給システム。
11. 複数の電力使用モードを持ち、電力需要が前記電力源の電力供給可能限界量を超える際に、前記電力供給可能限界量に応じて、前記電力使用モードを切り替えることを特徴とする、請求項１から４に記載の電力供給システム。
12. 前記電力使用モードの中に、電力供給システム自体の電源供給を想定したエネルギー基盤電力モードを持つことを特徴とする、請求項１１に記載の電力供給システム。
13. 前記電力使用モードの中に、生活基盤につながる電力供給を想定した生活基盤電力モードを持つことを特徴とする、請求項１１に記載の電力供給システム。
14. 前記電力使用モードの中に、生活環境向上につながる電力供給を想定した生活環境向上モードを持つことを特徴とする、請求項１１に記載の電力供給システム。
15. 前記モードにおける最大電力使用量が、エネルギー基盤電力モード、生活基盤電力モード、生活環境向上モードの順で大きくなるように制御することを特徴とする、請求項１１から１４に記載の電力供給システム。
16. 外部に電力を供給可能な自動車の制御装置であって、複数の電力源を持ち、需要電力に対応した電力を供給する際に前記電力源を切り替える電力供給システムの、前記電力源の一つとして利用されることを特徴とする自動車制御装置。
17. 前記自動車と電気的に接続された外部からの情報に基づいて、前記自動車に搭載されたエンジンの制御量を決定することを特徴とする、請求項１６に記載の自動車制御装置。
18. 前記外部からの情報とは、将来の予測を含んだ電力需要量の時間推移、将来の予測を含んだ他の電力源の供給可能電力量の時間推移のうち、いずれかを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の自動車制御装置。
19. 前記自動車と外部との情報通信を、電力線搬送通信もしくはスマートフォンを用いて行うことを特徴とする、請求項１７に記載の自動車制御装置。
20. 前記エンジンの制御量とは、前記エンジンによる発電量であり、前記電力需要量の変化率に対して前記エンジンの発電量の変化率が小さくなるように、前記エンジンの発電量を制御することを特徴とする、請求項１７から１９に記載の自動車制御装置。
21. 前記電力源の一つに二次電池を備え、現時点から一定時間後までの前記電力需要量の積算値と、前記二次電池の蓄電量に応じて、前記エンジンの発電量を決定することを特徴とする、請求項２０に記載の自動車制御装置。
22. 前記エンジンの発電量が、ある特定の効率で発電可能なエンジン出力下限値以下となる場合には、前記エンジンによる発電を停止することを特徴とする、請求項２１に記載の自動車制御装置。
23. 前記エンジンの制御量とは、ＥＧＲ量であり、現時点から一定時間後までに前記電力需要量の増加が見込まれる場合に、そうでない場合と比較して、ＥＧＲ量が多くなるように前記エンジンを制御することを特徴とする、請求項１７から１９に記載の自動車制御装置。
24. 前記エンジンの制御量とは、冷却水温度であり、現時点から一定時間後までに前記電力需要量が一定値以下で推移することが見込まれる場合に、そうでない場合と比較して、冷却水温度が高くなるように前記エンジンを制御することを特徴とする、請求項１７から１９に記載の自動車制御装置。
25. 前記自動車から外部へ電力供給する際に、前記自動車用の燃料としてガソリンや軽油などの通常燃料ではなく、家庭用のガス燃料を使用して発電を行うことを特徴とする、請求項１６から１９に記載の自動車制御装置。
26. 外部に電力を供給可能な自動車の制御装置であって、前記自動車と電気的に接続された外部から得た将来の予測を含んだ電力需要量の時間推移情報に基づいて、前記自動車に搭載されたエンジンの発電量を決定することを特徴とする、自動車制御装置。