JP2022078554A - 給電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】車両外部の給電器を介して外部負荷へ電力を供給する給電システムにおいて、給電器の供給可能電力をユーザに知らせることにより、ユーザの利便性を高める給電システムを提供する。【解決手段】蓄電装置10を備える車両1から車両外部の給電器40を介して外部負荷へ電力を供給する給電システムであって、給電器の定格出力電力を取得する定格電力取得手段及び給電器の現在の出力電力を取得する出力電力取得手段を含むECU30と、定格出力電力と出力電力に基づいて、給電器から更に出力可能な電力である供給可能電力に関する情報を報知する報知手段(HMI装置70、携帯端末200)と、を備える。【選択図】図1
Description
本開示は、給電システムに関し、特に、蓄電装置を備える車両から車両外部の給電器を介して外部負荷へ電力を供給する給電システムに関する。
特開2007-236023号公報(特許文献1)には、ハイブリッド車両から建物内の各電気負荷に給電を行う電力供給システムが開示されている。この電力供給システムは、所謂、HEMS(Home Energy Management System)であり、建物(住宅)に設けた電力制御部によって各部屋の電力使用状況を監視し、電気負荷への給電を系統ごとに制御している。
上記特許文献1に開示されたHEMSのようなV2H(Vehicle to Home)では、車両から施設等に電力を供給するので、HEMS対応分電盤等の電力監視機能を活用し、電力使用状況を可視化し電力供給を制御可能である。車両から家電機器等の外部負荷に電力を供給するV2L(Vehicle to Load)では、車両から家電機器等の外部負荷に電力を供給する(車両から電力を取り出す)には、外部給電器が必要になる。外部給電器には、回路保護等のため、定格出力電力が設定されており、使用電力が定格出力電力を超えると、給電(電力の供給)が停止される。このため、外部給電器に外部負荷(たとえば、炊飯器)を接続して使用している状態で、さらに、外部負荷(たとえば、電気ポット)を接続して使用したい場合、ユーザは、電気ポットの使用が可能か否か(外部給電器の定格出力を超えるか否か)を容易に知りたいという要望がある。
本開示の目的は、車両外部の給電器を介して外部負荷へ電力を供給する給電システム(V2L)において、給電器の供給可能電力に関する情報をユーザに知らせることにより、ユーザの利便性を高めることである。
本開示に係る給電システムは、蓄電装置を備える車両から車両外部の給電器を介して外部負荷へ電力を供給する給電システムである。給電システムは、給電器の定格出力電力を取得する定格電力取得手段と、給電器の現在の出力電力を取得する出力電力取得手段と、定格出力電力と出力電力に基づいて、給電器から更に出力可能な電力である供給可能電力に関する情報を報知する報知手段と、を備える。
この構成によれば、給電システムは、蓄電装置を備える車両から車両外部の給電器を介して外部負荷へ電力を供給する。定格電力取得手段は、給電器の定格出力電力を取得し、出力電力取得手段は、給電器の現在の出力電力を取得する。報知手段は、定格出力電力と出力電力に基づいて、給電器から更に出力可能な電力である供給可能電力に関する情報を報知する。ユーザは、報知手段によって報知された供給可能電力に関する情報から、給電器から更に出力可能な供給可能電力を知ることが可能になる。
本開示によれば、V2Lにおいて、給電器の供給可能電力に関する情報をユーザに知らせることにより、ユーザの利便性を高めることができる。
以下、本開示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。図中、同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
図1は、この実施の形態に係る給電システムが搭載された車両の構成を示す図である。図1を参照して、車両1は、バッテリ10と、監視ユニット10aと、モータジェネレータ(以下、「MG(Motor Generator)」と称する)11、12と、電力制御ユニット(以下、「PCU(Power Control Unit)」と称する)13と、エンジン20と、駆動輪21と、駆動軸22と、動力分割装置23と、電子制御ユニット(以下、「ECU(Electronic Control Unit)」と称する)30と、給電リレー50と、給電口51と、HMI(Human Machine Interface)装置70と、通信機90とを備える。また、車両1のユーザは、携帯端末200を携帯している。この実施の形態では、携帯端末200として、タッチパネルディスプレイを具備するスマートフォンを採用する。ただしこれに限られず、携帯端末200としては、任意の携帯端末を採用可能であり、タブレット端末、ウェアラブルデバイス(たとえば、スマートウォッチ)なども採用可能である。
バッテリ10は、車両走行用の電力を蓄電する。バッテリ10は、たとえばリチウムイオン電池又はニッケル水素電池のような二次電池を含む。この実施の形態では、二次電池として、複数のリチウムイオン電池を含む組電池を採用する。組電池は、複数の単電池(一般に「セル」とも称される)が互いに電気的に接続されて構成される。なお、バッテリ10としては、大容量のキャパシタなども採用可能である。この実施の形態に係るバッテリ10は、本開示に係る「蓄電装置」の一例に相当する。
監視ユニット10aは、バッテリ10のバッテリ電圧VB、バッテリ電流IB、及びバッテリ温度TBを検出する各種センサを含み、検出結果をECU30へ出力する。監視ユニット10aは、上記センサ機能に加えて、SOC(State Of Charge)推定機能、SOH(State of Health)推定機能、セル電圧の均等化機能、診断機能、及び通信機能をさらに有するBMS(Battery Management System)であってもよい。ECU30は、監視ユニット10aの出力に基づいてバッテリ10のバッテリ温度TB、バッテリ電流IB、バッテリ電圧VB、SOC、等を取得することができる。
MG11、12は、たとえば交流回転電機である。MG11、12は、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機であってもよい。PCU13は、ECU30からの制御信号に従って、バッテリ10とMG11,12との間で双方向の電力変換を実行する。PCU13は、インバータ及びコンバータを含み、MG11、12の状態を別々に制御可能に構成される。PCU13は、MG11を発電状態にしつつ、MG12を力行状態にすることができる。
エンジン20は、内燃機関である。エンジン20は、ECU30によって制御される。動力分割装置23は、たとえば、サンギヤ、キャリア、及びリングギヤを含む遊星歯車機構を含む。動力分割装置23は、エンジン20から出力される動力を、MG11を駆動する動力と、駆動輪21を駆動する動力とに分割するように構成される。エンジン20によって駆動輪21が駆動されることで、車両1は走行する。
エンジン20の駆動力は動力分割装置23を経由してMG11に伝達される。MG11は、主として、エンジン20により駆動される発電機として動作する。MG11は、エンジン20から出力される動力(たとえば、エンジン20の出力軸の回転力)を利用して発電(エンジン発電)を行ない、発電された電力(エンジン発電電力)をバッテリ10に供給する。また、MG11は、エンジン20を始動するためのスタータとしても機能する。
MG12は、駆動軸22(ひいては、駆動輪21)に機械的に接続されている。MG12は、バッテリ10に蓄えられた電力とエンジン発電電力との少なくとも一方によって駆動されたときに力行状態になる。力行状態のMG12は、電動機として動作し、駆動軸22(ひいては、駆動輪21)を回転させる。MG12によって駆動輪21が駆動されることで、車両1は走行する。走行中の車両1の減速時及び制動時には、MG12は、発電状態になり、回生発電を行なう。MG12が発電した回生電力は、PCU13を介してバッテリ10に供給される。PCU13から供給される回生電力によって、バッテリ10は回生充電される。
燃料タンク(図示せず)内の燃料は、燃料ポンプ(図示せず)によってエンジン20に供給され、エンジン20によって動力に変換される。一方、バッテリ10に蓄えられた電力は、PCU13によってMG12に供給され、MG12によって動力に変換される。エンジン20及びMG12の少なくとも一方から出力される動力は、駆動軸22を回転させる。車両1の駆動輪21(たとえば、前輪)は、駆動軸22の両端に取り付けられ、駆動軸22と一体となって回転する。なお、車両1の駆動方式は、前輪駆動に限られず、後輪駆動又は4輪駆動であってもよい。
給電口51は、給電器40のコネクタ42と接続可能に構成される。本実施の形態では、外部給電及び外部充電で共用される接続ポート(共用ポート)であり、急速充電(DC充電)用の外部充電と共用されている。給電口51は、外部給電専用の接続ポート(専用ポート)であってもよい。外部給電は、車両1から車両外部の給電対象へ電力を供給することであり、外部充電は、車両外部から供給される電力によってバッテリ10を充電することである。
本実施の形態では、EV給電モード及びHV給電モードのいずれかを選択し、選択された給電モードで外部給電を実行するように構成される。EV給電モードでは、エンジン20が停止された状態で、バッテリ電力(すなわち、バッテリ10に蓄えられた電力)によって外部給電が行なわれる。HV給電モードでは、エンジン20が作動した状態で、エンジン発電電力(すなわち、エンジン20の出力を利用して発電した電力)によって外部給電が行なわれる。
給電リレー50は、バッテリ10およびPCU13と給電口51との間に位置する。給電リレー50の状態(接続/遮断)は、ECU30によって制御される。以下では、EV給電モードによる外部給電を「EV給電」、HV給電モードによる外部給電を「HV給電」とも称する。
EV給電が実行されるときには、給電リレー50が閉状態(接続状態)とされ、バッテリ電力が給電口51から出力される。HV給電が実行されるときには、給電リレー50が閉状態(接続状態)とされ、エンジン発電電力がPCU13によって直流電力に変換され、給電口51から出力される。外部給電が実行されないときには給電リレー50は開状態(遮断状態)とされる。電流センサ52は、給電リレー50を介して外部給電される電流Igを検出し、ECU30へ出力する。
HMI装置70は、車両1の運転を支援するための情報をユーザに提供する装置である。HMI装置70は、代表的には、車両1の室内に設けられたディスプレイであり、スピーカ等も含む。HMI装置70、視覚情報(図形情報、文字情報)や聴覚情報(音声情報、音情報)等を出力することによって様々な情報をユーザに提供する。
通信機90は、各種通信I/F(インターフェース)を含んで構成される。通信機90は、携帯端末200と無線通信を行なうための通信I/Fを含む。通信機90と携帯端末200との通信は、Bluetooth(登録商標)のような近距離通信(たとえば、車内及び車両周辺の範囲での直接通信)であってもよい。通信機90は、DCM(Data Communication Module)を含む。通信機90は、5G(第5世代移動通信システム)対応の通信I/Fを含んでもよい。ECU30は、通信機90を通じて車両外部の通信装置と無線通信を行なうように構成される。
ECU30としては、たとえば、プロセッサ、RAM(Random Access Memory)、及び記憶装置を備えるマイクロコンピュータが採用される。プロセッサは、CPU(Central Processing Unit)であってもよい。RAMは、プロセッサによって処理されるデータを一時的に記憶する作業用メモリとして機能する。記憶装置は、格納された情報を保存可能に構成される。ECU30が備えるプロセッサの数は任意であり、1つでも複数でもよい。
給電器40は、ケーブル41を介してコネクタ42に接続されている。給電器40は、給電口51からコネクタ42およびケーブル41を介して供給される直流電力をAC100VまたはAC200Vに変換し出力する、DC/ACインバータの機能を備えている。給電器40には、図示しない、複数のコンセントが設けられており、複数の外部負荷(電気機器)へ電力供給が可能になっている。外部負荷は、たとえば、照明器具、調理器具、情報機器、テレビ、等であってもよい。
給電器40のケーブル41は、電力線と通信線とからなる。コネクタ42が給電口51に接続されることにより、通信線を介して、ECU30と給電器40との間でCAN(Controller Area Network)通信が行われる。
図1において、車両1aは、車両1と同様に構成された他車両である。また、携帯端末200aおよび給電器40aも、携帯端末200および給電器40と同様に構成される。車両1と車両1aは、通信機90を通じて無線通信を行うことが可能である。
車両1に搭載された給電システムでは、コネクタ42が給電口51に接続され、図示しない給電開始スイッチの押下等、外部給電開始操作が行われると外部給電が実行される。給電器40には、回路保護等のため、定格出力電力が設定されており、使用電力が定格出力電力を超えると、外部給電(電力の供給)が停止される。このため、給電器40のコンセントに、たとえば炊飯器と電気ポットを接続して使用している状態で、さらに電子レンジ、テレビ等を接続して使用したい場合、ユーザは、給電器40の電力供給(出力電力)に、どの程度の余裕があるのかを知りたいというニーズがある。
本実施の形態では、給電器40の出力電力(電力供給)に、どの程度の余裕があるかを示す、供給可能電力をユーザに知らせることにより、ユーザの利便性を向上する。図2は、ECU30によって実行される報知制御に係る処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、コネクタ42が給電口51に接続され、図示しない給電開始スイッチの押下等、外部給電開始操作が行われた後、外部給電の実行中に所定期間毎に繰り返し処理される。
まず、ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10で、給電器40の定格出力電力W1を取得する。たとえば、ECU30は、給電器40とのCAN通信により、給電器40の入力可能電流値Imの情報を取得する。そして、監視ユニット10aで検出したバッテリ電圧VBと、入力可能電流値Imを乗算することにより、給電器40の定格出力電力W1(=Im*VB)を取得する。給電器40の入力可能電流値Imは、一般社団法人電動車両用電力供給システム協議会発行の「電動自動車用充放電システムガイドライン」に従って、給電器40からECU30へCAN通信によって送信される入力可能電流値Imの情報を用いてよい。なお、給電器40が定格出力電力W1の情報(データ)を有している場合は、ECU30は給電器40から定格出力電力W1の情報を取得してもよい。
続くS12では、給電器40の現在の出力電力W2を取得する。たとえば、ECU30は、電流センサ52で検出した電流Igあるいは監視ユニット10aで検出したバッテリ電流IBを取得する。そして、監視ユニット10aで検出したバッテリ電圧VBと、電流Igあるいはバッテリ電流IBを乗算することにより、給電器40の出力電力W2(=Ig*VBあるいはIB*VB)を取得する。EV給電が実行されるときは、電流Igあるいはバッテリ電流IBの何れか一方を用い、HV給電が実行されるときは、電流Igを用いて、出力電力W2を取得することができる。
S12において、上記「電動自動車用充放電システムガイドライン」に従って、給電器40からECU30へCAN通信によって送信される現在放電電流値Irの情報を用い、バッテリ電圧VBと乗算することにより、給電器40の出力電力W2(=Ir*VB)を取得してもよい。なお、給電器40に外部負荷が接続されていないときは、電流Ig、バッテリ電流IBおよび現在放電電流値Irはゼロであり、出力電力W2もゼロになる。
S14では、定格出力電力W1と出力電力W2に基づいて、給電器40の出力電力に、どの程度の余裕があるかを示す、使用可能電力W3を算出する。この使用可能電力W3は、給電器40の現状の出力電力W2から更に出力可能な電力である。具体的には、定格出力電力W1から出力電力W2を減算することにより、使用可能電力W3(=W1-W2)を算出する。
続くS16で、定格出力電力W1、出力電力W2および使用可能電力W3を、HMI装置70に表示し、S18において、定格出力電力W1、出力電力W2および使用可能電力W3に関する情報を、携帯端末200および車両1aに送信したあと、今回のルーチンを終了する。
図3は、HMI装置70および携帯端末200が表示する画面の一例を示す図である。HMI装置70では、S16の処理が実行されることにより図3に示す表示が行われる。携帯端末200においては、S18の処理に応じて、定格出力電力W1、出力電力W2および使用可能電力W3に関する情報を受信すると、図3に示す表示が行われる。図3を参照して、この画面には、使用可能電力W3の数値が強調されて表示される。また、出力電力W2と定格出力電力W1の数値を、使用電力と定格電力として比較表示する。ユーザは、強調表示された使用可能電力W3の数値を容易に把握することができ、使用可能電力W3を容易に知ることができる。また、ユーザは、出力電力W2と定格出力電力W1の比較表示(使用電力と定格電力の比較表示)により、現在、給電器40の能力をどの程度使用しているかのイメージを把握することが可能となる。ユーザは、HMI装置70あるいは携帯端末200の画面に表示された、「使用可能電力W3の数値」および/または「使用電力と定格電力の比較表示」から、給電器40の出力電力(電力供給)に、どの程度の余裕があるかを容易に知ることができる。したがって、ユーザは、給電器40から更に出力可能な電力である供給可能電力を知ることができる。
車両1aにおいてS18が実行され、車両1が車両1aにおける定格出力電力W1、出力電力W2および使用可能電力W3に関する情報を受信している場合、図3に示すように、車両1の使用可能電力W3等に関する情報画面の裏側に、他車両である車両1aにおける同様な情報画面を、選択画面として表示してもよい。ユーザは、選択画面を選択する(タッチ操作する)ことにより、車両1aの供給可能電力を知ることができ、ユーザ間において、電力供給に余裕のある他車両の情報を共有することができる。
本実施の形態では、画面に、「使用可能電力W3」および「出力電力W2と定格出力電力W1の比較(使用電量と定格電力の比較)」を表示していたが、「使用可能電力W3」のみを表示するようにしてもよい。また、出力電力W2と定格出力電力W1の比較のみを表示することにより、給電器40の電力供給(出力電力)の余裕の程度を、ユーザに知らせてもよい。本開示において「供給可能電力に関する情報」とは、「使用可能電力W3」および/または「出力電力W2と定格出力電力W1の比較」等、給電器40の電力供給(出力電力)の余裕の程度に関する情報である。
本実施の形態では、給電器40の定格出力電力W1と出力電力W2に基づいて、使用可能電力W3を算出し、算出した使用可能電力W3をHMI装置70および携帯端末200の画面に表示するので、ユーザは使用可能電力W3を容易に知ることができ、ユーザの利便性を高めることができる。
本実施の形態では、HMI装置70および携帯端末200の両方に、図3で示した、定格出力電力W1、出力電力W2および使用可能電力W3に関する情報を表示しているが、HMI装置70あるいは携帯端末200の何れか一方にのみ表示するようにしてもよい。
本実施の形態では、給電口51から供給される電力は、直流電力であったが、バッテリ10と給電リレー50の間に電力変換器を設け、給電口51から交流電力が供給されてもよい。この場合、給電器40は、AC/ACインバータ(AC/ACコンバータ)の機能を備える。
本実施の形態では、ECU30と給電器40との間で、通信線を用いたCAN通信を行っていたが、通信機90を通じた無線通信を用いてもよい。また、給電口51およびコネクタ42がCCS(Combined Charging System)規格に準拠している場合は、CPLT(Control Pilot Line)信号を用いて、通信を行ってもよい。
本実施の形態では、エンジン、MGおよびバッテリを備えたハイブリッド車両について説明したが、本開示の給電システムは、電気自動車、燃料電池自動車等においても適用可能である。
なお、図2におけるS10の処理が、本開示の「定格電力取得手段」に相当し、S12の処理が本開示の「出力電力取得手段」に相当する。また、S16の処理およびHMI装置70、または、S18の処理および携帯端末200が、本開示の「報知手段」に相当する。
本開示における実施態様を例示すると、次のような態様を例示できる。
1)蓄電装置(10)を備える車両(1)から車両外部の給電器(40)を介して外部負荷へ電力を供給する給電システムであって、給電器(40)の定格出力電力W1を取得する定格電力取得手段(S10)と、給電器(40)の現在の出力電力W2を取得する出力電力取得手段(S12)と、定格出力電力W1と出力電力W2に基づいて、給電器(40)から更に出力可能な電力である供給可能電力に関する情報を報知する報知手段(S16、70、S18、200)と、を備えた給電システム。
2)蓄電装置(10)を備える車両(1)から車両外部の給電器(40)を介して外部負荷へ電力を供給する給電システムであって、給電器(40)の定格出力電力W1を取得する定格電力取得手段(S10)と、給電器(40)の現在の出力電力W2を取得する出力電力取得手段(S12)と、定格出力電力W1から出力電力W2を減算することにより、使用可能電力W3を算出する使用可能電力算出手段(S14)と、使用可能電力W3に関する情報を報知する報知手段(S16、70、S18、200)と、を備えた給電システム。
3)1または2において、給電器(40)は、車両(1)の給電口(51)に接続されるコネクタ(42)を備え、給電口(51)から供給される直流電力を交流電力に変換して、外部負荷へ電力を供給する。
4)1~3において、定格電力取得手段(S10)は、給電器(40)から送信される入力可能電流値Imに基づいて、定格出力電力W1を算出する。
5)1~4において、出力電力取得手段(S12)は、給電器(40)から送信される現在放電電流値Irに基づいて、出力電力W2を算出する。
6)1~5において、報知手段(S16)は、車両(1)のHMI装置(70)に情報を表示する。
7)1~6において、報知手段(S18)は、携帯端末(200)に情報を表示する。
8)1~7において、車両(1)は通信機(90)を備え、他車両(1a)から受信した他車両(1a)の供給可能電力あるいは使用可能電力W3に関する情報を、HMI装置(70)に表示する。
9)1~8において、車両(1)は通信機(90)を備え、他車両(1a)から受信した他車両の供給可能電力あるいは使用可能電力W3に関する情報を、携帯端末(200)に表示する。
10)1において、供給可能電力に関する情報とは、定格出力電力W1から出力電力W2を減算した使用可能電力W3の数値、および/または、出力電力W2と定格出力電力W1の比較である。
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 車両、10 バッテリ、10a 監視ユニット、11、12 MG、13 PCU、20 エンジン、21 駆動輪、22 駆動軸、23 動力分割装置、30 ECU、40 給電器、41 電力ケーブル、42 コネクタ、50 給電リレー、51 給電口、52 電流センサ、70 HMI装置、90 通信機、200 携帯端末。
Claims (1)
- 蓄電装置を備える車両から車両外部の給電器を介して外部負荷へ電力を供給する給電システムであって、
前記給電器の定格出力電力を取得する定格電力取得手段と、
前記給電器の現在の出力電力を取得する出力電力取得手段と、
前記定格出力電力と前記出力電力に基づいて、前記給電器から更に出力可能な電力である供給可能電力に関する情報を報知する報知手段と、を備えた給電システム。
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