JP4661978B2

JP4661978B2 - 車両

Info

Publication number: JP4661978B2
Application number: JP2009223192A
Authority: JP
Inventors: 和良大林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: CN101678775B; US8169183B2; US20100090524A1; JP2009303483A; WO2008142952A1; CN101678775A; JP2008289273A

Description

本発明は、車両の電力を制御するシステムに関する。

電気自動車などの電動車両は、バッテリからの電力の供給を受けて駆動する電動機を動力源として利用しているため、バッテリの充電量が不足した時にはバッテリの充電が必要になる。

一般に、電動車両のバッテリは、数十時間程度の走行を行った時点で充電が必要になる。また、バッテリは使用しなくても自然放電する。そのため、長時間、電動車両を使用しない場合、たとえ満充電にしてあっても、バッテリの容量が低下するので、走行しなくても充電が必要になることがある。

特許文献１には、使用距離や使用時間などのスケジュールに基づいて使用予定電力を算出し、使用予定電力と現在のバッテリの充電量の残量とを比較することで、充電が必要か否かを判定する技術が開示されている。

特許文献２には、イグニッションスイッチをオフした後、バッテリの残存容量が低下したときに、自動的にバッテリの充電を行う技術が開示されている。

特許文献３，４には、電気自動車と住宅の間で相互に電力伝達可能な技術が開示されている。より具体的には、走行履歴に基づいて消費電力量を学習し、バッテリに確保しておく必要がある確保電力量を求め、その確保電力量と非常用電力とをバッテリの残容量から減じた範囲に制限して、バッテリから住宅側へ電力を供給する技術が開示されている。

特開２００２−３１５１９３号公報特開平８−１２６１２０号公報特開２００１−８３８０号公報特開２００１−２５８１７７号公報

ところで、自動車などの車両は、バッテリの電力を使用して、イグニッションスイッチのオンに先立って空調装置を起動し、車両使用時までに車内の熱環境を所望の状態に事前空調することがある。また、電動車両のバッテリは、イグニッションスイッチをオンするまでの間、特許文献３，４に開示されているように、余った電力を例えば、住宅側へ供給することがある。このように、車両使用前に空調装置などの負荷でバッテリの電力を消費する場合、その負荷の消費電力が大きいと、たとえ消費電力を予測して電力を確保していたとしても、走行を開始する際にバッテリの残存容量が車両の走行に必要な容量を満たさないおそれがある。

本発明は、車両に搭載されるバッテリの残存容量が少なくとも車両の始動時に必要な容量を満たさなくなることを未然に防ぐことを目的とする。

本発明に係る電動車両は、バッテリと、前記バッテリからの電力により作動する走行用の電動機および車内負荷装置とを備える電動車両において、イグニッションスイッチがオフ状態において前記車内負荷装置への電力の要求に応じて、商用電源からの電力を用いて前記バッテリを充電する給電装置に、前記車内負荷装置への電力供給を依頼する給電依頼部と、前記依頼に応じた前記車内負荷装置への電力を前記給電装置から受電する受電部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る電動車両の１つの態様では、前記給電依頼部は、電力を要求された車内負荷装置が、特定の車内負荷装置の場合に、前記給電装置に前記車内負荷装置への電力供給を依頼し、特定の車内負荷装置でない場合には、前記バッテリから前記車内負荷装置への電力供給を前記バッテリの充放電を制御する制御部に依頼することを特徴とする。

本発明の１つの態様によれば、車両に搭載されるバッテリの残存容量が少なくとも車両の始動時に必要な容量を満たさなくなることを未然に防ぐことができる。

実施形態および変形例におけるシステム全体の機能ブロックを示す図である。インダクティブ方式で車両側の給電受電部と給電装置側の給電受電部とを電気的に接続する場合の接続例を示す模式図である。コンダクティブ方式で車両側の給電受電部と給電装置側の給電受電部とを電気的に接続する場合の接続例を示す模式図である。車内負荷装置への給電要求を検知した場合における車両側の給電受電制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。車内負荷装置への給電要求を検知した場合における車両側の給電受電制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。車内負荷装置への給電要求を検知した場合における車両側の給電受電制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。電気自動車から給電要求を受けた場合の家庭側の給電受電制御部の処理手順を示すフローチャートである。電気自動車に電力を要求する場合における家庭側の給電受電制御部の処理手順を示すフローチャートである。電気自動車に電力を要求する場合における車両側の給電受電制御部の処理手順を示すフローチャートである。

本発明を実施するための最良の形態を具体的に示す実施形態について、以下、図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係るシステム全体の機能ブロックを示す図である。本システムは、図１に示す通り、電気自動車１０と、電気自動車１０が備えるバッテリ３０と電気的に接続されバッテリ３０の充電を行う給電装置５０と、給電装置５０に電力会社からの電力を供給する商用電源系統６０と、商用電源系統６０からの電力を受けて作動する家庭内負荷装置７０と、を含む。なお、本実施形態では、車両の一例として電気自動車１０を例に説明するが、外部の電源により充電することが可能なバッテリを備える車両であれば、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車などの他の車両にも適用可能である。

本実施形態において、電気自動車１０は、イグニッションスイッチがオフの状態など走行できない状態で、必要に応じて給電装置５０からの電力により車内負荷装置２６を作動させる。なお、本実施形態では、電気自動車１０が、イグニッションスイッチがオフの状態で、給電装置５０の近傍の所定位置に停車している状態を例に説明する。しかし、電気自動車１０が、給電装置５０と電気的に接続される状態で停車している場合には、イグニッションスイッチがオンの状態でも、下記に示す実施形態の適用は可能である。

本実施形態では、電気自動車１０と給電装置５０とは、給電受電部２０，４０を介して電気的に接続され、給電および受電を行う。車両側の給電受電部２０と給電装置側の給電受電部４０との電気的な接続は、周知の方式、例えば誘導（インダクティブ）方式あるいは導通（コンダクティブ）方式により行われる。図２Ａは、インダクティブ方式で車両側の給電受電部２０と給電装置側の給電受電部４０とを電気的に接続する場合の接続例を示す模式図である。図２Ａに示す通り、インダクティブ方式の場合、給電受電部２０および給電受電部４０に設けられたコイルＬ１とコイルＬ２との間の電磁誘導を利用して非接触状態で給電および受電が行われる。給電装置側の給電受電部４０は、図２Ａに示すように例えば地面Ｄに対して垂直方向に昇降自在に可動する。給電装置側の給電受電部４０は、車両側の給電受電部２０と電気的に接続される際には、コイルＬ１とコイルＬ２とが電磁誘導が可能な距離に達するまで上昇する。一方、図２Ｂは、コンダクティブ方式で車両側の給電受電部２０と給電装置側の給電受電部４０とを電気的に接続する場合の接続例を示す模式図である。図２Ｂに示す通り、コンダクティブ方式の場合、車両側の給電受電部２０に設けられたカプラー２０ａに、給電装置側の給電受電部４０に設けられたカプラー４０ａを物理的に接続することで給電および受電が行われる。給電装置側の給電受電部４０は、例えば、アーム４０ｂとアームを制御する制御部４０ｃとを備え、アーム４０ｂの先端には位置センサ（図示せず）とともにカプラー４０ａが取り付けられる。制御部４０ｃは、車両側のカプラー２０ａの位置を位置センサにより検出して、位置センサからの位置情報に基づいてアーム４０ｂを移動させて、給電装置側のカプラー４０ａと、車両側のカプラー２０ａとを接続する。

さて、図１において、電気自動車１０は、バッテリ３０と、第１インバータ３２を介してバッテリ３０からの電力の供給を受け、駆動輪を駆動するモータ３４とを備える。さらに、電気自動車１０は、空調装置、カーナビゲーションシステム、車高を自動的に調整するオートレベラーなどの車内負荷装置２６を備える。車内負荷装置２６は、イグニッションスイッチがオフの状態でも、負荷制御部１４の制御の下、スイッチ２４を介してバッテリ３０からの電力の供給を受けて作動する。スイッチ２４には、さらに第２インバータ２２を介して、給電受電部２０が接続される。

給電受電制御部１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどにより構成され、第１インバータ３２を制御し、バッテリ３０から出力される電力量を調整する。第１インバータ３２から出力された電力は、モータ３４に入力され、当該電力によりモータ３４が駆動される。また、給電受電制御部１２は、スイッチ２４を制御して、バッテリ３０からの電力を車内負荷装置２６へ入力する。あるいは、給電装置５０から出力された電力を第２インバータ２２を介して車内負荷装置２６へ入力する。第２インバータ２２は、給電装置５０側からの電力を用いてバッテリ３０を充電する際は、当該電力を高周波ＡＣ／ＤＣ変換する。また、第２インバータ２２は、バッテリ３０からの電力を給電装置５０へ出力する際には、当該電力をＤＣ／高周波ＡＣ変換する。なお、コンバータ４２は、入力電力や出力電力に応じて、ＤＣ／ＤＣ変換やＡＣ／ＡＣ変換等も可能である。負荷制御部１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどにより構成され、ユーザの操作やタイマーなどの所定のタイミングで出力される起動指示に応じて、車内負荷装置２６を作動させ、所定の制御を行う。

無線通信部１６は、給電装置５０に設けられた無線通信部５４と無線接続され、制御信号などの情報を電気自動車１０と給電装置５０との間で、送信および受信を行う。

給電装置５０は、上記の通り、給電受電部４０を介して、電気自動車１０と電気的に接続され、電気自動車１０との間で、給電あるいは受電を行う。給電装置５０は、配電盤６２に接続され、配電盤６２を介して商用電源系統６０からの電力を受け取る。商用電源系統６０からの電力は、配電盤６２を介してコンバータ４２に入力される。コンバータ４２は、バッテリ３０を充電する際には、商用電源系統６０からの電力をＡＣ／ＤＣ変換した後、さらにＤＣ／高周波ＡＣに変換する。また、コンバータ４２は、電気自動車１０側からの電力を配電盤６２を介して家庭内負荷装置７０や商用電源系統６０に送る際には、電気自動車１０側からの電力を高周波ＡＣ／ＤＣ変換した後、さらにＤＣ／ＡＣ変換する。なお、コンバータ４２は、入力電力や出力電力に応じて、ＤＣ／ＤＣ変換やＡＣ／ＡＣ変換等も可能である。

このように構成されたシステムにおいて、イグニッションスイッチがオフの状態で、車内負荷装置２６を作動させる場合における、車両側の給電受電制御部１２の処理手順および、家庭側の給電受電制御部５２の処理手順について、以下、図３Ａ〜３Ｃおよび図４に示すフローチャートを用いて説明する。

図３Ａは、車内負荷装置２６への給電要求を検知した場合における車両側の給電受電制御部１２の処理手順の一例を示すフローチャートである。

図３Ａにおいて、給電受電制御部１２は、負荷制御部１４から例えば、ユーザの指示に応じて、もしくは予め定められたスケジュールに基づくタイミングで、車内負荷装置２６への給電要求を検知すると（Ｓ１００）、まずバッテリ３０の充電状態（ＳＯＣ; state of charge）を取得する（Ｓ１０２）。給電受電制御部１２は、取得したＳＯＣに基づいて、バッテリ３０により車内負荷装置２６への給電が可能か否かを判定する（Ｓ１０４）。

判定の結果、給電が可能な場合（ステップＳ１０４の判定結果が、肯定「Ｙ」）、バッテリ３０からの電力を車内負荷装置２６へ供給し、車内負荷装置２６を作動させる（Ｓ１０６）。

一方、バッテリ３０の充電量が十分になく、バッテリ３０により車内負荷装置２６への給電が不可能な場合には（ステップＳ１０４での判定結果が、否定「Ｎ」）、給電受電制御部１２は、無線通信部１６を介して、給電装置５０へ給電を要求する（Ｓ１０８）。次いで、給電受電制御部１２は、給電受電部２０を介して給電装置５０と電気的に接続された場合（ステップＳ１１０の判定結果が、肯定「Ｙ」）、給電装置５０からの電力が車内負荷装置２６に供給されるように、インバータ２２、スイッチＳＷなどを制御する（Ｓ１１２）。

以上の通り、本実施形態では、電気自動車１０は、イグニッションスイッチがオフ状態において、バッテリ３０からの電力により、車内負荷装置２６を作動できない場合、必要に応じて給電装置５０と電気的に接続して、給電装置５０からの電力により、車内負荷装置２６を作動させる。

図３Ａでは、バッテリ３０からの電力を車内負荷装置２６へ供給するか否かをバッテリ３０の充電状態に基づいて判定していた。しかし、例えば、予め消費電力の大きな車内負荷装置２６をメモリに登録しておき、その登録された車内負荷装置２６（例えば、空調装置など）からの電力要求の場合に、給電装置５０に電力を要求してもよい。

図３Ｂは、電力を要求する車内負荷装置２６の種類に応じて、給電を依頼する対象を変更する場合における給電受電制御部１２の処理手順を示すフローチャートである。

図３Ｂにおいて、給電受電制御部１２は、負荷制御部１４から例えば、ユーザの指示に応じて、もしくは予め定められたスケジュールに基づくタイミングで、車内負荷装置２６への給電要求を検知すると（Ｓ１００）、要求を受けた車内負荷装置２６が予めメモリに登録された装置か否かを判定する（Ｓ１０１）。判定の結果、メモリに登録された装置でない場合には（ステップＳ１０１の判定結果、否定「Ｎ」）、比較的に消費電力が小さいと判断して、給電受電制御部１２は、バッテリ３０からの電力を車内負荷装置２６へ供給し、車内負荷装置２６を作動させる（Ｓ１０６）。

一方、判定の結果、メモリに登録された装置である場合には（ステップＳ１０１の判定結果、肯定「Ｙ」）、比較的に消費電力が大きいと判断して、給電受電制御部１２は、無線通信部１６を介して、給電装置５０へ給電を要求する（Ｓ１０８）。以降、給電受電制御部１２は、図３Ａの処理と同様に、ステップＳ１１０〜ステップＳ１１２の処理を実行する。

以上の通り、給電受電制御部１２は、予め消費電力の大きな車内負荷装置２６をメモリに登録しておき、その登録された車内負荷装置２６からの電力要求の場合に給電装置５０に電力を要求してもよい。

なお、給電受電制御部１２は、登録された車内負荷装置２６からの電力要求の場合でも、図３ＣのステップＳ１０２〜ステップＳ１０４に示す通り、給電装置５０へ給電を要求する前に、バッテリ３０からの電力供給が可能か否かを判定してもよい。

また、給電受電制御部１２は、ステップＳ１０２においてバッテリ３０のＳＯＣを取得した際に、バッテリ３０のＳＯＣがバッテリ３０の充電が必要な所定の閾値より小さいか否かを判定してもよい。給電受電制御部１２は、判定の結果、バッテリ３０のＳＯＣが所定の閾値より小さい場合にも、給電装置５０へ給電要求を行い、給電装置５０との接続が完了した時点で、給電装置５０からの電力によりバッテリ３０の充電を行ってもよい。さらに、給電受電制御部１２は、給電装置５０からの電力により、車内負荷装置２６への給電と平行して、バッテリ３０への充電を行ってもよい。

図４は、電気自動車１０から給電要求を受けた場合の家庭側の給電受電制御部５２の処理手順を示すフローチャートである。

図４において、給電受電制御部５２は、電気自動車１０からの給電要求を無線通信部５４を介して検知すると（Ｓ２００）、電気自動車１０と接続されていなければ（ステップＳ２０２の判定結果が、否定「Ｎ」）、電気自動車１０との接続を行う（Ｓ２０４）。つまり、給電受電部４０を介して電気自動車１０と電気的に接続する。次いで、給電受電部４０を介して、商用電源系統６０からの電力を車内負荷装置２６へ供給する（Ｓ２０６）。なお、給電受電制御部５２は、電気自動車１０からの要求がバッテリ３０の充電の場合には、給電受電部４０を介して、商用電源系統６０からの電力をバッテリ３０へ供給する。その後、電気自動車１０から電力供給の停止指示を受けた場合（ステップ２０８の判定結果が、肯定「Ｙ」）、給電受電制御部５２は、電気自動車１０との接続を切断する（Ｓ２１０）。

続いて、実施形態の変形例について、以下、図面を用いて説明する。

本変形例では、給電装置５０からの要求に応じて、電気自動車１０が備えるバッテリ３０からの電力を家庭内負荷装置７０へ供給する。

以下、家庭側の給電受電制御部５２の処理手順、および車両側の給電受電制御部１２の処理手順について、図５および図６に示すフローチャートを用いて説明する。

図５は、電気自動車１０に電力を要求する場合における家庭側の給電受電制御部５２の処理手順を示すフローチャートである。

図５において、給電受電制御部５２は、ユーザの指示などに応じて、電気自動車１０からの電力を家庭内負荷装置７０へ供給する場合、無線通信部５４を介して電気自動車１０に要求する電力量などを示した給電要求を出力する（Ｓ３００）。給電受電制御部５２は、給電要求に対する返答として、後述する通り、電気自動車１０からバッテリ３０による給電が可能か否かの情報を取得する。給電受電制御部５２は、その情報を参照して、バッテリ３０による給電が不可能な場合には（ステップＳ３０２の判定結果が、否定「Ｎ」）、ユーザにエラーを通知する（Ｓ３０４）。

一方、給電受電制御部５２は、バッテリ３０による給電が可能な場合には（ステップＳ３０２の判定結果が、肯定「Ｙ」）、電気自動車１０と電気的な接続をしているか否かを判定して（Ｓ３０６）、接続されていなければ、電気自動車１０との接続を行う（Ｓ３０８）。つまり、給電受電部４０を介して電気自動車１０と電気的に接続する。その後、給電受電制御部５２は、バッテリ３０からの電力を、給電受電部４０、コンバータ４２を介して家庭内負荷装置７０へ供給する（Ｓ３１０）。さらに、給電受電制御部５２は、ユーザの指示などに応じて、家庭内負荷装置７０への電力供給の停止指示を受けると（ステップＳ３１２の判定結果が、肯定「Ｙ」）、給電受電制御部５２は、電気自動車１０との接続を切断する（Ｓ３１４）。

図６は、電気自動車１０に電力を要求する場合における車両側の給電受電制御部１２の処理手順を示すフローチャートである。

図６において、給電受電制御部１２は、無線通信部１６を介して給電装置５０から給電要求を検知すると（Ｓ４００）、バッテリ３０のＳＯＣや給電装置５０から要求されている電力量などに基づいて、バッテリ３０から家庭内負荷装置７０に対して電力を供給可能か否かを判定する（Ｓ４０２）。判定の結果、電力の供給が不可能な場合には（ステップＳ４０２の判定結果が、否定「Ｎ」）、給電装置５０にエラー通知をする（Ｓ４０４）。

一方、電力の供給が可能な場合には（ステップＳ４０２の判定結果が、肯定「Ｙ」）、給電受電制御部１２は、給電装置５０に対して電力の供給が可能であることを示す許可通知を無線通信部１６を介して出力する（Ｓ４０６）。その後、給電装置５０との電気的な接続が完了すると（ステップＳ４０８での判定結果が、肯定「Ｙ」）、バッテリ３０からの電力を、インバータ２２、給電受電部２０を介して給電装置５０に出力し、家庭内負荷装置７０にバッテリ３０からの電力を供給する（Ｓ４１０）。

以上の通り、本変形例によれば、給電受電制御部５２が、電気自動車１０からの電力を家庭内負荷装置７０へ供給する要求を受け、さらにバッテリ３０からの電力供給が可能な場合、電気自動車１０と電気的に接続して、バッテリ３０からの電力の供給を受ける。

上記の変形例では、給電装置５０からの要求に応じて、電気自動車１０が備えるバッテリ３０からの電力を家庭内負荷装置７０へ供給する例について説明した。しかし、例えば、家庭内負荷装置７０以外にも野外（キャンプ場など）において用いられる電気機器へバッテリ３０からの電力を供給してもよい。あるいは、バッテリ３０からの電力を商用電源系統６０へ供給してもよい。つまり、給電装置５０からの要求に応じて、バッテリ３０からの電力を商用電源系統６０へ逆潮流してもよい。

なお、バッテリ３０からの電力を野外の電気機器や商用電源系統６０へ逆潮流する場合の家庭側の給電受電制御部５２および車両側の給電受電制御部１２の処理手順は、図５，図６に示すフローチャートにおいて、「家庭内負荷装置」を「野外の電気機器」や「商用電源系統」に適宜読み替えて参照されたい。

また、電気自動車１０と給電装置５０との電気的な接続を遮断するトリガーとしては、図４のステップＳ２０８や図５のステップＳ３１２に示すように、ユーザの指示などに応じて負荷装置への電力供給を停止する場合について説明した。しかし、例えば、電気自動車１０と給電装置５０とが電気的に接続されている状態において、車内負荷装置や家庭内負荷装置が何からのエラーにより電力供給を受けられない状態になる場合がある。その場合には、家庭側の給電受電制御部５２は、車内負荷装置や家庭内負荷装置からのエラー通知を受けたことに対応して、電気自動車１０と給電装置５０との電気的な接続を遮断してもよい。

１０電気自動車、１２給電受電制御部、１４負荷制御部、１６無線通信部、２０給電受電部、２２第２インバータ、２４スイッチ、２６車内負荷装置、３０バッテリ、３２第１インバータ、３４モータ、４０給電受電部、４２コンバータ、５０給電装置、５２給電受電制御部、５４無線通信部、６０商用電源系統、６２配電盤、７０家庭内負荷装置。

Claims

バッテリと、前記バッテリからの電力により作動する車内負荷装置とを備える車両において、
停車状態において前記車内負荷装置への電力の要求に応じて、商用電源系統からの電力を用いて前記バッテリを充電する給電装置に、前記車内負荷装置への電力供給を依頼する給電依頼部と、
前記依頼に応じた前記車内負荷装置への電力を前記給電装置から受電する受電部と、
を備え、
前記給電依頼部は、
電力を要求された車内負荷装置が、特定の車内負荷装置の場合に、前記給電装置に前記車内負荷装置への電力供給を依頼し、特定の車内負荷装置でない場合には、前記バッテリから前記車内負荷装置への電力供給を、前記バッテリの充放電を制御する制御部に依頼する、
ことを特徴とする車両。