JP6092556B2 - 電力供給システム、ならびにそれに用いられる車両および管理装置 - Google Patents

電力供給システム、ならびにそれに用いられる車両および管理装置 Download PDF

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Description

本発明は、電力供給システムならびにそれに用いられる車両および管理装置に関し、より特定的には、外部の電気機器に電力を供給することが可能なハイブリッド車両の制御に関する。
近年、電気自動車やハイブリッド自動車などを電力供給源として用いて、車両に蓄えられた電力または車両で生成した電力を、外部の電気機器や家庭に供給する技術が開発されている。
国際公開番号WO2006/059763号パンフレット(特許文献1)は、内燃機関の出力を用いて電力を生成することが可能な複数の車両が、電力供給源として電気負荷に並列に接続される電力供給システムを開示する。上記文献の電力供給システムにおいては、電気負荷の負荷量と、燃料残量から算出された各車両についての供給可能な電力量とに基づいて、各車両の電力供給量が配分される。
国際公開番号WO2006/059763号パンフレット
蓄電装置と内燃機関とを備えたハイブリッド車両を電力供給源とする場合、内燃機関を停止し蓄電装置に蓄えられた電力を供給するモード(以下、「充電電力供給モード」とも称する。)、および、内燃機関の出力を用いて発電した電力を供給するモード(以下、「発電電力供給モード」とも称する。)のいずれかを選択することが可能な場合がある。
このような車両においては、蓄電装置の充電状態(以下、「SOC(State of Charge)」とも称する。)に応じて上記の電力供給モードのいずれかが選択される場合がある。たとえば、SOCが所定値よりも高い場合には充電電力供給モードが選択され、SOCが所定値よりも低くなった場合には発電電力供給モードが選択されて外部の電気負荷への電力供給を行ないながら、蓄電装置の充電を行なうように制御される。
このような複数のハイブリッド車両が電気負荷に接続される場合、各車両からの電力供給量の配分および各車両の電力供給モードを適切に定めることが必要である。特に、各車両の電力供給モードが適切に選択されないと、多くの車両において発電電力供給モードが選択されて、内燃機関の駆動に伴う騒音や振動、および排ガス等のエミッションが増加してしまう可能性がある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、複数のハイブリッド車両から電気負荷に電力を供給することができる電力供給システムにおいて、複数の車両のすべてについての内燃機関が駆動される状態を抑制し、騒音や排気ガスの影響を低減することである。
本発明による電力供給システムは、制御装置を備え、外部の電気機器に電力を供給することが可能である。電力供給システムは、複数の車両を接続可能である。複数の車両の各々は、蓄電装置および内燃機関を含み、電気機器への電力供給の際に、内燃機関を駆動して発電する第1のモード、および内燃機関を非駆動とする第2のモードのいずれかを選択可能である。制御装置は、電気機器に電力を供給する際に、複数の車両のうちの少なくとも1つの車両については、第2のモードが選択されるように制御する。
好ましくは、制御装置は、複数の車両に搭載された各蓄電装置の充電状態に基づいて、第2のモードから第1のモードへ切換える。
好ましくは、制御装置は、複数の車両の中でより多くの電力が蓄えられた車両の蓄電装置の充電状態が予め定められたしきい値を下回ったことに応答して、残余の車両のうちの少なくとも1つを第1のモードへ切換える。
好ましくは、制御装置は、複数の車両の中で蓄電装置の充電状態が下限を表わす基準値を下回った車両を第1のモードへ切換えるとともに、第1のモードで動作している他の車両の中で蓄電装置の充電状態がしきい値を上回っている車両を第1のモードから第2のモードへ切換える。
好ましくは、制御装置は、複数の車両の中で蓄電装置の充電状態が下限を表わす基準値を下回った車両を第1のモードへ切換えるとともに、残余の各車両が第1のモードで動作しておりかつ各車両の蓄電装置の充電状態がしきい値を下回っている場合は、複数の車両のすべてを第1のモードで運転する。
好ましくは、制御装置は、複数の車両の各蓄電装置の充電状態の合計が予め定められたしきい値を下回ったことに応答して、複数の車両のうちの少なくとも1つを第1のモードへ切換える。
好ましくは、しきい値は、電気機器が所定負荷の状態で所定時間の間、継続して動作することが可能な電力を示す値である。
好ましくは、制御装置は、複数の車両のうち第1のモードで動作している車両においては、発電された電力の少なくとも一部を用いて蓄電装置を充電する。
好ましくは、制御装置は、複数の車両のうち第1のモードで動作している車両が存在し、かつ電気機器の負荷増加率が所定値を上回る場合は、第2のモードに選択されている車両から負荷増加分の電力を供給する。
好ましくは、車両は、Y結線された三相コイルを有する回転電機を含む。車両からの電力は、三相コイルの中性点を介して電気機器に供給される。
好ましくは、制御装置は、複数の車両のうちのいずれかに搭載される。
本発明による管理装置は、内燃機関および蓄電装置を搭載する複数の車両から車両外部の電気機器に供給する電力を管理する管理装置であって、複数の車両からの電力供給を制御する制御装置を備える。複数の車両の各々は、電気機器に電力を供給する際に、内燃機関を駆動して発電する第1のモード、および内燃機関を非駆動とする第2のモードのいずれかを選択可能である。制御装置は、電気機器に電力を供給する際に、複数の車両のうちの少なくとも1つの車両については、第2のモードが選択されるように制御する。
本発明による車両は、外部の電気機器に電力を供給することが可能な車両であって、内燃機関と、内燃機関の駆動力を用いて発電を行なうことが可能な回転電機と、蓄電装置と、電気機器への電力供給を制御する制御装置とを備える。車両は、電気機器への電力供給の際に、内燃機関を駆動して発電する第1のモード、および内燃機関を非駆動とする第2のモードのいずれかを選択可能である。制御装置は、電気機器に対して、他の車両(100A,100B)からも電力が供給される場合には、車両と他の車両とを含めた複数の車両のうちの少なくとも1つの車両については、第2のモードが選択されるように制御する。
本発明によれば、複数のハイブリッド車両から電気負荷に電力を供給することができる電力供給システムにおいて、複数の車両のすべてについての内燃機関が駆動される状態が抑制できる。これによって、電力供給中における騒音や排気ガスの影響を低減することができる。
本実施の形態に従う電力供給システムの概略図である。 図1における車両およびエネルギ管理装置の詳細を示す図である。 車両の電気回路の詳細を説明するための図である。 2台の車両を用いた場合の、実施の形態1における充放電制御の概要を説明するための図である。 3台の車両を用いた場合の、実施の形態1における充放電制御の概要を説明するための図である。 実施の形態1における充放電制御処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2における充放電制御の概要を説明するための第1の図である。 実施の形態2における充放電制御の概要を説明するための第2の図である。 実施の形態2における充放電制御の概要を説明するための第3の図である。 実施の形態2の充放電制御を適用した場合の負荷変動と電力分配を説明するための図である。 実施の形態2における充放電制御処理を説明するためのフローチャートである。
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り返さない。
(電力供給システムの基本構成)
図1は、本実施の形態に従う電力供給システム10の概略図である。図1を参照して、電力供給システム10は、エネルギ管理装置400を備え、蓄電装置(バッテリ)および内燃機関であるエンジンを搭載した複数のハイブリッド車両100,100A,100Bを接続することが可能である。各車両は、蓄電装置に蓄えられた電力、または、エンジンの出力を用いて発電された電力を、エネルギ管理装置400を介して電気機器500へ供給する。
エネルギ管理装置400は、たとえば、家庭に設置されるHEMS(Home Energy Management System)のような設備であって、複数の車両の各々から出力すべき電力の配分を制御する。また、エネルギ管理装置400は、各車両がエンジンを停止して蓄電装置に蓄えられた電力を供給する充電電力供給モードで電力を供給するか、エンジンの出力を用いて発電した電力を供給する発電電力供給モードで電力を供給するかを決定する。
なお、図1においては、エネルギ管理装置400が車両とは別個の設備である場合を例として示されているが、たとえば車両間通信が可能な場合には、車両に含まれる制御装置によって、同様の制御を行なう態様とすることもできる。
また、図1においては、電力供給源として接続される車両が3台の場合が例として示されているが、接続される車両が2台以上の場合であれば、本実施の形態を適用することができる。
図2は、図1における車両100およびエネルギ管理装置400の詳細を示す図である。なお、各車両の構成は類似しているため、図2においては、代表的に車両100の構成のみが示されており、車両100A,100Bについての詳細な構成は記載されていないことに注意すべきである。以下の説明においては、車両については車両100を例として説明し、車両100A,100Bの詳細な説明は繰り返さない。
図2を参照して、車両100は、蓄電装置110と、システムメインリレー(以下、SMR(System Main Relay)とも称する。)115と、駆動装置であるPCU(Power Control Unit)120と、モータジェネレータ130,135と、動力伝達ギヤ140と、駆動輪150と、エンジン160と、制御装置(以下、ECU(Electronic Control Unit)とも称する。)300とを備える。
蓄電装置110は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置110は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄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のセルを含んで構成される。
蓄電装置110は、SMR115を介して、モータジェネレータ130,135を駆動するためのPCU120に接続される。そして、蓄電装置110は、車両100の駆動力を発生させるための電力をPCU120に供給する。また、蓄電装置110は、モータジェネレータ130で発電された電力を蓄電する。蓄電装置110の出力は、たとえば200Vである。
電圧センサ170は、蓄電装置110の電圧を検出し、その検出値VBをECU300に出力する。電流センサ175は、蓄電装置110に入出力される電流を検出し、その検出値IBをECU300に出力する。
SMR115は、蓄電装置110の正極端子と電力線PL1との間に接続されるリレー、および蓄電装置110の負極端子と電力線NL1との間に接続されるリレーを含む。そして、SMR115は、ECU300からの制御信号SE1によって制御され、蓄電装置110とPCU120との間での電力の供給と遮断とを切換える。
PCU120は、コンバータ121と、インバータ122,126と、コンデンサC1,C2とを含む。
コンバータ121は、ECU300からの制御信号PWCに基づいて、電力線PL1,NL1と電力線PL2,NL1との間で電圧変換を行なう。
インバータ122,126は、電力線PL2,NL1に対して並列に接続される。インバータ122,126は、ECU300からの制御信号PWI1,PWI2に基づいて、コンバータ121から供給される直流電力をそれぞれ交流電力に変換し、モータジェネレータ130,135を駆動する。
コンデンサC1は、電力線PL1,NL1の間に設けられ、電力線PL1,NL1間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサC2は、電力線PL2,NL1の間に設けられ、電力線PL2,NL1間の電圧変動を減少させる。
モータジェネレータ130,135は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。
モータジェネレータ130,135の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ140を介して駆動輪150およびエンジン160に伝達されて、車両100を走行させる。モータジェネレータ130は、車両100の回生制動動作時には、駆動輪150の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、PCU120によって蓄電装置110の充電電力に変換される。
エンジン160は、ECU300からの制御信号DRVにより制御される。なお、一例においては、モータジェネレータ130を専らエンジン160によって駆動されて発電を行なうための発電機として動作し、モータジェネレータ135を専ら駆動輪150を駆動して車両100を走行させるための電動機として動作するように設定されてもよい。
また、図3を用いて詳述するが、本実施の形態においては、モータジェネレータ130,135の各中性点は、コネクタにより脱着が可能な電力ケーブル450を用いて、エネルギ管理装置400に接続される。そして、エネルギ管理装置400に含まれるリレーRY10を介して電気機器500に電気的に接続される。このような構成とすることによって、エンジン160によりモータジェネレータ130,135が回転されて生じる発電電力、および/または、蓄電装置110に蓄えられた電力を、エネルギ管理装置400を介して電気機器500へと伝達することができる。
ここで、エンジン160を停止し蓄電装置110に蓄えられた電力を供給する充電電力供給モードの場合には、図2中の矢印AR1のように、蓄電装置110の直流電力がPCU120により交流電力に変換されて電気機器500へと供給される。一方、エンジン160による発電電力を供給する発電電力供給モードの場合には、発電により生じた交流電力が図2中の矢印AR2のように電気機器500へと供給される。このとき、発電により生じた交流電力の一部は、図2中の矢印AR3のようにPCU120により直流電力に変換されて、蓄電装置110の充電電力としても用いられる。
ECU300は、いずれも図2には図示しないがCPU(Central Processing Unit)、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力および各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両100および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
ECU300は、電圧センサ170および電流センサ175によってそれぞれ検出された、蓄電装置110の電圧VBおよび電流IBの検出値を受ける。ECU300は、電圧VBおよび電流IBに基づいて、蓄電装置110の充電状態SOCを演算する。
ECU300は、エネルギ管理装置400に含まれる制御部410と、無線または有線で通信が可能に構成される。ECU300は、エネルギ管理装置400の制御部410に対して、蓄電装置110のSOCを送信する。
また、ECU300は、各車両が出力すべき電力の分配に関する情報、および各車両の電力供給モードに関する情報を含む制御信号CTRを制御部410から受信する。ECU300は、これらの情報に基づいて、PCU120およびエンジン160を制御する。
エネルギ管理装置400は、制御部410と、リレーRY10,RY10A,RY10Bとを含む。リレーRY10,RY10A,RY10Bは、上述のように、車両100,100A,100Bから電気機器500へのそれぞれの電力伝達経路に設けられる。そして、リレーRY10,RY10A,RY10Bは、制御部410からの制御信号SE10,SE10A,SE10Bによってそれぞれ制御され、各車両から電気機器500への電力の供給と遮断とを切換える。
エネルギ管理装置400は、電気機器500から要求される電力に基づいて、各車両から出力すべき電力の配分を制御する。また、エネルギ管理装置400は、各車両における蓄電装置のSOCに基づいて、各車両の電力供給モードを決定する。
なお、図2には示されていないが、エネルギ管理装置400は、車両から供給される電圧を所望の電圧に変換するための電圧変換器をさらに含んでもよい。
図3は、車両100の電気回路の詳細を説明するための図である。なお、図3において、図2と重複する要素に説明は繰り返さない。
図3を参照して、コンバータ121は、スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2と、リアクトルL1とを含む。
スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線PL2,NL1の間に、電力線PL2から電力線NL1に向かう方向を順方向として直列に接続される。なお、本実施の形態において、スイッチング素子として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を例として説明するが、IGBTに代えて、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いてもよい。
スイッチング素子Q1,Q2には、逆並列ダイオードD1,D2がそれぞれ接続される。リアクトルL1の一方端は、スイッチング素子Q1,Q2の接続ノードに接続され、他方端は電力線PL1に接続される。すなわち、コンバータ121はチョッパ回路を形成する。
スイッチング素子Q1,Q2は、ECU300からの制御信号PWCに基づいて制御され、電力線PL1,NL1と、電力線PL2,NL1との間で電圧変換動作を行なう。
コンバータ121は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Q1およびQ2が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ121は、昇圧動作時には、蓄電装置110からの直流電圧を昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Q2のオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Q1および逆並列ダイオードD1を介して、電力線PL2へ供給することにより行なわれる。
また、コンバータ121は、降圧動作時には、インバータ122,126からの直流電圧を降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Q1のオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Q2および逆並列ダイオードD2を介して、電力線NL1へ供給することにより行なわれる。
これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Q1,Q2のオン期間比(デューティ比)により制御される。なお、昇圧動作および降圧動作が不要の場合には、スイッチング素子Q1およびQ2をオンおよびオフにそれぞれ固定するように制御信号PWCを設定することで、電圧変換比=1.0(デューティ比=100%)とすることもできる。
インバータ122は、U相アーム123と、V相アーム124と、W相アーム125とを含み、これらにより三相ブリッジ回路が形成される。U相アーム123、V相アーム124およびW相アーム125は、電力線PL2と電力線NL1との間に並列に接続される。
U相アーム123は、電力線PL2と電力線NL1との間に直列接続されたスイッチング素子Q3,Q4と、スイッチング素子Q3,Q4にそれぞれ並列に接続されるダイオードD3,D4とを含む。ダイオードD3のカソードはスイッチング素子Q3のコレクタと接続され、ダイオードD3のアノードはスイッチング素子Q3のエミッタと接続される。ダイオードD4のカソードはスイッチング素子Q4のコレクタと接続され、ダイオードD4のアノードはスイッチング素子Q4のエミッタと接続される。
V相アーム124は、電力線PL2と電力線NL1との間に直列接続されたスイッチング素子Q5,Q6と、スイッチング素子Q5,Q6にそれぞれ並列に接続されるダイオードD5,D6とを含む。ダイオードD5のカソードはスイッチング素子Q5のコレクタと接続され、ダイオードD5のアノードはスイッチング素子Q5のエミッタと接続される。ダイオードD6のカソードはスイッチング素子Q6のコレクタと接続され、ダイオードD6のアノードはスイッチング素子Q6のエミッタと接続される。
W相アーム125は、電力線PL2と電力線NL1との間に直列接続されたスイッチング素子Q7,Q8と、スイッチング素子Q7,Q8にそれぞれ並列に接続されるダイオードD7,D8とを含む。ダイオードD7のカソードはスイッチング素子Q7のコレクタと接続され、ダイオードD7のアノードはスイッチング素子Q7のエミッタと接続される。ダイオードD8のカソードはスイッチング素子Q8のコレクタと接続され、ダイオードD8のアノードはスイッチング素子Q8のエミッタと接続される。
モータジェネレータ130は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータと、中性点でY結線された三相コイルを有するステータとを備える三相交流電動発電機である。U相,V相,W相の3つのコイルは、各々一方端が中性点に共に接続され、U相コイルの他方端はスイッチング素子Q3,Q4の接続ノードに接続され、V相コイルの他方端はスイッチング素子Q5,Q6の接続ノードに接続され、W相コイルの他方端はスイッチング素子Q7,Q8の接続ノードに接続される。
インバータ126およびモータジェネレータ135は、上述のインバータ122およびモータジェネレータ130と基本的には同じ構成を有する。そのため、インバータ126およびモータジェネレータ135の詳細な構成の説明は繰り返さない。
このような構成において、インバータ122,126とモータジェネレータ130,135のU相コイル,V相コイル,W相コイルのリアクトル成分とによって、蓄電装置110の直流電力を単相の交流電力に変換して中性点から出力することができる。また、モータジェネレータ130,135がエンジン160により駆動されることによって発生する交流の発電電力は、中性点を通して電気機器500へ供給されるとともに、インバータ122,126により整流することによって蓄電装置110の充電電力に変換することができる。
なお、モータジェネレータ130,135の中性点は、リレーRY1を介して、電力ケーブルが接続されるインレット(図示せず)に接続される。リレーRY1は、ECU300からの制御信号SE2によって制御され、車両100から外部電気機器500への電力の供給と遮断とを切換える。
[実施の形態1]
上述のようなハイブリッド車両において、発電電力供給モードが選択された場合には、エンジンが駆動されるために、振動、騒音および排気ガスの発生を伴う。そのため、環境への影響を考慮すると、できるだけエンジンの駆動を伴わない充電電力供給モードを採用することが望ましい。
また、発電電力供給モードは、充電電力供給モードに比べて負荷変動に対する応答性が悪いので、負荷からの要求電力の増加率が大きいときには、供給電力が十分に確保できない可能性がある。そのため、負荷の急激な要求電力の増加を考慮した場合には、電力供給源であるハイブリッド車両には、所定以上のSOC(充電量)を確保しておくことが望ましい。
しかしながら、蓄電装置を充電するため、および負荷からの要求電力を継続的に満たすためには、発電電力供給モードを選択せざるを得ない状態が生じ得る。
そこで、実施の形態1においては、複数のハイブリッド車両を電力供給源として用いる電力供給システムにおいて、発電電力供給モードが選択される車両をできるだけ少なくしつつ、負荷の急激な要求電力に対応可能なSOCを蓄電装置に確保することができるような充放電制御を実行する。
図4は、2台のハイブリッド車両を用いる場合の、実施の形態1における充放電制御の概要を説明するための図である。図4における(a)〜(d−2)の各グラフの縦軸には、特定の状態における2台の車両の蓄電装置BAT1,BAT2の充電電力量が示される。なお、図4においては、理解を容易にするために、2台の車両の蓄電装置の容量が同じ場合を例として説明するが、各車両における蓄電装置の容量は必ずしも同じでなくてもよい。
図4を参照して、各グラフの縦軸におけるS1〜S3は、それぞれ蓄電装置の下限を示す充電量(S1)、最大負荷状態で所定時間(たとえば、1時間)継続して電気機器を運転可能な充電量(S2)、満充電を示す受電量(S3)を表わしている。充電量がS1まで低下するとエンジンが駆動されて発電電力供給モードとなり、当該蓄電装置の充電が行なわれる。充電量がS3まで増加すると、蓄電装置の充電が停止されて充電電力供給モードに切換えられる。
なお、S1およびS3の値は、蓄電装置の容量によって変化し得ることに注意すべきである。また、図4については、縦軸を充電量で表わしたが、残充電量の比率であるSOCで表わしてもよい。SOCで表現する場合には、S2に相当するしきい値が蓄電装置の容量に応じて変化することに注意すべきである。
図4の最上段の(a)は、蓄電装置BAT1,BAT2ともに十分な充電量(>S2)である場合を示しており、この状態で負荷への電力供給が開始されると、予め定められた分配比率で双方の蓄電装置から電力が供給される。すなわち、双方の車両において、充電電力供給モードが選択される。
その後、電力供給が継続されて蓄電装置BAT1,BAT2の充電量が徐々に低下していき、残りの充電量が多い車両の蓄電装置(BAT2)の充電量がS2まで低下すると、他方の車両の充電量がS1まで低下していなくても、強制的に発電電力供給モードに切換えられる。これによって、蓄電装置(BAT1)を搭載する車両からの発電電力が電気機器に供給されるとともに、蓄電装置(BAT1)の充電が実行される。これは、最大負荷状態で所定時間負荷を運転可能な充電量を一方の蓄電装置で確保するためである。
なお、残りの充電量が多い車両の蓄電装置の充電量がS2に低下する前に、他方の充電量がS1まで低下した場合には、充電量がS1となった時点で、他方側の車両を発電電力供給モードに切換えてもよい。あるいは、残りの充電量が多い車両の蓄電装置だけで電力供給が可能であれば、充電量がS2に低下するまで他方側の車両の電力供給を停止させておき、充電量S2になった時点で他方側の車両を発電電力供給モードに切換えるようにしてもよい。
その後、さらに電力供給が継続されると、蓄電装置BAT2については充電量がさらに低下するが、蓄電装置BAT1についてはエンジン駆動による発電によって充電され、充電量が徐々に増加する。そして、蓄電装置BAT2の充電量が下限であるS1まで低下すると、蓄電装置BAT2側の車両が発電電力供給モードに切換えられるとともに、蓄電装置BAT1側の車両が、満充電状態になっていなくても充電電力供給モードに切換えられる(図4の(c))。
そして、充電電力供給モード側の蓄電装置BAT1の充電量がS1まで低下すると、蓄電装置BAT1側の車両が発電電力供給モードに切換えられるとともに、蓄電装置BAT2側の車両が充電電力供給モードに切換えられる(図4の(d−1))。
なお、上記の(c)および(d−1)の場合において、充電電力供給モード側の蓄電装置の充電量がS1に低下する前に、他方の(すなわち、発電電力供給モードの)蓄電装置の充電量がS3となり満充電となった場合には、その時点で発電電力供給モードから充電電力供給モードに切換えられる。
上記の(c)および(d−1)においては、一方の蓄電装置の充電量がS1に低下したときに他方が蓄電装置の充電量がS2を上回っている状態となる場合を説明したが、一方の蓄電装置の充電量がS1に低下したときに他方の蓄電装置の充電量がS2まで回復していない場合には、トータルの充電量を確保するために、図4の(d−2)のように双方の車両が発電電力供給モードに設定されて、蓄電装置BAT1,BAT2の充電が実行される。このように双方が発電電力供給モードに設定された場合には、各車両において、蓄電装置の充電量が満充電であるしきい値S3に到達するまで充電が継続される。なお、この場合には、双方が発電電力供給モードであるために、上述のように負荷の急激な増減に対して電力供給が適切に応答できない状態が生じ得る。そのため、双方が発電電力供給モードに設定された場合には、追加的に負荷制限を実行するようにしてもよい。
このように、蓄電装置の充電状態を考慮しながら、2台のハイブリッド車両の電力供給モードを切換えることで、負荷変動に対応可能な充電量を確保しつつ、双方の車両のエンジンがともに駆動される状態をできるだけ抑制することが可能となる。
なお、図4においては、電力供給源として2台のハイブリッド車両が用いられる場合について説明したが、車両の数は2台より多くてもよい。図5は、電力供給源として3台のハイブリッド車両が用いられる場合の例を示す。
図5を参照して、図5の(a)においては、図4の(a)と同様に、3台の車両の蓄電装置BAT1,BAT2,BAT3のいずれもが十分な充電量を有している状態であり、この場合にはすべての車両が充電電力供給モードに設定される。
そして、3台の車両うち、最大の充電量を有している蓄電装置(BAT3)の充電量がS2まで低下すると、最小の充電量を有している蓄電装置(BAT1)が発電電力供給モードに切換えられ、蓄電装置BAT1の充電が実行される(図5の(b))。
そして、充電電力供給モードの車両のうちの一方の蓄電装置(BAT2)の充電量が下限であるS1まで低下すると、当該車両が発電電力供給モードに切換えられ蓄電装置BAT2の充電が実行される(図5の(c))。
その後、電力供給が継続され、蓄電装置BAT3の充電量がS1まで低下すると、蓄電装置BAT3を有する車両が発電電力供給モードに切換えられるとともに、最大の充電量の蓄電装置(BAT1)を有する車両が充電電力供給モードに切換えられる(図5の(d−1))。
これ以降は、充電電力供給モードの車両の充電力がS1まで低下することに応じて、最大充電量の蓄電装置を有する車両が、発電電力供給モードから充電電力供給モードに切換えられる。
このような制御を行なうことによって、トータルの充電量を確保しつつ、できるだけ全車両のエンジンが駆動される状態を抑制することができる。
なお、図5の(d−2)のように、充電電力供給モードで動作中であった唯一の蓄電装置(BAT3)の充電量がS1まで低下して充電電力供給モードから発電電力供給モードに切換えられた際に、発電電力供給モードで動作中の他の車両における最大充電量を有する蓄電装置(BAT1)の充電量がS2まで回復していない場合、すなわち全車両の充電量がS2未満の場合には、トータル充電量を確保するために全車両が発電電力供給モードに設定される。そして、各車両においては、当該車両の蓄電装置の充電量が満充電であるS3になるまで充電が継続される。
このように、電力供給源として3台のハイブリッド車両が用いられる場合についても、車両が2台の場合と同様の制御を適用することができる。
図6は、実施の形態1における充放電制御処理を説明するためのフローチャートである。上述のように、当該充放電制御処理は、図2におけるエネルギ管理装置400の制御部410で実行されてもよいし、車両間通信が可能な場合には、いずれかの車両のECU300で実行されてもよい。そして、図6および後述する図11に示されるフローチャート中の各ステップについては、制御部410あるいはECU300に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期もしくは所定の条件が成立したことに応答して実行されることによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。
なお、以下の説明においては、エネルギ管理装置400の制御部410で実行される場合の例について説明する。また、以下の説明においては、充電電力供給モードの状態を「バッテリ放電」とも称する。
図2および図6を参照して、制御部410は、負荷(電気機器500)への電力供給が開始されると、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、全車両の蓄電装置の充電量が、最大負荷状態で電気機器500を所定時間継続して運転可能な充電量であるしきい値S2よりも大きいか否かを判定する。
全車両の充電量がS2より大きい場合(S100にてYES)は、処理がS110に進められて、制御部410は、全車両を充電電力供給モード(バッテリ放電)に設定する。一方、充電量がS2以下の車両がある場合(S100にてNO)は、S110がスキップされて処理がS120に進められる。
S120では、制御部410は、全車両のうちの最大充電量を有する蓄電装置の充電量がS2以下であるか否かを判定する。最大充電量がS2以下である場合(S120にてYES)は、処理がS130に進められて、蓄電装置の充電量が最小である車両を充電電力供給モードから発電電力供給モードに切換える。これにより、当該車両のエンジンが始動されて、蓄電装置の充電が実行される。
一方、最大充電量がS2より大きい場合(S120にてNO)は、S130がスキップされ、制御部410は、全車両を充電電力供給モードの状態に維持する。そして、処理がS140に進められる。
S140にて、制御部410は、蓄電装置の充電量が最小である車両の充電量が、下限を示すしきい値S1以下であるか否かを判定する。
最小充電量がS1より大きい場合(S140にてNO)は、処理がS140に戻されて、制御部410は、最小充電量がS1以下となるまで、各車両の電力供給モードを維持する。
最小充電量がS1以下となった場合(S140にてYES)は、S150に処理が進められて、制御部410は、最小充電量を有する車両を充電電力供給モードから発電電力供給モードに切換え、当該車両の蓄電装置の充電を実行する。そして、制御部410は、S160にて、発電電力供給モードに設定されてエンジンが運転中である車両の充電量が、しきい値S2より大きい状態まで回復しているか否かを判定する。
エンジン運転中の車両の充電量がS2を上回っている場合(S160にてYES)は、処理がS165に進められて、制御部410は、充電量がS2まで回復した当該車両のエンジンを停止し、発電電力供給モードから充電電力供給モードに切換える。その後、処理がS140に戻される。
一方、エンジン運転中の車両の充電量がまだS2以下である場合(S160にてNO)は、制御部410は、S170にて、全車両が発電電力供給モードに設定されているか否かを判定する。
全車両が発電電力供給モードではなく、充電電力供給モードの車両が残っている場合(S160にてNO)は、処理がS140に戻されて、S140からS170までの処理が繰り返される。
一方、全車両が発電電力供給モードである場合(S170にてYES)は、処理がS180に進められ、制御部410は、充電量がS2より大きい状態まで回復した車両があるか否かを判定する。
全車両の充電量がまだS2まで回復していない場合(S180にてNO)は、処理がS180に戻され、制御部410は、全車両を発電電力供給モードに維持して、蓄電装置の充電を継続する。
充電量がS2まで回復した車両が存在する場合(S180にてYES)は、処理がS190に進められて、制御部410は、充電量が回復した当該車両を、発電電力供給モードから充電電力供給モードに切換える。そして、制御部410は、S200にて、全車両が充電電力供給モードに切換えられたか否かを判定する。
発電電力供給モードに設定されている車両が残っている場合(S200にてNO)は、処理がS180に進められて、充電量がS2に回復するまで、当該車両の蓄電装置の充電を継続する。
一方、全車両が充電電力供給モードに切換えられた場合(S200にてYES)は、メインルーチンに処理が戻され、改めて最初のステップ(S100)から処理が実行される。
なお、図6のフローチャートには示されていないが、発電電力供給モードで蓄電装置を充電中に、蓄電装置が満充電になった場合には、その時点で当該車両は、発電電力供給モードから充電電力供給モードへ切換えられる。
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、充電電力供給モードおよび発電電力供給モードで外部への電力供給が可能な複数のハイブリッド車両を備える電力供給システムにおいて、負荷の急変動に対応可能な充電量を確保しつつ、エンジンが始動される状態をできるだけ少なくすることが可能となる。これによって、負荷の安定的な運転を行ないながら、エンジンが駆動されることによる環境への影響を低減することができる。
なお、上記の説明においては、負荷変動に対応可能な充電量の有無を、個々の蓄電装置の充電量としきい値S2との比較によって判断したが、これに代えて、複数の蓄電装置の充電量の合計値としきい値S2との比較によって判断するようにしてもよい。
[実施の形態2]
実施の形態1においては、たとえば2台のハイブリッド車両で電力供給する際に、一方の車両の充電量が下限S1まで低下して発電電力供給モードに切換えられた場合、他方の充電量がしきい値S2を下回っていると、双方の車両が発電電力供給モードに設定される構成について説明した(図4の(d−2))。
しかしながら、上述のように、発電電力供給モードにおいては充電電力供給モードに比べて負荷変動に対する応答性が劣るため、全車両が発電電力供給モードとなってしまうと、負荷変動に対して適切に電力を供給できなかったり、負荷制限を行なったりする必要が生じ得る。
そこで、実施の形態2においては、少なくとも1台の車両については、急激な負荷変動に対応できる充電量を確保し、充電電力供給モードとするような構成について説明する。
図7〜図9は、実施の形態2における充放電制御の概要を説明するための図である。なお、図7〜図9においては、理解を容易にするために、電源供給源として2台のハイブリッド車両が用いられる場合を例として説明するが、2台より多くのハイブリッド車両が用いられる場合にも本実施の形態2は適用可能である。
まず、図7を参照して、たとえば、各車両100,100Aの最大電力供給能力が10kWであり、電気機器500の要求電力が5kWである場合を考える。2台の車両100,100Aの双方が十分な充電量(>S2)を有している場合には、一方の車両(たとえば、車両100)のみから充電電力供給モードにより電気機器500に電力が供給され、他方の車両(車両100A)については待機状態とされる。
その後、車両100の充電量(SOC)が下限のしきい値S1まで低下すると、車両100は充電電力供給モードから発電電力供給モードに切換えられ、発電電力を用いて電気機器500に電力が供給されるとともに、発電電力の一部により蓄電装置が充電される(図8)。それと同時に、車両100Aについては、負荷変動に即座に対応できるような状態とされる。
なお、このときの車両100Aの状態としては、最低出力(たとえば、1kW)の電力を供給するようにしてもよいし、あるいはインバータが即座に起動可能なような状態にできる場合には出力停止状態としてもよい。すなわち、車両100Aが最低出力(1kW)の電力を供給する場合には、車両100からは残余の4kWの電力が電気機器500へ供給される。一方、車両100Aからの電力供給がされない場合には、車両100から5kWの電力が電気機器500へ供給される。
その後、たとえば、負荷が10kWに急増した場合(図9)には、負荷変動率が大きい領域においては発電電力供給モードでは適切に応答できない可能性があるので、そのような過渡領域においては、電気機器500からの増加分の要求電力(+5kW)を、充電電力供給モードの車両100Aから出力する。すなわち、図8において最低出力(1kW)がすでに車両100Aから出力されている場合には、車両100Aからはトータルとして6kWの電力が電気機器500に供給される。車両100については、図8と同じく、発電電力(5kW)のうち、4kWの電力が電気機器500へ供給され、1kWの電力が蓄電装置の充電に用いられる。
その後、過渡領域が終了し、10kWの負荷で安定すると、車両100から9kWの電力が電気機器500へ供給され、車両100Aから残余の1kWの電力が電気機器500へ供給される。
図10は、上述した実施の形態2における充放電制御を、負荷の時間変化で表わした図である。図10においては、縦軸に負荷(要求電力)が示され、横軸には時間が示される。
図10を参照して、時刻t1まではほぼ安定した負荷であり、この状態においては、図7および図8のように、車両100からの電力が負荷に供給される。そして、時刻t1において負荷が急増した場合、現在の電力供給モードが充電電力供給モードである場合(図7)には、当該車両100から負荷増加中の過渡期の増加分電力(図10の時刻t1〜t2間のハッチング部)が供給される。一方、現在の電力供給モードが発電電力供給モードである場合(図8)には、充電電力供給モードである他方の車両100Aから過渡期の増加分電力が供給される(図9)。
そして、負荷が増加した状態で安定し、車両100から供給できる状態になると(時刻t2)、増加した負荷についての電力も車両100から供給される。なお、負荷が減少する際には、供給電力は不足しないので、車両100Aによる電力供給は行なわれない。
また、図10中の時刻t3〜t4のように、短時間に負荷が増減する場合については、負荷減少中の過渡期についても車両100Aから電力が供給される。
図11は、実施の形態2における充放電制御処理を説明するためのフローチャートである。
図11を参照して、電気機器への電力供給が開始されると、制御部410は、S300にて、上述の待機車両として指定された指定車両以外の全車両が、発電電力供給モードに設定されているか否かを判定する。
指定車両以外の全車両が発電電力供給モードに設定されていない場合、すなわち、充電電力供給モードに設定されている車両がある場合(S300にてNO)は、処理がS300に戻される。
指定車両以外の全車両が発電電力供給モードに設定されている場合(S300にてYES)は、処理がS310に進められて、制御部410は、指定車両を充電電力供給モードで起動する。このとき、指定車両は、最低出力で電力供給してもよいし、応答よく電力供給が可能であれば電力停止状態としてもよい。
そして、制御部410は、S320にて、電気機器の負荷増加率が急増し、所定のしきい値α1より大きくなっているか否かを判定する。このしきい値α1は、発電電力供給モードにおいて応答可能な電力変化率に基づいて定められる。
負荷増加率がしきい値α1以下の場合(S320にてNO)は、処理がS320に戻され、制御部410は、発電電力供給モードの車両からの電力によって電気機器の要求電力を分担するように電力配分を設定する。
負荷増加率がしきい値α1より大きい場合(S320にてYES)は、エンジンによる発電電力では適切に応答できない可能性があるため、制御部410は処理をS330に進めて、急増した電力増加分を、指定車両の蓄電装置からの電力で分担するように電力配分を設定する。
その後、制御部410は、S340にて、負荷変動が安定し、負荷増加率がしきい値α2(<α1)よりも小さくなったか否かを判定する。
負荷増加率がしきい値α2以上の場合(S340にてNO)は、処理がS330に戻されて、制御部410は、電力増加分の電力について指定車両からの電力供給を継続する。
負荷増加率がしきい値α2より小さく、負荷が安定した場合(S340にてYES)は、処理がS350に進められ、制御部410は、指定車両から供給していた電力を、発電電力供給モードの車両から供給するように電力配分を設定する。
上述した実施の形態1の基本的な構成に実施の形態2を適用し、上記のような処理に従って制御を行なうことによって、負荷の急増に対してより適切に対応することができるようになる。ただし、実施の形態2においては、常に充電電力供給モードで電力供給できる車両を1台待機させてしまうため、負荷の急増が生じなかった場合には、結果として待機車両に蓄えられた電力が用いられず、待機車両で供給可能であった電力に相当する電力がエンジンを用いて発電されてしまうことになり、かえってエンジン駆動回数,駆動時間が増加する状態ともなり得る。そのため、当該制御を採用するか否かについては、電力供給源として用いられる車両の台数、および最大定格負荷などを考慮して決定される。
なお、本実施の形態における「発電電力供給モード」および「充電電力供給モード」は、それぞれ本発明における「第1のモード」および「第2のモード」の一例である。
今回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説明ではなく、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。
10 電力供給システム、100,100A,100B 車両、110,BAT1〜BAT3 蓄電装置、115 SMR、120 PCU、121 コンバータ、122,126 インバータ、123,127 U相アーム、124,128 V相アーム、125,129 W相アーム、130,135 モータジェネレータ、140 動力伝達ギヤ、150 駆動輪、160 エンジン、170 電圧センサ、175 電流センサ、300 ECU、400 エネルギ管理装置、410 制御部、450,450A,450B 電力ケーブル、500 電気機器、C1,C2 コンデンサ、D1〜D8,D13〜D18 ダイオード、L1 リアクトル、NL1,PL1,PL2 電力線、Q1〜Q8,Q13〜Q18 スイッチング素子、RY1,RY10,RY10A,RY10B リレー。

Claims (5)

  1. 外部の電気機器に電力を供給することが可能な電力供給システムであって、
    前記電気機器へ供給する電力を制御する制御装置を備え、
    前記電力供給システムは、蓄電装置および内燃機関を含み前記電気機器への電力供給の際に前記内燃機関を駆動して発電する第1のモードおよび前記内燃機関を非駆動とする第2のモードのいずれかを選択可能な複数の車両を接続可能であり、
    前記制御装置は、接続された複数の車両から前記電気機器に電力を供給する際に、当該複数の車両のうちの少なくとも1つの車両については、前記第2のモードが選択されるように制御し、
    前記制御装置は、前記複数の車両の中でより多くの電力が蓄えられた車両の前記蓄電装置の充電状態が予め定められたしきい値を下回ったことに応答して、残余の車両のうちの少なくとも1つを前記第1のモードへ切換える、電力供給システム。
  2. 前記制御装置は、前記複数の車両の中で前記蓄電装置の充電状態が下限を表わす基準値を下回った車両を前記第1のモードへ切換えるとともに、前記第1のモードで動作している他の車両の中で前記蓄電装置の充電状態が前記しきい値を上回っている車両を前記第1のモードから前記第2のモードへ切換える、請求項1に記載の電力供給システム。
  3. 前記制御装置は、前記複数の車両の中で前記蓄電装置の充電状態が下限を表わす基準値を下回った車両を前記第1のモードへ切換えるとともに、残余の各車両が前記第1のモードで動作しておりかつ前記各車両の前記蓄電装置の充電状態が前記しきい値を下回っている場合は、前記複数の車両のすべてを前記第1のモードで運転する、請求項1に記載の電力供給システム。
  4. 内燃機関および蓄電装置を搭載する複数の車両から車両外部の電気機器に供給する電力を管理する管理装置であって、
    前記複数の車両からの電力供給を制御する制御装置を備え、
    前記複数の車両の各々は、前記電気機器に電力を供給する際に、前記内燃機関を駆動して発電する第1のモード、および前記内燃機関を非駆動とする第2のモードのいずれかを選択可能であり、
    前記制御装置は、前記電気機器に電力を供給する際に、前記複数の車両のうちの少なくとも1つの車両については、前記第2のモードが選択されるように制御し、
    前記制御装置は、前記複数の車両の中でより多くの電力が蓄えられた車両の前記蓄電装置の充電状態が予め定められたしきい値を下回ったことに応答して、残余の車両のうちの少なくとも1つを前記第1のモードへ切換える、管理装置。
  5. 外部の電気機器に電力を供給することが可能な車両であって、
    内燃機関と、
    前記内燃機関の駆動力を用いて発電を行なうことが可能な回転電機と、
    蓄電装置と、
    前記電気機器への電力供給を制御する制御装置とを備え、
    前記車両は、前記電気機器への電力供給の際に、前記内燃機関を駆動して発電する第1のモード、および前記内燃機関を非駆動とする第2のモードのいずれかを選択可能であり、
    前記制御装置は、前記電気機器に対して、他の車両からも電力が供給される場合には、前記車両と前記他の車両とを含めた複数の車両のうちの少なくとも1つの車両については、前記第2のモードが選択されるように制御し、
    前記制御装置は、前記複数の車両の中でより多くの電力が蓄えられた車両の前記蓄電装置の充電状態が予め定められたしきい値を下回ったことに応答して、残余の車両のうちの少なくとも1つを前記第1のモードへ切換える、車両。
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