JPWO2013175772A1 - 車載用電源装置及び太陽光発電装置 - Google Patents

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Abstract

車両に搭載されている蓄電池に蓄積した直流の電気エネルギを、車両外部に出力する際に、車載用電源装置の大きな変更を伴わずに、安全性を確保するとともに、高電圧に伴う法規で要求される基準を満たす車載用電源装置及び太陽光発電装置を提供する。この車載用電源装置において、車両側制御部(107)は、DC/DCコンバータ(111)から出力される第2の直流電圧が直流電圧出力口(103)へ出力されるように切替部(112)を制御した際に、第2の直流電圧が蓄電池(106)の定格電圧値より小さい所定の電圧値以下となるように、DC/DCコンバータ(111)を制御する。

Description

本発明は、車両に搭載された蓄電池の電力を充放電させる車載用電源装置、及び、家屋に備えた太陽光発電装置に関する。
近年、EV(Electric Vehicle)、PHEV(Plug―in Hybrid Electric Vehicle)、またはHEV(Hybrid Electric Vehicle)等、車両に搭載されている蓄電池を用いて走行する電気自動車が普及しつつある。これら電気自動車に搭載されている蓄電池を、車両の外部にある電源から充電するとともに、この蓄電池に蓄積した電気エネルギを車両の外部で用いる車載用電源装置がある。
従来の車載用電源装置としては、車両に搭載されている蓄電池に蓄積した直流の電気エネルギを直接、車両の外部に出力するものがある。車載用電源装置が出力した直流の電気エネルギは、車両外部にある定置型発電装置にて交流の電気エネルギに変換され、家屋等に供給される(例えば、特許文献1)。
また、車両に搭載されている蓄電池に蓄積した直流の電気エネルギを、DC/DCコンバータにて蓄電池の電力に応じた電圧の異なる直流の電気エネルギに変換して、車両の外部に出力する車載用電源装置もある。車載用電源装置が出力した直流の電気エネルギは、別の車両に搭載されている蓄電池の充電に用いられる(例えば、特許文献2)。
DC/DCコンバータは、空調機器等の低電圧で動作する機器を駆動するために、所定の低い直流電圧を供給することも可能である。
特開2004−48895号公報 特開2010−252547号公報
しかしながら、特許文献1に開示の車載用電源装置は、車両に搭載されている蓄電池に蓄積した直流の電気エネルギを直接、車両の外部に出力するものである。電気自動車に搭載されている蓄電池の多くは150V以上の高電圧である。このため、蓄電池に蓄積した直流の電気エネルギを直接、車両の外部に出力すると、車両の外部のケーブルの絶縁性の確保、ケーブルの隠蔽など、車両の外部にて高電圧に伴う安全対策を必要とする。
特許文献1にて、定置型発電装置の機能を車両に搭載することで、家屋等に供給される程度の交流の電気エネルギを車両から直接出力し、高電圧に伴う安全対策を不要とすることも考えられる。しかし、電気自動車へ装置を追加することとなり、軽量化が求められる電気自動車にとって好ましくない。
特許文献2に開示の車載用電源装置でも、DC/DCコンバータにて電圧変換を行うものの、蓄電池の電力に応じた電圧に変換するため、車両の外部に出力する電圧は高電圧になる場合がある。そのため、特許文献2の車載用電源装置でも、特許文献1と同様に、車両の外部にて高電圧に伴う安全対策を必要とする。高電圧に伴う安全対策とは、安全性確保のための漏電対策、高電圧に伴う法規で要求される車両への漏電検知回路、遮断回路の搭載などの対応である。
本発明の目的は、車両に搭載されている蓄電池に蓄積した直流の電気エネルギを、車両外部に出力する際に、車載用電源装置の大きな変更を伴わずに、安全性を確保するとともに、高電圧に伴う法規で要求される基準を満たす車載用電源装置及び太陽光発電装置を提供することである。
本発明の車載用電源装置は、車両に搭載した蓄電池と、前記蓄電池が出力した第1の直流電圧を電圧変換して、第2の直流電圧として出力するDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータが出力した前記第2の直流電圧により充電可能で、かつ、前記車両に搭載されている電装品に電力を供給する補機バッテリと、前記DC/DCコンバータが出力した前記第2の直流電圧を前記車両の外部へ出力する直流電圧出力口と、前記DC/DCコンバータが出力した前記第2の直流電圧を、前記電装品および前記補機バッテリと、前記直流電圧出力口とのいずれか一方へ出力する切替部と、前記DC/DCコンバータおよび前記切替部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第2の直流電圧が前記直流電圧出力口へ出力されるように前記切替部を制御した際に、前記第2の直流電圧が前記蓄電池の定格電圧値より小さい所定の電圧値以下となるように前記DC/DCコンバータを制御するものである。
本発明の太陽光発電装置は、家屋に備えた太陽光発電装置であって、前記家屋の外部から直流電圧を入力する直流電圧入力口と、太陽光を電気エネルギに変換して電圧として出力する太陽光発電部と、前記直流電圧入力口から入力した直流電圧、および、前記太陽光発電部が出力した電圧を交流電圧に変換して出力するインバータと、逆流防止部と、を備え、前記逆流防止部は、前記直流電圧入力口から入力した直流電圧と前記太陽光発電部が出力した電圧との電気的接合点と、前記直流電圧入力口と、の間に備え、前記電気的接合点から前記直流電圧入力口へ向かう方向に電流が流れるのを防止するものである。
本発明によれば、通常、車両に搭載されている補機バッテリを充電するためのDC/DCコンバータを、切替部で切替えて用いることで、車載用電源装置の大きな変更を伴わずに直流電圧を車両外部に出力するとともに、蓄電池の定格電圧値より小さい所定の電圧値以下となるようにDC/DCコンバータを制御することで、安全性を確保し、高電圧に伴う法規で要求される基準を満たすことができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態1に係る車載用電源装置および太陽光発電装置の構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態1に係る車載用電源装置が行う動作例を示すフロー図 本発明の実施の形態2に係る車載用電源装置および太陽光発電装置の構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態2に係る車載用電源装置が行う動作例を示すフロー図 本発明の実施の形態3に係る車載用電源装置および太陽光発電装置の構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態4に係る車載用電源装置および太陽光発電装置の構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態5に係る給電装置の構成例を示すブロック図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1における各構成について、図1、および、図2を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る車載用電源装置および太陽光発電装置の構成例を示すブロック図である。図1には、車載用電源装置および太陽光発電装置以外に、メータ3および商用電源4も示している。図2は、本発明の実施の形態に係る車載用電源装置が行う動作例を示すフロー図である。
車載用電源装置10は車両1に搭載されるものである。車両1は電気自動車である。電気自動車は、車両に搭載されている蓄電池に蓄積した電気エネルギにより走行可能なEV(Electric Vehicle)、PHEV(Plug−in Hybrid Electric Vehicle)、または、HEV(Hybrid Electric Vehicle)等の車両である。
太陽光発電装置20は、家屋2に備えるものである。太陽光発電装置20は、太陽光発電パネル201a、201bにより発電した電気エネルギを家屋2に備えた電気機器205に供給する機能を備える。
また、太陽光発電装置20は、太陽光発電パネル201a、201bにより発電した電気エネルギだけでなく、商用電源4から供給される電気エネルギ、および、車載用電源装置10が出力した電気エネルギの少なくとも1つを、家屋2に備えた電気機器205に供給する機能を備える。ここで「家屋」とは、一般的な住居に限らず、電気機器を利用する建築物全般を表し、戸建て、マンションなど居住可能な家屋、工場、ビル、コンビニエンスストア、ショッピングセンターなどの商用施設をも含む概念である。以下、各部を詳細に説明する。
(車載用電源装置の構成)
車載用電源装置10は、急速充電口101、家庭用充電口102、直流電圧出力口103、リレー104a、リレー104b、メインリレー105a、メインリレー105b、車両側制御部107、AC/DCコンバータ108、インバータ109、DC/DCコンバータ111、切替部112、および、車両情報取得部116を備える。
車載用電源装置10は、蓄電池106の充電または放電、電動機110への電気エネルギの供給、補機バッテリ113の充電または放電、電装品115への電気エネルギの供給を行う。
(急速充電方式)
急速充電口101は、高電圧(例えばDC300V)で充電する方式(以下「急速充電方式」)で蓄電池106を充電するための充電口である。急速充電口101は、図示しない急速充電設備と急速充電コネクタにて接続する。接続した急速充電コネクタから供給された直流の電気エネルギは、リレー104aおよびリレー104bを介して蓄電池106に供給される。リレー104aは、急速充電口101から蓄電池106へ至る電気的経路のうち、電源側の経路上にあり、この経路を電気的に通電もしくは遮断するものである。また、リレー104bは、急速充電口101から蓄電池106へ至る電気的経路のうち、グランド側の経路上にあり、この経路を電気的に通電もしくは遮断するものである。リレー104aおよびリレー104bは、車両側制御部107により制御される。急速充電方式にて、蓄電池106の充電を行う場合はリレー104aおよびリレー104bを通電状態とし、充電を行わない場合は遮断状態とする。
リレー104aと蓄電池106との電気的経路のうち電源側の経路にはメインリレー105aが、グランド側の経路にはメインリレー105bがそれぞれ備えられる。メインリレー105aおよびメインリレー105bは、電気的経路をそれぞれ電気的に通電もしくは遮断するものであり、車両側制御部107により制御される。
メインリレー105aは蓄電池106のプラス側電極に、メインリレー105bは蓄電池106のマイナス側電極にそれぞれ電気的に接続される。車両側制御部107は、メインリレー105aおよびメインリレー105bを、蓄電池106の充電もしくは放電を行う場合に通電状態とし、それ以外は遮断状態に制御する。
(家庭用充電方式)
家庭用充電口102は、家庭用のコンセントから供給される家庭用の電源(例えばAC100V、もしくは、AC200V)を用いて充電する方式(以下「家庭用充電方式」)で蓄電池106を充電するための充電口である。家庭用充電口102は、図示しない家庭用充電設備と、家庭用充電コネクタにて接続される。接続した家庭用充電コネクタから供給された交流の電気エネルギは、家庭用充電口102を介してAC/DCコンバータ108に入力される。AC/DCコンバータ108は、家庭用充電口102からの交流の電気エネルギを、直流の電気エネルギに変換して出力する。AC/DCコンバータ108は、車両側制御部107により制御される。
図1において、AC/DCコンバータ108の出力端子A1から出力される電源側の出力に接続された電気的経路を充電用電源ライン1081aと呼ぶ。また、AC/DCコンバータ108の出力端子A2から出力されるグランド側の出力に接続された電気的経路を充電用グランドライン1081bと呼ぶ。充電用電源ライン1081aが高電圧であるため、充電用グランドライン1081bは、後述するボディグランド114とは絶縁されている。
充電用電源ライン1081aは、メインリレー105aを介して蓄電池106のプラス側電極と、充電用グランドライン1081bは、メインリレー105bを介して蓄電池106のマイナス側電極とそれぞれ電気的に接続される。家庭用充電方式で蓄電池106を充電する場合は、メインリレー105aおよびメインリレー105bを通電状態とし、AC/DCコンバータ108が出力した直流電圧(例えば300V)にて充電を行う。
(電動機への電力供給)
蓄電池106は、例えば、定格電圧が高圧(例えば、定格電圧300V程度)の蓄電池はニッケル水素蓄電池、または、リチウムイオン蓄電池である。車両1は、蓄電池106に蓄積した電気エネルギにより走行可能な車両である。車両1が走行を行う場合は、車両側制御部107は、メインリレー105aおよびメインリレー105bを通電状態とし、蓄電池106に蓄積した電気エネルギをインバータ109へ伝達させる。
インバータ109の電源側入力端子(I1)は、充電用電源ライン1081aに接続されている。また、インバータ109のグランド側入力端子(I2)は充電用グランドライン1081bに接続されている。インバータ109は、車両側制御部107からの制御に基づいて、蓄電池106の出力を交流の電気エネルギ(例えば、PWM信号)に変換して出力端子(I3)から出力し、電動機110へ電力供給をする。電動機110は、車両1を走行させるための駆動力を発生させるモータであり、インバータ109が出力する交流の電気エネルギにて動作する。
(電装品への電力供給)
蓄電池106に蓄積した電気エネルギは、補機バッテリ113の充電にも用いられる。補機バッテリ113は、例えば、蓄電池106よりも定格電圧が低い(例えば、定格電圧12V程度)鉛蓄電池である。
補機バッテリ113の充電を行う場合は、車両側制御部107は、メインリレー105aおよびメインリレー105bを通電状態とし、蓄電池106に蓄積した電気エネルギをDC/DCコンバータ111へ伝達させる。
DC/DCコンバータ111の電源側入力端子(D1)は充電用電源ライン1081aに接続されている。また、DC/DCコンバータ111のグランド側入力端子(D2)は充電用グランドライン1081bに接続されている。
DC/DCコンバータ111は、車両側制御部107からの制御に基づいて、蓄電池106の出力(第1の直流電圧に相当)を、電圧変換して出力端子(D3およびD4)から出力(第2の直流電圧に相当)する。蓄電池106の定格電圧よりも補機バッテリ113の定格電圧が低いため、車両側制御部107は、補機バッテリ113の定格電圧に合わせた電圧が出力されるようにDC/DCコンバータ111を降圧動作させる。
補機バッテリ113は、切替部112を介してDC/DCコンバータ111の出力端子と電気的に接続されおり、DC/DCコンバータ111が出力した直流電圧により充電を受けることができる。
DC/DCコンバータ111の電源側出力端子(D3)は、補機バッテリ113のプラス側電極に電気的に接続さる。また、DC/DCコンバータ111のマイナス側出力端子(D4)は、ボディグランド114に電気的に接続される。補機バッテリ113のマイナス側電極もボディグランド114に電気的に接続される。
また、補機バッテリ113に蓄積した電気エネルギは、車両1に搭載されている電装品115への電力供給に用いられる。電装品115とは、例えば、車両1に搭載したナビゲーション装置、オーディオ装置、エアコンディショナなどの低電圧(12V程度)で動作可能な電気機器である。DC/DCコンバータ111が出力した直流電圧は、補機バッテリ113への充電だけでなく、直接、電装品115への電力供給に用いることもできる。
(直流電圧出力)
車載用電源装置10は、DC/DCコンバータ111が出力した直流の電気エネルギ(第2の直流電圧)を、切替部112を介して、直流電圧出力口103へ出力することも可能である。車両1の外部から、直流電圧出力口103を介して電気エネルギを取り出すことができる。
切替部112は3つの端子(S1、S2、および、S3)を有する。端子S1はDC/DCコンバータ111の電源側出力端子(D3)と接続され、端子S2は補機バッテリ113のプラス側電極、および電装品115の電源端子に電気的に接続され、端子S3は直流電圧出力口103が備える出力用の電極と電気的に接続される。
端子S3と直流電圧出力口103が備える電源側電極との間の電気的経路が、図1の外部接続用電源ライン1121aである。また、直流電圧出力口103が備えるグランド側電極はボディグランド114と電気的に接続され、この電気的経路が図1の外部接続用グランドライン1121bである。
切替部112は、少なくとも、S1とS2とを接続した状態、もしくは、S1とS3とを接続した状態に切替え可能なスイッチである。切替部112の切替えは、車両側制御部107により制御される。
切替部112は、車両側制御部107の制御により、第2の直流電圧を、電装品115および補機バッテリ113と、直流電圧出力口103とのいずれか一方へ出力する。S1とS2とを接続した状態が第2の直流電圧を電装品115および補機バッテリ113へ出力する状態であり、S1とS3とを接続した状態が、第2の直流電圧を直流電圧出力口103へ出力する状態である。
車両側制御部107は、第2の直流電圧が直流電圧出力口103へ出力されるように切替部112を制御した際に、第2の直流電圧が蓄電池106の定格電圧値より小さい所定の電圧値以下となるようにDC/DCコンバータ111を制御する。さらに、車両側制御部107は、第2の直流電圧が直流電圧出力口103へ出力するように切替部112を制御した際に、第2の直流電圧が補機バッテリ113の定格電圧値より大きい所定の電圧値以上となるようにDC/DCコンバータ111を制御することも可能である。
車両情報取得部116は、例えば、車両1の速度を検出する車速センサである。第2の直流電圧が直流電圧出力口103へ出力されるのは、車両1が停車しているときである。車両側制御部107は、例えば、車両情報取得部116が取得した車両1の速度が所定の値(以下、所定速度S)以下である場合には、車両1が停車していると判断する。
なお、切替部112は、機械的スイッチだけでなく、半導体を用いたスイッチで構成することも可能である。
(太陽光発電装置の構成)
次に、家屋2に備える太陽光発電装置20について説明する。太陽光発電装置20は、太陽光発電パネル201a、201b、接続箱202、インバータ203、宅側制御部208、および、固定コネクタ209(直流電圧入力口に相当)で構成される。
太陽光発電パネル201a、201bは、複数の太陽光発電モジュールを組み合わせたもので、太陽光を電気エネルギに変換して電圧(第3の直流電圧)として出力する。太陽光発電パネル201a、201bの出力端子は、接続箱202に電気的に接続される。
固定コネクタ209は、家屋2の外部から直流電圧(第4の直流電圧)を入力する直流電圧入力口であり、家屋2の外部にてケーブル側コネクタ210と接続する。ケーブル側コネクタ210は、ケーブル211を介してプラグ212と電気的に接続されている。ケーブル側コネクタ210を固定コネクタ209と接続し、かつ、プラグ212を直流電圧出力口103と接続することで、車載用電源装置10から太陽光発電装置20へ電力供給が可能となる。
すなわち、直流電圧出力口103は、電気エネルギにより走行可能な車両1に搭載した蓄電池106と電気的に接続する。固定コネクタ209を介して入力された第4の直流電圧は、接続箱202に入力される。
接続箱202は、第3の直流電圧と第4の直流電圧とを入力とし、これらを集線して出力する。接続箱202の出力端子は、インバータ203の入力端子(I4)と接続する。インバータ203は、接続箱202から出力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する。
接続箱202は、ダイオード2022a、2022b、2022c(逆流防止部に相当)、および、コンバータ215a、215bで構成される。
太陽光発電パネル201aの出力端子から出力された電圧(第3の直流電圧)は、コンバータ215aで電圧変換されて、ダイオード2022aを介して電気的接合点2024へ伝達される。ダイオード2022aのアノード端子はコンバータ215aの出力端子と電気的に接続し、ダイオード2022aのカソード端子は電気的接合点2024と電気的に接続する。
また、太陽光発電パネル201bの出力端子から出力された電圧(第3の直流電圧)は、コンバータ215bで電圧変換されて、ダイオード2022bを介して電気的接合点2024へ伝達される。ダイオード2022bのアノード端子はコンバータ215bの出力端子と電気的に接続し、ダイオード2022bのカソード端子は電気的接合点2024と電気的に接続する。
すなわち、ダイオード2022aは、電気的接合点2024と、コンバータ215aとの間に備えられ、電気的接合点2024からコンバータ215aへ向かう方向に電流が流れるのを防止する逆流防止の機能をなすものである。ダイオード2022bについても同様である。
太陽光発電パネル201a、201bの発電量は日射等の条件により変化する。このため、第3の直流電圧は、短時間でみれば電圧値は直流であるが、長時間で見れば電圧値は変化する。インバータ203は、入力電圧が所定の電圧より低いと交流電圧を出力できなくなる。太陽光発電パネル201a、201bの発電量が少ない場合は、太陽光発電パネル201a、201bの出力電圧が低下する。そのため、コンバータ215a、コンバータ215bが、所定の電圧まで昇圧することで、インバータ203の交流電圧出力を可能とする。
固定コネクタ209を介して入力された第4の直流電圧は、ダイオード2022cを経由して、電気的接合点2024へ伝達される。ダイオード2022cのアノード端子は固定コネクタ209と電気的に接続し、ダイオード2022cのカソード端子は電気的接合点2024と電気的に接続する。
電気的接合点2024は、直流電圧出力口103から入力した第4の直流電圧の経路と、太陽光発電パネル201a、201bが出力した電圧の経路との接合点である。すなわち、ダイオード2022cは、電気的接合点2024と、直流電圧出力口103との間に備えられ、電気的接合点2024から直流電圧出力口103へ向かう方向に電流が流れるのを防止する逆流防止の機能をなすものである。
インバータ203は、接続箱202が出力した直流電圧を交流電圧に変換して出力端子(I5)から出力する。インバータ203は宅側制御部208により制御される。
インバータ203が出力する交流電圧は、分電盤204を経由して家屋2にある電気機器205に電気エネルギとして供給される。さらに、分電盤204には、メータ3を介して接続された交流の商用電源4も接続され、電気機器205は、この商用電源4からも電気エネルギの供給を受けることができる。インバータ203が出力する交流電圧は、矢印Lに示すように分電盤204を経由し、メータ3を介して商用電源4へ出力することも可能である。このときメータ3は、家屋2から商用電源4へ出力した電力量を記憶する。
<車載用電源装置の動作>
本発明の実施の形態1に係る車載用電源装置10の動作について、図2を用いて説明する。図2は、実施の形態1に係る車載用電源装置の車両側制御部107が直流電圧の出力する処理(直流電圧出力処理)を行う際の動作例を示すフロー図である。
直流電圧出力処理を開始すると、まず、車両側制御部107は、車両情報取得部116が検出した車両1の車速が、所定速度S以下であるか否かを判定する(ST101)。所定速度Sは、車両1が停車しているとみなせる程度の小さい値とする。ST101がYESの場合、車両1が停車しているとみなせる。
ST101がYESであるとき、車両側制御部107は、直流電圧出力口103にプラグ212が挿入されているか否かを判断し(ST102)、挿入されていれば(ST102でYES)、メインリレー105a、105bを通電状態とする(ST103)。
ST103に続いて、車両側制御部107は、蓄電池106の定格電圧値より小さい所定の電圧値以下となるようDC/DCコンバータ111を制御し、電圧出力を開始する(ST104)。
ST104に続いて、車両側制御部107は、DC/DCコンバータ111の出力(第2の直流電圧)が直流電圧出力口103の側となるように切替部112を切り替える(ST105)。ST105の処理により、直流電圧出力口103から直流電圧が出力される。
以上の処理により、図1の矢印Lに示すように、蓄電池106に蓄積された電気エネルギが家屋2へ送電される。
ST105に続いて、車両側制御部107は、車両1の車速が、所定速度S以下であるか否か(ST106)、および、直流電圧出力口103からプラグ212が抜かれたか否か(ST107)を判定する。
車両1の車速が所定速度S以下である場合(ST106でYES)、かつ、直流電圧出力口103からプラグ212が抜かれていない場合(ST107でNO)は、車両側制御部107は、ST105の状態を維持し、継続して直流電圧出力口103から直流電圧を出力する。
車両1の車速が所定速度Sより大きくなった場合(ST106でNO)、または、直流電圧出力口103からプラグ212が抜かれた場合(ST107でYES)は、車両側制御部107は、切替部112を補機バッテリ113の側へ切り替え(ST108)、DC/DCコンバータ111の電圧出力を停止し(ST109)、メインリレー105a、105bを遮断状態とし(ST110)、処理を終了する。
車両側制御部107がST108、ST109、ST110を実行することで、直流電圧出力口103からの直流電圧出力を停止させる。
車両1が停車していない場合(ST101がNO)、および、プラグ212が挿入されていない場合(ST102がNO)、車両側制御部107は処理を終了する。直流電圧出力を行う必要がないからである。
なお、ST103、ST104、ST105の順は入れ替えることが可能である。また、ST108、ST109、ST110の順は入れ替えることが可能である。
なお、車両側制御部107は、ST104において、蓄電池106の定格電圧値より小さい所定の電圧値以下で、かつ、補機バッテリ113の定格電圧値より大きい所定の電圧値以上となるようにDC/DCコンバータ111を制御することも可能である。
<本実施の形態の効果>
本実施の形態によれば、通常車両に搭載されている補機バッテリ113を充電するためのDC/DCコンバータ111を、切替部112で切替えて用いることで、車載用電源装置10の大きな変更を伴わずに、直流電圧を車両外部に出力することができる。
さらに、蓄電池106の定格電圧値より小さい所定の電圧値以下となるようにDC/DCコンバータ111を制御することで、安全性を確保し、高電圧に伴う法規で要求される基準を満たすことができるという効果を奏する。
ここで、高電圧に伴う法規とは、例えば、電気設備技術基準の規定である。この基準によると、容易に触れる可能性がある場合、対地電圧を150V以下に抑えることが規定されている。150Vを超える場合は、電路を、人が容易に触れない高さに敷設することや、過電流遮断器や漏電遮断器で保護するなどの安全を強化する対応が求められる。DC/DCコンバータ111の出力電圧を、150V以下となる電圧値(例えば、100V程度)とすれば、法規で要求される基準を満たすことが可能となる。
また、DC/DCコンバータ111の出力を補機バッテリ113の定格電圧値より大きい所定の電圧値以上となるようにすることで、以下の効果を奏する。
同一の電力をケーブルで送電する場合、電圧値を高くするほど電流値を下げることができるので、ケーブルの心線を細くすることが可能となる。DC/DCコンバータ111の出力を補機バッテリ113の定格電圧値より大きい所定の電圧値以上となるようにすることで、直流電圧出力口103に接続するケーブル211の心線を細くし、ケーブル211の軽量化、低コスト化が可能となる。
また、本実施の形態によれば、固定コネクタ209から入力した直流電圧と太陽光発電パネル201a、201bが出力した直流電圧との電気的接合点2024と、固定コネクタ209との間に逆流防止部を備えることで、太陽光発電パネル201a、201bが出力する直流電圧が固定コネクタ209へ伝達するのを防止し、安全性を確保できるという効果を奏する。
<実施の形態1の変形例>
なお、図2のST101、および、ST106にて、「車両1の車速が所定速度S以下であるか否かを判定する」と記載したが、「所定速度S以下である」との条件に替えて「車両1が発車準備をした場合」とすることも可能である。ここで「発車準備」とは、キーが挿入された、キーが回されアクセサリの電源がオンされたなど、車両1を走行させるための前段階の操作をいう。発車準備をしたか否かは、車両情報取得部116が検出し、車両側制御部107へ検出結果を出力することにより行われる。上記のように処理する理由は、「発車準備」がされると車両1が走行を開始する可能性が高く、直流電圧出力口103から直流電圧を出力するのが適切でないからである。
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2における車載用電源装置および太陽光発電装置について図面を参照しながら説明する。図3は、本発明の実施の形態2に係る車載用電源装置および太陽光発電装置の構成例を示すブロック図である。なお、実施の形態1と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略し、相違点について詳述する。
図3において、実施の形態1と相違する点は、車載用電源装置10が車両1の外部と通信を行う車両側通信部118を備え、太陽光発電装置20が家屋2の外部と通信を行う宅側通信部214を備える点である。車両側通信部118は車両側制御部107により制御され、宅側通信部214は宅側制御部208により制御される。
車両側通信部118と宅側通信部214とは、ケーブル側コネクタ210、ケーブル211、およびプラグ212を介して電力線通信にて通信を行う。
<車載用電源装置の動作>
本発明の実施の形態2に係る車載用電源装置10の動作について、図4を用いて説明する。図4は、実施の形態2に係る車載用電源装置の車両側制御部107が直流電圧を出力する処理(直流電圧出力処理)を行う際の動作例を示すフロー図である。図4において、実施の形態1で説明した図2と相違する点は、ST107の処理に替えて、ST201、ST202、および、ST203の処理を行う点である。以下、図2との差分について説明する。
車両側制御部107は、車両側通信部118を介して宅側通信部214から出力電圧値Voを受信する(ST201)。出力電圧値Voは、DC/DCコンバータ111の出力電圧(第2の直流電圧)の値を車両1の外部から設定するためのパラメータである。
ST201の次に、車両側制御部107は、出力電圧値Voが、蓄電池106の定格電圧値より小さい所定の電圧値以下であるか判定する(ST202)。車両側制御部107は、出力電圧値Voが蓄電池106の定格電圧値より小さい所定の電圧値以下である場合(ST202でYES)、DC/DCコンバータ111の出力電圧がVoとなるよう制御し、電圧出力を開始する(ST203)。ここで、蓄電池106の定格電圧値より小さい所定の電圧値とは、例えば、150V以下となる電圧値(例えば、100V程度)である。
ST202がNOである場合は、車両側制御部107は、DC/DCコンバータ111の出力を行うことなく処理を終了させる。蓄電池106の定格電圧値よりも高い電圧値で出力することは安全性確保の点で問題が起こるからである。
なお、ST103、ST201〜ST203、および、ST105の順は入れ替えることが可能である。
<太陽光発電装置の動作>
宅側制御部208は、宅側通信部214を介して、家屋2の外部から固定コネクタ209を介して入力すべき電圧値を車両側通信部118へ送信する。
ここで、固定コネクタ209を介して入力すべき電圧値とは、例えば、インバータ203の交流電圧出力が可能となる程度の電圧値である。この電圧値は、実施の形態1に記載したようにコンバータ215a、コンバータ215bの出力電圧に略一致する。このようにすることで、電気的接合点2024における電圧値を略一致させて、インバータ203へ出力することが可能となる。
<本実施の形態の効果>
本実施の形態によれば、実施の形態1に記載した効果に加えて、太陽光発電装置20の側から、家屋2で必要となる電圧値を設定できるという効果を奏する。例えば、上記のようにインバータ203の交流電圧出力が可能となる電圧値を太陽光発電装置20から、車載用電源装置10へ設定することができる。
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3における車載用電源装置および太陽光発電装置について図面を参照しながら説明する。図5は、本発明の実施の形態3に係る車載用電源装置および太陽光発電装置の構成例を示すブロック図である。なお、実施の形態1〜2と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略し、相違点について詳述する。
図5において、実施の形態1と相違する点は、DC/DCコンバータ111が、単方向ではなく双方向に電圧変換が可能な双方向DC/DCコンバータ117に置換されている点、太陽光発電装置20が、双方向DC/DCコンバータ206、家庭用蓄電池207、および、バイパスリレー216を備える点である。
双方向DC/DCコンバータ206の入出力端子(D5)は電気的接合点2024と接続され、入出力端子(D6)は家庭用蓄電池207のプラス側電極に接続される。双方向DC/DCコンバータ206は、入出力端子(D5)の電圧を電圧変換し、入出力端子(D6)から第5の直流電圧として出力する。
家庭用蓄電池207は、第5の直流電圧により充電可能な蓄電池であり、例えば、定格電圧が100V程度のニッケル水素蓄電池、または、リチウムイオン蓄電池である。家庭用蓄電池207のマイナス側電極はグランドに接続される。太陽光発電パネル201a、201bが発電した電気エネルギ、および、固定コネクタ209を介して車載用電源装置10から入力した電気エネルギを、家庭用蓄電池207にて蓄積することが可能となる。
また、双方向DC/DCコンバータ206は、入出力端子(D6)に入力された家庭用蓄電池207の電圧を電圧変換して入出力端子(D5)から出力することも可能である。入出力端子(D5)から出力された電気エネルギはインバータ203で交流電圧に変換される。また、入出力端子(D5)から出力された電気エネルギは、バイパスリレー216を介して固定コネクタ209へ出力することができる。
バイパスリレー216は、ダイオード2022cのアノード側とカソード側とを電気的に通電、および、遮断をする位置に挿入され、宅側制御部208により制御される。バイパスリレー216を通電状態とすると、電気的接合点2024と固定コネクタ209との間が電気的に接続される。双方向DC/DCコンバータ206、インバータ203、およびバイパスリレー216の制御は、宅側制御部208が行う。
固定コネクタ209から出力された電気エネルギは、矢印Nに示すようにケーブル側コネクタ210、ケーブル211、プラグ212、直流電圧出力口103、外部接続用電源ライン1121a、および、切替部112を介して双方向DC/DCコンバータ117へ伝達される。
双方向DC/DCコンバータ117は、直流電圧出力口103から入力された直流電圧を電圧変換して出力することができる。双方向DC/DCコンバータ117の出力端子は蓄電池106と接続されており、矢印Nに示すように蓄電池106を充電することが可能である。車両側制御部107と宅側制御部208とは、車両側通信部118および宅側通信部214を介して互いに通信を行う。
<本実施の形態の効果>
本実施の形態によれば、実施の形態1〜2に記載した効果に加えて以下の効果を奏する。家庭用蓄電池207を備えることで、太陽光発電パネルで発電した電気エネルギの蓄積が可能となる。また、バイパスリレー216および双方向DC/DCコンバータ117を備えることで、太陽光発電装置20から車載用電源装置10が搭載する蓄電池106を充電することができる。
(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4における車載用電源装置および太陽光発電装置について図面を参照しながら説明する。図6は、本発明の実施の形態4に係る車載用電源装置および太陽光発電装置の構成例を示すブロック図である。なお、実施の形態1〜3と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略し、相違点について詳述する。
図6において、実施の形態1と相違する点は、ダイオード2022a、2022b、2022cに替えて、リレー2023a、2023b、2023cを備える点、および、固定コネクタ209から入力された電圧値を測定する電圧測定部217を備える点である。リレー2023a、2023b、2023cは逆流防止部に相当する。
リレー2023a、2023b、2023cは、電気エネルギの通電、および、遮断が可能なリレーであり、宅側制御部208により制御される。
宅側制御部208は、電圧測定部217が測定した電圧値が所定の電圧値以下であるとき、リレー2023cを遮断状態とする。所定の電圧値は、家屋2の外部からの電圧供給の有無を判定できる程度の小さい値に設定する。宅側制御部208は、リレー2023cを遮断状態としている場合は、太陽光発電パネル201a、201bの出力がインバータ203へ伝達されるように、リレー2023a、およびリレー2023bを通電状態とする。
宅側制御部208は、電圧測定部217が測定した電圧値が所定の電圧値より大きいときは、リレー2023cを通電状態とするとともに、リレー2023a、および、リレー2023bを遮断状態とする。これにより、固定コネクタ209から入力された電気エネルギがインバータ203へ伝達される。
<実施の形態4の変形例>
電圧測定部217が測定した電圧値が所定の電圧値より大きいときは、リレー2023a、および、リレー2023bを遮断状態とすると記載したが、宅側制御部208は、宅側通信部214を介してDC/DCコンバータ111の出力電圧値をコンバータ215a、および、215bの出力電圧値と略一致させるように設定することで、リレー2023a、2023b、および、2023cのすべてを通電状態としてもよい。電気的接合点2024における電圧値が略一致するため逆流のおそれが発生しないからである。
<本実施の形態の効果>
本実施の形態によれば、固定コネクタ209に家屋2の外部から電圧が供給されていないときにはリレー2023cを遮断状態とすることで、太陽光発電パネル201a、201bが出力する直流電圧が固定コネクタ209へ伝達するのを防止し、安全性を確保できるという効果を奏する。
(実施の形態5)
以下、本発明の実施の形態5における給電装置について図面を参照しながら説明する。図7は、本発明の実施の形態5に係る給電装置の構成例を示すブロック図である。なお、実施の形態1から4と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略し、相違点について詳述する。
給電装置5は、例えば、図1の車両1に電源供給を行う給電装置であり、給電装置制御部501、AC/DCコンバータ502、固定コネクタ503、ケーブル側コネクタ504、ケーブル505、プラグ506、DC/DCコンバータ507、固定コネクタ508、ケーブル側コネクタ509、ケーブル510、および、プラグ511を備える。
給電装置制御部501は、AC/DCコンバータ502およびDC/DCコンバータ507を制御する。
AC/DCコンバータ502は、商用電源4が出力する交流の電気エネルギを、直流の電気エネルギに変換して出力する。AC/DCコンバータ502が出力した直流の電気エネルギは、固定コネクタ503から出力される(矢印N)。固定コネクタ503にはケーブル側コネクタ504が接続される。ケーブル側コネクタ504にはケーブル505を介してプラグ506が接続されている。プラグ506は、例えば、図1の車両1の急速充電口101に接続され、急速充電方式にて蓄電池106を充電することが可能である。
また、AC/DCコンバータ502が出力した直流の電気エネルギは、DC/DCコンバータ507に入力され、DC/DCコンバータ507にて電圧変換が行われ、固定コネクタ508、ケーブル側コネクタ509、ケーブル510をこの順に経由して、プラグ511へ出力される(矢印O)。
給電装置制御部501は、例えば、DC/DCコンバータ507が出力する電圧値を、固定コネクタ503から出力する電圧値よりも小さい所定の電圧値(例えば、100V)となるように制御する。プラグ511は、電動オートバイなど電圧が比較的低い機器への電気エネルギの供給に用いられる。
<本実施の形態の効果>
所定の電圧値を、例えば、実施の形態1と同様に、150V以下となる電圧値(例えば、100V程度)とすれば、法規等で要求される基準を満たすことが可能となる。すなわち、DC/DCコンバータ507が出力する電圧値を、所定の電圧値となるように制御することで、給電装置の外部にて高電圧に伴う安全対策を不要にできるという効果を奏する。
<全ての実施の形態に共通の変形例>
上記実施の形態1〜5において、「急速充電」は直流の電気エネルギを用いる充電、「家庭用充電」は交流の電気エネルギを用いる充電であれば十分であり、「急速」「家庭用」の表現は便宜上の表現である。
また、上記実施の形態1〜5に記載の、切替部112、バイパスリレー216、リレー2023a、リレー2023b、リレー2023cは電気的な通電、遮断ができればよく、機械式のスイッチを用いてもよいし、半導体スイッチを用いてもよい。
2012年5月25日出願の特願2012−119668及び2012年5月25日出願の特願2012−119669の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明にかかる車載用電源装置及び太陽光発電装置は、車両に搭載されている蓄電池に蓄積した直流の電気エネルギを、車両外部に出力する際に、車載用電源装置の大きな変更を伴わずに、安全性を確保するとともに、高電圧に伴う法規で要求される基準を満たすのに有用である。
1 車両
10 車載用電源装置
101 急速充電口
102 家庭用充電口
103 直流電圧出力口
104a、104b リレー
105a、105b メインリレー
106 蓄電池
107 車両側制御部
108 AC/DCコンバータ
1081a 充電用電源ライン
1081b 充電用グランドライン
109 インバータ
110 電動機
111 DC/DCコンバータ
112 切替部
1121a 外部接続用電源ライン
1121b 外部接続用グランドライン
113 補機バッテリ
114 ボディグランド
115 電装品
116 車両情報取得部
117 双方向DC/DCコンバータ
118 車両側通信部
2 家屋
20 太陽光発電装置
201a、201b 太陽光発電パネル
202 接続箱
2022a、2022b、2022c ダイオード(逆流防止部)
2023a、2023b、2023c リレー(逆流防止部)
2024 電気的接合点
203 インバータ
204 分電盤
205 電気機器
206 双方向DC/DCコンバータ
207 家庭用蓄電池
208 宅側制御部
209 固定コネクタ
210 ケーブル側コネクタ
211 ケーブル
212 プラグ
214 宅側通信部
215a、215b コンバータ
216 バイパスリレー
217 電圧測定部
3 メータ
4 商用電源
5 給電装置
501 給電装置制御部
502 AC/DCコンバータ
503 固定コネクタ
504 ケーブル側コネクタ
505 ケーブル
506 プラグ
507 DC/DCコンバータ
508 固定コネクタ
509 ケーブル側コネクタ
510 ケーブル
511 プラグ

Claims (16)

  1. 車両に搭載した蓄電池と、
    前記蓄電池が出力した第1の直流電圧を電圧変換して、第2の直流電圧として出力するDC/DCコンバータと、
    前記DC/DCコンバータが出力した前記第2の直流電圧により充電可能で、かつ、前記車両に搭載されている電装品に電力を供給する補機バッテリと、
    前記DC/DCコンバータが出力した前記第2の直流電圧を前記車両の外部へ出力する直流電圧出力口と、
    前記DC/DCコンバータが出力した前記第2の直流電圧を、前記電装品および前記補機バッテリと、前記直流電圧出力口とのいずれか一方へ出力する切替部と、
    前記DC/DCコンバータおよび前記切替部を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記第2の直流電圧が前記直流電圧出力口へ出力されるように前記切替部を制御した際に、前記第2の直流電圧が前記蓄電池の定格電圧値より小さい所定の電圧値以下となるように前記DC/DCコンバータを制御する、
    車載用電源装置。
  2. 前記制御部は、前記第2の直流電圧が前記直流電圧出力口へ出力するように前記切替部を制御した際に、前記第2の直流電圧が前記補機バッテリの定格電圧値より大きい所定の電圧値以上となるように前記DC/DCコンバータを制御する、
    請求項1記載の車載用電源装置。
  3. 前記DC/DCコンバータは双方向DC/DCコンバータであり、
    前記DC/DCコンバータは前記車両の外部から前記直流電圧出力口を介して入力された直流電圧を電圧変換して出力し、
    前記DC/DCコンバータの出力にて前記蓄電池を充電することが可能である、
    請求項1記載の車載用電源装置。
  4. 前記車両の速度を検出する車両情報取得部を更に備え、
    前記制御部は、前記車両情報取得部が取得した速度が所定速度以下であるときに、前記第2の直流電圧が前記直流電圧出力口へ出力されるように前記切替部を制御する、
    請求項1記載の車載用電源装置。
  5. 前記制御部は、前記直流電圧出力口に前記車両の外部からプラグが挿入されているか否かを更に検出し、前記プラグが挿入されていることを検出した場合に前記第2の直流電圧が前記直流電圧出力口へ出力されるように前記切替部を制御する、
    請求項1記載の車載用電源装置。
  6. 前記車両の外部と通信を行う車両側通信部を更に備え、
    前記制御部は、前記車両側通信部を介して前記第2の直流電圧の電圧値を前記車両の外部から受信する、
    請求項1記載の車載用電源装置。
  7. 前記蓄電池の定格電圧値は、前記補機バッテリの定格電圧値より大きく、
    前記DC/DCコンバータは、前記蓄電池が出力した第1の直流電圧を降圧して、第2の直流電圧として出力する、
    請求項1記載の車載用電源装置。
  8. 前記蓄電池はニッケル水素蓄電池、または、リチウムイオン蓄電池であり、前記補機バッテリは鉛蓄電池である、
    請求項1記載の車載用電源装置。
  9. 前記車両は、前記蓄電池に蓄積した電気エネルギにより走行可能な車両である、
    請求項1記載の車載用電源装置。
  10. 家屋に備えた太陽光発電装置であって、
    前記家屋の外部から直流電圧を入力する直流電圧入力口と、
    太陽光を電気エネルギに変換して電圧として出力する太陽光発電部と、
    前記直流電圧入力口から入力した直流電圧、および、前記太陽光発電部が出力した電圧を交流電圧に変換して出力するインバータと、
    逆流防止部と、を備え、
    前記逆流防止部は、前記直流電圧入力口から入力した直流電圧と前記太陽光発電部が出力した電圧との電気的接合点と、前記直流電圧入力口と、の間に備え、前記電気的接合点から前記直流電圧入力口へ向かう方向に電流が流れるのを防止する、
    太陽光発電装置。
  11. 前記逆流防止部は、ダイオードであり、
    前記ダイオードのアノード端子を前記直流電圧入力口と電気的に接続し、
    前記ダイオードのカソード端子を前記電気的接合点と電気的に接続する、
    請求項10記載の太陽光発電装置。
  12. 前記逆流防止部は、電気エネルギの通電、および、遮断が可能なリレーであり、
    前記直流電圧入力口から入力された電圧値を測定する電圧測定部と、
    前記リレーを制御する制御部と、を更に備え、
    前記制御部は、前記電圧測定部が測定した電圧値が所定の電圧値以下であるとき、前記リレーを遮断状態とする、
    請求項10記載の太陽光発電装置。
  13. 家庭用蓄電池と、
    前記電気的接合点の電圧を電圧変換して前記家庭用蓄電池へ出力、または、前記家庭用蓄電池の出力電圧を電圧変換して前記インバータへ出力する双方向DC/DCコンバータと、を更に備えた、
    請求項10記載の太陽光発電装置。
  14. 前記電気的接合点と前記直流電圧入力口との間を通電、および、遮断するバイパスリレーを更に備えた、
    請求項13記載の太陽光発電装置。
  15. 前記家庭用蓄電池はニッケル水素蓄電池、または、リチウムイオン蓄電池である、
    請求項13記載の太陽光発電装置。
  16. 前記直流電圧入力口は、電気エネルギにより走行可能な車両に搭載した蓄電池と電気的に接続するものである、
    請求項10記載の太陽光発電装置。
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