WO2008023536A1

WO2008023536A1 - Power system

Info

Publication number: WO2008023536A1
Application number: PCT/JP2007/064826
Authority: WO
Inventors: Shinji Ichikawa; Tetsuhiro Ishikawa
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2008-02-28
Also published as: US8103386B2; KR20090055013A; JP2008054439A; CN101507075A; CN101507075B; EP2056420A1; AU2007287139B2; AU2007287139A1; US20090192655A1

Description

明細書電力システム技術分野

この発明は、電力システムに関し、特に、蓄電および発電可能な車両を住宅用電源の 1つとして用いる電力システムの電力マネジメントに関する。背景技術

特開 2 0 0 1— 8 3 8 0号公報は、電気自動車のバッテリと住宅との間で相互に電力伝達可能な電力マネジメントシステムを開示する。このシステムは、電気自動車を通常に使用可能なバッテリの確保電力量を算出する確保電力量決定手段と、電気自動車のバッテリから住宅へ電力を供給する際、バッテリの残容量から確保電力量を減じた量にバッテリからの供給電力量を制限するコントローラとを備える。

この電力マネジメントシステムによれば、電気自動車を通常に使用可能な電力量をバッテリに確保したうえで電気自動車の電力を住宅側に供給するので、急な電気自動車の使用も対応することができる。

し力しながら、特開 2 0 0 1— 8 3 8 0号公報に開示される電力マネジメントシステムでは、住宅用電源の 1つとして電気自動車が用いられるところ、このシステムでは、電気自動車から住宅へ電力を供給し、または、住宅から電気自動車を充電する際に、住宅内の電力需給状況は考慮されていない。発明の開示

それゆえに、この発明の目的は、住宅内の電力需給状況を考慮して車両と住宅との間で授受される電力をマネジメントする電力システムを提供することである。この発明によれば、電力システムは、車両と、接続装置と、電力管理装置とを備える。車両は、蓄電装置に蓄積された電力を車両外部へ出力し、かつ、車両外部から蓄電装置を充電可能なように構成される。接続装置は、車両と住宅内の電力線との間で電力を授受可能なように構成される。電力管理装置は、住宅における電力を管理する。電力管理装置は、データ蓄積部と、第 1のコントローラとを含む。データ蓄積部は、住宅に供給される電力および住宅において消費される電力のデータとともに、供給電力および消費電力の増減に影響を与える外的要因に関するデータを蓄積する。第.1のコントローラは、データ蓄積部に蓄積されたデータに基づいて、接続装置により住宅に電気的に接続される車両の充放電を制御する。

好ましくは、車両は、蓄電装置と、電圧変換装置と、通信装置と、第 2のコントローラとを含む。電圧変換装置は、蓄電装置と接続装置により接続される住宅内の電力線との間で電圧変換可能なように構成される。通信装置は、接続装置を介して電力管理装置と通信を行なうために設けられる。第 2のコントローラは、通信装置によつて電力管理装置から受信した指令に基づいて電圧変換装置を制御する。

好ましくは、第 1のコントローラは、分類部と、計画部とを含む。分類部は、データ蓄積部に蓄積された外的要因データに基づいて、データ蓄積部に蓄積された電力データを分類する。計画部は、分類部によって分類されたデータに基づいて、接続装置により住宅に接続される車両の充放電を計画する。

さらに好ましくは、分類部は、クラスター分析、隠れマルコフモデルおよび二ユーラルネットワークのいずれかの手法を用いて、データ蓄積部に蓄積された電力データを分類する。

好ましくは、計画部は、住宅において消費される電力を生成するのに排出された二酸化炭素量に基づいて車両の充放電を計画する。

また、好ましくは、計画部は、住宅における電力コストに基づいて車両の充放電を計画する。

好ましくは、電力管理装置は、設定部をさらに含む。設定部は、車両の充放電計画を利用者が設定するために設けられる。計画部は、設定部により設定された充放電計画に基づいて車両の充放電を計画する。

この発明においては、接続装置を介して、充放電可能な車両と住宅内の電力線との間で電力が授受される。データ蓄積部は、住宅に供給される電力および住宅において消費される電力のデータ（電力データ）とともに、供給電力および消費電力の増減に影響を与える外的要因に関するデータ（外的要因データ）を蓄積する。外的要因データは、たとえば、曜日や時間、天気、気温、利用者（住人）のスケジュールなどを含む。そして、第 1のコントローラは、データ蓄積部に蓄積されたデータに基づいて、接続装置によって住宅に電気的に接続された車両の充放電を制御する。 '

したがって、この発明によれば、住宅内の電力需給状況を考慮して車両と住宅との間で授受される電力をマネジメントすることができる。その結果、住宅内の電力需給を最適化することができる。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の実施の形態 1による電力システムの概略図である。

図 2は、図 1に示す住宅内の電力系統を示したプロック図である。

図 3は、図 2に示す E C Uのハードウエア構成図である。

図 4は、図 2に示す E C Uの構成を機能的に説明したブロック図である。図 5は、車両の充放電スケジュールの一例を説明するための図である。

図 6は、図 2に示す E C Uにより実行されるデータ取得■分類処理のフローチヤートである。

図 7は、図 2に示す E C Uにより実行されるスケジューリング処理のフローチヤートである。

図 8は、図 2に示す車両の概略構成図である。

図 9は、図 8に示す動力出力装置の機能ブロック図である。

図 1 0は、図 9に示すインバータおよびモータジェネレータのゼロ相等価回路を示した図である。

図 1 1は、実施の形態 2による電力システムの概略図である。

図 1 2は、実施の形態 2における電力管理ステーションの E C Uにより実行されるデータ取得 ·分類処理のフローチャートである。

図 1 3は、実施の形態 2における電力管理ステーションの E C Uにより実行されるスケジユーリング処理のフローチヤ一トである。図 1 4は、実施の形態 2の変形例における電力管理ステーションの E C Uにより実行されるデータ取得 ·分類処理のフローチヤ一トである。

図 1 5は、商用電力に占める各発電方法の割合を示した図である。

図 1 6は、実施の形態 2の変形例における電力管理ステーションの E C Uにより実行されるスケジューリング処理のフローチヤ一トである。

図 1 7は、実施の形態 3における住宅内の電力系統を示したブロック図である。図 1 8は、図 1 7に示す E C Uにより実行されるスケジューリング処理のフロ一チヤ一トである。

図 1 9は、実施の形態 4における住宅内の電力系統を示したブロック図である。図 2 0は、図 1 9に示す E CUによる制御のフローチヤ一トである。発明を実施するための最良の形態

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返さない。

[実施の形態 1 ]

図 1は、この発明の実施の形態 1による電力システムの概略図である。図 1を参照して、この電力システム 1は、住宅 1 0と、車両 2 0と、接続ケーブル 2 5 と、接続コネクタ 2 7と、パワーグリッド 3 0と、送電線 3 5とを備える。

住宅 1 0は、送電線 3 5に接続され、送電線 3 5を介してパヮーグリッド 3 0 と電力を授受することができる。また、住宅 1 0は、接続ケーブル 2 5および接続コネクタ 2 7によって住宅 1 0に接続された車両 2 0と電力を授受することができる。

車両 2 0は、直流電源として蓄電装置を搭載した電動車両であり、たとえば、ハイブリッド車両や電気自動車である。車両 2 0は、接続ケーブル 2 5および接続コネクタ 2 7によって住宅 1 0と電気的に接続される。そして、車両 2 0は、後述の方法により、商用電力を生成して住宅 1 0へ供給することができ、また、住宅 1 0から電力の供給を受けて蓄電装置を充電することができる。すなわち、車両 2 0は、住宅 1 0の一電源として機能することができる。

接続ケーブル 2 5は、車両 2 0を住宅 1 0と電気的に接続するための電力線である。接続コネクタ 27は、住宅 10内の電力線に接続ケーブル 25を電気的に接続するためのコネクタである。

パワーダリッド 30は、系統電力を生成する多数の発電設備から成る商用電力系統である。パワーグリッド 30には、火力発電所や原子力発電所、風力発電設備、水力発電設備、太陽光発電設備など、様々な発電設備が接続される。

図 2は、図 1に示した住宅 10内の電力系統を示したブロック図である。図 2 を参照して、住宅 10は、燃料電池 42と、太陽電池アレイ 46と、コンバータ 44, 48と、住宅負荷 50と、電力管理ステーション 52と、接続コネクタ 5 ' 4と、電力センサ 72， 74とを含む。電力管理ステーション 52は、インバータ 62, 64， 66と、無停電電源装置（以下「UP S」とも称する。） 67と、電力線 68と、電子制御装置（以下「ECU」とも称する。） 70と、電力センサ 76, 78， 80， 82とを含む。

燃料電池 42、 .太陽電池アレイ 46および UPS 67は、住宅 10に設置された電源設備である。燃料電池 42および太陽電池アレイ 46から出力される電力は、それぞれコンバータ 44, 48により電圧変換され、インバータ 62, 64 により直交変換されて電力線 68に供給される。 UP S 67から出力される電力は、インバータ 66により直交変換されて電力線 68に供給される。

接続コネクタ 54は、電力線 6 8に電気的に接続される。そして、接続コネクタ 54に接続コネクタ 27が接続されることにより、住宅 10'内の電力線 68に車両 20が電気的に接続され、燃料電池 42や太陽電池アレイ 46、 UP S 67 とともに車両 20を住宅 10の電源の 1つとして利用することができる。

住宅負荷 50は、住宅 10内の電気負荷を総括的に示したものであり、電力線 68力ち電力の供給を受けて動作することができる。電力線 68は、住宅負荷 5 0に接続されるとともに、送電線 35を介してパワーグリッド 30 (図示せず）に接続される。

電力センサ 72， 74， 76は、それぞれ燃料電池 42、太陽電池ァレイ 46 および UP S 67からの供給電力を検出し、その検出値を' ECU 70へ出力する。電力センサ 78は、住宅 10とパワーグリッド 30との間で授受される電力を検出し、その検出値を ECU 70へ出力する。電力センサ 80は、住宅 10と車両 20との間で授受される電力を検出し、その検出値を ECU 70へ出力する。電力センサ 82は、住宅負荷 50による消費電力を検出し、その検出値を ECU 7 0へ出力する。

ECU 70は、住宅 10における電力マネジメントを実行する。そして、 EC U 70は、ィンバータ 62， 64， 66をそれぞれ駆動するための制御信号 C T L 1〜 C T L 3を生成し、その生成した制御信号 CTL 1〜CTL 3をそれぞれインバータ 62， 64， 66へ出力する。また、 ECU 70は、電力線 68に接続される。そして、 ECU 70は、住宅 10の一電源として用いられる車両 20 に対して充放電を指示するための制御信号を生成し、その生成した制御信号を電力線 68および接続ケーブル 25を介して車両 20へ出力する。以下、この EC U 70の構成および機能について説明する。

図 3は、図 2に示した ECU 70のハードウェア構成図である。図 3を参照して、 ECU70は、インターフェース部 102, 104と、データバス 106と、 C P U ( Central Processing Unit ) 1 0 8 と、 R AM ( Random Access Memory) 1 10と、 ROM (Read Only Memory) 1 12と、記憶部 1 14とを含む。

インターフェース部 102は、電力線 68に接続され、電力線 68に電気的に接続される機器（この実施の形態 1では車両 20) と電力線 68を介してデータ通信を行なう。インターフェース部 104は、図 2に示した各電力センサおよびインバータ 62, 64， 66と信号を授受する。

CPU 108は、 ROM1 1 2に記憶されたプログラムに従って、後述のフロ一チャートに示される処理を実行する。 RAMI 10は、 CPU 108が演算処理を実行する際にデータを一時的に記憶する。 ROM1 1 2は、 CPU108によって実行されるプログラムを格納する。

記憶部 1 14は、書換可能な不揮発性メモリであり、図 2に示した各電力センサからの検出値を蓄積十る。また、記憶部 1 14は、各電力センサからの検出値とともに取得される外的要因データを記憶する。ここで、外的要因データは、各電源設備からの供給電力および住宅負荷 50の消費電力に影響を与える外的要因に関するデータであり、たとえば、曜日や日時、天気、住宅 10の住人のスケジユールなどに関するデータを含む。そして、記憶部 1 1 4は、各電力センサからの検出値を上記の外的要因データと関連付けて蓄積する。

図 4は、図 2に示した E C U 7 0の構成を機能的に説明したブロック図である。図 4を参照して、 E C U 7 0は、データ取得部 1 2 2と、分類 '学習部 1 2 4と、スケジューリング部 1 2 6と、指令生成 '出力部 1 2 8とを含む。

データ取得部 1 2 2は、図 2に示した各電力センサからの検出値（電力データ）を受ける。また、データ取得部 1 2 2は、曜日や日時、天気、住宅 1 0の住人のスケジュールなどのデータ（外的要因データ）を取得する。なお、曜日や日時に関するデータは、カレンダー機能に基づいて取得することができ、天気に関するデータは、たとえば太陽電池アレイからの出力を用いて取得し得る。また、住人スケジュールに関するデータは、住人がスケジュールを入力することにより取得し得る。そして、データ取得部 1 2 2は、電力データを外的要因データと関連付けて記憶部 1 1 4へ出力する。

分類 .学習部 1 2 4は、記憶部 1 1 4に蓄積された電力データおよび外的要因データを記憶部 1 1 4から読出し、その読出したデータを分類 ·学習する。具体的には、分類 ·学習部 1 2 4は、データ取得部 1 2 .2によって時系列に取得されるデータを利用可能なデータに分類 ·学習する。記憶部 1 1 4に蓄積されたデータを分類 '学習するための手法としては、たとえば、クラスター分析や隠れマルコフモデル（HMM) 、ニューラルネットワーク（N N) などの分類'学習手法を用いることができる。そして、分類 ·学習部 1 2 4は、分類 '学習されたデータを記憶部 1 1 4に格納する。

スケジューリング部 1 2 6は、分類.学習部 1 2 4によって分類'学習されたデータを記憶部 1 1 4から読出し、当日の外的要因データに基づいて住宅 1 0における当日の電力需要を予測する。より具体的には、スケジューリング部 1 2 6 は、当日の外的要因データと記憶部 1 1 4に格納された分類'学習データとのパターンマッチングを行なうことにより、住宅 1 0における当日の電力需要を予測する。そして、スケジューリング部 1 2 6は、その予測された電力需要に基づいて車両 2 0の充放電を計画し、その結果を指令生成 ·出力部 1 2 8へ出力する。指令生成 ·出力部 1 2 8は、スケジューリング部 1 2 6から受ける充放電スケジュールに従って車両 20の充放電指令を生成し、その生成した充放電指令を電力線 68を介して車両 20へ出力する。なお、この充放電指令は、 ECU 70から電力線 68および接続ケーブル 25を介して車両 20へ出力される制御信号に相当する。

図 5は、車両 20の充放電スケジュールの一例を説明するための図である。図 5を参照して、スケジユーリング部 1 26により住宅負荷 50による一 13の電力需要が予測される（予測需要電力）。また、当 3の外的要因データに基づいて、太陽電池 46の発電量（図示）や燃料電池 42の発電量（図示せず）も予測される。そして、予測需要電力が大きく、かつ、太陽電池 42の発電量が少ない時間帯（朝方や日没後）に車両 20から住宅 10へ電力が供給されるように、車両 2 0の充放電スケジュールが生成される。

図 6は、図 2に示した ECU 70により実行されるデータ取得 ·分類処理のフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図 6を参照して、 ECU 70は、各電力センサから電力データを受け、その受けた電力データを記憶部 1 14に蓄積する（ステップ S 10) 。また、 ECU7 0は、電力データとともに外的要因データ（曜日や日時、天気、住人スケジユールなど）を取得し、その取得した外的要因データを電力データと関連付けて記憶部 1 14に蓄積する（ステップ S 20) 。

次いで、 E CU 70は、記憶部 1 14に蓄積された電力データおよび外的要因データを記憶部 1 14から読出し（ステップ S 30) 、クラスタリングや隠れマルコフモデノレ（HMM) 、ニューラルネットワーク（NN) などの分類 '学習手法を用いて蓄積データを分類 '学習する（ステップ S 40) 。そして、 ECU 7 0は、その分類 ·学習されたデータを記憶部 1 14に格納する（ステップ S 5 0) 。

図 7は、図 2に示した ECU 70により実行されるスケジューリング処理のフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定の条件成立時（たとえば予め設定された所定時刻）にメインルーチンから呼び出されて実行される。図 7を参照して、 ECU 70は、現時点の外的要因データを取得する（ステツプ S 1 10) 。次いで、 ECU70は、記憶部 1 14に格納された分類■学習データを記憶部 1 14から読出す（ステップ S 1 20) 。そして、 ECU 70は、取得した外的要因データと分類 .学習データとのパターンマッチングを行ない、住宅負荷 50による当日の電力需要を予測する（ステップ S 1 30) 。

次いで、 E CU 70は、予測した電力需要に基づいて車両 20の充放電スケジユールを策定する（ステップ S 140) 。そして、車両 20の充放電スケジユールが策定されると、 ECU 70は、その充放電スケジュールに従って、電力線 6 8および接続ケーブル 25を介して車両 20へ充放電指令を出力する（ステップ S 150) 。

なお、車両 20の充電指令が出力される場合としては、たとえば、住宅負荷 5 0の予測需要電力が小さく、太陽電池ァレイ 46や燃料電池 42からの供給電力によって車両 20を充電できる場合などである。

図 8は、図 2に示した車両 20の概略構成図である。図 8を参照して、車両 2 0は、動力出力装置 21· 0と、リレー回路 220と、モデム 230と、車両 EC U 240と、電力線 A CL 1, ACL 2と、電力線 L C 1〜 L C 3とを含む。動力出力装置 210は、電力線 ACL l, AC L 2と接続される。リレー回路 220は、電磁コイル 222と、スィッチ 224, 226とから成る。電磁コィル 222は、.電力線 LC 1と接地ノードとの間に接続される。スィツチ 224は、電力線 ACL 1と電力線 LC2との間に接続される。スィッチ 226は、電力線 AC L 2と電力線 LC 3との間に接続される。モデム 230は、電力線 LC2， LC 3に接続される。車両 ECU 240は、電力線 L C 1と接続される。電力線 LC 2, LC 3は、接続コネクタ 27に接続される。なお、電力線 LC 2, LC 3は、図 1, 2に示した接続ケーブル 25に相当する。 .

動力出力装置 210は、この車両 20の駆動力を出力する。また、動力出力装置 210は、車両 ECU 240からの指令に基づいて、電力線 ACL 1， ACL 2から受ける商用電力を直流電力に変換して蓄電装置（図示せず）の充電を行ない、また、蓄電装置からの直流電力を商用電力に変換して電力線 ACL 1, AC L 2へ出力する。動力出力装置 2 10の構成については、後ほど説明する。

電磁コイル 222は、車両 ECU 240から電力線 LC 1を介して電流が流されると、スィッチ 224, 226に作用する磁力を発生する。スィッチ 224， 226は、電磁コイル 222からの磁力作用を受けて動作する。具体的には、スイッチ 224, 226は、電磁コイル 222に電流が流されるとオンし、電磁コィル 222に電流が流されていないときはオフする。

モデム 230は、電力線 LC2, LC 3および接続コネクタ 27を介して住宅 10内の電力管理ステーション 52 (図示せず）とデータ通信を行なうための通信装置である。

車両 ECU240は、接続コネクタ 27が住宅 10に接続されておらず、かつ、車両が走行可能なとき、動力出力装置 2.10に含まれるモータジェネレータ（図示せず）のトルク指令を生成し、その生成したトルク指令を動力出力装置 210 へ出力する。

' また、車両 ECU 240は、接続コネクタ 27が住宅 10にされているとき、モデム 230によって電力管理ステーションから制御信号（充放電指令）を受けると、電力線 LC 1へ電流を供給してリレー回路 220をオンするとともに、動力出力装置 210の充放電を制御するための指令を生成して動力出力装置 210 へ出力する。

図 9は、図 8に示した動力出力装置 210の機能ブロック図である。図 9を参照して、動力出力装置 210は、エンジン 304と、モータジェネレータ MG 1， MG 2と、動力分割機構 303と、車輪 302とを含む。また、動力出力装置 2 10は、蓄電装置 Bと、昇圧コンバータ 310と、ィンバータ 320, 330と、 MG— ECU340と、コンデンサ C l， C 2と、正極線 PL 1， PL 2と、負極線 N L I, NL 2とをさらに含む。

動力分割機構 303は、エンジン 304とモータジェネレータ MG 1， MG 2 とに結合されてこれらの間で動力を分配する。たとえば、動力分割機構 303としては、サンギヤ、プラネタリキヤリャおよびリングギヤの 3つの回転軸を有する遊星歯車を用いることができる。この 3つの回転軸がエンジン 304およびモータジェネレータ MG 1， MG 2の各回転軸にそれぞれ接続される。

そして、モータジェネレータ MG 1は、エンジン 304によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン 304の始動を行ない得る電動機として動作するものとして動力出力装置 2 1 0に組込まれ、モータジェネレータ MG 2は、駆動輪である車輪 3 0 2を駆動する電動機として動力出力装置 2 1 0に組込まれる。

モータジェネレータ MG 1， MG 2の各々は、図示されない Y結線された 3相コイルをステータコイルとして含む。そして、モータジェネレータ MG 1の 3相コイルの中性点 N 1に電力線 A C L 1が接続され、モータジェネレータ MG 2の 3相コイルの中性点 N 2に電力線 A C L 2が接続される。

蓄電装置 Bは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素ゃリチゥムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置 Bは、直流電力を昇圧コンバータ 3 1 0へ出力する。また、蓄電装置 Bは、昇圧コンバータ 3 1 0から出力される電力を受けて充電される。なお、蓄電装置 Bとして、大容量のキャパシタを用いてもよい。

コンデンサ C 1は、正極線 P L 1と負極線 N L 1との間の電圧変動を平滑化する。昇圧コンバータ 3 1 0は、 MG— E C U 3 4 0からの信号 P WCに基づいて、蓄電装置 Bから受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を正極線 P L 2 へ出力する。また、昇圧コンバータ 3 1 0は、信号 PWCに基づいて、正極線 P L 2を介してインバータ 3 2 0， 3 3 0から受ける直流電圧を蓄電装置 Bの電圧レベルに降圧して蓄電装置 Bを充電する。昇圧コン'バータ 3 1 0は、たとえば、昇降圧型のチヨッパ回路などによって構成される。

コンデンサ C 2は、正極線 P L 2と負極線 N L 2との間の電圧変動を平滑化する。インバータ 3 2 0は、 MG— E C U 3 4 0からの信号 P WM 1に基づいて、 IE極線 P L 2から受ける直流電圧を 3相交流電圧に変換し、その変換した 3相交流電圧をモ^ "タジェネレータ MG 1へ出力する。また、インバータ 3 2 0は、ェンジン 3 0 4の出力を受けてモータジェネレータ MG 1が発電した 3相交流電圧を信号 P WM 1に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極線 P L 2へ出力する。

インバータ 3 3 0は、 MG— E C U 3 4 0からの信号 P WM 2に基づいて、正極線 P L 2から受ける直流電圧を 3相交流電圧に変換し、その変換した 3相交流電圧をモータジェネレータ MG 2へ出力する。これにより、モータジェネレータ MG2は、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ 3 30は、車両の回生制動時、車輪 302からの回転力を受けてモータジエネレータ MG 2が発電した 3相交流電圧を信号 PWM 2に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極線 P L 2へ出力する。

また、インバータ 320， 330は、この車両 20から住宅 10へ電力を供給するとき、信号 PWM1， PWM2に基づいて、商用電源周波数を有する交流電圧を中性点 N l， N 2間に発生する。さらに、インバータ 320, 330は、住宅 10から供給される商用電力を用いて蓄電装置 Bを充電するとき、中性点 N1, N 2に与えられる商用電力を信号 PWM 1， PWM 2に基づいて直流電力に変換し、その変換した直流電力を正極線 P L 2へ出力する。

モータジェネレータ MG 1, MG2は、 3相交流電動機であり、たとえば 3相交流同期電動機から成る。モータジェネレータ MG 1は、エンジン 304の出力を用いて 3相交流電圧を発生し、その発生した 3相交流電圧をインバータ 320 へ出力する。また、モータジェネレータ MG 1は、インバータ 320から受ける 3相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジン 304の始動を行なう。モータジェネレータ MG 2は、インバータ 330から受ける 3相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータ MG 2は、車両の回生制動時、 3相交流電圧を発生してインバータ 330へ出力する。

MG-ECU340は、昇圧コンバータ 3 10を駆動するための信号 PWCおよびインバータ 320， 330をそれぞれ駆動するための信号 PWM1， PWM 2を生成し、その生成した信号 PWC, PWM1 , PWM 2をそれぞれ昇圧コンバータ 310およびインバータ 3 20, 330へ出力する。

ここで、 MG— ECU 340は、車両 20から住宅 10への電力供給が行なわれるとき、商用電源周波数を有する交流電圧が中性点 Nl, N 2間に発生するように、インバータ 320， 330をそれぞれ制御するための信号 PWM1， PW M2を生成する。また、 MG— ECU340は、住宅 10から電力線 A C L 1 , ACL 2を介して中性点 Nl， N 2に充電電力が与えられるとき、中性点 N 1 , N 2に与えられた商用電力を直流電力に変換して蓄電装置 Bの充電が行なわれるように、インバータ 320， 33 0および昇圧コンバータ 31 0をそれぞれ制御するための信号 PWM1， PWM2, PWCを生成する。 ' 図 10は、図 9に示したインバータ 320, 330およびモータジェネレータ MG 1 , MG 2のゼロ相等価回路を示す。 3相インバータであるインバータ 32 0， 330の各々においては、 6個のトランジスタのオンオフの組合わせは 8 パタ一ン存在する。その 8つのスイッチングパターンのうち 2つは相間電圧がゼ口となり、そのような電圧状態はゼロ電圧ベクトルと称される。ゼロ電圧べクトルについては、上アームの 3つのトランジスタは互いに同じスィツチング状態

(全てオンまたはオフ）とみなすことができ、また、下アームの 3つのトランジスタも互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。したがって、この図 10では、インバータ 320の上アームの 3つのドランジスタは上アーム 320 Aとしてまとめて示され、インバータ 320の下アームの 3つのトランジスタは下アーム 320 Bとしてまとめて示されている。同様に、ィンバータ 330の上アームの 3つのトランジスタは上アーム 33 OAとしてまとめて示され、ィンバータ 330の下アームの 3つのトランジスタは下アーム 330 Bとしてまとめて示されている。

図 10に示されるように、このゼロ相等価回路は、正極線 PL 2から供給される直流電圧を用いて中性点 N 1, N 2に単相交流電圧を生じさせる単相 PWMィンバータとみることができる。また、このゼロ相等価回路は、電力線. ACL 1, AC L 2を介して中性点 Nl, N 2に与えられる単相交流の商用電力を入力とする単相 PWMコンバータとみることもできる。そこで、インバータ 320, 33 0の各々においてゼロ電圧ベクトルを変化させ、インバータ 320， 330を単相 PWMィンバータまたは単相 PWMコンバータの各相アームとしてそれぞれ動作するようにスィッチング制御することによって、正極線 P L 2からの直流電力を交流電力に変換して電力線 AC L 1, ACL 2へ出力すること^でき、また、電力線 ACL 1， AC L 2から入力される交流の商用電力を直流電力に変換して正極線 P L 2へ出力することができる。

以上のように、この実施の形態 1においては、電力管理ステーション 52は、住宅 10における電力データを蓄積するとともに、電力の増減に影響を与える外的要因に関するデータ（外的要因データ）を蓄積する。そして、電力管理ステーシヨン 5 2は、その蓄積されたデータに基づいて、住宅 1 0に電気的に接続される車両 2 0の充放電を制御する。したがって、この実施の形態 1によれば、住宅 1 0内の電力需給状況を考慮した電力マネジメントを実現することができる。その結果、住宅 1 0および車両 2 0の電力需給を最適化することができる。

また、蓄積された電力データおよび外的要因データは、クラスター分析や隠れマ^/コフモデル、ニューラルネットワークなどの手法を用いて分類'学習された

'うえで用いられるので、精度の高い電力マネジメントを実現することができる。

[実施の形態 2 ]

実施の形態 2では、パワーグリッドの情報を用いた電力マネジメントが実施される。

図 1 1は、実施の形態 2による電力システムの概略図である。図 1 1を参照して、この電力システム 1 Aは、図 1に示した電力システム 1の構成においてサーノ 3 7をさらに備える。サーバ 3 7は、パワーグリッド 3 0を構成する電力網に接続され、パワーグリッド 3 0の電力情報を作成して電力網へ出力する。

この電力情報には、パワーグリッド 3 0において電力を発電するのに排出された二酸化炭素（C 0 2 ) 量（たとえば 1 k w hの商用電力を発電するのに排出された C O 2量）および電力コストに関する情報が含まれる。なお、一般に、火力発電は、その他の発電方法に比べて C O 2排出量が多く、パワーグリッド 3 0における火力発電の発電比率が高いと C O 2排出量も多くなる。

そして、サーバ 3 7から出力されるパワーグリッド 3 0の電力情報は、送電線 3 5を介して住宅 1 0内の電力管理ステーション 5 2において受信される。図 1 2は、実施の形態 2における電力管理ステーションの E C Uにより実行されるデータ取得■分類処理のフローチヤ一トである。このフローチャートの処理も、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図 1 2を参照して、このフローチャートに示される処理は、図 6に示した処理においてステップ S 2 2をさらに含む。すなわち、ステップ S 2 0において外的要因データが取得されると、 E C U 7 0は、サーバ 3 7から送電線 3 5を介して送信されるパワーダリッド 3 0の電力情報をさらに取得し、その取得した電力情報を記憶部 1 14に蓄積する（ステップ S 22) 。

図 13は、実施の形態 2における電力管理ステーションの ECUにより実行されるスケジューリング処理のフローチャートである。図 13を参照して、このフローチャートに示される処理は、図 7に示した処理においてステップ S 132, S 134をさらに含む。すなわち、ステップ S 1 30において住宅負荷 50による当日の電力需要が予測されると、 ECU 70は、パワーグリッド 30の電力情報を記憶部 114から読出す（ステップ S 1 32) 。

そして、 ECU70は、予め設定された評価関数に基づいて、住宅全体としての充放電スケジールを策定する（ステップ S.1 34) 。具体的には、 ECU7 0は、適当に重み付けされた CO 2排出量および電力コストを評価項目とする評価関数を用いて、取得したパワーダリッド 30の電力情報に基づいて住宅全体としてパワーダリッド 30から買電するカそれともパワーグリッド 30へ売電するかを決定する。

そして、住宅全体としての充放電スケジュールが策定されると、その策定されたスケジュールに基づいて、ステップ S 140において車両 20の充放電スケジユールが策定される。 '

以上のように、この実施の形態 2においては、パワーダリッド 30の電力情報 (CO 2排出量および電力コスト）を考慮して住宅全体の充放電スケジュールが決定され、そのスケジュールに基づいて車両 20の充放電スケジュールが策定される。したがって、この実施の形態 2によれば、 CO 2排出量の削減に貢献することができ、かつ、電力コストの低減も図り得る。

[実施の形態 2の変形例]

実施の形態 2では、パワーグリッドの電力情報に基づいてその都度住宅全体としての充放電スケジュールが策定されたが、この変形例では、パワーグリッドの発電計画が電力管理ステーションによって事前に取得され、 1 Θトータルでの C 〇 2排出量および電力コストが最小となるように住宅および車両の充放電が計画される。

図 14は、実施の形態 2の変形例における電力管理ステーションの ECUにより実行されるデータ取得■分類処理のフローチヤ一トである。このフローチヤ一トの処理も、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図 14を参照して、このフローチャートに示される処理は、図 12に示した処理においてステップ S 24をさらに含む。すなわち、ステップ S 22においてパ 'ヮーグリッド 30の電力情報が取得されると、 ECU 70は、パワーグリッド 3 0の発電計画情報をサーバ 37から取得し、その取得した発電計画情報を記憶部 1 14に蓄積する（ステップ S 24) 。このパワーダリッド 30の発電計画情報とは、たとえば、図 1 5に示すような、パワーダリッド 30の電力網に供給されている電力に占める火力発電や原子力発電、その他発電方法の割合に関する情報である。

図 16は、実施の形態 2の変形例における電力管理ステーションの ECUにより実行されるスケジユーリング処理のフローチヤ一トである。このフローチヤ一トの処理も、所定の条件成立時（たとえば予め設定された所定時刻）にメインル一チンから呼び出されて実行される。

図 16を参照して、このフローチャートに示される処理は、図 1 3に示した処理においてステップ S 1 33をさらに含み、ステップ S 134に代えてステップ S 135を含む。すなわち、ステップ S 13 2においてパワーグリッド 30の電力情報が記憶部 1 14力ら読出されると、. ECU 70は、パワーダリッド 30の発電計画情報を記憶部 1 14からさらに読出す（ステップ S 133) 。

そして、 ECU 70は、その読出した発電計画情報および予め設定された評価関数に基づいて、 1日トータルでの評価が最適となるように住宅全体としての充放電スケジュールを策定する（ステップ S 1 35) 。具体的には、 ECU70は、適当に重み付けされた C O 2排出量および電力コストを評価項目とする評価関数を用いて、パワーダリッド 30の発電計画情報に基づいて 1日トータルでの評価が最適となるように住宅全体としての充放電スケジュールを策定する。

そして、住宅全体としての充放電スケジュールが策定されると、その策定されたスケジュールに基づいて、ステップ S 140において車両 20の充放電スケジユールが策定される。

以上のように、この実施の形態 2の変形例によれば、より全体的に C02排出暈の削減に貢献することができ、かつ、電力コストの低減を図り得る。

[実施の形態 3]

実施の形態 3では、車両の利用スケジュールに応じて電力マネジメントの戦略を利用者が設定することができる。

図 1 7は、実施の形態 3における住宅内の電力系統を示したブロック図である。図 1 7を参照して、住宅 10 Aは、図 2に示した実施の形態 1における住宅 10 の構成において、電力管理ステーション 52に代えて電力管理ステーション 52 Aを含む。電力管理ステーション 52 Aは、電力管理ステーション 52の構成において、設定部 90をさらに含み、 ECU 70に代えて ECU 7 OAを含む。設定部 90は、住宅 10の電源として用いられる車両 20の充放電スケジユールを策定する際の戦略を利用者が設定するための入力装置である。すなわち、設定部 90において、利用者は、車両 20の利用スケジュールに応じて、節約モード、走行重視モードおよび積極充電モードのいずれかを選択することができる。ここで、節約モードとは、車両 20から住宅 10へ電力を積極的に供給するモードである。また、走行重視モードは、車両 20の蓄電装置の充電状態（S.OC) を高い状態に維持するモードであり、積極充電モードは、車両 20が住宅 10に接続されると直ちに住宅 10から車両 20の充電を実施す.るモードである。

ECU 7 OAは、設定部 90によって設定されたモードに応じて車両 2◦の充放電スケジュールを策定する。なお、 ECU 7 OAのその他の機能は、実施の形態 1における ECU 70と同じである。

図 18は、図 17に示した ECU 7 OAにより実行されるスケジユーリング処理のフローチャートである。図 1 8を参照して、このフローチャートに示される処理は、図 7に示した処理において、ステップ S 140に代えてステップ S 14 2， S 144, S 146 , S 14 8を含む。

すなわち、ステップ S 130において当日の電力需要が予測されると、 ECU 7 OAは、設定部 90において利用者により設定されたモードを設定部 90から取得する（ステップ S 142) 。そして、 ECU 7 OAは、節約モードが設定されているとき、車両 20から住宅 10へ積極的に電力が供給されるように車両 2 0の充放電スケジュールを策定する（ステップ S 144) 。また、 ECU 7 OAは、走行重視モードが設定されているとき、車両 20の蓄電装置 Bの SOCが高い状態に維持されるように車両 20の充放電スケジュールを策定する（ステップ S 146) 。 'なお、この場合、電力管理ステーション 52 Aからの要求に応じて、車両 20から接続ケーブル 25を介して電力管理ステーシヨン 52 Aへ蓄電装置 Bの SOCが送信され、電力管理ステーション 52 Aにおいて喾電装置 Bの SO Cが監視される。

さらに、 ECU 7 OAは、積極充電モードが設定されている.とき、住宅 10力、ら車両 20へ積極的に電力が供給されるように車両 20の充放電スケジュールを策定する（ステップ S 148) 。

そして、車両 20の充放電スケジュールが策定されると、ステップ S 150において車両 20へ充放電指令が出力される。

なお、上記においては、設定部 90は、電力管理ステーション 5 2Aに設けられたが、車両 20側に設定部を設け、接続ケーブル 25を介して電力管理ステーシヨン側へ設定モードを送信するようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態 3によれば、設定部 90を設けたので、車両 2

0の利用スケジュールに応じて電力マネジメントの戦略を利用者が決定することができる。

[実施の形態 4]

実施の形態 4では、車両を住宅と接続する接続コネクタの接続状態が電力管理ステーションによって監視され、車両の接続 Z切離をトリガにして電源設備や住宅負荷の起動/停止が実施される。

図 19は、実施の形態 4における住宅内の電力系統を示したブロック図である。図 1 9を参照して、住宅 10Bは、図 2に示した住宅 1 0の構成において、設定部 9 OAをさらに含み、 ECU 7 0に代えて ECU 70 Bを含む。

設定部 9 OAは、接続コネクタ 27の接続/切離に応じて自動的にオンノオフ動作させる電源および住宅負荷を設定するための入力装置である。より具体的には、設定部 9 OAにおいて、住宅 10の住人は、接続コネクタ 27が住宅側の接続コネクタ 54から外されたときに自動的に停止させる電源および負荷を登録することができ、また、接続コネクタ 27が接続コネクタ 54に接続されたときに自動的に動作させる電源および負荷を登録することができる。

E C U 70 Bは、接続コネクタ 27の接続状態を示す信号 S G Lを住宅側の接続コネクタ 54から受ける。そして、 ECU70Bは、接続コネクタ 27が接続されたかもしくは外されたかを信号 SGLの変化に応じて判定し、その判定結果に基づいて、設定部 9 OAにて登録されている電¾1に対応するインバータの起動 Z停止を実行するとともに、設定部 9 OAにて登録されている負荷の起動/停止を指示するための信号 PWRを住宅負荷 50へ出力する。なお、 ECU 70 Bのその他の機能は、 ECU70と同じである。

図 20は、図 1 9に示した ECU 70 Bによる制御のフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出されて実行される。

図 20を参照して、 ECU70Bは、接続コネクタ 54からの信号 SGLに基づいて、接続コネクタ 27が接続コネクタ 54から外されたか否かを判定する (ステップ S 210) 。 ECU70Bは、接続コネクタが外されていないと判定すると（ステップ S 210において NO) 、後述のステップ S 250へ処理を進める。

ステップ S 210において接続コネクタが外されたと判定されると（ステップ S 210において YES) 、 ECU 7 OBは、設定部 90 Aにて登録された負荷を停止させ（ステップ S 220) 、次いで、設定部 9 OAにて登録された電源を停止させる（ステップ S 230) 。その後、 ECU 70 Bは、住宅 10の施錠確認を行なう（ステップ S 240) 。

次いで、 ECU70Bは、信号 SGLに基づいて、接続.コネクタ 27が接続コネクタ 54に接続されたか否かを判定する（ステップ S 250) 。 ECU70B は、接続コネクタが接続されていないと判定すると（ステップ S 250において NO) 、ステップ S 280へ処理を進める。

ステップ S 250において接続コネクタが接続されたと判定されると (ステツプ S 250において YE S) 、 ECU70Bは、設定部 90 Aにて登録された電源を稼動させ（ステップ S 260) 、次いで、設定部 9 OAにて登録された負荷を稼動させる（ステップ S 270) 。以上のように、この実施の形態 4によれば、車両 10と住宅 20との接続状態を監視し、接続コネクタの接続 Z切離をトリガにして、設定部 90Aにて登録された電源および負荷を自動的に停止稼動できるので、利便性に優れた電力システムを実現できる。

なお、上記の各実施の形態においては、住宅 10, 10A， 10Bは、設置電源として燃料電池、太陽電池アレイおよび UP Sを含むものとしたが、これらのいずれかのみを含んでもよいし、その他の電源をさらに含んでもよい。

また、上記においては、車両 20は、モータジェネレータ MG 1， MG2を含み、住宅 10との電力授受時、モータジェネレータ MG'l , MG2の中性点 N1, N 2を介して電力が入出力されるものとしたが、蓄電装置 Bと接続ケーブル 25 との間で電力授受を行なう専用のィンバータを別途備えてもよい。

また、上記においては、車両 20は、動力源としてエンジンおよびモータジェネレータを搭載したハイブリッド車両としたが、車両 20は、蓄電装置を搭載し、かつ、車両外部に対して充放電可能なように構成されたものであればよい。

なお、上記において、接続ケーブル 25および接続コネクタ 27， 54は、この発明における「接続装置」を形成し、電力管理ステーション 52， 52 A, 5 2Bは、この発明に.おける「電力管理装置」に対応する。また、記憶部 1 14は、この発明における「データ蓄積部」に対応し、 ECU 70， 7 OA, 7 OBは、この発明における「第 1のコントローラ」に対応する。

さらに、昇圧コンバータ 310、インバータ 320， 330およびモータジェネレータ MG 1, MG2は、この発明における「電圧変換装置」を形成し、モデム 230は、この発明における「通信装置」に対応し、 MG— ECU 340はこの発明における「第 2のコントローラ」に対応する。また、さらに、分類'学習部 124は、この発明における「分類部」に対応し、スケジューリング部 1 2 6は、この発明における「計画部」に対応する。また、さらに、設定部 90は、この発明における「設定部」に対応する。

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レ、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請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味おょぴ範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

請求の範囲

1 . 蓄電装置に蓄積された電力を車両外部へ出力し、かつ、車両外部から前記蓄電装置を充電可能なように構成された車両と、

前記車両と住宅内の電力線との間で電力を授受可能なように構成された接続装置と、

前記住宅における電力を管理する電力管理装置とを備え、

前記電力管理装置は、

前記住宅.に供給される電力および前記住宅において消費される電力のデータとともに、前記供給電力および前記消費電力の増減に影響を与える外的要因に関するデータを蓄積するデータ蓄積部と、

前記データ蓄積部に蓄積されたデータに基づいて、前記接続装置により前記住宅に電気的に接続される車両の充放電を制御する第 1のコントローラとを含む、電力システム。

2 . 前記車両は、

蓄電装置と、

前記蓄電装置と前記接続装置により接続される前記住宅内の電力線との間で電圧変換可能なように構成された電圧変換装置と、

前記接続装置を介して前記電力管理装置と通信を行なうための通信装置と、前記通信装置によって前記電力管理装置から受信した指令に基づいて前記電圧変換装置を制御する第 2のコントローラとを含む、請求の範囲第 1項に記載の電カシステム。

3 . 前記第 1のコントローラは、

前記データ蓄積部に蓄積された外的要因データに基づいて、前記データ蓄積部に蓄積された電力データを分類する分類部と、

前記分類部によって分類されたデータに基づいて、前記接続装置により前記住宅に接続される車両の充放電を計画する計画部とを含む、請求の範囲第 1項に記載の電力システム。

4 . 前記分類部は、クラスター分析、隠れマルコフモデルおよびニューラルネットワークのいずれかの手法を用いて、前記データ蓄積部に蓄積された電力データを分類する、請求の範囲第 3項に記載の電力システム。

5 . 前記計画部は、前記住宅において消費される電力を生成するのに排出された二酸化炭素量に基づいて前記車両の充放電を計画する、請求の範囲第 3項に記載の電力システム。

6 . 前記計画部は、前記住宅における電力コストに基づいて前記車両の充放電を計画する、請求の範囲第 3項に記載の電力システム。

7 . 前記電力管理装置は、前記車両の充放電計画を利用者が設定するための設定部をさらに含み、

前記計画部は、前記設定部により設定された充放電計画に基づいて前記車両の充放電を計画する、請求の範囲第 3項に記載の電力システム。 '