JP5755605B2

JP5755605B2 - 電力分配装置

Info

Publication number: JP5755605B2
Application number: JP2012143948A
Authority: JP
Inventors: 茂樹木野村; 朋行水野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: JP2014007918A

Description

本発明は、電力分配装置に関し、特に、車両から供給される電力を複数の給電系統に対して分配する電力分配装置に関する。

環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。そして、これらの車両に搭載される蓄電装置を発電効率の高い商用電源などの車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する。）により充電（以下、単に「外部充電」とも称する。）する技術が提案されている。

このような外部充電が可能な車両の利用方法の１つとして、車両から逆に住宅側へ電力を供給し、住宅用電気機器の使用を可能にすることも検討されている。特開２００１−８３８０号公報（特許文献１）は、電気自動車に搭載されたバッテリと住宅側の間で相互に電力伝達可能とした電力マネジメントシステムを開示する。

特開２００１−８３８０号公報

ところで、車両から住宅に供給可能な電力量は大きくはないため、できるだけ長く車両が給電可能であるようにするためには、住宅側での無駄な電力消費を控えなければならない。しかしながら、車両からどれだけの電力量が供給可能かを常に意識しながら使用すべき電気機器を選択するのは利用者にとって煩わしい。また、使用すべきではない電気機器の電源が誤って入れられたままであると、予想以上に早い時期に、車両から住宅への電力供給が不可能になり得る。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、車両から住宅に給電する際における利用者の利便性を向上することである。

ある実施例において、電力分配装置は、車両から供給される電力を、複数の給電系統に対して分配する。この電力分配装置は、給電系統の各々に対して設けられ、給電系統を電気的に遮断可能な遮断機構と、各給電系統へ供給される予定の電力量の合計が、車両から電力分配装置に対して供給可能な電力量よりも大きいと、予め定められた優先順位が低い給電系統から順番に遮断するように各遮断機構を制御する制御部とを備える。

この構成によると、優先順位が低い給電系統から順番に自動的に遮断され、消費電力が低減される。そのため、利用者を煩わせることなく、無駄な消費電力を削減できる。よって、車両から住宅に給電する際における利用者の利便性を向上できる。

別の実施例において、給電系統へ供給される予定の電力量は、予め定められた時間から電力分配装置へ電力を供給した時間を減算した時間と、給電系統に供給される電力との積である。

この構成によると、給電系統へ供給される予定の電力量を、例えば利用者が予め定めた時間に基づいて適切に算出できる。

さらに別の実施例において、電力分配装置は、車両から電力分配装置に対して供給可能な電力量を表す信号を、車両から受信する受信器をさらに備える。

この構成によると、電力分配装置自体が、車両から電力分配装置に対して供給可能な電力量を算出せずとも、たとえば車両に搭載したＥＣＵ（Electronic Control Unit）が算出した電力量を取得することができる。

さらに別の実施例において、電力分配装置は、各給電系統へ供給される予定の電力量、各給電系統へ供給される予定の電力量の合計、車両から電力分配装置に対して供給可能な電力量、給電系統の状態、車両から電力分配装置への電力の供給状態のうちの少なくともいずれか１つを利用者に報知する報知器をさらに備える。

この構成によると、種々の情報を利用者に提供することができる。

車両、給電スタンドおよび家屋を示す図である。車両の全体概略図である。Ｖ２Ｈスタンドならびに家屋内の分電盤を示す図である。分電盤のコントローラが実行する処理を示す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。

図１を参照して、一例として、車両１００には、充電スタンド２００および家屋３００を介して商用電源５００から電力が供給される。本実施の形態においては、家屋３００を介して商用電源５００から供給される交流電流により車両の１００のバッテリ１１０が充電される。家屋３００に設置されたバッテリ（図示せず）から供給される直流電流によりバッテリ１１０を充電するようにしてもよい。

充電スタンド２００は、充電ケーブル２０２、充電コネクタ２０４とを含む。充電ケーブル２０２の一端は充電スタンド２００に接続され、他端には充電コネクタ２０４が設けられる。図１に示すように、充電コネクタ２０４は、車両に接続される。

充電コネクタ２０４が車両１００に接続された状態において、充電スタンド２００は、商用電源５００から車両に電力を供給する。一例として、充電スタンド２００は、家屋３００の分電盤３０２に電気的に接続される。分電盤３０２は、商用電源５００に接続される。なお、分電盤３０２が特許請求の範囲に記載の電力分配装置に相当する。分電盤３０２については後で詳細に説明する。

図２を参照して、車両１００について説明する。車両１００は、バッテリ１１０と、リレー１１２と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、エンジン１３２と、減速機１４０と、駆動輪１５０とを備える。

バッテリ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である。バッテリ１１０の代わりにキャパシタを用いてもよい。

バッテリ１１０は、リレー１１２を介してＰＣＵ１２０に接続される。バッテリ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、バッテリ１１０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄える。バッテリ１１０の電圧はたとえば２００Ｖ程度である。

バッテリ１１０とＰＣＵ１２０との間のリレー１１２が開くことにより、バッテリ１１０が車両１００の電気回路から遮断される。一方、リレー１１２が閉じることにより、バッテリ１１０が車両１００の電気回路に接続され、バッテリ１１０への充電およびバッテリ１１０からの放電が可能になる。リレー１１２の開閉動作は、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）１６０により制御される。

ＰＣＵ１２０は、バッテリ１１０からの電源電圧を昇圧するためのコンバータや、コンバータにより昇圧された直流電力を、モータジェネレータ１３０を駆動するための交流電力に変換するためのインバータなどを含む。

モータジェネレータ１３０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モータである。モータジェネレータ１３０の出力トルクは、減速機１４０を介して駆動輪１５０に伝達される。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。発電電力は、ＰＣＵ１２０によってバッテリ１１０の充電電力に変換される。ＰＣＵ１２０はＥＣＵ１６０によって制御される。

なお、図２においては、モータジェネレータが１つ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータの数はこれに限定されず、モータジェネレータを複数設ける構成としてもよい。

エンジン１３２は、一例として周知の内燃機関である。本実施の形態において、エンジン１３２は、バッテリ１１０の残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）がしきい値以下になると運転される。エンジン１３２を運転した場合、モータジェネレータ１３０に発電させることができる。

なお、エンジン１３２が搭載されていない車両に本願発明を適用してもよい。
車両１００は、さらに、充電装置１７０と、インレット１７２とを備える。充電装置１７０は、商用電源５００からの電力によってバッテリ１１０を充電するための装置である。充電装置１７０は、商用電源５００から供給される交流電流を直流電流に変換するとともに、電圧を所望の電圧まで昇圧、もしくは降圧して、バッテリ１１０に供給する。
充電装置１７０は、インレット１７２に接続される。

インレット１７２は、車両１００の外表面に設けられる。インレット１７２には、充電ケーブル２０２の充電コネクタ２０４が接続される。したがって、インレット１７２は、商用電源５００に、充電ケーブル２０２を介して接続される。

車両１００は、さらに、放電装置１８０を備える。放電装置１８０は、車両１００から車両１００の外部の電子機器などに電力を供給するための装置である。一例として、放電装置１８０は、バッテリ１１０から放電された交流電流を直流電流に変換するとともに、電圧を所望の電圧まで昇圧、もしくは降圧する。一例として、バッテリ１１０から放電された電力は、インレット１７２から車外に向けて出力される。なお、インレット１７２とは別に設けられたアウトレットから電力を車外に向けて出力するようにしてもよい。

本実施の形態においては、車両１００から電力を供給するに際し、ＥＣＵ１６０は、車両から供給可能な電力量ＷＨＳ［ｋＷｈ］を算出する。一例として、ＥＣＵ１６０は、バッテリ１１０の残存容量と、エンジン１３２を運転してモータジェネレータ１３０によって発電可能な電力量ＷＨＧ［ｋＷｈ］との合計として、車両から供給可能な電力量ＷＨＳを算出する。エンジン１３２を運転してモータジェネレータ１３０によって発電可能な電力量ＷＨＧは、一例として、燃料（ガソリン燃料、ディーゼル燃料、アルコール燃料、水素等）の残量から開発者により予め作成されたマップ等に従って算出される。なお、車両から供給可能な電力量ＷＨＳの算出方法はこれらに限定されない。車両から供給可能な電力量ＷＨＳは逐次算出され、更新される。

図３を参照して、たとえば災害が発生した後などにおいて、車両１００は、Ｖ２Ｈ（Vehicle to Home）スタンド４００を介して家屋３００の分電盤３０２に対して電力を供給する。分電盤３０２から、家屋３００内に設けられた空調装置、照明装置、テレビ、冷蔵庫等の電気機器３０３，３０４，３０５に電力が供給される。

なお、Ｖ２Ｈスタンド４００を車両１００の外部に設置する代わりに車両１００に内蔵させたり、家屋３００の敷地内あるいは屋内に設置してもよい。

Ｖ２Ｈスタンド４００の入力部４０２は、ケーブル等を介して車両１００のインレット１７２に接続される。同様に、Ｖ２Ｈスタンド４００の出力部４０４は、ケーブル等を介して家屋３００の分電盤３０２に接続される。

分電盤３０２は、主幹ブレーカ３１０、分岐ブレーカ３１１，３１２，３１３、コントローラ３２０、外部設定器３３０、通信器３４０ならびに表示器３４２を備える。

主幹ブレーカ３１０は、Ｖ２Ｈスタンド４００に接続される。Ｖ２Ｈスタンド４００から主幹ブレーカ３１０に供給された電力は、家屋３００に配置された各給電系統３５１，３５２，３５３に分配される。各給電系統３５１，３５２，３５３における消費電力ＷＣ１，ＷＣ２，ＷＣ３［ｋＷ］は、夫々、電力センサ３６１，３６２，３６３によって検出され、検出結果を表す信号がコントローラ３２０に入力される。

各給電系統３５１，３５２，３５３に対して、分岐ブレーカ３１１，３１２，３１３が設けられる。なお、本実施の形態においては、給電系統３５１，３５２，３５３と分岐ブレーカ３１１，３１２，３１３とを３つずつ示すが、給電系統３５１，３５２，３５３ならびに分岐ブレーカ３１１，３１２，３１３の数は３つに限定されるものではなく、２つ以上であればいくつであってもよい。

分岐ブレーカ３１１，３１２，３１３は、給電系統３５１，３５２，３５３を電気的に遮断可能である。本実施の形態において、分岐ブレーカ３１１，３１２，３１３は、コントローラ３２０によって制御される。

本実施の形態においては、各給電系統３５１，３５２，３５３へ供給される予定の電力量ＷＨ１，ＷＨ２，ＷＨ３［ｋＷｈ］の合計ＷＨ０［ｋＷｈ］が、車両１００から分電盤３０２に対して供給可能な電力量ＷＨＳよりも大きいと、予め定められた優先順位が低い給電系統から順番に遮断するように各分岐ブレーカ３１１，３１２，３１３が制御される。

給電系統へ供給される予定の電力量ＷＨ１，ＷＨ２，ＷＨ３は、コントローラ３２０によって算出される。給電系統毎に利用者によって予め定められた利用時間ＴＵ１，ＴＵ２，ＴＵ３から分電盤３０２へ電力を供給した時間（給電を開始してからの経過時間）ＴＳを減算した時間と、各給電系統に供給される電力、すなわち消費電力ＷＣ１，ＷＣ２，ＷＣ３との積である。

従って、給電系統３５１へ供給される予定の電力量ＷＨ１は、下記の式１に従って算出される。

ＷＨ１＝（ＴＵ１−ＴＳ）×ＷＣ１・・・（１）
同様に、給電系統３５２，３５３へ供給される予定の電力量ＷＨ１，ＷＨ２は、下記の式２，３に従って算出される。

ＷＨ２＝（ＴＵ２−ＴＳ）×ＷＣ２・・・（２）
ＷＨ３＝（ＴＵ３−ＴＳ）×ＷＣ３・・・（３）
各給電系統３５１，３５２，３５３の利用時間ＴＵ１，ＴＵ２，ＴＵ３ならびに給電系統３５１，３５２，３５３の優先順位は、一例として、利用者が外部設定器３３０を操作することによって予め定められる。

車両から分電盤３０２に対して供給可能な電力量ＷＨＳは、通信器３４０を介して車両１００から取得される。すなわち、通信器３４０は、車両１００から分電盤３０２に対して供給可能な電力量ＷＨＳを表す信号を、車両１００から受信し、コントローラ３２０に転送する。通信器３４０は、無線あるいは有線で車両１００のＥＣＵ１６０と通信する。

表示器３４２は、各給電系統３５１，３５２，３５３へ供給される予定の電力量ＷＨ１，ＷＨ２，ＷＨ３、それらの合計ＷＨ０、車両１００から分電盤３０２に対して供給可能な電力量ＷＨＳ、各給電系統３５１，３５２，３５３の状態、車両１００から分電盤３０２への電力の供給状態のうちの少なくともいずれか１つを利用者に報知する。各給電系統３５１，３５２，３５３の状態は、各分岐ブレーカ３１１，３１２，３１３の状態ならびに各給電系統３５１，３５２，３５３の消費電力ＷＣ１，ＷＣ２，ＷＣ３等を含む。車両１００から分電盤３０２への電力の供給状態は、車両１００から分電盤３０２への給電中であるか否か、ならびに車両１００から分電盤３０２へ供給される電力あるいは電力量等を含む。これらの情報は、表示器３４２に表示されることにより報知されたり、音声により報知されたり、利用者のスマートフォン、携帯電話、パーソナルコンピュータ、その他の電子端末等に配信され得る。

図４を参照して、本実施の形態において分電盤３０２のコントローラ３２０が実行する処理について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、各分岐ブレーカ３１１，３１２，３１３を介して各給電系統３５１，３５２，３５３に供給される消費電力ＷＣ１，ＷＣ２，ＷＣ３が算出される。

さらに、Ｓ１０２にて、給電系統毎に定められた利用時間ＴＵ１，ＴＵ２，ＴＵ３の各々と、車両１００から分電盤３０２へ給電を開始してからの経過時間ＴＳとの差が算出される。

その後、Ｓ１０４にて、各給電系統３５１，３５２，３５３へ供給される予定の電力量ＷＨ１，ＷＨ２，ＷＨ３が算出される。このとき、車両１００から分電盤３０２へ給電されていなければ（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理は終了する。

一方、車両１００から分電盤３０２へ給電中であると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、Ｓ１０８にて、車両１００から分電盤３０２に対して供給可能な電力量ＷＨＳを車両１００から受信する。さらに、Ｓ１１０にて、各給電系統３５１，３５２，３５３へ供給される予定の電力量ＷＨ１，ＷＨ２，ＷＨ３の合計ＷＨ０が算出される。

各給電系統３５１，３５２，３５３へ供給される予定の電力量ＷＨ１，ＷＨ２，ＷＨ３の合計ＷＨ０が、車両１００から分電盤３０２に対して供給可能な電力量ＷＨＳよりも大きいと（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、Ｓ１１４にて、予め定められた優先順位が最も低い給電系統が電気的に遮断される。すなわち、優先順位が最も低い給電系統に対して設けられた分岐ブレーカが切られる。

ここでは、一例として、給電系統３５１、給電系統３５２、給電系統３５３の順に優先順位が高く定められていると想定する。この場合、給電系統３５３が電気的に遮断される。

その後、分電盤３０２に電的的に接続された状態の給電系統の数が１つであると（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、処理は終了される。ここでは、給電系統３５１、給電系統３５２、給電系統３５３のうち、給電系統３５３のみが電気的に遮断されていると想定する。この場合（Ｓ１１６にてＮＯ）、Ｓ１００〜Ｓ１１２の処理が再度実行される。

よって、給電系統３５３が電気的に遮断された後においても、給電系統３５１へ供給される予定の電力量ＷＨ１と給電系統３５２へ供給される予定の電力量ＷＨ２との合計ＷＨ０が、車両１００から分電盤３０２に対して供給可能な電力量ＷＨＳよりも大きいと（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、Ｓ１１４にて、給電系統３５２が電気的に遮断される。その結果、遮断されていない給電系統が１つのみとなり（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、処理が終了される。

以上のように、本実施の形態においては、優先順位が低い給電系統から順番に自動的に遮断され、消費電力が低減される。そのため、利用者を煩わせることなく、無駄な消費電力を削減できる。よって、車両から住宅に給電する際における利用者の利便性を向上できる。

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。

１００車両、１１０バッテリ、１１２リレー、１３０モータジェネレータ、１３２エンジン、１４０減速機、１５０駆動輪、１６０ＥＣＵ、１７０充電装置、１７２インレット、１８０放電装置、２００充電スタンド、２０２充電ケーブル、２０４充電コネクタ、３００家屋、３０２分電盤、３０３，３０４，３０５電気機器、３１０主幹ブレーカ、３１１，３１２，３１３分岐ブレーカ、３２０コントローラ、３３０外部設定器、３４０通信器、３４２表示器、３５１，３５２，３５３給電系統、３６１，３６２，３６３電力センサ、４００スタンド、４０２入力部、４０４出力部、５００商用電源。

Claims

車両から供給される電力を、複数の給電系統に対して分配する電力分配装置であって、
前記給電系統の各々に対して設けられ、前記給電系統を電気的に遮断可能な遮断機構と、
各前記給電系統へ供給される予定の電力量の合計が、前記車両から前記電力分配装置に対して供給可能な電力量よりも大きいと、予め定められた優先順位が低い給電系統から順番に遮断するように各前記遮断機構を制御する制御部とを備え、
各前記給電系統へ供給される予定の電力量は、利用時間から電力供給時間を減算した時間と、前記給電系統に供給される電力との積であり、
前記電力供給時間は、前記車両から前記電力分配装置に給電を開始してからの経過時間であり、
前記利用時間は、利用者が設定器を操作して各前記給電系統ごとに予め定めることが可能な時間である、電力分配装置。
前記制御部は、遮断していない給電系統が１つになるまでは、継続して各前記給電系統へ供給される予定の電力量の合計および前記車両から前記電力分配装置に対して供給可能な電力量をそれぞれ算出して比較する処理を行ない、遮断していない給電系統が１つになった場合に、前記処理を終了する、請求項１に記載の電力分配装置。
前記車両から前記電力分配装置に対して供給可能な電力量を表す信号を、前記車両から受信する受信器をさらに備える、請求項１に記載の電力分配装置。
各前記給電系統へ供給される予定の電力量、各前記給電系統へ供給される予定の電力量の合計、前記車両から前記電力分配装置に対して供給可能な電力量、給電系統の状態、前記車両から前記電力分配装置への電力の供給状態のうちの少なくともいずれか１つを利用者に報知する報知器をさらに備える、請求項１に記載の電力分配装置。