JP4403648B2 - 電力マネジメントシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、効率的な電力の管理を行う電力マネジメントシステム、とくに住宅と電気自動車間の電力マネジメントシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電気自動車を用いた電力マネジメントシステムとして、住宅の家庭用電源から電気自動車のバッテリへ電力を供給し、非常時などには逆に電気自動車から住宅側へ電力を供給するシステムが開発されている。例えば、特開平11−178234の家庭用電力供給システムは、住宅側の系統電力に接続された充放電器と、電気自動車側に設けられた充放電システムとから構成されており、電気自動車側と住宅側との双方間での充放電が可能となっている。
【0003】
この住宅側の充放電器は、住宅の家庭用電源から電気自動車のバッテリへ電力を供給する(すなわち、充電する)際に、家庭用AC電力を高周波AC電力に変換する第1のインバータと、電気自動車から住宅側へ電力を供給する(すなわち、放電する)際に高周波AC電力を家庭用AC電力に変換する第2のインバータと、これら第1のインバータと第2のインバータとの切換えを行う第1及び第2の選択スイッチと、第1のインバータの出力側(第2のインバータの入力側)に接続された充放電用コネクタである充放電パドルとから構成されている。
【0004】
一方、電気自動車側は、充放電コネクタであるインレットと、充電する際に高周波AC電力をDC電力に変換する第3のインバータと、放電する際にDC電力を高周波AC電力に変換する第4のインバータと、これら第3のインバータと第4のインバータとの切換えを行う第3及び第4の選択スイッチと、第3のインバータの出力側(第4のインバータの入力側)に接続されたバッテリとから構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平11−178234の家庭用電力供給システムでは、電気自動車から住宅側へ電力を供給する際に用いる第2のインバータは、家庭用電源の電力品質を確保する必要があり、高周波成分を削除するために、高周波AC電力を一旦DC電力に整流し、整流されたDC電力を家庭用AC電力に変換するのが通常である。
【0006】
このとき、住宅側においてDC電力を家庭用AC電力に変換する系統連系インバータのDC入力電圧(直流入力電圧)は、住宅負荷の状態と電気自動車のバッテリの電圧と第4のインバータの構成とから定まるようになっている。
ここで、系統連系インバータは、DC入力電圧によって電力変換効率が高くなる範囲(最適動作電圧範囲)と低くなる範囲を持っており、少なくともこのDC入力電圧は、系統連系インバータが動作可能な範囲(動作電圧範囲)に入ることが必要である。
【0007】
第4のインバータをフルブリッジインバータで構成すると、バッテリの電圧が低く、住宅側の負荷抵抗が小さい(すなわち、消費電力が大きい)時は、系統連系インバータはDC入力電圧が最適動作電圧範囲に入り安定動作する。バッテリの電圧が低く、住宅側の負荷抵抗が大きい(すなわち、消費電力が小さい)時は、DC入力電圧は動作電圧範囲には入るが、電力変換効率が低くなる。バッテリの電圧が高く、住宅側の負荷抵抗が小さい時は、系統連系インバータはDC入力電圧が最適動作電圧範囲に入り安定動作する。そして、バッテリの電圧が高く、住宅側の負荷抵抗が大きい時は、DC入力電圧は高くなり動作範囲を超えるおそれがある。
【0008】
また、第4のインバータをハーフブリッジインバータで構成すると、バッテリの電圧が低く、住宅側の負荷抵抗が小さい時は、DC入力電圧は低くなり動作範囲を下回るおそれがある。バッテリの電圧が低く、住宅側の負荷抵抗が大きい時は、系統連系インバータはDC入力電圧が最適動作電圧範囲に入り安定動作する。バッテリの電圧が高く、住宅側の負荷抵抗が小さい時は、DC入力電圧は低くなり動作範囲を下回るおそれがある。そして、バッテリの電圧が高く、住宅側の負荷抵抗が大きい時は、系統連系インバータはDC入力電圧が最適動作範囲に入り安定動作する。
【0009】
したがって、第4のインバータをフルブリッジインバータかハーフブリッジインバータのどちらかに固定してしまうと、バッテリの電圧と住宅側の負荷抵抗との組合せ次第では、系統連系インバータが安定動作しないという問題がある。
【0010】
そこで、本発明は、放電の際に、バッテリの電圧と住宅側の負荷抵抗との広い範囲の組合わせにおいて、系統連系インバータを高効率で安定動作させ、放電効率を高くする電力マネジメントシステムを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の発明は、住宅側に外部の系統電力を家庭内負荷に供給する電力配線に接続した充放電器と全体制御を行うメインコントローラとを備え、該充放電器を介して、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において、電気自動車が車載充放電インバータを備え、該車載充放電インバータが電気自動車から住宅側に電力を供給する際に、バッテリの電圧と家庭内負荷の状態とに応じてフルブリッジインバータ動作とハーフブリッジインバータ動作を切換えるものとした。
【0014】
請求項2記載の発明は、住宅側に高周波電力用インバータと系統連系インバータとを備え、電気自動車に搭載したバッテリから住宅側に電磁誘導により電力伝達可能とした電力マネジメントシステムにおいて、電磁誘導に用いる電気自動車側のコイルと前記バッテリとの間に設けられるインバータであって、第1のダイオードと第3のダイオードとを直列に接続し、その両端を前記バッテリの両端に接続した第1ダイオード群と、第2のダイオードと第4のダイオードとを直列に接続し、その両端を前記第1ダイオード群と並列に前記バッテリの両端に接続した第2ダイオード群と、それぞれのダイオードに並列に接続されたトランジスタと、前記バッテリの両端間に直列に接続された等容量のキャパシタと、前記コイルの一端が接続された接点を第2のダイオードと第4のダイオードとの間に接続された接点と前記キャパシタの間に接続された接点とに切換え接続するリレーとを備え、前記コイルの他端は第1のダイオードと第3のダイオードとの間に接続されており、電気自動車から住宅側に電力を供給する際には、バッテリの電圧と住宅の家庭内負荷の状態とに応じて、前記リレーの切換えにより前記コイルの一端を第2のダイオードと第4のダイオードとの間に接続したフルブリッジ状態と前記コイルの一端をキャパシタ間に接続したハーフブリッジ状態とを得るものとした。
【0015】
【発明の効果】
請求項1記載の発明では、電気自動車から住宅側に電力を供給する際に、バッテリの電圧に応じて電気自動車が搭載する車載充放電インバータのフルブリッジインバータ動作とハーフブリジインバータ動作を切換えるので、バッテリ電圧の変化に対応して系統連系インバータの直流入力電圧を変化させることができ、放電効率の高効率化を図ることができる。
【0016】
請求項1記載の発明では、バッテリの電圧とともに家庭内負荷の状態に応じても車載充放電インバータのフルブリッジインバータ動作とハーフブリッジインバータ動作を切換えるので、家庭内負荷の変動に対応して系統連系インバータの直流入力電圧を変化させることができ、放電効率の高効率化を図ることができる。
【0018】
請求項2記載の発明では、直列に接続された等容量のキャパシタとリレー1つとを加えるだけでフルブリッジインバータ動作とハーフブリッジインバータ動作の切換えが可能となるので、電気自動車から住宅側に電力を供給する際に、簡単な構造で放電効率の高効率化を図ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例により説明する。
第1の実施例として本発明が適用される電力マネジメントシステムの構成を図1に示す。
まず、住宅20側について説明する。
住宅20側では、種々の家庭内負荷21が配電盤11を介して電力会社からの系統電力と接続されている。住宅内にはシステムの全体制御を行うメインコントローラ100が設けられ、これにインターフェース101と、家庭内負荷21の使用状態を監視する負荷状態監視装置102と、充放電器30内の充放電コントローラ31とが接続されている。
インターフェース101は、充放電時にその状態(すなわち、充電あるいは放電モード、時刻、バッテリ残容量等)を表示する機能と、ユーザからの入力操作を受ける機能とを有している。
【0020】
メインコントローラ100は、時刻管理機能と、後述する電気自動車50のバッテリの電圧・入出力電流及び残容量(以下、バッテリ状態)と走行履歴と確保電力量と余力電力量とパドル接続信号とを充放電コントローラ31から受信する。そして、これらのデータ及び時刻から電気自動車50に電力を供給する(充電する)か逆に電気自動車50から住宅20に電力を供給する(放電する)かを判断して充放電コントローラ31に出力する。また、家庭内負荷21の使用状態を負荷状態監視装置102から受信するとともに、受信した家庭内負荷21の使用状態を充放電コントローラ31に出力する。さらに、バッテリ状態と充電あるいは放電のいずれのモードであるかのモード状態をインターフェース101に出力する。
なお、メインコントローラ100は、上記の種々の情報や信号を得るため、それぞれに対応する出力要求信号を送出する。
【0021】
配電盤11には、さらに充放電器30が接続されている。
充放電器30は、配電盤11に接続されているコンバータ32と、このコンバータ32及び上述のメインコントローラ100とに接続された充放電コントローラ31とから構成される。
【0022】
コンバータ32は、配電盤11に接続されている系統連系インバータ33と高周波電力用インバータ34とから構成されており、充放電パドル36が高周波電力用インバータ34に、第1の通信用アンテナ35が充放電コントローラ31にそれぞれ接続されている。
充放電コントローラ31は、バッテリ状態と走行履歴と確保電力量と余力電力量とパドル接続信号とを第1の通信用アンテナ35を介して電気自動車50側から受信し、これらのデータをメインコントローラ100に出力する機能と、メインコントローラ100からの充電あるいは放電の指令と家庭内負荷21の状態とを受信し、充放電制御信号と負荷状態とを第1の通信用アンテナ35を介して電気自動車50側に送信する機能と、コンバータ32を充放電制御する機能を備えている。
【0023】
系統連系インバータ33は、バッテリ60に充電する際は家庭用AC電力をDC電力に変換し、放電する際はDC電力を家庭用AC電力に変換する機能を有している。
高周波電力用インバータ34は、充電する際はDC電力を高周波AC電力に変換し、放電する際は高周波AC電力をDC電力に変換する機能を有している。
したがって、コンバータ32は、充電する際は家庭用AC電力を高周波AC電力に変換し、放電する際は高周波AC電力を家庭用AC電力に変換する機能を有している。
【0024】
充電パドル36は、コンバータ32内の高周波電力用インバータ34に接続されており、後述するインレット52と電磁誘導による電力の伝達が可能となるように、トランスを構成する一方のコイル37を備えている。
充放電コントローラ31に接続された第1の通信用アンテナ35は、後述する第2の通信用アンテナ51との間で無線通信を行う機能を備えている。
【0025】
次に、電気自動車50側について説明する。
インレット52には、車載充放電インバータ53を介してバッテリ60が接続されている。車載充放電インバータ53には、インバータコントローラ113が接続されている。そして、インレット52、バッテリ60、インバータコントローラ113には、それぞれバッテリコントローラ110が接続されている。さらに、バッテリコントローラ110には、第2の通信用アンテナ51が接続されているとともに、余力電力計算装置111と走行履歴取得装置112が順次に接続されている。
バッテリ60には、モータ用インバータ61を介してモータ62が接続されている。モータ用インバータ61には、モータコントローラ120、トルク要求生成装置121が順次に接続され、トルク要求生成装置121には、モータ62が接続されるとともに、入力装置122が接続されている。
【0026】
インレット52は、充放電パドル36と電磁誘導による電力の伝達が可能となるようにトランスを構成する他方のコイル55と、充放電パドル36の接続を検出する手段とを備えており、パドル接続信号をバッテリコントローラ110に出力する機能を備えている。
【0027】
バッテリコントローラ110は、バッテリ状態を監視するとともに、バッテリ状態を余力電力計算装置111に送信する。そして、後述する走行履歴及び余力電力計算結果を余力電力計算装置111から受信するとともに、インレット52から充電パドル36の接続信号を受信し、バッテリ状態と走行履歴と余力電力計算結果とパドル接続信号を第2の通信用アンテナ51を介して充放電器30側に送信する。さらに、充放電器30側から第2の通信用アンテナ51を介して後述する充放電制御信号と住宅の負荷状態とを受信し、インバータコントローラ113に充放電制御信号と住宅の負荷状態とバッテリ状態を出力する。
【0028】
走行履歴取得装置112は、電気自動車50の走行履歴として充電パドル36が切断されてから接続されるまでの1トリップあたりの走行距離と、日時と、バッテリコントローラ110から余力電力計算装置111を介して送信されるバッテリ状態を記録するとともに、記録した走行履歴を余力電力計算装置111に出力する。
【0029】
余力電力計算装置111は、バッテリコントローラ110からバッテリ状態とパドル接続信号を受信し、バッテリ状態とパドル接続信号を走行履歴取得装置112に送信する。そして、走行履歴取得装置112から走行履歴を受信し、1トリップあたりの電力消費量をユーザが日常生活圏への往復走行に必要な電力量として学習して確保電力量として記憶する。さらに、バッテリ60の残容量から非常用電力量(例えば、バッテリ全容量の20%)と確保電力量を除いた電力量を余力電力量として計算し、上記走行履歴と確保電力量と余力電力量をバッテリコントローラ110及び第2の通信用アンテナ51を介して充放電器30側に出力する。
【0030】
走行用のモータ62は、3相交流モータであり、モータ用インバータ61によってバッテリ60のDC電力から変換された3相交流電力で駆動される。
トルク要求生成装置121は、アクセルペダルの操作量を検出する入力装置122からの信号を入力するとともに、現在のモータ62の状態を検知して、必要とされるトルク要求信号を作成し、モータコントローラ120に出力する。
モータコントローラ120は、トルク要求生成装置121からの信号を入力して、モータ用インバータ61へ制御信号を出力する。
モータ用インバータ61は、3相交流インバータ61であり、モータコントローラからの制御信号により動作して、モータ62を駆動する。
【0031】
車載充放電インバータ53は、後述するインバータコントローラ113からの制御信号により、バッテリ60を充電する際は高周波AC電力をDC電力に変換し、バッテリ60から放電する際はDC電力を高周波AC電力に変換を行う機能を備えており、また、放電する際のインバータ動作においてはフルブリッジ動作とハーフブリッジ動作を切換えられる機能を備えている。
【0032】
次に、メインコントローラ100における充電および放電モードの切換え制御動作の流れを図2および図3のフローチャートに示す。
まず、ステップ101において、充電パドル36がインレット52に接続されているかどうかをチェックする。これは第1、第2の通信用アンテナ35、51を介して電気自動車50の後述するバッテリコントローラ110から充放電器30へ送信されるパドル接続信号の有無によって検出される。充電パドル36がインレット52に接続されたことが検出されるまでこのステップが繰り返される。
【0033】
充電パドル36がインレット52に接続されると、次にステップ102で、現在時刻が系統電力がコストの安い深夜電力となる深夜電力時間帯に属するかどうかをチェックする。
深夜電力時間帯でない場合は、ステップ103において、電気自動車50側へバッテリ状態と後述する余力電力計算結果の出力要求信号を送出し、バッテリコントローラ110を介した後述する余力電力計算装置111からのデータを受信して、電気自動車50のバッテリ60に余力電力量があるかどうかをチェックする。
【0034】
そして、余力電力量があるときは、ステップ104に進んで、放電(バッテリ60から住宅20側への電力供給)を開始する。すなわち、メインコントローラ100からの放電開始指令を受けた充放電コントローラ31は放電開始信号をバッテリコントローラ110へ送信するとともに、コンバータ32を放電動作させる。電気自動車50側では、バッテリコントローラ110が車載充放電インバータ53を放電動作させる。
【0035】
放電中は、ステップ105において、例えば1secなど所定時間間隔で余力電力計算装置111からのデータを受信して、バッテリ60に余力電力量があるかどうかを監視する。そして、余力電力量がある間は、ステップ106で、現在時刻が深夜電力時間帯であるかどうかのチェックを行う。
ここで深夜電力時間帯でなければ放電を継続し、ステップ105に戻る。
【0036】
ステップ105のチェックで余力電力量がなくなったとき、あるいはステップ106のチェックで現在時刻が深夜電力時間帯に入ったときは、ステップ107へ進む。
ステップ107では、コンバータ32からの系統異常信号が受信されているかどうかによって、系統電力が正常か否かをチェックする。系統電力が正常でない、つまり停電の場合は、ステップ108へ進んで放電を継続しながら、系統電力が正常になるまでステップ107のチェックを繰り返す。
【0037】
ステップ107のチェックで系統電力の正常であることが検出されると、ステップ109で放電を終了する。すなわち、放電終了指令を受けた充放電コントローラ31がコンバータ32の放電動作を終了させるとともに、バッテリコントローラ110へ放電終了信号を送信する。電気自動車50側では、バッテリコントローラ110が車載充放電インバータ53の放電動作を終了させる。
【0038】
このあと、ステップ111では、現在時刻が深夜電力時間帯であるかどうかをチェックし、深夜電力時間帯になるまでチェックを繰り返す。そして、深夜電力時間帯になるとステップ112に進んで、バッテリ60への充電を開始する。
すなわち、メインコントローラ100からの充電開始指令を受けた充放電コントローラ31は充電開始信号を電気自動車のバッテリコントローラ110へ送信するとともに、コンバータ32を充電動作させる。電気自動車50側では、バッテリコントローラ110が車載充放電インバータ53を充電動作させる。
その後は、バッテリコントローラ110で監視されるバッテリ状態を受信してチェックしながら、満充電になるまで充電が継続される。
【0039】
一方、上記ステップ103のチェックで余力電力量がない場合には、ステップ113に進んで、系統電力が正常か否かをチェックする。ここで、系統電力が正常であるときはステップ110で、余力電力計算装置111からのデータを受信して、確保電力量があるかどうかをチェックする。そして、確保電力量がない場合は、外出に支障をきたす恐れがあるので、ステップ112へ進み、バッテリ60への充電を開始する。
【0040】
ステップ110のチェックで確保電力量があった場合は、1トリップの外出には対応できるので、ステップ111へ進んで深夜電力時間帯になるのを検出したあと、ステップ112でバッテリ60への充電を開始する。
【0041】
また、ステップ113のチェック結果が停電であった場合は、ステップ115に進んで、放電を開始する。
放電中は、ステップ116において、所定時間間隔で系統電力が正常か否かをチェックし、停電している間はステップ117で放電を継続しながら、系統電力10が正常になるまでステップ116のチェックを繰り返す。
【0042】
これにより、系統電力10が正常になるまで電気自動車50から住宅20の家庭内負荷21への電力供給が継続される。
そしてステップ116のチェックで系統電力10が正常に復したことが検出されると、ステップ118で放電を終了するとともに、ステップ112へ進んで、充電を開始する。
【0043】
上記のステップ102のチェックで現在時刻が深夜電力時間帯であるときは、ステップ114において、系統電力1が正常か否かをチェックする。
ここで系統電力10が正常ならば、ステップ112へ進んで、充電を開始する。
一方、ステップ114のチェック結果が停電の場合は、ステップ115に進んで、放電を開始する。
このあとは、ステップ113からステップ115へ進んだ場合と同様で、系統電力10が正常になるまで放電を継続して住宅20の家庭内負荷21への電力供給を行い、その後充電を開始する。
【0044】
以上のようにして、充電モードと放電モードの切換えはユーザが充電パドル36をインレット52に接続するだけで自動的に行われる。
またこのほかに、本実施例ではインタフェース22におけるユーザの入力操作によって、上記のフローチャートに示される自動切換え動作に優先して、強制的に充電モードと放電モードの切換えを行うこともできる。
【0045】
以上のようにバッテリ60の確保電力量および余力電力量、時間帯ならびに系統電力10の状態とに応じて充電あるいは放電を制御することにより、深夜電力により低コストで充電しながら停電など系統電力10に異常があるときはバッテリ60から家庭内負荷21に電力を供給することができる。
そして、系統電力10に異常がない限りはユーザが日常生活圏内所定地への往復走行に必要な確保電力量とさらに非常用電力量をバッテリ60に蓄えているので、電気自動車50の利用可能性を確保しながら余力電力量を住宅20側で使用することができる。
【0046】
次に、車載充放電インバータ53の回路構成を図4に示す。
充電時においてフルブリッジ整流器として動作することが可能なように、インレット52とバッテリ60との間に、ダイオードD1、D2、D3、D4からなるブリッジ回路が形成されていて、それぞれ、ダイオードD1、D3間およびD2、D4間にインレット52の入出力端であるA点、B点が接続されるとともに、ダイオードD1、D2間およびD3、D4間にバッテリ60の両端が接続されている。
インレット52の入出力端のA点、B点には、キャパシタC1がリレーRy1を介して接続されているとともに、バッテリ60の両端間には等容量のキャパシタC2とC3が直列に接続されている。
【0047】
ダイオードD1、D2、D3、D4には、それぞれトランジスタTr1、Tr2、Tr3、Tr4が並列に配置されている。さらに、リレーRy2が設けられ、上記のB点に接続されたa接点を、ダイオードD2とD4との間に接続されたc接点、あるいはキャパシタC2とC3との間にある点Mbに接続されたb接点に切換え接続するようになっている。
それぞれのリレーRy1、Ry2および、トランジスタTr1、Tr2、Tr3、Tr4は、インバータ制御回路54と接続されており、インバータコントローラ113からの指令を受けたインバータ制御回路54からの信号により、切換えあるいはオン/オフを制御されるようになっている。
【0048】
充電する際には、高周波AC入力段に設けられたキャパシタC1は第1のリレーRy1によって両端がそれぞれ入力端のA点、B点に接続され、また、第2のリレーRy2はa接点とc接点が接続される。トランジスタTr1、Tr2、Tr3、Tr4は全てオフである。これにより車載充放電インバータ53は、ダイオードD1、D2、D3、D4から構成されるフルブリッジ整流器として動作し、インレット52側から入力される高周波AC電力をDC電力に変換してバッテリ60側に出力する。なお、キャパシタC2、C3は平滑コンデンサとなる。
【0049】
このときの電流の流れは、図5の実線の矢印で示すようにバッテリ60のマイナス側からダイオードD4を通り入力端のB点へ流れて、入力端のA点からダイオードD1を通りバッテリ60のプラス側へ流れる状態と、図5の破線の矢印で示すようにバッテリ60のマイナス側からダイオードD3を通り入力端のA点へ流れて、入力端のB点からダイオードD2を通りバッテリ60のプラス側へ流れる状態とが交互に繰り返される。
【0050】
放電する際には、バッテリ60側から入力されるDC電力を高周波AC電力に変換してインレット52側に出力するため、トランジスタTr1、Tr2、Tr3、Tr4から構成されるフルブリッジインバータとしての動作と、トランジスタTr1、Tr3から構成されるハーフブリッジインバータとしての動作のどちらかが選択される。また、第1のリレーRy1が開放されることによりキャパシタC1が出力端A点、B点から切断され、高周波AC電力の出力の妨げとならない。
【0051】
トランジスタTr1、Tr2、Tr3、Tr4から構成されるフルブリッジインバータとして動作する際は、第2のリレーRy2はa接点をc接点に接続する。それぞれのトランジスタはインバータ制御回路54からのスイッチング信号によってオン/オフ動作を行う。トランジスタTr1とTr4をオンし、トランジスタTr2とTr3をオフすると、出力端のA点ではバッテリ60のプラス側の電位となり、出力端のB点ではバッテリ60のマイナス側の電位となり、電流はA点側からB点側に流れる。逆にトランジスタTr1とTr4をオフし、トランジスタTr2とTr3をオンすると、出力端のA点ではバッテリ60のマイナス側の電位となり、出力端のB点ではバッテリ60のプラス側の電位となり、電流はB点側からA点側に流れる。これを高周波周期で交互に繰り返し動作することにより高周波AC電力を出力する。
【0052】
このときの電流の流れは、図6の実線の矢印で示すようにバッテリ60のプラス側からトランジスタTr1を通り出力端のA点へ流れて、出力端のB点からトランジスタTr4を通りバッテリ60のマイナス側へ流れる状態と、図6の破線の矢印で示すようにバッテリ60のプラス側からトランジスタTr2を通りB点へ流れて、A点からトランジスタTr3を通りバッテリ60のマイナス側へ流れる状態とが交互に繰り返される。
【0053】
トランジスタTr1、Tr3から構成されるハーフブリッジインバータとして動作する際は、第2のリレーRy2はa接点をb接点に接続する。b接点側が、等しい容量としているキャパシタC2とC3の間の点Mbと接続されているので、出力端のB点ではバッテリ60の中間電位が与えられる。トランジスタTr1、Tr3はインバータ制御回路54からのスイッチング信号によってオン/オフ動作を行い、トランジスタTr2、Tr4はオフのままとする。トランジスタTr1をオンし、トランジスタTr3をオフすると、出力端A点ではバッテリ60のプラス側の電位となり、電流はA点側からB点側に流れる。逆にトランジスタTr1をオフし、トランジスタTr3をオンすると、出力端のA点ではバッテリ60のマイナス側の電位となり、電流はB点側からA点側に流れる。これを高周波周期で交互に繰り返し動作することにより高周波AC電力を出力する。
【0054】
このときの電流の流れは、図7の実線の矢印で示すようにバッテリ60のプラス側からトランジスタTr1を通りA点へ流れて、B点から点Mbを経てキャパシタC3の一端まで流れるとともにキャパシタC3をはさんで反対側からバッテリ60のマイナス側へ流れる状態と、図7の破線の矢印で示すようにバッテリ60のプラス側からキャパシタC2の一端まで流れるとともにキャパシタC2をはさんで反対側から点Mbを経てB点へ流れて、A点からトランジスタTr3を通りバッテリ60のマイナス側へ流れる状態とが交互に繰り返される。
【0055】
上記したように、フルブリッジインバータとして動作するときは、高周波AC電力の出力端のA点、B点の端子間電圧はバッテリ電圧となり、ハーフブリッジインバータとして動作するときは、B点の電位がバッテリ60の中間電位であるため、高周波AC電力の出力端のA点、B点の端子間電圧はバッテリ電圧の半分となる。
【0056】
インバータコントローラ113は、バッテリコントローラ110から充放電制御信号と住宅の負荷状態とバッテリ状態の信号を受信し、充電動作あるいは放電動作することを車載充放電インバータ53に指令するとともに、放電する際には住宅の負荷状態とバッテリ60の電圧から車載充放電インバータ53をフルブリッジインバータとして動作するかハーフブリッジインバータとして動作するかを判定し、車載充放電インバータ53に指令する。
【0057】
次に、フルブリッジインバータとして動作するかハーフブリッジインバータとして動作するかを判定する方法を、図8を参照しながら説明する。
図8において、縦軸は放電時の系統連系インバータ33のDC入力電圧(直流入力電圧)であり、横軸は住宅の負荷状態であり、グラフの右側ほど負荷の抵抗値が大きい(すなわち、消費電力が小さい)。フルブリッジインバータとして動作した時のバッテリ電圧Ebが大なるとき(太線)と小なるとき(細線)と、ハーフブリッジインバータとして動作した時のバッテリ電圧Ebが大なるとき(太線)と小なるとき(細線)の系統連系インバータ33のDC入力電圧の特性が示され、系統連系インバータ33の動作電圧範囲と最適動作電圧範囲が示されている。
【0058】
インバータコントローラ113は、図8のテーブルを参照テーブルとして格納しており、系統連系インバータのDC入力電圧が最適動作電圧範囲に入るように、バッテリ電圧Ebと住宅の負荷状態とに応じて車載充放電インバータをフルブリッジ動作にするかハーフブリッジ動作にするかを判定する。
【0059】
バッテリ電圧Ebが大なる時で、消費電力が小さい時は、フルブリッジ動作では系統連系インバータの動作範囲を超えてしまい、逆にハーフブリッジ動作では系統連系インバータの最適動作電圧範囲となる特性を示すのでハーフブリッジ動作を行う。
バッテリ電圧Ebが大なる時で、消費電力が大きい時は、ハーフブリッジ動作では系統連系インバータの動作電圧範囲より低下してしまい、逆にフルブリッジ動作では系統連系インバータの動作電圧範囲となる特性を示すのでフルブリッジ動作を行う。
【0060】
バッテリ電圧Ebが小なる時で、消費電力が小さい時は、フルブリッジ動作では系統連系インバータの動作電圧範囲ではあるが、最適動作電圧範囲より高くなってしまい、逆にハーフブリッジ動作では系統連系インバータの最適動作電圧範囲内となる特性を示すのでハーフブリッジ動作を行う。
そして、バッテリ電圧Ebが小なる時で、消費電力が大きい時は、ハーフブリッジ動作では系統連系インバータの動作電圧範囲より低下してしまい、逆にフルブリッジ動作では系統連系インバータの動作電圧範囲となる特性を示すのでフルブリッジ動作を行う。
【0061】
上記の構成により、放電する際に、バッテリ60の電圧と家庭内負荷21の状態とに応じて、車載充放電インバータ53のインバータ動作をフルブリッジ動作かハーフブリッジ動作に切換えることにより、系統連系インバータ33のDC入力電圧を一定範囲内に収めることができ、バッテリ60の電圧に対するワイドレンジ化と、放電効率の高効率化を図ることができる。
【0062】
上記第1の実施例においては、車載充放電インバータ53のフルブリッジインバータ動作とハーフブリッジインバータ動作の切換え判定機能を電気自動車50のインバータコントローラ113に備えたが、充放電器30の充放電コントローラ31に備えてもよい。
この際には、図8に示すような参照テーブルを充放電コントローラ31が備え、電気自動車50のバッテリ60の電圧値Ebは電気自動車50のバッテリコントローラ110から第2の通信用アンテナ51、第1の通信用アンテナ35を介して取得し、フルブリッジインバータ動作とハーフブリッジインバータ動作の切換え判定を行う。判定結果は第1の通信用アンテナ35、第2の通信用アンテナ51、バッテリコントローラ110を介してインバータコントローラ113に送信し、インバータコントローラ113では、受信した判定結果から、車載充放電インバータ53のインバータ制御回路54にフルブリッジインバータ動作あるいはハーフブリップインバータ動作を指令することになる。
【0063】
次に第2の実施例について説明する。図9は、本実施例における電力マネジメントシステムの構成を示す図である。
第1の実施例と異なる点は、住宅側に備えた負荷状態監視装置102に代えて、充放電器30’において系統連系インバータ33と高周波電力用インバータ34の間の電圧を監視するDC電圧監視装置103を充放電コントローラ31’に接続した構成としたことである。
【0064】
DC電圧監視装置103は、電気自動車50’から住宅20’に電力を供給する際に、系統連系インバータ33のDC入力電圧を検出して充放電コントローラ31’に出力する。そして充放電コントローラ31’は、得られたDC入力電圧を第1の通信用アンテナ35、第2の通信用アンテナ51を介してバッテリコントローラ110’に送信する。
バッテリコントローラ110’は、受信したDC入力電圧をインバータコントローラ113’に出力する。インバータコントローラ113’には、系統連系インバータ33の動作電圧範囲と最適動作電圧範囲のデータが格納されている。
【0065】
次に、放電の際のインバータコントローラ113’における車載充放電インバータ53のフルブリッジとハーフブリッジとのインバータ動作の切換えの流れを、図10のフローチャートに示す。
ステップ201では、メインコントローラ100’から、充放電コントローラ31’、第1の通信用アンテナ35、第2の通信用アンテナ51、バッテリコントローラ110’を介して放電開始指令を受信して、車載充放電インバータ53のインバータ制御回路54にハーフブリッジインバータ動作での放電開始を指令する。
【0066】
ステップ202では、充放電器30’内のDC電圧監視装置103により系統連系インバータ33のDC入力電圧を取得し、充放電コントローラ31’、第1の通信用アンテナ、第2の通信用アンテナ51、バッテリコントローラ110’を介して受信する。
なお、以下においても、指令やデータ等の送受信経路は同じである。
ステップ203では、メインコントローラ100’からの放電停止指令を受けたかどうかチェックする。
そして、放電停止指令を受けた場合はステップ210へ進み、放電停止指令を受けていない場合はステップ204へ進む。
【0067】
ステップ204では、検出されたDC入力電圧が系統連系インバータ33の最適動作電圧範囲を下回ったかどうかをチェックする。
そして、下回った場合はステップ205へ進み、下回らない場合はステップ202に戻る。
【0068】
ステップ205では、車載充放電インバータ53のインバータ制御回路54にフルブリッジインバータ動作への切換えを指令する。
ステップ206では、ステップ202と同様に、DC電圧監視装置103により取得して系統連系インバータ33のDC入力電圧を受信する。
【0069】
ステップ207では、メインコントローラ100’からの放電停止指令を受けたかどうかチェックする。
そして、放電停止指令を受けた場合はステップ210へ進み、放電停止指令を受けていない場合はステップ208へ進む。
【0070】
ステップ208では、検出されたDC入力電圧が系統連系インバータ33の最適動作電圧範囲を上回ったかどうかをチェックする。
そして、上回った場合はステップ209へ進み、上回らない場合はステップ206に戻る。
【0071】
ステップ209では、車載充放電インバータ53のインバータ制御回路54にフルブリッジインバータ動作への切換えを指令して、ステップ202へ戻る。
ステップ210では、放電を終了する。
その他の構成は第1の実施例と同じである。
また、メインコントローラ100’における充電および放電モードの切換え制御動作の流れも、第1の実施例と同じである。
【0072】
上記の構成により、電気自動車50’から住宅20’に電力を供給する際に、系統連系インバータ33のDC入力電圧から、車載充放電インバータ53のインバータ動作をフルブリッジ動作かハーフブリッジ動作に切換えることにより、DC入力電圧を一定範囲内に収めることができ、系統連系インバータ33の安定動作、バッテリ60の電圧に対するワイドレンジ化、負荷変動への対応、放電効率の高効率化を図ることができる。
【0073】
上記第2の実施例においては、車載充放電インバータ53のフルブリッジインバータ動作とハーフブリッジインバータ動作の切換え判定機能を電気自動車50’のインバータコントローラ113’に備えたが、充放電器30’の充放電コントローラ31’に備えてもよい。
この際には、系統連系インバータ33の入力DC電力の動作電圧範囲と最適動作電圧範囲のデータを充放電コントローラ31’が備え、フルブリッジインバータ動作とハーフブリッジインバータ動作との切換え判定を行う。判定結果は第1の通信用アンテナ35、第2の通信アンテナ51、バッテリコントローラ110’を介してインバータコントローラ113’に送信し、インバータコントローラ113’では、受信した判定結果から、車載充放電インバータ53の制御回路54にフルブリッジインバータ動作あるいはハーフブリッジインバータ動作を指令する。
【0074】
なお、上記の各実施例では、住宅側と電気自動車との通信手段として通信用アンテナを用いているが、本発明ではこれに限定されることなく、赤外線等による光通信を行うための送受光素子等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図である。
【図2】実施例における制御動作の流れを示すフローチャートである。
【図3】実施例における制御動作の流れを示すフローチャートである。
【図4】車載充放電インバータの回路構成の概略を示す図である。
【図5】充電時のインバータ回路の電流の流れを説明する図である。
【図6】放電時のフルブリッジインバータ回路の電流の流れを説明する図である。
【図7】放電時のハーフブリッジインバータ回路の電流の流れを説明する図である。
【図8】系統連系インバータのDC入力電圧と住宅側の負荷及びバッテリ電圧との関係を示す図である。
【図9】第2の実施例の構成を示すブロック図である。
【図10】インバータ動作の切換えの流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
10 系統電力
11 配電盤
20、20’ 住宅
21 家庭内負荷
30、30’ 充放電器
31、31’ 充放電コントローラ
32 コンバータ
33 系統連系インバータ
34 高周波電力用インバータ
35 第1の通信用アンテナ
36 充電パドル
37、55 コイル
50、50’ 電気自動車
51 第2の通信用アンテナ
52 インレット
53 車載充放電インバータ
54 インバータ制御回路
60 バッテリ
61 モータ用インバータ
62 モータ
100、100’ メインコントローラ
101 インタフェース
102 負荷状態監視装置
103 DC電圧監視装置
110、110’ バッテリコントローラ
111 余力電力計算装置
112 走行履歴取得装置
113、113’ インバータコントローラ
120 モータコントローラ
121 トルク要求生成装置
122 入力装置
Claims (2)
- 住宅側に外部の系統電力を家庭内負荷に供給する電力配線に接続した充放電器と全体制御を行うメインコントローラとを備え、該充放電器を介して、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において、
前記電気自動車は車載充放電インバータを備え、該車載充放電インバータは電気自動車から住宅側に電力を供給する際に、前記バッテリの電圧と前記家庭内負荷の状態とに応じてフルブリッジインバータ動作とハーフブリッジインバータ動作を切換えることを特徴とする電力マネジメントシステム。 - 住宅側に高周波電力用インバータと系統連系インバータとを備え、電気自動車に搭載したバッテリから住宅側に電磁誘導により電力伝達可能とした電力マネジメントシステムにおいて、
電磁誘導に用いる電気自動車側のコイルと前記バッテリとの間に設けられるインバータであって、
第1のダイオードと第3のダイオードとを直列に接続し、その両端を前記バッテリの両端に接続した第1ダイオード群と、
第2のダイオードと第4のダイオードとを直列に接続し、その両端を前記第1ダイオード群と並列に前記バッテリの両端に接続した第2ダイオード群と、
それぞれのダイオードに並列に接続されたトランジスタと、
前記バッテリの両端間に直列に接続された等容量のキャパシタと、
前記コイルの一端が接続された接点を第2のダイオードと第4のダイオードとの間に接続された接点と前記キャパシタの間に接続された接点とに切換え接続するリレーとを備え、前記コイルの他端は第1のダイオードと第3のダイオードとの間に接続されており、
電気自動車から住宅側に電力を供給する際には、前記バッテリの電圧と前記住宅の家庭内負荷の状態とに応じて、前記リレーの切換えにより前記コイルの一端を第2のダイオードと第4のダイオードとの間に接続したフルブリッジ状態と前記コイルの一端をキャパシタ間に接続したハーフブリッジ状態とを得ることを特徴とするインバータ。
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