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JP6137127B2 - 車両の電源装置 - Google Patents

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Description

この発明は、車両の電源装置に関し、特に車両から外部装置へ給電が可能な車両の電源装置に関する。
電動車両を電源として利用し、外付けの給電装置により電力変換して住宅や電化製品に電力を供給する給電システムが知られている。たとえば、特開2013−198288号公報には、電動車両に外部給電装置を接続し、電動車両から外部給電装置へ出力される直流電力を外部給電装置のインバータにより交流に変換して外部負荷へ供給する給電システムが記載されている。
特開2013−198288号公報 特開2013−198292号公報 特開2013−198286号公報
ユーザの利便性のため車室内にサービスコンセントを設けることがある。この場合、車両外部への給電中にサービスコンセントを使用可能とするかどうかについては、上記公報では検討されていない。外部への給電中には、車室内に人が載っていない場合が多い。このような場合にサービスコンセントからの給電を許可すると、ユーザがサービスコンセントに機器を接続したまま電源を切り忘れるなどしたときに、ユーザが気が付かないまま給電が継続されてしまい機器が不適切な状態で作動し機器が故障するおそれがある。
さらに、車両外部の給電中に、サービスコンセントから電力が出力され、車両の出力合計電流の制限値を超えると、車両外部への給電が停止されるおそれがある。
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、不注意による車内の電気機器の電源切り忘れの可能性が低減された車両外部への給電が可能な車両を提供することである。
この発明は、要約すると、車両の電源装置であって、電源と、電源から車両の外部装置へ給電するための第1接続部と、第1接続部とは別に車室内に設けられた第2接続部と、第1接続部から外部装置への給電をユーザが要求するための操作部と、電源から第1接続部と第2接続部への電力供給を制御する制御部とを備える。制御部は、外部装置への給電を要求する入力が操作部から与えられた場合には、第2接続部への電力供給を停止させ、かつ第1接続部に電力供給を行なわせる。
外部への給電中には、車室内に人が載っていない場合が多い。上記のように制御することによって、第2接続部に電気機器が接続され、かつ電気機器が作動中の状態で車室内に放置されたとしても、ユーザが気が付かないまま電気機器に給電が継続されてしまい機器が不適切な状態で作動することを防止することができる。
好ましくは、制御部は、さらに、第1接続部から外部装置に給電中である場合には、操作部から第2接続部を使用する要求が入力されたときでも第2接続部からの電力供給を禁止する。
車両の電源装置は、装置全体として出力可能な電力の上限が設定されている場合がある。このような場合に、外部装置に給電中である状態で第2接続部から車室内の電気機器に電力を出力すると、稼働中の外部装置が電力が制限されることによって停止してしまうことが考えられる。上記のような制御をすれば、第1接続部から外部装置に給電中において後から第2接続部への電力要求があっても、電力を第2接続部に供給しないので、外部装置が停止してしまう事態を避けることができる。
好ましくは、車両の電源装置は、第1接続部から外部装置に供給される電力を検出する電力検出部をさらに備える。制御部は、電力検出部で検出された電力が所定値を超えた場合には第1接続部からの電力供給を制限する。
上記の構成とすれば、制御部は電力を監視しつつ外部装置に要求どおりの給電をするか、給電を制限したり給電停止したりするを決めることができる。
好ましくは、電源は、直流電源である。車両の電源装置は、直流電源の電圧を受けて給電用直流電圧を第1接続部に出力する直流出力部と、直流電源の電圧を受けて交流電圧を発生し第2接続部に出力する交流出力部とをさらに備える。交流出力部は、インバータを含む。直流出力部は、直流電源と直流接続部とを接続する給電リレーを含む。制御部は、操作部から外部装置への給電を要求する入力が与えられた場合には、インバータの動作を停止させ、かつ給電リレーを導通させる。
上記のような構成とすれば、制御部が交流出力部に交流電圧の出力を停止させ、かつ直流出力部に給電用直流電圧を出力させることができる。なお、交流出力部に交流電圧の出力を停止させるために、交流出力部の出口にリレーを設けて出力を遮断するようにしても良い。
電源は、二次電池と、二次電池を充電するための燃料電池とを含む。
上記の構成とすれば、二次電池の電池容量が小さな場合でも、燃料電池に燃料を補充する限り外部装置への給電を継続することができる。
本発明によれば、車両外部への給電中に、ユーザが気が付かない状態で、車内の電気機器が作動を継続するといった事態を避けることができる。
本実施の形態の車両の電源装置が搭載される車両の構成および車両に接続される外部装置の構成を示す図である。 車両ECU300が実行するサービスコンセント190への電力出力の制御を説明するためのフローチャートである。 車両ECU300が実行する外部装置500への給電制御を説明するためのフローチャートである。 車両ECU300が実行する外部装置500への給電中の電力監視制御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返さない。
図1は、本実施の形態の車両の電源装置が搭載される車両の構成および車両に接続される外部装置の構成を示す図である。
図1を参照して、車両100は、電源105と、システムメインリレー(System Main Relay:SMR)115と、PCU(Power Control Unit)120と、モータ135と、駆動輪150と、制御装置である車両ECU(Electronic Control Unit)300とを含む。電源105は、車載電池110と、燃料電池130とを含む。PCU120は、図示しないが、コンバータと、インバータと、コンデンサとを含む。
外部装置500は、漏電を検出する検出器530と、インバータ510と、給電開始スイッチ542と、給電停止スイッチ544と、非常停止スイッチ546と、インバータ510を制御する給電ECU550とを含む。
車載電池110は、正電力線PL1および負電力線NL1を介してPCU120に接続される。そして、車載電池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、車載電池110は、モータ135で回生された電力を蓄電する。車載電池110の出力はたとえば200V程度である。
車載電池110は、いずれも図示しないが電圧センサおよび電流センサを含み、これらのセンサによって検出された、車載電池110の電圧VBおよび電流IBを車両ECU300へ出力する。
SMR115に含まれるリレーの一方は、車載電池110の正極とPCU120に接続される正電力線PL1との間に接続され、他方のリレーは車載電池110の負極と負電力線NL1との間に接続される。そして、SMR115は、ECU300からの制御信号SE1に基づいて、車載電池110とPCU120との間での電力の供給と遮断とを切換える。
PCU120は、燃料電池130の電圧および車載電池110の電圧をモータ駆動用の直流電圧に変換する昇圧コンバータと、モータ駆動用の直流電圧を受けてモータ135を駆動するインバータとを含む。PCU120の内部のインバータは、車両ECU300からの制御信号に基づいて、直流電力を交流電力に変換し、モータ135を駆動する。
モータ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135の駆動トルクは、駆動輪150に伝達されて、車両100を走行させる。モータ135は、車両100の回生制動時には、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によって車載電池110の充電電力に変換される。
なお、車両100は、燃料電池車である例を示したが、ハイブリッド自動車であっても良い。その場合には車両100はエンジンや発電機をさらに備える。発電機は、エンジンの回転により発電が可能であり、この発電電力を用いて車載電池110を充電することができる。車両100は、エンジンを搭載しない電気自動車であってもよい。
近年、電源装置として、電気自動車やハイブリッド自動車や燃料電池車が注目されている。これらの車両は、車両駆動用の大容量車載電池を搭載しており、ハイブリッド自動車や燃料電池車では発電機能も有しているので、これらの車両から外部の設備や電気機器等に電力を給電することが検討されている。
これらの燃料電池車両などでは、大電力が発生可能であるので、車両の外部の設備等に電力供給するだけでなく、車室内に出力の比較的大きいサービスコンセントを設けることができる。
本実施の形態の車両の電源装置は、電源105と、電源105の電圧を受けて交流電圧を出力する交流出力部(インバータ180)と、車室内に設けられたサービスコンセント190と、電源105の電圧を受けて給電用直流電圧を出力する直流出力部(給電リレー160)と、給電用直流電圧を車両の外部装置500へ給電するための直流接続部であるDCアウトレット170と、DCアウトレット170から外部装置500への給電をユーザが要求するための操作部200と、交流出力部(インバータ180)と直流出力部(給電リレー160)とを制御する車両ECU(Electronic Control Unit)300とを備える。
サービスコンセント190は、DCアウトレット170とは別に設けられ、交流電圧を交流電気機器(たとえば、ヘアドライヤ、ホットプレート、電気炊飯器、携帯端末充電器など)に給電するための交流接続部である。
DCアウトレット170は、コネクタ410およびパワーケーブル440を介して外部装置500が接続される。給電ECU550は、検出器530の漏電検出結果と、給電開始スイッチ542、給電停止スイッチ544および非常停止スイッチ546の操作状態とに応じて、インバータ510を制御する。出力部520は、家屋の配電盤等に接続されても良く、交流電気機器に接続されても良い。
車両側の電源105は、車載電池110と、車載電池110を充電するための燃料電池130とを含む。車載電池110は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。車載電池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を含んで構成される。
上記の構成とすれば、車載電池110の電池容量が小さな場合でも、燃料電池130に燃料を補充する限り外部装置500への給電を継続することができる。
操作部200は、パワースイッチ210と、DC−OUTスイッチ220と、AC−OUTスイッチ222と、AC−OUTスイッチ222に一体化されたAC−OUTランプ224とを含む。
パワースイッチ210は、車両の電気走行システムを起動させるためのスイッチである。たとえば、図示しないブレーキペダルを操作していない状態で、パワースイッチ210を1回押すと、車両の動作モードは、オーディオ機器等の一部の電装品が使用可能となるアクセサリモード(Accモード)に移行する。またパワースイッチ210を2回押すと、車両の動作モードは、すべての電装品が使用可能となるIG−ONモードに移行する。ブレーキペダルを踏んだ状態でパワースイッチ210を押すと、車両はPCU120でモータ135を駆動可能な状態(Ready−ON)となる。
AC−OUTスイッチ222は、サービスコンセント190からのAC車内給電を要求するスイッチである。車両ECU300は、IG−ONモードでAC−OUTスイッチ222が操作されるとシステムメインリレー115および給電リレー160をともに接続し、かつインバータ180を作動させて、サービスコンセント190にAC100Vの供給を開始する。インバータ180を作動させているときは、車両ECU300は、AC−OUTランプ224を点灯させる。
DC−OUTスイッチ220は、外部装置500への給電を要求するスイッチである。車両ECU300は、IG−ONモードでDC−OUTスイッチ220が操作されるとシステムメインリレー115および給電リレー160をともに接続して、DCアウトレット170から外部装置500にDC外部給電を開始する。
この場合、車両外部への給電中にサービスコンセント190を使用可能とするかどうかについては検討する必要がある。外部への給電中には、車室内に人が載っていない場合が多い。このような場合に出力の比較的大きいサービスコンセント190からの給電を許可すると、電気機器等をユーザがサービスコンセントに接続したまま電源を切り忘れるなどしたときに、ユーザが気が付かないまま給電が継続されてしまい機器が不適切な状態で作動し機器が故障するおそれがある。特に、電気機器が消費電力が大きい機器(暖房機器など)は注意が必要となる。
そこで、本実施の形態では、AC−OUTスイッチ222の操作による給電要求とDC−OUTスイッチ220の操作による給電要求が競合した場合には、後にフローチャートで説明するように、車両ECU300は、DC−OUTスイッチ220の操作を優先させる。
車両ECU300は、操作部200から外部装置500への給電を要求する入力が与えられた場合には、インバータ180に交流電圧の出力を停止させ、かつ給電リレー160を導通させて給電用直流電圧をDCアウトレット170出力させる。
外部への給電中には、車室内に人が載っていない場合が多い。上記のように制御することによって、サービスコンセント190に交流電気機器が接続され、かつ交流電気機器(たとえば、ヘアドライヤ、ホットプレート、電気炊飯器、携帯端末充電器など)が作動中の状態で放置されたとしても、ユーザが気が付かないまま交流電気機器に給電が継続されてしまい機器が不適切な状態で作動することを防止することができる。
好ましくは、交流出力部は、インバータ180や図示しないリレー等を含み、直流出力部は、電源105とDCアウトレット170とを接続する給電リレー160を含み、車両ECU300は、操作部200から外部装置500への給電を要求する入力が与えられた場合には、インバータ180の動作を停止させ、かつ給電リレー160を導通させる。
上記のような構成とすれば、車両ECU300が交流出力部(インバータ180)に交流電圧の出力を停止させ、かつ直流出力部(給電リレー160)に給電用直流電圧を出力させることができる。なお、インバータ180に交流電圧の出力を停止させるために、インバータ180の出口にリレーを設けて出力を遮断するようにしても良い。
好ましくは、車両ECU300は、DCアウトレット170から外部装置500に給電中である場合には、操作部200からサービスコンセント190を使用する要求が入力された場合でも交流出力部(インバータ180)からの交流電圧の出力を禁止する。
また、車両の電源装置は、装置全体として出力可能な電力の上限が設定されている場合がある。このような場合に、外部装置500に給電中である状態で交流出力部(インバータ180)から交流電気機器に電力を出力すると、稼働中の外部装置500が電力が制限されることによって停止してしまうことが考えられる。上記のような制御をすれば、DCアウトレット170から外部装置500に給電中は後からサービスコンセント190に接続された交流電気機器への電力要求があっても、要求された電力を交流電気機器に供給しないので、外部装置500が停止してしまう事態を避けることができる。
好ましくは、車両の電源装置は、DCアウトレット170から外部装置500に供給される電力を検出する電流センサ162および電圧センサ164をさらに備える。車両ECU300は、電流センサ162および電圧センサ164で検出された電力が所定値を超えた場合には直流出力部(給電リレー160)に直流電圧の供給を停止させる。
上記の構成とすれば、車両ECU300は電力を監視しつつ外部装置500に給電をするか否かを決めることができる。
以下に、車両ECU300が実行するサービスコンセント190への電力出力の制御と、外部装置500への給電制御についてフローチャートを用いて説明する。
図2は、車両ECU300が実行するサービスコンセント190への電力出力の制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごと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、図2を参照して、車両ECU300は、ステップS1において車両の動作モードがIG−ONモードかまたはアクセサリモードであるか否かを判断する。
ステップS1において車両の動作モードがIG−ONモードかまたはアクセサリモードであった場合には(S1でYES)、ステップS2に処理が進められる。
ステップS2では、車両ECU300は、AC−OUTスイッチ222がON状態に操作されたか否かを判断する。ステップS2においてAC-OUTスイッチ222がON状態に操作された場合(S2でYES)、ステップS3に処理が進められる。
ステップS3では、車両ECU300は、現在外部装置500へDC外部給電中であるか否かを判断する。ステップS3においてDC外部給電中でなかった場合(S3でNO)、ステップS4において、車両ECU300は、AC−OUTランプ224を点灯させるとともに、ステップS5でインバータ180を作動させ、AC100Vをサービスコンセント190に供給する。
一方、ステップS1、動作モードがIG−ONモード、アクセサリモードのいずれでもない場合や、ステップS2でAC−OUTスイッチのON操作が無い場合や、ステップS3でDC外部給電中であった場合には、ステップS4,S5の処理は実行されずにステップS6に処理が進められる。
特に、ステップS3の処理が行なわれるので、サービスコンセント190へのAC車内給電よりもDCアウトレットへのDC外部給電の方が優先される。DC外部給電は、災害時などの非常時の利用も想定されているので、AC車内給電よりも優先度合いが高く設定されている。なお、このような場合は、サービスコンセント190に接続するのではなく、交流電気機器を外部装置500の出力部520に接続するか、または出力部520を分岐した先に接続すればよい。
図3は、車両ECU300が実行する外部装置500への給電制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間ごと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、図3を参照して、ステップS11において、車両ECU300は、DC外部給電要求操作があるか否かを判断する。一例では、外部装置がDCアウトレット170に接続されており、かつIG−ONモードに車両の動作モードが設定されており、かつDC−OUTスイッチ220がON状態となった場合、車両はDC外部給電要求操作があったと判断する。なお、外部装置500の給電ECU550と通信を行なっている場合には、上記の条件に対して、給電開始スイッチ542がON状態に操作され、かつ給電停止スイッチ544および非常停止スイッチ546が操作されていないことを加えても良い。
ステップS11において、DC外部給電要求操作があると判断された場合には、ステップS12に処理が進められる。ステップS12では、車両ECU300は、AC100Vの交流電力を発生させるインバータ180が動作中であるか否かを判断する。ステップS12において、インバータ180が動作中であった場合(S12でYES)ステップS13に処理が進められる。ステップS13では、車両ECU300は、サービスコンセント190に出力するAC100Vの交流電力を発生させるインバータ180の動作を停止するとともに、ステップS14において、AC−OUTランプ224を消灯状態とする。これにより、たとえば、サービスコンセント190に接続された交流電気機器が切り忘れられていても、交流電気機器への電力供給は強制的に中断される。
DC外部給電を実施するような状況では、車室内に人が載っていない状態で長時間放置されることが想定される。たとえば、ヘアドライヤ、ホットプレート、電気炊飯器など熱源を伴う電気機器の場合には、強制的に電力供給が中断されるので、車室内で放置されていたとしても過熱などが発生する恐れが無い。
そして、ステップS15において、給電リレー160が導通され、ステップS16において、外部装置500へのDC外部給電が実行される。
なお、ステップS11においてDC外部給電要求操作が無いと判断された場合(S11でNO)、およびステップS12においてインバータ180が動作中でないと判断された場合には(S12でNO)、ステップS16において制御はメインルーチンに戻される。
図2、図3に示した制御によって、外部に対する給電を車室内への給電よりも優先させるので、車室内に人が不在となる可能性が高い外部給電中に、サービスコンセント190に接続された交流電気機器が不適切な状態で作動することを予防することができる。
図4は、車両ECU300が実行する外部装置500への給電中の電力監視制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、図3のステップS15において給電が実行されている間、一定時間ごと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、図4を参照して、車両ECU300は、ステップS21において、電圧センサ164から給電電圧Vo、電流センサ162から給電電流Ioを得る。続いて、ステップS22において、電流と電圧の積を演算することによって給電電圧Poを算出する。
続いて、ステップS23において、車両ECU300は、給電電力Poが上限値を超えたか否かを判断する。ステップS23においてPo>上限値であった場合(S23でYES)ステップS23に処理が進められ、Po>上限値でない場合(S23でNO)、ステップS25に処理が進められる。
ステップS25では、DC外部給電が継続される。一方、ステップS24では、DC外部給電は停止される。一例では、給電リレーがOFFされる。ステップS24またはS25の処理に続いて、ステップS26に処理が進められると、制御はメインルーチンに戻される。
図4のように、DC外部給電電力Poが上限値で制限されることは、車両の保護や外部装置の保護等のために行なわれる。たとえば、車載電池110のコストを抑えるために、車載電池110の容量をなるべく小さく設計した場合、AC車内給電が実行中であると、上限値をより厳しい方向に補正しなければならない場合も考えられる。
このような制御が行なわれている場合に、外部装置500に給電中である状態で交流出力部(インバータ180)から交流電気機器に電力を出力すると、稼働中の外部装置500が電力が制限されることによって停止してしまうことが考えられる。図2、図3で説明したような、DC外部給電をAC車内給電よりも優先させる制御をすれば、DCアウトレット170から外部装置500に給電中は後からサービスコンセント190に接続された交流電気機器への電力要求があっても、要求された電力を交流電気機器に供給しないので、外部装置500が停止してしまう事態を避けることができる。
なお、本実施の形態では、車室内にAC給電用サービスコンセントを設け、車外への給電にはDCアウトレットを設けた例を示したが、車外への給電を車室内への給電よりも優先させるものであれば良い。たとえば、車室内に設けるサービスコンセントはAC給電用、DC給電用のいずれであっても良く、車外への給電を行なうアウトレットもAC給電用、DC給電用のいずれであっても良い。
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、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、105 直流電源、110 車載電池、115 システムメインリレー、130 燃料電池、135 モータ、150 駆動輪、160 給電リレー、162 電流センサ、164 電圧センサ、170 DCアウトレット、180 インバータ、190 サービスコンセント、200 操作部、210 パワースイッチ、220 DC−OUTスイッチ、222 AC−OUTスイッチ、224 AC−OUTランプ、300 車両ECU、500 外部装置、520 出力部、542 給電開始スイッチ、544 給電停止スイッチ、546 非常停止スイッチ、550 給電ECU、NL1 負電力線、PL1 正電力線。

Claims (5)

  1. 電源と、
    前記電源から車両の外部装置へ給電するための第1接続部と、
    前記第1接続部とは別に車室内に設けられた第2接続部と、
    前記電源の電圧を受けて交流電圧を発生し前記第2接続部に出力する交流出力部と、
    前記第1接続部から前記外部装置への給電をユーザが要求するための操作部と、
    前記電源から前記第1接続部と前記第2接続部への電力供給を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記外部装置への給電を要求する入力が前記操作部から与えられた場合において、前記交流出力部が作動中であった場合には、前記交流出力部の動作を停止させ、かつ前記第1接続部に電力供給を行なう、車両の電源装置。
  2. 前記制御部は、さらに、前記第1接続部から前記外部装置に給電中である場合には、前記操作部から前記第2接続部を使用する要求が入力されたときでも前記第2接続部からの電力供給を禁止する、請求項1に記載の車両の電源装置。
  3. 前記第1接続部から前記外部装置に供給される電力を検出する電力検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記電力検出部で検出された電力が所定値を超えた場合には前記第1接続部からの電力供給を制限する、請求項1に記載の車両の電源装置。
  4. 前記電源は、直流電源であり、
    前記直流電源の電圧を受けて給電用直流電圧を前記第1接続部に出力する直流出力部をさらに備え、
    前記交流出力部は、インバータを含み、
    前記直流出力部は、前記直流電源と前記第1接続部とを接続する給電リレーを含み、
    前記制御部は、前記操作部から前記外部装置への給電を要求する入力が与えられた場合には、前記インバータの動作を停止させ、かつ前記給電リレーを導通させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両の電源装置。
  5. 前記電源は、
    二次電池と、
    前記二次電池を充電するための燃料電池とを含む、請求項1に記載の車両の電源装置。
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