JP4403648B2 - Power management system - Google Patents

【０００１】
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power management system that performs efficient power management, and more particularly to a power management system between a house and an electric vehicle.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an electric power management system using an electric vehicle, a system has been developed that supplies electric power from a household power source to a battery of the electric vehicle, and conversely supplies electric power from the electric vehicle to the housing side in an emergency. Yes. For example, a domestic power supply system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-178234 is composed of a charger / discharger connected to system power on the house side, and a charge / discharge system provided on the electric vehicle side. Charging / discharging between both sides of the house is possible.
[0003]
The home-side charger / discharger includes a first inverter that converts home AC power into high-frequency AC power when power is supplied (i.e., charged) from a home power source of the home to the battery of the electric vehicle; A second inverter that converts high-frequency AC power to household AC power when power is supplied (ie, discharged) from the electric vehicle to the house, and switching between the first inverter and the second inverter is performed. It is comprised from the 1st and 2nd selection switch, and the charging / discharging paddle which is the connector for charging / discharging connected to the output side (input side of a 2nd inverter) of a 1st inverter.
[0004]
On the other hand, the electric vehicle side is an inlet that is a charge / discharge connector, a third inverter that converts high-frequency AC power into DC power when charging, and a fourth inverter that converts DC power into high-frequency AC power when discharging. An inverter, third and fourth selection switches for switching between the third inverter and the fourth inverter, and a battery connected to the output side of the third inverter (input side of the fourth inverter) It is composed of
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned household power supply system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-178234, the second inverter used when supplying power from the electric vehicle to the house side needs to ensure the power quality of the household power source, In order to eliminate, it is common to once rectify the high frequency AC power into DC power and convert the rectified DC power into household AC power.
[0006]
At this time, the DC input voltage (DC input voltage) of the grid-connected inverter that converts DC power into household AC power at the house side is the state of the house load, the voltage of the battery of the electric vehicle, and the configuration of the fourth inverter. It comes to be determined from.
Here, the grid interconnection inverter has a range where the power conversion efficiency is increased by the DC input voltage (optimum operating voltage range) and a range where it is lowered, and at least this DC input voltage can operate the grid interconnection inverter. It is necessary to enter the range (operating voltage range).
[0007]
When the fourth inverter is constituted by a full bridge inverter, when the battery voltage is low and the load resistance on the house side is small (that is, the power consumption is large), the grid-connected inverter has a DC input voltage within the optimum operating voltage range. Enter and operate stably. When the battery voltage is low and the load resistance on the house side is large (that is, the power consumption is small), the DC input voltage is in the operating voltage range, but the power conversion efficiency is low. When the battery voltage is high and the load resistance on the house side is small, the grid-connected inverter operates stably with the DC input voltage within the optimum operating voltage range. When the battery voltage is high and the load resistance on the house side is large, the DC input voltage becomes high and may exceed the operating range.
[0008]
When the fourth inverter is a half-bridge inverter, when the battery voltage is low and the load resistance on the house side is small, the DC input voltage may be low and fall below the operating range. When the battery voltage is low and the load resistance on the house side is large, the grid-connected inverter operates stably with the DC input voltage within the optimum operating voltage range. When the voltage of the battery is high and the load resistance on the house side is small, the DC input voltage may be low and fall below the operating range. When the battery voltage is high and the load resistance on the house side is large, the grid-connected inverter operates stably with the DC input voltage within the optimum operating range.
[0009]
Therefore, if the fourth inverter is fixed to either the full-bridge inverter or the half-bridge inverter, there is a problem that the grid-connected inverter does not operate stably depending on the combination of the battery voltage and the load resistance on the house side. is there.
[0010]
Therefore, the present invention provides an electric power management system that increases the discharge efficiency by causing the grid-connected inverter to operate stably with high efficiency in a wide range of combinations of battery voltage and residential load resistance during discharge. The purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the invention according to claim 1 includes a charger / discharger connected to a power wiring for supplying external system power to a household load on the house side, and a main controller for performing overall control, through the charger / discharger. In an electric power management system that enables electric power to be transmitted between the battery mounted on the electric vehicle and the house side, the electric vehicle includes an in-vehicle charge / discharge inverter, and the in-vehicle charge / discharge inverter supplies electric power from the electric vehicle to the house side. When supplying , Battery voltage And the state of household load The full-bridge inverter operation and the half-bridge inverter operation are switched according to the situation.
[0014]
Claim 2 The invention described is an electric vehicle used for electromagnetic induction in a power management system that includes an inverter for high-frequency power and a grid-connected inverter on the house side, and can transmit power from the battery mounted on the electric vehicle to the house side by electromagnetic induction. A first diode group in which a first diode and a third diode are connected in series, and both ends of the inverter are connected to both ends of the battery; A second diode group in which two diodes and a fourth diode are connected in series, and both ends of which are connected in parallel with the first diode group at both ends of the battery, and a transistor connected in parallel with each diode; A capacitor of equal capacity connected in series between both ends of the battery, and a contact connected to one end of the coil. And a relay connected to be switched between the contact connected between the diode and the fourth diode and the contact connected between the capacitors, and the other end of the coil includes a first diode and a third diode. When power is supplied from the electric vehicle to the house Depending on the battery voltage and the residential home load condition, By switching the relay, a full bridge state in which one end of the coil is connected between a second diode and a fourth diode and a half bridge state in which one end of the coil is connected between capacitors are obtained.
[0015]
【The invention's effect】
In the invention of claim 1, when supplying electric power from the electric vehicle to the house side, the full-bridge inverter operation and the half-bridge inverter operation of the in-vehicle charge / discharge inverter mounted on the electric vehicle are switched according to the voltage of the battery, The DC input voltage of the grid interconnection inverter can be changed in response to the change in the battery voltage, and the discharge efficiency can be increased.
[0016]
Claim 1 In the described invention , Since the full-bridge inverter operation and half-bridge inverter operation of the on-vehicle charge / discharge inverter are switched according to the state of the household load as well as the battery voltage, the DC input voltage of the grid-connected inverter changes according to the variation of the household load. The discharge efficiency can be increased.
[0018]
Claim 2 In the described invention, it is possible to switch between full-bridge inverter operation and half-bridge inverter operation by simply adding an equal-capacitance capacitor and a relay connected in series. In addition, the discharge efficiency can be increased with a simple structure.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by way of examples.
FIG. 1 shows the configuration of a power management system to which the present invention is applied as a first embodiment.
First, the house 20 side will be described.
On the house 20 side, various home loads 21 are connected to the grid power from the power company via the switchboard 11. A main controller 100 that performs overall control of the system is provided in the house, and an interface 101, a load state monitoring device 102 that monitors the usage state of the home load 21, and a charge / discharge controller 31 in the charger / discharger 30. And are connected.
The interface 101 has a function of displaying the state (that is, charging or discharging mode, time, remaining battery capacity, etc.) at the time of charging / discharging and a function of receiving an input operation from the user.
[0020]
The main controller 100 satisfies a time management function, a battery voltage / input / output current and remaining capacity (hereinafter referred to as a battery state), a travel history, a reserved power amount, a surplus power amount, and a paddle connection signal. Received from the discharge controller 31. Then, based on these data and time, it is determined whether electric power is supplied (charged) to the electric vehicle 50 or vice versa, and output to the charge / discharge controller 31 is determined. . In addition, the usage status of the home load 21 is received from the load status monitoring device 102, and the received usage status of the home load 21 is output to the charge / discharge controller 31. Further, the battery state and the mode state indicating which mode is charging or discharging are output to the interface 101.
The main controller 100 sends output request signals corresponding to the various information and signals described above.
[0021]
A charger / discharger 30 is further connected to the switchboard 11.
The charger / discharger 30 includes a converter 32 connected to the switchboard 11 and a charge / discharge controller 31 connected to the converter 32 and the main controller 100 described above.
[0022]
The converter 32 includes a grid interconnection inverter 33 and a high frequency power inverter 34 connected to the switchboard 11. The charge / discharge paddle 36 is charged to the high frequency power inverter 34 and the first communication antenna 35 is charged. Each is connected to the discharge controller 31.
The charge / discharge controller 31 receives the battery state, the travel history, the secured power amount, the surplus power amount, and the paddle connection signal from the electric vehicle 50 side via the first communication antenna 35, and these data are stored in the main controller 100. Function, the charge / discharge command from the main controller 100 and the state of the home load 21 are received, and the charge / discharge control signal and the load state are received via the first communication antenna 35. And a function for charge / discharge control of the converter 32.
[0023]
The grid interconnection inverter 33 has a function of converting household AC power into DC power when the battery 60 is charged, and converting DC power into household AC power when discharging the battery 60.
The high frequency power inverter 34 has a function of converting DC power into high frequency AC power when charging, and converting high frequency AC power into DC power when discharging.
Therefore, the converter 32 has a function of converting household AC power into high-frequency AC power when charging, and converting high-frequency AC power into household AC power when discharging.
[0024]
The charging paddle 36 is connected to a high frequency power inverter 34 in the converter 32, and includes an inlet 52 (to be described later) and one coil 37 constituting a transformer so that power can be transmitted by electromagnetic induction. .
The first communication antenna 35 connected to the charge / discharge controller 31 has a function of performing wireless communication with a second communication antenna 51 described later.
[0025]
Next, the electric vehicle 50 side will be described.
A battery 60 is connected to the inlet 52 via an in-vehicle charge / discharge inverter 53. An inverter controller 113 is connected to the in-vehicle charge / discharge inverter 53. A battery controller 110 is connected to each of the inlet 52, the battery 60, and the inverter controller 113. In addition, the battery controller 110 is connected to the second communication antenna 51, and the remaining power calculation device 111 and the travel history acquisition device 112 are sequentially connected.
A motor 62 is connected to the battery 60 via a motor inverter 61. A motor controller 120 and a torque request generation device 121 are sequentially connected to the motor inverter 61, and a motor 62 is connected to the torque request generation device 121 and an input device 122 is connected thereto.
[0026]
The inlet 52 includes the charge / discharge paddle 36, the other coil 55 constituting the transformer so that electric power can be transmitted by electromagnetic induction, and a means for detecting the connection of the charge / discharge paddle 36. Is output to the battery controller 110.
[0027]
The battery controller 110 monitors the battery state and transmits the battery state to the remaining power calculation device 111. Then, a travel history and a surplus power calculation result, which will be described later, are received from the surplus power calculation device 111, a connection signal of the charging paddle 36 is received from the inlet 52, and a battery state, a travel history, a surplus power calculation result, and a paddle connection signal are received. It transmits to the charger / discharger 30 side via the second antenna 51 for communication. Furthermore, a charge / discharge control signal and a house load state, which will be described later, are received from the charger / discharger 30 side via the second communication antenna 51, and the inverter controller 113 receives the charge / discharge control signal, the house load state, and the battery state. Is output.
[0028]
The travel history acquisition device 112 is a travel history of the electric vehicle 50, the travel distance per trip from when the charging paddle 36 is disconnected until it is connected, the date and time, and the remaining power calculation device 111 from the battery controller 110. The battery state to be transmitted is recorded, and the recorded traveling history is output to the remaining power calculation device 111.
[0029]
The surplus power calculation device 111 receives the battery state and the paddle connection signal from the battery controller 110, and transmits the battery state and the paddle connection signal to the travel history acquisition device 112. Then, the travel history is received from the travel history acquisition device 112, and the power consumption per trip is learned as the amount of power necessary for the user to make a round trip to the daily life zone and stored as the reserved power amount. Further, the remaining power of the battery 60 is used to calculate the amount of power obtained by removing the emergency power amount (for example, 20% of the total battery capacity) and the reserved power amount as the remaining power amount, and the travel history, the reserved power amount, and the remaining power amount Is output to the charger / discharger 30 via the battery controller 110 and the second communication antenna 51.
[0030]
The traveling motor 62 is a three-phase AC motor, and is driven by the three-phase AC power converted from the DC power of the battery 60 by the motor inverter 61.
The torque request generation device 121 receives a signal from the input device 122 that detects the operation amount of the accelerator pedal, detects the current state of the motor 62, creates a required torque request signal, and generates a motor controller. 120 is output.
The motor controller 120 inputs a signal from the torque request generation device 121 and outputs a control signal to the motor inverter 61.
The motor inverter 61 is a three-phase AC inverter 61 and operates in response to a control signal from the motor controller to drive the motor 62.
[0031]
The on-vehicle charge / discharge inverter 53 converts high-frequency AC power into DC power when charging the battery 60 and converts DC power into high-frequency AC power when discharging from the battery 60 according to a control signal from the inverter controller 113 described later. In addition, the inverter operation at the time of discharging has a function of switching between full-bridge operation and half-bridge operation.
[0032]
Next, the flow of charge / discharge mode switching control operation in the main controller 100 is shown in the flowcharts of FIGS.
First, in step 101, it is checked whether or not the charging paddle 36 is connected to the inlet 52. This is detected by the presence or absence of a paddle connection signal transmitted from the battery controller 110 (described later) of the electric vehicle 50 to the charger / discharger 30 via the first and second communication antennas 35 and 51. This step is repeated until it is detected that the charging paddle 36 is connected to the inlet 52.
[0033]
When the charging paddle 36 is connected to the inlet 52, next, in step 102, it is checked whether or not the current time belongs to a midnight power time zone in which the grid power is midnight power at a low cost.
If it is not the midnight power time zone, in step 103, an output request signal for the battery state and a surplus power calculation result described later is sent to the electric vehicle 50 side, and data from a surplus power calculation device 111 described later via the battery controller 110 is sent. Is received to check whether the battery 60 of the electric vehicle 50 has an amount of remaining power.
[0034]
And when there is a surplus electric power amount, it progresses to step 104 and starts discharge (electric power supply from the battery 60 to the house 20 side). That is, the charge / discharge controller 31 that has received a discharge start command from the main controller 100 transmits a discharge start signal to the battery controller 110 and causes the converter 32 to perform a discharging operation. On the electric vehicle 50 side, the battery controller 110 causes the in-vehicle charge / discharge inverter 53 to perform a discharging operation.
[0035]
During discharging, in step 105, data from the remaining power calculation device 111 is received at a predetermined time interval such as 1 sec, for example, and it is monitored whether or not the battery 60 has a remaining power amount. While there is a surplus power amount, it is checked in step 106 whether the current time is in the midnight power time zone.
Here, if it is not the midnight power time zone, the discharge is continued and the process returns to step 105.
[0036]
When the remaining power amount is exhausted in the check in step 105, or when the current time is in the midnight power time zone in the check in step 106, the process proceeds to step 107.
In step 107, it is checked whether or not the system power is normal depending on whether or not the system abnormality signal from the converter 32 is received. If the system power is not normal, that is, if there is a power failure, the process proceeds to step 108 and the discharge is continued, and the check in step 107 is repeated until the system power becomes normal.
[0037]
If the check at step 107 detects that the grid power is normal, the discharge is terminated at step 109. That is, the charge / discharge controller 31 that has received the discharge end command ends the discharge operation of the converter 32 and transmits a discharge end signal to the battery controller 110. On the electric vehicle 50 side, the battery controller 110 ends the discharge operation of the in-vehicle charge / discharge inverter 53.
[0038]
Thereafter, in step 111, it is checked whether or not the current time is in the midnight power time zone, and the check is repeated until the midnight power time zone is reached. When the midnight power time zone is reached, the routine proceeds to step 112 where charging of the battery 60 is started.
That is, the charge / discharge controller 31 that has received a charge start command from the main controller 100 transmits a charge start signal to the battery controller 110 of the electric vehicle and causes the converter 32 to perform a charging operation. On the electric vehicle 50 side, the battery controller 110 causes the in-vehicle charge / discharge inverter 53 to perform a charging operation.
Thereafter, charging is continued until the battery controller 110 is fully charged while receiving and checking the battery state monitored by the battery controller 110.
[0039]
On the other hand, if there is no remaining power amount in the check in step 103, the process proceeds to step 113 to check whether the grid power is normal. Here, when the system power is normal, in step 110, data from the surplus power calculation device 111 is received to check whether there is a reserved power amount. And when there is no secured electric energy, since going out may be hindered, it progresses to step 112 and the charge to the battery 60 is started.
[0040]
If there is a sufficient amount of power in the check in step 110, it is possible to cope with going out of one trip. Therefore, after proceeding to step 111 and detecting that it is in the late-night power time zone, the battery 60 is charged in step 112. Start.
[0041]
If the check result in step 113 is a power failure, the process proceeds to step 115 and discharge is started.
During discharging, in step 116, it is checked whether or not the system power is normal at predetermined time intervals. While the power failure occurs, the discharge is continued in step 117 and the check in step 116 is performed until the system power 10 becomes normal. repeat.
[0042]
Thereby, the electric power supply from the electric vehicle 50 to the domestic load 21 of the house 20 is continued until the system power 10 becomes normal.
If it is detected in step 116 that the grid power 10 has been restored to normal, the discharge is terminated in step 118 and the process proceeds to step 112 to start charging.
[0043]
If the current time is in the midnight power time zone in the check in step 102, it is checked in step 114 whether the grid power 1 is normal.
If the grid power 10 is normal, the process proceeds to step 112 and charging is started.
On the other hand, if the check result in step 114 is a power failure, the process proceeds to step 115 to start discharging.
Thereafter, as in the case of proceeding from step 113 to step 115, discharging is continued until the grid power 10 becomes normal, power is supplied to the home load 21 of the house 20, and then charging is started.
[0044]
As described above, switching between the charging mode and the discharging mode is automatically performed only by the user connecting the charging paddle 36 to the inlet 52.
In addition, in this embodiment, the charging mode and the discharging mode can be forcibly switched over by the user's input operation on the interface 22 in preference to the automatic switching operation shown in the above flowchart.
[0045]
As described above, by controlling charging or discharging according to the secured power amount and remaining power amount of the battery 60, the time zone, and the state of the system power 10, the system power 10 such as a power failure while charging at low cost with midnight power. When there is an abnormality, power can be supplied from the battery 60 to the home load 21.
As long as there is no abnormality in the system power 10, since the user stores the reserved power amount and the emergency power amount necessary for traveling back and forth to a predetermined place in the daily life area, the battery 60 can be used. The remaining power amount can be used on the house 20 side while ensuring the above.
[0046]
Next, the circuit configuration of the in-vehicle charge / discharge inverter 53 is shown in FIG.
A bridge circuit composed of diodes D1, D2, D3, and D4 is formed between the inlet 52 and the battery 60 so that it can operate as a full-bridge rectifier during charging, and the diodes D1, D3 are respectively formed. Between points D2 and D4, points A and B which are input / output ends of the inlet 52 are connected, and both ends of the battery 60 are connected between the diodes D1 and D2 and between D3 and D4.
A capacitor C1 is connected to points A and B of the input / output end of the inlet 52 via a relay Ry1, and equal capacity capacitors C2 and C3 are connected in series between both ends of the battery 60. .
[0047]
Transistors Tr1, Tr2, Tr3, Tr4 are arranged in parallel to the diodes D1, D2, D3, D4, respectively. Further, a relay Ry2 is provided, and the contact a connected to the point B is connected to the contact c connected between the diodes D2 and D4 or the point Mb between the capacitors C2 and C3. The connection is switched to the b contact.
The respective relays Ry1, Ry2 and transistors Tr1, Tr2, Tr3, Tr4 are connected to the inverter control circuit 54, and are switched or turned on / off by a signal from the inverter control circuit 54 that receives a command from the inverter controller 113. It is designed to be turned off.
[0048]
When charging, the capacitor C1 provided in the high frequency AC input stage is connected at both ends to the points A and B of the input end by the first relay Ry1, and the second relay Ry2 is connected to the contact a and c. Contacts are connected. The transistors Tr1, Tr2, Tr3, Tr4 are all off. As a result, the on-vehicle charge / discharge inverter 53 operates as a full-bridge rectifier including the diodes D1, D2, D3, and D4, converts high-frequency AC power input from the inlet 52 side to DC power, and outputs the DC power to the battery 60 side. To do. The capacitors C2 and C3 are smoothing capacitors.
[0049]
The current flow at this time flows from the negative side of the battery 60 through the diode D4 to the point B at the input end as shown by the solid line arrow in FIG. 5, and from the point A at the input end through the diode D1 to the battery 60. As shown by the broken arrow in FIG. 5, the battery 60 flows from the negative side of the battery 60 through the diode D3 to the point A at the input end, and from the point B at the input end through the diode D2 to the positive side of the battery 60. The state of flowing to the side is repeated alternately.
[0050]
When discharging, the DC power input from the battery 60 side is converted into high frequency AC power and output to the inlet 52 side, so that the operation as a full bridge inverter composed of transistors Tr1, Tr2, Tr3, Tr4 One of operations as a half-bridge inverter composed of transistors Tr1 and Tr3 is selected. Further, the opening of the first relay Ry1 disconnects the capacitor C1 from the output terminals A and B, and does not hinder the output of the high-frequency AC power.
[0051]
When operating as a full bridge inverter composed of transistors Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, the second relay Ry2 connects the a contact to the c contact. Each transistor is turned on / off by a switching signal from the inverter control circuit 54. When the transistors Tr1 and Tr4 are turned on and the transistors Tr2 and Tr3 are turned off, the potential at the output terminal A is the positive potential of the battery 60, the output terminal B is the potential at the negative side of the battery 60, and the current is at the point A Flows from side to point B. Conversely, when the transistors Tr1 and Tr4 are turned off and the transistors Tr2 and Tr3 are turned on, the potential at the output terminal A is the negative potential of the battery 60, the output terminal B is the positive potential of the battery 60, and the current is It flows from the B point side to the A point side. By repeating this operation alternately in a high frequency cycle, high frequency AC power is output.
[0052]
The current flow at this time flows from the positive side of the battery 60 through the transistor Tr1 to the point A at the output end as shown by the solid arrow in FIG. 6, and from the point B at the output end through the transistor Tr4 to the battery 60. A state of flowing to the minus side and a state of flowing from the plus side of the battery 60 to the point B through the transistor Tr2 and from the point A to the minus side of the battery 60 through the transistor Tr3 as shown by the broken arrow in FIG. Repeated alternately.
[0053]
When operating as a half-bridge inverter composed of transistors Tr1 and Tr3, the second relay Ry2 connects the a contact to the b contact. Since the b contact side is connected to the point Mb between the capacitors C2 and C3 having the same capacity, the intermediate potential of the battery 60 is applied at the point B at the output end. The transistors Tr1 and Tr3 are turned on / off by a switching signal from the inverter control circuit 54, and the transistors Tr2 and Tr4 remain off. When the transistor Tr1 is turned on and the transistor Tr3 is turned off, the potential on the positive side of the battery 60 is at the output terminal A point, and the current flows from the A point side to the B point side. Conversely, when the transistor Tr1 is turned off and the transistor Tr3 is turned on, the potential on the negative side of the battery 60 is at point A at the output end, and current flows from the point B side to the point A side. By repeating this operation alternately in a high frequency cycle, high frequency AC power is output.
[0054]
The current flow at this time flows from the positive side of the battery 60 to the point A through the transistor Tr1 as shown by the solid line arrow in FIG. 7, and from the point B to the one end of the capacitor C3 through the point Mb. 7 flows from the opposite side to the negative side of the battery 60, and flows from the positive side of the battery 60 to one end of the capacitor C2 as shown by the broken arrow in FIG. 7 and from the opposite side across the capacitor C2. The state of flowing through the Mb to the point B and flowing from the point A through the transistor Tr3 to the negative side of the battery 60 is alternately repeated.
[0055]
As described above, when operating as a full-bridge inverter, the voltage between the terminals A and B at the output end of the high-frequency AC power is the battery voltage, and when operating as a half-bridge inverter, the potential at the point B is the battery voltage. Since this is an intermediate potential of 60, the voltage between terminals A and B at the output end of the high-frequency AC power is half of the battery voltage.
[0056]
The inverter controller 113 receives the charge / discharge control signal, the load state of the house, and the battery state signal from the battery controller 110, instructs the in-vehicle charge / discharge inverter 53 to perform the charge operation or the discharge operation, and discharges it. Whether the vehicle-mounted charge / discharge inverter 53 operates as a full-bridge inverter or a half-bridge inverter is determined from the load state of the house and the voltage of the battery 60, and commands the vehicle-mounted charge / discharge inverter 53.
[0057]
Next, a method of determining whether to operate as a full bridge inverter or a half bridge inverter will be described with reference to FIG.
In FIG. 8, the vertical axis represents the DC input voltage (DC input voltage) of the grid interconnection inverter 33 at the time of discharge, the horizontal axis represents the load state of the house, and the load resistance value increases toward the right side of the graph (that is, Low power consumption). When the battery voltage Eb when operating as a full-bridge inverter is large (thick line) and when it is small (thin line), and when the battery voltage Eb when operating as a half-bridge inverter is large (thick line) and when it is small ( The characteristics of the DC input voltage of the grid-connected inverter 33 (thin line) are shown, and the operating voltage range and the optimum operating voltage range of the grid-connected inverter 33 are shown.
[0058]
The inverter controller 113 stores the table shown in FIG. 8 as a reference table, and is mounted on the vehicle according to the battery voltage Eb and the load state of the house so that the DC input voltage of the grid-connected inverter falls within the optimum operating voltage range. It is determined whether the discharge inverter is in full bridge operation or half bridge operation.
[0059]
When the battery voltage Eb is large and the power consumption is small, the full-bridge operation exceeds the operating range of the grid-connected inverter, and conversely the half-bridge operation has the optimum operating voltage range of the grid-connected inverter. The half-bridge operation is performed.
When the battery voltage Eb is large and the power consumption is large, the operating voltage range of the grid-connected inverter is lowered in the half-bridge operation, and conversely, the operating voltage range of the grid-connected inverter is set in the full-bridge operation. Full bridge operation is performed because of its characteristics.
[0060]
When the battery voltage Eb is small and the power consumption is small, the full-bridge operation is within the operating voltage range of the grid-connected inverter but is higher than the optimum operating voltage range. The half-bridge operation is performed because the characteristics are within the optimum operating voltage range of the system inverter.
When the battery voltage Eb is small and the power consumption is large, the operating voltage range of the grid-connected inverter is reduced in the half-bridge operation. Full-bridge operation is performed.
[0061]
With the above configuration, when discharging, the inverter operation of the in-vehicle charging / discharging inverter 53 is switched to the full bridge operation or the half bridge operation according to the voltage of the battery 60 and the state of the domestic load 21, thereby The DC input voltage of the inverter 33 can be kept within a certain range, and a wide range with respect to the voltage of the battery 60 and a high discharge efficiency can be achieved.
[0062]
In the first embodiment, the switching controller 113 of the electric vehicle 50 is provided with the switching determination function between the full-bridge inverter operation and the half-bridge inverter operation of the in-vehicle charge / discharge inverter 53, but the charge / discharge controller 31 of the charger / discharger 30. You may prepare for.
In this case, the charge / discharge controller 31 includes a reference table as shown in FIG. 8, and the voltage value Eb of the battery 60 of the electric vehicle 50 is supplied from the battery controller 110 of the electric vehicle 50 to the second communication antenna 51, the first. Obtained through the communication antenna 35 and switching determination between the full-bridge inverter operation and the half-bridge inverter operation is performed. The determination result is transmitted to the inverter controller 113 via the first communication antenna 35, the second communication antenna 51, and the battery controller 110, and the inverter controller 113 determines the inverter of the in-vehicle charge / discharge inverter 53 from the received determination result. The control circuit 54 is instructed to perform full-bridge inverter operation or half-blip inverter operation.
[0063]
Next, a second embodiment will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the power management system in the present embodiment.
The difference from the first embodiment is that the DC voltage for monitoring the voltage between the grid interconnection inverter 33 and the high frequency power inverter 34 in the charger / discharger 30 ′ instead of the load state monitoring device 102 provided on the house side. That is, the monitoring device 103 is connected to the charge / discharge controller 31 ′.
[0064]
When supplying electric power from the electric vehicle 50 ′ to the house 20 ′, the DC voltage monitoring device 103 detects the DC input voltage of the grid interconnection inverter 33 and outputs it to the charge / discharge controller 31 ′. Then, the charge / discharge controller 31 ′ transmits the obtained DC input voltage to the battery controller 110 ′ via the first communication antenna 35 and the second communication antenna 51.
The battery controller 110 ′ outputs the received DC input voltage to the inverter controller 113 ′. The inverter controller 113 ′ stores data on the operating voltage range and the optimum operating voltage range of the grid interconnection inverter 33.
[0065]
Next, the flow of switching the inverter operation between the full bridge and the half bridge of the in-vehicle charge / discharge inverter 53 in the inverter controller 113 ′ during discharge is shown in the flowchart of FIG.
In step 201, a discharge start command is received from the main controller 100 ′ via the charge / discharge controller 31 ′, the first communication antenna 35, the second communication antenna 51, and the battery controller 110 ′, and the in-vehicle charge / discharge is performed. The inverter control circuit 54 of the inverter 53 is instructed to start discharging in the half-bridge inverter operation.
[0066]
In step 202, the DC voltage monitoring device 103 in the charger / discharger 30 'acquires the DC input voltage of the grid interconnection inverter 33, and the charge / discharge controller 31', the first communication antenna, and the second communication antenna 51 are obtained. , Via the battery controller 110 ′.
In the following, the transmission / reception paths for commands and data are the same.
In step 203, it is checked whether or not a discharge stop command is received from the main controller 100 ′.
If a discharge stop command is received, the process proceeds to step 210. If a discharge stop command is not received, the process proceeds to step 204.
[0067]
In step 204, it is checked whether or not the detected DC input voltage falls below the optimum operating voltage range of the grid interconnection inverter 33.
If it falls below, the process proceeds to step 205. If not, the process returns to step 202.
[0068]
In step 205, the inverter control circuit 54 of the in-vehicle charge / discharge inverter 53 is commanded to switch to full-bridge inverter operation.
In step 206, as in step 202, the DC input voltage of the grid interconnection inverter 33 obtained by the DC voltage monitoring device 103 is received.
[0069]
In step 207, it is checked whether or not a discharge stop command has been received from the main controller 100 ′.
If a discharge stop command is received, the process proceeds to step 210. If a discharge stop command is not received, the process proceeds to step 208.
[0070]
In step 208, it is checked whether or not the detected DC input voltage exceeds the optimum operating voltage range of the grid interconnection inverter 33.
If it exceeds, the process proceeds to step 209. If not, the process returns to step 206.
[0071]
In step 209, the inverter control circuit 54 of the in-vehicle charge / discharge inverter 53 is instructed to switch to full-bridge inverter operation, and the process returns to step 202.
In step 210, the discharge is terminated.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
The flow of the charge / discharge mode switching control operation in the main controller 100 ′ is also the same as in the first embodiment.
[0072]
With the above configuration, when power is supplied from the electric vehicle 50 ′ to the house 20 ′, the inverter operation of the in-vehicle charge / discharge inverter 53 is switched from the DC input voltage of the grid interconnection inverter 33 to full bridge operation or half bridge operation. As a result, the DC input voltage can be kept within a certain range, and stable operation of the grid-connected inverter 33, wide range with respect to the voltage of the battery 60, response to load fluctuations, and high discharge efficiency can be achieved. it can.
[0073]
In the second embodiment described above, the switching determination function between the full-bridge inverter operation and the half-bridge inverter operation of the in-vehicle charge / discharge inverter 53 is provided in the inverter controller 113 ′ of the electric vehicle 50 ′. You may provide in discharge controller 31 '.
At this time, the charge / discharge controller 31 ′ includes data on the operating voltage range and the optimum operating voltage range of the input DC power of the grid interconnection inverter 33, and performs switching determination between the full bridge inverter operation and the half bridge inverter operation. The determination result is transmitted to the inverter controller 113 ′ via the first communication antenna 35, the second communication antenna 51, and the battery controller 110 ′, and the inverter controller 113 ′ determines the in-vehicle charge / discharge inverter 53 from the received determination result. The control circuit 54 is instructed to perform a full bridge inverter operation or a half bridge inverter operation.
[0074]
In each of the above-described embodiments, a communication antenna is used as a communication means between the house side and the electric vehicle. However, the present invention is not limited to this, and transmission / reception for performing optical communication using infrared rays or the like is not limited thereto. An element or the like may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a flow of control operation in the embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of control operation in the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing an outline of a circuit configuration of an in-vehicle charge / discharge inverter.
FIG. 5 is a diagram for explaining a current flow of an inverter circuit during charging.
FIG. 6 is a diagram for explaining a current flow of a full-bridge inverter circuit during discharging.
FIG. 7 is a diagram for explaining a current flow of a half-bridge inverter circuit during discharging.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a DC input voltage of a grid-connected inverter, a load on the house side, and a battery voltage.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing a flow of switching of inverter operation.
[Explanation of symbols]
10 grid power
11 Switchboard
20, 20 'housing
21 Household load
30, 30 'charger / discharger
31, 31 'charge / discharge controller
32 converter
33 Grid-connected inverter
34 Inverter for high frequency power
35 First communication antenna
36 Charging paddle
37, 55 coils
50, 50 'electric car
51 Second communication antenna
52 Inlet
53 In-vehicle charge / discharge inverter
54 Inverter control circuit
60 battery
61 Inverter for motor
62 Motor
100, 100 'main controller
101 interface
102 Load condition monitoring device
103 DC voltage monitoring device
110, 110 'battery controller
111 Remaining power calculation device
112 Travel history acquisition device
113, 113 'inverter controller
120 Motor controller
121 Torque request generator
122 Input device