JP7345992B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、電力供給システムに関する。

近年、ＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle：プラグインハイブリッドカー）を家庭用の電力源として利用するＶ２Ｈ（Vehicle to Home）システムが提供されている。

Ｖ２Ｈシステムでは、たとえば、系統電力（電力会社からの電気）の停電時に、ＥＶやＰＨＶに搭載されている電池から住宅に電力を供給することができる。ＰＨＶであれば、電池の充電残量が少なくなっても、エンジンを始動させて、発電機で発電を行わせることにより、さらに長期にわたって住宅に電力を供給することができる。また、太陽光発電システムが設置された住宅では、太陽光発電システムでの発電電力を住宅用蓄電池に充電し、住宅用蓄電池からの電力でＥＶやＰＨＶの電池を充電することができる。

特開２０２０－５３４１号公報

ＰＨＶでは、住宅に供給する電力を発電機で発電して賄う場合、住宅で電力が必要になると、エンジンが始動されて、発電機で発電が行われ、住宅で電力が不要になると、発電機での発電およびエンジンが停止される。そのため、ＰＨＶが住宅の駐車場に停車された状態で、エンジンの始動および停止が繰り返される場合がある。

エンジンの始動および停止が繰り返されると、エンジンが停止している期間に排ガス浄化用の触媒が冷えて、エンジンの始動時に触媒による浄化作用が十分に発揮されず、浄化されていない排ガスが大気に放出されて、周囲の人に不快感を与えたり、周囲の環境に悪影響を与えたりするおそれがある。

本発明の目的は、エンジンの始動および停止が繰り返されても、浄化されていない排ガスが大気に放出されることを抑制できる、電力供給システムを提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る電力供給システムは、エンジンおよびエンジンの動力で発電する発電機を搭載した車両と負荷設備との間に介在されて、車両および負荷設備に対する充放電動作を行う定置型充放電装置と、車両に搭載される排ガス浄化用の車載触媒とは別に設けられ、エンジンから排出されて車両の外部に放出される排ガスを浄化する車外触媒と、定置型充放電装置から供給される電力で駆動され、車外触媒を暖機する暖機装置とを含む。

この構成によれば、車両には、エンジンと、エンジンの動力で発電する発電機とが搭載されている。車両と負荷設備との間には、定置型充放電装置が介在されており、定置型充放電装置によって、車両および負荷設備に対する充電および放電が行われる。

車両に搭載される排ガス浄化用の車載触媒とは別に、車両からその外部に放出される排ガスを浄化する車外触媒が設けられている。また、車外触媒を暖機する暖機装置が設けられている。そのため、エンジンの始動時に、暖機装置で車外触媒を暖機することにより、車載触媒が冷えているために浄化できなかった排ガスを車外触媒で浄化することができる。よって、エンジンの始動および停止が繰り返されても、浄化されていない排ガスが大気に放出されることを抑制できる。

また、暖機装置は、定置型充放電装置から供給される電力により駆動される。そのため、系統電力が停電していても、定置型充放電装置から暖機装置に駆動電力を供給して、暖機装置によって車外触媒を暖機することができる。そのため、系統電力の停電時にも、車載触媒が冷えているために浄化できなかった排ガスを車外触媒で浄化することができ、浄化されていない排ガスが大気に放出されることを抑制できる。

車外触媒および暖機装置は、定置型充放電装置に内蔵されていてもよい。

これにより、定置型充放電装置、車外触媒および暖機装置を個別に設置するスペースを確保する必要をなくすことができる。

また、定置型充放電装置は、電力を蓄える蓄電池を備えていてもよい。

これにより、蓄電池に蓄えられた電力で車両に搭載されている電池を充電することができる。

触媒を暖機する暖機装置を定置型充放電装置から供給される電力で駆動する点に着目すれば、その暖機装置による暖機対象の触媒は、車載触媒とは別に設けられる車外触媒に限られず、車両に搭載される車載触媒であってもよい。その場合、電力供給システムは、エンジンおよびエンジンの動力で発電する発電機を搭載した車両と負荷設備との間に介在されて、車両および負荷設備に対する充放電動作を行う定置型充放電装置と、エンジンから排出される排ガスを浄化する触媒と、定置型充放電装置から供給される電力で駆動され、触媒を暖機する暖機装置とを含む構成であってもよい。ただし、暖機装置により車載触媒を暖機するには、暖機装置から暖機のための熱を車載触媒に加える必要があり、ユーザが普段使用している車両を利用する場合、その熱が車載触媒に加わるようにするための作業が必要となる。

本発明によれば、エンジンの始動および停止が繰り返されても、浄化されていない排ガスが大気に放出されることを抑制できる。

本発明の一実施形態に係るＶ２Ｈシステム１の構成を示すブロック図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜Ｖ２Ｈシステム＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＶ２Ｈシステム１の構成を示すブロック図である。

Ｖ２Ｈシステム１は、ＰＨＶ２を住宅３の電力源として利用するシステムである。

ＰＨＶ２は、シリーズ方式のハイブリッドシステムを採用しており、エンジン（Ｅ／Ｇ）１１、発電機（モータ）１２およびモータ（発電機）１３を搭載している。なお、ハイブリッドシステムの方式は、シリーズ方式に限らず、シリーズ・パラレル方式であってもよい。

エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンであり、エンジン１１の燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどを備えている。

発電機１２は、たとえば、永久磁石同期モータからなる。発電機１２の回転軸は、エンジン１１のクランクシャフトと機械的に連結されている。

モータ１３は、たとえば、発電機１２よりも大型の永久磁石同期モータからなる。モータ１３の回転軸は、動力を駆動輪１４に伝達する動力伝達機構に連結されている。

ＰＨＶ２には、発電機１２およびモータ１３をそれぞれ駆動するためのインバータやマイコン（マイクロコントローラユニット）などを内蔵するＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１５と、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる蓄電池１６とが搭載されている。

ＰＨＶ２の加速走行時には、モータ１３が力行運転されて、モータ１３がＰＨＶ２の走行のための動力を発生する。動力伝達機構には、デファレンシャルギヤが含まれており、モータ１３の動力は、その動力伝達機構により、左右の前輪または後輪からなる駆動輪１４に分配される。

ユーザによる駆動要求（アクセル開度）が小さいとき、エンジン１１が停止されたまま、ＰＣＵ１５により、蓄電池１６からの電力がモータ１３に供給される。このとき、蓄電池１６からの電力のみでモータ１３が駆動され、ＰＨＶ２は、そのモータ１３の動力でＥＶ走行する。一方、駆動要求が大きい場合には、エンジン１１が始動されて、発電機１２による発電が行われる。そして、ＰＣＵ１５により、発電機１２による発電電力と蓄電池１６からの電力とがモータ１３に供給される。これにより、発電機１２による発電電力と蓄電池１６からの電力とでモータ１３が駆動され、ＰＨＶ２は、そのモータ１３の動力でＨＶ走行する。

また、エンジン１１の始動時には、ＰＣＵ１５により、蓄電池１６からの電力が発電機１２に供給される。これにより、発電機１２がモータとして力行運転されて、エンジン１１が発電機１２によりモータリングされる。このモータリングによりエンジン１１のクランクシャフトが回転し（クランキング）、その回転数が始動に必要な回転数まで上昇すると、エンジン１１の点火プラグがスパークされて、エンジン１１が始動される。

発電機１２の発電時に、発電機１２からモータ１３への電力の供給が不要なときには、ＰＣＵ１５により、発電機１２の発電電力が蓄電池１６に供給されて、その発電機１２の発電電力で蓄電池１６が充電される。

また、ＰＨＶ２の減速走行時には、モータ１３が発電機として回生運転されて、駆動輪１４からモータ１３に伝達される動力が電力に変換される。このとき、モータ１３が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗がＰＨＶ２を制動する制動力（回生制動力）として作用する。ＰＣＵ１５により、モータ１３の発電電力が蓄電池１６に供給されて、そのモータ１３の発電電力で蓄電池１６が充電される。

Ｖ２Ｈシステム１には、定置型充放電装置４が含まれる。

定置型充放電装置４は、住宅３に付随して設置されて、ＰＨＶ２および住宅３に対する充放電動作を行う装置である。定置型充放電装置４は、蓄電池２１および排ガス浄化装置２２を備えている。

蓄電池２１は、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる。定置型充放電装置４に蓄電池２１が備えられていることにより、電力会社から住宅３に供給される系統電力を蓄電池２１に充電して蓄えておくことができる。また、住宅３に太陽光発電システム５が備えられている場合、太陽光発電システム５で発電された電力を蓄電池２１に充電して蓄えておくことができる。そして、蓄電池２１に蓄えられた電力を住宅３に設置されている家電製品などの負荷設備２３に供給でき、また、蓄電池２１に蓄えられた電力でＰＨＶ２の蓄電池１６を充電することができる。

ＰＨＶ２の蓄電池１６から住宅３の負荷設備２３に電力が供給される際には、ＰＨＶ２の排気管２４が排ガス浄化装置２２に接続される。排気管２４には、エンジン１１の各気筒からの排ガスがエキゾーストマニホールドを介して流入し、その排ガスが流通する。

排ガス浄化装置２２は、排気管２４を流通する排ガスを回収して浄化する装置である。排ガス浄化装置２２には、小型車両リユース触媒２５と、その小型車両リユース触媒２５を暖機するための触媒ヒータ２６とが内蔵されている。

ＰＨＶ２の排気管２４の途中部には、排気管２４を流通する排ガスを浄化するための車載触媒２７が設けられている。小型車両リユース触媒２５および車載触媒２７ともに、たとえば、排ガス中の有害成分であるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを除去する三元触媒であるが、小型車両リユース触媒２５は、車外触媒として、車載触媒２７とは別に設けられている。小型車両リユース触媒２５には、廃棄される軽自動車などの小型車から取り外された触媒がリユース（再利用）されている。

触媒ヒータ２６は、定置型充放電装置４の蓄電池２１から駆動電力の供給を受けて発熱し、その発熱により小型車両リユース触媒２５を暖機する。

排ガス浄化装置２２には、空気ポンプ２８および酸素センサ２９がさらに設けられている。

空気ポンプ２８は、ＰＨＶ２の排気管２４から排ガス浄化装置２２内に回収される排ガスに空気を導入する。

酸素センサ２９は、小型車両リユース触媒２５に対して排ガスの流通方向の下流側に設けられて、その下流側での酸素濃度を検出する。

定置型充放電装置４には、図示されていないが、マイコンを含む構成の制御部が備えられており、その制御部により、排ガス浄化装置２２を含む定置型充放電装置４の各部の動作が制御される。

ＰＨＶ２から住宅３への電力の供給のために、ＰＨＶ２で発電機１２による発電が行われる場合、排ガス浄化装置２２の動作が制御される。この制御では、ＰＨＶ２において、ＰＨＶ２のエンジン１１が冷間始動される場合、その始動前に、定置型充放電装置４の蓄電池２１から触媒ヒータ２６に駆動電力が供給されて、触媒ヒータ２６による小型車両リユース触媒２５の暖機が行われる。エンジン１１の始動後は、酸素センサ２９により検出される酸素濃度に基づいて、空気ポンプ２８の能力が制御される。エンジン１１の冷間始動時には、車載触媒２７も低温であり、車載触媒２７による排ガスの浄化作用が十分に発揮されず、排気管２４から排ガス浄化装置２２に有害成分が残った排ガスが流入する。低温始動時は、通常燃料過多の状態よりＨＣやＣＯが排出される場合が多いので、空気ポンプ２８により排ガスに２次空気を供給して、酸素センサ２９により検出される触媒下流の酸素濃度をコントロールすることにより、小型車両リユース触媒２５の浄化作用を高めることができ、排ガスを良好に浄化することができる。そして、車載触媒２７の暖機が完了すると、排ガス浄化装置２２の運転が停止される。

＜作用効果＞
以上のように、ＰＨＶ２には、エンジン１１と、エンジン１１の動力で発電する発電機１２とが搭載されている。ＰＨＶ２と住宅３の負荷設備２３との間には、定置型充放電装置４が介在されており、定置型充放電装置４によって、ＰＨＶ２および負荷設備２３に対する充電および放電が行われる。

Ｖ２Ｈシステム１には、ＰＨＶ２に搭載される排ガス浄化用の車載触媒２７とは別に、ＰＨＶ２からその外部に放出される排ガスを浄化する小型車両リユース触媒２５が設けられている。また、小型車両リユース触媒２５を暖機する触媒ヒータ２６が設けられている。そのため、エンジン１１の始動時に、触媒ヒータ２６で小型車両リユース触媒２５を暖機することにより、車載触媒２７が冷えているために浄化できなかった排ガスを小型車両リユース触媒２５で浄化することができる。よって、エンジン１１の始動および停止が繰り返されても、浄化されていない排ガスが大気に放出されることを抑制できる。

また、触媒ヒータ２６は、定置型充放電装置４から供給される電力により駆動される。そのため、住宅３に供給される系統電力が停電していても、定置型充放電装置４から触媒ヒータ２６に駆動電力を供給して、触媒ヒータ２６によって小型車両リユース触媒２５を暖機することができる。そのため、系統電力の停電時にも、車載触媒２７が冷えているために浄化できなかった排ガスを小型車両リユース触媒２５で浄化することができ、浄化されていない排ガスが大気に放出されることを抑制できる。

小型車両リユース触媒２５および触媒ヒータ２６は、定置型充放電装置４に内蔵されている。これにより、定置型充放電装置４、小型車両リユース触媒２５および触媒ヒータ２６を個別に設置するスペースを確保する必要をなくすことができる。

また、小型車両リユース触媒２５には、廃棄される軽自動車などの小型車から取り外された触媒がリユースされる。これにより、使用済み触媒のリサイクル、環境負荷物質の廃棄量の低減など、環境配慮の効果を発揮できる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、車両の一例として、ＰＨＶ２を取り上げたが、Ｖ２Ｈシステム１で使用される車両は、外部からの給電が不能なＨＶ（Hybrid Vehicle：ハイブリッドカー）であってもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：Ｖ２Ｈシステム（電力供給システム）
４：定置型充放電装置
１１：エンジン
１２：発電機
２３：負荷設備
２５：小型車両リユース触媒（車外触媒）
２６：触媒ヒータ（暖機装置）
２７：車載触媒

Claims (1)

1. エンジンおよび前記エンジンの動力で発電する発電機を搭載した車両と負荷設備との間に介在されて、前記車両および前記負荷設備に対する充放電動作を行う定置型充放電装置と、
   前記車両に搭載される排ガス浄化用の車載触媒とは別に設けられ、前記エンジンから排出されて前記車両の外部に放出される排ガスを浄化する車外触媒と、
   前記定置型充放電装置から供給される電力で駆動され、前記車外触媒を暖機する暖機装置と、を含む、電力供給システム。

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