JP2012151938A - 急速充電器、及び、これを用いた負荷平準化方法並びに急速充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＶ用急速充電器を利用してコンビニエンスストア等の電力消費施設の負荷平準化を可能とする。
【解決手段】外部蓄電池（ＥＶ４０）への充電が可能な設備用蓄電池２２と、該設備用蓄電池２２の出力を前記外部蓄電池（４０）への充電に適した電流や電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２６と、外部からの交流入力１０を用いて前記設備用蓄電池２２を充電するＡＣ／ＤＣコンバータの機能、及び、前記設備用蓄電池２２の出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣコンバータの機能を持つＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０と、これらを制御するコントローラ２８、３６と、を備えた急速充電器（２１）を用いる。
【選択図】図３

Description

本発明は、急速充電器、及び、これを用いた負荷平準化方法並びに急速充電方法に係り、特に、電気自動車（以下、ＥＶ）用の急速充電器を備えたコンビニエンスストア等の小規模施設に用いるのに好適な、電力消費施設の負荷平準化に用いることが可能な急速充電器、及び、これを用いた負荷平準化方法並びに急速充電方法に関する。

電力消費施設の一つであるコンビニエンスストア等の小規模店舗等では、従来、定常的な受電電力の必要量は少ないにもかかわらず、例えば大型の電子レンジを動作させている時間等のみ、大きな電力消費が発生するため、契約電力を大きくせざるを得ないという課題があった。

上記課題に対する対策案として、蓄電池等、電力を保存できる素子を内蔵した電力保存装置を設置して負荷平準化を行うという方法が提案されている。例えば、特許文献１には、負荷電力が急減した場合はフライホイール発電電動機を電動機として機能させて電力を吸収し、一方、負荷電力が急増した場合は前記フライホイール発電電動機を発電機として機能させるようにした受電電力平準化装置が提案されている。

特開平１１−３４６４４０号公報

しかしながら、電力消費のピーク削減のみの目的でこのような装置を導入することは費用の面から無理があり、広く普及はしていないのが現実である。

一方、近年、ＥＶの販売開始を受け、ＥＶ用の急速充電器の普及が図られ始めており、上記店舗等への設置も徐々に開始されている状況となっている。

ＥＶ用の急速充電器は、一般的には電力系統からの電力を変換してＥＶが必要とする電流、電圧に変換して充電を行う機能のものが一般的である。しかし、ＥＶ用急速充電器の中には、短時間の急速充電を可能とするため、ＥＶ充電前に予め充電しておいた蓄電池（以下設備用蓄電池）を内蔵したものがある。

図１に、このような設備用蓄電池２２を内蔵した、ＥＶ４０用の急速充電器（ＥＶ充電器）２０の標準的な構成と、コンビニエンスストア等を想定した店舗内負荷設備１４の接続状況のモデルを示す。

交流の系統からの入力１０に対して上記電子レンジ等を含む店舗内の負荷設備（以降店舗内負荷設備又は店舗負荷）１４及びＥＶ充電器２０が接続されている。

従来の一般的な動作においては、店舗内負荷設備１４とＥＶ充電器２０は必要に応じておのおの独立に動作しており、これらが消費する合計の電力が受電量となる。

ＥＶ充電器は通常は蓄電池を内蔵していない装置が一般的であるので、当然ながらＥＶ充電器は交流入力から電力を受電するのみであるが、上記設備用蓄電池２２を内蔵した形式のＥＶ充電器２０の場合でも、交流入力系統からの電力を消費するのみで、設備用蓄電池２２に電力が十分蓄積されている場合であっても、系統側に逆方向に送電する機能は持たない。これは、図１に示すＥＶ充電器２０内のＡＣ／ＤＣコンバータ２４が、通常は交流ＡＣから直流ＤＣを発生する機能のみを持つためである。図１において、１２は店舗などの受配電盤、２６は設備用蓄電池２２の出力をＥＶ４０の充電に適した電流や電圧とするためのＤＣ／ＤＣコンバータ、２８はコントローラであり、電力の流れる方向を図中に矢印で示す。

このような従来の構成では、以下に示す課題がある。

１．店舗等における電力消費量が変動する場合には、最大の電力消費量に合わせた受電契約が必要であり、平均的な受電量に比べて電気料金が高騰する。

２．ＥＶ利用者への利便性を考慮し、店舗にＥＶ充電器を設置した場合、従来の店舗内電気使用量に加えてＥＶ充電器の使用量を合計した最大電力での受電契約となり、さらに電気料金が高騰する。

３．ＥＶへの急速充電実施時とＥＶ充電器未使用時の電力消費量の差が大きいために、受電電力量の変動が大きくなり、結果的に交流入力である電力系統に与える変動が大きくなる。このことは、電力系統の不安定の要因となるため、将来多数のＥＶ充電器が設置された場合には大きな社会問題になる可能性がある。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、負荷平準化に用いることが可能な急速充電器、及び、これを用いた負荷平準化方法並びに急速充電方法を提供するものである。

本発明は、外部蓄電池への充電が可能な設備用蓄電池と、該設備用蓄電池の出力を前記外部蓄電池への充電に適した電流や電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、外部からの交流入力を用いて前記設備用蓄電池を充電するＡＣ／ＤＣコンバータの機能、及び、前記設備用蓄電池の出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣコンバータの機能を持つＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータと、これらを制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする急速充電器により課題を解決したものである。

ここで、前記ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータが、交流側と入力側の絶縁及び必要に応じて電圧の変更を行うための絶縁トランスと、交流から直流への変換、及び、直流から交流への変換を行うための双方向のスイッチング素子と、該スイッチング素子により生成された、前記設備用蓄電池を充電する直流出力を平滑化するためのフィルタと、前記スイッチング素子により前記設備用蓄電池の出力から変換された交流出力の高周波成分を除去して歪のない交流波形を発生させるためのフィルタと、を備えることができる。

又、前記コントローラが、交流入力から前記急速充電器が設置された電力消費施設へ流れる電流と、交流入力から前記急速充電器に流れる電流に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及びＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータを制御するようにすることができる。

又、前記設備用蓄電池を複数設けることができる。

本発明は、又、前記の急速充電器が設置された電力消費施設において、該電力消費施設の消費電力が急増した時は、前記急速充電器に内蔵した設備用蓄電池より電力を前記ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータに逆送することにより、該電力消費施設における電力消費の急増分をキャンセルすることを特徴とする、急速充電器を用いた負荷平準化方法を提供するものである。

本発明は、又、前記の急速充電器が設置された電力消費施設において、前記設備用蓄電池の残量、前記電力消費施設及び外部蓄電池の負荷発生状況に応じて、前記外部蓄電池への充電状態、前記電力消費施設への電力逆送状態、前記設備用蓄電池の補充電状態を切換えることを特徴とする急速充電方法を提供するものである。

ここで、前記電力消費施設への電力逆送と前記外部蓄電池への充電が競合した場合は、前記電力消費施設への電力逆送を優先することができる。

又、前記電力消費施設への逆送電流が、該電力消費施設での消費電流以下となるようにすることができる。

又、前記電力消費施設の逆送電中に前記外部蓄電池への充電が必要になった場合は、前記設備用蓄電池の電力のみを用いて前記外部蓄電池への充電を行うことができる。

又、前記電力消費施設への逆送電及び前記外部蓄電池の充電が不要な場合は、前記設備用蓄電池の残量に応じて、該設備用蓄電池を補充電することができる。

又、前記設備用蓄電池への補充電実施中に前記外部蓄電池への充電が必要になった場合は、外部からの交流入力のみを用いて前記外部蓄電池への充電を行うことができる。

又、前記設備用蓄電池の最低残量を、前記電力消費施設の消費電力急増時に該電力消費施設への逆送電が可能な量とすることができる。

又、前記設備用蓄電池の残量が少なく、前記電力消費施設への逆送電実施中に前記外部蓄電池への充電が必要になった場合は、前記電力消費施設への逆送電終了を待って前記外部蓄電池への充電を行うことができる。

又、前記外部からの交流入力が停電した場合は、前記設備用蓄電池により前記電力消費施設への逆送電や前記外部蓄電池への充電を行うことができる。

本発明では、上記課題を解決するために、急速充電器に内蔵されたＡＣ／ＤＣコンバータとして双方向の電力変換の機能を有するものを用いることにより、店舗等の電力消費施設において短時間の大規模な電力消費が発生した場合に、その電力負荷の発生を検出し、急速充電器内蔵の設備用蓄電池からＡＣ／ＤＣコンバータを経由して交流側に電力を逆送電するものである。この結果として、施設の消費電力を平準レベルに抑えることにより施設の契約電力を削減して電気料金の削減を図るとともに、電力系統側への受電電力の大幅な増減を削減して電力系統の安定化に寄与できる効果を持つ。

さらに、本発明の方法によれば、上記効果は、ＥＶ等への急速充電を実施している最中においても発揮できるものである。

設備用蓄電池を内蔵したＥＶ用急速充電器の標準的な構成と、店舗内負荷設備の接続状況のモデルを示すブロック図 店舗等での典型的な電力消費の状況例を示すタイムチャート 本発明に係る急速充電器の第１実施形態を店舗等に設置した場合の構成例を示すブロック図 第１実施形態で用いられているＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータの要部構成を示す回路図 同じく第２のコントローラの作用を示すフローチャート 第１実施形態の動作を示す表 本発明に係る急速充電器の第２実施形態を店舗等に設置した場合の構成例を示すブロック図 第２実施形態の動作を示す表

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

まず、図１を用いて、内部に設備用蓄電池２２を保有する一般的なＥＶ充電器２０の動作を説明する。図１において電力の流れる方向を矢印で示す。

ＥＶ４０が接続されていない状態において、設備用蓄電池２２に十分な電気量が蓄積されていない場合は、コントローラ２８の指示によりＡＣ／ＤＣコンバータ２４から設備用蓄電池２２への補充電が行われる。設備用蓄電池２２に十分な電気量が蓄積されれば該設備用蓄電池２２への充電を終了する。ＥＶ４０が接続されたことをコントローラ２８が検出すると、コントローラ２８はＤＣ／ＤＣコンバータ２６を動作させ、ＥＶ４０が要求する電流あるいは電圧値に合うよう、設備用蓄電池２２の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２６で変圧し、ＥＶ４０への充電を行う。

ＥＶ充電器２０の仕様によっては、設備用蓄電池２２のみではなく、同時にＡＣ／ＤＣコンバータ２４からも電力を供給することも可能である。あるいは設備用蓄電池２２の残量が必要量以下の場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４のみからＤＣ／ＤＣコンバータ２６を経由してＥＶ４０に充電を行うことが可能な場合もある。以下では、このようなＥＶ充電器を例として説明する。

本発明で提案する装置はコンビニ等の店舗に設置することを前提としているが、店舗等での典型的な電力消費の状況例を図２に示す。図に示すように、店舗等において通常の電力消費は、照明、エアコン等定常的な負荷が中心であるが、大出力の電子レンジ等を使用する期間（短時間）のみ消費電力量が急増している。通常の契約では、この最大電力を賄える電力で契約を行うため、平均的な電力消費に比べて高額な契約が必要となっている。この短期間的な電力消費を抑えることができれば、契約金額を低減することができるばかりでなく、電力系統側にとっても、負荷の急変による周波数変動等の不安定要因を除くことができるので系統の安定性という面からも効果がある。

次に、本発明に用いるＥＶ充電器２１の第１実施形態を店舗等に設置した場合の構成例を図３に示す。図において、従来、交流入力を直流に変換して設備用蓄電池２２に充電する機能を有していた図１のＡＣ／ＤＣコンバータ２４に代えて、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０すなわち、交流入力を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータの機能と、逆に直流入力を交流に変換して交流入力側に逆送する能力を持つＤＣ／ＡＣコンバータの機能の両方を兼ね備えたコンバータを用いている。更に、店舗内負荷設備１４が消費する電流Ｉ１を計測するセンサー１６、及び、ＥＶ充電器２１から店舗内負荷設備１４に逆送する電流Ｉ２を計測するセンサー１８を設け、図１と同様のコントローラ（以下、第１のコントローラと称する）２８に加えて、前記電流計測センサー１６からの信号Ｉ１を受けて店舗内負荷設備１４における電力消費の増加を検出し、前記電流計測センサー１８で検出される逆送電流Ｉ２がＩ１よりも小さい範囲で、本ＥＶ充電器２１から交流入力側に電力の逆送を指示する第２のコントローラ３６を搭載している。

これにより、店舗等で大型電子レンジを使用する時や、冷凍機、エアコンの起動時等、使用電力が急増したことを電流計測センサー１６からの信号Ｉ１によりＥＶ充電器２１に内蔵された第２のコントローラ３６が検出すると、同ＥＶ充電器２１に内蔵した設備用蓄電池２２より、電力を店舗負荷１４側に逆送し、店舗におけるトータルの電力消費の急増分をキャンセルする効果を発揮することができ、店舗での電力消費を通常負荷レベルに抑えることができる。

以下、本発明に用いているＥＶ充電器２１の構成例について詳細に説明する。

まず、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０の基本的な構成例を図４を用いて説明する。ここでは交流電力として三相交流を例として示すが、単相交流でも同様である。

交流電力を入力として直流に変換する場合は、交流入力電力に対して絶縁トランス３２を用いて、交流側と入力側の絶縁および必要に応じて電圧の変更を行い、その後、双方向のスイッチング素子３３、たとえばＩＧＢＴとダイオードを組み合わせた素子で、直流への変換と同時に電圧制御を行う。交流から直流への変換および電圧の制御は、交流入力の波形に合わせてＩＧＢＴ等スイッチング素子３３のプラス側とマイナス側の素子を交互に閉とすることで、ＩＧＢＴ等制御素子（３３）のゲート回路の点弧制御回路（図示せず）により行う。出力側には波形を整流するためのフィルタ３４としてコンデンサ等を挿入する。

一方、直流を入力として交流に変換する場合は、直流入力に対して同様にＩＧＢＴ等の制御素子（３３）を順次点弧し、図の例では三相が１２０°の位相差を持つ擬似的な交流を発生させる。最後に出力側に挿入されたフィルタ３１で高調波を除去することにより歪のない交流波形を発生させる。

なお、実際の装置においては、系統の交流電力と接続するために、力率制御、電圧、周波数等の安定化等、電力としての品質を確保するともに、万一系統側への電力逆送電（逆潮流）が発生した場合に装置を停止するための逆電力リレーの設置等が必要であるが、ここでは説明を省略する。

次に、第２のコントローラ３６の動作について、図３のブロック図、図５のフローチャート及び図６の表１を用いて説明する。なお、表１において、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ（表中や図中ではＡＣ／ＤＣコンバータと表記）３０を交流入力から直流を発生させる方向に動作させることを順方向、直流入力から交流を発生させる動作を逆方向と称している。

ステップ１：装置起動時、まず端子電圧の計測等により、設備用蓄電池２２が十分な残容量を保有しているかどうかを判定する。ここで、十分な残容量とは、ＥＶ急速充電、店舗負荷への逆送電を行うに十分な電力量を保有している状態のことを意味する。

以下、設備用蓄電池２２に十分な電荷が蓄積されている場合の動作を説明する。

ステップ２：図３に示す店舗内負荷設備１４の消費電流Ｉ１を計測することにより、店舗内の消費電流が定常的電力消費状態でなく、店舗負荷への逆送電が必要であるか判定する。

ステップ３：この消費電流Ｉ１が通常状態であれば、店舗等への逆送電は不要であると判断し、続いてＥＶ充電器２１にＥＶ４０が接続されているかを判定する。

ステップ４：ＥＶ４０が接続されていなければ、スタート点に戻り待機する（図５では丸囲み数字１で示す）。

この場合は、ステップ１→ステップ２→ステップ３→ステップ４→ステップ１のルートを繰り返して状態変化を待って待機する。このルートは表１においてケース１として示す。

ステップ５：ステップ３においてＥＶ４０が接続されたことを検出すると、以下の方法により、ＥＶ４０への急速充電を実施する。なお、ＥＶ４０の接続は、ＣＡＮ通信等により判定する。

すなわち、交流入力１０からの電力をＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０で設備用蓄電池２２と同じ電圧に変換し、設備用蓄電池２２の電力と合わせ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６に入力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、ＣＡＮ通信等を経由したＥＶ４０からの充電電流指示に合わせた電流となるよう出力電圧を制御し、ＥＶ４０に急速充電を行う。このＥＶ充電器２１の制御は第１のコントローラ２８により行われる。

本装置においては、店舗負荷における受電容量は契約により上限が決まっているため、店舗負荷１４への逆送電はＥＶ急速充電より優先される。このため、ＥＶ急速充電中においても常に店舗内の消費電流Ｉ１の計測を行い、店舗内で消費電流Ｉ１の急増が検出された場合には後述する方法により店舗負荷１４への逆送電を優先して実施する。すなわち図５において、ステップ５におけるＥＶ４０への充電を継続しつつ、ステップ１→ステップ２→ステップ３→ステップ５→ステップ１のルートの周回を継続する。このルート内でステップ２において常に店舗内の消費電流Ｉ１の計測と負荷の急増の有無を判定する。このルートは表１においてケース２として示す。

ＥＶ４０への充電が終了したことをＣＡＮ通信等の方法により検出した場合はＥＶ４０への急速充電を終了し、スタート点に戻る。すなわちステップ３からステップ４に進み、スタート点に戻る。

次に、設備用蓄電池２２の残量が十分ある場合に店舗内負荷設備１４において定常状態を超える電力消費が検出された場合の動作を説明する。ステップ２よりステップ６に進む。

ステップ６：上記のステップ３の場合と同様にＥＶ４０の接続の有無を判定する。

最初にＥＶ４０が接続されていない場合を説明する。

ステップ７：この状態が発生するのは、第２のコントローラ３６が店舗内負荷設備１４の消費電流Ｉ１の計測結果から、図２に示したように、店舗内負荷設備において定常的電力消費を超える瞬間的ピーク負荷の発生を検出した場合である。なお、店舗内負荷設備１４においてピーク負荷が発生したことを検出する方法としては、当該店舗における通常負荷レベルを第２のコントローラ３６内に記憶させておき、そのレベルを超える電流消費を検出することにより判定することができる。通常負荷レベルの数値はあらかじめ設備設置時に設定する。

上記ピーク電力の発生を検出すると、第２のコントローラ３６は、第１のコントローラ２８を経由して、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０に対して直流入力を交流電力に変換して交流側に電力を逆送するよう指示を行い、設備用蓄電池２２に蓄えられた電力を交流に変換して交流入力側に送出する。この際、図３に示したように、店舗内負荷設備の消費電流Ｉ１と逆送電流Ｉ２を計測し、常に以下の式が成り立つようにＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０を制御する。すなわち、
Ｉ２＝Ｉ１−α …（１）
ここで、Ｉ１は店舗内負荷設備１４が消費する電流であり、Ｉ２はＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０から交流入力１０側に送出する逆送電流である。αは正の一定値である。

もし、Ｉ２＞Ｉ１となると、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０から逆送する電流Ｉ２が店舗内負荷設備１４の消費する電流Ｉ１よりも大きくなり、配電線系統側に電力が逆流することとなる。しかし、電力の逆送（逆潮流）は通常の受電契約では禁止されている（系統連携技術要件ガイドライン等参照、逆潮流を行うためには電力会社との特別の契約を行うと同時に各種保護装置の設置等が必要となる。）。このため、常にＩ２はＩ１よりも小さくならなければならない。以上の点に加え、制御上の偏差等を考慮すると、Ｉ２はＩ１よりも一定量小さくする必要があるため、この余裕分をαとする。αの値は制御装置の応答性、負荷の変動等を考慮して最適値に設定する。

上記の制御方法を用いて図５のステップ７に示したＥＶ充電器２１から店舗負荷１４への電力逆送を継続しつつ、ステップ１に戻る。同じ状況が継続されていれば、図５においてステップ１→ステップ２→ステップ６→ステップ７→ステップ１のルートを継続する。このルートは表１においてケース３として示す。

ある時間経過後に、店舗負荷１４でのピーク消費が終了したと判定されれば、第２のコントローラ３６からＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０に指示を行い、ステップ２において店舗負荷１４への逆送電を終了する。

次に店舗負荷１４への逆送電中にＥＶ４０が接続された場合の動作を説明する。

図５のステップ６においてＥＶ４０の接続が検出されるとステップ８に進む。

ステップ８：第２のコントローラ３６は店舗負荷１４への逆送電中にＥＶ４０の接続が検出された場合、第１のコントローラ２８を経由してＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０に対しては継続して設備用蓄電池２２の電力を交流に変換して交流入力側に送出を継続すると同時にＤＣ／ＤＣコンバータ２６に指示を行い、設備用蓄電池２２の電力のみを用いてＥＶ４０への急速充電を行うように指示を行う。この場合、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０は店舗負荷１４への電力逆送に使用中であるのでＥＶ４０への充電に交流入力電力を利用することができないため、設備用蓄電池２２の電力のみを用いてＥＶ４０への充電を行う。

ＥＶ４０への急速充電の方法はＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０を使用しないこと以外はステップ５に説明したとおりである。

店舗負荷１４への逆送電と、ＥＶ４０への急速充電が継続する限り、図５におけるステップ１→ステップ２→ステップ６→ステップ８→ステップ１のルートを継続する。表１においてケース４として示す。

その際、店舗負荷１４のピーク電流消費が終了して定常電流消費レベルに復旧すれば、上記制御ルートのうち、ステップ２において店舗負荷１４への逆送電終了を判定し、ステップ３にてＥＶ急速充電を継続する。すなわち、途中のステップ２からルートが変更となり、ステップ２→ステップ３→ステップ５→ステップ１→ステップ２の前述したルート（表１、ケース２）に変更する。これにより、設備用蓄電池２２からＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０を経由した交流入力側への電力逆送を終了し、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０を通常動作に戻して交流入力を直流に変換し、設備用蓄電池２２の電力を合わせてＥＶ４０に急速充電を行う。

一方、店舗負荷１４のピーク電流消費が終了せずに先にＥＶ急速充電が終了した場合には、上記ルートのステップ６においてルートを変更し、ステップ６→ステップ７→ステップ１→ステップ２→ステップ６のルート（同、ケース３）とする。したがって設備用蓄電池２２からＤＣ／ＤＣコンバータ２６を介したＥＶ４０への充電を終了するよう、第２のコントローラ３６から第１のコントローラ２８へ指示を行う。

以上、設備用蓄電池２２に十分な電荷が蓄積されている場合の動作を説明した。

次に、設備用蓄電池２２に十分な電荷が蓄積されていない場合の動作を説明する。図５のステップ１において丸囲み数字２に進む。

ステップ９：最初に、店舗内ピーク負荷の発生がないことを確認する。

ステップ１０：続いて、ＥＶ４０が接続されていないことを確認する。

ステップ１１：この場合、設備用蓄電池２２の残量が不足しているのであるから、設備用蓄電池２２への補充電を行う。補充電の方法は、第２のコントローラ３６から第１のコントローラ２８を経由してＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０より交流入力を直流に変換し設備用蓄電池２２へ電力を供給することにより行う。なお、設備用蓄電池２２の充電の方法は、定電流定電圧法等、電池の種類に応じた適切な方法で行うものとし、充電電流、電圧の制御は第１のコントローラ２８が行う。

店舗内ピーク電力、ＥＶ４０への充電が発生しない状態が継続すれば、上記ステップ１→ステップ９→ステップ１０→ステップ１１→ステップ１のルートを繰り返すことにより設備用蓄電池２２の補充電を継続する。表１においてケース５として示す。

設備用蓄電池２２の補充電が終了したことを第１のコントローラ２８が判定すれば、第２のコントローラ３６に情報を伝達し、待機状態（ケース１）に戻す。

なお、設備用蓄電池２２への充電終了の判定方法は、設備用蓄電池２２へ流入する充電電流を計測し、この電流があらかじめ設定した数値以下となること等の方法で判定を行う。

続いて、設備用蓄電池２２の補充電実施中にＥＶ４０が接続された場合の動作を説明する。この場合、設備用蓄電池２２の残量が少なく、設備用蓄電池２２を用いたＥＶ４０への充電が行えないため、交流入力のみを用いた充電を行う。すなわち、図５のステップ１０においてＥＶ４０への充電を開始する場合である。

ステップ１２：第２のコントローラ３６は第１のコントローラ２８を経由してＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０に対して交流入力を直流に変換するよう指示を行い、またＤＣ／ＤＣコンバータ２６に対してはＥＶ４０の要求に従った電流、電圧でＥＶ４０への充電を行うよう指示を行う。

この場合、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０の出力電力が設備用蓄電池２２に流れ込むことを防止するため、設備用蓄電池２２とＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０間に設置された常時閉である切替スイッチ（図３には図示せず）にて開放する。

設備用蓄電池２２の容量に対してＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０の容量を小さく設計されたＥＶ充電器２１を用いている場合には、この場合は充電速度が通常に比べ低下する。ＣＡＮ通信等により充電開始時点であらかじめＥＶ４０との間で通信により充電電流の最大値を設定することが可能である場合は適切な充電電流を設定する。

以上のルートは、図５においては、ステップ１→ステップ９→ステップ１０→ステップ１２→ステップ１となる。表１においてはケース６として示す。

なお、ＥＶ４０の充電頻度が低い場合は上記ケース６の発生はきわめて少ない頻度となるが、多数のＥＶの充電を連続して行う必要がある場合等は、設備用蓄電池２２の容量を増加させる等の対策によりケース６の発生頻度を抑えることが可能である。

続いて、設備用蓄電池２２の残量が少ない場合に店舗負荷１４においてピーク電力が発生した場合について説明する。

図５のステップ９において店舗負荷のピーク電力の発生を検出した場合である。

ステップ１３：この場合もＥＶ４０の接続の有無を確認する。ＥＶ４０が接続されていなければステップ１４に進む。

ステップ１４：店舗負荷１４のピーク電力をキャンセルするため、第２のコントローラ３６は第１のコントローラ２８を経由してＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０に対してステップ７と同様に店舗負荷１４への電力の逆送を指示する。この場合設備用蓄電池２２の残量は少ない状況であるが、店舗負荷１４におけるピーク電力はきわめて小さなものであり、設備用蓄電池２２の残量で十分賄えるものである。

例えば、電子レンジ使用により店舗内ピーク電力が１０ｋＷ、１分間発生するものとすると、その必要となる電力量は１０ｋＷ×１分／６０分＝０．１７ｋＷｈ程度である。一方ＥＶ４０への充電電力量は数ｋＷｈ以上である。設備用蓄電池２２の残量は、上記電力量程度を常に最低残量として残すことが必要であるので、上記条件を満足するよう、店舗負荷１４の発生状況を考慮の上、電池容量を適切に選定する。

店舗負荷１４のピーク電力が発生している間、図５においてはステップ１→ステップ９→ステップ１３→ステップ１４→ステップ１のルートで店舗負荷１４への逆送電を行う。表１においてはケース７として示す。

店舗負荷１４のピーク電力が終了すれば、上記表１のケース５に戻り、設備用蓄電池２２への補充電を再開する。

最後に、設備用蓄電池２２の残量が少なく、店舗負荷１４への逆送電実施中にＥＶ４０が接続された場合について説明する。

上記図５、ステップ１３においてＥＶ４０が接続された場合である。

ステップ１５：この場合、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０は店舗負荷１４への逆送電のために使用中であり、かつ設備用蓄電池２２の残量が少ないためにＥＶ４０への充電は行えない。ただし、店舗負荷１４への逆送電は短時間、例えば１分間等で終了するため、店舗負荷１４への逆送電の終了を待って、前述した表１のケース６の方法にてＥＶ４０への充電を実施する。図５では、ステップ１→ステップ９→ステップ１３→ステップ１５→ステップ１のルートである。表１においてはケース８と記す。

この状態で店舗負荷１４への逆送電が終了すれば、ステップ９→ステップ１０→ステップ１２→ステップ１のルートすなわち表１のケース６で充電を行う。

本実施形態では、交流入力電力が例えば災害等により停電した場合にも、設備用蓄電池２２の残量がある限り、ＥＶ急速充電あるいは店舗への電力供給の動作が可能であるばかりでなく、たとえば災害時に非常照明に電力を供給することも可能である。蛍光灯等、交流電力が必要な非常照明等には交流側から、ＬＥＤ等直流電力が必要な非常照明等には直流側から供給することも可能である。

以上の第１実施形態では、設備用蓄電池２２を１組のみ搭載する装置の構成例を示した。この構成例では、上述のように、
１．設備用蓄電池２２の残量が少ない場合にＥＶ４０への充電速度が低下する
２．同じく設備用蓄電池２２の残量が少ない場合に、店舗負荷１４への電力逆送と同時にＥＶ４０への充電が発生した場合、店舗負荷１４への電力逆送が終了するまでＥＶ４０への充電を行えず、店舗負荷１４への送電終了を待つ必要がある
といった課題があった。そこで、これらの課題を解決する方法として、設備用蓄電池２２を２組搭載する第２実施形態の構成例を以下に示す。

本実施形態の構成を図７に、動作モードの選択方法を図８の表２に示す。

図７では、図３に比べ、設備用蓄電池２２を２組搭載し、切替スイッチＳＷ１からＳＷ５により、各々がＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６に接続できるようになっている。

なお、表２においても表１と同様に、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０を交流入力から直流を発生させる方向に動作させることを順方向、直流入力から交流を発生させる動作を逆方向と称している。

本実施形態では、表２に示すように、設備用蓄電池２２Ａ、２２Ｂの残量と、負荷の発生状況に応じて動作を決定するものとし、その制御は図７に示す第２のコントローラ３６が行う。

初めに、２個の設備用蓄電池２２Ａ、２２Ｂがともに十分な電気量を蓄積している場合について説明する。店舗負荷１４、ＥＶ４０の充電が行われない場合は本装置は待機状態となる（表２、ケース１）。

ここで、ＥＶ４０が接続された場合は、ＳＷ１とＳＷ５を閉じ、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０を順方向に動作させることにより、第１実施形態の場合と同様にＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０の電力と第２の設備用蓄電池２２Ｂの電力を合わせてＥＶに急速充電を行う（同、ケース２）。第２の設備用蓄電池２２Ｂに代わって第１の設備用蓄電池２２Ａを用いることも可能で、この場合はＳＷ１とＳＷ２を閉じて上述と同様の動作を行う（同、ケース３）。

次に、店舗内負荷設備１４においてピーク負荷が発生した場合には、ＳＷ２を閉じ、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０を逆方向に動作させることにより、第２の設備用蓄電池２２Ｂを用いて店舗負荷１４で発生したピーク電力をキャンセルすることができる（同、ケース４）。ＳＷ２の代わりにＳＷ３を閉じることにより第１の設備用蓄電池２２Ａを用いることもできる（同、ケース５）。

交流入力への逆送電に当たっては、第１実施形態で示したと同様に、系統側への逆潮流を防止するため、店舗内負荷設備の消費電流Ｉ１、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０から交流入力側に送出する電流Ｉ２に対して、Ｉ２＝Ｉ１−α（αは正の一定値）の関係を維持するよう制御を行う。

ここで、店舗負荷１４の発生と同時にＥＶ４０の充電が発生した場合について説明する。ＳＷ３とＳＷ４を閉じると同時にＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０を逆方向に動作させることにより、店舗負荷１４に対しては第２の設備用蓄電池２２Ｂを、ＥＶ４０への充電には第１の設備用蓄電池２２Ａを同時に使用して電力を供給できる（同、ケース６）。

ＳＷ２とＳＷ５を閉じることにより、設備用蓄電池２２Ａと２２Ｂの役割を入れ替えて、設備用蓄電池２２Ａから店舗負荷への電力供給、設備用蓄電池２２ＢからＥＶへの急速充電を行うこともできる（同、ケース７）。

続いて、設備用蓄電池のうち１個、例えば第２の設備用蓄電池２２Ｂが残量が不足した状態について説明する。

店舗負荷１４、ＥＶ負荷ともに発生していない場合には、ＳＷ３を閉じＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０を順方向に動作させることにより、残量の不足している第２の設備用蓄電池２２Ｂに充電を行うことができる（同、ケース８）。

ここで、ＥＶ４０が接続された場合には、十分な電荷を蓄積している第１の設備用蓄電池２２Ａから充電を行う必要があるため、ＳＷ３を開いて第２の設備用蓄電池２２Ｂへの充電を一時的に中断すると同時に、ＳＷ１とＳＷ４を閉じることにより、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０と第１の設備用蓄電池２２ＡからＥＶ４０への急速充電を行う（同、ケース９）。

同様に、店舗内ピーク負荷が発生した場合には、ＳＷ２を閉じ、ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０を逆方向に動作させることにより店舗内ピーク電力のキャンセルを行う（同、ケース１０）。

店舗内ピーク負荷とＥＶ充電が同時に発生した場合は、ＳＷ４を閉じることにより電荷残量を十分保有する第１の設備用蓄電池２２ＡからＥＶ急速充電を行うと同時に、ＳＷ３を閉じるとともにＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０は逆方向に動作させることにより、第２の設備用蓄電池２２Ｂから店舗内ピーク負荷への逆送電による負荷キャンセルを行う。第１実施形態の場合と同様に、店舗内ピーク負荷のキャンセルはＥＶ急速充電に比べて所要電力量が少なく、電荷残量の少ない第２の設備用蓄電池２２Ｂによる動作が可能である（同、ケース１１）。

以下、第１の設備用蓄電池２２Ａの残電気量が少なく、第２の設備用蓄電池２２Ｂの残電気量が十分である場合についても、上記と同様の動作が可能であるので、詳細な説明は省略する（同、ケース１２からケース１５に示す）。

設備用蓄電池が２個とも残量が少ない場合は、店舗負荷１４への逆送電は可能であるがＥＶ４０への急速充電が実施できない。このため、本実施形態においては、どちらかの設備用蓄電池は必ず十分な残量を保有するよう、負荷の発生しない時間帯に常に補充電を行うとともに、設備用蓄電池の容量を負荷の発生状況に合わせて適切に選定することとし、このケース（表２のケース１６）については考慮しない。

また、第１実施形態の場合と同様、交流入力電力が例えば災害等により停電した場合にも、設備用蓄電池の残量がある限り、ＥＶ急速充電あるいは店舗への電力供給の動作が可能であるばかりでなく、たとえば非常照明に電力を供給することも可能である。

尚、第２実施形態では、設備用蓄電池が２組設けられていたが、３組以上であっても良い。

以上説明した内容について、本装置を設置する施設等については、コンビニエンスストアを例に説明したが、これに限らず、ガソリンスタンド、駐車場、工場、一般企業等、同種の負荷パターンを持つあらゆる店舗、電力需要家等の電力消費施設に適用可能である。

また、各実施形態においてＥＶ充電器２１内の第１のコントローラ２８と独立に第２のコントローラ３６を設けることとしたが、２台のコントローラを集約して１台のコントローラに置き換えても良く、さらにＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ３０あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ２６の制御回路に同機能を保有させてもかまわない。

また、前記実施形態においては、本発明がＥＶへの急速充電器に適用されていたが、本発明の急速充電対象はこれに限定されない。

１０…交流入力
１２…受配電盤
１４…店舗（電力消費施設）内負荷設備
１６、１８…電流計測センサー
Ｉ１…店舗内負荷設備の消費電流
Ｉ２…逆送電流
２１…電気自動車用急速充電器（ＥＶ充電器）
２２、２２Ａ、２２Ｂ…設備用蓄電池
２６…ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８、３６…コントローラ
３０…ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータ
４０…電気自動車（ＥＶ）

Claims (14)

1. 外部蓄電池への充電が可能な設備用蓄電池と、
   該設備用蓄電池の出力を前記外部蓄電池への充電に適した電流や電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   外部からの交流入力を用いて前記設備用蓄電池を充電するＡＣ／ＤＣコンバータの機能、及び、前記設備用蓄電池の出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣコンバータの機能を持つＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータと、
   これらを制御するコントローラと、
   を備えたことを特徴とする急速充電器。
2. 前記ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータが、
   交流側と入力側の絶縁及び必要に応じて電圧の変更を行うための絶縁トランスと、
   交流から直流への変換、及び、直流から交流への変換を行うための双方向のスイッチング素子と、
   該スイッチング素子により生成された、前記設備用蓄電池を充電する直流出力を平滑化するためのフィルタと、
   前記スイッチング素子により前記設備用蓄電池の出力から変換された交流出力の高周波成分を除去して歪のない交流波形を発生させるためのフィルタと、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の急速充電器。
3. 前記コントローラが、交流入力から前記急速充電器が設置された電力消費施設へ流れる電流と、交流入力から前記急速充電器に流れる電流に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及びＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータを制御するようにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の急速充電器。
4. 前記設備用蓄電池が複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の急速充電器。
5. 請求項３又は４に記載の急速充電器が設置された電力消費施設において、
   該電力消費施設の消費電力が急増した時は、前記急速充電器に内蔵した設備用蓄電池より電力を前記ＡＣ／ＤＣ兼ＤＣ／ＡＣコンバータに逆送することにより、該電力消費施設における電力消費の急増分をキャンセルすることを特徴とする、急速充電器を用いた負荷平準化方法。
6. 請求項３又は４に記載の急速充電器が設置された電力消費施設において、
   前記設備用蓄電池の残量、前記電力消費施設及び外部蓄電池の負荷発生状況に応じて、前記外部蓄電池への充電状態、前記電力消費施設への電力逆送状態、前記設備用蓄電池の補充電状態を切換えることを特徴とする急速充電方法。
7. 前記電力消費施設への電力逆送と前記外部蓄電池への充電が競合した場合は、前記電力消費施設への電力逆送を優先することを特徴とする請求項６に記載の急速充電方法。
8. 前記電力消費施設への逆送電流が、該電力消費施設での消費電流以下となるようにすることを特徴とする請求項６に記載の急速充電方法。
9. 前記電力消費施設の逆送電中に前記外部蓄電池への充電が必要になった場合は、前記設備用蓄電池の電力のみを用いて前記外部蓄電池への充電を行うことを特徴とする請求項６に記載の急速充電方法。
10. 前記電力消費施設への逆送電及び前記外部蓄電池への充電が不要な場合は、前記設備用蓄電池の残量に応じて、該設備用蓄電池を補充電することを特徴とする請求項６に記載の急速充電方法。
11. 前記設備用蓄電池への補充電実施中に前記外部蓄電池への充電が必要になった場合は、外部からの交流入力のみを用いて前記外部蓄電池への充電を行うことを特徴とする請求項６に記載の急速充電方法。
12. 前記設備用蓄電池の最低残量を、前記電力消費施設の消費電力急増時に該電力消費施設への逆送電が可能な量とすることを特徴とする請求項６に記載の急速充電方法。
13. 前記設備用蓄電池の残量が少なく、前記電力消費施設への逆送電実施中に前記外部蓄電池への充電が必要になった場合は、前記電力消費施設への逆送電終了を待って前記外部蓄電池への充電を行うことを特徴とする請求項６に記載の急速充電方法。
14. 前記外部からの交流入力が停電した場合は、前記設備用蓄電池により前記電力消費施設への逆送電や前記外部蓄電池への充電を行うことを特徴とする請求項６に記載の急速充電方法。

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