JP2013048519A - 充電システム及び充電装置並びに充電方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】商用電源の状況に応じて充電を制御することができる充電システム及び充電装置並びに充電方法。
【解決手段】電力系統900と蓄電池部921とに接続された充電システムであって、蓄電池部921を充電する充電装置130と、電力系統900の電流、電圧及び高調波の少なくとも1つの情報を測定する測定部110と、測定部110で測定された少なくとも1つの情報に応じて、蓄電池部921への充電を制御するための命令を充電装置130に送信する制御装置120とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、例えば電気自動車等に搭載される蓄電池を充電する充電システム及び充電装置並びに充電方法に関する。
近年、電気自動車が普及しつつあり、この電気自動車には蓄電池が搭載されている。この蓄電池を充電する充電設備は、従来のガソリンスタンドのような充電スタンドの他に、コンビニエンスストアやショッピングモールにも配置される。
しかし、充電電流がかなり大きい場合には、電力会社と例えば120Aの電流契約をしていたコンビニエンスストアが契約電流を増加させて例えば150Aで契約しなければならない。このため、電気の基本料金が上昇することになる。従って、電気自動車の充電料金が上昇することになり、コンビニエンスストア等の経済も圧迫してしまう。
また、充電装置として、例えば、特許文献1に記載された技術が開示されている。この充電装置では、常時は交流電源から整流器と充電器とにより低電流の直流電力を得て、設備用蓄電池を充電しておく。電気自動車からの充電要求時には、蓄電池から充電器によって大電流の直流電力を得て、電気自動車等の蓄電池を急速充電する。このため、夜間等に蓄電池を充電できる。
特開平5−207668号公報
しかしながら、特許文献1の充電装置では、商用電源(系統)の状況に応じて受電を制御することができなかった。例えば、電気自動車への充電電流が多大であり、需要家の契約電流を上回るような場合、需要家は電力会社との契約電流を上げなければならない。このため、電力料金の基本料金が上がり、電気自動車への充電費用が上がる。
また、特許文献1の充電装置では、商用系統の電力品質に応じて受電を制御することができなかった。
本発明の課題は、商用系統の状況に応じて充電を制御することができる充電システム及び充電装置並びに充電方法を提供することにある。
上記の課題を解決するために、実施形態に係る充電システムによれば、電力系統と蓄電池部とに接続された充電システムであって、前記蓄電池部を充電する充電装置と、前記電力系統の電流、電圧及び高調波の少なくとも1つの情報を測定する測定部と、前記測定部で測定された少なくとも1つの情報に応じて、前記蓄電池部への充電を制御するための命令を前記充電装置に送信する制御装置とを備えることを特徴とする。
第1の実施形態に係る電気自動車充電システムの構成を示すブロック図である。 第1の実施形態に係る電気自動車充電システムの制御装置の構成を示すブロック図である。 第1の実施形態に係る電気自動車充電システムの充電装置の構成を示すブロック図である。 第1の実施形態に係る電気自動車充電システムの制御装置内の制御部で実行される充電処理を示すフローチャートである。 第2の実施形態に係る電気自動車充電システムの構成を示すブロック図である。 第2の実施形態に係る電気自動車充電システムの制御装置の構成を示すブロック図である。 第2の実施形態に係る電気自動車充電システムの蓄電装置の構成を示すブロック図である。 第2の実施形態に係る電気自動車充電システムの制御装置内の制御部で実行される充電処理を示すフローチャートである。 第3の実施形態に係る電気自動車充電システムの構成を示すブロック図である。 第3の実施形態に係る電気自動車充電システムの制御装置内の制御部で実行される充電処理を示すフローチャートである。 第4の実施形態に係る電気自動車充電システムの構成を示すブロック図である。 第4の実施形態に係る電気自動車充電システムの制御装置内の制御部で実行される充電処理を示すフローチャートである。 第5の実施形態に係る電気自動車充電システムの構成を示すブロック図である。 第5の実施形態に係る電気自動車充電システムの制御装置内の制御部で実行される充電処理を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態の充電システム及び充電装置並びに充電方法を図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施形態では、充電システム及び充電装置並びに充電方法を例えば、電気自動車に適用した場合について説明する。なお、電気自動車に限らず、その蓄電池を搭載した他の負荷であっても良い。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る電気自動車充電システムの構成を示すブロック図である。この電気自動車充電システムは、充電システム100、商用電源900、負荷910a,910b、電気自動車920a,920bが電力線で接続され、商用電源(商用系統)900から負荷910a,910b、充電システム100及び電気自動車920a,920bに電力が供給されるようになっている。図1において、太実線は電力供給の経路を示し、細実線は信号の経路を示している。
充電システム100は、測定部110、制御装置120、充電装置130a,130bを備えている。これら各構成要件は、充電システムとして別装置に設けても良く、同一装置内に設けても良い。充電システム100は、コンビニエンスストアやショッピングモール等の需要家に設置されている。
商用電源900は、交流(AC)100Vや6600V等の電力を負荷910a,910b、充電システム100、及び電気自動車920a,920bに供給する。負荷910a,910bは、需要家の負荷であり、例えば、コンビニエンスストアの場合には照明器具や冷蔵庫等である。
測定部110は、商用電源900からの電力を受けて、充電装置130a,130bに供給される電流、電圧、周波数、電圧波形の高調波等の異常波形及び高調波の基本波に対する比率、電力、電力量を測定して、これらの測定されたデータを制御装置120に送信する。
制御装置120は、パーソナルコンピュータやミニコンピュータ、専用機器により構成され、測定部110からのデータに基づき充電装置130a,130bの充電を制御する。図2は、第1の実施形態に係る電気自動車充電システムの制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置120は、受信部121、通信部122、操作部123、制御部124を備えている。
受信部121は、測定部110からのデータを受信する。通信部122は、各充電装置130a,130bに命令を送信する。操作部123は、スイッチや液晶パネルで構成され、予め指定される値として、充電に使用可能な電流値、即ち需要家の契約電流との関係で考えられた電流値、電圧降下が許容される電圧下限値、許容可能な高調波の大きさ等、時間帯毎の電気料金、需要家の契約電流が入力される。制御部124は、受信部121、通信部122、操作部123の各部を制御する。
充電装置130a,130bは、電気自動車920a,920bに対応して設けられ、電力線からの電力により電気自動車920a,920bに設けられた蓄電池部921を充電する。この充電は制御装置120により制限されることもある。充電装置130a,130bは、通信部131、制御部132、電流調整部133を備えている。
通信部131は、制御装置120の通信部122から送信されてくる命令を受信する。制御部132は、通信部131からの命令に従って、充電電流を減少させるために、適切な電流にするよう電流調整部133を制御する。電流調整部133は、商用電源900から供給された電力(交流又は直流、交流の場合には交流を直流に変換する。)を充電用の電流に変換し、電気自動車920a,920bの蓄電池部921を充電する。充電電流は制御部132により制御される。
次に、上記のように構成される電気自動車充電システムの動作を説明する。以下では、制御装置120内の制御部124の動作を中心に説明する。図4は、電気自動車充電システムの制御装置120内の制御部124で実行される充電処理を示すフローチャートである。
まず、測定部110で商用電源900から供給される電流、電圧、高調波の基本波に対する比率等が測定される。測定部110で測定された電流が予め設定された電流値内かどうかが調べられる(ステップS11)。測定された電流が予め設定された電流値内でない場合には、測定部110から送信される電流値が設定値内になるまで、充電装置130に対し電流調整部133の出力電流を減少させる命令を送信する(ステップS12)。
次に、測定部110で測定された電圧の降下及び高調波の基本波に対する比率が設定値内かどうかが調べられる(ステップS13)。電圧の降下及び高調波の基本波に対する比率が設定値内でない場合には、測定部110から送信される電圧値及び高調波の基本波に対する比率が設定値内になるまで充電装置130に対し電流調整部133の出力電流を減少させる命令を送信する(ステップS14)。
なお、電気料金が安価な時間帯に大電流とし、電気料金が高価な時間帯が小電流となるようにスケジューリングしてそのスケジューリング情報を充電装置130に送信し、電気自動車920a,920bへの充電を制御しても良い。
このように、第1の実施形態の電気自動車充電システムによれば、測定部110で商用電源900の電流、電圧及び高調波の少なくとも1つを測定し、測定部110で測定された商用電源900の電流、電圧、高調波の少なくとも1つの情報に応じて、制御装置120の制御部124が蓄電池部921への充電を制御するための命令を充電装置130に送信するので、電気自動車920a,920bの蓄電池部921への充電を適正に制御することができる。
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係る電気自動車充電システムの構成を示すブロック図である。図5に示す第2の実施形態の電気自動車充電システム200は、図1に示す第1の実施形態の電気自動車充電システム100に対して、さらに、蓄電装置220と、制御装置120に代えて、制御装置210、充電装置130a、130bに代えて充電装置230a、230bとを備えている。
制御装置210は、制御装置120の構成に、図6に示すように、通信部211が追加されている。通信部211は、蓄電装置220に対して放電量を指示する命令(コマンド)を送信する。即ち、通信部211は、蓄電装置220から充電装置230a,230bへ電流を供給する命令を送信する。
図7(a)は、第2の実施形態に係る電気自動車充電システムの蓄電装置220の構成を示すブロック図、図7(b)は、第2の実施形態に係る電気自動車充電システムの充電装置230の構成を示すブロック図である。蓄電装置220は、負荷910a、910b、充電装置230a、230bでの電力使用が少ないときに、交流(AC)または直流(DC)にて、商用電源900から供給される電力にて充電される。蓄電装置220は、充電装置230a,230bに対して、充電電力を供給するもので、通信部221、制御部222、電流電圧可変部223、蓄電池224を備えている。
通信部221は、制御装置210の通信部211から送信される放電量を指示する命令を受信する。制御部222は、通信部221からの放電量を指示する命令に応じて、電流電圧可変部223の電流値、電圧値を制御する。電流電圧可変部223は、制御部222からの情報に基づき、蓄電池224の出力電流、出力電圧を可変する。
充電装置230a、230bは電気自動車920a、920bに対応して設けられ、図7(b)に示すとおり通信部131、制御部132、電流調整部133、電流変換部231を備えている。
電気自動車920a、920bに設けられた蓄電池部921は電流調整部133を介し商用電源900から供給される電流と、電圧変換部231を介し蓄電装置220から供給される電流とが加算された電流により充電される。
通信部131は、制御装置210の通信部122から送信される命令を受信する。制御部132は、通信部131からの命令に従って、商用電源900から供給される電流を減少させるために、適切な電流にするよう電流調整部133を制御する。電流調整部133は、商用電源900から供給された電力(交流又は直流、交流の場合には交流を直流に変換する。)を充電用の電流に変換し出力する。その出力電流は制御部132により制御される。
電流変換部231は、蓄電装置220から供給される電流を、電気自動車920の蓄電池部921の充電用の電流に変換して出力する。なお、蓄電装置220が交流を出力するものである場合は直流に変換して出力する。
次に、上記のように構成される電気自動車充電システムの動作を説明する。以下では、制御装置210内の制御部212の動作を中心に説明する。図8は、電気自動車充電システムの制御装置内の制御部で実行される充電処理を示すフローチャートである。
まず、測定部110で商用電源900から供給される電流、電圧、高調波の基本波に対する比率等が測定される。測定部110で測定された電流が予め設定された電流値内かどうかが調べられる(ステップS21)。測定された電流が予め設定された電流値内でない場合には、測定部110から送信される電流値が設定値内になるまで、充電装置230に対し電流調整部133の出力電流を減少させる命令、蓄電装置220に対し充電装置230への電流供給を増加する命令を送信する(ステップS22)。
次に、測定部110で測定された電圧の降下及び高調波の基本波に対する比率が設定値内かどうかが調べられる(ステップS23)。電圧の降下及び高調波の基本波に対する比率が設定値内でない場合には、測定部110から送信される電圧値及び高調波の基本波に対する比率が設定値内になるまで充電装置230に対し電流調整部133の出力電流を減少させる命令、蓄電装置220に対し充電装置230への電流供給を増加する命令を送信する(ステップS24)。
なお、電気料金が安価な時間帯には商用電源900からの電流を利用して電気自動車920a,920bへの充電を制御しても良い。また、電気料金が高価な時間帯には充電電流を減少させる処理と蓄電装置220からの電流を多く利用する処理との少なくとも一方を制御することにより、電気自動車920a,920bへの充電を制御しても良い。
このように、第2の実施形態の充電システムによれば、蓄電装置220からの電流を充電装置230a,230bに供給できるので、電圧の降下及び高調波の基本波に対する比率がより小さくなる。
(第3の実施形態)
図9は、第3の実施形態に係る電気自動車充電システムの構成を示すブロック図である。図9に示す第3の実施形態の電気自動車充電システム300は、図5に示す第2の実施形態の電気自動車充電システム200に対して、さらに、通信部320と、通信部320からのデータを受信する制御装置310とを備えている。なお、制御装置310と実施例2における制御装置210の相違点は、通信部320とのインターフェース回路を有することと、プログラムのみであり、その他の構成は同様である。従って、制御装置310内の各部は制御装置210の各部と同符号にて表記するものとする。
通信部320は、インターネットとのインタフェースユニットや電力線搬送通信装置又は無線通信装置、商用電源900の電力使用状況に関する情報、例えば、「電気予報」や個別に需要家に対して送信される「電力削減要求(デマンド)に関する電文」を受信し、これらの情報を制御装置310に送信する。
次に、上記のように構成される電気自動車充電システムの動作を説明する。以下では、制御装置310内の制御部212の動作を中心に説明する。図10は、電気自動車充電システムの制御装置内の制御部で実行される充電処理を示すフローチャートである。
まず、通信部320を介して電力を削減すべき情報(デマンド)、電気予報を受信したかどうかが調べられる(ステップS31)。電力を削減すべき情報(デマンド)、電気予報を受信した場合には、充電装置230に対し電流調整部133の出力電流を減少させる命令、蓄電装置220に対し充電装置230への電流供給を増加する命令を送信する(ステップS32)。
このように、第3の実施形態の充電システムによれば、外部から通信部320を送られてきた電力を削減すべき情報に応じて、制御装置310の制御部212が蓄電池部921への充電を制御するための命令を充電装置130に送信、及び蓄電装置220から充電装置130への電流供給を増加する命令を蓄電装置220に送信するので、電気自動車920a,920bの蓄電池部921への充電を適正に制御することができる。
(第4の実施形態)
図11は、第4の実施形態に係る電気自動車充電システムの構成を示すブロック図である。図11に示す第4の実施形態の電気自動車充電システム400は、図9に示す第3の実施形態の電気自動車充電システム300に対して、測定部410と、蓄電装置420、制御装置430が異なる。なお、制御装置430と実施例2における制御装置210の相違点は、通信部320とのインターフェース回路を有することと、プログラムのみであり、その他の構成は同様である。従って、制御装置430内の各部は制御装置210の各部と同符号にて表記するものとする。また、充電装置230a、230bに代えて、実施例1と同様、充電装置130a、130bが設けられている。
測定部410は、需要家の負荷910a,910bの電力、及び充電装置130a,130bへの電力を測定して、測定されたデータを制御装置430に送信する。蓄電装置420は、インバータを搭載し、直流を交流に変換してその出力を充電装置130a,130b及び負荷910a,910bに供給する。
次に、上記のように構成される電気自動車充電システムの動作を説明する。以下では、制御装置430内の制御部の動作を中心に説明する。図12は、電気自動車充電システムの制御装置430内の制御部で実行される充電処理を示すフローチャートである。
まず、測定部410で商用電源900から供給される電流、電圧、高調波の基本波に対する比率等が測定される。測定部410で測定された電流が予め設定された電流値内かどうかが調べられる(ステップS41)。測定された電流が予め設定された電流値内でない場合には、測定部410から送信される電流値が契約電流以下になるまで、蓄電装置420に対し出力電流を増加させる命令を送信する。それでもなお、設定された電流地以内にならない場合は、充電装置130に対し電流調整部133の出力電流を減少させる命令を送信する(ステップS42)。
次に、測定部410で測定された電圧の降下及び高調波の基本波に対する比率が設定値内かどうかが調べられる(ステップS43)。電圧の降下及び高調波の基本波に対する比率が設定値内でない場合には、蓄電装置420に対し出力電圧を増加させる命令を送信する。それでもなお、設定された電圧値以内にならない場合は、充電装置130に対し電流調整部133の出力電流を減少させる命令を送信する(ステップS44)。
なお、商用電源900の電気料金が高価な時間帯では、蓄電装置420の出力電流を増加させるように制御することにより、電気自動車920a,920bへの充電を制御しても良い。
このように、第4の実施形態の電気自動車充電システムによれば、需要家の負荷910a,910bの電力をも考慮して電力を測定し、測定された電力に応じて、蓄電装置420の出力を充電装置130a,130b及び負荷910a,910bにも供給することができる。
(第5の実施形態)
図13は、第5の実施形態に係る電気自動車充電システムの構成を示すブロック図である。図13に示す第5の実施形態の電気自動車充電システム500は、図11に示す第4の実施形態の電気自動車充電システム400に対して、太陽光発電装置520、風力発電装置530を備えている。なお、太陽光発電装置520と風力発電装置530との一方のみを用いても良い。
太陽光発電装置520は、メガソーラーとも呼ばれ、光電変換により電力を発生して電力線に出力する。風力発電装置530は、風力を電気に変換することにより電力を発生して電力線に出力する。制御装置510は、充電装置310a,310bに電力を供給するように太陽光発電装置520と風力発電装置530とに対して命令を送信する。
次に、上記のように構成される電気自動車充電システムの動作を説明する。以下では、制御装置510内の制御部の動作を中心に説明する。図14は、電気自動車充電システムの制御装置内の制御部で実行される充電処理を示すフローチャートである。
まず、太陽光発電装置520、風力発電装置530の電力を優先して使用するように、電力発電時間帯スケジュールを作成する(ステップS51)。この場合には、制御装置510は、太陽光発電装置520、風力発電装置530を電力発電時間帯スケジュールに従って制御する。
次に、測定部410で測定された商用電源900からの電流が需要家の契約電流を超えたかどうかが調べられる(ステップS52)。商用電源900からの電流が需要家の契約電流を超えた場合には、蓄電装置420の出力電流を増加し、それでも電流が不足である場合には、充電装置130の充電電流を減少させるように制御する(ステップS53)。
このように、第5の実施形態の電気自動車充電システムによれば、太陽光発電装置520、風力発電装置530の電力を優先して使用できる。
以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
100,200,300,400,500 充電システム
110,410 測定部
120,210,310,510 制御装置
121 受信部
122,131,211,221,320 通信部
123 操作部
124,132,222 制御部
130a,130b 充電装置
133 電流調整部
220,420 蓄電装置
223 電流電圧可変部
224 蓄電池
520 太陽光発電装置
530 風力発電装置
900 商用電源
910a,910b 負荷
920a,920b 電気自動車
921 蓄電池部

Claims (10)

  1. 電力系統と蓄電池部とに接続された充電システムであって、
    前記蓄電池部を充電する充電装置と、
    前記電力系統の電流、電圧及び高調波の少なくとも1つの情報を測定する測定部と、
    前記測定部で測定された少なくとも1つの情報に応じて、前記蓄電池部への充電を制御するための命令を前記充電装置に送信する制御装置と、
    を備えることを特徴とする充電システム。
  2. 前記制御装置は、前記電流が設定値を超えるとき、前記充電装置への電流を前記設定値になるまで減少させるための命令を前記充電装置に送信することを特徴とする請求項1記載の充電システム。
  3. 前記充電装置に対して電力を供給する蓄電装置を備え、
    前記充電装置は、前記電力系統から供給された電流と、前記蓄電装置から供給された電流とを加算した電流を、前記蓄電池部に対し供給することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の充電システム。
  4. 前記制御装置は、前記電力系統からの電流を予め設定された電流値以下に制御することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の充電システム。
  5. 前記制御装置は、時間帯毎の電気料金の価格に基づき、前記充電装置への電流を減少させるための命令を前記充電装置に送信する処理と前記蓄電装置から前記充電装置への電流供給を増加するための命令を前記蓄電装置に送信する処理との少なくとも1つを実行することを特徴とする請求項3記載の充電システム。
  6. 外部からの電力削減指示を受信する通信部と、
    前期制御装置は、前記通信部で受信した電力削減指示に応じて、前記充電装置への電流を減少させるための命令を前記充電装置に送信する処理と前記蓄電装置から前記充電装置への電流供給を増加するための命令を前記蓄電装置に送信する処理との少なくとも1つを実行することを特徴とする請求項3記載の充電システム。
  7. 太陽光発電装置と風力発電装置との少なくとも一方を備え、
    前記制御装置は、前記太陽光発電装置と前記風力発電装置との少なくとも一方に対して前記充電装置へ電力を優先して供給するように命令を送信することを特徴とする請求項5又は請求項6記載の充電システム。
  8. 充電装置により蓄電池部を充電する充電ステップと、
    電力系統の電流、電圧及び高調波の少なくとも1つの情報を測定する測定ステップと、
    前記測定ステップで測定された少なくとも1つの情報に応じて、前記蓄電池部への充電を制御するための命令を前記充電装置に送信する制御ステップと、
    を備えることを特徴とする充電方法。
  9. 前記制御ステップは、前記電流が設定値を超えるとき、前記充電装置への電流を前記設定値になるまで減少させるための命令を前記充電装置に送信することを特徴とする請求項8記載の充電方法。
  10. 蓄電池部を充電する充電装置であって、
    電力系統の電流、電圧及び高調波の少なくとも1つの情報に応じて、前記蓄電池部への充電を制御するための命令を受信する通信部と、
    前記通信部で受信された前記命令に従って前記蓄電池部への電流を減少させることにより適正値に制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする充電装置。
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