JP2013102561A - 車両用充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】充電対象となる車両が充電制御回路を備え、車両側の制御による充電停止期間が生じる場合であっても、特定車両への充電が滞る問題を回避して契約電力の範囲内で全車両を適切に充電することができる車両用充電システムを提供すること。
【解決手段】各車両４への充電に要した電力を積算して積算電力値を算出し、該積算電力値が最大となった車両への電力供給の制限をする第１の電力供給制限を行う電力供給制限手段２４と、該電力供給制限開始後に、電力供給制限の対象車両の該積算電力値を初期値にリセットするリセット手段２５と、該電力供給制限開始後の所定時間経過後に、該電力供給制限を解除する電力供給制限解除手段２６とからなる制御装置１０を備え、積算電力値を指標として電力供給制限を行う充電負荷を特定することにより、契約電力の範囲内で複数の充電負荷を適切に充電することを可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の車両用充電装置を備えた車両用充電システムであって、複数の車両を同時に充電することが可能な車両用充電システムに関するものである。

電気自動車等の車両の普及に伴い、マンション等の駐車場に設置して、複数台の車両を同時に充電可能な車両用充電システムへの需要が高まっている。

複数台の車両を１ヶ所に設置した車両用充電システムの車両用充電装置に接続して同時に充電を開始した場合、電気使用量が急激に上昇して契約電力を超過する問題があるため、当該問題を回避する技術として、車両用充電システムにおける最大使用電力を予め設定し、その許容範囲内で、一台あるいは複数台を選択して、順次充電を行う技術が開示されている（特許文献１）。特許文献１には、タイマー回路を設けることにより、充電対象とする車両を順次切り替える技術も開示されている。

一方、近年の車両には、充電に伴う発熱により車載電池が所定温度以上となった場合、車両側で一時的に充電を停止する充電制御回路を備えるものもある。このような充電制御回路を備える車両を、前記のタイマー回路による充電制御を行う充電装置に接続した場合、車両側の制御による充電停止期間と、充電装置側のタイマー制御による充電停止期間とが重複し、複数台の車両の中で、適切な充電が行われない車両が生じうる問題が懸念される。さらに、使用電力が最大になった時に車両用充電装置に接続した車両は、全く充電が行われない状態が長時間続く場合があり、車両用充電システムを多人数で共有する上では公平性に欠けるという問題があった。

特開２００１−６９６７８号公報

本発明の目的は前記の問題を解決し、複数の車両用充電装置を備え複数の車両を同時に充電可能な車両用充電システムであって、充電対象となる車両が充電制御回路を備え、車両側の制御による充電停止期間が生じる場合や使用電力が最大になった場合であっても、特定車両への充電が滞る問題を回避して契約電力の範囲内で全車両を適切に充電することができる車両用充電システムを提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明の車両用充電システムは、複数の車両に各々接続して電力供給を行う車両用充電装置と、各車両用充電装置に対して電力供給制限の要否を判定する判定部を備えた車両用充電システムであって、各車両への充電に要した電力を積算して積算電力値を算出し、該積算電力値が最大となった車両への電力供給の制限をする第１の電力供給制限を行う電力供給制限手段と、該第１の電力供給制限開始後に、電力供給制限の対象車両の該積算電力値を初期値にリセットするリセット手段と、該第１の電力供給制限開始後の所定時間経過後に、該電力供給制限を解除する電力供給制限解除手段とからなる制御装置を備えることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両用充電システムにおいて、電力供給制限手段は、複数の車両が接続された車両用充電装置への電力供給量を同時にかつ同一割合で低減させる制限を行う第２の電力供給制限を、第１の電力供給制限に対して優先して適用することを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の車両用充電システムにおいて、各車両の充電電流を計測して充電満了となる車両を判定し、該車両への第１の電力供給制限を回避する電力供給制限回避手段を備えることを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の車両用充電システムにおいて、該電力供給制限手段は、ＣＰＬＴ信号のデューティ比を変更することにより第１の電力供給制限若しくは第２の電力供給制限を行うことを特徴とするものである。

本発明に係る車両用充電システムでは、複数の車両に各々接続して電力供給を行う車両用充電装置と、各車両用充電装置に対して電力供給制限の要否を判定する判定部を備えた車両用充電システムであって、各車両への充電に要した電力を積算して積算電力値を算出し、該積算電力値が最大となった車両への電力供給の制限をする第１の電力供給制限を行う電力供給制限手段と、該第１の電力供給制限開始後に、電力供給制限の対象車両の該積算電力値を初期値にリセットするリセット手段と、該第１の電力供給制限開始後の所定時間経過後に、該電力供給制限を解除する電力供給制限解除手段とからなる制御装置を備えることにより、従来の車両を選択して、順次充電する際に生じていた問題（車両側の制御による充電停止期間と、充電装置側のタイマー制御による充電停止期間とが重複し、複数台の車両の中で、適切な充電が行われない車両が生じうる問題と、使用電力が最大になった時に車両用充電装置に接続した車両は、全く充電が行われない状態が長時間続くという問題）を効果的に回避可能とし、契約電力の範囲内で全車両を適切に充電可能としている。

本発明の車両用充電システムの全体説明図である。 本発明の制御装置のブロック図である。 本発明の車両用充電システムのフロー図である。 本発明の車両用充電システムの実施例を示す図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。

本発明は、主に住宅用マンション等に設置される車両用充電装置に最適な車両用充電システムであって、車両用充電システムに複数の車両用充電装置を備え、複数台の車両を同時に充電する車両用充電システムに関するものである。図１には、当該車両用充電システムの全体説明図を示している。

図１において、１はマンション等に設置される幹線盤であって、２は駐車場に設置される充電用分電盤、３ａ〜３ｃは各駐車スペースに配置される車両用充電装置、４ａ〜４ｃは電気自動車等の車両、５は電動自転車等の定格容量の小さい小規模負荷、６はマンションの各戸の負荷や共有スペースにおける負荷等の一般負荷を示している。

幹線盤１には、主幹母線７が引き込まれ、該主幹母線７から分岐した分岐線８ａ〜８ｄが幹線盤１から引き出され、分岐線８ａには充電用分電盤２が接続されている。また、分岐線８ｂ〜８ｄには一般負荷が接続されている。

幹線盤１内には、幹線盤１の全使用電力を測定する電力計９や、一般負荷の全使用電力を測定する電力計（図示しない）を備えて、測定結果は充電用分電盤２の制御装置（コントローラ）１０に信号線１１を介して出力される。また、幹線盤１は異常発生時に、主幹母線７の電路を遮断する主幹ブレーカ１２や、主幹母線７から分岐した分岐線８ｂ〜８ｄの電路を遮断するブレーカ１３ａ〜１３ｃを備えている。

本実施形態では、該主幹母線７から分岐した分岐線８ａを充電用分電盤２に引き込み、該分岐線８ａを更に分岐した電力供給線１４ａ〜１４ｄを介して複数の車両用充電装置３（３ａ〜３ｃ）や、小規模負荷５への電力供給を行っている。電力供給線１４ａ〜１４ｄの電路は異常発生時に、ブレーカ１５ａ〜１５ｄにより電流が遮断される。

充電用分電盤２には制御装置（コントローラ）１０が設けられており、その内部に判定部１６を備えている。判定部１６は幹線盤１の契約電力情報を保持しており、契約電力と一般負荷６の全使用電力との差から、充電用分電盤２に接続された負荷の充電に使用できる充電許容電力を算出する。判定部１６は、後述するように車両用システムに複数の車両が接続された場合や、一般負荷６の変動により充電許容電力が不足する場合に一時的に電力供給制限を行うか否かの判断を行う。なお、充電許容電力は契約電力と一般負荷６の全使用電力との差に対して若干の余裕をもたせて算出することが好ましい。

各車両用充電装置３は、車両４との充電制御信号（ＣＰＬＴ信号）を生成するＣＰＬＴ回路を内蔵する制御回路２１や、ＣＰＬＴ信号に基づき充電電路２２の開閉を行うリレー１７の他、各車両用充電装置の充電電路２２を流れる充電電流を計測するＣＴ１８を備えている。ＣＴ１８で計測された充電電流は、制御回路２１から信号線２３を介して充電用分電盤２の制御装置１０へ伝達される。各車両用充電装置３の充電ケーブルを車両４に接続すると、ＣＰＬＴ回路は初期値として予め定められたデューティ比（パルス幅）の充電制御信号を発振する。充電制御信号のデューティ比の初期値は充電ケーブルの種類等によって予め定められている。なお、充電制御信号のデューティ比（パルス幅）は、後述する制御装置１０からの制限信号により制御回路２１のパルス幅変更手段（図示しない）によって変更可能である。また、デューティ比（パルス幅／パルス周期）は大きいほど大きな充電電流が供給可能であることを意味する。

図２に示すように、充電用分電盤２の制御装置１０は、前述した判定部１６のほか、以下の各手段（電力供給制限手段２４、リセット手段２５、電力供給制限解除手段２６、電力供給制限回避手段２７）を備えている。

制御装置１０の電力供給制限手段２４は、判定部１６で電力供給制限を行うと判定した場合に、車両用充電装置３の制御回路２１に対して制限信号を出力する。制限信号は充電中断命令（第１の電力供給制限）か、ＣＰＬＴ信号のパルス幅変更命令（第２の電力供給制限）として出力される。

制御装置１０は、各車両用充電装置３のＣＴ１８で計測された充電電流より各車両への充電に使用した電力量を積算して保持している。第１の電力供給制限は、判定部１６が電力供給制限を行うと判断した場合に、電力供給制限手段２４が、積算電力値が最大となった車両への電力供給制限をする。具体的には、制御装置１０から信号線２３を介して電力供給制限の対象となった車両が接続されている車両用充電装置３の制御回路２１に対して制限信号を出力する。また、小規模負荷が電力供給制限の対象となった場合には、ブレーカ１５ｄの開閉を制御することにより充電を制限する。

第２の電力供給制限は、判定部１６が電力供給制限を行うと判断した場合に、電力供給制限手段２４が、複数の車両が接続された各電力供給線への電力供給量を同時にかつ同一割合で低減させる制限を行う。

リセット手段２５は、電力供給制限開始後に、制御装置１０に記憶された電力供給制限の対象車両の積算電力値を初期値にリセットする。また、電力供給制限解除手段２６は電力供給制限開始後、所定時間の経過後に該電力供給制限を解除する。

電力供給制限回避手段２７は、ＣＴ１８によって計測される車両の充電電流を時系列的に解析して、充電満了間際と判定した車両については、電力供給制限手段による電力供給制限を回避する。

以下、図１〜３により本発明の車両用充電システムを説明する。

（ＳＴ１〜ＳＴ２）
本実施形態では、該主幹母線７から分岐した分岐線８ａを充電用分電盤２に引き込み、該分岐線８ａを更に分岐した電力供給線１４ａ〜１４ｄを介して複数の車両用充電装置３ａ〜３ｃや、電動自転車５等の小規模負荷への電力供給を行っている。各車両用充電装置３ａ〜３ｃに車両４ａ〜４ｃが接続され、充電が開始されると（ＳＴ１）、各車両用充電装置内のＣＴ１８で充電電流の測定が行われ、充電に使用された電力（使用電力）が算出され記録される（ＳＴ２）。また、充電用分電盤２から引き出した電力供給線１４ｄに直接接続された電動自転車等の小規模負荷への充電が開始されると（ＳＴ１）、充電用分電盤２内のＣＴ１９で電流測定が行われ、充電に使用された電力が記録される（ＳＴ２）。ＳＴ２で記録された各使用電力は、通信線２３を介して制御装置１０に送信されて積算され、積算電力値として保持される。
（ＳＴ３）
制御装置１０では、ＣＴ２０の計測により算出される幹線盤全体の使用電力と、一般負荷の全使用電力との差に基づき、現時点において、車両および小規模負荷の充電に使用されている充電電力の総和を算出する。
（ＳＴ４）
制御装置１０の判定部１６には、幹線盤１の契約電力の情報が保持されていて、契約電力と一般負荷の全使用電力との差から、車両および小規模負荷(合わせて以下、「充電負荷」という)への電力供給に使用可能な充電許容電力が算出される。
（ＳＴ５）
制御装置１０の判定部１６では、ＳＴ３で算出された充電電力の総和と、ＳＴ４で算出された充電許容電力とを対比する。充電電力の総和が充電許容電力以下と判定された場合には、電力供給制限を行うことなく、各充電負荷に対して引き続き定格電流での充電が行われる。一方、充電電力の総和が充電許容電力を上回ると判定された場合には、電力供給制限手段２４によって電力供給制限が開始される。
電力供給制限には、特定の充電負荷での電力供給を停止あるいは大幅に制限するもの（第１の電力供給制限）と、ＣＰＬＴ信号のデューティ比を変更することにより全ての充電負荷への電力供給を一律かつ小幅に制限するもの（第２の電力供給制限）とがある。本実施形態では、電力供給制限手段２４により第２の電力供給制限が第１の電力供給制限に対して優先して適用するシステムを説明する。
（ＳＴ６〜ＳＴ９）
第２の電力供給制限は、電力供給制限手段２４が充電許容電力の値に応じて、ＣＰＬＴ信号により充電負荷全体の充電電流を、定格より段階的に減らす（例えば、１０％単位）ものである。したがって、制御回路（ＣＰＬＴ回路）がない小規模負荷に対しては、第２の電力供給制限は行われない。なおデューティ比の下限を予め設定することが望ましい。(例えば、８０％)
第２の電力供給制限は、電力供給制限手段２４がＳＴ７でＣＰＬＴ信号のデューティ比を変更することにより、車両用充電装置３に接続された各充電負荷４の充電電力の総和が小さくなる（ＳＴ８）。その後、制御装置１０の判定部１６では、ＳＴ８で調整された充電負荷の充電電力の総和と、ＳＴ４で算出された充電許容電力とを対比する。充電負荷の充電電力の総和が充電許容電力以下と判定された場合には、変更後のデューティ比により充電が行われる。一方、充電負荷の充電電力の総和が充電許容電力を上回ると判定された場合には、電力供給制限手段２４は第２の電力供給制限に追加して、第１の電力供給制限を行う。
（ＳＴ１０〜ＳＴ１４）
第１の電力供給制限は、第２の電力供給制限によっても充電負荷の充電電力の総和が充電許容電力を上回る場合に、電力供給制限手段２４が特定の充電負荷での電力供給を停止あるいは大幅に制限するものである。電力供給制限の対象となる充電負荷は、各充電負荷への充電に使用した電力量を積算し、該積算電力値が最大となった充電負荷とする（ＳＴ１１）。
ただし、充電満了間際の充電負荷への充電回路を遮断すると車載電池を傷める恐れがあり、充電満了間際の充電負荷への充電回路を遮断しても、充電電力の総和は大きく変化せず、充電制限の効果が小さい等の観点から、充電満了間際の充電負荷に対しては第１の電力供給制限による充電制限を行わない。そこで、ＳＴ１２では、ＳＴ１１で積算電力値が最大と特定された充電負荷が充電満了間際にあるか否かの判定を行う。例えば、電力供給制限回避手段２７はＣＴ１８によって計測される充電電流を時系列的に解析し、徐々に充電電流が減少する傾向にあれば、充電満了間際と判定し、充電電流が所定値以上であれば、充電負荷Ａが充電満了間近でないと判定する。なお、急速に充電電流が減少した場合には、その他の要因によって一時的に充電を停止しているのみで充電満了間際と判定しない。上記は所定時間内の充電電流の移動平均値より判定することが望ましい。ＳＴ１１およびＳＴ１２を経て特定された充電負荷に対し、電力供給を停止あるいは大幅に制限する電力供給制限が行われる（ＳＴ１３）。該電力供給制限開始後には、電力供給制限の対象となった充電負荷の積算電力値は初期値である０にリセットされる（ＳＴ１４）。
（ＳＴ１５）
上記の電力供給制限は、一定時間後に全て解除された後、再度、ＳＴ３からの各ステップが繰り返される。

以下、図４に基づいて、車両３台(充電負荷Ａ〜Ｃ)および電動自転車（充電負荷Ｄ）を接続して充電を行う際に、本発明の充電システムを適用した実施例を説明する。なお、説明のため数値は単純化する。本実施例において、幹線盤の契約電力は４０ｋｗ、充電負荷Ａ〜Ｄの各定格電流は、各々１５Ａ、２０Ａ、１５Ａ、５Ａである。また、各時間区分は同じ長さである。

（時間区分１）
充電負荷Ａと充電負荷Ｄとを接続し、充電を開始する。両充電負荷の定格電流の和は２０Ａ、充電電力の総和は４ｋｗ、一般負荷の全使用電力は３０ｋｗ、充電許容電力は１０ｋｗである。充電電力の総和は充電許容電力の範囲内であるため電力供給制限の必要がなく、定格電流での充電を行う。
（時間区分２）
充電負荷Ｂが新たに接続され充電を開始する。全充電負荷の定格電流の和は４０Ａ、充電電力の総和は８ｋｗ、一般負荷の全使用電力は３０ｋｗ、充電許容電力は１０ｋｗである。充電電力の総和は充電許容電力の範囲内であるため電力供給制限の必要がなく、引き続き定格電流での充電を行う。
（時間区分３）
充電負荷Ａ、Ｂ、Ｄに、充電負荷Ｃが追加されている。全充電負荷の定格電流の和は５５Ａ、充電電力の総和は１１ｋｗとなり、充電許容電力の１０ｋｗを超えるため電力供給制限が必要となる。そこで電力供給制限手段２４により第２の電力供給制限を行い、車両用充電装置３に接続された充電負荷Ａ〜Ｃに対してＣＰＬＴ信号のデューティ比を定格の９０％に制限する。その結果、充電負荷Ａ〜Ｄの各充電電流は、各々１３．５Ａ、１８Ａ、１３．５Ａ、５Ａ(変更なし)となり、電力供給制限後の全充電負荷の充電電流の和は５０Ａ、充電電力の総和は１０ｋｗに調整される。
（時間区分４）
一般負荷の全使用電力が３１ｋｗに増加すると、充電許容電力が９ｋｗに低下して、更なる電力供給制限が必要となる。電力供給制限手段による第２の電力供給制限により、車両用充電装置３に接続された充電負荷Ａ〜Ｃに対してＣＰＬＴ信号のデューティ比を定格の８０％に制限する。その結果、充電負荷Ａ〜Ｄの各充電電流は、各々１２Ａ、１６Ａ、１２Ａ、５Ａ(変更なし)となり、電力供給制限後の全充電負荷の充電電流の和は４５Ａ、充電電力の総和は９ｋｗに調整される。
（時間区分５）
一般負荷の全使用電力が更に増加して３２ｋｗとなると、充電許容電力が更に低下して８ｋｗとなり、更なる電力供給制限が必要となる。しかし、第２の電力供給制限によるＣＰＬＴ信号のデューティ比の下限を定格の８０％に規定したため、さらに、電力供給制限手段２４は、充電負荷の何れかの電力供給を停止する第１の電力供給制限を行うことが必要になる。時間区分１〜５までの積算電力値は、充電負荷Ａが最大となっている。ここで、電力供給制限回避手段２７は充電負荷Ａの充電電流が所定値以上であれば、充電負荷Ａが充電満了間近でないと判定する。従って、電力供給制限手段２４は充電負荷Ａへの電力供給を停止する。
第１の電力供給制限により、充電負荷Ａ〜Ｄの各充電電流は、各々０Ａ、１６Ａ、１２Ａ、５Ａ(変更なし)となり、電力供給制限後の全充電負荷の充電電流の和は３３Ａ、充電電力の総和は６．６ｋｗに調整される。
また、充電負荷Ａへの電力供給を停止した後に、リセット手段２５により制御装置１０で保持されている充電負荷Ａの積算電力値を初期値である０にリセットする。
（時間区分６）
時間区分５で充電を制限した充電負荷Ａは所定時間が経過した時間区分６では電力供給制限解除手段２６により復帰するが、充電負荷Ａ〜Ｄの各充電電流は、各々１２Ａ、１６Ａ、１２Ａ、５Ａ(変更なし)となり、全充電負荷の充電電流の和は４５Ａ、充電電力の総和は９ｋｗとなり、充電許容電力８ｋｗを上回ることになるため、再度、第１の電力供給制限（電力供給を停止）が必要となる。時間区分５で、充電負荷Ａに対する充電電力量はリセットされたため、時間区分１〜６までの積算電力値は、充電負荷Ｂが最大となる。ここで、電力供給制限回避手段２７は充電負荷Ｂの充電電流が所定値以上であれば、充電負荷Ａが充電満了間近でないと判定する。従って、電力供給制限手段２４は充電負荷Ｂへの電力供給制限（電力供給を停止）をする。
以降は上記と同様に積算電力値が最大となる充電負荷を順次停止させるように制御する。なお、電力供給制限解除手段による制限解除は、充電電力の総和が充電許容電力を下回った時には、まず第１の電力供給制限を解除し、次に第２の電力供給制限を解除するものとする。

なお、本実施例では第２の電力供給制限の後に第１の電力供給制限を実施しているが、第２の電力供給制限手段を実施せずに第１の電力供給制限のみを行ってもよい。また、上記実施例では第１の電力供給制限は対象となった充電負荷の電力供給を停止したが、対象となった充電負荷に対してのみ、更なるＣＰＬＴ信号のデューティ比をさらに低下させ電力供給制限を行うものとしてもよい。また、制御装置１０は幹線盤１やいずれかの車両用充電装置３に設けられていてもよい。

本発明では、このように積算電力値を指標として電力供給制限を行う充電負荷を特定することにより、契約電力の範囲内で複数の充電負荷を適切に充電することを可能とし、従来の問題（車両側の制御による充電止期間と、充電装置側のタイマー制御による充電停止期間とが重複し、複数台の車両の中で、適切な充電が行われない車両が生じうる問題と、使用電力が最大になった時に車両用充電装置に接続した車両は、全く充電が行われない状態が長時間続くという問題）を効果的に回避可能としている。

１ 幹線盤
２ 充電用分電盤
３ａ〜３ｃ 車両用充電装置
４ａ〜４ｃ 車両
５ 電動自転車
６ 一般負荷
７ 主幹母線
８ａ〜８ｄ 分岐線
９ 電力計
１０ 制御装置
１１ 信号線
１２ 主幹ブレーカ
１３ａ〜１３ｃ ブレーカ
１４ａ〜１４ｄ 電力供給線
１５ａ〜１５ｄ ブレーカ
１６ 判定部
１７ リレー
１８ ＣＴ
１９ ＣＴ
２０ ＣＴ
２１ ＣＰＬＴ回路
２２ 充電電路
２３ 信号線
２４ 電力供給制限手段
２５ リセット手段
２６ 電力供給制限解除手段
２７ 電力供給制限回避手段

Claims (4)

1. 複数の車両に各々接続して電力供給を行う車両用充電装置と、
   各車両用充電装置に対して電力供給制限の要否を判定する判定部を備えた車両用充電システムであって、
   各車両への充電に要した電力を積算して積算電力値を算出し、
   該積算電力値が最大となった車両への電力供給の制限をする第１の電力供給制限を行う電力供給制限手段と、
   該第１の電力供給制限開始後に、電力供給制限の対象車両の該積算電力値を初期値にリセットするリセット手段と、
   該第１の電力供給制限開始後の所定時間経過後に、該電力供給制限を解除する電力供給制限解除手段とからなる制御装置を備えることを特徴とする車両用充電システム。
2. 電力供給制限手段は、複数の車両が接続された車両用充電装置への電力供給量を同時にかつ同一割合で低減させる制限を行う第２の電力供給制限を、第１の電力供給制限に対して優先して適用することを特徴とする請求項１記載の車両用充電システム。
3. 該制御装置は、
   各車両の充電電流を計測して充電満了となる車両を判定し、該車両への第１の電力供給制限を回避する電力供給制限回避手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用充電システム。
4. 該電力供給制限手段は、ＣＰＬＴ信号のデューティ比を変更することにより第１の電力供給制限若しくは第２の電力供給制限を行うことを特徴とする請求項１〜３記載のいずれかに車両用充電システム。

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