JP2014017991A - 充電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】一般負荷の使用電力の増加に起因する充電の中止頻度を低下させることができる充電装置を提供すること。
【解決手段】外部電源から単相３線式配線で２本の電源線１２と中性線１３として引き込まれた３本の引込線と、一方の電源線１２と中性線１３とのうち何れかを充電電路として選択可能な電路切替スイッチ１４と、外部信号を受信して該電路切替スイッチ１４の切替制御を行う制御部１１とを有し、該電路切替スイッチ１４により選択された一方の電源線または中性線と、他方の電源線を充電電路として充電電力を供給する。
【選択図】図２

Description

本発明は、主にプラグインハイブリッド自動車や電気自動車等（以下、車両という）の充電に用いる充電装置に関するものである。
車両の充電制御は、ＣＰＬＴ信号とよばれる充電制御信号を充電装置と車両との間で受送信して行われる。ＣＰＬＴ信号とは、充電装置の定格電流の大きさに応じて設定されるデューティを有するパイロット信号であり、車両と充電装置との間で接続状態や充電装置の定格電流を車両に通知する。
車両の充電は外部電源から分電盤に引き込まれた母線を複数に分岐させた分岐線を介して行われるため、他の分岐線から電力供給を行っている一般負荷（車両以外の負荷）の使用電力が増加し、契約電力と一般負荷の使用電力との差分が所定値未満になった場合には、充電装置の制御部でＣＰＬＴ信号のデューティ比を制御して充電電流値を下げる制御が行われている（例えば、特許文献１）。
車両は充電条件として充電装置から一定値（例えば６Ａ）以上の電流が供給可能であることを必要とする仕様となっており、充電電流値が所定値未満となると、車両の充電制御回路で充電許可スイッチを開いてＣＰＬＴ信号の電位を９Ｖとし、充電電路のリレーを開路する制御が行われ充電が中止される。
従来、車両への電力供給が２００Ｖで行われている場合は、契約電力と一般負荷の使用電力との差分は所定値（例えば、１．２ｋＶＡ＝２００Ｖ×６Ａ）以上必要との前提のもとに充電制御が行われていた。すなわち差分が所定値未満となると一旦充電を中止する制御が行われるため、一般負荷の使用電力の増加に起因する充電の中止頻度が高くなり不都合であるという問題があった。
一方、一般負荷の使用電力と充電電力との合計電力が契約電力を超えた際、充電装置１０において一旦充電を中止する以前に、分電盤内に設けられた制限器（リミッタやアンペアブレーカ）の機能により、不意に電力供給が停止される恐れがあるという問題もあった。なお制限器は、外部電源から単相３線式配線で２本の電源線と中性線として引き込まれた３本の引込線のうち、２本の電源線に流れる電流値を線間電圧（１００Ｖ）と掛け合わせ、それぞれ合算して契約容量を規制している。
特開２０１２−０６０７５２号公報
本発明の目的は前記の問題を解決し、従来、契約電力と一般負荷の使用電力との差分が小さくなっても、一般負荷の使用電力の増加に起因する充電の中止頻度を低下させることができる充電装置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充電装置は、外部電源から単相３線式配線で２本の電源線と中性線として引き込まれた３本の引込線と、一方の電源線と中性線とのうち何れかを充電電路として選択可能な電路切替スイッチと、外部信号を受信して該電路切替スイッチの切替制御を行う制御部とを有し、該電路切替スイッチにより選択された一方の電源線または中性線と、他方の電源線を充電電路として充電電力を供給す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記載の充電装置において、外部信号として、分電盤の使用電流に基づき出力される信号を受信し、制御部にて充電制限の要否を判定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記載の充電装置において、充電電路は、充電電路を開閉する開閉器を電路切替スイッチの負荷側に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記載の充電装置において、制御部は電路切替スイッチの切替制御を行うに先立って充電電流を制限することを特徴とするものである。
本発明では、車両の充電中に一般負荷の使用電力が上昇して、契約電力と一般負荷の使用電力との差分が小さくなった場合でも、電路切替スイッチの切替制御を行って充電電圧を２００Ｖから１００Ｖに下げて充電を継続することができる。
すなわち充電電圧を１００Ｖに降下させた場合、車両の充電に使用される充電電力は２００Ｖで充電する場合の半分となるため、充電可能条件である契約電力と一般負荷の使用電力との差分を従来の半分にすることができる。これにより一般負荷の使用電力の増加に起因する充電の中止頻度を低減させることができる。また充電電圧を半分にしても充電電流は一定値以上に維持されるため車両側で充電が中止されることがない。
分電盤を介して母線から分岐された分岐線による電力分配の概念説明図である。 本実施形態の充電装置のブロック図である。 制御部のブロック図である。 一般負荷の使用電力と充電制限との関係を示す図である。
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
本実施形態の充電装置１０は、図１に示すように、系統電源から分電盤１に引き込まれた母線２を複数に分岐させた分岐線３に接続されている。他の分岐線４、５、６には一般負荷（家庭用負荷・マンション各戸）が接続されている。
分電盤１は、母線２の電流を計測するＣＴ７により分電盤全体の使用電力を計測する盤電力計測手段と、一般負荷の使用電力を計測する負荷電力計測手段と、契約電力と一般負荷の使用電力に基づいて充電装置１０に使用できる許容電力を計測判定する充電許容電力判定部８とを備えている。充電許容電力判定部８では、契約電力と一般負荷の使用電力との差分を計測信号として充電装置１０の制御部１１に対し出力している。
充電装置１０には、図２に示すように、分電盤の分岐線３から単相３線式配線で２本の電源線１２と中性線１３が引き込まれており、充電装置１０の内部には、後述する充電に関する各種制御を行う制御部１１の他、一方の電源線１２と中性線１３とのうち何れかを充電電路として選択する電路切替スイッチ１４およびその負荷側に充電電路の開閉を行う開閉器１５を備えている。なお、図２には、ＣＰＬＴ信号で充電制御される車両（いわゆる、モード２車両）およびモード２車両に対応した充電装置（モード３の充電装置）の例を示しているが、本発明は、モード３の充電装置に限定されるものではなく、ＣＰＬＴ回路を有さない車両（モード１車両）のみに対応する充電装置であってもよい。
図３に示すように、制御部１１は、ＣＰＬＴ信号を生成するＣＰＬＴ回路１６の他、ＣＰＬＴ信号に基づいて開閉器１５に対し充電電路の開閉信号を送信する判定部１７を備えている。また判定部１７は分電盤１の充電許容電力判定部８が出力する計測信号を外部信号として受け、後述する充電制限の要否を判定する。さらに判定部１７は電路切替スイッチ１４を切替制御して充電電路の電圧を変更する。なお充電制限が行われていない通常状態では、２００Ｖの電圧が印加される2本の電源線を充電電路として選択している。
ＣＰＬＴ回路１６は従来同様にＣＰＬＴ信号を生成して、車両が非接続の状態では、内部抵抗Ｒ１によりＣＰＬＴ信号の電位（図２のＡ点の電位=車両へのコネクタ接続部の電位）が１２Ｖ定電圧となり、車両が接続されると車両内部抵抗Ｒ２により分圧して９Ｖ定電圧となるなるように調整されている。またＣＰＬＴ回路１６は充電装置の定格電流に応じたデューティ比でＣＰＬＴ信号を生成し、車両に供給可能な充電電流を規定している。
判定部１７は、ＣＰＬＴ回路１６が出力するＣＰＬＴ信号の電位を常時検出していて、車両用充電装置側が充電可能な状態（タイマ制御なし・充電装置に使用できる電力が許容電力未満等の条件を満たす場合）であれば、ＣＰＬＴ信号を発振させる（９Ｖ発振）。続いて、車両側の充電許可スイッチ２１が投入されるとＣＰＬＴ信号はＲ３との分圧により６Ｖ発振に移行する。
この状態において判定部１７は、開閉器１５に対し充電電路の閉路信号を出力し（以下、モード２制御という）、充電電路に電圧が印加れて車両１９に搭載された車載電池への充電が可能な状態になる。
車両１９の充電電流はで充電中はほぼ一定（例えば１５Ａ）であるが、図４に示すように、一般負荷の使用電力の増加により契約電力と一般負荷の使用電力との差分が第１の所定電力（例えば３．０ＫＶＡ＝２００Ｖ×１５Ａ）未満となると、制御部１１は第1段階の充電制限として、ＣＰＬＴ信号のデューティ比を変調し車両の充電電流値を制限する。すなわち充電電圧は２００Ｖに維持されたまま、一般負荷の使用電力の増加に連動させてＣＰＬＴ信号のデューティ比を変調させることにより、車両の充電電力を契約電力と一般負荷の使用電力との差分内に抑えるように制御する。
具体的には充電許容電力判定部８からの計測信号を受け、判定部１７が第1段階の充電制限が必要を判定した場合には、ＣＰＬＴ信号のデューティ比を変調し車両側に充電電流を低減する情報を発信する。これを受けて車両側では充電電流を指定された電流値内に抑制する。
これにより分電盤全体の使用電力を契約電力内に抑えることができる。
その後一般負荷の使用電力がさらに増加し、契約電力と一般負荷の使用電力との差分が第２の所定電力（例えば１．２ＫＶＡ＝２００Ｖ×６Ａ）未満となった場合は、制御部１１の判定部１７は第２段階の充電制限として、電路切替スイッチ１４に対して切替制御を行い充電電圧を制限する。
以下、第２段階の充電制限である電路切替スイッチ１４の切替制御について詳述する。
判定部１７は、分電盤１の充電許容電力判定部８から出力された計測信号により、第２段階の充電制限が必要であると判定すると、第1段階の充電制限として変調したＣＰＬＴ信号のデューティ比を一時的にメモリに記憶した状態で、ＣＰＬＴ信号の電位を０Ｖとするリセット制御を行う。
前記のリセット制御後、判定部１７は電路切替スイッチ１４に対して切替制御が出力して、充電電路が電源線１２から中性線１３へと切りかえられる。充電電路の切り替え後に、ＣＰＬＴ信号の電位を１２Ｖ定電圧とする制御および上記同様のモード２制御が行われる。またＣＰＬＴ信号のデューティ比はリセット制御前に一時的にメモリに記憶した値に変調され１００Ｖでの充電が再開される。すなわち第２段階の充電制限は第1段階の充電制限のデューティ比を維持するため車両の充電電流と充電電圧の双方を制限するものである。従って充電電圧を半分にしても充電電流は車両が充電可能な所定値に維持されるため車両側で充電が中止されることがない。
その後、一般負荷の使用電力がさらに増加し契約電力と一般負荷の使用電力との差分が第３の所定電力（例えば０．６ＫＶＡ＝１００Ｖ×６Ａ）未満となった場合は、分電盤内に設けられた制限器により、不意に電力供給が停止される恐れも回避するために、制御部１１はＣＰＬＴ信号の発振を停止する。これにより車両１９の充電許可スイッチ２１が開き充電が一旦中止される。
なお上記実施形態では、分電盤１の充電許容電力判定部８は外部信号として契約電力と一般負荷の使用電力との差分を計測信号として出力し、制御部１１で充電制限の要否を判定しているが、外部信号は分電盤１の充電許容電力判定部８が充電制限の要否を判定し、第１段階の充電制限、第２段階の充電制限及び充電中止を直接指示する制限信号であってもよい。
契約電力と一般負荷の使用電力との差分が所定値以上に回復した場合には、上記した充電制限と逆の順序で充電制限を解除する。例えば、契約電力と一般負荷の使用電力との差分が第３の所定電力以上に回復した場合には、制御部１１は第２段階の充電制限（充電電流と充電電圧の双方を制限）をして充電を再開する。さらに第２の所定電力以上に回復した場合には、制御部１１は第１段階の充電制限による車両の充電電流のみを制限して充電を再開する。すなわち制御部１１は電路切替スイッチ１４を１００Ｖから２００Ｖに切替制御して充電電圧を供給する。その後は第１の所定電力に回復するまでは段階的にＣＰＬＴ信号のデューティ比を変調して定格電流による充電に移行させる。
上記説明した通り車両の充電は充電装置側から一定値（例えば６Ａ）以上の電流が供給可能であることを必要とする仕様となっており、充電電流値が一定値未満となると、車両側の充電制御回路で充電許可スイッチ２１を開いてＣＰＬＴ信号の電位を９Ｖとし、充電電路を開路する制御が行われ、充電が中止される仕様となっている。充電電圧を１００Ｖに降下させた場合、車両の充電に使用される充電電力は２００Ｖで充電する場合の半分となるため、契約電力と一般負荷の使用電力との差分を、従来の半分に引き下げることができる。この場合であってもＣＰＬＴ信号のデューティ比は車両が充電可能な一定値に維持されるため充電が中止されることはない。すなわち、本発明によれば従来の充電電圧２００Ｖ条件下では、充電継続不可能であった条件下においても、使用電力を半部に抑制した上で充電を継続することが可能となる。なお、本発明においてはＣＰＬＴ信号のデューティ比を変調し車両の充電電流値を制限する第1段階の充電制限は必須ではなく、充電電圧を制限する第２段階の充電制限のみを実施するものとしてもよい。また、第1段階の充電制限によって充電電圧の制限し、次に第２段階の充電制限で充電電流値を制限するものとしてもよい。
１ 分電盤
２ 母線
３、４、５、６ 分岐線
７ ＣＴ
８ 充電許容電力判定部
９ 通信線
１０ 充電装置
１１ 制御部
１２ 電源線
１３ 中性線
１４ 電路切替スイッチ
１５ 開閉器
１６ ＣＰＬＴ回路
１７ 判定部
１９ 車両
２０ 充電制御回路
２１ 充電許可スイッチ

Claims (4)

  1. 外部電源から単相３線式配線で２本の電源線と中性線として引き込まれた３本の引込線と、
    一方の電源線と中性線とのうち何れかを充電電路として選択可能な電路切替スイッチと、
    外部信号を受信して該電路切替スイッチの切替制御を行う制御部とを有し、
    該電路切替スイッチにより選択された一方の電源線または中性線と、他方の電源線を充電電路として充電電力を供給することを特徴とする充電装置。
  2. 外部信号として、分電盤の使用電流に基づき出力される信号を受信し、制御部にて充電制限の要否を判定することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
  3. 充電電路は、充電電路を開閉する開閉器を電路切替スイッチの負荷側に備える
    ことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
  4. 制御部は電路切替スイッチの切替制御を行うに先立って充電電流を制限することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
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