JP2014128181A - ネットワーク型充電システム及び充電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】電気自動車等の電動車両の充電による電源電圧の異常低下や変圧器の過負荷を防止する。
【解決手段】複数の充電設備６を含み、各充電設備６に接続された電気自動車８のバッテリ８ｂを充電する電源を供給するネットワーク型充電システムであって、各充電設備６は、直近の上位にある変圧器の２次側に接続された配電線を介して受電した電源電圧を電気自動車８に供給するに際し、通電の許可及び制限のいずれか一方を選択する機能を有する給電装置６Ｍと、これに付随して設けられ、配電線を用いた電力線通信のネットワークを構成することにより自他全ての充電設備６について使用状況の情報を取得するＰＬＣモデム７と、ＰＬＣモデム７が取得した情報に基づいて給電装置６Ｍを制御する制御装置６４とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、走行用の電動機をバッテリで駆動する電動車両の充電設備に関し、特に、主として一般家庭用途で、電気自動車やプラグインハイブリッド車等を充電する設備に関する。

近年、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）や電気自動車（ＥＶ）が広く普及し始めている。電気自動車やプラグインハイブリッド車（以下、電気自動車等という。）は、バッテリの充電を、商用電源を用いて行う。そのため、地上設置型の充電スタンドが既に実用化されている（例えば、非特許文献１参照。）。このような充電設備は公共の場所の他、電気自動車等の所有者の自宅に設置することができる。電気自動車等の普及がさらに進めば、非常に多くの家で、各戸に引き込まれた商用電源により電気自動車等を充電することになる。

「充電スタンド」、Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ、［ｏｎｌｉｎｅ］、インターネット［平成２４年１２月５日検索］<URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%85%E9%9B%BB%E3%82%B9%E3%82%BF%E3%83%B3%E3%83%89>

電気自動車等の充電は、例えば充電電流が１５Ａにもなり、電力消費が多い。例えば同じ変圧器から電力供給している多数の家で、同時に多数の電気自動車等が充電されると、エアコン等の電力消費が多い電気機器をも大きく上回る電力消費になり、その結果、電源電圧（局所的に見た商用電源電圧）の異常低下や、変圧器の過負荷を招く可能性がある。電源電圧が異常低下すると、家電製品によっては、正常に動作しなくなるか又は少なくとも動作保証ができない状態になる。さらに、一軒の家の電源電圧が異常低下することが、他の家の電源電圧にも影響を及ぼす場合がある。また、変圧器の過負荷保護のために過電流遮断による停電が発生すると、電気自動車等の充電が、安定した電力供給を阻害する原因となってしまう。

かかる課題に鑑み、本発明は、電気自動車等の電動車両の充電による電源電圧の異常低下や変圧器の過負荷を防止することを目的とする。

（１）本発明は、複数の充電設備を含み、各充電設備に接続された電動車両のバッテリを充電する電源を供給するネットワーク型充電システムであって、前記各充電設備は、直近の上位にある変圧器の２次側に接続された配電線を介して受電した電源電圧を前記電動車両に供給するに際し、通電の許可及び制限のいずれか一方を選択する機能を有する給電装置と、前記給電装置に付随して設けられ、前記配電線を用いた電力線通信のネットワークを構成することにより自他全ての充電設備について使用状況の情報を取得する電力線通信用モデムと、前記電力線通信用モデムが取得した情報に基づいて前記給電装置を制御する制御装置とを備えたものである。

上記のように構成されたネットワーク型充電システムでは、システム全体として複数の電力線通信用モデムが、共通の変圧器の２次側に接続された配電線を介して相互に接続され、電力線通信のネットワークを構成する。このネットワークは、変圧器の１次側とは絶縁されたローカルなネットワークとなり、各電力線通信用モデムは、変圧器の配下にある全ての充電設備の使用状況を把握することができる。これにより、全ての充電設備について、現在の使用状況を考慮した適切な充電制御を行うことができる。

（２）また、上記（１）のネットワーク型充電システムにおいて、電力線通信用モデムは、現在の使用状況に基づいて、充電可能な充電設備の台数を調整する情報をネットワーク内で共有することが好ましい。
この場合、各充電設備において、台数を調整する情報を共有することができる。従って、システム全体として、台数調整が必要なときは、調整を行うことができる。

（３）また、上記（２）のネットワーク型充電システムにおいて、電源電圧を検知する電圧センサを備え、制御装置は、バッテリの充電を行う場合に、電圧センサが検知する電圧について、充電開始前後での電圧低下量を記憶し、当該電圧低下量に基づいて、台数を調整するようにしてもよい。
この場合、電圧低下量の情報をネットワーク内で共有することにより、どの充電設備を使用すれば、どれだけの電圧低下量となるかという経験値に基づいて、使用する充電設備の台数を、的確に調整することができる。

（４）また、上記（２）のネットワーク型充電システムにおいて、電力線通信用モデムは、同時に充電を行う充電設備の台数の上限値を前記ネットワーク内で共有することが好ましい。
この場合、各電力線通信用モデムが、同時に充電を行い得る台数の上限値を共通認識しているので、限度を超えて充電が行われることを、簡単確実に、防止することができる。

（５）また、上記（４）のネットワーク型充電システムにおいて、少なくとも１つの充電設備には、上限値の設定をする設定スイッチが設けられていてもよい。
この場合、上限値の設定が容易であり、また、この設定により、自他全ての電力線通信用モデムで上限値が共有される。

（６）また、上記（４）のネットワーク型充電システムにおいて、電源電圧を検知する電圧センサを備え、検知した電圧に基づいて上限値を決定するようにしてもよい。
この場合、例えば電源電圧の高低に対応して上限値を増減すれば、常に適切な上限値を設定することができる。

（７）また、上記（１）のネットワーク型充電システムにおいて、給電装置は、バッテリの充電電流を設定できる電流調整器を有し、バッテリの充電を行う場合に、制御装置は、使用状況に応じて、電流調整器に設定する充電電流を制限するようにしてもよい。
この場合、できるだけ多くの充電設備６で充電を行うことができる。

（８）一方、本発明は、電動車両のバッテリを充電する電源を供給する充電設備であって、直近の上位にある変圧器の２次側に接続された配電線を介して受電した電源電圧を前記電動車両に供給するに際し、通電の許可及び制限のいずれか一方を選択する機能を有する給電装置と、前記給電装置に付随して設けられ、前記配電線を用いた電力線通信のネットワークを構成することにより自他全ての充電設備について使用状況の情報を取得する電力線通信用モデムと、前記電力線通信用モデムが取得した情報に基づいて前記給電装置を制御する制御装置とを備えたものである。

上記（８）の充電設備では、電力線通信用モデムが、共通の変圧器の２次側に接続された配電線を介して他の充電設備の電力線通信用モデムと相互に接続され、電力線通信のネットワークを構成することができる。このネットワークは、変圧器の１次側とは絶縁されたローカルなネットワークとなり、各電力線通信用モデムは、変圧器の配下にある全ての充電設備の使用状況を把握することができる。これにより、全ての充電設備において、現在の使用状況を考慮した適切な充電制御を行うことができる。

本発明のネットワーク型充電システム及び充電設備によれば、ネットワーク単位で、充電による電源電圧の異常低下や変圧器の過負荷を防止することができる。

本発明の実施形態に係る充電設備を備えた複数の家（需要家）と、これらの家に対する商用電源の配電系統との一例を示す図である。 第１実施形態に係る充電設備の構成の主要部を示すブロック図である。 図１に対応する複数の需要家において複数のＰＬＣモデムが配電線等を介して構成する電力線通信のネットワークを、給電装置及び制御装置と共に示す、ネットワーク型充電システムの接続図である。 第２実施形態に係る充電設備の構成の主要部を示すブロック図である。

《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係る充電設備を備えた複数の家（需要家）と、これらの家に対する商用電源の配電系統との一例を示す図である。なお、ここでは、家の数は３軒であるが、これは簡易に図示するための一例に過ぎず、実際にはもっと多数の場合もある。

図において、例えば電柱１に取り付けられた変圧器２は、需要家から見て配電系統上、直近の上位にある。言い換えれば、変圧器２から需要家までの電路の途中に他の変圧器は介在しない。変圧器２は、高圧（１次）から低圧（２次）への変圧を行う。高圧−低圧間は、相互に絶縁されている。低圧側の配電線３は、通常、単相３線式で、ＡＣ１００／２００Ｖを需要家に供給する。この配電線３からそれぞれ、各家４Ａ，４Ｂ，４Ｃへの引き込み線３Ａ，３Ｂ，３Ｃが設けられている。

各家４Ａ，４Ｂ，４Ｃにはそれぞれ、充電設備６Ａ，６Ｂ，６Ｃが、例えば車庫付近に設置されている。充電設備６Ａ，６Ｂ，６Ｃには、それぞれ、各家４Ａ，４Ｂ，４Ｃの例えば屋外配線としての給電線５Ａ，５Ｂ，５Ｃを介して、ＡＣ１００Ｖ又は２００Ｖが供給される。なお、充電設備６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、家や車庫の構造に応じて、屋外又は屋内に設置することができる。充電設備６Ａ，６Ｂ，６Ｃにはそれぞれ、充電ケーブル６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃが付属しており、これらを、電気自動車又はプラグインハイブリッド車（以下、単に電気自動車という。）に接続することで、電気自動車８Ａ，８Ｂ，８Ｃに搭載されたバッテリ（図示せず。）の充電を行うことができる。

ここで、上記の符号に付属しているＡ，Ｂ，Ｃを省略して共通化する。すなわち、以下のように符号を共通化する。
充電設備６Ａ，６Ｂ，６Ｃ → 充電設備６
充電ケーブル６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ → 充電ケーブル６０
電気自動車８Ａ，８Ｂ，８Ｃ → 電気自動車８

図２は、充電設備６の構成の主要部を示すブロック図である。図において、充電設備６は、過電流保護機能及び漏電保護機能を有する漏電遮断器６１と、リレー又は半導体スイッチ素子によって構成される開閉手段６２と、電圧センサ６３と、ＣＰＵ及びメモリを含む制御装置６４と、電力線通信の機能を有するＰＬＣモデム（電力線通信用モデム）７と、制御装置６４に対する設定スイッチ６６とを備えている。ＰＬＣモデム７は、漏電遮断器６１の１次側の電路Ｌ１，Ｌ２に接続されている。

開閉手段６２は、制御装置６４により、オン／オフ制御可能である。電圧センサ６３は、電源電圧（すなわち局所的に見た商用電源電圧）を検知し、その検知出力信号を制御装置６４に与えている。なお、この電圧センサ６３は、漏電遮断器６１の２次側に設けているが、１次側に設けてもよい。また、電圧センサ６３は、制御装置６４の機能として取り込むこともできる。要するに、電圧を検知する機能部分が必要である。ＰＬＣモデム７は、制御装置６４と相互に、情報を授受する関係にある。また、各家（図１）の充電設備６（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ）におけるそれぞれのＰＬＣモデム７は、配電線３及び引き込み線３Ａ，３Ｂ，３Ｃ等を介して相互に繋がっている。これにより、複数のＰＬＣモデム７によるピア・ツー・ピア方式での電力線通信のネットワークが形成されている。

図２における充電設備６内の実線は、電源電圧が印加されている電路を示し、点線は信号線を示している。充電ケーブル６０の先端には、コネクタ６０ｃが設けられている。このコネクタ６０ｃを電気自動車８の所定部に接続することにより、バッテリ８ｂの充電が可能となる。ＡＣ１００Ｖ又は２００Ｖの電源電圧を、コネクタ６０ｃに出力する主回路部分が給電装置６Ｍである。なお、ＰＬＣモデム７は、この例では充電設備６に内蔵されているが、必ずしも内蔵されていなくてもよく、外部に付属する設置形態であってもよい。要するに、充電設備６に付随する存在であればよい。

図３は、図１に対応する複数の需要家において複数のＰＬＣモデム７が配電線３等を介して構成する電力線通信のネットワークを、給電装置６Ｍ及び制御装置６４と共に示す、ネットワーク型充電システムの接続図である。図において、各充電設備６は、給電装置６Ｍと、ＰＬＣモデム７と、制御装置６４とを備えている。給電装置６Ｍは、直近の上位にある変圧器２の２次側に接続された配電線３を介して受電した電源電圧を電気自動車に供給するに際し、通電の許可及び制限のいずれか一方を選択する機能を有する。ＰＬＣモデム７は、対応する給電装置６Ｍに付随して設けられ、電力線通信のネットワークを構成することにより自他全ての充電設備６について使用状況の情報を取得する。制御装置６４は、ＰＬＣモデム７が取得した情報に基づいて給電装置６Ｍを制御する。

上記のように構成されたネットワーク型充電システムでは、給電装置６Ｍに付随して設けられるシステム全体として複数のＰＬＣモデム７が、共通の変圧器の２次側に接続された配電線３等を介して相互に接続され、電力線通信のネットワークを構成する。このネットワークは、変圧器２の１次側とは絶縁されたローカルなネットワークとなり、各ＰＬＣモデム７は、変圧器２の配下にある全ての充電設備６の使用状況を把握することができる。なお、電力線通信の信号は商用電源に比べて周波数が非常に高いため、変圧器２の２次側から１次側へは、実質的に、伝送されない。

次に、上記のように構成された充電設備６により、電気自動車８のバッテリ８ｂを充電する場合の動作について説明する。
図２に戻り、車庫入れした電気自動車８にコネクタ６０ｃが接続されると、例えば電気自動車８から充電開始信号が制御装置６４に送られる。また、バッテリ８ｂの充電が完了すると、電気自動車８から充電完了信号が制御装置６４に送られる。そこで、基本的には、充電設備６は、充電開始信号を受け取ることにより充電を開始し、充電完了信号を受け取ることにより充電を終了させるが、本実施形態の充電設備６の制御装置６４は、充電開始信号を受け取ることとは別に、給電装置６Ｍが通電を許可するか又は制限（オフ）する機能を備えている。この機能は、例えば以下のように実行される。

《同時に充電する充電設備の台数調整》
まず、各ＰＬＣモデム７は、システム全体での現在の充電設備６の使用状況に基づいて、充電可能な充電設備６の台数を調整する情報を、ネットワーク内で共有する。これにより、各充電設備６において、台数を調整する情報を共有することができる。従って、システム全体として、充電を行う台数調整が必要なときは、調整を行うことができる。

例えば、同時に充電を行う充電設備６の台数の上限値を、ネットワーク内で共有することができる。この場合、各ＰＬＣモデム７が、同時に充電を行い得る台数の上限値を共通認識しているので、限度を超えて充電が行われることを、簡単確実に、防止することができる。
なお、台数の上限値の決め方としては、例えば以下の設定方法が可能であり、どの設定方法を採用してもよいし、複数の設定方法を組み合わせて採用してもよい。

［スイッチによる設定］
図２において、例えば設定スイッチ６６により、制御装置６４に対して上限値の設定をすることができる。なお、この場合の上限値は、システム全体に含まれる充電設備６の数や、変圧器２の容量等を考慮して、適切に設定されることが好ましい。設定された上限値は、制御装置６４からＰＬＣモデム７を介して、他の全ての充電設備６におけるＰＬＣモデム７及び制御装置６４に共有される。
このようなスイッチによる上限値の設定は容易であり、また、１つのＰＬＣモデムに設定すれば全てのＰＬＣモデムで上限値が共有される。設定スイッチ６６は、全ての充電設備６に設けられていてもよいし、一部の充電設備６にのみ設けられていてもよい。

［電源電圧に基づく設定］
また、電圧センサ６３が検知する電源電圧に基づいて上限値を決定することができる。例えば、電源電圧が、正常範囲内で、かつ、充分に高いときの上限値をｍ（充電設備６の総数をｎとすると、ｍはｎ以下の自然数である。）とすると、所定値より一定の電圧幅の低下があるたびに、上限値は（ｍ−１）、（ｍ−２）、・・・、１と減っていく。低下後に電源電圧が上昇すれば、それに応じて上限値も元に戻す。このように電源電圧による制限を行うと、電源電圧の高低に対応した常に適切な上限値を設定することができる。

［電圧低下量に基づく設定］
また、制御装置６４は、充電を行った時に、充電開始前の電圧と充電開始後の電圧とをそれぞれ検知し、充電によって電源電圧が最大どれだけ低下したか、すなわち、電圧低下量ΔＶを記憶する。このような電圧低下量ΔＶの記憶により、充電設備６の制御装置６４は、家ごとに異なる可能性がある電圧低下量ΔＶを、個別に記憶することができる。こうして、電圧低下の実情に基づいて、どの充電設備６を使用すれば、どれだけの電圧低下量となるかという経験値に基づいて、電源電圧が下限電圧値を下回らないように、使用する充電設備６の台数を、的確に調整することができる。

以上のように、同時に充電する充電設備６の台数調整を行うことによって、電気自動車８から充電開始信号を受けたとき、ネットワーク全体で充電できる台数の範囲内であれば、制御装置６４は開閉手段６２をオン状態（閉路）とし、バッテリ８ｂを充電する。逆に、ネットワーク内で充電できる台数を超過するときは、制御装置６４は開閉手段６２をオフ状態のままとし、充電を行わず、待機する。他の充電中の充電設備６が充電完了となることにより、台数に余裕ができた場合は、その時点で充電を開始することができる。
こうして、全ての充電設備について、現在の使用状況を考慮した適切な充電制御を行うことができる。従って、ネットワーク単位で、充電による電源電圧の異常低下や変圧器２の過負荷を防止することができる。

《第２実施形態》
《充電電流の制限》
図４は、第２実施形態に係る充電設備６の構成の主要部を示すブロック図である。なお、図１，図３については、第２実施形態に関しても同様である。
図４において、図２との比較により明らかなように、本実施形態では、電流調整器６５が開閉手段６２の下位に設けられている。電流調整器６５は、例えば定電流回路を含むものであり、電圧は変えずに、電流を所定値に絞る機能を有する。電流調整器６５は制御装置６４によって制御され、電流の所定値は、制御装置６４が指示する。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

次に、上記のように構成された第２実施形態に係る充電設備６を用いて電気自動車８のバッテリ８ｂを充電する場合の動作について説明する。
電気自動車８にコネクタ６０ｃが接続されると、電気自動車８から充電開始信号が制御装置６４に送られる。また、バッテリ８ｂの充電が完了すると、電気自動車８から充電完了信号が制御装置６４に送られる。そこで、基本的には、充電設備６は、充電開始信号を受け取ることにより充電を開始し、充電完了信号を受け取ることにより充電を終了させるが、本実施形態の充電設備６の制御装置６４は、充電開始信号を受け取ることとは別に、給電装置６Ｍが通電を許可するか又は制限（低減）する機能を備えている。

例えば、既に充電中の充電設備６を含む、充電が必要な全ての充電設備６が充電を行っても電源電圧が異常に低下する恐れが無いときは、全ての充電設備６において制御装置６４は開閉手段６２をオン状態とし、バッテリ８ｂの充電を行う。このとき、電流調整器６５は、電流の調整をせず、単に通電させるのみである。

一方、既に多くの充電設備６において充電中である場合等、余力が乏しい場合、さらに充電設備６を使用すると、電源電圧が異常低下する恐れがある。そこで、制御装置６４は、開閉手段６２をオン状態にするとともに、電流調整器６５による電流調整を行う。電流調整は、例えば、新たに充電を開始しようとする充電設備６及び既に充電中の他の全ての充電設備６について、概ね充電電流が均等になるように行う。これにより、電源電圧の異常低下や変圧器２の過負荷を防止する。その後、充電が終了した充電設備６があれば、随時、充電電流を適切に変化させる。このようにして、電源電圧の異常低下や変圧器２の過負荷を防止することができる。

以上のように、同時に充電する複数の充電設備６で、それぞれ電流調整を行うことによって、全ての充電設備６について、現在の使用状況を考慮した適切な充電制御を行うことができる。従って、ネットワーク単位で、充電による電源電圧の異常低下や変圧器２の過負荷を防止することができる。また、この場合、電流の制限によって充電完了までの所要時間は長くなるが、台数制限をせずに、できるだけ多くの充電設備６で充電を行うことができる。

《その他》
なお、上記実施形態では、充電対象として電気自動車８（プラグインハイブリッド車も含む。）を示したが、上記の充電設備６は、その他、電動バイク、電動カート、電動の産業用車両等、少なくとも走行用のバッテリを搭載する各種の電動車両に適用することができる。
また、バッテリ８ｂの充電はコネクタ６０ｃを接続する形態の他、電磁誘導や共振現象を利用した非接触（非接続）での充電も可能である。

また、上記実施形態では電圧センサ６３を、充電設備６内に設けたが、これとは異なる構成も可能である。例えば、変圧器２内に電圧センサを設け、検知した電圧（２次側の電圧）を、変圧器２に付随して設けたＰＬＣモデムからネットワーク内の全てのＰＬＣモデム７に知らせるようにしてもよい。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

２ 変圧器
３ 配電線
６ 充電設備
６Ｍ 給電装置
７ ＰＬＣモデム（電力線通信用モデム）
８ 電気自動車（電動車両）
８ｂ バッテリ
６３ 電圧センサ
６４ 制御装置
６５ 電流調整器
６６ 設定スイッチ

Claims (8)

1. 複数の充電設備を含み、各充電設備に接続された電動車両のバッテリを充電する電源を供給するネットワーク型充電システムであって、前記各充電設備は、
   直近の上位にある変圧器の２次側に接続された配電線を介して受電した電源電圧を前記電動車両に供給するに際し、通電の許可及び制限のいずれか一方を選択する機能を有する給電装置と、
   前記給電装置に付随して設けられ、前記配電線を用いた電力線通信のネットワークを構成することにより自他全ての充電設備について使用状況の情報を取得する電力線通信用モデムと、
   前記電力線通信用モデムが取得した情報に基づいて前記給電装置を制御する制御装置と
   を備えているネットワーク型充電システム。
2. 前記電力線通信用モデムは、現在の前記使用状況に基づいて、充電可能な前記充電設備の台数を調整する情報を前記ネットワーク内で共有する請求項１に記載のネットワーク型充電システム。
3. 前記電源電圧を検知する電圧センサを備え、
   前記制御装置は、前記バッテリの充電を行う場合に、前記電圧センサが検知する電圧について、充電開始前後での電圧低下量を記憶し、当該電圧低下量に基づいて、前記台数を調整する請求項２に記載のネットワーク型充電システム。
4. 前記電力線通信用モデムは、同時に充電を行う前記充電設備の台数の上限値を前記ネットワーク内で共有する請求項２に記載のネットワーク型充電システム。
5. 少なくとも１つの前記充電設備には、前記上限値の設定をする設定スイッチが設けられている請求項４に記載のネットワーク型充電システム。
6. 前記電源電圧を検知する電圧センサを備え、検知した電圧に基づいて前記上限値を決定する請求項４に記載のネットワーク型充電システム。
7. 前記給電装置は、前記バッテリの充電電流を設定できる電流調整器を有し、
   前記バッテリの充電を行う場合に、前記制御装置は、前記使用状況に応じて、前記電流調整器に設定する充電電流を制限する請求項１に記載のネットワーク型充電システム。
8. 電動車両のバッテリを充電する電源を供給する充電設備であって、
   直近の上位にある変圧器の２次側に接続された配電線を介して受電した電源電圧を前記電動車両に供給するに際し、通電の許可及び制限のいずれか一方を選択する機能を有する給電装置と、
   前記給電装置に付随して設けられ、前記配電線を用いた電力線通信のネットワークを構成することにより自他全ての充電設備について使用状況の情報を取得する電力線通信用モデムと、
   前記電力線通信用モデムが取得した情報に基づいて前記給電装置を制御する制御装置と
   を備えている充電設備。

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