JP2014161181A - 充電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】制御負担を強いることなく、システムが供給可能な最大供給電力量を越えないように制御すること。
【解決手段】充電システムを構成する充電制御部は、各充電スタンドへ分配する供給電力量を算出し、各充電スタンドの制御部へ送信する。各充電スタンドの制御部は、指示された供給電力量をもとに充電対象とする車両に充電指示値を送信する。制御部は、車両に実際に供給される実電流量と充電指示値に基づく指示電流値の差を判定する。そして、制御部は、前記差が範囲y1である場合、充電制御部に再度供給電力量を算出させることなく、実電流量を指示電流量に一致させるように補正する制御を実行する。
【選択図】図5

Description

本発明は、電気車両の車載電池を充電する充電システムに関する。
EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)などの電気車両の車載電池を充電する充電システムは、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1の充電システムでは、複数台の車両を同時に充電する場合であっても、契約容量を超えないように充電する制御が行われている。
特開2011−125178号公報
ところで、充電システムの制御部は、契約容量を超えない範囲で車両の充電を行う充電スタンドに分配する電力量を算出し、その算出値を受け取った充電スタンドは算出値にしたがって車両側に充電の指示を行う。しかしながら、車両側に実際に供給される電力量(充電電流)は、必ずしも充電スタンドに指示した算出値と一致するとは限らない。このように車両側に実際に供給される電力量と指示した算出値とが不一致の場合には、両値を一致させるように補正を行うことになるが、その誤差を補正する度に充電スタンドが供給する電力量を算出することは、制御部に過度の負担を強いることになる。
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、制御負担を強いることなく、システムが供給可能な最大供給電力量を越えないように制御し得る充電システムを提供することにある。
上記課題を解決する充電システムは、車載電池を充電する充電システムにおいて、前記車載電池に充電電力を供給する充電部と、前記充電部の供給電力量を前記充電システムで供給可能な最大供給電力量を超えないように算出して前記充電部に指示する充電制御部と、を備え、前記充電部は、前記充電制御部から指示された供給電力量をもとに車両に充電を指示する充電指示値を送信し、前記車両に実際に供給される実電流量と前記充電指示値に基づく指示電流量の差が予め定めた範囲内である場合には前記差を補正する制御を実行する。
この構成によれば、実電流量と指示電流量に差が生じた場合は、充電部側の制御によって前記差を補正する制御が実行される。このため、前記差を補正する毎に充電制御部が充電部の供給電力量を算出する必要がない。したがって、充電制御部に制御負担を強いることなく、充電システムが供給可能な最大供給電力量を超えないように制御することができる。
上記充電システムにおいて、前記充電部は、前記実電流量と前記指示電流量の差が前記予め定めた範囲外であり、前記実電流量が前記指示電流量よりも予め定めた電流量以上に小さい場合、前記充電制御部に前記供給電力量の再算出を指示し、前記充電制御部は、前記再算出の指示にしたがって前記供給電力量を算出して前記充電部に指示する。この構成によれば、実電流量と指示電流量の差が大きく開いた場合に充電制御部が供給電力量を算出するので、充電制御部に制御負担を強いることがない。そして、充電制御部が供給電力量を再度、算出することで、充電システムが供給可能な最大供給電力量を超えないように制御することができる。
上記充電システムにおいて、前記充電部を複数有し、前記充電制御部は、前記再算出の指示にしたがって前記充電部の供給電力量を他の充電部の供給電力量に分配する。この構成によれば、実電流量が指示電流量よりも予め定めた電流量以上に小さい場合は、充電部の充電対象である車両が充電停止の状態であることが考えられる。このため、このような場合には、充電停止の状態である充電部の供給電力量を他の充電部の供給電力量に分配させることで、他の充電部が供給する電力量を増やすことができる。したがって、充電システムによる充電効率を向上させることができる。
上記充電システムにおいて、前記充電部は、前記実電流量と前記指示電流量の差が前記予め定めた範囲外であり、前記実電流量が前記指示電流量よりも予め定めた電流量以上に大きい場合、前記車両の充電仕様の確認を指示し、前記充電制御部は、前記確認の指示にしたがって前記車両の充電仕様を確認し、その確認結果をもとに前記供給電力量を算出して前記充電部に指示する。この構成によれば、実電流量と指示電流量の差が大きく開いた場合に充電制御部が供給電力量を算出するので、充電制御部に制御負担を強いることがない。そして、充電制御部が供給電力量を再度、算出することで、充電システムが供給可能な最大供給電力量を超えないように制御することができる。
上記充電システムにおいて、前記充電仕様には、前記車両が充電時に処理可能な最大充電電流量を含み、前記充電制御部は、前記最大充電電流量をもとに前記供給電力量を算出する。この構成によれば、充電制御部が車両の最大充電電流量をもとに供給電力量を算出するので、車両が受け入れ可能な電力量で充電を行わせることができる。したがって、充電システムによる充電効率を向上させることができる。
本発明によれば、制御負担を強いることなく、システムが供給可能な最大供給電力量を越えないように制御することができる。
充電システムの構成を示すブロック図。 車両状態処理を示すフローチャート。 充電電流の変遷の具体例を示す模式図。 充電電流判定処理を示すフローチャート。 充電電流の変遷に応じた判定の内容と動作の内容を説明する説明図。 別例を説明する説明図。
以下、充電システムを具体化した一実施形態を図1〜図5にしたがって説明する。
図1に示すように、EVやPHVなどの電気車両K1,K2,K3には、当該電気車両K1〜K3の原動機となる図示しない電動機(モータ)への供給電力を蓄える車載電池10が搭載されている。また、電気車両K1〜K3には、車載電池10への充電を制御する制御部11が搭載されている。また、電気車両K1〜K3には、電力変換器12が搭載されている。また、電気車両K1〜K3には、情報の受信部、及び情報の送信部となる通信部13が搭載されている。そして、車載電池10は、車両用の充電システムKから供給される電力が電力変換器12で充電に適した形態に変換され、その変換後の電力によって充電される。なお、図1では、各電気車両K1〜K3の構成が同一構成であるため、電気車両K1のみに具体的な構成を図示している。
以下、充電システムKの具体的な構成を図1にしたがって説明する。
本実施形態の充電システムKは、電気車両K1〜K3への充電を制御する充電制御ユニット14と、充電時に充電プラグPを介して電気車両K1〜K3に接続される充電スタンドA,B,Cから構成されている。充電スタンドA〜Cは、電気車両K1〜K3の車載電池10を充電する充電電力を電気車両K1〜K3に対して直接的に供給する充電部となる。なお、図1には、3台の充電スタンドA〜Cを有する充電システムKを図示している。
充電システムKは、送電線L1を介して電力系統15と接続されている。そして、充電システムK内には、送電線L1により、電力系統15からの電力を各充電スタンドA〜Cに送電する送電路が構築されている。なお、電力系統とは、電力を送電するための送電システムであって、電力会社が保有する。
また、充電システムKには、電力系統15から需用可能な電力を超えた場合に電源回路を遮断する主幹ブレーカとなる電力遮断部16が設けられている。電力系統15から需用可能な電力は、充電システムKの設置者と電力会社との間の需給契約によって定められる。
充電制御ユニット14と各充電スタンドA〜Cは、制御信号を送信する信号線L2で接続されている。また、充電プラグPには、充電用の電力を送電するための送電線と、充電スタンドA〜Cと電気車両K1〜K3の間で信号を送受信するための信号線とが内蔵されている。
充電制御ユニット14は、各充電スタンドA〜Cが供給する供給電力量を制御する充電制御部17を有する。また、各充電スタンドA〜Cは、電気車両K1〜K3の充電を制御する制御部18と、情報の受信部、及び情報の送信部となる通信部19を有する。なお、図1では、各充電スタンドA〜Cの構成が同一構成であるため、充電スタンドAのみに具体的な構成を図示している。
各充電スタンドA〜Cの制御部18は、充電プラグPに内蔵される信号線を介して電気車両K1〜K3側から送信される情報に基づき、充電対象とする車両が存在するか否か、すなわち充電プラグPが車両に接続されているか否かを検出する。この検出に際して本実施形態の充電システムKは、CPLT(コントロールパイロット)機能を用いて、電気車両K1〜K3側との接続などを確認する。各電気車両K1〜K3の制御部11は、信号電圧が初期電圧に立ち上がることで起動し、起動後に信号電圧を初期電圧から所定電圧に下げる。各充電スタンドA〜Cの制御部18は、初期電圧からの信号電圧の変動を確認すると、充電プラグPが車両に接続されていることを検出する。そして、各充電スタンドA〜Cの制御部18は、接続を検出すると、車両接続信号を充電制御ユニット14の充電制御部17に送信する。本実施形態において充電制御部17は、車両接続信号を受信することにより、充電スタンドA〜Cが電気車両K1〜K3に対して充電可能な状態であるか否かを判定する。そして、信号電圧を所定電圧に下げた電気車両K1〜K3の制御部11は充電の準備を開始し、準備後に信号電圧をさらに下げる。そして、この信号電圧の変化をさらに検出すると、充電制御ユニット14の充電制御部17及び充電スタンドA〜Cの制御部18は、充電を開始させる。
このように構成した本実施形態の充電システムKでは、充電制御ユニット14と各充電スタンドA〜Cにより、以下に説明する制御が行われる。
図2に示すように、充電制御部17は、車両状態処理を実行する。
充電制御部17は、充電対象とする電気車両K1〜K3があるか否かを判定する(ステップS10)。このステップS10の判定には、前述したようにCPLT機能を用いる。ステップS10の判定結果が否定の場合、充電制御部17は、車両状態処理を終了し、所定の周期後に再び車両状態処理を行う。一方、充電制御部17は、充電スタンドA〜Cの何れかに充電対象とする電気車両がある場合、すなわち1台でも充電対象とする電気車両がある場合、ステップS10を肯定判定する。
ステップS10の判定結果が肯定の場合、充電制御部17は、充電対象とする電気車両の充電仕様を確認する。電気車両の充電仕様は、充電時に充電電流を可変制御できる車両であるか否かや、充電時に車両側が受け入れることができる充電電流の最大量である最大充電電流量などである。この最大充電電流量は、電力変換器12の処理能力によって定まる。充電制御部17は、これらの情報から、車種を特定する。
次に、充電制御部17は、充電対象の電気車両が接続されている充電スタンドに対して分配供給する供給電力量を算出する(ステップS12)。ステップS12において充電制御部17は、各充電スタンドの供給電力量の合計が、電力系統15から需用可能な需給契約上の電力量である最大供給電力量を超えないように各充電スタンドの供給電力量を算出する。この実施形態では、電力系統15から需用可能な需給契約上の電力量が、充電システムKで供給可能な最大供給電力量となる。
充電制御部17は、充電電流を可変制御できない電気車両を充電対象としている充電スタンドの供給電力量として、当該電気車両の最大充電電流量に相当する電力量を算出する。また、充電制御部17は、充電電流を可変制御できる電気車両を充電対象としている充電スタンドの供給電力量として、供給電力量の合計が最大供給電力量を超えなければ最大充電電流量に相当する電力量を算出する。一方、充電制御部17は、供給電力量を最大充電電流量に相当する電力量として最大供給電力量を越える場合、最大充電電流量に相当する電力量未満の電力量を供給電力量として算出する。
次に、充電制御部17は、充電対象とする電気車両が接続されている充電スタンドに対し、ステップS12で算出した供給電力量を指示する(ステップS13)。これにより、各充電スタンドA〜Cの制御部18は、ステップS13で指示された供給電力量に相当する充電電流を指示する充電指示値としての電流指示値を充電対象とする電気車両に送信する。そして、電気車両は、電流指示値にしたがって充電電流を受電し、車載電池10の充電を行う。
図3に示すように、電気車両の充電時には、供給電力量に相当する電流指示値に基づく指示電流量Iaと実際に電気車両側へ供給されている実電流量Ibに差が生じる場合がある。このため、この実施形態において各充電スタンドA〜Cの制御部18は、指示電流量Iaと実電流量Ibの差が、予め定めた範囲y1,y2,y3の何れに相当するかを判定し、その判定結果をもとに制御を実行する。
図4に示すように、電流指示値を指示した各充電スタンドA〜Cの制御部18は、充電電流判定処理を実行する。
充電電流判定処理において制御部18は、実電流量Ibを検出し、その検出値と指示電流量Iaを比較することにより、電気車両へ供給されている充電電流を判定する(ステップS20)。そして、制御部18は、指示電流量Iaと実電流量Ibの差が予め定めた範囲y1であるか否かを判定する(ステップS21)。範囲y1は、図3に示すように、指示電流量Iaを基準として上限値と下限値を定めた範囲である。ステップS21の判定結果が肯定の場合、制御部18は、充電量誤差と判定し(ステップS22)、その差をなくすように誤差補正制御を実行する(ステップS23)。ステップS23において制御部18は、電気車両側へ指示する電流指示値を可変させる。例えば、制御部18は、指示電流量Iaに対して実電流量Ibが大きい場合、電流指示値を小さくして指示電流量Iaと実電流量Ibを一致させる。また、制御部18は、指示電流量Iaに対して実電流量Ibが小さい場合、電流指示値を大きくして指示電流量Iaと実電流量Ibを一致させる。
一方、ステップS21の判定結果が否定の場合、制御部18は、指示電流量Iaと実電流量Ibの差が予め定めた範囲y3であるか否かを判定する(ステップS24)。範囲y3は、図4に示すように、範囲y1で規定した上限値を越える範囲であり、実電流量Ibが指示電流量Iaよりも予め定めた電流量以上に大きい場合である。この実施形態において予め定めた電流量は、上限値に相当する電流量である。ステップS24の判定結果が肯定の場合、制御部18は、車両仕様の誤判定と判定する(ステップS25)。そして、制御部18は、充電制御部17に対して車両の充電仕様の確認を指示する(ステップS26)。この確認の指示を受けた充電制御部17は、図2の車両状態処理におけるステップS11の処理と同様に仕様を確認し、その確認結果をもとにステップS12,S13の処理と同様に供給電力量を算出し、指示する。
一方、ステップS24の判定結果が否定の場合、制御部18は、指示電流量Iaと実電流量Ibの差が予め定めた範囲y2であるから、電気車両が充電停止の状態であると判定する(ステップS27)。範囲y2は、図3に示すように、範囲y1で規定した下限値を超える範囲であり、実電流量Ibが指示電流量Iaよりも予め定めた電流量以上に小さい場合である。この実施形態において予め定めた電流量は、下限値に相当する電流量である。また、充電停止の状態は、車載電池10が満充電状態に達した場合や、電気車両側の制御によって充電を停止させている場合などによって生じる。そして、制御部18は、充電制御部17に対して電力の再分配を指示する(ステップS28)。この指示を受けた充電制御部17は、図2の車両状態処理におけるステップS12,S13の処理と同様に供給電力量を算出し、指示する。これにより、充電中の充電スタンドには、充電停止の状態である充電スタンドに分配されていた電力量分の電力が分配される。
以下、本実施形態の作用を説明する。
図5に示すように、この実施形態において各充電スタンドA〜Cの制御部18は、指示電流量Iaと実電流量Ibの差が範囲y1である場合、その差を電流指示値の可変制御によってなくすように制御を行う。つまり、この場合は、充電制御部17が算出した供給電力量を変更することなく、制御部18側の制御によって対応する。一方、制御部18は、指示電流量Iaと実電流量Ibの差が範囲y2又は範囲y3である場合のように、充電制御部17に再度、供給電力量を算出させる必要があるときには充電制御部17へ指示する。これにより、充電制御部17が算出する供給電力量が変更される場合がある。
したがって、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
(1)指示電流量Iaと実電流量Ibの差が範囲y1である場合には、充電スタンドA〜C側の制御によって差を補正する制御を実行する。このため、前記差を補正する毎に充電制御部17が充電スタンドA〜Cの供給電力量を算出する必要がない。したがって、充電制御部17に制御負担を強いることなく、充電システムKが供給可能な最大供給電力量を超えないように制御することができる。
(2)指示電流量Iaと実電流量Ibの差が範囲y2又は範囲y3である場合には、充電制御部17が再度、充電スタンドA〜Cの供給電力量を算出する。このため、充電制御部17は、充電スタンドA〜C側の制御によって差をなくすことができないような場合のみに供給電力量を再度算出する処理を実行すれば良い。したがって、充電制御部17に制御負担を強いることなく、充電システムKが供給可能な最大供給電力量を超えないように制御することができる。
(3)指示電流量Iaと実電流量Ibの差に範囲y1〜y3を設定し、その範囲y1〜y3毎に制御内容を対応付けたので、充電システムKの制御を効率的に実行することができる。
(4)指示電流量Iaと実電流量Ibの差が範囲y2である場合には、充電停止の状態であると判定し、充電制御部17が再度、充電スタンドA〜Cの供給電力量を算出する。このため、充電中の充電スタンドA〜Cの供給電力量を増やすことができる。つまり、充電停止の状態時には、充電システムKが供給可能な電力量に余剰分が生じていることになる。このため、その余剰分を充電中の充電スタンドA〜Cの供給電力量に分配させることで、充電システムKによる充電効率を向上させることができる。
(5)指示電流量Iaと実電流量Ibの差が範囲y3である場合には、車両の充電仕様の判定に誤りがあるとして充電仕様を再度確認する。そして、その確認結果をもとに、充電制御部17が再度、充電スタンドA〜Cの供給電力量を算出する。したがって、充電システムKが供給可能な最大供給電力量を超えないように制御することができる。
(6)充電制御部17は、充電仕様の確認結果から得た車両の最大充電電流量をもとに供給電力量を算出するので、車両が受け入れ可能な電力量で充電を行わせることができる。したがって、充電システムによる充電効率を向上させることができる。
(7)また、車両の充電仕様を確認して充電を制御するので、何時、如何なる仕様の車両が充電対象となっても、充電システムKが供給可能な最大供給電力量を超えないように制御することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 充電システムKを構成する充電スタンドA〜Cの数を変更しても良い。例えば、単数の充電スタンドを設けた充電システムKに具体化しても良い。また、充電スタンドを2台や4台以上設けた充電システムKに具体化しても良い。
○ 充電制御部17が制御部18に対して供給電力量を指示する場合の指示値を電流量としても良い。
○ 各充電スタンドA〜Cの制御部18が電気車両に指示する充電指示値は電力量でも良い。
○ 各充電スタンドA〜Cの制御部18は、充電電流判定処理のステップS20において電気車両に供給されている電力を検出し、ステップS21からの処理を実行しても良い。
○ 電気車両K1〜K3と、充電スタンドA〜Cと、充電制御ユニット14との情報の送受信を無線通信によって行っても良い。
○ 充電制御ユニット14を、複数台の充電スタンドA〜Cの何れかに設けても良い。この場合、充電制御ユニット14を設けた充電スタンドと他の充電スタンドは信号を送受信するように信号線で接続される。そして、充電制御ユニット14は、実施形態と同様に制御を行う。
○ 実施形態は、充電プラグPを電気車両K1〜K3に機械的に接続して充電を行う充電システムKに具体化したが、充電プラグPを使用せずに、電気車両と充電部(地上側設備)を電気的に接続して充電を行う非接触式の充電システムに具体化しても良い。図6に示すように、非接触式の充電システムでは、電気車両34側に取り付けられた受電側コイル35と、充電ステーションの床に埋設された地上側設備36の送電側コイル37と、を整合させるようにして電気車両34を停車させる。このとき、受電側コイル35と送電側コイル37は、離間して非接触の状態とされる。そして、非接触式の充電システムでは、送電側コイル37からの電力を受電側コイル35で受電することにより、電気車両34の車載電池に充電が行われる。このような非接触式の充電システムの方式には、共鳴方式や電磁誘導方式がある。また、非接触式の充電システムでは、電気車両34に搭載される車両側コントローラ38と、地上側設備36に設置される電源側コントローラ39とが、無線にて通信できるようになっている。なお、非接触式の充電システムにおいては、地上側設備36が実施形態において充電部となる充電スタンドA〜Cに相当し、充電制御ユニット14は充電ステーション内に設けられている。
○ 上記別例で記載した非接触式の充電システムにおいて、車両側コントローラ38と電源側コントローラ39の間の信号の送受信を、電力伝送に重畳させて行わせても良い。
○ 充電システムKは、公共施設(教育機関、公民館など)、商業施設(宿泊施設、ショッピング施設、充電ステーションなど)又は家庭用の設備として具体化しても良い。
○ 充電システムKに蓄電ユニットを設け、電力系統15と蓄電ユニットの放電によって、充電システムKから電気車両へ充電用の電力を供給させるようにしても良い。この場合、充電システムKに設ける蓄電ユニットの数は幾つでも良い。また、蓄電ユニットに対する充電は、電力系統15の電力を使用しても良いし、例えば太陽光発電システムや風力発電システムなどの自然エネルギーを利用した発電システムで行っても良い。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
(イ)車載電池を充電する充電システムにおいて、前記車載電池に充電電力を供給する充電部と、前記充電部の供給電力量を前記充電システムで供給可能な最大供給電力量を超えないように算出して前記充電部に指示する充電制御部と、を備え、前記充電部は、前記充電制御部から指示された供給電力量をもとに車両に充電を指示する充電指示値を送信し、前記車両に実際に供給される実電力量と前記充電指示値に基づく指示電力量の差が予め定めた範囲内である場合には前記差を補正する制御を実行することを特徴とする充電システム。
10…車載電池、14…充電制御ユニット、17…充電制御部、18…制御部、A〜C…充電スタンド、K…充電システム、K1〜K3…電気車両、Ia…指示電流量、Ib…実電流量、y1〜y3…範囲。

Claims (5)

  1. 車載電池を充電する充電システムにおいて、
    前記車載電池に充電電力を供給する充電部と、
    前記充電部の供給電力量を前記充電システムで供給可能な最大供給電力量を超えないように算出して前記充電部に指示する充電制御部と、を備え、
    前記充電部は、前記充電制御部から指示された供給電力量をもとに車両に充電を指示する充電指示値を送信し、前記車両に実際に供給される実電流量と前記充電指示値に基づく指示電流量の差が予め定めた範囲内である場合には前記差を補正する制御を実行することを特徴とする充電システム。
  2. 前記充電部は、前記実電流量と前記指示電流量の差が前記予め定めた範囲外であり、前記実電流量が前記指示電流量よりも予め定めた電流量以上に小さい場合、前記充電制御部に前記供給電力量の再算出を指示し、
    前記充電制御部は、前記再算出の指示にしたがって前記供給電力量を算出して前記充電部に指示する請求項1に記載の充電システム。
  3. 前記充電部を複数有し、
    前記充電制御部は、前記再算出の指示にしたがって前記充電部の供給電力量を他の充電部の供給電力量に分配する請求項2に記載の充電システム。
  4. 前記充電部は、前記実電流量と前記指示電流量の差が前記予め定めた範囲外であり、前記実電流量が前記指示電流量よりも予め定めた電流量以上に大きい場合、前記車両の充電仕様の確認を指示し、
    前記充電制御部は、前記確認の指示にしたがって前記車両の充電仕様を確認し、その確認結果をもとに前記供給電力量を算出して前記充電部に指示する請求項1〜請求項3のうち何れか一項に記載の充電システム。
  5. 前記充電仕様には、前記車両が充電時に処理可能な最大充電電流量を含み、
    前記充電制御部は、前記最大充電電流量をもとに前記供給電力量を算出する請求項4に記載の充電システム。
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