JP2015012654A - 充電制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】逆潮流によって系統電力の電圧が上昇した場合でも車載蓄電池への充電を継続可能な充電制御システムを提供する。
【解決手段】制御部５２は、系統電力電圧センサ３２が検知した系統電力２４の電圧が所定の基準値以上の場合には、切替部３６を制御して太陽電池アレイ３４が発電した直流電力を車両４２に供給してバッテリ４６を充電させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置を備えた建物における充電制御システムに関する。

太陽光発電装置等の発電装置が発電した電力をＥＶ（Electric Vehicle）、ＨＶ（Hybrid Vehicle）又はＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）等の車両が搭載する車載蓄電池に蓄えることが行われている。

特許文献１では、系統電力又は太陽光発電による電力で車両が搭載する蓄電池を充電する車両用充電システム及び電動車両の技術が開示されている。

特開２０１１−２５９６５８号公報

太陽光発電で発電した電力が建物での消費及び車両への充電に費やす分を超えて過剰な場合は、系統電力よりも若干電圧を上げて発電した電力を系統電力に供給するいわゆる逆潮流を行う。しかしながら、太陽光発電装置を備えた近隣の建物でも過剰な電力を逆潮流で系統電力に供給すると、建物周辺での系統電力の電圧が規定の電圧、例えば２２２Ｖを超えてしまう。

特許文献１に記載の技術では、過剰な逆潮流により系統電力の電圧が上がった場合は、系統電力の電圧の品質を保持するために太陽光発電装置から建物への電力の供給を停止する必要があった。しかしながら、太陽光発電装置からの電力供給を停止すると、建物に設けられた家電機器等の電力負荷手段又は充電中の車載蓄電池に太陽光発電による電力を供給できなくなるという問題があった。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、逆潮流によって系統電力の電圧が上昇した場合でも車載蓄電池への充電を継続可能な充電制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、直流電力を発電する発電手段と、前記直流電力を系統電力と略同等の交流電力に変換し、該変換した交流電力を前記系統電力と共に建物の分電盤に供給する変換手段と、蓄電池を備えた車両と、前記発電手段に接続されると共に前記変換手段と前記車両との間に設けられ、前記発電手段の直流電力の供給先を前記変換手段又は前記車両に切り替える切替手段と、前記系統電力の電圧を検知する電圧検知手段と、前記電圧検知手段が検知した前記系統電力の電圧が所定の基準値以上の場合には、前記切替手段を制御して前記発電手段が発電した直流電力を前記車両に供給して前記蓄電池を充電させる制御手段と、を含む。

請求項１に記載の発明によれば、系統電力の電圧が所定の基準値以上の場合には、発電手段が発電した直流電力を車両の蓄電池の充電に振り分けることができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記車両の使用予定を入力可能な入力手段をさらに含み、 前記制御手段は、前記入力手段を用いて入力した前記車両の使用予定を記憶する記憶手段を備え、前記充電により前記蓄電池の充電量が第１の閾値に達した時は、前記車両の使用予定において前記車両が次に使用される時が現時点から所定の期間以内の場合に前記第１の閾値よりも高い第２の閾値まで前記蓄電池を充電する。

請求項２に記載の発明によれば、所定の期間以内に車両を使用する場合には蓄電池の過充電を一時的に許容することができる。

請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記車両の次の使用予定が所定の距離以上走行する予定の場合に前記第２の閾値まで前記蓄電池を充電する。

請求項３に記載の発明によれば、車両を所定の距離以上走行させる予定がある場合には蓄電池の過充電を一時的に許容することができる。

請求項４の発明は、請求項３に記載の発明において、前記所定の距離は前記車両の走行により前記蓄電池の充電量が前記第１の閾値未満になるまでの距離である。

請求項４に記載の発明によれば、蓄電池の充電量が第１の閾値未満になるまで車両を走行させる予定がある場合に、蓄電池の過充電を一時的に許容することができる。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記制御手段は、前記蓄電池の充電量が前記第２の閾値に達し、かつ前記車両の次の使用予定が現時点から一定時間以内の場合には、前記車両が備える空調手段を作動させる。

請求項５に記載の発明によれば、車両の空調手段を作動させて余剰電力を消費することにより、蓄電池の過充電を一時的に許容することができる。

以上説明したように、請求項１に記載の発明は、系統電力の電圧が所定の基準値以上の場合には、発電手段が発電した直流電力を車両の蓄電池の充電に振り分ける。これにより、逆潮流によって系統電力の電圧が上昇した場合でも車載蓄電池への充電を継続できるという効果を有する。

請求項２に記載の発明によれば、所定の期間以内に車両を使用する場合には蓄電池の過充電を一時的に許容することにより、逆潮流によって系統電力の電圧が上昇した場合でも車載蓄電池への充電を継続できるという効果を有する。

請求項３に記載の発明によれば、車両を所定の距離以上走行させる予定がある場合には蓄電池の過充電を一時的に許容することにより、逆潮流によって系統電力の電圧が上昇した場合でも車載蓄電池への充電を継続できるという効果を有する。

請求項４に記載の発明によれば、蓄電池の充電量が第１の閾値未満になるまで車両を走行させる予定がある場合に蓄電池の過充電を許容することにより、逆潮流によって系統電力の電圧が上昇した場合でも車載蓄電池への充電を継続できるという効果を有する。

請求項５に記載の発明によれば、車両の空調手段を作動させて余剰電力を消費して蓄電池の過充電を一時的に許容することにより、逆潮流によって系統電力の電圧が上昇した場合でも車載蓄電池への充電を継続できるという効果を有する。

本発明の実施の形態に係る充電制御システムの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る充電制御システムにおける制御部及び操作部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る充電制御システムにおける電力制御の処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る充電制御システム１０の一例を示す概略図である。

図１に示したように、本実施の形態では、柱上トランス２２等の変電機器を介して供給される系統電力２２からの電力が、建物２０の分電盤２６に供給されている。分電盤２６の系統電力側の端には、系統電力２４から供給される電力の電流値を検知する系統電力電流センサ３０と系統電力２４から供給される電力の電圧値を検知する系統電力電圧センサ３２とが設けられている。

分電盤２６には、系統電力２４とは別に太陽電池アレイ３４を備えた直流電力を発電する発電装置である太陽光発電装置からの電力が切替部３６及びインバータ３８を介して供給されている。インバータ３８は、太陽電池アレイ３４が発電した直流電力を系統電力２４から分電盤２６に供給される交流（例えば、２００Ｖ、５０Ｈｚ）と略同等の交流に変換可能な変換手段である。

系統電力２４の交流電力又は太陽電池アレイ３４が発電した直流電力をインバータ３８で変換した交流電力は、分電盤２６から家電機器等の電力負荷手段４０又はＥＶ、ＨＶ若しくはＰＨＶ等の車両に供給される。車両４２には、分電盤２６から交流電力が供給されるのみならず、切替部３６とＤＣ／ＤＣ変換器４４を介して太陽電池アレイ３４が発電した直流電力が供給される。太陽電池アレイ３４からの直流電力をＤＣ／ＤＣ変換器４４でバッテリ４６の充電に適した電圧に変換した方が、太陽電池アレイ３４からの直流電力をインバータ３８で交流電力に変換し、さらに車載充電部４８で直流電力に変換するよりも効率がよいからである。ＤＣ／ＤＣ変換器４４は、例えば、チョッパ制御又はスイッチング制御等の電流のオン又はオフを小刻みに繰り返すことで入力された直流電力を所望の電圧の直流電力に変換する回路である。

分電盤２６又はＤＣ／ＤＣ変換器４４と車両とは充電ケーブル５０を介して接続されている。充電ケーブル５０には、分電盤２６を介して交流電力が供給される電源線と、ＤＣ／ＤＣ変換器４４を介して直流電力が供給される電源線と、建物２０内に設けられた制御部５２と、車両４２が備える車載制御部５４とを接続する情報線とが含まれている。図１において破線は計測データ又は制御情報が流れる情報線であるとする。

制御部５２は、建物２０内に設けられた操作部５６からの操作、系統電力電流センサ３０及び系統電力電圧センサ３２の各々の検知結果、並びに車載制御部５４から取得した車両４２のコンディション等に基づいて建物２０及び車両４２に係る電力を制御する。

例えば、切替部３６とインバータ３８とを制御して太陽電池アレイ３４が発電した直流電力を交流電力に変換する。また、切替部３６とＤＣ／ＤＣ変換器４４とを制御して太陽電池アレイ３４が発電した直流電力をバッテリ４６の充電に適した電圧の直流電力に変換する。また、系統電力電圧センサ３２の検知結果から、系統電力２４の電圧、位相及び周波数を算出し、系統電力２４と略同等の電圧、位相及び周波数の交流を生成するようにインバータ３８を制御する。

建物２０において電力が余剰する場合には、太陽電池アレイ３４が発電した直流電力を例えば２０２Ｖ程度の系統電力２４よりやや高い電圧の交流に変換するようにインバータ３８を制御して、余剰電力を逆潮流で系統電力に供給する。又は、太陽電池アレイ３４が発電した直流電力を系統電力２４から供給される交流と電圧と周波数は同一ながら系統電力２４の交流に比して位相を進角させた交流に変換するようにインバータ３８を制御する。本実施の形態では、制御部５２は分電盤５２を介して電力負荷手段４０等に供給される電力量を分電盤に設けられた電流センサ等の検知手段の検知結果から算出する。また、制御部５２は、インバータ３８の動作をモニターすることによりインバータ３８が変換した交流の電力量を算出すると共に、系統電力電流センサ３０の検知結果から系統電力２４から供給される電力量を算出する。制御部５２は、インバータ３８が変換した交流の電力量と系統電力２４から供給される電力量との合計が分電盤５２を介して電力負荷手段４０等に供給される電力量を上回っている場合に、建物２０で余剰電力が発生していると判断する。

又は、制御部５２は、系統電力２４よりやや高い電圧の交流又は系統電力２４から供給される交流よりも位相を進角させた交流を生成するように常時インバータ３８を制御する。そして、系統電力電流センサ３０及び系統電力電圧センサ３２の検知結果から逆潮流が起こっていること及び建物２０で余剰電力が生じていることを制御部５２が認識してもよい。

また、制御部５２は、上記の逆潮流の結果、系統電力電圧センサ３２が検知した系統電力２４の電圧が所定の閾値を超えた場合には、逆潮流を停止するために、切替部３６により太陽電池アレイ３４とインバータ３８との接続をオフにする。

さらに制御部５２は車載制御部５４に指令し、車載制御部５４は当該指令に従って、車載充電部４８にバッテリ４６の充電を行わせ、又は空調制御部５６に車載エアコンを作動させる制御を行う。

操作部５６は、切替部３６の手動操作等の指示を制御部５２に対して可能な入力装置である。また、操作部５６は車両４２の使用予定を入力可能で、制御部５２は入力された車両４２の使用予定を記憶手段に記憶する。

バッテリ４６は、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池又は鉛蓄電池等の車載蓄電池で、充電ケーブル５０を介して供給される電力で充電されると共に、蓄えた電力を充電ケーブル５０を介して建物２０に供給可能である。

なお、本実施の形態では、発電装置は太陽光発電装置に限定されず、燃料電池又は内燃機関による発電装置等であってもよい。

図２は、本実施の形態に係る充電制御システム１０における制御部及び操作部の概略構成を示すブロック図である。図１においては、制御部及び操作部は分離して描かれていたが、図２では操作部及び表示部は後述するバス７４で接続された状態で示されている。本実施の形態では、制御部及び操作部は各々が別個の筐体に収められていてもよいし、制御部及び操作部が共に１の筐体に収められていてもよい。

図２に示した充電制御システム１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６２と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）６４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）６６と、ネットワークＩ／Ｆ部６８と、ＲＯＭ（Read Only Memory）７０と、表示部７２と、操作部５６と、バス７４とを含む。

ＣＰＵ６２は、充電制御システム１０の全体の動作を司るものであり、後述する充電制御のフローチャートの処理は、ＣＰＵ６２により実行される。ＨＤＤ６４は、充電制御のプログラム、ＯＳ（Operating System）、閾値等の基準値及び車両４２の使用予定等が記録される不揮発性の記憶装置である。ＲＡＭ６６は、ＯＳやプログラムやデータが展開される揮発性の記憶装置である。ネットワークＩ／Ｆ部６８は、ネットワークに接続するためのものであり、ＮＩＣ（Network Interface Card）やそのドライバで構成される。ＨＤＤ６４に記録された情報は、ネットワークＩ／Ｆ部６８を経由し、センターサーバー（図示せず）上の記憶手段に記録されてもよい。ＲＯＭ７０は、充電制御システム１０の起動時に動作するブートプログラムなどが記憶されている不揮発性の記憶装置である。表示部７２は、充電制御システム１０に関する情報を操作者に表示するものである。操作部５６は、操作者が充電制御システム１０の操作や情報を入力する際に用いられるものであり、一例としてタッチパネル、キーボード等の入力装置及びトラックボール、ペンタブレット若しくはマウス等のポインティングデバイスが含まれる。バス７４は、情報のやりとりが行われる際に使用される。

図３は、本実施の形態に係る充電制御システム１０における電力制御の処理の一例を示すフローチャートである。ステップ３００では、太陽電池アレイ３４が発電を開始し、ステップ３０２では系統電力電圧センサ３２の検知結果から系統電力２４の電圧が基準値以内か否かを判定する。柱上トランス２２から供給される系統電力２４の電圧は通常２００Ｖであるが、建物２０及び柱上トランス２２から系統電力を供給されている他の建物からの売電による逆潮流により電圧が上昇する場合がある。本実施の形態では、系統電力２４の電圧の基準値は一例として２２２Ｖ以内とし、系統電力電圧センサ３２の検知結果がかかる基準値以内か否かを判定する。

ステップ３０２で肯定判定の場合には、ステップ３０４で切替部３６により太陽電池アレイ３４とインバータ３８とを接続し、手順をステップ３０２に移行する。ステップ３０２で否定判定の場合には、ステップ３０６で切替部３６により太陽電池アレイ３４と車載充電部４８とを接続する。

ステップ３０８では、バッテリ４６の充電量の指標であるＳＯＣ（State of Charge)が、第１の閾値である第１のＳＯＣ未満であるか否かを判定する。第１のＳＯＣは、通常の充電におけるバッテリ４６のＳＯＣの上限値である。一般に、過充電は蓄電池の寿命を縮める原因となるので、蓄電池の充電量の限界値である満充電ＳＯＣよりも低めのＳＯＣを通常の充電における上限値とする。本実施の形態では、一例として、バッテリ４６がリチウムイオン電池の場合、満充電ＳＯＣの５０％とする。第１のＳＯＣは、バッテリ４６の種類又はバッテリ４６の容量等によって変わり得る。なお、ＳＯＣの測定は、車載充電部４８が有する電圧センサ（図示せず）によるバッテリ４６の電圧に基づいて制御部５２が算出する。

ステップ３０８で肯定判定の場合には、ステップ３１０で太陽電池アレイ３４が発電した電力でバッテリ４６を充電し、手順をステップ３０８に移行させる。ステップ３０８で否定判定の場合には、ステップ３１２で、バッテリ４６のＳＯＣが、第２の閾値である第２のＳＯＣ未満であるか否かを判定する。第２のＳＯＣは満充電ＳＯＣであり、バッテリ４６の充電量の限界値である。前述のように、過充電は蓄電池の寿命を縮めるが、本実施の形態では１２時間程度の短期間であれば満充電の状態を許容する。

ステップ３１２で肯定判定の場合には、ステップ３１４でＨＤＤ６４に記憶されている車両４２の使用予定を参照し、次に車両を使用する予定が満充電の状態が許容される第２のＳＯＣの前提期間以内か否かを判定する。第２のＳＯＣの前提期間は、本実施の形態では１２時間である。ステップ３１４で肯定判定の場合には、ステップ３１６で太陽電池アレイ３４が発電した電力でバッテリ４６を充電し、手順をステップ３１２に移行させる。

ステップ３１２又はステップ３１４で否定判定の場合には、バッテリ４６の充電を停止して処理を終了する。

なお、ステップ３１２で否定判定の場合、すなわち電力が余剰の場合には、制御部５２が空調制御部５６を制御して車両４２の車載エアコンを作動させて余剰電力を消費させることにより、バッテリ４６の充電を可能にしてもよい。この場合、車両の次の使用予定が現時点から一定時間以内、例えば１時間以内の時に車載エアコンを作動させることにより、乗車するまでに車内環境を快適にするようにしてもよい。

また、車両４２の使用予定に目的地等の情報を入力可能であれば、制御部５２は、目的地までの走行距離を算出し、算出した走行距離がバッテリ４６の充電量を第１のＳＯＣ未満になる距離か否かを判定する。当該判定が肯定判定の場合であって、かつ次の車両の使用予定が現時点から第２のＳＯＣの前提期間以内の場合に第２のＳＯＣまでの充電をしてもよい。

以上、説明したように、本実施の形態では、所定の期間以内に車両４２を使用する場合にバッテリ４６の過充電を一時的に許容することにより、逆潮流によって系統電力の電圧が上昇した場合でもバッテリ４６への充電を継続できる。

１０ 充電制御システム
２０ 建物
２２ 系統電力
２２ 柱上トランス
２４ 系統電力
２６ 分電盤
３０ 系統電力電流センサ
３２ 系統電力電圧センサ
３４ 太陽電池アレイ
３６ 切替部
３８ インバータ
４２ 車両
４６ バッテリ
４８ 車載充電部
５０ 充電ケーブル
５２ 制御部
５４ 車載制御部
５６ 操作部
６２ ＣＰＵ
６４ ＨＤＤ
６６ ＲＡＭ
７０ ＲＯＭ
７２ 表示部

Claims (5)

1. 直流電力を発電する発電手段と、
   前記直流電力を系統電力と略同等の交流電力に変換し、該変換した交流電力を前記系統電力と共に建物の分電盤に供給する変換手段と、
   蓄電池を備えた車両と、
   前記発電手段に接続されると共に前記変換手段と前記車両との間に設けられ、前記発電手段の直流電力の供給先を前記変換手段又は前記車両に切り替える切替手段と、
   前記系統電力の電圧を検知する電圧検知手段と、
   前記電圧検知手段が検知した前記系統電力の電圧が所定の基準値以上の場合には、前記切替手段を制御して前記発電手段が発電した直流電力を前記車両に供給して前記蓄電池を充電させる制御手段と、
   を含む充電制御システム。
2. 前記車両の使用予定を入力可能な入力手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記入力手段を用いて入力した前記車両の使用予定を記憶する記憶手段を備え、前記充電により前記蓄電池の充電量が第１の閾値に達した時は、前記車両の使用予定において前記車両が次に使用される時が現時点から所定の期間以内の場合に前記第１の閾値よりも高い第２の閾値まで前記蓄電池を充電する請求項１に記載の充電制御システム。
3. 前記制御手段は、前記車両の次の使用予定が所定の距離以上走行する予定の場合に前記第２の閾値まで前記蓄電池を充電する請求項２に記載の充電制御システム。
4. 前記所定の距離は前記車両の走行により前記蓄電池の充電量が前記第１の閾値未満になるまでの距離である請求項３に記載の充電制御システム。
5. 前記制御手段は、前記蓄電池の充電量が前記第２の閾値に達し、かつ前記車両の次の使用予定が現時点から一定時間以内の場合には、前記車両が備える空調手段を作動させる請求項１〜４のいずれか１項に記載の充電制御システム。

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