JP2015050853A - 充電システム、及び電気車両用の充電ステーション - Google Patents

Abstract

【課題】電気車両への充電を効率的に行うこと。【解決手段】電力系統１１を通じて供給される電力を複数の需要先１２ａ〜１２ｄで共有し、各需要先１２ａ〜１２ｄが受電した電力を各々の電力供給先１４ａ，１４ｂに供給する充電システム１０において、複数の需要先１２ａ〜１２ｄを対象とした電力需要の情報を管理する管理装置１３と、需要先１２ａ〜１２ｄに設けられ、管理装置１３と通信回線１７を通じて通信可能な制御装置を備える。需給先の一つである電気車両用の充電ステーションでは、管理装置１３から送信された電力需要の情報をもとに、充電ステーション全体で供給可能な充電用の電力のピーク値を変更し、そのピーク値を越えないように電力の制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統を通じて供給される系統電力を複数の需要先で共有し、各需要先が受電した電力を各々の電力供給先に供給する充電システム、及び充電システムの需要先になるとともに、電気車両に搭載された蓄電池に電力を供給し、充電する電気車両用の充電ステーションに関する。

電力系統を通じて供給される電力を複数の需要先で共有する場合には、それぞれの需要先に分配される電力の合計が需給契約上の電力を超過しないように管理する必要がある。例えば、特許文献１には、工場や企業の事業所などにおいて電力を管理する給電システムが開示されている。

特開２０１２−２４９５０５号公報

ところで、近年においては、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの電気車両が普及しており、これらの電気車両の利用者の利便性を図るために、例えば工場などの施設内に充電装置を設置することが行われている。このように充電装置を設置した場合は充電に必要な電力を新たに確保しなければならない。しかしながら、複数の需要先に供給可能な電力の合計は需給契約によって定められているので、その契約上の電力を超過させないように充電装置を含む複数の需要先へ電力を分配させる必要がある。また、充電装置の利用者の利便性を考慮すると、充電時間などを短縮させるなど効率化を図る必要もある。

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、充電ステーションを含む複数の需要先の電力需要の情報をもとに、電気車両への充電を効率的に行うことができる充電システム、及び電気車両用の充電ステーション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、電力系統を通じて供給される系統電力を複数の需要先で共有し、各需要先が受電した電力を各々の電力供給先に供給する充電システムであって、複数の需要先を対象とした電力需要の情報を管理する管理装置と、需要先に設けられ、前記管理装置と通信回線を通じて通信可能な制御装置と、を備え、前記複数の需要先には、電気車両に搭載された蓄電池を充電する電気車両用の充電ステーションを含み、前記充電ステーションには、前記電気車両の蓄電池に電力を供給する１以上の充電装置を含み、前記充電ステーションの前記制御装置は、前記管理装置から送信された前記電力需要の情報をもとに、前記充電ステーション全体で供給可能な電力のピーク値を変更し、そのピーク値を越えないように前記充電装置へ分配する電力の制御を行う。

また、上記課題を解決する電気車両用の充電ステーションは、電力系統を通じて供給される系統電力を充電用の電力として電気車両に搭載された蓄電池に供給し、充電する電気車両用の充電ステーションであって、前記電気車両の蓄電池に電力を供給する１以上の充電装置と、前記充電装置が供給する電力を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置には、通信回線を通じて外部の管理装置と通信する通信部と、を含み、前記通信部は、前記系統電力を共有する複数の需要先を対象とした電力需要の情報を前記管理装置から受信し、前記制御装置は、前記通信部が受信した前記電力需要の情報をもとに、前記充電ステーション全体で供給可能な電力のピーク値を変更し、そのピーク値を越えないように前記充電装置へ分配する電力の制御を行う。

上記した充電システム、及び電気車両用の充電ステーションによれば、複数の需要先を対象とした電力需要の情報をもとに、充電ステーション全体で供給可能な電力のピーク値を変更し、そのピーク値を越えないように充電装置へ分配する電力の制御を行う。これにより、需給契約に定められる電力の超過を抑制しつつ、電気車両への充電を効率的に行うことができる。

上記した充電システム、及び電気車両用の充電ステーションにおいて、前記充電ステーションの前記制御装置は、充電電流を可変制御できる電気車両の充電を行う前記充電装置へ分配する電力を変更することにより、前記ピーク値を越えないように制御を行うと良い。

この構成によれば、充電ステーションでは、ピーク値を越えないように電力の制御を行うことができる。その結果、需給契約に定められる電力の超過を抑制しつつ、電気車両への充電を効率的に行うことができる。

本発明によれば、電気車両への充電を効率的に行うことができる。

充電システムの構成を示すブロック図。 充電ステーションの構成を示すブロック図。 充電システムの需要先における電力需要の変遷の一例を示す説明図。 （ａ），（ｂ）は充電ステーションにおけるピーク電力制御を説明する説明図。

以下、充電システム及び電気車両用の充電ステーションを具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、充電システム１０は、電力系統１１を通じて供給される系統電力を受電する複数の需要先１２ａ〜１２ｄと、これらの需要先１２ａ〜１２ｄの電力需要を管理する管理装置１３と、を備えている。電力系統１１は、電力を送電するための送電システムである。

各需要先１２ａ〜１２ｄは、例えば図１において需要先１２ａに代表して図示するように、電力系統１１を通じて受電した系統電力を各々の電力供給先１４ａ，１４ｂに分配して供給する。需要先１２ａ〜１２ｄの電力供給先は、単数でも良いし、複数でも良い。

管理装置１３は、電力計１５の計測結果をもとに、管理装置１３の管理対象となる需要先１２ａ〜１２ｄの電力需要の傾向を算出する。電力計１５は、各需要先１２ａ〜１２ｄに設けられており、管理装置１３は、これらの電力計１５の計測結果を取得できる。電力需要の傾向は、時間当り（例えば１時間当り）の電力需要量によって表される。また、管理装置１３は、通信部１６を有し、その通信部１６を通じて電力需要の情報を各需要先１２ａ〜１２ｄに送信する。電力需要の情報は、１日の特定の時刻に送信されても良く、この場合において送信回数は１日分を１回で送信しても良いし、複数回に分けて送信しても良い。また、送信される電力需要の情報は、実際の電力需要量でも良いし、過去のデータや、その過去のデータと電力需要量を変動させる要因となるデータ（例えば、季節や気象など）をもとに予測された情報でも良い。

管理装置１３と各需要先１２ａ〜１２ｄは、通信事業者などが提供する通信回線１７を通じて通信可能とされている。また、管理装置１３及び各需要先１２ａ〜１２ｄは、送電線１８を介して電力系統１１と接続されている。

図２に示すように、充電システム１０を構成する需要先の例として、電気車両用の充電ステーション２０が挙げられる。電気車両２１には、当該電気車両２１の原動機となる図示しない電動機（モータ）などへ供給する電力を蓄える蓄電池２２が搭載されている。蓄電池２２は、充電ステーション２０から供給される電力が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。

充電ステーション２０は、電気車両２１の蓄電池２２へ供給する電力を制御する制御装置２３と、充電時に充電プラグ２４を介して電気車両２１へ接続される充電装置２５と、を備えている。制御装置２３は、通信部２６を有し、通信回線１７を通じて管理装置１３と通信可能とされている。充電装置２５は、電気車両２１の蓄電池２２を充電するための充電用の電力を供給する。図２の充電ステーション２０は、図示の都合上、３台の充電装置２５を示しているが、充電ステーション２０が保有する充電装置の台数は１台でも良いし、２台でも良いし、あるいは４台以上でも良い。

充電ステーション２０には、送電線１８により、電力系統１１からの電力を各充電装置２５に送電する送電路が構築されている。また、制御装置２３と各充電装置２５は、信号線２７を介して接続されている。充電プラグ２４には、充電用の電力を送電するための電力線と、充電装置２５と電気車両２１と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。各充電装置２５は、充電時、電力系統１１から送電された電力を電気車両２１の蓄電池２２の充電に適した形態に変換し、充電プラグ２４を通じて電気車両２１に供給する。

この実施形態において制御装置２３は、充電ステーション２０全体で供給可能な充電用の電力のピーク値を越えないようにピーク電力制御を行う。制御装置２３は、ピーク電力制御において、充電対象とする電気車両２１が接続されている充電装置２５に分配する電力を、その電力の合計がピーク値を越えないように決定する。各充電装置２５は、制御装置２３が決定した電力にしたがって電気車両２１に電力を供給し、充電を行う。

各充電装置２５に分配する電力は、同時に充電する車両数などに応じて可変される。例えば、充電対象の車両数が多い場合などは、充電装置２５に分配する充電用の電力を、車両数が少ない場合よりも少なくする。また、充電対象とする電気車両２１の中に充電電流を可変制御できる電気車両２１が存在する場合は、当該電気車両２１の充電を行う充電装置２５へ分配する電力を可変させ、充電ステーション２０全体として供給する電力がピーク値を越えないように制御を行う。

以下、充電システム１０の作用を説明する。
図３は、充電システム１０に属する需要先１２ａ〜１２ｄの電力需要の推移を例示している。図中において、「需要先１２ａ」、「需要先１２ｂ」、「需要先１２ｃ」、「需要先１２ｄ」の各項目には、需要先１２ａ〜１２ｄ毎の電力需要を、１時間単位で示している。また、図中において、「電力合計」の項目には、需要先１２ａ〜１２ｄの電力需要の合計を、１時間単位で示している。

管理装置１３は、図３に示すような、各需要先１２ａ〜１２ｄの電力需要の傾向を管理し、その管理している情報を各需要先１２ａ〜１２ｄに発信する。そして、管理装置１３と各需要先１２ａ〜１２ｄにより、「電力合計」の項目に示した充電システム１０全体の合計電力Ｗを超過しないように、各需要先１２ａ〜１２ｄへ分配する電力の制御を行う。合計電力Ｗは、送電先である電力会社などとの需給契約に基づく。

そして、実施形態の充電システム１０では、各需要先１２ａ〜１２ｄにおける電力需要の傾向をもとに、ある時間帯において電力需要が少ない需要先が存在する場合、その需要先へ分配する電力を少なくし、その分を当該時間帯において電力需要の多い他の需要先へ分配する。

例えば、図３に示すように需要先１２ｄは、７時〜１８時までの時間帯における電力需要が少ない。一方、需要先１２ａなどの他の需要先は、上記７時〜１８時までの時間帯における電力需要が多い。このため、実施形態の充電システム１０では、上記７時〜１８時までの時間帯において需要先１２ｄへ分配する電力を少なくし、その少なくした電力分を、他の需要先１２ａ〜１２ｃへ分配するように制御を行う。具体的に言えば、各需要先１２ａ〜１２ｄは、それぞれの電力供給先に供給可能な電力の最大値であるピーク値を変動させるとともに、そのピーク値を超過しないように電力の供給を制御する。

図３の「需要先１２ａ〜１２ｄ」の項目に実線で示した電力Ｗ０は、充電システム１０全体で供給可能な電力の合計である合計電力Ｗを等しく分配した場合の電力を示す。このように、各需要先１２ａ〜１２ｄに電力Ｗ０を設定した場合、各需要先１２ａ〜１２ｄは、電力Ｗ０を超過しないように電力供給先への電力の供給を制御することになる。これにより、電力需要が多くなる時間帯であっても、電力Ｗ０を超過して電力を供給することはできない。

しかしながら、本実施形態の充電システム１０では、電力需要の少ない需要先のピーク値を下げる一方で、電力需要の多い需要先のピーク値を上げることで、電力需要が多くなる時間帯において電力供給先へ供給可能な電力を増加させることが可能となる。

前述した例によれば、７時〜１８時までの時間帯における需要先１２ｄのピーク値を「Ｗｐ１（＜Ｗ０）」に設定する一方で、その他の需要先１２ａ〜１２ｃのピーク値を「Ｗｐ２（＞Ｗ０）」に設定する。これにより、需要先１２ａ〜１２ｃは、電力需要の多い時間帯においてピーク値「Ｗｐ２」を超過しない範囲で電力を供給することができるようになり、電力Ｗ０をピーク値として制御する場合に比して供給できる電力は多くなる。図３において、需要先１２ａ〜１２ｃの項目に斜線で示す電力分が、ピーク値の変更後に供給できるようになった電力分を示す。一方、需要先１２ｄは、電力需要の少ない時間帯においてピーク値「Ｗｐ１」を超過しない範囲で電力を供給するように制御し、電力Ｗ０をピーク値として制御する場合に比して供給できる電力は少なくなる。

上記例と同様に、需要先１２ｂは、１７時以降の時間帯における電力需要が少ない。このため、１７時以降は、需要先１２ｂのピーク値を下げる一方で、電力需要が多い他の需要先１２ａ，１２ｃ，１２ｄのピーク値を上げることにより、供給可能な電力を増加させることができる。図３において、需要先１２ａ，１２ｃ，１２ｄの項目に縦線で示す電力分が、ピーク値の変更後に供給できるようになった電力分を示す。

上記の制御により、充電システム１０では、各需要先１２ａ〜１２ｄの電力需要の傾向をもとに、電力を必要とする需要先に対して電力を必要としていない需要先の電力を分配させることができる。その結果、合計電力Ｗを超過しないように、当該合計電力Ｗの範囲内で各需要先１２ａ〜１２ｄで電力を融通し合い、効率的に電力を使用することができる。

次に、充電システム１０の需要先の一つである充電ステーション２０の作用を説明する。
図４（ａ），（ｂ）に示すように、充電ステーション２０の制御装置２３は、充電システム１０全体における電力需要の傾向をもとに設定するピーク値Ｐ１，Ｐ２にしたがって、充電装置２５へ分配する電力を制御する。つまり、制御装置２３は、図４（ａ）に示すようにピーク値Ｐ１の場合、当該ピーク値Ｐ１を越えないようにピーク電力制御を行う。具体的に言えば、制御装置２３は、同時に充電を行っている車両数（充電中の充電装置２５の数）に応じて、充電装置２５へ分配する電力を可変させる。

例えば、制御装置２３は、図４（ａ）の時間Ｔ１のように電気車両Ａのみを充電対象とする場合、その充電装置２５へ分配する電力を「Ｘ（＜Ｐ１）」として充電を行う。また、制御装置２３は、図４（ｂ）の時間Ｔ２のように電気車両Ａ〜Ｃの複数台を同時に充電する場合、各充電装置２５へ分配する電力を「Ｘ」としても、その合計「３Ｘ」がピーク値Ｐ１を超過しなければ、そのまま充電を行う。時間Ｔ６，Ｔ７についても、ピーク値Ｐ１を超過していないので前述同様に分配する。

一方、制御装置２３は、図４（ａ）の時間Ｔ３〜Ｔ５のように電気車両Ａ〜Ｄの複数台を同時に充電する際、各充電装置２５へ分配する電力を「Ｘ」としたときの合計「４Ｘ」がピーク値Ｐ１を超過することになると、充電装置２５へ分配する電力を可変させる。例えば、制御装置２３は、充電電流を可変制御できる電気車両の充電を行う充電装置２５へ分配する電力を少なくする。図４（ａ）の例示において制御装置２３は、時間Ｔ３において、充電電流を可変制御できる電気車両Ｂの充電を行う充電装置２５へ分配する電力を少なくする。また、制御装置２３は、時間Ｔ４において、充電電流を可変制御できる電気車両Ａの充電を行う充電装置２５へ分配する電力を少なくする。また、制御装置２３は、時間Ｔ５において、充電電流を可変制御できる電気車両Ｃの充電を行う充電装置２５へ分配する電力を少なくする。

なお、上記の説明では、時間の経過毎に１台ずつの電気車両を対象に電力を可変させているが、複数台の車両を対象に、これらの車両の充電を行う充電装置２５へ分配する電力を少なくしても良い。また、継続的に特定の充電装置２５を対象にして分配する電力を少なくしても良い。

また、制御装置２３は、充電を行う対象の中に充電電流を可変制御できない電気車両が存在する場合、充電ステーション２０全体の電力がピーク値を越えなければそのまま充電を継続し、ピーク値を越えるようであれば可変制御できない電気車両の充電を行う充電装置２５へ分配する電力を零としても良い。この場合、ピーク値を越えずに充電できる状態となったら、可変制御できない電気車両の充電を行う充電装置２５への電力の分配を再開する。また、このような場合において制御装置２３は、可変制御できない電気車両の充電を行う充電装置２５以外の充電装置２５へ分配する電力を零にしても良いし、あるいは分配する電力を少なくし、充電ステーション２０全体の電力がピーク値を越えないように制御しても良い。

また、制御装置２３は、図４（ｂ）に示すように、ピーク値Ｐ１がピーク値Ｐ２に低下した場合、ピーク値Ｐ２を超過しないように充電装置２５へ分配する電力を可変させる。ピーク値Ｐ２は、図４（ａ）のピーク値Ｐ１よりも少ない値である。このため、制御装置２３は、各充電装置２５へ分配する電力を、ピーク値Ｐ１で制御する場合に比して少なくする。

例えば、図４（ｂ）の例示において制御装置２３は、時間Ｔ２〜Ｔ６において複数台の電気車両を充電することによって充電ステーション２０全体の電力がピーク値Ｐ２を越える場合、前述同様に、充電電流を可変制御できる電気車両の充電を行う充電装置２５へ分配する電力を少なくする。なお、図４（ｂ）において、時間Ｔ１，Ｔ７，Ｔ８では、充電対象とする電気車両の台数が少なく、例えば分配する電力を「Ｘ」としても充電ステーション２０全体の電力がピーク値Ｐ２を越えていない。

以上の制御により、充電ステーション２０では、充電システム１０を構成する需要先における電力需要の傾向をもとに変動されるピーク値を超過しないように、充電ステーション２０全体で供給可能な電力を制御する。なお、充電ステーション２０は、電力需要の少ない需要先が存在している時には図４（ａ）に示すようにピーク値を高めに設定することで、電気車両の充電を効率的に行うことができる。一方、充電ステーション２０は、充電システム１０内において電力需要が多い時には図４（ｂ）に示すようにピーク値を低く設定することで、充電システム１０の合計電力Ｗを超過させないことに寄与できる。

したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）複数の需要先１２ａ〜１２ｄを対象とした電力需要の情報をもとに、充電ステーション２０全体で供給可能な充電用の電力のピーク値を変更し、そのピーク値を越えないように電力の制御を行う。これにより、需給契約に定められる電力の超過を抑制しつつ、電気車両２１への充電を効率的に行うことができる。

（２）また、電力需要の少ない需要先へ分配した電力を、電力需要の多い需要先へ分配するので、需要先同士で電力を融通し合うことができ、充電システム１０として複数の需要先を対象にして電力を効率的に供給することができる。つまり、ある需要先にとって余剰となっている電力を他の需給先に分配させることで、電力を効率的に供給することができる。

（３）その結果、充電システム１０として新たに需要先が追加されて必要な電力の合計が増加したとしても、需給先同士で前述のように電力を融通し合うことができれば、需給契約上の電力を必要以上に大きくしなくても良い。

（４）充電ステーション２０の制御装置２３は、充電装置２５へ分配する電力を変更する制御を行い、充電ステーション２０全体でピーク値を越えないように電力の制御を行う。これにより、需給契約に定められる電力の超過を抑制しつつ、電気車両への充電を効率的に行うことができる。

（５）また、充電電流の可変制御によって電気車両２１への充電を停止しなくても良い状態となれば、供給される電力は減少したとしても、充電を継続させることができる。その結果、電気車両２１への充電を効率的に行うことができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 充電システム１０を構成する需要先の全てが充電ステーション２０であっても良い。この場合において、充電ステーション２０は、公共施設（教育機関、公民館など）、商業施設（宿泊施設、ショッピング施設など）、又は家庭用の設備でも良い。

○ 充電システム１０を構成する需要先に複数の充電ステーション２０を含む場合において、何れか１つの充電ステーション２０に主制御装置を備えるとともに、他の充電ステーション２０に副制御装置を備え、主制御装置からの指示によって副制御装置が各々の充電ステーション２０における電力を制御しても良い。例えば、主制御装置は、管理装置１３から送信された電力需要の情報をもとに、各充電ステーション２０へ分配する電力（ピーク値）を算出し、その算出した結果を各充電ステーション２０の副制御装置へ送信する。そして、各充電ステーション２０の副制御装置は、主制御装置から送信されたピーク値をもとに電力を制御する。

○ 充電システム１０を構成する需要先として、充電ステーション２０に加えて、企業の工場、ショッピングセンターなどの商業施設などを含んでも良い。
○ 充電ステーション２０の制御装置２３は、電力によって制御を行っているが、電流によって制御を行っても良い。

○ 実施形態において、充電装置２５は、充電プラグ２４を電気車両２１に機械的に接続して充電を行う構成に具体化したが、充電プラグ２４を使用せずに、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装置に具体化しても良い。非接触式の充電装置では、車両に取り付けられた受電側コイルと、充電ステーションなどの床に埋設された地上側設備の送電側コイルと、を整合させるようにして電気車両を停車させる。このとき、受電側コイルと送電側コイルは、離間して非接触の状態とされる。この状態において非接触式の充電装置は、車両と充電部が通電可能な状態で接続される。そして、非接触式の充電システムでは、送電側コイルからの電力を受電側コイルで受電することにより、電気車両の蓄電池に充電が行われる。このような非接触式の充電装置の方式には、共鳴方式や電磁誘導方式がある。

以下、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を追記する。
（イ）充電ステーションは、複数の充電装置を備え、充電ステーションの制御装置は、充電用の電力のピーク値にしたがって各充電装置に分配する電力の制御を行う。

１０…充電システム、１１…電力系統、１２ａ〜１２ｄ…需要先、１３…管理装置、１４ａ，１４ｂ…電力供給先、１６…通信部、１７…通信回線、２０…充電ステーション、２１，Ａ〜Ｄ…電気車両、２２…蓄電池、２３…制御装置、２５…充電装置、２６…通信部、Ｐ１，Ｐ２…ピーク値、Ｗ０…電力。

Claims (4)

1. 電力系統を通じて供給される系統電力を複数の需要先で共有し、各需要先が受電した電力を各々の電力供給先に供給する充電システムであって、
   複数の需要先を対象とした電力需要の情報を管理する管理装置と、
   需要先に設けられ、前記管理装置と通信回線を通じて通信可能な制御装置と、を備え、
   前記複数の需要先には、電気車両に搭載された蓄電池を充電する電気車両用の充電ステーションを含み、
   前記充電ステーションには、前記電気車両の蓄電池に電力を供給する１以上の充電装置を含み、
   前記充電ステーションの前記制御装置は、前記管理装置から送信された前記電力需要の情報をもとに、前記充電ステーション全体で供給可能な電力のピーク値を変更し、そのピーク値を越えないように前記充電装置へ分配する電力の制御を行うことを特徴とする充電システム。
2. 前記充電ステーションの前記制御装置は、充電電流を可変制御できる電気車両の充電を行う前記充電装置へ分配する電力を変更することにより、前記ピーク値を越えないように制御を行う請求項１に記載の充電システム。
3. 電力系統を通じて供給される系統電力を充電用の電力として電気車両に搭載された蓄電池に供給し、充電する電気車両用の充電ステーションであって、
   前記電気車両の蓄電池に電力を供給する１以上の充電装置と、
   前記充電装置が供給する電力を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置には、通信回線を通じて外部の管理装置と通信する通信部と、を含み、
   前記通信部は、前記系統電力を共有する複数の需要先を対象とした電力需要の情報を前記管理装置から受信し、
   前記制御装置は、前記通信部が受信した前記電力需要の情報をもとに、前記充電ステーション全体で供給可能な電力のピーク値を変更し、そのピーク値を越えないように前記充電装置へ分配する電力の制御を行うことを特徴とする電気車両用の充電ステーション。
4. 前記制御装置は、充電電流を可変制御できる電気車両の充電を行う前記充電装置へ分配する電力を変更することにより、前記ピーク値を越えないように制御を行う請求項３に記載の電気車両用の充電ステーション。