JP2017005804A - 車載電池用充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｖ２ＨやＶ２Ｂ等のシステムに適した車載電池用充電装置等を提供する。【解決手段】 走行用電力を供給する二次電池（以下、車載電池Ｂａという。）に蓄えられた電力を、車両以外の負荷機器に出力可能な車両用に適用される車載電池用充電装置において、車両状態パラメータ、環境パラメータ、電源パラメータ、及び需要パラメータのうち少なくとも１つのパラメータに基づいて充電率の値を決定する。これにより、車載電池Ｂａに蓄えられた電力を有効活用することが可能となる。【選択図】 図１

Description

本発明は、走行用電力を供給する二次電池（以下、車載電池という。）に蓄えられた電力を、車両以外の負荷機器に出力可能な車両用に適用される車載電池用充電装置に関する。

例えば、特許文献１に記載の発明では、「電力の供給制限の頻繁な変更を低減すること」を目的として、ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）等が建物の分電盤に接続された場合には、電力の目標上限値を接続前に比べて低い値に変更する。

特開２０１３−１１０７９０号公報

ところで、車載電池に対する操作は、通常、以下の通りである。すなわち、充電操作の場合、充電率（State of Charge）が約８０％に達した時充電を完了する。放電操作の場合、充電率が約３０％に達した時放電を終了する。

しかし、上記の通常管理では、「車載電池に蓄えられた電力を、車両以外の負荷機器（例えば、家庭用電気機器やビル用電気機器、及び建物に設けられた電気設備）に出力可能なシステム（Ｖ２Ｈ（Vehicle to Home）、Ｖ２Ｂ（Vehicle to Building）」を有効活用することが難しい。

本発明は、上記点に鑑み、Ｖ２ＨやＶ２Ｂ等のシステムに適した車載電池用充電装置等を提供することを目的とする。

本願では、車載電池（Ｂａ）の充電率を取得する充電率取得部と、車載電池（Ｂａ）以外の電源（以下、外部電源（３）という。）から電力の供給を受けて当該車載電池（Ｂａ）に充電する充電部（２）と、車載電池（Ｂａ）に充電を開始すべき開始充電率、及び車載電池（Ｂａ）への充電を停止すべき停止充電率のうち少なくとも一方の充電率の値を決定する充電率決定部と、充電率決定部により決定された充電率の値、及び充電率取得部が取得した取得充電率に基づいて充電部（２）を制御する充電制御部とを備え、充電率取得部と通信可能となった車両の状態を示すパラメータを車両状態パラメータとし、当該車両が駐停車している環境を示すパラメータを環境パラメータとし、外部電源（３）の状態を示すパラメータを電源パラメータとし、負荷機器の需要応答（デマンドレスポンス）を示すパラメータを需要パラメータとしたとき、充電率決定部は、車両状態パラメータ、環境パラメータ、電源パラメータ、及び需要パラメータのうち少なくとも１つのパラメータに基づいて充電率の値を決定することを特徴とする。

これにより、本発明では、車両状態パラメータ、環境パラメータ、電源パラメータ、及び需要パラメータのうち少なくとも１つのパラメータに基づいて充電率の値を決定するので、車載電池（Ｂａ）に蓄えられた電力を有効活用することが可能となる。

すなわち、開始充電率を従来より低い値（例えば、５％）とすれば、車載電池（Ｂａ）に蓄えられた電力を、開始充電率が３０％である場合に比べて多く出力できる。したがって、車載電池（Ｂａ）に蓄えられた電力を有効活用することが可能となる。

停止充電率を従来より高い値（例えば、１００％）とすれば、停止充電率を８０％とした場合に比べて多くの電力を車載電池（Ｂａ）に蓄えることができる。
したがって、系統電力が停電した場合や系統電力から供給可能な電力が制限された場合に、車載電池（Ｂａ）から電力を長時間に亘って供給することができる。つまり、車載電池（Ｂａ）に蓄えられた電力を有効活用することが可能となる。

また、需要パラメータに基づいて開始充電率を決定すれば、消費電力のピークカット及び消費電力のピークシフトにも寄与でき得る。
すなわち、車両、つまり車載電池（Ｂａ）が建物の電源（分電盤）等の外部電源に接続されている場合において、車載電池（Ｂａ）の充電率が開始充電率以下となると、車載電池（Ｂａ）への充電が開始される。

そして、建物内で消費される電力が最大値となる時間帯（以下、ピーク帯という。）と、充電が開始された時（以下、充電開始時という。）と一致すると、建物全体としての消費電力が著しく増大する可能性がある。

これに対して、本発明では、充電開始時がピーク帯であるか否かを需要パラメータとして開始充電率を決定することにより、少なくともピーク帯においては、開始充電率を従来より低い値とすることができる。これにより、最大消費電力の増大を抑制する、又は最大消費電力となる時間帯を無制御時のピーク帯からずらすことが可能となる。

また、車両状態パラメータとして充電率を決定すれば、車載電池（Ｂａ）を定期的に充放電させることが可能となるので、車載電池（Ｂａ）の早期劣化を抑制でき得る。
因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る車載電池用充電装置１の概念図である。 充電率決定処理の一例を示すフローチャートである。

以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「２つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。

（第１実施形態）
１．車載電池用充電装置の構成
車載電池用充電装置１は、図１に示すように、電気自動車等のＥＶ車両に電力を充電するためのシステムである。車載電池用充電装置１は、少なくとも１台の充電ユニット２、電源装置３及び制御装置４等を有する。

ＥＶ車両とは、走行用の電動モータを有する車両であって、当該電動モータに走行用の電力を供給する二次電池Ｂａ（以下、車載電池Ｂａという。）を搭載する車両である。具体的には、電気自動車（発電専用の内燃機関を有する車両も含む。）やハイブリッド車両（プラグ・イン・ハイブリッド車両も含む。）等をいう。

そして、当該ＥＶ車両は、車載電池Ｂａに蓄えられた電力を、車両以外の負荷機器に出力可能である。車両以外の負荷機器とは、例えば、家庭用電気機器やビル用電気機器、及び建物に設けられた電気設備、並びに他のＥＶ車両等をいう。

＜充電ユニット＞
充電ユニット２は、電源装置３から電力の供給を受けて車載電池Ｂａに充電用の電力を出力するための充電部である。本実施形態では、充電ユニット２として第１充電ユニット２Ａ〜第５充電ユニット２Ｅが設けられている。以下、第１充電ユニット２Ａ〜第５充電ユニット２Ｅを総称する際は、充電ユニット２と記す。

なお、車載電池用充電装置１は、「CHAdeMO規格」に準拠した充電方式が可能である。具体的には、車載電池Ｂａに充電する際に予め充電に関する情報（例えば、出力可能な電圧値と電流値）を車両側に送信する処理を実行する。

＜電源装置＞
電源装置３は、充電ユニット２及び当該充電ユニット２以外の負荷機器に電力を供給する外部電源である。上記の負荷機器とは、例えば、集合住宅等で使用される電気機器等をいう。電源装置３は、系統電力源（商用電源）３Ａ、太陽光発電装置３Ｂ及び据置電池３Ｃ等を電源とする。

据置電池３Ｃは、太陽光発電装置３Ｂで発電された電力を蓄える二次電池である。太陽光発電装置３Ｂにより発電された電力（以下、ＰＶ電力という。）は、上記の負荷機器側に優先的に供給される。つまり、負荷機器にはＰＶ電力が優先的に供給される。

そして、ＰＶ電力が負荷機器で現実に消費される消費電力を越えたときには、その上回った余剰分の電力（以下、余剰電力という。）が据置電池３Ｃに充電される。ＰＶ電力が消費電力未満となったときには、不足分の電力は系統電力源３Ａから補填される。

電池制御部３Ｄは、据置電池３Ｃへの充電作動を制御する。具体的には、電池制御部３Ｄは、据置電池３Ｃの充電率（State of Charge）を取得し、据置電池３Ｃの充電率及び故障情報等を監視する。なお、充電率とは現時点の残容量を蓄電池容量で除した値をいい、通常百分率で表記する。

そして、電池制御部３Ｄは、据置電池３Ｃの充電率が開始充電率以下となったときに、据置電池３Ｃへの充電（以下、回復充電ともいう。）を開始し、充電率が停止充電率以上となったときに回復充電を終了する。

電池制御部３Ｄは、据置電池３Ｃの電圧値、又は据置電池３Ｃに入出力する電流の積算値等を利用して充電率を取得する。なお、本実施形態では、充電率が停止充電率となったか否かは、据置電池３Ｃに流れ込む電流積算値を利用して取得している。

据置電池３Ｃに供給される充電用電力は、系統電力源３Ａ及び太陽光発電装置３Ｂのうち少なくとも一方から供給される。具体的には、余剰電力が有る場合には、ＰＶ電力にて回復充電がされる。

余剰電力が無い場合には、系統電力源３Ａから供給される電力（以下、系統電力）にて回復充電がされる。余剰電力が不足する場合には、ＰＶ電力及び系統電力にて回復充電がされる。

＜制御装置＞
制御装置４は充電ユニット２の作動を制御する。すなわち、制御装置４は、充電ユニット２にＥＶ車両が電気的に接続されているときに車載電池Ｂａへの充電開始及び充電停止等を制御する。

なお、制御装置４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータにソフトウェアが組み込まれることにより構成されている。つまり、充電率を取得する充電率取得部、充電率の値を決定する充電率決定、車載電池Ｂａに充電する充電部、及び充電部を制御する充電制御部は、当該ソフトウェアにより実現されている。

制御装置４は、少なくとも充電率取得処理、充電率決定処理及び充電制御処理が実行可能である。充電率取得処理は、充電ユニット２を介して車載電池Ｂａの充電率を取得する処理である。

なお、充電率取得処理では車載電池Ｂａの電圧値等を利用して充電率が取得される。充電ユニット２及び制御装置４等は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network：登録商標）等の車載用ネットワーク通信プロトコルを介して充電率等の情報を送受信可能である。

充電制御処理は、充電率決定処理により決定された充電率の値、及び充電率取得処理にて取得された取得充電率に基づいて充電ユニット２の作動を制御する。充電率決定処理は、車載電池Ｂａに充電を開始すべき開始充電率、及び車載電池Ｂａへの充電を停止すべき停止充電率の値を決定する。なお、以下、開始充電率及び停止充電率を総称する際には充電率という。

すなわち、充電率決定処理では、車両状態パラメータ、環境パラメータ、電源パラメータ及び需要パラメータのうち少なくとも１つのパラメータに基づいて充電率の値が決定される。以下、車両状態パラメータ等を総称する際には、決定処理パラメータともいう。

車両状態パラメータは、制御装置４と通信可能となった車両、つまり充電ユニット２に接続された車両（以下、接続車両という。）の状態を示すパラメータである。具体的には、車両状態パラメータには、少なくとも車載電池Ｂａの累積使用時間が含まれる。

環境パラメータは、接続車両が駐停車している環境を示すパラメータである。具体的には、環境パラメータには、少なくとも接続車両が駐停車している環境の天気又は気候を示すパラメータが含まれる。

電源パラメータは電源装置３の状態を示すパラメータである。具体的には、電源パラメータには、少なくとも電源装置３の供給可能電力を示すパラメータが含まれる。電源装置３の状態とは、例えば、系統電力源３Ａが停電状態、雨天や曇天等により太陽光発電装置３Ｂが事実上停止した状態、及び据置電池３Ｃの充電率が低く据置電池３Ｃから電力を供給することができない状態等である。

需要パラメータは、接続車両以外の負荷機器の需要応答（デマンドレスポンス）を示すパラメータである。具体的には、需要パラメータには、少なくとも需要応答指令が含まれる。

つまり、需要パラメータは、例えば、系統電力の消費を抑制する需要応答を実施中であるか否か、系統電力の消費を抑制する指令（需要応答指令）が負荷機器又は当該負荷機器の利用者に対して発せられているか否か等が含まれる。

なお、本実施形態では、温度、湿度、日射、電流及び電圧等を示すデータは、ローカルセンサーを用いて直接的に制御装置４に入力されるが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、天気等の情報は、制御装置４が外部のデータベースにアクセスして当該データを取得してもよい。

２．充電率決定処理の具体例、及び車載電池用充電装置の特徴
図２は、決定処理パラメータ（電源パラメータ）が停電状態であるか否を示す場合の充電率決定処理の一例を示すフローチャートである。

図２に示す制御処理は、充電ユニット２に少なくとも１台のＰＶ車両が接続された時に起動し、接続車が０台となったときに停止する。当該制御処理を実行するためのソフトウェアはＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。当該ソフトウェアは、制御装置４（ＣＰＵ）にて実行される。

制御処理が起動されると、図２に示すように、電源パラメータが取得される（Ｓ１）。次に、取得された電源パラメータを利用して系統電力源３Ａが停電状態であるか否かが判定される（Ｓ３）。

Ｓ３にて停電状態ではないと判定されると（Ｓ３：ＮＯ）、平時充電率パターンが選択される（Ｓ５）。Ｓ３にて停電状態であると判定されると（Ｓ３：ＹＥＳ）、停電時充電率パターンが選択される（Ｓ７）。なお、本実施形態では、平時充電率パターン及び停電時充電率パターンは、予めＲＯＭ等の不揮発性記憶部に予め記憶されている。

そして、少なくとも、平時充電率パターンにおける開始充電率は、停電時充電率パターンにおける開始充電率より小さい。つまり、開始充電率が小さい平時においては、停電時に比べて車載電池Ｂａが充電状態となる機会が多くなる。

なお、本実施形態では、平時充電率パターンの開始充電率は２０％であり、停電時充電率パターンの開始充電率は５％である。平時充電率パターンの停止充電率は８０％であり、停電時充電率パターンの停止充電率は１００％である。

そして、停止充電率を従来より高い値（例えば、１００％）とすれば、停止充電率を８０％とした場合に比べて多くの電力を車載電池Ｂａに蓄えることができる。
したがって、系統電力が停電した場合や系統電力から供給可能な電力が制限された場合に、車載電池Ｂａから電力を長時間に亘って供給することができる。つまり、車載電池Ｂａに蓄えられた電力を有効活用することが可能となる。

また、需要パラメータに基づいて開始充電率を決定すれば、消費電力のピークカット及び消費電力のピークシフトにも寄与でき得る。
すなわち、車両、つまり車載電池Ｂａが建物の電源（分電盤）等の外部電源に接続されている場合において、車載電池Ｂａの充電率が開始充電率以下となると、車載電池Ｂａへの充電が開始される。

そして、建物内で消費される電力が最大値となる時間帯（以下、ピーク帯という。）と、充電が開始された時（以下、充電開始時という。）と一致すると、建物全体としての消費電力が著しく増大する可能性がある。

これに対して、充電開始時がピーク帯であるか否かを需要パラメータとして開始充電率を決定することにより、少なくともピーク帯においては、開始充電率を従来より低い値とすることができる。これにより、最大消費電力の増大を抑制する、又は最大消費電力となる時間帯を無制御時のピーク帯からずらすことが可能となる。

また、車両状態パラメータとして充電率を決定すれば、車載電池Ｂａを定期的に充放電させることが可能となるので、車載電池Ｂａの早期劣化を抑制でき得る。
したがって、例えば、累積充放電回数が所定回数に到達した以降において、開始充電率を大きくすれば、充電回数を減らすことができる。延いては、車載電池Ｂａの延命化を図ることができる。

また、例えば、累積充放電回数が所定回数に到達して車載電池Ｂａの寿命が近い場合には、停止充電率を大きくすることにより、当該車載電池Ｂａに積極的に電力を蓄えさせることもできる。

また、環境パラメータにより雨天時や曇天時等が判定された場合には、通常、ＰＶ電力が小さく、余剰電力が少ない可能性がある。このような場合には、開始充電率及び停止充電率を小さくすれば、系統電力源３Ａから車載電池Ｂａに充電電力が供給されることを抑制できる。延いては、需要応答指令等にも対応でき得る。

（第２実施形態）
上述の実施形態に係る制御装置４は、充電制御のみをしたが、本実施形態は、本実施形態に係る制御装置４は、充電制御に加えて放電制御も可能としたものである。

本実施形態に係る制御装置４は、放電停止充電率決定処理、及び放電制御部処理が実行可能である。なお、本実施形態では、放電停止充電率決定処理、及び放電制御部処理は、制御装置４に組み込まれたソフトウェアにより実現される。

放電制御部処理は、放電停止充電率決定処理により決定された充電率の値、及び取得充電率に基づいて車載電池Ｂａからの放電を制御する処理である。放電停止充電率決定処理は、車載電池Ｂａからの放電を終了すべき放電停止充電率の値を決定する処理である。

つまり、放電停止充電率決定処理では、車載電池ＢａからＥＶ車両以外の負荷機器に電力が供給される場合において、電力供給を停止させるべき充電率が決定される。このため、充電ユニット２を介して車載電池Ｂａから電力が負荷機器に供給されている場合において、車載電池Ｂａの充電率が放電停止充電率まで低下すると、制御装置４は、電力供給を停止させる。

放電停止充電率決定処理は、充電率決定処理と同様に、車両状態パラメータ、環境パラメータ、電源パラメータ及び需要パラメータのうち少なくとも１つのパラメータに基づいて放電停止充電率の値を決定する。

したがって、例えば、平時（非停電時）の放電停止充電率２０％とし、停電時の放電停止充電率５％とすれば、停電時に、車載電池Ｂａから多くの電力を負荷機器に供給することができる。

（その他の実施形態）
充電率決定処理は、車載電池Ｂａに充電を開始すべき開始充電率、及び車載電池Ｂａへの充電を停止すべき停止充電率の値を決定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、いずれか一方の充電率のみを決定してもよい。

第２実施形態に係る車載電池用充電装置１は、充電制御及び放電制御が可能であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、放電制御のみを行う車載電池用放電制御装置であってもよい。

上述の実施形態では、車載電池用充電装置１（車載電池用放電制御装置も含む。）毎に制御装置４が設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、複数の車載電池用充電装置１が設けられている場合には、それら複数の車載電池用充電装置１全てを管理制御する中央監視制御部にて制御装置４の機能を担う構成としてよい。また、車載電池用充電装置の機能と車載電池用放電制御装置の機能とを兼ね備える車載電池用充放電制御装置であってもよい。

上述の実施形態では、ソフトウェアにて各処理を実行する処理部が構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各処理を実行する専用のハードウェアにて各処理部を構成してもよい。

上述の実施形態では、据置電池３Ｃから出力される直流電力を直流充電ユニット２Ｅに供給したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、据置電池３Ｃから出力される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を交流充電ユニット２Ａ等に供給してもよい。

上述の実施形態では、据置電池３Ｃから出力される直流電力を充電ユニット２のみに供給していたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、当該直流電力を、例えばＬＥＤ照明等の直流負荷に供給してもよい。

上述の実施形態では、系統電力３Ａ以外の電力源として太陽光発電装置３Ｂを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば風力発電や地熱発電等の再生可能なエネルギーを用いた発電であってもよい。

上述の実施形態では、複数の充電ユニット２が設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

１… 車載電池用充電装置
２… 充電ユニット
３… 電源装置
３Ｂ… 太陽光発電装置
３Ｃ… 据置電池
３Ａ… 系統電力源
３Ｄ… 電池制御部
４… 制御装置

Claims (10)

1. 走行用電力を供給する二次電池（以下、車載電池という。）に蓄えられた電力を、車両以外の負荷機器に出力可能な車両用に適用される車載電池用充電装置において、
   前記車載電池の充電率を取得する充電率取得部と、
   前記車載電池以外の電源（以下、外部電源という。）から電力の供給を受けて当該車載電池に充電する充電部と、
   前記車載電池に充電を開始すべき開始充電率、及び前記車載電池への充電を停止すべき停止充電率のうち少なくとも一方の充電率の値を決定する充電率決定部と、
   前記充電率決定部により決定された充電率の値、及び前記充電率取得部が取得した取得充電率に基づいて前記充電部を制御する充電制御部とを備え、
   前記充電率取得部と通信可能となった車両の状態を示すパラメータを車両状態パラメータとし、当該車両が駐停車している環境を示すパラメータを環境パラメータとし、前記外部電源の状態を示すパラメータを電源パラメータとし、前記負荷機器の需要応答を示すパラメータを需要パラメータとしたとき、
   前記充電率決定部は、前記車両状態パラメータ、前記環境パラメータ、前記電源パラメータ、及び前記需要パラメータのうち少なくとも１つのパラメータに基づいて充電率の値を決定する
   ことを特徴とする車載電池用充電装置。
2. 前記車両状態パラメータには、少なくとも前記車載電池の累積使用時間が含まれることを特徴とする請求項１に記載の車載電池用充電装置。
3. 前記環境パラメータには、少なくとも当該車両が駐停車している環境の天気又は気候を示すパラメータが含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の車載電池用充電装置。
4. 前記電源パラメータには、少なくとも前記外部電源の供給可能電力を示すパラメータが含まれることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の車載電池用充電装置。
5. 前記需要パラメータには、少なくとも需要応答指令が含まれることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の車載電池用充電装置。
6. 走行用電力を供給する二次電池（以下、車載電池という。）に蓄えられた電力を、車両以外の負荷機器に出力可能な車両用に適用される車載電池用放電制御装置において、
   前記車載電池の充電率を取得する充電率取得部と、
   前記車載電池からの放電を終了すべき放電停止充電率の値を決定する放電停止充電率決定部と、
   前記放電停止充電率決定部により決定された充電率の値、及び前記充電率取得部が取得した取得充電率に基づいて前記車載電池からの放電を制御する放電制御部とを備え、
   前記充電率取得部と通信可能となった車両の状態を示すパラメータを車両状態パラメータとし、当該車両が駐停車している環境を示すパラメータを環境パラメータとし、外部電源の状態を示すパラメータを電源パラメータとし、前記負荷機器の需要応答を示すパラメータを需要パラメータとしたとき、
   前記充電率決定部は、前記車両状態パラメータ、前記環境パラメータ、前記電源パラメータ、及び前記需要パラメータのうち少なくとも１つのパラメータに基づいて充電率の値を決定する
   ことを特徴とする車載電池用放電制御装置。
7. 前記車両状態パラメータには、少なくとも前記車載電池の累積使用時間が含まれることを特徴とする請求項６に記載の車載電池用放電制御装置。
8. 前記環境パラメータには、少なくとも当該車両が駐停車している環境の天気又は気候を示すパラメータが含まれることを特徴とする請求項６又は７に記載の車載電池用放電制御装置。
9. 前記電源パラメータには、少なくとも前記外部電源の供給可能電力を示すパラメータが含まれることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の車載電池用放電制御装置。
10. 前記需要パラメータには、少なくとも需要応答指令が含まれることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項に記載の車載電池用放電制御装置。