JP2019017159A - 電力スタンド - Google Patents

Abstract

【課題】ダブル発電を回避しつつ負荷への電力供給を車載の蓄電池から行って商用系統からの電力供給を抑制することができる電力スタンドを提供する。【解決手段】充放電スタンド２０は、住宅５０と車両６０との間に接続され、蓄電池６１から負荷５１に電力を供給可能である。制御部２５は、太陽光発電システム３０の発電に伴う出力電流を検出する太陽光ＣＴセンサ７０により太陽光発電システム３０による発電を検出した場合に双方向電力変換ユニット２１からの出力を停止するように双方向電力変換ユニット２１を制御するとともに太陽光発電システム３０での発電停止を検出した場合に双方向電力変換ユニット２１からの出力を開始するように双方向電力変換ユニット２１を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、車載の蓄電池から住宅の負荷に電力を供給可能な電力スタンドに関するものである。

Ｖ２Ｈ機器としての充放電スタンドは、蓄電池を搭載した車両と、負荷を有する住宅との間に接続される。電力供給システムとして、住宅の負荷に対し太陽光発電システムからも電力を供給できるように構成することも行われている。この種の電力供給システムが特許文献１に開示されており、手動により切り替えられる切り替えスイッチと、オンオフ状態が相反する第一及び第二スイッチとが備えられている。そして、切り替えスイッチの操作により、車載側蓄電装置からの電力を分電盤に供給できる状態と太陽光発電電力及び商用電源からの電力を分電盤に供給できる状態とに切り替えることができる。また、太陽光発電の有無又は車載型蓄電装置のパワーコンディショナへの接続の有無により、車載側蓄電装置からの電力供給経路、太陽光発電電力及び商用電源からの電力供給経路に設けた第一及び第二スイッチを切り替え制御している。

特開２０１４−１７６２１６号公報

ところで、車載の蓄電池を充放電可能な電力スタンドと、太陽光発電システムとを有するシステムにおいて、太陽光発電電力は系統側に売電することができるが、車載の蓄電池の電力を、電力スタンドを経由して系統側に売電することは禁止されている。住宅で使用される家電等の負荷を車載の蓄電池からの電力で賄って太陽光発電電力は住宅で消費せずに系統側に流す、所謂ダブル発電を行うと、ダブル発電の際の売電価格は一般的な売電価格よりも下がってしまう。

ここで、電力スタンドにおいて、太陽光発電が行われることに伴い逆潮流が発生した場合に住宅側への電力ラインに設けた開閉器を開くと、太陽光発電が停止した時に開閉器を閉じても予め決められた時間（例えば５分間）が経過した後でないと住宅の負荷へ電力供給を行うことができない。そのため、住宅の負荷へは商用系統からの電力供給により賄われることになり、電気代がかさむことになる。つまり、電力スタンドの開閉器を開いて解列した場合、系統連系規定により数分間（例えば５分間）は商用系統、即ち、負荷との再接続が不可となる。その結果、負荷へは車載の蓄電池からではなく商用系統から電力を供給する必要があり電気代がかさむことになる。

本発明の目的は、ダブル発電を回避しつつ負荷への電力供給を車載の蓄電池から行って商用系統からの電力供給を抑制することができる電力スタンドを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、再生可能エネルギーにより発電を行う発電システム及び商用系統から電力供給可能な負荷を有する住宅と、蓄電池を搭載した車両との間に接続され、前記蓄電池から前記負荷に電力を供給可能な電力スタンドであって、前記蓄電池からの放電電力を電力変換して出力する電力変換装置と、前記電力変換装置と前記住宅との接続を遮断する開閉器と、前記電力変換装置及び前記開閉器を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記発電システムの発電に伴う出力電流を検出する電流センサにより、前記発電システムによる発電を検出した場合に前記電力変換装置からの出力を停止するように前記電力変換装置を制御するとともに前記発電システムでの発電停止を検出した場合に前記電力変換装置からの出力を開始するように前記電力変換装置を制御することを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、電流センサにおいて、発電システムの発電に伴う出力電流が検出される。制御装置において、電流センサにより発電システムによる発電を検出した場合に電力変換装置からの出力を停止するように電力変換装置が制御される。また、制御装置において、電流センサにより発電システムでの発電停止を検出した場合に電力変換装置からの出力を開始するように電力変換装置が制御される。

よって、解列した場合には系統連系規定により数分間は系統との再接続が不可となるが、本発明では、解列しないので発電システムでの発電停止を検出した場合に早期に電力変換装置の出力電力を負荷に供給することができる。これにより、負荷に対する電力供給を商用系統からではなく車載の蓄電池からの電力で行うことができ、ダブル発電を回避しつつ負荷への電力供給を車載の蓄電池から行って商用系統からの電力供給を抑制することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の電力スタンドにおいて、前記車両と通信可能に接続され、前記制御装置は、前記電力変換装置からの出力を停止する際に、前記車両に対し終了指令を送出するとよい。

本発明によれば、ダブル発電を回避しつつ負荷への電力供給を車載の蓄電池から行って商用系統からの電力供給を抑制することができる。

実施形態における電力システムの概略構成図。 （ａ）は太陽光パネルの発電量の推移、（ｂ）は負荷消費電力の推移、（ｃ）は充放電スタンドの住宅側への出力の推移、（ｄ）系統からの住宅側への電力供給を示すタイムチャート。 別例の電力システムの概略構成図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電力システム１０は、電力供給源として、太陽光発電システム３０と、商用系統４０と、車両６０に搭載された蓄電池６１を有する。そして、太陽光発電システム３０の発電電力、商用系統４０の系統電力、及び、充放電スタンド２０を介した蓄電池６１の放電による電力を住宅５０の負荷５１に供給することができるようになっている。

太陽光発電システム３０は太陽光パネル３１とパワーコンディショナ３２を有する。太陽光パネル３１は、太陽光を受けて発電して直流電力を出力する。パワーコンディショナ３２は、太陽光パネル３１による発電電力を交流に電力変換して出力する。

住宅５０は、負荷５１と分電盤５５と制御装置５２を有する。分電盤５５に負荷５１が接続されている。分電盤５５に商用系統４０が接続されている。住宅５０に対し商用系統４０から、例えば１００Ｖ若しくは２００Ｖの交流電力が負荷５１に供給可能となっている。分電盤５５に太陽光発電システム３０のパワーコンディショナ３２が接続されている。住宅５０に対し太陽光発電システム３０から交流電力が負荷５１に供給可能となっている。

電力システム１０は、電流センサとしての太陽光ＣＴセンサ７０を備える。太陽光ＣＴセンサ７０は、太陽光パネル３１による発電時のパワーコンディショナ３２の出力電流を検出する。

充放電スタンド２０は、住宅５０と車両６０との間に接続される。つまり、充放電スタンド２０は、車両と住宅を接続するＶ２Ｈ（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｈｏｍｅ）機器である。充放電スタンド２０は、車両６０に搭載された蓄電池６１の充放電を制御する。車両６０は電気自動車（ＥＶ）等であり、走行中においては蓄電池６１の放電が行われる。

車両６０には蓄電池６１、走行モータ等の負荷６２、制御部６３が搭載されている。直流電源である蓄電池６１は、高圧、例えば３００Ｖの二次電池であり、具体的には例えばリチウムイオン二次電池が使用される。制御部６３により蓄電池６１の電力で走行モータ等の負荷６２を駆動できるようになっている。

充放電スタンド２０は、双方向電力変換ユニット２１と、制御部２５を備える。双方向電力変換ユニット２１は、ＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）２２とＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）２３を有し、ＤＣ／ＤＣ変換器２２とＤＣ／ＡＣ変換器２３とは直列に接続されている。

ＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）２２及びＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）２３は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチング素子を用いて構成されており、半導体スイッチング素子のオンオフ制御（デューティ制御）により出力が調整される。ＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）２２において、例えば蓄電池６１の電圧（１５０〜４５０Ｖ）が一定の電圧に変換される。

双方向電力変換ユニット２１は、住宅５０と接続されている。即ち、ＤＣ／ＡＣ変換器２３が住宅５０の分電盤５５と接続されている。住宅５０に対し充放電スタンド２０の双方向電力変換ユニット２１から交流電力が負荷５１に供給可能となっている。つまり、電力変換装置としての双方向電力変換ユニット２１は、蓄電池６１からの放電電力を電力変換して負荷５１に出力することができるようになっている。

また、充放電スタンド２０には開閉器（リレー）２４が備えられている。開閉器２４は充放電スタンド２０のＤＣ／ＡＣ変換器２３と住宅５０の分電盤５５とを繋ぐ電力ラインに挿入されている。制御部２５は開閉器２４を制御する。具体的には停電時に開閉器２４を開く。

充放電スタンド２０と車両６０とはインターフェイスとしてのケーブル付コネクタを用いて接続される。詳しくは、車両６０に設けられたインレットに対し充放電スタンド２０から延びるケーブル付コネクタを挿入する。これにより、充放電スタンド２０のＤＣ／ＤＣ変換器２２と車両６０の蓄電池６１とが接続されるとともに、充放電スタンド２０の制御部２５と車両６０の制御部６３とが通信可能に接続される。

具体的には、例えばＣＨＡｄｅＭＯ方式に対応する車両は制御部６３が蓄電池６１の充電率（ＳＯＣ）を常に監視しており、ケーブル付コネクタに備わる通信線を介して充放電スタンド２０に蓄電池６１の充電率（ＳＯＣ）を通知することができるようになっている。

充放電スタンド２０において制御部２５は双方向電力変換ユニット２１を制御して車両６０の蓄電池６１の電力を、双方向電力変換ユニット２１を介して住宅５０の負荷５１に供給して車両６０の蓄電池６１の放電電力で住宅５０の負荷５１を駆動することができる。

また、制御部２５は双方向電力変換ユニット２１を制御して商用系統４０の電力で双方向電力変換ユニット２１を介して車両６０の蓄電池６１を充電することができるようになっている。

なお、住宅５０において商用系統４０への電力ラインには逆潮防止用電流センサとしての系統ＣＴセンサ７１が設けられ、系統ＣＴセンサ７１が逆潮を検出すると商用系統４０側への放電動作を停止させるようになっている。

次に、作用について説明する。
太陽光発電システム３０のパワーコンディショナ３２の出口に取り付けた太陽光ＣＴセンサ７０により太陽光発電を監視している。

太陽光ＣＴセンサ７０により発電が検出されると、制御装置５２において充放電スタンド２０の制御部２５に放電停止信号が送信される。制御部２５は、放電停止信号を受信すると、双方向電力変換ユニット２１からの出力を停止するように双方向電力変換ユニット２１を制御する。詳しくは、ＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）２２に放電停止信号を送信し、ＤＣ／ＤＣ変換器２２は放電停止信号を受信すると直流電力の出力を停止する。具体的には、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる。

また、充放電スタンド２０は車両６０と通信可能に接続されており、制御部２５は、双方向電力変換ユニット２１からの出力を停止する際に車両６０に対し終了指令を送出する。車両６０の制御部６３は終了指令を受けて、それまでの放電モードを解除する。

制御装置５２と制御部２５とは、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）で通信される。また、制御部２５とＤＣ／ＤＣ変換器２２とは、例えばＣＡＮで通信される。
太陽光ＣＴセンサ７０により太陽光発電システム３０での発電停止を検出した場合には、制御部２５は、双方向電力変換ユニット２１からの出力を開始するようにＤＣ／ＤＣ変換器２２を制御する。

このようにして太陽光発電を検出すると双方向電力変換ユニット２１からの出力を停止させることによってダブル発電を抑止することにより、太陽光発電システム３０による発電電力の買取単価が向上するという効果を得つつ、逆潮流検出前に放電を停止することで頻繁な充放電スタンド２０での解列を予防する。

以下、より具体的に説明する。
図２（ａ）〜（ｄ）において上から順に、太陽光パネル３１の発電量の推移、住宅５０の負荷５１の消費電力の推移、充放電スタンド２０の住宅５０側への出力の推移、商用系統４０からの住宅５０側への電力供給を示す。

図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、ｔ１のタイミングまでは負荷がゼロであるとともに太陽光パネル３１の発電量もゼロである。
その後、ｔ１のタイミングで負荷５１の電力消費が所定のＡｋＷとなる。以後、負荷５１の電力消費がＡｋＷとなる。

その後、ｔ２のタイミングで太陽光パネル３１が発電して徐々に発電量が増加していき、ｔ４のタイミングで発電量が所定のＢｋＷとなる。その後のｔ５のタイミングまでは太陽光パネル３１の発電量がＢｋＷとなる。

充放電スタンド２０においてｔ１〜ｔ２の期間において負荷５１の電力消費分のＡｋＷの出力動作が実行される。
そして、ｔ２のタイミングで、太陽光ＣＴセンサ７０により、太陽光パネル３１による発電時のパワーコンディショナ３２の出力電流が検出される。すると、制御部２５は、太陽光ＣＴセンサ７０により太陽光パネル３１による発電が検出されたとして双方向電力変換ユニット２１からの出力を停止するように制御する。

そして、ｔ２〜ｔ３の期間においては、太陽光発電電力だけでは負荷５１で必要とされる電力が不足するので、商用系統４０からの電力により負荷５１で消費される電力が補われる。

さらに、ｔ３のタイミングにおいて太陽光発電電力が負荷５１で消費される電力分を上回り、ｔ４のタイミングで太陽光発電電力がＢｋＷとなる。ｔ３〜ｔ４の期間においては、余剰分の太陽光発電電力が売電に供され、ｔ４のタイミング以降は、太陽光パネル３１の発電量がＢｋＷであるので、そのうちのＡｋＷが負荷５１で消費され、残りの（Ｂ−Ａ）ｋＷが売電される。

その後、ｔ５のタイミングで太陽光パネル３１の発電量がゼロとなり発電停止を検出すると、制御部２５は、ＤＣ／ＤＣ変換器２２の駆動を開始して双方向電力変換ユニット２１において負荷５１の電力消費分のＡｋＷの出力動作を実行させる。

太陽光発電が行われると同時に車載の蓄電池６１の放電動作が行われると（ダブル発電が行われると）、太陽光発電の買取単価が低下する。
ダブル発電を抑止するために太陽光発電が検出できる位置に太陽光ＣＴセンサ７０を接続し、太陽光発電の状況を監視することで太陽光発電を検出後に、充放電スタンド２０の放電処理を停止する。つまり、図２においてｔ２のタイミングで売電が可能となるが、ｔ２のタイミングでの逆潮流検出前に双方向電力変換ユニット２１からの出力を停止する。

また、太陽光発電及び車載の蓄電池からの放電が両方行われる場合、太陽光の発電量は天候によって瞬時に変化するため、逆潮流検出が頻繁に発生する可能性がある。逆潮流が発生すると、蓄電池の放電による電力出力を停止しなければならず蓄電池の出力の追従性に問題がある。本実施形態においては、図１の開閉器２４が頻繁に開閉動作されずにＤＣ／ＤＣ変換器２２の半導体スイッチング素子を制御するのでメカニカルスイッチである開閉器２４の劣化が防止できる。

比較例として、太陽光発電による電力が出力されると充放電スタンド２０に設けられたメカニカルスイッチである開閉器２４を開ける場合について検討する。
この場合には、図２（ｃ）において仮想線で示すスイッチ方式のごとく、停電が発生したとみなされて太陽光発電が停止した時に開閉器２４を閉じても予め決められた時間Ｔ１０（例えば５分間）が経過したｔ１０のタイミング以降でないと住宅５０の負荷５１へ電力供給を行うことができない。つまり、開閉器２４を遮断（解列）すると、系統連系規定により数分間（例えば５分間）は充放電スタンド２０を商用系統及び負荷に再接続できずに充放電スタンド２０から負荷５１に対し電力供給ができない。その結果、図２（ｄ）において仮想線で示すスイッチ方式のごとく、負荷５１へは蓄電池６１からではなく商用系統４０から電力を供給する必要がある。そのため電気代がかさむことになる。

これに対し本実施形態においては、ＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）２２の出力を停止することにより充放電スタンド２０に設けられたメカニカルスイッチである開閉器２４は開けない。よって、開閉器２４による遮断（解列）は行われずに、系統連系規定により数分間（例えば５分間）は充放電スタンド２０を商用系統及び負荷に再接続できないということを回避できる。ゆえに、図２（ｃ）において実線で示すごとく、充放電スタンド２０から負荷５１に対し電力を供給することができ、その結果、負荷５１へは蓄電池６１から電力を供給できるために図２（ｄ）において実線で示すごとく、負荷５１に対し商用系統４０から電力を供給する必要がなく、電気代がかさむことが回避できる。

このようにして、ダブル発電を回避しつつ負荷への電力供給を車載の蓄電池から行って商用系統からの電力供給を抑制することができる。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）電力スタンドとしての充放電スタンド２０の構成として、再生可能エネルギーにより発電を行う発電システムとしての太陽光発電システム３０及び商用系統４０から電力供給可能な負荷５１を有する住宅５０と、蓄電池６１を搭載した車両６０との間に接続される。充放電スタンド２０は、蓄電池６１から負荷５１に電力を供給可能である。充放電スタンド２０は、蓄電池６１からの放電電力を電力変換して出力する電力変換装置としての双方向電力変換ユニット２１と、双方向電力変換ユニット２１と住宅５０との接続を遮断する開閉器２４と、双方向電力変換ユニット２１及び開閉器２４を制御する制御装置としての制御部２５を備える。制御部２５は、太陽光発電システム３０の発電に伴う出力電流を検出する電流センサとしての太陽光ＣＴセンサ７０により、太陽光発電システム３０による発電を検出した場合に双方向電力変換ユニット２１からの出力を停止するように双方向電力変換ユニット２１を制御する。また、制御部２５は、太陽光ＣＴセンサ７０により太陽光発電システム３０での発電停止を検出した場合に双方向電力変換ユニット２１からの出力を開始するように双方向電力変換ユニット２１を制御する。

よって、一定時間逆潮流を検出後に開閉器（リレー）を遮断して解列した場合には系統連系規定により数分間は商用系統との再接続が不可となり、負荷へは車載の蓄電池からではなく商用系統から電力を供給する必要があり、電気代がかさむことになる。本実施形態では、解列しないので太陽光発電システム３０での発電停止を検出した場合に早期に双方向電力変換ユニット２１の出力電力を負荷に供給することができる。これにより、負荷５１に対する電力供給を商用系統４０からではなく蓄電池６１からの電力で行うことができ、電気代の低減を図ることができる。その結果、ダブル発電を回避しつつ負荷への電力供給を車載の蓄電池から行って商用系統からの電力供給を抑制することができる。

（２）電力スタンドとしての充放電スタンド２０は、車両６０と通信可能に接続されている。充放電スタンド２０において、制御部２５は、双方向電力変換ユニット２１からの出力を停止する際に、車両６０に対し終了指令を送出する。よって、車両６０側においても終了モードとなり、暗電流の低減等を図ることができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 図１では電流センサ信号を住宅の制御装置５２に取り込んで、充放電スタンド２０の制御部２５に停止指示を出す方式であったが、図１に代わり図３に示す構成としてもよい。図３においては、太陽光ＣＴセンサ７０の電流検出信号を充放電スタンド２０の制御部２５に直接取り込んで、双方向電力変換ユニット２１からの出力を停止するようにしてもよい。

○ 上記実施形態では、再生可能エネルギーにより発電を行う発電システムとして、太陽光発電システム３０であったが、これに代わり、風力発電システムや水力発電システム等でもよい。

２０…充放電スタンド（電力スタンド）、２１…双方向電力変換ユニット（電力変換装置）、２４…開閉器、２５…制御部（制御装置）、３０…太陽光発電システム（発電システム）、４０…商用系統、５０…住宅、５１…負荷、６０…車両、６１…蓄電池、７０…太陽光ＣＴセンサ（電流センサ）。

Claims (2)

1. 再生可能エネルギーにより発電を行う発電システム及び商用系統から電力供給可能な負荷を有する住宅と、蓄電池を搭載した車両との間に接続され、前記蓄電池から前記負荷に電力を供給可能な電力スタンドであって、
   前記蓄電池からの放電電力を電力変換して出力する電力変換装置と、
   前記電力変換装置と前記住宅との接続を遮断する開閉器と、
   前記電力変換装置及び前記開閉器を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記発電システムの発電に伴う出力電流を検出する電流センサにより、前記発電システムによる発電を検出した場合に前記電力変換装置からの出力を停止するように前記電力変換装置を制御するとともに前記発電システムでの発電停止を検出した場合に前記電力変換装置からの出力を開始するように前記電力変換装置を制御することを特徴とする電力スタンド。
2. 前記車両と通信可能に接続され、
   前記制御装置は、前記電力変換装置からの出力を停止する際に、前記車両に対し終了指令を送出することを特徴とする請求項１に記載の電力スタンド。