JP2019071721A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】電動車に蓄えられた電力を停電時に活用可能な電力供給システムを提供する。【解決手段】電力供給システム１Ａは、パワーコンディショナ装置２と、電力の授受および通信が可能となるようにパワーコンディショナ装置２に接続されるとともに、電力の授受が可能となるように電動車ＥＶに接続され、通信によって送られてきたパワーコンディショナ装置２からの動作指令にしたがって電動車ＥＶの駆動用バッテリを充放電させる充放電装置３Ａとを備える。充放電装置３Ａは、起動指令を受け付けたときに、（１）パワーコンディショナ装置２との通信が正常であれば、起動指令を受け付けた旨をパワーコンディショナ装置２に送るとともに、動作指令にしたがって動作し続け、（２）パワーコンディショナ装置２が通電していなければ、動作指令とは無関係に駆動用バッテリを放電させ、放電による電力をパワーコンディショナ装置２に供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車の駆動用バッテリを充放電させる充放電装置を備えた電力供給システムに関する。

従来、電気自動車、ハイブリッドカーおよびプラグインハイブリッドカーのような電動車に搭載された大容量の駆動用バッテリを充放電させる充放電装置を備えた電力供給システムが種々検討されている。

このようなシステムの一例として、特許文献１には、宅外に設置された充電スタンド（充放電装置）と、宅内に設置された分電盤および制御装置と、分電盤に接続された複数の分散電源（太陽光発電装置、蓄電ユニット等）とを備えたシステムが開示されている。このシステムでは、充放電装置のＥＣＵ、蓄電ユニットのＥＣＵ、および分散電源のパワーコンディショナが制御装置にＬＡＮ接続され、制御装置から各部に動作指令が送られる。また、分電盤は、系統および電気負荷にも接続されている。

特許第５５８９８９０号

上記従来のシステムでは、通常、宅内に設置された各部（これには制御装置が含まれる）が系統電力で駆動される。また、上記のシステムでは、制御装置が各部に動作指令を送る。このため、上記のシステムでは、停電により系統電力が低下すると、制御装置が各部に動作指令を送ることができなくなり、その結果、充放電装置に接続された電動車の駆動用バッテリに蓄えられた豊富な電力を活用することができないという問題が発生する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、電動車に蓄えられた電力を停電時に活用可能な電力供給システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電力供給システムは、系統および重要負荷に接続されるパワーコンディショナ装置と、電力の授受および通信が可能となるようにパワーコンディショナ装置に接続されるとともに、電力の授受が可能となるように電動車に接続され、通信によって送られてきたパワーコンディショナ装置からの動作指令にしたがって電動車の駆動用バッテリを充放電させる充放電装置とを備える。そして、充放電装置は、ユーザーによる起動指令を受け付けたときに、（１）パワーコンディショナ装置との通信が正常であれば、起動指令を受け付けた旨を通信でパワーコンディショナ装置に送るとともに、動作指令にしたがって動作する通常動作を継続して行い、（２）パワーコンディショナ装置が通電していなければ、動作指令とは無関係に駆動用バッテリを放電させるとともに、放電による電力をパワーコンディショナ装置に供給する例外動作を行う。

上記の構成では、ユーザーによる起動指令を受け付けたときにパワーコンディショナ装置が通電していなければ、動作指令とは無関係に駆動用バッテリが放電させられるとともに、放電による電力がパワーコンディショナ装置に供給される。したがって、この構成によれば、停電等によりパワーコンディショナ装置が動作することができなくなったとしても、駆動用バッテリの放電電力によってパワーコンディショナ装置を起動して復帰させることができる。そして、その後は、復帰したパワーコンディショナ装置からの動作指令にしたがって充放電装置が駆動用バッテリを放電させ、当該放電による電力を重要負荷に供給することにより、駆動用バッテリに蓄えられた電力を活用することができる。

また、上記の構成では、ユーザーによる起動指令を受け付けたときに充放電装置−パワーコンディショナ装置間の通信が正常であれば（言い換えると、パワーコンディショナ装置が通電し、かつ、通信経路に異常がなければ）、起動指令を受け付けた旨がパワーコンディショナ装置に通知されるとともに、動作指令にしたがって充放電装置が動作し続ける。したがって、この構成によれば、パワーコンディショナ装置が正常に動作しているときに、充放電装置がパワーコンディショナ装置からの指令に基づく動作とは異なる勝手な動作を行ってしまうことを防ぐことができる。

上記電力供給システムの充放電装置は、電力の授受が可能となるようにパワーコンディショナ装置に接続されるとともに、電力の授受が可能となるように電動車に接続される電力変換部と、通信が可能となるようにパワーコンディショナ装置に接続された、電力変換部を制御する制御部と、制御部の電源電圧を生成する制御用電源部と、起動指令を受け付ける起動スイッチとを含む、との構成をとりうる。

この場合、上記制御用電源部は、パワーコンディショナ装置によって生成された電力、および電動車の補機バッテリに蓄えられた電力のいずれかを用いて電源電圧を生成する、との構成をとりうる。

また、この場合、上記制御用電源部は、パワーコンディショナ装置によって生成された電力を優先的に用いて電源電圧を生成することが好ましい。パワーコンディショナ装置によって生成された電力を用いることができるとき、すなわち、停電が発生していない通常時に補機バッテリに蓄えられた電力を消費するのは好ましくないからである。

上記電力供給システムの制御部によるパワーコンディショナ装置が通電しているか否かの判定としては、例えば、（１）パワーコンディショナ装置によって生成された電力における電圧の多寡に基づいた判定、および（２）制御用電源部が、パワーコンディショナ装置によって生成された電力および電動車の補機バッテリに蓄えられた電力のどちらを用いているのかに基づいた判定が考えられる。

本発明によれば、電動車に蓄えられた電力を停電時に活用可能な電力供給システムを提供することができる。

本発明の実施例に係る電力供給システムの概略的な構成を示す図である。 本発明の実施例に係る電力供給システムの充放電装置を構成する制御部の動作フロー図である。 本発明の変形例に係る電力供給システムの充放電装置を構成する制御部の動作フロー図である。 本発明の別の変形例に係る電力供給システムの概略的な構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る電力供給システムの実施例について説明する。

図１に、本発明の実施例に係る電力供給システム１Ａを示す。同図に示すように、電力供給システム１Ａは、家屋Ｈの中（宅内）に設置されたパワーコンディショナ装置２と、家屋Ｈの外（宅外）に設置された充放電装置３Ａとを備えている。

パワーコンディショナ装置２は、系統Ｇ、太陽光発電装置１０、および停電時においても動作させるべき冷蔵庫のような１つ以上の重要負荷１１に接続されている。なお、本発明では、［背景技術］とした従来のシステムにおけるパワーコンディショナ、分電盤および制御装置の機能を併せ持ったようなものをパワーコンディショナ装置と呼ぶ。

充放電装置３Ａは、電力の授受および通信が可能となるようにパワーコンディショナ装置２に接続されている。電力の授受は、電力線Ｌ１を介して行われる。また、通信は、通信線Ｌ２を介して行われる。

充放電装置３Ａは、使用時に、電力の授受および通信が可能となるように電動車ＥＶに接続される。電力の授受は、電力線Ｌ４および電力線Ｌ６を介して行われる。また、通信は、通信線Ｌ５を介して行われる。

充放電装置３Ａから延びた電力線Ｌ４および通信線Ｌ５は、電動車ＥＶの外部に設けられた充電コネクタに充電ガン８を介して着脱自在に接続される。充電コネクタは、電動車ＥＶの内部において不図示の駆動用バッテリおよび当該駆動用バッテリを管理するバッテリ管理装置（ＢＭＵ，Battery Management Unit）等に繋がっている。また、充放電装置３Ａから延びた電力線Ｌ６は、電動車ＥＶの内部に設けられたアクセサリソケットにアクセサリプラグ９を介して着脱自在に接続される。アクセサリソケットは、電動車ＥＶの内部において不図示の補機バッテリに繋がっている。

充放電装置３Ａは、電力線Ｌ１，Ｌ４に接続された電力変換部４と、通信線Ｌ２，Ｌ５に接続された制御部５Ａと、電力線Ｌ６、電力線Ｌ１から分岐した電力線Ｌ３および制御部５Ａに接続された制御用電源部６Ａと、起動スイッチ７とを含んでいる。

電力変換部４は、制御部５Ａの制御下で、電力線Ｌ１から供給された電力（すなわち、パワーコンディショナ装置２が出力した交流電力）を所望の直流電力に変換して電力線Ｌ４から出力するＡＣ→ＤＣ変換動作と、電力線Ｌ４から供給された電力（すなわち、電動車ＥＶに搭載された駆動用バッテリの放電電力）を所望の交流電力に変換して電力線Ｌ１から出力するＤＣ→ＡＣ変換動作とを行う。電力変換部４がＡＣ→ＤＣ変換動作を行うと、駆動用バッテリは充電される。

制御用電源部６Ａは、電力線Ｌ３から供給された電力（すなわち、パワーコンディショナ装置２が出力した交流電力）、および電力線Ｌ６から供給された電力（すなわち、電動車ＥＶに搭載された補機バッテリの放電電力）のいずれかを用いて、制御部５Ａのための電源電圧を生成する。

より詳しくは、制御用電源部６Ａは、電力線Ｌ３から供給された電力を優先的に用いて電源電圧を生成する。言い換えると、制御用電源部６Ａは、パワーコンディショナ装置２が出力した交流電力を用いて電源電圧を生成することができない場合に限って、電動車ＥＶに搭載された補機バッテリの放電電力を用いる。停電が発生してパワーコンディショナ装置２が正常に動作しなくなると、パワーコンディショナ装置２から電力線Ｌ１（Ｌ３）に供給される電力は低下する。このような場合に、制御用電源部６Ａは、パワーコンディショナ装置２が出力した交流電力を用いて電源電圧を生成することができなくなる。

制御部５Ａは、制御用電源部６Ａが生成した電源電圧によって駆動されるマイクロプロセッサ（ＭＰＵ，Micro-processing unit）等からなる。制御部５Ａは、通信線Ｌ２を介して送られてきたパワーコンディショナ装置２からの動作指令、通信線Ｌ５を介して取得した駆動用バッテリの状態、電力線Ｌ１の電圧、および起動スイッチ７のオン／オフ状態に基づいて電力変換部４を制御する。

より具体的には、制御部５Ａは、ユーザーによって起動スイッチ７がオン状態とされると、その旨を通信線Ｌ２を介してパワーコンディショナ装置２に送る（通知する）。これを受けて、パワーコンディショナ装置２は、充放電装置３Ａをどのように動作させるのが適切かを所定の基準および手順に従って判断し、判断結果に応じた動作指令を通信線Ｌ２を介して制御部５Ａに送る（指令する）。そして、制御部５Ａは、受け取った動作指令に基づいて電力変換部４を制御する。

例えば、パワーコンディショナ装置２は、起動スイッチ７がオン状態とされたときに太陽光発電装置１０の発電電力が重要負荷１１が必要とする電力を上回っていれば、電力変換部４にＡＣ→ＤＣ変換動作を行わせることにより、余剰分の電力で電動車ＥＶの駆動用バッテリを充電させる。また、パワーコンディショナ装置２は、起動スイッチ７がオン状態とされたときに太陽光発電装置１０の発電電力が重要負荷１１が必要とする電力を下回っていれば、電力変換部４にＤＣ→ＡＣ変換動作を行わせることにより、不足分を駆動用バッテリの放電電力で補う。このとき、パワーコンディショナ装置２は、駆動用バッテリの放電電力と系統電力とで不足分を補ってもよいし、系統電力のみで不足分を補ってもよい。

制御部５Ａは、電力変換部４にＡＣ→ＤＣ変換動作またはＤＣ→ＡＣ変換動作を行わせる際に、通信線Ｌ５を介して取得した駆動用バッテリの状態（一例として、充電状態（ＳＯＣ，State Of Charge））を参照する。

このように、充放電装置３Ａの制御部５Ａは、パワーコンディショナ装置２からの動作指令にしたがって電力変換部４を制御する。しかしながら、この制御部５Ａの動作には例外がある。図２を参照しながら、この例外的な動作について説明する。

まず、充放電装置３Ａの制御部５Ａは、ステップＳ１−１として、起動スイッチ７がオン状態とされているか否かを判定する。制御部５Ａは、起動スイッチ７がオン状態とされるまでステップＳ１−１を繰り返し実行する。

起動スイッチ７がオン状態とされると（ステップＳ１−１において「Ｙｅｓ」）、制御部５Ａは、ステップＳ１−２として、通信線Ｌ２を介したパワーコンディショナ装置２との通信が正常であるか否かを判定する。通信が正常であるか否かは、例えば、制御部５Ａからの応答要求に対するパワーコンディショナ装置２の応答を制御部５Ａ側において確認することができたか否かに基づいて判定することができるが、判定手法はこれに限定されない。

パワーコンディショナ装置２との通信が正常であれば（ステップＳ１−２において「Ｙｅｓ」）、制御部５Ａは、ステップＳ１−３として、起動スイッチ７がオン状態とされた旨をパワーコンディショナ装置２に通知する。その後、制御部５Ａは、前述の通り、パワーコンディショナ装置２からの動作指令にしたがって電力変換部４を制御する、「通常動作」を行う。

一方、パワーコンディショナ装置２との通信が異常であれば（ステップＳ１−２において「Ｎｏ」）、制御部５Ａは、ステップＳ１−４として、パワーコンディショナ装置２が通電しているか否かを判定する。通電しているか否かは、例えば、パワーコンディショナ装置２によって生成された電力における電圧（すなわち、電力線Ｌ１の電圧）が予め定められた正常範囲内に収まっているか否かに基づいて判定することができるが、判定手法はこれに限定されない。

パワーコンディショナ装置２が通電していない場合は（ステップＳ１−４において「Ｎｏ」）、停電等によりパワーコンディショナ装置２が動作を停止しており、重要負荷１１に必要な電力が供給されていない可能性が高い。したがって、この場合、制御部５Ａは、パワーコンディショナ装置２からの動作指令とは無関係に自らの判断で電力変換部４にＤＣ→ＡＣ変換動作を行わせ、電動車ＥＶに搭載された駆動用バッテリの放電電力をパワーコンディショナ装置２に供給させる、「例外動作」を行う（ステップＳ１−５）。これにより、パワーコンディショナ装置２が起動し、太陽光発電装置１０の発電電力を重要負荷１１に供給したり、充放電装置３Ａに動作指令を送って駆動用バッテリを引き続き放電させたりすることができる。

なお、充放電装置３Ａの制御用電源部６Ａは、電動車ＥＶに搭載された補機バッテリに蓄えられた電力を用いて制御部５Ａのための電源電圧を生成することができる。したがって、制御部５Ａは、パワーコンディショナ装置２に異常が生じているときにも動作することができる。

一方、パワーコンディショナ装置２が通電している場合は（ステップＳ１−４において「Ｙｅｓ」）、パワーコンディショナ装置２からの応答がなかったのは単なる通信異常である可能性が高い。このような場合に、制御部５Ａが自らの判断で電力変換部４を動作させると、パワーコンディショナ装置２が各部に実行させている別の動作との衝突が起きるおそれがある。したがって、この場合、制御部５Ａは、電力変換部４を動作させない。

このように、本実施例に係る電力供給システム１Ａでは、ユーザーによる起動指令を受け付けたときにパワーコンディショナ装置２が通電していなければ、動作指令とは無関係に駆動用バッテリが放電させられるとともに、放電による電力がパワーコンディショナ装置２に供給される。したがって、電力供給システム１Ａによれば、停電等によりパワーコンディショナ装置２が正常に動作することができなくなったとしても、駆動用バッテリの放電電力によってパワーコンディショナ装置２を起動させて復帰させることができる。そして、その後は、復帰したパワーコンディショナ装置２からの動作指令にしたがって充放電装置３Ａが駆動用バッテリを放電させ、当該放電による電力を重要負荷１１に供給することにより、駆動用バッテリに蓄えられた電力を活用することができる。

また、本実施例に係る電力供給システム１Ａでは、ユーザーによる起動指令を受け付けたときに充放電装置３Ａ−パワーコンディショナ装置２間の通信が正常であれば（言い換えると、パワーコンディショナ装置２が通電し、かつ、通信経路に異常がなければ）、起動指令を受け付けた旨がパワーコンディショナ装置２に通知されるとともに、動作指令にしたがって充放電装置３Ａが動作し続ける。したがって、電力供給システム１Ａによれば、パワーコンディショナ装置２が正常に動作しているときに、充放電装置３Ａがパワーコンディショナ装置２からの指令に基づく動作とは異なる独自の動作を行ってしまうことを防ぐことができる。

以上、本発明に係る電力供給システムの実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。

例えば、本発明に係る電力供給システムの制御部は、図３に示すように、ステップＳ１−１に相当するステップＳ２−１、ステップＳ１−４に相当するステップＳ２−２、およびステップＳ１−２に相当するステップＳ２−３の判定結果がすべて「Ｙｅｓ」であった場合に、ステップＳ１−３に相当するステップＳ２−４を実行し、ステップＳ２−２の判定結果が「Ｎｏ」であった場合に、ステップＳ１−５に相当するステップＳ２−５を実行してもよい。

また、本発明に係る電力供給システムは、図４に示した電力供給システム１Ｂのように、充放電装置３Ａの代わりに充放電装置３Ｂを備えていてもよい。充放電装置３Ｂは、制御部５Ａの代わりに制御部５Ｂを含んでいる点、および制御用電源部６Ａの代わりに制御用電源部６Ｂを含んでいる点において充放電装置３Ａと相違している。

制御用電源部６Ｂは、電力線Ｌ３から供給された電力を用いて電源電圧を生成したのか、電力線Ｌ６から供給された電力を用いて電源電圧を生成したのかを制御部５Ｂに通知する。言い換えると、制御用電源部６Ｂは、パワーコンディショナ装置２が出力した交流電力を用いて電源電圧を生成することができたのか否かを制御部５Ｂに通知する。

そして、制御部５Ｂは、電力線Ｌ１の電圧ではなく制御用電源部６Ｂからの通知に基づいて、ステップＳ１−４（図２）またはステップＳ２−２（図３）を実行する。ステップＳ１−４，Ｓ２−２の判定において、電力線Ｌ１の電圧が予め定められた正常範囲内に収まっていることと、パワーコンディショナ装置２が出力した交流電力を用いて制御用電源部６Ｂが電源電圧を生成したこととは等価である。このため、制御部５Ｂは、電力線Ｌ３から供給された電力を用いて電源電圧を生成したのか、電力線Ｌ６から供給された電力を用いて電源電圧を生成したのかを制御用電源部６Ｂから通知されることにより、パワーコンディショナ装置２が通電しているか否かを判定することができる。

また、本発明に係る電力供給システムは、太陽光発電装置に代えて、または太陽光発電装置とともに１つ以上の分散電源がパワーコンディショナ装置に接続されていてもよい。

また、本発明に係る電力供給システムは、電動車ＥＶの内部で充電コネクタと補機バッテリとが繋がっている場合は、アクセサリプラグ９ではなく充電ガン８を介して電力線Ｌ６と補機バッテリとが接続されてもよい。

１Ａ，１Ｂ 電力供給システム
２ パワーコンディショナ装置
３Ａ，３Ｂ 充放電装置
４ 電力変換部
５Ａ，５Ｂ 制御部
６Ａ，６Ｂ 制御用電源部
７ 起動スイッチ
８ 充電ガン
９ アクセサリプラグ
１０ 太陽光発電装置
１１ 重要負荷
ＥＶ 電動車
Ｇ 系統
Ｈ 家屋
Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ６ 電力線
Ｌ２，Ｌ５ 通信線

Claims (5)

1. 系統および重要負荷に接続されるパワーコンディショナ装置と、
   電力の授受および通信が可能となるように前記パワーコンディショナ装置に接続されるとともに、電力の授受が可能となるように電動車に接続され、前記通信によって送られてきた前記パワーコンディショナ装置からの動作指令にしたがって前記電動車の駆動用バッテリを充放電させる充放電装置と、
   を備え、
   前記充放電装置は、ユーザーによる起動指令を受け付けたときに、
   （１）前記パワーコンディショナ装置との通信が正常であれば、前記起動指令を受け付けた旨を前記通信で前記パワーコンディショナ装置に送るとともに、前記動作指令にしたがって動作する通常動作を継続して行い、
   （２）前記パワーコンディショナ装置が通電していなければ、前記動作指令とは無関係に前記駆動用バッテリを放電させるとともに、前記放電による電力を前記前記パワーコンディショナ装置に供給する例外動作を行う
   ことを特徴とする電力供給システム。
2. 前記充放電装置は、
   電力の授受が可能となるように前記パワーコンディショナ装置に接続されるとともに、電力の授受が可能となるように前記電動車に接続される電力変換部と、
   通信が可能となるように前記パワーコンディショナ装置に接続された、前記電力変換部を制御する制御部と、
   前記制御部の電源電圧を生成する制御用電源部と、
   前記起動指令を受け付ける起動スイッチと、
   を含み、
   前記制御用電源部は、前記パワーコンディショナ装置によって生成された電力、および前記電動車の補機バッテリに蓄えられた電力のいずれかを用いて前記電源電圧を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記制御用電源部は、前記パワーコンディショナ装置によって生成された電力を優先的に用いて前記電源電圧を生成する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記制御部は、前記パワーコンディショナ装置によって生成された電力における電圧の多寡に基づいて前記パワーコンディショナ装置が通電しているか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電力供給システム。
5. 前記制御部は、前記制御用電源部が、前記パワーコンディショナ装置によって生成された電力および前記電動車の補機バッテリに蓄えられた電力のどちらを用いているのかに基づいて前記パワーコンディショナ装置が通電しているか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の電力供給システム。

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