JP2019134518A - キュービクル - Google Patents

Abstract

【課題】急速充電器を小型化して、コンビニの駐車場のレイアウトの自由度を高めることのできるキュービクルを提供すること。【解決手段】コンビニ店舗１０に隣接して設置され、コンビニ店舗１０内の照明器具、及びコンビニ店舗１０の動力機器に電気を供給する一般絶縁トランス２１を有するキュービクル２０において、一般絶縁トランス２１とは別個に、ＥＶ自動車の二次電池を充電する急速充電器３０に電気を供給する充電絶縁トランス２２を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、店舗に隣接して設置され、店舗内の照明器具、及び店舗内の動力機器に電気を供給する一般絶縁トランスを有するキュービクルに関するものである。

従来、コンビニエンスストア（コンビニ）等の店舗においては、大きな電力を消費するため、給電線から高圧電流（例えば、６６００Ｖ）を直接供給して、絶縁トランスで降圧することが行われている。そのような絶縁トランスは、店舗に隣接して設置されるキュービクル内に設けられている。コンビニ等のキュービクルの絶縁トランスは、店舗内の照明器具に電気（単相１００Ｖ）を供給すると共に、店舗内の動力機器に電気（３相２００Ｖ、単相２００Ｖ、単相１００Ｖ）を供給する。

電気自動車の普及に伴い、自宅で長時間かけて充電するための通常充電装置とは別に、短時間で充電可能な急速充電器の需要が高まっている。急速充電器は、ガソリンスタンドとは異なり安全性が高いため、普通のコンビニ等の駐車場内に設置することが可能である。急速充電器には、大電流を流す必要があり、高圧電流６６００Ｖを降圧して使用している。
図５に、従来のコンビニに設置した急速充電器のシステム図を示す。
コンビニ店舗１００内では、電灯、空調機、冷凍機等の一般負荷１０１が設置され、電気を消費している。電気（３相２００Ｖ、単相２００Ｖ、単相１００Ｖ）は、コンビニ店舗１００に隣接して設置されているキュービクル２００内に設けられた一般負荷用の一般絶縁トランス２０１から供給されている。
キュービクル２００は、電柱２０３から、受電点２０２を介して、電気（３相６６００Ｖ）の供給を受けている。

コンビニ店舗１００の駐車場内に、急速充電器３００が設置されている。急速充電器３００には、ケーブル３０２を介して、ＥＶ自動車と接続するためのコネクタ３０１が接続されている。
図６に、急速充電器３００内の電気回路の構成を示す。一般絶縁トランス２０１の３相２２０Ｖ出力には、ＡＣ／ＤＣ整流器３１１、及び直流電源３１９が並列に接続されている。
ＡＣ／ＤＣ整流器３１１には、ＤＣ／ＡＣインバータ３１２が接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ３１２には、絶縁トランス３１３が接続されている。絶縁トランス３１３には、ＡＣ／ＤＣ整流器３１４が接続されている。ＡＣ／ＤＣ整流器３１４には、ケーブル３０２内の電線３２１が接続され、電線３２１は、電流計３１５、ダイオード３１６を介して、コネクタ３０１内の接点３２３に接続されている。また、ＡＣ／ＤＣ整流器３１４には、ケーブル３０２内の電線３２２が接続され、コネクタ３０１内の接点３２４に接続されている。電線３２１と電線３２２の間には、電圧計３１７が接続されている。また、電線３２１と電線３２２の間には、漏電を検出するための地絡検出回路３１８が接続されている。
一方、直流電源３１９には、キュービクル内の電装品を制御するための制御電源３２０が接続されている。

図６に示す回路は、一般的なＡＣ／ＤＣ変換のためのスイッチング方式の回路である。
ＡＣ／ＤＣ整流器３１１は、ＡＣ電圧を直接、整流・平滑を行い、ＤＣ電圧を生成する。次に、ＤＣ／ＡＣインバータ３１２は、このＤＣ電圧でスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦして、チョッピングを行い、高周波トランスである絶縁トランス３１３を介して、高周波で矩形波のＡＣ電圧に変換する。ＡＣ／ＤＣ整流器３１４は、この高周波のＡＣ電圧を高速の整流ダイオードで整流後、出力コンデンサで平滑化してＤＣ電圧を出力する。
ここで、電気供給系統の途中に、絶縁トランス３１３を備えることにより、急速充電器３００で電気的なトラブルが発生した場合でも、一般絶縁トランス２０１に影響が及ぶことを回避している。

特許文献１には、急速充電器内に設備用蓄電池を備え、常に、設備用蓄電池を充電した状態にしておいて、ＥＶ自動車に対しては、設備用蓄電池から電流を供給することが記載されている。このような電気的構成を採用すれば、急速充電器側に絶縁トランスを設ける必要がない。ＥＶ自動車と接続するのは、設備用蓄電池であり、絶縁トランスがなくても、急速充電器で電気的なトラブルが発生した場合でも、一般絶縁トランスに影響が及ぶことはない。
特許文献２も、急速充電器内に二次電池を備えており、内容としては、特許文献１と同じである。

特許第3211323号公報 特開2012-34488号公報

しかしながら、従来の急速充電器システムには、次のような問題があった。
すなわち、図５に示すシステムにおいては、急速充電器３００内に絶縁トランス３１３が設けられているため、急速充電器が大型化し、コンビニの駐車場に設置するときに、駐車場のレイアウトに影響を与え、駐車場のレイアウトの自由度を奪う問題があった。
また、特許文献１、２の急速充電器では、設備用蓄電池または二次電池が大きなスペースを必要とするため、絶縁トランスがなくても、急速充電器が大型化し、コンビニの駐車場に設置するときに、駐車場のレイアウトに影響を与え、駐車場のレイアウトの自由度を奪う問題は残っていた。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、急速充電器を小型化して、コンビニの駐車場のレイアウトの自由度を高めることのできるキュービクルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のキュービクルは、次のような構成を有している。
（１）店舗に隣接して設置され、店舗内の照明器具、及び店舗内の動力機器に電気を供給する一般絶縁トランスを有するキュービクルにおいて、一般絶縁トランスとは別個に、自動車の二次電池を充電する急速充電器に電気を供給する充電絶縁トランスを備えること、を特徴とする。
（２）（１）に記載のキュービクルにおいて、ＡＣ遮断器、ＡＣ／ＤＣ整流器、及びＤＣ遮断器を備えること、を特徴とする。
（３）（２）に記載のキュービクルにおいて、充電絶縁トランスは、キュービクルが供給する直流電圧値に１００Ｖプラスした交流実効値（電圧）に変圧すること、を特徴とする。

本発明のキュービクルは、次のような作用、及び効果を奏する。
（１）店舗に隣接して設置され、店舗内の照明器具、及び店舗内の動力機器に電気を供給する一般絶縁トランスを有するキュービクルにおいて、一般絶縁トランスとは別個に、自動車の二次電池を充電する急速充電器に電気を供給する充電絶縁トランスを備えること、を特徴とするので、コンビニ店舗に隣接して設置されるキュービクルは、充電絶縁トランスを備える分、大型化するが、急速充電器は、絶縁トランスがなくなった分、小型化できるため、コンビニの駐車場のレイアウトの自由度を高めることができる。
すなわち、キュービクルは、店舗に隣接して設けられているため、大型化してもあまり問題はない。それに対し、駐車場内に設けられる急速充電器は、小型化すると、コンビニの駐車場のレイアウトの自由度を大きく高めることができるのである。

（２）（１）に記載のキュービクルにおいて、ＡＣ遮断器、ＡＣ／ＤＣ整流器、及びＤＣ遮断器を備えること、を特徴とするので、コンビニ店舗に隣接して設置されるキュービクルは、ＡＣ遮断器、ＡＣ／ＤＣ整流器、及びＤＣ遮断器を備える分、大型化するが、急速充電器は、ＡＣ遮断器、及びＡＣ／ＤＣ整流器がなくなった分、小型化できるため、コンビニの駐車場のレイアウトの自由度を高めることができる。
ここで、キュービクルから急速充電器に、直流５００Ｖの電気を供給することになり、途中のケーブル等でトラブル等が発生したときに、速やかに送電を中断するために、ＤＣ遮断器をキュービクル内に設けている。

（３）（２）に記載のキュービクルにおいて、充電絶縁トランスは、キュービクルが供給する直流電圧値に１００Ｖプラスした交流実効値に変圧すること、を特徴とする。
急速充電器からＥＶ自動車に供給する電気は例えば、直流５００Ｖである。ＡＣ／ＤＣ整流器において、充電絶縁トランスから出力された電気を直流５００Ｖに変換するときに、充電絶縁トランスから供給される交流実効値（電圧）が６００Ｖであると、約１００Ｖ降圧するだけなので、ＡＣ／ＤＣ整流器にかかる負担が減少するため、ＡＣ／ＤＣ整流器から平滑度の高い安定した直流電圧を供給することができる。
なお、現在の急速充電器では、最大電流が直流５００Ｖとなっているが、今後、直流電圧をより高圧化して充電時間を短縮することが計画されている。そのような場合にも、供給される直流電圧値に、１００Ｖをプラスした交流実効値を供給すると良い。

本発明の第１の実施形態のキュービクル２０を使用するコンビニに設置した急速充電器３０のシステム図である。 急速充電器３０内の電気回路の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態のキュービクル４０を使用するコンビニに設置した急速充電器３０のシステム図である。 キュービクル４０内の電気回路の構成を示す図である。 従来のコンビニに設置した急速充電器のシステム図である。 従来の急速充電器３００内の電気回路の構成を示す図である。

本発明の第１実施形態であるキュービクル２０を使用するコンビニに設置した急速充電器３０のシステム図を図１に示す。
コンビニ店舗１０内では、電灯、空調機、冷凍機等の一般負荷１１が設置され、電気を消費している。電気（３相２００Ｖ、単相２００Ｖ、単相１００Ｖ）は、コンビニ店舗１０に隣接して設置されているキュービクル２０内に設けられた一般負荷用の一般絶縁トランス２１から供給されている。
さらに、キュービクル２０内には、一般絶縁トランス２１とは別個に、ＥＶ自動車等の二次電池を充電する急速充電器３０に電気を供給する充電絶縁トランス２２を備えている。
キュービクル２０は、電柱２３から、受電点２４を介して、電気（３相６６００Ｖ）の供給を受けている。
コンビニ店舗１０の駐車場内に、急速充電器３０が設置されている。急速充電器３０には、ケーブル３０２を介して、ＥＶ自動車と接続するためのコネクタ３０１が接続されている。

図２に、急速充電器３０内の電気回路の構成を示す。充電絶縁トランス２２の３相２２０Ｖ出力には、ＡＣ／ＤＣ整流器３１、及び直流電源３７が並列に接続されている。
ＡＣ／ＤＣ整流器３１には、ＤＣ／ＡＣコンバータ３２が接続されている。ＤＣ／ＡＣコンバータ３２には、ケーブル３０２内の電線３２１が接続され、電線３２１は、電流計３１５、ダイオード３１６を介して、コネクタ３０１内の接点３２３に接続されている。また、ＡＣ／ＤＣ整流器３１には、ケーブル３０２内の電線３２２が接続され、コネクタ３０１内の接点３２４に接続されている。電線３２１と電線３２２の間には、電圧計３１７が接続されている。また、電線３２１と電線３２２の間には、地絡検出回路３１８が接続されている。
一方、直流電源３７には、キュービクル２０内の電装品を制御するための制御電源３８が接続されている。

図２に示す回路は、一般的なＡＣ／ＤＣ変換のためのスイッチング方式の回路である。
ＡＣ／ＤＣ整流器３１は、ＡＣ電圧を直接、整流・平滑を行い、５００ＶのＤＣ電圧を生成する。次に、ＤＣ／ＡＣコンバータ３２は、ＡＣ／ＤＣ整流器３１から入力されたＤＣ５００Ｖの電圧を、ＥＶ自動車のＥＣＵから指定された所定の直流電圧に変換して出力する。
ＤＣ／ＡＣコンバータ３２は、トランスを備えない非絶縁型コンバータであり、ＭＯＳＦＥＴによりスイッチングを行う降圧コンバータである。
急速充電器３０で電気的なトラブルが発生した場合には、充電絶縁トランス２２に影響を及ぼすことはあるが、一般絶縁トランス２１に影響が及ぶことを回避している。

以上説明したように、本実施形態のキュービクル２０によれば、（１）コンビニ店舗１０に隣接して設置され、コンビニ店舗１０内の照明器具、及びコンビニ店舗１０の動力機器に電気を供給する一般絶縁トランス２１を有するキュービクル２０において、一般絶縁トランス２１とは別個に、ＥＶ自動車の二次電池を充電する急速充電器３０に電気を供給する充電絶縁トランス２２を備えること、を特徴とするので、コンビニ店舗１０に隣接して設置されるキュービクル２０は、充電絶縁トランス２２を備える分、大型化するが、急速充電器３０は、絶縁トランスがなくなった分、小型化できるため、コンビニ店舗１０の駐車場のレイアウトの自由度を高めることができる。
すなわち、キュービクル２０は、コンビニ店舗１０に隣接して設けられているため、大型化してもあまり問題はない。それに対し、駐車場内に設けられる急速充電器３０は、小型化すると、コンビニ店舗１０の駐車場のレイアウトの自由度を大きく高めることができるのである。

次に、本発明の第２実施形態であるキュービクル４０について説明する。キュービクル４０を使用するコンビニに設置した急速充電器３０のシステム図を図３に示す。
コンビニ店舗１０内では、電灯、空調機、冷凍機等の一般負荷１１が設置され、電気を消費している。電気（３相２００Ｖ、単相２００Ｖ、単相１００Ｖ）は、コンビニ店舗１０に隣接して設置されているキュービクル４０内に設けられた一般負荷用の一般絶縁トランス４１から供給されている。
さらに、キュービクル４０内には、一般絶縁トランス４１とは別個に、ＥＶ自動車等の二次電池を充電する急速充電器３０に電気を供給する充電絶縁トランス４２を備えている。

充電絶縁トランス４２の出力端子には、ＡＣ遮断器４３の入力端子が接続され、ＡＣ遮断器４３の出力端子には、ＡＣ／ＤＣ整流器４４の入力端子が接続され、ＡＣ／ＤＣ整流器４４の出力端子には、ＤＣ遮断器４５の入力端子が接続している。ＤＣ遮断器４５の出力端子は、外部ケーブル４６により、急速充電器３０と接続されている。
ＡＣ遮断器４３は、ＡＣ遮断器４３内を異常電流が流れたときに、回線の接続を遮断する。ＤＣ遮断器４５は、ＤＣ遮断器４５内を異常電流が流れたときに、回線の接続を遮断する。
キュービクル４０は、電柱４７から、受電点４８を介して、電気（３相６６００Ｖ）の供給を受けている。
コンビニ店舗１０の駐車場内に、急速充電器３０が設置されている。急速充電器３０には、ケーブル３０２を介して、ＥＶ自動車と接続するためのコネクタ３０１が接続されている。

図４に、キュービクル４０内の電気回路の構成を示す。充電絶縁トランス４２の３相２２０Ｖ出力には、ＡＣ遮断器４３を介して、ＡＣ／ＤＣ整流器４４が接続されている。ＡＣ／ＤＣ整流器４４には、ＤＣ遮断器４５が接続されている。ＤＣ遮断器４５は、直流高圧電流を緊急遮断するための直流高電圧ノーヒューズ遮断器であり、二重ループ構造の４極ブレーカを備える遮断器である。
ＤＣ遮断器４５の作用を説明する。ケーブル４６で短絡事故が発生し、ＤＣ遮断器４５に短絡電流が流れると、内部の電流検出装置が、ブレーカの開閉機構を動作させて、可動子が開極し、可動接点、固定接点間に電流遮断アークが発生する。アークを消孤グリッドへ駆動することによって、可動接点、固定接点間のアーク電圧を上げて、回路インピーダンスを瞬時に増加させて短絡電流を遮断する。

図４に示す回路は、一般的なＡＣ／ＤＣ変換のためのトランス方式の回路である。充電絶縁トランス４２では、受電した３相６６００Ｖの交流電圧を、３相６００Ｖの実行交流電圧に変換している。６００Ｖとしているのは、急速充電器３０で使用される直流電圧が５００Ｖであり、それと近い電圧値である交流実効値６００Ｖとすることにより、約１００Ｖ降圧するだけなので、ＡＣ／ＤＣ整流器４４にかかる負担が減少するため、ＡＣ／ＤＣ整流器４４から平滑度の高い安定した直流電圧を供給することができるからである。

ＡＣ／ＤＣ整流器４４は、ＡＣ電圧を直接、整流・平滑を行い、５００ＶのＤＣ電圧を生成する。生成した直流電圧５００Ｖの電流を、ＤＣ遮断器４５、及びケーブル４６を介して、急速充電器３０に供給している。
急速充電器３０で電気的なトラブルが発生した場合には、充電絶縁トランス４２に影響を及ぼすことはあるが、一般絶縁トランス４１に影響が及ぶことを回避している。

以上説明したように、第２実施形態のキュービクル４０によれば、（２）（１）に記載のキュービクルにおいて、ＡＣ遮断器４３、ＡＣ／ＤＣ整流器４４、及びＤＣ遮断器４５を備えること、を特徴とするので、コンビニ店舗１０に隣接して設置されるキュービクル４０は、ＡＣ遮断器４３、ＡＣ／ＤＣ整流器４４、及びＤＣ遮断器４５を備える分、大型化するが、急速充電器３０は、ＡＣ遮断器、及びＡＣ／ＤＣ整流器がなくなった分、小型化できるため、コンビニ店舗１０の駐車場のレイアウトの自由度を高めることができる。
ここで、キュービクル４０から急速充電器３０に、直流電圧５００Ｖの電流を供給することになり、途中のケーブル４６等でトラブル等が発生したときに、速やかに送電を中止するために、ＤＣ遮断器４５をキュービクル４０内に設けている。

また、キュービクル４０によれば、（３）（２）に記載のキュービクルにおいて、充電絶縁トランス４２は、出力電圧をキュービクルが供給する直流電圧値に１００Ｖプラスした交流実効値（本実施例では、３相交流で交流実効値６００Ｖ）まで変圧すること、を特徴とする。急速充電器３０からＥＶ自動車に供給する電気は直流電圧５００Ｖである。ＡＣ／ＤＣ整流器４４において、充電絶縁トランス４２から出力された電気を直流電圧５００Ｖに変換するときに、充電絶縁トランス４２から供給される電圧が６００Ｖであると、約１００Ｖ降圧するだけなので、ＡＣ／ＤＣ整流器４４にかかる負担が減少するため、ＡＣ／ＤＣ整流器４４から平滑度の高い安定した直流電圧を供給することができる。

なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、本実施の形態では、キュービクル２０、４０を新設しているが、従来のキュービクル２００は、そのままにして使用し、急速充電器用の充電絶縁トランスを収納するキュービクルを増設しても良い。

１０ コンビニ店舗
１１ 一般負荷
２０、４０ キュービクル
２１、４１ 一般絶縁トランス
２２、４２ 充電絶縁トランス
３０ 急速充電器
４３ ＡＣ遮断器
４４ ＡＣ／ＤＣ整流器
４５ ＤＣ遮断器

Claims (3)

1. 店舗に隣接して設置され、店舗内の照明器具、及び店舗内の動力機器に電気を供給する一般絶縁トランスを有するキュービクルにおいて、
   前記一般絶縁トランスとは別個に、自動車の二次電池を充電する急速充電器に電気を供給する充電絶縁トランスを備えること、
   を特徴とするキュービクル。
2. 請求項１に記載のキュービクルにおいて、
   ＡＣ遮断器、ＡＣ／ＤＣ整流器、及びＤＣ遮断器を備えること、
   を特徴とするキュービクル。
3. 請求項２に記載のキュービクルにおいて、
   前記充電絶縁トランスは、キュービクルが供給する直流電圧値に１００Ｖプラスした交流実効値に変圧すること、
   を特徴とするキュービクル。

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