JP2019134660A - 電気自動車充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 三相２００Ｖの電源を使用すること無く、短時間で電気自動車の充電ができる電気自動車充電装置を提供する。【解決手段】 分電盤１２から分岐された交流電力を直流に変換するＡＣ／ＤＣインバータ２１と、ＡＣ／ＤＣインバータ２１により変換された直流電力を蓄電する蓄電池３と、蓄電池３に蓄電された電力を電気自動車の充電に供給するための直流電力出力部５と、分電盤１２から分岐された交流電力を直接電気自動車に供給するためのコンセント６とを有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、一般家庭において電気自動車を充電するための電気自動車充電装置に関する。

電気自動車の普及に伴い、一般家庭でも電気自動車充電のためのコンセントを駐車場に設けた住戸が増えてきている。その際、設置されるコンセントは、例えば特許文献１に開示されているようなコンセントであり、住戸内の分電盤から分岐した電路が配設されて接続されるものであり、このコンセントに電気自動車から延設されたケーブルのプラグが接続されて充電される。

特開２０１３−８１３５４号公報

上記電気自動車充電のためのコンセントには、通常単相２００Ｖが通電される。そのため、一般家庭の電力としては大きな電力により充電することができたが、それでも満充電させるには例えば７時間と長い期間を必要とした。
一方で、例えば３０分等の短時間で充電が可能な三相２００Ｖを使用した急速充電装置もあるが、これは高速道路のサービスエリアやコンビニに設置されている程度であり、一般家庭で三相２００Ｖを新たに引き込もうとすると大きな費用が発生するため難しい。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、三相２００Ｖを使用すること無く、例えば単相２００Ｖ等の家庭用電源で短時間に電気自動車の充電が可能な電気自動車充電装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明に係る電気自動車充電装置は、分電盤から分岐された交流電力を直流に変換するインバータと、インバータにより変換された直流電力を蓄電する蓄電池と、蓄電池に蓄電された電力を電気自動車の充電に供給するための直流電力出力部とを有することを特徴とする。
この構成によれば、直流電力出力部を使用して充電すれば、蓄電池に蓄電された電力で充電されるため、分電盤の分岐電路の電流で直接充電されることは無い。よって、大電流で充電しても分電盤のブレーカが遮断動作するような事態を防止でき、家庭用電源を使用して電気自動車の急速充電が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、蓄電池が出力する電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータを有し、直流電力出力部にはＤＣ／ＤＣコンバータの出力が供給されることを特徴とする。
この構成によれば、電気自動車の充電は蓄電池の昇圧電圧で行われるため、電流を抑制して急速充電を良好に行うことができる。

請求項３の発明は、請求項２に記載の構成において、電気自動車充電中に蓄電池の充電容量が減少して充電が不可能になったら、それを検知して電源をインバータが出力する直流電力に切り替える切替制御部を有することを特徴とする。
この構成によれば、蓄電池の容量が無くなり電気自動車の充電ができなくなっても、インバータの出力に切り替えて充電を継続できるため、蓄電池の状態を気にする必要がない。

請求項４の発明は、請求項３に記載の構成において、切替制御部は、電源を蓄電池からインバータの出力に切り替えたら、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力も蓄電池からインバータへ切り替えを実施し、インバータの出力を昇圧して直流電力出力部から出力させることを特徴とする。
この構成によれば、蓄電池からインバータに出力に切り替えても、引き続き昇圧した直流電力で充電できるため、急速充電を継続できる。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の構成において、電源コンセントに接続するための電源プラグを有し、住戸に設置された電源コンセントを介して、分電盤から分岐された交流電力の供給を受けることを特徴とする。
この構成によれば、電気自動車充電装置の設置に際し、既存の電源コンセントを使用できるため、別途電源工事を必要とせず、設置費用は安価で済む。

請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の構成において、分電盤から分岐された交流電力を直接電気自動車に供給するためのコンセントを具備することを特徴とする。
この構成によれば、充電時間に余裕がある場合や使用電流が制限されている場合は、商用電力あるいは自家発電電力による交流充電が可能であり、充電できない事態が発生しない。

請求項７の発明は、請求項６に記載の構成において、直流電力出力部及びコンセントの双方から同時に電力が出力されないよう制御する制御部を有することを特徴とする。
この構成によれば、充電のための電力出力部が２カ所あっても、双方を同時に使用できない。よって、電気自動車充電装置が過負荷状態になったり、分電盤のブレーカが遮断動作する事態を防止できる。

本発明によれば、直流電力出力部を使用して充電すれば、蓄電池に蓄電された電力で充電されるため、分電盤の分岐電路の電流で直接充電されることは無い。よって、大電流で充電しても分電盤のブレーカが遮断動作するような事態を防止でき、家庭用電源を使用して電気自動車の急速充電が可能となる。

本発明に係る電気自動車充電装置の一例を示す構成図である。 電気自動車充電装置を設置した戸建住戸の充電設備全体の説明図である。 電気自動車充電システムの他の例を示す構成図である。

以下、本発明を具体化した実施形態の一例を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る電気自動車充電装置１の一例を示す構成図であり、電気自動車充電装置１は交流電力を直流電力に変換するためのインバータ部２、蓄電池３、商用電源に接続するための電源プラグ４、蓄電池３の蓄電電力を出力する直流電力出力部５、直流に変換せず入力された電力を直接出力するコンセント６を備えている。

インバータ部２は、住戸に設けられた電源コンセントから電源の供給を受けるための電源プラグ４を備えた電源線Ｌ１を有し、蓄電池３を充電するために直流に変換するＡＣ／ＤＣインバータ２１、蓄電池３の出力電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２２、直流電力出力部５からの出力を遮断するためのリレーから成る第１開閉部２３、コンセント６への電源の供給を遮断するためのリレーから成る第２開閉部２４、第１開閉部及び第２開閉部を制御する制御部２５等を備えている。

図２は、電気自動車充電装置１を設置した住戸Ｈの受電設備全体の説明図であり、１１は電力量計、１２は分電盤、１３は自家発電設備である太陽光発電設備であり、電気自動車充電装置１は住戸Ｈの外壁に設けられた電源コンセント１４に接続され、分電盤１２から分岐された電力が供給される。また、Ｃ１は直流電力出力部５から延設された第１充電ケーブル、Ｃ２はコンセント６に接続されて図示しない電気自動車から延設された第２充電ケーブルを示している。
但し、第１充電ケーブルＣ１、及び第２充電ケーブルＣ２が同時に使用されることはない。

電力量計１１は、電柱Ｐ等により配設されて供給される商用電力の引き込み線Ｌ２が一次側に接続され、二次側は住戸Ｈ内に設置された分電盤１２に接続されている。

分電盤１２には、主幹ブレーカ１６、複数の分岐ブレーカ１７が組み付けられ、分岐ブレーカ１７の１つが電気自動車充電のために使用され、分岐配線Ｌ３が住戸Ｈの外壁に設置された電源コンセント１４まで配設され接続されている。
なお、電力量計１１の二次側配線Ｌ４は、分電盤１２の契約用開閉器１８を介して主幹ブレーカ１６の一次側に接続されている。

また、太陽光発電設備１３は、連係用開閉器１９を介して主幹ブレーカ１６の二次側に接続され、商用電力と共に家庭内の使用電力及び電気自動車の充電電力に使用される。

このように構成された電気自動車充電装置１の具体的な動作は以下のようである。
インバータ部２には、分電盤１２から配設された分岐配線Ｌ３、電源線Ｌ１を介して単相２００Ｖ或いは単相１００Ｖの電力が供給され、ＡＣ／ＤＣインバータ２１により直流変換されるし、コンセント６から出力される。
そして、ＡＣ／ＤＣインバータ２１で生成された直流電力は、蓄電池３に供給されて充電（蓄電）される。この蓄電池３の充電は、例えば家庭内での電力の使用が少ない日中に少ない電力で実施される。
特に、太陽光発電設備１３を備えている図２のような構成では、太陽光発電電力を蓄電池３を充電するための主要電力としても良く、日中に蓄電して夜間等に電気自動車の充電に使用すると発電電力の効率の良い運用ができ好ましい。

そして、蓄電池３が充電された状態で直流電力出力部５に設けられている第１充電ケーブルＣ１に電気自動車が接続されたら、蓄電池３の直流電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２２で昇圧されて出力され、電気自動車が充電される。この充電電流は、分電盤１２の分岐電路の電流容量の制限を受けないため大きな電流にでき、家庭での電力使用状況にかかわらず急速充電を実施できる。
一方、コンセント６に第２充電ケーブルＣ２を接続して電気自動車の充電が成されたら、商用電力或いは自家発電電力（太陽光発電電力）による充電が成され、例えば２００Ｖの交流で充電される。

但し、第１充電ケーブルＣ１を使用して充電している間は、制御部２５がそれを検知して第２開閉部２４を開操作してコンセント６からの出力を遮断するし、第２充電ケーブルＣ２を使用して充電している間は、第１開閉部２３を開操作して直流電力出力部５からの出力を遮断する。

このように、直流電力出力部５を使用して充電すれば、蓄電池３に蓄電された電力で充電されるため、分電盤１２の分岐電路の電流で直接充電されることは無い。よって、大電流で充電しても分電盤１２の分岐ブレーカ１７が遮断動作するような事態を防止でき、家庭用電源を使用して電気自動車の急速充電が可能となる。
また、充電時間に余裕がある場合や使用電流が制限されている場合は、商用電力あるいは自家発電電力による交流充電が可能であり、充電できない事態が発生しない。
加えて、充電のための電力出力部が直流電力出力部５とコンセント６との２カ所あっても、双方を同時に使用できないよう制御されるため、電気自動車充電装置１が過負荷状態になったり、分電盤１２の分岐ブレーカ１７が遮断動作する事態を防止できる。
更に、電気自動車の充電はＤＣ／ＤＣコンバータ２２により蓄電池３の昇圧電圧で行われるため、電流を抑制して急速充電を良好に行うことができる。
また、電気自動車充電装置１の設置に際し、既存の電源コンセント１４を使用できるため、別途電源工事を必要とせず、設置費用は安価で済む。

図３は電気自動車充電装置１の他の例を示す構成図を示し、上記形態とは、分電盤から供給される商用電力等の交流電力を出力するコンセントを持たない点が大きく相違している。
以下、具体的に説明する。但し、上記実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付与して説明する。
電気自動車充電装置１は、交流電力を直流電力に変換するためのインバータ部２ａ、蓄電池３、商用電源に接続するための電源プラグ４、電気自動車充電のための直流電力を出力する直流電力出力部５を備えている。

インバータ部２ａは、住戸に設けられた電源コンセントから電源の供給を受けるための電源プラグ４を備えた電源線Ｌ１を有し、蓄電池３を充電するために直流に変換するＡＣ／ＤＣインバータ２１、蓄電池３の出力電圧或いはＡＣ／ＤＣインバータ２１が出力する直流で電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２２、直流電力出力部５からの出力を遮断するためのリレーから成る第１開閉部２３、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の入力をＡＣ／ＤＣインバータ２１の出力と蓄電池３の出力との間で切り替えるリレーから成る第３開閉部２６及び第４開閉部２７、蓄電池３の充電をオン／オフ操作するリレーから成る第５開閉部２８、そして第１開閉部２３、第３開閉部２６、第４開閉部２７、更に第５開閉部２８を制御する切替制御部２５ａ等を備えている。

このように構成された電気自動車充電装置１の具体的な動作は以下の様である。インバータ部２ａには、上記形態と同様に、分電盤１２から配設された分岐配線Ｌ３、電源線Ｌ１を介して単相２００Ｖ或いは単相１００Ｖの電力が供給され、ＡＣ／ＤＣインバータ２１により直流変換される。
そして、ＡＣ／ＤＣインバータ２１で生成された直流電力は、蓄電池３に供給されて充電（蓄電）される。
尚、太陽光発電設備１３を備えている構成では、上記図２に示す形態と同様に太陽光発電電力を主要電力として蓄電池３を充電させると良い。

そして、蓄電池３が充電された状態で直流電力出力部５に設けられている第１充電ケーブルＣ１に電気自動車が接続されたら、蓄電池３が出力する直流電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２２で昇圧されて出力され、電気自動車が充電される。この充電電流は、分電盤１２の分岐電路の電流容量の制限を受けないため大きな電流にでき、家庭での電力使用状況にかかわらず急速充電を実施できる。
その後、蓄電池３の蓄電量が減少して出力が充電に必要な容量を下回ったら、切替制御部２５ａがそれを検知して、第３開閉部２６、第４開閉部２７、第５開閉部２８を制御して、蓄電池３の出力を停止してＤＣ／ＤＣコンバータ２２の入力をＡＣ／ＤＣインバータ２１の出力に切り替える。こうして、電気自動車の充電を継続させる。

このように、蓄電池３の容量が無くなり電気自動車の充電ができなくなっても、ＡＣ／ＤＣインバータ２１の出力に切り替えて充電を継続するため、蓄電池３の状態を気にする必要がない。
また、蓄電池３からＡＣ／ＤＣインバータ２１の出力に切り替えても、引き続き昇圧した直流電力で充電できるため、急速充電を継続できる。

尚、上記図３の形態では分電盤１２から分岐された交流電力を出力するコンセントを備えていないが、図１の構成の如くコンセント６を設けても良い。また、ＡＣ／ＤＣインバータ２１の出力に切り替えた後もＤＣ／ＤＣコンバータ２２で昇圧しているが、昇圧せずにＡＣ／ＤＣインバータ２１の出力を直接直流電力出力部５から出力しても良い。
更に、上記実施形態では、太陽光発電設備を備えた住戸Ｈにおける電気自動車の充電を説明したが、本発明の電気自動車充電装置１は、商用電力のみで充電しても良いし、太陽光発電以外の例えば燃料電池や風力発電等の自家発電設備があれば、その電力で充電しても良い。
更に、直流電力出力部５には第１充電ケーブルＣ１が取り付けられているが、第１充電ケーブルＣ１は直流電力出力部５に対して着脱可能としても良い。

１・・電気自動車充電装置、２，２ａ・・インバータ部、３・・蓄電池、４・・電源プラグ、５・・直流電力出力部、６・・コンセント、１２・・分電盤、１４・・電源コンセント、１７・・分岐ブレーカ、２１・・ＡＣ／ＤＣインバータ（インバータ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ、２５・・制御部、２５ａ・・切替制御部。

Claims (7)

1. 分電盤から分岐された交流電力を直流に変換するインバータと、
   前記インバータにより変換された直流電力を蓄電する蓄電池と、
   前記蓄電池に蓄電された電力を電気自動車の充電に供給するための直流電力出力部とを有することを特徴とする電気自動車充電装置。
2. 前記蓄電池が出力する電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータを有し、前記直流電力出力部には前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧された電力が供給されることを特徴とする請求項１記載の電気自動車充電装置。
3. 電気自動車充電中に前記蓄電池の充電容量が減少して充電が不可能になったら、それを検知して電源を前記インバータが出力する直流電力に切り替える切替制御部を有することを特徴とする請求項２記載の電気自動車充電装置。
4. 前記切替制御部は、電源を前記蓄電池から前記インバータの出力に切り替えたら、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力も前記蓄電池から前記インバータへ切り替えを実施し、前記インバータの出力を昇圧して前記直流電力出力部から出力させることを特徴とする請求項３記載の電気自動車充電装置。
5. 電源コンセントに接続するための電源プラグを有し、住戸に設置された前記電源コンセントを介して、前記分電盤から分岐された交流電力の供給を受けることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電気自動車充電装置。
6. 前記分電盤から分岐された交流電力を直接電気自動車に供給するためのコンセントを具備することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電気自動車充電装置。
7. 前記直流電力出力部及び前記コンセントの双方から同時に電力が出力されないよう制御する制御部を有することを特徴とする請求項６記載の電気自動車充電装置。

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