JP2021093788A

JP2021093788A - 充電装置及び充電方法

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Publication number: JP2021093788A
Application number: JP2019221617A
Authority: JP
Inventors: 健吾中尾; Kengo Nakao; 純夫可知; Sumio Kachi; 真寛力宗; Masahiro Rikiso; 中村　秀人; Hideto Nakamura; 秀人中村; 淳一笠原; Junichi Kasahara; 飛鳥阿部; Asuka Abe
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2021-06-17
Anticipated expiration: 2039-12-06
Also published as: JP7189861B2

Abstract

【課題】外部の電力系統からの受電電力を低減しつつ、簡易な設備にて安定的な充電が可能であり、また、充電と次の充電の間隔を短時間化できる充電装置及び充電方法を提供する。【解決手段】充電装置１の制御部１６は、ＤＣバス１９から供給している電流量が制御部に予め設定された電力の閾値を超えるか否かを判定し、電流量が電力の閾値を超える場合には、定置型蓄電装置１４からＤＣバスを介して充電器１７へ充電電流を供給し、電流量が電力の閾値以下となった場合に、ＤＣバスから定置型蓄電装置へ電流を供するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池の充電装置および充電方法に関し、特に、外部の電力系統からの電力を抑えつつ急速充電可能な蓄電池の充電装置および充電方法に関する。

電気自動車（ＥＶ）の普及により、出発地と目的地間を移動中の充電、すなわち経路充電の機会が増え、経路充電に使用する充電装置の普及が進められている。経路充電では蓄電池の充電にかかる時間の短縮が要求される。充電にかかる時間を短縮するために、個々のＥＶの蓄電池の充電時間を短くする充電方法で充電を行うことが考えられる。ただし、蓄電池に過度な負担がかかる充電方法では、電池状態を急激に劣化させるため望ましくない。

蓄電池への負担が少なく比較的短時間で充電を行う方法として、定電流充電後に定電圧充電に移行して充電を行う定電流定電圧法による急速充電がある。図６に、定電流定電圧法で充電を行ったときの充電電流と蓄電池の充電率の時間的変化の例を示す。横軸は充電時間、縦軸は電流値または蓄電池の充電率であり、曲線１０１、１０２、１０３は、充電開始時（ｔ_０）の充電率がそれぞれ２５％、３５％および５０％の蓄電池を充電したときの充電電流の変化を示した充電電流を示す。また、曲線１０５、１０６、１０７は、充電開始時（ｔ_０）の充電率がそれぞれ２５％、３５％および５０％の蓄電池を充電したときの充電率の変化を示す。

充電開始時（ｔ_０）の充電率が２５％の蓄電池の充電電流曲線１０１を例にとって急速充電方式の説明を行う。まず、充電開始（ｔ_０）から移行時点（ｔ_２）まで、一定の電流値Ｉ_ｍａｘで充電を行う。電流値Ｉ_ｍａｘは任意に設定可能であるが、効率の観点から充電装置の定格出力電流値に設定されることが一般的である。また同時に、蓄電池の受入可能電流の最大定格を超えないようにする。

移行時点（ｔ_２）で定電流充電から定電圧充電に移行して充電終了時（ｔ_５）まで充電を行う。定電圧充電とは蓄電池の端子間電圧が一定となるように充電電流を制御して充電を行う方法である。充電電流１０１は、充電率１０５の上昇とともに、次第に小さくなっていく。定電流充電から定電圧充電に移行するタイミングは、充電率や蓄電池の特性などを勘案して決定することが一般的である。図６では、初期充電率に応じて移行のタイミングを設定しており、このため３５％の蓄電池（充電電流曲線１０２）の蓄電池の充電では、より短いｔ_１で定電圧充電に移行している。ただし、定電圧充電に切り替えたときに電流値Ｉ_ｍａｘを超える充電電流が流れないようにしなければならない。

充電終了時（ｔ_５）も任意設定可能であるが、一般的には所定の充電率に達した時点で充電終了とすることが多い。図６では、充電率が約８０％に達した時点で充電を終了している。充電率が１００％に近い状態まで充電を行ってしまうと、かえって蓄電池の寿命が短くなってしまうからである。充電終了（ｔ_５）により、充電電流値１０１は０になる。

定電流定電圧法による急速充電を行うことにより、ＥＶの蓄電池の充電時間を短くすることができるが、外部の電力系統からの受電電力（契約電力）が大きくなり、採算性が得られない。そこで、契約電力と設備の電力設備容量のいずれか小さい方を最大利用可能電力として、前記設備に含まれる充電器のうち最大利用可能電力の下で利用可能な充電器の台数を決定する充電制御装置が提案されている（特許文献１）。特許文献１では、電気自動車の充電台数を契約電力の範囲内とすることで採算性を確保しつつ、補助の電力として設備内蓄電池が備えられている。特許文献１では、電力需要の低く電気料金の安い時間帯に設備内蓄電池を充電しておき、蓄電した電気を電気自動車の充電に利用することで、経済的に電気自動車６０の充電を行うものである。

しかし、電力需要の低く電気料金の安い時間帯に設備内蓄電池を充電しておく特許文献１の充電制御装置では、急速充電を行うにあたり、特に定電流充電時には依然として外部の電力系統からの大きな電力の供給が必要となるので、契約電力の低減効果は不十分である。

また、補助の電力として設備内蓄電池を用いた電力制御システムとして、機器に電力の供給を行う充電器と、前記充電器と接続される二次電池と、系統電源に接続された負荷と、前記充電器に備えられ、前記二次電池から前記機器に供給する電力と前記系統電源から前記機器に供給する電力とを制御する電力制御用コントローラと、を備える電力制御システムが提案されている（特許文献２）。特許文献２では、契約電力を超過しないように、電力の使用量が増大する時間帯に、補充の電力として二次電池を使用するものである。二次電池は、ＳＯＣが所定の閾値を下回った場合、電力の使用が低下する所定の時間帯（夜間など）を迎えた場合、または過去の電力使用実績に基づいて、使用される電力の傾向を算出しておき、使用される電力の合計値が少なくなる時間帯を迎えた場合に充電される。

しかし、電力の使用が低下するタイミングやＳＯＣの値に応じて二次電池を充電する特許文献２の電力制御システムでも、急速充電を行うにあたり、特に定電流充電時には依然として外部の電力系統からの大きな電力の供給が必要となるので、契約電力の低減効果は不十分である。

また、従来、定置型蓄電装置を備えずに、充電装置が使用する電力量を監視、制御することで、急速充電中も契約電力以下に抑える手法も提案されている。しかし、この手法では、電力需要が高まっている時間帯などは充電速度が低下するという問題があった。また、従来、受電電力を抑えつつ、急速充電を行うために、定置型蓄電装置に低速で充電する手法も提案されている。しかし、この手法では、定置型蓄電装置が放電を行うことで電気自動車等に対して急速充電行った後、次の電気自動車等に対して急速充電を行うためには、一定の時間間隔を空けることが必要となる。

さらには、定置型蓄電装置の充電状況を含めて種々の情報を取得して充電装置の使用電力を調整することで適切に急速充電を行うことも可能ではあるが、受電状況、定置型蓄電装置の充電情報、電力の需要予測などの情報を取得し、処理する必要があるので、設備が高価、複雑化してしまうという問題がある。

特開２０１２−２２８０４１号公報特開２０１７−１８４３２６号公報

上記事情から、本発明は、外部の電力系統からの受電電力を低減しつつ、簡易な設備にて安定的な充電が可能であり、また、充電と次の充電の間隔を短時間化できる充電装置及び充電方法を提供することを目的とする。

本発明では、充電装置の充電対象である蓄電池の充電中に、該蓄電池から要求される充電電力が所定値（閾値）よりも大きくなった場合には、外部の電力系統からの受電電力と充電装置に設けられた定置型蓄電装置から放電される電力とを充電電流として用いて、該蓄電池に充電をする。また、該蓄電池の充電中に、該蓄電池から要求される充電電力が所定値（閾値）以下まで低下した場合には、定置型蓄電装置からの放電が停止され、外部の電力系統から定置型蓄電装置へ電流を供給することで、次の充電対象である蓄電池の充電に向けて、定置型蓄電装置を予め充電しておくものである。

本発明の構成の要旨は、以下の通りである。
［１］外部の電力系統に接続されたＤＣバスまたはＡＣバスと、
前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスに接続された定置型蓄電装置と、
前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスに接続された、蓄電池に接続可能な充電器と、
前記定置型蓄電装置の充放電及び前記充電器に接続された蓄電池の充電を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスから供給している電流量が該制御部に予め設定された電力の閾値を超えるか否かを判定し、
前記電流量が電力の前記閾値を超える場合には、前記定置型蓄電装置から前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスを介して前記充電器へ充電電流を供給し、
前記電流量が電力の前記閾値以下となった場合に、前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスから前記定置型蓄電装置へ電流を供する
ように構成された充電装置。
［２］前記外部の電力系統に接続可能な電力変換器と、
前記電力変換器に接続された前記ＤＣバスと、
前記ＤＣバスに接続された双方向ＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器に接続された前記定置型蓄電装置と、
前記ＤＣバスに接続されたＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器に接続された前記充電器と、
前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器及び前記ＤＣ／ＤＣ変換器を制御することで、前記定置型蓄電装置の充放電及び前記充電器に接続された蓄電池の充電を制御する前記制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ＤＣバスから供給している電流量が該制御部に予め設定された電力の閾値を超えるか否かを判定し、
前記電流量が電力の前記閾値を超える場合には、前記定置型蓄電装置から前記ＤＣバスを介して前記充電器へ充電電流を供給し、
前記電流量が電力の前記閾値以下となった場合に、前記ＤＣバスから前記定置型蓄電装置へ電流を供する
ように構成された［１］に記載の充電装置。
［３］前記ＤＣバスに接続された第２のＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器に接続された太陽光発電装置と、
をさらに備え、
前記制御部が、前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器を制御する［２］に記載の充電装置。
［４］前記ＤＣバスに接続された第３のＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記第３のＤＣ／ＤＣ変換器に接続され、移動式発電装置と接続可能なコネクタと、
をさらに備え、
前記制御部が、前記第３のＤＣ／ＤＣ変換器を制御する［２］または［３］に記載の充電装置。
［５］前記充電器が、１つまたは複数である［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の充電装置。
［６］電力の前記閾値が、任意の契約電力以下である［１］乃至［５］のいずれか１つに記載の充電装置。
［７］前記契約電力が、前記充電器に供給される前記充電電流の電力の平均値以下である［６］に記載の充電装置。
［８］前記制御部は、前記蓄電池への充電を定電流充電で開始し、充電率の上昇に合わせて前記蓄電池への充電電流の電流量を低下させるように構成されている［１］乃至［７］のいずれか１つに記載の充電装置。
［９］前記電力変換器は、定電流または定電力で電力供給し、前記定置型蓄電装置は、前記ＤＣバスが定電圧となるよう充放電を行う［２］に記載の充電装置。
［１０］前記定置型蓄電装置が、リチウムイオン蓄電池または鉛蓄電池である［１］乃至［９］のいずれか１つに記載の充電装置。
［１１］前記蓄電池が、電気自動車（ＥＶ）に搭載された蓄電池である［１］乃至［１０］のいずれか１つに記載の充電装置。
［１２］前記電力変換器が、交流電力系統の交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器または直流電力系統に接続されたＤＣ／ＤＣ変換器である、［２］に記載の充電装置。
［１３］外部の電力系統に接続されたＤＣバスまたはＡＣバスと、
前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスに接続された定置型蓄電装置と、
前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスに接続された、蓄電池に接続可能な充電器と、を備える充電装置により、蓄電池を充電する方法であって、
前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスから供給している電流量が予め設置された電力の閾値を超えるか否かを判定するステップと、
前記電流量が電力の前記閾値を超える場合には、前記定置型蓄電装置から前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスを介して前記充電器へ電流を供給するステップと、
前記電流量が電力の前記閾値以下となった場合に、前記定置型蓄電装置へ充電するステップとを含む、充電方法。
［１４］前記電流量が電力の前記閾値以下となった場合に、前記定置型蓄電装置へ充電するステップの後、前記蓄電池へ充電する電力と前記定置型蓄電装置へ充電する電力の合計が電力の前記閾値を超えるか否かを判定するステップをさらに含む、［１３］に記載の充電方法。
［１５］前記蓄電池へ充電する電力と前記定置型蓄電装置へ充電する電力の合計が電力の前記閾値を超える場合には、前記定置型蓄電装置への充電を停止するステップをさらに含む、［１４］に記載の充電方法。

ここで、「電力変換器」とは、充電装置外部の電力系統の電力とＤＣバスの直流電力との変換を行う変換器である。外部の電力系統が交流電力系統である場合には、ＡＣ／ＤＣ変換器であり、外部の電力系統が直流電力系統である場合には、ＤＣ／ＤＣ変換器となる。電力系統からＤＣバスへの単方向の電力変換器であってもよいし、双方向の電力変換を行う電力変換器であってもよい。

本発明では、充電装置の充電対象である蓄電池を充電する際に、該蓄電池から要求される充電電力の大小に応じて充放電可能な定置型蓄電装置を充電装置が備えることで、外部の電力系統から供給される電力を、該蓄電池から要求される充電電力よりも低減させるものである。すなわち、充電装置の充電対象である蓄電池から要求される充電電力が所定値（閾値）よりも大きくなった場合には、外部の電力系統からの受電電力と定置型蓄電装置から放電される電力とを充電電流として用いて該蓄電池を充電していき、充電対象である蓄電池が充電中であっても、該蓄電池から要求される充電電力が所定値（閾値）以下まで低下したタイミングで、定置型蓄電装置が充電される。従って、本発明の態様によれば、外部の電力系統からの受電電力を低減しつつ、安定的な充電が可能であり、また、充電と次の充電の間隔を短時間化できる。

また、本発明の態様によれば、予め設定された電力の所定値（閾値）に基づいて定置型蓄電装置の充放電を行うので、充電装置を簡略化でき、充電設備以外の負荷設備を持たない場合や、蓄電池に接続可能な充電器が１基のみ導入されている場合でも、効率的に運用することができる。

本発明の態様によれば、太陽光発電装置をさらに備えることにより、外部の電力系統から供給される電力をさらに削減でき、また、定置型蓄電装置の負荷を低減できる。

本発明の態様によれば、移動式発電装置と接続可能なコネクタをさらに備えることにより、移動式発電装置をコネクタに接続することで、外部の電力系統からの電力供給が停止しても、充電対象である蓄電池を充電することができる。

本発明の態様によれば、電力の閾値が契約電力以下であり、該契約電力が充電器に供給される充電電流の電力の平均値以下であることにより、定置型蓄電装置の充放電のバランスが向上して、外部の電力系統からの受電電力をさらに低減しつつ、充電と次の充電の間隔をより短時間化することができる。

本発明の第１実施例である充電装置の概略構成図である。本発明の第１実施例である充電方法のフローチャートである。本発明の第２実施例である充電装置の概略構成図である。本発明の第３実施例である充電装置の概略構成図である。本発明の第４実施例である充電装置の概略構成図である。定電流定電圧法による充電の説明図である。

＜第１実施例＞
本発明の第１実施例である充電装置１の概略構成図を図１に示す。充電装置１は、外部の交流電力系統１０に接続可能で、交流電力系統１０から入力される交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣ／ＤＣ変換器１１と、ＡＣ／ＤＣ変換器１１の出力に接続されたＤＣバス１９と、ＤＣバス１９に接続され、ＤＣバス１９から入力される直流電力を充電対象である蓄電池の充電電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣ変換器１３と、ＤＣ／ＤＣ変換器１３に接続された、充電対象である蓄電池と接続可能な充電器（充電装置１では、ＥＶ充電器１７）と、ＤＣバス１９に接続され、ＤＣバス１９から入力される直流電力を定置型蓄電装置１４の充電電圧に変換して出力する双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２と、を備える。充電装置１では、蓄電池は、例えば、電気自動車（ＥＶ）に搭載された蓄電池である車載蓄電池１８である。ＤＣ／ＤＣ変換器１３の出力は、ＥＶ充電器１７と接続され、車載蓄電池１８がＥＶ充電器１７と接続されて車載蓄電池１８が充電される。定置型蓄電装置１４は、充電装置１の設備内蓄電装置である。

充電装置１では、定置型蓄電装置１４とＥＶ充電器１７を、それぞれ、１つ備えている。

さらに、充電装置１は、制御部１６を備える。制御部１６は、ＭＰＵと、ＭＰＵに接続されたメモリおよび通信インターフェイスを備え、ＤＩＯやイーサネット（登録商標）などのネットワークを介して、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２、ＤＣ／ＤＣ変換器１３と接続され、制御を行う。

なお、ＡＣ／ＤＣ変換器１１は、外部の交流電力系統１０に対して、上限を超える電力を取り込むことがないよう、制御部１６で制御されている。

また、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２とＤＣ／ＤＣ変換器１３の定格出力電流は、ＡＣ／ＤＣ変換器１１の定格出力電流以上である。第１実施例の充電装置１では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２とＤＣ／ＤＣ変換器１３の定格出力電流は、ＡＣ／ＤＣ変換器１１の定格出力電流と同一としている。

また、充電装置１では、制御部１６に接続された通信部（図示せず）をさらに備えていてもよい。通信部は、制御部１６とＥＶ充電器１７とに接続され、車載蓄電池１８に接続されるＥＶ充電器１７と通信（例えばＣＡＮ通信）を行うことができる。通信部は、ＥＶ充電器１７と車載蓄電池１８との接続状態を検出し、車載蓄電池１８の電池状態を監視して制御部１６に提供し、また、制御部１６からの情報を、ＥＶ充電器１７を介して車載蓄電池１８に提供する通信インターフェイスである。

制御部１６は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２及びＤＣ／ＤＣ変換器１３を制御することで、定置型蓄電装置１４の充放電及びＥＶ充電器１７に接続された車載蓄電池１８の充電を制御する。制御部１６は、メモリに格納されたプログラム命令をＭＰＵで実行することにより、充電プロセスを実行する。充電プロセスの詳細は後述する。制御部１６は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２とＤＣ／ＤＣ変換器１３の入出力電流、入出力電圧および入出力電力を監視及び制御する。例えば、急速充電における定電流充電時の充電電流量は、制御部１６が双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２とＤＣ／ＤＣ変換器１３の出力電流量を制御することによって供給する。また、急速充電における定電圧充電時には、制御部１６は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２の入力電力とＤＣ／ＤＣ変換器１３の出力電圧を制御し、また、ＤＣ／ＤＣ変換器１３から供給している電流量を取得する。

次に、本発明に係る充電方法の一実施例である充電装置１の動作について、図２のフローチャート２０を参照しながら説明する。充電装置１の使用者が充電装置１の設置場所に電気自動車（ＥＶ）を停車させ、ＥＶ充電器１７に電気自動車の車載蓄電池１８を接続し、充電装置１の操作部から電気自動車の充電開始を充電装置１に要求する。制御部１６は、充電装置１の操作部から充電開始の指示を受け取り、充電装置１の通信部から、ＥＶ充電器１７への車載蓄電池１８の接続が確認されると、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への充電プロセスを開始する（ステップ２１）。次に、制御部１６は、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への電流量が閾値以下であるか否か判定する（ステップ２２）。制御部１６が判定する電力の閾値は、制御部１６に予め設定されている。制御部１６に予め設定される電力の閾値は、採算性から、任意の契約電力以下とする。

例えば、急速充電では、図６に示すように、充電開始直後の定電流充電時には大きな電力の供給が必要となり、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への電流量が閾値を超えるので、ステップ２７へ進み、制御部１６が双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２を制御して定置型蓄電池１４からＤＣバス１９へ所定値の電力が供給され、定置型蓄電池１４からＤＣバス１９へ供給された電力は充電電流としてＥＶ充電器１７へ供給される。ステップ２７では、定電流充電時の必要電力と電力の閾値との差は、定置型蓄電池１４からＤＣバス１９へ供給される電力、すなわち、定置型蓄電池１４が放電する電力で補充される。

次に、制御部１６は、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への充電が完了したか否かを判定する（ステップ２８）。充電が完了していないと制御部１６が判定した場合には、ステップ２２に戻り、制御部１６は、再度、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への電流量が閾値以下であるか否か判定する（ステップ２２）。充電装置１が、依然として、定電流充電を行っている場合には、制御部１６はＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への電流量が閾値を超えると判定するので、再度、ステップ２７へ進み、定置型蓄電池１４からＤＣバス１９への電力供給が継続される。

充電装置１が急速充電を行う場合、制御部１６は、車載蓄電池１８への充電を定電流充電で開始し、車載蓄電池１８の充電率の上昇に合わせて車載蓄電池１８への充電電流の電流量を低下させるように構成されている。上記から、充電装置１からの充電によって車載蓄電池１８の充電率が上昇して、充電装置１が定電流充電から定電圧充電へ移行し、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への電流量が所定量まで低下すると、ステップ２２にて、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への電流量が閾値以下と制御部１６は判定するので、ステップ２３に進む。なお、ステップ２２にて、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への電流量が閾値以下と制御部１６が判定する際の車載蓄電池１８の充電率としては、例えば、４０％〜６０％の範囲、好ましくは５０％〜６０％の範囲が挙げられる。

次に、制御部１６が双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２を制御してＤＣバス１９から定置型蓄電池１４へ所定値の電力が供給されて、定置型蓄電池１４の充電が開始される。このとき、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への定電圧充電も並行している（ステップ２３）。ステップ２３では、制御部１６は、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への電流量とＤＣバス１９から定置型蓄電池１４への電流量の合計（総電流量）が閾値以下となるように、ＤＣバス１９から定置型蓄電池１４への電流量を制御する。ＤＣバス１９から定置型蓄電池１４へ電力が供給されて定置型蓄電池１４が充電されることで、定置型蓄電池１４は、次の電気自動車の充電に対応する準備を進める。なお、電力変換器であるＡＣ／ＤＣ変換器１１は、定電流または定電力でＤＣバス１９へ電力供給し、定置型蓄電装置１４は、ＤＣバス１９の電圧が定電圧となるように充放電を行う。

次に、制御部１６は、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への電流量とＤＣバス１９から定置型蓄電池１４への電流量の合計（総電流量）が閾値以下を維持しているか否かを監視する（ステップ２４）。総電流量が閾値以下を維持している場合には、ステップ２３に戻り、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への電力供給とＤＣバス１９から定置型蓄電池１４への電力供給をそのまま継続し、ステップ２８へ進む。

次に、制御部１６は、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への充電が完了したか否かを判定する（ステップ２８）。充電が完了したと制御部１６が判定した場合には、車載蓄電池１８への充電を終了する。このとき、定置型蓄電池１４への電力供給が十分ではない場合には、定置型蓄電池１４への電力供給をそのまま継続し、定置型蓄電池１４への充電が完了したと制御部１６が判定した時点で、充電装置１の充電プロセスが終了する。

一方で、車載蓄電池１８の充電状況の変化等により、ステップ２４にて、総電流量が閾値を超えることが検知された場合には、ステップ２５へ進む。ステップ２５にて、制御部１６は、ＤＣバス１９から定置型蓄電池１４への電力供給を停止して、ＤＣバス１９からの電流量が閾値以下となるように制御する。なお、ＤＣバス１９から定置型蓄電池１４への電力供給の停止に代えて、ＤＣバス１９から定置型蓄電池１４への電流量を抑制して、総電流量が閾値以下となるように制御してもよい。

次に、制御部１６は、ＤＣバス１９からの電流量が閾値以下を維持しているか否かを監視する（ステップ２６）。ＤＣバス１９からの電流量が閾値以下をそのまま維持している場合には、ステップ２２に戻り、制御部１６は、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への電流量が閾値以下であるか否か判定する（ステップ２２）。ステップ２２にて、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への電流量が閾値以下と制御部１６が判定すると、ステップ２３に進み、ＤＣバス１９から定置型蓄電池１４への電力供給を再開し、定置型蓄電池１４の充電を進める。このとき、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への定電圧充電も並行して維持されている。一方で、車載蓄電池１８の充電状況の変化等により、ＤＣバス１９からの電流量が閾値以下を維持できていない場合には、ステップ２７へ進む。

ステップ２７では、上記の通り、制御部１６が双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２を制御して定置型蓄電池１４からＤＣバス１９へ所定値の電力が供給され、定置型蓄電池１４からＤＣバス１９へ供給された電力は充電電流としてＥＶ充電器１７へ供給される。

次に、制御部１６は、ＥＶ充電器１７から車載蓄電池１８への充電が完了したか否かを判定する（ステップ２８）。充電が完了したと制御部１６が判定した場合には、充電を終了する。

定置型蓄電装置１４としては、例えば、リチウムイオン蓄電池、鉛蓄電池等が挙げられる。また、定置型蓄電装置１４として、蓄電池以外の蓄電装置、例えば、超電導フライホール蓄電システム、電気二重層キャパシタ等を使用してもよい。

このように、充電装置１では、充電対象である車載蓄電池１８を充電する際に、車載蓄電池１８から要求される充電電力の大小に応じて充放電可能な定置型蓄電装置１４を設備内に備えることで、外部の交流電力系統１０から供給される電力を、車載蓄電池１８から要求される充電電力よりも低減させることができる。車載蓄電池１８から要求される充電電力が、予め充電装置１に設定された閾値よりも大きくなった場合には、外部の交流電力系統１０からの受電電力と定置型蓄電装置１４から放電される電力とを充電電流として用いて車載蓄電池１８を充電していき、車載蓄電池１８が充電中であっても、車載蓄電池１８から要求される充電電力が閾値以下まで低下したタイミングで、定置型蓄電装置１４が充電される。従って、充電装置１では、外部の交流電力系統１０からの受電電力を低減しつつ、安定的な車載蓄電池１８の充電が可能であり、また、車載蓄電池１８の充電と次の車載蓄電池１８の充電の間隔を短時間化できる。

また、充電装置１では、予め設定された電力の閾値に基づいて設備内充電装置である定置型蓄電装置１４の充放電を行う。従って、充電装置１の構造を簡略化でき、充電設備以外の負荷設備を持たない場合や、車載蓄電池１８に接続可能なＥＶ充電器１７を１基のみ備えている場合でも、効率的に車載蓄電池１８の充電を行うことができる。

さらに、充電装置１は、ＥＶ充電器１７は、独自に電気自動車の要求に従って、ＤＣ／ＤＣ変換器１３を介してＤＣバス１９から電力を取り込んで、車載蓄電池１８へ充電する。従って、充電装置１では、ＤＣバス１９の電圧を維持する制御を行うことで、他の負荷から独立して安定的に車載蓄電池１８を充電することができる。

上記の通り、電力の閾値は、任意の契約電力以下であるが、定置型蓄電装置１４の充放電のバランスが向上して、外部の交流電力系統１０からの受電電力をさらに低減しつつ、車載蓄電池１８の充電と次の車載蓄電池１８の充電の間隔をより短時間化することができる点から、電力の閾値は、ＥＶ充電器１７に供給される充電電流の電力の平均値以下に設定することが好ましい。

＜第２実施例＞
本発明の第２実施例である充電装置２の概略構成図を図３に示す。第１実施例の充電装置１では、ＤＣバス１９からの電力と定置型蓄電装置１４から放電された電力がＥＶ充電器１７に供給されて、車載蓄電池１８が充電されていた。これに対し、図３に示すように、第２実施例の充電装置２では、ＤＣバス３９に、さらに太陽光発電パネル４０が接続されている。太陽光発電パネル４０は、第２のＤＣ／ＤＣ変換器４３を介してＤＣバス３９に接続されている。太陽光発電パネル４０で発電された電力は、ＤＣバス３９に供給され、ＤＣバス３９からＥＶ充電器３７に供給され、ＥＶ充電器３７に接続される車載蓄電池３８が充電される。すなわち、太陽光発電パネル４０は、外部の交流電力系統３０と併用可能な充電装置２の電力源である。

制御部３６は、定置型蓄電池３４に接続された双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３２、ＥＶ充電器３７に接続されたＤＣ／ＤＣ変換器（第１のＤＣ／ＤＣ変換器３３）及び第２のＤＣ／ＤＣ変換器４３と接続されている。また、制御部３６は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３２と第１のＤＣ／ＤＣ変換器３３の入出力電流、入出力電圧および入出力電力を監視及び制御することに加えて、第２のＤＣ／ＤＣ変換器４３の入出力電流、入出力電圧および入出力電力も監視及び制御する。

充電装置２の、外部の交流電力系統３０、ＡＣ／ＤＣ変換器３１、ＤＣバス３９、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３２、第１のＤＣ／ＤＣ変換器３３の接続関係は、充電装置１の、外部の交流電力系統１０、ＡＣ／ＤＣ変換器１１、ＤＣバス１９、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２、ＤＣ／ＤＣ変換器１３の接続関係と同様である。

充電装置２では、日中は、車載蓄電池３８から要求される電力が充電装置２に設定されている閾値を超える場合でも、太陽光発電パネル４０からの発電と定置型蓄電池３４からの放電で車載蓄電池３８を充電でき、車載蓄電池３８から要求される電力が充電装置２に設定されている閾値以下となった場合には、太陽光発電パネル４０から定置型蓄電装置３４へ電力を供給して定置型蓄電装置３４を充電することができる。また、夜間では、太陽光発電パネル４０からの発電を外部の交流電力系統３０からの電力供給に切り替えることができる。なお、充電装置２では、太陽光発電パネル４０を補充電力源として使用することもできる。

充電装置２では、太陽光発電パネル４０をさらに備えることにより、外部の交流電力系統３０から供給される電力をさらに削減でき、また、定置型蓄電装置３４の負荷を低減できる。

＜第３実施例＞
本発明の第３実施例である充電装置２の概略構成図を図４に示す。第１実施例の充電装置１では、ＤＣバス１９からの電力と定置型蓄電装置１４から放電された電力がＥＶ充電器１７に供給されて、車載蓄電池１８が充電されていた。これに対し、図４に示すように、第３実施例の充電装置３では、ＤＣバス５９に、さらに移動式発電機６０と接続可能なコネクタ６１が接続されている。コネクタ６１は、第３のＤＣ／ＤＣ変換器６３を介してＤＣバス５９に接続されている。移動式発電機６０で発電された電力は、ＤＣバス５９に供給され、ＤＣバス５９からＥＶ充電器５７に供給され、ＥＶ充電器５７に接続される車載蓄電池５８が充電される。すなわち、移動式発電機６０は、外部の交流電力系統５０からの電力供給が停止された場合の非常用の電力源である。

制御部５６は、定置型蓄電池５４に接続された双方向ＤＣ／ＤＣ変換器５２、ＥＶ充電器５７に接続されたＤＣ／ＤＣ変換器（第１のＤＣ／ＤＣ変換器５３）及び第３のＤＣ／ＤＣ変換器６３と接続されている。また、制御部５６は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器５２と第１のＤＣ／ＤＣ変換器５３の入出力電流、入出力電圧および入出力電力を監視及び制御することに加えて、第３のＤＣ／ＤＣ変換器６３の入出力電流、入出力電圧および入出力電力も監視及び制御する。

充電装置３の、外部の交流電力系統５０、ＡＣ／ＤＣ変換器５１、ＤＣバス５９、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器５２、第１のＤＣ／ＤＣ変換器５３の接続関係は、充電装置１の、外部の交流電力系統１０、ＡＣ／ＤＣ変換器１１、ＤＣバス１９、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２、ＤＣ／ＤＣ変換器１３の接続関係と同様である。

充電装置３では、外部から運び込んだ移動式発電機６０をコネクタ６１に接続し、移動式発電機６０を稼働させることで、外部の交流電力系統５０からの電力供給が停止された状況であっても、車載蓄電池５８から要求される電力が充電装置３に設定されている閾値を超える場合でも、移動式発電機６０からの発電と定置型蓄電池５４からの放電で車載蓄電池５８を充電でき、車載蓄電池５８から要求される電力が充電装３に設定されている閾値以下となった場合には、移動式発電機６０から定置型蓄電装置５４へ電力を供給して定置型蓄電装置５４を充電することができる。

充電装置３では、移動式発電装置６０と接続可能なコネクタ６１をさらに備えることにより、移動式発電装置６０をコネクタ６１に接続することで、外部の交流電力系統５０からの電力供給が停止されても、車載蓄電池５８を充電装置１と同様の充電プロセスにて充電することができる。

＜第４実施例＞
本発明の第４実施例である充電装置４の概略構成図を図５に示す。第１実施例の充電装置１では、車載蓄電池１８が接続されるＥＶ充電器１７の設置数は１つであった。これに対し、図５に示すように、第４実施例の充電装置４では、ＥＶ充電器７７の設置数は複数である。また、充電装置４では、ＥＶ充電器７７の設置数が複数であることに対応して、ＤＣバス７９から入力される直流電力を充電対象の充電電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣ変換器７３を複数備えている。充電装置４では、ＥＶ充電器７７の設置数は２つ（ＥＶ充電器７７ａ、７７ｂ）であり、ＥＶ充電器７７ａ、７７ｂは、それぞれ、対応するＤＣ／ＤＣ変換器７３ａ、７３ｂと接続されている。外部の交流電力系統７０から供給された電力は、ＤＣバス７９に供給され、ＤＣバス７９から複数のＥＶ充電器７７ａ、７７ｂに供給され、複数のＥＶ充電器７７ａ、７７ｂとそれぞれ接続される複数の車載蓄電池７８ａ、７８ｂが並行して充電される。

制御部７６は、定置型蓄電池７４に接続された双方向ＤＣ／ＤＣ変換器７２、ＥＶ充電器７７ａ、７７ｂにそれぞれ接続されたＤＣ／ＤＣ変換器７３ａ、７３ｂと接続されている。また、制御部７６は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器７２と２つのＤＣ／ＤＣ変換器７３ａ、７３ｂの入出力電流、入出力電圧および入出力電力を監視及び制御する。

充電装置４の、外部の交流電力系統７０、ＡＣ／ＤＣ変換器７１、ＤＣバス７９、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器７２、複数のＤＣ／ＤＣ変換器７３ａ、７３ｂの接続関係は、充電装置１の、外部の交流電力系統１０、ＡＣ／ＤＣ変換器１１、ＤＣバス１９、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器１２、ＤＣ／ＤＣ変換器１３の接続関係と同様である。なお、複数のＥＶ充電器７７ａ、７７ｂを備える充電装置４では、必要に応じて、充電装置１の定置型蓄電池１４の電力よりも大きい電力を供給できる定置型蓄電池７４を設置してもよい。

充電装置４のように、複数のＥＶ充電器７７ａ、７７ｂを備えても、充電装置１と同様の充電プロセスにて、他の負荷から独立して安定的に複数の車載蓄電池７８ａ、７８ｂを並行して充電することができる。

次に、本発明の充電装置について、他の実施態様を説明する。上記各実施例では、それぞれ、ＤＣバス１９、３９、５９、７９を備えていたが、これに代えて、ＡＣバスとしてもよい。ＡＣバスとすることで、電力変換器であるＡＣ／ＤＣ変換器を備えず、また、ＤＣ／ＤＣ変換器を備えなくてもよい充電装置とすることができる。ＡＣバスを備えた充電装置では、ＡＣバスに接続された定置型蓄電装置と、ＡＣバスに接続された、車載蓄電池に接続可能なＥＶ充電器を備えている。また、本発明の充電装置の使用条件等に応じて、上記各実施例における、充電対象である蓄電池と接続可能な充電器１７、３７、５７、７７と接続されているＤＣ／ＤＣ変換器１３、３３、５３、７７は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器としてもよい。また、上記各実施例では、ＥＶ充電器１７、３７、５７、７７を電気自動車の車載蓄電池１８、３８、５８、７８に接続していたが、これに代えて、ワイヤレス電力電送方式にて、本発明の充電装置から車載蓄電池への充電（すなわち、非接触充電）を行ってもよい。

また、上記各実施例の充電装置１、２、３、４では、それぞれ、設備内蓄電池である定置型蓄電池１４、３４、５４、７４は１つであったが、これに代えて、それぞれ、複数の定置型蓄電池１４、３４、５４、７４を備えてもよい。

また、外部の電力系統以外の電力源として、移動式発電機６０と接続可能なコネクタ６１と太陽光発電パネル４０とを備えた充電装置としてもよい。

以上、本発明の充電装置及び充電方法に関する説明を行ったが、本発明は上記実施形態に係る充電装置及び充電方法に限定されるものではなく、例えば、本発明の充電装置及び充電方法は、家庭用や業務用の蓄電池など電気自動車の車載蓄電池以外の蓄電池の充電にも適用することが可能である。

１、２、３、４充電装置
１１、３１、５１、７１ＡＣ／ＤＣ変換器
１２、３２、５２、７２双方向ＤＣ／ＤＣ変換器
１４、３４、５４、７４定置型蓄電池
１６、３６、５６、７６制御部
１７，３７、５７、７７ａ、７７ｂＥＶ充電器
１９、３９、５９、７９ＤＣバス

Claims

外部の電力系統に接続されたＤＣバスまたはＡＣバスと、
前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスに接続された定置型蓄電装置と、
前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスに接続された、蓄電池に接続可能な充電器と、
前記定置型蓄電装置の充放電及び前記充電器に接続された蓄電池の充電を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスから供給している電流量が該制御部に予め設定された電力の閾値を超えるか否かを判定し、
前記電流量が電力の前記閾値を超える場合には、前記定置型蓄電装置から前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスを介して前記充電器へ充電電流を供給し、
前記電流量が電力の前記閾値以下となった場合に、前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスから前記定置型蓄電装置へ電流を供する
ように構成された充電装置。
前記外部の電力系統に接続可能な電力変換器と、
前記電力変換器に接続された前記ＤＣバスと、
前記ＤＣバスに接続された双方向ＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器に接続された前記定置型蓄電装置と、
前記ＤＣバスに接続されたＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器に接続された前記充電器と、
前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器及び前記ＤＣ／ＤＣ変換器を制御することで、前記定置型蓄電装置の充放電及び前記充電器に接続された蓄電池の充電を制御する前記制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ＤＣバスから供給している電流量が該制御部に予め設定された電力の閾値を超えるか否かを判定し、
前記電流量が電力の前記閾値を超える場合には、前記定置型蓄電装置から前記ＤＣバスを介して前記充電器へ充電電流を供給し、
前記電流量が電力の前記閾値以下となった場合に、前記ＤＣバスから前記定置型蓄電装置へ電流を供する
ように構成された請求項１に記載の充電装置。
前記ＤＣバスに接続された第２のＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器に接続された太陽光発電装置と、
をさらに備え、
前記制御部が、前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器を制御する請求項２に記載の充電装置。
前記ＤＣバスに接続された第３のＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記第３のＤＣ／ＤＣ変換器に接続され、移動式発電装置と接続可能なコネクタと、
をさらに備え、
前記制御部が、前記第３のＤＣ／ＤＣ変換器を制御する請求項２または３に記載の充電装置。
前記充電器が、１つまたは複数である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の充電装置。
電力の前記閾値が、任意の契約電力以下である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の充電装置。
前記契約電力が、前記充電器に供給される前記充電電流の電力の平均値以下である請求項６に記載の充電装置。
前記制御部は、前記蓄電池への充電を定電流充電で開始し、充電率の上昇に合わせて前記蓄電池への充電電流の電流量を低下させるように構成されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の充電装置。
前記電力変換器は、定電流または定電力で電力供給し、前記定置型蓄電装置は、前記ＤＣバスが定電圧となるよう充放電を行う請求項２に記載の充電装置。
前記定置型蓄電装置が、リチウムイオン蓄電池または鉛蓄電池である請求項１乃至９のいずれか１項に記載の充電装置。
前記蓄電池が、電気自動車（ＥＶ）に搭載された蓄電池である請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の充電装置。
前記電力変換器が、交流電力系統の交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器または直流電力系統に接続されたＤＣ／ＤＣ変換器である、請求項２に記載の充電装置。
外部の電力系統に接続されたＤＣバスまたはＡＣバスと、
前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスに接続された定置型蓄電装置と、
前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスに接続された、蓄電池に接続可能な充電器と、を備える充電装置により、蓄電池を充電する方法であって、
前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスから供給している電流量が予め設置された電力の閾値を超えるか否かを判定するステップと、
前記電流量が電力の前記閾値を超える場合には、前記定置型蓄電装置から前記ＤＣバスまたは前記ＡＣバスを介して前記充電器へ電流を供給するステップと、
前記電流量が電力の前記閾値以下となった場合に、前記定置型蓄電装置へ充電するステップとを含む、充電方法。
前記電流量が電力の前記閾値以下となった場合に、前記定置型蓄電装置へ充電するステップの後、前記蓄電池へ充電する電力と前記定置型蓄電装置へ充電する電力の合計が電力の前記閾値を超えるか否かを判定するステップをさらに含む、請求項１３に記載の充電方法。
前記蓄電池へ充電する電力と前記定置型蓄電装置へ充電する電力の合計が電力の前記閾値を超える場合には、前記定置型蓄電装置への充電を停止するステップをさらに含む、請求項１４に記載の充電方法。