JP2022072557A - 充放電システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成であって電気自動車などの蓄電池を電源とすることができる充放電システムを提供する。【解決手段】パワーコンディショナと、パワーコンディショナに接続された複数の直流変換器および変圧器と、各直流変換器に接続されたものであって蓄電池を備える車両が接続される車両接続部と、変圧器に接続されたものであって負荷が接続される負荷接続部と、直流変換器を制御する制御部を備えるものであって、制御部は、１台または複数台の車両の蓄電池から他の１台または複数台の車両の蓄電池へ電力を供給するように直流変換器を制御する車両間充電手段と、１台または複数台の車両の蓄電池から負荷へ電力を供給するように直流変換器を制御する負荷給電手段と、他の車両または負荷へ電力を供給する給電元の車両を別の車両に切り替える車両切替手段を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車（ＥＶ）などの蓄電池を備える車両を接続して、車両間で充電させたり車両から種々の負荷へ給電させたりするための充放電システムに関する。

近年、蓄電池を搭載した電気自動車の普及が進んでおり、この蓄電池が、地震や台風などの自然災害による停電時における非常用電源としても用いられている。すなわち、停電時に、電気自動車の蓄電池から住宅の電灯などの種々の負荷へ給電するものである。

このように蓄電池を非常用電源とするために用いられるのが、たとえば特許文献１に示すような充放電器である。この充放電器は、住宅に付設されるものであって、電気自動車と接続することで、平常時には商用電源から電気自動車の蓄電池に充電し、非常時には電気自動車の蓄電池から住宅の負荷へ給電するものである。

特開平１１－１７８２３４号公報

しかしながら、このような従来の充放電器は、平常時において商用電源から電気自動車の蓄電池を充電するための充電器として用いられることを前提とし、これに非常時のための機能を追加したものだったので、構成が複雑であった。

本発明は、このような事情を鑑みたものであり、簡易な構成であって電気自動車などの蓄電池を電源とすることができる充放電システムを提供することを目的とする。

本発明は、パワーコンディショナと、パワーコンディショナに接続された複数の直流変換器および変圧器と、各直流変換器に接続されたものであって蓄電池を備える車両が接続される車両接続部と、変圧器に接続されたものであって負荷が接続される負荷接続部と、直流変換器を制御する制御部を備えるものであって、制御部は、１台または複数台の車両の蓄電池から他の１台または複数台の車両の蓄電池へ電力を供給するように直流変換器を制御する車両間充電手段と、１台または複数台の車両の蓄電池から負荷へ電力を供給するように直流変換器を制御する負荷給電手段と、他の車両または負荷へ電力を供給する給電元の車両を別の車両に切り替える車両切替手段を有することを特徴とする。なお、蓄電池を備える車両とは、電気自動車のように蓄電池の電力で走行する車両と、ガソリン車などのように走行用ではない蓄電池を積載した車両の両方を含む。

また、制御部は、車両接続部に接続された各車両の蓄電池の残容量を取得する残容量取得手段を有するものであって、車両切替手段は、当初の給電元の車両の蓄電池の残容量が無くなる前に、当初の給電元の車両からの給電量を漸減させるとともに新たな給電元の車両からの給電量を漸増させて、給電元の車両を無瞬断で別の車両に切り替えるものであってもよい。

また、制御部は、車両接続部に接続された各車両の蓄電池の残容量を取得する残容量取得手段と、各車両に必要な蓄電池の残容量である必要容量を取得する必要容量取得手段を有するものであって、車両切替手段は、給電元の車両の蓄電池の残容量が必要容量を維持するように、給電元の車両を別の車両に切り替えるものであってもよい。

また、必要容量取得手段は、車両が車両接続部に接続された時点における蓄電池の満容量と残容量の差をその車両の必要容量とするものであってもよい。

また、変圧器は、絶縁変圧器であって、その容量がパワーコンディショナの容量以下のものであってもよい。

本発明によれば、パワーコンディショナと、直流変換器および変圧器からなる簡易な構成のシステムにより、車両の蓄電池から種々の負荷へ電力を供給するのみならず、車両の蓄電池から他の車両の蓄電池へ電力を供給することも可能である。また、給電元の車両を切り替えてより大きな容量の電力を供給することができる。

また、車両切替手段が、当初の給電元の車両からの給電量を漸減させるとともに新たな給電元の車両からの給電量を漸増させるものであれば、給電元の車両の切り替え時においても、途切れることなくシームレスに電力を供給可能であり、給電先に対して影響を及ぼすことがない。

また、車両切替手段が、給電元の車両の蓄電池の残容量が必要容量を維持するように、給電元の車両を別の車両に切り替えるものであれば、給電元の車両の蓄電池の残容量が無くなり走行できなくなることを避けられる。

また、必要容量取得手段が、車両が車両接続部に接続された時点における蓄電池の満容量と残容量の差をその車両の必要容量とするものであれば、容易な方法で、少なくともその車両が前回充電した場所まで走行するための残容量を確保することができる。

また、絶縁変圧器の容量がパワーコンディショナの容量以下のものであれば、給電先の負荷の起動時の突入電流によりパワーコンディショナが過電流・過負荷となって停止することを防ぐことができる。

充放電システムの全体を示すブロック図である。 給電元の車両を切り替える際の給電量の変化を示すグラフである。 車両間で充電を行う場合の説明図であり、（ａ）は１台から１台に充電する場合、（ｂ）は１台から複数台に充電する場合、（ｃ）は複数台から１台に充電する場合、（ｄ）は複数台から複数台に充電する場合を示す。 車両から負荷へ給電する場合の説明図であり、（ａ）、（ｂ）により給電元の車両の切り替えを示している。

以下、本発明の充放電システムの具体的な内容について説明する。ここで示す実施形態において、充放電システムは、それ自体が車両（トラックの荷台など）に載せられた、可搬式のものである。そして、図１に示すように、この充放電システムは、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）１と、パワーコンディショナ１に接続された複数（本実施形態では５つとする）の直流変換器（ＤＣＤＣ）２と、同じくパワーコンディショナ１に接続された絶縁変圧器３および電灯変圧器４と、各直流変換器２に接続されたものであって蓄電池を備える車両である電気自動車Ｅが接続される車両接続部５と、絶縁変圧器３および電灯変圧器４にそれぞれ接続されたものであって負荷Ｌが接続される負荷接続部６と、機器の制御および各種の値の計測を行う制御部７と、この充放電システム自体に電力を供給するための電源部８と、この充放電システムに商用電源や、発電機・ポータブル電源などの各種の交流電源を外部電源として接続するための接続部９を備える。

なお、以下において、５つの直流変換器２に共通の説明をする際には、５つをまとめて直流変換器２とよび、個々の直流変換器２について説明をする際には、それぞれＡ系直流変換器２ａ、Ｂ系直流変換器２ｂ、Ｃ系直流変換器２ｃ、Ｄ系直流変換器２ｄ、Ｅ系直流変換器２ｅとよぶ。また、後述のように、各直流変換器２にそれぞれ複数台の電気自動車Ｅが接続可能であるが、全ての電気自動車Ｅに共通の説明をする際には、全てをまとめて電気自動車Ｅとよび、個々の電気自動車Ｅについて説明をする際には、Ａ系直流変換器２ａに接続された電気自動車については、Ａ系１号車Ｅａ１、Ａ系２号車Ｅａ２、・・・とよび、Ｂ系直流変換器２ｂに接続された電気自動車については、Ｂ系１号車Ｅｂ１、Ｂ系２号車Ｅｂ２、・・・とよび、Ｃ系直流変換器２ｃに接続された電気自動車については、Ｃ系１号車Ｅｃ１、Ｃ系２号車Ｅｃ２、・・・とよび、Ｄ系直流変換器２ｄに接続された電気自動車については、Ｄ系１号車Ｅｄ１、Ｄ系２号車Ｅｄ２、・・・とよぶ（Ｅ系直流変換器２ｅに接続された電気自動車については、以下の説明の中には登場しないので省略する）。さらに、負荷Ｌには、エレベータなどの三相交流の電気で動作するものと、照明器具などの単相交流の電気で動作するものがあるが、全ての負荷Ｌに共通の説明をする際には、全てをまとめて負荷Ｌとよび、三相交流の電気で動作する負荷Ｌについては、三相動力負荷Ｌａとよび、単相交流の電気で動作する負荷Ｌについては、単相電灯負荷Ｌｂとよぶ。

パワーコンディショナ１は、電気自動車Ｅの蓄電池から給電される直流の電気を、交流の電気に変換して出力するものである。また、パワーコンディショナ１は、制御部７と接続されており、制御部７に対して電流・電圧などの各種計測値のデータを送信するとともに、制御部７から制御のための信号を受信する。

直流変換器２は、電気自動車Ｅの蓄電池から給電される直流の電気について、直流のまま電圧を変換して出力するものである。本実施形態では、上述のとおり５つの直流変換器２（Ａ系直流変換器２ａ、Ｂ系直流変換器２ｂ、Ｃ系直流変換器２ｃ、Ｄ系直流変換器２ｄ、Ｅ系直流変換器２ｅ）を備えており、パワーコンディショナ１の入力端に対して、５つの直流変換器２が並列に接続されている。また、各直流変換器２は、制御部７と接続されており、制御部７に対して電流・電圧などの各種計測値のデータを送信するとともに、制御部７から制御のための信号を受信する。

絶縁変圧器３は、飽和変圧器からなり、パワーコンディショナ１から負荷Ｌ側に直流電流が流出することを確実に防ぎ、電路を絶縁するためのものである。絶縁変圧器３の容量は、パワーコンディショナ１の容量と同じである。また、電灯変圧器４は、Ｖ字結線変圧器からなり、パワーコンディショナ１から出力される三相交流の電気を単相交流の電気に変換するものである。電灯変圧器４の容量は、パワーコンディショナ１の容量よりも大きい。そして、絶縁変圧器３と電灯変圧器４は、パワーコンディショナ１の出力端に対して並列に接続されている。なお、絶縁変圧器３と電灯変圧器４には、それぞれ接地電流を検出するための電流センサ３１，４１が設けられている。そして、電流センサ３１，４１は、制御部７に接続されており、制御部７に対して電流の計測値のデータを送信する。また、絶縁変圧器３と電灯変圧器４の負荷Ｌ側には、それぞれ電圧を検出するための電圧センサ３２，４２が設けられている。そして、電圧センサ３２，４２は、制御部７に接続されており、制御部７に対して電圧の計測値のデータを送信する。

車両接続部５は、各直流変換器２に接続されたものであって、複数本に枝分かれした配線のそれぞれの先端に設けられた、電気自動車Ｅと接続するためのプラグ５１と、それぞれの配線を開閉するリレー接点５２と、リレー接点５２の１つを択一的に閉とする電気的インターロック装置５３を備える。なお、図３および図４においては、閉状態のリレー接点５２に「ＯＮ」、開状態のリレー接点５２に「ＯＦＦ」と付記してある。プラグ５１を通じて電気自動車Ｅの蓄電池から給電し、また蓄電池に充電するとともに、車載用の通信プロトコルとして一般的なＣＡＮプロトコルにより電気自動車Ｅの各種情報（蓄電池の残容量や満容量など）が制御部７に送信される。また、電気的インターロック装置５３は、既知の機構であり詳細は説明しないが、制御部７からの指令に基づき、複数のリレー接点５２のうちの１つのみを閉とし、同時に複数のリレー接点５２が閉となることがないように動作するものである。なお、以下において、たとえばＡ系直流変換器２ａに接続された車両接続部５やそのプラグ５１などについて、Ａ系の車両接続部５やＡ系のプラグ５１などという場合がある。また、上記の車両接続部５を用いずに、別途直流電源用プラグ５４を有する直流電源用ケーブル５５を用いて、直流変換器２にガソリン車Ｇやディーゼル車の補機電源用ダイナモ、あるいは種々のバッテリなどの直流電源を接続することもできる（図１においては、Ｅ系直流変換器２ｅにガソリン車Ｇが接続されており、Ｅ系の車両接続部５は図示省略してある）。

負荷接続部６は、絶縁変圧器３と電灯変圧器４にそれぞれ接続されたものであって、配線の先端に設けられた、負荷Ｌと接続するためのコネクタ６１を備える。なお、本実施形態において、このコネクタ６１が接続される負荷Ｌ側のコネクタには、通常時は商用電源の系統のコネクタが接続されており、負荷Ｌは商用電源から給電されている。そして、非常時において、商用電源の系統のコネクタを取り外して負荷接続部６のコネクタ６１を接続し、負荷Ｌに対して電気自動車Ｅから給電するものである。なお、この負荷接続部６のコネクタ６１または商用電源の系統のコネクタと負荷Ｌ側のコネクタとの接続部分には、商用電源の系統が非通電状態にならないと、給電元を商用電源側から電気自動車側に切り替えることができないような、機械的なインターロックシステムが設けられている。

制御部７は、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）７１と、ＰＬＣ７１に接続されたタッチパネル７２、通信機７３およびＢルートアダプタ７４を備える。ＰＬＣ７１は、演算装置、記憶装置および入出力装置を備えるものであり、記憶装置に記録されたプログラムに基づいて、この充放電システムに種々の動作をさせる。すなわち、制御部７（ＰＬＣ７１）は、この充放電システムを動作させるための種々の手段を有しており、制御部７自体がそれらの手段として機能するものであるともいえる。タッチパネル７２は、この充放電システムの使用者が操作可能なものであって、電気自動車Ｅから負荷Ｌや他の電気自動車Ｅへの給電や、給電元の電気自動車Ｅの切り替えなど、各種の操作を行うことができる。また、タッチパネル７２には、この充放電システムおよび接続された電気自動車Ｅや負荷Ｌの状態などの各種情報が表示される。通信機７３は、携帯電話回線などを通じて外部の機器と通信できるものであり、パソコンやスマートフォンなどから、この充放電システムを遠隔制御するために用いられる。なお、遠隔制御には、エコーネットライト規格の通信プロトコルが用いられており、これにより、電力の供給量に需要量を合わせるデマンドレスポンス（ＤＲ）や、多数の分散型電源を１つの発電所のようにまとめて制御するバーチャルパワープラント（ＶＰＰ）にも対応できる。Ｂルートアダプタ７４は、建物に設置されたスマートメータＭと無線接続するためのものであり、給電の対象の負荷Ｌが設けられた建物における商用電源の受電状況や消費電力量などのデータを得ることができる。

電源部８は、パワーコンディショナ１に対して直流変換器２と並列になるように接続された充電器８１と、充電器８１に接続された電源部直流変換器８２と、電源部直流変換器８２に接続された制御電源８３と、充電器８１と電源部直流変換器８２の間に接続されたバックアップ用蓄電池８４を備える。制御電源８３は、この充放電システムを動作させるための電源となるものであって、無停電式のものであり、図示しない配線により各部に接続されており、電力を供給する。そして、充放電システムに電気自動車Ｅまたは後述の商用電源や発電機などの別の電源が接続されている場合には、それらから充電器８１および電源部直流変換器８２を介して制御電源８３に電力を供給する。

接続部９は、パワーコンディショナ１に対して直流変換器２と並列になるように接続された電圧調整器９１と、電圧調整器９１に接続された整流器９２を備える。整流器９２に対して、商用電源や発電機などの別の電源を接続することができるものであり、図１においては、商用電源Ｐが接続された状態を示す。

なお、この充放電システムにおけるこれらの構成要素のうち、電気自動車Ｅを接続するためのプラグ５１および負荷Ｌを接続するためのコネクタ６１以外は、図示しない筐体に納められており、この筐体が車両に載せられている。タッチパネル７２は、筐体の表面に露出しており、外部から操作できるようになっている。

次に、制御部７がこの充放電システムをどのように動作させるものであるのかについて、すなわち、制御部７が有する各種の手段について説明する。

制御部７は、車両間充電手段を有しており、制御部７自体が車両間充電手段として機能する。車両間充電手段は、１台または複数台の電気自動車Ｅの蓄電池から他の１台または複数台の電気自動車Ｅの蓄電池へ電力を供給するように、直流変換器２を制御するものである。この場合、車両接続部５の電気的インターロック装置５３により、１つの直流変換器２には常に１台の電気自動車Ｅが電気的に接続された状態となるものであり、１つまたは複数の直流変換器２に接続された電気自動車Ｅから、他の１つまたは複数の直流変換器２に接続された電気自動車Ｅへ電力を供給するように、各直流変換器２を制御する。具体的には、１台から１台への充電の場合、たとえば、Ａ系直流変換器２ａに接続されたＡ系１号車Ｅａ１から、Ｂ系直流変換器２ｂに接続されたＢ系１号車Ｅｂ１に充電される。１台から複数台への充電の場合、たとえば、Ａ系直流変換器２ａに接続されたＡ系１号車Ｅａ１から、Ｂ系直流変換器２ｂに接続されたＢ系１号車Ｅｂ１とＣ系直流変換器２ｃに接続されたＣ系１号車Ｅｃ１に充電される。複数台から１台への充電の場合、たとえば、Ａ系直流変換器２ａに接続されたＡ系１号車Ｅａ１とＢ系直流変換器２ｂに接続されたＢ系１号車Ｅｂ１から、Ｃ系直流変換器２ｃに接続されたＣ系１号車Ｅｃ１に充電される。複数台から複数台への充電の場合、たとえば、Ａ系直流変換器２ａに接続されたＡ系１号車Ｅａ１とＢ系直流変換器２ｂに接続されたＢ系１号車Ｅｂ１から、Ｃ系直流変換器２ｃに接続されたＣ系１号車Ｅｃ１とＤ系直流変換器２ｄに接続されたＤ系１号車Ｅｄ１に充電される。

また、制御部７は、負荷給電手段を有しており、制御部７自体が負荷給電手段として機能する。負荷給電手段は、１台または複数台の電気自動車Ｅの蓄電池から負荷Ｌへ電力を供給するように、直流変換器２を制御するものである。この場合、車両接続部５の電気的インターロック装置５３により、１つの直流変換器２には常に１台の電気自動車Ｅが電気的に接続された状態となるものであり、１つまたは複数の直流変換器２に接続された電気自動車Ｅから、負荷Ｌへ電力を供給するように、各直流変換器２を制御する。具体的には、１台から負荷Ｌへの給電の場合、たとえば、Ａ系直流変換器２ａに接続されたＡ系１号車Ｅａ１から、負荷Ｌに給電される。複数台から負荷Ｌへの給電の場合、たとえば、Ａ系直流変換器２ａに接続されたＡ系１号車Ｅａ１とＢ系直流変換器２ｂに接続されたＢ系１号車Ｅｂ１から、負荷Ｌに給電される。さらに、負荷給電手段は、１台または複数台のガソリン車Ｇの補機電源用ダイナモ（またはその他の直流電源）から負荷Ｌへ電力を供給するように、直流変換器２を制御するものである。この際、ガソリン車Ｇの補機電源用ダイナモのみから負荷Ｌへ電力を供給することもできるし、電気自動車Ｅの蓄電池とガソリン車Ｇの補機電源用ダイナモから同時に負荷Ｌへ電力を供給することもできる。

また、制御部７は、残容量取得手段を有しており、制御部７自体が残容量取得手段として機能する。残容量取得手段は、車両接続部５に接続された各電気自動車Ｅの蓄電池の残容量を取得するものである。蓄電池の残容量は、車両接続部５のプラグ５１を通じてＣＡＮプロトコルにより得られるものである。

また、制御部７は、必要容量取得手段を有しており、制御部７自体が必要容量取得手段として機能する。必要容量取得手段は、各電気自動車Ｅに必要な蓄電池の残容量である必要容量を取得するものである。そして、必要容量取得手段は、電気自動車Ｅが車両接続部５に接続された時点における蓄電池の満容量と残容量の差を、その電気自動車Ｅの必要容量とするものである。蓄電池の満容量は、車両接続部５のプラグ５１を通じてＣＡＮプロトコルにより得られるものであり、必要容量は、満容量と残容量から制御部７（ＰＬＣ７１）が演算して求める。

また、制御部７は、車両切替手段を有しており、制御部７自体が車両切替手段として機能する。車両切替手段は、車両間充電手段により他の電気自動車Ｅへ電力を供給する給電元の電気自動車Ｅまたは負荷給電手段により負荷Ｌへ電力を供給する給電元の電気自動車Ｅを、別の電気自動車Ｅに切り替えるものである。この場合、給電元の電気自動車Ｅは、別の直流変換器２に接続された電気自動車Ｅに切り替える。たとえば、給電元がＡ系直流変換器２ａに接続されたＡ系１号車Ｅａ１である場合に、次の給電元として、Ｂ系直流変換器２ｂに接続されたＢ系１号車Ｅｂ１に切り替え、さらに次の給電元として、Ａ系直流変換器２ａに接続されたＡ系２号車Ｅａ２に切り替えるように、Ａ系直流変換器２ａ、Ｂ系直流変換器２ｂおよび電気的インターロック装置５３を制御する。そして、車両切替手段は、給電元の電気自動車Ｅを別の電気自動車Ｅに切り替える際に、当初の給電元の電気自動車Ｅの蓄電池の残容量が無くなる前に、当初の給電元の電気自動車Ｅからの給電量を漸減させるとともに新たな給電元の電気自動車Ｅからの給電量を漸増させて、給電元の電気自動車Ｅを無瞬断で別の電気自動車Ｅに切り替えるものである。より具体的には、図２に示すように、切り替えの際、当初の給電元の電気自動車Ｅからの給電量を線形的に減少させていき、新たな給電元の電気自動車Ｅからの給電量を線形的に増加させていくことで、２台の電気自動車Ｅからの給電量の和が一定（１台で給電する場合と同量）となるようにする。さらに、車両切替手段は、給電元の電気自動車Ｅの蓄電池の残容量が必要容量を維持するように、給電元の電気自動車Ｅを別の電気自動車Ｅに切り替えるものである。この場合、上記のとおり切り替えは瞬時に行われるものではなく、当初の給電元の電気自動車Ｅからの給電量を徐々に減少させる形で行われるので、切り替え開始後の容量の減少量を見越して、残容量が必要容量に達するよりも前に切り替えを開始する。

また、制御部７は、給電停止手段を有しており、制御部７自体が給電停止手段として機能する。給電停止手段は、給電元の電気自動車Ｅの蓄電池の残容量が所定値（たとえば満容量の１０％など）に達すると、音やタッチパネル７２の表示などで警報を発報し、その電気自動車Ｅからの給電を停止する。蓄電池は残容量が無くなるまで完全に放電してしまうと損傷するおそれがあり、それを防止するためのものである。

また、制御部７は、商用電源監視手段を有しており、制御部７自体が商用電源監視手段として機能する。商用電源監視手段は、制御部７のＢルートアダプタ７４が建物に設置されたスマートメータＭと無線接続された状態において、商用電源の状態（通電、停電、復電）を監視する。あるいは、商用電源監視手段は、Ｂルートアダプタ７４以外の経路からの情報、たとえば、人が検電して商用電源の状態を確認した結果の情報であってタッチパネル７２から入力されたものに基づいて、商用電源の状態を監視することもできる。

また、制御部７は、充放電切替手段を有しており、制御部７自体が充放電切替手段として機能する。充放電切替手段は、この充放電システムに対して商用電源Ｐが接続された状態において、商用電源Ｐの電圧を監視し、電圧が所定値以下に下がった場合に、電気自動車Ｅの蓄電池から負荷Ｌへ電力を供給するように直流変換器２を制御し（すなわち負荷給電手段として機能する）、電圧が所定値以上に上がった場合に、商用電源Ｐから１台または複数台の電気自動車Ｅの蓄電池へ電力を供給するように直流変換器２を制御する。これは、高負荷時には電圧が下がり、低負荷時には電圧が上がることに基づいて、このように制御するものである。同様に、周波数を検出することで、電力需要の高負荷・低負荷を検知することもできる。

また、制御部７は、寿命予測手段を有しており、制御部７自体が寿命予測手段として機能する。寿命予測手段は、電気自動車Ｅを充電する際に、対象となる車両ごとの充電時間、充電電流の変化や充電電力量およびＳＯＨ（State Of Health：ある時点での満充電容量／初期の満充電容量）を計測・記録し、その情報に基づいて、蓄電池の経年劣化を診断して寿命予測を行うものである。診断・予測の結果は、タッチパネル７２に表示される。

また、制御部７は、絶縁性能評価手段を有しており、制御部７自体が絶縁性能評価手段として機能する。絶縁性能評価手段は、負荷Ｌへ電力を供給する際に、パワーコンディショナ１側に帰還する接地電流値を計測・記録し、その情報に基づいて、負荷Ｌの絶縁性を評価するものであり、時系列で評価することで、絶縁性能の経年劣化を診断して予防保全を行うことができる。評価・診断の結果は、タッチパネル７２に表示される。

続いて、このように構成された充放電システムを使用する際の具体的な手順について示す。この充放電システムは、車両に搭載された可搬式のものであるから、システム自体を任意の場所へ運んで利用することができる。たとえば、電気自動車Ｅが電欠となった場合に、この充放電システムを派遣して救済する場合を想定する。この場合、図３（ａ）に示すように、１つの直流変換器２（Ｂ系直流変換器２ｂとする）に接続された車両接続部５の１つのプラグ５１を、電欠となった電気自動車Ｅ（Ｂ系１号車Ｅｂ１）に接続し、他の直流変換器２（Ａ系直流変換器２ａとする）に接続された車両接続部５の１つのプラグ５１を、別の電気自動車Ｅ（Ａ系１号車Ｅａ１）に接続する。ただし、Ａ系１号車Ｅａ１は、蓄電池の残容量に余裕があるものとする。

２台の電気自動車Ｅを接続したら、タッチパネル７２を操作して、車両間充電手段を動作させる。すると、Ａ系１号車Ｅａ１からＢ系１号車Ｅｂ１へ電力が供給され、Ｂ系１号車Ｅｂ１が充電される。この際、残容量取得手段がＡ系１号車Ｅａ１およびＢ系１号車Ｅｂ１の蓄電池の残容量を取得するとともに、必要容量取得手段が、給電元の電気自動車ＥであるＡ系１号車Ｅａ１の必要容量（車両接続部５に接続された時点における蓄電池の満容量と残容量の差）を取得する。これらの情報に基づき、Ｂ系１号車Ｅｂ１の蓄電池が満充電となるか、Ａ系１号車Ｅａ１の蓄電池の残容量が必要容量となったら、充電が終了する（それより前に、タッチパネル７２を操作して、任意の時点で充電を終了することもできる）。これにより、Ｂ系１号車Ｅｂ１は走行できるようになり、またＡ系１号車Ｅａ１には少なくとも前回充電した場所まで走行するための残容量が残される。なお、何らかの理由により給電元の電気自動車ＥであるＡ系１号車Ｅａ１の必要容量が取得できなかった場合でも、Ａ系１号車Ｅａ１の蓄電池の残容量が所定値まで減少したら、給電停止手段が給電を停止して、蓄電池の損傷を防ぐ。また、このように車両間で充電が行われる際には、パワーコンディショナ１は関与しない。そして、Ｂ系１号車Ｅｂ１については、充電されている間に、寿命予測手段が、充電時間、充電電流の変化や充電電力量およびＳＯＨを計測・記録し、その情報に基づいて、蓄電池の経年劣化を診断して寿命予測を行う。その結果はタッチパネル７２に表示される。

また、このように１台の電気自動車Ｅの蓄電池から他の１台の電気自動車Ｅの蓄電池へ電力を供給するのみならず、給電元や給電先の電気自動車Ｅが複数台であってもよい。すなわち、１台から複数台への充電の場合、たとえば図３（ｂ）に示すように、Ａ系１号車Ｅａ１からＢ系１号車Ｅｂ１とＣ系１号車Ｅｃ１に充電される。また、複数台から１台への充電の場合、たとえば図３（ｃ）に示すように、Ａ系１号車Ｅａ１とＢ系１号車Ｅｂ１からＣ系１号車Ｅｃ１に充電される。さらに、複数台から複数台への充電の場合、たとえば図３（ｄ）に示すように、Ａ系１号車Ｅａ１とＢ系１号車Ｅｂ１からＣ系１号車Ｅｃ１とＤ系１号車Ｅｄ１に充電される。

次に、災害時において、停電している建物（避難所など）の負荷Ｌに電力を供給するためにこの充放電システムを派遣する場合を想定する。なお、負荷Ｌには、エレベータなど三相交流の電気で動作する三相動力負荷Ｌａと、照明器具など単相交流の電気で動作する単相電灯負荷Ｌｂがあるが、ここでは三相動力負荷Ｌａを対象とする。また、最低限１台の電気自動車Ｅがあれば負荷Ｌに電力を供給できるが、ここでは複数台の電気自動車Ｅがあるものとする。この場合、図４に示すように、複数の直流変換器２（Ａ系直流変換器２ａとＢ系直流変換器２ｂとする）のそれぞれの車両接続部５の複数のプラグ５１に、それぞれ電気自動車Ｅを接続する。Ａ系の車両接続部５に接続された電気自動車Ｅを、順にＡ系１号車Ｅａ１、Ａ系２号車Ｅａ２、・・・とし、Ｂ系の車両接続部５に接続された電気自動車Ｅを、順にＢ系１号車Ｅｂ１、Ｂ系２号車Ｅｂ２、・・・とする。ただし、接続された電気自動車Ｅは、何れも蓄電池の残容量に余裕があるものとする。また、絶縁変圧器３に接続された負荷接続部６のコネクタ６１に、三相動力負荷Ｌａを接続する。そして、図４では図示省略したが、図１に示すように、Ｅ系直流変換器２ｅには、直流電源用プラグ５４を有する直流電源用ケーブル５５によってガソリン車Ｇを接続する。また、Ｂルートアダプタ７４により、制御部７と建物のスマートメータＭを無線接続する。さらに、接続部９に対して商用電源Ｐを接続する。

各部の接続が完了したら、タッチパネル７２を操作して、負荷給電手段を動作させる。すると、まず図４（ａ）に示すように、Ａ系の車両接続部５の電気的インターロック装置５３により、Ａ系１号車Ｅａ１に繋がる配線のリレー接点５２が閉とされ、他のリレー接点５２が開とされる。そして、Ａ系１号車Ｅａ１から、Ａ系直流変換器２ａ、パワーコンディショナ１および絶縁変圧器３を介して三相動力負荷Ｌａへ電力が供給され、三相動力負荷Ｌａが駆動する。この際、商用電源監視手段が、Ｂルートアダプタ７４などを通じて商用電源の状態を監視しており、停電状態であることを条件に、電気自動車Ｅから電力を供給する。また、残容量取得手段がＡ系１号車Ｅａ１の蓄電池の残容量を取得するとともに、必要容量取得手段が、給電元の電気自動車ＥであるＡ系１号車Ｅａ１の必要容量（車両接続部５に接続された時点における蓄電池の満容量と残容量の差）を取得する。これらの情報に基づき、Ａ系１号車Ｅａ１の蓄電池の残容量が必要容量を維持するように、車両切替手段が、給電元の電気自動車Ｅを別の電気自動車Ｅに切り替える（それより前に、タッチパネル７２を操作して、任意の時点で切り替えることもできる）。この際、給電元の電気自動車Ｅは、Ａ系直流変換器２ａに接続されたＡ系１号車Ｅａ１から、図４（ｂ）に示すように、Ｂ系直流変換器２ｂに接続されたＢ系１号車Ｅｂ１に切り替わり、Ｂ系１号車Ｅｂ１から、Ｂ系直流変換器２ｂ、パワーコンディショナ１および絶縁変圧器３を介して三相動力負荷Ｌａへ電力が供給され、三相動力負荷Ｌａが駆動し続ける。そして、切り替えの際には、Ａ系１号車Ｅａ１からの給電量を線形的に減少させていき、Ｂ系１号車Ｅｂ１からの給電量を線形的に増加させていくことで、２台の電気自動車Ｅからの給電量の和が一定となるようにする。これにより、電気自動車Ｅの切り替え時においても途切れることなくシームレスに電力が供給される。このようにして、給電元の電気自動車Ｅを、Ａ系１号車Ｅａ１→Ｂ系１号車Ｅｂ１→Ａ系２号車Ｅａ２→Ｂ系２号車Ｅｂ２→・・・というふうに、使用する直流変換器２が入れ替わる形で切り替えていき、給電が継続される（もちろんＣ系直流変換器２ｃやＤ系直流変換器２ｄに電気自動車Ｅを接続して給電元としてもよい）。給電が終わった電気自動車Ｅには、少なくとも前回充電した場所まで走行するための残容量が残される。なお、何らかの理由により給電元の電気自動車Ｅの必要容量が取得できなかった場合でも、その電気自動車Ｅの蓄電池の残容量が所定値まで減少したら、給電停止手段が給電を停止して、蓄電池の損傷を防ぐ。また、負荷給電手段は、電気自動車Ｅの蓄電池ではなく、ガソリン車Ｇの補機電源用ダイナモから三相動力負荷Ｌａへ給電させることもできる。さらに、商用電源Ｐが復電した場合には、負荷給電手段による三相動力負荷Ｌａへの給電が停止し、充放電切替手段が、商用電源Ｐから電気自動車Ｅの蓄電池へ電力を供給するとともに、電源部８にも電力を供給して充電器８１によりバックアップ用蓄電池８４を充電する。そして、負荷Ｌについては、電力を供給される際に、絶縁性能評価手段が、パワーコンディショナ１側に帰還する接地電流値を計測・記録し、その情報に基づいて、絶縁性を評価するものであり、時系列で評価することで、絶縁性能の経年劣化を診断して予防保全を行うことができる。その結果は、タッチパネル７２に表示される。

このような本発明の充放電システムによれば、パワーコンディショナ１、直流変換器２、絶縁変圧器３および電灯変圧器４を備える簡易な構成のシステムにより、負荷給電手段により電気自動車Ｅの蓄電池から種々の負荷Ｌへ電力を供給するのみならず、車両間充電手段により電気自動車Ｅの蓄電池から他の電気自動車Ｅの蓄電池へ電力を供給することも可能である。そして、絶縁変圧器３と電灯変圧器４を備えることにより、三相動力負荷Ｌａと単相電灯負荷Ｌｂのどちらにも電力を供給できる。また、車両切替手段により給電元の電気自動車Ｅを切り替えてより大きな容量の電力を供給することができる。そして、残容量取得手段が、電気自動車Ｅの蓄電池の残容量を取得するものであって、車両切替手段が、当初の給電元の電気自動車Ｅからの給電量を漸減させるとともに新たな給電元の電気自動車Ｅからの給電量を漸増させるものであるから、給電元の電気自動車Ｅの切り替え時においても、途切れることなくシームレスに電力を供給可能であり、給電先に対して影響を及ぼすことがない。また、必要容量取得手段が、電気自動車Ｅに必要な蓄電池の残容量である必要容量を取得するものであって、車両切替手段が、給電元の電気自動車Ｅの蓄電池の残容量が必要容量を維持するように、給電元の電気自動車Ｅを別の電気自動車Ｅに切り替えるものであるから、給電元の電気自動車Ｅの蓄電池の残容量が無くなり走行できなくなることを避けられる。さらに、必要容量取得手段が、電気自動車Ｅが車両接続部５に接続された時点における蓄電池の満容量と残容量の差をその電気自動車Ｅの必要容量とするものであるから、容易な方法で、少なくともその電気自動車Ｅが前回充電した場所まで走行するための残容量を確保することができる。また、絶縁変圧器３の容量がパワーコンディショナ１の容量以下のものであるから、給電先の三相動力負荷Ｌａの起動時の突入電流によりパワーコンディショナ１が過電流・過負荷となって停止することを防ぐことができる。

また、給電停止手段が、給電元の電気自動車Ｅの蓄電池の残容量が所定値に達すると警報を発報して給電を停止するものであるから、残容量が無くなるまで完全に放電して蓄電池が損傷することを防止できる。さらに、商用電源監視手段が、建物のスマートメータＭを通じて商用電源の状態を監視するものであるから、この充放電システムへの過電流を防止することができる。また、充放電切替手段により、デマンド計を用いることなく、高負荷時にのみ、電気自動車Ｅによる補助を行うことができる。また、この充放電システムを利用することによって、付随的に、寿命予測手段による電気自動車Ｅの蓄電池の寿命予測や、絶縁性能評価手段による負荷Ｌの絶縁性の評価の結果が得られる。この結果が、その後電気自動車Ｅや負荷Ｌを利用する際に役立つものであるとともに、このような結果が得られることが、この充放電システムを利用することの動機付けとなるものである。

また、直流変換器２にガソリン車Ｇなどの直流電源を接続することも可能であるから、ガソリン車Ｇの補機電源用ダイナモなどから得られる電力を負荷Ｌへ給電することもできる。さらに、この充放電システムによれば、電気自動車Ｅの蓄電池から商用電源の系統への給電、すなわち低圧側から高圧側への逆充電を行うこともできる。また、電気自動車Ｅを接続して給電を受けられるということは、すなわち、電気自動車Ｅによって電力を輸送できるということである。これにより、電気自動車Ｅが走行可能である限り、送配電網の無い無電化地域に設置された水力発電などの独立電源からも、電力の供給を受けることができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨の範囲内で適宜変更できる。たとえば、ガソリン車などの直流電源を接続するための専用の直流変換器を有するものであってもよい。また、電灯変圧器は、三相交流の電気から単相交流の電気を取り出すことができるものであればよく、たとえばスコット結線変圧器などであってもよい。さらに、直流変換器には、太陽光発電装置や風力発電装置などの再生可能エネルギー発電装置を接続することもできる。また、上記の実施形態は、システム自体が車両に載せられた可搬式のものであるが、システムの電源として、その車両のバッテリを利用するものであってもよい。さらに、制御部のＰＬＣはプログラムにより自在に動作させることが可能なものであり、上記の実施形態の寿命予測や絶縁性能評価だけでなく、種々の計測・入力された情報などに基づいて、多様なサービスを提供することが可能である。

なお、この充放電システムは、災害時のみならず、種々の場面で用いることができる。たとえば、商用電源の系統と連携しないオフグリッドでの使用例として、イベント会場や工事現場などで一時的に電力を供給する場合などが挙げられる。

また、商用電源の系統と連携したオングリッドでの使用例として、商用電源から電力の供給を受けつつ、電力需要が増大したときなどに車両の蓄電池などから補助的に電力の供給を受けることで、基準のデマンド値を超過しないように管理する場合などが挙げられる。

１ パワーコンディショナ
２ 直流変換器
３ 絶縁変圧器
４ 電灯変圧器
５ 車両接続部
６ 負荷接続部
７ 制御部

Claims (5)

1. パワーコンディショナと、パワーコンディショナに接続された複数の直流変換器および変圧器と、各直流変換器に接続されたものであって蓄電池を備える車両が接続される車両接続部と、変圧器に接続されたものであって負荷が接続される負荷接続部と、直流変換器を制御する制御部を備えるものであって、
   制御部は、１台または複数台の車両の蓄電池から他の１台または複数台の車両の蓄電池へ電力を供給するように直流変換器を制御する車両間充電手段と、１台または複数台の車両の蓄電池から負荷へ電力を供給するように直流変換器を制御する負荷給電手段と、他の車両または負荷へ電力を供給する給電元の車両を別の車両に切り替える車両切替手段を有することを特徴とする充放電システム。
2. 制御部は、車両接続部に接続された各車両の蓄電池の残容量を取得する残容量取得手段を有するものであって、
   車両切替手段は、当初の給電元の車両の蓄電池の残容量が無くなる前に、当初の給電元の車両からの給電量を漸減させるとともに新たな給電元の車両からの給電量を漸増させて、給電元の車両を無瞬断で別の車両に切り替えるものであることを特徴とする請求項１記載の充放電システム。
3. 制御部は、車両接続部に接続された各車両の蓄電池の残容量を取得する残容量取得手段と、各車両に必要な蓄電池の残容量である必要容量を取得する必要容量取得手段を有するものであって、
   車両切替手段は、給電元の車両の蓄電池の残容量が必要容量を維持するように、給電元の車両を別の車両に切り替えるものであることを特徴とする請求項１または２記載の充放電システム。
4. 必要容量取得手段は、車両が車両接続部に接続された時点における蓄電池の満容量と残容量の差をその車両の必要容量とするものであることを特徴とする請求項３記載の充放電システム。
5. 変圧器は、絶縁変圧器であって、その容量がパワーコンディショナの容量以下のものであることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の充放電システム。
   
   

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