JP2022089634A - 電動車両充電システム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自然エネルギーを用いて発電する発電装置の発電電力を電動車両に充電する電動車両充電システムに関する。
従来より、太陽電池を用いて発電された電力を、電動車両に充電する充電ステーションが知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1には、太陽電池と鉛蓄電池とを並列接続することで、太陽電池の発電電力を鉛蓄電池に充電しておき、電動車両を充電する際には、並列接続された太陽電池と鉛蓄電池から、充電電力を取り出すことが記載されている。
ところで、特許文献1に記載の充電ステーションでは、太陽電池と鉛蓄電池とが並列接続されている。そのため、鉛蓄電池が充分に充電され、太陽電池の出力電圧が低下している場合には、太陽電池の出力電圧よりも鉛蓄電池の出力電圧が高くなることがある。この場合、太陽電池で発電されているにもかかわらず、電動車両には、鉛蓄電池の放電による電力供給が主に行われることになる。そのため、太陽電池の発電電力を効率よく引き出すことができず、太陽電池の発電電力を有効活用できない場合がある。
また、自然エネルギーを用いて発電する風力発電、水力発電等の場合であっても、自然環境の状況変化により発電量が変化する。そのため、特許文献1に記載の充電ステーションにおいて、太陽電池の代わりに風力発電装置や水力発電装置を用いた場合であっても、太陽電池の場合と同様に、自然エネルギーによる発電電力を有効活用できないおそれがある。
本発明の目的は、自然エネルギーによる発電電力を有効活用することが容易な電動車両充電システムを提供することである。
本発明に係る電動車両充電システムは、自然エネルギーを用いて発電する発電装置から出力される発電電力を受電する発電電力受電部と、前記発電電力受電部によって受電された電力を充電する蓄電池と、前記発電電力受電部によって受電された電力及び前記蓄電池に充電された電力が、給電線を介して供給され、その供給された電力に基づいて電動車両の車両電池を充電する充電器と、前記充電器の動作を制御する充電制御部とを備え、前記発電電力受電部によって受電された電力を、前記蓄電池に充電された電力よりも優先して前記充電器へ供給する。
この構成によれば、発電電力受電部によって受電された、自然エネルギーに基づく発電電力が、蓄電池に充電された電力よりも優先して充電器へ供給されるので、自然エネルギーによる発電電力を有効活用することが容易となる。
また、前記給電線に、前記発電電力受電部によって受電された電力に基づいて予め設定された第一電圧以上の電圧を供給する第一電圧変換部と、前記給電線に、前記蓄電池に充電された電力に基づいて前記第一電圧よりも低い第二電圧を供給する第二電圧変換部と、を備えることによって、前記発電電力受電部によって受電された電力を、前記蓄電池に充電された電力よりも優先して前記充電器へ供給することが好ましい。
この構成によれば、第一電圧変換部の供給電圧を第二電圧変換部の供給電圧よりも高くするという、簡素な構成によって、発電電力受電部によって受電された電力を、蓄電池に充電された電力よりも優先して充電器へ供給することができる。
また、商用電源から電力を受電する商用電力受電部をさらに備え、前記充電器へ供給される優先順位が、前記発電電力受電部によって受電された電力、前記蓄電池に充電された電力、及び前記商用電力受電部によって受電された電力の順であることが好ましい。
この構成によれば、自然エネルギーを用いて発電された電力を有効活用しつつ、不足した電力を商用電源から補うことが可能となる。
また、前記商用電力受電部は、前記商用電源から供給される電力を、予め設定された制限電力未満に制限することが好ましい。
商用電源は、供給電力が増大すると、キュービクル等の設備の設置が必要になる場合がある。そこで、例えばキュービクル等の設備が必要になる電力を制限電力として設定することによって、設備費用の増大を抑制することが可能となる。
また、前記給電線に、前記発電電力受電部によって受電された電力に基づいて予め設定された第一電圧を供給する第一電圧変換部と、前記給電線に、前記蓄電池に充電された電力に基づいて前記第一電圧よりも低い第二電圧を供給する第二電圧変換部と、前記給電線に、前記商用電力受電部によって受電された電力に基づいて前記第二電圧よりも低い第三電圧を供給する第三電圧変換部と、を備えることによって、前記充電器へ供給される優先順位が、前記発電電力受電部によって受電された電力、前記蓄電池に充電された電力、及び前記商用電力受電部によって受電された電力の順とされることが好ましい。
この構成によれば、第一電圧変換部の供給電圧を第二電圧変換部の供給電圧よりも高く、第二電圧変換部の供給電圧を第三電圧変換部の供給電圧よりも高くするという、簡素な構成によって、充電器へ供給される優先順位を、発電電力受電部によって受電された電力、蓄電池に充電された電力、及び商用電力受電部によって受電された電力の順とすることが可能となる。
また、前記充電器に接続された前記電動車両の前記車両電池の残電力量、及びその電動車両の電力量消費率を取得する車両情報取得部と、ユーザが所望する所望走行距離の入力を受け付ける走行距離受付部と、前記残電力量及び前記電力量消費率に基づいて前記電動車両が前記所望走行距離を走行するための第一電力量を算出する第一電力量算出部とをさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、電動車両を、ユーザが所望する所望走行距離走行させるために必要な第一電力量を算出することが可能となる。
また、前記第一電力量が前記充電器によって前記車両電池に充電される時間に関する充電時間情報を報知する充電情報報知部をさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、電動車両が、ユーザが所望する所望走行距離走行可能になる時間に関する充電時間情報を、ユーザに報知することができるので、ユーザの利便性が向上する。
また、前記充電制御部は、前記第一電力量を、前記充電器によって前記車両電池に充電させる距離指定充電モードをさらに実行可能であることが好ましい。
この構成によれば、電動車両が、ユーザが所望する所望走行距離走行可能になるように、車両電池を充電することができる。
また、前記充電器を複数備え、前記車両情報取得部は、前記各充電器に接続される前記電動車両のそれぞれについて、前記残電力量及び前記電力量消費率を取得し、前記電力量算出部は、前記各電動車両のそれぞれについて、前記第一電力量を算出し、前記充電制御部は、前記各充電器によって前記各車両電池へ前記第一電力量が充電されるタイミングが、実質的に同じタイミングになるように、前記各充電器による充電を制御する同時完了充電モードをさらに実行可能であることが好ましい。
この構成によれば、複数の電動車両を、ユーザが所望する所望走行距離走行可能にする充電が終了するタイミングを、実質的に同じタイミングにすることが可能となる。
また、前記充電制御部は、前記充電器による前記車両電池の充電を、所定の第一充電電力以下で実行させる第一充電モードと、前記第一充電電力よりも大きい第二充電電力以下で実行させる第二充電モードとをさらに実行可能であり、前記第二充電モードによる充電は、前記第一充電モードによる充電よりも、単位充電量当たりの充電料金が高く設定されていることが好ましい。
この構成によれば、充電時間が短く料金が高い第一充電モードと、充電時間が長く料金が安い第二充電モードとをユーザが選択可能となるので、ユーザの利便性が向上する。
また、前記充電器に接続された前記電動車両から、前記車両電池の満充電容量、及び前記車両電池の残電力量を取得する車両情報取得部と、前記満充電容量及び前記残電力量に基づいて、前記車両電池を満充電にするための第二電力量を算出する第二電力量算出部と、ユーザが所望する所望充電時間の入力を受け付ける充電時間受付部とをさらに備え、前記充電制御部は、前記充電時間受付部によって受け付けられた所望充電時間内で前記車両電池を満充電にし、かつ前記充電料金が最も安くなるように、前記第一充電モードによる充電と前記第二充電モードによる充電とを組み合わせる料金優先モードをさらに実行可能であることが好ましい。
この構成によれば、ユーザが所望する所望充電時間で車両電池を満充電にしつつ、充電料金を安くすることができるので、ユーザの利便性が向上する。
また、発電装置をさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、電動車両充電システムに、自然エネルギーを用いて発電する発電装置が含まれる。
このような構成の電動車両充電システムは、自然エネルギーによる発電電力を有効活用することが容易となる。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図1は、本発明の一実施形態に係る電動車両充電システムの構成の一例を示すブロック図である。
図1に示す電動車両充電システム1は、太陽電池PV(発電装置)、接続部T1(発電電力受電部)、接続部T2(商用電力受電部)、第一電圧変換部2、第二電圧変換部3、第三電圧変換部4(商用電力受電部)、蓄電池5、DC/DCコンバータ60~65、充電器C1~C5、制御部7、及びタッチパネルディスプレイ8を備えている。
電動車両充電システム1は、例えば電動車両EV1~EV5が備える車両電池Bを充電する充電ステーションとして構成されている。電動車両充電システム1に対応して設けられた駐車スペースに電動車両EV1~EV5が駐車された場合、充電器C1~C5を接続して電動車両EV1~EV5を充電可能とされている。
以下、電動車両EV1~EV5を総称して電動車両EVと称し、充電器C1~C5を総称して充電器Cと称する。また、充電器Cの添え字を充電器番号とし、n番の充電器を充電器Cnと表記する。電動車両EVの添え字を車両番号とし、n番の電動車両を電動車両EVnと表記する。
第一電圧変換部2、第二電圧変換部3、第三電圧変換部4、及びDC/DCコンバータ60~65は、給電線Lを介して接続されている。給電線Lは、いわゆる配線であり、電源バスラインとして機能する。
なお、図1には、商用電源CP、及び電動車両EV1~EV5が記載されているが、商用電源CP、及び電動車両EV1~EV5は、電動車両充電システム1には含まれない。また、電動車両充電システム1は、太陽電池PVを備えていなくてもよい。
太陽電池PVは、自然エネルギーである太陽光によって発電を行う発電装置の一例に相当している。なお、発電装置の一例として太陽電池を示したが、発電装置は、自然エネルギーを用いて発電するものであればよく、例えば風力発電機や水力発電機等であってもよい。
接続部T1は、例えば太陽電池PVと第一電圧変換部2とを接続する接続端子、コネクタ、又は配線等である。接続部T1は、太陽電池PVから出力される発電電力を受電し、第一電圧変換部2へ供給する。
第一電圧変換部2は、例えばDC/DCコンバータであり、主に昇圧DC/DCコンバータである。第一電圧変換部2は、いわゆるパワーコンディショナ(Power Conditioning System:PCS)と同様の、太陽電池PVから出力される電力、電圧、又は電流の調節機能を有し、太陽電池PVの発電効率を向上する機能を有していてもよい。第一電圧変換部2は、接続部T1によって太陽電池PVから受電された電力に基づいて、太陽電池PVの出力電圧を、予め設定された第一電圧V1以上の電圧に変換して給電線Lに供給する。
また、第一電圧変換部2は、太陽電池PVの発電電力値SP(kW)を検出し、制御部7へ出力する。
DC/DCコンバータ60は、給電線Lの電圧を、蓄電池5の充電に適した電圧、電流に変換して蓄電池5へ供給し、蓄電池5を充電する。具体的には、DC/DCコンバータ60は、給電線Lの電圧VLを図略の電圧検出部によって監視している。そして、電圧VLが、第一電圧V1を超え、例えば第一電圧V1よりも予め設定された所定電圧高い上限電圧Vhを超えたとき給電線Lから電流を引き込んで蓄電池5を充電する。電圧VLが上限電圧Vh以下になると蓄電池5の充電を停止する。
また、DC/DCコンバータ60は、蓄電池5に充電した充電電力量を示す情報を、制御部7へ送信する。
商用電源CPは、いわゆる電力会社から供給される電力である。後述するように、電動車両充電システム1は、50kW未満の低圧電力を商用電源CPとして用いることが容易である。低圧電力を商用電源CPとして用いることにより、キュービクル式高圧受電設備(キュービクル)の設置が不要となり、費用負担の軽減が容易となる。
接続部T2は、商用電源CPと第三電圧変換部4とを接続する接続端子、コネクタ、又は配線等である。接続部T2は、商用電源CPから電力を受電し、第三電圧変換部4へ供給する。接続部T2及び第三電圧変換部4が、商用電力受電部の一例に相当している。
第二電圧変換部3は、例えばDC/DCコンバータであり、主に昇圧DC/DCコンバータである。第二電圧変換部3は、蓄電池5に充電された電力に基づいて、蓄電池5の電圧を、予め設定された第二電圧V2に変換して給電線Lに供給する。
第二電圧変換部3は、給電線Lの電圧VLを図略の電圧検出部によって監視している。そして、電圧VLが第二電圧V2を超えるとき、第二電圧変換部3は動作せず、従って蓄電池5に充電された電力は給電線Lに供給されない。電圧VLが第二電圧V2以下になると、第二電圧変換部3は、蓄電池5に充電された電力に基づいて第二電圧V2を給電線Lに供給する。
また、第二電圧変換部3は、蓄電池5から放電させた放電電力量を示す情報を、制御部7へ送信する。なお、第二電圧変換部3とDC/DCコンバータ60とは、単一の構成として一体に構成されていてもよい。
第三電圧変換部4は、例えばAC/DCコンバータであり、整流器であってもよい。第三電圧変換部4は、接続部T2によって商用電源CPから受電された電力に基づいて、商用電源CPの電圧を、予め設定された第三電圧V3に変換して給電線Lに供給する。第三電圧変換部4は、給電線Lの電圧VLを図略の電圧検出部によって監視している。そして、電圧VLが第三電圧V3を超えるとき、第三電圧変換部4は動作せず、従って商用電源CPから供給された電力は給電線Lに供給されない。電圧VLが第三電圧V3以下になると、第三電圧変換部4は、商用電源CPから供給された電力に基づいて第三電圧V3を給電線Lに供給する。
また、第三電圧変換部4は、商用電源CPから供給される電力を、低圧電力契約可能な電力として予め設定された制限電力未満、例えば50kW未満に制限する。これにより、商用電源CPを低圧電力の契約とすることができ、キュービクルの設置が不要となるので、費用負担の軽減が容易となる。
第一電圧V1、第二電圧V2、第三電圧V3は、第一電圧V1>第二電圧V2>第三電圧V3となるように、各電圧が予め設定されている。その結果、給電線Lから充電器C1~C5へ電力供給される優先順位が、接続部T1によって受電された太陽電池PVの発電電力、蓄電池5に充電された電力、及び接続部T2によって受電された電力の順となる。
DC/DCコンバータ61~65は、給電線Lの電圧を、充電器C1~C5に適した電圧、電流に変換して充電器C1~C5へ供給する。DC/DCコンバータ60~65としては、主に降圧DC/DCコンバータが用いられる。
まず、第一電圧変換部2、第二電圧変換部3、及び第三電圧変換部4の動作について説明する。太陽電池PVの発電電力量が、電動車両EVが接続された充電器Cが必要とする電力量に対して十分大きいとき、第一電圧変換部2によって、太陽電池PVから受電された電力に基づく第一電圧V1以上の電圧が給電線Lに供給される。これにより、給電線Lの電圧VLが第一電圧V1以上に上昇する。
この状態で、DC/DCコンバータ61~65による給電線Lからの電流引込量が、第一電圧変換部2の電流供給量より少ない場合、すなわち太陽電池PVの発電電力量が、充電器C1~C5が必要とする電力量を上回る場合、電圧VLが上昇して上限電圧Vhを超える。そうすると、DC/DCコンバータ60が蓄電池5の充電を開始して給電線Lから電流を引き込む。これにより、太陽電池PVによる余剰発電電力が、蓄電池5に充電される。
このとき、電圧VLは、第一電圧V1以上に維持されているから、第二電圧変換部3及び第三電圧変換部4は動作していない。従って、接続部T1によって受電された太陽電池PVの発電電力が、蓄電池5に充電された電力、及び接続部T2によって受電された商用電源CPよりも優先して充電器C1~C5へ供給されることになる。
従って、特許文献1に記載の技術とは異なり、蓄電池5そのものの出力電圧に関わらず、蓄電池5に充電された電力よりも太陽電池PVの発電電力が優先して用いられることになる結果、自然エネルギーによる発電電力を有効活用することが容易となる。
次に、DC/DCコンバータ61~65による給電線Lからの電流引込量が、第一電圧変換部2の電流供給量より多い場合、すなわち太陽電池PVの発電電力量が、充電器C1~C5が必要とする電力量を下回る場合、第一電圧変換部2は、給電線Lの電圧VLを第一電圧V1以上に維持できなくなる。その結果、電圧VLが第二電圧V2以下に低下する。
電圧VLが第二電圧V2以下になると、第二電圧変換部3は、蓄電池5に充電された電力に基づいて第二電圧V2を給電線Lに供給する。その結果、給電線Lの電圧VLが第二電圧V2に維持される。このとき、太陽電池PVの発電電力及び蓄電池5の放電電力が充電器C1~C5へ供給され、充電器C1~C5が必要とする電力量に対する、太陽電池PVの発電電力の不足分が、蓄電池5から供給されることとなる。
このとき、電圧VLは、第二電圧V2に維持されているから、第三電圧変換部4は動作していない。従って、蓄電池5に充電された電力が、接続部T2によって受電された商用電源CPよりも優先して充電器C1~C5へ供給されることになる。
従って、給電線Lから充電器C1~C5へ電力供給される優先順位が、接続部T1によって受電された太陽電池PVの発電電力、蓄電池5に充電された電力、及び接続部T2によって受電された商用電源CPの電力の順となる。
蓄電池5に充電された電力は太陽電池PVの発電電力を充電したものであるから、太陽電池PVの発電電力を最大限使用して、商用電源CPの電力使用を極力少なくすることができる。その結果、第三電圧変換部4が、商用電源CPから供給される電力を、低圧電力の制限電力未満、例えば50kW未満に制限することが容易となる。従って、キュービクルの設置を不要とし、費用負担を軽減することが容易となる。
充電器C1~C5は、充電コネクタを介して電動車両EV1~EV5と接続可能とされている。充電器C1~C5としては、例えばCHAdeMO方式、COMBO方式、テスラスーパーチャージャー等、種々の充電方式を用いることができる。各充電器Cは、接続された電動車両EVとの間でデータ送受信可能とされている。これにより、各充電器Cは、接続された電動車両EVから得られた情報に基づき、各電動車両EVの車両電池Bに対する適切な充電制御を実行可能とされている。
なお、充電器Cによって車両電池Bを充電する際、充電初期は充電電力(充電電流)を大きくし、満充電に近づいたとき(例えばSOC80%、95%等)、充電電力(充電電流)を段階的、又は徐々に減少させる充電制御を行ってもよい。本明細書では、説明を簡素化するため、充電開始から満充電まで一定の充電電力で充電するものとして説明している。
各充電器Cが接続された電動車両EVから取得可能な情報は、例えば、車両電池Bの充電制御用信号、車両電池Bの満充電容量EF、車両電池Bに充電されている残電力量EB、及び電動車両EVの電力量消費率ER等である。
制御部7は、例えば、所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)、所定の制御プログラムを記憶するフラッシュメモリやROM(Read Only Memory)等の記憶部、及びこれらの周辺回路等を含んで構成されている。制御部7は、例えば上述の記憶部に記憶された制御プログラムを実行することにより、走行距離受付部71、充電時間受付部72、情報取得部73(車両情報取得部)、第一電力量算出部74、第二電力量算出部75、充電情報報知部76、及び充電制御部77として機能する。
制御部7には、タッチパネルディスプレイ8が接続されている。なお、タッチパネルディスプレイ8は、各充電器Cに対応して複数設けられ、各充電器Cによって電動車両EVを充電する各ユーザが、自分の電動車両EV近傍でタッチパネルディスプレイ8を操作可能であってもよい。また、電動車両充電システム1は、タッチパネルディスプレイ8の代わりに、他の表示装置と操作入力装置とを備えていてもよい。
走行距離受付部71は、ユーザが所望する所望走行距離Dの入力を、例えばタッチパネルディスプレイ8を介して受け付ける。充電時間受付部72は、ユーザが所望する所望充電時間CTの入力を、例えばタッチパネルディスプレイ8を介して受け付ける。
情報取得部73は、各充電器Cに接続された電動車両EVの車両電池Bの満充電容量EF、残電力量EB、及び各電動車両の電力量消費率ERを、各充電器Cを介して取得する。満充電容量EFは、満充電状態の車両電池Bの充電電力量(kWh)である。残電力量EBは、車両電池Bに充電されている電力量(kWh)である。電力量消費率ERは、電動車両EVが1km走行するために必要な電力量(kWh/km)である。
情報取得部73は、残電力量EBを直接取得する例に限られず、例えば残電力量EBの代わりに車両電池BのSOC(State of Charge)を取得し、満充電容量EFとSOCから残電力量EBを算出することによって、残電力量EBを間接的に取得してもよい。また、満充電容量EF及び残電力量EBの単位をAhとしてもよい。
また、情報取得部73は、電動車両EVの満充電容量EF、及び電力量消費率ERを、充電器Cを介して取得する例に限られず、充電器Cは、電動車両EVから満充電容量EF、及び電力量消費率ERを受信しなくてもよい。情報取得部73は、例えば電動車両EVの車両型式を取得し、外部データベースをアクセスしてその車両型式に対応する満充電容量EF、及び電力量消費率ERを取得してもよい。この場合、車両型式は、充電器Cを介して電動車両EVから読み出してもよく、カメラで撮像された画像から画像認識してもよく、種々の方法で取得することができる。
また、情報取得部73は、第一電圧変換部2から発電電力値SPを取得する。また、情報取得部73は、蓄電池5に充電された充電電力量をDC/DCコンバータ60から取得し、蓄電池5から放電された放電電力量を第二電圧変換部3から取得し、充電電力量から放電電力量を減算することにより、蓄電池5に充電されている蓄電池残電力量SB(kWh)を算出する。
第一電力量算出部74は、残電力量EB及び電力量消費率ERに基づいて電動車両EVが所望走行距離Dを走行するための第一電力量P1(kWh)を算出する。
第二電力量算出部75は、満充電容量EF及び残電力量EBに基づいて、車両電池Bを満充電にするための第二電力量P2(kWh)を算出する。
充電情報報知部76は、第一電力量P1が充電器Cによって電動車両EVに充電される時間に関する充電時間情報TJを報知する。充電時間情報TJは、第一電力量P1を電動車両EVに充電するのに必要な時間であってもよく、電動車両EVへの第一電力量P1の充電が完了する充電完了時刻であってもよい。充電時間情報TJは、電動車両EVが所望走行距離Dを走行可能な状態になる時間を示している。
充電制御部77は、各車両電池Bの充電方法として、通常モード(第一充電モード)、特急モード(第二充電モード)、料金優先モード、距離指定充電モード、及び同時完了モードの各モードを実行可能とされている。各モードは、例えば電動車両EVを充電しようとするユーザがタッチパネルディスプレイ8を操作することによって、設定可能とされている。
通常モードが設定された充電器Cに対して、充電制御部77は、第一充電電力W1以下の電力で充電を実行させる。特急モードが設定された充電器Cに対して、充電制御部77は、第二充電電力W2以下の電力で充電を実行させる。第一充電電力W1は例えば20kW、第二充電電力W2は例えば50kWに設定されている。
特急モードによる充電は、通常モードによる充電よりも、単位充電量当たりの充電料金が高く設定されている。通常モード又は特急モードの設定と、充電された充電電力量とに基づいて、図略の清算処理部によってユーザに対する料金精算が行われる。
なお、充電速度(充電電力)に関する充電モードとして、通常モード(第一充電モード)と特急モード(第二充電モード)の二段階に設定可能な例を示したが、充電速度(充電電力)に関する充電モードは、一つだけであってもよく、三段階以上の充電速度(充電電力)を設定可能な三つ以上の充電モードを有していてもよい。例えば、充電電力が、50kW、20kW、3kWの三段階に設定可能であってもよい。
距離指定充電モードが設定された充電器Cに対して、充電制御部77は、充電時間受付部72によって受け付けられた所望充電時間CT内で、その充電器Cに接続された車両電池Bを満充電にし、かつ充電料金が最も安くなるように、第一充電モードによる充電と第二充電モードによる充電とを組み合わせる。
距離指定充電モードが設定された充電器Cに対して、充電制御部77は、第一電力量P1を車両電池Bに充電させる。これにより、ユーザが所望した所望走行距離Dを走行することができる第一電力量P1を車両電池Bに充電させることができる。
ユーザは、タッチパネルディスプレイ8を操作することにより、充電器C1~C5のうち任意の複数の充電器Cを指定して、同時完了充電モードを設定することができる。同時完了充電モードでは、充電制御部77は、指定された各充電器Cによって各車両電池Bへ、各車両電池Bに対応する第一電力量P1が充電されるタイミングが、実質的に同じタイミングになるように、各充電器Cによる充電を制御する。これにより、指定された複数の充電器Cに接続された複数の電動車両EVが、実質的に同じタイミングで所望走行距離Dを走行することができる状態に充電される。
なお、実質的に同じタイミング、とは、充電制御誤差やばらつきによるタイミングのずれがあった場合も、実質的に同じタイミングに含む主旨であり、各電動車両EVに対して第一電力量P1が充電されるタイミングに、10分程度の差異があった場合であっても、実質的に同じタイミングとみなすものとする。
次に、上述のように構成された電動車両充電システム1の、主に制御部7の動作について説明する。図2~図6は、図1に示す電動車両充電システム1の動作の一例を示すフローチャートである。図3は通常/特急モード設定に対する処理の一例を示し、図4は料金優先モード設定に対する処理の一例を示し、図5は距離指定充電モード設定に対する処理の一例を示し、図6は同時完了充電モード設定に対する処理の一例を示している。
まず、情報取得部73は、第一電圧変換部2から発電電力値SPを取得する。さらに、情報取得部73は、DC/DCコンバータ60から取得した充電電力量と、第二電圧変換部3から取得した放電電力量とに基づいて、蓄電池残電力量SBを取得する(ステップS1)。
次に、情報取得部73は、充電器Cに接続された電動車両EVの電力量消費率ERと、その電動車両EVの車両電池Bの、満充電容量EF及び残電力量EBを、上述のようにして取得する(ステップS2)。
次に、情報取得部73は、電動車両EVが接続された各充電器Cについて、ユーザからのモード設定を、例えばタッチパネルディスプレイ8によって受け付ける(ステップS3)。
以下、図3~図6に示すように、受け付けられたモード設定に応じた処理が、ステップS5~S9と並行して実行される(ステップS4)。ステップS5~S9と、図3~図6に示すフローとは、相互に関係しながら実行される。
次に、充電制御部77は、第一電圧変換部2、第二電圧変換部3、及び第三電圧変換部4が供給可能な電力の合計を、供給可能電力WSAとして算出する(ステップS5)。
第一電圧変換部2が供給可能な電力は、ステップS1で得られた発電電力値SPである。第三電圧変換部4が供給可能な電力は、制限電力未満の範囲でなるべく大きな電力、例えば49.9kWとすることができる。第二電圧変換部3が供給可能な電力は、例えば蓄電池5の蓄電池残電力量SBを、各車両電池Bを充電するのに必要な時間で除算することにより得られる。
車両電池Bを充電するのに必要な時間は、モードに応じて、以下のようにして得られる。すなわち、通常又は特急モードが設定された車両電池Bについては、例えばその車両電池Bの(満充電容量EF-残電力量EB)を、20kW又は50kWで除算することにより得られる。料金優先モードでは、例えば充電時間受付部72によって受け付けられた時間とすることができる。距離指定充電モードでは、例えば充電情報報知部76によって算出された時間とすることができる。同時完了充電モードでは、例えば各車両電池Bへそれぞれの第一電力量P1が充電されるタイミングまでの時間とすることができる。
次に、充電制御部77は、各モード設定に応じた各充電器Cが必要とする電力の合計を、必要電力WCAとして算出する(ステップS6)。
具体的には、通常モードが設定された充電器Cが必要とする電力を20kW、特急モードが設定された充電器Cが必要とする電力を50kW、料金優先モードが設定された充電器Cが必要とする電力をステップS23の設定から取得、距離指定充電モードが設定された充電器Cが必要とする電力をステップS35~S37の設定電力から取得、同時完了充電モードが設定された充電器Cが必要とする電力をステップS54の設定結果から取得する。そして、このようにして得られた電力を合計することによって、必要電力WCAが得られる。
次に、充電制御部77は、必要電力WCAと供給可能電力WSAとを比較する(ステップS7)。必要電力WCAが供給可能電力WSA以下であれば(ステップS7でYES)、供給可能電力WSAは足りているから各モードでの処理をそのまま継続しつつ、状態の変化を監視する(ステップS8)。
例えば、発電電力値SPが変化した場合、充電制御部77は、ステップS6,S7を再度実行して発電電力値SPの変化に対応する。例えば、充電中の電動車両EVが充電を終了した場合やユーザが充電を取り止めた場合等、充電制御部77は、ステップS6~S8を再度実行して必要電力WCAの変化に対応する。
一方、必要電力WCAが供給可能電力WSA以下でなければ(ステップS7でNO)、供給可能電力WSAは不足しているから、充電制御部77は、優先順位の低い充電器Cから順に、各モード処理で設定された充電電力を減少させ(ステップS9)、供給可能電力WSAの不足が解消するまでステップS6~S7を繰り返す。
充電電力を減少させる優先順位は、任意に適宜設定することができる。例えば、特急モードの充電器Cの優先順位を高くしたり、先に充電を開始した充電器Cの優先順位を高くしたり、ステップS9で充電電力を減少させた充電器Cの優先順位を以後高くしたりしてもよい。
また、例えば、充電電力を減少させる対象が同時完了充電モード設定された充電器Cであった場合、同時完了充電モード設定された一つのグループに属する複数の充電器Cの充電電力の合計である合計電力PAを減少させる。
次に、通常モード又は特急モードが設定された充電器Cに関する処理について説明する。図3を参照して、通常モード又は特急モードが設定された充電器Cに関して、充電制御部77は、ステップS9において充電電力の設定変更が有ったか否かを確認する(ステップS11)。充電電力の設定変更がなければ(ステップS11でNO)、充電制御部77は、通常モードの充電器Cは20kWで、特急モードの充電器Cは50kWで、車両電池Bが満充電になるまで充電させ、処理を終了する。
一方、充電電力の設定変更が有った場合(ステップS11でYES)、充電制御部77は、充電器Cによって、設定変更後の充電電力で、車両電池Bが満充電になるまで充電させ、処理を終了する。
次に、料金優先モードが設定された充電器Cに関する処理について説明する。図4を参照して、充電時間受付部72は、ユーザが所望する所望充電時間の入力を、例えばタッチパネルディスプレイ8を介して受け付ける(ステップS21)。
次に、第二電力量算出部75は、料金優先モードによる充電対象の車両電池Bを満充電にするために必要な第二電力量P2を、対象車両電池Bの満充電容量EFと残電力量EBとに基づいて算出する(ステップS22)。第二電力量算出部75は、例えば第二電力量P2=EF-EBとすることにより、第二電力量P2を算出する。
次に、第二電力量算出部75は、所望充電時間CT内で対象車両電池Bを満充電にし、かつ充電料金が最も安くなるように、通常モードによる充電時間CT1と特急モードによる充電時間CT2とを設定する(ステップS23)。
具体的には、料金が安い通常モードの20kWで第二電力量P2を充電するのに必要な時間T=P2/20kWを算出し、時間Tが所望充電時間CT以下であれば、充電時間CT1=T、充電時間CT2=0とすることができる。
時間Tが所望充電時間CTを超えていれば、下記の式(1),(2)を満たす充電時間CT1,CT2を求めることによって、適切な充電時間CT1,CT2を得ることができる。
所望充電時間CT≧CT1+CT2 ・・・(1)
第二電力量P2=20kW×CT1+50kW×CT2 ・・・(2)
所望充電時間CT≧CT1+CT2 ・・・(1)
第二電力量P2=20kW×CT1+50kW×CT2 ・・・(2)
次に、充電制御部77は、ステップS9において充電電力の設定変更が有ったか否かを確認する(ステップS24)。充電電力の設定変更がなければ(ステップS24でNO)、充電制御部77は、料金優先モードが設定された充電器Cによって、車両電池Bを、通常モード(20kW)で充電時間CT1充電させ、特急モード(50kW)で充電時間CT2充電させ(ステップS25)、処理を終了する。
一方、充電電力の設定変更が有った場合(ステップS24でYES)、充電制御部77は、所望充電時間CT内に対象車両電池Bを満充電にできない旨、及び所望充電時間CT内に満充電にならなくても充電を継続するか否かをユーザに尋ねるメッセージをタッチパネルディスプレイ8に表示する(ステップS26)。
そして、ユーザがタッチパネルディスプレイ8を用いて、充電継続する旨の入力操作を行った場合(ステップS27でYES)、充電制御部77は、充電器Cによって、設定変更後の充電電力で対象車両電池Bを満充電になるまで充電させ、処理を終了する。
一方、ユーザがタッチパネルディスプレイ8を用いて、充電継続しない旨の入力操作を行って充電を取り止めた場合(ステップS27でNO)、充電制御部77は、対象車両電池Bの充電を行うことなく処理を終了する。
次に、距離指定充電モードが設定された充電器Cに関する処理について説明する。図5を参照して、走行距離受付部71は、ユーザが所望する所望走行距離Dの入力を、例えばタッチパネルディスプレイ8を介して受け付ける(ステップS31)。
次に、第一電力量算出部74は、距離指定充電モードが設定された対象の電動車両EVにおける残電力量EB及び電力量消費率ERに基づいて、その対象電動車両EVが所望走行距離Dを走行するために必要な第一電力量P1を算出する(ステップS32)。第一電力量算出部74は、例えば第一電力量P1=D×ERとすることにより、第一電力量P1を算出する。
次に、充電情報報知部76は、通常モードで対象車両電池Bに第一電力量P1を充電するのに必要な充電時間CTNと、特急モードで対象車両電池Bに第一電力量P1を充電するのに必要な充電時間CTEとを算出する(ステップS33)。充電情報報知部76は、例えば充電時間CTN=P1/20kW、充電時間CTE=P1/50kWとすることによって、充電時間CTN,CTEを算出することができる。
次に、充電情報報知部76は、通常モードの充電時間CTNを示す充電時間情報TJと、特急モードの充電時間CTEを示す充電時間情報TJとをタッチパネルディスプレイ8に表示し、ユーザによる通常/特急モード選択を受け付ける(ステップS34)。充電時間情報TJは、充電時間CTN,CTEそのものであってもよく、充電時間CTN,CTEが経過するときの時刻であってもよい。
これにより、ユーザは、通常/特急モードそれぞれについて、所望走行距離Dを走行可能な電力量を、自分の電動車両EVに充電するのに必要な時間を知ることができ、ユーザが適切な充電モードを選択することが容易となる。
次に、充電制御部77は、選択された充電モードが通常モードであった場合(ステップS35でYES)充電電力として第一充電電力W1(20kW)を設定し(ステップS36)、特急モードであった場合(ステップS35でNO)充電電力として第二充電電力W2(50kW)を設定する(ステップS37)。
次に、充電制御部77は、ステップS9において充電電力の設定変更が有ったか否かを確認する(ステップS38)。充電電力の設定変更がなければ(ステップS38でNO)、充電制御部77は、ユーザが選択した充電モードの充電電力で、対象車両電池Bに第一電力量P1を充電し(ステップS39)、処理を終了する。
一方、充電電力の設定変更が有った場合(ステップS38でYES)、充電情報報知部76は、設定変更された充電電力で対象車両電池Bに第一電力量P1を充電するのに必要な充電時間CTMを算出し、充電時間CTMを示す充電時間情報TJと、充電を継続するか否かをユーザに尋ねるメッセージとをタッチパネルディスプレイ8に表示する(ステップS40)。
そして、ユーザがタッチパネルディスプレイ8を用いて、充電継続する旨の入力操作を行った場合(ステップS41でYES)、充電制御部77は、充電器Cによって、設定変更後の充電電力で対象車両電池Bに第一電力量P1を充電させ(ステップS42)、処理を終了する。
一方、ユーザがタッチパネルディスプレイ8を用いて、充電継続しない旨の入力操作を行って充電を取り止めた場合(ステップS41でNO)、充電制御部77は、対象車両電池Bの充電を行うことなく処理を終了する。
次に、同時完了充電モードが設定された充電器Cに関する処理について説明する。図6を参照して、充電制御部77は、ユーザから、タッチパネルディスプレイ8を介して、同時完了充電モードを設定する複数の充電器番号の入力を受け付ける(ステップS51)。
次に、走行距離受付部71は、ユーザが所望する所望走行距離Dの入力を、例えばタッチパネルディスプレイ8を介して受け付ける(ステップS52)。
次に、第一電力量算出部74は、同時完了充電モードが設定された対象の電動車両EVにおける残電力量EB及び電力量消費率ERに基づいて、それらの対象電動車両EVが所望走行距離Dを走行するために必要な第一電力量P1を、それぞれ算出する(ステップS53)。
次に、充電制御部77は、対象の各車両電池Bへそれぞれの第一電力量P1が充電されるタイミングが、実質的に同じタイミングになるように、対象の各充電器Cの充電電力を設定する(ステップS54)。
具体的には、例えば同時完了充電モードが充電器C1,C2,C3に設定され、充電器C1,C2,C3に対して供給される(割り当てられた)電力の合計が合計電力PA、電動車両EV1の第一電力量P1がa、電動車両EV2の第一電力量P1がb、電動車両EV3の第一電力量P1がcであった場合、充電器C1,C2,C3の充電電力は、下記の式(3),(4),(5)で求めることができる。
充電器Cの充電電力=PA×a/(a+b+c) ・・・(3)
充電器Cの充電電力=PA×b/(a+b+c) ・・・(4)
充電器Cの充電電力=PA×c/(a+b+c) ・・・(5)
充電器Cの充電電力=PA×a/(a+b+c) ・・・(3)
充電器Cの充電電力=PA×b/(a+b+c) ・・・(4)
充電器Cの充電電力=PA×c/(a+b+c) ・・・(5)
次に、充電制御部77は、ステップS9において充電電力の設定変更が有ったか否かを確認する(ステップS55)。充電電力の設定変更がなければ(ステップS55でNO)、充電制御部77は、対象の各充電器Cに対してステップS54で設定された充電電力でそれぞれの第一電力量P1を充電させる(ステップS56)。
次に、充電情報報知部76は、対象の各充電器Cに対してステップS54で設定された充電電力でそれぞれの第一電力量P1を充電するのに必要な時間を算出し、充電が終了する時間に関する充電時間情報TJをタッチパネルディスプレイ8に表示し(ステップS59)、処理を終了する。
これにより、ユーザは、電動車両充電システム1による充電を終了して次の目的地へ向かうことができる時間を知ることができるので、ユーザの利便性が向上する。
一方、充電電力の設定変更が有った場合(ステップS55でYES)、充電制御部77は、ステップS9で変更された合計電力PAに基づいて、対象の各充電器Cの充電電力を新たに設定する(ステップS57)。
次に、充電制御部77は、新たに設定された充電電力で、対象の各充電器Cによってそれぞれの第一電力量P1を充電させる(ステップS58)。
次に、充電情報報知部76は、対象の各充電器Cに対してステップS57で設定された充電電力でそれぞれの第一電力量P1を充電するのに必要な時間を算出し、充電が終了する時間に関する充電時間情報TJをタッチパネルディスプレイ8に表示し(ステップS59)、処理を終了する。
同時完了充電モードによれば、同時完了充電モードが設定された、複数台の電動車両EVは、実質的に同じタイミングで、所望走行距離Dを走行可能な充電状態になる。例えばグループで行動している複数台の電動車両EVが、電動車両充電システム1で充電した後、同一の次の目的地に向かう場合がある。
このような場合に、同時完了充電モードによれば、次の目的地までの距離を所望走行距離Dとして設定することによって、グループの各電動車両EVが、次の目的地まで走行可能な充電状態に同時になる。その結果、グループの各電動車両EVが略同時に電動車両充電システム1による充電を終了して次の目的地へ向かうことができるので、ユーザの利便性が向上する。
なお、電動車両充電システム1は、通常モード(第一充電モード)、特急モード(第二充電モード)、料金優先モード、距離指定充電モード、及び同時完了充電モードのうち、少なくとも一つのモードを実行可能であればよく、これらすべてのモードを実行可能な例に限られない。
また、電動車両充電システム1は、接続部T2及び第三電圧変換部4を備えていなくてもよい。また、充電可能な電動車両EVの数は、五台に限られず、四台以下であってもよく、六台以上であってもよい。また、電動車両充電システム1は、走行距離受付部71を備えていなくてもよく、充電時間受付部72を備えていなくてもよく、情報取得部73を備えていなくてもよく、第一電力量算出部74を備えていなくてもよく、第二電力量算出部75を備えていなくてもよく、充電情報報知部76を備えていなくてもよい。
1 電動車両充電システム
2 第一電圧変換部
3 第二電圧変換部
4 第三電圧変換部(商用電力受電部)
5 蓄電池
7 制御部
8 タッチパネルディスプレイ
60~65 DC/DCコンバータ
71 走行距離受付部
72 充電時間受付部
73 情報取得部(車両情報取得部)
74 第一電力量算出部
75 第二電力量算出部
76 充電情報報知部
77 充電制御部
B 車両電池
C,Cn,C1~C5 充電器
CP 商用電源
CT 所望充電時間
CT1,CT2,CTE,CTM,CTN 充電時間
D 所望走行距離
EB 残電力量
EF 満充電容量
ER 電力量消費率
EV,EVn,EV1~EV5 電動車両
L 給電線
P1 第一電力量
P2 第二電力量
PA 合計電力
PV 太陽電池
SB 蓄電池残電力量
SP 発電電力値
T 時間
T1 接続部
T2 接続部(商用電力受電部)
TJ 充電時間情報
V1 第一電圧
V2 第二電圧
V3 第三電圧
VL 電圧
Vh 上限電圧
W1 第一充電電力
W2 第二充電電力
WCA 必要電力
WSA 供給可能電力
2 第一電圧変換部
3 第二電圧変換部
4 第三電圧変換部(商用電力受電部)
5 蓄電池
7 制御部
8 タッチパネルディスプレイ
60~65 DC/DCコンバータ
71 走行距離受付部
72 充電時間受付部
73 情報取得部(車両情報取得部)
74 第一電力量算出部
75 第二電力量算出部
76 充電情報報知部
77 充電制御部
B 車両電池
C,Cn,C1~C5 充電器
CP 商用電源
CT 所望充電時間
CT1,CT2,CTE,CTM,CTN 充電時間
D 所望走行距離
EB 残電力量
EF 満充電容量
ER 電力量消費率
EV,EVn,EV1~EV5 電動車両
L 給電線
P1 第一電力量
P2 第二電力量
PA 合計電力
PV 太陽電池
SB 蓄電池残電力量
SP 発電電力値
T 時間
T1 接続部
T2 接続部(商用電力受電部)
TJ 充電時間情報
V1 第一電圧
V2 第二電圧
V3 第三電圧
VL 電圧
Vh 上限電圧
W1 第一充電電力
W2 第二充電電力
WCA 必要電力
WSA 供給可能電力
Claims (12)
- 自然エネルギーを用いて発電する発電装置から出力される発電電力を受電する発電電力受電部と、
前記発電電力受電部によって受電された電力を充電する蓄電池と、
前記発電電力受電部によって受電された電力及び前記蓄電池に充電された電力が、給電線を介して供給され、その供給された電力に基づいて電動車両の車両電池を充電する充電器と、
前記充電器の動作を制御する充電制御部とを備え、
前記発電電力受電部によって受電された電力を、前記蓄電池に充電された電力よりも優先して前記充電器へ供給する電動車両充電システム。 - 前記給電線に、前記発電電力受電部によって受電された電力に基づいて予め設定された第一電圧以上の電圧を供給する第一電圧変換部と、
前記給電線に、前記蓄電池に充電された電力に基づいて前記第一電圧よりも低い第二電圧を供給する第二電圧変換部と、
を備えることによって、前記発電電力受電部によって受電された電力を、前記蓄電池に充電された電力よりも優先して前記充電器へ供給する請求項1に記載の電動車両充電システム。 - 商用電源から電力を受電する商用電力受電部をさらに備え、
前記充電器へ供給される優先順位が、前記発電電力受電部によって受電された電力、前記蓄電池に充電された電力、及び前記商用電力受電部によって受電された電力の順である請求項1に記載の電動車両充電システム。 - 前記商用電力受電部は、前記商用電源から供給される電力を、予め設定された制限電力未満に制限する請求項3に記載の電動車両充電システム。
- 前記給電線に、前記発電電力受電部によって受電された電力に基づいて予め設定された第一電圧を供給する第一電圧変換部と、
前記給電線に、前記蓄電池に充電された電力に基づいて前記第一電圧よりも低い第二電圧を供給する第二電圧変換部と、
前記給電線に、前記商用電力受電部によって受電された電力に基づいて前記第二電圧よりも低い第三電圧を供給する第三電圧変換部と、
を備えることによって、前記充電器へ供給される優先順位が、前記発電電力受電部によって受電された電力、前記蓄電池に充電された電力、及び前記商用電力受電部によって受電された電力の順とされる請求項3又は4に記載の電動車両充電システム。 - 前記充電器に接続された前記電動車両の前記車両電池の残電力量、及びその電動車両の電力量消費率を取得する車両情報取得部と、
ユーザが所望する所望走行距離の入力を受け付ける走行距離受付部と、
前記残電力量及び前記電力量消費率に基づいて前記電動車両が前記所望走行距離を走行するための第一電力量を算出する第一電力量算出部とをさらに備える請求項1~5のいずれか1項に記載の電動車両充電システム。 - 前記第一電力量が前記充電器によって前記車両電池に充電される時間に関する充電時間情報を報知する充電情報報知部をさらに備える請求項6に記載の電動車両充電システム。
- 前記充電制御部は、前記第一電力量を、前記充電器によって前記車両電池に充電させる距離指定充電モードをさらに実行可能な請求項6又は7に記載の電動車両充電システム。
- 前記充電器を複数備え、
前記車両情報取得部は、前記各充電器に接続される前記電動車両のそれぞれについて、前記残電力量及び前記電力量消費率を取得し、
前記電力量算出部は、前記各電動車両のそれぞれについて、前記第一電力量を算出し、
前記充電制御部は、前記各充電器によって前記各車両電池へ前記第一電力量が充電されるタイミングが、実質的に同じタイミングになるように、前記各充電器による充電を制御する同時完了充電モードをさらに実行可能な請求項6~8のいずれか1項に記載の電動車両充電システム。 - 前記充電制御部は、前記充電器による前記車両電池の充電を、所定の第一充電電力以下で実行させる第一充電モードと、前記第一充電電力よりも大きい第二充電電力以下で実行させる第二充電モードとをさらに実行可能であり、
前記第二充電モードによる充電は、前記第一充電モードによる充電よりも、単位充電量当たりの充電料金が高く設定されている請求項1~9のいずれか1項に記載の電動車両充電システム。 - 前記充電器に接続された前記電動車両から、前記車両電池の満充電容量、及び前記車両電池の残電力量を取得する車両情報取得部と、
前記満充電容量及び前記残電力量に基づいて、前記車両電池を満充電にするための第二電力量を算出する第二電力量算出部と、
ユーザが所望する所望充電時間の入力を受け付ける充電時間受付部とをさらに備え、
前記充電制御部は、前記充電時間受付部によって受け付けられた所望充電時間内で前記車両電池を満充電にし、かつ前記充電料金が最も安くなるように、前記第一充電モードによる充電と前記第二充電モードによる充電とを組み合わせる料金優先モードをさらに実行可能な請求項10に記載の電動車両充電システム。 - 前記発電装置をさらに備える請求項1~11のいずれか1項に記載の電動車両充電システム。
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Citations (3)
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JP2010268576A (ja) * | 2009-05-13 | 2010-11-25 | Toyota Motor Corp | 電力供給配分制御装置 |
JP2018038126A (ja) * | 2016-08-30 | 2018-03-08 | 株式会社アイケイエス | 電力融通システム |
JP2020005341A (ja) * | 2018-06-25 | 2020-01-09 | ニチコン株式会社 | パワーコンディショナおよび蓄電システム |
-
2020
- 2020-12-04 JP JP2020202178A patent/JP2022089634A/ja active Pending
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