JP2023068971A - 車両充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 電力系統からの受電電力が設定した値を超えることが無く、且つ蓄電池を利用した効果的な充電が可能な車両充電システムを提供する。【解決手段】 充電器２と充電器２に電力を供給するための蓄電池盤３とを有し、蓄電池盤３は、受電電力を監視する第１通信ＩＦ１１と、受電電力を直流変換するコンバータユニット３１と、直流変換された受電電力と蓄電池３３の出力とを基に、充電器２に供給する電力を生成するインバータユニット３２と、コンバータユニット３１及びインバータユニット３２を制御する制御ユニット３４とを有している。制御ユニット３４は、第１通信ＩＦ１１に送信された受電電力情報を基に、受電電力が設定された上限値を超えないようコンバータユニット３１を制御し、且つ蓄電池３３の蓄電残量の情報と充電器２が要求する電力情報とを基に、コンバータユニット３１及びインバータユニット３２とを制御する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ＥＶ等の蓄電池を備えた車両を充電する車両充電システムに関する。

ＥＶやＰＨＶ等の蓄電池を備えた車両の普及に伴い、車両を充電するための充電スタンドの設置が進んでいる。この充電スタンドは、短時間での充電を可能とする充電器が普及しているが、系統からの受電電力は増やしたくない要望があるため、充電設備に蓄電池を備えて系統と蓄電池の双方の電力で車両充電を行うことで、短時間での充電を実施するシステムが主流となりつつある。
例えば特許文献１の車両充電システムでは、蓄電池を備えて、商用電力と蓄電池とで車両充電中に蓄電池の蓄電残量が所定量以下になったら、商用電力を変更せずに充電器の出力を削減させて、商用電力の一部を蓄電池の充電に回す制御を実施した。

特開２０２１－４８６６７号公報

しかしながら、系統からの受電電力と蓄電電力の双方を使用する上記従来の車両充電システムは、系統からの受電電力を車両の充電器以外の負荷にも供給することを考慮していなかったため、他の負荷にも商用電力を供給する場合は適用できなかった。
例えば、系統からの受電電力の契約電力が４０ｋＷで急速充電器の出力が５０ｋＷ（車両充電電力が５０ｋＷ）の場合、蓄電池が２５ｋＷ担当すれば系統側が２５ｋＷの担当で済み、受電電力に１５ｋＷの余裕が発生する。こうして、他の負荷にも系統から電力を供給することが可能となった。
しかしながら、他の負荷で使用される電力が１５ｋＷを超えると、契約電力を超過する場合が発生した。この対策として、充電器側の蓄電池の数を増やして対応することが考えられるが、蓄電池のコストが嵩み、システムがコスト高となる問題があった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、電力系統からの受電電力が設定した値を超えることが無く、且つ蓄電池を利用した効果的な車両充電が可能な車両充電システム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の発明は、車両に電力を供給する充電器と、充電器に電力を供給するための蓄電池盤とを有し、電力系統からの受電電力と蓄電池の蓄電電力とで車両を充電する車両充電システムであって、蓄電池盤は、受電設備の受電電力情報を入手する受電電力情報入手部と、車両充電に使用する受電電力を直流変換するコンバータユニットと、直流変換された受電電力と蓄電池の出力とを基に、充電器に供給する電力を生成するインバータユニットと、コンバータユニット及びインバータユニットを制御する制御ユニットとを有し、制御ユニットは、受電電力情報入手部からの受電電力情報を基に、受電電力が設定された上限値を超えないようコンバータユニットを制御し、且つ蓄電池の蓄電残量の情報と、充電器が要求する電力情報とを基に、コンバータユニット及びインバータユニットとを制御して、充電器に電力を供給することを特徴とする。

本発明によれば、充電器へ供給する電力を生成するインバータユニットに加えて、受電電力から車両充電及び蓄電池に供給する電力を生成するコンバータユニットも制御するため、充電器への出力に加えて車両充電に使用する受電電力も制御可能であり、車両充電以外の負荷へ供給する電力量に応じた受電電力の制御を実施できる。よって、受電電力が設定された上限値を超えないよう車両の充電制御を行うことができる。

本発明に係る車両充電システムの一例を示す構成図である。 制御ユニットのブロック図である。 コンバータユニットの制御を含む車両充電制御のフローチャートである。 充電電流を決定するコンバータユニット出力の調整式である インバータユニットの制御を含む車両充電制御のフローチャートである。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る車両充電システムの一例を示す構成図である。
車両充電システム１は、充電車両（図示せず）が接続される充電器２と、コンバータユニット３１、インバータユニット３２、蓄電池３３、制御ユニット３４を備えた蓄電池盤３とで構成されている。

蓄電池盤３には、電力系統からの高圧電力を受電する高圧受電設備４が接続され、高圧受電設備４の低圧出力が入力される。この高圧受電設備４には、受電電力を計測して制御ユニット３４に通知する計測部４１及び通信部４２が設けられている。
尚、高圧受電設備４は充電器２に加えて他の負荷にも電力を供給しており、図１において、５は負荷の一例としてのエアコン、６は負荷に電力を供給するための動力分電盤である。また、高圧受電設備から５０ｋＷが充電器２に供給されると共に、蓄電池３３からも５０ｋＷが充電器２に供給され、計１００ｋＷが充電器２に供給される状態を示している。

コンバータユニット３１は、ＡＣ／ＤＣ変換回路３１ａを備えており、高圧受電設備４から供給される交流電力を直流に変換して出力する。
インバータユニット３２は、ＤＣ／ＡＣ変換回路３２ａを備えており、直流電力を交流変換して充電器２に供給する。
蓄電池３３は、充放電を管理するＢＭＳ、制御ユニット３４と通信する通信部（図示せず）を備えている。この蓄電池３３は、コンバータユニット３１の出力電力で充電される一方、インバータユニット３２を介して放電電流が充電器２に供給される。
そして、コンバータユニット３１の出力は、蓄電池３３の放電電流とともに充電器２にも供給される。

図２は制御ユニット３４のブロック図を示している。制御ユニット３４は、高圧受電設備４の通信部４２と通信する受電電力情報入手部としての第１通信ＩＦ１１、蓄電池３３と通信する第２通信ＩＦ１２、充電器２と通信する第３通信ＩＦ１３、コンバータユニット３１及びインバータユニット３２と通信する第４通信ＩＦ１４、後述する上限値、コンバータユニット３１の定格電力等を記憶する記憶部１５、充電器２への充電電流を制御すると共に制御ユニット３４を制御する制御ユニットＣＰＵ１６等を備えている。

上記の如く構成された車両充電システムは以下のように動作する。
図３はコンバータユニット３１の制御を中心とした充電器２への電力値情報の送信の流れを示すフローチャートであり、このフローを参照してコンバータユニット３１の動作をまず説明する。
まず、制御の基準となる上限値が設定される。上限値は電力値或いは電流値であり、最大デマンド値を加味して設定され、受電電力の基本料金が抑制されるよう設定される。例えば、最大デマンド値より１０％等僅かに低い数値で設定される。
そして、制御ユニットＣＰＵ１６により、設定された上限値と蓄電池３３の蓄電量とを加味して、コンバータユニット３１が変換すべき電力が所定の調整式で算出される（Ｓ１）。

所定の調整式は、例えば図４のような式である。図４に示すように、蓄電池３３の電圧（蓄電池の残容量）と受電電力と受電電力の設定した上限値とを基に、コンバータユニット３１の出力指示値が算出される。
尚、図４において、
Ｚ：電圧から電力変換（定格電流×電圧差分）
Ｗ：電力から電流変換（Ｚ／蓄電池電圧差分）もしくはＡＣ電力電流変換
Ｖ：入力制限部（プラスの場合は０を出力、マイナスの場合は比較値を出力）
Ｙ：電流から電力変換（電流差分×蓄電池電圧）
である。

コンバータユニット３１の出力指示値の具体的な一例を示すと、蓄電池満充電時の蓄電池３３の電圧が５２０Ｖ、上限値（或いは契約電力）が４０ｋＷ、コンバータユニット３１の定格電流が１００Ａであるとする。
また、入力データとして、現在の蓄電池３３の電圧が５００Ｖ、受電電力が５０ｋＷであるとすると、
Ｇ１点の電力は、
（５２０Ｖ－５００Ｖ）×１００Ａ＝２ｋＷ
となる。また、Ｇ２点の受電電力の電流は、
５０ｋＷ／（２００Ｖ×√３）＝１４４Ａ
となる。
そして、Ｇ３点の上限値電流は、
４０ｋＷ／（２００Ｖ×√３）＝１１５Ａ
となる。よって、Ｇ４点の超過電流は、
１１５Ａ－１４４Ａ＝－２９Ａ
となり、受電電力の電流が上限値を２９Ａオーバーしている状態となる。
この場合、Ｇ５点に示す指示電流は、
１００Ａ－２９Ａ＝７１Ａ
となり、コンバータユニット３１の出力指示値は、
５００Ｖ×７１Ａ＝３５．５ｋＷ
となる。即ち、コンバータユニット３１の出力は３５．５ｋＷに設定される。

図３のフローに戻り、出力指示値が算出されたら、コンバータユニット３１の定格値と比較（Ｓ２）し、出力指示値がコンバータユニット３１の定格値以下であれば、蓄電池３３とコンバータユニット３１の合算量が充電器２へ供給されるよう送信（Ｓ８）される。
出力指示値が定格値より大きければ（Ｓ２でＮＯ）、コンバータユニット３１の出力を増やせないが、現在の受電電力が上限値以下であれば（Ｓ３でＮＯ）、コンバータユニット３１を定格出力させる（Ｓ４）。

一方Ｓ３において、現在の受電電力が上限値より大きければ（Ｓ３でＹＥＳ）、コンバータユニット３１の出力を定格の５０％と下げる（Ｓ５）。これでも受電電力が上限値を上回っていたら（Ｓ６でＹＥＳ）、コンバータユニット３１の出力を０にして（Ｓ７）、蓄電池３３の出力のみを充電器２へ供給する（Ｓ８）。
但し、コンバータユニット３１の出力を定格の５０％と下げたことで、受電電力が上限値以下となったら（Ｓ６でＮＯ）、コンバータユニット３１と蓄電池３３の出力の合算した電力を充電器２へ供給させる（Ｓ８）。

次に、蓄電池３３の残容量に応じたインバータユニット３２の動作を説明する。
図５は、インバータユニット３２の制御を中心とした蓄電池３３の残量に対する電流制御の流れを示すフローチャートであり、この図５を参照して説明する。制御ユニット３４は、コンバータユニット３１の制御（Ｓ１１）を実施している状態で、蓄電池３３の残量情報を入手（Ｓ１２）し、残量が９０％以上であれば（Ｓ１３でＹＥＳ）、インバータユニット３２の出力を変更しない（Ｓ１５）。
一方、蓄電残量が９０％未満であれば（Ｓ１３でＮＯ）、インバータユニット３２の出力を抑制する（Ｓ１４）。

このように、充電器２へ供給する電力を生成するインバータユニット３２に加えて、受電電力から車両充電及び蓄電池に供給する電力を生成するコンバータユニット３１も制御するため、充電器２への出力に加えて車両充電に使用する受電電力も制御可能であり、車両充電以外の負荷への供給する電力に応じた受電電力の制御を実施できる。よって、受電電力が設定された上限値を超えないよう車両の充電制御を行うことができる。
また、蓄電池３３の蓄電残量が９０％未満になったら、インバータユニット３２の出力が抑制されるため、コンバータユニット３１の出力の一部を蓄電池３３の充電に回すこともでき、蓄電池３３の良好な状態を維持できる。

尚、上記実施形態では、受電電力が上限値を超えた場合は、コンバータユニット３１の出力を下げる制御（図３のＳ５，Ｓ７）を実施し、インバータユニット３２のこのときの制御を記載していないが、蓄電池３３の電池残量が９０％以上等十分にあれば、インバータユニット３２の出力を上げて、充電器２への供給電流を維持する制御が実施される。

１・・車両充電システム、２・・充電器、３・・蓄電池盤、４・・高圧受電設備、５・・エアコン（負荷）、１１・・第１通信ＩＦ（受電電力情報入手部）、１５・・記憶部、１６・・制御ユニットＣＰＵ、３１・・コンバータユニット、３２・・インバータユニット、３３・・蓄電池、３４・・制御ユニット、４１・・計測部、４２・・通信部。

Claims (1)

1. 車両に電力を供給する充電器と、前記充電器に電力を供給するための蓄電池盤とを有し、電力系統からの受電電力と前記蓄電池の蓄電電力とで車両を充電する車両充電システムであって、
   前記蓄電池盤は、受電設備の受電電力情報を入手する受電電力情報入手部と、
   車両充電に使用する前記受電電力を直流変換するコンバータユニットと、
   直流変換された前記受電電力と前記蓄電池の出力とを基に、前記充電器に供給する電力を生成するインバータユニットと、
   前記コンバータユニット及び前記インバータユニットを制御する制御ユニットとを有し、
   前記制御ユニットは、前記受電電力情報入手部からの受電電力情報を基に、受電電力が設定された上限値を超えないよう前記コンバータユニットを制御し、
   且つ前記蓄電池の蓄電残量の情報と、前記充電器が要求する電力情報とを基に、前記コンバータユニット及び前記インバータユニットとを制御して、前記充電器に電力を供給することを特徴とする車両充電システム。

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