JP5147931B2 - 充電器及び充電方法 - Google Patents

Description

本発明は、充電器及び充電方法に関し、特に、電気自動車用充電器及びその充電方法に関する。

近年、電気自動車の開発・導入が進められている。この電気自動車の導入が進むにつれ、電気自動車のバッテリを充電するための充電器の普及促進も重要となっている。例えば、特許文献１には、駐車場やショッピングセンタ等に充電器を設置し、任意のユーザが電気自動車のバッテリを充電できるようにした充電システムが開示されている。

特開２０１０−１７８４５０号公報

しかしながら、従来の個々の充電器は、数十ｋＷ以上の最大電力（契約電力）を必要とし、特に、最大電力が所定値（例えば、５０ｋＷ）を超えてしまう場合は、低圧受電ではなく高圧受電に切り換えないと設置が不可となるため、受変電設備（キュービクル）の設置が別途必要になったり、それにより新たにメンテナンス費の発生や設置スペースの確保の必要といった問題が生じてしまう。

また、充電器の必要電力が５０ｋＷ以下であっても、既に他の負荷設備に電力を供給している受電施設の場合、他の負荷設備と充電器の必要電力（契約電力）の合計が所定値（例えば、５０ｋＷ）を超える場合には、同様の問題が生じてしまう。例えば、低圧受電における負荷設備等の必要電力（契約電力）が５０ｋＷ以下を条件としており、充電器の必要電力が２０ｋＷである場合、充電器以外の負荷設備の必要電力が３０ｋＷ以下でなければ、この受電施設における低圧受電での充電器の導入は不可となる。

よって、充電器を導入するにあたり、該充電器自体の契約電力を可能な限り低減することが望まれる。

そこで、本発明は、上記問題を解決するべく、充電器自体の電力（契約電力）を可能な限り低減することができる新しい充電器及び充電方法を提供することを目的とする。

本発明による充電器は、商用電源から契約電力に基づいて電力を受電し、該受電した電力を用いてバッテリを充電する充電器であって、バッテリの充電時において、バッテリに電流を供給可能な供給部と、バッテリに供給する電流の供給電流値を検知する検知部と、供給電流値が契約電力に応じた定格電流値を超える場合、該超えている時間を計測する計測部と、計測した時間が定格電流値及び供給電流値の大きさに基づいて設定された規定時間に至ったときに、バッテリに供給する電流を遮断する遮断部と、供給電流値が供給部から供給可能な最大電流値から定格電流値まで低減する時間が規定時間内に収まる契約電力の供給を外部電源から受ける受電部とを備える。

また、上記充電器は、供給部におけるバッテリへ供給する電流を制御する制御部を更に備え、制御部は、供給電流値が定格電流値を超える所定の範囲にある場合であって、計測した時間が、所定の範囲に応じた規定時間より短い遮断回避時間に至ったとき、供給部からバッテリへ供給する電流を、所定の範囲の下限値以下の電流値まで低下させるようにしてもよい。

さらに、上記充電器は、定格電流値を超えた少なくとも２つの電流値の範囲に応じて、それぞれ規定時間が設定されることもできる。

またさらに、上記充電器は、電気自動車に搭載されるバッテリを充電するための電気自動車用の充電器に用いることができる。

本発明による充電方法は、商用電源から契約電力に基づいて電力を受電し、該受電した電力を用いてバッテリを充電する充電方法であって、バッテリの充電時において、バッテリに電流を供給する段階と、バッテリに供給する電流の供給電流値を検知する段階と、供給電流値が前記契約電力に応じた定格電流値を超える場合、該超えている時間を計測する段階と、前記計測した時間が前記定格電流値及び前記供給電流値の大きさに基づいて設定された規定時間に至ったときに、前記バッテリに供給する電流を遮断する段階と、供給電流値が、供給可能な最大電流値から定格電流値まで低減する時間が規定時間内に収まる契約電力の供給を外部電源から受ける段階とを備える。

本発明によれば、契約電力に応じた定格電流値を超えた電流値でバッテリに電流を供給可能であるため、換言すれば、バッテリに供給するバッテリ供給最大電力よりも小さな電力を契約電力として設定することができるため、充電器自体の電力（契約電力）を低減することができる。その結果、本来、高圧受電に切り替えなければならない箇所においても、高圧受電に切り換えずに低圧受電のまま充電器の導入が可能となり、受変電設備（キュービクル）の設置を要せず、そのため、新たにメンテナンス費の発生や設置スペースの確保の必要といった問題を解決することができる。

第一の実施形態の充電器の概略構成を例示する図である。 （ａ）従来の充電器による契約電力の増加分を示す図と、（ｂ）第一の実施形態の充電器による契約電力の増加分を示す図である。 第二の実施形態の充電器の概略構成を例示する図である。 第二の実施形態の充電方法の処理内容を示すフローチャートである。 第二の実施形態の充電器１の概略構成を例示する図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態における充電器として、例えば、電気自動車用の充電器を例に挙げて説明する。また、本実施形態における充電器は、低圧受電（例えば、５０ｋＷ以下）するものとし、且つ、電力会社との電力供給契約は、負荷設備契約ではなく主開閉器契約を行うものとする。

ここで、主開閉器契約とは、電力会社より認定された開閉器（ブレーカ）によって契約電力を決定するものであり、そのブレーカ機能として、負荷への供給電流が定格電流を超えた場合に、超えた度合いに応じた規定時間（作動時間）以内に供給電流を遮断できることが求められる。ブレーカの作動時間表として、表１に示すＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｃ ８３７０）では、ブレーカの定格電流の１２５％及び２００％の電流を通電し、規定時間以内に通電遮断動作を行うことが規定されている。例えば、定格電流が３０（Ａ）以下であれば、出力電流が定格電流の１２５％の場合、規定時間は６０分であり、出力電流が定格電流の２００％の場合、規定時間は２分である。また、定格電流が３０〜５０（Ａ）以下であれば、出力電流が定格電流の１２５％の場合、規定時間は６０分であり、出力電流が定格電流の２００％の場合、規定時間は４分である。

＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態の充電器１の概略構成を例示する図である。

充電器１は、図１に示すとおり、商用電源（例えば、三相ＡＣ２００Ｖ）から電力を受電し、該充電した電力を用いて電気自動車２のバッテリ２１を充電するものであって、供給部１１、検知部１２、計測部１３、及び遮断部１４を含んで構成される。なお、充電器１は、これら各部の種々の演算及び制御を行うためのプロセッサ、データやプログラムを格納するメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭなど）、及び周辺回路を含んで構成されているものとする。

供給部１１は、バッテリの充電時に、商用電源から電力を受電し、該充電した電力を用いてバッテリ２１に電流を供給する。供給部１１は、バッテリ２１に充電するための電力変換回路、例えば、一般の充電器に用いられる三相交流電源を直流電源に変換（ＡＣ／ＤＣ変換）する回路等を含んで構成される。例えば、商用電源から三相ＡＣ２００Ｖを受電し、該受電した電力を変換して出力（出力電圧５０〜５００Ｖ、出力（最大）電流１２５Ａ）することができる。

検知部１２は、バッテリ２１に供給する電流の供給電流値を検知し、該検知した供給電流値の情報を計測部１３に通知する。検知部１２は、例えば、負荷への供給電流を検知する場合に一般的に用いられる電流検知回路を含んで構成することができる。

計測部１３は、検知した供給電流値が定格電流値を超える場合、該超えている時間を計測し、該計測した時間が規定時間に至ったときにその旨を遮断部１４に通知する。例えば、定格電流が３０（Ａ）以下であって、出力電流が定格電流の１２５％の場合に規定時間が６０分であるとすると、供給電流値が電流値（３７．５Ａ）を検知した後の時間を計測し、該計測時間が規定時間（６０分）に至った場合、その旨を遮断部１４に通知する。なお、計測部１３は、例えば、時間を計測する一般的なタイマを含んで構成することができる。

遮断部１４は、計測部１３から上記通知を受け付けると、すなわち、定格電流値及び供給電流値の大きさに基づいて設定された規定時間に至ったとき、バッテリ２１に供給する電流を遮断する。なお、遮断部１４は、例えば、電流の供給を遮断するための一般的な電流遮断回路を含んで構成することができる。

本実施形態によれば、上述の検知部１２、計測部１３、及び遮断部１４を主開閉器（いわゆる電子ブレーカ）として作動させ、これらを供給部１１と組み合わせることで、契約電力に応じる定格電流値を超えた電流値でバッテリ２１に電流を供給することができ、換言すれば、バッテリ２１に供給するバッテリ供給最大電力よりも小さな電力を契約電力として設定することができるため、充電器１自体の電力（契約電力）を低減することができる。

例えば、図２（ａ）に示すように、従来、充電器からバッテリへ供給するバッテリ供給最大電流（バッテリ供給最大電力）に合わせて契約電力の増加分を考慮して契約電力を設定する必要があったが、本実施形態の充電器は、充電器からバッテリへ供給する電流が充電開始から充電完了までに低減する特性を利用することで、図２（ｂ）に示すように、契約電力の増加分を低減することができる。すなわち、充電器からバッテリへ供給するバッテリ供給最大電流値が、契約電力の定格電流値を超えた一定範囲内に収まり、且つ、充電器からバッテリへ供給する電流の最大電流値から定格電流値まで低減する時間が、その定格電流値に対応する規定時間内に収まるように、契約電力を設定することができるからである。具体的には、例えば、充電器からバッテリへ供給する最大電流値が３７．５Ａで、バッテリへ供給する電流の３０Ａまで低減する時間が最大３０分である場合、定格電流値が３０Ａであれば、バッテリ供給最大電流値が契約電力の定格電流値を超えた一定範囲内（定格電流値から１２５％以内）に収まり、且つ、最大電流値（３７．５Ａ）から定格電流値（３０Ａ）まで低減する時間（３０分）を規定時間（定格電流値から１２５％以内に応じた規定時間６０分）以内に収めることができるので、従来、契約電力を最大電流（３７．５Ａ）に合わせて契約しなければならなかったのを、低い電流（３０Ａ）に合わせて契約することが可能となる。その結果、例えば、充電器を設置するために、従来では契約電力を２０ｋＷ増加しなければならなかった場合でも、本実施形態の充電器１では、１６ｋＷの増加に留めることができる。

＜第二の実施形態＞
本発明の第二の実施形態の充電器１'は、第一の実施形態の充電器の構成に加え、バッテリへの電流量を制御することで、更なる契約電力の低減を可能とするものである。

図３は、本発明の第二の実施形態の充電器１'の概略構成を例示する図である。

充電器１'は、図１に示すとおり、供給部１１、検知部１２、計測部１３、遮断部１４、及び制御部１５を含んで構成される。なお、第一の実施形態の充電器１の構成と原則として共通とすることができる構成については、ここでの詳細な説明は省略する。

制御部１５は、供給部１１におけるバッテリ２１へ供給する電流を制御する。制御部１５は、検知部１２で検知された供給電流値が定格電流値を超える所定の範囲にある場合であって、計測した時間が、その所定の範囲に応じた規定時間より短い遮断回避時間に至ったとき、供給部１１からバッテリ２１へ供給する電流の電流値を、電流値遮断部１４による遮断回避可能な電流値（遮断回避電流値）である、所定の範囲の下限値以下の電流値まで低下させるように制御する。供給部１１からバッテリ２１へ供給する電流量の調整は、例えば、一般的に用いられる電流調整回路を用いて行うことができる。

ここで、遮断回避時間は、規定時間に達する前、すなわち、バッテリ２１への電流の供給が遮断より短い時間であって、規定時間に応じて設定することができる。例えば、規定時間が６０分であれば、遮断回避時間を５５分とし、規定時間が４分であれば、遮断回避時間を３分３０秒と設定することができる。なお、遮断回避時間は、充電器１'の容量や遮断性能バッテリの容量等に応じて適宜変更することができる。また、遮断回避電流値は、計測部１３の計測をリセットすることができる電流値であり、例えば、定格電流値とすることができる。

以下、図４に示すフローチャートを参照して、充電器１'を用いて実施される本実施形態の充電方法を説明する。本実施形態において、契約電力として定格電流値（５０Ａ）を充電器１'の最大電流値（１００Ａ）の半分とした場合を例にとって説明する。なお、各処理は、処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更して又は並列に実行することができる。

まず、供給部１１は、バッテリ２１に対して電流を供給し（ステップＳ１００）、バッテリ２１に供給する電流の供給電流値を検知する（ステップＳ１０１）。

次いで、検知部１２は、検知した供給電流値が定格電流値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。定格電流値を超えるか否かは、例えば、バッテリ２１の残存充電量や、バッテリ２１への充電時間を急速にするか否か等に応じて決まる。

検知した供給電流値が定格電流値を超えると判定した場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、計測部１３は、その超えている時間を計測する（ステップＳ１０３）。計測部１３は、例えば、検知した供給電流値が定格電流値を継続して超えている時間を計測するタイマと、定格電流値を下回った場合は、その計測した時間をリセットする機能とを有することができる。なお、タイマは供給電流値に応じて用意することができ、この場合、その供給電流値に応じたタイマを作動させて時間を計測する。なお、検知した供給電流値が定格電流値を超えないと判定した場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０７の処理に移る。

次いで、計測部１３は、計測した時間が、検知した供給電流値の大きさに応じた規定時間より短い遮断回避時間に至ったか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、本実施形態における遮断回避時間は、例えば、定格電流値（５０Ａ）を超えて定格電流値の１２５％以内の電流値（６２．５Ａ）の範囲（第一の所定の範囲）であれば、規定時間が６０分であるので、その遮断回避時間を５５分と設定し、また、定格電流値の１２５％以内の電流値（６２．５Ａ）を超えて定格電流値の２００％以内の電流値（１００Ａ）の範囲（第二の所定の範囲）であれば、規定時間が４分であるので、その遮断回避時間を３分３０秒と設定する。

計測した時間が規定時間より短い遮断回避時間に至ったとき（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、制御部１５は、供給部１１からバッテリ２１へ供給する電流の電流値を定格電流値以下に低下するように制御する（ステップＳ１０５）。例えば、検知した供給電流値が定格電流値の２００％以内の電流値（１００Ａ）の範囲であれば、３分３０秒後に、供給部１１からバッテリ２１へ供給する電流の電流値を５０Ａまで低下するように制御する。この低下により、計測部１３のタイマがリセットされる。

供給部１１からバッテリ２１へ供給する電流の電流値を定格電流値以下に低下するように制御した後、該制御を元の状態に戻し、再度、供給部１１からバッテリ２１に電流を供給する（ステップＳ１０６）。なお、定格電流値以下に低下させておく時間は、主開閉器契約に基づいて適宜設定することができる。

次いで、充電が完了したか否かを判定し（ステップＳ１０７）、充電が完了していない場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１０１の処理に戻り、一方、充電が完了した場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、本処理フローを終了する。

本実施形態の充電器１'によれば、図５に示すように、充電器の電流曲線を変えることができ、契約電力の低減効果をさらに上げることができる。

また、バッテリ２１に供給する定格電流値を超えた少なくとも２つの電流範囲に応じて、それぞれ規定時間を設定することで、供給電流値が定格電流値より大幅に大きいとき（例えば、２００％以上大きいとき）は、その電流値の制御回数を多くすることでバッテリを迅速に充電させ、また、供給電流値が定格電流値より大きいとき（例えば、１２５％以上大きいとき）は、制御回数を減らし、安定的にバッテリを充電することができる。

＜変形例＞
以上のように本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるべきものではなく、特許請求の範囲に表現された思想および範囲を逸脱することなく、種々の変形、追加、および省略が当業者によって可能である。

例えば、バッテリに供給する定格電流値を超えた少なくとも２つの電流値の範囲に応じて、それぞれ規定時間が設定される場合を例にとって説明したが、バッテリへ供給するバッテリ供給最大電流が定格電流値の１２５％以下であれば、その１２５％に対応する規定時間のみを設定してもよい。

また、上述した第二の実施形態の充電方法では、遮断回避可能な電流値として定格電流値を設定した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られず、例えば、バッテリ供給最大電流値が定格電流値の２００％の場合、遮断回避可能な電流値として定格電流値の１２５％の電流値を設定し、バッテリ供給最大電流値が定格電流値の１２５％の場合、遮断回避可能な電流値として定格電流値をそれぞれ設定することもできる。

本発明は、電気自動車用の充電器として利用することができるが、これに制限されず、産業界における様々な充電器に利用することができる。

１，１'…充電器、２…電気自動車、１１…共有部、１２…検知部、１３…計測部、１４…遮断部、１５…制御部。

Claims (5)

1. 商用電源から契約電力に基づいて電力を受電し、該受電した電力を用いてバッテリを充電する充電器であって、
   前記バッテリの充電時において、前記バッテリに電流を供給可能な供給部と、
   前記バッテリに供給する電流の供給電流値を検知する検知部と、
   前記供給電流値が前記契約電力に応じた定格電流値を超える場合、該超えている時間を計測する計測部と、
   前記計測した時間が前記定格電流値及び前記供給電流値の大きさに基づいて設定された規定時間に至ったときに、前記バッテリに供給する電流を遮断する遮断部と、
   前記供給電流値が前記供給部から供給可能な最大電流値から前記定格電流値まで低減する時間が前記規定時間内に収まる前記契約電力の供給を外部電源から受ける受電部と
   を備える充電器。
2. 前記供給部における前記バッテリへ供給する電流を制御する制御部を更に備え、
   前記制御部は、前記供給電流値が前記定格電流値を超える所定の範囲にある場合であって、前記計測した時間が、前記所定の範囲に応じた前記規定時間より短い遮断回避時間に至ったとき、前記供給部から前記バッテリへ供給する電流を、前記所定の範囲の下限値以下の電流値まで低下させる、請求項１に記載の充電器。
3. 前記定格電流値を超えた少なくとも２つの電流値の範囲に応じてそれぞれ規定時間が設定されている、請求項１又は請求項２に記載の充電器。
4. 電気自動車に搭載されるバッテリを充電するための電気自動車用の充電器である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の充電器。
5. 商用電源から契約電力に基づいて電力を受電し、該受電した電力を用いてバッテリを充電する充電方法であって、
   前記バッテリの充電時において、前記バッテリに電流を供給する段階と、
   前記バッテリに供給する電流の供給電流値を検知する段階と、
   前記供給電流値が前記契約電力に応じた定格電流値を超える場合、該超えている時間を計測する段階と、
   前記計測した時間が前記定格電流値及び前記供給電流値の大きさに基づいて設定された規定時間に至ったときに、前記バッテリに供給する電流を遮断する段階と、
   前記供給電流値が、供給可能な最大電流値から前記定格電流値まで低減する時間が前記規定時間内に収まる前記契約電力の供給を外部電源から受ける段階と
   を備える充電方法。