JP5454012B2 - 電気車両用充放電装置および電気車両用充放電装置を用いた充放電方法 - Google Patents

Description

本発明は、放電機能を追加した電気車両用充放電装置および電気車両用充放電装置を用いた充放電方法に関する。

近年、再生可能エネルギーによる発電（例えば、太陽光，風力，ミニ水力，バイオマス等による発電）が広まる傾向にあり、将来的にはさらに普及することが予測される。この再生可能エネルギーによる発電のうち太陽光発電と風力発電は発電量をコントロールすることができないため、発電と消費のタイミングを調整することが必要となる。この発電と消費のタイミング調整には、専用の蓄電装置または電気車両のバッテリ等が用いられ、太陽光や風力で発電された電力が蓄えられる。

このように、再生可能エネルギーによって発電された電力を電気車両のバッテリに充電し、住宅内の電力需給状況を考慮して車両と住宅との間で授受される電力をマネジメントする電力システムが特許文献１に開示されている。

また、１台で複数種類の電気車両に対応でき、ケーブル接続形式の相違に対応できる電気車両用充電装置が特許文献２に開示されている。

特開２００８−５４４３９号公報（段落［００１６］〜［００７６］，第２図，第４図） 特許第３４４２６４９号公報（段落［００１２］〜［００３５］，第１図〜第７図）

時間帯や季節，地域によっては再生可能エネルギーで発電される電力量が増加することも考えられ、特許文献１のような方法では、電気車両のバッテリが満充電状態になることも想定される。このような場合、電気車両のバッテリだけでは発電と消費のタイミング調整を充分に行えない問題が生じる。

その解決策として、電気車両が電気車両用充電装置（例えば、電気自動車用急速充電スタンド）に立ち寄る機会を利用する方法が考えられる。すなわち、電気車両用充電装置において、電気車両のバッテリと電力系統とを接続し、充電（電力系統から電気車両のバッテリへ電力を蓄える）だけでなく、放電（電気車両のバッテリから電力系統へ電力を戻す）も行う方法である。そのために、電気車両用充電装置の設備としては充電機能だけでなく、放電機能も具備する必要がある。

しかしながら、電力系統から負荷に電力を供給する場合、電力系統の電力が過剰な時は電圧が高くなり、電力系統の電力が不足気味の時は電圧が低くなるため、通常、電力会社は電力需要を見込んで、適量の電力を常に供給している。すなわち、電気車両から各電気車両用充電装置で放電された電力を直接電力系統に戻すと、系統の安定性（系統電圧を規格内に抑えること等）が維持できなくなる。

以上示したようなことから、再生可能エネルギーで発電される電力量が増加しても、発電と消費のタイミング調整を充分に行うことを第１の課題とする。

また、電気車両のバッテリに蓄えられた電力を電気車両用充放電装置で放電しても、系統の安定性を維持することを第２の課題とする。

本発明の一態様は、電気車両に備えられたバッテリに対して充電を行う電気車両用充放電装置であって、前記電気車両のバッテリに蓄えられた電力を電気車両用充放電装置の蓄電器に蓄電する放電手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明の別の態様は、前記放電手段は、電力を蓄電する蓄電器と、前記電気車両のバッテリに蓄えられた電力を電気車両用充放電装置の蓄電器の定格電圧に変換する放電回路と、放電回路で蓄電器の定格電圧に変換された電力を電気車両用充放電装置の蓄電器に蓄電する蓄電回路と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の別の態様は、前記電気車両のバッテリから電気車両用充放電装置の蓄電器に蓄電した電力量を公共通信網により管理センターに伝送することを特徴とする
また、本発明の別の態様は、前記電気車両から電気車両用充放電装置内の蓄電器に蓄電された電力を、他の電気車両のバッテリに充電することを特徴とする。

また、本発明の別の態様は、電気車両から前記電気車両用充放電装置内の蓄電器に蓄えられた電力を、電力運搬用電気車両のバッテリに充電して管理センターに運搬し、管理センターにおいて、電力運搬用電気車両から管理センターの蓄電器に電力を蓄電し、各電気車両用充放電装置で得られた電力量の合計と、実際に電力運搬用電気車両から管理センターの蓄電器に蓄電された電力量と、の差を算出して、この不足分の電力量を系統から管理センターの蓄電器に蓄電し、電力会社が希望する時間に希望する電力量を系統に供給することを特徴とする。

以上の説明で明らかなように、再生可能エネルギーで発電される電力量が増加しても発電と消費のタイミング調整を充分に行うことができる。

実施形態における電気車両用充放電装置の充放電方法の一例を示すブロック図。 実施形態における電気車両用充放電装置の一例を示すブロック図。 実施形態における管理センターの一例を示すブロック図。

まず、本実施形態における電気車両用充放電装置を用いた充放電方法の概要を図１のブロック図に基づいて説明する。

充電時は、ローカル側の電気車両用充放電装置において、系統（または、ミニ水力発電等）１から電気車両用充放電装置内の蓄電器２に電力が供給（例えば、夜間に供給）され、この蓄電器２から電気車両３ａのバッテリに電力が充電（例えば、昼間に充電）される。この場合、電気車両３ａ側から電気車両用充放電装置側へ電力料金が入金される。

放電時は、ローカル側の電気車両用充放電装置において、電気車両３ａのバッテリから蓄電器２に電力が放電される。この場合、電気車両用充放電装置側から電気車両３ａ側に電力料金が支払われる。

各電気車両用充放電装置で放電された電力は、基本的に他の電気車両３ｂのバッテリの充電に使用される。この時、他の電気車両３ｂ側から電気車両用充放電装置側に電力料金が入金される。ここで、蓄電器２から他の電気車両３ｂのバッテリの充電に使用される電力量が少なく、蓄電器２が満充電状態になった場合は、蓄電器２に蓄えられた電力は電力運搬用電気車両４のバッテリに充電され、管理センターの蓄電器５に充電される。

管理センターでは、公共通信網（例えば、携帯電話のパケット通信網）６で得られた情報（電気車両３ａから買電した電力量）に対して、電気運搬用電気車両４で運ばれた電力が不足している場合（他の電気車両３ｂに充電した場合等）は、系統１から受電（買電）して大型蓄電器５に補充する。大型蓄電器５に蓄電されている電力量は電力会社に伝えられ、電力会社が希望する時間帯（例えば、消費電力ピーク時等）に希望される電力量で系統１に供給（売電）される。このようなシステムにより、太陽光や風力により発電された電力を扱い易い状態にして系統１に供給することができる。

なお、ここで言う、入金，支払いは電気車両用充放電装置側から見た表現とする。また、系統１から電力を受取る場合は買電とし、系統１に電力を供給する場合は売電とする。

ここで、電気車両３ａ，３ｂに搭載されているバッテリに充放電する（複数個所に設けられた）電気車両用充放電装置と、その電気車両用充放電装置を管理する管理センターの構成の一例を図２，図３に基づき説明する。

図２に示すように、電気車両用充放電装置には、受電装置７，大容量蓄電装置８，充放電スタンド（例えば、急速充放電スタンド）９，充放電コネクタ１０が備えられる。受電装置７は計器７ａ，保護機器７ｂを備え、大容量蓄電装置８は蓄電器２（例えば、ＮＡＳ電池），センサ（電圧センサ，電流センサ）８ａ，蓄電回路８ｂを備え、充放電スタンド９は充電回路９ａ，放電回路９ｂ，操作パネルコントローラ９ｃを備える。この電気車両用充放電装置において、充電手段は主に蓄電器２，蓄電回路８ｂ，充電回路９ａ，充放電コネクタ１０により構成され、放電手段は主に蓄電器２，蓄電回路８ｂ，放電回路９ｂ，充放電コネクタ１０により構成される。

上記のような構成において、電気車両用充放電装置では、系統（または、ミニ水力発電設備等）１から電力が供給され、その電力は受電装置７および大容量蓄電装置８の蓄電回路８ｂ，センサ８ａを介して蓄電器２に蓄電される。蓄電器２にはセンサ８ａ，蓄電回路８ｂを介して、充放電スタンド９が接続され、その先に充放電コネクタ１０が接続されている。充放電スタンド９の操作パネルコントローラ９ｃにより、接続方法（電力の充電／放電の選択），車種，充放電方法（量指定またはフル充電の選択）等が設定される。

充放電スタンド９の操作パネルコントローラ９ｃで、接続方法として“充電”を指定した場合には、指定した車種に適した充電定格電圧と充電定格電流が充電回路９ａにセットされる。そして、蓄電器２に蓄えられた電力が充電回路９ａによって充電定格電圧に変換され、充放電コネクタ１０を介して電気車両３ａに供給される。

蓄電器２から電気車両３ａに供給された充電電力は、センサ８ａの電圧センサと電流センサからの信号を乗算することにより算出される。この得られた充電電力を充電が終了するまでの時間で積算することにより充電電力量を得ることができる。充電が終了した時点で、充電電力量に充電単価を乗算した料金にサービス料金を加えた金額を、充放電スタンド９の操作パネルコントローラ９ｃに表示し、入金を要求する。

充放電スタンド９の操作パネルコントローラ９ｃで、接続方法として“放電”を指定した場合には、指定した車種に適した放電定格電圧と放電定格電流が放電回路９ｂにセットされる。そして、電気車両３ａのバッテリに蓄えられた電力が充放電コネクタ１０を介して充放電スタンド９に供給される。供給された電力は、充放電スタンド９内の放電回路９ｂによって、蓄電器２の定格電圧に変換され、蓄電回路８ｂにより蓄電器２に蓄電される。

蓄電器２に蓄電された放電電力は、センサ８ａの電圧センサと電流センサからの信号を乗算することにより算出される。この得られた放電電力を蓄電が終了するまでの時間で積算することにより放電電力量を得ることができる。放電が終了した時点で、放電電力量に放電単価を乗算した金額を充放電スタンドの操作パネルコントローラ９ｃに表示し、現金を自動的に支払う。

なお、上記充電および放電の動作説明では、現金によって電力料金の入金，支払いを行う方法について説明したが、電力料金の入金，支払いはキャッシュレスとしてもよい。

充放電スタンド９で、蓄電器２の蓄電量が指定したレベルを下回った場合は、昼間でも系統１から受電して蓄電器２に蓄電が行われる。その際には、系統１から電気車両３への充電電力と蓄電器２への蓄電電力の両方を取り込むことになる。そこで、系統１への影響を少なくするために、操作パネルコントローラ９ｃは蓄電回路８ｂに対し、両方の合計を一定に保つ様に指示する。例えば、電気車両３ａへの充電が終了したら、それまで充電されていた電力を蓄電器２への蓄電に廻し、他の電気車両３ｂが充電を開始したら充電に必要な電力を蓄電器２への蓄電電力から差し引かれる。

一方、時間帯や季節，地域によっては利用者が売電するケースが増えることも考えられ、蓄電器２の電力量が満充電状態になることも想定される。その場合は、蓄電器２から電力運搬用電気車両４のバッテリに充電を行い、管理センターに運搬する。

ローカル側の電気車両用充放電装置では、大容量蓄電装置８の蓄電器２が満充電状態になる度に電力運搬用電気車両４に充電を行い、蓄電器２の電力を電力運搬用電気車両４に移動させる。電力運搬用電気車両４に充電された充電電力を積算した充電電力量が電力運搬用電気車両４のバッテリの定格電力量に近くなったら、電力運搬用電気車両４で充電電力を管理センターまで運搬し、充電された電力量分を管理センターの蓄電器５に蓄電する。

電力運搬用電気車両４のバッテリには、電圧センサと電流センサが取り付けられると共に、充放電用それぞれの積算型電力量計（図示省略）が用意され、積算型電力量計に電力の積算値が表示される。積算型電力量計には、それぞれリセットスイッチが備えられ、リセットスイッチが押されてからの充電電力，放電電力の積算値が表示される。

図３に示すように、管理センターには、管理用コンピュータ１１，インバータ１２，系統連携装置１３，受電装置１７，大容量蓄電装置１８が備えられる。系統連携装置１３は計器１３ａ，保護継器１３ｂを備え、受電装置１７は計器１７ａ，保護機器１７ｂを備え、大容量蓄電装置１８は蓄電器５，センサ１８ａ，蓄電回路１８ｂを備える。

大容量蓄電装置１８の蓄電器５には、系統１と電力運搬用電気車両４から電力が供給される。

管理用コンピュータ１１は公共通信網６により各充放電スタンド９の操作パネルコントローラ９ｃと通信を行い、各電気車両用充放電装置で得られた電力量（電気車両３ａから放電された電力量）を合計し、その電力量と実際に電力運搬用電気車両４から大容量蓄電装置１８の蓄電器５に供給された電力量との差を計算する。この管理用コンピュータ１１で計算された不足分の電力量が、系統１から受電装置１７を介して蓄電器５に蓄電される。

蓄電が完了した時点で、蓄電器５に蓄電された蓄電量を公共通信網６で電力会社に連絡する。電力会社からの指示に従い系統連携装置１３を操作して大容量蓄電装置１８と系統１とをインバータ１２を介して接続し、大容量蓄電装置１８から電力会社が希望する時間帯に希望する電力量だけ系統１に電力を供給する。

本実施形態によれば、再生可能エネルギーで発電される電力量が増加し、電気車両３ａのバッテリの定格電圧以上となっても、電気車両用充放電装置で電気車両３ａに蓄電された電力の放電を行うことにより、発電と消費のタイミング調整を充分に行うことが可能となる。

また、電気車両３ａのバッテリに蓄えられた電力を電気車両用充放電装置で放電しても、電力運搬用電気車両４，大型蓄電器５を介して電力会社の希望する電力量を希望する時間に系統に供給するため系統の安定性を維持することが可能となる。

さらに、電気車両３ａから電気車両用充放電装置に放電された電力量を公共通信網を介して管理センターに伝送することにより、電気車両用充放電装置において電気車両３ａから蓄電器２に放電された電力を他の電気車両３ｂの充電に用いることができる。その結果、電気車両３ａから放電された電力量の合計が蓄電器２の限界を超えても、必ずしも管理センターまで運搬する必要はなくなり、労力と運搬エネルギーおよびコストを削減することができる。

また、本実施形態の充放電方法を適用することにより、各電気車両用充放電装置から運搬用電気車両４で運搬される電力と系統１から受電した電力を合わせ、各電気車両用充放電装置からの情報で得られた電力量の合計と同じ量にして系統１に売電することができる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

例えば、大容量蓄電装置８，１８の蓄電器２，５としては、ＮＡＳ電池の他に鉛蓄電池やリチウム電池などの二次電池全般や、電気二重層キャパシタなどの非電池型蓄電器も適用することができる。ここでは、エネルギー密度が高いことにより、小さい敷地でも設置可能なＮＡＳ電池を例に挙げて説明した。

１…系統
２…電気車両用充放電装置の蓄電器
３ａ，３ｂ…電気車両
４…電力運搬用電気車両
５…管理センターの蓄電器
６…公共通信網
８ｂ…蓄電回路
９ａ…充電回路
９ｂ…放電回路

Claims (1)

1. 電気車両に備えられたバッテリに対して充電を行う電気車両用充放電装置を用いた充放電方法であって、
   前記電気車両のバッテリに蓄えられた電力を電気車両用充放電装置の蓄電器に蓄電し、
   前記電気車両のバッテリから電気車両用充放電装置の蓄電器に蓄電した電力量を公共通信網により管理センターに伝送し、
   電気車両から前記電気車両用充放電装置内の蓄電器に蓄えられた電力を、電力運搬用電気車両のバッテリに充電して管理センターに運搬し、
   管理センターにおいて、
   電力運搬用電気車両から管理センターの蓄電器に電力を蓄電し、
   各電気車両用充放電装置で得られた電力量の合計と、実際に電力運搬用電気車両から管理センターの蓄電器に蓄電された電力量と、の差を算出して、この不足分の電力量を系統から管理センターの蓄電器に蓄電し、
   電力会社が希望する時間に希望する電力量を系統に供給することを特徴とする電気車両用充放電装置を用いた充放電方法。

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