JP5909619B2

JP5909619B2 - 電気自動車給電システム

Info

Publication number: JP5909619B2
Application number: JP2014163383A
Authority: JP
Inventors: 哲上野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2029-12-21
Also published as: JP2015008626A

Description

本発明は、電気自動車給電システムに関するものである。

近年、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ：Ｐｌｕｇ−ｉｎＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）や電池自動車（ＢＥＶ：ＢａｒｔｔｅｒｙＥｌｅｃｔｒｉｃＶｉｅｃｌｅ）などの電気自動車の開発が進められており、電気自動車への充電方法として、住戸のコンセントから電気自動車に商用交流電源を給電して、電気自動車を充電することが検討されている。

また、電気自動車に商用交流電源を供給してバッテリを充電している状態で停電が発生した場合に、電気自動車のバッテリを放電させて、住宅内にある電気機器に電力供給を行うことが従来検討されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１５８０８４号公報

上記の特許文献１に開示されたシステムでは、電気自動車の充電時には電気自動車に商用交流電源を供給し、電気自動車の内部で交流を直流に変換してバッテリを充電しているため、交流を直流に変換する際に変換ロスが発生するという問題があった。また電気自動車の放電時にも、バッテリに蓄電された直流電力を交流電力に変換して住宅側に供給しているので、直流を交流に変換する際に変換ロスが発生するという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、電気自動車のバッテリを充電する際やバッテリを放電させて宅内に給電する際の交流−直流変換又は直流−交流変換を不要にして、電力の効率的な利用を図った電気自動車給電システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の電気自動車給電システムは、バッテリ、前記バッテリを充放電させる充放電部、および前記充放電部の動作を制御する充放電制御部を具備した電気自動車と、建物内に配置され、直流電源から供給される直流電力を前記建物内に配設された分岐回路に配電する直流分電盤と、前記電気自動車の前記充放電部に前記直流分電盤から供給される直流電力を給電する充電動作及び前記電気自動車の前記充放電部から給電された直流電力を前記直流分電盤に供給する給電動作の何れかの動作を行う双方向給電装置と、前記直流電源による電力供給量と前記分岐回路側での使用電力量とに基づいて、前記双方向給電装置の動作を前記充電動作及び前記給電動作の何れかに切り換える切替信号を発生する制御装置と、前記電気自動車の翌日の走行予定距離を設定するための設定表示装置とを備え、前記直流電源は、交流電源から供給される電力を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを少なくとも含み、前記双方向給電装置は、前記制御装置の発生する切替信号に基づいて、前記電気自動車の前記充放電制御部により、前記充放電部の動作を前記充電動作及び前記給電動作の何れかに切り替えさせる制御部と、前記電気自動車の充電時に前記直流分電盤から供給される直流電力を前記電気自動車に供給する自動車側給電部と、前記電気自動車の放電時に前記電気自動車から供給される直流電力を前記直流分電盤に供給する分電盤側給電部とを備え、前記設定表示装置を用いて前記走行予定距離が設定されると、前記制御装置は、前記設定表示装置を用いて設定された前記走行予定距離の設定情報を前記双方向給電装置を介して前記電気自動車の前記充放電制御部に送信し、前記電気自動車の前記充放電制御部は、前記走行予定距離の設定情報をもとに必要な電池容量を求め、前記電池容量を前記バッテリの残容量が下回ると、前記バッテリの放電を停止させるように構成され、前記電気自動車の前記充放電制御部は、前記バッテリの放電を停止させると、前記双方向給電装置に放電停止信号を送信し、前記双方向給電装置は、前記充放電制御部から前記放電停止信号を受信すると、前記放電停止信号を前記制御装置に送信するように構成され、前記制御装置は、前記放電停止信号を受信すると前記給電動作を停止し、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを動作させて前記分岐回路に直流電力を供給させることを特徴とする。

本発明によれば、電気自動車の充放電部に給電してバッテリを充電させる際には、直流分電盤から双方向給電装置を介して電気自動車に直流電力を供給しているので、電気自動車側で交流を直流に変換する必要がなく、交流−直流変換時の変換ロスが発生することはない。しかも、電気自動車の充放電部によりバッテリを放電させて、電気自動車側から給電する際にも、双方向給電装置が、電気自動車のバッテリに蓄電された直流電力を直流分電盤にそのまま供給しているので、電気自動車から供給される直流電力を交流に変換する必要が無く、直流−交流変換時の変換ロスが発生しないから、電力の効率的な利用を図ることができる。

本実施形態のシステム構成図である。同上の他のシステム構成を示すシステム構成図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態の電気自動車給電システムは、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）や電池自動車（ＢＥＶ）などの電気自動車に直流電力を供給して電気自動車を充電するとともに、住戸側で電力が不足した時には電気自動車のバッテリを放電させ、バッテリに充電された電力を住戸側に供給するものである。尚、本実施形態では戸建ての住戸に電気自動車給電システムを適用した形態について説明するが、集合住宅や事業所などの建物に電気自動車給電システムを適用してもよいことは言うまでもない。

図１は電気自動車給電システムの概略的なブロック図であり、住戸Ｈに配置され、直流電源から供給される直流電力を住戸Ｈ内に配設された分岐回路に配電する直流分電盤１と、電気自動車６０の充放電回路６３に直流分電盤１から供給される直流電力を給電する充電動作又は電気自動車６０の充放電回路６３から給電された直流電力を直流分電盤１に供給する給電動作の何れかの動作を行う双方向給電装置２と、制御装置３と、設定表示装置４とを備える。

ここで、電気自動車６０は、双方向給電装置２からの充電ケーブルＣＡの先端に設けられたコネクタ２６に着脱自在に接続されるコネクタ６１と、リチウムイオン電池のようなバッテリ６２と、バッテリ６２を充電又は放電させる充放電回路６３と、双方向給電装置２との間で通信を行う通信回路６４と、通信回路６４が受信した双方向給電装置２からの切替信号に基づいて充放電回路６３の動作を充電動作又は給電動作の何れかに切り替える充放電制御回路６５とを備えている。

一方、直流分電盤１は、３００Ｖ級の直流電圧に対応しており、複数の直流電源からの直流電力を協調させて負荷回路に供給する協調制御部１１と、協調制御部１１の出力端と複数系統の分岐回路の間にそれぞれ接続された複数の直流ブレーカ１２とを内器として備える。直流分電盤１には、太陽光発電設備５０により発電された直流電圧を所定の電圧値の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、燃料電池（ＦＣ：ＦｕｅｌＣｅｌｌ）５１により発電された直流電圧を所定の電圧値の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、他の直流電源によって充電されるとともに他の直流電源が給電を停止した際に放電する蓄電池５２から供給される直流電圧を所定の電圧値の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１５と、商用交流電源ＡＣから交流電源の供給を受けて直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１６とが収納されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３〜１５及びＡＣ／ＤＣコンバータ１６の出力は直流電力配線Ｌ１を介して協調制御部１１に接続されている。ここにおいて、本実施形態では、太陽光発電設備５０、燃料電池５１、蓄電池５２並びにその出力を所定の電圧値に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１３〜１５や、商用交流電源ＡＣの交流入力を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１６を直流電源として備えている。

また双方向給電装置２は、直流ブレーカ１２から供給される直流電力を電気自動車６０に対応した電圧値に変換して電気自動車６０側に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ２１（自動車側給電部）と、電気自動車６０から供給された直流電圧の電圧値を変換して直流電力配線Ｌ１に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ２２（分電盤側給電部）と、制御装置３との間で信号の授受を行うインターフェイス部２４（Ｉ／Ｆ）と、電気自動車６０の通信回路６４との間で通信線Ｌ４を介して通信を行う通信部２５と、制御装置３又は電気自動車６０から受信した信号に基づいてＤＣコンバータ２１，２２の動作を制御する制御部２３とを備えている。尚、本実施形態では双方向給電装置２の通信部２５と電気自動車６０の通信回路６４との間で、充電ケーブルＣＡに組み込まれた専用の通信線Ｌ４を介して信号の授受を行っているが、電力線Ｌ３を介して電力線搬送通信により信号を重畳してもよいし、近距離の無線通信により信号を授受しても良い。

制御装置３は、直流分電盤１から供給される直流電力の給電量を制御する機能を有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３〜１５およびＡＣ／ＤＣコンバータ１６の給電量を個別に調整することで、複数の直流電源の給電割合を設定する。また制御装置３は、複数の直流電源による給電能力の情報を双方向給電装置２へ送信する機能も備えており、双方向給電装置２では、制御装置３から送信される給電能力の情報をもとに、直流電源による給電能力を超えないように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御して電気自動車６０側に給電する直流電力を制御する。

設定表示装置４は、タッチパネル形の液晶モニタを備え、直流電源の給電状況が画面上に表示されるとともに、画面上に表示される操作釦をタッチ操作することによって、制御装置３に各種の設定データを設定することができる。

ここで、本給電システムによる電気自動車６０の充放電動作を説明する。

制御装置３は、直流電源による電力供給量と分岐回路側での使用電力量との大小を比較し、直流電源の電力供給量が使用電力量を上回っている場合には、双方向給電装置２の動作を充電動作に切り替える切替信号を双方向給電装置２に送信し、双方向給電装置２により電気自動車６０側に給電させ、電気自動車６０のバッテリ６２を優先的に充電させる。そして、バッテリ６２の充電が終了すると、制御装置３は、その次に蓄電池５２の充電を行わせ、蓄電池５２の充電も終了すれば、図示しないＤＣ／ＡＣコンバータにより交流電源に変換して、交流機器に供給しても良い。一方、直流電源の電力供給量が使用電力量を下回っている場合には、先ず蓄電池５２を放電させた後、双方向給電装置２の動作を給電動作に切り替える切替信号を双方向給電装置２に送信し、双方向給電装置２によって電気自動車６０のバッテリ６２から放電させた直流電力を直流分電盤１側へ給電させる。

ここで、電気自動車６０を充電する際には、双方向給電装置２から導出された充電ケーブルＣＡの給電コネクタ２６を電気自動車６０のコネクタ６１に接続すると、双方向給電装置２の制御部２３が、充電電圧及び充電電流に関わる充電情報の送信を要求する充電情報送信要求を通信部２５から電気自動車６０側に送信させる。電気自動車６０の通信回路６４が双方向給電装置２から送信された充電情報送信要求を受信すると、充放電制御回路６５は、自機の充電電圧及び充電電流に関わる充電情報を通信回路６４から双方向給電装置２へ送信させる。この充電情報が双方向給電装置２の通信部２５に受信されると、双方向給電装置２の制御部２３は、通信部２５が受信した充電情報と、インターフェイス部２４を介して制御装置３から取得した直流電源の給電能力とに基づいて、直流分電盤１からの給電が可能か否かを判断し、供給可能な電流値と、電気自動車６０側から要求された電圧値とでＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力を制御し、電気自動車６０側に給電する。

また本実施形態では、直流分電盤１に直流電力を供給する直流電源として、太陽光発電設備５０と、燃料電池５１と、蓄電池５２と、商用交流電源ＡＣをＡＣ／ＤＣコンバータ１６により直流に変換して得た直流電源とが用いられているが、制御装置３によって、複数の直流電源の中から、電気自動車６０に給電させる直流電源を選択する処理が自動的に実行される。

例えば電気自動車６０側のバッテリ６２の充電時において、商用交流電源ＡＣの交流入力を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１６からの給電量が設定表示装置４を用いてゼロに設定されている場合で、太陽光が存在し（つまり太陽光発電設備５０により発電が行われ）、蓄電池５２に充電残量が存在する場合に、電気自動車６０が、充電情報送信要求に応えて、充電電圧をＤＣ３００Ｖ、充電電流を２０Ａとする充電情報を双方向給電装置２に返送すると、この充電情報は双方向給電装置２から制御装置３にさらに送信される。制御装置３は、各直流電源の給電能力を把握しており、太陽光発電設備５０の発電電力が２０００ＶＡ、燃料電池５１の発電電力が０ＶＡ、蓄電池５２の充電残量が１０００ＶＡの場合で、住戸Ｈ内の他の電気機器による電力消費がなければ、電気自動車６０に給電可能な電力を３０００ＶＡとする。そして、制御装置３では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３，１５を制御し、太陽光発電設備５０及び蓄電池５２を電源として電気自動車６０に給電電圧がＤＣ３００Ｖで、給電電流が１０Ａの給電を行う。また上記の給電状況において太陽光がない場合、制御装置３は、電気自動車６０に給電可能な電力を蓄電池５２の１０００ＶＡと判断し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を制御し、蓄電池５２を電源として電気自動車６０に給電電圧が３００Ｖで、給電電流が３．３Ａの給電を行う。また商用交流電源ＡＣの交流入力を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１６からの給電量が１０００ＶＡと設定された場合で、太陽光がなく、蓄電池５２に充電残量が１０００ＶＡ存在する場合には、制御装置３は、電気自動車６０に給電可能な電力を２０００ＶＡと判断し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５及びＡＣ／ＤＣコンバータ１６を制御し、商用交流電源ＡＣからの交流入力を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１６及び蓄電池５２を電源として電気自動車６０に給電電圧がＤＣ３００Ｖで、給電電流が６．６Ａの給電を行う。尚、制御装置３では、予め設定された選択条件にしたがって最適な直流電源を自動的に選択しているが、設定表示装置４を用いて優先的に給電させる直流電源の種類などを予め登録しておくことも可能である。

上述のようにして直流分電盤１から電気自動車６０側へ直流電力が供給され、電気自動車６０の充放電回路６３によりバッテリ６２の充電が行われるが、直流電源からの給電が停止した場合には、制御装置３から双方向給電装置２を介して電気自動車６０に切替信号が送信され、電気自動車６０の充放電回路６３がバッテリ６２を放電させ、バッテリ６２から直流分電盤１側に直流電力が供給される。

例えば夜間等に電気自動車６０が充電されている状態で、設定表示装置４を用いて商用交流電源ＡＣからの電力変換が最低限に設定されるとともに、翌日の走行予定距離が５０ｋｍと設定された場合、夜間には太陽光発電設備５０の発電電力がなくなるため、燃料電池５１及び蓄電池５２を電源として電気自動車６０を充電するとともに住戸Ｈ内の負荷に給電することになる。ここで、燃料電池５１及び蓄電池５２の給電能力が負荷の使用電力を下回った場合、制御装置３は、電気自動車６０のバッテリ６２を充電する充電動作からバッテリ６２を放電させる放電動作（給電動作）に切り替える切替信号を双方向給電装置２に出力し、この切替信号は双方向給電装置２から電気自動車６０へと送信される。この時、電気自動車６０の充放電制御回路６５では、通信回路６４の受信した切替信号に基づいて充放電回路６３に放電動作（給電動作）を行わせ、バッテリ６２に蓄電された直流電力を電力線Ｌ３を介して双方向給電装置２へ放電させる。また双方向給電装置２では、制御部２３が、制御装置３から入力された切替信号に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ２１の動作を停止させるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２により電気自動車６０から供給される直流電圧（例えばＤＣ３００Ｖ）を住宅内の送電電圧値（例えばＤＣ３５０Ｖ）に変換して、直流電力配線Ｌ１に出力させており、電気自動車６０のバッテリ６２を電源として住戸Ｈ内の負荷に直流電力を供給することができる。

ところで、設定表示装置４を用いて翌日の走行予定距離が設定されると、走行予定距離の設定情報は制御装置３から双方向給電装置２を介して電気自動車６０に送信される。電気自動車６０の充放電制御回路６５では、双方向給電装置２から受信した設定情報をもとに、走行予定距離を走行するのに必要な必要電池容量を設定する。そして、充放電制御回路６５では、双方向給電装置２から入力された切替信号に応じてバッテリ６２の放電を開始すると、バッテリ６２の残容量と必要電池容量との高低を比較し、残容量が必要電池容量を下回ると、充放電回路６３を制御してバッテリ６２の放電を自動的に停止するので、次回の走行予定距離を走行するのに必要な電池容量を確保することができる。

また充放電制御回路６５は、バッテリ６２の放電を停止すると、放電の停止を報知する放電停止信号を通信回路６４から双方向給電装置２へ送信させており、双方向給電装置２は放電停止信号を受信するとＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作を停止させるとともに、インターフェイス部２４から制御装置３へ放電停止信号を送信させる。この放電停止信号を制御装置３が受信すると、制御装置３は、電気自動車６０からの放電が停止したことによる電力の不足分を補うために、ＡＣ／ＤＣコンバータ１６を動作させ、ＡＣ／ＤＣコンバータ１６により商用交流電源ＡＣを直流電力に変換して、蓄電池５２と共に負荷に直流電力を供給させる。

尚、電気自動車６０のバッテリ６２を放電させ、その放電電力を住戸Ｈ内の直流配電システムに供給する際に、過電流や漏電が発生した場合には直流分電盤１内に設けられた直流ブレーカ１２や漏電ブレーカ（図示せず）で保護されるようになっている。

以上説明したように、この電気自動車給電システムでは、電気自動車６０のバッテリ６２を充電する際に、直流分電盤１から双方向給電装置２を介して電気自動車６０に直流電力を供給しているので、電気自動車６０側で交流を直流に変換する必要がなく、交流−直流変換時の変換ロスが発生することはない。しかも、電気自動車６０のバッテリ６２を放電させて、電気自動車６０側から給電する際にも、双方向給電装置２が、電気自動車６０のバッテリ６２に蓄電された直流電力を直流分電盤１にそのまま供給しているので、電気自動車６０から供給される直流電力を交流に変換する必要が無く、直流−交流変換時の変換ロスが発生することはなく、電力の効率的な利用を図ることができる。

また上述の電気自動車給電システムにおいて、電気自動車６０のバッテリ６２から放電された直流電力を蓄電池５２に充電させてもよく、電気自動車６０のバッテリ６２に蓄電された直流電力を、住戸Ｈ内の負荷で有効に利用することができる。

また上述の電気自動車給電システムでは、双方向給電装置２が２つのＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２を備え、充電時には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が住宅側から供給される直流電力の電圧変換を行って電気自動車６０側に供給し、放電時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が電気自動車６０から供給される直流電圧の電圧値を変換して住宅側に供給しているが、図２に示すように住宅側からの充電と自動車側からの放電の両方を１台で行うＤＣ／ＤＣコンバータ２７を備えてもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ２７は制御部２３からの制御信号によって動作が制御され、充電時には直流ブレーカ１２を介して供給される直流電力の電圧変換を行って電気自動車６０側に供給し、放電時には電気自動車６０から供給される直流電圧の電圧値を変換して住宅側（協調制御部１１）に供給する。

この電気自動車給電システムにおいて、直流電源として、他の直流電源から供給される直流電力によって充電されるとともに、他の直流電源が給電を停止した際に放電する蓄電池を備え、電気自動車の放電時に分電盤側給電部から供給された直流電力によって蓄電池が充電されてもよい。これにより、電気自動車のバッテリから放電された直流電力を蓄電池に充電させることができる。

１直流分電盤
２双方向給電装置
３制御装置
４設定表示装置
２１ＤＣ／ＤＣコンバータ（自動車側給電部）
２２ＤＣ／ＤＣコンバータ（分電盤側給電部）
２３制御部
６０電気自動車
６２バッテリ
６３充放電回路（充放電部）
６５充放電制御回路（充放電制御部）

Claims

バッテリ、前記バッテリを充放電させる充放電部、および前記充放電部の動作を制御する充放電制御部を具備した電気自動車と、
建物内に配置され、直流電源から供給される直流電力を前記建物内に配設された分岐回路に配電する直流分電盤と、
前記電気自動車の前記充放電部に前記直流分電盤から供給される直流電力を給電する充電動作及び前記電気自動車の前記充放電部から給電された直流電力を前記直流分電盤に供給する給電動作の何れかの動作を行う双方向給電装置と、
前記直流電源による電力供給量と前記分岐回路側での使用電力量とに基づいて、前記双方向給電装置の動作を前記充電動作及び前記給電動作の何れかに切り換える切替信号を発生する制御装置と、
前記電気自動車の翌日の走行予定距離を設定するための設定表示装置とを備え、
前記直流電源は、交流電源から供給される電力を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを少なくとも含み、
前記双方向給電装置は、前記制御装置の発生する切替信号に基づいて、前記電気自動車の前記充放電制御部により、前記充放電部の動作を前記充電動作及び前記給電動作の何れかに切り替えさせる制御部と、前記電気自動車の充電時に前記直流分電盤から供給される直流電力を前記電気自動車に供給する自動車側給電部と、前記電気自動車の放電時に前記電気自動車から供給される直流電力を前記直流分電盤に供給する分電盤側給電部とを備え、
前記設定表示装置を用いて前記走行予定距離が設定されると、前記制御装置は、前記設定表示装置を用いて設定された前記走行予定距離の設定情報を前記双方向給電装置を介して前記電気自動車の前記充放電制御部に送信し、前記電気自動車の前記充放電制御部は、前記走行予定距離の設定情報をもとに必要な電池容量を求め、前記電池容量を前記バッテリの残容量が下回ると、前記バッテリの放電を停止させるように構成され、
前記電気自動車の前記充放電制御部は、前記バッテリの放電を停止させると、前記双方向給電装置に放電停止信号を送信し、前記双方向給電装置は、前記充放電制御部から前記放電停止信号を受信すると、前記放電停止信号を前記制御装置に送信するように構成され、
前記制御装置は、前記放電停止信号を受信すると前記給電動作を停止し、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを動作させて前記分岐回路に直流電力を供給させることを特徴とする電気自動車給電システム。