説明

車両用充電システム

【課題】充電対象となる車両が充電制御回路を備え、車両側の制御による充電停止期間が生じる場合であっても、特定車両への充電が滞る問題を回避して契約電力の範囲内で全車両を適切に充電することができる車両用充電システムを提供すること。
【解決手段】各車両4への充電に要した電力を積算して積算電力値を算出し、該積算電力値が最大となった車両への電力供給の制限をする第1の電力供給制限を行う電力供給制限手段24と、該電力供給制限開始後に、電力供給制限の対象車両の該積算電力値を初期値にリセットするリセット手段25と、該電力供給制限開始後の所定時間経過後に、該電力供給制限を解除する電力供給制限解除手段26とからなる制御装置10を備え、積算電力値を指標として電力供給制限を行う充電負荷を特定することにより、契約電力の範囲内で複数の充電負荷を適切に充電することを可能とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の車両用充電装置を備えた車両用充電システムであって、複数の車両を同時に充電することが可能な車両用充電システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
電気自動車等の車両の普及に伴い、マンション等の駐車場に設置して、複数台の車両を同時に充電可能な車両用充電システムへの需要が高まっている。
【0003】
複数台の車両を1ヶ所に設置した車両用充電システムの車両用充電装置に接続して同時に充電を開始した場合、電気使用量が急激に上昇して契約電力を超過する問題があるため、当該問題を回避する技術として、車両用充電システムにおける最大使用電力を予め設定し、その許容範囲内で、一台あるいは複数台を選択して、順次充電を行う技術が開示されている(特許文献1)。特許文献1には、タイマー回路を設けることにより、充電対象とする車両を順次切り替える技術も開示されている。
【0004】
一方、近年の車両には、充電に伴う発熱により車載電池が所定温度以上となった場合、車両側で一時的に充電を停止する充電制御回路を備えるものもある。このような充電制御回路を備える車両を、前記のタイマー回路による充電制御を行う充電装置に接続した場合、車両側の制御による充電停止期間と、充電装置側のタイマー制御による充電停止期間とが重複し、複数台の車両の中で、適切な充電が行われない車両が生じうる問題が懸念される。さらに、使用電力が最大になった時に車両用充電装置に接続した車両は、全く充電が行われない状態が長時間続く場合があり、車両用充電システムを多人数で共有する上では公平性に欠けるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2001−69678号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は前記の問題を解決し、複数の車両用充電装置を備え複数の車両を同時に充電可能な車両用充電システムであって、充電対象となる車両が充電制御回路を備え、車両側の制御による充電停止期間が生じる場合や使用電力が最大になった場合であっても、特定車両への充電が滞る問題を回避して契約電力の範囲内で全車両を適切に充電することができる車両用充電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するためになされた本発明の車両用充電システムは、複数の車両に各々接続して電力供給を行う車両用充電装置と、各車両用充電装置に対して電力供給制限の要否を判定する判定部を備えた車両用充電システムであって、各車両への充電に要した電力を積算して積算電力値を算出し、該積算電力値が最大となった車両への電力供給の制限をする第1の電力供給制限を行う電力供給制限手段と、該第1の電力供給制限開始後に、電力供給制限の対象車両の該積算電力値を初期値にリセットするリセット手段と、該第1の電力供給制限開始後の所定時間経過後に、該電力供給制限を解除する電力供給制限解除手段とからなる制御装置を備えることを特徴とするものである。
【0008】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の車両用充電システムにおいて、電力供給制限手段は、複数の車両が接続された車両用充電装置への電力供給量を同時にかつ同一割合で低減させる制限を行う第2の電力供給制限を、第1の電力供給制限に対して優先して適用することを特徴とするものである。
【0009】
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の車両用充電システムにおいて、各車両の充電電流を計測して充電満了となる車両を判定し、該車両への第1の電力供給制限を回避する電力供給制限回避手段を備えることを特徴とするものである。
【0010】
請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の車両用充電システムにおいて、該電力供給制限手段は、CPLT信号のデューティ比を変更することにより第1の電力供給制限若しくは第2の電力供給制限を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る車両用充電システムでは、複数の車両に各々接続して電力供給を行う車両用充電装置と、各車両用充電装置に対して電力供給制限の要否を判定する判定部を備えた車両用充電システムであって、各車両への充電に要した電力を積算して積算電力値を算出し、該積算電力値が最大となった車両への電力供給の制限をする第1の電力供給制限を行う電力供給制限手段と、該第1の電力供給制限開始後に、電力供給制限の対象車両の該積算電力値を初期値にリセットするリセット手段と、該第1の電力供給制限開始後の所定時間経過後に、該電力供給制限を解除する電力供給制限解除手段とからなる制御装置を備えることにより、従来の車両を選択して、順次充電する際に生じていた問題(車両側の制御による充電停止期間と、充電装置側のタイマー制御による充電停止期間とが重複し、複数台の車両の中で、適切な充電が行われない車両が生じうる問題と、使用電力が最大になった時に車両用充電装置に接続した車両は、全く充電が行われない状態が長時間続くという問題)を効果的に回避可能とし、契約電力の範囲内で全車両を適切に充電可能としている。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の車両用充電システムの全体説明図である。
【図2】本発明の制御装置のブロック図である。
【図3】本発明の車両用充電システムのフロー図である。
【図4】本発明の車両用充電システムの実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
【0014】
本発明は、主に住宅用マンション等に設置される車両用充電装置に最適な車両用充電システムであって、車両用充電システムに複数の車両用充電装置を備え、複数台の車両を同時に充電する車両用充電システムに関するものである。図1には、当該車両用充電システムの全体説明図を示している。
【0015】
図1において、1はマンション等に設置される幹線盤であって、2は駐車場に設置される充電用分電盤、3a〜3cは各駐車スペースに配置される車両用充電装置、4a〜4cは電気自動車等の車両、5は電動自転車等の定格容量の小さい小規模負荷、6はマンションの各戸の負荷や共有スペースにおける負荷等の一般負荷を示している。
【0016】
幹線盤1には、主幹母線7が引き込まれ、該主幹母線7から分岐した分岐線8a〜8dが幹線盤1から引き出され、分岐線8aには充電用分電盤2が接続されている。また、分岐線8b〜8dには一般負荷が接続されている。
【0017】
幹線盤1内には、幹線盤1の全使用電力を測定する電力計9や、一般負荷の全使用電力を測定する電力計(図示しない)を備えて、測定結果は充電用分電盤2の制御装置(コントローラ)10に信号線11を介して出力される。また、幹線盤1は異常発生時に、主幹母線7の電路を遮断する主幹ブレーカ12や、主幹母線7から分岐した分岐線8b〜8dの電路を遮断するブレーカ13a〜13cを備えている。
【0018】
本実施形態では、該主幹母線7から分岐した分岐線8aを充電用分電盤2に引き込み、該分岐線8aを更に分岐した電力供給線14a〜14dを介して複数の車両用充電装置3(3a〜3c)や、小規模負荷5への電力供給を行っている。電力供給線14a〜14dの電路は異常発生時に、ブレーカ15a〜15dにより電流が遮断される。
【0019】
充電用分電盤2には制御装置(コントローラ)10が設けられており、その内部に判定部16を備えている。判定部16は幹線盤1の契約電力情報を保持しており、契約電力と一般負荷6の全使用電力との差から、充電用分電盤2に接続された負荷の充電に使用できる充電許容電力を算出する。判定部16は、後述するように車両用システムに複数の車両が接続された場合や、一般負荷6の変動により充電許容電力が不足する場合に一時的に電力供給制限を行うか否かの判断を行う。なお、充電許容電力は契約電力と一般負荷6の全使用電力との差に対して若干の余裕をもたせて算出することが好ましい。
【0020】
各車両用充電装置3は、車両4との充電制御信号(CPLT信号)を生成するCPLT回路を内蔵する制御回路21や、CPLT信号に基づき充電電路22の開閉を行うリレー17の他、各車両用充電装置の充電電路22を流れる充電電流を計測するCT18を備えている。CT18で計測された充電電流は、制御回路21から信号線23を介して充電用分電盤2の制御装置10へ伝達される。各車両用充電装置3の充電ケーブルを車両4に接続すると、CPLT回路は初期値として予め定められたデューティ比(パルス幅)の充電制御信号を発振する。充電制御信号のデューティ比の初期値は充電ケーブルの種類等によって予め定められている。なお、充電制御信号のデューティ比(パルス幅)は、後述する制御装置10からの制限信号により制御回路21のパルス幅変更手段(図示しない)によって変更可能である。また、デューティ比(パルス幅/パルス周期)は大きいほど大きな充電電流が供給可能であることを意味する。
【0021】
図2に示すように、充電用分電盤2の制御装置10は、前述した判定部16のほか、以下の各手段(電力供給制限手段24、リセット手段25、電力供給制限解除手段26、電力供給制限回避手段27)を備えている。
【0022】
制御装置10の電力供給制限手段24は、判定部16で電力供給制限を行うと判定した場合に、車両用充電装置3の制御回路21に対して制限信号を出力する。制限信号は充電中断命令(第1の電力供給制限)か、CPLT信号のパルス幅変更命令(第2の電力供給制限)として出力される。
【0023】
制御装置10は、各車両用充電装置3のCT18で計測された充電電流より各車両への充電に使用した電力量を積算して保持している。第1の電力供給制限は、判定部16が電力供給制限を行うと判断した場合に、電力供給制限手段24が、積算電力値が最大となった車両への電力供給制限をする。具体的には、制御装置10から信号線23を介して電力供給制限の対象となった車両が接続されている車両用充電装置3の制御回路21に対して制限信号を出力する。また、小規模負荷が電力供給制限の対象となった場合には、ブレーカ15dの開閉を制御することにより充電を制限する。
【0024】
第2の電力供給制限は、判定部16が電力供給制限を行うと判断した場合に、電力供給制限手段24が、複数の車両が接続された各電力供給線への電力供給量を同時にかつ同一割合で低減させる制限を行う。
【0025】
リセット手段25は、電力供給制限開始後に、制御装置10に記憶された電力供給制限の対象車両の積算電力値を初期値にリセットする。また、電力供給制限解除手段26は電力供給制限開始後、所定時間の経過後に該電力供給制限を解除する。
【0026】
電力供給制限回避手段27は、CT18によって計測される車両の充電電流を時系列的に解析して、充電満了間際と判定した車両については、電力供給制限手段による電力供給制限を回避する。
【0027】
以下、図1〜3により本発明の車両用充電システムを説明する。
【0028】
(ST1〜ST2)
本実施形態では、該主幹母線7から分岐した分岐線8aを充電用分電盤2に引き込み、該分岐線8aを更に分岐した電力供給線14a〜14dを介して複数の車両用充電装置3a〜3cや、電動自転車5等の小規模負荷への電力供給を行っている。各車両用充電装置3a〜3cに車両4a〜4cが接続され、充電が開始されると(ST1)、各車両用充電装置内のCT18で充電電流の測定が行われ、充電に使用された電力(使用電力)が算出され記録される(ST2)。また、充電用分電盤2から引き出した電力供給線14dに直接接続された電動自転車等の小規模負荷への充電が開始されると(ST1)、充電用分電盤2内のCT19で電流測定が行われ、充電に使用された電力が記録される(ST2)。ST2で記録された各使用電力は、通信線23を介して制御装置10に送信されて積算され、積算電力値として保持される。
(ST3)
制御装置10では、CT20の計測により算出される幹線盤全体の使用電力と、一般負荷の全使用電力との差に基づき、現時点において、車両および小規模負荷の充電に使用されている充電電力の総和を算出する。
(ST4)
制御装置10の判定部16には、幹線盤1の契約電力の情報が保持されていて、契約電力と一般負荷の全使用電力との差から、車両および小規模負荷(合わせて以下、「充電負荷」という)への電力供給に使用可能な充電許容電力が算出される。
(ST5)
制御装置10の判定部16では、ST3で算出された充電電力の総和と、ST4で算出された充電許容電力とを対比する。充電電力の総和が充電許容電力以下と判定された場合には、電力供給制限を行うことなく、各充電負荷に対して引き続き定格電流での充電が行われる。一方、充電電力の総和が充電許容電力を上回ると判定された場合には、電力供給制限手段24によって電力供給制限が開始される。
電力供給制限には、特定の充電負荷での電力供給を停止あるいは大幅に制限するもの(第1の電力供給制限)と、CPLT信号のデューティ比を変更することにより全ての充電負荷への電力供給を一律かつ小幅に制限するもの(第2の電力供給制限)とがある。本実施形態では、電力供給制限手段24により第2の電力供給制限が第1の電力供給制限に対して優先して適用するシステムを説明する。
(ST6〜ST9)
第2の電力供給制限は、電力供給制限手段24が充電許容電力の値に応じて、CPLT信号により充電負荷全体の充電電流を、定格より段階的に減らす(例えば、10%単位)ものである。したがって、制御回路(CPLT回路)がない小規模負荷に対しては、第2の電力供給制限は行われない。なおデューティ比の下限を予め設定することが望ましい。(例えば、80%)
第2の電力供給制限は、電力供給制限手段24がST7でCPLT信号のデューティ比を変更することにより、車両用充電装置3に接続された各充電負荷4の充電電力の総和が小さくなる(ST8)。その後、制御装置10の判定部16では、ST8で調整された充電負荷の充電電力の総和と、ST4で算出された充電許容電力とを対比する。充電負荷の充電電力の総和が充電許容電力以下と判定された場合には、変更後のデューティ比により充電が行われる。一方、充電負荷の充電電力の総和が充電許容電力を上回ると判定された場合には、電力供給制限手段24は第2の電力供給制限に追加して、第1の電力供給制限を行う。
(ST10〜ST14)
第1の電力供給制限は、第2の電力供給制限によっても充電負荷の充電電力の総和が充電許容電力を上回る場合に、電力供給制限手段24が特定の充電負荷での電力供給を停止あるいは大幅に制限するものである。電力供給制限の対象となる充電負荷は、各充電負荷への充電に使用した電力量を積算し、該積算電力値が最大となった充電負荷とする(ST11)。
ただし、充電満了間際の充電負荷への充電回路を遮断すると車載電池を傷める恐れがあり、充電満了間際の充電負荷への充電回路を遮断しても、充電電力の総和は大きく変化せず、充電制限の効果が小さい等の観点から、充電満了間際の充電負荷に対しては第1の電力供給制限による充電制限を行わない。そこで、ST12では、ST11で積算電力値が最大と特定された充電負荷が充電満了間際にあるか否かの判定を行う。例えば、電力供給制限回避手段27はCT18によって計測される充電電流を時系列的に解析し、徐々に充電電流が減少する傾向にあれば、充電満了間際と判定し、充電電流が所定値以上であれば、充電負荷Aが充電満了間近でないと判定する。なお、急速に充電電流が減少した場合には、その他の要因によって一時的に充電を停止しているのみで充電満了間際と判定しない。上記は所定時間内の充電電流の移動平均値より判定することが望ましい。ST11およびST12を経て特定された充電負荷に対し、電力供給を停止あるいは大幅に制限する電力供給制限が行われる(ST13)。該電力供給制限開始後には、電力供給制限の対象となった充電負荷の積算電力値は初期値である0にリセットされる(ST14)。
(ST15)
上記の電力供給制限は、一定時間後に全て解除された後、再度、ST3からの各ステップが繰り返される。
【実施例】
【0029】
以下、図4に基づいて、車両3台(充電負荷A〜C)および電動自転車(充電負荷D)を接続して充電を行う際に、本発明の充電システムを適用した実施例を説明する。なお、説明のため数値は単純化する。本実施例において、幹線盤の契約電力は40kw、充電負荷A〜Dの各定格電流は、各々15A、20A、15A、5Aである。また、各時間区分は同じ長さである。
【0030】
(時間区分1)
充電負荷Aと充電負荷Dとを接続し、充電を開始する。両充電負荷の定格電流の和は20A、充電電力の総和は4kw、一般負荷の全使用電力は30kw、充電許容電力は10kwである。充電電力の総和は充電許容電力の範囲内であるため電力供給制限の必要がなく、定格電流での充電を行う。
(時間区分2)
充電負荷Bが新たに接続され充電を開始する。全充電負荷の定格電流の和は40A、充電電力の総和は8kw、一般負荷の全使用電力は30kw、充電許容電力は10kwである。充電電力の総和は充電許容電力の範囲内であるため電力供給制限の必要がなく、引き続き定格電流での充電を行う。
(時間区分3)
充電負荷A、B、Dに、充電負荷Cが追加されている。全充電負荷の定格電流の和は55A、充電電力の総和は11kwとなり、充電許容電力の10kwを超えるため電力供給制限が必要となる。そこで電力供給制限手段24により第2の電力供給制限を行い、車両用充電装置3に接続された充電負荷A〜Cに対してCPLT信号のデューティ比を定格の90%に制限する。その結果、充電負荷A〜Dの各充電電流は、各々13.5A、18A、13.5A、5A(変更なし)となり、電力供給制限後の全充電負荷の充電電流の和は50A、充電電力の総和は10kwに調整される。
(時間区分4)
一般負荷の全使用電力が31kwに増加すると、充電許容電力が9kwに低下して、更なる電力供給制限が必要となる。電力供給制限手段による第2の電力供給制限により、車両用充電装置3に接続された充電負荷A〜Cに対してCPLT信号のデューティ比を定格の80%に制限する。その結果、充電負荷A〜Dの各充電電流は、各々12A、16A、12A、5A(変更なし)となり、電力供給制限後の全充電負荷の充電電流の和は45A、充電電力の総和は9kwに調整される。
(時間区分5)
一般負荷の全使用電力が更に増加して32kwとなると、充電許容電力が更に低下して8kwとなり、更なる電力供給制限が必要となる。しかし、第2の電力供給制限によるCPLT信号のデューティ比の下限を定格の80%に規定したため、さらに、電力供給制限手段24は、充電負荷の何れかの電力供給を停止する第1の電力供給制限を行うことが必要になる。時間区分1〜5までの積算電力値は、充電負荷Aが最大となっている。ここで、電力供給制限回避手段27は充電負荷Aの充電電流が所定値以上であれば、充電負荷Aが充電満了間近でないと判定する。従って、電力供給制限手段24は充電負荷Aへの電力供給を停止する。
第1の電力供給制限により、充電負荷A〜Dの各充電電流は、各々0A、16A、12A、5A(変更なし)となり、電力供給制限後の全充電負荷の充電電流の和は33A、充電電力の総和は6.6kwに調整される。
また、充電負荷Aへの電力供給を停止した後に、リセット手段25により制御装置10で保持されている充電負荷Aの積算電力値を初期値である0にリセットする。
(時間区分6)
時間区分5で充電を制限した充電負荷Aは所定時間が経過した時間区分6では電力供給制限解除手段26により復帰するが、充電負荷A〜Dの各充電電流は、各々12A、16A、12A、5A(変更なし)となり、全充電負荷の充電電流の和は45A、充電電力の総和は9kwとなり、充電許容電力8kwを上回ることになるため、再度、第1の電力供給制限(電力供給を停止)が必要となる。時間区分5で、充電負荷Aに対する充電電力量はリセットされたため、時間区分1〜6までの積算電力値は、充電負荷Bが最大となる。ここで、電力供給制限回避手段27は充電負荷Bの充電電流が所定値以上であれば、充電負荷Aが充電満了間近でないと判定する。従って、電力供給制限手段24は充電負荷Bへの電力供給制限(電力供給を停止)をする。
以降は上記と同様に積算電力値が最大となる充電負荷を順次停止させるように制御する。なお、電力供給制限解除手段による制限解除は、充電電力の総和が充電許容電力を下回った時には、まず第1の電力供給制限を解除し、次に第2の電力供給制限を解除するものとする。
【0031】
なお、本実施例では第2の電力供給制限の後に第1の電力供給制限を実施しているが、第2の電力供給制限手段を実施せずに第1の電力供給制限のみを行ってもよい。また、上記実施例では第1の電力供給制限は対象となった充電負荷の電力供給を停止したが、対象となった充電負荷に対してのみ、更なるCPLT信号のデューティ比をさらに低下させ電力供給制限を行うものとしてもよい。また、制御装置10は幹線盤1やいずれかの車両用充電装置3に設けられていてもよい。
【0032】
本発明では、このように積算電力値を指標として電力供給制限を行う充電負荷を特定することにより、契約電力の範囲内で複数の充電負荷を適切に充電することを可能とし、従来の問題(車両側の制御による充電止期間と、充電装置側のタイマー制御による充電停止期間とが重複し、複数台の車両の中で、適切な充電が行われない車両が生じうる問題と、使用電力が最大になった時に車両用充電装置に接続した車両は、全く充電が行われない状態が長時間続くという問題)を効果的に回避可能としている。
【符号の説明】
【0033】
1 幹線盤
2 充電用分電盤
3a〜3c 車両用充電装置
4a〜4c 車両
5 電動自転車
6 一般負荷
7 主幹母線
8a〜8d 分岐線
9 電力計
10 制御装置
11 信号線
12 主幹ブレーカ
13a〜13c ブレーカ
14a〜14d 電力供給線
15a〜15d ブレーカ
16 判定部
17 リレー
18 CT
19 CT
20 CT
21 CPLT回路
22 充電電路
23 信号線
24 電力供給制限手段
25 リセット手段
26 電力供給制限解除手段
27 電力供給制限回避手段

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の車両に各々接続して電力供給を行う車両用充電装置と、
各車両用充電装置に対して電力供給制限の要否を判定する判定部を備えた車両用充電システムであって、
各車両への充電に要した電力を積算して積算電力値を算出し、
該積算電力値が最大となった車両への電力供給の制限をする第1の電力供給制限を行う電力供給制限手段と、
該第1の電力供給制限開始後に、電力供給制限の対象車両の該積算電力値を初期値にリセットするリセット手段と、
該第1の電力供給制限開始後の所定時間経過後に、該電力供給制限を解除する電力供給制限解除手段とからなる制御装置を備えることを特徴とする車両用充電システム。
【請求項2】
電力供給制限手段は、複数の車両が接続された車両用充電装置への電力供給量を同時にかつ同一割合で低減させる制限を行う第2の電力供給制限を、第1の電力供給制限に対して優先して適用することを特徴とする請求項1記載の車両用充電システム。
【請求項3】
該制御装置は、
各車両の充電電流を計測して充電満了となる車両を判定し、該車両への第1の電力供給制限を回避する電力供給制限回避手段を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の車両用充電システム。
【請求項4】
該電力供給制限手段は、CPLT信号のデューティ比を変更することにより第1の電力供給制限若しくは第2の電力供給制限を行うことを特徴とする請求項1〜3記載のいずれかに車両用充電システム。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2013−102561(P2013−102561A)
【公開日】平成25年5月23日(2013.5.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−243487(P2011−243487)
【出願日】平成23年11月7日(2011.11.7)
【出願人】(000003218)株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】(000227401)日東工業株式会社 (374)
【Fターム(参考)】