JP2012244801A - 充電制御装置及び充電制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】蓄電池の充電に起因した不具合の発生を抑制する。
【解決手段】充電制御装置１の通信制御部14は、電力監視装置２から送信される抑制指令を受信すると信号処理部10に対して電流容量(充電電流の上限値)を下げるように指示する。信号処理部10はパイロット信号のデューティ比を減少させる。その結果、電気自動車200に供給される充電電力が減少するので、供給電力が契約電力を超えてしまうことが回避でき、蓄電池の充電に起因した不具合の発生を抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、充電制御装置及び充電制御システムに関する。
従来例として、例えば、特許文献１に記載されている充電システムがある。この充電システムは、充電ケーブルユニットと表示装置とで構成される。充電ケーブルユニットは、蓄電池が内蔵された非常用バッテリ装置や電気自動車(プラグイン・ハイブリッド自動車を含む。以下、同じ。)と商用の電力系統を接続し、非常用バッテリ装置や電気自動車(以下、電気自動車等という。)に充電電力を供給するものである。充電ケーブルユニットには、電気自動車等との間で蓄電池に関わる充電情報(積算電力量や充電電圧値、充電完了予定時刻など)を表示装置に送信する送信装置が設けられている。
表示装置は、充電ケーブルユニットの送信装置から送信される充電情報を受信し、受信した充電情報を液晶ディスプレイなどの表示デバイスに表示する。これにより、電気自動車等から離れた場所にいても蓄電池の充電状況を把握することができる。
特開２０１０−１１５０５１号公報
ところで、電気自動車等の充電に要する充電電流は、テレビ受像機や冷蔵庫、エアコンディショナ等の一般的な電気機器の消費電流よりも大きい場合が多い。したがって、これらの電気機器が使用されているときに電気自動車等の充電が同時に行われる場合、電力系統から供給される電流が大幅に増大することになる。このように電力系統から供給される電流(使用電流)が大幅に増大した場合、配線に使用されている電気ケーブルを高容量のものに交換したり、電力会社との契約電力を変更するといった対処が必要になる。なお、何らの対処もされない場合、過負荷電流が流れることで分電盤の主幹ブレーカがトリップしたり、電力会社が設置するリミッタが動作して電力供給が停止してしまう虞がある。
特許文献１記載の従来例では、電気自動車等の充電状況を把握することはできるものの、上述したように電気自動車等の充電に起因した不具合(電力供給の停止や契約電力の変更、電気ケーブルの交換など)の発生を抑制することはできない。
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、蓄電池の充電に起因した不具合の発生を抑制することを目的とする。
本発明の充電制御装置は、電力系統から供給される電力を利用した１乃至複数の蓄電池の充電を制御する充電制御装置であって、前記電力系統から供給される供給電力が所定のしきい値以下となるように前記蓄電池に供給される充電電力を調整する調整手段を備えることを特徴とする。
この充電制御装置において、前記調整手段は、前記蓄電池を充電する充電器に対して充電電流の上限値の変更を指示することが好ましい。
この充電制御装置において、前記調整手段は、前記複数の蓄電池に対して優先順位を設定し、当該優先順位の低い蓄電池から先に前記充電電力を調整することが好ましい。
この充電制御装置において、前記調整手段は、前記複数の蓄電池の充電電力を均等に調整することが好ましい。
本発明の充電制御システムは、前記何れかの充電制御装置と、電力系統から供給される電力を監視する電力監視装置とを有し、前記電力監視装置は、前記電力系統から供給される供給電力を計測する計測手段と、当該計測手段で計測される前記供給電力の計測値を前記充電制御装置に通知する通知手段とを備えることを特徴とする。
本発明の充電制御システムは、前記何れかの充電制御装置と、電力系統から供給される電力を監視する電力監視装置とを有し、前記電力監視装置は、前記電力系統から供給される供給電力を計測する計測手段と、当該計測手段で計測される前記供給電力の計測値が前記しきい値以下となるように前記充電制御装置の前記調整手段に前記充電電力を調整させる制御手段とを備えることを特徴とする。
この充電制御システムにおいて、前記調整手段が前記充電電力を調整している状態を段階的に報知する報知装置を有することが好ましい。
この充電制御システムにおいて、前記報知装置は、前記計測手段で計測される供給電力の計測値を報知することが好ましい。
本発明の充電制御装置及び充電制御システムは、蓄電池の充電に起因した不具合の発生を抑制することができるという効果がある。
本発明に係る充電制御装置及び充電制御システムの実施形態を示すシステム構成図である。 同上における報知装置の正面図である。 同上における充電制御装置の基本的な充電制御動作を説明するためのタイムチャートである。 同上における契約電力と供給電力の関係を説明するための説明図である。
以下、戸建の住宅に設置され、電力系統から供給される電力を利用した電気自動車の蓄電池の充電を制御する充電制御装置並びに充電制御システムに本発明の技術思想を適用した実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、充電制御の対象となる蓄電池は電気自動車の蓄電池に限定されず、例えば、従来技術で説明したような非常用バッテリ装置の蓄電池であっても構わない。
図１に示すように、住宅には電力系統100から単相３線式の交流電力が住宅用分電盤(住宅盤)４を介して供給される。住宅盤４は１次側が電力系統100と接続される主幹ブレーカ40と、主幹ブレーカ40の２次側に分岐接続される複数の分岐ブレーカ41とを有している。ただし、主幹ブレーカ40の１次側にリミッタ(電流制限器)が挿入される場合もある。なお、図示は省略するが、各分岐ブレーカ41の２次側に屋内配線を介してコンセントや負荷(照明器具や電磁調理器など)が接続される。
本実施形態の充電制御システムは、図１に示すように充電制御装置１、電力監視装置２、報知装置３を有している。
電力監視装置２は、制御部20、電流計測部21、信号伝送部22、通信部23などを備える。電流計測部21は、主幹ブレーカ40の１次側に接続される３本の電灯線のうちの中性線以外の２本の電灯線に流れる電流をそれぞれ電流センサ210，211を用いて計測し、それぞれの計測値を制御部20に出力する。制御部20はマイクロコンピュータを主構成要素とし、電流計測部21で計測される電流値と主幹ブレーカ40の１次側電圧(入力電圧)の計測値(電圧値)とに基づいて、電力系統100から供給される電力(供給電力)の瞬時値や積算値などを演算している。信号伝送部22は報知装置３との間で信号伝送を行うものである。また通信部23は充電制御装置１との間で通信を行うものであって、例えば、RS485規格に準拠したシリアル通信を行う。ただし、通信部23の通信方式はRS485規格に限定されるものではなく、電力線搬送通信や無線通信(例えば、小電力無線通信等)などであっても構わない。
充電制御装置１は、信号処理部10、零相変流器11、漏電検出部12、開閉部13、通信制御部14、充電ケーブル15、充電コネクタ16などを備える。また充電制御装置１は、電気自動車200の駐車スペース(車庫)に近い場所に設置され、住宅盤４の分岐ブレーカ41で分岐された分岐回路の一つ(図１では下段右端の分岐ブレーカ41)に接続される。充電ケーブル15は、電気自動車200への供給電流(充電電流)が流れる給電線150と、後述するパイロット信号が伝送される伝送線151とが絶縁シースで被覆されてなり、先端部分に充電コネクタ16が設けられている。充電コネクタ16は、電気自動車200の車体に設けられている差込口(インレット)に挿抜自在に差込接続される。そして、充電コネクタ16が差込口に差込接続されると、電力系統100から住宅盤４及び充電制御装置１を介した電力(充電電力)の供給と、充電制御装置１の信号処理部10と電気自動車200の充電用ECU(電子制御ユニット)との間のパイロット信号の伝送とが可能になる。
開閉部13は、分岐ブレーカ41から給電線150までの給電路に挿入される電磁リレー(図示せず)を有し、信号処理部10からの指示に応じて電磁リレーをオン・オフすることで前記給電路を開閉する。漏電検出部12は、給電路に流れる不平衡電流を零相変流器11で検出し、当該不平衡電流の検出レベルがしきい値を超えた場合に漏電が生じていると判断し、開閉部13を制御して給電路を開成させる。通信制御部14は、電力監視装置２の通信部23との間で通信(RS485規格のシリアル通信)を行う機能(通信機能)と、後述するように電気自動車200に供給される充電電流を調整する機能(調整機能)とを有している。このような通信制御部14は、マイクロコンピュータ及びシリアル通信用の集積回路などで構成される。なお、電力監視装置２では、充電制御装置１を介して電気自動車200に供給される電流(充電電流)を電流センサ212で計測している。
ここで、図３のタイムチャートを参照して充電制御装置１の基本的な充電制御動作を説明する。まず、時刻t0に充電コネクタ16が電気自動車200の差込口に接続されると、信号処理部10から所定の電圧V1(例えば、V1=12ボルト)が伝送線151に印加される。そして、伝送線151に印加される電圧がコントロールパイロット(CPLT)信号(以下、パイロット信号と略す。)の伝送媒体となり、その電圧レベル及びデューティ比に応じて、後述するように充電用ECUと信号処理部10との間で種々の情報が授受される。
充電用ECUは、電圧V1のパイロット信号を検知すると、パイロット信号の電圧レベルをV1からV2(例えば、V2=９ボルト)に降圧する(時刻t1〜t2)。信号処理部10は、パイロット信号がV1からV2に低下したことを検出すると、所定周波数(例えば１キロヘルツ)のパルス状のパイロット信号を出力する(時刻t2〜)。当該パイロット信号の信号レベルは±V1であるが、上限レベルはV2に降圧されている。パイロット信号のデューティ比は、充電電流の上限値(充電制御装置１の電流容量)を示し、充電制御装置１毎に予め設定されている。例えば、電流容量が12アンペアの場合にはデューティ比が20％、電流容量が30アンペアの場合にはデューティ比が50％に設定される。充電用ECUは、パイロット信号のデューティ比を検知して電流容量を認識すると、パイロット信号の電圧レベルをV2からV3(例えば、６Ｖ)に降圧する(時刻t3)。信号処理部10は、パイロット信号の信号レベルがV2からV3に低下したことを検知すると、開閉部13を閉成して充電電力の供給を開始する。
充電用ECUは電流容量に基づいて蓄電池の充電レベルを目標レベルまで充電するための電流値(≦電流容量)を設定し、電気自動車200に搭載されている充電器(図示せず)に充電指令を出力する。充電指令を受けた充電器は、充電用ECUが設定した電流値を超えないように充電電流を調整しながら蓄電池を充電する(時刻t3〜)。充電用ECUは、蓄電池の充電レベルが目標レベルに達すると、充電器に充電終了指令を出力して蓄電池への充電を終了し、パイロット信号の電圧レベルをV3からV2に復帰させる(時刻t4)。充電器は、充電終了指令を受信すると蓄電池の充電を終了する。
信号処理部10は、パイロット信号がV3からV2に変化したことを検出すると、開閉部13を開成して交流電力の供給を停止する。充電用ECUは、パイロット信号の電圧レベルを当初のV1に復帰させる(時刻t5)。信号処理部10は、パイロット信号の電圧レベルがV1に復帰すると、所定周波数の発振を停止してパイロット信号の電圧レベルをV1に維持して待機状態に戻る(時刻t6)。
上述のように充電制御装置１は、電気自動車200への充電電力の供給を入切するとともに電気自動車200の充電用ECUに対して充電電流の上限値を指示することで電気自動車200に搭載されている蓄電池の充電を制御している。
報知装置３は、制御部30、信号伝送部31、表示部32、音響部33、操作入力部34などを有している。信号伝送部31は電力監視装置２の信号伝送部22との間で信号伝送を行う。表示部32は、発光ダイオードからなる表示素子と、制御部30に制御されて表示素子を発光させる発光回路とを有している。ただし、発光ダイオードの代わりに液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの２次元の表示デバイスが用いられてもよい。音響部33はスピーカとスピーカを駆動する駆動回路を有している。操作入力部34は押釦スイッチを有し、押釦スイッチが押操作された場合に操作信号を出力する。
制御部30はマイクロコンピュータを主構成要素とし、信号伝送部31を介して電力監視装置２から受け取る監視情報を、表示部32や音響部33を制御して利用者(住人)に報知する報知機能を有している。また制御部30は、操作入力部34から出力される操作信号に応じた制御指令を信号伝送部31を介して電力監視装置２に伝送する制御機能も有している。ただし、報知機能や制御機能の詳細は後述する。
また報知装置３は、図２に示すように住宅内の壁などに埋込配設される器体300の内部に、制御部30、信号伝送部31、表示部32、音響部33、操作入力部34などが収納されている。器体300の前面には、音響部33から放射される音を通過させる多数の音孔301が左上部に設けられている。また器体300前面における音孔301の右隣には、表示部32が有する複数の発光ダイオードのうちの３つが発する光を前方へ透過させる３つの透孔302，303，304が横一列に並べて設けられている。器体300前面における音孔301の下方には、表示部32が有する複数の発光ダイオードのうちの５つが発する光を前方へ透過させる５つの透孔305〜309が横一列に並べて設けられている。さらに器体300前面における右下部には、操作入力部34の押釦スイッチを押操作するためのスイッチ操作部310が設けられている。
ところで、電気自動車200に搭載されている蓄電池の充電(以下、電気自動車200の充電という。)には、通常、十数アンペア〜数十アンペア程度の大きな充電電流が必要とされる。図４は０時から２４時までの１日の時刻を横軸、供給電力(単位：kVA)を縦軸とし、この住宅における１日(24時間)の供給電力の実績を、電気自動車200に充電しない場合(折れ線α参照)と、電気自動車200に充電する場合(折れ線β参照)とに分けて表したものである。なお、図４では電気自動車200の充電に要する電力(充電電力)を3.8kVA(=200V×19A)とし、24時間連続して充電すると仮定している。
ここで、この住宅における契約電力(電力会社との契約で決められた供給電力＜瞬時値＞の上限値)が５kVAであったとすると、電気自動車200に充電しない場合、折れ線αで示すように供給電力は夕方から夜間における４kVAが最大であって契約電力を超えることがない。しかしながら、電気自動車200に充電する場合、充電電力と電気自動車200以外の負荷で消費される消費電力との合計値が、折れ線βで示すように朝及び夕方から夜間の時間帯で契約電力を超えてしまう虞がある(図４においてハッチングされた部分を参照)。そして、供給電力が契約電力を超えてしまうと主幹ブレーカ40がトリップしたり、あるいはリミッタが動作して電力供給が停止してしまう。
そこで本実施形態では、電力監視装置２の制御部20において供給電力が契約電力を超える可能性が高いと判断されると、制御部20から通信部23を介して充電電力の抑制指令が充電制御装置１に送信される。例えば、制御部20は電流計測部21で計測される供給電力(電気自動車200の充電電力と電気自動車200以外の負荷で消費される電力の合計)が契約電力よりも低く設定されたしきい値(例えば、契約電力×0.9)を超えた場合に充電電力の抑制指令を充電制御装置１に通知する。ただし、制御部20は、電流計測部21で計測される充電電流(電流センサ212で検出される電流)がほぼゼロとみなせる場合、電気自動車200で充電が行われていないと判断して充電電力の抑制指令の通知を行わない。
充電制御装置１においては、電力監視装置２から送信される前記抑制指令を受信した通信制御部14が、信号処理部10に対して電流容量(充電電流の上限値)を下げるように指示する。そして、信号処理部10は通信制御部14からの指示を受けると、パイロット信号のデューティ比を減少させる。例えば、充電ケーブル15の電流容量が30アンペアである場合、当初50％であったデューティ比が40％〜20％に減少され、結果的に電流容量が当初の30アンペアよりも低い値に変更されることになる。
電気自動車200の充電用ECUは、変更後の電流容量に基づいて再度充電電流の電流値を設定して充電器に充電指令を出力する。当該充電指令を受けた充電器は、充電用ECUが設定した新たな電流値を超えないように充電電流を調整しながら蓄電池を充電する。その結果、電気自動車200に供給される充電電力が減少するので、供給電力が契約電力を超えてしまうことが回避できる。
上述のように電力系統100から供給される供給電力が所定のしきい値以下となるように蓄電池(電気自動車200)に供給される充電電力を調整する調整手段(通信制御部14)を充電制御装置１が備えているので、蓄電池の充電に起因した不具合の発生を抑制することができる。
なお、供給電力の余裕量(しきい値から供給電力の計測値を引いた値)の情報を電力監視装置２の制御部20から充電制御装置１の通信制御部14に通知し、通信制御部14が、供給電力の余裕量に基づいて充電電流の上限値(電流容量)を調整しても構わない。あるいは、制御部20からは供給電力の計測値のみを通知し、通信制御部14がしきい値と供給電力の計測値から供給電力の余裕量を算出しても構わない。この場合、電力監視装置２では供給電力の監視のみが行われ、充電電力の調整とその要否判断は充電制御装置１の通信制御部14で行われる。ただし、供給電力の余裕量が極めて少ない場合、通信制御部14が信号処理部10に対して充電の停止を指示するようにしても構わない。
次に、報知装置３の動作について説明する。電力監視装置２の制御部20は、契約電力に対する供給電力の計測値の割合(＝供給電力の計測値÷契約電力×100％)を随時演算し、その演算結果を監視情報として信号伝送部22より報知装置３に伝送させる。報知装置３においては、信号伝送部31を介して電力監視装置２から受け取る監視情報を、制御部30が表示部32を制御して報知(表示)する。すなわち、制御部30は表示部32が具備する複数の発光ダイオードのうちで、報知装置３の器体300前面に横方向に並設されている５つの透孔305〜309に対応する発光ダイオードを前記割合に応じた個数だけ発光させる。例えば、前記割合が20％未満ならば１個、20％〜40％ならば２個、40％〜60％ならば３個、60％〜80％ならば４個、80％以上ならば５個全て発光させることにより、今現在の大まかな供給電力の計測値を利用者に報知することができる。
また、電力監視装置２の制御部20は、充電制御装置１の通信制御部14が充電電力を調整している状態を段階的(例えば、調整無し、調整あり、停止の３段階)に報知している。つまり、制御部20は、充電電力の抑制指令を発していない場合は「調整無し」、充電電力の抑制指令を発している場合は「調整あり」、抑制指令を発した後に充電電流の計測値がゼロになった場合は「強制停止」の各監視情報を信号伝送部22より伝送させる。
報知装置３においては、信号伝送部31を介して電力監視装置２から受け取る監視情報を、制御部30が表示部32を制御して報知(表示)する。すなわち、制御部30は表示部32が具備する複数の発光ダイオードのうちで、報知装置３の器体300前面に設けられている３つの透孔302〜304に対応する発光ダイオードのうちから、前記監視情報に対応した何れか１つを択一的に発光させる。例えば、「調整無し」の場合は左端の透孔302に対応する発光ダイオード、「調整あり」の場合は中央の透孔303に対応する発光ダイオード、「強制停止」の場合は右端の透孔305に対応する発光ダイオードを発光させて、充電電力の調整状態が報知される。なお、表示部32による表示だけでなく、音響部33のスピーカから鳴動される音(ブザー音や音声など)で監視情報などを利用者に報知しても構わない。
ここで、器体300前面に設けられている操作部310が押操作されると、操作入力部34から制御部30に操作信号が出力される。当該操作信号を受け取った制御部30は、電気自動車200の充電を禁止する指令(充電禁止指令)を信号伝送部31より伝送させる。電力監視装置２の制御部20は、信号伝送部22を介して受け取った充電禁止指令を通信部23より充電制御装置１に送信させる。充電制御装置１の通信制御部14は、電力監視装置２から受け取った充電禁止指令を信号処理部10に与える。信号処理部10は、充電禁止指令を受け取った場合、パイロット信号の信号レベルがV2からV3に低下したことを検知しても開閉部13を閉成しない。
また、報知装置３の操作部310が再度押操作されて操作入力部34から制御部30に操作信号が出力されると、当該操作信号を受け取った制御部30は、電気自動車200の充電禁止を解除する指令(充電禁止解除指令)を信号伝送部31より伝送させる。当該充電禁止解除指令が電力監視装置２から充電制御装置１の通信制御部14を介して信号処理部10に届くと、信号処理部10は、パイロット信号の信号レベルがV2からV3に低下したことを検知すれば開閉部13を閉成する。
つまり、報知装置３の操作部310が押操作されて充電禁止指令が伝送された後、再度操作部310が押操作されて充電禁止解除指令が伝送されるまでの間、充電制御装置１において充電電力の供給が強制的に停止されることになる。故に、電気自動車200で外出している場合、充電制御装置１が上述した充電禁止状態に設定されていれば、他人が勝手に電気自動車に充電ケーブル15を接続して充電すること(盗電)が防止できる。ただし、充電禁止指令を受け取った制御部20が、充電制御装置１の信号処理部10と伝送線151の間に挿入されたスイッチ(図示せず)等をオフさせることで充電制御装置１を充電禁止状態に設定しても構わない。
ところで、充電制御装置１が複数設置される場合、１つの電力監視装置２の通信部23に対して複数の充電制御装置１の通信制御部14がそれぞれバス接続される。つまり、電力監視装置２の制御部20から通信部23を介して送信される充電電力の抑制指令が全ての充電制御装置１の通信制御部14で受信可能となる。ただし、電力監視装置２及び各充電制御装置１には各々固有のアドレスが割り当てられ、アドレスを指定することで電力監視装置２と各充電制御装置１との間で１対１の通信が可能である。
このように複数の充電制御装置１が設置されている場合、例えば、以下の２通りの方法で充電電力が抑制される。１つは、電力監視装置２の制御部20が複数の充電制御装置１(電気自動車200)に対して優先順位を設定し、供給電力の計測値がしきい値を超えたときに当該優先順位の低い充電制御装置１から先に充電電力を調整(抑制)する方法である。もう１つは、供給電力の計測値がしきい値を超えたとき、電力監視装置２の制御部20が充電中の全ての充電制御装置１に対して充電電力を均等に調整(抑制)する方法である。なお、これら２つの方法が任意に選択可能であることが好ましい。また、上述した２つの方法以外の方法が採用されても構わない。
１ 充電制御装置
２ 電力監視装置
14 通信制御部(調整手段)
100 電力系統
200 電気自動車(蓄電池)

Claims (8)

  1. 電力系統から供給される電力を利用した１乃至複数の蓄電池の充電を制御する充電制御装置であって、前記電力系統から供給される供給電力が所定のしきい値以下となるように前記蓄電池に供給される充電電力を調整する調整手段を備えることを特徴とする充電制御装置。
  2. 前記調整手段は、前記蓄電池を充電する充電器に対して充電電流の上限値の変更を指示することで前記充電電力を調整することを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
  3. 前記調整手段は、前記複数の蓄電池に対して優先順位を設定し、当該優先順位の低い蓄電池から先に前記充電電力を調整することを特徴とする請求項１又は２記載の充電制御装置。
  4. 前記調整手段は、前記複数の蓄電池の充電電力を均等に調整することを特徴とする請求項１又は２記載の充電制御装置。
  5. 請求項１〜４の何れかの充電制御装置と、電力系統から供給される電力を監視する電力監視装置とを有し、前記電力監視装置は、前記電力系統から供給される供給電力を計測する計測手段と、当該計測手段で計測される前記供給電力の計測値を前記充電制御装置に通知する通知手段とを備えることを特徴とする充電制御システム。
  6. 請求項１〜４の何れかの充電制御装置と、電力系統から供給される電力を監視する電力監視装置とを有し、前記電力監視装置は、前記電力系統から供給される供給電力を計測する計測手段と、当該計測手段で計測される前記供給電力の計測値が前記しきい値以下となるように前記充電制御装置の前記調整手段に前記充電電力を調整させる制御手段とを備えることを特徴とする充電制御システム。
  7. 前記調整手段が前記充電電力を調整している状態を段階的に報知する報知装置を有することを特徴とする請求項５又は６記載の充電制御システム。
  8. 前記報知装置は、前記計測手段で計測される供給電力の計測値を報知することを特徴とする請求項７記載の充電制御システム。
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