JP6242006B2

JP6242006B2 - 電動車用充電装置

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Publication number: JP6242006B2
Application number: JP2014112431A
Authority: JP
Inventors: 山口　雅史; 雅史山口
Original assignee: Nichicon Corp
Current assignee: Nichicon Corp
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2017-12-06
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: JP2015228714A

Description

本発明は、太陽光発電装置で得られる発電電力と系統から供給される商用電力とを用いて電動車の車載バッテリを充電する電動車用充電装置に関する。

従来から、太陽光発電装置で得られるクリーンな電力を用いて電動車の車載バッテリを充電する電動車用充電装置が使用されている。このような電動車用充電装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。図６に示すように、特許文献１に記載の電動車用充電装置１００は、太陽光発電装置ＳＣに接続された第１変換器１０１と、系統Ｇに接続された双方向型の第２変換器１０２と、不図示のコネクタを介して電動車２００の車載バッテリに接続された第３変換器１０３と、これらを制御する制御部１０４とを備えている。

制御部１０４は、太陽光発電装置ＳＣの発電電力が電動車２００の車載バッテリを充電するのに十分な場合は、第１変換器１０１および第３変換器１０３を動作させて車載バッテリを充電するとともに、第２変換器１０２を放電動作させて余った電力を系統Ｇに向けて出力させる。一方、制御部１０４は、発電電力が不十分な場合は、充電時間が予定よりも長くなるのを防ぐために、第２変換器１０２を充電動作させることにより得られた電力で発電電力の不足を補いながら車載バッテリを充電する。

特開２０１０−４１８１９号公報

しかしながら、上記従来の電動車用発電装置１００では、使用者が予定通りに充電を完了させることよりも充電コストの低減を優先させたい場合でも、太陽光発電装置ＳＣの発電電力が不足すると系統Ｇの商用電力により不足分が自動的に補われるので、使用者の希望に反して充電コストが高くなることがある。また、併用される商用電力の量は天候により大きく変動するので、使用者が充電コストを予測するのは、通常、極めて困難である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、使用者の希望に応じて充電コストを優先させた充電を行うことができる電動車用充電装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動車用充電装置は、太陽光発電装置で得られる発電電力と系統から供給される商用電力とを用いて電動車の車載バッテリを充電する電動車用充電装置であって、入力が太陽光発電装置の出力に接続されるとともに、出力が車載電力変換部を介して車載バッテリに接続された第１電力変換部と、入力が太陽光発電装置の出力に接続されるとともに、出力が系統に接続された第２電力変換部と、入力が系統に接続されるとともに、出力が車載電力変換部を介して車載バッテリに接続された第３電力変換部と、使用者からの指令および電動車の要求に基づいて、第１電力変換部、第２電力変換部および第３電力変換部を制御する制御部を備え、使用者が、発電電力のみを用いて車載バッテリを充電するのか、発電電力および商用電力の両方を用いて車載バッテリを充電するのかを選択可能であり、制御部が、（１）使用者が発電電力および商用電力を用いて充電することを選択し、かつ発電電力が電動車の要求充電電力を上回っている場合は、第１電力変換部に要求充電電力に等しい電力を出力させ、第２電力変換部に余剰分の電力を出力させ、第３電力変換部を停止させる一方、（２）使用者が発電電力および商用電力を用いて充電することを選択し、かつ発電電力が電動車の要求充電電力を下回っている場合は、第１電力変換部に発電電力に等しい電力を出力させ、第２電力変換部を停止させ、第３電力変換部に不足分の電力を出力させることを特徴とする。

この構成によれば、太陽光発電装置で得られる発電電力のみを用いることを選択することにより充電コストを優先させた充電を行うことができる。また、この構成によれば、太陽光発電装置で得られる発電電力と系統から供給される商用電力の両方を用いることを選択することにより、従来通り、充電時間を優先させた充電を行うこともできる。充電時間を優先させた充電を行う場合、制御部は、上記（１），（２）の制御を行えばよい。

また、上記電動車用充電装置は、制御部が、（１）使用者が発電電力のみを用いて充電することを選択し、かつ発電電力が電動車の要求充電電力を上回っている場合は、第１電力変換部に要求充電電力に等しい電力を出力させ、第２電力変換部に余剰分の電力を出力させ、第３電力変換部を停止させる一方、（２）使用者が発電電力のみを用いて充電することを選択し、かつ発電電力が電動車の要求充電電力を下回っている場合は、第１電力変換部に発電電力に等しい電力を出力させ、第２電力変換部および第３電力変換部を停止させることで、充電コストを優先させることができる。

また、上記電動車用充電装置は、使用者が、発電電力のみを用いて車載バッテリを充電するのか、商用電力のみを用いて車載バッテリを充電するのか、発電電力および商用電力の両方を用いて車載バッテリを充電するのかを選択可能であることが好ましい。ここで、制御部は、使用者が商用電力のみを用いて充電することを選択した場合は、第１電力変換部を停止させ、第３電力変換部に要求充電電力に等しい電力を出力させ、第２電力変換部に発電電力に等しい電力を出力させることが好ましい。

本発明によれば、使用者の希望に応じて充電コストを優先させた充電を行うことができる電動車用充電装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る電動車用充電装置のブロック図である。本発明の実施例１に係る電動車用充電装置の動作フロー図である。本発明の実施例１に係る電動車用充電装置の動作フロー図である。本発明の実施例２に係る電動車用充電装置のブロック図である。本発明の実施例２に係る電動車用充電装置の動作フロー図である。従来の電動車用充電装置のブロック図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る電動車用充電装置の実施例１および実施例２について説明する。

［実施例１］
まず、図１を用いて、本発明の実施例１に係る電動車用充電装置１０の構成について説明する。同図に示すように、電動車用充電装置１０は、太陽光発電装置ＳＣで得られる発電電力と系統Ｇから供給される商用電力とを用いて電動車２０の車載バッテリ２３を充電するためのもので、主に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３（本発明の「第１電力変換部」に相当する）と、インバータ１４（本発明の「第２電力変換部」に相当する）と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５（本発明の「第３電力変換部」に相当する）と、これらを制御する制御部１１と、使用者によって操作される操作部１２とを備えている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、入力が太陽光発電装置ＳＣに接続されるとともに、出力が電動車２０に搭載された車載ＤＣ／ＤＣコンバータ２２（本発明の「車載電力変換部」に相当する）を介して車載バッテリ２３に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と車載バッテリ２３の間には、逆流を防ぐためのダイオード１８と、電動車用充電装置１０と電動車２０を着脱可能に接続するコネクタＣも設けられている。制御部１１の制御下でＤＣ／ＤＣコンバータ１３が電力を出力すると、当該電力により車載バッテリ２３は充電される。

インバータ１４は、入力が太陽光発電装置ＳＣに接続されるとともに、出力が遮断器Ｂを介して系統Ｇに接続されている。系統Ｇには、分電盤ＤＢが接続され、分電盤ＤＢには不図示の負荷が接続されている。制御部１１の制御下でインバータ１４が電力を出力すると、当該電力は系統Ｇに供給されて売電されるか、または分電盤ＤＢの先にある負荷に供給される。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１５は、入力が系統Ｇに接続されるとともに、出力が車載ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して車載バッテリ２３に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ１５と車載ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の間には、逆流を防ぐためのダイオード１９と、前述のコネクタＣも設けられている。制御部１１の制御下でＡＣ／ＤＣコンバータ１５が電力を出力すると、当該電力により車載バッテリ２３は充電される。

操作部１２は、使用者に動作モードを選択させるためのスイッチを有する。本実施例では、操作部１２は、太陽光発電装置ＳＣの発電電力のみを用いて車載バッテリ２３を充電するモードＡを選択するためのスイッチと、太陽光発電装置ＳＣの発電電力および商用電力の両方を用いて車載バッテリ２３を充電するモードＢを選択するためのスイッチとを有する。操作部１２は、タッチパネル等であってもよい。

制御部１１は、電動車２０の制御部２１と相互に通信可能となっている。制御部１１は、操作部１２が受け付けた使用者からの指令、すなわち使用者が選択した動作モードに関する情報と、電動車２０（制御部２１）からの要求と、電圧検知部１６が検知した太陽光発電装置ＳＣの出力電圧とに基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、インバータ１４およびＡＣ／ＤＣコンバータ１５を制御する。制御部１１は、制御している各部に異常が生じていないか監視することもできる。また、制御部１１は、電力検知部１７が検知したＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力状況およびＡＣ／ＤＣコンバータ１５の出力状況を制御部２１に通知することもできる。

電動車２０は、制御部２１と、車載ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、車載バッテリ２３とを備えている。制御部２１の制御下で車載ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が動作すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電力により、またはＤＣ／ＤＣコンバータ１３とＡＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電力を足し合わせた電力により車載バッテリ２３は充電される。

続いて、図２および図３を用いて、本実施例に係る電動車用充電装置１０の動作フローについて説明する。

使用者が操作部１２を操作して動作モードを選択すると、制御部１１は、ステップＳ１として、選択された動作モードがモードＡ（太陽光発電装置ＳＣの発電電力のみを用いて車載バッテリ２３を充電する動作モード）なのか、モードＢ（太陽光発電装置ＳＣの発電電力および商用電力の両方を用いて車載バッテリ２３を充電する動作モード）なのかを判定する。モードＡが選択されていた場合、制御部１１は、ステップＳ２ａ〜ステップＳ１２ａを実行する。

ステップＳ２ａにおいて、制御部１１は、電動車２０の制御部２１と通信を行い、電動車２０が要求する充電電力（以下、「要求充電電力」という）を確認する。このとき、電動車２０の制御部２１は、車載バッテリ２３の残容量（ＳＯＣ）やＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力能力等に基づいて要求充電電力を決定する。

ステップＳ３ａにおいて、制御部１１は、電圧検知部１６が検知した太陽光発電装置ＳＣの出力電圧に基づいて、太陽光発電装置ＳＣから取り出せる電力、すなわち太陽光発電装置ＳＣの発電電力を算出する。このとき、制御部１１は、出力電圧と発電電力の既知の関係に基づいて発電電力を算出する。

ステップＳ４ａにおいて、制御部１１は、太陽光発電装置ＳＣの発電電力が要求充電電力を上回っているか否かを判定する。言い換えると、制御部１１は、余剰電力があるか否かを判定する。

余剰電力がない場合、制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３に太陽光発電装置ＳＣの発電電力に等しい電力を出力させるとともに、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５およびインバータ１４を停止させる（ステップＳ５ａ〜ステップＳ７ａ）。一方、余剰電力がある場合、制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３に要求充電電力に等しい電力を出力させるとともに、インバータ１４に余剰電力に等しい電力を出力させて、余剰電力を有効利用する（ステップＳ８ａ、ステップＳ１０ａ）。余剰電力がない場合と同様、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５は停止させる（ステップＳ９ａ）。なお、ステップＳ５ａ〜ステップＳ７ａの実行順序およびステップＳ８ａ〜ステップＳ１０ａの実行順序は、入替え可能である。

ステップＳ７ａまたはステップＳ１０ａに続くステップＳ１１ａにおいて、制御部１１は、電動車２０の制御部２１と通信を行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力状況を通知する。本実施例では、出力状況として、電力検知部１７が検知したＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電力を通知する。ステップＳ１１ａを実行することにより、要求通りの電力が出力されているか否かを電動車２０に知らせることができる。

ステップＳ１２ａにおいて、制御部１１は、充電が終了したか否かを判定する。この判定は、例えば、電動車２０の制御部２１から定期的に通知される車載バッテリ２３の電圧または残容量に基づいて行われる。車載バッテリ２３の電圧または残容量が充電終了の条件を満たしていた場合、制御部１１は、各部を停止させて充電を終了させる。一方、車載バッテリ２３の電圧または残容量が充電終了の条件を満たしていない場合、制御部１１は、ステップＳ２ａ以降のステップを繰り返し実行する。

ステップＳ１においてモードＢが選択されていると判定した場合、制御部１１は、図３に示すステップＳ２ｂ〜ステップＳ１２ｂを実行する。ステップＳ２ｂ〜ステップＳ１２ｂは、ステップＳ６ａとは異なるステップＳ６ｂを含む点、およびステップＳ１１ａとは異なるステップＳ１１ｂを含む点でステップＳ２ａ〜ステップＳ１２ａと相違している。なお、ステップＳ２ｂにおいて、電動車２０の制御部２１は、車載バッテリ２３の残容量やＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力能力とＡＣ／ＤＣコンバータ１５の出力能力の合計等に基づいて要求充電電力を決定する。

ステップＳ６ｂにおいて、制御部１１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５に不足電力（＝要求充電電力−発電電力）に等しい電力を出力させる。この結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が出力する電力（＝発電電力）とＡＣ／ＤＣコンバータ１５が出力する電力（＝不足電力）とを足し合わせた電力（＝要求充電電力）が電動車２０に出力されることになる。

ステップＳ１１ｂにおいて、制御部１１は、電動車２０の制御部２１と通信を行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３およびＡＣ／ＤＣコンバータ１５の出力状況を通知する。本実施例では、出力状況として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電力およびＡＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電力を通知する。

ここで、実際のＡＣ／ＤＣコンバータ１５は、出力電圧と出力電流を計測しているが、安定な商用電力に基づいて生成した電力を出力するので、制御部１１がある電力を出力するようにＡＣ／ＤＣコンバータ１５を制御すると、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５からは必ずその電力が出力される。したがって、制御部１１は、センサを用いなくてもＡＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電力を常に把握することができるものとしている。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、不安定な発電電力に基づいて生成した電力を出力するので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電力を把握するためには、電力検知部１７のようなセンサが重要となる。なお、本実施例では、説明のために電力検知部１７を別途設けたが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３内に設けても良い。

このように、実施例１に係る電動車用充電装置１０では、発電電力が不足しても商用電力で不足分を補わずに発電電力だけで充電を行うモードＡと、発電電力が不足すると商用電力で不足分を補って電動車２０の要求通りの充電を行うモードＢとを使用者が選択することができる。つまり、本実施例に係る電動車用充電装置１０によれば、充電コストと充電時間のどちらを優先させるのかを使用者が選択することができる。

［実施例２］
次に、図４および図５を用いて、本発明の実施例２に係る電動車用充電装置１０’について説明する。図４に示すように、実施例２に係る電動車用充電装置１０’は、制御部１１’を備えている点と、操作部１２’を備えている点において電動車用充電装置１０と相違している。

操作部１２’は、モードＡを選択するためのスイッチと、モードＢを選択するためのスイッチとに加え、さらに、商用電力のみを用いて車載バッテリ２３を充電するモードＣを選択するためのスイッチを有する。操作部１２と同様、操作部１２’は、タッチパネル等であってもよい。

使用者が操作部１２’を操作して動作モードを選択すると、制御部１１’は、ステップＳ１’として、選択された動作モードがモードＡ（太陽光発電装置ＳＣの発電電力のみを用いて車載バッテリ２３を充電する動作モード）なのか、モードＢ（太陽光発電装置ＳＣの発電電力および商用電力の両方を用いて車載バッテリ２３を充電する動作モード）なのか、モードＣ（商用電力のみを用いて車載バッテリ２３を充電する動作モード）なのかを判定する。モードＡが選択されていた場合、制御部１１’は、前述のステップＳ２ａ〜ステップＳ１２ａを実行する。モードＢが選択されていた場合、制御部１１’は、前述のステップＳ２ｂ〜ステップＳ１２ｂを実行する。一方、モードＣが選択されていた場合、制御部１１’は、図５に示すステップＳ２ｃ〜ステップＳ８ｃを実行する。なお、ステップＳ５ｂ〜ステップＳ７ｂの実行順序、ステップＳ８ｂ〜ステップＳ１０ｂの実行順序、およびステップＳ４ｃ〜ステップＳ６ｃの実行順序は、入替え可能である。

ステップＳ２ｃにおいて、制御部１１’は、電動車２０の制御部２１と通信を行い、要求充電電力を確認する。このとき、電動車２０の制御部２１は、車載バッテリ２３の残容量（ＳＯＣ）やＡＣ／ＤＣコンバータ１５の出力能力等に基づいて要求充電電力を決定する。

ステップＳ３ｃにおいて、制御部１１’は、電圧検知部１６が検知した太陽光発電装置ＳＣの出力電圧に基づいて、太陽光発電装置ＳＣから取り出せる電力、すなわち太陽光発電装置ＳＣの発電電力を算出する。

続いて、制御部１１’は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５に要求充電電力に等しい電力を出力させ、インバータ１４に発電電力に等しい電力を出力させるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を停止させる（ステップＳ４ｃ〜ステップＳ６ｃ）。モードＡおよびモードＢとは異なり、制御部１１’は、余剰電力の有無を判定しない。

ステップＳ６ｃにおいて、制御部１１’は、電動車２０の制御部２１と通信を行い、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５の出力状況を通知する。本実施例では、出力状況として、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５の出力電力を通知する。

ここで、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５は、制御部１１’から指示された通りの電力、すなわち要求充電電力を出力することができるので、ステップＳ６ｃを実行することは正常動作時には必要ではない。しかしながら、例えば、電動車用充電装置１０’に障害が発生すると、制御部１１’がＡＣ／ＤＣコンバータ１５に指示した電力と要求充電電力とが一致しないことが起こり得る。ステップＳ６ｃを実行すれば、電動車２０側においてこのような障害の発生を検知することができる。

ステップ７ｃにおいて、制御部１１’は、モードＡのステップＳ１２ａと同じ要領で充電が終了したか否かを判定する。

このように、実施例２に係る電動車用充電装置１０’によれば、使用者がモードＣを選択することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を停止させ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３における消費電力を削減しながら、発電電力を売電することもできる。

以上、本発明に係る電動車用充電装置の実施例について説明してきたが、本発明は実施例の構成に限定されるものではない。例えば、本発明は、車載バッテリ２３の放電電力を分電盤ＤＢに接続された負荷に供給可能な、ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＨｏｍｅ（Ｖ２Ｈ）システムに適用することもできる。ただし、この場合は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５および車載ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を双方向型のものに変更し、ダイオード１９を取り除く必要がある。

１０、１０’ 電動車用充電装置
１１、１１’ 制御部
１２、１２’ 操作部
１３ＤＣ／ＤＣコンバータ（第１電力変換部）
１４インバータ（第２電力変換部）
１５ＡＣ／ＤＣコンバータ（第３電力変換部）
１６電圧検知部
１７電力検知部
１８ダイオード
１９ダイオード
２０電動車
２１制御部
２２車載ＤＣ／ＤＣコンバータ（車載電力変換部）
２３車載バッテリ
Ｂ遮断器
ＤＢ分電盤
Ｇ系統
ＳＣ太陽光発電装置

Claims

太陽光発電装置で得られる発電電力と系統から供給される商用電力とを用いて電動車の車載バッテリを充電する電動車用充電装置であって、
入力が前記太陽光発電装置の出力に接続されるとともに、出力が車載電力変換部を介して前記車載バッテリに接続された第１電力変換部と、
入力が前記太陽光発電装置の出力に接続されるとともに、出力が前記系統に接続された第２電力変換部と、
入力が前記系統に接続されるとともに、出力が前記車載電力変換部を介して前記車載バッテリに接続された第３電力変換部と、
使用者からの指令および前記電動車の要求に基づいて、前記第１電力変換部、前記第２電力変換部および前記第３電力変換部を制御する制御部と、
を備え、
前記使用者が、前記発電電力のみを用いて前記車載バッテリを充電するのか、前記発電電力および前記商用電力の両方を用いて前記車載バッテリを充電するのかを選択可能であり、
前記制御部は、（１）前記使用者が前記発電電力および前記商用電力を用いて充電することを選択し、かつ前記発電電力が前記電動車の要求充電電力を上回っている場合は、前記第１電力変換部に前記要求充電電力に等しい電力を出力させ、前記第２電力変換部に余剰分の電力を出力させ、前記第３電力変換部を停止させる一方、（２）前記使用者が前記発電電力および前記商用電力を用いて充電することを選択し、かつ前記発電電力が前記電動車の要求充電電力を下回っている場合は、前記第１電力変換部に前記発電電力に等しい電力を出力させ、前記第２電力変換部を停止させ、前記第３電力変換部に不足分の電力を出力させる
ことを特徴とする電動車用充電装置。
前記制御部は、（１）前記使用者が前記発電電力のみを用いて充電することを選択し、かつ前記発電電力が前記電動車の要求充電電力を上回っている場合は、前記第１電力変換部に前記要求充電電力に等しい電力を出力させ、前記第２電力変換部に余剰分の電力を出力させ、前記第３電力変換部を停止させる一方、（２）前記使用者が前記発電電力のみを用いて充電することを選択し、かつ前記発電電力が前記電動車の要求充電電力を下回っている場合は、前記第１電力変換部に前記発電電力に等しい電力を出力させ、前記第２電力変換部および前記第３電力変換部を停止させることを特徴とする請求項１に記載の電動車用充電装置。
前記使用者が、前記発電電力のみを用いて前記車載バッテリを充電するのか、前記商用電力のみを用いて前記車載バッテリを充電するのか、前記発電電力および前記商用電力の両方を用いて前記車載バッテリを充電するのかを選択可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動車用充電装置。
前記制御部は、前記使用者が前記商用電力のみを用いて充電することを選択した場合は、前記第１電力変換部を停止させ、前記第３電力変換部に前記要求充電電力に等しい電力を出力させ、前記第２電力変換部に前記発電電力に等しい電力を出力させることを特徴とする請求項３に記載の電動車用充電装置。