(57)【要約】【課題】電気自動車等の充電による電源電圧の異常低下や変圧器の過負荷を防止する充電設備を提供する。【解決手段】この充電設備６は、電源電圧を、電動車両（電気自動車８等）に接続されるコネクタ６０ｃに出力するに際し、通電の許可及び制限のいずれか一方を選択する機能を有する給電装置６Ｍと、電源電圧を検知する電圧センサ６３と、電圧センサ６３が電源電圧を検知している場合において、その電圧値が、設定した閾値を上回る場合に、給電装置６Ｍを通電の許可の状態とし、閾値を下回る場合は、給電装置６Ｍを通電の制限の状態とする制御装置６４とを備えたものである。【選択図】図２
2014128180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車両のバッテリを充電する電源を供給する充電設備であって、
電源電圧を前記電動車両に供給するに際し、通電の許可及び制限のいずれか一方を選択する機能を有する給電装置と、
前記電源電圧を検知する電圧センサと、
前記電圧センサが前記電源電圧を検知している場合において、その電圧値が、設定した閾値を上回る場合に、前記給電装置を通電の許可の状態とし、前記閾値を下回る場合は、前記給電装置を通電の制限の状態とする制御装置と
を備えている充電設備。
【請求項２】
前記バッテリの充電を行う場合に、前記制御装置は、前記電源電圧について、充電開始前の電圧から充電開始後の電圧までの電圧低下量を記憶し、当該電圧低下があっても前記電源電圧がその電源電圧範囲の下限値を下回らないように、前記閾値を設定する請求項１に記載の充電設備。
【請求項３】
前記給電装置は、充電電流を設定できる電流調整器を有し、
前記バッテリの充電を行う場合に、前記制御装置は前記電流調整器に対し、前記電源電圧がその電源電圧範囲の下限値を下回らないように充電電流を調整する請求項１又は２に記載の充電設備。
【請求項４】
前記制御装置は、充電電流の大きさと電圧低下量との関係をテーブルに記憶し、前記電源電圧と前記テーブルとを参照して前記下限値を下回らないように、前記電流調整器を用いて充電電流を調整する請求項３に記載の充電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行用の電動機をバッテリで駆動する電動車両の充電設備に関し、特に、主として一般家庭用途で、電気自動車やプラグインハイブリッド車等を充電する設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）や電気自動車（ＥＶ）が広く普及し始めている。電気自動車やプラグインハイブリッド車（以下、電気自動車等という。）は、バッテリの充電を、商用電源を用いて行う。そのため、地上設置型の充電スタンドが既に実用化されている（例えば、非特許文献１参照。）。このような充電設備は公共の場所の他、電気自動車等の所有者の自宅に設置することができる。電気自動車等の普及がさらに進めば、非常に多くの家で、各戸に引き込まれた商用電源により電気自動車等を充電することになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「充電スタンド」、Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ、［ｏｎｌｉｎｅ］、インターネット［平成２４年１２月５日検索］<URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%85%E9%9B%BB%E3%82%B9%E3%82%BF%E3%83%B3%E3%83%89>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気自動車等の充電は、例えば充電電流が１５Ａにもなり、電力消費が多い。例えば同じ変圧器から電力供給している多数の家で、同時に多数の電気自動車等が充電されると、エアコン等の電力消費が多い電気機器をも大きく上回る電力消費になり、その結果、電源電圧（局所的に見た商用電源電圧）の異常低下や、変圧器の過負荷を招く可能性がある。電源電圧が異常低下すると、家電製品によっては、正常に動作しなくなるか又は少なくとも動作保証ができない状態になる。さらに、一軒の家の電源電圧が異常低下することが、他の家の電源電圧にも影響を及ぼす場合がある。また、変圧器の過負荷保護のために過電流遮断による停電が発生すると、電気自動車等の充電が、安定した電力供給を阻害する原因となってしまう。
【０００５】
かかる課題に鑑み、本発明は、電気自動車等の充電による電源電圧の異常低下や変圧器の過負荷を防止する充電設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明は、電動車両のバッテリを充電する電源を供給する充電設備であって、電源電圧を前記電動車両に供給するに際し、通電の許可及び制限のいずれか一方を選択する機能を有する給電装置と、前記電源電圧を検知する電圧センサと、前記電圧センサが前記電源電圧を検知している場合において、その電圧値が、設定した閾値を上回る場合に、前記給電装置を通電の許可の状態とし、前記閾値を下回る場合は、前記給電装置を通電の制限の状態とする制御装置とを備えたものである。
【０００７】
上記のように構成された充電設備では、電源電圧が閾値を上回る場合にバッテリの充電が可能となる。逆に、電源電圧が閾値を下回る場合は、充電しようとしても通電が制限され、充電を行うことができないか又は一定の制限下で充電が行われる。従って、電源電圧が閾値を下回る場合に通常の充電を行うことによりさらに電圧が下がって例えば電源電圧範囲の下限値を下回る、というような事態は回避することができる。
【０００８】
（２）また、上記（１）の充電設備において、バッテリの充電を行う場合に、制御装置は、電源電圧について、充電開始前の電圧から充電開始後の電圧までの電圧低下量を記憶し、当該電圧低下があっても電源電圧がその電源電圧範囲の下限値を下回らないように、閾値を設定することが好ましい。
この場合、電圧低下の実情に基づいて、閾値を常に適切に設定することができる。
【０００９】
（３）また、上記（１）又は（２）の充電設備において、給電装置は、充電電流を設定できる電流調整器を有し、バッテリの充電を行う場合に、制御装置は電流調整器に対し、電源電圧がその電源電圧範囲の下限値を下回らないように充電電流を調整するようにしてもよい。
この場合、電源電圧が閾値を下回る場合でも、充電電流を調整することにより、電源電圧が下限値を下回らないようにしながら、充電を行うことができる。
【００１０】
（４）また、上記（３）の充電設備において、制御装置は、充電電流の大きさと電圧低下量との関係をテーブルに記憶し、電源電圧とテーブルとを参照して下限値を下回らないように、電流調整器を用いて充電電流を調整するようにしてもよい。
この場合、充電電流の調整を迅速に行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の充電設備によれば、電気自動車等の電動車両の充電による電源電圧の異常低下や変圧器の過負荷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る充電設備を備えた複数の家（需要家）と、これらの家に対する商用電源の配電系統との一例を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る充電設備の構成の主要部を示すブロック図である。
【図３】第２実施形態に係る充電設備の構成の主要部を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係る充電設備を備えた複数の家（需要家）と、これらの家に対する商用電源の配電系統との一例を示す図である。なお、ここでは、家の数は３軒であるが、これは簡易に図示するための一例に過ぎず、実際にはもっと多数の場合もある。
図において、例えば電柱１に取り付けられた変圧器２は、高圧から低圧への変圧を行う。低圧側の配電線３は、通常、単相３線式で、ＡＣ１００／２００Ｖを需要家に供給する。この配電線３からそれぞれ、各家４Ａ，４Ｂ，４Ｃへの引き込み線３Ａ，３Ｂ，３Ｃが設けられている。
【００１４】
各家４Ａ，４Ｂ，４Ｃにはそれぞれ、充電設備６Ａ，６Ｂ，６Ｃが、例えば車庫付近に設置されている。充電設備６Ａ，６Ｂ，６Ｃには、それぞれ、各家４Ａ，４Ｂ，４Ｃの例えば屋外配線としての給電線５Ａ，５Ｂ，５Ｃを介して、ＡＣ１００Ｖ又は２００Ｖが供給される。なお、充電設備６Ａ，６Ｂ，６Ｃは、家や車庫の構造に応じて、屋外又は屋内に設置することができる。充電設備６Ａ，６Ｂ，６Ｃにはそれぞれ、充電ケーブル６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃが付属しており、これらを、電気自動車又はプラグインハイブリッド車（以下、単に電気自動車という。）に接続することで、電気自動車８Ａ，８Ｂ，８Ｃに搭載されたバッテリ（図示せず。）の充電を行うことができる。
【００１５】
ここで、上記の符号に付属しているＡ，Ｂ，Ｃを省略して共通化する。すなわち、以下のように符号を共通化する。
充電設備６Ａ，６Ｂ，６Ｃ  →  充電設備６
充電ケーブル６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ  →  充電ケーブル６０
電気自動車８Ａ，８Ｂ，８Ｃ  →  電気自動車８
【００１６】
図２は、充電設備６の構成の主要部を示すブロック図である。図において、充電設備６は、過電流保護機能及び漏電保護機能を有する漏電遮断器６１と、リレー又は半導体スイッチ素子によって構成される開閉手段６２と、電圧センサ６３と、ＣＰＵ及びメモリを含む制御装置６４とを備えている。開閉手段６２は、制御装置６４により、オン／オフ制御可能である。電圧センサ６３は、電源電圧（すなわち局所的に見た商用電源電圧）を検知し、その検知出力信号を制御装置６４に与えている。なお、この電圧センサ６３は、漏電遮断器６１の２次側に設けているが、１次側に設けてもよい。また、電圧センサ６３は、制御装置６４の機能として取り込むこともできる。要するに、電圧を検知する機能部分が必要である。
【００１７】
図２における充電設備６内の実線は、電源電圧が印加されている電路を示し、点線は信号線を示している。充電ケーブル６０の先端には、コネクタ６０ｃが設けられている。このコネクタ６０ｃを電気自動車８の所定部に接続することにより、バッテリ８ｂの充電が可能となる。ＡＣ１００Ｖ又は２００Ｖの電源電圧を、コネクタ６０ｃに出力する主回路部分が給電装置６Ｍである。すなわち、充電設備６は、大別すれば、主回路を成す給電装置６Ｍと、電圧センサ６３と、制御装置６４とを備えている。
【００１８】
次に、上記のように構成された充電設備６により、電気自動車８のバッテリ８ｂを充電する場合の動作について説明する。
車庫入れした電気自動車８にコネクタ６０ｃが接続されると、例えば電気自動車８から充電開始信号が制御装置６４に送られる。また、バッテリ８ｂの充電が完了すると、電気自動車８から充電完了信号が制御装置６４に送られる。そこで、基本的には、充電設備６は、充電開始信号を受け取ることにより充電を開始し、充電完了信号を受け取ることにより充電を終了させるが、本実施形態の充電設備６の制御装置６４は、充電開始信号を受け取ることとは別に、給電装置６Ｍが通電を許可するか制限（オフ又は低減）するかの判断基準となる閾値を設定している。この閾値は、充電設備６の設置直後の初期時点では、例えば暫定値として、充電設備６に供給されている商用電源電圧の平均的な値を、制御装置６４自身が設定することができる。
【００１９】
次に、制御装置６４は、最初の充電を行った時に、充電開始前の電圧と充電開始後の電圧とをそれぞれ検知し、充電によって電源電圧が最大どれだけ低下したか、すなわち、電圧低下量ΔＶを記憶する。この値は、バッテリ８ｂによって異なるほか、充電設備６の設置環境によって異なる。設置環境とは、例えば、変圧器２からの配電線３等の距離、充電設備６までの、その家の電線の太さ、その家全体の電力使用量又はその変動量等である。制御装置６４は、電圧低下量ΔＶをその後も随時検知し、常に現状に即した電圧低下量を記憶しているように、記憶を更新する。
このような電圧低下量ΔＶの記憶により、設置工事者やユーザが設定をしなくても、充電設備６の制御装置６４は、家ごとに異なる可能性がある電圧低下量ΔＶを、個別に記憶することができる。こうして、電圧低下の実情に基づいて、下記の閾値を常に適切に設定することができる。
【００２０】
一方、配電される商用電源電圧は、電力会社により安定的に制御・調整されている。具体的には、ＡＣ１００Ｖについては、９５Ｖ〜１０７Ｖ（１０１±６Ｖ）の範囲内に収まるように制御・調整され、ＡＣ２００Ｖについては、１８２Ｖ〜２２２Ｖ（２０２±２０Ｖ）の範囲内に収まるように制御・調整されている。
【００２１】
そこで、制御装置６４は、当該充電設備６が使用している商用電源電圧についての上記範囲内の下限値をＶｍｉｎ、上限値をＶｍａｘとして、充電を行うか否かの基準となる閾値Ｖｔｈを、以下の式（１）のように設定する。
Ｖｔｈ＝（Ｖｍｉｎ＋ΔＶ＋ΔＶα）＜Ｖｍａｘ      ・・・（１）
ここで、ΔＶαは、余裕値であり、ΔＶα＜ΔＶである。なお、余裕値Δαは、０に設定してもよい。
【００２２】
上記の閾値設定の下で、電気自動車８にコネクタ６０ｃが接続されると、電気自動車８から充電開始信号が制御装置６４に送られる。制御装置６４は、これにより、電圧センサ６３が検知する当該家での現実の電源電圧Ｖが、Ｖ≧Ｖｔｈであるか否かを判定する。ここで、Ｖ≧Ｖｔｈであれば、制御装置６４は、開閉手段６２をオン状態（閉路）とする。これにより、バッテリ８ｂの充電が開始される。逆に、Ｖ＜Ｖｔｈであれば、制御装置６４は、開閉手段６２をオフ状態（開路）に維持する。従って、充電は行われない。仮に、Ｖ＜Ｖｔｈの状態で充電を行うと、電源電圧Ｖは、本来の下限値Ｖｍｉｎより低くなるが、充電を行わないことによって、そのような事態を防止することができる。
【００２３】
また、Ｖ≧Ｖｔｈであることにより一旦充電を開始した後も、制御装置６４は電源電圧Ｖを監視する。Ｖ≧Ｖｔｈである状態が連続している場合には、制御装置６４は、充電を継続する。そして、充電完了の信号が電気自動車８から届くと、制御装置６４は開閉手段６２をオフ状態とし、充電を終了する。一方、充電開始後に、Ｖ＜Ｖｔｈとなった場合は、制御装置６４は開閉手段６２をオフ状態として、充電を中断する。そして、再びＶ≧Ｖｔｈとなれば、充電を再開する、という過程を、必要に応じて繰り返す。
【００２４】
なお、上記の場合、充電を開始する条件をＶ≧Ｖｔｈとし、充電を回避する条件をＶ＜Ｖｔｈとしたが、充電を開始する条件をＶ＞Ｖｔｈとし、充電を回避する条件をＶ≦Ｖｔｈとしてもよい。すなわち、Ｖ＝Ｖｔｈの状態をどう扱うかは、本質的事項ではなく、任意に選択することができる。
【００２５】
以上のように、上記第１実施形態に係る充電設備６では、電源電圧Ｖが閾値Ｖｔｈを上回る場合にバッテリ８ｂの充電が可能となる。逆に、電源電圧Ｖが閾値Ｖｔｈを下回る場合は、コネクタ６０ｃを電気自動車８に接続しても、充電を行うことはできない。従って、電源電圧Ｖが閾値Ｖｔｈを下回る場合に充電を行うことによりさらに電圧が下がって、電源電圧範囲の下限値Ｖｍｉｎを下回る、というような事態は回避することができる。こうして、電気自動車８の充電による電源電圧の異常低下や変圧器２の過負荷を防止することができる。
【００２６】
《第２実施形態》
図３は、第２実施形態に係る充電設備６の構成の主要部を示すブロック図である。なお、図１については、第２実施形態についても同様である。
図３において、図２との比較により明らかなように、本実施形態では、電流調整器６５が開閉手段６２の下位に設けられている。電流調整器６５は、例えば定電流回路を含むものであり、電圧は変えずに、電流を所定値に絞る機能を有する。電流調整器６５は制御装置６４によって制御され、電流の所定値は、制御装置６４が指示する。
【００２７】
次に、上記のように構成された第２実施形態に係る充電設備６を用いて電気自動車８のバッテリ８ｂを充電する手順について説明する。電圧降下量ΔＶに基づく閾値Ｖｔｈの設定については、第１実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００２８】
第１実施形態と同様の閾値設定の下で、電気自動車８にコネクタ６０ｃが接続されると、電気自動車８から充電開始信号が制御装置６４に送られる。制御装置６４は、これにより、電圧センサ６３が検知する当該家での現実の電源電圧Ｖが、Ｖ≧Ｖｔｈであるか否かを判定する。ここで、Ｖ≧Ｖｔｈであれば、制御装置６４は、開閉手段６２をオン状態とする。これにより、バッテリ８ｂの充電が開始される。このとき、電流調整器６５は、電流の調整をせず、単に通電させるのみである。
逆に、Ｖ＜Ｖｔｈであれば、制御装置６４は、開閉手段６２をオン状態にするとともに、電流調整器６５による電流調整を行う。
【００２９】
上記電流調整は、具体的には、充電電流を０から一定値ずつ増大させていく。充電電流の増大に伴って、電源電圧Ｖが下がっていく。そこで、制御装置６４は、電源電圧Ｖが、下限値Ｖｍｉｎを下回らないように、充電電流を設定する。例えば、若干の余裕値をΔＶβとすると、電源電圧が（Ｖｍｉｎ＋Ｖβ）以上であるように、充電電流を設定する。仮に、Ｖ＜Ｖｔｈの状態で、充電を制限（充電電流を調整）しない通常の充電を行うと、電源電圧Ｖは、本来の下限値Ｖｍｉｎより低くなるが、充電を制限することによって、そのような事態を防止することができる。
【００３０】
また、制御装置６４及び電流調整器６５は、充電電流を随時変化させ、電源電圧Ｖの変動に従って変化させる。これにより、常に電源電圧Ｖが下限値Ｖｍｉｎを下回らないようにして、充電が行われる。その後、Ｖ≧Ｖｔｈの状態になった場合は、電流調整器６５による調整は停止し、電流調整器６５は、単に通電の役目をするだけである。
また、Ｖ≧Ｖｔｈであることにより一旦充電を開始した後も、充電開始後に、Ｖ＜Ｖｔｈとなった場合は、上記の要領で充電の制限を実行する。
そして、充電完了の信号が電気自動車８から届くと、制御装置６４は開閉手段６２をオフ状態とし、充電を終了する。
【００３１】
なお、上記の場合、通常の充電を行う条件をＶ≧Ｖｔｈとし、充電を制限する条件をＶ＜Ｖｔｈとしたが、通常の充電を行う条件をＶ＞Ｖｔｈとし、充電を制限する条件をＶ≦Ｖｔｈとしてもよい。すなわち、Ｖ＝Ｖｔｈの状態をどう扱うかは、本質的事項ではなく、任意に選択することができる。
【００３２】
上記第２実施形態に係る充電設備６では、電源電圧Ｖが閾値Ｖｔｈを上回る場合にバッテリ８ｂの充電（制限のない通常の充電）が可能となる。逆に、電源電圧Ｖが閾値Ｖｔｈを下回る場合は、充電電流が制限され、一定の制限下で充電が行われる。従って、電源電圧Ｖが閾値Ｖｔｈを下回る場合に通常の充電を行うことによりさらに電圧が下がって電源電圧範囲の下限値Ｖｍｉｎを下回る、というような事態は回避することができる。こうして、電気自動車８の充電による電源電圧の異常低下や変圧器２の過負荷を防止することができる。
【００３３】
《第３実施形態》
第３実施形態に係る充電設備６は、図３に示す構成は同じであるが、第２実施形態のように徐々に充電電流を増大させて電源電圧Ｖが下限値Ｖｍｉｎを下回らないように充電を行うのではなく、予め、制御装置６４は、充電電流と、それによる電圧低下量との関係を、多くの値について調べたテーブルを記憶しておく。
【００３４】
第１実施形態と同様の閾値設定の下で、電気自動車８にコネクタ６０ｃが接続されると、電気自動車８から充電開始信号が制御装置６４に送られる。制御装置６４は、これにより、電圧センサ６３が検知する当該家での現実の電源電圧Ｖが、Ｖ≧Ｖｔｈであるか否かを判定する。ここで、Ｖ≧Ｖｔｈであれば、制御装置６４は、開閉手段６２をオン状態（閉路）とする。これにより、バッテリ８ｂの充電が開始される。このとき、電流調整器６５は、電流の調整はせず、単に通電させるのみである。
逆に、Ｖ＜Ｖｔｈであれば、制御装置６４は、開閉手段６２をオン状態にするとともに、電流調整器６５による電流調整を行う。
【００３５】
上記電流調整は、具体的には、現時点の電源電圧Ｖ（＜Ｖｔｈ）から下限値Ｖｍｉｎ若しくはそれより若干上の値（例えばＶｍｉｎ＋ΔＶβ）までの電圧低下量ΔＶｘを求め、この電圧低下量ΔＶｘに対応する充電電流をテーブルで求め、制御装置６４から電流調整器６５に設定する。
【００３６】
また、電源電圧Ｖが変動すれば、それに従って充電電流を随時変化させる。これにより、常に電源電圧Ｖが下限値Ｖｍｉｎを下回らないようにして、充電が行われる。その後、Ｖ≧Ｖｔｈの状態になった場合は、電流調整器６５による調整は停止し、電流調整器６５は、単に通電の役目をするだけである。
また、Ｖ≧Ｖｔｈであることにより一旦充電を開始した後も、充電開始後に、Ｖ＜Ｖｔｈとなった場合は、上記の要領で充電の制限を実行する。
そして、充電完了の信号が電気自動車８から届くと、制御装置６４は開閉手段６２をオフ状態とし、充電を終了する。
【００３７】
上記第３実施形態に係る充電設備６では、電源電圧Ｖが閾値Ｖｔｈを上回る場合にバッテリ８ｂの充電（制限のない通常の充電）が可能となる。逆に、電源電圧Ｖが閾値Ｖｔｈを下回る場合は、充電電流が制限され、一定の制限下で充電が行われる。従って、電源電圧Ｖが閾値Ｖｔｈを下回る場合に通常の充電を行うことによりさらに電圧が下がって電源電圧範囲の下限値Ｖｍｉｎを下回る、というような事態は回避することができる。こうして、電気自動車８の充電による電源電圧の異常低下を防止することができる。また、第２実施形態と比較すれば、テーブルを用いることにより下限値Ｖｍｉｎを下回らない充電電流が即時決定されるので、より迅速な制御が可能である。
【００３８】
《その他》
なお、上記実施形態では、充電対象として電気自動車８（プラグインハイブリッド車も含む。）を示したが、上記の充電設備６は、その他、電動バイク、電動カート、電動の産業用車両等、少なくとも走行用のバッテリを搭載する各種の電動車両に適用することができる。
また、バッテリ８ｂの充電はコネクタ６０ｃを接続する形態の他、電磁誘導や共振現象を利用した非接触（非接続）での充電も可能である。
【００３９】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４０】
６  充電設備
６Ｍ  給電装置
８  電気自動車（電動車両）
８ｂ  バッテリ
６３  電圧センサ
６４  制御装置
６５  電流調整器
【図１】
2014128180.tif 000003
【図２】
2014128180.tif 000004
【図３】
2014128180.tif 000005