(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分電盤から電気車両に供給される充電電流を調整する充電制御装置とともに用いられ、前記分電盤に設けられている複数の電路に流れる電流を個別に検出する第１の電流検出手段と、前記充電電流を検出する第２の電流検出手段と、前記第１の電流検出手段の検出結果と前記第２の電流検出手段の検出結果を用いて前記充電電流の上限値を演算する演算手段と、前記演算手段で演算される前記上限値を前記充電制御装置に通知する通知手段とを備え、前記演算手段は、前記分電盤から前記電気車両への給電条件に応じて、前記上限値の演算方法を変更し、前記分電盤から前記電気車両に給電される電圧が複数の電圧値の中から選択可能であって、前記給電条件は、選択される前記電圧値、並びに前記分電盤におけるリミッタの有無であることを特徴とする電力監視装置。
【請求項２】
請求項１の電力監視装置と、前記電力監視装置から通知される前記上限値を超えないように前記充電電流を調整する前記充電制御装置とを有することを特徴とする充電制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車などの電気車両の充電を制御するための電力監視装置及び充電制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例として、例えば、特許文献１に記載されている充電制御システムがある。この充電制御システムは複数の充電装置からなる。各充電装置は、バッテリ式フォークリフトを充電するためのものであり、ブレーカを介して工場内の設備電源に接続された電源コンセントに接続される電源コードを有している。また、充電装置には通信機能が搭載されており、設備電源に接続する他の充電装置との間で通信線を介して充電状態に関する情報を送受している。
【０００３】
この従来例では、設備電源に繋がれる充電装置全体で用いることが可能な電流値であるトータル電流制限値を任意の電流値に設定し、この値を基に各充電装置で使用する電流は各々の充電装置が自動的に、他の充電装置の充電状況を確認したうえで設定するようになっている。このため、電気車両(バッテリ式フォークリフト)の充電時に充電装置で消費される電力が、充電装置に電源供給を行う設備電源の電源容量を考慮することなく、適切に設定される。故に、使用者は、設備電源の電源容量を増設することなく、また電源に繋がれる充電装置で使用中の電流量を気にすることなく、電気車両への充電を良好に行うことが可能となる。
【０００４】
ところで、電気車両(特に電気自動車)の充電には、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。一方、通常の住宅では、主幹ブレーカ(リミッタが設置されている場合はリミッタ)の定格電流が30アンペア〜60アンペア程度に設定されている。したがって、電磁調理器やエアコンディショナのように消費電流の大きい負荷機器が使用されているときに電気自動車を充電する場合、主幹ブレーカやリミッタがトリップしてしまう虞がある。
【０００５】
そこで、主幹ブレーカ(あるいはリミッタ。以下、同じ。)に流れる電流並びに充電電流を監視する電力監視装置を設置し、主幹ブレーカに流れる電流が定格電流を超えないように充電電流の上限値を電力監視装置で調整することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３３３７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、電気自動車に印加される充電電圧(実効値)の種類(100ボルトと200ボルト)やリミッタの有無などの条件(以下、給電条件と呼ぶ。)によって、電力監視装置で充電電流の上限値を演算する方法が異なってくる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、給電条件に応じた適切な演算方法で充電電流の上限値を演算することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電力監視装置は、分電盤から電気車両に供給される充電電流を調整する充電制御装置とともに用いられ、前記分電盤に設けられている複数の電路に流れる電流を個別に検出する第１の電流検出手段と、前記充電電流を検出する第２の電流検出手段と、前記第１の電流検出手段の検出結果と前記第２の電流検出手段の検出結果を用いて前記充電電流の上限値を演算する演算手段と、前記演算手段で演算される前記上限値を前記充電制御装置に通知する通知手段とを備え、前記演算手段は、前記分電盤から前記電気車両への給電条件に応じて、前記上限値の演算方法を変更し、前記分電盤から前記電気車両に給電される電圧が複数の電圧値の中から選択可能であって、前記給電条件は、選択される前記電圧値、並びに前記分電盤におけるリミッタの有無であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の充電制御システムは、前記何れかの電力監視装置と、前記電力監視装置から通知される前記上限値を超えないように前記充電電流を調整する前記充電制御装置とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電力監視装置及び充電制御システムは、給電条件に応じた適切な演算方法で充電電流の上限値を演算することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る電力監視装置及び充電制御システムの実施形態を示すブロック図及びシステム構成図である。
【図２】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。
【図３】同上における電力監視装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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充電を制御する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電気車両は電気自動車に限定されず、電気自動車以外の電気車両、例えば、従来技術で説明したバッテリ式フォークリフトなどであっても構わない。
【００１６】
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(電流制限器あるいは契約ブレーカとも呼ばれる。)が挿入される場合がある。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。
【００１７】
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及び電力監視装置２、報知装置３によって構成されている。
【００１８】
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との間で通信線24を介した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い。
【００１９】
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、電流制御部17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。
【００２０】
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、電流制御部17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。電流制御部17は、後述するように電力監視装置２から送られてくる充電制御情報に応じて電気自動車200に供給される充電電流を調整する。信号処理部10は、伝送線151を介してパイロット信号を伝送する。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
ここで、図２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。
【００２４】
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して電流制御部17に通知する。通知された電流制御部17は、開閉部13を閉成して充電電力の供給を開始する。
【００２５】
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。
【００２６】
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知して電流制御部17に通知する。通知された電流制御部17は、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)。
【００２７】
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。
【００２８】
一方、電力監視装置２の制御部20は、主幹ブレーカ40に流れる電流(全消費電流)が規制値を超えた場合、充電電流の上限値を、規制値から全消費電流と現在の充電電流の電流値の差を差し引いた電流値とする指令(調整指令)を通信部22から送信させる。なお、全消費電流は、充電電流と負荷機器の消費電流(負荷消費電流)の総和である。また規制値は、例えば、主幹ブレーカ40の定格電流の80％、あるいはリミッタの定格電流の90％の値に設定される。以下の説明では、充電電流の上限値(許容値)をIevo、全消費電流の電流値をIall、規制値をIset、充電電流の計測値をIev、制限値をIrと表す。ただし、制限値Irとは、全消費電流Iallが規制値Isetを超えた場合に充電電流を減少させるときの電流値である。つまり、充電電流の上限値Ievoは、Ievo=Iset-(Iall-Iev)の式から演算される値に調整される。
【００２９】
充電制御装置１においては、電力監視装置２から送信される調整指令を通信制御部14で受信して電流制御部17に渡す。電流制御部17は、信号処理部10に対して充電電流の上限値を調整指令で指示された上限値以下とするように指示する。そして、信号処理部10は電流制御部17からの指示を受けると、パイロット信号のオン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20アンペアである場合、当初50％であったオンデューティ比が40％〜20％に減少され、結果的に充電電流の上限値が当初の20アンペアよりも低い値(例えば、10アンペア)に調整されることになる。
【００３０】
電気自動車200の充電用ECUは、調整後の上限値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。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流が減少するので、全消費電流が主幹ブレーカ40またはリミッタの定格電流を超えてしまうことが回避できる。
【００３１】
ところで、制御部20における充電電流の上限値の演算方法は、充電制御装置１が接続されている分岐回路の電圧実効値(100ボルトまたは200ボルト)及びリミッタの有無によって異なっている。以下、４種類の給電条件(１)〜(４)毎に充電電流の上限値の演算方法を説明する。なお４種類の給電条件は、(１)リミッタ無し且つ電圧実効値が200ボルト、(２)リミッタ無し且つ電圧実効値が100ボルト、(３)リミッタ有り且つ電圧実効値が200ボルト、(４)リミッタ有り且つ電圧実効値が100ボルト、である。
【００３２】
全消費電流Iallが規制値Isetを超えていなければ、制御部20は、充電電流の上限値IevoをIevo=Iset-(Iall-Iev)の式から演算して充電制御装置１に指示する。一方、全消費電流Iallが規制値Isetを超えれば、制御部20は、充電電流の上限値IevoをIevo=Iset-(Iall-Iev)-Irの式から演算して充電制御装置１に指示する。また、全消費電流Iallが規制値Isetを超えて充電電流の上限値Ievoが減少させられた後、全消費電流Iallが30秒間継続して規制値Isetと制限値Irの差分以下になれば、制御部20は、充電電流の上限値IevoをIevo=Iset-(Iall-Iev)の式から演算した値に戻す(図３参照)。なお、給電条件(１)〜(４)は、電力監視装置２に設けられる設定手段(例えば、ディップスイッチ)によって設定され、制御部20がディップスイッチの設定を読み取ることで給電条件(１)〜(４)を判断する。
【００３３】
まず、給電条件(１)の場合、２つの電流センサ210，211の計測値のうちで大きい方の計測値が全消費電流Iallとみなされ、上記Ievo=Iset-(Iall-Iev)の式から充電電流の上限値Ievoが演算される。また、給電条件(２)の場合、充電制御装置１が接続されている分岐回路に流れる電流の計測値が全消費電流Iallとみなされ、上記Ievo=Iset-(Iall-Iev)の式から充電電流の上限値Ievoが演算される。
【００３４】
一方、給電条件(３)，(４)においては、住宅盤４にリミッタが設置されるため、２つの電流センサ210，211の計測値の合計(ベクトル合成電流)が全消費電流Iallとみなされる。また、電圧実効値が200ボルトである給電条件(３)の場合、電流センサ212の計測値を100ボルトにおける計測値に換算するために２倍する必要がある。故に、給電条件(３)の場合、充電電流の上限値Ievoは、Ievo=(Iset-(Iall-2×Iev))/2の式から演算される。また、給電条件(４)の場合は、Ievo=(Iset-(Iall-Iev)の式から充電電流の上限値Ievoが演算される。
【００３５】
上述のように本実施形態の電力監視装置２及び充電制御システムによれば、充電電圧の電圧実効値の種類(100ボルトと200ボルト)やリミッタの有無などの給電条件に応じた適切な演算方法で充電電流の上限値を演算することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  充電制御装置
２  電力監視装置
４  住宅用分電盤(分電盤)
20  制御部(演算手段，通知手段)
21  電流計測部(電流検出手段)
23  通信部(通知手段)
210〜212  電流センサ(電流検出手段)
【図１】
0005906471.tif 000002
【図２】
0005906471.tif 000003
【図３】
0005906471.tif 000004