(57)【要約】  本発明は、契約電源の給電線に接続された設備と給電線に接続された充電器とを備え、充電器内の電力変換器の動作により充電電力を出力してバッテリ等の蓄電装置を充電する充電システムである。充電器は、例えばＥＶ用充電器４０Ａであり、設備３０１〜３０ｎの消費電力値を予め記憶させたメモリ４３１〜４３ｎと、契約電力の範囲内で充電器４０Ａが出力可能な定格電力値を予め記憶させたメモリ４３ｚと、定格電力値から、稼働中の設備についてメモリ４３１〜４３ｎに記憶された消費電力値の合計値を減算して充電電力を演算する充電電力演算部４５とを備える。この充電電力演算部４５により演算した充電電力を出力電力指令値として電力変換器４１を運転することにより、バッテリ５１を充電する。
2015011815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
契約電源の給電線に接続された設備と前記給電線に接続された充電器とを備え、前記充電器内の電力変換器の動作により充電電力を出力して蓄電装置を充電する充電システムにおいて、
前記充電器は、
前記設備の消費電力値を予め記憶させた消費電力記憶部と、
契約電力の範囲内で前記充電器が出力可能な定格電力値を予め記憶させた定格電力記憶部と、
前記定格電力値から、稼働中の設備について前記消費電力記憶部に記憶された消費電力値を減算することにより、充電電力を演算する充電電力演算部と、
を備え、
前記充電電力演算部により演算した充電電力を出力電力指令値として、前記電力変換器を運転し、前記蓄電装置を充電することを特徴とする充電システム。
【請求項２】
請求項１に記載した充電システムにおいて、
前記設備を複数備え、
前記充電電力演算部は、稼働中の設備についてそれぞれの消費電力値を前記消費電力記憶部から読み出し、読み出した消費電力値の合計値を前記定格電力値から減算して充電電力を演算することを特徴とする充電システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載した充電システムにおいて、
前記設備は、当該設備の稼働時に稼働信号を前記充電器に送信し、
前記充電器は、前記稼働信号の受信時に当該設備の消費電力値を前記消費電力記憶部から読み出すことを特徴とする充電システム。
【請求項４】
請求項３に記載した充電システムにおいて、
前記消費電力記憶部には当該設備の最大消費電力値が記憶されると共に、前記稼働信号は、当該設備の最大消費電力値に対する現在の消費電力値の比率情報を含み、
前記充電電力演算部は、前記消費電力記憶部から読み出した当該設備の最大消費電力値と前記稼働信号に含まれる前記比率情報との乗算値を当該設備の消費電力値とすることを特徴とする充電システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載した充電システムにおいて、
前記蓄電装置が車載型のバッテリであることを特徴とする充電システム。
【請求項６】
契約電源の給電線に接続された設備と前記給電線に接続された充電器とを備え、前記充電器内の電力変換器の動作により充電電力を出力して蓄電装置を充電する充電システムにおいて、
前記充電器は、
契約電力の範囲内で前記充電器が出力可能な定格電力値と、前記設備の消費電力値と、を予め記憶しておき、
前記定格電力値から稼働中の設備についての前記消費電力値を減算して充電電力を演算し、
演算した充電電力を出力電力指令値として前記電力変換器を運転し、前記蓄電装置を充電することを特徴とする充電方法。
【請求項７】
請求項６に記載した充電方法において、
複数の前記設備のうち稼働中の設備についてそれぞれの消費電力値の合計値を前記定格電力値から減算して充電電力を演算することを特徴とする充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載型のバッテリ等の蓄電装置を充電するための充電システム、及び、この充電システムを用いた充電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の充電システムの構成図であり、例えばＥＶ（電気自動車）用充電器を備えた施設としての充電スタンド、充電ステーション等を想定したものである。
図４において、１０は契約電源としての商用電源であり、この商用電源１０には、給電線２０を介して既設のｎ個の設備３０１〜３０ｎとＥＶ用充電器４０とが接続されている。【０００３】
ＥＶ用充電器４０は、商用電源１０の交流電力を充電に適した直流電力に変換する電力変換器４１、設定器４２及びメモリ４３を備えている。ここで、ＥＶ用充電器４０が出力可能な充電電力は、固有値としてメモリ４３に予め記憶されているか、または、設定器４２からの入力操作によってメモリ４３に記憶されるようになっている。
電力変換器４１は、メモリ４３に記憶されている充電電力設定値（上記の固有値も含むものとする）に従い、充電ケーブル６０を介してＥＶ５０と情報交換を行いながら、適切な直流電力を出力してバッテリ５１を充電している。【０００４】
なお、ＥＶ用バッテリの充電器として、特許文献１に記載された従来技術が公知になっている。
この充電器は、電力供給時間帯が定められた第１の電源により優先的にバッテリを充電し、上記電力供給時間帯以外には、電力供給時間帯に制限のない第２の電源によりバッテリを充電するものである。
図５は、この充電器の構成図であり、１０１は深夜電力電源としての２００［Ｖ］電源に接続される電源プラグ、１０２は１００［Ｖ］電源に接続される電源プラグ、１０３はタップ切替回路、１０４はトランス、１０５は位相制御回路、１０６は整流回路、１０７は電圧検出器、１０８は電流検出器、１０９は温度検出器、１１０は水素濃度検出器、１１１はＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）、１１２はＤＣ／ＤＣ変換器（コンバータ）、１２０は制御部、１２１は操作キー部、１２２は表示装置、Ｂ１は主バッテリ、Ｂ２は補機用の補助バッテリ、Ｍは車両駆動用のモータである。【０００５】
この従来技術では、タップ切替回路１０３が、充電器に接続された電源の種別（２００［Ｖ］電源及び／または１００［Ｖ］電源）を判別してその情報を制御部１２０に送る。制御部１２０は、電源の種類に応じてタップ切替回路１０３に制御信号を送り、コンタクタを開閉して所定の電源電圧を充電器内部に入力する。そして、制御部１２０が、主バッテリＢ１の電圧、電流、温度等を各検出器１０７〜１１０により監視しながら、定電圧制御または定電流制御により主バッテリＢ１を充電する。【０００６】
ここで、タップ切替回路１０３により２００［Ｖ］電源及び１００［Ｖ］電源の両方が接続されていると判別した場合には、２００［Ｖ］電源の電力供給時間帯は当該電源からの給電により主バッテリＢ１を充電し、２００［Ｖ］電源の電力供給時間帯以外は、１００［Ｖ］電源からの給電により主バッテリＢ１を充電するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２２８４０６号公報（段落［０００７］〜［００１１］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さて、図４に示した従来技術において、商用電源１０を供給する電力会社と受電側施設との間には契約電力が設定されている。
しかし、図６に示すように、仮に既設の設備が３つ（設備３０１，３０２，３０３）あるとして、これら全ての設備３０１，３０２，３０３が時間帯によっては同時に稼働される可能性もあることを考慮すると、ＥＶ用充電器４０の充電電力を固定値として設定する場合、利用可能な電力は、「定格電力設定値−（設備３０１＋設備３０２＋設備３０３）の総消費電力」となる。言い換えれば、充電電力を固定値として設定する場合には、充電電力を小さく設定しておけば、設備３０１，３０２，３０３の運転に支障をきたすおそれはない。【０００９】
しかしながら、この場合には、ＥＶ用充電器４０の出力を図６に示す「充電電力」の範囲で使用することになり、斜線を付した「余力」分を充電電力として利用できないため、ＥＶ用充電器４０の能力が十分に活用されなくなる。
また、充電電力が小さく設定されているため充電時間が長くなり、急速充電等の短時間充電に適さないという問題もあった。【００１０】
逆に、ＥＶ用充電器４０の充電電力が大きな値で固定されている場合には、複数の設備が同時に稼働されることによって充電電力と複数の設備の総消費電力との合計値が契約電力を超過してしまう。このような事態を防ぐためには、超過電力分を加味した契約に見直すか、ＥＶ用充電器４０専用に、電力会社との間で新たに契約を結ぶ必要があるが、結果として電力料金が上昇する原因となる。【００１１】
なお、特許文献１に記載された従来技術では、深夜電力の利用によってコストをある程度低減することが可能であるが、二つの電源系統と契約する必要があると共に、タップ切替回路等の回路構成が複雑である。また、特許文献１には、契約電力の範囲内で充電電力を最大化する手段について、特に言及されていない。【００１２】
そこで、本発明の解決課題は、契約電力内で既設の設備の稼働状況に応じて変動する利用可能電力を最大限に活用することにより、低コストにて蓄電装置の短時間充電を可能にした充電システム及び充電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に係る充電システムは、商用電源等の契約電源の給電線に接続された設備と前記給電線に接続された充電器とを備え、充電器内の電力変換器の動作により充電電力を出力して車載型バッテリ等の蓄電装置を充電する充電システムを前提としている。
そして、この充電システムの特徴としては、充電器が、設備の消費電力値を予め記憶させた消費電力記憶部と、契約電力の範囲内で充電器が出力可能な定格電力値を予め記憶させた定格電力記憶部と、定格電力値から稼働中の設備の消費電力値を減算して充電電力を演算する充電電力演算部と、を備え、充電電力演算部により演算した充電電力を出力電力指令値として電力変換器を運転することにより、蓄電装置を充電するものである。【００１４】
なお、請求項２に記載するように、前記設備が複数存在する場合、充電電力演算部は、稼働中の設備についてそれぞれの消費電力値を消費電力記憶部から読み出し、読み出した消費電力値の合計値を定格電力値から減算して充電電力を演算することが望ましい。【００１５】
また、請求項３に記載するように、前記設備は、当該設備の稼働時に稼働信号を充電器に送信し、充電器は、前記稼働信号の受信時に当該設備の消費電力値を消費電力記憶部から読み出すことが望ましい。【００１６】
更に、請求項４に記載するように、消費電力記憶部には当該設備の最大消費電力値を記憶させると共に、前記稼働信号には、当該設備の最大消費電力値に対する現在の消費電力値の比率情報を含ませても良い。この場合、充電電力演算部は、消費電力記憶部から読み出した当該設備の最大消費電力値と稼働信号に含まれる比率情報との乗算値を当該設備の消費電力値とし、この消費電力値を稼働設備分だけ合計して定格電力値から減算することにより、充電電力を演算する。【００１７】
また、本発明に係る充電方法は、請求項６に記載するように、契約電源の給電線に接続された設備と前記給電線に接続された充電器とを備え、充電器内の電力変換器の動作により充電電力を出力して蓄電装置を充電する充電システムにおいて、充電器が、契約電力の範囲内で充電器が出力可能な定格電力値と前記設備の消費電力値とを予め記憶しておき、定格電力値から稼働中の設備についての消費電力値を減算して充電電力を演算し、演算した充電電力を出力電力指令値として電力変換器を運転することにより蓄電装置を充電するものである。【００１８】
また、請求項７に記載するように、設備が複数である場合、稼働中の設備についてそれぞれの消費電力値の合計値を定格電力値から減算して充電電力を演算することが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、充電器と同じ契約電源から給電されている設備の稼働状態を把握し、稼働中の設備の消費電力値の合計値を充電器の定格電力値から減算して充電電力を求めている。
このため、現時点で利用可能な充電電力をリアルタイムに演算し、この充電電力を出力電圧指令値として電力変換器を運転することにより、契約電力内の余力を最大限活用して短時間による充電を行うことができる。
また、特許文献１のように二つの電源系統と契約する場合の経済的な負担や、タップ切替回路等の複雑な回路構成も不要であり、全体的に低コストの充電システムを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る充電システムの構成図である。
【図２】本発明の実施形態における充電電力の説明図である。
【図３】本発明の実施形態におけるＥＶ用充電器の他の実施例を示す構成図である。
【図４】充電システムの従来技術を示す構成図である。
【図５】特許文献１に記載された従来技術の構成図である。
【図６】図４に示した充電システムにおける充電電力の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態に係る充電システムの全体的な構成を示しており、図４と同一の機能を有するものには同一符号を付してある。
この充電システムも、契約電源としての商用電源１０から給電線２０を介して給電される既設のｎ個の設備３０１〜３０ｎ及びＥＶ用充電器４０Ａを有する充電スタンド、充電ステーション等を想定している。これらの充電施設は、例えば既設のガソリンスタンドや店舗、公共施設、高速道路（有料道路）のサービスエリア等、いかなる形態であっても良い。
【００２２】
図１において、設備３０１〜３０ｎからは、各設備の稼働時に発生するディジタル電気信号としての稼働信号が、ＥＶ用充電器４０Ａに入力されている。
ＥＶ用充電器４０Ａは、設定器４２Ａ、消費電力記憶部としてのメモリ４３１〜４３ｎ，定格電力記憶部としてのメモリ４３ｚ、アンドゲート４４１〜４４ｎ、充電電力演算部４５及び電力変換器４１を備えている。
ここで、設定器４２Ａ、メモリ４３１〜４３ｎ，４３ｚ、アンドゲート４４１〜４４ｎ及び充電電力演算部４５は、例えばマイクロコンピュータシステム及びプログラムによって構成可能である。また、電力変換器４１は、ＡＣ／ＤＣ変換器によって構成されている。
【００２３】
設備３０１〜３０ｎから出力される稼働信号は、ディジタル電気信号に限定されるものではなく、設備が稼働していることを示すアナログ電気信号や光ファイバを介して伝送される光信号であっても良い。また、稼働信号の通信方法は有線通信、無線通信の何れでも良い。なお、稼働信号としてディジタル電気信号以外の信号を用いる場合には、稼働信号の種類や性質に応じて、ＥＶ用充電器４０Ａ側で信号の変換等の処理が必要になるのは言うまでもない。
【００２４】
設定器４２Ａは、各設備３０１〜３０ｎの稼働時における消費電力値をそれぞれ設定可能であり、これらの消費電力値は各設備３０１〜３０ｎに対応して設けられたメモリ４３１〜４３ｎに記憶される。ここで、上記消費電力値は、各設備の最大消費電力値や定格消費電力値であれば良い。
また、設定器４２Ａは、ＥＶ用充電器４０Ａの定格電力値も設定可能であり、この定格電力値は別途設けられたメモリ４３ｚに記憶される。
【００２５】
アンドゲート４４１〜４４ｎは、各設備３０１〜３０ｎの稼働時に、当該設備の消費電力値を後続の充電電力演算部４５に取り込むためのものであり、これらのアンドゲート４４１〜４４ｎには、各設備３０１〜３０ｎから出力される稼働信号とメモリ４３１〜４３ｎの出力とがそれぞれ入力されている。
また、メモリ４３ｚに格納された定格電力値は充電電力演算部４５に直接、入力されている。
【００２６】
充電電力演算部４５は、アンドゲート４４１〜４４ｎの出力に基づき、稼働中の全ての設備の消費電力値の合計値を演算する。同時に、メモリ４３ｚに格納されている定格電力値を取り込み、下記の数式１の演算を行うことにより、現時点で利用可能な充電電力をリアルタイムで求める。
［数式１］
利用可能電力＝定格電力設定値−稼働中設備の総消費電力
【００２７】
こうして演算された充電電力は、出力電力指令値として充電電力演算部４５から電力変換部４１に与えられ、電力変換部４１は、指令値通りの充電電力を蓄電装置であるＥＶ５０のバッテリ５１に出力して充電を行う。
【００２８】
図２は、この実施形態の充電システムにおける充電電力の説明図である。ここでは、既設の設備が３つ（設備３０１，３０２，３０３）あり、時間軸に沿って、期間Ｔ１（設備３０１が稼働）→期間Ｔ２（設備３０１，３０２，３０３が稼働）→期間Ｔ３（設備３０１，３０２が稼働）→期間Ｔ４（設備３０１が稼働）というパターンで稼働されるものとする。
【００２９】
各期間Ｔ１〜Ｔ４において、稼働中の設備の消費電力値はアンドゲート４４１〜４４ｎを介して充電電力演算部４５にリアルタイムで入力されており、充電電力演算部４５は、前述した数式１の演算により、現時点で利用可能な充電電力を演算して電力変換器４１に対する指令値を生成している。
このため、電力変換器４１を上記指令値に従って運転すれば、全期間Ｔ１〜Ｔ４にわたり、図２における充電電力を最大限利用してバッテリ５１を充電することができる。充電方式としては、普通充電、急速充電のどちらを用いても良い。
【００３０】
なお、図３は、ＥＶ用充電器の他の実施例（符号４０Ｂにて示す）である。ここでは、一例として設備３０１からの稼働信号を処理する部分のみを抜き出してあり、他の設備３０２〜３０ｎからの稼働信号を処理する部分についても同様に構成されている。
【００３１】
この実施例では、メモリ４３１〜４３ｎに各設備３０１〜３０ｎの最大消費電力値がそれぞれ設定、記憶されており、また、各設備３０１〜３０ｎから出力される稼働信号には最大消費電力値に対する現在の消費電力値の比率情報（０％（非稼働時）〜１００％）が含まれている。このような比率情報は、設備３０１〜３０ｎから出力される稼働信号がディジタル信号である場合には、例えばパルスの振幅、パルス幅、周波数（パルスの数）等を適宜変更することによって実現可能である。
【００３２】
すなわち、図３に示すように、メモリ４３１には設備３０１の最大消費電力値が記憶されており、この最大消費電力値と、設備３０１からの稼働信号に含まれる比率情報とを乗算手段４６１が乗算することにより、設備３０１の現在の消費電力値が求められる。この消費電力値は、他の設備３０２〜３０ｎについてそれぞれ同様に求めた現在の消費電力値と共に充電電力演算部４５に送られる。よって、充電電力演算部４５は、定格電力値から設備３０１〜３０ｎの現在の消費電力値の合計値を減算することにより、現時点で最大限利用可能な充電電力を求めることができる。以後の動作は前記同様であるため、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、ＥＶ用だけでなくハイブリッド自動車用を含む自動車全般の車載型バッテリや、自動車用に限らず、各種電気機器、装置の直流電源として用いられる蓄電装置の充電システムまたは充電方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０：商用電源
２０：給電線
３０１〜３０ｎ：設備
４０Ａ，４０Ｂ：ＥＶ用充電器
４１：電力変換器
４２Ａ：設定器
４３１〜４３ｎ，４３ｚ：メモリ
４４１〜４４ｎ：アンドゲート
４５：充電電力演算部
４６１：乗算手段
５０：ＥＶ（電気自動車）
５１：バッテリ
６０：充電ケーブル
【図１】
2015011815.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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