(57)【要約】【課題】ブレーカのトリップを回避しつつ充電電流を適切な値に調整する。【解決手段】電力監視装置２の制御部20が引き外し動作時間よりも短い周期で充電制御装置１へ定期的に調整指令を送信すれば、主幹ブレーカ40やリミッタのトリップを回避しつつ充電電流を適切な値に調整することができる。また、全消費電流が規制値を超えた時点から引き外し動作時間が経過するまでの間に、充電電流の上限値を下げる調整指令が電力監視装置２から複数回送信されることになる。そのため、ノイズの影響によって充電制御装置１の通信制御部14が調整指令の受信に失敗する可能性が低くなり、主幹ブレーカ40やリミッタのトリップを確実に回避することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーカと電気車両との間に挿入され、前記電気車両に対して充電電流の上限値を指示する充電制御装置と、前記ブレーカに流れる電流を監視し、前記電流が前記ブレーカの定格電流を越えないように前記充電制御装置に対して前記上限値を調整させる電力監視装置とを有し、前記電力監視装置は、前記上限値を調整させるための指令を、前記ブレーカの引き外し動作時間よりも短い周期で前記充電制御装置に定期的に送信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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ところで、ブレーカは、通常、過負荷電流(＜短絡電流)が流れると直ちにトリップ(引き外し動作)するのではなく、過負荷電流が継続して所定時間(引き外し動作時間)以上流れ続けた場合にトリップするように構成されている。したがって、特許文献１記載の従来例のように、トータルの電流値が常時制限値を越えないように制御することは、ブレーカをトリップさせないための必須条件ではない。
【０００６】
つまり、引き外し動作時間未満であれば、過負荷電流が流れてもブレーカはトリップしないので、過負荷電流が流れた時点から引き外し動作時間が経過するまでに充電電流を減らせば、ブレーカのトリップを回避することができる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、ブレーカのトリップを回避しつつ充電電流を適切な値に調整することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の充電制御システムは、ブレーカと電気車両との間に挿入され、前記電気車両に対して充電電流の上限値を指示する充電制御装置と、前記ブレーカに流れる電流を監視し、前記電流が前記ブレーカの定格電流を越えないように前記充電制御装置に対して前記上限値を調整させる電力監視装置とを有し、前記電力監視装置は、前記上限値を調整させるための指令を、前記ブレーカの引き外し動作時間よりも短い周期で前記充電制御装置に定期的に送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の充電制御システムは、ブレーカのトリップを回避しつつ充電電流を適切な値に調整することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る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。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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装置及び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。
【００１２】
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。
【００１３】
本実施形態の充電制御装置１は、図１に示すように電力監視装置２及び報知装置３とともに充電制御システムを構成している。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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)。
【００２３】
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。
【００２４】
ところで、電気自動車200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40(リミッタが設置されている場合はリミッタと主幹ブレーカ40)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200を充電する場合、充電制御装置１に予め設定されている上限値まで充電電流が流れると、主幹ブレーカ40やリミッタがトリップしてしまう虞がある。
【００２５】
そこで電力監視装置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、現在の充電電流の電流値から全消費電流と規制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。
【００２６】
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。
【００２７】
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の定格電流を超えてしまうことが回避できる。
【００２８】
ところで、上述した上限値の調整は、主幹ブレーカ40(あるいはリミッタ)の引き外し動作時間未満の時間内で行われる必要がある。なお、主幹ブレーカ及びリミッタの引き外し動作時間は、本発明者らの調査によると、おおよそ４秒以下に設定されていると考えられる。したがって、全消費電流が規制値を超えた時点から４秒未満の間に、充電電流の上限値が小さくなるように調整されれば、主幹ブレーカ40やリミッタのトリップ(引き外し)を回避することができる。
【００２９】
そこで、電力監視装置２の制御部20は、主幹ブレーカ40(あるいはリミッタ)の引き外し動作時間よりも短い周期(例えば、１秒周期)で、通信部23より充電制御装置１へ定期的に調整指令を送信することが好ましい。電流計測部21は、１秒未満の周期(サンプリング周期)で電流値を計測して制御部20に出力する。制御部20は、電流計測部21の計測値から全消費電流を演算し、全消費電流と制限値を比較して充電電流の上限値を決定し、決定した上限値を含む調整指令を通信部23から送信させる。ただし、全消費電流が制限値を超えていない間は同一の上限値となり、全消費電流が制限値を越えた場合に上限値がそれまでの値よりも小さい値に調整される。
【００３０】
上述のように電力監視装置２の制御部20が引き外し動作時間よりも短い周期で充電制御装置１へ定期的に調整指令を送信すれば、主幹ブレーカ40やリミッタのトリップを回避しつつ充電電流を適切な値に調整することができる。また、全消費電流が規制値を超えた時点から引き外し動作時間が経過するまでの間に、充電電流の上限値を下げる調整指令が電力監視装置２から複数回送信されることになる。そのため、ノイズの影響によって充電制御装置１の通信制御部14が調整指令の受信に失敗する可能性が低くなり、主幹ブレーカ40やリミッタのトリップを確実に回避することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  充電制御装置
２  電力監視装置
40  主幹ブレーカ
200  電気自動車(電気車両)
【図１】
2013138535.tif 000003
【図２】
2013138535.tif 000004