JP2016015829A - 充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に充電を行うこと。【解決手段】充電コントローラは、充電装置に電動車両が接続された場合、現在の時刻が充電に適する時間帯であるかを判定する。充電に適する時間帯であるかは、全体で使用可能な最大電力のうち充電装置に分配可能な電力が予め定めた所定電力を越えるかで判定する。このように充電に適する時間帯に充電を開始させることで、高い充電効率で充電を行うことができる。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載された蓄電池の充電を行う充電部を有する充電システムに関する。

ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの電動車両に搭載された蓄電地の充電を行う充電設備は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１２−２４９５０５号公報

ところで、電動車両を充電する場合の充電効率は、充電を行う車両に分配できる電力の大小によって決まる。
図４は、電力制限がある場合の充電電力Ａと電力制限が無い場合の充電電力Ｂの充電効率を説明する図である。図４に示すように、充電を行うに際しては、分配される充電電力の一部が充電設備及び車載充電システムを動作させるために必要なシステム消費電力として消費される。システム消費電力は、分配された充電電力の大小に関係なく、同程度の電力を必要とする。そして、実際に充電に用いる電力は、分配された充電電力からシステム消費電力を差分して得られる電力である。このため、充電電力Ａ（充電効率Ｘ）よりも充電電力Ｂ（充電効率Ｙ）の方が大きいと仮定した場合、実際に充電に用いられる電力は充電電力Ｂを分配した方が大きく、充電効率も良くなる。

しかしながら、上記した充電設備では、設備全体で使用可能な最大電力が電力供給者（例えば電力系統を保有する電力会社）との需給契約で定められている。このため、上記した充電設備の設置者は、需給契約に定められている最大電力を越えないように電力を使用する必要があり、電力が足りない場合には需給契約に定める最大電力を増加させるなどの措置が必要である。このため、上記した最大電力の増加を抑制するためには、充電を行う車両に分配する電力を小さくすれば良いが、この場合は充電効率の低下を招く。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、効率的に充電を行い得る充電システムを提供することにある。

上記課題を解決する充電システムは、電力系統を通じて供給される系統電力が複数の電力供給先で共有され、その共有される電力を用いて充電を行う充電システムにおいて、前記電力供給先には、車両に搭載された蓄電池の充電を行う１以上の充電部を含み、前記充電システムは、前記充電部へ分配する電力を制御する充電制御部を備え、前記充電制御部は、前記複数の電力供給先を含む全体で使用可能な最大電力のうち前記充電部に分配可能な電力が予め定めた所定電力を越える時間帯に前記充電部による充電を開始させる。

この構成によれば、充電部に分配可能な電力が所定電力を越える時間帯を充電に適した時間帯と定めて充電を行う。このため、車両の充電を行う場合には、車両に対して十分な電力を分配させることができ、充電効率を高めることができる。また、車両の充電に伴って全体で使用可能な最大電力を越える事態が生じ得ることも抑制できる。したがって、効率的に充電を行うことができる。

上記充電システムにおいて、前記所定電力は、車両の蓄電池を最大若しくはほぼ最大の充電効率で充電可能な電力以上の電力であると良い。この構成によれば、充電効率を上げることができるので、効率的に充電を行わせることができる。

上記充電システムにおいて、前記充電制御部は、充電中に前記充電部以外の他の電力供給先における消費電力が増加し、前記最大電力を越える場合には前記充電部へ分配する電力を減少させると良い。この構成によれば、充電部に分配される電力よりも他の電力供給先へ分配される電力が増加され、他の電力供給先における電力消費を優先させることができる。そして、分配する電力を調整することにより、全体で使用可能な最大電力を越えないように電力を消費することができる。

上記充電システムにおいて、前記充電制御部は、前記他の電力供給先における消費電力が減少し、前記最大電力を越えない場合には前記充電部へ分配する電力を復帰させると良い。この構成によれば、充電部へ分配される電力が復帰されるので、充電効率を良い状態に戻すことができる。

上記充電システムにおいて、複数の充電部を備え、前記充電制御部は、充電対象とする充電部が複数存在する場合、各充電部が最大若しくはほぼ最大の充電効率で充電を行うように電力を分配すると良い。この構成によれば、充電部に分配する電力を、各充電部の充電効率が良い状態となるように制御するので、全体として充電効率を上げることができる。

上記充電システムにおいて、前記充電制御部は、前記所定電力を越えていない場合において車両の充電の優先度が高いときには車両の充電を優先して行わせると良い。この構成によれば、例えば急用などによって車両を使用する必要が生じた場合であっても車両の充電を優先して行わせることができるので、利便性を向上させることができる。

本発明によれば、効率的に充電を行うことができる。

充電システムの構成を示すブロック図。 充電処理を説明するフローチャート。 時間帯毎の使用電力一例を説明する説明図。 充電効率を説明する説明図。

以下、充電システムを具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、充電システム１０は、電力系統１１から供給される電力を、分電盤１２を介して受電することができる。また、電力系統１１から供給された電力は、分電盤１２によって充電システム１０へ供給される電力と、その他の電気機器１３へ供給される電力と、に分けられる。また、この実施形態において分電盤１２には、充電システム１０や電気機器１３へ供給されている電力を計測する電力計が組み込まれている。なお、電気機器１３は、例えば家庭用の充電システム１０に具体化すれば家庭用電化製品などであり、例えば企業用の充電システム１０に具体化すればその他の施設で利用する設備などである。

充電システム１０は、充電制御部としての充電コントローラ１４と、充電部としての充電装置（充電スタンド）１５と、を有する。この実施形態において充電装置１５及び電気機器１３は、電力系統１１を通じて供給される系統電力が共有される電力供給先となる。また、この実施形態の充電システム１０は、複数の充電装置１５を有する。充電装置１５は、図示しない充電ケーブルなどによってＥＶやＰＨＶなどの電動車両１６と接続される。そして、充電装置１５は、接続された電動車両１６に搭載されている蓄電池１７の充電を行う。図１において蓄電池１７は、１台の電動車両１６のみに図示しているが、他の電動車両１６も蓄電池１７を有する。一方、充電コントローラ１４は、充電対象とする充電装置１５へ分配する電力を制御する。充電装置１５は、電動車両１６が接続されている場合に充電対象となる。

以下、充電コントローラ１４の制御内容についてその作用とともに記載する。
図２に示すように、充電コントローラ１４は、消費電力を時間帯毎に計測し、その計測結果を記録する（ステップＳ１０）。この実施形態において充電コントローラ１４は、１時間毎の消費電力を計測し、記録する。

図３は、ステップＳ１０で計測された時間帯毎の消費電力の一例を示す。この消費電力の一例は、電気機器１３や充電装置１５などの複数の電力供給先を含む全体（以下、「システム全体」と示す場合がある）で消費されている電力のうち、充電装置１５の消費電力分を除いた消費電力である。また、図３には、時間帯毎の消費電力を数日分、示している。この一例によれば、７時〜９時、１３時、１８時〜２１時の各時間帯における消費電力が多い。図３を家庭の消費電力の一例とすれば、上記した各時間帯は食事の準備などで電気機器１３を使用する頻度が高い時間帯であり、その結果として消費電力も多くなる。一方、図３の例では、２時〜６時、１４時〜１７時の各時間帯における消費電力が少ない。これらの時間帯は、就寝や家事が一段落した時間帯であり、その結果として消費電力も少なくなる。

次に、充電コントローラ１４は、ステップＳ１０の計測結果をもとに消費電力値を計算する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において充電コントローラ１４は、上記計測結果をもとに、図３に示す平均消費電力値Ｘ１を計算する。平均消費電力値Ｘ１は、１日の消費電力を２４時間で平均化した値である。この実施形態において充電コントローラ１４は、時間帯毎に数日分の消費電力を記録している。このため、充電コントローラ１４は、数日分の消費電力の平均を時間帯毎の消費電力として計算し、その計算値を各時間帯の消費電力として１日の平均消費電力値Ｘ１を計算する。さらに、充電コントローラ１４は、計算した平均消費電力値Ｘ１を２分の１した２分平均消費電力値Ｘ２を計算する。これらの計算結果は、記録される。なお、充電コントローラ１４は、各時間帯の消費電力を数日分、累積的に記録しており、時間帯毎の消費電力を計測する毎に最古の消費電力値を最新の消費電力値に書き換える。

次に、充電コントローラ１４は、計算した平均消費電力値Ｘ１並びに２分平均消費電力値Ｘ２をもとに、時間帯区分けを見直す（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において充電コントローラ１４は、平均消費電力値Ｘ１以下の時間帯と２分平均消費電力値Ｘ２以下の時間帯と、を区分けする。

また、充電コントローラ１４は、充電装置１５に充電すべき電動車両１６が接続されているかを判定する（ステップＳ１３）。この接続確認は、例えばＣＰＬＴ信号の電圧の変化を監視することによって行う。電動車両１６が接続されていない場合、充電コントローラ１４は、ステップＳ１０からの処理を繰り返す。

一方、充電コントローラ１４は、電動車両１６が接続されている場合、現在の時刻が、充電に適する時間帯かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の判定において充電コントローラ１４は、ステップＳ１２の時間帯区分けの結果を用いる。具体的に言えば、充電コントローラ１４は、現在の時刻が、平均消費電力値Ｘ１以下の時間帯、２分平均消費電力値Ｘ２以下の時間帯、あるいはそれ以外の時間帯であるかを判定する。平均消費電力値Ｘ１以下の時間帯、及び２分平均消費電力値Ｘ２の時間帯は、他の時間帯に比べて、システム全体で供給可能な最大電力に対して消費電力が少なく、余剰電力がある時間帯として想定できる。

そして、充電コントローラ１４は、上記の判定の結果、現在の時刻が、平均消費電力値Ｘ１の時間帯あるいは２分平均消費電力値Ｘ２の時間帯であれば、余剰分の電力を算出する。余剰分の電力は、システム全体で供給可能な最大電力から現在の消費電力を差分することで算出できる。そして、充電コントローラ１４は、余剰分の電力が、予め定めた所定電力を越えているかを判定する。所定電力は、電動車両１６の蓄電池１７を最大若しくはほぼ最大の充電効率で充電可能な電力として定められている。ほぼ最大とは、最大に対して数％下回る程度である。所定電力は、電動車両１６の充電能力によって定めることができる。充電能力は、電動車両１６に搭載されている電力変換器の変換能力に相当し、電力変換器は充電装置１５を通じて供給される電力を充電に適した形態に変換する。充電コントローラ１４は、上記の判定において、余剰分の電力が所定電力を越えている場合、現在の時刻を充電に適する時間帯とし、電動車両１６の充電を開始させる（ステップＳ１５）。

一方、充電コントローラ１４は、余剰分の電力が所定電力を越えていない場合、現在の時刻を充電に適する時間帯とせず、電動車両１６の充電を開始させない。また、同様に、充電コントローラ１４は、現在の時刻が上記したそれ以外の時間帯であれば、充電に適する時間帯とせず、電動車両１６の充電を開始させない。

なお、充電コントローラ１４は、充電システム１０が複数の充電装置１５を有し、充電対象とする充電装置１５が複数存在する場合、つまりステップＳ１３において複数台の電動車両１６の接続が確認された場合、次のように充電の制御を行う。なお、以下の説明は、現在の時刻が平均消費電力値Ｘ１の時間帯、あるいは２分平均消費電力値Ｘ２の時間帯である場合を前提とする。

充電コントローラ１４は、複数台の電動車両１６を最大若しくはほぼ最大の充電効率で充電するために必要な合計電力が余剰分の電力以下の場合、複数台の電動車両１６の充電を同時に開始させるように電力を分配する。一方、合計電力が、余剰分の電力を越える場合、充電コントローラ１４は、合計電力が余剰電力分を越えない台数の範囲で電力を分配する。例えば、電動車両１６を２台と仮定した場合、充電コントローラ１４は、１台の電動車両１６の充電を開始させるように電力を分配する。そして、充電コントローラ１４は、その１台の電動車両１６の充電完了後、充電に適する時間帯であれば続けて他の電動車両１６の充電を開始させるように電力を分配する。なお、電動車両１６の充電完了は、蓄電池１７を満充電の状態としたことに限らず、蓄電池１７の充電量が予め定めた充電量に達した状態も含む。上記のように充電コントローラ１４は、複数の充電装置１５を充電対象とする場合は、最大若しくはほぼ最大の充電効率で充電を行うように電力を分配する。

一方、充電コントローラ１４は、ステップＳ１４において充電に適する時間帯と判定していない場合、電動車両１６の充電の優先度が高いかを判定する（ステップＳ１６）。電動車両１６の充電の優先度は、例えば設定器を用いて設定することができる。設定器は、充電コントローラ１４、あるいは充電装置１５に装備されていても良いし、電動車両１６に搭載されていても良い。そして、設定器の設定情報は、充電コントローラ１４に送信される。

充電コントローラ１４は、充電の優先度が高い場合、優先充電処理を行う（ステップＳ１６）。優先充電処理において充電コントローラ１４は、現在、分配可能な電力分を充電装置１５に分配し、充電を開始させる。それとともに、充電コントローラ１４は、分配可能な電力を増加させる目的で、電気機器１３へ供給されている電力に制限を加える、あるいは電気機器１３の保有者（使用者）に使用を控えさせるようにアナウンスするなどの処理を行う。なお、充電コントローラ１４は、充電の優先度が高くない場合、充電装置１５に接続されている電動車両１６の充電を待機状態とし、ステップＳ１０からの処理を繰り返す。つまり、充電の優先度が高くない場合は、前述したように充電に適する時間帯まで充電を待機させる。

また、充電コントローラ１４は、電動車両１６（蓄電池１７）の充電中、充電装置１５以外の他の電力供給先（電気機器１３）における消費電力が増加した場合、次の処理を行う。充電コントローラ１４は、電気機器１３の消費電力の増加によってシステム全体の消費電力が最大電力を越える場合、充電装置１５へ分配する電力を減少させる。これにより、その減少分の電力が、電気機器１３で消費可能な電力として分配される。また、充電装置１５は、減少後の電力で充電を継続させる。一方、充電コントローラ１４は、電気機器１３の消費電力が増加しても最大電力を越えない場合、充電装置１５へ分配した電力を変更せずに充電を継続させる。

そして、充電コントローラ１４は、上記のように充電装置１５へ分配する電力を減少させた場合、電気機器１３における消費電力の減少によってシステム全体の消費電力が最大電力を越えなくなると、充電装置１５へ分配する電力を元に戻す。これにより、充電装置１５は、再び最大若しくはほぼ最大の充電効率で充電を行う。

したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）充電装置１５に分配可能な電力が所定電力を越える時間帯を充電に適した時間帯と定めて充電を行う。このため、電動車両１６の充電を行う場合には、電動車両１６に対して十分な電力を分配させることができ、充電効率を高めることができる。また、電動車両１６の充電に伴ってシステム全体で使用可能な最大電力を越える事態が生じ得ることも抑制できる。したがって、効率的に充電を行うことができる。

（２）所定電力を、最大若しくはほぼ最大の充電効率で充電可能な電力以上の電力としたことで、充電効率を上げることができる。したがって、効率的に充電を行わせることができる。例えば、充電時間を短縮させることができる。

（３）充電装置１５へ分配する電力を減少させて他の電力供給先へ分配する場合を有することで、他の電力供給先における電力消費を優先させることができる。そして、分配する電力を調整することにより、システム全体で使用可能な最大電力を越えないように電力を消費することができる。

（４）また、他の電力供給先における電力消費を優先させた場合に、その電力消費が減少したことに伴って充電装置１５へ分配する電力を復帰させるので、充電効率を良い状態に戻すことができる。

（５）複数の充電装置１５が充電対象となる場合は、各充電装置１５が最大若しくはほぼ最大の充電効率で充電を行うように電力を分配するので、各充電装置１５の充電効率を良い状態とすることができる。その結果、全体として充電効率を上げることができる。

（６）充電の優先度が高い場合は、充電を優先して行わせるので、例えば急用などによって電動車両１６を使用する必要が生じた場合であっても電動車両１６を充電させることができる。その結果、充電システム１０の利便性を向上させることができる。

（７）充電に適する時間帯であるかを普段の消費電力の結果から導き出す。具体的には、平均消費電力値Ｘ１の時間帯や２分平均消費電力値Ｘ２の時間帯を算出する。これにより、電動車両１６の充電に伴ってシステム全体で使用可能な最大電力を越える事態が生じ得ることを確実に防止できる。また、平均消費電力値Ｘ１や２分平均消費電力値Ｘ２を事前に算出しておくことで、充電対象とする充電装置１５が生じた場合の制御を簡素化することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 充電コントローラ１４は、電動車両１６の接続が確認された場合、現在の消費電力とシステム全体の最大電力を差分し、その差分が所定電力を越える場合を充電に適する時間帯とし、充電を開始させても良い。つまり、平均消費電力値Ｘ１の時間帯、２分平均消費電力値Ｘ２の時間帯、あるいはそれ以外の時間帯であるかを判別せずに、充電に適する時間帯であるかを判定しても良い。

○ 充電コントローラ１４は、現在の時刻が２分平均消費電力値Ｘ２以下の時間帯であることを条件として充電を開始させても良い。つまり、２分平均消費電力値Ｘ２以下の時間帯であればその条件成立によって充電を開始させる一方、平均消費電力値Ｘ１以下の時間帯であれば実施形態のように分配可能な電力に応じて充電を開始させる場合と開始させない場合を設定しても良い。２分平均消費電力値Ｘ２以下の時間帯は、他の時間帯よりも余剰分の電力が多い時間帯であるから、この時間帯であれば最大若しくはほぼ最大の充電効率で充電を行わせることができるとし、充電を開始させても良い。

○ 充電コントローラ１４は、２分平均消費電力値Ｘ２を越える時間帯であるが、平均消費電力値Ｘ１以下の時間帯であれば、分配可能な電力が所定電力を下回る場合であっても、条件付きで充電を開始させるようにしても良い。具体的に言えば、充電効率が最大若しくはほぼ最大とならない可能性はあるが、分配する電力を小さくして充電を開始させても良い。このような処理を追加すれば、余剰分の電力がある時間帯において他の電気機器１３へ影響を与えることなく電力を有効に消費させることができる。

○ 図２のステップＳ１６，Ｓ１７の優先充電処理を省略しても良い。つまり、充電に適する時間帯でなければ充電を待機させるようにしても良い。
○ 図３に示す消費電力の変遷は一例である。つまり、消費電力の変遷は、充電システム１０の設置者の活動スタイルによって変化するものであり、その結果として充電に適する時間帯も変化する。例えば、夜間に活動するスタイルであれば消費電力は朝や昼よりも夜の方が多くなる場合もある。具体例を挙げれば、夜間も設備を稼働させる企業の充電システム１０では、施設内の照明などによって電力が消費されることで、結果的に夜の方が消費電力が多くなる場合がある。このような場合は、昼に充電を行った方が充電効率が良くなる場合もある。

○ 充電コントローラ１４は、消費電力に関する情報を外部から入手するようにしても良い。例えば、電力系統１１を保有する電力会社から前記情報を入手しても良い。
○ 充電システム１０が備える充電装置１５を１台としても良い。

○ 充電システム１０は、公共施設（教育機関、公民館など）、商業施設（宿泊施設、ショッピング施設など）、若しくは家庭用の設備に具体化しても良い。また、充電システム１０は、充電ステーションの設備に具体化しても良い。

○ 充電装置１５は、充電プラグを電動車両１６に機械的に接続して充電を行う構成に限らず、充電プラグを使用せずに、車両と充電部（地上側設備）を電気的に接続して充電を行う非接触式の充電装置に具体化しても良い。非接触式の充電装置では、車両に取り付けられた受電側コイルと、充電ステーションなどの床に埋設された地上側設備の送電側コイルと、を整合させるようにして電気車両を停車させる。このとき、受電側コイルと送電側コイルは、離間して非接触の状態とされる。この状態において非接触式の充電装置は、車両と充電部が通電可能な状態で接続される。そして、非接触式の充電システムでは、送電側コイルからの電力を受電側コイルで受電することにより、電気車両の蓄電池に充電が行われる。このような非接触式の充電装置の方式には、共鳴方式や電磁誘導方式がある。

１０…充電システム、１１…電力系統、１３…電気機器、１４…充電コントローラ、１５…充電装置、１６…電動車両、１７…蓄電池。

Claims (6)

1. 電力系統を通じて供給される系統電力が複数の電力供給先で共有され、その共有される電力を用いて充電を行う充電システムにおいて、
   前記電力供給先には、車両に搭載された蓄電池の充電を行う１以上の充電部を含み、
   前記充電システムは、前記充電部へ分配する電力を制御する充電制御部を備え、
   前記充電制御部は、前記複数の電力供給先を含む全体で使用可能な最大電力のうち前記充電部に分配可能な電力が予め定めた所定電力を越える時間帯に前記充電部による充電を開始させる充電システム。
2. 前記所定電力は、車両の蓄電池を最大若しくはほぼ最大の充電効率で充電可能な電力以上の電力である請求項１に記載の充電システム。
3. 前記充電制御部は、充電中に前記充電部以外の他の電力供給先における消費電力が増加し、前記最大電力を越える場合には前記充電部へ分配する電力を減少させる請求項２に記載の充電システム。
4. 前記充電制御部は、前記他の電力供給先における消費電力が減少し、前記最大電力を越えない場合には前記充電部へ分配する電力を復帰させる請求項３に記載の充電システム。
5. 複数の充電部を備え、
   前記充電制御部は、充電対象とする充電部が複数存在する場合、各充電部が最大若しくはほぼ最大の充電効率で充電を行うように電力を分配する請求項２〜請求項４のうち何れか一項に記載の充電システム。
6. 前記充電制御部は、前記所定電力を越えていない場合において車両の充電の優先度が高いときには車両の充電を優先して行わせる請求項２〜請求項５のうち何れか一項に記載の充電システム。