JP6570063B2 - 給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池搭載車両や可搬型蓄電池の電力を利用して負荷への給電を行う給電装置に関する。

蓄電池搭載車両の電力を利用して負荷への給電を行う給電装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の給電装置は、蓄電池搭載車両に搭載されているので、自宅において負荷（例えば、電化製品）への給電を行うだけでなく、キャンプ地などの自宅から離れた場所においても負荷への給電を行うことができる。

特開２０１４−６４４５７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の給電装置は、給電元を切り替えることができないため、複数の蓄電池搭載車両が存在していても、負荷への給電を連続的に行うことができなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、給電元を切り替えて負荷への給電を連続的に行うことが可能な給電装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る給電装置は、
複数の蓄電池搭載車両に１対１で接続される複数の車両接続部と、
負荷が接続される負荷接続部と、
前記複数の蓄電池搭載車両のうちの給電元の車両の直流電圧に基づいて給電電力を生成し、前記給電電力により前記負荷への給電を行う給電部と、
を備えた給電装置であって、
前記複数の蓄電池搭載車両から蓄電池電圧を取得し、前記蓄電池電圧に基づいて前記給電元の切り替えを行う切替制御部を備え、
前記切替制御部は、給電時に、前記給電元である給電車両の蓄電池電圧と非給電元である非給電車両の蓄電池電圧との差分を算出し、前記差分が予め設定された第１規定範囲に含まれる場合に、前記給電元を前記給電車両から前記非給電車両に切り替え、前記差分が前記第１規定範囲に含まれない場合であっても、前記負荷接続部から出力される負荷電流が予め設定された第２規定範囲に含まれる場合には、前記給電元を前記非給電車両に切り替えることを特徴とする。

この構成によれば、複数の蓄電池搭載車両に１対１で接続される複数の車両接続部を備えているので、給電元を切り替えて負荷への給電を連続的に行うことができる。さらに、この構成によれば、給電車両の蓄電池電圧と非給電車両の蓄電池電圧との差分が第１規定範囲に含まれる場合に給電元を切り替えるので、切り替え時における給電部への入力電圧の変動を抑制することができ、その結果、切り替え時における給電部や負荷への悪影響を軽減することができる。ここで、蓄電池搭載車両とは、車両駆動用電力を供給する蓄電池を搭載した車両に限らず、可搬型の蓄電池を搭載した車両を含む。

さらに、この構成によれば、負荷電流が第２規定範囲に含まれる場合に給電元を切り替えるので、切り替え時の負荷電流の変動による負荷への悪影響を軽減することができる。また、この構成によれば、給電車両の蓄電池電圧と非給電車両の蓄電池電圧との差分が第１規定範囲に含まれない場合であっても、給電元の切り換えが可能になる。

上記給電装置では、
前記非給電車両が複数の車両を含む場合、
前記切替制御部は、
前記非給電車両のそれぞれに対して前記差分を算出し、
少なくとも１つの前記差分が前記第１規定範囲に含まれる場合に、前記給電元を、前記差分が前記第１規定範囲に含まれる前記非給電車両のうち、蓄電池電圧が最も高い車両に切り替える一方、
全ての前記差分が前記第１規定範囲に含まれない場合であっても、前記負荷電流が前記第２規定範囲に含まれる場合には、前記給電元を前記非給電車両のうち蓄電池電圧が最も高い車両に切り替えるよう構成できる。

この構成によれば、給電元を蓄電池電圧が最も高い車両に切り替えることで、給電時間を長くすることができる。

上記給電装置では、
前記切替制御部は、前記給電元の切り替えを行った場合、前記給電元の車両の蓄電池電圧が予め設定された電圧値以下になるまで、前記給電元の車両の蓄電池のＳＯＣが予め設定された閾値以下になるまで、または前記給電元の切り替えから予め設定された時間が経過するまでは、前記給電元の切り替えを行わない
ことが好ましい。

この構成によれば、給電元の切り替えの頻度を調整し、給電元の切り替えが過度に行われるのを防ぐことができる。

上記給電装置では、
前記複数の車両接続部と前記給電部とを接続する電力線に介装された切替部を備え、
前記切替部は、前記切替制御部の制御下で、前記給電元の車両に接続された車両接続部と前記給電部とを導通状態にし、前記非給電元の車両に接続された車両接続部と前記給電部とを非導通状態にするよう構成できる。

本発明によれば、給電元を切り替えて負荷への給電を連続的に行うことが可能な給電装置を提供することができる。

本発明の給電装置の構成を示すブロック図である。 本発明における給電元の切り替え制御のフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る給電装置の実施形態について説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る給電装置１００を示す。図１において、給電装置１００を構成する各要素間の実線は電力線を示し、各要素間の破線は通信線（例えば、ＣＡＮ通信線）を示す。

給電装置１００は、複数（本実施形態では、３つ）の車両接続部１−１、１−２、１−３と、負荷接続部２と、給電部３と、切替部４と、制御部１０とを備え、蓄電池搭載車両Ａ〜Ｃの電力を利用して負荷接続部２に接続された負荷（図示略）への給電を行う。蓄電池搭載車両Ａ〜Ｃは、例えば、充放電可能な蓄電池が搭載された電気自動車である。負荷は、例えば、電化製品である。

車両接続部１−１、１−２、１−３は、蓄電池搭載車両Ａ〜Ｃに１対１で接続されるよう構成されている。図１では、車両接続部１−１が蓄電池搭載車両Ａに接続され、車両接続部１−２が蓄電池搭載車両Ｂに接続され、車両接続部１−３が蓄電池搭載車両Ｃに接続されている。車両接続部１−１、１−２、１−３は、単一の規格（例えば、ＣＨＡｄｅＭＯ規格）に対応したコネクタで構成されていてもよいし、異なる規格（例えば、車両接続部１−１、１−２がＣＨＡｄｅＭＯ規格で、車両接続部１−３がＳＡＥ規格）に対応したコネクタで構成されていてもよい。

負荷接続部２は、少なくとも１つの負荷を接続することができるよう構成されている。具体的には、負荷接続部２は、負荷のプラグを差し込むための少なくとも１つのコンセントを備える。

給電部３は、入力された直流電圧（例えば、ＤＣ１５０〜４５０［Ｖ］）に基づいて交流電圧（例えば、ＡＣ２００［Ｖ］）を生成するＤＣ／ＡＣ変換動作を行い、上記交流電圧により負荷への給電を行うよう構成されている。給電部３は、例えば、上記ＤＣ／ＡＣ変換動作を行うＤＣ／ＡＣインバータを備える。給電部３は、交流側が負荷接続部２に接続され、直流側が切替部４を介して車両接続部１−１、１−２、１−３に接続されている。なお、接続される負荷が直流で動作する機器である場合には、給電部３はＤＣ／ＤＣコンバータを備えたものとすることができる。

切替部４は、上記のとおり車両接続部１−１、１−２、１−３と給電部３とを接続する電力線に介装され、制御部１０の制御下で、上記電力線を導通状態と非導通状態とに切り替えるよう構成されている。切替部４は、例えば、車両接続部１−１、１−２、１−３と給電部３とを接続する各電力線に介装された、制御部１０の制御下で動作する３つのリレーにより構成される。制御部１０が、給電元の車両として蓄電池搭載車両Ａを選択し、非給電元の車両として蓄電池搭載車両Ｂ、Ｃを選択した場合、切替部４は、車両接続部１−１と給電部３とを接続する電力線を導通状態にし、車両接続部１−２、１−３と給電部３とを接続する各電力線を非導通状態にする。車両接続部１−１と給電部３とを接続する電力線が導通状態になることで、蓄電池搭載車両Ａが給電元の車両（給電車両）となり、車両接続部１−２、１−３と給電部とを接続する各電力線が非導通状態になることで、蓄電池搭載車両Ｂ、Ｃが非給電元の車両（非給電車両）となる。

制御部１０は、通信部１１と、電流監視部１２と、給電制御部１３と、切替制御部１４とを備える。制御部１０は、例えばマイコンで構成される。制御部１０は、車両接続部１−１、１−２、１−３、負荷接続部２、給電部３および切替部４との通信を行う。

通信部１１は、車両接続部１−１、１−２、１−３を介して蓄電池搭載車両Ａ〜Ｃと通信を行い、蓄電池搭載車両Ａ〜Ｃから、搭載されている蓄電池に関する蓄電池情報や給電指令などの指令情報を取得する。蓄電池情報には、蓄電池電圧およびＳＯＣ（充電量）などの情報が含まれる。通信部１１は、各蓄電池搭載車両Ａ〜Ｃから取得した情報を給電制御部１３および切替制御部１４に出力する。

電流監視部１２は、負荷接続部２（負荷接続部２に設けられた電流センサ）と通信を行い、負荷に出力される電流（以下、「負荷電流」という。）に関する情報を取得する。電流監視部１２は、取得した負荷電流に関する情報を、給電制御部１３および切替制御部１４に出力する。

給電制御部１３は、給電部３のＤＣ／ＡＣ変換動作を制御する給電制御を行う。給電部３から出力される電流の最大値、すなわち負荷電流の最大値は、負荷接続部２に接続された負荷の数および種類などによって異なる。例えば、負荷接続部２に消費電力の大きい負荷（例えば、電子レンジや掃除機）が接続された場合、負荷電流の最大値は大きくなる。給電制御部１３は、負荷電流の最大値が予め設定された閾値を超えた場合に、給電部３のＤＣ／ＡＣ変換動作を停止させることで、給電部３を保護する。

切替制御部１４は、切替部４の制御を行う。具体的には、切替制御部１４は、給電時に蓄電池搭載車両Ａ〜Ｃの各蓄電池電圧または負荷電流に基づいて給電元の切り替え制御を行う。なお、切替制御部１４は、給電元の車両が常に１台になるように、給電元の切り替え制御を行う。

図２に、給電元の切り替え制御のフローチャートを示す。制御部１０では、図２に示すフローチャートに従って給電切替先を決定する。給電制御部１３が給電制御を開始して給電準備が完了すると、切替制御部１４が給電元の切り替え制御を開始させる。なお、給電制御部１３は、車両接続部１−１、１−２、１−３に接続された少なくとも１台の車両から給電指令を受けた場合に、給電制御を開始する。

給電元の切り替え制御を開始させた切替制御部１４は、通信部１１から取得した情報に基づいて、車両接続部１−１、１−２、１−３に接続された車両が複数か否かの第１判定を行う（Ｓ１）。切替制御部１４は、通信部１１から２台以上の車両に関する情報を取得した場合、車両が複数であると判定する（Ｓ１でＹＥＳ）。一方、切替制御部１４は、通信部１１から１台のみの車両に関する情報を取得した場合、車両が複数ではないと判定し（Ｓ１でＮＯ）、再び第１判定を行う（Ｓ１）。なお、車両接続部１−１、１−２、１−３に接続されている車両が１台であっても当該１台の車両が給電可能な場合、給電部３は、当該１台の車両の電力を利用して負荷への給電を開始する。

第１判定において車両が複数であると判定した切替制御部１４は（Ｓ１でＹＥＳ）、通信部１１から取得した蓄電池情報に基づいて、給電元の車両の蓄電池電圧に対する非給電元の車両の蓄電池電圧との差分を算出し、上記差分が０よりも大きいか否かの判定を行う（Ｓ２）。上記差分が０よりも大きい場合（Ｓ２でＹＥＳ）、切替制御部１４は、上記差分が予め設定された第１規定値以下か否かの第２判定を行う（Ｓ３）。

例えば、給電開始前に車両接続部１−１が蓄電池搭載車両Ａに接続され、給電開始後に車両接続部１−２、１−３が蓄電池搭載車両Ｂ、Ｃに接続された場合、蓄電池搭載車両Ａは給電元の車両（給電車両）になり、蓄電池搭載車両Ｂ、Ｃは非給電元の車両（非給電車両）となる。この場合、切替制御部１４は、蓄電池搭載車両Ａの蓄電池電圧に対する蓄電池搭載車両Ｂの蓄電池電圧との差分（以下、「第１の差分」という。）を算出するとともに、蓄電池搭載車両Ａの蓄電池電圧に対する蓄電池搭載車両Ｃの蓄電池電圧との差分（以下、「第２の差分」という。）を算出し、第１の差分および第２の差分のそれぞれに対して０よりも大きいか否かを判定し、０よりも大きい差分に対してのみ当該差分が第１規定値以下か否かを判定する。

給電部３の入力電圧が所定の範囲を超えて変動すると、給電部３に負担がかかるだけでなく、負荷電流が変動して負荷に悪影響を与えてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、第１規定値を、負荷電流が変動しないような値、または、負荷電流の変動が負荷に悪影響を与えない範囲に収まるような値に設定している。また、切替制御部１４が、非給電元の車両の蓄電池電圧から給電元の車両の蓄電池電圧を差し引くことにより上記差分を算出することから、給電元を蓄電池電圧の高い車両に切り替えるため、第１規定値を正の値に設定している。具体的には、第１規定値を、５〜１０［Ｖ］に設定している。この実施形態では、０よりも大きく、かつ第１規定値以下の範囲が、本発明の「第１規定範囲」に相当する。

第１の差分または第２の差分の少なくとも一方が第１規定値以下の場合、すなわち、少なくとも１つの差分が第１規定値以下の場合（Ｓ３でＹＥＳ）、切替制御部１４は、給電元の切り換え処理を行う（Ｓ５）。一方、第１の差分および第２の差分の双方が第１規定値よりも大きい場合、すなわち、全ての差分が第１規定値よりも大きい場合（Ｓ３でＮＯ）、切替制御部１４は、電流監視部１２から取得した負荷電流に関する情報に基づいて、負荷電流の最大値が予め設定された第２規定値以下か否かの第３判定を行う（Ｓ４）。

負荷電流の最大値が第２規定値よりも大きい場合（Ｓ４でＮＯ）、切替制御部１４は、再び第１判定を行う（Ｓ１）。一方、負荷電流の最大値が第２規定値以下の場合（Ｓ４でＹＥＳ）、切替制御部１４は、給電元の切り換え処理を行う（Ｓ５）。

ここで、第１の差分および第２の差分の双方が第１規定値よりも大きい場合（Ｓ３でＮＯ）、給電元を蓄電池搭載車両Ａから蓄電池搭載車両Ｂまたは蓄電池搭載車両Ｃに切り替えると、上記のとおり給電部３の出力電流が変動するおそれがある。しかしながら、負荷電流が小さい場合（Ｓ４でＹＥＳ）、言い換えれば、負荷の消費電力が小さい場合、負荷電流が変動しても負荷にはほとんど影響を与えない。そこで、本実施形態では、変動しても負荷にほとんど影響を与えない範囲で、第２規定値を設定している。具体的には、第２規定値を、１［Ａ］に設定している。なお、第２規定値を１［Ａ］に設定することは、本発明の「第２規定範囲」を０〜１［Ａ］に設定することと同義である。

切替制御部１４は、給電元の切り換え処理（Ｓ５）を下記のとおり行う。
（１）第１の差分が第１規定値以下の場合（Ｓ３でＹＥＳ）、切替制御部１４は、給電元を蓄電池搭載車両Ａから蓄電池搭載車両Ｂに切り替える（Ｓ５）。
（２）第２の差分が第１規定値以下の場合（Ｓ３でＹＥＳ）、切替制御部１４は、給電元を蓄電池搭載車両Ａから蓄電池搭載車両Ｃに切り替える（Ｓ５）。
（３）第１の差分および第２の差分の双方が第１規定値以下の場合（Ｓ３でＹＥＳ）、切替制御部１４は、給電元を蓄電池搭載車両Ａから蓄電池搭載車両Ｂ、Ｃのうち蓄電池電圧が高い方の車両に切り替える（Ｓ５）。
（４）第１の差分および第２の差分の双方が第１規定値よりも大きく（Ｓ３でＮＯ）、かつ負荷電流の最大値が第２規定値以下の場合（Ｓ４でＹＥＳ）、切替制御部１４は、給電元を蓄電池搭載車両Ａから蓄電池搭載車両Ｂ、Ｃのうち蓄電池電圧が高い方の車両に切り替える（Ｓ５）。

給電元の切り換え処理（Ｓ５）において、上記（３）および（４）では、給電時間を長くすることを優先して、給電元を蓄電池電圧が高い方の車両に切り替えているが、給電部３への入力電圧の変動を抑えて給電部３への負担を軽減することを優先する場合には、給電元を、蓄電池電圧が給電車両の蓄電池電圧に近い方の車両に切り替えてもよい。

２回目以降の給電元の切り換え処理（Ｓ５）においては、切替制御部１４は、給電元の車両の蓄電池電圧が予め設定された設定電圧値以下になるまで、給電元の車両の蓄電池のＳＯＣが予め設定された設定閾値以下になるまで、または給電元の切り替えから予め設定された設定時間が経過するまでは、給電元の切り替えを行わない。これにより、給電元の切り替えが過度に行われるのを防ぐことができる。また、上記の設定電圧値、設定閾値または設定時間を適宜調整することで、給電元の切り替えの頻度を調整することができる。

切替制御部１４は、上記一連の給電元の切り替え制御（Ｓ１〜Ｓ５）を、給電制御部１３が給電制御を停止させるまで繰り返し行う。

結局、本実施形態に係る給電装置１００によれば、給電時に給電元を切り替えて負荷への給電を連続的に行うことができるだけでなく、切り替え時における給電部３への入力電圧の変動を抑制して給電部３や負荷への悪影響を軽減することができる。

以上、本発明に係る給電装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態に係る給電装置１００は、３つの車両接続部１−１、１−２、１−３を備えているが、本発明に係る給電装置は、少なくとも２つの車両接続部を備えていればよい。

給電部３は、ＤＣ／ＡＣ変換動作に加えて、外部（例えば、系統）から入力された交流電圧に基づいて直流電圧を生成するＡＣ／ＤＣ変換動作を行うよう構成することができる。この構成によれば、負荷への給電に加えて、蓄電池搭載車両Ａ〜Ｃに搭載された蓄電池を充電することが可能になる。また、負荷に直流電力を供給する場合は、給電部３は、ＤＣ／ＤＣ変換動作を行えばよい。すなわち、給電部３は、直流電圧に基づいて給電電力を生成できればよい。

上記実施形態に係る給電装置１００は、切替部４を備えているが、例えば、車両接続部１−１、１−２、１−３において、給電元の車両と給電部３とを導通状態にし、非給電元の車両と給電部３とを非導通状態にすることができるのであれば、切替部４を省略することができる。

上記実施形態の制御部１０は、通信部１１と、電流監視部１２と、給電制御部１３と、切替制御部１４とで構成されているが、蓄電池搭載車両Ａ〜Ｃから取得した蓄電池電圧に基づいて給電元の切り替え制御を行うのであれば、その構成は適宜変更することができる。例えば、切替制御部１４が、通信部１１、電流監視部１２または給電制御部１３の少なくとも１つの機能を有していてもよい。

上記実施形態では、第１規定値を正の値に設定しているが、切替制御部１４が給電元の車両の蓄電池電圧から非給電元の車両の蓄電池電圧を差し引くことにより差分を算出する場合、第１規定値を負の値に設定する。この場合、切替制御部１４は、ステップＳ２の判定において、差分が０よりも小さいか否かを判定する。また、本発明では、第２判定（Ｓ３）として、給電元の車両の蓄電池電圧と非給電元の車両の蓄電池電圧との差分が予め設定された第１規定範囲に含まれるか否かの判定を行ってもよい。この場合、第１規定範囲は、例えば、−１０〜１０［Ｖ］に設定することができ、ステップＳ２の判定は省略することができる。

上記実施形態の切替制御部１４は、負荷電流の最大値が第２規定値以下か否かの第３判定（Ｓ４）を行っているが、当該第３判定は省略してもよい。これにより、給電元の切り替え条件は狭くなるが、給電元の切り替え時における給電部３への入力電圧の変動を確実に抑制することができ、給電部３の負担をより一層軽減することができる。

上記実施形態では、切替制御部１４は、給電元の車両が常に１台になるように、給電元の切り替え制御を行っているが、給電元の車両は複数台になってもよい。

上記実施形態では、蓄電池搭載車両を切替部に接続しているが、可搬型の蓄電池を接続してもよい。

１−１、１−２、１−３ 車両接続部
２ 負荷接続部
３ 給電部
４ 切替部
１０ 制御部
１１ 通信部
１２ 電流監視部
１３ 給電制御部
１４ 切替制御部
１００ 給電装置

Claims (4)

1. 複数の蓄電池搭載車両に１対１で接続される複数の車両接続部と、
   負荷が接続される負荷接続部と、
   前記複数の蓄電池搭載車両のうちの給電元の車両の直流電圧に基づいて給電電力を生成し、前記給電電力により前記負荷への給電を行う給電部と、
   を備えた給電装置であって、
   前記複数の蓄電池搭載車両から蓄電池電圧を取得し、前記蓄電池電圧に基づいて前記給電元の切り替えを行う切替制御部を備え、
   前記切替制御部は、給電時に、前記給電元である給電車両の蓄電池電圧と非給電元である非給電車両の蓄電池電圧との差分を算出し、前記差分が予め設定された第１規定範囲に含まれる場合に、前記給電元を前記給電車両から前記非給電車両に切り替え、前記差分が前記第１規定範囲に含まれない場合であっても、前記負荷接続部から出力される負荷電流が予め設定された第２規定範囲に含まれる場合には、前記給電元を前記非給電車両に切り替える
   ことを特徴とする給電装置。
2. 前記非給電車両が複数の車両を含む場合、
   前記切替制御部は、
   前記非給電車両のそれぞれに対して前記差分を算出し、
   少なくとも１つの前記差分が前記第１規定範囲に含まれる場合に、前記給電元を、前記差分が前記第１規定範囲に含まれる前記非給電車両のうち、蓄電池電圧が最も高い車両に切り替える一方、
   全ての前記差分が前記第１規定範囲に含まれない場合であっても、前記負荷電流が前記第２規定範囲に含まれる場合には、前記給電元を前記非給電車両のうち蓄電池電圧が最も高い車両に切り替える
   ことを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
3. 前記切替制御部は、前記給電元の切り替えを行った場合、前記給電元の車両の蓄電池電圧が予め設定された電圧値以下になるまで、前記給電元の車両の蓄電池のＳＯＣが予め設定された閾値以下になるまで、または前記給電元の切り替えから予め設定された時間が経過するまでは、前記給電元の切り替えを行わない
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の給電装置。
4. 前記複数の車両接続部と前記給電部とを接続する電力線に介装された切替部を備え、
   前記切替部は、前記切替制御部の制御下で、前記給電元の車両に接続された車両接続部と前記給電部とを導通状態にし、前記非給電元の車両に接続された車両接続部と前記給電部とを非導通状態にする
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の給電装置。

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