JP2016005389A

JP2016005389A - 充放電装置

Info

Publication number: JP2016005389A
Application number: JP2014125178A
Authority: JP
Inventors: 私市　広康; Hiroyasu Shiichi; 広康私市
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2016-01-12

Abstract

【課題】電気自動車の蓄電池の電力使用量を抑え、電気自動車の利便性を向上可能な充放電装置を得ること。
【解決手段】商用電力系統７から供給された交流電力を直流電力に変換し、電気自動車１に搭載されたリチウム電池１ａおよび住宅３に設けられた定置蓄電池６に対して充電を行い、リチウム電池１ａおよび定置蓄電池６に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、住宅３内に供給する放電を行う充放電回路２ａ、充放電回路２ａの接続先をリチウム電池１ａまたは定置蓄電池６に切り換える切り換えスイッチ２ｄと、充放電回路２ａの充電動作および放電動作を制御し、切り換えスイッチ２ｄの接続先を制御して、充電動作ではリチウム電池１ａを優先的に充電し、放電動作では定置蓄電池６から優先的に放電する制御回路２ｂと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、充放電装置に関する。

災害後、速やかに電気自動車が使用できるように、緊急災害速報を受信した場合は電気自動車への充電を行い、災害が発生して系統電力が使用できない場合は、電気自動車、住宅の蓄電池、太陽光発電等の電力を使用する充放電装置の技術が、下記特許文献１において開示されている。

特開２０１３−９４８８号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、系統電力が使用できないときに電気自動車の蓄電池に蓄えられた電力を使用する場合、また、電力量料金の安い夜間電力を電気自動車の蓄電池に蓄えて昼間に使用する場合、いずれの場合も、電気自動車の蓄電池に蓄えられた電力を使用してしまうと、電気自動車が使えなくなる場合がある、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電気自動車の蓄電池の電力使用量を抑え、電気自動車の利便性を向上可能な充放電装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外部から供給された交流電力を直流電力に変換し、電気自動車に搭載された電気自動車蓄電池および住宅に設けられた定置蓄電池に対して充電を行い、前記電気自動車蓄電池および前記定置蓄電池に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、住宅内に供給する放電を行う充放電回路と、前記充放電回路の接続先を前記電気自動車蓄電池または前記定置蓄電池に切り換える切り換えスイッチと、前記充放電回路の充電動作および放電動作を制御し、前記切り換えスイッチの接続先を制御して、前記充電動作では前記電気自動車蓄電池を優先的に充電し、前記放電動作では前記定置蓄電池から優先的に放電する制御回路と、を備える。

本発明によれば、電気自動車の蓄電池の電力使用量を抑え、電気自動車の利便性を向上できる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１の充放電装置の構成例を示す図である。図２は、実施の形態３の充放電装置の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる充放電装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態の充放電装置２の構成例を示す図である。充放電装置２は、電力の授受を行うパワー用の電力線４および情報の授受を行う信号線５を介して電気自動車１と接続している。また、充放電装置２は、住宅３に設置された蓄電池である定置蓄電池６と接続している。また、充放電装置２は、住宅３と接続し、住宅３を介して商用電力系統７から交流電力の供給を受けることができる。なお、図１に示すように、定置蓄電池６については、住宅３の内部ではなく、外部に設置してもよい。

電気自動車１は、動力源となる蓄電池であるリチウム電池１ａと、充放電装置２と電気自動車１との間で、各種情報の通信を行う情報通信装置１ｂと、を備える。

住宅３は、充放電装置２の操作パネル２ｅと、住宅３と商用電力系統７とを切り離すスイッチ２ｆと、住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄと、を備える。

充放電装置２は、充放電回路２ａと、制御回路２ｂと、制御電源生成回路２ｃと、切り換えスイッチ２ｄと、を備える。

充放電回路２ａは、電気自動車１のリチウム電池１ａおよび定置蓄電池６との間で充電、放電を行う双方向コンバータである。充放電回路２ａは、商用電力系統７の交流電力を直流電力に変換して、電気自動車１のリチウム電池１ａ、定置蓄電池６を充電し、また、電気自動車１のリチウム電池１ａ、定置蓄電池６の直流電力を交流電力に変換して、住宅３内の住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄに交流電力を供給することで放電を行う。

制御回路２ｂは、充放電装置２の動作を制御する。制御回路２ｂは、スイッチ２ｆの商用電力系統７側の電圧を検出する。検出電圧が、商用電力系統７の正常な交流電圧および周波数の範囲、例えば、交流電圧２００Ｖ±２０Ｖ、周波数５０Ｈｚ±２．５Ｈｚの場合、制御回路２ｂは、スイッチ２ｆをオンにして住宅３と商用電力系統７とを接続し、住宅３内の冷蔵庫、エアコン、テレビ等の住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄを商用電力系統７の電力で動作させる。また、制御回路２ｂは、電気自動車１から信号線５を介してリチウム電池１ａの残容量の情報を受信する。リチウム電池１ａが満容量でない場合、制御回路２ｂは、切り換えスイッチ２ｄを制御して充放電装置２と電気自動車１とを接続する。制御回路２ｂは、充放電回路２ａを充電モードで動作させて、商用電力系統７からの交流電力を直流電力に変換させ、電気自動車１のリチウム電池１ａを充電する。

電気自動車１のリチウム電池１ａが満充電となった場合、制御回路２ｂは、切り換えスイッチ２ｄを制御して充放電装置２と定置蓄電池６とを接続する。制御回路２ｂは、定置蓄電池６の充電電圧および充電電流をモニタし、充電電圧が規定された電圧値以上、かつ、充電電流が規定された電流値以下となる満充電判定まで定置蓄電池６を充電する。

停電となって商用電力系統７からの給電が停止した場合、充放電装置２では、制御回路２ｂは、操作パネル２ｅに停電になったことを表示する。停電時に使用者が在宅しており、使用者によって住宅３内への電力供給指示が操作パネル２ｅで行われた場合、制御回路２ｂは、スイッチ２ｆを開放して住宅３を商用電力系統７から切り離すとともに、切り換えスイッチ２ｄを制御して充放電装置２と定置蓄電池６とを接続する。制御回路２ｂは、定置蓄電池６に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して住宅３に供給するため、充放電回路２ａを放電モードで動作させる。これにより、充放電装置２は、停電の場合に、定置蓄電池６に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して住宅３内に供給し、住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄを動作させることができる。

定置蓄電池６の電圧が規定された電圧値以下となり、電池容量が残り少ないと判定した場合、制御回路２ｂは、充放電回路２ａの放電動作を停止して住宅３への電力供給を停止する。このとき、制御回路２ｂは、信号線５を介して得た情報から、電気自動車１が接続され、かつ、リチウム電池１ａに住宅３内に供給できるだけの残容量がある場合、切り換えスイッチ２ｄを制御して充放電装置２と電気自動車１とを接続する。制御回路２ｂは、電気自動車１のリチウム電池１ａに蓄えられた直流電力を交流電力に変換して住宅３に供給するため、充放電回路２ａを放電モードで動作させる。これにより、充放電装置２は、電気自動車１のリチウム電池１ａに蓄えられた直流電力を交流電力に変換して住宅３内に供給し、住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄを動作させることができる。このとき、制御回路２ｂは、操作パネル２ｅに、電気自動車１のリチウム電池１ａを放電中であることを表示して使用者に知らせる。

スイッチ２ｆの商用電力系統７側の検出電圧が正常な電圧および周波数の範囲となった場合、制御回路２ｂは、停電が復旧したと判定し、充放電回路２ａの放電動作を停止させるとともに、スイッチ２ｆをオンさせて商用電力系統７から住宅３に電力を供給する。また、制御回路２ｂは、切り換えスイッチ２ｄを制御して充放電装置２と電気自動車１とを接続する。制御回路２ｂは、充放電回路２ａを充電モードで動作させて電気自動車１のリチウム電池１ａを充電する。リチウム電池１ａの満充電後、制御回路２ｂは、切り換えスイッチ２ｄを制御して充放電装置２と定置蓄電池６とを接続する。制御回路２ｂは、充放電回路２ａを充電モードで動作させて定置蓄電池６を充電する。

なお、充放電装置２を動作させるための制御電源は、制御電源生成回路２ｃが、定置蓄電池６または電気自動車１のリチウム電池１ａの電力から生成する。これにより、充放電装置２では、停電時においても動作することができる。なお、制御電源生成回路２ｃは、商用電力系統７から正常に電力が供給されている場合、商用電力系統７の電力から制御電源を生成してもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、充放電装置２は、停電時は定置蓄電池６から放電を行い、定置蓄電池６の電力が放電可能な残容量以下になった場合に、次に、電気自動車１のリチウム電池１ａから放電を行う。また、充放電装置２は、停電復旧後、電気自動車１のリチウム電池１ａの充電を行い、電気自動車１のリチウム電池１ａの満充電後、次に、定置蓄電池６の充電を行う。充放電装置２は、各蓄電池に対して優先順位を付けて充放電を行うこととした。これにより、商用電力系統７からの電力供給のない停電時において、リチウム電池１ａの容量低下を最小限に抑えることができ、移動手段という電気自動車１の利便性を向上することができる。

なお、定置蓄電池６と電気自動車１のリチウム電池１ａを同時に充電する方法も考えられるが、商用電力系統７の容量には制限があるため、この場合、リチウム電池１ａを充電する電力が減って充電に時間がかかることになる。

また、電気自動車１のリチウム電池１ａの充放電と定置蓄電池６の充放電を１つの充放電回路２ａで行うことで、充放電装置２は、低コスト、かつ、小形で構成できる。

また、充放電回路については、１つで構成する場合に限定するものではない。例えば、充放電装置２は、電気自動車１のリチウム電池１ａ用の第１の充放電回路、定置蓄電池６用の第２の充放電回路を備え、制御回路２ｂが各充放電回路の充放電動作を制御してもよい。この場合、切り換えスイッチ２ｄの構成は不要となる。２つの充放電回路を備える場合、充放電装置２では、１つの充放電回路２ａの場合と比較して、高コスト、大形になるが、各蓄電池の優先順位に基づいて充放電を行うことは可能である。以降の実施の形態についても同様である。

また、電気自動車１のリチウム電池１ａおよび定置蓄電池６の２つの蓄電池を用いる場合について説明したが、３つ以上の蓄電池を用いることも可能である。この場合、切り換えスイッチ２ｄは、各蓄電池へ接続先を切り替え可能な構成とする。制御回路２ｂでは、各蓄電池に対して優先順位を付けて充放電を行うことができる。前述のように、蓄電池毎に充放電回路を有する場合にも適用可能である。

実施の形態２．
本実施の形態の充放電装置２の構成は、図１に示す実施の形態１と同様のため、説明を省略する。充放電装置２では、制御回路２ｂは、電力量料金が安い夜間時間帯において、充放電回路２ａと切り換えスイッチ２ｄを動作させて、まず、電気自動車１のリチウム電池１ａを満充電にし、次に定置蓄電池６を満充電にする。

制御回路２ｂは、電力量料金が割高となる昼間において、充放電回路２ａと切り換えスイッチ２ｄを動作させて、まず、定置蓄電池６の直流電力を交流電力に変換して住宅３に交流電力を供給し、定置蓄電池６の電力が放電可能な残容量以下になった場合に、次に電気自動車１のリチウム電池１ａの直流電力を交流電力に変換して住宅３に交流電力を供給する。

制御回路２ｂは、電力量料金が安い夜間時間帯で充電した電力を昼間に使用することで、商用電力系統７からの買電電力を抑制する。このように充放電装置２が動作することで、住宅３で使用する電気量料金を抑えることができる。

このように、充放電装置２では、電力量料金が安い夜間時間帯の電力を昼間の時間帯に利用する場合、定置蓄電池６、電気自動車１のリチウム電池１ａの順番で放電を行い、各蓄電池の直流電力を交流電力に変換して住宅３に交流電力を供給する。また、充放電装置２は、電気自動車１のリチウム電池１ａ、定置蓄電池６の順番で充電を行う。これにより、電力量料金が安い夜間時間帯の電力を利用しつつ、リチウム電池１ａの容量低下を最小限に抑えることができ、移動手段という電気自動車１の利便性を向上することができる。

実施の形態３．
図２は、本実施の形態の充放電装置２の構成例を示す図である。図１に示す実施の形態１，２の構成に対して、住宅３に、太陽光発電を行う太陽電池８、および太陽電池８の直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ９を追加したものである。その他の構成は図１に示す実施の形態１，２と同様のため説明を省略する。

制御回路２ｂは、スイッチ２ｆから商用電力系統７へ流れ出す電流をモニタし、電流が規定された電流値以上の場合、太陽光発電により余剰電力が発生していると判定する。このとき、制御回路２ｂは、充放電回路２ａと切り換えスイッチ２ｄを動作させて、まず、電気自動車１のリチウム電池１ａを満充電にし、次に定置蓄電池６を満充電にする。

制御回路２ｂは、商用電力系統７から住宅３内に流れ込む電流が規定された電流値以上になると、まず、定置蓄電池６の直流電力を交流電力に変換して住宅３に交流電力を供給し、定置蓄電池６の電力が放電可能な残容量以下になった場合に、次に電気自動車１のリチウム電池１ａの直流電力を交流電力に変換して住宅３に交流電力を供給する。

充放電装置２では、太陽光発電で生じた余剰電力で電気自動車１のリチウム電池１ａ、定置蓄電池６を充電し、太陽光発電量が少なくなると定置蓄電池６、電気自動車１のリチウム電池１ａの直流電力を交流電力に変換して住宅３に供給することで、買電電力を抑制することができる。

このように、充放電装置２では、太陽光発電を行っている場合、定置蓄電池６、電気自動車１のリチウム電池１ａの順番で放電を行い、各蓄電池の直流電力を交流電力に変換して住宅３に交流電力を供給する。また、充放電装置２は、電気自動車１のリチウム電池１ａ、定置蓄電池６の順番で充電を行う。これにより、太陽光発電で生じた余剰電力を利用しつつ、リチウム電池１ａの容量低下を最小限に抑えることができ、移動手段という電気自動車１の利便性を向上することができる。

実施の形態４．
本実施の形態の充放電装置２の構成は、図１に示す実施の形態１と同様のため、説明を省略する。実施の形態１では、電気自動車１のリチウム電池１ａを優先的に充電し、定置蓄電池６から優先的に放電しているが、優先順位はこれに限定するものではなく、充電の優先順位と放電の優先順位を使用者が選択できるようにしてもよい。この場合、充放電装置２は、操作パネル２ｅから、使用者の選択による充電の優先順位と放電の優先順位を受け付ける。

例えば、電気自動車１のリチウム電池１ａは満充電ではないが、近くの勤務先までの走行距離なので十分足りる、一方、電気自動車１が使用中に定置蓄電池６を使うので今のうちに定置蓄電池６を充電しておきたい、といったケースの場合、定置蓄電池６から充電する必要がある。このようなケースに対応できるように、充放電装置２では、使用者の設定により充放電の優先順位を変更可能とすることで、更に利便性が向上する。

以上のように、本発明にかかる充放電装置は、電気自動車の蓄電池の充放電に有用であり、特に、住宅に定置蓄電池が設置されている場合に適している。

１電気自動車、１ａリチウム電池、１ｂ情報通信装置、２充放電装置、２ａ充放電回路、２ｂ制御回路、２ｃ制御電源生成回路、２ｄ切り換えスイッチ、２ｅ操作パネル、２ｆスイッチ、３住宅、３ａ〜３ｄ住宅内各種家電機器、４電力線、５信号線、６定置蓄電池、７商用電力系統、８太陽電池、９パワーコンディショナ。

Claims

外部から供給された交流電力を直流電力に変換し、電気自動車に搭載された電気自動車蓄電池および住宅に設けられた定置蓄電池に対して充電を行い、前記電気自動車蓄電池および前記定置蓄電池に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、住宅内に供給する放電を行う充放電回路と、
前記充放電回路の接続先を前記電気自動車蓄電池または前記定置蓄電池に切り換える切り換えスイッチと、
前記充放電回路の充電動作および放電動作を制御し、前記切り換えスイッチの接続先を制御して、前記充電動作では前記電気自動車蓄電池を優先的に充電し、前記放電動作では前記定置蓄電池から優先的に放電する制御回路と、
を備える充放電装置。
外部から供給された交流電力を直流電力に変換し、電気自動車に搭載された電気自動車蓄電池に対して充電を行い、前記電気自動車蓄電池に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、住宅内に供給する放電を行う第１の充放電回路と、
外部から供給された交流電力を直流電力に変換し、住宅に設けられた定置蓄電池に対して充電を行い、前記定置蓄電池に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、住宅内に供給する放電を行う第２の充放電回路と、
前記第１の充放電回路、第２の充放電回路の充電動作および放電動作を制御して、前記充電動作では前記電気自動車蓄電池を優先的に充電し、前記放電動作では前記定置蓄電池から優先的に放電する制御回路と、
を備える充放電装置。
前記電気自動車蓄電池および前記定置蓄電池に蓄えられた直流電力を用いて、前記充放電装置が備える各構成の駆動用の電源を生成可能な制御電源生成回路、
を備える請求項１または２に記載の充放電装置。