JP7387296B2 - 車両充電システム - Google Patents

Description

本発明は車両充電システムに関し、詳しくデマンド制御に対応しつつ複数の車両の充電を同時に実施できる車両充電システムに関する。

ＥＶやＰＨＶ等の複数の車両を同時に充電する車両充電システムとして、例えば特許文献１の充電システムが知られている。特許文献１では、複数の充電器（充電スタンド）に接続された車両に対して、車両の充電量や車種、電池容量を加味して優先順位を設定し、優先順位に従い個々に充電が成された。また、全体の充電電力の最大電力量が設定されて、この最大電力量を超えないよう制御を実施した。

特開２０１３－８５４４０号公報

上記特許文献１の車両充電システムは、複数の条件を基に充電の優先度が設定されたため、個々の車両の充電を効率良く実施できた。
しかしながら、全体を制御する１つの制御部が個々の充電スタンドを制御するため、高性能な制御部が必要であった。また、充電器の台数に拡張性が無く、充電スタンドの増設に際しては充電システム全体の変更が必要であった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、全体を一括制御することなく、充電器に設けた制御部が個々に充電器の充電電流を制御することで、充電器の増減に対応し易くし、且つ全体の充電電流も制御できる車両充電システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、車両を充電するための複数の充電器と、充電器の充電電流を制御する充電制御部とを有する車両充電システムであって、充電制御部は、商用電力からの受電電力を計測する電力量計から受電電力情報を入手して所定の基準値と比較し、その差分情報を出力する制御親機と、充電器のそれぞれに設置されて、個々に充電器の充電電流を制御する制御子機とを有し、制御子機は、制御親機が出力した差分情報を基に、商用電力からの受電電力が基準値を超えないよう充電電流を制御すると共に、制御を一定時間待機させるための待機時間を記憶する子機記憶部を有し、充電している車両の充電量が所定の閾値に達した状態で、受電電力が基準値に達していないとする差分情報を制御親機から受信したら、待機時間の経過を待って充電電流を増加させることを特徴とする。
この構成によれば、制御子機は受電電力が基準値を超えないように制御するため、基準値を例えば最大デマンド値或いはそれより小さい電力値に設定すれば、全体を制御する中央制御部を持たなくてもデマンド制御も実施できる。そして、制御親機は受電電力の基準値に対する差分情報を出力するだけで良いため、充電器の設置数を変更する際に制御親機の設定を変更する必要が無く、容易に充電器の増減を実施できる。

加えて、充電電流が閾値に達している車両に対しては、一定時間（待機時間）が経過するまでは電流を増加しない。そのため、充電量が閾値に達していない車両に対しては、その待機時間を利用して充電電力を振り分けて増やすことができ、それぞれの充電器の充電電流を独立に制御しても、個々の充電器に接続された車両に対してバランスの良い充電を実施できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、制御親機及び制御子機は無線通信部を備え、制御子機は、制御親機と無線通信して差分情報を入手することを特徴とする。
この構成によれば、制御親機と制御子機との間は無線通信するため、両者の間に信号線を配設する必要が無く、システムの施工性が良い。

本発明によれば、制御子機は受電電力が基準値を超えないように制御するため、全体を制御する中央制御部を持たなくてもデマンド制御を実施できる。そして、制御親機は受電電力の基準値に対する差分情報を出力するだけで良いため、充電器の設置数を変更する際に制御親機の設定を変更する必要が無く、容易に充電器の増減を実施できる。

本発明に係る車両充電システムの一例を示す概略構成図である。 制御親機のブロック図である。 制御子機のブロック図である。 充電制御の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る車両充電システムの一例を示す構成図であり、スマートメータ（電力量計）１０から商用電力Ｐの受電電力情報を入手する制御親機１と、制御親機１と通信して充電器２の充電電流を制御する制御子機３とを有し、充電器２に車両４から延びた充電ケーブルＬ１が接続された状態を示している。制御子機３は充電器２毎に設置されている。

尚、５（５ａ，５ｂ）は高圧で受電した電力を低圧電力に変換する降圧変圧器、６は三相電力が供給される空調機等の負荷、７は単相１００／２００Ｖが供給される照明等の負荷を示している。５ａは三相変圧器、５ｂは単相変圧器であり、各充電器２には単相変圧器５ｂが出力する単相２００Ｖの電力が供給される構成を示している。

図２は制御親機１のブロック図を示している。図２に示すように、制御親機１はスマートメータ１０から受電電力情報を入手する親機計測部１１、基準値等を記憶する親機記憶部１２、制御親機１を制御する親機ＣＰＵ１３、制御子機３と無線通信する親機通信部１４等を備えている。スマートメータ１０とは通信線Ｌ２を介して接続されている。

図３は制御子機３のブロック図を示している。図３に示すように、制御子機３は制御親機１と無線通信する子機通信部３１、充電量の閾値、後述する持続時間、待機時間等を記憶する子機記憶部３２、制御子機３を制御する子機ＣＰＵ３３、充電器２に制御信号を出力する充電器制御部３４等を備えている。充電器２とは伝送線Ｌ３を介して接続されている。
尚、制御子機３と充電器２とは一体に形成しても良い。また、制御親機１及び制御子機３は、個々に単相電力が電源として供給される。

ここで、親機記憶部１２に記憶される基準値を説明する。基準値は、最大デマンド値に対して例えば１０％ほど小さい値で設定された値（電力値）であり、以下のような背景から設定される。
電気料金の基本料金には、過去１年間(当月と前１１ヶ月)のデマンド値（３０分毎の平均使用電力の１ヶ月間最大値）の最大値（最大デマンド値）が適用されるため、１ヶ月のうちで一度でも過去１１ヶ月のデマンド値より大きなデマンド値が計測されると、その値を基準に以降一年間の電気料金の基本料金が決定されることになる。つまり、電気料金の抑制或いは削減には、最大デマンド値を抑える制御（デマンド制御）を行うことが有効になる。そのために最大デマンド値を超えない数値で設定された基準値が使用される。この基準値は需要家により設定される。

このように構成された車両充電システムの充電制御は、以下のように実施される。
まず、制御親機１がスマートメータ１０から受電電力の情報を入手して、逸脱情報（差分情報）を例えば１秒間隔等一定の間隔で各制御子機３に通知する。
逸脱情報は、基準値に対して現在の受電電力がどういう値であるか（受電電力から算出した３０分間の電力量の予想値がどういう値であるか）示す情報であり、基準値以上か未満かで制御は大きく変化する。親機ＣＰＵ１３は、現在の受電電力がほぼ基準値である場合は逸脱情報として「０」の情報を親機通信部１４から出力し、基準値を超えている場合は「プラス」の情報を出力する。更に、基準値に達していない場合は「マイナス」の情報を各制御子機３に出力する。
尚、受電電力がほぼ基準値とは、例えば基準値に対して受電電力の値が２％差以内の場合を言う。

制御親機１から逸脱情報を受信した個々の制御子機３は次のような制御を実施する。
図４は、制御子機３の子機ＣＰＵ３３が行う電流制御の流れを示すフローチャートを示し、このフローを参照して説明する。この制御は逸脱情報を受信する毎に実施され、逸脱情報を受信（Ｓ１）すると、まず充電量の状態を判断し（Ｓ２）、充電を開始してからの充電量が一定値（閾値）に達したかどうかで異なる制御を実施する。
充電量が予め設定された閾値に達していなければＳ３に進み、達していたらＳ７に進む。

充電が閾値に達していない状態（Ｓ２でＮＯ）で逸脱情報がマイナス、即ち受電電力が基準値に達しておらず（Ｓ３でＮＯ）充電電流を増加可能な場合は、増加電流を次式（式１）で算出し、充電電流を増加させる（Ｓ６）。尚、充電電流には最大値が設定されており、最大値に達している場合はそれ以上増加しない。
増加電流＝最大電流値（Ａ）×充電量（Ｗｈ）／閾値（Ｗｈ） ・・・（式１）

逸脱情報がゼロ、即ちほぼ受電電力が基準値である場合（Ｓ４でＹＥＳ）は、充電電流を変更しない信号を充電器２に出力（Ｓ１４）して終了する。
逸脱情報がプラス、即ち受電電力が基準値を超えて（Ｓ４でＮＯ）、充電電流を減らすよう制御しなければならない場合は、削減電流を次式（式２）で算出し、充電電流を削減する（Ｓ５）。尚、充電電流には最小値が設定されており、最小値に達している場合はそれ以上削減しない。
削減電流＝最大電流値（Ａ）×（閾値（Ｗｈ）－充電量（Ｗｈ））／閾値（Ｗｈ）
・・・（式２）
こうして設定された新しい電流値が充電器２に通知（Ｓ１４）され、充電器２は受けた通知に従い充電電流を変更する。

一方、逸脱情報を受信した段階で、閾値以上に充電が進んでいる場合（Ｓ２でＹＥＳ）は以下のように制御する。
逸脱情報がマイナス、即ち受電電力が基準値に達していなければ（Ｓ７でＮＯ）、子機記憶部３２に記憶している持続時間を読み取り、持続時間が６０秒等の設定された待機時間に達していなければ（Ｓ８でＮＯ）、持続時間を１単位（逸脱情報を受信する時間間隔）加算して（Ｓ１０）保存し、電流を変更しない信号を充電器２に出力（Ｓ１４）して終了する。
そして、持続時間が待機時間に達していたら（Ｓ８でＹＥＳ）、現在の電流に最小増加電流を追加する（Ｓ９）信号を充電器２に出力（Ｓ１４）して終了する。

この制御により、充電電流が閾値に達している車両は、設定されている待機時間が経過するまでは充電電流の増加を停止するため、充電量が閾値に達していない車両があれば、この待機時間を利用して充電電流を増加させて充電を進めることが可能となり、充電器２を一括管理する制御部を持たなくてもバランスの取れた電流制御ができる。

また、逸脱情報がゼロ或いはプラス、即ち受電電力が基準値以上であったら（Ｓ７でＹＥＳ）、以下の制御が行われる。逸脱情報がゼロ、即ち受電電力がほぼ基準値である場合（Ｓ１１でＹＥＳ）は、記憶している持続時間をリセット（Ｓ１３）してゼロにし、電流を変更しない信号を充電器２に出力（Ｓ１４）して終了する。
逸脱情報がプラス、即ち受電電力が基準値を超えている場合（Ｓ１１でＮＯ）は、充電電流をゼロにすると共に、記憶している持続時間を０にリセットする（Ｓ１３）。結果、充電電流を０にする信号を充電器２に出力して終了する。

この制御により、受電電力が基準値を超えている場合は、待機時間にかかわらず閾値以上に充電が進んでいる車両の充電を停止するためデマンド制御を行うことができる。また、待機時間のカウントはリセットされるため、十分な待機時間（持続時間）を設定でき、その間に充電量が閾値に達していない車両の充電を継続することができる。よって、充電電流の振り分けをバランスよく実施できる。

このように、制御子機３は受電電力が基準値を超えないように制御するため、全体を制御する中央制御部を持たなくてもデマンド制御も実施できる。そして、制御親機１は受電電力の基準値に対する差分情報を出力するだけで良いため、充電器２の設置数を変更する際に制御親機１の設定を変更する必要が無く、充電器２の増減がし易い。
また、それぞれの充電器２の充電電流を独立に制御しても、個々の充電器２に接続された車両に対してバランスの良い充電を実施できる。
更に、制御親機１と制御子機３との間は無線通信するため、両者の間に信号線を配設する必要が無く、システムの施工性が良い。

尚、上記実施形態では、制御親機１と制御子機３との間の通信を無線で実施しているが、有線接続しても良い。

１・・制御親機（充電制御部）、２・・充電器、３・・制御子機（充電制御部）、４・・車両、１０・・電力量計、１１・・親機計測部、１４・・親機通信部（無線通信部）、１２・・親機記憶部、３１・・子機通信部（無線通信部）、３２・・子機記憶部。

Claims (2)

1. 車両を充電するための複数の充電器と、前記充電器の充電電流を制御する充電制御部とを有する車両充電システムであって、
   前記充電制御部は、商用電力からの受電電力を計測する電力量計から受電電力情報を入手して所定の基準値と比較し、その差分情報を出力する制御親機と、
   前記充電器のそれぞれに設置されて、個々に前記充電器の充電電流を制御する制御子機とを有し、
   前記制御子機は、前記制御親機が出力した前記差分情報を基に、商用電力からの受電電力が前記基準値を超えないよう充電電流を制御すると共に、
   制御を一定時間待機させるための待機時間を記憶する子機記憶部を有し、
   充電している車両の充電量が所定の閾値に達した状態で、受電電力が前記基準値に達していないとする前記差分情報を前記制御親機から受信したら、前記待機時間の経過を待って充電電流を増加させることを特徴とする車両充電システム。
2. 前記制御親機及び前記制御子機は無線通信部を備え、
   前記制御子機は、前記制御親機と無線通信して前記差分情報を入手することを特徴とする請求項１記載の車両充電システム。

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