JP2015173592A

JP2015173592A - 分電盤装置

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Publication number: JP2015173592A
Application number: JP2015081824A
Authority: JP
Inventors: 松田　光弘; Mitsuhiro Matsuda; 光弘松田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2015-10-01
Also published as: JP2012125091A

Abstract

【課題】家庭内の商用電源を用いて電気自動車などの大容量蓄電池へ充電する場合の不具合の解消を図る。【解決手段】予め使用する電力の上限値として使用許容電流値が設定されている分電盤１００からの電流が供給されるものであって、使用許容電流値以下の電流を少なくとも家庭設置の電気機器（負荷）２００、３００、４００、５００への供給電流とＰＨＶ／ＥＶ６３の蓄電池への充電電流とに振り分けるコントローラ１６において、ＰＨＶ／ＥＶ６３の蓄電池へ充電電流は、家庭設置の電気機器２００、３００、４００、５００への供給電流を優先する家庭内給電優先モードと、ＰＨＶ／ＥＶ６３の蓄電池への充電電流を優先する充電優先モードとに選択可能であり、充電優先モードによる充電動作の場合には、ＰＨＶ／ＥＶ６３の蓄電池への充電電流が増加するように、家庭設置の電気機器２００、３００、４００、５００への供給電流を削減制御する。【選択図】図２

Description

この発明の実施形態は、電気自動車などの大容量蓄電池への充電器の給電制御に係り、特に商用電源から充電器に給電制御を行う分電盤装置に関する。

従来の住宅用途の大容量充電器給電用の制御装置では、商用電源からプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）や電気自動車（ＥＶ）などの車両蓄電池に充電器から充電する際に、ブレーカを作動させることなく充電が行われている。（例えば、特許文献１）

特開２０１０−１６６７６８公報

上記した特許文献１の技術は、ブレーカを介して供給される総電流値に基づき、ブレーカの作動が予測される場合に充電処理による充電電流を可変に調整する充電電流調整を行うことにより、ブレーカを作動させることなく充電が行われるものである。

しかしながら、一般に家庭の電力会社との電力使用量契約は、せいぜい４０〜６０アンペア程度である。ＰＨＶやＥＶの走行駆動力を発生するモータに供給される電力を蓄える例えばリチウムイオン電池に充電する容量と時間は、１００Ｖの場合１５Ａで１４時間、２００Ｖの場合１０Ａで７時間程度であり、充電電流は高く、充電時間は長いことになってしまう。家庭内の電流消費が高い時間帯にＰＨＶやＥＶに充電するとなると、電子レンジやエアコンなどの電流消費が高い製品は使用できなくなってしまう。この時間帯のＰＨＶやＥＶへの充電を避け、電流消費が低減する深夜時刻以降に充電を開始すると、必要な
時間までに満充電できない、という問題があった。

この発明の目的は、家庭内の商用電源を用いて電気自動車などの大容量蓄電池へ充電する場合における不具合を解消することのできる分電盤装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明の分電盤装置に係る一実施形態は、家庭内で必要とする電流消費を最優先にすることにより、ＰＨＶ／ＥＶの充電時に普段使用している電気器具の電源を切るといった不便を回避しながら、余った許容電流内での最大電流でＰＨＶ／ＥＶへの充電を行うことにより、ＰＨＶ／ＥＶへの充電時間も最短時間で充電するようにした。

また、この発明の分電盤装置に係る他の実施形態は、使用者の電子機器の使用状態に応じて、緊急充電、充電完了時刻優先、家庭内での使用負荷に応じて家庭内給電か充電を適宜優先させ、最低限の主幹ブレーカまたは契約容量であった場合でも、その範囲内で最大限の充電と家庭内給電を行うようにした。

この発明の実施形態によれば、家庭内で必要とする電流消費を優先しながら、ＰＨＶ／ＥＶなどの大容量蓄電池への時間内の充電が可能となる。

この発明の分電盤装置に関する第１の実施形態の概念的な説明をするための模式図である。図１の電気的な構成図である。この発明の作用について説明するための説明図である。この発明の分電盤装置に関する第２の実施形態について説明するための説明図である。この発明の分電盤装置に関する第３の実施形態について説明するための説明図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１、図２は、この発明の分電盤装置に関する第１の実施形態について説明するための、図１は概念的な説明を行うための模式図、図２は回路構成図である。

図１および図２において、使用量を監視する機能を有する分電盤１００は、例えば電源ラインＬ１，Ｌ２および中性線Ｎの電路１１で構成される単相３線の商用電源ＡＣに接続される。分電盤１００は、商用電源ＡＣに直接接続される主幹ブレーカ１２と、主幹ブレーカ１２に接続される分岐ブレーカ１３１，１３２，１３３…１３ｎを有する。主幹ブレーカ１２出力側には電流センサ１４１、１４２が介挿接続される。

分岐ブレーカ１３１，１３２，１３３…１３ｎの出力は、ＰＨＶ／ＥＶ用コントローラ１６に供給される。コントローラ１６では、商用電源ＡＣに接続されるＰＨＶやＥＶの蓄電池に効率的に充電を促す制御が行われる。また、コントローラ１６は、情報端末機１７の設定により、複数の運転モードに設定可能で、例えば電化製品などを使用しながら、場合によっては電化製品の使用を抑制するピークカットなどを行い、大消費電流の蓄電池への充電をストレスなく充電制御する機能を備える。

情報端末機１７は、ＰＨＶ／ＥＶ６３の充電に合わせて電化製品などを制御する場合に、コントローラ１６の機器制御端子およびＨＡ端子に接続されたＰＨＶ／ＥＶや電化製品に対し、各種のモード設定や設定内容を確認できる表示器や警報音を発する機能などを備えている。

コントローラ１６の制御出力は、例えばエアコン２１、照明２２などの電化製品から構成される第１負荷２００に、例えば炊飯器３１、床暖房３２などの電化製品から構成される第２負荷３００に、例えば電磁調理器４１、電子レンジ４２などの電化製品から構成される第３負荷４００にそれぞれ供給される。

分岐ブレーカ１３１の出力は、電磁開閉器５１、電流センサ５２を介して電気給湯器５３に電力を供給する。分岐ブレーカ１３１と電気給湯器５３は第４負荷５００を構成する。電流センサ５２と電気給湯器５３はコンセント５４で接続される。電磁開閉器５１は、コントローラ１６からの制御信号により開閉制御される。

また、分岐ブレーカ１３２の出力は、電磁開閉器６１、電流センサ６２を介してＰＨＶ／ＥＶ６３の蓄電池に電力を供給する。分岐ブレーカ１３２とＰＨＶ／ＥＶ６３は、第５負荷６００を構成する。電流センサ６２とＰＨＶ／ＥＶ６３はコンセント６４で接続される。電磁開閉器６１は、コントローラ１６からの制御信号により開閉制御される。

なお、当然のことながら、電子レンジやエアコンなどの商用電源との接続もコンセントを介して行われるが、ここでは図示と説明は省略する。また、結線状態の図示と説明は省略したが、実際には複数の分岐ブレーカを使い、製品の電力量を勘案しながら、より細かな括りに分岐ブレーカを振り分け、特定のブレーカが作動しないように分配されている。

次に、図３のフローチャートも参照しながら、図２の構成による第１実施形態の作用について説明する。

先ず、コントローラ１６は、主幹ブレーカ１２に流れる電流を電流センサ１４１，１４２で検出し、現在の家庭内の消費電流値Ｉａを算出する（ステップＳ１）。予め記憶された電力会社との電力使用契約の許容電流値ＩｂからステップＳ１で算出された消費電流値Ｉａを差し引いた電流値Ｉｃを算出する（ステップＳ２）。

ステップＳ２において、求められた電流値Ｉｃが、許容電流値Ｉｂをオーバーさせる、すなわち、その時点の消費電流値Ｉａが許容電流値Ｉｂより小さいかを判断し（ステップＳ３）、許容電流値Ｉｂを越えた場合は、ＰＨＶ／ＥＶ用の電磁開閉器６１を開け、ＰＨＶ／ＥＶ６３は非充電とし家庭内給電とする（ステップＳ４）。ステップＳ３において、許容電流値Ｉｂを越えていないと判断した場合は、電磁開閉器６１を閉じて許容電流値Ｉｂから消費電流値Ｉａを差し引いた電流値ＩｃでＰＨＶ／ＥＶ６３に充電を行う（ステップＳ５）。

このように、主幹ブレーカ１２の許容電流値Ｉｂから現在の家庭内の消費電流値Ｉａを差し引いた残りを、ＰＨＶ／ＥＶ６３の充電器への供給可能電流とする制御を行ったことにより、主幹ブレーカ１２を通過する電流を、主幹ブレーカ１２の許容電流値内に収め、家庭内停電を防止することが可能となる。また、許容電流値Ｉｂ内であり、ＰＨＶ／ＥＶ６３が充電状態にある場合は、許容電流値Ｉｂから消費電流値Ｉａを差し引いた最大の電流値ＩｃでＰＨＶ／ＥＶ６３の充電が可能となる。電流値Ｉｃは情報端末機１７を操作することにより、任意に選択することで充電時間の調整も可能となる。

コントローラ１６は、ＰＨＶ／ＥＶ６３に充電中も、電化製品などのスイッチが切られた場合に、使用されていた電化製品などの消費電流も自動的にＰＨＶ／ＥＶ６３に回す制御を行うことで、より一層満充電時間の短縮化を図ることができる。

この実施形態では、家庭内で必要とする電流消費を優先としたことにより、ＰＨＶ／ＥＶの充電時に普段使用している電化製品の電源を切るといった不便を回避しながら、許容電流値から余った分の最大の電流値でＰＨＶ／ＥＶへの充電ができることから、ＰＨＶ／ＥＶに最短時間で充電することが可能となる。

図４のフローチャートは、この発明の分電盤装置に関する第２の実施形態について説明するための説明図であり、図２の構成図とともに説明する。この実施形態は、充電完了時刻モードと、ＰＨＶ／ＥＶ充電優先モードおよび家庭内給電優先モードを時間帯区分に設定可能とするものである。

図４において、コントローラ１６は、現在の時刻からＰＨＶ／ＥＶ充電優先か家庭内給電優先かを判断する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＰＨＶ／ＥＶ充電優先の時刻の場合は、主幹ブレーカ１２に流れる電流を電流センサ１４１，１４２で検出し、現在の家庭内の消費電流値Ｉａを算出する（ステップＳ２）。予め記憶された電力会社との電力使用契約の許容電流値ＩｂからステップＳ１で算出された消費電流値Ｉａを差し引いた電流値Ｉｃを求め（ステップＳ３）、許容電流値Ｉｂ内にあるかを判断する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、許容電流値Ｉｂ以内でないと判断した場合は第１段として予め定めた第２負荷３００への電力の供給を停止し（ステップＳ５）、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、ステップＳ５において電力の供給を停止したことにより、電流値Ｉｃが必要な電流値かを判断する。ステップＳ６で必要とする電流値Ｉｃでないと判断した場合は、ステップＳ４に戻る。ステップＳ６で緊急充電に可能な電流値と判断した場合は、ステップＳ３で求められた電流値Ｉｃに基づく充電時間を演算し、情報端末機１７に充電完了時刻を表示し（ステップＳ７）、ＰＨＶ／ＥＶ６３に充電を行う（ステップＳ８）。

ステップＳ４において、許容電流値Ｉｂ以内と判断した場合は、許容電流値Ｉｂが緊急充電に十分な電流値Ｉｃかを判断する（ステップＳ９）。ステップＳ９において十分な電流値Ｉｃと判断した場合は、ステップＳ７に進み充電完了時刻を表示し、ＰＨＶ／ＥＶ６３に充電を行う。

ステップＳ９において緊急充電できる電流値Ｉｃではないと判断した場合は、第２段階として予め定めた第３負荷４００への電力供給を停止し（ステップＳ１０）、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、電流値Ｉｃが緊急充電に必要な電流値であると判断した場合、ステップＳ７において充電完了時刻を表示し、ＰＨＶ／ＥＶ６３に充電を行う。ステップＳ１１で十分でないと判断した場合は、指定時刻内に充電できない旨の警報や表示などを用いて使用者に報知する（ステップＳ１２）。

なお、ステップＳ１で家庭内給電優先時刻と判断した場合のコントローラ１６は、電磁開閉器６１を開いてＰＨＶ／ＥＶ６３への電力供給を停止し、家庭内の給電を優先する状態に設定する。

この実施形態では、充電完了時刻を認識できるとともに、時間帯により家庭内給電とＰＨＶ／ＥＶの充電の優先を区別したことで、家庭内給電時間帯におけるＰＨＶ／ＥＶ充電による電化製品使用不可の不都合な状態を解消することができる。

図５のフローチャートは、この発明の分電盤装置に関する第３の実施形態について説明するための説明図であり、図５について図２とともに説明する。この実施形態は、ＰＨＶ／ＥＶの充電完了時刻設定モードと使用の電化製品などの負荷の種類により優先順位付けする優先負荷モードとの複合モードを備えたものである。

図５において、情報端末機１７が充電完了時刻モードとともに、ＰＨＶ／ＥＶ充電優先モードおよび家庭内給電優先モードに設定されると（ステップＳ１）、コントローラ１６は、主幹ブレーカ１２に流れる電流を電流センサ１４１，１４２で検出し、現在の家庭内の消費電流値Ｉａを算出する（ステップＳ２）。予め記憶された電力会社との電力使用契約の許容電流値ＩｂからステップＳ２で求められた消費電流値Ｉａを差し引いた電流値Ｉｃを求め（ステップＳ３）、求められた電流値ＩｃはステップＳ１で設定された時刻内で充電可能かを判断する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、電流値Ｉｃが許容電流値Ｉｂ以内でないと判断した場合は、第１段階として例えば第２負荷３００への電力の供給を停止し（ステップＳ５）、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、ステップＳ５において電力の供給を停止したことにより、電流値Ｉｃが充電完了時刻内の充電が可能かの演算を行い判断する。ステップＳ６で充電完了時刻内とする必要な電流値Ｉｃでないと判断した場合は、ステップＳ４に戻る。ステップＳ６で、充電完了時刻内の電流値Ｉｃと判断した場合はＰＨＶ／ＥＶ６３の充電を開始する（ステップＳ７）。

ステップＳ４において、充電完了時刻内の電流値Ｉｃであると判断するとステップＳ８に進み、ステップＳ８において、電流値Ｉｃで充電完了時刻内の充電が可能かの演算を行い判断する。可能と判断した場合は、ステップＳ７に進みＰＨＶ／ＥＶ６３の充電を開始する。

ステップＳ８において充電完了時刻内の充電を完了できる電流値Ｉｃでないと判断すると、第２段階として例えば第３負荷４００への電力供給を停止し（ステップＳ９）、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、ステップＳ９において第３負荷４００への電力の供給を停止したことにより電流値Ｉｃが上昇し、上昇後の電流値Ｉｃが充電完了時刻内の充電が可能かの演算を行い判断する。ステップＳ１０において充電完了時刻内とする必要な電流値Ｉｃであると判断した場合は、ステップＳ７に進みＰＨＶ／ＥＶ６３の充電を開始する。ステップＳ１０において充電完了時刻内とする必要な電流値Ｉｃでないと判断した場合は、指定の時刻内の充電は完了できない警報や表示などを用いて使用者に報知する（ステップＳ１１）。

なお、ステップＳ１１において、さらに他の電化製品への電力の供給を停止する第３段階の充電時刻内に電流値Ｉｃを確保することも考えられる。ステップＳ１１の報知には、実際に充電が完了する時間の表示や音声によるものが考えられる。また、緊急の場合は充電完了時刻の設定を通常の充電完了時間よりも短い時間に設定することにより充電時間を短くすることもできる。さらに、家庭内の給電が優先時間であっても、情報端末機の操作により充電を優先させることも可能である。

また、負荷である電化製品などの複数種類を一括りとしたが、電化製品などの個別に優先順位を付けて、優先順位に従いＰＨＶ／ＥＶに充電するための消費電流をこまめに調整することもできる。

この実施形態では、使用者の電子機器の使用状態に応じて充電完了時刻優先、家庭内での使用負荷に応じて家庭内給電か充電を適宜優先させるようにした。これにより、最低限の主幹ブレーカまたは契約容量であった場合でも、その範囲内で最大限の充電と家庭内給電を行うことができる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００分電盤
２００第１負荷
３００第２負荷
４００第３負荷
５００第４負荷
６００第５負荷
１２主幹ブレーカ
１３１，１３２分岐ブレーカ
１４１，１４２電流センサ
１６コントローラ
１７情報端末機
６１電磁開閉器
６３ＰＨＶ／ＥＶ

Claims

予め使用する電力の上限値として使用許容電流値が設定されている分電盤からの電流が供給されるものであって、前記使用許容電流値以下の電流を少なくとも家庭設置の電気機器への供給電流とＰＨＶ／ＥＶの蓄電池への充電電流とに振り分けるコントローラにおいて、
前記ＰＨＶ／ＥＶの蓄電池へ充電電流は、前記家庭設置の電気機器への供給電流を優先する家庭内給電優先モードと、前記ＰＨＶ／ＥＶの蓄電池への充電電流を優先する充電優先モードとに選択可能であり、
前記充電優先モードによる充電動作の場合には、前記家庭設置の電気機器への供給電流が削減され、前記ＰＨＶ／ＥＶの蓄電池への充電電流が増加するように前記家庭設置の電気機器への供給電流を制御することを特徴とするコントローラ。
前記蓄電池の充電完了時刻を設定した場合は、設定時刻に充電を完了させる前記電流値を決定づける負荷を調整する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のコントローラ。
前記電流値に基づき、前記蓄電池の充電完了時刻を表示可能としたことを特徴とする請求項２に記載のコントローラ。
前記家庭内給電優先モードまたは前記充電優先モードを、時間帯により設定可能とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一に記載のコントローラ。
予め使用する電力の上限値として使用許容電流値が設定されている分電盤と、
前記分電盤から供給電流が供給される家庭設置の電気機器と、
前記分電盤から充電電流が供給されるＰＨＶ／ＥＶの蓄電池と、
前記家庭設置の電気機器への供給電流を優先する家庭内給電優先モードと、前記ＰＨＶ／ＥＶの蓄電池への充電電流を優先する充電優先モードとに選択可能であり、前記充電優先モードによる充電動作の場合には、前記家庭設置の電気機器への供給電流が削減され、前記ＰＨＶ／ＥＶの蓄電池への充電電流が増加するように前記家庭設置の電気機器への供給電流を制御するコントローラと、
を有することを特徴とする充電システム。
予め使用する電力の上限値として使用許容電流値が設定されている分電盤からの電流が供給されるものであって、前記使用許容電流値以下の電流を少なくとも家庭設置の電気機器への供給電流とＰＨＶ／ＥＶの蓄電池への充電電流とに振り分ける充電方法において、
前記ＰＨＶ／ＥＶの蓄電池へ充電電流は、前記家庭設置の電気機器への供給電流を優先する家庭内給電優先モードと、前記ＰＨＶ／ＥＶの蓄電池への充電電流を優先する充電優先モードとに選択可能であり、
前記充電優先モードによる充電動作の場合には、前記家庭設置の電気機器への供給電流が削減され、前記ＰＨＶ／ＥＶの蓄電池への充電電流が増加するように前記家庭設置の電気機器への供給電流を制御すること
を特徴とする充電方法。