JP2015220782A - 定置型蓄電池装置及び電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】電気自動車が不在の場合であっても、Ｖ２Ｈ用のＥＶＰＳを用いて住宅に電力を供給すること。
【解決手段】定置型蓄電池装置は、蓄電池と、充放電インターフェース部とを備える。充放電インターフェース部は、電気自動車に対する充放電を制御するＥＶＰＳと蓄電池との間のインターフェースとして機能し、ＥＶＰＳとの間で通信される制御信号に従って蓄電池に対する充放電を制御する。その充放電インターフェース部のインターフェースとしての機能は、電動自動車用充放電システムガイドライン Ｖ２Ｈ ＤＣ版で規定されている車両側のインターフェースの機能と同一である。
【選択図】図１

Description

本発明は、定置型蓄電池装置、及び定置型蓄電池装置を備える電力供給システムに関する。

近年、地球温暖化ガスの排出量の削減に寄与する電気自動車（EV: Electric Vehicle）が普及しつつある。また、電気自動車に搭載されている蓄電池を住宅用の電源として活用するというコンセプトも提案されている。そのようなコンセプトは、「Ｖ２Ｈ（Vehicle to Home）」とも呼ばれている。

Ｖ２Ｈでは、ＥＶＰＳ（Electric Vehicle Power System）が、電気自動車と住宅の分電盤との間に介在するように設けられる。電気自動車はこのＥＶＰＳに接続され、ＥＶＰＳは接続された電気自動車に対する充放電を制御する。

非特許文献１は、Ｖ２Ｈに関する各種規格を規定している。各種規格としては、ＥＶＰＳと電気自動車との間の接続に関する規格や、ＥＶＰＳによる充放電制御に関する規格などが挙げられる。

電動自動車用充放電システムガイドライン Ｖ２Ｈ ＤＣ版（ＥＶＰＳ−００２）、一般社団法人 電動車両用電力供給システム協議会（Electric Vehicle Power Supply System Association）。

従来、電気自動車が不在の場合は、Ｖ２Ｈを実現することができなかった。そのため、系統の停電時等の緊急時に、ＥＶＰＳを活用して住宅内の負荷に電力を供給することができなかった。

本発明の１つの目的は、電気自動車が不在の場合であっても、Ｖ２Ｈ用のＥＶＰＳを用いて住宅に電力を供給することができる技術を提供することにある。

本発明の１つの観点において、車両機能を有さない定置型蓄電池装置が提供される。その定置型蓄電池装置は、蓄電池と、充放電インターフェース部とを備える。充放電インターフェース部は、電気自動車に対する充放電を制御するＥＶＰＳと蓄電池との間のインターフェースとして機能し、ＥＶＰＳとの間で通信される制御信号に従って蓄電池に対する充放電を制御する。その充放電インターフェース部のインターフェースとしての機能は、電動自動車用充放電システムガイドライン Ｖ２Ｈ ＤＣ版で規定されている車両側のインターフェースの機能と同一である。

本発明の他の観点において、電力供給システムが提供される。その電力供給システムは、電気自動車に対する充放電を制御するＥＶＰＳと、車両機能を有さない定置型蓄電池装置と、を備える。定置型蓄電池装置は、蓄電池と、充放電インターフェース部とを備える。充放電インターフェース部は、ＥＶＰＳと蓄電池との間のインターフェースとして機能し、ＥＶＰＳとの間で通信される制御信号に従って蓄電池に対する充放電を制御する。その充放電インターフェース部のインターフェースとしての機能は、電動自動車用充放電システムガイドライン Ｖ２Ｈ ＤＣ版で規定されている車両側のインターフェースの機能と同一である。

本発明によれば、電気自動車が不在の場合であっても、Ｖ２Ｈ用のＥＶＰＳを用いて住宅に電力を供給することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システムの構成例を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る蓄電池装置の構成例を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る蓄電池装置に対する充放電制御において用いられる制御信号を説明するための概念図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る蓄電池装置に対する充放電制御における制御シーケンスの一例を示す概念図である。 図５は、本発明の実施の形態２に係る電力供給システムの構成例を示すブロック図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力供給システム１０の構成例を示すブロック図である。電力供給システム１０は、系統１を含む複数の電源から、負荷２に対して電力を供給する。典型的には、電力供給システム１０は、住宅に設置され、宅内の電気機器等の負荷２に対して電力を供給する。

より詳細には、電力供給システム１０は、分電盤２０、ＥＶＰＳ（Electric Vehicle Power System）３０、及び蓄電池装置１００を備えている。

分電盤２０は、系統１に接続されており、系統１から供給される電力を負荷２に分配する。また、分電盤２０は、ＥＶＰＳ３０に接続されており、系統１から供給される電力をＥＶＰＳ３０に出力する。また、自立運転時、分電盤２０は、ＥＶＰＳ３０から供給される電力を負荷２に出力してもよい。

ＥＶＰＳ３０は、Ｖ２Ｈのコンセプトに基づいて電気自動車（車両）に対する充放電を制御するシステムである。本実施の形態において、ＥＶＰＳ３０は、上記の非特許文献１（電動自動車用充放電システムガイドライン Ｖ２Ｈ ＤＣ版（ＥＶＰＳ−００２））で規定された規格に適合している。すなわち、ＥＶＰＳ３０により実行される充放電制御における制御信号や制御シーケンスは、非特許文献１で規定されたものである。

図１に示されるように、ＥＶＰＳ３０は、ＰＣＳ部４０と連結部５０を備えている。

ＰＣＳ部４０は、パワーコンディショナの機能を備えており、電気自動車（車両）に対する充放電を制御する。より詳細には、ＰＣＳ部４０は、開閉器４１、双方向インバータ４２、及び制御装置４３を備えている。

開閉器４１は、分電盤２０と双方向インバータ４２との間に接続されている。この開閉器４１は、ＥＶＰＳ３０を系統１から電気的に切り離すために設けられている。

双方向インバータ４２は、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う。より詳細には、電気自動車への充電時、双方向インバータ４２は、分電盤２０から供給される交流電力を直流電力に変換し、得られた直流電力を連結部５０に出力する。一方、電気自動車からの放電時、双方向インバータ４２は、連結部５０を通して入力される直流電力を交流電力に変換し、得られた交流電力を分電盤２０に出力する。

制御装置４３は、双方向インバータ４２や開閉器４１を適宜制御することによって、ＰＣＳ部４０の動作を制御し、電気自動車に対する充放電を制御する。更に、制御装置４３は、連結部５０を通して、電気自動車との間で制御信号ＣＯＮの通信を行う。非特許文献１で規定されているように、制御信号ＣＯＮの通信には、専用の制御線やＣＡＮ（Controller Area Network）通信が用いられる。制御信号ＣＯＮの詳細については、後述される。

連結部５０は、ＰＣＳ部４０と電気自動車とを連結するための部材である。連結部５０は、ＰＣＳ部４０から入力される電力や制御信号ＣＯＮを、電気自動車に出力する。また、連結部５０は、電気自動車から入力される電力や制御信号ＣＯＮを、ＰＣＳ部４０に出力する。

図１に示されるように、連結部５０は、充放電ケーブル５１と充放電コネクタ５２を含んでいる。充放電ケーブル５１の一端は、ＰＣＳ部４０の双方向インバータ４２や制御装置４３に接続されている。充放電ケーブル５１の他端は、充放電コネクタ５２に接続されている。充放電コネクタ５２は、電気自動車のインレットに接続される。これら充放電ケーブル５１や充放電コネクタ５２も、非特許文献１で規定された規格に適合している。

尚、系統１との連系や自立運転に関する構成については、非特許文献１に例示されるように様々考えられる。本実施の形態では、系統１との連系や自立運転に関する構成は任意であり、その詳細な説明は省略する。

上述のように、ＥＶＰＳ３０は、本来的には、電気自動車（車両）に対する充放電を制御するシステムである。しかしながら、従来は、電気自動車が不在の場合に、このＥＶＰＳ３０を活用して負荷２に電力を供給することができなかった。そこで、本実施の形態では、電気自動車が不在の場合でも、電気自動車に代わってＥＶＰＳ３０に接続可能な蓄電池装置１００が提供される。

本実施の形態に係る蓄電池装置１００は“定置型”である。つまり、蓄電池装置１００は、電気自動車とは異なり、車両機能を有していない。但し、蓄電池装置１００は、非特許文献１で規定されている車両側のインターフェースと同一のインターフェースを備えている。従って、電気自動車が不在の場合でも、代わりに蓄電池装置１００をＥＶＰＳ３０に接続し、ＥＶＰＳ３０を活用することが可能となる。言い換えれば、電気自動車が不在の場合でも、Ｖ２Ｈと同等の効果を得ることが可能となる。

より詳細には、蓄電池装置１００は、蓄電池１１０と、充放電インターフェース部１２０とを備えている。充放電インターフェース部１２０は、ＥＶＰＳ３０と蓄電池１１０との間のインターフェースとして機能する。具体的には、充放電インターフェース部１２０は、ＥＶＰＳ３０との間で通信される制御信号ＣＯＮに従って、蓄電池１１０に対する充放電を制御する。この充放電インターフェース部１２０のインターフェースとしての機能は、非特許文献１で規定されている車両側のインターフェースの機能と同一である。

図２は、本実施の形態に係る蓄電池装置１００の構成を更に詳しく示している。蓄電池１１０と充放電インターフェース部１２０は、同じ筐体１００ａ内に収納されている。また、充放電インターフェース部１２０は、インレット１３０、コンタクタ１４０、及び充放電制御装置１５０を備えている。

インレット１３０は、ＥＶＰＳ３０の充放電コネクタ５２に接続される。蓄電池装置１００は、このインレット１３０を通して、ＥＶＰＳ３０との間で電力や制御信号ＣＯＮのやりとりを行う。インレット１３０は、非特許文献１で規定された規格に適合している。

コンタクタ１４０は、ＥＶＰＳ３０のＰＣＳ部４０の双方向インバータ４２と蓄電池１１０との間の電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするために設けられている。このコンタクタ１４０は、充放電制御装置１５０によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。

充放電制御装置１５０は、インレット１３０を通して、ＥＶＰＳ３０の制御装置４３との間で制御信号ＣＯＮの通信を行う。そして、充放電制御装置１５０は、その制御信号ＣＯＮに基づいて、蓄電池１１０に対する充放電を制御する制御シーケンスを実行する。制御信号ＣＯＮや制御シーケンスは、非特許文献１に規定されている。

図３は、充放電制御において用いられる制御信号ＣＯＮを説明するための概念図である。インレット１３０は、電力の入出力を行うための電力端子ＰＴ１，ＰＴ２と、制御信号ＣＯＮの通信を行うための制御端子ＣＴ１〜ＣＴ７を備えている。制御信号ＣＯＮは、制御信号ＣＯＮ１〜ＣＯＮ７を含んでいる。制御信号ＣＯＮ１〜ＣＯＮ７は、それぞれ、制御端子ＣＴ１〜ＣＴ７を通して通信される。

制御信号ＣＯＮ１は、ＥＶＰＳ３０から供給される１２Ｖ電圧である。この１２Ｖ電圧は、コンタクタ１４０や充放電制御装置１５０の動作電圧として用いられる。制御信号ＣＯＮ６は、グランド電圧（フレームグラウンド）である。制御端子ＣＴ１は電源端子であり、制御端子ＣＴ６はグランド端子である。

制御信号ＣＯＮ２は、「作動開始停止１」信号である。制御信号ＣＯＮ３は、「作動開始停止２」信号である。制御信号ＣＯＮ５は、「作動許可禁止」信号である。これら制御信号ＣＯＮ２，ＣＯＮ３，ＣＯＮ５は、専用の制御線を通して通信され、後述される制御シーケンスにおいて用いられる。

制御信号ＣＯＮ４は、「充放電コネクタ接続確認」信号である。この制御信号ＣＯＮ４は、充放電コネクタ５２の接続を確認するための、すなわち、ＥＶＰＳ３０と蓄電池装置１００とが互いに接続された状態であることを確認するための信号である。この制御信号ＣＯＮ４は、専用の制御線を通して通信される。

制御信号ＣＯＮ７は、ＣＡＮ通信によってＥＶＰＳ３０（制御装置４３）と蓄電池装置１００（充放電制御装置１５０）との間でやりとりされる制御信号である。制御端子ＣＴ７は、ＣＡＮ通信端子である。このようなＣＡＮ通信は、後述される制御シーケンスにおいて用いられる。

図４は、充放電制御における制御シーケンスの一例を示す概念図である。充放電制御は、ＥＶＰＳ３０からのトリガで開始する。

ステップＳ１：
ＥＶＰＳ３０は、充放電制御を開始する。

ステップＳ２：
ＥＶＰＳ３０は、充放電制御の開始を蓄電池装置１００に通知する。このとき、「作動開始停止１」信号が用いられる。蓄電池装置１００は、充放電制御の開始を検知する。

ステップＳ３：
蓄電池装置１００とＥＶＰＳ３０は、ＣＡＮ通信を開始する。

ステップＳ４：
蓄電池装置１００とＥＶＰＳ３０は、充放電開始前に、ＣＡＮ通信によって情報交換を行う。この情報交換により、例えば、放電の可否を判断する。

ステップＳ５：
蓄電池装置１００は、準備完了をＥＶＰＳ３０に通知する。このとき、「作動許可禁止」信号が用いられる。ＥＶＰＳ３０は、充放電コネクタ５２がロックされていることを確認する。

ステップＳ６：
ＥＶＰＳ３０は、出力端子の電圧に基づき、蓄電池装置１００のコンタクタ１４０が開状態（ＯＦＦ状態）になっていることを確認する。

ステップＳ７：
ＥＶＰＳ３０は、充放電主回路の絶縁診断を実施する。

ステップＳ８：
ＥＶＰＳ３０は、絶縁診断の完了を蓄電池装置１００に通知する。このとき、「作動開始停止２」信号が用いられる。蓄電池装置１００は、コンタクタ１４０を閉状態（ＯＮ状態）にする。

ステップＳ９：
ＥＶＰＳ３０は、出力端子の電圧に基づき、蓄電池装置１００のコンタクタ１４０が閉状態（ＯＮ状態）になっていることを確認する。

ステップＳ１０：
コンタクタ１４０が閉じられる際、蓄電池装置１００側からＥＶＰＳ３０内部の容量成分へ突入電流が流れる可能性がある。ＥＶＰＳ３０は、そのような突入電流を防止する機能を使用する。

ステップＳ１１：
蓄電池装置１００は、ＣＡＮ通信によって、充放電電流上限値をＥＶＰＳ３０に通知する。ＥＶＰＳ３０は、その充放電電流上限値で規定される範囲内で、電流の入出力を開始する。

ステップＳ１２：
蓄電池装置１００とＥＶＰＳ３０は、電流の入出力を行う。この間、ＥＶＰＳ３０は、ＣＡＮ通信によって、現在の充放電電流値を蓄電池装置１００に通知する。

ステップＳ１３：
ＥＶＰＳ３０において、充放電計画が終了する。

ステップＳ１４：
ＥＶＰＳ３０は、ＣＡＮ通信によって、出力停止を蓄電池装置１００に通知する。蓄電池装置１００は、充放電指示を終了する。

ステップＳ１５：
蓄電池装置１００は、充放電指示の終了をＥＶＰＳ３０に通知する。このとき、「作動許可禁止」信号が用いられる。ＥＶＰＳ３０は、電流の入出力を停止する。

ステップＳ１６：
ＥＶＰＳ３０は、出力端子の電圧を確認する。蓄電池装置１００は、主回路電流を確認する。

ステップＳ１７：
ＥＶＰＳ３０は、充放電コネクタ５２のロックを解除する。蓄電池装置１００は、コンタクタ１４０を開状態（ＯＦＦ状態）にする。

ステップＳ１８：
蓄電池装置１００とＥＶＰＳ３０は、ＣＡＮ通信を終了する。

以上に説明されたように、本実施の形態に係る定置型の蓄電池装置１００は、非特許文献１で規定されている車両側のインターフェースと同一のインターフェースを備えている。従って、電気自動車が不在の場合でも、代わりに蓄電池装置１００をＥＶＰＳ３０に接続し、ＥＶＰＳ３０を活用することが可能となる。言い換えれば、電気自動車が不在の場合でも、Ｖ２Ｈと同等の効果を得ることが可能となる。例えば、系統１の停電時等の緊急時に、蓄電池装置１００から住宅内の負荷２に電力を供給することが可能である。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る電力供給システム１０の構成例を示すブロック図である。上述の実施の形態１と重複する説明は、適宜省略される。

本実施の形態では、定置型の蓄電池装置１００と電気自動車２００の両方をＥＶＰＳ３０に接続可能である。電気自動車２００は、車載蓄電池２１０を搭載している。ＥＶＰＳ３０による充放電の対象は、蓄電池装置１００か電気自動車２００（車載蓄電池２１０）のいずれか一方となる。

図５に示されるように、ＥＶＰＳ３０は、ＰＣＳ部４０、第１連結部５０−１、第２連結部５０−２、及びスイッチ部６０を備えている。

第１連結部５０−１は、電気自動車２００との接続に用いられる連結部５０である。第２連結部５０−２は、蓄電池装置１００との接続に用いられる連結部５０である。

スイッチ部６０は、第１連結部５０−１と第２連結部５０−２のいずれか一方をＰＣＳ部４０に接続する。つまり、スイッチ部６０は、ＰＣＳ部４０の接続先を切り替える。

ＰＣＳ部４０は、充放電対象として、蓄電池装置１００と電気自動車２００のいずれか一方を選択する。電気自動車２００は不在になる場合もあるため、例えば、蓄電池装置１００がデフォルトの充放電対象に設定される。そして、電気自動車２００がＥＶＰＳ３０に接続された場合だけ、ＰＣＳ部４０は、電気自動車２００を充放電対象として選択する。電気自動車２００がＥＶＰＳ３０に接続されているか否かは、例えば、ユーザによるリモコン７０やスイッチ（図示されない）の操作を通して、ＰＣＳ部４０に通知される。

電気自動車２００が充放電対象として選択された場合、スイッチ部６０は、ＰＣＳ部４０からの指示に従って、第１連結部５０−１をＰＣＳ部４０に接続する。ＰＣＳ部４０は、第１連結部５０−１を通して、電気自動車２００に対する充放電制御を行う。

一方、蓄電池装置１００が充放電対象として選択された場合、スイッチ部６０は、ＰＣＳ部４０からの指示に従って、第２連結部５０−２をＰＣＳ部４０に接続する。ＰＣＳ部４０は、第２連結部５０−２を通して、蓄電池装置１００に対する充放電制御を行う。

本実施の形態によれば、定置型の蓄電池装置１００と電気自動車２００の両方を活用することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。

１ 系統、２ 負荷、１０ 電力供給システム、２０ 分電盤、３０ ＥＶＰＳ、４０ ＰＣＳ部、４１ 開閉器、４２ 双方向インバータ、４３ 制御装置、５０ 連結部、５０−１ 第１連結部、５０−２ 第２連結部、５１ 充放電ケーブル、５２ 充放電コネクタ、６０ スイッチ部、７０ リモコン、１００ 蓄電池装置、１００ａ 筐体、１１０ 蓄電池、１２０ 充放電インターフェース部、１３０ インレット、１４０ コンタクタ、１５０ 充放電制御装置、２００ 電気自動車、２１０ 車載蓄電池、ＣＯＮ 制御信号。

Claims (7)

1. 車両機能を有さない定置型蓄電池装置であって、
   蓄電池と、
   電気自動車に対する充放電を制御するＥＶＰＳと前記蓄電池との間のインターフェースとして機能し、前記ＥＶＰＳとの間で通信される制御信号に従って前記蓄電池に対する充放電を制御する充放電インターフェース部と
   を備え、
   前記充放電インターフェース部の前記インターフェースとしての機能は、電動自動車用充放電システムガイドライン Ｖ２Ｈ ＤＣ版で規定されている車両側のインターフェースの機能と同一である
   定置型蓄電池装置。
2. 前記充放電インターフェース部は、
   前記ＥＶＰＳの充放電コネクタに接続されるインレットと、
   前記インレットを通して前記ＥＶＰＳとの間で通信される前記制御信号に基づいて、前記蓄電池に対する充放電を制御する制御シーケンスを実行する充放電制御装置と
   を備える
   請求項１に記載の定置型蓄電池装置。
3. 車両機能を有さない定置型蓄電池装置であって、
   電気自動車用充放電システムガイドライン Ｖ２Ｈ ＤＣ版で規定されている車両側のインターフェースと同一のインターフェースを備える
   定置型蓄電池装置。
4. 電気自動車に対する充放電を制御するＥＶＰＳと、
   車両機能を有さない定置型蓄電池装置と
   を備え、
   前記定置型蓄電池装置は、
   蓄電池と、
   前記ＥＶＰＳと前記蓄電池との間のインターフェースとして機能し、前記ＥＶＰＳとの間で通信される制御信号に従って前記蓄電池に対する充放電を制御する充放電インターフェース部と
   を備え、
   前記充放電インターフェース部の前記インターフェースとしての機能は、電動自動車用充放電システムガイドライン Ｖ２Ｈ ＤＣ版で規定されている車両側のインターフェースの機能と同一である
   電力供給システム。
5. 前記ＥＶＰＳは、充放電対象として、前記電気自動車と前記定置型蓄電池装置のいずれか一方を選択する
   請求項４に記載の電力供給システム。
6. 前記ＥＶＰＳは、前記電気自動車が前記ＥＶＰＳに接続された場合、前記電気自動車を前記充放電対象として選択し、それ以外の場合、前記定置型蓄電池装置を前記充放電対象として選択する
   請求項５に記載の電力供給システム。
7. 前記ＥＶＰＳは、
   前記電気自動車との接続に用いられる第１連結部と、
   前記定置型蓄電池装置との接続に用いられる第２連結部と、
   前記充放電対象に対する充放電制御を行うパワーコンディショナ部と、
   スイッチ部と
   を備え、
   前記電気自動車が前記充放電対象である場合、前記スイッチ部は、前記第１連結部を前記パワーコンディショナ部に接続し、
   前記定置型蓄電池装置が前記充放電対象である場合、前記スイッチ部は、前記第２連結部を前記パワーコンディショナ部に接続する
   請求項６に記載の電力供給システム。

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