JP2016214029A - 車両用充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】予め充電に関する情報が必要な車両に適用され、充電時間の増加を抑制する車両用充電システムを提供する。
【解決手段】走行用電力を供給する二次電池を搭載する車両であって、車載電池Ｂａに充電する際に予め充電に関する情報が必要な車両に適用される車両用充電システムにおいて、充電用の電力を出力可能な少なくとも１台の充電ユニット２と、充電ユニット２、及び充電ユニット２以外の負荷機器に電力を供給するための電源装置３と、負荷機器で必要とされる電力を予測する消費電力予測部と、電源装置３の供給可能電力と消費電力予測部が予測した予測消費電力との差分を利用して充電ユニット２に供給可能な電力を決定する決定部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行用電力を供給する二次電池（以下、車載電池という。）を搭載する車両であって、当該車載電池に充電する際に予め充電に関する情報が必要な車両に適用される車両用充電システムに関する。

例えば、特許文献１に記載の発明では、「仮想契約電力と設備の電力設備容量のいずれか小さい方を最大利用可能電力として、設備に含まれる充電ユニットのうち最大利用可能電力の下で利用可能な充電ユニットの台数を決定」している。

特開２０１２−２２８０４１号公報

複数の充電ユニット及びそれら複数の充電ユニット以外の負荷機器（例えば、建物内の電気機器）に電源装置が電力を供給している場合において、負荷機器での消費電力が増大すると、充電中の１つ又は複数の充電ユニットに供給可能な電力が低下してしまうおそれがある。

また、車載電池に充電する際、例えば「CHAdeMO規格」に準拠した充電方式では、車載電池に充電する際に予め充電に関する情報（例えば、出力可能な電圧値と電流値）を車両側に送信する処理（以下、情報交換処理という。）を実行する必要がある。

このため、充電ユニットに供給可能な電力が低下した場合、車載電池への充電を中断し、再度、情報交換処理を実行し、出力可能な電圧値と電流値を車両側へ送信する必要がある。

したがって、充電が完了する前に情報交換処理が発生すると、充電時間の増加、及び充電時間の増加に伴う電力消費の増加等が発生する。
本発明は、上記点に鑑み、予め充電に関する情報が必要な車両に適用される車両用充電システムにおいて、充電時間の増加を抑制することを目的とする。

本願では、走行用電力を供給する二次電池（以下、車載電池（Ｂａ）という。）を搭載する車両であって、当該車載電池（Ｂａ）に充電する際に予め充電に関する情報が必要な車両に適用される車両用充電システムにおいて、充電用の電力を出力可能な少なくとも１台の充電ユニット（２）と、充電ユニット（２）、及び当該充電ユニット（２）以外の負荷機器に電力を供給するための電源装置（３）と、負荷機器で必要とされる電力を予測する消費電力予測部と、充電ユニット（２）に供給可能な電力を決定する決定部であって、電源装置（３）の供給可能電力と消費電力予測部が予測した予測消費電力との差分を利用して決定する決定部とを備える。

これにより、本発明では、情報交換処理の発生を抑制できるので、充電時間の増加を抑制できる。延いては、充電時間の増加に伴う電力消費の増加等を抑制できる。
なお、充電ユニット（２）が複数設けられている場合には、決定部は、電源装置（３）の供給可能電力と消費電力予測部が予測した予測消費電力との差分を利用して、複数の充電ユニット（２）のうち電力を供給することが可能な充電ユニットを決定するが可能である。

そして、決定部は、予め決められた時刻を基準時として、予め決められた時間毎に作動することが望ましい。具体的には、「予め決められた時間」とは、商用電力料金算出時に用いられる「デマンド値」の自然数倍の時間であることが望ましい。

また、電源装置（３）は、系統電力源（３Ａ）に加えて、太陽光発電装置（ＰＶ発電装置）（３Ｂ）及び当該太陽光発電装置（３Ｂ）で発電された電力を蓄える二次電池（以下、据置電池（３Ｃ）という。）を有しており、据置電池（３Ｃ）の充電率を取得する充電率取得部と、系統電力源（３Ａ）及び太陽光発電装置（３Ｂ）のうち少なくとも一方から電力の供給を受けて据置電池（３Ｃ）に充電する充電部と、据置電池（３Ｃ）に充電を開始すべき開始充電率、及び据置電池（３Ｃ）への充電を停止すべき停止充電率のうち少なくとも一方の充電率の値を決定する充電率決定部と、充電率決定部により決定された充電率の値、及び充電率取得部が取得した取得充電率に基づいて充電部を制御する制御部とを備え、充電率決定部は、夜間時の充電率と昼間の充電率とを異なる値とする昼夜設定処理を実行することが可能であることが望ましい。

この場合、系統電力源（３Ａ）から供給される電力のみで充電を行う場合には、夜間時の開始充電率を昼間の開始充電率より大きくし、夜間時の停止充電率を昼間の開始充電率より大きくすると、深夜電力等の安価電力を利用して据置電池（３Ｃ）を充電できる。

また、少なくとも太陽光発電装置（３Ｂ）から供給される電力にて充電を行う場合には、昼間時の開始充電率を夜間の開始充電率より大きくし、昼間時の停止充電率を夜間の停止充電率より大きくすれば、充電回数を増加させるとともに、昼間には据置電池（３Ｃ）への充電量を増加させることが可能となる。

そして、少なくとも太陽光発電装置（３Ｂ）から供給される電力にて充電を行う場合には、系統電力源（３Ａ）から供給される電力のみで充電を行う場合に比べて開始充電率及び停止充電率を大きくすれば、太陽光発電装置（３Ｂ）で発生した電力の多くを据置電池（３Ｃ）に充電することが可能となる。

因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る車両用充電システム１の概念図である。 系統電力にて充電を行う場合の充電率を示す図表である。 ＰＶ電力も利用して充電を行う場合の充電率を示す図表である。

以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。

本実施形態は、集合住宅や商業施設等の複数の充電ユニットが設置された施設に本発明に係る車両用充電システムを適用したものである。以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「２つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。

（第１実施形態）
１．車両用充電システムの構成
車両用充電システム１は、図１に示すように、電気自動車等のＥＶ車両に電力を充電するためのシステムである。車両用充電システム１は、少なくとも１台の充電ユニット２、電源装置３及び制御装置４等を有する。

なお、「ＥＶ車両」とは、走行用の電動モータを有する車両であって、当該電動モータに走行用の電力を供給する二次電池Ｂａ（以下、車載電池Ｂａという。）を搭載する車両である。具体的には、電気自動車（発電専用の内燃機関を有する車両も含む。）やハイブリッド車両（プラグ・イン・ハイブリッド車両も含む。）等をいう。

＜充電ユニット＞
充電ユニット２は車載電池Ｂａに充電用の電力を出力するためのユニットである。本実施形態では、充電ユニット２として第１充電ユニット２Ａ〜第５充電ユニット２Ｅが設けられている。以下、第１充電ユニット２Ａ〜第５充電ユニット２Ｅを総称する際は、充電ユニット２と記す。

なお、車両用充電システム１は、「CHAdeMO規格」に準拠した充電方式が可能である。具体的には、車載電池Ｂａに充電する際に予め充電に関する情報（例えば、出力可能な電圧値と電流値）を車両側に送信する処理（以下、情報交換処理という。）を実行する。

＜電源装置＞
電源装置３は、充電ユニット２及び当該充電ユニット２以外の負荷機器に電力を供給する。本実施形態に係る負荷機器とは、例えば、集合住宅等で使用される電気機器等をいう。電源装置３は、系統電力源（商用電源）３Ａ、太陽光発電装置３Ｂ及び据置電池３Ｃ等を電源とする。

据置電池３Ｃは、太陽光発電装置３Ｂで発電された電力を蓄える二次電池である。太陽光発電装置３Ｂにより発電された電力（以下、ＰＶ電力という。）は、上記の負荷機器側に優先的に供給される。つまり、負荷機器にはＰＶ電力が優先的に供給される。

そして、ＰＶ電力が負荷機器で現実に消費される消費電力を越えたときには、その上回った余剰分の電力（以下、余剰電力という。）が据置電池３Ｃに充電される。ＰＶ電力が消費電力未満となったときには、不足分の電力は系統電力源３Ａから補填される。

電池制御部３Ｄは、据置電池３Ｃへの充電作動を制御する。具体的には、電池制御部３Ｄは、据置電池３Ｃの充電率（State of Charge）を取得し、据置電池３Ｃの充電率を監視する。

そして、電池制御部３Ｄは、据置電池３Ｃの充電率が開始充電率以下となったときに、据置電池３Ｃへの充電（以下、回復充電ともいう。）を開始し、充電率が停止充電率以上となったときに回復充電を終了する。

電池制御部３Ｄは、据置電池３Ｃの電圧値、又は据置電池３Ｃに入出力する電流の積算値等を利用して充電率を取得する。本実施形態では、充電率が停止充電率となったか否かは、据置電池３Ｃに流れ込む電流値を利用して取得している。

据置電池３Ｃに供給される充電用電力は、系統電力源３Ａ及び太陽光発電装置３Ｂのうち少なくとも一方から供給される。具体的には、余剰電力のみで据置電池３Ｃに充電可能な場合には、ＰＶ電力にて回復充電がされる。

余剰電力が無い場合には、系統電力源３Ａから供給される電力（以下、系統電力）にて回復充電がされる。余剰電力のみで据置電池３Ｃに充電することが不可能と推定可能な場合には、ＰＶ電力及び系統電力にて回復充電がされる。

電池制御部３Ｄは夜間時の充電率と昼間の充電率とを異なる値とする昼夜設定処理が実行可能である。すなわち、電池制御部３Ｄは、系統電力のみで回復充電を行う場合には、夜間時の開始充電率を昼間の開始充電率より大きい値とする。さらに、電池制御部３Ｄは、系統電力のみで回復充電を行う場合には、夜間時の停止充電率を昼間の停止充電率より大きい値とする。

すなわち、系統電力のみで回復充電を行う場合には、負荷機器の消費電力が小さい時間帯に実行される。具体的には、本実施形態では、例えば１：００〜３：５９までは開始充電率を３９％とし、停止充電率５０％とし、４：００〜０：５９までは開始充電率を２９％とし、停止充電率４０％としている（図２参照）。

電池制御部３Ｄは、少なくとも太陽光発電装置３Ｂから供給される電力にて回復充電を行う場合には、昼間時の開始充電率を夜間の開始充電率より大きい値とする。さらに、電池制御部３Ｄは、少なくとも太陽光発電装置３Ｂから供給される電力にて回復充電を行う場合には、昼間時の停止充電率を夜間の停止充電率より大きい値とする。

つまり、電池制御部３Ｄは、晴天時の昼間等、太陽光発電装置３Ｂによる発電が可能な場合には、太陽光発電装置３Ｂの余剰電力及び系統電力を用いた回復充電、又は余剰電力のみで回復充電が可能な場合には、余剰電力のみで回復充電を行う。

具体的には、開始充電率を５６％とし、停止充電率６０％としている（図３参照）。つまり、本実施形態では、余剰電力を利用した回復充電を行う場合には、系統電力のみで回復充電を行う場合の開始充電率及び停止充電力を大きくして余剰電力の蓄電量を大きくしている。

なお、本実施形態に係る電池制御部３Ｄは、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータにソフトウェアが組み込まれることにより構成されている。つまり、充電率を取得する充電率取得部、充電率の値を決定する充電率決定、据置電池３Ｃに充電する充電部、及び充電部を制御する制御部は、当該ソフトウェア（プログラム）により実現されている。

＜制御装置＞
制御装置４は、負荷機器で必要とされる電力を予測する消費電力予測処理、及び充電ユニット２に供給可能な電力を決定する決定処理が実行可能である。なお、制御装置４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータにソフトウェアが組み込まれることに構成されている。

消費電力予測処理及び決定処理を実行するためのソフトウェアは、ＲＯＭ等の不揮発性記憶部（図示せず。）に予め記憶されている。消費電力予測処理で実行される予測手法は不問である。なお、本実施形態では、過去の需要電力履歴を利用して現在の時間帯における消費電力を予測する。

決定処理は、電源装置３の供給可能電力、及び消費電力予測処理にて予測した予測消費電力との差分を利用して充電ユニット２に供給可能な電力（以下、充電可能電力という。）を決定する。

つまり、供給可能電力から予測消費電力を差し引いた値が充電可能電力となる。なお、本実施形態では、電源装置３は据置電池３Ｃを有している。このため、電源装置３の供給可能電力には、据置電池３Ｃに蓄えられた電力も含まれる。

本実施形態に係る決定処理では、充電可能電力に基づいて、複数の充電ユニット２のうち電力を供給することが可能な充電ユニット（以下、稼働可能充電ユニットという。）を決定する。

例えば、本実施形態に係る決定処理では、「充電可能電力」を「車載電池Ｂａを充電するに必要な電力（以下、必要充電電力という。）」で除した値が稼働可能充電ユニットの台数とされる。

必要充電電力は、例えば、過去に実績値又は車両用充電システム１の管理者等により設定された値等である。なお、上記の除した値が自然数とならないときには、小数点以下を切り捨てた値が稼働可能充電ユニットの台数となる。

そして、決定処理では、少なくとも据置電池３Ｃから電力を供給することが可能な充電ユニット２（本実施形態では、第２充電ユニット２Ｅ）を含むように、稼働可能充電ユニットが決定される。

決定処理は、予め決められた時刻（例えば、午前０時）を基準時として、予め決められた時間毎に作動する。「予め決められた時間」とは、例えば、商用電力料金算出時に用いられる「デマンド値」の自然数倍（本実施形態では、１倍）の時間である。

なお、消費電力予測処理における「現在の時間帯」とは、前回決定処理が実行された時から次回決定処理が実行されるまでの時間をいう。
２．本実施形態に係る車両用充電システムの特徴
本実施形態では、電源装置３の供給可能電力及び予測消費電力との差分を利用して稼働可能充電ユニットを決定する。これにより、情報交換処理の発生を抑制できるので、充電時間の増加を抑制できる。延いては、充電時間の増加に伴う電力消費の増加等を抑制できる。

電池制御部３Ｄは、夜間時の充電率と昼間の充電率とを異なる値とする。具体的には、系統電力源３Ａから供給される電力のみで充電を行う場合には、夜間時の開始充電率を昼間の開始充電率より大きくし、夜間時の停止充電率を昼間の開始充電率より大きくする。

これにより、本実施形態では、深夜電力等の安価電力を利用して据置電池３Ｃを充電できる。延いては、系統電力の需要増大を抑制するデマンド制御が可能となる。
また、少なくとも太陽光発電装置３Ｂから供給される電力にて充電を行う場合には、昼間時の開始充電率を夜間の開始充電率より大きくし、昼間時の停止充電率を夜間の停止充電率より大きくする。

これにより、本実施形態では、回復充電の回数を増加させるとともに、昼間には据置電池３Ｃへの充電量を増加させることが可能となる。延いては、ＰＶ電力を有効に活用でき得る。

そして、本実施形態では、少なくともＰＶ電力を利用して回復充電を行う場合には、系統電力のみで充電を行う場合に比べて開始充電率及び停止充電率を大きくする。これにより、太陽光発電装置３Ｂで発生した電力の多くを据置電池３Ｃに充電することが可能となる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、据置電池３Ｃを有する車両用充電システム１であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、据置電池３Ｃ及び太陽光発電装置３Ｂを有していない車両用充電システムにも適用可能である。

上述の実施形態では、据置電池３Ｃの充電率を取得する充電率取得部等は、電池制御部３Ｄに組み込まれたソフトウェアにより実現されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、専用のハードウェアを設けてもよい。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

１… 車両用充電システム
２… 充電ユニット
３… 電源装置
３Ｂ… 太陽光発電装置
３Ｃ… 据置電池
３Ａ… 系統電力源
３Ｄ… 電池制御部
４… 制御装置

Claims (10)

1. 走行用電力を供給する二次電池（以下、車載電池という。）を搭載する車両であって、当該車載電池に充電する際に予め充電に関する情報が必要な車両に適用される車両用充電システムにおいて、
   充電用の電力を出力可能な少なくとも１台の充電ユニットと、
   前記充電ユニット、及び当該充電ユニット以外の負荷機器に電力を供給するための電源装置と、
   前記負荷機器で必要とされる電力を予測する消費電力予測部と、
   前記充電ユニットに供給可能な電力を決定する決定部であって、前記電源装置の供給可能電力と前記消費電力予測部が予測した予測消費電力との差分を利用して決定する決定部と
   を備えることを特徴とする車両用充電システム。
2. 前記充電ユニットは、少なくとも２台であり、
   前記決定部は、前記電源装置の供給可能電力と前記消費電力予測部が予測した予測消費電力との差分を利用して、前記複数の充電ユニットのうち電力を供給することが可能な充電ユニットを決定することを特徴とする請求項１に記載の車両用充電システム。
3. 前記決定部は、予め決められた時刻を基準時として、予め決められた時間毎に作動することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用充電システム。
4. 前記「予め決められた時間」とは、商用電力料金算出時に用いられる「デマンド値」の自然数倍の時間であることを特徴とする請求項３に記載の車両用充電システム。
5. 前記電源装置は、系統電力源に加えて、太陽光発電装置及び当該太陽光発電装置で発電された電力を蓄える二次電池（以下、据置電池という。）を有しており、
   前記据置電池の充電率を取得する充電率取得部と、
   前記系統電力源及び前記太陽光発電装置のうち少なくとも一方から電力の供給を受けて前記据置電池に充電する充電部と、
   前記据置電池に充電を開始すべき開始充電率、及び前記据置電池への充電を停止すべき停止充電率のうち少なくとも一方の充電率の値を決定する充電率決定部と、
   前記充電率決定部により決定された充電率の値、及び前記充電率取得部が取得した取得充電率に基づいて前記充電部を制御する制御部とを備え、
   前記充電率決定部は、夜間時の前記充電率と昼間の前記充電率とを異なる値とする昼夜設定処理を実行することが可能であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の車両用充電システム。
6. 前記昼夜設定処理では、前記系統電力源から供給される電力のみで充電を行う場合には、夜間時の前記開始充電率を昼間の前記開始充電率より大きくすることを特徴とする請求項５に記載の車両用充電システム。
7. 前記昼夜設定処理では、前記系統電力源から供給される電力のみで充電を行う場合には、夜間時の前記停止充電率を昼間の前記停止充電率より大きくすることを特徴とする請求項５又は６に記載の車両用充電システム。
8. 前記昼夜設定処理では、少なくとも前記太陽光発電装置から供給される電力にて充電を行う場合には、昼間時の前記開始充電率を夜間の前記開始充電率より大きくすることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の車両用充電システム。
9. 前記昼夜設定処理では、少なくとも前記太陽光発電装置から供給される電力にて充電を行う場合には、昼間時の前記停止充電率を夜間の前記停止充電率より大きくすることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１項に記載の車両用充電システム。
10. 前記昼夜設定処理では、少なくとも前記太陽光発電装置から供給される電力にて充電を行う場合には、前記系統電力源から供給される電力のみで充電を行う場合に比べて前記開始充電率及び前記停止充電率を大きくすることを特徴とする請求項５ないし９のいずれか１項に記載の車両用充電システム。