JP7077970B2

JP7077970B2 - 給電システム

Info

Publication number: JP7077970B2
Application number: JP2019005108A
Authority: JP
Inventors: 泰城岩田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2039-01-16
Also published as: JP2020114146A; WO2020149099A1

Description

本発明は、給電システムに関するものである。

特許文献１に開示の充電電力制御システムにおいては、複数の充電器が充電器以外の電気設備と同時に動作する環境において、他の電気設備の使用電力を除いた残りの許容電力の範囲で、複数の充電器による充電を効率よく行う。そのために、充電器以外の電気設備による消費電力を測定するとともに各々の充電器による消費電力を測定する。そして、充電器への割当電力を、他の充電器および充電器以外の電気設備による消費電力と、ＡＣ／ＤＣ変換部の変換効率に基づいて決定して、充電器は、割当電力の通知を受けて、割当電力を超えない範囲で、接続されている二次電池に供給する充電電流を決定する。

ＷＯ２０１２／１１８１８４号公報

ところで、電動車両を充電する充電器の電力を制御することで、契約電力を超えないようにする場合、充電電力指示値の具体的な算出方法を確立する必要がある。
本発明の目的は、契約電力を超えない範囲での充電電力指示値を算出することができる給電システムを提供することにある。

上記問題点を解決するための給電システムは、電力系統から供給される電力量を取得する電力量取得部と、前記電力系統に接続され、蓄電池を搭載した車両に対して充電を行うための複数の充電器と、前記電力系統に接続される前記複数の充電器以外の機器と、を有する給電システムであって、前記複数の充電器に対する充電電力を制御する充電コントローラを有し、前記充電コントローラは、単位時間当たりの契約電力についての前記単位時間を分割する制御単位時間から制御単位時間当たりの割当て電力量を算出するとともに、前記電力量取得部による制御単位時間当たりの積算電力量及び前記複数の充電器への制御単位時間当たりの全充電電力量から複数の充電器以外の機器への制御単位時間当たりの電力量を算出し、さらに、前記制御単位時間当たりの割当て電力量及び前記複数の充電器以外の機器への制御単位時間当たりの電力量から制御単位時間当たりの全充電可能電力量を算出し、該全充電可能電力量に基づいて、現時点から制御単位時間における前記複数の充電器への充電電力指示値を決定することを要旨とする。

これによれば、単位時間当たりの契約電力についての単位時間を分割する制御単位時間から制御単位時間当たりの割当て電力量が算出される。電力量取得部による制御単位時間当たりの積算電力量及び複数の充電器への制御単位時間当たりの全充電電力量から複数の充電器以外の機器への制御単位時間当たりの電力量が算出される。さらに、制御単位時間当たりの割当て電力量及び複数の充電器以外の機器への制御単位時間当たりの電力量から制御単位時間当たりの全充電可能電力量が算出され、該全充電可能電力量に基づいて、現時点から制御単位時間における複数の充電器への充電電力指示値が決定される。よって、契約電力を超えない範囲での充電電力指示値を算出することができる。

また、給電システムにおいて、前記充電コントローラは、前記制御単位時間当たりの割当て電力量及び前記制御単位時間当たりの積算電力量から制御単位時間当たりの誤差電力量を算出し、前記全充電可能電力量の算出時に前記誤差電力量を加算し、前記単位時間当たりの契約電力についての前記単位時間が経過した時に前記加算していた誤差電力量をリセットするとよい。

また、給電システムにおいて、前記充電コントローラは、前記リセット後の初回の全充電可能電力量として予め定めた設定値またはリセット直前の全充電可能電力量を設定するとよい。

本発明によれば、契約電力を超えない範囲での充電電力指示値を算出することができる。

給電システムを示すブロック図。第１の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。電力の推移を示す図。電力の推移を示す図。第２の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。電力の推移を示す図。電力の推移を示す図。契約電力の範囲内での積算電力量読み値と充電器電力量の推移を示す図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態では工場内において複数台の電動フォークリフト（図中の符号６０，７０で示す車両）を充電することができる充電スタンドを想定している。給電システム１０は、複数の充電器３０，３１と、複数の充電器以外の機器４０と、を有する。充電器３０は、電力系統に接続され、蓄電池６１を搭載した車両６０に対して充電を行うためのものである。充電器３１は、電力系統に接続され、蓄電池７１を搭載した車両７０に対して充電を行うためのものである。複数の充電器以外の機器４０は、電力系統に接続される。

電力系統の電力が中継機器２１を介して複数の充電器３０，３１及び複数の充電器以外の機器４０に送られる。中継機器２１は、キュービクル、分電盤を含んでいる。中継機器２１と複数の充電器３０，３１とは電源線Ｌ１０により接続され、電力系統の電力が電源線Ｌ１０を経由して複数の充電器３０，３１に送られ、車両の蓄電池の充電に供される。また、中継機器２１と、複数の充電器以外の機器４０とは電源線Ｌ１１により接続され、電力系統の電力が電源線Ｌ１１を経由して複数の充電器以外の機器４０に送られ、複数の充電器以外の機器４０の駆動に供される。

電力会社の電力量計２０により電力系統から中継機器２１に送られる電力量が計測される。
給電システム１０は、電力量測定器２２と、複数の充電器３０，３１に対する充電電力を制御する充電コントローラ５０を有する。電力量計２０から電力量測定器２２にパルスにより積算電力量の計測結果が送られる。電力量取得部としての電力量測定器２２は、電力系統から供給される電力量Ｐｋ、即ち、積算電力量（系統）Ｐｋを計測する。

充電コントローラ５０には電力量測定器２２から単位時間当たりの電力量Ｐｋが送られる。充電コントローラ５０には契約電力情報が送られ、充電コントローラ５０は契約電力（量）Ｐｃを取得する。

充電コントローラ５０と各充電器３０，３１とは通信線Ｌ２０により通信可能に接続されている。通信線Ｌ２０を介して充電コントローラ５０に各充電器３０，３１から充電電力情報が送られ、充電コントローラ５０は各充電器３０，３１からの充電電力情報を取得する。通信線Ｌ２０を介して充電コントローラ５０は各充電器３０，３１に対し充電電力指示値を送る。例えば、複数の充電器以外の機器４０が多くの電力を必要としているときには、契約電力を超えないように複数の充電器３０，３１による充電電力は減らすことになる。各充電器３０，３１は充電コントローラ５０からの充電電力指示値により車両の蓄電池に対し充電動作する。

次に、作用について説明する。
図３において横軸に時間をとり、縦軸に電力量をとっている。図３の横軸において、現在と、現在に対し制御単位時間Ｔｃ前の－Ｔｃと、現在に対し２倍の制御単位時間Ｔｃ前の－２Ｔｃと、現在に対し３倍の制御単位時間Ｔｃ前の－３Ｔｃと、現在に対し制御単位時間Ｔｃ後のＴｃとを表している。図３の縦軸において、制御単位時間当たりの割当て電力量をＰｃｔで表し、複数の充電器以外の機器４０への制御単位時間当たりの電力量をＰｏｔで表している。また、複数の充電器３０，３１への制御単位時間当たりの全充電電力量をＰｊｔで表し、制御単位時間当たりの全充電可能電力量をＰｊａｔで表し、電力量測定器２２による制御単位時間当たりの積算電力量（系統）をＰｋｔで表している。

充電コントローラ５０は、図２に示す処理を実行する。本実施形態においては、図４に示すように、単位時間Ｔｐｃ当たりの契約電力Ｐｃは、例えば３０００ｋＷｈ／６０分である。本実施形態においては、単位時間Ｔｐｃを分割する制御単位時間Ｔｃとして、例えば１分とする。つまり、例えば、単位時間Ｔｐｃ当たりの契約電力Ｐｃについて、制御単位時間Ｔｃは単位時間Ｔｐｃを６０分割する。

図２に示すように、充電コントローラ５０は、ステップＳ１００において、単位時間当たりの契約電力Ｐｃ、積算電力量（系統）Ｐｋ、複数の充電器３０，３１への制御単位時間当たりの全充電電力量Ｐｊｔを取得する。

図２に示すように、充電コントローラ５０は、ステップＳ１０１において、図３に示すように、単位時間Ｔｐｃ当たりの契約電力Ｐｃについての単位時間Ｔｐｃを分割する制御単位時間Ｔｃから制御単位時間当たりの割当て電力量Ｐｃｔを算出する。具体的には、Ｐｃｔ＝Ｐｃ／（６０×Ｔｃ）にて算出する。即ち、図４での３０００ｋＷｈを均等に分割して制御単位時間Ｔｃである１分当たり５０ｋＷｈ消費できるものとする。これが図４での理想の電力使用ラインＬ１００となる。Ｔｃ値は１分を例示したが、０．５分でも、２分等であっても構わない。

充電コントローラ５０は、図２のステップＳ１０２において、図３に示すように、電力量測定器２２による制御単位時間当たりの積算電力量Ｐｋｔ及び複数の充電器３０，３１への制御単位時間当たりの全充電電力量Ｐｊｔから、複数の充電器以外の機器４０への制御単位時間当たりの電力量Ｐｏｔを算出する。具体的には、Ｐｏｔ＝Ｐｋｔ－Ｐｊｔにより算出する。Ｐｊｔ値は複数の充電器３０，３１への合計の電力量（全充電電力量）である。

充電コントローラ５０は、ステップＳ１０３において、図３に示すように、制御単位時間当たりの割当て電力量Ｐｃｔ及び複数の充電器以外の機器４０への制御単位時間当たりの電力量Ｐｏｔから制御単位時間当たりの全充電可能電力量Ｐｊａｔを算出する。具体的には、Ｐｊａｔ＝Ｐｃｔ－Ｐｏｔにて算出する。

充電コントローラ５０は、図２のステップＳ１０４において、制御単位時間当たりの全充電可能電力量Ｐｊａｔに基づいて、各充電器３０，３１への充電電力指示値を与えるべく現時点から制御単位時間における複数の充電器３０，３１への充電電力指示値を決定する。即ち、制御単位時間Ｔｃ前の全充電可能電力量を、これから制御単位時間Ｔｃの全充電可能電力量とする。

なお、制御単位時間当たりの全充電可能電力量Ｐｊａｔの初期値は固定値としている。
図４に示す比較例においては、一定の充電割当て量を持たせ、充電量に一定のリミッタ機能を持たせた場合には契約電力を超えないようにしつつ時間とともに充電に供される電力は少ない。これに対し図４に示すように、第１の実施形態では契約電力を超えないようにしつつ時間とともに充電に供される電力を大きくすることができる。

従来、電動車両を充電する充電器の電力を制御することで、契約電力を超えないようにする場合、充電電力指示値の具体的な算出方法を確立する必要がある。また、図８に示すように、電力量計２０で計測される積算電力は充電器以外の機器４０で使用される電力と充電器３０，３１で使用される電力の合計であり、積算電力量の中に充電器電力量も含まれるので、利用可能な電力を把握する必要がある。本実施形態では、積算電力量の中に充電器電力量も含まれていてもＰｊａｔ値を算出でき、これにより利用可能な電力である充電に供する電力を把握することができる。

図２のステップＳ１０５において充電コントローラ５０は複数の充電器３０，３１に対し充電電力指示値の出力を行う。この指示に従って各充電器３０，３１は、例えば１台当たりＰｊａｔ／２分だけ、蓄電池を搭載した車両に対して充電を行う。つまり、充電電力指示値の範囲内での充電が行われる。

第１の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）給電システム１０の構成として、電力系統から供給される電力量を取得する電力量取得部としての電力量測定器２２と、電力系統に接続され、蓄電池６１，７１を搭載した車両６０，７０に対して充電を行うための複数の充電器３０，３１と、電力系統に接続される複数の充電器以外の機器４０と、を有する。複数の充電器３０，３１に対する充電電力を制御する充電コントローラ５０を有する。充電コントローラ５０は、単位時間Ｔｐｃ当たりの契約電力Ｐｃについての単位時間Ｔｐｃを分割する制御単位時間Ｔｃから制御単位時間当たりの割当て電力量Ｐｃｔ（＝Ｐｃ／６０×Ｔｃ）を算出する。充電コントローラ５０は、電力量取得部としての電力量測定器２２による制御単位時間当たりの積算電力量Ｐｋｔ及び複数の充電器３０，３１への制御単位時間当たりの全充電電力量Ｐｊｔから複数の充電器以外の機器４０への制御単位時間当たりの電力量Ｐｏｔ（＝Ｐｋｔ－Ｐｊｔ）を算出する。充電コントローラ５０は、制御単位時間当たりの割当て電力量Ｐｃｔ及び複数の充電器以外の機器４０への制御単位時間当たりの電力量Ｐｏｔから制御単位時間当たりの全充電可能電力量Ｐｊａｔ（＝Ｐｃｔ－Ｐｏｔ）を算出する。そして、充電コントローラ５０は、該全充電可能電力量Ｐｊａｔに基づいて、現時点から制御単位時間における複数の充電器３０，３１への充電電力指示値を決定する。よって、契約電力を超えない範囲での充電電力指示値を算出することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
第２の実施形態においては、第１の実施形態に比べ、以下のような機能が追加されている。

本実施形態では、図６に示すごとく、指示した全充電電力量と、実際に使用した全充電電力量との差を誤差電力量Ｐｇｔとして、次のＴｃ（例えば１分）において誤差電力量Ｐｇｔを加味して（上乗せして）全充電電力量を指示する。この誤差電力量、即ち、余剰電力を有効利用することにより第２の実施形態では図４に示すごとく理想の電力使用ラインＬ１００に近づけることが可能となる。

図１に代わり図５の処理を実行する。図５において、ステップＳ１００，Ｓ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３の処理は、図１のステップＳ１００，Ｓ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３の処理と同じである。本実施形態では誤差電力量Ｐｇｔ（図７参照）があった場合、次の全充電可能電力量の算出時に加算する（上乗せする）ことになる。

図５に示すように、充電コントローラ５０は、ステップＳ２００において、図６に示すように、制御単位時間当たりの割当て電力量Ｐｃｔ及び制御単位時間当たりの積算電力量Ｐｋｔから制御単位時間当たりの誤差電力量Ｐｇｔを算出する。具体的には、Ｐｇｔ＝Ｐｃｔ－Ｐｋｔにて算出する。そして、充電コントローラ５０は、図５のステップＳ２０１において、制御単位時間当たりの全充電可能電力量Ｐｊａｔの算出時に誤差電力量Ｐｇｔを加算する。つまり、誤差電力量Ｐｇｔがあった場合、次の全充電可能電力量の算出時に加算する。

よって、図６に示すように誤差電力量を加算した合計の全充電可能電力量Ｐｊａｇｔは、制御単位時間当たりの割当て電力量Ｐｃｔと制御単位時間当たりの誤差電力量Ｐｇｔとの和に、複数の充電器以外の機器４０への制御単位時間当たりの電力量Ｐｏｔを減算したものとなる（Ｐｊａｇｔ＝Ｐｃｔ＋Ｐｇｔ－Ｐｏｃ）。

同様にして図７に示すように誤差電力量Ｐｇｔを加算していく。そして、充電コントローラ５０は、図５のステップＳ２０２で単位時間当たりの契約電力についての単位時間Ｔｐｃが経過したか否か判定する。充電コントローラ５０は単位時間当たりの契約電力についての単位時間Ｔｐｃが経過するとステップＳ２０３で加算していた誤差電力量Ｐｇｔをリセットする。このとき、充電コントローラ５０は、リセット後の初回の全充電可能電力量Ｐｊａｔとして予め定めた設定値（固定値）またはリセット直前の全充電可能電力量を設定する。

充電コントローラ５０は、図５のステップＳ１０４において、制御単位時間当たりの全充電可能電力量Ｐｊａｔ（Ｐｊａｇｔ）に基づいて、各充電器３０，３１への充電電力指示値を与えるべく現時点から制御単位時間における複数の充電器３０，３１への充電電力指示値を決定する。図５のステップＳ１０５において充電コントローラ５０は複数の充電器３０，３１に対し充電電力指示値の出力を行う。この指示に従って複数の充電器３０，３１は蓄電池６１，７１を搭載した車両６０，７０に対して充電を行う。つまり、充電電力指示値の範囲内での充電が行われる。

これにより、図４に示すように、第１の実施形態では契約電力を超えないようにしつつ時間とともに充電に供される電力は理想の電力使用ラインＬ１００とは差が生じやすいが、第２の実施形態では誤差電力量Ｐｇｔを加味して全充電可能電力量Ｐｊａｔ（Ｐｊａｇｔ）を決定することにより契約電力を超えないようにしつつ時間とともに充電に供される電力を大きくすることができる。

第２の実施形態によれば、前述の（１）の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。
（２）充電コントローラ５０は、制御単位時間当たりの割当て電力量Ｐｃｔ及び制御単位時間当たりの積算電力量Ｐｋｔから制御単位時間当たりの誤差電力量Ｐｇｔ（＝Ｐｃｔ－Ｐｋｔ）を算出し、全充電可能電力量Ｐｊａｔの算出時に誤差電力量Ｐｇｔを加算し、単位時間Ｔｐｃ当たりの契約電力Ｐｃについての単位時間Ｔｐｃが経過した時に加算していた誤差電力量をリセットする。よって、契約電力を超えない範囲での充電電力指示値をより契約電力に近づけるように算出することができる。

（３）充電コントローラ５０は、リセット後の初回の全充電可能電力量Ｐｊａｔとして予め定めた設定値またはリセット直前の全充電可能電力量を設定するので、実用的である。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 電力系統から供給される電力量を取得する電力量取得部として電力量測定器２２を用いて電力系統の電力量を電力量計から取得したが、これに限ることなく、例えば、電力計で取得した瞬時電力を演算して電力量を取得してもよい。

○ 充電器は複数あればよく、その台数は問わない。
○ 蓄電池を搭載した車両は、電動フォークリフト以外の電動式産業車両でも、産業車両以外にも電気自動車（乗用車）等でもよい。

１０…給電システム、２２…電力量測定器、３０，３１…充電器、４０…複数の充電器以外の機器、５０…充電コントローラ、６０…車両、６１…蓄電池、７０…車両、７１…蓄電池、Ｐｃ…単位時間当たりの契約電力、Ｐｃｔ…制御単位時間当たりの割当て電力量、Ｐｊｔ…複数の充電器への制御単位時間当たりの全充電電力量、Ｐｏｔ…複数の充電器以外の機器への制御単位時間当たりの電力量、Ｐｊａｔ…制御単位時間当たりの全充電可能電力量、Ｐｇｔ…制御単位時間当たりの誤差電力量、Ｐｋ…制御単位時間当たりの積算電力量、Ｔｃ…制御単位時間、Ｔｐｃ…単位時間。

Claims

電力系統から供給される電力量を取得する電力量取得部と、
前記電力系統に接続され、蓄電池を搭載した車両に対して充電を行うための複数の充電器と、
前記電力系統に接続される前記複数の充電器以外の機器と、
を有する給電システムであって、
前記複数の充電器に対する充電電力を制御する充電コントローラを有し、
前記充電コントローラは、
単位時間当たりの契約電力についての前記単位時間を分割する制御単位時間から制御単位時間当たりの割当て電力量を算出するとともに、前記電力量取得部による制御単位時間当たりの積算電力量及び前記複数の充電器への制御単位時間当たりの全充電電力量から複数の充電器以外の機器への制御単位時間当たりの電力量を算出し、さらに、前記制御単位時間当たりの割当て電力量及び前記複数の充電器以外の機器への制御単位時間当たりの電力量から制御単位時間当たりの全充電可能電力量を算出し、該全充電可能電力量に基づいて、現時点から制御単位時間における前記複数の充電器への充電電力指示値を決定することを特徴とする給電システム。
前記充電コントローラは、
前記制御単位時間当たりの割当て電力量及び前記制御単位時間当たりの積算電力量から制御単位時間当たりの誤差電力量を算出し、前記全充電可能電力量の算出時に前記誤差電力量を加算し、前記単位時間当たりの契約電力についての前記単位時間が経過した時に前記加算していた誤差電力量をリセットすることを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
前記充電コントローラは、
前記リセット後の初回の全充電可能電力量として予め定めた設定値またはリセット直前の全充電可能電力量を設定することを特徴とする請求項２に記載の給電システム。