急速充電器、急速充電装置及び急速充電方法
【課題】コンビニエンスストア等の電力消費施設全体の消費電力の最大値を下げ、契約電力料金の低減化を図ると共に、系統電源負荷の変動を小さくして、系統の不安定要因を低減する。
【解決手段】外部蓄電池（ＥＶ４０）への充電が可能な設備用蓄電池２２と、該設備用蓄電池２２の出力を前記外部蓄電池（４０）への充電に適した電流や電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２６と、外部からの交流入力１０を用いて前記設備用蓄電池２２を充電するための、外部からの入力電力を制御することが可能なＡＣ／ＤＣコンバータ３０と、これらを制御するコントローラ２８、３６と、を備えた急速充電器（２１）を用いて、該急速充電器以外の設備（１４）による消費電力と契約電力との差分である余剰電力のみを前記急速充電器で消費する。
【解決手段】外部蓄電池（ＥＶ４０）への充電が可能な設備用蓄電池２２と、該設備用蓄電池２２の出力を前記外部蓄電池（４０）への充電に適した電流や電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２６と、外部からの交流入力１０を用いて前記設備用蓄電池２２を充電するための、外部からの入力電力を制御することが可能なＡＣ／ＤＣコンバータ３０と、これらを制御するコントローラ２８、３６と、を備えた急速充電器（２１）を用いて、該急速充電器以外の設備（１４）による消費電力と契約電力との差分である余剰電力のみを前記急速充電器で消費する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、急速充電器、急速充電装置及び急速充電方法に係り、特に、電気自動車（以下ＥＶ）用の急速充電器を備えたコンビニエンスストア等の小規模施設に用いるのに好適な、急速充電器を設置した店舗等での契約電力を増加させることなく、店舗側での余剰電力のみを利用することにより、急速充電に必要な電力を賄うことができる急速充電器、急速充電装置及び急速充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力消費施設の一つであるコンビニエンスストア等の小規模店舗等では、従来、定常的な受電電力の必要量は少ないにもかかわらず、例えば大型の電子レンジを動作させている時間等のみ、大きな電力消費が発生し、電力消費に大きな変動があるため、契約電力を大きくせざるを得ないという課題があった。
【０００３】
上記課題に対する対策案として、蓄電池等、電力を保存できる素子を内蔵した電力保存装置を設置して負荷平準化を行うという方法が提案されている。例えば、特許文献１には、負荷電力が急減した場合はフライホイール発電電動機を電動機として機能させて電力を吸収し、一方、負荷電力が急増した場合は前記フライホイール発電電動機を発電機として機能させるようにした受電電力平準化装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４６４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電力消費のピーク削減のみの目的でこのような装置を導入することは費用の面から無理があり、広く普及はしていないのが現実である。
【０００６】
さらに近年、ＥＶの販売開始を受け、ＥＶ用の急速充電器の普及が図られ始めており、上記店舗等への設置も徐々に開始されている状況となっている。
【０００７】
ＥＶ用の急速充電器は、一般的には電力系統からの電力を変換して、ＥＶが必要とする電流、電圧に変換して充電を行う機能のものが一般的である。
【０００８】
このような従来のＥＶ用急速充電器においては、ＥＶへの充電の際に数ｋＷから数１０ｋＷの電力を消費し、ＥＶが来ない場合は電力をほとんど消費しないという電力消費上変動の大きな負荷となるという特性がある。
【０００９】
上記のような状況においては、ＥＶ用急速充電器の消費電力は、店舗内の他の負荷の消費電力に上乗せされる形で発生するため、店舗全体としてはさらに大きな受電電力の変動が発生している状況にあった。
【００１０】
一方、ＥＶ用急速充電器の中には蓄電池（以下、設備用蓄電池）を内蔵したものが製造され始めている。これによりＥＶ用急速充電器の消費電力が平準化され、従来のものに比べて電力消費の変動は小さくなっている。
【００１１】
しかしながら、いずれにしろ、店舗の電力消費とＥＶ用急速充電器の電力消費はおのおの独立に行われているために、店舗における電力の契約電力量は両者の最大値を合計したものとなり、平均的な受電電力量が小さい場合でも高額な受電契約を行わなければならないという課題があった。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたもので、急速充電器を設置した店舗等での契約電力を増加させることなく、店舗側での余剰電力のみを利用することにより、急速充電に必要な電力を賄うことができるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、外部蓄電池への充電が可能な設備用蓄電池と、該設備用蓄電池の出力を前記外部蓄電池への充電に適した電流や電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、外部からの交流入力を用いて前記設備用蓄電池を充電するための、外部からの入力電力を制御することが可能なＡＣ／ＤＣコンバータと、これらを制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする急速充電器により課題を解決したものである。
【００１４】
ここで、前記ＡＣ／ＤＣコンバータが、交流側と入力側の絶縁及び必要に応じて電圧の変更を行うための絶縁トランスと、交流から直流への変換を行うためのスイッチング素子と、該スイッチング素子により生成された、前記設備用蓄電池を充電する直流出力を平滑化するためのフィルタ回路と、前記スイッチング素子を制御して、該ＡＣ／ＤＣコンバータへの入力電力を目標値に制御する制御回路と、を備えることができる。
【００１５】
又、前記コントローラが、前記急速充電器が設置された電力消費施設の該急速充電器以外の設備による消費電力と、前記急速充電器による消費電力に基づいて、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを制御するようにされていることができる。
【００１６】
又、前記設備用蓄電池を複数設けることができる。
【００１７】
本発明は、又、前記の急速充電器と、該急速充電器が設置された電力消費施設の急速充電器以外の設備による消費電力を測定する手段と、前記急速充電器による消費電力を測定する手段と、を備え、前記電力消費施設の急速充電器以外の設備による消費電力と契約電力との差分である余剰電力のみを、前記急速充電器で消費するようにしたことを特徴とする急速充電装置を提供するものである。
【００１８】
本発明は、又、前記の急速充電器が設置された電力消費施設において、前記急速充電器が設置された電力消費施設の急速充電器以外の設備による消費電力と契約電力との差分である余剰電力のみを、前記急速充電器で消費することを特徴とする急速充電方法を提供するものである。
【００１９】
ここで、前記急速充電器の設備用蓄電池の残電気量、前記電力消費施設の余剰電力及び外部蓄電池の負荷発生状況に応じて、前記外部蓄電池への充電状態及び前記設備用蓄電池の補充電状態を切換えることができる。
【００２０】
又、前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分な電気量であり、前記余剰電力が外部蓄電池への充電に十分である場合は、前記余剰電力のみにより外部蓄電池を充電することができる。
【００２１】
又、前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分な電気量であり、前記余剰電力が外部蓄電池への充電に十分でない場合は、前記余剰電力と設備用蓄電池を併用して外部蓄電池を充電することができる。
【００２２】
又、前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分でない場合は、前記余剰電力を最大値として、該設備用蓄電池を補充電することができる。
【００２３】
又、前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分でない場合は、前記外部蓄電池への充電に該設備用蓄電池を使わず、前記余剰電力のみで外部蓄電池を充電することができる。
【００２４】
又、前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分でなく、且つ余剰電力も無い場合は、前記外部蓄電池への充電を行わないようにすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、店舗等での例えばＥＶ用急速充電器を除いた他の設備による消費電力を考慮し、店舗全体での契約電力との差分の余剰電力のみを急速充電器で消費する構成としたので、店舗全体の消費電力の最大値を下げ、契約電力料金の低減化を図ることが可能となると同時に、系統電源負荷の変動を小さくすることにより、系統の不安定要因を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】設備用蓄電池を内蔵したＥＶ用急速充電器の標準的な構成と、店舗内負荷設備の接続状況のモデルを示すブロック図
【図２】店舗等での典型的な電力消費の状況例を示すタイムチャート
【図３】本発明に係るＥＶ用急速充電器の第１実施形態を店舗等に設置した場合の構成例を示すブロック図
【図４】第１実施形態で用いられているＡＣ／ＤＣコンバータの要部構成を示す回路図
【図５】同じく第２のコントローラの作用を示すフローチャート
【図６】本発明に係る急速充電器の第２実施形態を店舗等に設置した場合の構成例を示すブロック図
【図７】本発明を採用した店舗等の消費電力の時間推移の例を示すタイムチャート
【図８】本発明に係る急速充電器の第３実施形態の基本的な構成を示すブロック図
【図９】第３実施形態で用いることが可能な絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの一例の構成を示す回路図
【図１０】第３実施形態の具体的な構成例を示すブロック図
【図１１】同じく動力用蓄電池接続前の状態を示すブロック図
【図１２】同じく充電装置とＥＶ間でＣＡＮ通信を行なっている状態を示す図
【図１３】同じく動力用蓄電池接続後の状態を示すブロック図
【図１４】同じくＤＣ／ＤＣコンバータをオフとした状態を示すブロック図
【図１５】従来の急速充電器の一例の基本的な構成を示すブロック図
【図１６】第３実施形態でＤＣ／ＤＣコンバータ一次側の流入電力がＡＣ／ＤＣコンバータのみから供給される場合を示すブロック図
【図１７】同じくＤＣ／ＤＣコンバータ一次側の流入電力が設備用蓄電池のみから供給される場合を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
図１に、設備用蓄電池２２を内蔵したＥＶ用急速充電器（単にＥＶ充電器とも称する）２０の標準的な構成と、コンビニエンスストア（以下、コンビニとも称する）等を想定した場合の、電子レンジ等を含む店舗内の負荷設備（以下、店舗内負荷設備）１４の接続状況のモデルを示す。
【００２９】
交流の系統１０からの入力に対して、受配電盤１２を経由して、店舗内負荷設備１４及びＥＶ充電器２０が接続されている。
【００３０】
ＥＶ４０が接続されていない状態において、設備用蓄電池２２に十分な電気量が蓄積されていない場合は、コントローラ２８の指示によりＡＣ／ＤＣコンバータ２４から設備用蓄電池２２への補充電が行われる。設備用蓄電池２２に十分な電気量が蓄積されれば該設備用蓄電池２２への充電を終了する。ＥＶ４０が接続されたことをコントローラ２８が検出すると、コントローラ２８はＤＣ／ＤＣコンバータ２６を動作させ、ＥＶ４０が要求する電流あるいは電圧値に合うよう、設備用蓄電池２２の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２６で変圧し、ＥＶ４０への充電を行う。
【００３１】
従来の一般的な動作においては、店舗内負荷設備１４とＥＶ充電器２０は、おのおの独立に必要に応じて動作しており、これらが消費する合計の電力が受電量となる。
【００３２】
次に、ＥＶ充電器を設置していない場合の上記コンビニ店舗等における典型的な電力消費の時間変化の例を図２（ａ）に、従来型の設備用蓄電池内蔵型のＥＶ充電器２０を設置した場合の例を図２（ｂ）に示す。ここでは、ＥＶ充電器２０は設備用蓄電池２２を内蔵しており、ＥＶ４０への充電実施の有無にかかわらず、常に一定の電力消費を行っていると仮定した。実際にはＥＶ充電器２０の消費電力は一定ではなく、ＥＶ４０への充電、内蔵の設備用蓄電池２２への充電等の繰り返しにより絶えず変動しており、店舗等の合計の電力消費の時間変化は、図２（ｂ）よりも更に大きなものとなっていることが想定される。
【００３３】
図２に示すように、店舗等において通常の電力消費は、照明、エアコン等定常的な負荷が中心であるが、大出力の電子レンジ等を使用する期間（短時間）のみ消費電力量が急増している。通常の契約では、この最大電力を賄える電力で契約を行うため、平均的な電力消費に比べて高額な契約が必要となっている。この短期間的な電力消費を抑えることができれば契約金額を低減することができるばかりでなく、電力系統側にとっても、負荷の急変による周波数変動等の不安定要因を除くことができるので系統の安定性という面からも効果がある。
【００３４】
次に、本発明に用いるＥＶ充電器２１を店舗等に設置した場合の構成例を図３に示す。図３においては、図１に対して第２のコントローラ３６、電力計Ｐ１、Ｐ２が追加されている。Ｐ１はＥＶ充電器２１を除いた店舗等の消費電力を計測する電力計であり、Ｐ２はＥＶ充電器２１の消費電力を計測する電力計である。また、第２のコントローラ３６は、電力計Ｐ１、Ｐ２の計測結果を受け、ＥＶ充電器２１の既設コントローラ（第１のコントローラと称する）２８に対してＥＶ充電器２１の制御方法を指示する制御装置である。また、図のＡＣ／ＤＣコンバータ３０は、第１のコントローラ２８からの指示に基づいて交流入力１０からの使用電力を変更する機能を有するものとなっている。
【００３５】
ここで、外部からの指示に基づいて交流電源１０からの入力電力を制御することが可能なＡＣ／ＤＣコンバータ３０の構成例と動作を図４を用いて説明する。
【００３６】
図のように、交流入力１０に対して絶縁トランス３２を通して、入出力の絶縁とともに、必要に応じて電圧の変換を行う。その後、例えばＩＧＢＴ等のスイッチング素子３３により交流を直流に変換すると同時に出力電力を制御することにより、本コンバータ３０への入力電力値を目標値とする電力一定制御を行う。入力電力の制御は、図に示すゲート点弧制御回路３４により、各スイッチング素子３３のゲート回路の通電状況を制御することにより行う。図において、３５は、出力波形を整流するための、例えばコンデンサ等でなるフィルタ回路である。なお、図では入力交流として３相交流を例として示したが、単相交流でも構わない。
【００３７】
次に、図３を用いて本装置の動作を説明する。
【００３８】
第２のコントローラ３６には、あらかじめ当該店舗の契約電力もしくは許容される最大電力Ｐ０がデータとして記憶されている。Ｐ０は本装置設置時にあらかじめ入力するが、電力負荷設備、契約電力の変更時には手動にて設定変更を行うことも可能である。
【００３９】
Ｐ１はＥＶ充電器２１を除く店舗内使用電流の計測結果であるから、第２のコントローラ３６において、Ｐ０とＰ１の差すなわち、
Ｐ０−Ｐ１＝ＰＲ …（１）
を計算することにより、現在店舗で使用している電力と契約電力の差に相当する余剰電力値ＰＲを計算することができる。
【００４０】
続いて第２のコントローラ３６は、第１のコントローラ２８に対して、ＥＶ４０が使用できる電力値としてＰＲを伝達する。
【００４１】
以下、第２のコントローラ３６に組み込む制御プログラムのフローチャートについて、図５を用いて説明する。
【００４２】
まず、第２のコントローラ３６は、（１）式に示したように、店舗の許容電力Ｐ０と、ＥＶ充電器２１以外の他の負荷設備で使用している電力Ｐ１との差を計算することにより店舗の余剰電力量ＰＲを計算する（図５中ステップ１、以下ステップ番号において図５は省略）。
【００４３】
続いて、設備用蓄電池２２の残電気量を端子電圧の計測等の方法により計測し、この残電気量がＥＶ４０の充電を行うに十分であるかどうかを判定する（ステップ２）。残電気量がＥＶ充電を行うに十分であるかどうかの判定値は、あらかじめデータとして第２のコントローラ３６に入力しておく。
【００４４】
最初にステップ２においてＥＶ４０の充電に十分な電気量がある場合の手順を説明する。
【００４５】
ＥＶ４０が接続され、ＥＶ４０への充電が要求されているかを、ＣＡＮ通信等の方法により確認する（ステップ３）。
【００４６】
充電要求が無い場合は、図５中丸囲み数値１へ戻る（ステップ４）。
【００４７】
この場合、ステップ１→ステップ２→ステップ３→ステップ４のルートを継続することにより、本装置２１は待機状態となる。
【００４８】
次にステップ３においてＥＶ４０が接続され、充電が要求された場合を説明する。
【００４９】
この場合は、ステップ３からステップ５に進む。
【００５０】
ステップ５で、第２のコントローラ３６は、現在の余剰電力量ＰＲが０であるかどうかを判定する。ＰＲが０である場合は店舗側に余剰電力が全く無い状態であるため、ＥＶ４０への充電に交流入力を利用することができない。このため、ＥＶ４０への充電は本装置２１に内蔵された設備用蓄電池２２のみを用いて行うことが必要である。そこで、第２のコントローラ３６は、第１のコントローラ２８を経由して、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の動作を停止させ、設備用蓄電池２２のみでＥＶ４０への充電を行うよう、指示を行う（ステップ６）。この場合、ステップ１→ステップ２→ステップ３→ステップ５→ステップ６のルートを継続し、同じ状態が継続する限り、設備用蓄電池２２のみを用いたＥＶ４０への充電を継続する。
【００５１】
ステップ５でＰＲが０で無い場合、ステップ７に進み、ＣＡＮ通信等でＥＶ４０から得られる要求電流値等の情報を用いて、ＥＶ４０の充電に必要な電力ＰＮを計算する。
続いて、ＰＲとＰＮの大小を比較する（ステップ８）。
【００５２】
ステップ８において、ＰＲの方が大きいか等しい場合、ＥＶ４０から要求される電力を店舗余剰電力で十分賄えることを意味しているため、第２のコントローラ３６は、第１のコントローラ２８を経由して、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０に対して入力電力ＰＮにてＥＶ４０に充電するよう指示する（ステップ９）。この場合、ＥＶ４０への充電はＡＣ／ＤＣコンバータ３０のみの電力で行われる。同じ状態が継続する限り、ステップ１→ステップ２→ステップ３→ステップ５→ステップ７→ステップ８→ステップ９→ステップ１のルートを維持し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０のみを用いたＥＶ４０への充電を継続する。
【００５３】
ここで、ステップ８において、ＰＲよりもＰＮの方が大きい状態が発生した場合、店舗の余剰電力のみではＥＶ４０への充電に不足であることを意味するため、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０に対しては入力電力をＰＲとして動作するとともに、設備用蓄電池２２の電力を併用して合計電力がＰＮとなるように、第２のコントローラ３６は第１のコントローラ２８を経由してＤＣ／ＤＣコンバータ２６を制御してＥＶ４０への充電を行う（ステップ１０）。この場合の制御はステップ１→ステップ２→ステップ３→ステップ５→ステップ７→ステップ８→ステップ１０→ステップ１となる。
【００５４】
以上、設備用蓄電池２２が十分な残電力量を保有している場合の制御手順を説明した。
【００５５】
次に設備用蓄電池２２の残電力量が少なく、ＥＶ４０への充電ができない場合の制御手順を説明する。
【００５６】
図５のステップ２よりステップ１１に進み、ステップ３と同様にＥＶ４０からの充電要求があるかどうかを判定する。
【００５７】
最初にＥＶ４０が接続されていない場合を説明する。この場合はＡＣ／ＤＣコンバータ３０の入力をＰＲとして設備用蓄電池２２への充電を行う（ステップ１２）。ただし、設備用蓄電池２２への充電は、定電圧定電流法等、設備用蓄電池の特性に合わせた方法で実施する必要があるため、店舗の余剰電力ＰＲを最大値として第１のコントローラ２８により充電を行う。この状態が継続すれば、ステップ１→ステップ２→ステップ１１→ステップ１２→ステップ１のルートを維持して設備用蓄電池２２への充電を継続する。設備用蓄電池２２に十分な電力量が蓄積されれば、前記のとおりステップ２からステップ３へ進む。
【００５８】
一方、ステップ１１においてＥＶ４０が接続されたことを検出した場合、設備用蓄電池２２を使用せず、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０を経由してＥＶ４０への充電を行う必要があるため、ステップ１３において設備用蓄電池２２とＡＣ／ＤＣコンバータ３０間に設けられた常時閉であるスイッチ（図３には図示せず）を開放し、設備用蓄電池２２を切り離す。この理由は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力に容量が少ない設備用蓄電池２２が接続された状態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６を経由してＥＶ４０への充電を行うと同時に設備用蓄電池２２への補充電が行われてしまい、ＥＶ４０への充電の効率が低下するからである。
【００５９】
続いてステップ１４において、ステップ５と同様ＰＲが０であるかどうかを判定する。ＰＲが０でなければＰＲの数値から、ＥＶ４０への充電に利用できる電流値を計算し、ＣＡＮ通信等を通じてＥＶ４０に情報を提供する（ステップ１５）。この理由は、現在のＥＶ接続の標準的なプロトコルにおいては、ＣＡＮ通信を経由して予めＥＶ充電器２０が充電に利用可能な電流値をＥＶ４０に通知することになっているためである。もし他のプロトコルを利用する場合は、そのプロトコルの規定に従って充電電流を決定することも可能である。続いてステップ１６において、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０への入力電力がＰＲとなるよう、第２のコントローラ３６は第１のコントローラ２８を経由して制御を行い、ＥＶ４０への充電を行う。この場合、ステップ１→ステップ２→ステップ１１→ステップ１３→ステップ１４→ステップ１５→ステップ１６→ステップ１を継続する。
【００６０】
最後にステップ１４においてＰＲが０であった場合、設備用蓄電池２２の残容量が不足し、かつ店舗の余剰電力も無い状態であるため、この時点ではＥＶ４０への充電は行えないため、店舗の余剰電力が発生するまで待機する必要がある（ステップ１７）。ただし、図２にも示したとおり、店舗でのピーク電力の発生は例えば１分等、きわめて短時間であり、この間を待機することは大きな問題ではない。この場合、ステップ１→ステップ２→ステップ１１→ステップ１３→ステップ１４→ステップ１７→ステップ１を継続する。
【００６１】
このような状況でも待機することなく常にＥＶ充電を実施したい場合には、店舗側での余剰電力の発生状況と、ＥＶ４０への充電頻度を考慮の上設備用蓄電池の容量を適切に設定する方法がある他、図６に示す第２実施形態のように、設備用蓄電池２２を２組以上（図では２２Ａ、２２Ｂの２組）搭載し、スイッチＳＷ１〜５を適宜切換えて、設備用蓄電池２２への補充電とＥＶ４０への充電とを交互に行う等の方法も可能である。
【００６２】
以上の制御プログラムを第２のコントローラ３６に搭載することにより、ＥＶ充電器２１は常に使用電力が余剰電力ＰＲ以下となるように動作を行う。この結果、ＥＶ充電器２１を含む店舗での合計の使用電流は、常に契約電力Ｐ０以下とすることができる。
【００６３】
この状況を店舗の消費電力の時間推移の例として図７に示す。
【００６４】
以上説明した本装置により、ＥＶ充電器２１を設置した店舗等での契約電力を増加させることなく、店舗側での余剰電力のみを利用することによりＥＶ４０への急速充電に必要な電力を賄うことができる。
【００６５】
なお、本装置で説明したＥＶ充電器は、設備用蓄電池２２を内蔵したＥＶ充電器の基本的な構成には設計変更を加えることなく負荷平準化が可能である。
【００６６】
尚、第２実施形態では、設備用蓄電池２２が２組設けられていたが、３組以上であっても良い。
【００６７】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は通常、変換効率ηが最大でも９５％程度である。また、設備用蓄電池２２に一旦蓄電することによるエネルギーロスは、蓄電池の種類にもよるが、効率の高いものを用いることにより９８％程度となる。
【００６８】
従って、図３に示す方式では、入力交流電力と、負荷を充電するための電力との比である総合効率η２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の一次側に入力される電力が設備用蓄電池２２のみから供給される場合、次式で示され、約８８．４％となる。
η２０＝０．９５×０．９８×０．９５＝０．８８４ …（２）
【００６９】
すなわち、交流入力から得た電力のうち、（１００−８８．４＝）１１．６％が熱となって消費されてしまう。この総合効率が低いことが問題となることがある。
【００７０】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の容量は、当然ながら負荷を充電する際に必要となる電力を供給できるだけの容量を保有することが必要である。例えば、負荷となるＥＶ４０への出力電力が１００ｋＷであるとすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６への入力電力は１０５．３ｋＷ、設備用蓄電池２２の充放電ロスを考慮して設備用蓄電池２２への入力は１０７．４ｋＷとなる。従って、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０への入力電力は１１３．１ｋＷが必要である。よって、上記数値例では、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０で１１３．１ｋＷ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６で１００ｋＷの電力容量が必要となる。
【００７１】
そこで、本発明の第３実施形態では、図８に示す如く、絶縁型とされたＤＣ／ＤＣコンバータ５０の二次側の接地側配線５１をアースではなく、設備用蓄電池２２に接続している。このＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、絶縁型、すなわち、入力側と出力側の接地端子が絶縁されているものを用いる。その他の構成は図３と同じである。
【００７２】
絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ５０の回路例を図９に示す。図９では、絶縁トランス５０Ａの一次側に直流電源を接続し、ゲート制御されるトランジスタ５０Ｂによるスイッチで電流のオンオフを行う。絶縁トランス５０Ａの二次側には誘導起電力が発生し、ダイオード５０Ｃとキャパシタ５０Ｄにより整流されて出力される。出力電圧をセンサー５０Ｅにより検出して、トランジスタ５０Ｂの駆動波形を制御することにより、出力電圧を所望の電圧に制御する。絶縁トランス５０Ａを用いることにより、ＤＣ入力とＤＣ出力のグランドレベルを変更可能であることから、絶縁型と呼ばれている。図９に示したのは絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの一例であり、絶縁型であれば他の方式でも構わない。
【００７３】
以下、第３実施形態の制御方法を説明する。
【００７４】
図１０に、第２のコントローラ３６等の記載を省略した、制御系統も含む第３実施形態の要部の構成を示す。図１０において、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０、スイッチＳ１等の制御は、例えば第１のコントローラ２８により行う。Ｖ１は、設備用蓄電池２２の電圧をモニタして残量を把握するための電圧計である。
【００７５】
（１）ＥＶ４０が接続されていない場合
この場合、図１１に示す如く、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の動作を停止し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０により設備用蓄電池２２を充電する。充電方法は、例えばフローティング充電を行うことができる。ＥＶ４０が接続されていないことは、例えばユーザーインタフェース装置（図示省略）からＥＶ４０が接続されていることを示す信号が出ないことで検出する。あるいは、図１２に示す如く、車載用ＬＡＮ（Local Area Network）であるＣＡＮ（Controller Area Network）を利用したＥＶ４０側とのＣＡＮ通信等により検出できる。
【００７６】
（２）ＥＶ４０が接続された場合
ＣＡＮ通信等によりＥＶ４０が接続されたことを検出すると、図１３に示す如く、スイッチＳ１を閉じることにより充電動作を開始する。充電電流はＣＡＮ通信等によりＥＶ４０側から指示がある場合は、その電流値ＩＳになるよう、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を制御する。ＥＶ４０側から充電電流の指示がない場合は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力側で充電電流Ａ２を計測した結果に基づき、適切な電流値に設定する。適切な電流値は、外部入力等により設定することができる。
【００７７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、出力側の充電電流Ａ２がＩＳと等しくなる様、出力電圧を制御する。本構成によれば、ＥＶ４０とＤＣ／ＤＣコンバータ５０が直列に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧は、設備用蓄電池２２の電圧により常に変化させる必要があるため、ＩＳとＡ２の比較処理は、ある一定周期で実施する。
【００７８】
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の一次側に加える電力を、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧を変化させることにより制御する。ここで、（ａ）設備用蓄電池２２の持つ電力を優先的に使用し、交流入力１０からのＡＣ電力使用量を極力少なくする場合、（ｂ）交流入力１０からのＡＣ電力を優先的に使用し、設備用蓄電池２２の電力を極力少なくする場合、（ｃ）設備用蓄電池２２を使用せず、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力のみを利用して本装置を動作させる場合の３通りがある。これらはユーザーインタフェースにより選択することも可能であるし、あらかじめ設定することも可能である。
【００７９】
例えば、本装置の利用が昼間に限られ、夜間電力による充電を優先して、昼間は交流入力を極力削減したいという場合に、朝の時間帯は上記（ａ）を使用してＡＣ入力からの電力消費を低減し、設備用蓄電池２２の残量が減少した後は上記（ｂ）を使用することにより設備用蓄電池２２の残量を確保しつつ急速充電を可能とするという使い方が考えられる。通常は（ａ）もしくは（ｂ）の動作を用いるが、設備用蓄電池２２の残量が極端に少なくなり、設備用蓄電池２２からＥＶ４０への充電が実施できない場合には（ｃ）の動作を行うことができる。
【００８０】
上記（ａ）の場合、第１のコントローラ２８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電流Ａ３が十分小さく、設備用蓄電池２２からの出力電流Ａ１が大きくなるよう、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧を低く設定するような制御を行う。
【００８１】
上記（ｂ）の場合、第１のコントローラ２８は、（ａ）と逆に、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電流Ａ３が十分大きく、設備用蓄電池２２からの出力電流Ａ１が小さくなるよう、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧を高く設定するような制御を行う。
【００８２】
上記（ｃ）の場合、第１のコントローラ２８は、図１４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の動作を停止させ、該ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に内蔵されたスイッチ（図示省略）により該ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の二次側接続を短絡させることにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０からの電力が、該ＤＣ／ＤＣコンバータ５０をバイパスして、直接、ＥＶ４０の充電に用いられるよう、制御を行う。この場合は設備用蓄電池２２による電力が利用できないため、充電速度はＡＣ／ＤＣコンバータ３０の容量により制限される低い速度となるものの、ＥＶ４０の充電は継続できる。
【００８３】
上記（ａ）の動作を行っている途中で設備用蓄電池２２の残容量が減少した場合、設備用蓄電池２２の残量を残しつつＥＶ４０の充電を継続して行うために、上記（ｂ）の動作に自動的に切り換える動作を行うよう第１のコントローラ２８をプログラムすることも可能である。
【００８４】
あるいは、設備用蓄電池２２の残量に応じて、（ａ）の動作で充電が完了できないことを予測した場合は、あらかじめ（ｂ）の動作を行うように第１のコントローラ２８のプログラムを設定することも可能である。
【００８５】
これらの動作を行うため、第１のコントローラ２８は設備用蓄電池２２の残量を一定周期で把握する機能を有する必要がある。
【００８６】
なお、第１のコントローラ２８とユーザーインタフェース装置との通信は、第１のコントローラ２８に本機能を含めることも可能であるが、あるいは専用の通信機能を有するモジュールを搭載しても良い。
【００８７】
次に、第３実施形態による総合効率の向上効果について検討する。
【００８８】
図８の回路では、設備用蓄電池２２からの出力電力は、２つの経路に分かれる。一つはＤＣ／ＤＣコンバータ５０の一次側に接続され、他方は配線５１によりＤＣ／ＤＣコンバータ５０の二次側に直列に接続される。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の二次側に設備用蓄電池２２が直列に接続されて電圧がかさ上げされているため、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧は図１５に示す従来例の場合に比べて小さくて済む。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０が扱う電力は図１５に比べて小さくできる。
【００８９】
通常のＤＣ／ＤＣコンバータ２６と本実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ５０の効率が同じとすると、ＤＣ／ＤＣコンバータを通る電力に比例した電力損失が発生するため、図１５の場合に比べＤＣ／ＤＣコンバータでの電力ロスが少なくなり、結果的に総合効率ηが向上する。
【００９０】
上記と同様の計算例を以下に示す。
【００９１】
図８の回路構成においては、設備用蓄電池２２の出力の一部がＤＣ／ＤＣコンバータ５０の一次側に、残りが二次側に供給されることになり、その分担割合は、設備用蓄電池２２の残量と、ＥＶ４０の残量により連続的に変化する。
【００９２】
最も極端な例として、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の一次側の流入電力がＡＣ／ＤＣコンバータ３０のみから供給される場合（これは、例えばＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧を設備用蓄電池２２の電圧に比べて十分高くすることにより実現できる）と、逆にＤＣ／ＤＣコンバータ５０の一次側の流入電力が設備用蓄電池２２のみから供給される場合（上記と逆に設備用蓄電池２２の電圧に比べてＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧を十分低くすることにより実現できる）が考えられる。それぞれの場合の等価的な回路図を図１６、図１７に示す。
【００９３】
以下に、図１６、図１７におけるシステムの総合効率η３０、η４０を計算する。前提条件は上述と同じとする。
【００９４】
まず最初に仮定として、設備用蓄電池２２の電圧は、負荷となるＥＶ４０の電圧の１／２、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧と設備用蓄電池２２の電圧が等しい場合を考える。
【００９５】
図１６の場合では、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力の効率は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力に直接接続されているため、
０．９５×０．９５＝０．９０２５である。
【００９６】
設備用蓄電池２２の出力の効率は０．９５×０．９８＝０．９３１である。
【００９７】
これらを直列に接続した場合のＥＶ４０への総合効率η３０は、これらの電圧が等しいことから、次式のようになる。
η３０＝０．９０２５×０．５＋０．９３１×０．５＝０．９１７ …（３）
【００９８】
一方、図１７の場合を同様に計算する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の二次側出力は設備用蓄電池２２より供給されるので、その効率は
０．９３１×０．９５＝０．８８４５である。
【００９９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の二次側に直列接続された設備用蓄電池２２の効率は０．９３１であるから、総合効率η４０は、次式のようになる。
η４０＝０．８８４５×０．５＋０．９３１×０．５＝０．９０７８ …（４）
【０１００】
すなわち、図１６、図１７のいずれの場合でも、前出（２）式で計算した図１５の場合の総合効率η２０＝０．８８４を上回ることがわかる。また実際の動作は、図１６と図１７の中間の状態となり、その効率はη３０とη４０の間の数値となるため、いずれの場合であっても図１５よりも効率が高いことが示される。
【０１０１】
上述の例では、設備用蓄電池２２の電圧は、負荷となるＥＶ４０の電圧の１／２と仮定したが、設備用蓄電池２２の電圧が小さくなるほど、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の分担が増すためにシステム全体としての効率が低下する。
【０１０２】
以下では、ＥＶ４０の電圧に対する設備用蓄電池２２の電圧の比率をＰとして、総合効率ηを計算する。この場合、図１７より、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧は（１−Ｐ）と表される。
【０１０３】
図１６の回路構成の場合の総合効率η３１は、次式のようになる。
η３１＝０．９５×０．９５×（１−Ｐ）＋（０．９５×０．９８）×Ｐ …（５）
【０１０４】
同じく図１７の場合の総合効率η４１は、次式のようになる。
η４１＝０．９５×０．９８×０．９５×（１−Ｐ）＋（０．９５×０．９８）×Ｐ
…（６）
【０１０５】
システム全体の総合効率η１１は、設備用蓄電池２２とＥＶ４０の残量により、η３１とη４１の間の数値となる。
【０１０６】
ここで、η１１の最小値を求める。η３１とη４１を比較すると必ずη３１＞η４１となるので、最小値はη４１である。
【０１０７】
また、η４１の（６）式より、η４１は、Ｐが０に近いほど小さくなる。その最小値はＰ＝０の場合であるが、この場合は設備用蓄電池２２の電圧が０となり、装置が動作しないため、ほぼ０に近い場合がこれに相当すると考えられる。
【０１０８】
Ｐがほぼ０と仮定すると、このときの総合効率ηＭＩＮは、次式で示される。
ηＭＩＮ＝０．９５×０．９８×０．９５ …（７）
【０１０９】
これは図１５の場合の総合効率η２０に等しい。
【０１１０】
すなわち、図８の構成をとることにより、設備用蓄電池２２の電圧が０より大きければ、必ず図１５の構成に比べてシステム全体の効率は高くなる。
【０１１１】
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の容量は、図８の構成をとることにより、図１５に比べて小さなもので済むことが示される。例えば、設備用蓄電池２２の電圧が、負荷となるＥＶ４０電圧の１／２である上述の例では、出力１００ｋＷに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の容量は、１／２の５０ｋＷとなる。このことは、設備コスト、重量等の削減に効果的である。
【０１１２】
次に、図８の構成において、設備用蓄電池２２の電圧設定に関する条件を示す。
【０１１３】
設備用蓄電池２２、ＥＶ４０ともに電圧は、電池残量により変動する。
【０１１４】
設備用蓄電池２２の最大、最小電圧をそれぞれＶＢMax、ＶＢMin、ＥＶ４０の最大、最小電圧をそれぞれＶＥMax、ＶＥMinとすると、設備用蓄電池２２の電圧は以下のように設定される。
【０１１５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧は負にはできないため、
ＶＢMax≦ＶＥMin
である。すなわち、設備用蓄電池２２の電圧ＶＢがいかなる値であっても、ＥＶ４０の電圧ＶＥを上回らないことが条件となる。
【０１１６】
また、設備用蓄電池２２の電圧ＶＢが小さいほど、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０による昇圧が必要であり、効率低下を招くので、設備用蓄電池２２の電圧ＶＢは、できるだけＥＶ４０の電圧ＶＥに近いことが望ましい。
【０１１７】
以上の検討より、ＶＢMax＝ＶＥMinとなる電圧設定が最も効率的である。
【０１１８】
ただし、実際の電池選定に当たっては、全体コスト、電池の入手性等を考慮する必要があることから、ＶＢMax＝ＶＥMinに限定されることはない。上述の検討結果が示すように、図８の回路構成をとる限り、設備用蓄電池２２の電圧ＶＢが０でなければ必ず効率は向上するので、電池電圧の設定は任意となる。
【０１１９】
なお、前記の各蓄電池、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力容量は一例であり、装置の負荷となる外部蓄電池の容量、装置に要求される稼働率などを考慮の上、最適な数値を選定することが可能である。
【０１２０】
又、使用態様によっては、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０を外付けとして、ＥＶ充電器２１から省略することも可能である。
【０１２１】
以上説明した内容について、本装置を設置する施設等については、コンビニエンスストアを例に説明したが、これに限らず、ガソリンスタンド、駐車場、工場、一般企業等、同種の負荷パターンを持つあらゆる店舗、電力需要家等の電力消費施設に適用可能である。
【０１２２】
また、各実施形態においてＥＶ充電器２１内の第１のコントローラ２８と独立に第２のコントローラ３６を設けることとしたが、２台のコントローラを集約して１台のコントローラに置き換えても良く、さらにＡＣ／ＤＣコンバータ３０あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ２６の制御回路に同機能を保有させてもかまわない。
【０１２３】
また、前記実施形態においては、本発明がＥＶへの急速充電器に適用されていたが、本発明の急速充電対象はこれに限定されない。
【符号の説明】
【０１２４】
１０…交流入力
１２…受配電盤
１４…店舗（電力消費施設）内負荷設備
２１…電気自動車用急速充電器（ＥＶ充電器）
２２…設備用蓄電池
２６、５０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８、３６…コントローラ
３０…ＡＣ／ＤＣコンバータ
４０…電気自動車（ＥＶ）
Ｐ１、Ｐ２…電力計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、急速充電器、急速充電装置及び急速充電方法に係り、特に、電気自動車（以下ＥＶ）用の急速充電器を備えたコンビニエンスストア等の小規模施設に用いるのに好適な、急速充電器を設置した店舗等での契約電力を増加させることなく、店舗側での余剰電力のみを利用することにより、急速充電に必要な電力を賄うことができる急速充電器、急速充電装置及び急速充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力消費施設の一つであるコンビニエンスストア等の小規模店舗等では、従来、定常的な受電電力の必要量は少ないにもかかわらず、例えば大型の電子レンジを動作させている時間等のみ、大きな電力消費が発生し、電力消費に大きな変動があるため、契約電力を大きくせざるを得ないという課題があった。
【０００３】
上記課題に対する対策案として、蓄電池等、電力を保存できる素子を内蔵した電力保存装置を設置して負荷平準化を行うという方法が提案されている。例えば、特許文献１には、負荷電力が急減した場合はフライホイール発電電動機を電動機として機能させて電力を吸収し、一方、負荷電力が急増した場合は前記フライホイール発電電動機を発電機として機能させるようにした受電電力平準化装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４６４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電力消費のピーク削減のみの目的でこのような装置を導入することは費用の面から無理があり、広く普及はしていないのが現実である。
【０００６】
さらに近年、ＥＶの販売開始を受け、ＥＶ用の急速充電器の普及が図られ始めており、上記店舗等への設置も徐々に開始されている状況となっている。
【０００７】
ＥＶ用の急速充電器は、一般的には電力系統からの電力を変換して、ＥＶが必要とする電流、電圧に変換して充電を行う機能のものが一般的である。
【０００８】
このような従来のＥＶ用急速充電器においては、ＥＶへの充電の際に数ｋＷから数１０ｋＷの電力を消費し、ＥＶが来ない場合は電力をほとんど消費しないという電力消費上変動の大きな負荷となるという特性がある。
【０００９】
上記のような状況においては、ＥＶ用急速充電器の消費電力は、店舗内の他の負荷の消費電力に上乗せされる形で発生するため、店舗全体としてはさらに大きな受電電力の変動が発生している状況にあった。
【００１０】
一方、ＥＶ用急速充電器の中には蓄電池（以下、設備用蓄電池）を内蔵したものが製造され始めている。これによりＥＶ用急速充電器の消費電力が平準化され、従来のものに比べて電力消費の変動は小さくなっている。
【００１１】
しかしながら、いずれにしろ、店舗の電力消費とＥＶ用急速充電器の電力消費はおのおの独立に行われているために、店舗における電力の契約電力量は両者の最大値を合計したものとなり、平均的な受電電力量が小さい場合でも高額な受電契約を行わなければならないという課題があった。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたもので、急速充電器を設置した店舗等での契約電力を増加させることなく、店舗側での余剰電力のみを利用することにより、急速充電に必要な電力を賄うことができるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、外部蓄電池への充電が可能な設備用蓄電池と、該設備用蓄電池の出力を前記外部蓄電池への充電に適した電流や電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、外部からの交流入力を用いて前記設備用蓄電池を充電するための、外部からの入力電力を制御することが可能なＡＣ／ＤＣコンバータと、これらを制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする急速充電器により課題を解決したものである。
【００１４】
ここで、前記ＡＣ／ＤＣコンバータが、交流側と入力側の絶縁及び必要に応じて電圧の変更を行うための絶縁トランスと、交流から直流への変換を行うためのスイッチング素子と、該スイッチング素子により生成された、前記設備用蓄電池を充電する直流出力を平滑化するためのフィルタ回路と、前記スイッチング素子を制御して、該ＡＣ／ＤＣコンバータへの入力電力を目標値に制御する制御回路と、を備えることができる。
【００１５】
又、前記コントローラが、前記急速充電器が設置された電力消費施設の該急速充電器以外の設備による消費電力と、前記急速充電器による消費電力に基づいて、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを制御するようにされていることができる。
【００１６】
又、前記設備用蓄電池を複数設けることができる。
【００１７】
本発明は、又、前記の急速充電器と、該急速充電器が設置された電力消費施設の急速充電器以外の設備による消費電力を測定する手段と、前記急速充電器による消費電力を測定する手段と、を備え、前記電力消費施設の急速充電器以外の設備による消費電力と契約電力との差分である余剰電力のみを、前記急速充電器で消費するようにしたことを特徴とする急速充電装置を提供するものである。
【００１８】
本発明は、又、前記の急速充電器が設置された電力消費施設において、前記急速充電器が設置された電力消費施設の急速充電器以外の設備による消費電力と契約電力との差分である余剰電力のみを、前記急速充電器で消費することを特徴とする急速充電方法を提供するものである。
【００１９】
ここで、前記急速充電器の設備用蓄電池の残電気量、前記電力消費施設の余剰電力及び外部蓄電池の負荷発生状況に応じて、前記外部蓄電池への充電状態及び前記設備用蓄電池の補充電状態を切換えることができる。
【００２０】
又、前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分な電気量であり、前記余剰電力が外部蓄電池への充電に十分である場合は、前記余剰電力のみにより外部蓄電池を充電することができる。
【００２１】
又、前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分な電気量であり、前記余剰電力が外部蓄電池への充電に十分でない場合は、前記余剰電力と設備用蓄電池を併用して外部蓄電池を充電することができる。
【００２２】
又、前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分でない場合は、前記余剰電力を最大値として、該設備用蓄電池を補充電することができる。
【００２３】
又、前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分でない場合は、前記外部蓄電池への充電に該設備用蓄電池を使わず、前記余剰電力のみで外部蓄電池を充電することができる。
【００２４】
又、前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分でなく、且つ余剰電力も無い場合は、前記外部蓄電池への充電を行わないようにすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、店舗等での例えばＥＶ用急速充電器を除いた他の設備による消費電力を考慮し、店舗全体での契約電力との差分の余剰電力のみを急速充電器で消費する構成としたので、店舗全体の消費電力の最大値を下げ、契約電力料金の低減化を図ることが可能となると同時に、系統電源負荷の変動を小さくすることにより、系統の不安定要因を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】設備用蓄電池を内蔵したＥＶ用急速充電器の標準的な構成と、店舗内負荷設備の接続状況のモデルを示すブロック図
【図２】店舗等での典型的な電力消費の状況例を示すタイムチャート
【図３】本発明に係るＥＶ用急速充電器の第１実施形態を店舗等に設置した場合の構成例を示すブロック図
【図４】第１実施形態で用いられているＡＣ／ＤＣコンバータの要部構成を示す回路図
【図５】同じく第２のコントローラの作用を示すフローチャート
【図６】本発明に係る急速充電器の第２実施形態を店舗等に設置した場合の構成例を示すブロック図
【図７】本発明を採用した店舗等の消費電力の時間推移の例を示すタイムチャート
【図８】本発明に係る急速充電器の第３実施形態の基本的な構成を示すブロック図
【図９】第３実施形態で用いることが可能な絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの一例の構成を示す回路図
【図１０】第３実施形態の具体的な構成例を示すブロック図
【図１１】同じく動力用蓄電池接続前の状態を示すブロック図
【図１２】同じく充電装置とＥＶ間でＣＡＮ通信を行なっている状態を示す図
【図１３】同じく動力用蓄電池接続後の状態を示すブロック図
【図１４】同じくＤＣ／ＤＣコンバータをオフとした状態を示すブロック図
【図１５】従来の急速充電器の一例の基本的な構成を示すブロック図
【図１６】第３実施形態でＤＣ／ＤＣコンバータ一次側の流入電力がＡＣ／ＤＣコンバータのみから供給される場合を示すブロック図
【図１７】同じくＤＣ／ＤＣコンバータ一次側の流入電力が設備用蓄電池のみから供給される場合を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
図１に、設備用蓄電池２２を内蔵したＥＶ用急速充電器（単にＥＶ充電器とも称する）２０の標準的な構成と、コンビニエンスストア（以下、コンビニとも称する）等を想定した場合の、電子レンジ等を含む店舗内の負荷設備（以下、店舗内負荷設備）１４の接続状況のモデルを示す。
【００２９】
交流の系統１０からの入力に対して、受配電盤１２を経由して、店舗内負荷設備１４及びＥＶ充電器２０が接続されている。
【００３０】
ＥＶ４０が接続されていない状態において、設備用蓄電池２２に十分な電気量が蓄積されていない場合は、コントローラ２８の指示によりＡＣ／ＤＣコンバータ２４から設備用蓄電池２２への補充電が行われる。設備用蓄電池２２に十分な電気量が蓄積されれば該設備用蓄電池２２への充電を終了する。ＥＶ４０が接続されたことをコントローラ２８が検出すると、コントローラ２８はＤＣ／ＤＣコンバータ２６を動作させ、ＥＶ４０が要求する電流あるいは電圧値に合うよう、設備用蓄電池２２の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２６で変圧し、ＥＶ４０への充電を行う。
【００３１】
従来の一般的な動作においては、店舗内負荷設備１４とＥＶ充電器２０は、おのおの独立に必要に応じて動作しており、これらが消費する合計の電力が受電量となる。
【００３２】
次に、ＥＶ充電器を設置していない場合の上記コンビニ店舗等における典型的な電力消費の時間変化の例を図２（ａ）に、従来型の設備用蓄電池内蔵型のＥＶ充電器２０を設置した場合の例を図２（ｂ）に示す。ここでは、ＥＶ充電器２０は設備用蓄電池２２を内蔵しており、ＥＶ４０への充電実施の有無にかかわらず、常に一定の電力消費を行っていると仮定した。実際にはＥＶ充電器２０の消費電力は一定ではなく、ＥＶ４０への充電、内蔵の設備用蓄電池２２への充電等の繰り返しにより絶えず変動しており、店舗等の合計の電力消費の時間変化は、図２（ｂ）よりも更に大きなものとなっていることが想定される。
【００３３】
図２に示すように、店舗等において通常の電力消費は、照明、エアコン等定常的な負荷が中心であるが、大出力の電子レンジ等を使用する期間（短時間）のみ消費電力量が急増している。通常の契約では、この最大電力を賄える電力で契約を行うため、平均的な電力消費に比べて高額な契約が必要となっている。この短期間的な電力消費を抑えることができれば契約金額を低減することができるばかりでなく、電力系統側にとっても、負荷の急変による周波数変動等の不安定要因を除くことができるので系統の安定性という面からも効果がある。
【００３４】
次に、本発明に用いるＥＶ充電器２１を店舗等に設置した場合の構成例を図３に示す。図３においては、図１に対して第２のコントローラ３６、電力計Ｐ１、Ｐ２が追加されている。Ｐ１はＥＶ充電器２１を除いた店舗等の消費電力を計測する電力計であり、Ｐ２はＥＶ充電器２１の消費電力を計測する電力計である。また、第２のコントローラ３６は、電力計Ｐ１、Ｐ２の計測結果を受け、ＥＶ充電器２１の既設コントローラ（第１のコントローラと称する）２８に対してＥＶ充電器２１の制御方法を指示する制御装置である。また、図のＡＣ／ＤＣコンバータ３０は、第１のコントローラ２８からの指示に基づいて交流入力１０からの使用電力を変更する機能を有するものとなっている。
【００３５】
ここで、外部からの指示に基づいて交流電源１０からの入力電力を制御することが可能なＡＣ／ＤＣコンバータ３０の構成例と動作を図４を用いて説明する。
【００３６】
図のように、交流入力１０に対して絶縁トランス３２を通して、入出力の絶縁とともに、必要に応じて電圧の変換を行う。その後、例えばＩＧＢＴ等のスイッチング素子３３により交流を直流に変換すると同時に出力電力を制御することにより、本コンバータ３０への入力電力値を目標値とする電力一定制御を行う。入力電力の制御は、図に示すゲート点弧制御回路３４により、各スイッチング素子３３のゲート回路の通電状況を制御することにより行う。図において、３５は、出力波形を整流するための、例えばコンデンサ等でなるフィルタ回路である。なお、図では入力交流として３相交流を例として示したが、単相交流でも構わない。
【００３７】
次に、図３を用いて本装置の動作を説明する。
【００３８】
第２のコントローラ３６には、あらかじめ当該店舗の契約電力もしくは許容される最大電力Ｐ０がデータとして記憶されている。Ｐ０は本装置設置時にあらかじめ入力するが、電力負荷設備、契約電力の変更時には手動にて設定変更を行うことも可能である。
【００３９】
Ｐ１はＥＶ充電器２１を除く店舗内使用電流の計測結果であるから、第２のコントローラ３６において、Ｐ０とＰ１の差すなわち、
Ｐ０−Ｐ１＝ＰＲ …（１）
を計算することにより、現在店舗で使用している電力と契約電力の差に相当する余剰電力値ＰＲを計算することができる。
【００４０】
続いて第２のコントローラ３６は、第１のコントローラ２８に対して、ＥＶ４０が使用できる電力値としてＰＲを伝達する。
【００４１】
以下、第２のコントローラ３６に組み込む制御プログラムのフローチャートについて、図５を用いて説明する。
【００４２】
まず、第２のコントローラ３６は、（１）式に示したように、店舗の許容電力Ｐ０と、ＥＶ充電器２１以外の他の負荷設備で使用している電力Ｐ１との差を計算することにより店舗の余剰電力量ＰＲを計算する（図５中ステップ１、以下ステップ番号において図５は省略）。
【００４３】
続いて、設備用蓄電池２２の残電気量を端子電圧の計測等の方法により計測し、この残電気量がＥＶ４０の充電を行うに十分であるかどうかを判定する（ステップ２）。残電気量がＥＶ充電を行うに十分であるかどうかの判定値は、あらかじめデータとして第２のコントローラ３６に入力しておく。
【００４４】
最初にステップ２においてＥＶ４０の充電に十分な電気量がある場合の手順を説明する。
【００４５】
ＥＶ４０が接続され、ＥＶ４０への充電が要求されているかを、ＣＡＮ通信等の方法により確認する（ステップ３）。
【００４６】
充電要求が無い場合は、図５中丸囲み数値１へ戻る（ステップ４）。
【００４７】
この場合、ステップ１→ステップ２→ステップ３→ステップ４のルートを継続することにより、本装置２１は待機状態となる。
【００４８】
次にステップ３においてＥＶ４０が接続され、充電が要求された場合を説明する。
【００４９】
この場合は、ステップ３からステップ５に進む。
【００５０】
ステップ５で、第２のコントローラ３６は、現在の余剰電力量ＰＲが０であるかどうかを判定する。ＰＲが０である場合は店舗側に余剰電力が全く無い状態であるため、ＥＶ４０への充電に交流入力を利用することができない。このため、ＥＶ４０への充電は本装置２１に内蔵された設備用蓄電池２２のみを用いて行うことが必要である。そこで、第２のコントローラ３６は、第１のコントローラ２８を経由して、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の動作を停止させ、設備用蓄電池２２のみでＥＶ４０への充電を行うよう、指示を行う（ステップ６）。この場合、ステップ１→ステップ２→ステップ３→ステップ５→ステップ６のルートを継続し、同じ状態が継続する限り、設備用蓄電池２２のみを用いたＥＶ４０への充電を継続する。
【００５１】
ステップ５でＰＲが０で無い場合、ステップ７に進み、ＣＡＮ通信等でＥＶ４０から得られる要求電流値等の情報を用いて、ＥＶ４０の充電に必要な電力ＰＮを計算する。
続いて、ＰＲとＰＮの大小を比較する（ステップ８）。
【００５２】
ステップ８において、ＰＲの方が大きいか等しい場合、ＥＶ４０から要求される電力を店舗余剰電力で十分賄えることを意味しているため、第２のコントローラ３６は、第１のコントローラ２８を経由して、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０に対して入力電力ＰＮにてＥＶ４０に充電するよう指示する（ステップ９）。この場合、ＥＶ４０への充電はＡＣ／ＤＣコンバータ３０のみの電力で行われる。同じ状態が継続する限り、ステップ１→ステップ２→ステップ３→ステップ５→ステップ７→ステップ８→ステップ９→ステップ１のルートを維持し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０のみを用いたＥＶ４０への充電を継続する。
【００５３】
ここで、ステップ８において、ＰＲよりもＰＮの方が大きい状態が発生した場合、店舗の余剰電力のみではＥＶ４０への充電に不足であることを意味するため、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０に対しては入力電力をＰＲとして動作するとともに、設備用蓄電池２２の電力を併用して合計電力がＰＮとなるように、第２のコントローラ３６は第１のコントローラ２８を経由してＤＣ／ＤＣコンバータ２６を制御してＥＶ４０への充電を行う（ステップ１０）。この場合の制御はステップ１→ステップ２→ステップ３→ステップ５→ステップ７→ステップ８→ステップ１０→ステップ１となる。
【００５４】
以上、設備用蓄電池２２が十分な残電力量を保有している場合の制御手順を説明した。
【００５５】
次に設備用蓄電池２２の残電力量が少なく、ＥＶ４０への充電ができない場合の制御手順を説明する。
【００５６】
図５のステップ２よりステップ１１に進み、ステップ３と同様にＥＶ４０からの充電要求があるかどうかを判定する。
【００５７】
最初にＥＶ４０が接続されていない場合を説明する。この場合はＡＣ／ＤＣコンバータ３０の入力をＰＲとして設備用蓄電池２２への充電を行う（ステップ１２）。ただし、設備用蓄電池２２への充電は、定電圧定電流法等、設備用蓄電池の特性に合わせた方法で実施する必要があるため、店舗の余剰電力ＰＲを最大値として第１のコントローラ２８により充電を行う。この状態が継続すれば、ステップ１→ステップ２→ステップ１１→ステップ１２→ステップ１のルートを維持して設備用蓄電池２２への充電を継続する。設備用蓄電池２２に十分な電力量が蓄積されれば、前記のとおりステップ２からステップ３へ進む。
【００５８】
一方、ステップ１１においてＥＶ４０が接続されたことを検出した場合、設備用蓄電池２２を使用せず、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０を経由してＥＶ４０への充電を行う必要があるため、ステップ１３において設備用蓄電池２２とＡＣ／ＤＣコンバータ３０間に設けられた常時閉であるスイッチ（図３には図示せず）を開放し、設備用蓄電池２２を切り離す。この理由は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力に容量が少ない設備用蓄電池２２が接続された状態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６を経由してＥＶ４０への充電を行うと同時に設備用蓄電池２２への補充電が行われてしまい、ＥＶ４０への充電の効率が低下するからである。
【００５９】
続いてステップ１４において、ステップ５と同様ＰＲが０であるかどうかを判定する。ＰＲが０でなければＰＲの数値から、ＥＶ４０への充電に利用できる電流値を計算し、ＣＡＮ通信等を通じてＥＶ４０に情報を提供する（ステップ１５）。この理由は、現在のＥＶ接続の標準的なプロトコルにおいては、ＣＡＮ通信を経由して予めＥＶ充電器２０が充電に利用可能な電流値をＥＶ４０に通知することになっているためである。もし他のプロトコルを利用する場合は、そのプロトコルの規定に従って充電電流を決定することも可能である。続いてステップ１６において、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０への入力電力がＰＲとなるよう、第２のコントローラ３６は第１のコントローラ２８を経由して制御を行い、ＥＶ４０への充電を行う。この場合、ステップ１→ステップ２→ステップ１１→ステップ１３→ステップ１４→ステップ１５→ステップ１６→ステップ１を継続する。
【００６０】
最後にステップ１４においてＰＲが０であった場合、設備用蓄電池２２の残容量が不足し、かつ店舗の余剰電力も無い状態であるため、この時点ではＥＶ４０への充電は行えないため、店舗の余剰電力が発生するまで待機する必要がある（ステップ１７）。ただし、図２にも示したとおり、店舗でのピーク電力の発生は例えば１分等、きわめて短時間であり、この間を待機することは大きな問題ではない。この場合、ステップ１→ステップ２→ステップ１１→ステップ１３→ステップ１４→ステップ１７→ステップ１を継続する。
【００６１】
このような状況でも待機することなく常にＥＶ充電を実施したい場合には、店舗側での余剰電力の発生状況と、ＥＶ４０への充電頻度を考慮の上設備用蓄電池の容量を適切に設定する方法がある他、図６に示す第２実施形態のように、設備用蓄電池２２を２組以上（図では２２Ａ、２２Ｂの２組）搭載し、スイッチＳＷ１〜５を適宜切換えて、設備用蓄電池２２への補充電とＥＶ４０への充電とを交互に行う等の方法も可能である。
【００６２】
以上の制御プログラムを第２のコントローラ３６に搭載することにより、ＥＶ充電器２１は常に使用電力が余剰電力ＰＲ以下となるように動作を行う。この結果、ＥＶ充電器２１を含む店舗での合計の使用電流は、常に契約電力Ｐ０以下とすることができる。
【００６３】
この状況を店舗の消費電力の時間推移の例として図７に示す。
【００６４】
以上説明した本装置により、ＥＶ充電器２１を設置した店舗等での契約電力を増加させることなく、店舗側での余剰電力のみを利用することによりＥＶ４０への急速充電に必要な電力を賄うことができる。
【００６５】
なお、本装置で説明したＥＶ充電器は、設備用蓄電池２２を内蔵したＥＶ充電器の基本的な構成には設計変更を加えることなく負荷平準化が可能である。
【００６６】
尚、第２実施形態では、設備用蓄電池２２が２組設けられていたが、３組以上であっても良い。
【００６７】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は通常、変換効率ηが最大でも９５％程度である。また、設備用蓄電池２２に一旦蓄電することによるエネルギーロスは、蓄電池の種類にもよるが、効率の高いものを用いることにより９８％程度となる。
【００６８】
従って、図３に示す方式では、入力交流電力と、負荷を充電するための電力との比である総合効率η２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の一次側に入力される電力が設備用蓄電池２２のみから供給される場合、次式で示され、約８８．４％となる。
η２０＝０．９５×０．９８×０．９５＝０．８８４ …（２）
【００６９】
すなわち、交流入力から得た電力のうち、（１００−８８．４＝）１１．６％が熱となって消費されてしまう。この総合効率が低いことが問題となることがある。
【００７０】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の容量は、当然ながら負荷を充電する際に必要となる電力を供給できるだけの容量を保有することが必要である。例えば、負荷となるＥＶ４０への出力電力が１００ｋＷであるとすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６への入力電力は１０５．３ｋＷ、設備用蓄電池２２の充放電ロスを考慮して設備用蓄電池２２への入力は１０７．４ｋＷとなる。従って、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０への入力電力は１１３．１ｋＷが必要である。よって、上記数値例では、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０で１１３．１ｋＷ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６で１００ｋＷの電力容量が必要となる。
【００７１】
そこで、本発明の第３実施形態では、図８に示す如く、絶縁型とされたＤＣ／ＤＣコンバータ５０の二次側の接地側配線５１をアースではなく、設備用蓄電池２２に接続している。このＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、絶縁型、すなわち、入力側と出力側の接地端子が絶縁されているものを用いる。その他の構成は図３と同じである。
【００７２】
絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ５０の回路例を図９に示す。図９では、絶縁トランス５０Ａの一次側に直流電源を接続し、ゲート制御されるトランジスタ５０Ｂによるスイッチで電流のオンオフを行う。絶縁トランス５０Ａの二次側には誘導起電力が発生し、ダイオード５０Ｃとキャパシタ５０Ｄにより整流されて出力される。出力電圧をセンサー５０Ｅにより検出して、トランジスタ５０Ｂの駆動波形を制御することにより、出力電圧を所望の電圧に制御する。絶縁トランス５０Ａを用いることにより、ＤＣ入力とＤＣ出力のグランドレベルを変更可能であることから、絶縁型と呼ばれている。図９に示したのは絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの一例であり、絶縁型であれば他の方式でも構わない。
【００７３】
以下、第３実施形態の制御方法を説明する。
【００７４】
図１０に、第２のコントローラ３６等の記載を省略した、制御系統も含む第３実施形態の要部の構成を示す。図１０において、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ５０、スイッチＳ１等の制御は、例えば第１のコントローラ２８により行う。Ｖ１は、設備用蓄電池２２の電圧をモニタして残量を把握するための電圧計である。
【００７５】
（１）ＥＶ４０が接続されていない場合
この場合、図１１に示す如く、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の動作を停止し、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０により設備用蓄電池２２を充電する。充電方法は、例えばフローティング充電を行うことができる。ＥＶ４０が接続されていないことは、例えばユーザーインタフェース装置（図示省略）からＥＶ４０が接続されていることを示す信号が出ないことで検出する。あるいは、図１２に示す如く、車載用ＬＡＮ（Local Area Network）であるＣＡＮ（Controller Area Network）を利用したＥＶ４０側とのＣＡＮ通信等により検出できる。
【００７６】
（２）ＥＶ４０が接続された場合
ＣＡＮ通信等によりＥＶ４０が接続されたことを検出すると、図１３に示す如く、スイッチＳ１を閉じることにより充電動作を開始する。充電電流はＣＡＮ通信等によりＥＶ４０側から指示がある場合は、その電流値ＩＳになるよう、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を制御する。ＥＶ４０側から充電電流の指示がない場合は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力側で充電電流Ａ２を計測した結果に基づき、適切な電流値に設定する。適切な電流値は、外部入力等により設定することができる。
【００７７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、出力側の充電電流Ａ２がＩＳと等しくなる様、出力電圧を制御する。本構成によれば、ＥＶ４０とＤＣ／ＤＣコンバータ５０が直列に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧は、設備用蓄電池２２の電圧により常に変化させる必要があるため、ＩＳとＡ２の比較処理は、ある一定周期で実施する。
【００７８】
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の一次側に加える電力を、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧を変化させることにより制御する。ここで、（ａ）設備用蓄電池２２の持つ電力を優先的に使用し、交流入力１０からのＡＣ電力使用量を極力少なくする場合、（ｂ）交流入力１０からのＡＣ電力を優先的に使用し、設備用蓄電池２２の電力を極力少なくする場合、（ｃ）設備用蓄電池２２を使用せず、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力のみを利用して本装置を動作させる場合の３通りがある。これらはユーザーインタフェースにより選択することも可能であるし、あらかじめ設定することも可能である。
【００７９】
例えば、本装置の利用が昼間に限られ、夜間電力による充電を優先して、昼間は交流入力を極力削減したいという場合に、朝の時間帯は上記（ａ）を使用してＡＣ入力からの電力消費を低減し、設備用蓄電池２２の残量が減少した後は上記（ｂ）を使用することにより設備用蓄電池２２の残量を確保しつつ急速充電を可能とするという使い方が考えられる。通常は（ａ）もしくは（ｂ）の動作を用いるが、設備用蓄電池２２の残量が極端に少なくなり、設備用蓄電池２２からＥＶ４０への充電が実施できない場合には（ｃ）の動作を行うことができる。
【００８０】
上記（ａ）の場合、第１のコントローラ２８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電流Ａ３が十分小さく、設備用蓄電池２２からの出力電流Ａ１が大きくなるよう、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧を低く設定するような制御を行う。
【００８１】
上記（ｂ）の場合、第１のコントローラ２８は、（ａ）と逆に、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電流Ａ３が十分大きく、設備用蓄電池２２からの出力電流Ａ１が小さくなるよう、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧を高く設定するような制御を行う。
【００８２】
上記（ｃ）の場合、第１のコントローラ２８は、図１４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の動作を停止させ、該ＤＣ／ＤＣコンバータ５０に内蔵されたスイッチ（図示省略）により該ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の二次側接続を短絡させることにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０からの電力が、該ＤＣ／ＤＣコンバータ５０をバイパスして、直接、ＥＶ４０の充電に用いられるよう、制御を行う。この場合は設備用蓄電池２２による電力が利用できないため、充電速度はＡＣ／ＤＣコンバータ３０の容量により制限される低い速度となるものの、ＥＶ４０の充電は継続できる。
【００８３】
上記（ａ）の動作を行っている途中で設備用蓄電池２２の残容量が減少した場合、設備用蓄電池２２の残量を残しつつＥＶ４０の充電を継続して行うために、上記（ｂ）の動作に自動的に切り換える動作を行うよう第１のコントローラ２８をプログラムすることも可能である。
【００８４】
あるいは、設備用蓄電池２２の残量に応じて、（ａ）の動作で充電が完了できないことを予測した場合は、あらかじめ（ｂ）の動作を行うように第１のコントローラ２８のプログラムを設定することも可能である。
【００８５】
これらの動作を行うため、第１のコントローラ２８は設備用蓄電池２２の残量を一定周期で把握する機能を有する必要がある。
【００８６】
なお、第１のコントローラ２８とユーザーインタフェース装置との通信は、第１のコントローラ２８に本機能を含めることも可能であるが、あるいは専用の通信機能を有するモジュールを搭載しても良い。
【００８７】
次に、第３実施形態による総合効率の向上効果について検討する。
【００８８】
図８の回路では、設備用蓄電池２２からの出力電力は、２つの経路に分かれる。一つはＤＣ／ＤＣコンバータ５０の一次側に接続され、他方は配線５１によりＤＣ／ＤＣコンバータ５０の二次側に直列に接続される。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の二次側に設備用蓄電池２２が直列に接続されて電圧がかさ上げされているため、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧は図１５に示す従来例の場合に比べて小さくて済む。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０が扱う電力は図１５に比べて小さくできる。
【００８９】
通常のＤＣ／ＤＣコンバータ２６と本実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ５０の効率が同じとすると、ＤＣ／ＤＣコンバータを通る電力に比例した電力損失が発生するため、図１５の場合に比べＤＣ／ＤＣコンバータでの電力ロスが少なくなり、結果的に総合効率ηが向上する。
【００９０】
上記と同様の計算例を以下に示す。
【００９１】
図８の回路構成においては、設備用蓄電池２２の出力の一部がＤＣ／ＤＣコンバータ５０の一次側に、残りが二次側に供給されることになり、その分担割合は、設備用蓄電池２２の残量と、ＥＶ４０の残量により連続的に変化する。
【００９２】
最も極端な例として、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の一次側の流入電力がＡＣ／ＤＣコンバータ３０のみから供給される場合（これは、例えばＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧を設備用蓄電池２２の電圧に比べて十分高くすることにより実現できる）と、逆にＤＣ／ＤＣコンバータ５０の一次側の流入電力が設備用蓄電池２２のみから供給される場合（上記と逆に設備用蓄電池２２の電圧に比べてＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧を十分低くすることにより実現できる）が考えられる。それぞれの場合の等価的な回路図を図１６、図１７に示す。
【００９３】
以下に、図１６、図１７におけるシステムの総合効率η３０、η４０を計算する。前提条件は上述と同じとする。
【００９４】
まず最初に仮定として、設備用蓄電池２２の電圧は、負荷となるＥＶ４０の電圧の１／２、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧と設備用蓄電池２２の電圧が等しい場合を考える。
【００９５】
図１６の場合では、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力の効率は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０の出力に直接接続されているため、
０．９５×０．９５＝０．９０２５である。
【００９６】
設備用蓄電池２２の出力の効率は０．９５×０．９８＝０．９３１である。
【００９７】
これらを直列に接続した場合のＥＶ４０への総合効率η３０は、これらの電圧が等しいことから、次式のようになる。
η３０＝０．９０２５×０．５＋０．９３１×０．５＝０．９１７ …（３）
【００９８】
一方、図１７の場合を同様に計算する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の二次側出力は設備用蓄電池２２より供給されるので、その効率は
０．９３１×０．９５＝０．８８４５である。
【００９９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の二次側に直列接続された設備用蓄電池２２の効率は０．９３１であるから、総合効率η４０は、次式のようになる。
η４０＝０．８８４５×０．５＋０．９３１×０．５＝０．９０７８ …（４）
【０１００】
すなわち、図１６、図１７のいずれの場合でも、前出（２）式で計算した図１５の場合の総合効率η２０＝０．８８４を上回ることがわかる。また実際の動作は、図１６と図１７の中間の状態となり、その効率はη３０とη４０の間の数値となるため、いずれの場合であっても図１５よりも効率が高いことが示される。
【０１０１】
上述の例では、設備用蓄電池２２の電圧は、負荷となるＥＶ４０の電圧の１／２と仮定したが、設備用蓄電池２２の電圧が小さくなるほど、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の分担が増すためにシステム全体としての効率が低下する。
【０１０２】
以下では、ＥＶ４０の電圧に対する設備用蓄電池２２の電圧の比率をＰとして、総合効率ηを計算する。この場合、図１７より、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧は（１−Ｐ）と表される。
【０１０３】
図１６の回路構成の場合の総合効率η３１は、次式のようになる。
η３１＝０．９５×０．９５×（１−Ｐ）＋（０．９５×０．９８）×Ｐ …（５）
【０１０４】
同じく図１７の場合の総合効率η４１は、次式のようになる。
η４１＝０．９５×０．９８×０．９５×（１−Ｐ）＋（０．９５×０．９８）×Ｐ
…（６）
【０１０５】
システム全体の総合効率η１１は、設備用蓄電池２２とＥＶ４０の残量により、η３１とη４１の間の数値となる。
【０１０６】
ここで、η１１の最小値を求める。η３１とη４１を比較すると必ずη３１＞η４１となるので、最小値はη４１である。
【０１０７】
また、η４１の（６）式より、η４１は、Ｐが０に近いほど小さくなる。その最小値はＰ＝０の場合であるが、この場合は設備用蓄電池２２の電圧が０となり、装置が動作しないため、ほぼ０に近い場合がこれに相当すると考えられる。
【０１０８】
Ｐがほぼ０と仮定すると、このときの総合効率ηＭＩＮは、次式で示される。
ηＭＩＮ＝０．９５×０．９８×０．９５ …（７）
【０１０９】
これは図１５の場合の総合効率η２０に等しい。
【０１１０】
すなわち、図８の構成をとることにより、設備用蓄電池２２の電圧が０より大きければ、必ず図１５の構成に比べてシステム全体の効率は高くなる。
【０１１１】
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の容量は、図８の構成をとることにより、図１５に比べて小さなもので済むことが示される。例えば、設備用蓄電池２２の電圧が、負荷となるＥＶ４０電圧の１／２である上述の例では、出力１００ｋＷに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の容量は、１／２の５０ｋＷとなる。このことは、設備コスト、重量等の削減に効果的である。
【０１１２】
次に、図８の構成において、設備用蓄電池２２の電圧設定に関する条件を示す。
【０１１３】
設備用蓄電池２２、ＥＶ４０ともに電圧は、電池残量により変動する。
【０１１４】
設備用蓄電池２２の最大、最小電圧をそれぞれＶＢMax、ＶＢMin、ＥＶ４０の最大、最小電圧をそれぞれＶＥMax、ＶＥMinとすると、設備用蓄電池２２の電圧は以下のように設定される。
【０１１５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧は負にはできないため、
ＶＢMax≦ＶＥMin
である。すなわち、設備用蓄電池２２の電圧ＶＢがいかなる値であっても、ＥＶ４０の電圧ＶＥを上回らないことが条件となる。
【０１１６】
また、設備用蓄電池２２の電圧ＶＢが小さいほど、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０による昇圧が必要であり、効率低下を招くので、設備用蓄電池２２の電圧ＶＢは、できるだけＥＶ４０の電圧ＶＥに近いことが望ましい。
【０１１７】
以上の検討より、ＶＢMax＝ＶＥMinとなる電圧設定が最も効率的である。
【０１１８】
ただし、実際の電池選定に当たっては、全体コスト、電池の入手性等を考慮する必要があることから、ＶＢMax＝ＶＥMinに限定されることはない。上述の検討結果が示すように、図８の回路構成をとる限り、設備用蓄電池２２の電圧ＶＢが０でなければ必ず効率は向上するので、電池電圧の設定は任意となる。
【０１１９】
なお、前記の各蓄電池、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力容量は一例であり、装置の負荷となる外部蓄電池の容量、装置に要求される稼働率などを考慮の上、最適な数値を選定することが可能である。
【０１２０】
又、使用態様によっては、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０を外付けとして、ＥＶ充電器２１から省略することも可能である。
【０１２１】
以上説明した内容について、本装置を設置する施設等については、コンビニエンスストアを例に説明したが、これに限らず、ガソリンスタンド、駐車場、工場、一般企業等、同種の負荷パターンを持つあらゆる店舗、電力需要家等の電力消費施設に適用可能である。
【０１２２】
また、各実施形態においてＥＶ充電器２１内の第１のコントローラ２８と独立に第２のコントローラ３６を設けることとしたが、２台のコントローラを集約して１台のコントローラに置き換えても良く、さらにＡＣ／ＤＣコンバータ３０あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ２６の制御回路に同機能を保有させてもかまわない。
【０１２３】
また、前記実施形態においては、本発明がＥＶへの急速充電器に適用されていたが、本発明の急速充電対象はこれに限定されない。
【符号の説明】
【０１２４】
１０…交流入力
１２…受配電盤
１４…店舗（電力消費施設）内負荷設備
２１…電気自動車用急速充電器（ＥＶ充電器）
２２…設備用蓄電池
２６、５０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８、３６…コントローラ
３０…ＡＣ／ＤＣコンバータ
４０…電気自動車（ＥＶ）
Ｐ１、Ｐ２…電力計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部蓄電池への充電が可能な設備用蓄電池と、
該設備用蓄電池の出力を前記外部蓄電池への充電に適した電流や電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
外部からの交流入力を用いて前記設備用蓄電池を充電するための、外部からの入力電力を制御することが可能なＡＣ／ＤＣコンバータと、
これらを制御するコントローラと、
を備えたことを特徴とする急速充電器。
【請求項２】
前記ＡＣ／ＤＣコンバータが、
交流側と入力側の絶縁及び必要に応じて電圧の変更を行うための絶縁トランスと、
交流から直流への変換を行うためのスイッチング素子と、
該スイッチング素子により生成された、前記設備用蓄電池を充電する直流出力を平滑化するためのフィルタ回路と、
前記スイッチング素子を制御して、該ＡＣ／ＤＣコンバータへの入力電力を目標値に制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の急速充電器。
【請求項３】
前記コントローラが、前記急速充電器が設置された電力消費施設の該急速充電器以外の設備による消費電力と、前記急速充電器による消費電力に基づいて、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを制御するようにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の急速充電器。
【請求項４】
前記設備用蓄電池が複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の急速充電器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の急速充電器と、
該急速充電器が設置された電力消費施設の急速充電器以外の設備による消費電力を測定する手段と、
前記急速充電器による消費電力を測定する手段と、を備え、
前記電力消費施設の急速充電器以外の設備による消費電力と契約電力との差分である余剰電力のみを、前記急速充電器で消費するようにしたことを特徴とする急速充電装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の急速充電器が設置された電力消費施設において、
前記急速充電器が設置された電力消費施設の急速充電器以外の設備による消費電力と契約電力との差分である余剰電力のみを、前記急速充電器で消費することを特徴とする急速充電方法。
【請求項７】
前記急速充電器の設備用蓄電池の残電気量、前記電力消費施設の余剰電力及び外部蓄電池の負荷発生状況に応じて、前記外部蓄電池への充電状態及び前記設備用蓄電池の補充電状態を切換えることを特徴とする請求項６に記載の急速充電方法。
【請求項８】
前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分な電気量であり、前記余剰電力が外部蓄電池への充電に十分である場合は、前記余剰電力のみにより外部蓄電池を充電することを特徴とする請求項７に記載の急速充電方法。
【請求項９】
前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分な電気量であり、前記余剰電力が外部蓄電池への充電に十分でない場合は、前記余剰電力と設備用蓄電池を併用して外部蓄電池を充電することを特徴とする請求項７に記載の急速充電方法。
【請求項１０】
前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分でない場合は、前記余剰電力を最大値として、該設備用蓄電池を補充電することを特徴とする請求項７に記載の急速充電方法。
【請求項１１】
前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分でない場合は、前記外部蓄電池への充電に該設備用蓄電池を使わず、
前記余剰電力のみで外部蓄電池を充電することを特徴とする請求項７に記載の急速充電方法。
【請求項１２】
前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分でなく、且つ余剰電力も無い場合は、前記外部蓄電池への充電を行わないことを特徴とする請求項７に記載の急速充電方法。
【請求項１】
外部蓄電池への充電が可能な設備用蓄電池と、
該設備用蓄電池の出力を前記外部蓄電池への充電に適した電流や電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
外部からの交流入力を用いて前記設備用蓄電池を充電するための、外部からの入力電力を制御することが可能なＡＣ／ＤＣコンバータと、
これらを制御するコントローラと、
を備えたことを特徴とする急速充電器。
【請求項２】
前記ＡＣ／ＤＣコンバータが、
交流側と入力側の絶縁及び必要に応じて電圧の変更を行うための絶縁トランスと、
交流から直流への変換を行うためのスイッチング素子と、
該スイッチング素子により生成された、前記設備用蓄電池を充電する直流出力を平滑化するためのフィルタ回路と、
前記スイッチング素子を制御して、該ＡＣ／ＤＣコンバータへの入力電力を目標値に制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の急速充電器。
【請求項３】
前記コントローラが、前記急速充電器が設置された電力消費施設の該急速充電器以外の設備による消費電力と、前記急速充電器による消費電力に基づいて、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを制御するようにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の急速充電器。
【請求項４】
前記設備用蓄電池が複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の急速充電器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の急速充電器と、
該急速充電器が設置された電力消費施設の急速充電器以外の設備による消費電力を測定する手段と、
前記急速充電器による消費電力を測定する手段と、を備え、
前記電力消費施設の急速充電器以外の設備による消費電力と契約電力との差分である余剰電力のみを、前記急速充電器で消費するようにしたことを特徴とする急速充電装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の急速充電器が設置された電力消費施設において、
前記急速充電器が設置された電力消費施設の急速充電器以外の設備による消費電力と契約電力との差分である余剰電力のみを、前記急速充電器で消費することを特徴とする急速充電方法。
【請求項７】
前記急速充電器の設備用蓄電池の残電気量、前記電力消費施設の余剰電力及び外部蓄電池の負荷発生状況に応じて、前記外部蓄電池への充電状態及び前記設備用蓄電池の補充電状態を切換えることを特徴とする請求項６に記載の急速充電方法。
【請求項８】
前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分な電気量であり、前記余剰電力が外部蓄電池への充電に十分である場合は、前記余剰電力のみにより外部蓄電池を充電することを特徴とする請求項７に記載の急速充電方法。
【請求項９】
前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分な電気量であり、前記余剰電力が外部蓄電池への充電に十分でない場合は、前記余剰電力と設備用蓄電池を併用して外部蓄電池を充電することを特徴とする請求項７に記載の急速充電方法。
【請求項１０】
前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分でない場合は、前記余剰電力を最大値として、該設備用蓄電池を補充電することを特徴とする請求項７に記載の急速充電方法。
【請求項１１】
前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分でない場合は、前記外部蓄電池への充電に該設備用蓄電池を使わず、
前記余剰電力のみで外部蓄電池を充電することを特徴とする請求項７に記載の急速充電方法。
【請求項１２】
前記設備用蓄電池の残電気量が前記外部蓄電池への充電に十分でなく、且つ余剰電力も無い場合は、前記外部蓄電池への充電を行わないことを特徴とする請求項７に記載の急速充電方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
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【図５】
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【図１４】
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【図１６】
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【公開番号】特開２０１２−２５３９５２（Ｐ２０１２−２５３９５２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２５８１３（Ｐ２０１１−１２５８１３）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
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