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JP7229820B2 - 電力制御装置 - Google Patents
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JP7229820B2 - 電力制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は電力制御装置に関する。
車載バッテリを充電する際の電動車用充電装置として、特許文献１には、系統電力と、太陽光発電装置が発電した電力とにより車載バッテリを充電可能な装置が開示されている。また、車載バッテリに充電する装置は、電流検出部にて充電電流を監視し、装置の許容電流を超えた場合、過電流保護のため充放電停止機能を備えていることが知られている。
特許第６２４２００６号公報
しかしながら、系統電力は、電力を供給する地域や時間帯などにより不安定になる場合がある。系統電力が不安定になり得る時間帯や地域などで、車載バッテリの定格充電を開始した際に、系統電圧の低下により、定格電力で充電するのに必要な充電電流が許容電流を超えて過電流を検出すると、充電を停止してしまう場合が生じ得る。この場合、手動操作により充電を再開させる必要が生じる。
本発明の目的は、過電流による充電停止を回避して継続的に充電可能な技術を提供することにある。
本発明の一態様にかかる電力制御装置は、供給された系統電力を充電用の電力に変換する変換手段の出力を制御して、バッテリを充電可能な電力制御装置であって、
前記系統電力における電圧および電流を検知する検知手段と、
前記検知手段で検知された検知電圧が、前記系統電力における定格電圧に比べて低下した不安定状態か否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記不安定状態と判定された場合、前記検知電圧と、前記系統電力における定格電流とに基づいて、前記系統電力の電力値を抑制した許容電力値を計算する計算手段と、
前記許容電力値に基づいて、前記系統電力の前記電力値が抑制された抑制充電を行うように前記変換手段の出力を制御する制御手段と、
を備え、
前記計算手段は、前記検知手段で検知された前記電圧が更に低下した状態で、閾値電流を超える過電流が検知されていない場合に前記許容電力値を再度計算し、
前記制御手段は、前記計算手段により再計算された前記許容電力値に基づいて、更に抑制された充電を行うように前記変換手段の出力を制御することを特徴とする。
本発明によれば、過電流による充電停止を回避して継続的に充電可能な技術を提供することができる。
実施形態に係る電力制御装置の機能構成を示すブロック図。 電力制御装置の制御部が実行する処理例を示すフローチャート。 電力制御装置の制御部が実行する処理例を示すフローチャート。 他の実施形態に係る電力制御装置の機能構成を示すブロック図。 他の実施形態に係る電力制御装置の機能構成を示すブロック図。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴うち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
（装置の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る電力制御装置１の機能構成を示すブロック図である。同図は、電力制御装置１が車両ＶＥＨの車載用のバッテリ１０を充電する例を示している。車両ＶＥＨは、例えば、電動車両（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）であり、バッテリ１０は、例えばリチウムイオンバッテリである。
電力制御装置１は、供給された系統電力を充電用の電力に変換する変換部（例えば、ＡＣ／ＤＣ変換部６）の出力を制御して、バッテリ１０を充電することが可能である。電力制御装置１は、例えば、充電ステーションにおける商用電力管理装置を構成したり、家庭に設置される電力管理装置を構成することが可能である。電力制御装置１は、電力会社等の電力供給設備である電力系統１００からの交流電力（系統電力）が供給される電力線２に接続されている。
電力制御装置１は電流電圧検知部４を備える。ここで、電流電圧検知部４は系統電力における電圧および電流を検知する。例えば、電流電圧検知部４は電力線２から供給される系統電力に関する物理量を検知するセンサであり、本実施形態の場合、電流電圧検知部４は、交流電圧を計測するセンサと、電流を計測するセンサと、を有する。
電力制御装置１はＡＣ／ＤＣ変換部６を備え、ＡＣ／ＤＣ変換部６は、電力線２から供給された交流電力（系統電力）を充電用の直流電力に変換する。
電力制御装置１は制御部３を備え、制御部３は、ＣＰＵに代表されるプロセッサ、半導体メモリ等の記憶デバイス、外部デバイスとの入出力インタフェース及び通信インタフェース等を含む。記憶デバイスにはプロセッサが実行するプログラムやプロセッサが処理に使用するデータ等が格納される。
制御部３は、ＡＣ／ＤＣ変換部６及び電流電圧検知部４と接続し、電流電圧検知部４により検知された交流電圧（検知電圧）に基づいて、系統電力における定格電圧（定格系統電圧）が低下しているか否か判定する。そして、検知された交流電圧（検知電圧）が所定の電圧値以上低下している場合、制御部３は、系統電圧が不安定な状態と判定する。
また、系統電圧が不安定な状態において、制御部３は、閾値電流を超える電流（過電流）が発生しているか判定する。また、制御部３は、電流電圧検知部４で検知された電流情報及び電圧情報に基づいて、許容電流値及び許容電力値を算出し、算出した許容電力値に基づいて、定格電力から電力値を抑制した電力値に基づいた充電（抑制充電）を行うようにＡＣ／ＤＣ変換部６の出力を制御する。
＜抑制充電開始までの処理例＞
図２は、電力制御装置１が実行する抑制充電開始までの処理の流れを説明するフローチャートである。充電ケーブル８が車両ＶＥＨに接続された状態で充電要求が入力されると、制御部３が、以下の処理を実行する。
ステップＳ１０において、充電要求により、制御部３は定格電力による充電開始を指示する（定格充電指示）。ここで、定格充電の例として、電力系統１００からの交流電力が５．５ＫＷ（ＡＣ２００Ｖ、２７．５Ａ）で充電を開始する。
ステップＳ１１で、制御部３は電流電圧検知部４の検知結果に基づいて、電力系統１００が不安定になっているか判定する。例えば、電流電圧検知部４により検知された電力線２の交流電圧２００Ｖ（定格系統電圧）から所定の電圧値以上低下している場合、例えば、ＡＣ２００ＶからＡＣ１９０Ｖに低下している場合（Ｓ１１－Ｙｅｓ）、制御部３は処理をステップＳ１２に進める。
一方、ステップＳ１１の判定処理で、系統電圧が不安定でない場合（Ｓ１１－Ｎｏ）、処理を戻し同様の処理を繰り返し行い、系統電圧の状態を監視する。
ステップＳ１２において、制御部３は、電流電圧検知部４の検知結果に基づいて、電流情報及び電圧情報を取得して、許容電流値及び許容電力値を算出する。ステップＳ１１の判定処理で不安定状態と判定された場合、制御部３は、電流電圧検知部４で検知された検知電圧と、系統電力における定格電流とに基づいて、許容電力値を計算する。例えば、制御部３は、電流電圧検知部４で検知された電力線２の電圧値（検知電圧：ＡＣ１９０Ｖ）と、系統電力における定格電流（２７．５Ａ）に基づいて、許容電力値５．３ｋＷ（＝１９０Ｖ×２７．５Ａ）を取得する。
ここで、許容電流値及び許容電力値の算出処理において、制御部３は、閾値電流を超える過電流が検知されているか判定する。電力系統１００からの交流電力が５．５ｋＷであり、検知された電力線２の検知電圧がＡＣ１９０Ｖである場合、電流は２８．９Ａとなる。閾値電流を、例えば、３０Ａとした場合、系統電圧が不安定な状態での電流（２８．９Ａ）は閾値電流（３０Ａ）を超えないため、制御部３は、系統電圧が不安定な状態において過電流は発生していないと判定する。
そして、ステップＳ１３において、制御部３は、算出した許容電力値に基づいて充電を行うようにＡＣ／ＤＣ変換部６の出力を制御する。すなわち、制御部３は、定格電力から電力値を抑制した電力値に基づいた充電（抑制充電）を行うようにＡＣ／ＤＣ変換部６の出力を制御する。
（抑制充電開始後の処理例）
次に、抑制充電開始後の処理の流れを説明する。図３は、電力制御装置１が実行する抑制充電開始後の処理の流れを説明するフローチャートである。ステップＳ１０～Ｓ１３までの処理は、図２の処理と同様である。
ステップＳ１４において、制御部３は電流電圧検知部４の検知結果に基づいて、抑制充電状態で電力系統１００が不安定になっているか判定する。例えば、電流電圧検知部４により検知された電力線２の交流電圧１９０Ｖから所定の電圧値以上低下している場合、例えば、ＡＣ１９０ＶからＡＣ１７０Ｖに低下している場合（Ｓ１４－Ｙｅｓ）、制御部３は処理をステップＳ１５に進める。
一方、ステップＳ１４の判定処理で、系統電圧が不安定でない場合（Ｓ１４－Ｎｏ）、処理を戻し同様の処理を繰り返し行い、系統電圧の状態を監視する。制御部３は、ステップＳ１３の抑制充電を継続するように、ＡＣ／ＤＣ変換部６の出力を制御する。
ステップＳ１５において、制御部３は、閾値電流を超える過電流が検知されているか判定する。制御部３は、不安定状態で検知された検知電圧と系統電力における電力値とで充電を行う場合の電流が、閾値電流以上の過電流となるか否かを更に判定する。ステップＳ１５の判定処理で、過電流が発生していない場合（Ｓ１５－Ｎｏ）、制御部３は、処理をステップＳ１２に戻し、同様の処理により、制御部３は、電流電圧検知部４の検知結果に基づいて、電流情報及び電圧情報を取得して、許容電流値及び許容電力値を算出する。
一方、ステップＳ１５の判定処理で、電力系統１００からの抑制充電において系統電力における電力値が５．３ｋＷであり、検知された電力線２の検知電圧がＡＣ１７０Ｖである場合、電流は３１．２Ａとなる。この場合、系統電圧が不安定な状態での電流（３１．２Ａ）は閾値電流（３０Ａ）を超えているため、制御部３は、系統電圧が不安定な状態において過電流が発生していると判定し（Ｓ１５－Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１６に進める。
ステップＳ１６において、制御部３は、電流が閾値電流以上の過電流となると連続して判定された回数を累積加算し、累積加算した回数が閾値回数以上になった場合、前記変換手段の出力をエラー停止するように制御する。制御部３は、過電流の連続検知回数ｍをカウントアップする。制御部３は、例えば、過電流の連続検知回数が１回ならｍ＝１を設定し、２回ならｍ＝２を設定する。ここで、エラー停止の連続検知回数（閾値回数）をＮ回とする。制御部３は、連続検知回数を累積加算した回数（ｍ）と、エラー停止の連続検知回数（閾値回数：Ｎ回）と、を比較し、累積加算した回数（ｍ）がエラー停止の連続検知回数（閾値回数：Ｎ回）以上の場合（ｍ≧Ｎ：Ｓ１６―Ｙｅｓ）、処理をステップ１８に進める。
ステップＳ１８において、電力制御装置１は充電エラー停止となる。電力系統１００の系統異常や電力制御装置１の故障などの可能性があるため、過電流の連続検知回数を累積加算した回数（ｍ）がエラー停止の連続検知回数（閾値回数：Ｎ回）以上となった場合、制御部３は、ＡＣ／ＤＣ変換部６の出力を停止するように制御する。
一方、ステップＳ１６の判定処理で、過電流の連続検知回数を累積加算した回数（ｍ）がエラー停止の連続検知回数（閾値回数：Ｎ回）未満の場合（ｍ＜Ｎ：Ｓ１６―Ｎｏ）、処理をステップＳ１７に進める。
ステップＳ１７において、制御部３は、先のステップＳ１５で過電流が発生すると判定された場合、次のステップＳ１２の処理で、許容電力値が再計算されるまで、ＡＣ／ＤＣ変換部６の出力を停止するように制御する。本ステップでは、充電対象のバッテリ１０を保護するため、制御部３は、Ｓ１２での許容電力値の再計算処理が完了するまで、充電を停止するように、ＡＣ／ＤＣ変換部６の出力を停止するように制御して（充電停止）、制御部３は処理をステップＳ１２に戻す。
ステップＳ１２において、制御部３は、系統電圧値が更に低下した状態（例えば、ＡＣ１９０ＶからＡＣ１７０Ｖに低下した状態）で、許容電力値を再度計算する。制御部３は、電流電圧検知部４の検知結果に基づいて、電流情報及び電圧情報を取得して、許容電流値及び許容電力値を算出する。すなわち、制御部３は、電流電圧検知部４で検知された電力線２の電圧値（ＡＣ１７０Ｖ）と、定格の電流値（２７．５Ａ）に基づいて、許容電力値４．７ｋＷ（＝１７０Ｖ×２７．５Ａ）を取得する。
そして、ステップＳ１３において、制御部３は、充電停止（Ｓ１７）の状態を解除して抑制充電を再開する。本ステップにおいて、制御部３は、ステップＳ１２で許容電力値が計算された後、計算された許容電力値に基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換部６の出力を再開するように制御する。ここで、制御部３は、ステップＳ１２で算出した許容電力値に基づいて充電を行うようにＡＣ／ＤＣ変換部６の出力を制御する。すなわち、制御部３は、定格電力（５．５ｋＷ）から更に抑制した電力値（４．７ｋＷ）に基づいた充電（抑制充電）を行うようにＡＣ／ＤＣ変換部６の出力を制御する。
電力制御装置１は、バッテリ１０に所定の電力が充電されるまで、以下、ステップＳ１４以降の処理を同様に繰り返し実行する。
＜他の実施形態＞
図１で説明した電力制御装置の実施形態では、電力系統１００から給電可能な装置として、電力制御装置１を説明したが、この例に限定されず、図４に示すように、電力制御装置１は、太陽光発電装置や風力発電装置などの再生可能エネルギー発電装置１０１を接続することも可能である。この実施形態では、電力制御装置１は、ＤＣ／ＤＣ変換部５を備え、ＤＣ／ＤＣ変換部５は、電力線１２を介して、再生可能エネルギー発電装置１０１と接続することが可能である。制御部３の制御に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換部５は、再生可能エネルギー発電装置１０１が発電した直流電力を所定の直流電力に変換して電力線１８へ出力する。ＡＣ／ＤＣ変換部６から出力される電力と、ＤＣ／ＤＣ変換部５から出力される電力とを合わせた電力により、バッテリ１０が充電される。
図４の構成においても、上記の実施形態で説明した電力系統１００の電力（系統電力）における電圧値が不安定な状態に関して、図２及び図３の処理を行えばよい。
また、図１で説明した電力制御装置の実施形態では、電力制御装置１が充電器（ＡＣ／ＤＣ変換部６）を備える構成を説明したが、この例に限定されず、図５に示すように、車両ＶＥＨに備えられた充電器（ＡＣ／ＤＣ変換部６Ｂ）を利用してバッテリ１０を充電するように構成することも可能である。この場合、電力制御装置１の制御部３と、車両ＶＥＨに設けられている充電ＥＣＵ１１とがデータを通信し、制御部３および充電ＥＣＵ１１とが共働して充電器（ＡＣ／ＤＣ変換部６Ｂ）の出力を制御すればよい。
例えば、電力制御装置１の制御部３は、電流電圧検知部４で検知された検知電圧が、系統電力における定格電圧に比べて低下した不安定状態か否かを判定し、不安定状態と判定された場合、検知電圧と、系統電力における定格電流とに基づいて、許容電力値を計算する。そして、車両ＶＥＨの充電ＥＣＵ１１が、制御部３で計算された許容電力値に基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換部６Ｂの出力を制御すればよい。
＜実施形態のまとめ＞
上記実施形態は、少なくとも以下の構成を開示する。
構成１．上記実施形態の電力制御装置は、供給された系統電力を充電用の電力に変換する変換手段（例えば、図１のＡＣ／ＤＣ変換部６）の出力を制御して、バッテリ（例えば、図１の１０）を充電可能な電力制御装置（例えば、図１の１）であって、
前記系統電力における電圧および電流を検知する検知手段（例えば、電流電圧検知部４）と、
前記検知手段で検知された検知電圧が、前記系統電力における定格電圧に比べて低下した不安定状態か否かを判定する判定手段（例えば、図１の制御部３、図２のＳ１１）と、
前記判定手段により前記不安定状態と判定された場合、前記検知電圧と、前記系統電力における定格電流とに基づいて、許容電力値を計算する計算手段（例えば、図１の制御部３、図２のＳ１２）と、
前記許容電力値に基づいて、前記変換手段の出力を制御する制御手段（例えば、図１の制御部３、図２のＳ１３）と、を備える。
構成１の電力制御装置によれば、過電流による充電停止を回避して継続的に充電可能な技術を提供することができる。
構成２．上記実施形態の電力制御装置では、前記判定手段（例えば、図１の制御部３、図３のＳ１５）は、前記不安定状態で検知された前記検知電圧と前記系統電力における電力値とで充電を行う場合の電流が、閾値電流以上の過電流となるか否かを更に判定する。
構成２の電力制御装置によれば、不安定状態で電流が過電流となるか監視することにより、過電流による充電停止を回避して継続的に充電可能な技術を提供することができる。
構成３．上記実施形態の電力制御装置では、前記制御手段（例えば、図１の制御部３、図３のＳ１７）は、前記判定手段により前記電流が前記閾値電流以上の過電流となると判定された場合（例えば、図１の制御部３、図３のＳ１５－Ｙｅｓ）、前記計算手段により前記許容電力値が計算されるまで、前記変換手段の出力を停止するように制御する。
構成３の電力制御装置によれば、過電流が検知された場合、制御手段は、許容電力値の計算処理が完了するまで充電を停止するように変換手段の出力を停止するように制御することで、充電対象のバッテリを保護することが可能になる。
構成４．上記実施形態の電力制御装置では、前記制御手段（例えば、図１の制御部３、図３のＳ１７、Ｓ１２、Ｓ１３）は、前記計算手段により前記許容電力値が計算された後、当該計算された前記許容電力値に基づいて、前記変換手段の出力を再開するように制御する。
構成４の電力制御装置によれば、過電流が検知された場合にはバッテリを保護するために、充電を一時的に停止させ、許容電力値が計算された後、計算された許容電力値に基づいて、変換手段の出力を再開するように制御することで充電を継続的に行うことが可能になる。
構成５．上記実施形態の電力制御装置では、前記制御手段（例えば、図１の制御部３、図３のＳ１６－Ｙｅｓ、Ｓ１８）は、前記電流が前記閾値電流以上の過電流となると連続して判定された回数を累積加算し、当該累積加算した回数が閾値回数以上になった場合、前記変換手段の出力をエラー停止するように制御する。
構成５の電力制御装置によれば、閾値電流以上の過電流となると連続して判定された回数が閾値回数以上になった場合、電力系統の系統異常や電力制御装置の故障などの場合として判断し、制御手段は変換手段の出力をエラー停止するように制御することが可能になる。
この実施形態によれば、前記太陽光発電装置の発電量に応じて充電電流を増減でき、システムのダウンを回避しつつ、より短時間で前記バッテリを充電することが可能となる。
発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。
１：電力制御装置、３：制御部、４：電流電圧検知部（検知手段）、１０：バッテリ

Claims (5)

  1. 供給された系統電力を充電用の電力に変換する変換手段の出力を制御して、バッテリを充電可能な電力制御装置であって、
    前記系統電力における電圧および電流を検知する検知手段と、
    前記検知手段で検知された検知電圧が、前記系統電力における定格電圧に比べて低下した不安定状態か否かを判定する判定手段と、
    前記判定手段により前記不安定状態と判定された場合、前記検知電圧と、前記系統電力における定格電流とに基づいて、前記系統電力の電力値を抑制した許容電力値を計算する計算手段と、
    前記許容電力値に基づいて、前記系統電力の前記電力値が抑制された抑制充電を行うように前記変換手段の出力を制御する制御手段と、
    を備え、
    前記計算手段は、前記検知手段で検知された前記電圧が更に低下した状態で、閾値電流を超える過電流が検知されていない場合に前記許容電力値を再度計算し、
    前記制御手段は、前記計算手段により再計算された前記許容電力値に基づいて、更に抑制された充電を行うように前記変換手段の出力を制御することを特徴とする電力制御装置。
  2. 前記判定手段は、前記不安定状態で検知された前記検知電圧と前記系統電力における前記許容電力値とで前記抑制充電を行う場合の電流が、閾値電流以上の過電流となるか否かを更に判定することを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
  3. 前記制御手段は、前記判定手段により前記電流が前記閾値電流以上の過電流となると判定された場合、前記計算手段により前記許容電力値が計算されるまで、前記変換手段の出力を停止するように制御することを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
  4. 前記制御手段は、前記計算手段により前記許容電力値が計算された後、当該計算された前記許容電力値に基づいて、前記変換手段の出力を再開するように制御することを特徴とする請求項３に記載の電力制御装置。
  5. 前記制御手段は、前記電流が前記閾値電流以上の過電流となると連続して判定された回数を累積加算し、当該累積加算した回数が閾値回数以上になった場合、前記変換手段の出力をエラー停止するように制御することを特徴とする請求項３に記載の電力制御装置。
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