特開 2024-48134 充放電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024048134

(43)【公開日】2024-04-08

(54)【発明の名称】充放電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240401BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20240401BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20240401BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 L

H02J3/32

H02J7/00 P

H02J7/00 302B

H02J7/00 302C

H02J1/00 306L

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022154017

(22)【出願日】2022-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】000124591

【氏名又は名称】河村電器産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】生駒 愛理

(72)【発明者】

【氏名】河合 智成

(72)【発明者】

【氏名】青野 昌隆

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼田 瑛叶

(72)【発明者】

【氏名】加藤 健太

【テーマコード（参考）】

5G066

5G165

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G066HB09

5G066JB03

5G165DA01

5G165EA06

5G165HA16

5G165MA01

5G165MA02

5G503AA01

5G503BA04

5G503BB01

5G503FA06

5G503GB03

(57)【要約】

【課題】配線ロスを低減することができる充放電システムを提供する。
【解決手段】、パワーコンディショナー３と充放電装置４との間では、系統電源１の交流電力よりも高い電圧の直流電力の送電が行われる。配線ロスは、電流値の二乗と、抵抗値の積で決まる（Ｉ^２×Ｒ）。従って、パワーコンディショナー３と充放電装置４との間の配線Ｌ１ａにおける電圧を高くすることで、当該箇所における配線ロスを低減することができる。更に、パワーコンディショナー３は、充放電装置４と別体の装置として、接続線Ｌ１に設けられる。そのため、パワーコンディショナー３の構成要素が充放電装置４の内部に組み込まれる構成（図２参照）に比して、配線ロスが少ない配線Ｌ１ａの配線長を長くすることができる。以上より、充放電システム１００の配線ロスを低減することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＤＣ／ＤＣ変換部を有し、充放電対象物に対して充放電を行う充放電装置と、
系統電源と接続される分電盤と、
前記系統電源に対して系統連系し、ＡＣ／ＤＣ変換部を有するパワーコンディショナーと、
前記充放電装置と前記分電盤とを接続する接続線と、を備え、
前記パワーコンディショナーと前記充放電装置との間では、前記系統電源の交流電力よりも高い電圧の直流電力の送電が行われ、
前記パワーコンディショナーは、前記充放電装置と別体の装置として、前記接続線に設けられる、充放電システム。

【請求項2】

前記パワーコンディショナーは、前記接続線において、前記分電盤側に設けられる、請求項１に記載の充放電システム。

【請求項3】

二台以上の前記充放電装置を備え、
二台以上の前記充放電装置は、前記パワーコンディショナーに対し、分岐する前記接続線によって並列に接続される、請求項１に記載の充放電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、充放電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、充放電対象物に対して充放電を行う充放電システムとして、特許文献１に記載されたものが知られている。この充放電システムは、複数の充放電装置を有しており、各充放電装置は分電盤に個別に直接接続される。充放電装置は、ＡＣ／ＤＣ変換部と、ＤＣ／ＤＣ変換部と、を備えている。分電盤と充放電装置とは、接続線を介して互いに接続される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２０２６９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、上述の充放電システムでは、分電盤と充放電装置との間の配線ロスが大きくなるという問題があった。そこで、配線ロスを低減することができる充放電システムが求められていた。

【0005】

本発明は、配線ロスを低減することができる充放電システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る充放電システムは、ＤＣ／ＤＣ変換部を有し、充放電対象物に対して充放電を行う充放電装置と、系統電源と接続される分電盤と、系統電源に対して系統連系し、ＡＣ／ＤＣ変換部を有するパワーコンディショナーと、充放電装置と分電盤とを接続する接続線と、を備え、パワーコンディショナーと充放電装置との間では、系統電源の交流電力よりも高い電圧の直流電力の送電が行われ、パワーコンディショナーは、充放電装置と別体の装置として、接続線に設けられる。

【0007】

本発明に係る充放電システムでは、充電時において、パワーコンディショナーは、系統電源から分電盤を介して供給された交流電力を直流電力に変換して、充放電装置へ送電する。充放電装置は、直流電力の電圧を調整して、充放電対象物に充電することができる。また、放電時において、充放電対象物から放電された充放電装置は、直流電力の電圧を調整して、パワーコンディショナーへ送電する。ここで、パワーコンディショナーと充放電装置との間では、系統電源の交流電力よりも高い電圧の直流電力の送電が行われる。配線ロスは、電流値の二乗と、抵抗値の積で決まる。従って、パワーコンディショナーと充放電装置との間の接続線における電圧を高くすることで、当該箇所における配線ロスを低減することができる。更に、パワーコンディショナーは、充放電装置と別体の装置として、接続線に設けられる。そのため、パワーコンディショナーの構成要素が充放電装置の内部に組み込まれる構成に比して、配線ロスが少ない箇所の配線長を長くすることができる。以上より、充放電システムの配線ロスを低減することができる。

【0008】

パワーコンディショナーは、接続線において、分電盤側に設けられてよい。この場合、配線ロスが少ない箇所の配線長を長くすることができる。

【0009】

充放電システムは、二台以上の充放電装置を備え、二台以上の充放電装置は、パワーコンディショナーに対し、分岐する接続線によって並列に接続される。この場合、充放電装置の数を増設するときに、充放電装置だけ増設し、パワーコンディショナーの増設を不要とすることができる。従って、省ペース、及び低コストにて充放電装置の増設を行うことができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、配線ロスを低減することができる充放電システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る充放電システムを示すブロック構成図である。

【図2】比較例に係る充放電システムを示すブロック構成図である。

【図3】変形例に係る充放電システムを示すブロック構成図である。

【図4】比較例に係る充放電システムを示すブロック構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0013】

図１は、本発明の実施形態に係る充放電システム１００を示すブロック構成図である。充放電システム１００は、自動車Ｖに対して充放電を行う。本実施形態では、充放電対象物として、バッテリーを有する電気自動車（ＥＶ）を採用する。充放電システム１００は、系統電源１と、分電盤２と、パワーコンディショナー３と、充放電装置４と、接続線Ｌ１，Ｌ２と、を備える。

【0014】

接続線Ｌ１，Ｌ２は、装置同士を接続し、電力を送電する配線である。系統電源１と分電盤２とは、接続線Ｌ２で接続される。分電盤２と充放電装置４とは、接続線Ｌ１で接続される。パワーコンディショナー３は、接続線Ｌ１の任意の位置に設けられる。接続線Ｌ１は、分電盤２とパワーコンディショナー３とを接続する配線Ｌ１ｂと、パワーコンディショナー３と充放電装置４とを接続する配線Ｌ１ａと、を有する。

【0015】

系統電源１は、電力会社から提供される電源である。分電盤２は、系統電源１と電気的に接続される部分である。分電盤２は、系統電源１からの電力を分配するための機器である。分電盤２は、接続線Ｌ２を介して系統電源１との間で電力の送受信を行う。

【0016】

パワーコンディショナー３は、系統電源１に対して系統連系し、系統電源１と充放電装置４との間で電力の変換を行う装置である。パワーコンディショナー３として双方向ＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が用いられる。パワーコンディショナー３は、系統連系部１１と、ＡＣ／ＤＣ変換部１２と、を備える。系統連系部１１は、系統電源１に対して系統連系する機能を有する。ＡＣ／ＤＣ変換部１２は、交流電力を直流電力に変換すると共に、直流電力を交流電力に変換する機能を有する。

【0017】

充放電装置４は、自動車Ｖに対して充放電を行う装置である。充放電装置４は、ＤＣ／ＤＣ変換部１３と、通信部１４と、を備える。ＤＣ／ＤＣ変換部１３は、所定の直流電力を他の電圧の直流電力に変換する機能を有する。通信部１４は、自動車Ｖとの間で通信すると共に、自動車Ｖからの指示に基づいてＤＣ／ＤＣ変換部１３を制御する。

【0018】

例えば、系統電源１は、２００Ｖの交流電力を分電盤２を介して供給する。パワーコンディショナー３のＡＣ／ＤＣ変換部１２は、系統電源１の交流電力よりも高い電圧（例えば３００Ｖ～４００Ｖ）の直流電力に変換する。従って、パワーコンディショナー３は、系統電源１の交流電力よりも高い電圧で、充放電装置４と連系接続する。よって、配線Ｌ１ａには、３００Ｖ～４００Ｖの直流電流が流れる。充放電装置４のＤＣ／ＤＣ変換部１３は、自動車Ｖからの充電電流指示値に基づいて、決められた電圧範囲内となるように電圧を調整する。これにより、パワーコンディショナー３と充放電装置４との間では、系統電源１の交流電力よりも高い電圧の直流電力の送電が行われる。

【0019】

パワーコンディショナー３は、充放電装置４と別体の装置として、接続線Ｌ１に設けられる。ここで、別体の装置とは、充放電装置４とは独立して動作可能な装置である。パワーコンディショナー３の構成要素は、充放電装置４の筐体の外部に配置されている。従って、図２のように、パワーコンディショナー３の構成要素が、充放電装置４の筐体内に配置され、充放電装置４の制御系によって動作する状態は、パワーコンディショナーが充放電装置と別体の装置として存在している状態には該当しない。

【0020】

図２に示す比較例においては、各構成要素は充放電装置２０４の内部で配線されているが、本実施形態に係る充放電システム１００では、パワーコンディショナー３が充放電装置４とは別体の装置となり、充放電装置４の外部に配置される。従って、比較例ではＡＣ／ＤＣ変換部１２とＤＣ／ＤＣ変換部１３とを機器内部にてコネクタなどで繋げていたが、本実施形態では、ＡＣ／ＤＣ変換部１２とＤＣ／ＤＣ変換部１３との間のいずれかの場所に端子台が必要となる。また、本実施形態では、ＡＣ／ＤＣ変換部１２とＤＣ／ＤＣ変換部１３との間の配線長が長くなるため、短絡などを防止するために、パワーコンディショナー３の出力には配線用遮断器などの配線保護部材を設ける。また、ＡＣ／ＤＣ変換部１２とＤＣ／ＤＣ変換部１３との間の配線長が長くなるため、ＤＣ／ＤＣ変換部１３の入力部にサージアブソーバーなどの雷サージ対策部品を組み込む。

【0021】

また、パワーコンディショナー３は、接続線Ｌ１において、分電盤２側に設けられる。パワーコンディショナー３は、充放電装置４よりも、分電盤２に近い位置に設けられる。分電盤２とパワーコンディショナー３との間の配線Ｌ１ｂの長さは、パワーコンディショナー３と充放電装置４との間の配線Ｌ１ａとの間の長さよりも短い。特に限定されないが、接続線Ｌ１全体の長さを１００％としたとき、配線Ｌ１ｂの長さは、１％以上、１００％より小さい範囲であってよく、５０％より小さい範囲であることがより好ましい。配線Ｌ１ａの長さは、１％以上、１００％より小さい範囲であってよく、５０％以上の範囲であることがより好ましい。
ただし、パワーコンディショナー３は、接続線Ｌ１の何れかの位置に設けられていればよく、充放電装置４側に設けられていてもよい。

【0022】

次に、充放電システム１００の充放電時の動作について説明する。まず、自動車Ｖへの充電時について説明する。まず、充放電装置４の通信部１４が、自動車Ｖと通信する。通信部１４は、通信にて自動車Ｖから充電電流指示値を取得する。通信部１４は、取得した充電電流指示値をＤＣ／ＤＣ変換部１３へ送信する。ＤＣ／ＤＣ変換部１３は、当該ＤＣ／ＤＣ変換部１３への入力電力を充電電流指示値に合わせて、決められた電圧範囲内となるように電圧を昇圧（または降圧）する。充放電装置４は、調整した直流電力を出力して、自動車Ｖへの充電を行う。また、充電時には、パワーコンディショナー３のＡＣ／ＤＣ変換部１２は、系統電源１からの２００Ｖの交流電力を予め設定された電圧（例えば３００Ｖ）の直流電力に変換し、充放電装置４へ供給する。なお、自動車Ｖと系統間は絶縁する必要があるため、ＤＣ／ＤＣ変換部１３にて絶縁してもよい。

【0023】

次に、自動車Ｖからの放電時について説明する。充放電装置４の通信部１４は、自動車Ｖと放電に関する通信を行う。そして、自動車Ｖは、充放電装置４へ放電する。ＤＣ／ＤＣ変換部１３は、パワーコンディショナー３への出力電圧を予め設定された電圧（例えば３００Ｖ）となるように電圧を昇圧（または降圧）した後、パワーコンディショナー３へ供給する。なお、充放電装置４のパワーコンディショナーへの電力の供給は、ＣＣ制御、ＣＶ制御のどちらで制御してもよい。

【0024】

次に、本実施形態の充放電システム１００の作用効果について説明する。

【0025】

本実施形態に係る充放電システム１００では、充電時において、パワーコンディショナー３は、系統電源１から分電盤２を介して供給された交流電力を直流電力に変換して、充放電装置４へ送電する。充放電装置４は、直流電力の電圧を調整して、自動車Ｖに充電することができる。また、放電時において、自動車Ｖから放電された充放電装置４は、直流電力の電圧を調整して、パワーコンディショナー３へ送電する。ここで、パワーコンディショナー３と充放電装置４との間では、系統電源１の交流電力よりも高い電圧の直流電力の送電が行われる。配線ロスは、電流値の二乗と、抵抗値の積で決まる（Ｉ^２×Ｒ）。従って、パワーコンディショナー３と充放電装置４との間の配線Ｌ１ａにおける電圧を高くすることで、当該箇所における配線ロスを低減することができる。更に、パワーコンディショナー３は、充放電装置４と別体の装置として、接続線Ｌ１に設けられる。そのため、パワーコンディショナー３の構成要素が充放電装置４の内部に組み込まれる構成（図２参照）に比して、配線ロスが少ない配線Ｌ１ａの配線長を長くすることができる。以上より、充放電システム１００の配線ロスを低減することができる。

【0026】

パワーコンディショナー３は、接続線Ｌ１において、分電盤２側に設けられてよい。この場合、配線ロスが少ない配線Ｌ１ａの配線長を長くすることができる。

【0027】

図２を参照して、比較例に係る充放電システム２００について説明する。比較例に係る充放電システム２００は、ＡＣ／ＤＣ変換部１２、系統連系部１１、ＤＣ／ＤＣ変換部１３、通信部１４を一つの装置として組み込んだ充放電装置２０４を有する。分電盤２と充放電装置２０４との間の接続線Ｌ１では、系統電源１の電圧である２００Ｖの交流電力の送電がなされる。このように、接続線Ｌ１には、図１の配線Ｌ１ａのように配線ロスが少ない箇所が設けられない。

【0028】

実施例に係る充放電システム１００と比較例に係る充放電システム２００との損失について具体例を挙げて説明する。まず、接続線Ｌ１の全配線長を１０ｍ（往復で２０ｍ）とする。接続線Ｌ１の銅線の抵抗値を０．０１７２Ωｍｍ^２／ｍとし、太さを８ｓｑ（ｍｍ^２）とする。電力を１０ｋＷとする。交流は単相２線であり、その力率は１とする。実施例に係る充放電システム１００では、配線Ｌ１ｂの配線長が１ｍであり電圧が２００Ｖであり、配線Ｌ１ａの配線長が９ｍであり電圧が３００Ｖである。比較例に係る充放電システム２００では、接続線Ｌ１の配線長が１０ｍであり電圧が２００Ｖである。

【0029】

比較例に係る充放電システム２００の配線ロスは、以下の式（１）～（３）によって１０７．５Ｗと計算される。

ρ×（Ｌ／Ｓ）＝０．０１７２×（１０／８）＝０．０２１５Ω …（１）
Ｐ＝ＶＩｃｏｓθ 力率ｃｏｓθ＝１より
１００００Ｗ÷２００Ｖ ＝ ５０Ａ …（２）
２×Ｉ^２×Ｒ＝２×５０^２×０．０２１５ ≒ １０７．５Ｗ …（３）

【0030】

実施例に係る充放電システム１００の配線ロスは、以下の式（４）～（１０）によって５３．７５Ｗと計算される。このように、実施例に係る充放電システム１００は、比較例に係る充放電システム１００に比して５３．７５Ｗだけ損失が少なくなる。

ρ×（Ｌ／Ｓ）＝０．０１７２×（９／８）＝０．０１９３５Ω …（４）
１００００Ｗ÷３００Ｖ ＝ ３３．３Ａ …（５）
Ｉ^２×Ｒ＝３３．３^２×０．０１９３５ ≒ ２１．５Ｗ …（６）
２１．５×２＝４３Ｗ（往復） …（７）
ρ×（Ｌ／Ｓ）＝０．０１７２×（１／８）＝０．００２１５Ω …（８）
Ｐ＝ＶＩｃｏｓθ 力率ｃｏｓθ＝１より
１００００Ｗ÷２００Ｖ ＝ ５０Ａ …（９）
２×Ｉ^２×Ｒ＝２×５０^２×０．００２１５ ≒ １０．７５Ｗ …（１０）
４３＋１０．７５ ≒ ５３．７５Ｗ …（１１）

【0031】

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

【0032】

例えば、図３に示すような充放電システム３００を採用してよい。充放電システム３００は、二台以上（ここでは二台）の充放電装置４を備え、二台以上の充放電装置４は、パワーコンディショナー３に対し、分岐する接続線Ｌ１によって並列に接続される。パワーコンディショナー３に接続された配線Ｌ１ａは、中途位置で配線Ｌ１ｃに分岐され、当該配線Ｌ１ｃに二台目の充放電装置４が接続される。この場合、充放電装置４の数を増設するときに、充放電装置４だけ増設し、パワーコンディショナー３の増設を不要とすることができる。従って、省ペース、及び低コストにて充放電装置４の増設を行うことができる。また、もし故障した際に、ＡＣ／ＤＣ変換部１２を有さない充放電装置４であれば、点検調査対象が少なくなる分故障個所がわかりやすく、メンテナンス性がよい。

【0033】

例えば、自動車Ｖが複数台ある場合、自動車Ｖの使用予定と充電状態及び系統電力を使用しないために自動車Ｖから自動車Ｖへ充電量を移動させたい場合がある。その場合、図４に示すような比較例に係る充放電システム４００においては、「自動車Ｖ１（放電車両）→ＤＣ／ＤＣ変換部１３→ＤＣ／ＡＣ変換部１２→系統→ＡＣ／ＤＣ変換部１２→ＤＣ／ＤＣ変換部１３→自動車Ｖ２（充電車両）」と電力が移動する。これに対し、図３の充放電システム３００では、「自動車Ｖ１（放電車両）→ＤＣ／ＤＣ変換部１３→ＤＣ／ＤＣ変換部１３→自動車Ｖ２（充電車両）」と電力が移動するため、ＤＣ／ＡＣ変換部やＡＣ／ＤＣ変換部通ることなく電力が移動するため、省略した部分の電力変換損失がなくなる。

【0034】

［形態１］
ＤＣ／ＤＣ変換部を有し、充放電対象物に対して充放電を行う充放電装置と、
系統電源と接続される分電盤と、
前記系統電源に対して系統連系し、ＡＣ／ＤＣ変換部を有するパワーコンディショナーと、
前記充放電装置と前記分電盤とを接続する接続線と、を備え、
前記パワーコンディショナーと前記充放電装置との間では、前記系統電源の交流電力よりも高い電圧の直流電力の送電が行われ、
前記パワーコンディショナーは、前記充放電装置と別体の装置として、前記接続線に設けられる、充放電システム。
［形態２］
前記パワーコンディショナーは、前記接続線において、前記分電盤側に設けられる、形態１に記載の充放電システム。
［形態３］
二台以上の前記充放電装置を備え、
二台以上の前記充放電装置は、前記パワーコンディショナーに対し、分岐する前記接続線によって並列に接続される、形態１又は２に記載の充放電システム。

【符号の説明】

【0035】

１…系統電源、２…分電盤、３…パワーコンディショナー、４…充放電装置、１００，３００…充放電システム、Ｌ１…接続線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】