特開 2024-75303 電力システム、スタンド、及び車載充電器

(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】P2024075303

(43)【公開日】2024-06-03

(54)【発明の名称】電力システム、スタンド、及び車載充電器

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/14 20060101AFI20240527BHJP

   H02H 3/02 20060101ALI20240527BHJP

   H02H 3/05 20060101ALI20240527BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20240527BHJP

   B60L 53/66 20190101ALI20240527BHJP

   B60L 55/00 20190101ALI20240527BHJP

【ＦＩ】

H02J3/14

H02H3/02 E

H02H3/05 F

H02J3/32

B60L53/66

B60L55/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022186668

(22)【出願日】2022-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福原 蓮士郎

(72)【発明者】

【氏名】吉住 啓

(72)【発明者】

【氏名】木村 和峰

【テーマコード（参考）】

5G066

5G142

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G066AE03

5G066AE09

5G066DA08

5G066HA24

5G066HB09

5G066JA01

5G066JB03

5G142BC02

5G142BD05

5G142GG02

5G142GG09

5H125AA01

5H125AC12

5H125AC24

5H125BC22

5H125BC24

5H125BE02

5H125CD04

(57)【要約】

【課題】整定値が異なるスタンドに車載充電器が接続される場合であっても、整定値の整合性を確保することができる電力システム、スタンド、及び車載充電器を提供すること。
【解決手段】電力システムは、電力系統に電気的に接続されており、適正整定値を送信する親局を有するスタンドと、前記電力系統に連系可能であり、前記親局から前記適正整定値を受信する子局を有する車載充電器と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力系統に電気的に接続されており、適正整定値を送信する親局を有するスタンドと、
前記電力系統に連系可能であり、前記親局から前記適正整定値を受信する子局を有する車載充電器と、
を備える電力システム。

【請求項2】

前記親局は、
前記子局から前記車載充電器に設定された設定整定値を取得し、
前記適正整定値と前記設定整定値とが等しい場合、前記電力系統に連系する許可を与える許可信号を前記子局に送信する請求項１に記載の電力システム。

【請求項3】

前記スタンド又は前記車載充電器は、
前記車載充電器と前記電力系統との電気的接続を切り離す解列リレーを備える請求項１に記載の電力システム。

【請求項4】

前記親局又は前記子局は、
前記スタンドと前記車載充電器とが、所定時間以上通信が確立しない場合、前記解列リレーにより前記車載充電器と前記電力系統との電気的接続を切り離す請求項３に記載の電力システム。

【請求項5】

前記親局は、前記解列リレーを有し、
前記子局は、前記適正整定値に基づき異常を検知した場合、前記親局に異常信号を送信し、
前記親局は、前記異常信号を受信した場合、前記解列リレーにより前記車載充電器と前記電力系統との電気的接続を切り離す請求項３に記載の電力システム。

【請求項6】

前記親局は、前記解列リレーを有し、
前記親局は、前記適正整定値に基づき異常を検知した場合、前記解列リレーにより前記車載充電器と前記電力系統との電気的接続を切り離す請求項３に記載の電力システム。

【請求項7】

前記子局は、前記解列リレーを有し、
前記子局は、前記適正整定値に基づき異常を検知した場合、前記解列リレーにより前記車載充電器と前記電力系統との電気的接続を切り離す請求項３に記載の電力システム。

【請求項8】

前記スタンドは、前記適正整定値を記憶する記憶部を有する請求項１に記載の電力システム。

【請求項9】

前記車載充電器は、
交流と直流とを変換するＤＣＡＣコンバータを有する請求項１に記載の電力システム。

【請求項10】

電力系統に電気的に接続されており、前記電力系統に連系可能な車載充電器が備える子局に適正整定値を送信する親局を備えるスタンド。

【請求項11】

前記適正整定値を記憶する記憶部を備える請求項１０に記載のスタンド。

【請求項12】

電力系統に連系可能であり、前記電力系統に電気的に接続されているスタンドが備える親局から適正整定値を受信する子局を備える車載充電器。

【請求項13】

交流と直流とを変換するＤＣＡＣコンバータを備える請求項１２に記載の車載充電器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力システム、スタンド、及び車載充電器に関する。

【背景技術】

【0002】

再生可能エネルギーを導入することにより気象条件の影響を受けて発電量が変動し、電力系統が不安定化する場合がある。そのため、車両に搭載された車載充電器を分散型電源として利用し、仮想発電所（ＶＰＰ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ）の一部として運用することが注目されている。このＶＰＰの方式のうち、Ｖ２Ｇ（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｇｒｉｄ）方式では、電力系統から車載充電器への充電と、車載充電器から電力系統への電力の供給とを双方向に制御する。

【0003】

分散型電源が電力系統に連系する際に、電圧の過不足、周波数の過不足、電力系統の事故等が発生した場合、分散型電源を電力系統から解列し、電力系統への電力の供給を停止する必要がある。供給の停止を判定するための電圧や周波数の閾値、解列までの時間等を整定値といい、整定値は電力会社や地域によって異なる。電力系統に連系する分散型電源は、電力系統の安定及び安全のため、電力会社等に求められた適正な整定値を設定し、これに従って動作することが要求される。分散型電源に設定する整定値は、項目ごとに数種類の候補値が存在し、これらの候補値から電力会社の指示する値に設定する。図１０は、整定値の項目と候補値との一例を示す図である。図１０は一例であり、これに限定されるものではない。

【0004】

特許文献１には、分散型電源への整定値の設定及び整定値の管理を円滑に行うため、電力系統に接続された分散型電源のパワーコンディショナに備えられた保護継電器に整定値や解列指示を送信する技術が開示されている。特許文献１において、分散型電源は、太陽光発電や風力発電等の自家発電電源であり、パワーコンディショナは、分散型電源において発電された直流電力を交流電力に変換するＤＣＡＣコンバータであり、保護継電器は系統から分散型電源を解列するためのリレーである。そして、分散型電源、及びパワーコンディショナは、顧客宅に設置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２－１８２９０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、Ｖ２Ｇでは、車両が移動することにより、整定値が異なるＶ２Ｇスタンドに車載充電器が接続される場合がある。その結果、Ｖ２Ｇスタンドの整定値と、車載充電器に設定されている整定値とが異なる場合があり、整定値の整合性が確保できない場合があった。

【0007】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、整定値が異なるスタンドに車載充電器が接続される場合であっても、整定値の整合性を確保することができる電力システム、スタンド、及び車載充電器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】

【0008】

本開示に係る電力システムは、電力系統に電気的に接続されており、適正整定値を送信する親局を有するスタンドと、前記電力系統に連系可能であり、前記親局から前記適正整定値を受信する子局を有する車載充電器と、を備える。

【0009】

本開示に係るスタンドは、電力系統に電気的に接続されており、前記電力系統に連系可能な車載充電器が備える子局に適正整定値を送信する親局を備える。

【0010】

本開示に係る車載充電器は、電力系統に連系可能であり、前記電力系統に電気的に接続されているスタンドが備える親局から適正整定値を受信する子局を備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、整定値が異なるスタンドに車載充電器が接続される場合であっても、整定値の整合性を確保することができる電力システム、スタンド、及び車載充電器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態１に係る電力システムの概略的な構成図である。

【図2】図２は、実施形態１に係るＶ２Ｇスタンドの概略的な構成図である。

【図3】図３は、実施形態１に係る車載充電器の概略的な構成図である。

【図4】図４は、実施形態１に係るＶ２Ｇスタンドが実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【図5】図５は、実施形態１に係る車載充電器が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】図６は、解列リレーが解列されている様子を表す図である。

【図7】図７は、実施形態３に係る電力システムの概略的な構成図である。

【図8】図８は、実施形態３に係る車載充電器が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【図9】図９は、変形例１に係るに電力システムの概略的な構成図である。

【図10】図１０は、整定値の項目と候補値との一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本開示の実施形態に係る電力システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0014】

〔実施形態１〕
（電力システム）
図１は、実施形態１に係る電力システムの概略的な構成図である。電力システム１は、電力系統２に電気的に接続されているＶ２Ｇスタンド３と、電力系統２と連系可能な車載充電器４と、を備えている。

【0015】

（Ｖ２Ｇスタンド）
図２は、実施形態１に係るＶ２Ｇスタンドの概略的な構成図である。Ｖ２Ｇスタンド３は、親局３１と、記憶部３２と、解列リレー３３と、Ｖ２Ｈリレー３４と、計量部３５と、系統接続部３６と、車両接続部３７と、家庭負荷接続部３８と、子局接続部３９と、を備えている。Ｖ２Ｇスタンド３は、例えば単相３線の電力系統２に接続されているが、３相３線の電力系統２に接続されていてもよい。

【0016】

親局３１は、子局４１に適正整定値を送信する。また、親局３１は、子局４１から車載充電器４に設定された設定整定値を取得し、適正整定値と設定整定値とが等しい場合、電力系統２に連系する許可を与える許可信号を子局４１に送信する。

【0017】

記憶部３２は、例えばＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ハードディスクドライブ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ：ＨＤＤ）及びリムーバブルメディア等の記録媒体によって実現される。リムーバブルメディアとしては、例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）のようなディスク記録媒体が挙げられる。

【0018】

記憶部３２には、オペレーティングシステム（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＯＳ）、各種プログラム、各種テーブル、各種データベース等が格納可能である。また、記憶部３２は、電力会社や地域ごとに異なる適正整定値を記憶する。

【0019】

解列リレー３３は、車載充電器４と電力系統２との電気的接続を切り離す。

【0020】

Ｖ２Ｈリレー３４は、家庭に設置されたＶ２Ｇスタンド３を介して、停電時などの電力系統２から家庭に電力が供給されない場合に、車載充電器４から家庭へ放電する。その結果、車載充電器４のバッテリ４５に貯められた電力を家庭の負荷に供給することができる。

【0021】

計量部３５は、電力系統２から車載充電器４に供給した電力を計量し、計量した電力に応じて電気料金が請求することができる。また、計量部３５は、車載充電器４から電力系統２に供給した電力を計量し、計量した電力に応じてユーザに報酬を付与することができる。計量部３５は、車載充電器４に設けられていてもよい。

【0022】

系統接続部３６は、単相３線の電力系統２に電気的に接続されている。

【0023】

車両接続部３７は、車載充電器４に電気的に接続されている。

【0024】

家庭負荷接続部３８は、家庭負荷に電気的に接続されている。

【0025】

子局接続部３９は、子局４１と有線又は無線により通信可能であり、各種信号を送受信する。

【0026】

（車載充電器）
図３は、実施形態１に係る車載充電器の概略的な構成図である。車載充電器４は、子局４１と、制御部４２と、ＤＣＡＣコンバータ４３と、絶縁ＤＣＤＣコンバータ４４と、バッテリ４５と、Ｖ２Ｇスタンド接続部４６と、親局接続部４７と、を備えている。また、車載充電器４は、バッテリ４５側からみてＤＣＡＣコンバータ４３の後段に、ノイズを除去するＡＣフィルタ、電力を計量する計量部、又は車載充電器４と電力系統２との電気的接続を切り離す解列リレーを備えていてもよい。

【0027】

子局４１は、親局３１から適正整定値を受信する。子局４１は、適正整定値に基づき異常を検知した場合、親局３１に異常信号を送信する。

【0028】

制御部４２は、車載充電器４の各部を制御する。制御部４２は、ＤＣＡＣコンバータ４３及び絶縁ＤＣＤＣコンバータ４４のスイッチング素子にゲート信号を送信してＤＣＡＣコンバータ４３及び絶縁ＤＣＤＣコンバータ４４の動作を制御する。

【0029】

ＤＣＡＣコンバータ４３は、電力系統２に応じた周波数の交流と直流とを変換する。ＤＣＡＣコンバータ４３は、上下アームがスイッチング素子であることにより、双方向に電力変換可能な構成である。

【0030】

絶縁ＤＣＤＣコンバータ４４は、直流の電圧を変換する。絶縁ＤＣＤＣコンバータ４４は、デュアルアクティブブリッジ（ＤＡＢ）回路であり、双方向に電力変換可能な構成である。また、絶縁ＤＣＤＣコンバータ４４は、バッテリ４５とＶ２Ｇスタンド３との電気的接続を切り離す。

【0031】

バッテリ４５は、制御部４２による制御のもと、蓄電又は放電を行う。

【0032】

Ｖ２Ｇスタンド接続部４６は、Ｖ２Ｇスタンド３に電気的に接続されている。

【0033】

親局接続部４７は、親局３１と有線又は無線により通信可能であり、各種信号を送受信する。

【0034】

（Ｖ２Ｇスタンドが実行する処理）
次に、実施形態１に係るＶ２Ｇスタンドが実行する処理手順の一例について、図４を参照しながら説明する。図４は、実施形態１に係るＶ２Ｇスタンドが実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【0035】

図４に示すように、親局３１は、記憶部３２から電力会社や地域ごとに異なる適正整定値を取得する（ステップＳ１）。

【0036】

続いて、親局３１は、子局４１から車載充電器４に設定されている設定整定値を取得する（ステップＳ２）。

【0037】

そして、親局３１は、適正整定値と設定整定値とが等しいか否かを判定する（ステップＳ３）。

【0038】

親局３１が、適正整定値と設定整定値とが異なると判定した場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、親局３１は、子局４１に適正整定値を送信する（ステップＳ４）。その後、ステップＳ１に戻り、適正整定値と設定整定値とが等しいと判定されるまで処理を繰り返す。

【0039】

一方、親局３１が、適正整定値と設定整定値とが等しいと判定した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、親局３１は、電力系統２に連系する許可を与える許可信号を子局４１に送信し（ステップＳ５）、一連の処理を終了する。

【0040】

以上の動作により、Ｖ２Ｇスタンド３は、車載充電器４の子局４１に適正整定値を設定する。

【0041】

（車載充電器が実行する処理）
次に、実施形態１に係る車載充電器が実行する処理手順の一例について、図５を参照しながら説明する。図５は、実施形態１に係る車載充電器が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【0042】

図５に示すように、子局４１は、親局３１から電力系統２に連系する許可を与える許可信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ１１）。

【0043】

子局４１が、許可信号を受信していないと判定した場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、子局４１は、親局３１から適正整定値を受信したか否かを判定する（ステップＳ１２）。

【0044】

子局４１が、親局３１から適正整定値を受信したと判定した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、子局４１は、受信した適正整定値を車載充電器４の設定整定値に設定する（ステップＳ１３）。

【0045】

ステップＳ１１において、子局４１が、許可信号を受信したと判定した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、車載充電器４は、電力系統２に連系を開始し（ステップＳ１４）、バッテリ４５の充電又は放電を行い、その後、一連の処理を終了する。

【0046】

ステップＳ１２において、子局４１が、親局３１から適正整定値を受信していないと判定した場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、一連の処理を終了する。

【0047】

以上の処理により、車載充電器４に適切な整定値を設定することができる。さらに、親局３１から許可信号を受信した場合、すなわち車載充電器４に適正整定値が設定されている場合にのみ電力系統２への連系を開始するため、安全性を確保することができる。

【0048】

以上説明した実施の形態１によれば、整定値が異なるＶ２Ｇスタンド３に車載充電器４が接続される場合であっても整定値の整合性を確保することができる。また、Ｖ２Ｇスタンド３がＤＣＡＣコンバータを有しない構成であるため、Ｖ２Ｇスタンド３を小型化することができる。

【0049】

（解列リレーの機能）
図６は、解列リレーが解列されている様子を表す図である。子局４１は、適正整定値に基づき異常を検知した場合、親局３１に異常信号を送信する。そして、親局３１は、子局４１から異常信号を受信した場合、解列リレー３３により車載充電器４と電力系統２との電気的接続を切り離す。Ｖ２Ｇスタンド３の解列リレー３３が解列することにより、整定値の整合性が取れていない状態で電力系統２と車載充電器４とが連系することを防止することができる。

【0050】

また、親局３１又は子局４１は、Ｖ２Ｇスタンド３と車載充電器４とが、所定時間以上通信が確立しない場合、解列リレー３３により車載充電器４と電力系統２との電気的接続を切り離してもよい。その結果、Ｖ２Ｇスタンド３と車載充電器４との通信が確立していない場合の安全性を高めることができる。

【0051】

〔実施形態２〕
実施形態２に係る電力システムは、実施の形態１と同様の構成であってよいので説明を省略する。実施の形態２において、親局３１は、子局４１から電圧又は周波数等を取得する。そして、親局３１は、取得した電圧又は周波数等が適正整定値に基づき異常を検知した場合、解列リレー３３により車載充電器４と電力系統２との電気的接続を切り離す。このように、解列リレー３３により車載充電器４と電力系統２との電気的接続を切り離すか否かの判定をＶ２Ｇスタンド３側で行ってもよい。

【0052】

〔実施の形態３〕
図７は、実施形態３に係る電力システムの概略的な構成図である。電力システム１Ａの車載充電器４Ａは、解列リレー４８Ａを備える。一方、Ｖ２Ｇスタンド３Ａは、解列リレーを有しない。

【0053】

（車載充電器が実行する処理）
次に、実施形態３に係る車載充電器が実行する処理手順の一例について、図８を参照しながら説明する。図８は、実施形態３に係る車載充電器が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【0054】

図８に示すように、子局４１Ａは、親局３１から電力会社や地域ごとに異なる適正整定値を取得する（ステップＳ２１）。

【0055】

さらに、子局４１Ａは、制御部４２から車載充電器４に設定されている設定整定値を取得する（ステップＳ２２）。

【0056】

そして、子局４１Ａは、適正整定値と設定整定値とが等しいか否かを判定する（ステップＳ２３）。

【0057】

子局４１Ａが、適正整定値と設定整定値とが異なると判定した場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、子局４１Ａは、受信した適正整定値を車載充電器４Ａの設定整定値に設定する（ステップＳ２４）。その後、ステップＳ２２に戻り、適正整定値と設定整定値とが等しいと判定されるまで処理を繰り返す。

【0058】

一方、子局４１Ａが、適正整定値と設定整定値とが等しいと判定した場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、車載充電器４Ａは、電力系統２に連系を開始し（ステップＳ２５）、バッテリ４５の充電又は放電を行い、その後、一連の処理を終了する。

【0059】

以上説明した実施の形態３によれば、整定値が異なるＶ２Ｇスタンド３Ａに車載充電器４Ａが接続される場合であっても整定値の整合性を確保することができる。また、Ｖ２Ｇスタンド３ＡがＤＣＡＣコンバータを有しない構成であるため、Ｖ２Ｇスタンド３Ａを小型化することができる。

【0060】

（解列リレーの機能）
子局４１Ａは、適正整定値に基づき異常を検知した場合、解列リレー４８Ａにより車載充電器４Ａと電力系統２との電気的接続を切り離す。車載充電器４Ａの解列リレー４８Ａが解列することにより、整定値の整合性が取れていない状態で電力系統２と車載充電器４Ａとが連系することを防止することができる。このように、車載充電器４Ａが解列リレー４８Ａを備えていてもよく、解列リレー４８Ａにより車載充電器４Ａと電力系統２との電気的接続を切り離すか否かの判定を車載充電器４Ａ側で行ってもよい。

【0061】

なお、解列リレー４８Ａにより車載充電器４Ａと電力系統２との電気的接続を切り離すか否かの判定をＶ２Ｇスタンド３Ａ側で行ってもよい。具体的には、親局３１は、子局４１Ａから電圧又は周波数等を取得する。さらに、親局３１は、取得した電圧又は周波数等が適正整定値に基づき異常であると判定した場合、子局４１Ａに異常信号を送信する。そして、子局４１Ａは、親局３１から異常信号を受信した場合、解列リレー４８Ａにより車載充電器４Ａと電力系統２との電気的接続を切り離す。

【0062】

また、親局３１又は子局４１Ａは、Ｖ２Ｇスタンド３Ａと車載充電器４Ａとが、所定時間以上通信が確立しない場合、解列リレー４８Ａにより車載充電器４Ａと電力系統２との電気的接続を切り離してもよい。その結果、Ｖ２Ｇスタンド３Ａと車載充電器４Ａとの通信が確立していない場合の安全性を高めることができる。

【0063】

（変形例１）
図９は、変形例１に係るに電力システムの概略的な構成図である。図９に示すように、電力システム１ＢのＶ２Ｇスタンド３には、複数の車載充電器４が接続されている。この場合、Ｖ２Ｇスタンド３は、各車載充電器４との間で通信を行って、適正整定値を設定する処理を行う。その結果、全ての車載充電器４に適切な整定値を設定することができる。

【0064】

更なる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表わし、かつ記述した特定の詳細及び代表的な実施形態に限定されるものではない。従って、添付のクレーム及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0065】

１、１Ａ、１Ｂ 電力システム
２ 電力系統
３、３Ａ Ｖ２Ｇスタンド
４、４Ａ 車載充電器
３１ 親局
３２ 記憶部
３３、４８Ａ 解列リレー
３４ Ｖ２Ｈリレー
３５ 計量部
３６ 系統接続部
３７ 車両接続部
３８ 家庭負荷接続部
３９ 子局接続部
４１、４１Ａ 子局
４２ 制御部
４３ ＤＣＡＣコンバータ
４４ 絶縁ＤＣＤＣコンバータ
４５ バッテリ
４６ Ｖ２Ｇスタンド接続部
４７ 親局接続部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】