JP2012060752A - 分電盤 - Google Patents

Abstract

【課題】充電自動車の充電時に消費電力の大きい負荷機器を重複使用した際に、同一の分電盤に接続された負荷機器への電力供給停止手段によらず、突然の停電を防止することができる分電盤を提供すること。
【解決手段】複数の分岐回路が設けられた分電盤の使用電流値を計測する電流計測手段１１と、分岐回路の少なくとも１つが自動車充電用回路３として使用する分電盤であって、電流計測手段１１により計測された分電盤の使用電流値と、予め定められた分電盤の定格電流値とから、自動車充電用回路３の許容電流値を算出する許容電流算出手段１３を備え、自動車充電用回路３に充電自動車への充電制御を行う充電制御装置６を接続し、充電制御装置６は、前記許容電流算出手段１１で算出された許容電流値に応じて充電制御情報を変更する充電情報変更手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、特にハイブリッド自動車や電気自動車等の充電自動車の家庭用充電に適した分電盤に関するものである。

充電自動車の充電に際し、各家庭に供給されている１００／２００Ｖの商用電源を充電電源として使用する家庭用充電装置では、住宅用分電盤を介して電源供給が行われる（例えば、特許文献１）。

商用電源の引き込み線が引き込まれた住宅用分電盤には、家庭内で使用する各種の負荷機器が接続されており、充電自動車の充電時には、長時間に亘って充電自動車に大電流（１６〜２０Ａ）が供給され続けるため、消費電力の大きい負荷機器を重複使用した場合、分電盤内の主幹ブレーカに各家庭の契約電流を超過する電流が流れて主幹ブレーカがトリップして停電が生じ、充電自動車の充電が中断される他、分電盤に接続されるすべての負荷機器への電力供給が停止してしまう問題がある。

なお、各家庭で電気の使い過ぎが生じたとき、比較的生活に影響の少ない負荷機器を一時的に停止し、契約容量以内で電力を有効に使用できるよう、電力制御機能を有する住宅用分電盤、すなわちデマンドコントロール機能付き分電盤が開発されている（例えば、特許文献２）。

従来のデマンドコントロール機能付き分電盤では、デマンドコントロール装置によって使用電流値が常時監視され、電力不足が生じた時、予め設定された順位に従って負荷機器に対応する分岐ブレーカの接点を解放し、過電流が解消されたとき自動的に復帰する制御を行っていたが、充電自動車の充電は日常的に行われるため、頻繁に各種負荷機器に対応する分岐ブレーカの接点を解放して電力供給を停止することは好ましくないという問題があった。

特開平８−３３１２１号公報 特開平５−９５６０８号公報

本発明の目的は前記問題を解決し、従来のデマンドコントロール機能付き分電盤のように、電力不足が生じた時、予め設定された順位に従って負荷機器に対応する分岐ブレーカの接点を解放するという手段によらず、充電自動車の充電時に消費電力の大きい負荷機器を重複使用した際に主幹ブレーカに各家庭の契約電流を超過する電流が流れて主幹ブレーカがトリップする問題を効果的に回避することができる分電盤を提供することである。

本発明の分電盤は、複数の分岐回路が設けられた分電盤の使用電流値を計測する電流計測手段と、該分岐回路の少なくとも１つが自動車充電用回路として使用する分電盤であって、電流計測手段により計測された分電盤の使用電流値と、予め定められた分電盤の定格電流値とから、自動車充電用回路の許容電流値を算出する許容電流算出手段を備え、該自動車充電用回路に充電自動車への充電制御を行う充電制御装置を接続し、該充電制御装置は、前記許容電流算出手段で算出された許容電流値に応じて充電制御情報を変更する充電情報変更手段を備えることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の分電盤において、該充電制御装置は、充電制御情報をパルス信号として出力するパルス出力手段を備え、該充電情報変更手段は、前記許容電流算出手段で算出された許容電流値に応じてパルス信号のデューティ比を変調するデューティ比変調手段であることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の分電盤において、該充電制御装置は、許容電流算出手段で算出された許容電流値に応じて、充電自動車への電力供給を停止および再開するように制御することを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の分電盤において、充電制御装置は、分電盤の外部に配置されることを特徴とするものである。

本発明に係る分電盤は、複数の分岐回路が設けられた分電盤の使用電流を計測する電流計測手段と、該分岐回路の少なくとも１つが自動車充電用回路として使用する分電盤であって、
電流計測手段により計測されたに分電盤の使用電流値と、予め定められた分電盤の定格電流値とから、自動車充電用回路の許容電流値を算出する許容電流算出手段を備え、
該自動車充電用回路を充電自動車への充電制御を行う充電制御装置と接続し、
該充電制御装置は、前記許容電流算出手段で算出された許容電流値に応じて充電制御情報を変更する充電情報変更手段を備えることにより、分電盤の他の負荷機器の使用電流に対応して充電自動車の充電電流を増減するように制御することを可能とした。
すなわち本発明の構成によれば、充電自動車の充電時に消費電力の大きい負荷機器を重複使用した際に、充電自動車への充電電流を一時的に制限することにより、主幹ブレーカがトリップする問題を効果的に回避することができる。

本発明の実施形態を示すブロック図である。 充電自動車と充電制御装置のブロック図である。 電流計測装置のブロック図である。 許容電流の制御を説明する図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１に示すように、本発明の分電盤は、主幹ブレーカ１と複数の分岐ブレーカ２を備え、分岐回路の一つを、モード２又はモード３の充電システム（充電時に車両と接続される充電装置側の制御手段として、充電自動車の車両側の充電制御部に対して充電制御信号（ＣＰＬＴ信号）を送るコントロールパイロット回路を含むことを要求されるモード）を採用する充電自動車の車載電池に電力を供給するための自動車充電用回路３とするものである。モード２又はモード３の充電システムでは、充電時に車両４と接続される充電装置側の制御手段として、充電自動車の車両側の充電制御部に対して充電制御信号（ＣＰＬＴ信号）を送るコントロールパイロット回路を含むことが要求される。

充電自動車４への電力供給は、商用電源５から主幹ブレーカ１および自動車充電用回路３を経て行われ、充電自動車４への電力供給量は、後述の充電制御装置６により最適に変調されるデューティ比に応じて変動する。

まず、充電制御装置６と充電自動車４との間の充電制御信号のやり取りについて説明する。

充電制御装置６は、図２に示すように、自動車充電用回路３に設けられた分岐ブレーカ２の負荷側に設置され、自動車充電時には充電ケーブル７（電源線×２、信号線、アース）が接続される。

充電制御装置６は、図２に示すように、パルス出力手段６１を備えている。車両４側の制御回路４１との間で充電制御信号をやり取りするパルス出力手段６１は初期値として予め定められたデューティ比の充電制御信号を発振する。充電制御信号のデューティ比の初期値は主幹の容量や充電ケーブルの種類等によって分電盤ごとの固有の値として予め定められている。

モード２又はモード３対応の充電自動車４の場合、充電ケーブル７を自動車に接続していない状態における充電制御端子８の電圧は、１２Ｖの一定電圧に調整されているが、充電ケーブル７を充電自動車４に接続すると車両側制御回路４１に内蔵されている抵抗４３によって分圧され、充電制御端子８の一定電圧は９Ｖに低下する。

充電制御装置６が充電ケーブル７の接続した時に分電盤が充電可能な状態にあれば、充電制御装置６のパルス出力手段６１が充電制御信号を発振させる。すなわち、分電盤の定格電流値と後述する電流監視手段によって測定された主幹ブレーカの電流値との差分が一定値以上の場合に充電制御信号を発振させる。これにより、充電自動車側４に発振した９Ｖの充電制御信号が入力されると、車両側制御回路４１に内蔵された充電許可スイッチ４４がオンとなる。その結果、充電制御信号の電圧は車両側制御回路４１に内蔵されている別の抵抗４５によって分圧されて６Ｖ発振となり、充電準備完了となる。この状態において充電制御装置６は充電電路を開閉するリレー６４にオン信号を出力し、車載電池４２への充電が開始される。

上記した充電制御信号のデューティ比は、充電情報変更手段である充電制御装置６のデューティ比変調手段６２によって変調させることが可能である。デューティ比が大きいほど大きな充電電流が供給可能であることを意味している。充電自動車の車両側制御回路４１はパルス出力手段６１から出力される充電制御信号のデューティ比を読み取り、充電電流を制御する。

以下に本発明の特徴的部分を説明する。
図１に示すように、本発明の分電盤の内部では、主幹ブレーカ１の一次側（電源側）に電流センサ９（以下、ＣＴ）が設置されて、主幹ブレーカ１の電流値を測定している。すなわち、本実施形態では分電盤の使用電流値を主幹ブレーカに流れる電流値として計測し、主幹ブレーカ１の電流値は、該ＣＴ９の出力信号として電流計測装置１０に入力される。なお、主幹ブレーカ１が設けられていない分電盤では、母線バーに流れる電流値を分電盤の使用電流値として計測してもよい。また、ＣＴ９を各分岐ブレーカ２にそれぞれ設けた上、ＣＴ９の出力信号を電流計測装置１０に入力し、その合算値を分電盤の使用電流値としてもよい。この場合には、自動車充電用回路の電流値と、自動車充電用回路以外の負荷の電流値（Ｃ）を区別して計測することができる。

電流計測装置１０は、図３に示すように、電流計測手段１１と、定格電流登録手段１２と、許容電流算出手段１３を備え、ＣＴ９の出力信号は電流計測手段１１に入力される。定格電流登録手段１２には、予め、分電盤の定格電流値として主幹ブレーカの定格電流値を登録しておく。なお、主幹ブレーカが設けられていない分電盤では、分電盤の定格電流値を登録しておくものとする。定格電流登録手段１２としては、ディップスイッチ等にて登録することができる他、ネットワークを経由した通信手段によりパソコンから分電盤の定格電流値を登録することができるものであってもよい。電流計測装置１０は、分岐ブレーカと同様に母線バー１４から自身を駆動する電源をとっているため、分岐ブレーカ２と同寸のケースとして、分岐ブレーカの取付スペースに設けることが好ましい。

許容電流算出手段１３は、定格電流登録手段１２により登録した主幹ブレーカ１の定格電流値（Ａ）とＣＴ９により計測した主幹ブレーカの電流値（Ｂ）によって、自動車充電用回路３に許容する電流値を算出する。許容電流値は（Ａ）と（Ｂ）との差分を基準として定められ、充電制御信号のデューティ比を充電制御装置６のデューティ比変調手段６２によって変調させることにより制御する。

図４に示すグラフは主幹ブレーカ１の定格電流値（Ａ）が６０Ａの分電盤を例として、計測した主幹ブレーカの電流値（Ｂ）、許容電流値及び自動車充電用回路以外の負荷の電流値（Ｃ）の推移を示した説明図である。また、充電電流は充電ケーブル等の制限から分電盤ごとの固有の値としてその初期値（最大値）が２０Ａに設定されているものを示している。なお、（Ｃ）は必ずしも計測する必要はないが、説明を容易にするため示したものである。一方、許容電流算出手段１３は（Ａ）に対して負荷変動を考慮して５Ａの余裕をみて、（Ｂ）が５５Ａになった時に充電電流を初期値に対して制限するような値を算出するものとする。なお、主幹ブレーカ１の定格電流値（Ａ）に対する余裕は例示であり、その数値は主幹ブレーカの定格電流値に応じて適切に定めることができる。すなわち、本実施形態では主幹ブレーカ１の定格電流値（Ａ）から余裕分を引いた値（Ａ）’を（Ａ）として扱っている。

図４の（i）では、充電が開始されておらず、自動車充電用回路以外の負荷の電流値（Ｃ）が２５Ａを使用している状態を示している。（ii）では充電が開始された状態であり、充電電流はその初期値である２０Ａとなっている。この場合に（Ｂ）は（Ｃ）を加えた４５Ａであるから充電電流は制限されず、許容電流値はその初期値が維持される。（iii）では（Ｃ）が３５Ａに達した場合であり、（Ｂ）は５５Ａとなり、主幹ブレーカ１の定格電流値（Ａ）まで５Ａとなる。従って、負荷変動を考慮すると主幹ブレーカ１がトリップする恐れがあるため、許容電流値を１５Ａまで低下させる。これにより（Ｂ）は５０Ａとなり（Ａ）より５Ａ以上低くなるため、トリップする恐れがなくなる。（iv）はさらに（Ｃ）が増加した場合であり、許容電流値は１０Ａまで制限される。（v）はさらに（Ｃ）が増加した場合である。この場合には許容電流値は５Ａとなるが、本実施形態では許容電流が所定値以下となった場合には、充電の安定性を考慮して許容電流値を０とする。許容電流値が０となった場合は充電制御信号の発振を停止して、充電制御信号を所定の電圧又は０Ｖに保つことにより、車両側制御回路４１により充電が停止される。なお、図示していないが自動車充電用回路にもＣＴを設け、実際の充電電流値を計測するとともに、（Ｂ）から実際の充電電流値を差し引いて（Ｃ）を計測して許容電流値を定めるものとしてもよい。

また、（Ｂ）が一定値以下となった場合には、許容電流算出手段１３は、許容電流値を徐々に回復させる制御する。すなわち、上記制御により充電が停止した場合であっても、自動車４は充電ケーブルが物理的に接続されているから、デューティ比変更手段が充電制御信号のデューティ比を変調させることにより充電を再開させることができる。
例えば、（vi）に示すように、計測した主幹ブレーカの電流値（Ｂ）と主幹ブレーカ１の定格電流値（Ａ）との差分が負荷変動を考慮した５Ａの余裕をもたせて１５Ａ以上、すなわち（Ｃ）が４０Ａ以下となれば、充電制御信号の発振を再開し、許容電流値を１０Ａで充電を再開させる。その後、実際の充電電流値を考慮しながら許容電流値を徐々に回復させる制御を行う。
すなわち、許容電流算出手段１３は（Ｂ）から実際の充電電流値を差し引いて計測した（Ｃ）と、実際の充電電流値との和が５５Ａに達しないように許容電流値を算出する。

なお、上記の許容電流値は（Ａ）と（Ｂ）との比により定めるものとしてもよい。
この場合には、上記（Ａ）と（Ｂ）との比は分電盤の定格に応じて最適な値で制御することができる。

以上に説明したように、本発明の分電盤は、分電盤に接続された充電自動車以外の負荷機器における消費電力の増減に応じて変化する主幹ブレーカの電流値（Ｂ）と、主幹ブレーカの定格電流値（Ａ）から、自動車充電用回路の許容電流値を算出し、許容電流値に応じてパルス信号のデューティ比を変調させて充電電流を増減するため、充電自動車の充電時に消費電力の大きい負荷機器を重複使用した際に、負荷機器に対応する分岐ブレーカの接点を解放して各負荷機器への電力供給を停止するという手段によらず、主幹ブレーカがトリップする問題を効果的に回避することができる。

本発明は上記実施形態では許容電流算出手段１３は電流計測装置１０に設けるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、充電制御装置６内に許容電流算出手段１３を設けてもよい。その他、自動車充電用回路は主幹ブレーカの二次側に接続されていて、他の分岐回路とは物理的に独立した分岐回路に設けられていてもよいし、主幹ブレーカの一次側に接続した分岐回路に設けたものとしても良い。また、電流計測装置は充電制御装置内に一体的に設けてもよい。さらに、充電制御装置および電流計測装置を分電盤の筐体の外部に設けることもできる。この場合には、電流計測装置１０が通信装置を備えていて、分電盤の外部に設けられた充電制御装置に許容電流の情報を与えるものとしても良い。

なお、上記実施形態では充電情報変更手段はモード２又はモード３の充電制御信号を利用してデューティ比を変調させることにより、自動車充電回路の許容電流の情報を車両側制御回路に伝達しているが、これに限られるものではなく、充電情報変更手段が許容電流の情報を含む電文を作成して制御手段を介して、車両側制御回路に伝達するようにしてもよい。

１ 主幹ブレーカ
２ 分岐ブレーカ
３ 自動車充電用回路
４ 充電自動車
４１ 車両側制御回路
４２ 車載電池
４３ 抵抗
４４ 充電許可スイッチ
４５ 抵抗
５ 商用電源
６ 充電制御装置
６１ パルス出力手段
６２ デューティ比変調手段
６３ 制御手段
６４ リレー
７ 充電ケーブル
８ 充電制御端子
９ ＣＴ
１０ 電流計測装置
１１ 電流計測手段
１２ 定格電流登録手段
１３ 許容電流算出手段
１４ 母線バー

Claims (4)

1. 複数の分岐回路が設けられた分電盤の使用電流値を計測する電流計測手段と、
   該分岐回路の少なくとも１つが自動車充電用回路として使用する分電盤であって、
   電流計測手段により計測された分電盤の使用電流値と、予め定められた分電盤の定格電流値とから、自動車充電用回路の許容電流値を算出する許容電流算出手段を備え、
   該自動車充電用回路に充電自動車への充電制御を行う充電制御装置を接続し、
   該充電制御装置は、前記許容電流算出手段で算出された許容電流値に応じて充電制御情報を変更する充電情報変更手段を備えることを特徴とする分電盤。
2. 該充電制御装置は、充電制御情報をパルス信号として出力するパルス出力手段を備え、該充電情報変更手段は、前記許容電流算出手段で算出された許容電流値に応じてパルス信号のデューティ比を変調するデューティ比変調手段であることを特徴とする請求項１記載の分電盤。
3. 該充電制御装置は、許容電流算出手段で算出された許容電流値に応じて、充電自動車への電力供給を停止および再開するように制御することを特徴とする請求項１または２記載の分電盤。
4. 充電制御装置は、分電盤の外部に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の分電盤。

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