JP2016005399A - 充放電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電装置の充放電に係る構成を簡素化可能な充放電装置を提供することにある。
交流接続部は、交流電力部の接続部と脱着可能である。直流接続部は、蓄電装置側接続部と脱着可能である。
変換部は、交流接続部を経由して交流電力部から供給される交流電力の直流電力への変換、および、直流接続部を経由して蓄電部から供給される直流電力の交流電力への変換の少なくとも一方を行う。
充放電制御部は、変換部における電力変換を制御する。
また、蓄電装置側接続部と交流電力部の接続部とを充放電装置により接続するので、蓄電装置と直流充電装置または交流電力部とを接続するための接続部を共通化することができる。
本発明の充放電装置を携行すれば、蓄電装置と交流電力部との電力の授受が可能であるので、ユーザの利便性を損なわない。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による充放電装置を図1〜図3に示す。図1において、制御線を実線矢印、情報を授受可能である通信線を破線矢印で示す。なお、通信に係る構成は、有線、無線を問わない。また、一点鎖線が引かれた箇所は、脱着可能箇所であることを意味する。後述の図4、図8、図10および図12についても同様である。
図1に示すように、充放電装置1は、電気自動車あるいはプラグインハイブリッド(PHV)車両である車両40に搭載される蓄電装置50と、交流電力部としての普通充電装置70との接続に用いられる。
蓄電装置50は、蓄電部51、蓄電開閉部52、蓄電制御部55、および、蓄電装置側接続部としてのDCインレット56等を備える。
蓄電部51は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等により充放電可能に構成される。蓄電部51は、DCインレット56を経由して供給された直流電力により充電可能に構成される。蓄電部51の電力は、図示しない主機モータの駆動等に用いられる。
蓄電制御部55は、蓄電開閉部52の開閉制御等、蓄電装置50における各種制御処理を実行し、蓄電部51の充放電状態を制御する。
DCインレット56は、急速充電装置60の急速充電コネクタ66と脱着可能に構成される。
交流電源61は、例えば3相200[V]の交流電力を出力する。
交流電源71は、例えば単相100Vまたは200Vの交流電力を出力する。
電気保安部72は、例えばCCID(Charging Circuit Interrupt Device)であって、遮断部73を有する。電気保安部72は、電力状態を監視することで、漏電等の異常を検出し、異常が検出された場合には、遮断部73を遮断することで、交流電源71からの電力供給を遮断する。
普通充電コネクタ78は、後述のACインレット20と脱着可能に構成される。なお、普通充電コネクタ78は、蓄電装置50のDCインレット56と接続することができない。本実施形態では、普通充電コネクタ78が「交流電力部の接続部」に対応する。
本実施形態では、蓄電装置50の蓄電部51は、急速充電装置60により供給される高電圧の直流電力で充電することにより、普通充電装置70で充電する場合よりも比較的短時間に充電可能に構成される。一方、急速充電のみを連続して行うことは、蓄電部51の寿命の観点から好ましくない。そのため、一定頻度で普通充電装置70による普通充電を行うことで、蓄電部51への負担を軽減することが望ましい。しかしながら、急速充電装置60により充電するためのシステム(すなわち本実施形態の蓄電装置50)に加え、普通充電装置70により充電するためのシステムを車両40に搭載する場合、車両40に搭載されるシステムが複雑になる上、インレットを2つ設ける必要がある等の車両設計上の制約や重量増といった問題が生じる。
充放電装置1は、変換部11、開閉部12、充放電制御部15、交流接続部としてのACインレット20、および、直流接続部としてのDCコネクタ25等を備える。本実施形態では、変換部11が「変換部」に対応し、開閉部12が「開閉部」に対応する。
変換部11、開閉部12、および、充放電制御部15は、筐体10に設けられる。
変換部11は、普通充電装置70から供給された交流電力を直流電力に変換するAC/DC変換部、および、AC/DC変換部にて変換された直流電力を蓄電装置50に供給可能な電圧に変換するDC/DC変換部を有する。なお、AC/DC変換部にて変換された直流電力が蓄電装置50に供給可能であれば、DC/DC変換部は省略してもよい。
図2に示すように、開閉部12は、第1スイッチ121、第2スイッチ122、第3スイッチ123、および、抵抗125を有する。図2(a)に示すように、第1スイッチ121、第2スイッチ122および第3スイッチ123は、いずれもノーマリーオープン型のスイッチであり、充放電制御部15により開閉動作が制御される。
第2スイッチ122は、高電位側配線128に設けられる。
第3スイッチ123は、高電位側配線128に接続され第2スイッチ122を迂回するバイパス配線129に設けられる。
抵抗125は、バイパス配線129に設けられる。本実施形態では、抵抗125は、第3スイッチ123よりも変換部11側に設けられる。
また、図2(c)に示すように、蓄電部51を充電する場合(チャージ動作)、第1スイッチ121および第2スイッチ122を閉とし、第3スイッチ123を開とする。
DCコネクタ25は、筐体10から引き出されるDCケーブル26の先端に設けられ、蓄電装置50のDCインレット56と脱着可能に構成される。
S102では、充放電装置1のDCコネクタ25と蓄電装置50のDCインレット56とが接続され、蓄電装置50との接続が検知されたか否かを判断する。車両側との接続が検知されていないと判断された場合(S102:NO)、この判断処理を繰り返す。車両側との接続が検知されていないと判断された場合(S102:YES)、S103へ移行する。
S104では、プリチャージを指令する。具体的には、開閉部12を図2(b)に示す状態となるように、第1スイッチ121および第3スイッチ123を閉にする旨の指令を出力する。
S106では、充電前診断が完了したか否かを判断する。充電前診断が完了していないと判断された場合(S106:NO)、この判断処理を繰り返す。充電前診断が完了したと判断された場合(S106:YES)、異常がなければS107へ移行する。なお、充電前診断にて異常が検出された場合、以下の処理を中止し、充電を行わない。
S107では、変換部11の電力出力の調整を行うとともに、出力調整が完了したか否かを判断する。出力調整が完了していないと判断された場合(S107:NO)、出力調整を継続する。出力調整が完了したと判断された場合(S107:YES)、S108へ移行する。
充電完了後は、充電終了処理を実行した後、充電を終了する。
また、外出先での普通充電装置70による充電を行わない場合、充放電装置1を携行しなければ、車載重量を低減することができる。外出先で普通充放電装置による充電を行いたい場合は、充放電装置1を携行すればよく、ユーザの利便性を損なわない。
変換部11は、ACインレット20を経由して普通充電装置70から供給される交流電力の直流電力への変換を行う。充放電制御部15は、変換部11における電力変換を制御する。
また、DCインレット56と普通充電コネクタ78とを充放電装置1により接続するので、蓄電装置50と急速充電装置60または普通充電装置70とを接続するための接続部をDCインレット56に共通化することができる。
充放電制御部15は、普通充電装置70から供給される電力を制御電源として用いる。これにより、制御電源のための電源供給部を備える場合と比較して充放電装置1の構成を簡素化することができる。
充放電装置1は、開閉部12を備える。開閉部12は、変換部11とDCコネクタ25との間に設けられ、変換部11とDCコネクタ25との間の電流の導通または遮断を切り替え可能である。これにより、普通充電装置70と蓄電装置50とが充放電装置1により接続されたとき、普通充電装置70と蓄電装置50との間における電力供給を適切に開始または終了することができる。
本発明の第2実施形態を図4および図5に示す。図4においては、急速充電装置60を省略した。後述の図8、図10および図12も同様である。
図4に示すように、本実施形態の充放電装置2は、開閉部12に替えて、高電位側配線にダイオード13が設けられる。ダイオード13は、普通充電装置70側から蓄電装置50側への電力供給を許容し、蓄電装置50側から普通充電装置70側への電力供給を禁止する。
S154、S155の処理は、図3中のS105、S106の処理と同様である。S155にて、充電前診断が完了したと判断された場合(S155:YES)、S156へ移行する。
S157では、図3中のS108の処理と同様である。蓄電制御部55から充電を許可する旨の信号を受信したと判断された場合(S157:YES)、S158へ移行する。
S158では、変換部11に電力出力を指令し、普通充電装置70からの電力による蓄電部51の充電を開始する。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本発明の第3実施形態を図6に基づいて説明する。
本実施形態は、充放電装置の構成は第1実施形態と同様であり、充電開始処理が第1実施形態と異なるので、この点を中心に説明する。
第1実施形態では、普通充電装置70側から制御電源を受電する。本実施形態では、蓄電装置50側から制御電源を受電する点が第1実施形態と異なる。
S201では、充放電装置1の動作に必要な電力を蓄電装置50から受電し、制御電源として用いる。
S203では、普通充電装置70からの電力供給を許可する。
S204〜S210の処理は、図3中のS103〜S109の処理と同様である。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本発明の第4実施形態を図7に基づいて説明する。
本実施形態は、充放電装置の構成は第2実施形態と同様であり、充電開始処理が第2実施形態と異なるので、この点を中心に説明する。
第2実施形態では、普通充電装置70側から制御電源を受電する。本実施形態では、第3実施形態と同様、蓄電装置50側から制御電源を受電する点が第2実施形態と異なる。
S251〜S253の処理は、図6中のS201〜S203の処理と同様である。
S254〜S259の処理は、図5中のS153〜S158の処理と同様である。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本発明の第5実施形態による充放電装置を図8および図9に基づいて説明する。
図8に示すように、本実施形態の充放電装置3は、充放電装置3の動作に必要な電力を供給する電源供給部17を備える。換言すると、充放電装置3は、制御電源を内部的に備えている、ということである。電源供給部17を備える点を除き、充放電装置3は、第1実施形態の充放電装置1と同様である。
なお、図8において、実線矢印は、電源供給部17からの電力供給経路を示す。図10についても同様である。
S301では、充放電装置1のACインレット20と普通充電装置70の普通充電コネクタ78とが接続され、普通充電装置70との接続が検知されたか否かを判断する。普通充電装置70との接続が検知されていないと判断された場合(S301:NO)、S302以降の処理を行わない。普通充電装置70との接続が検知されたと判断された場合(S301:YES)、S302へ移行する。
S302の処理は、図6中のS203の処理と同様である。
S303〜S310の処理は、図3中のS102〜S109の処理と同様である。
本実施形態では、制御電源を供給するための電源供給部17を充放電装置3の内部に備えるので、蓄電装置50または普通充電装置70から制御電源を受電する必要がない。そのため、制御電源を蓄電装置50または普通充電装置70から受電するための処理を省略することができる。また、蓄電装置50または普通充電装置70と接続されていない状態においても、各種演算処理を実行可能である。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本発明の第6実施形態を図10および図11に基づいて説明する。
図10に示すように、本実施形態の充放電装置4は、第5実施形態の充放電装置3と同様、電源供給部17を備える。また、第5実施形態の開閉部12に替えて、第2実施形態と同様のダイオード13を備える。
本実施形態の充放電制御処理を図11に基づいて説明する。本実施形態の充放電制御処理は充放電制御部15にて、所定の間隔で実行される。
S351、S352の処理は、図9中のS301、S302と同様である。
S353〜S359の処理は、S152〜S158の処理と同様である。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本発明の第7実施形態による充放電装置を図12に基づいて説明する。
図12に示すように、本実施形態の充放電装置5は、電気保安部18を備え、蓄電装置50と普通充電装置79とを接続可能に構成される。
電気保安部18は、普通充電装置70の電気保安部72と同様、例えばCCIDであって、遮断部19を有する。電気保安部18は、電力状態を監視することで漏電等の異常を検出し、異常が検出された場合には、遮断部19を遮断することで、普通充電装置79側からの電力供給を遮断する。本実施形態では、遮断部19が「遮断部」に対応する。
なお、図12では、充放電装置5は、開閉部12を備える例を示しているが、第2実施形態および第6実施形態のように、開閉部12に替えて、ダイオード13を設けてもよい。制御電源は、第1実施形態および第2実施形態のように普通充電装置70から供給されるようにしてもよいし、第3実施形態および第4実施形態にように蓄電装置50から供給されるようにしてもよい。また、第5実施形態および第6実施形態のように、電源供給部17を設け、電源供給部17から制御電源が供給されるようにしてもよい。
なお、本実施形態の充放電装置5と、上記実施形態の普通充電装置70とを接続し、電気保安部が2つ設けられている状態となっていても差し支えない。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(ア)充放電装置
上記実施形態では、充放電装置は、交流電力部である普通充電装置の電力により蓄電部を充電する「充電装置」として機能する例を説明した。他の実施形態では、交流電力部を交流電力により駆動される負荷とし、蓄電装置と交流電力部とを充放電装置により接続することで、蓄電部の電力を交流電力部に供給する「放電装置」として充放電装置を機能させるようにしてもよい。すなわち、充放電装置は、交流電力部側から蓄電装置側へ電力を供給する「充電装置」、および、蓄電装置側から交流電力部側へ電力を供給する「放電装置」の少なくとも一方として機能するものとすることができる。なお、充電装置として機能させる場合、変換部は、交流接続部を経由して交流電力部から供給される交流電力を直流電力に変換する。また、放電装置として機能させる場合、変換部は、直流接続部を経由して蓄電部から供給される直流電力を交流電力へ変換する。
充放電装置を放電装置として機能させることで、蓄電装置に別途の構成を追加することなく、蓄電部の電力を外部に供給することができる。
上記実施形態では、交流接続部は、ACインレットにより構成される。他の実施形態では、交流電力部が例えば商用電源である場合のように、交流電力部の接続部がインレットである場合、筐体から引き出されるケーブルの先端に設けられるコネクタにより交流接続部を構成してもよい。また、交流接続部は、交流電力部の接続部と脱着可能であれば、どのように構成してもよい。
第2実施形態および第6実施形態では、第1実施形態および第5実施形態の開閉部に替えて、ダイオードが設けられる。他の実施形態では、充放電装置は、開閉部とダイオードとを共に備えてもよい。
(エ)蓄電装置
上記実施形態では、蓄電装置は車両に搭載される。他の実施形態では、蓄電装置を車両以外に搭載するようにしてもよい。
(オ)交流電力部
上記実施形態では、交流電力部は、普通充電装置である。他の実施形態では、交流電力部は、商用電源であってもよい。すなわち、交流電力部は、電気保安部、普通充電開閉部、および、普通充電制御部等を省略してもよい。また、交流電力部は、蓄電部から充放電装置を経由して供給される交流電力により駆動される負荷としてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
11・・・変換部
15・・・充放電制御部
20・・・ACインレット(交流接続部)
25・・・DCコネクタ(直流接続部)
40・・・車両
50・・・蓄電装置
60・・・急速充電装置(直流充電装置)
70・・・普通充電装置(交流電力部)
Claims (8)
- 直流電力を給電する直流充電装置(60)の接続部(66)と脱着可能に設けられる蓄電装置側接続部(56)、前記蓄電装置側接続部を経由して供給される直流電力により充電可能である蓄電部(51)、および、前記蓄電部の充放電状態を制御する蓄電制御部(55)を有する蓄電装置(50)と、交流電力を給電または受電する交流電力部(70、79)とを接続可能な充放電装置(1〜5)であって、
前記交流電力部の接続部(78)と脱着可能である交流接続部(20)と、
前記蓄電装置側接続部と脱着可能である直流接続部(25)と、
前記交流接続部を経由して前記交流電力部から供給される交流電力の直流電力への変換、および、前記直流接続部を経由して前記蓄電部から供給される直流電力の交流電力への変換の少なくとも一方を行う変換部(11)と、
前記変換部における電力変換を制御する充放電制御部(15)と、
を備えることを特徴とする充放電装置。 - 前記充放電制御部は、前記蓄電制御部と通信可能であることを特徴とする請求項1に記載の充放電装置。
- 前記充放電制御部は、前記交流電力部から供給される電力を制御電源として用いることを特徴とする請求項1または2に記載の充放電装置(1、2)。
- 前記充放電制御部は、前記蓄電装置から供給される電力を制御電源として用いることを特徴とする請求項1または2に記載の充放電装置(1、2)。
- 前記充放電制御部に電力を供給可能である電源供給部(17)をさらに備え、
前記充放電制御部は、前記電源供給部から供給される電力を制御電源として用いることを特徴とする請求項1または2に記載の充放電装置(3、4)。 - 電力状態の異常が検出されたときに電力を遮断可能な遮断部(19)を有する電気保安部(18)をさらに備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の充放電装置(5)。
- 前記変換部と前記直流接続部との間に設けられ、前記変換部と前記直流接続部との間の電流の導通または遮断を切り替え可能である開閉部(12)を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の充放電装置(1、3、5)。
- 前記変換部と前記直流接続部との間に設けられるダイオード(13)を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の充放電装置(2、4)。
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