JP2022034842A - 電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】交換可能なバッテリと電気自動車を接続するためのコネクタを小型化する。【解決手段】電源装置は、移動体と接続するためのバッテリ側コネクタを有する第１のバッテリと、移動体に配置された、バッテリ側コネクタと接続可能な移動体側コネクタと、移動体側コネクタと負荷との間に接続された第１の電力変換部と、第１の電力変換部と負荷とを接続する電力供給ラインに、第１のバッテリと並列に接続された第２のバッテリと、第１のバッテリから移動体側コネクタを介して第１の電力変換部に出力される電流が第１の値以下になるように、第１の電力変換部を制御する制御部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置に関する。
温室効果ガスであると考えられている二酸化炭素の排出量を削減するために、電気自動車の普及が進んでいる。普及している電気自動車の中には、交換可能なバッテリを搭載した電気自動車がある（例えば、特許文献１）。このような交換可能なバッテリの充電は、バッテリが電気自動車から取り外された後に、電気自動車の外部において行われる。電気自動車に搭載されたバッテリの充電量が少なったとき、このバッテリは、電気自動車から取り外され、電気自動車の外部において充電された他のバッテリに交換される。
特開２０１７－１１７６１５号公報
電気自動車の加速時には、ピーク時に、２００Ａ～３００Ａの大電流が電気自動車のモータに流れる。このため、交換可能なバッテリと電気自動車を接続するためのコネクタは、このような大電流に耐えることができるように、非常に大型で強固に作る必要があった。
そこで、本発明は、交換可能なバッテリと電気自動車を接続するためのコネクタを小型化することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の電源装置は、移動体と接続するためのバッテリ側コネクタを有する第１のバッテリと、前記移動体に配置された、前記バッテリ側コネクタと接続可能な移動体側コネクタと、前記移動体側コネクタと負荷との間に接続された第１の電力変換部と、前記第１の電力変換部と前記負荷とを接続する電力供給ラインに、前記第１のバッテリと並列に接続された第２のバッテリと、前記第１のバッテリから前記移動体側コネクタを介して前記第１の電力変換部に出力される電流が前記第１の値以下になるように、前記第１の電力変換部を制御する制御部と、を有する。
前記制御部は、前記第１のバッテリから前記移動体側コネクタを介して前記第１の電力変換部に一定の電流が出力されるように、前記第１の電力変換部を制御するようにしても良い。
前記制御部は、前記第１の電力変換部から前記移動体側コネクタを介して前記第１のバッテリに入力される電流が第２の値以下になるように、前記第１の電力変換部を制御するようにしても良い。
前記電源装置は、前記電力供給ラインに、第１のバッテリと並列に接続された充電器をさらに有し、前記充電器は、交流電源に接続するためのコネクタと、前記交流電源から供給された交流電力を直流電力に変換して前記電力供給ラインに供給する第２の電力変換部と、前記コネクタと前記電力供給ラインとの間が接続された状態と遮断された状態との間で切り替わるリレーと、を有し、前記第２のバッテリは、電力を蓄える蓄電部と、前記蓄電部と前記電力供給ラインとの間が接続された状態と遮断された状態との間で切り替わるリレーと、を有するようにしても良い。
本発明によれば、交換可能なバッテリと電気自動車を接続するためのコネクタを小型化することが可能になる。
本発明の一実施形態に係る電源装置１００を示す図である。 電力の流れを説明する図である。 本発明の一実施形態に係る電源装置１００を示す図である。 電力の流れを説明する図である。 電力の流れを説明する図である。 本発明の一実施形態に係る電源装置１００を示す図である。 第１のバッテリ１１０、第２のバッテリ１４０の充電処理の一例を示す図である。 電力の流れを説明する図である。 電力の流れを説明する図である。
＜電源装置１００＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置１００を示す図である。電源装置１００は、第１のバッテリ１１０と、電気自動車側コネクタ（移動体側コネクタ）１２０と、第１の電力変換部１３０と、第２のバッテリ１４０と、制御部１５０と、を有する。電源装置１００は、例えば、第１のバッテリ１１０、第２のバッテリ１２０に蓄えられた電力を電気自動車（移動体）ＥＶの負荷Ｌに供給する。
第１のバッテリ１１０は、電力を蓄える蓄電部１１１と、電気自動車ＥＶと接続するためのバッテリ側コネクタ１１２と、蓄電部１１１とバッテリ側コネクタ１１２との間が接続された状態（接続状態）と遮断された状態（遮断状態）との間で切り替わるリレー１１３と、を有する。リレー１１３は、例えば、図１に示すように、蓄電部１１１とバッテリ側コネクタ１１２との間に接続される。
電気自動車側コネクタ１２０は、バッテリ側コネクタ１１１と接続可能なコネクタであり、電気自動車ＥＶに配置されている。第１のバッテリ１１０は、バッテリ側コネクタ１１１と電気自動車側コネクタ１２０とが接続することで、電気自動車ＥＶに接続する。第１のバッテリ１１０は、電気自動車ＥＶの交換可能なバッテリであり、第１のバッテリ１１０の充電は、第１のバッテリ１１０が電気自動車ＥＶから取り外された後に、電気自動車ＥＶの外部において行われる。例えば、電気自動車ＥＶに接続された第１のバッテリ１１０の充電量が少なったとき、この第１のバッテリ１１０は、電気自動車ＥＶから取り外され、電気自動車ＥＶの外部において充電された他の第１のバッテリ１１０に交換される。
第１の電力変換部１３０は、電気自動車側コネクタ１２０と負荷Ｌの間に接続されている。第１の電力変換部１３０は、例えば、ＬＬＣコンバータや、Ｄｕａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｂｒｉｄｇｅ（ＤＡＶ）コンバータなどの絶縁型のＤＣＤＣコンバータである。
第２のバッテリ１４０は、第１の電力変換部１３０と負荷Ｌとを接続する電力供給ラインＬＨ、ＬＬに、第１のバッテリ１３０と並列に接続されている。このため、本実施形態では、第１のバッテリ１１０からに加え、第２のバッテリ１４０からも負荷Ｌに電力を供給することが可能である。
第２のバッテリ１４０は、電力を蓄える蓄電部１４１と、蓄電部１４１と電力供給ラインＬＨ、ＬＬとの間が接続された状態（接続状態）と遮断された状態（遮断状態）との間で切り替わるリレー１４２と、を有する。リレー１４２は、例えば、図１に示すように、蓄電部１４１と電力供給ラインＬＨ、ＬＬとの間に接続される。
第２のバッテリ１４０は、電気自動車ＥＶに備え付けられたバッテリであり、第２のバッテリ１４０の充電は、第１のバッテリ１１０から供給される電力により行われる。
制御部１５０は、第１のバッテリ１１０と、第１の電力変換部１３０と、第２のバッテリ１４０と、を制御することで、第１のバッテリ１１０、第２のバッテリ１４０から負荷Ｌへの電力の供給を制御する。
制御部１５０は、第１のバッテリ１１０から電気自動車側コネクタ１２０を介して第１の電力変換部１３０に出力される電流が第１の値以下になるように、第１の電力変換部１３０を制御する。ここで、第１の値は、例えば、５０Ａに設定する。
このため、本実施形態では、バッテリ側コネクタ１１２、電気自動車側コネクタ１２０を流れる電流の値を抑制することが可能である。結果、本実施形態では、バッテリ側コネクタ１１２、電気自動車側コネクタ１２０を小型化することが可能である。また、本実施形態では、バッテリ１１２と電気自動車側コネクタ１２０との接点において発火事故が起こることを抑制することが可能である。
このとき、制御部１５０は、第１のバッテリ１１０から電気自動車側コネクタ１２０を介して第１の電力変換部１３０に一定の電流が出力されるように、第１の電力変換部１３０を制御しても良い。このようにすることで、第１のバッテリ１１０から出力される電流より負荷Ｌで消費される電流が小さいときには、本実施形態では、図２に示すように、第１のバッテリ１１０から負荷Ｌに電力を供給しつつ、第１のバッテリ１１０から第２のバッテリ１４０にも電力を供給し、第２のバッテリ１４０を充電することが可能になる。
また、このようにすることで、負荷Ｌでの消費電流が少ないときには、第２のバッテリ１４０が充電され続けることになる。このため、本実施形態では、第１のバッテリ１１０の充電量がゼロになったときであっても、第２のバッテリ１４０の充電量はゼロではなく、電気自動車ＥＶは第２のバッテリ１４０により駆動することが可能である。よって、本実施形態では、第１のバッテリ１１０の充電量がゼロになってから電池交換要求を電気自動車ＥＶのユーザに提示することが可能になる。
負荷Ｌは、ピーク時に消費する電流が第１の値より大きくなる負荷を含むことがある。本実施形態に係る電源装置１００は、上述したように、第２のバッテリ１４０を有しており、第１の値を超えた電流を第２のバッテリから負荷に流すことが可能である。このため、本実施形態では、たとえ消費電流が大きい負荷が存在したとしても、バッテリ側コネクタ１１２、電気自動車側コネクタ１２０を小型化することが可能である。
また、本実施形態では、第１の値を超える大電流を出力する第２のバッテリ１４０は電気自動車ＥＶに備え付けらえている。このため、本実施形態では、一般のユーザが、大電流を出力するバッテリに触れるのを防ぐことが可能である。
また、本実施形態では、第１のバッテリ１１０は、大電流が出力されるバッテリでない。このため、本実施形態では、第１のバッテリ１１０は、大電流を出力するバッテリに比べ、安価に製造することが可能である。
また、本実施形態に係る電源装置１００は、第１のバッテリ１１０、第２のバッテリ１４０の２つのバッテリを有している。このため、本実施形態では、どちらかのバッテリが故障したとしても、電気自動車ＥＶの走行を継続することが可能である。
＜電気自動車ＥＶの加速時、減速時＞
負荷Ｌは、例えば、図３に示すように、インバータＩＮＶを介して電源装置１００に接続された電気自動車ＥＶを駆動するモータＭを含む。電気自動車ＥＶが一定速度で走行しているとき、モータＭで消費される電流は、２５Ａ程度である。このため、電気自動車ＥＶが一定速度で走行しているときは、例えば、第１の値を５０Ａに設定することで、第１のバッテリ１１０から出力される電力によりモータＭを駆動することが可能である。
しかしながら、電気自動車ＥＶが加速するとき、モータＭでは、ピーク時に、２００～３００Ａの電流が消費される。このため、本実施形態では、第１の値を２００Ａより小さい値（例えば、５０Ａ）に設定した場合、電気自動車ＥＶの加速時に、図４に示すように、第１のバッテリ１１０に加え、第２のバッテリ１４０からもモータＭに電力が供給される。
一方、電気自動車ＥＶが減速するとき、モータＭでは電力が発生する。そこで、本実施形態では、電気自動車ＥＶの減速時（回生時）に、図５に示すように、モータＭで発生した電力を第１のバッテリ１１０、第２のバッテリ１４０に供給し、第１のバッテリ１１０、第２のバッテリ１４０を充電する。このとき、制御部１５０は、第１の電力変換部１３０から電気自動車側コネクタ１２０を介して第１のバッテリ１１０に入力される電流が第２の値以下になるように、第１の電力変換部１３０を制御すると良い。
このようにすることで、バッテリ側コネクタ１１２、電気自動車側コネクタ１２０を流れる電流の値を抑制することが可能になり、結果、バッテリ側コネクタ１１２、電気自動車側コネクタ１２０を小型化することが可能になる。第２の値は、第１の値と同じ値でも良いし、異なる値であっても良い。
また、本実施形態では、第２のバッテリ１４０が満充電になったとしても、第１のバッテリ１１０に充電することが可能であるため、回生エネルギーを効率よく回収でき、回生効率を改善することが可能である。
＜充電器２００＞
図６は、本発明の別の実施形態に係る電源装置１００を示す図である。本実施形態に係る電源装置１００は、第１のバッテリ１１０と、電気自動車側コネクタ１２０と、第１の電力変換部１３０と、第２のバッテリ１４０と、に加え、電力供給ラインＬＨ、ＬＬに、第１のバッテリ１１０と並列に接続された充電器２００をさらに有している。このため、本実施形態では、第１のバッテリ１１０が電気自動車ＥＶに接続した状態でも、第１のバッテリ１１０の充電を行うことが可能である。
充電器２００は、交流電源ＡＣと接続するためのコネクタ２１０と、第２の電力変換部２２０と、リレー２３０と、を有する。
第２の電力変換部２２０は、コネクタ２１０と電力供給ラインＬＨ、ＬＬの間に接続されており、コネクタ２１０に接続された交流電源ＡＣから入力された交流電力を、直流電力に変換して電力供給ラインＬＨ、ＬＬに出力する。第２の電力変換部２２０は、交流電源ＡＣから出力される交流電力の力率を改善する力率改善（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路を有するようにしても良い。
リレー２３０は、コネクタ２１０と電力供給ラインＬＨ、ＬＬとの間が接続された状態（接続状態）と遮断された状態（遮断状態）との間で切り替わる。リレー２３０は、図６に示すように、コネクタ２１０と第２の電力変換部２２０との間に接続されていても良いし、第２の電力変換部２２０と電力供給ラインＬＨ、ＬＬの間に接続されていても良い。
図７は、第１のバッテリ１１０、第２のバッテリ１４０の充電処理の一例を示す図である。この充電処理が開始される前、充電器２００の第２の電力変換部２２０は起動しておらず、充電器２００のリレー２３０は、遮断状態である。
充電の処理動作が始まると、制御部１５０は、第１の電力変換部１２０を停止し、第１のバッテリ１１０のリレー１１３を接続状態にしたまま、第２のバッテリ１４０のリレー１４２を遮断状態に切り替える（ステップＳ７０１）。その後、制御部１５０は、充電器２００のリレー２３０を接続状態に切り替え（ステップＳ７０２）、第１の電力変換部１２０と第２の電力変換部２２０とを起動する（ステップＳ７０３）。このとき、制御部１５０は、第２の電力変換部２２０から出力された直流電力が第１のバッテリ１１０に供給されるように、第１の電力変換部１２０を制御する。これにより、図８に示すように、交流電源ＡＣから供給される電力により、第１のバッテリ１１０が充電される。
第１のバッテリ１１０が満充電になったならば（ステップＳ７０４、ＹＥＳ）、制御部１５０は、第１の電力変換部１２０と第２の電力変換部２２０とを停止し、充電器２００のリレー２３０を遮断状態に切り替え（ステップＳ７０５）、第２のバッテリ１４０が満充電であるのかの否かを確認する（ステップＳ７０６）。
第２のバッテリ１４０が満充電であるならば（ステップＳ７０６、ＹＥＳ）、交流電源ＡＣによる充電処理を終了する。
第２のバッテリ１４０が満充電でないならば（ステップＳ７０６、ＮＯ）、第１のバッテリ１１０のリレー１１３を接続状態にしたまま、第２のバッテリ１４０のリレー１４２を接続状態に切り替え（ステップＳ７０８）、第１の電力変換部１２０を起動する（ステップＳ７０９）。このとき、制御部１５０は、第１のバッテリ１１０から出力される電力が第２のバッテリ１４０に供給されるように、第１の電力変換部１２０を制御する。これにより、図９に示すように、第１のバッテリ１１０から出力される電力により、第２のバッテリ１４０が充電される。その後、第２のバッテリ１４０が満充電になったならば（ステップＳ７０９、ＹＥＳ）、ステップＳ７０１に戻る。
以上のように、上記の充電処理では、第１のバッテリ１１０は、充電器２００を介して、交流電源ＡＣにより充電されるが、第２のバッテリ１４０は、充電器２００を介することなく、第１のバッテリにより充電される。このため、本実施形態では、第２のバッテリ１４０のリレー１４２と充電器２００のリレー２３０の両方を同時に接続状態にする必要がなく、充電器２００のコネクタ２１０を、常に、第２のバッテリ１４０から絶縁された状態にすることが可能である。
よって、本実施形態では、第１の電力変換部が絶縁型の電力変換器であれば、第２の電力変換部２１０が絶縁型の電力変換器でなくても、充電器２００のコネクタ２１０を、常に、第１のバッテリ１１０、第２のバッテリ１４０から絶縁された状態をすることが可能である。よって、本実施形態では、第２の電力変換部２１０は、変圧器や複数のスイッチング素子を有する絶縁型の電力変換部に比べて、小型化することが可能であり、結果、充電器２００を小型化することが可能である。
なお、負荷ＬがインバータＩＮＶを介して電源装置１００に接続されたモータＭを含むとき（図３）は、このインバータＩＮＶ、モータＭにより、交流電力を直流電力に変換するようにするようにしても良い（例えば、独国特許出願公開第１０２０１６２１３０６１号明細書、特開２００７－３１８９７０号公報に、インバータ、モータにより電力を変換する技術が記載されている）。このようにすることで、インバータＩＮＶ、モータＭにより第２の電力変換部２２０を構成することが可能になり、交流電力を直流電力に変換する回路を新たに設ける必要が無くなり、充電器２００をより小型化することが可能になる。
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更が可能である。
１００ 電源装置
１１０ 第１のバッテリ
１１１ 蓄電部
１１２ バッテリ側コネクタ
１１３ リレー
１２０ 電気自動車側コネクタ
１３０ 第１の電力変換部
１４０ 第２のバッテリ
１４１ 蓄電部
１４２ リレー
１５０ 制御部
２００ 充電器
２１０ コネクタ
２２０ 第２の電力変換部
２３０ リレー

Claims (4)

  1. 移動体と接続するためのバッテリ側コネクタを有する交換可能な第１のバッテリと、
    前記移動体に配置された、前記バッテリ側コネクタと接続可能な移動体側コネクタと、
    前記移動体側コネクタと負荷との間に接続された第１の電力変換部と、
    前記第１の電力変換部と前記負荷とを接続する電力供給ラインに、前記第１のバッテリと並列に接続された第２のバッテリと、
    前記第１のバッテリから前記移動体側コネクタを介して前記第１の電力変換部に出力される電流が前記第１の値以下になるように、前記第１の電力変換部を制御する制御部と、を有する、電源装置。
  2. 前記制御部は、前記第１のバッテリから前記移動体側コネクタを介して前記第１の電力変換部に一定の電流が出力されるように、前記第１の電力変換部を制御する、請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記制御部は、前記第１の電力変換部から前記移動体側コネクタを介して前記第１のバッテリに入力される電流が第２の値以下になるように、前記第１の電力変換部を制御する、請求項１また２に記載の電源装置。
  4. 前記電力供給ラインに、第１のバッテリと並列に接続された充電器をさらに有し、
    前記充電器は、交流電源に接続するためのコネクタと、前記交流電源から供給された交流電力を直流電力に変換して前記電力供給ラインに供給する第２の電力変換部と、前記コネクタと前記電力供給ラインとの間が接続された状態と遮断された状態との間で切り替わるリレーと、を有し、
    前記第２のバッテリは、電力を蓄える蓄電部と、前記蓄電部と前記電力供給ラインとの間が接続された状態と遮断された状態との間で切り替わるリレーと、を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電源装置。
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