JP5016121B2 - 急速充電装置及び移動式充電装置 - Google Patents
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Description
従来、急速充電できる装置として、例えば、大容量の設備用蓄電池を用意し、電気自動車への充電休止時に、その蓄電池を低電流で長時間をかけて充電しておき、電気自動車の動力用蓄電池を充電するときには設備用蓄電池から大電流を放電する充電装置がある(例えば、特許文献1参照)。
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、電気自動車の動力用蓄電池を充電する際の制御を容易に、しかも急速充電用蓄電池を用いても小型でコストを抑えることのできる急速充電装置及び移動式充電装置を提供することを目的とする。
本実施の形態は、主に安価な夜間電力を本装置に内蔵された蓄電池に蓄積することにより車両等に急速充電を行うものである。
図1は実施の形態1に係る急速充電装置の概略構成を示す回路図である。
図中に示す急速充電装置10は、例えば電気自動車に搭載された動力用蓄電池20を急速充電するための装置で、例えば交流200Vの商用電源と接続されるAC/DCコンバーター11と、充放電速度が速い第1及び第2の急速充電用蓄電池12、13(蓄電池)と、第1及び第2の急速充電用蓄電池12、13より電気容量が大きく、充放電速度の遅い大容量蓄電池14と、AC/DCコンバーター11と接続されるDC/DCコンバーター15と、AC/DCコンバーター11及びDC/DCコンバーター15を制御するコントローラー16と、本装置10内の電流の流れを切り換えるためのスイッチSW1〜SW8と、スイッチSW8とDC/DCコンバーター15の出力端との間に挿入された緩衝抵抗R1と、本装置10内の電圧と電流をそれぞれ測定するための電圧計V1〜V4及び電流計A1〜A4とを備えている。前述の緩衝抵抗R1は、動力用蓄電池20に充電する際に本装置10との電位差により流れる過大な電流を抑制するための抵抗である。
コントローラー16は、例えば、自己のタイマー機能により電気料金の安い夜間の時間を検知すると、大容量蓄電池14の残量が満充電になっているかどうかを端子電圧を計測する等の方法で検出する。コントローラー16は、満充電ではないと判定した場合には、図2に太線で示すように、AC/DCコンバーター11と大容量蓄電池14とを接続し、次いで、AC/DCコンバーター11を制御(電圧)して大容量蓄電池14に充電を行う。この場合、定電圧定電流方式等、大容量蓄電池14に使用した電池に適した方法で充電を行う。電池の残量に合わせた充電制御は、コントローラー16により行われる。大容量蓄電池14は容量が大きいため、例えば一晩等、長い時間をかけて充電が行われる。
コントローラー16は、図3に太線で示すように、AC/DCコンバーター11と第1の急速充電用蓄電池12とを接続し、その後、第1の急速充電用蓄電池12に適した電圧、電流にて充電が行われるようにAC/DCコンバーター11を制御する。第1の急速充電用蓄電池12への充電は、大容量蓄電池14への充電に比べて短い時間、例えば数分から一時間位で終了する。コントローラー16は、第1の急速充電用蓄電池12への充電が終了すると、同様に第2の急速充電用蓄電池13の残量を判定し、充電が必要と判定した場合には、図4に太線で示すように、AC/DCコンバーター11の出力端と第2の急速充電用蓄電池13とをスイッチSW6の切り替えにより接続し、第2の急速充電用蓄電池13への充電を行う。
コントローラー16は、第1及び第2の急速充電用蓄電池12、13と大容量蓄電池14への充電が終了した後に、電気自動車からのCAN通信の受信を検知すると、本装置10と電気自動車の動力用蓄電池20とが接続されたと判定する。そして、コントローラー16は、そのCAN通信に含まれる動力用蓄電池20に必要な電力(電圧、電流)を読み込んで充電に入る。先ず、コントローラー16は、図5に太線で示すように、第1の急速充電用蓄電池12と大容量蓄電池14とを直列に接続すると共に、スイッチSW8を緩衝抵抗R1側に接続して、動力用蓄電池20への充電を行う。ここで、大容量蓄電池14の電圧をV1、第1の急速充電用蓄電池12の電圧をV2(<V1)としたとき、図9(a)に示すようにV1+V2の電圧が動力用蓄電池20に供給され、充電の進行とともに徐々に電圧が低下する。
この場合、2台の蓄電池のみから動力用蓄電池20への充電を行っているために効率が高く、安定な充電動作が可能である。
この場合でも、第1の急速充電用蓄電池12と大容量蓄電池14を直列に接続しているため、動力用蓄電池20を充電するためのDC/DCコンバーター15での電圧調整は小さな電圧で済むため、DC/DCコンバーター15での損失は小さくなる。
この場合も、図5〜7と同様に、第1又は第2の急速充電用蓄電池12、13と大容量蓄電池14の接続による動力用蓄電池20との電圧差、動力用蓄電池20の特性等により、スイッチSW8を切り替えて、緩衝抵抗R1の接続、DC/DCコンバーター15の接続、直接接続の選択が可能である。
この場合の充電電圧の時間変化を図9(a)に示す。第1の急速充電用電池12の電圧低下に伴って充電電圧は一旦低下するが、第2の急速充電用蓄電池13の電圧V3に切り替える事により再度電圧が上昇して充電を再開する。図9(a)では、第2の急速充電用蓄電池13の電圧V3がV3<V1である場合を例に示す。
この場合は、図9(a)に示すように大容量蓄電池14の電圧V1がほぼ一定となってDC/DCコンバータ15を経由して動力用蓄電池20に供給される。この充電時の電流iは、図9(b)に示すようになる。つまり、第1及び第2の急速充電用蓄電池12,13の電気容量がほぼゼロになるまでの間は、第1の急速充電用蓄電池12と大容量蓄電池14あるいは第2の急速充電用蓄電池13と大容量蓄電池14を用いて動力用蓄電池20への充電を行う。また、第1及び第2の急速充電用蓄電池12、13がともに残量がなくなった場合には、大容量蓄電池14のみを用いて、動力用蓄電池20の必要とする電流を供給し、継続して充電を行うことができる。
コントローラー16は、動力用蓄電池20への充電が終了すると、以下の方法により、大容量蓄電池14の電力を用いて第1及び第2の急速充電用蓄電池12、13の充電を行う。
先ず、コントローラー16は、図10に太線で示すように、スイッチSW8をDC/DCコンバーター15の出力側に接続し、大容量蓄電池14と第1の急速充電用蓄電池12とをDC/DCコンバーター15を介して接続する。そして、コントローラー16は、適切な電流、電圧にて第1の急速充電用蓄電池12の充電に必要な電力(電圧、電流)が大容量蓄電池14から供給されるように、DC/DCコンバーター15を制御する。
この制御により第1の急速充電用蓄電池12が満充電状態になると、コントローラー16は、図11に太線で示すように、大容量蓄電池14との接続を第2の急速充電用蓄電池13に切り替えて、第2の急速充電用蓄電池13の充電に必要な電力(電圧、電流)が大容量蓄電池14から供給されるように、DC/DCコンバーター15を制御する。
これにより、図5〜図8で説明した充電動作を再度実施することが可能となる。これは、第1及び第2の急速充電用蓄電池12,13の電気容量が大容量蓄電池14と比べ小さいからである。
次に、実施の形態2について図12を用いて説明する。
図12は実施の形態2の急速充電装置において第1の急速充電用蓄電池への充電及び第2の急速充電用蓄電池と大容量蓄電池とで動力用蓄電池を充電しているときの回路図である。
前述した実施の形態1では、主に夜間の電力を大容量蓄電池20に蓄えて動作する急速充電装置10について説明した。しかし、第1の急速充電用蓄電池12の残量がほぼゼロとなった場合には、第2の急速充電用蓄電池13を大容量蓄電池20と直列に接続して動力用蓄電池20への充電を継続して行えるものの、残量がゼロとなった第1の急速充電用蓄電池12の補充電を行えるのは動力用蓄電池20が接続されていない間だけであるという課題がある。
実施の形態2においても、実施の形態1において図2〜図8に示した各動作は同様に実施可能である。
図13は実施の形態1の急速充電装置を車両に搭載して示す移動式充電装置の模式図である。
実施の形態3の移動式充電装置は、図13に示すように、実施の形態1で説明した急速充電装置10を車両30に搭載したものである。本急速充電装置10は、動力用蓄電池20への充電の際に交流電力の入力を必要としないため、路上で動力用蓄電池20を使い果たして動けなくなった電気自動車21からの連絡を受けた場合に、前述の車両30が現地に赴き、路上にて急速充電用コネクタ17と電気自動車21側のコネクタ22とを接続して短時間に電気自動車21の動力用蓄電池20を充電する。
この移動式充電装置は、予め車載上で充電されて待機することが可能であるため、路上で動けなくなった電気自動車21を緊急避難的に近くの給電所へ移動させたり、自宅に帰るのに必要な電力充電を短時間に行うことができる。
Claims (10)
- 負荷である動力用蓄電池への急速充電が可能な蓄電池と、
前記蓄電池より電気容量の大きい大容量蓄電池と、
動力用蓄電池を充電する際、前記蓄電池と前記大容量蓄電池とを直列に接続し、前記大容量蓄電池の電力を前記蓄電池の電力に加算して動力用蓄電池に供給するコントローラーと、
動力用蓄電池と接続されるDC/DCコンバーターとを備え、
前記コントローラーは、加算した電力により動力用蓄電池を充電しているときに、前記蓄電池の電力が充電に必要な電力以下になると、前記大容量蓄電池のみの電力が前記DC/DCコンバーターを経由して動力用蓄電池に供給されるように、前記DC/DCコンバーターを制御することを特徴とする急速充電装置。 - 前記蓄電池を複数備え、
前記コントローラーは、動力用蓄電池への充電により、前記大容量蓄電池と直列に接続された蓄電池の電力が充電に必要な電力以下になったときには、次の蓄電池と前記大容量蓄電池とを直列に接続することを特徴とする請求項1記載の急速充電装置。 - 前記コントローラーは、動力用蓄電池への充電休止時に、前記大容量蓄電池の電力が前記DC/DCコンバーターを経由して前記蓄電池に充電されるように、そのDC/DCコンバーターを制御することを特徴とする請求項1又は2記載の急速充電装置。
- 動力用蓄電池と接続される過大電流抑制用の緩衝抵抗を備え、
前記コントローラーは、加算した電力により動力用蓄電池を充電する際、その電力を前記緩衝抵抗を経由させて動力用蓄電池に供給することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の急速充電装置。 - 前記コントローラーは、加算した電力により動力用蓄電池を充電する際、その電力が前記DC/DCコンバーターを経由して動力用蓄電池に供給されるように、そのDC/DCコンバーターを制御することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の急速充電装置。
- 負荷である動力用蓄電池への急速充電が可能な複数の蓄電池と、
前記蓄電池より電気容量の大きい大容量蓄電池と、
動力用蓄電池を充電する際、前記蓄電池と前記大容量蓄電池とを直列に接続し、前記大容量蓄電池の電力を前記蓄電池の電力に加算して動力用蓄電池に供給するコントローラーとを備え、
前記コントローラーは、動力用蓄電池への充電により、前記大容量蓄電池と直列に接続された蓄電池の電力が充電に必要な電力以下になったときには、次の蓄電池と前記大容量蓄電池とを直列に接続することを特徴とする急速充電装置。 - 交流電源と接続されるAC/DCコンバーターを備え、
前記コントローラーは、次の蓄電池と前記大容量蓄電池とを直列に接続して動力用蓄電池への充電を行っているときに、充電に必要な電力以下となった蓄電池をAC/DCコンバーターと接続して、その蓄電池に電力が供給されるように、前記AC/DCコンバーターを制御することを特徴とする請求項6記載の急速充電装置。 - 前記コントローラーは、動力用蓄電池への充電休止時に、前記AC/DCコンバーターから前記大容量蓄電池に電力が充電されるように、そのAC/DCコンバーターを制御することを特徴とする請求項7記載の急速充電装置。
- 前記コントローラーは、動力用蓄電池への充電休止時に、前記AC/DCコンバーターから前記蓄電池に電力が充電されるように、そのAC/DCコンバーターを制御することを特徴とする請求項7記載の急速充電装置。
- 請求項1乃至9の何れか一項に記載の急速充電装置を車両に備えたことを特徴とする移動式充電装置。
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