JP5127426B2 - 電動車両の充電システム - Google Patents

Description

この発明は、電動車両の充電システムに関し、より特定的には、電動車両に搭載された蓄電装置を電動車両の外部電源により充電するシステムに関する。

電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などの、いわゆる電動車両は、二次電池やキャパシタなどからなる蓄電装置を搭載し、当該蓄電装置に蓄えられた電力によって電動機を介して駆動力を発生する。

このような電動車両に搭載された蓄電装置を、系統電源や太陽電池などの外部電源により充電する構成が提案されている。特に、ハイブリッド自動車では、搭載される内燃機関での発電コストに比較して外部電源のコストが低い場合には、蓄電装置を外部電源で充電することにより、全体としての走行コストを抑制できる。

ところで、蓄電装置を充電する際には、充電電流による抵抗性の発熱や蓄電装置のエントロピー変化による吸熱または発熱反応などの温度変化を生じる。このため、たとえば特開２００２−３５４６０８号公報（特許文献１）には、蓄電装置であるバッテリの急速充電時にもバッテリを冷却可能とするために、車室内冷房システムを利用してバッテリ冷却液を冷却可能にすることによって、急速充電時にもバッテリを十分に冷却することができるバッテリ冷却装置が開示されている。

また、特開２０００−２２８２２６号公報（特許文献２）には、電気自動車用ニッケル系電池の充電時に、外気送風によりバッテリを冷却させながら充電を行なう方式が記載されている。さらに、ニッケル系電池の満充電判定を正確化するために、電池温度と外気温の温度差が所定値以内となることを条件として充電を開始させることが記載されている。
特開２００２−３５４６０８号公報 特開２０００−２２８２２６号公報

特許文献１のバッテリ冷却装置によれば、急速充電時にバッテリを通過した冷却液がヒートポンプ式の冷媒循環回路に供給されることにより、充電によるバッテリの廃熱が、車室内冷房に利用される。しかしながら、このような外部電源によるバッテリ充電は、深夜電力時間帯に行なわれることが一般的であるため、この際に車室内を冷房しても、バッテリ冷却液の冷却に寄与するのみであり、必ずしもその利用効率は高いものとは言えない。すなわち、外部電源による蓄電装置の充電時に発生する廃熱について、より有効に回収するシステムが好ましい。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、外部電源による蓄電装置の充電時において、蓄電装置で発生する廃熱の利用効率を高めることが可能な電動車両の充電システムを提供することである。

この発明による電動車両の充電システムは、電動車両と、外部電源と、ヒートポンプ機構と、導管とを備える。電動車両は、充放電可能に構成された第１の蓄電装置および該第１の蓄電装置を冷却するための冷却機構を搭載する。外部電源は、電動車両の車外に設定された、第１の蓄電装置を充電可能な電源である。ヒートポンプ機構は、電動車両の外部に設置され、凝縮工程および蒸発工程を含む熱サイクルを実行するための熱交換器を含む。導管は、外部電源による第１の蓄電装置の充電時に、冷却機構において蓄電装置と熱交換した冷媒を、電動車両からヒートポンプ機構内の凝縮工程を実行する熱交換器へ導くように構成される。

好ましくは、電動車両は、外部電源からの供給電力を第１の蓄電装置の充電電力に変換する電力変換装置を搭載する。

上記電動車両の充電システムによれば、電動車両に搭載された蓄電装置（第１の蓄電装置）の外部電源による充電時に、上記蓄電装置で発生した廃熱を冷媒を介してヒートポンプ機構に供給することができる。これにより、たとえば深夜電力を利用したヒートポンプ式給湯器で構成されるヒートポンプ機構によって、外部電源による充電時に発生した蓄電器項の廃熱を同時に利用してエネルギ回収効率を高めることができる。

好ましくは、充電システムは、外部電源による第１の蓄電装置の充電期間と、ヒートポンプ機構の作動期間とを自動的に同期させるための同期手段をさらに含む。さらに好ましくは、同期手段は、タイマーによる計時に基づいて、あるいは、ヒートポンプ機構および電動車両の作動状態に基づいて、充電期間および作動期間の少なくとも一方を設定する。

このように構成すると、蓄電装置の外部電源による充電期間とヒートポンプ機構との作動期間を自動的に同期させることにより、外部充電による蓄電装置の廃熱の利用効率を確実に高めることが可能となる。

好ましくは、充電システムは、送出機構をさらに備える。送出機構は、導管を介した冷却機構から熱交換器への冷媒の送出を、電力消費を伴って促進するように構成される。また、送出機構は、外部電源による第１の蓄電装置の充電期間の開始に応答して作動を開始するとともに、充電期間の終了に応答して停止される。あるいは、送出機構は、外部電源による第１の蓄電装置の充電期間であっても、ヒートポンプ機構の非作動時には停止される。

このように構成すると、電力消費を伴う送出機構を廃熱回収可能な期間に限って作動させることができるため、システムのエネルギ効率をさらに高めることができる。

また好ましくは、外部電源による第１の蓄電装置の充電期間は、深夜電力の供給時間帯に対応して設けられる。そして、充電システムは、電動車両の外部に設けられた、深夜電力によって充電される第２の蓄電装置をさらに備える。

このように構成すると、電動車両の外部、たとえば住居等の建物に対応して設けられた第２の蓄電装置を深夜電力で充電することにより、システム全体での低電力料金化ならびに排出ＣＯ₂削減への寄与を図ることができる。

本発明による電動車両の充電システムによれば、外部電源による充電時に発生した蓄電装置での廃熱を同時に利用して、エネルギ利用効率を高めることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態に従う電動車両の充電システムの模式図である。
図１を参照して、この発明の実施の形態に従う充電システム１００は、電動車両１０１と、車両充電装置１０２とからなる。電動車両１０１は、一例として、ハイブリッド自動車であり、電源ユニット１３０を搭載する。

電源ユニット１３０は、主として、電動車両１０１を駆動する電動機に電力を供給するためのものであり、充放電可能に構成された蓄電装置と付属電気機器とを含んで構成される。蓄電装置は、二次電池のみならず、燃料電池、キャパシタなどであってもよい。また、蓄電装置が二次電池である場合には、鉛蓄電池、リチウムイオン電池およびニッケル水素電池のいずれであっても、それらとは別の種類の電池であってもよい。また、付属電気機器は、ＡＣ／ＤＣコンバータ（もしくはインバータ）やＤＣ／ＤＣコンバータなどである。これらの機器も、蓄電装置の充電に伴って、電力用半導体スイッチング素子の発熱等の温度変化を生じる。なお、電源ユニット１３０を搭載するものであれば、電動車両１０１は、電気自動車または燃料電池自動車などであってもよい。

なお、以下では、蓄電装置は二次電池（以下では、単に「バッテリ」とも称す）であり、複数のバッテリモジュールから構成されるバッテリパックを含むものとして説明する。

車両充電装置１０２は、充電ステーション１０３と、コネクタ部１０４と、導管１０６と、電力供給線１０８と、ヒートポンプ機構２００とを含む。ヒートポンプ機構２００は、代表的には、深夜電力によって沸かした湯を貯えるように構成された、ヒートポンプ式給湯器によって構成される。

コネクタ部１０４は、電動車両１０１と連結可能に構成されるとともに、電力供給線１０８を介して充電ステーション１０３と接続され、かつ、導管１０６を介してヒートポンプ機構２００と接続される。そして、コネクタ部１０４は、電力供給線１０８を介して、外部電源１１５および電動車両１０１の間を電気的に接続するとともに、導管１０６を介して、電動車両１０１およびヒートポンプ機構２００の間を熱媒体（空気）の授受可能に連結する。

導管１０６は、コネクタ部１０４を自在に取回しできるように可とう性を有するゴムチューブなどで構成される。導管１０６の一端がコネクタ部１０４に接続されるとともに、その他端は、ヒートポンプ機構２００と接続される。このため、電動車両１０１を外部電源１１５によって充電する外部充電時には、冷媒として蓄電装置を冷却した後の空気（以下、単に「温風」とも称する）を熱媒体として、導管１０６を介して電動車両１０１からヒートポンプ機構２００へ導くことが可能となる。

電力供給線１０８は、電動車両１０１に搭載された蓄電装置を、電動車両１０１の外部から充電するための電力線であり、その一端がコネクタ部１０４と接続されるとともに、その他端が外部電源１１５と電気的に接続される。外部電源１１５は、代表的には系統電源１１０からの電力を供給するが、太陽電池パネルなどの他の発電装置、あるいはこれら発電装置によって発電した電力を蓄えた蓄電機構等から電力を供給してもよい。また、導管１０６と同様に、電力供給線１０８についても可とう性を有するキャブタイヤケーブルなどで構成される。

充電ステーション１０３は、電動車両１０１の駐車スペースおよび建物１７０のいずれにも近接するように設置され、導管１０６および電力供給線１０８についての巻取機構やコネクタ部１０４の収納機構（いずれも図示せず）などを備える。さらに、充電ステーション１０３には、使用者に対するセキュリティ機構や課金機構などを備えてもよい。

図２は、電動車両１０１の外部充電時に排出される温風の流れを説明するための図である。

図２を参照して、外部充電時において、コネクタ部１０４は、電動車両１０１に形成されるコネクタ差込部１０５と連結される。コネクタ部１０４の電動車両１０１側の面には、導管１０６の一端である供給孔１０６ａが形成される。そして、温風ダクト１３２は、供給孔１０６ａと連通するように、コネクタ差込部１０５によって互いに合致される。

電源ユニット１３０内には、蓄電装置の代表例としてのバッテリ１３０ａが配置される。周知のように、バッテリ１３０ａは、充電時に発熱する温度変化要素である。

電源ユニット１３０には、バッテリ１３０ａを冷却するための冷却機構１３１が設けられる。冷却機構１３１は、吸気孔１３８と、吸気ダクト１３９と、温風ダクト１３２，１４０と、吸引ファン１４２と、切替ダンパ１４４とを含む。

吸気ダクト１３９は、車室空間の空気（以下、単に「車室空気」とも称す）を取込んで送出するように設けられる。具体的には、吸気ダクト１３９は、電動車両１０１のリヤシート１３６の側部（乗員の背部や肩部と接触しない領域）に配置された吸気孔１３８と電源ユニット１３０との間に接続され、吸引ファン１４２により吸引された車室空気を冷却媒体（冷却風）として、電源ユニット１３０へ導く。あるいは、吸気孔１３８については、電動車両１０１の外気を導入するように構成してもよい。

冷却機構１３１は、吸気ダクト１３９を介して供給された冷却風４００が、バッテリ１３０ａの表面に接触しながら流れるように構成される。すなわち、バッテリ１３０ａは、冷媒としての冷却風４００との間で熱交換を生じるように配置され、充電に伴って発生した熱量が冷却風４００に放散されることによって冷却される。この熱交換により、バッテリ１３０ａからは温風４１０が排出される。すなわち、温風４１０は、外部充電時のバッテリ１３０ａで発生した熱量（廃熱）により温められている。

また、電源ユニット１３０には、バッテリ１３０ａからの温風４１０をラゲッジルーム等に排出するための温風ダクト１４０が設けられる。また、温風ダクト１４０は、温風ダクト１３２と近接する位置で、電源ユニット１３０と接続される。

切替ダンパ１４４は、温風４１０の排出経路を、温風ダクト１３２および１４０の間で選択可能に設けられる。

図３は、電動車両およびコネクタ部の連結構造を示す概略構成図である。
図３を参照して、コネクタ部１０４は、コネクタ制御部１１４と、コネクタ通信部１１６とをさらに含み、電動車両１０１は、電力変換部（ＣＯＮＶ）１４６と、車両制御部１３４と、車両通信部１４８とをさらに含む。

また、コネクタ部１０４の電動車両１０１側の連結面には、上述した供給孔１０６ａに加えて、電源電極１２０ａ，１２０ｂと、通信電極１２２とが形成される。電源電極１２０ａ，１２０ｂは、凹型のプラグ形状を有する導電体であり、それぞれ電力供給線１０８を構成するｐ側供給線１０８ａおよびｎ側供給線１０８ｂと電気的に接続される。通信電極１２２についても、凹型のプラグ形状を有する導電体であり、コネクタ通信部１１６と電気的に接続される。

一方、電動車両１０１のコネクタ差込部１０５には、電源差込電極１５２ａ，１５２ｂと、送風口１５０と、通信差込電極１５４とが形成される。電源差込電極１５２ａ，１５２ｂは、凸型のプラグ形状を有する導電体であり、それぞれコネクタ部１０４の電源電極１２０ａ，１２０ｂと連結されて、電気的に接続される。そして、電源差込電極１５２ａ，１５２ｂは、リレー１６０，１６２を介して電力を電力変換部１４６と接続される。これによりリレー１６０，１６２の導通時には、コネクタ部１０４側から供給される外部電源１１５からの電力が電力変換部１４６へ与えられる。

送風口１５０は、その外面が供給孔１０６ａの内面と密着するように構成される。送風口１５０からコネクタ部１０４へ送出された温風４１０は、通路１０６ｂを経て、導管１０６へ導かれる。

また、通信差込電極１５４は、凸型のプラグ形状を有する導電体であり、コネクタ部１０４の通信電極１２２と連結されて、電気的に接続される。そして、通信電極１２２および通信差込電極１５４を介して、コネクタ通信部１１６と車両通信部１４８との間で双方向通信が行なわれる。さらに、コネクタ制御部１１４と、ヒートポンプ機構２００の動作を制御するヒートポンプ制御部２２０（図４）との間でも双方向通信が可能に構成されている。

コネクタ通信部１１６は、コネクタ制御部１１４からの送信データを受けると、当該送信データに応じた変調信号を車両通信部１４８へ送信する一方、車両通信部１４８から変調信号を受信すると、受信データに復調してコネクタ制御部１１４へ出力する。

コネクタ制御部１１４は、コネクタ部１０４とコネクタ差込部１０５との連結を検出するために、所定の状態通知をコネクタ通信部１１６を介して周期的に送出する。このデータは、コネクタ部１０４がコネクタ差込部１０５に連結された場合にのみ、車両制御部１３４へ伝送されるので、電動車両１０１側では、状態通知の受信の有無に基づいて、コネクタ部１０４とコネクタ差込部１０５との連結状態を判断できる。そして、コネクタ部１０４の連結後に、車両制御部１３４から充電準備の完了通知を受けると、コネクタ制御部１１４は、その情報をヒートポンプ制御部２２０（図４）へ伝送する。

電力変換部１４６は、電源差込電極１５２ａ，１５２ｂおよびリレー１６０，１６２を介して供給される外部電源１１５からの電力（交流電力）を、バッテリ充電のための直流電力に変換した後に、バッテリ１３０ａに供給する。すなわち、電力変換部１４６は、「電力変換装置」を構成するが、その構成は特に限定されるものではなく、コンバータで構成してもよく、交直可逆変換が可能なインバータを逆変換動作させることで実現してもよい。

なお、電力変換部１４６を電源ユニット１３０の内部に配置し、冷却風４００によって、バッテリ１３０ａに加えて、電力変換部１４６をさらに冷却するようにしてもよい。切替ダンパ１４４は、車両制御部１３４からの切替指令に応答して動作する。車両通信部１４８は、車両制御部１３４からの送信データを受けると、当該送信データに応じた変調信号をコネクタ部１０４のコネクタ通信部１１６へ送信する一方、コネクタ通信部１１６から変調信号を受信すると、受信データに復調して車両制御部１３４へ出力する。

車両制御部１３４は、コネクタ制御部１１４からの状態通知を受信すると、コネクタ部１０４が連結状態にあると判断し、外部充電が開始可能な所定条件が成立しているか否かを判断する。そして、外部充電を開始する際には、リレー１６０，１６２を導通させるとともに、基本的には、切替ダンパ１４４に切替指令を発して、バッテリ１３０ａからの温風４１０の経路を、温風ダクト１３２から導管１０６へ至る経路に選択する。

さらに、電力変換部１４６へ作動指令を与え、バッテリ１３０ａの充電を開始する。また、バッテリ１３０ａの温度検出値に基づいて、バッテリ１３０ａの発熱時には、吸引ファン１４２を動作させて、冷却風４００をバッテリ１３０ａへ導く。このとき、外部充電時のバッテリ廃熱によって温められた温風４１０は、導管１０６からヒートポンプ機構２００へ送られる。

また、車両制御部１３４は、コネクタ部１０４のコネクタ制御部１１４からの状態通知を受信できなくなると、コネクタ部１０４の連結状態が解除されたと判断して、外部充電を中止する。すなわち、リレー１６０，１６２を開放するとともに、電力変換部１４６の動作を停止させる。さらに、切替ダンパ１４４に切替通知を発して、バッテリ１３０ａからの温風４１０の経路を、温風ダクト１４０へ切替える。

図４は、ヒートポンプ機構２００の構成を説明するためのブロック図である。
図４を参照して、ヒートポンプ機構２００は、建物１７０への給湯設備として機能するヒートポンプ式給湯器である。ヒートポンプ機構２００は、ヒートポンプサイクル（以下、「熱サイクル」とも記す）を実行するヒートポンプ部２０１と、主に深夜電力によって熱サイクルを実行することで沸かされた温水を貯える貯湯槽２５０と、冷水／温水を循環させるためのポンプ２５２およびフィルタ２５４とを含む。

上記熱サイクルは、圧縮工程２０２と、凝縮工程２０４と、膨張行程２０６と、蒸発工程２０８とを含み、このヒートポンプ部２０１を循環する冷媒に対して、これらの工程を連続的に実行することで、蒸発工程２０８において吸熱された熱エネルギーが凝縮工程２０４において放出される。圧縮工程２０２では、図示しないコンプレッサ（圧縮機）が低圧状態の冷媒を圧縮して高温高圧状態にする。なお、このコンプレッサは、外部電源１１５からの電力またはガスなどの動力を受けて駆動する。

次に、凝縮工程２０４では、凝縮器（コンデンサ）である熱交換器２０４ａを介して、この高温高圧状態の冷媒が水との間で熱交換される。この熱交換によって、高温高圧状態の冷媒が保有していた熱エネルギーは水へ移動し、冷媒は常温高圧状態に変化する。その後、膨張行程２０６では、この常温高圧状態の冷媒が減圧される。この減圧された冷媒は、蒸発工程２０８において、熱交換器２０８ａを介して、周囲空気から熱エネルギーを吸収（吸熱）して、低圧状態に戻る。そして、圧縮工程２０２において、上記と同様の動作が実行される。

このような熱サイクルによって、蒸発工程２０８において吸熱された熱エネルギー（蒸発器の周囲空気から吸収された熱エネルギー）が、凝縮工程２０４（凝縮器）において水へ伝達される。この凝縮工程２０４において熱エネルギーが水へ伝達されることで、冷水が温水へ変化する。

上記熱サイクルを利用して生成された温水は、貯湯槽２５０に蓄えられる。なお、貯湯槽２５０と凝縮器との間で水（温水）を循環する経路が設けられており、ポンプ２５２およびフィルタ２５４がこの循環経路に設けられる。また、貯湯槽２５０には、建物１７０（水道など）から供給される冷水を受入れる経路、および生成された温水を建物１７０へ供給する経路が設けられている。

ヒートポンプ制御部２２０は、建物１７０内に設けられた設定器（図示せず）などからの設定に従って、ヒートポンプ機構２００の運転を制御する。代表的には、ヒートポンプ制御部２２０は、相対的に電気代が安くなる深夜時間帯になればヒートポンプ機構２００を運転したり、また建物１７０側で必要な給湯量などに応じてヒートポンプ機構２００を運転したりする。

なお、ヒートポンプ制御部２２０、ならびに、車両制御部１３４およびコネクタ制御部１１４（図３）は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶部とを主体とする電子制御ユニットからなり、予めＲＯＭなどに格納されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭに読出して実行することによって、所定の制御動作を実現する。

上述のように、外部電源１１５からの電力は、ヒートポンプ機構２００の動作電力として供給され、さらに、電動車両１０１のバッテリ１３０ａの充電に使用できるように充電ステーション１０３へも供給される。さらに、外部電源１１５に対しては、深夜電力時間帯に系統電源１１０（図１）からの深夜電力を蓄積するための蓄電装置５００および、系統電源１１０からの供給電力を蓄電装置５００の充電電力に変換するための電圧変換器５１０がさらに接続される。

図５は、本発明の実施の形態による電動車両の充電システムにおける外部充電時の廃熱回収機構を説明する概念図である。

図５を参照して、外部充電時において、発熱したバッテリ１３０ａは、図２に示した、冷却機構１３１により、車室内あるいは外気から取り込まれた冷却風４００によって冷却される。この結果、外部充電時にバッテリ１３０ａからの廃熱により暖められた温風４１０が排出される。温風４１０は、導管１０６を介して、ヒートポンプ機構２００中の蒸発工程のための熱交換器２０８ａに供給される。

温風４１０が熱交換器２０８ａを通過することにより、温風４１０に含まれる熱量が、熱サイクル中の蒸発工程２０８での熱源として回収される。そして、熱交換器２０８ａとの間で熱交換を終えて、温度が低下した空気４２０は屋外へ排出される。

熱交換器２０８ａには吸引ファン２１０が設けられている。外部電源１１５からの電力によって吸引ファン２１０を作動させることにより、導管１０６を介して、冷却機構１３１からヒートポンプ機構２００への温風４１０の送出が促進される。すなわち、吸引ファン２１０は、「送出機構」に対応する。なお、コネクタ部１０４あるいは導管１０６の中途部分に、または熱交換器２０８ａとの両方に吸引ファン２１０を設ける構成とすることも可能である。

このような構成とすることにより、外部充電時に電動車両１０１のバッテリ１３０ａで生じた廃熱を、熱交換器２０８ａでの熱源の一部として用いることによって回収することができる。特に、外部充電時に発生する廃熱を、ヒートポンプ機構（ヒートポンプ式給湯器）での給湯に同時に利用するので、エネルギ利用のタイムシフトの一貫としてその利用効率を高めることができる。

本実施の形態の電動車両の充電システムでは、電動車両１０１の外部充電期間と、ヒートポンプ機構２００の作動期間とを同期させることが、利用効率向上に有効となる。したがって、このような同期動作のための制御構成について、図６のフローチャートを用いて説明する。

図６を参照して、電動車両１０１における外部充電動作は、車両制御部１３４によって制御され、ヒートポンプ機構２００の動作は、ヒートポンプ制御部２２０によって制御される。図３にも示したように、コネクタ部１０４を介して、車両制御部１３４とヒートポンプ制御部２２０との間で双方向に情報の授受が可能である。すなわち、車両制御部１３４およびヒートポンプ制御部２２０が以下の制御処理を実行することにより、「同期手段」が実現される。

車両制御部１３４は、ステップＳ１００により、タイマー計時等に基づいて、運転者の操作等により予め指定された、外部充電の開始時刻の到来を検知する。この開始時刻は、一般的には深夜電力時間帯に設けられる。

車両制御部１３４は、ステップＳ１００によって外部充電開始時刻の到来が検知されるのに応答して、あるいは、後述するステップＳ２１５によってヒートポンプ機構２００の作動開始が通知されるのに応答して、ステップＳ１１０により、外部充電の開始条件が整っているかどうかを判断する。

たとえば、車両制御部１３４は、ステップＳ１１０では、バッテリ１３０ａの充電状態や、コネクタ部１０４の接続状況等を判定し、バッテリ１３０ａが充電不要である場合や、コネクタ部１０４の接続等が不完全で外部充電の開始が不能である場合には、ステップＳ１１０をＮＯ判定として、以下の処理を実行しない。すなわち、外部充電は実行されない。

一方、車両制御部１３４は、外部充電の開始条件が整っている場合（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１１５により、外部充電の開始をヒートポンプ制御部２２０に対して通知する。そして、ステップＳ１２０により、外部充電を開始する。

さらに、車両制御部１３４は、ステップＳ１３０により、リレー１６０，１６２を導通させることにより、外部電源１１５からの供給電力による充電経路を電動車両内に形成する。そして、電力変換部１４６によって外部電源１１５からの供給電力を、バッテリ充電電力に変換して、バッテリ１３０ａを充電する。この際に、バッテリ１３０ａの検出温度等に基づいて、冷却が必要な場合には吸引ファン１４２（図２）が作動される。

車両制御部１３４は、バッテリ１３０ａの充電中には、ステップＳ１２５により、外部充電中であることをヒートポンプ制御部２２０に対して定期的に通知してもよい。

一方、ヒートポンプ制御部２２０は、ステップＳ２００により、ステップＳ１００と同様に、タイマー計時等に基づいて、建物１７０側で予め指定されたヒートポンプ機構２００の作動開始時刻の到来を検知する。作動開始時刻についても、深夜電力時間帯に設けられる。

車両制御部１３４は、ステップＳ２００によって作動開始時刻の到来が検知されるのに応答して、あるいは、ステップＳ１１５によって外部充電開始が通知されるのに応答して、ステップＳ２１０により、給湯開始条件が整っているかどうかを判断する。たとえば、貯湯槽２５０が満水である場合には、ステップＳ２１０はＮＯ判定とされて、以下の処理は実行されない。

そして、ヒートポンプ制御部２２０は、給湯開始条件が整っているとき（Ｓ２２５でＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２１５により、ヒートポンプ機構２００が作動開始したことを通知するとともに、ステップＳ２２０により、ヒートポンプ機構２００の作動を開始する。なお、ヒートポンプ機構２００の作動中には、ステップＳ２２５により、作動中であることを車両制御部１３４に対して定期的に通知してもよい。

車両制御部１３４は、ヒートポンプ制御部２２０から通知された情報に基づいて、ステップＳ１４０により、ヒートポンプ機構２００が作動中であるかどうかを判定する。そして、その判定結果に基づいて、ステップＳ１５０，Ｓ１６０により、バッテリ１３０ａからの温風の排出経路を選択する。

具体的には、車両制御部１３４は、ヒートポンプ機構２００の作動中（Ｓ１４０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１５０により、温風４１０が温風ダクト１３２側に導かれるように切替ダンパ１４４を制御する。これにより、バッテリ廃熱により暖められた温風４１０は、温風ダクト１３２から導管１０６を経てヒートポンプ機構２００へ供給されることになる。

一方、車両制御部１３４は、ヒートポンプ機構の非作動時（Ｓ１４０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１６０により、温風４１０が温風ダクト１４０側に導かれるように切替ダンパ１４４を制御する。これにより、バッテリ１３０ａからの温風４１０は、ヒートポンプ機構２００に供給されることなく車室外へ放出される。

なお、図３で説明したように、ステップＳ１４０による判定を省略して、外部充電時には、常に温風４１０が温風ダクト１３２側に導かれるように、切替ダンパ１４４を制御することも可能である。

さらに、車両制御部１３４は、ステップＳ１７０により、バッテリ１３０ａの充電終了条件が成立しているかどうかを判定する。代表的には、バッテリ１３０ａが満充電状態となったときにステップＳ１７０はＹＥＳ判定とされ、それまでの期間ＮＯ判定とされる。あるいは、コネクタ部１０４が切り離されたときにも、ステップＳ１７０はＹＥＳ判定とされる。

車両制御部１３４は、バッテリ１３０ａの充電未完時（Ｓ１７０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１３０以降を繰返し実行して、外部電源１１５によるバッテリ１３０ａの充電を継続する。

そして、車両制御部１３４は、バッテリ１３０ａの充電が終了すると（Ｓ１７０のＹＥＳ判定時）、ステップＳ１８０により、リレー１６０，１６２をオフして、外部電源からの電力経路を遮断して外部電源を終了する。そして、バッテリ冷却のための吸引ファン１４２を停止する。さらに、ステップＳ１８５により、外部充電の終了が、ヒートポンプ制御部２２０へ通知される。

一方、ヒートポンプ制御部２２０は、ステップＳ２３０では、車両制御部１３４から通知された情報に基づいて、外部充電中であるかどうかを判定する。そして、外部充電中（Ｓ２３０のＹＥＳ判定時）には、ヒートポンプ制御部２２０は、ステップＳ２４０により、ヒートポンプ機構２００の作動を継続させるとともに、バッテリ１３０ａからの温風をヒートポンプ機構２００に導くための吸引ファン２１０（図５）を作動させる。

一方、ヒートポンプ制御部２２０は、外部充電中でない場合（Ｓ２３０のＮＯ判定時）には、ステップＳ２５０により、ヒートポンプ機構２００の作動を継続する一方で、吸引ファン２１０については停止する。なお、吸引ファン２１０がコネクタ部１０４や導管１０６中に設けられている場合には、ヒートポンプ制御部２２０からコネクタ制御部１１４へ吸引ファン２１０の作動／停止指示が伝達される。

このようにステップＳ２３０〜Ｓ２５０によって、電動車両１０１が外部充電中であるかどうかに応じて、吸引ファン２１０の作動／停止が制御される。これにより、外部充電によるバッテリ廃熱が発生しない期間には、吸引ファン２１０を停止して、消費電力を削減することができる。

ヒートポンプ制御部２２０は、さらにステップＳ２６０では、給湯完了条件が成立しているかどうかを判定する。代表的には、貯湯槽２５０の貯湯量が所定量に達するまでの間は、ステップＳ２６０はＮＯ判定とされる一方で、貯湯槽２５０の貯湯量が所定量に達すると、ステップＳ２６０はＹＥＳ判定とされる。

ヒートポンプ制御部２２０は、給湯完了条件の未成立時（Ｓ２６０のＮＯ判定時）には、ステップＳ２３０〜Ｓ２６０の処理を繰り返し実行することにより、外部充電によるバッテリ廃熱を利用した熱サイクルの実行を継続する。

これに対して、給湯完了時（Ｓ２６０のＹＥＳ判定時）には、ヒートポンプ制御部２２０は、ステップＳ２７０により、ヒートポンプ機構２００の動作を停止させる。そしてステップＳ２７５により、ヒートポンプ機構２００の停止が車両制御部１３４に通知される。そして、車両制御部１３４において、ヒートポンプ制御部２２０からステップＳ２２５，Ｓ２７５により通知された情報は、ステップＳ１４０での判定に反映される。

さらに、ヒートポンプ制御部２２０は、ヒートポンプ機構２００の停止に伴って、外部充電中であるか否かによらず、ステップＳ２８０により、吸引ファン２１０を停止させる。

このように、図６に示したフローチャートに従えば、電動車両１０１の外部充電期間と、ヒートポンプ機構２００の作動期間とを自動的に同期させて、外部充電により電動車両１０１で発生したバッテリ廃熱を、ヒートポンプ機構（ヒートポンプ式給湯器）での給湯に同時に利用することによって回収できる、システム全体でのエネルギ利用効率を高めることができる。

なお、本実施の形態では、電力変換部１４６を電動車両１０１に搭載される構成例を示したが、外部電源１１５からの電力（交流電力）をバッテリ充電電力（直流電力）に変換する機構を車外に配置して、当該充電電力が電動車両１０１へ直接供給される構成としても、本発明を適用可能である。このような構成においても、バッテリ１３０ａの外部充電時に発生した廃熱を、ヒートポンプ機構（ヒートポンプ式給湯器）での給湯に同時に利用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に従う電動車両の充電システムの模式図である。 図１に示した電動車両の外部充電時に排出される温風の流れを説明するための図である。 電動車両およびコネクタ部の連結構造を示す概略構成図である。 図１に示されたヒートポンプ機構の構成を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態による電動車両の充電システムにおける外部充電時の廃熱回収機構を説明する概念図である。 本発明の実施の形態による電動車両の充電システムにおける外部充電期間とヒートポンプ機構の作動期間との同期動作の処理手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

１００ 充電システム、１０１ 電動車両、１０２ 車両充電装置、１０３ 充電ステーション、１０４ コネクタ部、１０５ コネクタ差込部、１０６ａ 供給孔、１０６ 導管、１０６ａ 供給孔、１０８ 電力供給線、１０８ａ ｐ側供給線、１０８ｂ ｎ側供給線、１１０ 系統電源、１１４ コネクタ制御部、１１５ 外部電源、１１６ コネクタ通信部、１２０ａ，１２０ｂ 電源電極、１２２ 通信電極、１３０ 電源ユニット、１３０ａ バッテリ、１３１ 冷却機構、１３２ 温風ダクト（ヒートポンプ側）、１３４ 車両制御部、１３６ リヤシート、１３８ 吸気孔、１３９ 吸気ダクト（冷却風）、１４０ 温風ダクト（トランクルーム等）、１４２ 吸引ファン（冷却風）、１４４ 切替ダンパ、１４６ 電力変換部、１４８ 車両通信部、１５０ 送風口、１５２ａ，１５２ｂ 電源差込電極、１５４ 通信差込電極、１６０，１６２ リレー、１７０ 建物、２００ ヒートポンプ機構、２０１ ヒートポンプ部、２０２ 圧縮工程、２０４ 凝縮工程、２０４ａ 熱交換器（凝縮工程）、２０６ 膨張行程、２０８ 蒸発工程、２０８ａ 熱交換器（蒸発工程）、２１０ 吸引ファン（温風）、２２０ ヒートポンプ制御部、２５０ 貯湯槽、２５２ ポンプ、２５４ フィルタ、４００ 冷却風、４１０ 温風、４２０ 空気、５００ 蓄電装置（建物側）、５１０ 電圧変換器。

Claims (11)

1. 充放電可能に構成された第１の蓄電装置および該第１の蓄電装置を冷却するための冷却機構を搭載する電動車両と、
   前記第１の蓄電装置を充電するための前記電動車両の車外の外部電源と、
   前記電動車両の外部に設置され、凝縮工程および蒸発工程を含む熱サイクルを実行するための熱交換器を含むヒートポンプ機構と、
   前記外部電源による前記第１の蓄電装置の充電時に、前記冷却機構において前記第１の蓄電装置と熱交換した冷媒を、前記電動車両から前記ヒートポンプ機構内の前記蒸発工程を実行する熱交換器へ導くための導管とを備え、
   前記導管は、前記第１の蓄電装置を冷却した後の空気を、前記冷媒として前記熱交換器へ導くように構成される、電動車両の充電システム。
2. 充放電可能に構成された第１の蓄電装置および該第１の蓄電装置を冷却するための冷却機構を搭載する電動車両と、
   前記第１の蓄電装置を充電するための前記電動車両の車外の外部電源と、
   前記電動車両の外部に設置され、凝縮工程および蒸発工程を含む熱サイクルを実行するための熱交換器を含むヒートポンプ機構と、
   前記外部電源による前記第１の蓄電装置の充電時に、前記冷却機構において前記第１の蓄電装置と熱交換した冷媒を、前記電動車両から前記ヒートポンプ機構内の前記蒸発工程を実行する熱交換器へ導くための導管と、
   前記外部電源によって前記第１の蓄電装置が充電される時期と、前記ヒートポンプ機構が作動する時期とを自動的に同期させるための同期手段とを備える、電動車両の充電システム。
3. 前記外部電源によって前記第１の蓄電装置が充電される時期と、前記ヒートポンプ機構が作動する時期とを自動的に同期させるための同期手段をさらに備える、請求項１に記載の電動車両の充電システム。
4. 前記同期手段は、タイマーによる計時に基づいて、前記外部電源によって前記第１の蓄電装置が充電される時期および前記ヒートポンプ機構が作動する時期の少なくとも一方を設定する、請求項２または３に記載の電動車両の充電システム。
5. 前記同期手段は、前記ヒートポンプ機構および前記電動車両の作動状態に基づいて、前記外部電源によって前記第１の蓄電装置が充電される時期および前記ヒートポンプ機構が作動する時期の少なくとも一方を設定する、請求項２または３に記載の電動車両の充電システム。
6. 前記導管を介した前記冷却機構から前記熱交換器への前記冷媒の送出を、電力消費を伴って促進するように構成された送出機構をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両の充電システム。
7. 前記送出機構は、前記外部電源による前記第１の蓄電装置の充電の開始に応答して作動を開始するとともに、前記充電の終了に応答して停止される、請求項６記載の電動車両の充電システム。
8. 前記送出機構は、前記外部電源によって前記第１の蓄電装置が充電される時期であっても、前記ヒートポンプ機構の非作動時には停止される、請求項６記載の電動車両の充電システム。
9. 前記外部電源によって前記第１の蓄電装置が充電される時期は、深夜電力の供給時間帯に対応して設けられ、
   前記充電システムは、
   前記電動車両の外部に設けられた、前記深夜電力によって充電される第２の蓄電装置をさらに備える、請求項１または２に記載の電動車両の充電システム。
10. 前記電動車両は、前記外部電源からの供給電力を前記第１の蓄電装置の充電電力に変換する電力変換装置を搭載する、請求項１または２に記載の電動車両の充電システム。
11. 前記同期手段は、前記外部電源によって前記第１の蓄電装置の充電を開始してから前記第１の蓄電装置が満充電状態となるまでの期間の少なくとも一部において、前記ヒートポンプ機構を作動させるか、または、前記ヒートポンプ機構が作動を開始してから貯湯槽の貯湯量が所定量に達するまでの期間の少なくとも一部において、前記外部電源によって前記第１の蓄電装置を充電させる、請求項２〜５のいずれか１項に記載の電動車両の充電システム。

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