JP2009232613A - 充電システムおよび充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低温環境で使用される二次電池の充電が容易である充電システムおよび充電方法を提供する。
【解決手段】低温環境で使用される二次電池ＢＴを充電する充電システムであって、二次電池ＢＴと、二次電池ＢＴに接続されたＡＣ／ＤＣ変換手段１２と、ＡＣ／ＤＣ変換手段１２段に接続された受電手段１４と、を備えた被充電体１０と、電源ＶＳと、電源ＶＳに接続されたＡＣ／ＤＣ変換手段２２と、ＡＣ／ＤＣ変換手段２２に接続されたＤＣ／ＡＣ変換手段２４と、ＤＣ／ＡＣ変換手段に接続された給電手段２６と、を備えた給電体２０と、を有し、低温環境外に配置された給電体２０の給電手段２６から、低温環境に配置された被充電体１０の受電手段１４に電力を供給し、二次電池ＢＴの充電を行う充電システム。
【選択図】 図１

Description

この発明は、充電システムおよび充電方法に関し、特に低温環境で使用される二次電池の充電システムおよび充電方法に関する。

従来の技術

近年、二次電池の充電容量の増大、放電時間の長時間化に伴い、様々な器機に二次電池が搭載され、様々な環境で二次電池が用いられている。さらに、大気汚染の防止や石油資源の有効利用等の観点から、近年、二次電池を搭載した電気自動車等、電力により走行する移動体が注目されている。上記のように、様々な環境で使用される可能性がある二次電池は、どのような環境で使用する場合であっても、充電あるいは放電が容易に行われることが要求される。

従来、移動体の走行路に沿って設けられる給電線から非接触で給電される該移動体の電源回路において、充放電できる電池を有し、前記給電線からの給電を受けられるときには、前記非接触で給電された電力を前記駆動装置側に供給すると共にその一部が該電池の充電に用いられるように分配し、前記給電線からの給電を受けられないときには、該電池により前記駆動装置への給電を行わせる給電／充放電回路を有する移動体の電源回路が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００２−１５９１４９号公報

上記文献に記載された移動体は充放電できる電池（二次電池）を有しているが、二次電池を常温環境で使用する場合と、低温環境で使用する場合とを比較すると、二次電池の特性から、低温環境で使用される場合には常温環境で使用する場合よりも二次電池の電圧が早く低下してしまう。

このため、例えば上記文献に記載された移動体を低温環境で利用する場合には、常温環境で利用する場合と比べて、頻繁に充電しなければならないこととなる。そのため、充電のために、頻繁に移動体の動作を停止させる必要があり、作業効率が低下する場合があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、低温環境で使用される二次電池の充電が容易である充電システムおよび充電方法を提供することを目的とする。

本発明の第一態様による充電システムは、低温環境で使用される二次電池を充電する充電システムであって、前記二次電池と、前記二次電池に接続されたＡＣ／ＤＣ変換手段と、前記ＡＣ／ＤＣ変換手段に接続された受電手段と、を備えた被充電体と、電源と、前記電源に接続されたＡＣ／ＤＣ変換手段と、前記ＡＣ／ＤＣ変換手段に接続されたＤＣ／ＡＣ変換手段と、前記ＤＣ／ＡＣ変換手段に接続された給電手段と、を備えた給電体と、を有し、低温環境外に配置された前記給電体の前記給電手段から、低温環境に配置された前記被充電体の前記受電手段に電力を供給し、前記二次電池の充電を行う。

本発明の第二態様による充電方法は、低温環境で使用される被充電体に搭載された二次電池を、低温環境外に配置された給電体の給電手段から前記被充電体の前記受電手段に電力を供給して充電する充電方法であって、前記二次電池の充電残量を検出するする充電残量検出ステップと、前記二次電池の充電残量が規定値以上であるか否かを判断するステップと、前記二次電池の充電残量が規定値位置以上であった場合に、前記二次電池の温度が規定値以上となるまで、前記二次電池の充電と放電とを繰り返す充放電ステップと、前記二次電池の温度が規定値以上となった後に、前記二次電池の充電を完了させる充電ステップと、を有する。

この発明によれば、低温環境で使用される二次電池の充電が容易である充電システムおよび充電方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る充電システムおよび充電方法について図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る充電システムは、被充電体としての移動体１０に搭載された二次電池ＢＴを、給電体２０によって充電する充電システムである。移動体１０は、低温環境として例えば冷凍庫内で使用されるものであって、給電体２０は冷凍庫外に配置されている。本実施形態に係る充電システムでは、給電体２０は低温環境外に配置されているため、給電体２０が低温となることによりその給電能力が低下することはない。

移動体１０は、車輪等によって冷凍庫内を移動可能であって、二次電池ＢＴと、二次電池ＢＴに接続されたＡＣ／ＤＣ変換部１２と、ＡＣ／ＤＣ変換部１２に接続された受電部１４とを有している。受電部１４は、移動体１０の外部から供給される電力（磁気エネルギー）の受信が容易になるように、移動体１０の表面に設けられている。受電部１４は、例えば、鉄心などの磁性体にコイルが巻かれたコイル部１４Ａを有している。

また、移動体１０は、二次電池ＢＴの充電残量を充電残量検出手段（図示せず）と、二次電池ＢＴの温度を測定する温度測定手段（図示せず）と、をさらに有している。充電残量検出手段は、例えば、二次電池ＢＴの電圧を検出する手段である。

なお、本実施形態に係る充電システムの移動体１０には、外部に設けられた電源（または負荷）と二次電池ＢＴとを接続するための接続手段として、例えば、接続端子１６Ａ、１６Ｂが設けられている。したがって、移動体１０に搭載された二次電池ＢＴを充電するために、接続端子１６Ａ、１６Ｂに電源を接続して充電することも可能である。

給電体２０は交流電流を供給する電源ＶＳと、電源ＶＳに接続されたＡＣ／ＤＣ変換部２２と、ＡＣ／ＤＣ変換部２２に接続されたＤＣ／ＡＣ変換部２４と、ＤＣ／ＡＣ変換部２４に接続された給電部２６とを有している。給電部２６は、例えば鉄心等の磁性体にコイルが巻かれたコイル部２６Ａを有している。

なお、上記充電システムにおいて、移動体１０に二次電池ＢＴが搭載されていたが、二次電池ＢＴが搭載される器機は移動体に限らず、冷凍庫内に固定されていてもよい。さらに、給電体２０は、冷凍庫の外部に固定されていてもよく、また、給電体２０は移動することが可能であってもよい。

上記の充電システムにおいて、二次電池ＢＴの充電を行う場合、移動体１０あるいは給電体２０は、受電部１４が給電部２６の近くに配置されるように移動する。電源ＶＳから、ＡＣ／ＤＣ変換部２２に交流電流が供給されると、ＡＣ／ＤＣ変換部２２は、供給された交流電流を直流電流に変換し、ＤＣ／ＡＣ変換部２４に直流電流を供給する。ＤＣ／ＡＣ変換部２４は、供給された直流電流を交流電流に変換し、給電部２６に供給する。

給電部２６に交流電流が供給されると給電部２６のコイル２６Ａ交流電流が流れて磁界が発生し、電磁誘導により、コイル２６Ａの近くに配置されたコイル１４Ａに交流電流が発生する。受電部１４のコイル１４Ａで発生した交流電流はＡＣ／ＤＣ変換部１２に供給され、直流電流に変換される。ＡＣ／ＤＣ変換部１２から直流電流が二次電池ＢＴに供給され、その結果、二次電池ＢＴが充電される。

上記のように、移動体１０あるいは給電体２０が、受電部１４が給電部２６の近くに配置されるように移動する二次電池ＢＴの充電することができ、充電のために移動体１０を冷凍庫外に移動させることが不要となり、移動中に移動体１０が停止することを防止し、作業効率を向上させることができる。

なお、二次電池ＢＴを充電する際には、非接触方式であっても接触方式であってもよい。非接触方式で充電する場合には、移動体１０の受電部１４が給電部２６の近くに配置されていればよく、移動体１０と給電体２０との位置合わせが容易である。

接触方式で充電する際には、例えば、外部に設けられた電源（図示せず）を移動体１０の端子１６Ａ、１６Ｂに接続することにより二次電池ＢＴを充電することもできる。この場合、非接触方式に比べて二次電池ＢＴへの電力供給が効率よく行われるため、充電をはやく完了させることができる。

さらに、本実施形態に係る充電システムでは、給電体２０が移動可能である場合、仮に、移動体１０の二次電池ＢＴの充電残量が少ない場合や、二次電池ＢＴからの電力供給が停止しして移動体１０が停止した場合であっても、給電体２０が移動体１０の方へ移動することによって、二次電池ＢＴを充電することができる。

この場合には、例えば、二次電池ＢＴの充電が進み、移動体１０が移動可能となった段階で移動体１０を移動させて、移動体１０と給電体２０とを好ましい位置に位置合わせをしてから再度二次電池ＢＴの充電を開始することも可能である。この様に、充電を中断して移動体１０を給電体２０の近くに移動させて、その後充電を完了させた方が、二次電池ＢＴの充電をはやく完了させることができる。

さらに、給電体２０が移動可能であれば、固定された器機に搭載された二次電池ＢＴに充電する場合でも、この器機の位置に合わせて給電体２０が移動することによって二次電池ＢＴを充電することもできる。

上記の充電システムにおいて、効率よく充電を行う充電方法の一例について図２を参照して説明する。まず、移動体１０は二次電池ＢＴの充電をおこなうために、給電体２０の近傍に移動する（ステップＳＴ１）。

移動体１０は、電圧検出手段によって二次電池ＢＴの電圧を検出し、充電残量が規定値以下であるか否かを判断する（ステップＳＴ２）。二次電池ＢＴの充電残量が規定以下である場合には、給電体２０の給電部２６から供給される電力によって二次電池ＢＴを充電して（ステップＳＴ３）、終了する。

二次電池ＢＴの充電残量が規定値よりも大きい場合には、まず、給電体２０の給電部２６から供給される電力によって二次電池ＢＴを充電する（ステップＳＴ４）。続いて、移動体１０は二次電池ＢＴを放電させる（ステップＴＳ５）。放電させる方法としては、例えば、二次電池ＢＴから電源ＶＳ側に電力を供給するようにしてもよく、二次電池ＢＴを移動体１０内の負荷と接続させてもよく、また、端子１６Ａ、１６Ｂに負荷を接続させて放電させてもよい。

次に、移動体１０は温度検出手段によって二次電池ＢＴの温度を検出し、二次電池ＢＴの温度が規定値以上か否かを判断する（ステップＳＴ６）。二次電池ＢＴの温度が規定値以上ではない場合、にはさらに二次電池ＢＴを充電し（ステップＳＴ４）、その後、二次電池ＢＴを放電させる（ステップＳＴ５）動作を繰り返し、二次電池ＢＴの内部抵抗等によって二次電池ＢＴの温度を上昇させる。二次電池ＢＴの温度が規定値以上となるまで充電と放電とを繰り返し、二次電池ＢＴの温度が規定値以上であると判断されると、二次電池ＢＴを充電し（ステップＳＴ７）、終了する。

上記のように二次電池ＢＴを充電すると、低温環境で使用されることによって二次電池ＢＴの温度が低くなっている場合であっても、充電と放電とを繰り返すことによって、二次電池ＢＴの温度を上昇させることができる。二次電池ＢＴの温度を上昇させてから充電をすることによって、低温である場合よりも二次電池ＢＴの充放電能力を上昇させることができ、二次電池ＢＴの利用効率が改善される。

したがって、本実施形態に係る充電システムおよび充電方法によれば、低温環境で使用される二次電池の充電が容易である充電システムおよび充電方法を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記の実施形態に係る充電システムでは、二次電池ＢＴから供給される電力のみによって走行する移動体１０について説明したが、移動体１０は、さらにエンジン等の内燃機関を有していてもよい。

低温環境のもとで二次電池ＢＴとエンジン等の内燃機関とを搭載した移動体１０において、二次電池ＢＴを充電する場合には、まず内燃機関を駆動して二次電池ＢＴの温度を上昇させ、二次電池ＢＴの温度が規定値以上となった後に二次電池ＢＴの充電を開始し、二次電池ＢＴの充電を完了させることが好ましい。

上記のように内燃機関を有する移動体１０に搭載された二次電池ＢＴを充電することによって、低温環境で使用する場合であっても二次電池ＢＴの温度が規定値以上に上昇した後に充電および放電を行うことができ、二次電池ＢＴの充放電効率を向上させることができる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一実施形態に係る充電システムの構成の一例を概略的に示す図。 本発明の一実施形態に係る充電方法の一例を説明するためのフローチャート。

符号の説明

ＢＴ…二次電池、ＶＳ…電源、１０…移動体（被充電体）、１２…ＡＣ／ＤＣ変換部、１４…受電部、２０…給電体、２２…ＡＣ／ＤＣ変換部、２４…ＤＣ、ＡＣ変換部、２６…給電部

Claims (7)

1. 低温環境で使用される二次電池を充電する充電システムであって、
   前記二次電池と、前記二次電池に接続されたＡＣ／ＤＣ変換手段と、前記ＡＣ／ＤＣ変換手段に接続された受電手段と、を備えた被充電体と、
   電源と、前記電源に接続されたＡＣ／ＤＣ変換手段と、前記ＡＣ／ＤＣ変換手段に接続されたＤＣ／ＡＣ変換手段と、前記ＤＣ／ＡＣ変換手段に接続された給電手段と、を備えた給電体と、を有し、
   低温環境外に配置された前記給電体の前記給電手段から、低温環境に配置された前記被充電体の前記受電手段に電力を供給し、前記二次電池の充電を行う充電システム。
2. 前記二次電池の充電残量を検出する充電残量検出手段と、
   前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
   前記充電残量検出手段で検出された充電残量が規定値以上である場合に、前記温度検出手段によって検出された温度が規定値以上となるまで、前記二次電池の充電と放電とを繰り返し、前記温度検出手段で検出された温度が規定値以上となった後、前記二次電池の充電を完了させる請求項１記載の充電システム。
3. 前記被充電体は、前記給電体の位置に合わせて移動可能な移動体である請求項１または請求項２記載の充電システム。
4. 前記移動体は、内燃機関と、前記二次電池を充電または放電するまえに前記内燃機関を駆動させる駆動手段と、をさらに備える請求項３記載の充電システム。
5. 前記給電体は、前記被充電体の位置に合わせて移動可能である請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の充電システム。
6. 前記被充電体は、前記二次電池と外部の電源とを接続する接続手段をさらに有する請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の充電システム。
7. 低温環境で使用される被充電体に搭載された二次電池を、低温環境外に配置された給電体の給電手段から前記被充電体の前記受電手段に電力を供給して充電する充電方法であって、
   前記二次電池の充電残量を検出するする充電残量検出ステップと、
   前記二次電池の充電残量が規定値以上であるか否かを判断するステップと、
   前記二次電池の充電残量が規定値位置以上であった場合に、前記二次電池の温度が規定値以上となるまで、前記二次電池の充電と放電とを繰り返す充放電ステップと、
   前記二次電池の温度が規定値以上となった後に、前記二次電池の充電を完了させる充電ステップと、を有する充電方法。

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