JP2009232639A

JP2009232639A - 電気自動車用充電システム

Info

Publication number: JP2009232639A
Application number: JP2008077732A
Authority: JP
Inventors: Hiroomi Funakoshi; 博臣舩越
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-10-08

Abstract

【課題】電気自動車の車載蓄電池に充電する際の保護動作を確保できるとともに、充電効率を低下させることなく装置構成も簡素化できる電気自動車用充電システムを提供することである。
【解決手段】コネクタ１３は、充電器１７と車載蓄電池１４とを接続し、充電器１７は、コネクタ１３で充電器１７と車載蓄電池１４とが接続された状態で、交流電源１５を直流に変換して電気自動車１２の車載蓄電池１４に充電を行う。
ダイオード２３は、充電器１７とコネクタ１３との間に、充電器１７から車載蓄電池１４への通電は許可し、車載蓄電池１４から充電器１７への通電は遮断するように接続され、ダイオードに並列に接続されたコンタクタ２４は、充電器１７から車載蓄電池１４への通電中は閉じ、充電器１７から車載蓄電池１４への非通電時には開く。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車の車載蓄電池を充電する電気自動車用充電システムに関する。

電気自動車は、車載蓄電池からの直流電力をインバータ回路により交流電力に変換して駆動用モータを駆動して走行する。車載蓄電池に蓄電された電力を消費すると、駆動モータを駆動するのに必要な電力を蓄電する必要がある。そこで、電気自動車用充電システムにより車載蓄電池を充電することになる。

図２は従来の電気自動車用充電システムの一例を示す構成図である。電気自動車用充電システム１１は電気自動車１２とコネクタ１３で接続され、電気自動車１２の車載蓄電池１４に直流電力を蓄電する。電気自動車用充電システム１１は、交流電源１５からの交流電力を交流遮断器１６を介して充電器１７に入力し、充電器１７で交流電力を直流電力に変換し蓄電池１８に直流電力を蓄電する。そして、直流遮断器１９を介して蓄電池１８の直流電力をコネクタ１３に出力するように構成されている。一方、電気自動車１２ではコネクタ１３から直流電力を入力し、車載直流遮断器２０を介して車載蓄電池１４に直流電力を蓄電する。

電気自動車用充電システム１１の制御部２１及び電気自動車１２の車載制御部２２は、電気自動車用充電システム１１から電気自動車１２の車載蓄電池１４に直流電力を蓄電する際に、互いに情報交換を行い、電気自動車用充電システム１１から電気自動車１２の車載蓄電池１４に円滑に直流電力を蓄電できるかどうかの状態確認を行う。例えば、電気自動車用充電システム１１と電気自動車１２の車載蓄電池１４とが適合するかどうかの判定を行ったり、適合する場合には充電開始時に電気自動車用充電システム１１の直流電圧と電気自動車１２の車載蓄電池１４の直流電圧とが一致するように制御したりする。

そして、充電可能状態となったときに、直流遮断器１９及び車載直流遮断器２０を閉じて充電を開始し、車載蓄電池１４に所定の直流電力が蓄電されると充電終了と判断し、直流遮断器１９及び車載直流遮断器２０を開して充電を終了する。

図３は従来の電気自動車用充電システムの他の一例を示す構成図である。この一例は、図２に示した一例に対し、蓄電池１８を省略したものである。この場合には、充電器１７で得られた直流電力を直接的に電気自動車１２の車載蓄電池１４に供給することになるので制御が複雑になるが、蓄電池１８を省略できるので電気自動車用充電システム１１の構成を簡素化し低コスト化が図れる。

ここで、電気自動車のバッテリ充電装置において、電気自動車のエアコン制御と充電回路動作制御の二つの機能を一つのリレーで兼用させ、新たなリレーを設けることなく、過充電時に充電回路を確実に遮断できモータ駆動系を保護できるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−５９９１９号公報

しかし、従来の電気自動車用充電システム１１では、電気自動車用充電システム１１から出力される直流電力は直流遮断器１９を介して出力され、電気自動車１２の車載蓄電池１４に入力される直流電力は車載直流遮断器２０を介して入力されるので、コネクタ１３を介した入力／出力回路の双方に遮断器を必要とする。直流遮断器１９及び車載直流遮断器２０は車載蓄電池１４の保護のために設けられており、蓄電器１７の故障時に発生する過電流を遮断できるだけの遮断容量が必要となり高額となる。また、電気自動車用充電システム１１側及び電気自動車１２側の双方で遮断器を持っているので冗長となり、直流遮断器１９及び車載直流遮断器２０の保護連動も必要となる。さらには、これらの誤動作や誤不動作による不具合が発生する確率も高くなる。

本発明の目的は、電気自動車の車載蓄電池に充電する際の保護動作を確保できるとともに、充電効率を低下させることなく装置構成も簡素化できる電気自動車用充電システムを提供することである。

本発明に係わる電気自動車用充電システムは、交流電源を直流に変換して電気自動車の車載蓄電池に充電を行う充電器と、前記充電器と前記車載蓄電池とを接続するコネクタと、前記充電器とコネクタとの間に前記充電器から前記車載蓄電池への通電を許可し前記車載蓄電池から前記充電器への通電を遮断する方向に接続されたダイオードと、前記ダイオードに並列に接続され前記充電器から前記車載蓄電池への通電中は閉じ前記充電器から前記車載蓄電池への非通電時には開くコンタクタとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電気自動車用充電システムの充電器とコネクタとの間に、直流遮断器に代えて、ダイオードとコンタクタとの並列回路を設けたので、装置構成を簡素化できるだけでなく、保護連動を省略でき誤動作や誤不動作のトラブルリスクも減少できる。また、コンタクタは、充電器から車載蓄電池への通電中は閉じ、充電器から車載蓄電池への非通電時には開くので、充電器から車載蓄電池への通電中はコンタクタを通って電流が流れダイオードにおける損失を低減できる。また、ダイオードは、車載蓄電池から充電器への通電は遮断するので、電気自動車の車載蓄電池から電気自動車用充電システムへの逆流を防止できる。これにより、電力の損失を低減しつつ電気自動車の車載蓄電池に充電する際の保護動作も確保できる

図１は本発明の実施の形態に係わる電気自動車用充電システム１１の構成図である。本発明の実施の形態は、図３に示した従来例に対し、直流遮断器１９に代えて、ダイオード２３及びコンタクタ２４の並列回路を設けたものである。コンタクタ２４は、充電器１７から車載蓄電池１４への通電中は閉じ、充電器１７から車載蓄電池１４への非通電時には開くものである。また、ダイオード２３は、充電器１７から車載蓄電池１４への通電は許可し、車載蓄電池１４から充電器１７への通電は遮断する方向に接続されている。

図１において、電気自動車用充電システム１１から電気自動車１２の車載蓄電池１４に直流電力を蓄電する際には、電気自動車用充電システム１１と電気自動車１２とをコネクタ１３で接続する。

次に、電気自動車用充電システム１１の制御部２１は電気自動車１２の車載制御部２２と通信を行い、電気自動車用充電システム１１と電気自動車１２の車載蓄電池１４とが適合するかどうかの判定を行う。例えば、電気自動車用充電システム１１の充電器１７の定格電圧と電気自動車１２の車載蓄電池１４の定格電圧とが適合するかどうかの判定を行う。定格電圧が互いに適合するときは、電気自動車用充電システム１１の制御部２１は、交流遮断器１６を閉じて充電器１７を起動し、充電器１７の出力である直流電圧を立ち上げる。それとともに、車載制御部２２を介して車載蓄電池１４の電圧を入力し、充電器１７の出力電圧が車載蓄電池１４の電圧に等しくなるように充電器１７を制御する。

充電器１７の出力電圧が車載蓄電池１４の電圧に等しくなると、制御部２１は車載制御部２２にその旨を通知するとともに、充電器１７の出力電圧を車載蓄電池１４の電圧より高めに制御する。車載制御部２２は、制御部２１から充電許可の指令を受けると車載遮断器２０を閉じる。例えば、車載制御部２２は、制御部２１から充電器１７の出力電圧が車載蓄電池１４の電圧に等しくなったとの通知を受けると、車載遮断器２０を閉じる。これにより、充電器１７と車載蓄電池１４とが電気的に接続され、充電器１７の出力電圧が車載蓄電池１４の電圧よりも高いので、充電器１７から、ダイオード２３、コネクタ１３、車載直流遮断器２０を介して電流が流れ、車載蓄電池１４に直流電力が蓄電され始める。

電流検出器２５は、充電器１７からの出力電流を検出するものであり、制御部２１は電流検出器２５が所定値以上の電流を検出したときは、充電器１７から車載蓄電池１４への通電中であると判断し、ダイオード２３に並列接続されたコンタクタ２４を閉じる。これにより、充電器１７から、コンタクタ２４、コネクタ１３、車載直流遮断器２０を介して電流が流れ、車載蓄電池１４に直流電力が蓄電される。従って、ダイオード２３の通電時の損失が低減可能となる。

車載蓄電池１４に所定の直流電力が蓄電されると車載蓄電池１４の電圧が所定値になり、電流検出器２５により検出される電流は所定値以下となる。制御部２１は、電流検出器２５により検出される電流が所定値以下となるとコンタクタ２４を開く。

一方、車載制御部２２は、車載蓄電池１４の電圧が所定値になり所定の直流電力が蓄電されたと判断すると、制御部２１にその旨を通知するとともに、車載直流遮断器２０を開く。これにより、制御部２１は、コンタクタ２４を開くとともに、充電器１７の出力電圧を零にし交流遮断器１６を開き充電終了とする。

ここで、充電終了となったにもかかわらず、例えば、電気自動車１２の車載直流遮断器２０が開かなかったときは、車載蓄電池１４の電圧が充電器１７に掛かることになるが、その場合、車載蓄電池１４の電圧が充電器１７の出力電圧より大きい状態となると、車載蓄電池１４から充電器１７に電流が逆流する動作となり、その過程で、充電器１７の出力電流は所定値以下となるので、制御部２１はコンタクタ２４を開く。また、制御部２４は、充電器１７の内部で過電流等の異常を検知した場合においても、交流遮断器１６等と連動してコンタクタ２４を開く。

従って、車載直流遮断器２０が開かなかったとしても、ダイオード２３により、車載蓄電池１４から充電器１７への逆流を防止できることになり充電器１７を保護できる。一方、コンタクタ２４が閉じている状態で、充電器１７から車載蓄電池１４への電流が過大となったときは、電気自動車１２の車載直流遮断器２０で遮断し車載蓄電池１４を保護する。

このように、充電器１７から車載蓄電池１４への通電中はコンタクタ２４が閉じてダイオード２３をバイパスするので、ダイオード２３に通電時の損失を低減できる。また、車載蓄電池１４の電圧が増大したときには、充電器１７の出力電流は一旦所定値以下となるのでコンタクタ２４が開き、車載蓄電池１４からの逆流する電流はダイオード２３で阻止されることになる。

以上の説明では、充電器１７の出力電流が所定値以上となったときに、コンタクタ２４を閉じるようにしたが、充電器１７の出力電圧が車両蓄電池１４の電圧を超えたときにコンタクタ２４を閉じ、充電器１７の出力電圧が車両蓄電池１４の電圧以下となったときにコンタクタ２４を開くようにしてもよい。

本発明の実施の形態によれば、充電器１７から車載蓄電池１４への通電中においては、コンタクタ２４が閉じてダイオード２３をバイパスするので、充電中においてダイオード２３による損失を低減できる。ダイオード２３は無負荷素子ではなく、例えば１００Ａ超の電流を流す場合には損失が発生し充電効率が低下するが、その損失を防止できる。また、ダイオード２３の通電電流による損失によりダイオード２３は発熱するので、コンタクタ２４がない場合にはダイオード２３自体の冷却が必要となる可能性があるが、充電器１７から車載蓄電池１４への通電中においてはコンタクタ２４を閉じてダイオード２３をバイパスするのでダイオードの冷却装置も省略でき充電効率の向上も可能となる。

本発明の実施の形態に係わる電気自動車用充電システムの構成図。従来の電気自動車用充電システムの一例を示す構成図。従来の電気自動車用充電システムの他の一例を示す構成図。

符号の説明

１１…電気自動車用充電システム、１２…電気自動車、１３…コネクタ、１４…車載蓄電池、１５…交流電源、１６…交流遮断器、１７…充電器、１８…蓄電池、１９…直流遮断器、２０…車載直流遮断器、２１…制御部、２２…車載制御部、２３…ダイオード、２４…コンタクタ、２５…電流検出器

Claims

交流電源を直流に変換して電気自動車の車載蓄電池に充電を行う充電器と、前記充電器と前記車載蓄電池とを接続するコネクタと、前記充電器とコネクタとの間に前記充電器から前記車載蓄電池への通電を許可し前記車載蓄電池から前記充電器への通電を遮断する方向に接続されたダイオードと、前記ダイオードに並列に接続され前記充電器から前記車載蓄電池への通電中は閉じ前記充電器から前記車載蓄電池への非通電時には開くコンタクタとを備えたことを特徴とする電気自動車用充電システム。