JP2010259308A - 電気自動車の充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラグインハイブリッドや電気自動車において充電時の電流量を電源側の能力を最大量とすることにより最短時間に充電をする。また、空調機器の電力の使用を抑制するために充電ケーブルがつながっている間にエアコンを作動させたり、蓄熱材機器に蓄熱させておくことにより、空調向けの消費を抑制する。
【解決手段】車載バッテリーの充電制御器が給電側の電流能力の情報をＩＣタグなどを用いて知ることにより給電側の最大の電流量、或いは充電制御機器の最大充電量で充電を行うことができる。また、給電ケーブルが繋がっているときにモータなどの主機動力には電源をつながずに、エアコンや蓄熱機器などの補機動力だけに電源をつなぐ構成として、走行前に予めエアコンを動作させ希望の温度にしておくこと、蓄熱機器を作動させて蓄熱材に熱を蓄えておき走行中にこれを用い冷暖房のための電池エネルギーを節約する。
【選択図】図１

Description

本発明はプラグインハイブリッド車及び電気自動車の充電機器及び充電中の機器動作に関するものである。

プラグインハイブリッド車及び電気自動車（以下電気自動車で代表する）の一般使用に伴って、電気自動車の１充電あたりの充電時間を短くすることと満充電での走行距離を長くすることが重要な課題なっている。

図１に個人の自宅での充電器の構成を示す。１００ボルトまたは２００ボルトの電源線、ブレーカ、給電用コンセント、及び車載のＡＣ−ＤＣ電圧変換器・電池制御機器・電池から構成されている。車の受電プラグをこの充電用コンセントに接続することにより車載のバッテリーへの充電が開始する。満充電の後、充電は終了して次回の走行を待つ。

充電時間を短縮するために単位時間当たりの電流量をできるだけ多くする必要がある。専用急速充電器を使う場合には車載器の充電可能電流に応じて最大電流を供給することにより短時間で充電することができる。この場合には車載電池の充電状態に応じて車載の充電制御器が受け入れる電流量を専用急速充電器が制御しながら供給することにより実行することができる。

しかし商用電源からの簡易なメータ、ブレーカを経由して給電する場合には、車載の充電制御器は給電側の最大許容電流を知ることができないために充電量を多くすると商用電源の電流供給能力を超えてしまいブレーカが作動して、充電が中断してしまう。この為に一般的には車載電池用制御機器が受け入れる電流量を低めに設定して、汎用的に商用電源が使えるようにしてある。すなわちブレーカが作動しないようにしているが、反面、商用電源に電流供給能力があるにもかかわらず、充電電流を抑えており、充電に長時間必要としてしまうという場合が発生する。

また満充電の後、走行時に冷暖房機器を作動させる場合に電池エネルギーの１／４程度が空調に必要となり、本来の目的である走行に使えるエネルギーが減ってしまうという課題がある。すなわち、冷暖房機器使用時には満充電における走行距離が短くなってしまうという深刻な問題である。電気自動車においては電池容量が満充電の走行距離のために重要な指標となるが、電池容量を大きくすることは電池の重量、コストの両面で制約がある。この為に電池に蓄えたエネルギーをできるだけ多く走行に使うことが重要な課題である。

この様に電気自動車においては充電時の電流を給電側の能力の最大限まで、または車載電池制御機器の充電能力の最大限まで多くして充電時間を短くしたいという強いニーズがある。電気自動車においては充電時間は重要な要素であり、この時間を最大限に短縮することが望まれる。

車載の電池制御部は電源にどれだけの電流供給能力があるのかは判別する手段を持たないのが現実である。一般的に急速充電気など専用充電器からの給電であれば給電能力の方が大きく、車載電池制御機器が給電能力を知る必要はない。しかし、商用の１００ボルト電源から簡素なメータ、ブレーカから給電を受ける場合にはその経路の電流供給能力の方が車載の電池制御機器の充電能力よりも小さい場合があるために車載制御機器の充電制御電流は能力よりも低く設定するのが一般的である。このように充電電流を低めに設定するために商用電源側に電流供給能力があっても実際の受電の充電電流は能力よりもはるかに少ない電流で充電することになり、その結果として充電時間を短くできないのが一般的である。

もう一つの課題である満充電した電池のエネルギーを走行以外に使用することを抑制する方法としては、充電中或いは充電後に外部電源が接続されている間に予めエアコンを作動させて車を予め希望の温度にしておく方法、蓄熱材機器に予め熱を蓄えておきエアコンが熱を必要とする時に温風、冷風の補助をするようにしておく方法が有効である。これは蓄熱材の方が電池よりもコスト、重量面で効率的であることによる。

しかしながら従来から車は保安対策のために、無人の状態でエアコンをはじめ動力を作動させることをしないのが一般的である。意図的に無人状態でエアコンを起動するにはエンジンを作動させ、エアコンを動作させてその状態で車から離れる方法があるが、これは無人状態で車を放置することになり盗難の危険性が高まり推奨されない。電気自動車においても無人状態で動力に通電することは同様な危険を伴い、習慣的に行われていない。

この様に電池エネルギーを走行時にできるだけ節約する為に、充電中である乗車前にエアコンを作動させておくことや保冷材や保温材などの蓄熱材機器を予め所定の温度にしておくことが効果的であるものの、これらの機器だけを作動することは行われない。

本発明は、この様な事情に鑑みなされたものである。電気自動車が充電時に受け入れる電流をその給電側の能力の最大限にするために、給電側にその能力に対応した信号源を持たせ、受電する車載電池制御器はその信号を判別して供給側が許容する最大電流の受電を行うものである。

本発明では給電コンセントにブレーカの作動電流値すなわち、電源線の電流供給能力の情報を持ったＩＣタグを装着し、受電プラグにその情報を読み取るＩＣタグリーダを付帯させ給電ケーブル経由で車載の電池制御機器に伝えて、受け入れ充電量を供給能力に応じて最大値に設定するものである。これにより、供給側の電流能力に対応した最短時間での充電を可能にするシステムを実現するものである。

また、電池エネルギーの有効利用または熱源の確保について本発明は、電気自動車が充電中すなわち充電プラグが商用電源、あるいは充電ステーションに接続されている状態において、所定の時刻になった時に、或いは予め設定した充電状態になった時に、或いは車載のスイッチまたは商用電源側に設置されているスイッチにより作動開始信号が与えられた時に、或いは充電ケーブルを通じて電源線通信技術などによる方法や近距離無線による方法や電話回線網による方法などの遠隔操作により作動指示がなされた時に、車載の電動エアコンや蓄熱材機器の作動を開始するものである。

本発明は電池からモータを駆動する動力系電源へ繋がる経路のリレーとエアコンや蓄熱材機器などの補機系電源へ繋がる経路のリレーをそれぞれ独立に設けて、無人状態では補機系だけのリレーをオンすることにより空調関連機器を作動させ、駆動のための動力系を作動させずにおく構造を持つものである。

これにより、充電プラグを切り離して、走行開始後しばらくは空調機器を作動させなくても快適状態を保つことができ、その後しばらくは、蓄熱材装置を作動させることにより少ない消費電力で空調を行うものである。これにより、電池エネルギーの消費を抑制することができる。

本発明の構成により電流量を電源能力いっぱいに大きくすることにより充電時間を最小に抑えることができる。また、充電終了後には必要に応じてエアコンを作動させたり、蓄熱機器を作動させて予め必要な熱を備蓄することにより走行時に電池エネルギーの空調向けの消費を抑制することができるようにするものである。

家庭用充電器。 本発明による車載機の構成と充電システム図。 本発明の別の実施事例の専用コンセント部の図。 本発明による空調機器を含む車載機の構成と充電システム図。

図２の本発明の構成図に従って、商用電源の給電能力に応じた充電速度を有するシステムの詳細を説明する。１１は電源線、１２はブレーカ、１３は電力メータ、１４は給電コンセント、１５は給電コンセントに埋め込むＩＣタグ、１６はＩＣタグ読み取り機付き受電プラグ、１７は給電ケーブル、１８はＡＣ−ＤＣ電圧変換器、１９は電池制御機器、２０は車載電池、２１は補機機器、２２は動力機器、３０はリレー１、３１はリレー２、３２はリレー３、３３はリレー４である。

この構成において給電ケーブル１７とＩＣタグ読み取り機を内蔵した受電プラグ１６がＩＣタグ１５を付帯している給電コンセント１４に接続された状態で、充電プラグに付帯されているＩＣタグ読み取り機がＩＣタグ１５から電流能力の情報を読み取り、この情報が電池制御機器１９へ送られる。そして電池制御機器はこのＩＣタグの情報に基づき最大となる充電電流値を決める。

一般的に車載電池への充電は定電流により行われ、これは電池自身の受け入れ能力限界で決まる。急速充電機からの充電電流を急速充電端子２３から受け入れる時のために制御回路は電池の能力限界まで作動するように設計してある。この為に商用電源から供給を受ける電流よりはるかに高い電流受け入れ能力がある。しかしながら、商用電源から充電する時に同様な電流値の受け入れを行うと電源側のブレーカを遮断してしまうことになる。この為、充電の電流値は制御機器により一定値以下に低く制御され、結果として充電時間が常に長く必要となってしまうという現状にある。

本発明では商用電源の給電能力の情報に基づき、車載充電制御機器の充電電流の設定値をその商用電源の施設に応じた給電可能な最大値電流値に設定して充電することにより最短時間で充電することを可能にするものである。

図３は充電能力の情報をＩＣタグにより送るのではなく、専用の信号線により送る事例を示している。これは給電能力に応じたＡＣ電源の分圧信号を車載の電池制御機器に送り、その車載電池制御機器において信号を判別して給電可能な電流の最大値を決めるものである。図３専用コンセントを設定してそのコンセントに電流量をたとえばＡ、Ｂ、Ｃクラス別に設定して、その信号を給電線経由で車載の電池制御機器に送り電流量の設定する事例であり、そのためのコンセントの例である。４０，４１が１００ボルトの給電端子であり、４２，４３が電流能力の信号を送る端子である。４０，４１には商用電源電圧が動力として出力され、４２，４３には図右のような商用電源電圧の分圧がＡ、Ｂ、Ｃとして出力されるように構成してある。４２にはＡＣ＋、あるいはＡＣ−、或いは中間端子Ａ、Ｂ、Ｃが給電可能電流に応じて接続され、５段階の信号を設定できる。また、４３はＡＣ−の電位が出力されている。この様にして供給可能の電流量は５クラスに対応して出力され、電池制御機器においてこの電圧を判別することにより受け入れ最大電流量を決めて充電することができる。この事例では５クラスに分けているがさらに細分化することも容易に可能である。

図４において空調機器の充電中の予備作動に関する本発明の要点を説明する。５１は電源線、５２はブレーカ、５３は電力メータ、５４は給電コンセント、５５は受電プラグ、５６は給電ケーブル、５７はＡＣ−ＤＣ電圧変換器、５８は電池制御機器、５９は車載電池、６０は電動エアコン装置、６１は蓄熱材機器、６２は常時通電機器、６３は車載通信機、６４は主動力機器、７０はリレー１、７１はリレー２、７２はリレー３、７３はリレー４、７４はリレー５、８０はエアコン及び蓄熱材機器用の車載スイッチ、８１は電源線上のコンセント付帯のスイッチ、８２は電源線通信付帯のＰＬＣ（電源線通信）スイッチ、８３は無線ＬＡＮ付帯スイッチである。

この構成において給電ケーブル５６が給電コンセント５４に接続された状態で車載電池５９への充電が完了している時、或いは所定の充電量に到達している時に、予め設定した自動手段や手動の手段や遠隔操作の手段などによりエアコン装置６０を起動したり、電動式蓄熱材機器６１の熱の備蓄機能を作動させる。これは、これらの機器の作動させるための条件が整った時にリレー３，７２及びリレー４、７３などをオンして補機用機器へ通電することにより行われる。この場合、駆動用のモータなどの主機に通電するリレー５，７４をオフしておく。この様にして、乗車の前に予め設定した温度に車室内をしておくことにより、走行開始後のしばらくは空調のためにエネルギーを使う必要はなく、空調をするにしても電気エネルギーの使用を最低限にすることができる。また、蓄熱材機器６１に蓄熱された暖気または冷気を使用することにより車載電池５９の電気エネルギーの消費を最低限にすることができる。

予め設定した自動手段の事例としては充電が一定量に達した時にエアコン用のスイッチや蓄熱材機器用のスイッチを入れておくことにより自動的に作動することができる。長期間車を使用しないときには、或いは作動をさせる必要がない時にはこれらのスイッチを入れずにおけば一定充電量になってもこれらの機器を作動させないようにすることができる。

手動手段の事例としては車載スイッチ８０を入れることにより、また充電コンセント付帯のスイッチ８１を入れること電力線通信などを用いてこれらの機器を作動させることができる。

遠隔操作の手段の事例としては電源線通信を使用して遠隔機器の付帯スイッチ８２から操作をすることができ、また、無線ＬＡＮ付帯スイッチ８３を用いて遠隔操作をすることができ、また、携帯電話網を用いて遠隔操作をすることができる。

この様な遠隔手段により起動したエアコンや蓄温材機器の作動は一定時間を経過後に安全上の理由から自動的に停止する機能を持つ。

図２においては電源線１１からの給電を図示しているが充電ステーションからの給電も可能である。これは商用電源の代わりに高電圧電源から大電流の電流供給をする充電ステーションもあるし、燃料電池などの電源からなる充電ステーションもある。

図４においては主機系の通電をリレー５、７４で行い、補機系の通電をリレー３、７２とリレー４、７３との分離することにより安全を確保しているが、リレーで分離をせず、補機の作動中には主機を作動させないように動力を制御して安全を確保することも可能である。

産業上の利用の可能性

電気自動車の充電時間は電気自動車の普及の決め手ともいえる重要な指標であり、充電時間を充電側の能力いっぱいに短縮することは電気自動車にとって重要なことである。また、電池に充電したエネルギーをできるだけ走行に用いることは重要なことである。本発明は、電気自動車の普及を促すことになるものである。

１・・・電源線 ２・・・ブレーカ ３・・・電力メータ
４・・・給電コンセント ５・・・受電プラグ
６・・・ＡＣ−ＤＣ変換器・電池制御機器・車載電池
１１・・・電源線 １２・・・ブレーカ １３・・・電力メータ
１４・・・給電コンセント １５・・・ＩＣタグ
１６・・・ＩＣタグリーダ付帯の受電プラグ
１７・・・充電ケーブル １８・・・ＡＣ−ＤＣ電圧変換器
１９・・・電池制御機器 ２０・・・車載電池 ２１・・・補機機器
２２・・・動力機器 ２３・・・高速充電端子 ３０・・・リレー１
３１・・・リレー２ ３２・・・リレー３ ３３・・・リレー４
４０・・・コンセント電極（ＡＣ＋） ４１・・・コンセント電極（ＡＣ−）
４２・・・信号出力（Ａ、Ｂ、Ｃ） ４３・・・基準電圧（ＡＣ−）
４４・・・基準電圧（ＡＣ＋） ４５・・・中間端子Ａ
４６・・・中間端子Ｂ ４７・・・中間端子Ｃ
５１・・・電源線 ５２・・・ブレーカ ５３・・・電力メータ
５４・・・給電コンセント ５５・・・受電プラグ ５６・・・充電ケーブル
５７・・・ＡＣ−ＤＣ電圧変換器 ５８・・・電池制御機器 ５９・・・車載電池
６０・・・電動エアコン ６１・・・蓄熱材機器 ６２・・・常時通電制御機器
６３・・・車載通信機 ６４・・・主動力機器 ７０・・・リレー１
７１・・・リレー２ ７２・・・リレー３ ７３・・・リレー４
７４・・・リレー５ ８０・・・車載手動スイッチ
８１・・・コンセント付帯操作スイッチ ８２・・・ＰＬＣ付帯スイッチ
８３・・・無線ＬＡＮ付帯スイッチ

Claims (4)

1. プラグインハイブリッド車或いは電気自動車において、充電ステーション或いは電源線から電流供給能力の情報を得て、車載電池を充電する電流量を調整する機能を持つシステム。
2. 請求項１において電流能力情報を伝達する手段としてＩＣタグを用いる方法、或いは、コンセントに電流能力情報に対応する信号を付加して車載制御機器に信号を送る方法を具備するシステム。
3. 電動エアコン装置或いは蓄熱材機器が具備されているプラグインハイブリッド車或いは電気自動車において、充電ステーション或いは電源線から車載電池を充電している状態あるいは充電終了後、充電ケーブルが接続されている状態のときに、電池の出力あるいは外部電源を動力系へは通電せずに、電動エアコン装置或いは蓄熱材機器などの補機系へ電源を供給する手段を持ち、これらを作動、停止させるための機能を持ったシステム。
4. 請求項３において制御手段として車載スイッチを持つ方法或いは充電開始前の車載ディスプレー画面から選択する方法、或いは電源線通信、または近距離無線通信技術、または携帯電話網を用いた遠隔手段により遠隔操作機器を用いる方法の為の手段を具備するシステム。

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