JP2011155737A - Battery charging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリの充電システムに関し、特に、複数のバッテリを充電する技術に関する。 The present invention relates to a battery charging system, and more particularly to a technique for charging a plurality of batteries.
従来より、電動モータからの駆動力で走行する電気自動車が知られている。一般的に、電気自動車には、電動モータに供給する電力を蓄えるバッテリが搭載されている。バッテリは、たとえば充電ステーションおよび自宅などにおいて、電気自動車の外部から供給される電力により充電される。バッテリの充電には、所定の時間が必要である。急速充電器を用いた場合であっても、ガソリンなどの化石燃料を給油する場合に比べて、充電には長い時間が必要である。そのため、バッテリの充電時間を短縮することが望まれる。しかしながら、バッテリの充電時間を給油時間と同等以下にするためには、克服すべき技術的な課題が未だ多い。 Conventionally, an electric vehicle that travels with a driving force from an electric motor is known. Generally, a battery for storing electric power to be supplied to an electric motor is mounted on an electric vehicle. The battery is charged with electric power supplied from the outside of the electric vehicle, for example, at a charging station or at home. A predetermined time is required for charging the battery. Even when a quick charger is used, charging takes a longer time than when fossil fuel such as gasoline is supplied. Therefore, it is desirable to shorten the battery charging time. However, there are still many technical problems to be overcome in order to make the battery charging time equal to or shorter than the fueling time.
そこで、バッテリを充電する代わりに、残存容量が少ないバッテリを満充電されたバッテリと交換するというビジネスモデルが提案されている。インフラとして設置されたバッテリ交換ステーションなどにおいて、電気自動車に搭載されたバッテリが交換される。バッテリ交換ステーションにおいては、満充電されたバッテリの代わりに電気自動車から取外されたバッテリを再度充電する。バッテリ交換ステーションにおいては、不特定多数の電気自動車に対して満充電されたバッテリを用意するために、複数のバッテリを充電する必要がある。したがって、複数のバッテリを充電する充電システムが必要である。 Therefore, a business model has been proposed in which a battery with a small remaining capacity is replaced with a fully charged battery instead of charging the battery. A battery mounted on an electric vehicle is replaced at a battery exchange station or the like installed as an infrastructure. In the battery exchange station, the battery removed from the electric vehicle is recharged in place of the fully charged battery. In the battery exchange station, it is necessary to charge a plurality of batteries in order to prepare fully charged batteries for an unspecified number of electric vehicles. Therefore, there is a need for a charging system that charges a plurality of batteries.
特開平9−233710号公報(特許文献1)は、交流電源を整流する充電用整流回路と、この充電用整流回路と逆並列に接続され複数に分割された蓄電池の電気量を交流電源に回生する回生用整流回路と、充電用整流回路と分割された蓄電池との間に設けられた複数の昇降圧コンバータとを備える蓄電池化成用充放電装置を開示する。この公報に記載の蓄電池化成用充放電装置によれば、各昇降圧コンバータが個別に蓄電池の充電又は放電を行うことができる。したがって、複数の蓄電池の充電と放電を同時に行なうことができる。 Japanese Patent Laid-Open No. 9-233710 (Patent Document 1) regenerates an AC power supply using a charging rectifier circuit that rectifies an AC power supply and a storage battery connected in reverse parallel to the charging rectifier circuit and divided into a plurality of storage batteries. A regenerative battery rectifier circuit and a plurality of step-up / down converters provided between the rechargeable rectifier circuit and the divided storage battery are disclosed. According to the storage battery formation charging / discharging device described in this publication, each buck-boost converter can individually charge or discharge the storage battery. Therefore, charging and discharging of a plurality of storage batteries can be performed simultaneously.
しかしながら、複数のバッテリを充電するように構成された充電システムにおいては、充電時間を短縮するために大きな電力を各バッテリに供給するように構成した場合、供給電力の総和、すなわち充電システムに入力される電力が非常に大きくなる。そのため、電力会社がバッテリ交換ステーションに供給可能な電力を大きく設定しなければならない。その結果、供給可能な電力が大きいほど電気料金が高くなるように定められる場合には、電気料金が高くなる。また、大きな電力を取り扱うためには、容量が大きい導線および回路などが必要である。そのため、充電システム自体のコストが増大し得る。 However, in a charging system configured to charge a plurality of batteries, when a large amount of power is supplied to each battery in order to shorten the charging time, the sum of the supplied power, that is, input to the charging system. The power that is generated becomes very large. Therefore, it is necessary to set a large amount of power that can be supplied to the battery exchange station by the power company. As a result, when it is determined that the electricity charge becomes higher as the power that can be supplied is larger, the electricity charge becomes higher. Further, in order to handle large electric power, a lead wire and a circuit having a large capacity are required. Therefore, the cost of the charging system itself can increase.
コストを抑制するために、充電システムに入力される電力が小さくなるようにした場合、各バッテリに供給される電力が小さくなる。そのため、バッテリの充電時間が長くなり得る。その結果、バッテリの交換を所望するドライバに対して、満充電されたバッテリを準備できないこともあり得る。 When the power input to the charging system is reduced in order to reduce the cost, the power supplied to each battery is reduced. Therefore, the charging time of the battery can be lengthened. As a result, it may not be possible to prepare a fully charged battery for a driver desiring to replace the battery.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数のバッテリを充電する充電システムに入力される電力を抑えつつ、バッテリの急速充電を実現することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to realize rapid charging of a battery while suppressing power input to a charging system that charges a plurality of batteries. .
第1の発明に係るバッテリの充電システムは、複数のバッテリを充電可能なバッテリの充電システムである。この充電システムは、バッテリが接続され、電力を出力する第1の充電器と、第1の充電器に接続されたバッテリとは別のバッテリが接続され、出力可能な最大の電力が、第1の充電器が出力可能な最大の電力よりも小さい第2の充電器とを備える。第1の充電器および第2の充電器は、第1の充電器の出力電力と第2の充電器の出力電力とが同じである第1のモード、および、第1の充電器の出力電力が増大され、第1の充電器が出力可能な最大の電力から第1の充電器の出力電力を減算した電力を第2の充電器が出力する第2のモードの中から選択されたモードで電力を出力する。 A battery charging system according to a first invention is a battery charging system capable of charging a plurality of batteries. In this charging system, a first charger to which a battery is connected and outputs power and a battery different from the battery connected to the first charger are connected, and the maximum power that can be output is the first power. And a second charger smaller than the maximum power that can be output. The first charger and the second charger have a first mode in which the output power of the first charger and the output power of the second charger are the same, and the output power of the first charger. In a mode selected from among the second modes in which the second charger outputs power obtained by subtracting the output power of the first charger from the maximum power that can be output by the first charger. Output power.
この構成によると、たとえば、バッテリの急速充電が要求されていない場合には、第1のモードが選択される。第1のモードでは、第1の充電器の出力電力と第2の充電器の出力電力とが同じにされる。これにより、充電時間が短くはないが、複数のバッテリを同時に充電することができる。バッテリの急速充電が要求されている場合には、第2のモードが選択される。第2のモードでは、第1の充電器の出力電力が増大される。比較的容量が大きい第1の充電器から大きな電力をバッテリに供給することによって、第1の充電器に接続されたバッテリの充電時間を短くすることができる。第2の充電器は、第1の充電器が出力可能な最大の電力から第1の充電器の出力電力を減算した電力を出力する。これにより、充電システム全体として入出力する電力を第1の充電器が出力可能な最大の電力以下に制限することができる。そのため、充電システムに入力される電力を抑えつつ、バッテリの急速充電を実現することができる。 According to this configuration, for example, when the quick charge of the battery is not requested, the first mode is selected. In the first mode, the output power of the first charger and the output power of the second charger are the same. Thereby, although the charging time is not short, a plurality of batteries can be charged simultaneously. When the battery is required to be quickly charged, the second mode is selected. In the second mode, the output power of the first charger is increased. By supplying large power to the battery from the first charger having a relatively large capacity, the charging time of the battery connected to the first charger can be shortened. The second charger outputs power obtained by subtracting the output power of the first charger from the maximum power that can be output by the first charger. Thereby, the electric power input / output as the entire charging system can be limited to the maximum electric power that the first charger can output. Therefore, the battery can be rapidly charged while suppressing the power input to the charging system.
第2の発明に係るバッテリの充電システムにおいては、第1の発明の構成に加え、第1の充電器は、第2のモードが選択された場合、第1の充電器が出力可能な最大の電力を出力する。 In the battery charging system according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, when the second mode is selected, the first charger is the maximum that the first charger can output. Output power.
この構成によると、第1の充電器に接続されたバッテリをできるだけ速く充電することができる。 According to this configuration, the battery connected to the first charger can be charged as quickly as possible.
第3の発明に係るバッテリの充電システムにおいては、第2の発明の構成に加え、第1の充電器は、第2のモードが選択され、かつ第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が予め定められた上限電圧より低い場合、第1の充電器が出力可能な最大の電力を出力し、第2のモードが選択され、かつ第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が上限電圧以上である場合、出力電圧を一定にする。第2の充電器は、第2のモードが選択され、かつ第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が上限電圧より低い場合、電力の出力を停止し、第2のモードが選択され、かつ第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が上限電圧以上である場合、第1の充電器が出力可能な最大の電力から第1の充電器の出力電力を減算した電力を出力する。 In the battery charging system according to the third invention, in addition to the configuration of the second invention, the voltage of the battery connected to the first charger is selected for the first charger and the second mode is selected. Is lower than the predetermined upper limit voltage, the maximum power that the first charger can output is output, the second mode is selected, and the voltage of the battery connected to the first charger is the upper limit. When the voltage is higher than the voltage, the output voltage is made constant. The second charger stops the power output when the second mode is selected and the voltage of the battery connected to the first charger is lower than the upper limit voltage, and the second mode is selected, And when the voltage of the battery connected to the 1st charger is more than an upper limit voltage, the electric power which subtracted the output power of the 1st charger from the maximum electric power which the 1st charger can output is outputted.
この構成によると、第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が低い場合、すなわち残存容量が小さい場合、第1の充電器が出力可能な最大の電力で、バッテリが充電される。この場合、第2の充電器は、電力の出力を停止する。これにより、充電システム全体として入出力する電力を第1の充電器が出力可能な最大の電力以下に制限しつつ、第1の充電器に接続されたバッテリを急速に充電することができる。第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が高い場合、すなわち残存容量が大きい場合、第1の充電器は、出力電圧を一定にする。これにより、バッテリを満充電することができる。また、この場合、第2の充電器は、第1の充電器が出力可能な最大の電力から第1の充電器の出力電力を減算した電力を出力する。これにより、第1の充電器に接続されたバッテリに加えて、第2の充電器に接続されたバッテリを充電することができる。そのため、複数のバッテリを同時に充電することができる。 According to this configuration, when the voltage of the battery connected to the first charger is low, that is, when the remaining capacity is small, the battery is charged with the maximum power that the first charger can output. In this case, the second charger stops outputting power. Thereby, the battery connected to the first charger can be rapidly charged while limiting the power input / output as the entire charging system to be equal to or lower than the maximum power that can be output by the first charger. When the voltage of the battery connected to the first charger is high, that is, when the remaining capacity is large, the first charger makes the output voltage constant. Thereby, the battery can be fully charged. In this case, the second charger outputs power obtained by subtracting the output power of the first charger from the maximum power that can be output by the first charger. Thereby, in addition to the battery connected to the first charger, the battery connected to the second charger can be charged. Therefore, a plurality of batteries can be charged simultaneously.
第4の発明に係るバッテリの充電システムにおいては、第3の発明の構成に加え、第2の充電器は、第2のモードが選択され、かつ第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が上限電圧以上である場合、出力電力を予め定められた値以下に制限する。 In the battery charging system according to the fourth aspect of the invention, in addition to the configuration of the third aspect of the invention, the second charger is the voltage of the battery connected to the first charger when the second mode is selected. Is equal to or higher than the upper limit voltage, the output power is limited to a predetermined value or less.
この構成によると、第2の充電器の容量以上の電力が出力されることを防ぐことができる。 According to this configuration, it is possible to prevent output of electric power exceeding the capacity of the second charger.
第5の発明に係るバッテリの充電システムは、第4の発明の構成に加え、第1の充電器に接続されたバッテリおよび第2の充電器に接続されたバッテリとは別のバッテリが接続され、出力可能な最大の電力が、第2の充電器が出力可能な最大の電力と同じである第3の充電器をさらに備える。第3の充電器は、第1のモードが選択された場合、第1の充電器の出力電力および第2の充電器の出力電力と同じ電力を出力し、第2のモードが選択され、かつ第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が上限電圧より低い場合、電力の出力を停止し、第2のモードが選択され、かつ第2の充電器の出力電力が予め定められた値である場合、第1の充電器が出力可能な最大の電力から、第1の充電器の出力電力および第2の充電器の出力電力を減算した電力を出力する。 In the battery charging system according to the fifth invention, in addition to the configuration of the fourth invention, a battery connected to the first charger and a battery different from the battery connected to the second charger are connected. And a third charger in which the maximum power that can be output is the same as the maximum power that the second charger can output. And when the first mode is selected, the third charger outputs the same power as the output power of the first charger and the output power of the second charger, the second mode is selected, and When the voltage of the battery connected to the first charger is lower than the upper limit voltage, the output of power is stopped, the second mode is selected, and the output power of the second charger is a predetermined value. In some cases, a power obtained by subtracting the output power of the first charger and the output power of the second charger from the maximum power that can be output by the first charger is output.
この構成によると、第3の充電器により、さらに別のバッテリを充電することができる。 According to this configuration, another battery can be charged by the third charger.
第6の発明に係るバッテリの充電システムにおいては、第5の発明の構成に加え、第1の充電器は、第1の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有する。第2の充電器は、第2の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有する。第3の充電器は、第3の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有する。第1の充電器に接続されたバッテリ、第2の充電器に接続されたバッテリおよび第3の充電器に接続されたバッテリを放電する場合、第1の充電器は出力電圧を制御し、第2の充電器は出力電流を制御し、第3の充電器は出力電流を制御する。 In the battery charging system according to the sixth aspect of the invention, in addition to the configuration of the fifth aspect of the invention, the first charger has a function of discharging the battery connected to the first charger. The second charger has a function of discharging a battery connected to the second charger. The third charger has a function of discharging the battery connected to the third charger. When discharging the battery connected to the first charger, the battery connected to the second charger and the battery connected to the third charger, the first charger controls the output voltage, The second charger controls the output current, and the third charger controls the output current.
この構成によると、バッテリから放電することにより、バッテリを車両以外の電気機器などの電源として用いることができる。そのため、たとえば電力会社から家屋などへの電力供給が遮断された場合に、緊急用の電源としてバッテリを用いることができる。このような場合、電力の容量が最も大きい第1の充電器のみが出力電圧を制御し、その他の充電器が出力電流を制御する。これにより、第1の充電器は、他の充電器から出力される電力に比べて大きな電力を出力することができる。そのため、要求される電力が変動した場合に、容量が大きい第1の充電器により、電力の変動に対応することができる。その結果、電力を安定して供給することができる。 According to this configuration, by discharging from the battery, the battery can be used as a power source for electric devices other than the vehicle. Therefore, for example, when power supply from an electric power company to a house or the like is interrupted, a battery can be used as an emergency power source. In such a case, only the first charger having the largest power capacity controls the output voltage, and the other chargers control the output current. Thereby, the 1st charger can output big electric power compared with the electric power outputted from other chargers. Therefore, when the required power fluctuates, the first battery charger having a large capacity can cope with the power fluctuation. As a result, power can be supplied stably.
第7の発明に係るバッテリの充電システムにおいては、第1〜4のいずれかの発明の構成に加え、第1の充電器は、第1の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有する。第2の充電器は、第2の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有する。第1の充電器に接続されたバッテリおよび第2の充電器に接続されたバッテリを放電する場合、第1の充電器は出力電圧を制御し、第2の充電器は出力電流を制御する。 In the battery charging system according to the seventh invention, in addition to the configuration of any one of the first to fourth inventions, the first charger has a function of discharging the battery connected to the first charger. . The second charger has a function of discharging a battery connected to the second charger. When discharging the battery connected to the first charger and the battery connected to the second charger, the first charger controls the output voltage, and the second charger controls the output current.
この構成によると、バッテリから放電することにより、バッテリを車両以外の電気機器の電源として用いることができる。そのため、たとえば電力会社から家屋などへの電力供給が遮断された場合に、緊急用の電源としてバッテリを用いることができる。このような場合、電力の容量が最も大きい第1の充電器のみが出力電圧を制御し、第2の充電器が出力電流を制御する。これにより、第1の充電器は、第2の充電器から出力される電力に比べて大きな電力を出力することができる。そのため、要求される電力が変動した場合に、容量が大きい第1の充電器により、電力の変動に対応することができる。その結果、電力を安定して供給することができる。 According to this configuration, the battery can be used as a power source for electric devices other than the vehicle by discharging from the battery. Therefore, for example, when power supply from an electric power company to a house or the like is interrupted, a battery can be used as an emergency power source. In such a case, only the first charger having the largest power capacity controls the output voltage, and the second charger controls the output current. Thereby, the 1st charger can output big electric power compared with the electric power outputted from the 2nd charger. Therefore, when the required power fluctuates, the first battery charger having a large capacity can cope with the power fluctuation. As a result, power can be supplied stably.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1を参照して、電気自動車には、電動モータ100と、バッテリ110と、ECU(Electronic Control Unit)120とが搭載される。電気自動車は、電動モータ100からの駆動力により走行する。すなわち、電動モータ100が駆動源として電気自動車に搭載される。
Referring to FIG. 1, an
電動モータ100は、たとえば、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルを備える、三相交流回転電機である。電動モータ100は、バッテリ110に蓄えられた電力により駆動する。電動モータ100の駆動力は、駆動輪130に伝えられる。
電気自動車の回生制動時には、駆動輪130により電動モータ100が駆動され、電動モータ100が発電機として作動する。これにより電動モータ100は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。電動モータ100により発電された電力は、バッテリ110に蓄えられる。
At the time of regenerative braking of the electric vehicle, the
バッテリ110は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ110の電圧は、たとえば200V程度である。バッテリ110には、電動モータ100の他、電気自動車の外部の電源から供給される電力が充電される。また、後述するように、バッテリ110は、別のバッテリと交換可能である。
The
図2を参照して、電気自動車の電気システムについてさらに説明する。電気自動車には、コンバータ200と、インバータ210とが設けられる。
The electric system of the electric vehicle will be further described with reference to FIG. The electric vehicle is provided with a
コンバータ200は、リアクトルと、二つのnpn型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトルは、各バッテリの正極側に一端が接続され、2つのnpn型トランジスタの接続点に他端が接続される。
2つのnpn型トランジスタは、直列に接続される。npn型トランジスタは、ECU120により制御される。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。
Two npn-type transistors are connected in series. The npn type transistor is controlled by the
なお、npn型トランジスタとして、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることができる。npn型トランジスタに代えて、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等の電力スイッチング素子を用いることができる。 For example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be used as the npn transistor. Instead of the npn type transistor, a power switching element such as a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) can be used.
バッテリ110から放電された電力を電動モータ100に供給する際、電圧がコンバータ200により昇圧される。逆に、電動モータ100により発電された電力をバッテリ110に充電する際、電圧がコンバータ200により降圧される。
When the electric power discharged from the
インバータ210は、U相アーム、V相アームおよびW相アームを含む。U相アーム、V相アームおよびW相アームは並列に接続される。U相アーム、V相アームおよびW相アームは、それぞれ、直列に接続された2つのnpn型トランジスタを有する。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各npn型トランジスタの接続点は、電動モータ100の各コイルの中性点とは異なる端部にそれぞれ接続される。
インバータ210は、バッテリ110から供給される直流電流を交流電流に変換し、電動モータ100に供給する。また、インバータ210は、電動モータ100により発電された交流電流を直流電流に変換する。コンバータ200およびインバータ210は、ECU120により制御される。
The
図3を参照して、電気自動車のバッテリを交換するバッテリ交換ステーション300について説明する。バッテリ交換ステーション300では、たとえば残存容量が低下したバッテリ110を、満充電されたバッテリ112と自動で取り替える。なお、手動で取り替えるようにしてもよい。
With reference to FIG. 3, a
バッテリ交換ステーション300では、不特定多数の電気自動車に対してバッテリを取り替える。したがって、バッテリ交換ステーション300では、不特定多数の電気自動車に対して満充電されたバッテリを用意する必要がある。そこで、図4に示すようにバッテリ交換ステーション300には、複数のバッテリ114,116,118を充電可能な充電システム400が設けられる。なお、図4においては、3つのバッテリ114,116,118を充電可能なシステムを示すが、バッテリの数は3に限定されない。2つのバッテリを充電可能なシステムを設けてもよい。4つ以上のバッテリを充電可能なシステムを設けてもよい。また、複数の充電システムを設けてもよい。
In the
充電システム400は、たとえばコンピュータにより制御される。充電システム400は、AC/DC変換回路402と、第1充電器410と、第2充電器420、第3充電器430とを備える。各充電器410,420,430には、別々のバッテリが接続される。より具体的には、第1充電器410には、バッテリ114が接続される。第2充電器420には、第1充電器410に接続されたバッテリ114とは別のバッテリ116が接続される。第3充電器430には、第1充電器410に接続されたバッテリ114および第2充電器420に接続されたバッテリ116とは別のバッテリ118が接続される。なお、図4においては、3つの充電器410,420,430を示すが、2つ、または4つ以上の充電器を設けてもよい。
本実施の形態において、第2充電器420が出力可能な最大の電力は、第1充電器410が出力可能な最大の電力よりも小さい。第3充電器430が出力可能な最大の電力は、第2充電器420が出力可能な最大の電力と同じである。
In the present embodiment, the maximum power that can be output by
図5を参照して、充電システム400についてさらに詳細に説明する。AC/DC変換回路402は、単相ブリッジ回路から成る。AC/DC変換回路402は、たとえば電力会社が所有する施設(発電所、変電所など)から供給された交流電力を直流電力に変換する。また、AC/DC変換回路402は、コイルをリアクトルとして用いることにより電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路としても機能し得る。
The
充電器410,420,430は、AC/DC変換回路402とバッテリとの間に接続される。充電器410,420,430は、バッテリ114,116,118を充電するための電力を出力する。充電器410,420,430は、絶縁トランスを有する絶縁型充電器である。絶縁型の充電器を用いなくてもよい。
DC/DCコンバータが充電器410,420,430として用いられる。第1充電器410は、DC/AC変換回路412と、絶縁トランス414と、DC/AC変換回路416とを含む。
DC / DC converters are used as the
DC/AC変換回路412は、単相ブリッジ回路から成る。電力会社から供給された電力を用いてバッテリを充電する場合、DC/AC変換回路412は、直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス414へ出力する。一方、バッテリを放電する場合、DC/AC変換回路412は、絶縁トランス414から出力される交流電力を直流電力に整流する。
The DC /
絶縁トランス414は、磁性材から成るコアと、コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルを含む。一次コイルおよび二次コイルは、電気的に絶縁されており、それぞれDC/AC変換回路412およびDC/AC変換回路416に接続される。絶縁トランス414は、DC/AC変換回路412から受ける高周波の交流電力を一次コイルおよび二次コイルの巻数比に応じた電圧レベルに変換してDC/AC変換回路416へ出力する。
Insulating
DC/AC変換回路416は、単相ブリッジ回路から成る。電力会社から供給された電力を用いてバッテリを充電する場合、DC/AC変換回路416は、絶縁トランス414から出力される交流電力を直流電力に整流する。一方、バッテリを放電する場合、DC/AC変換回路416は、直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス414へ出力する。すなわち、第1充電器410は、第1充電器410に接続されたバッテリ114を放電する機能を有する。
The DC /
第1充電器410と同様に、第2充電器420は、DC/AC変換回路422と、絶縁トランス424と、DC/AC変換回路426とを含む。第1充電器410および第2充電器420と同様に、第3充電器430は、DC/AC変換回路432と、絶縁トランス434と、DC/AC変換回路436とを含む。なお、これらの機能は第1充電器410と同じである。そのため、ここではそれらの詳細な説明は繰返さない。また、第1充電器410と同様に、第2充電器420は、第2充電器420に接続されたバッテリ116を放電する機能を有する。第3充電器430は、第3充電器430に接続されたバッテリ118を放電する機能を有する。
Similar to the
後述するように、各充電器410,420,430は、第1充電モードおよび第2充電モードの中から選択されたモードで電力を出力する。第1充電モードでは、第1充電器410の出力電力P1と、第2充電器420の出力電力P2と、第3充電器430の出力電力P3とが同じである。したがって、充電システム400全体として入出力される電力は、各充電器410,420,430が第1モードで出力する電力Pcの3倍である。ただし、各バッテリ114,116,118の電圧が予め定められたしきい値以上になると、一定の電圧で各バッテリ114,116,118が充電される。
As will be described later, each of
第2充電モードでは、第1充電器410の出力電力が増大される。より具体的には、第1充電器410は、第1充電器410が出力可能な最大の電力Pmax(Pmax>Pc)を出力する。第1充電器410は、第2充電モードが選択され、かつ第1充電器410に接続されたバッテリ114の電圧V1が予め定められた上限電圧より低い場合、第1充電器410が出力可能な最大の電力を出力する。また、第1充電器410は、第2充電モードが選択され、かつ第1充電器410に接続されたバッテリ114の電圧V1が上限電圧以上である場合、出力電圧を一定にする。
In the second charging mode, the output power of the
第2充電器420は、第2充電モードが選択され、かつ第1充電器410に接続されたバッテリ116の電圧V1が上限電圧より低い場合、電力の出力を停止する。また、第2充電器420は、第2充電モードが選択され、かつ第1充電器410に接続されたバッテリ116の電圧V1が上限電圧以上である場合、第1充電器410が出力可能な最大の電力Pmaxから第1充電器410の出力電力P1を減算した電力を出力する。
The
さらに、第2充電器420は、第2充電モードが選択され、かつ第1充電器410に接続されたバッテリ114の電圧V1が上限電圧以上である場合、出力電力P2を予め定められた値以下に制限する。本実施の形態においては、第1充電モードで第2充電器420が出力する電力Pc以下に、第2充電器420の出力電力P2が制限される。
Further, the
第3充電器430は、第2充電モードが選択され、かつ第1充電器410に接続されたバッテリ114の電圧V1が上限電圧より低い場合、電力の出力を停止する。また、第3充電器430は、第2のモードが選択され、かつ第2充電器420の出力電力P2が予め定められた値(第1充電モードで第2充電器420が出力する電力Pc)である場合、第1充電器410が出力可能な最大の電力Pmaxから、第1充電器410の出力電力P1および第2充電器420の出力電力P2を減算した電力を出力する。
また、第1充電器410に接続されたバッテリ114、第2充電器420に接続されたバッテリ116および第3充電器430に接続されたバッテリ118を放電する場合、第1充電器410は出力電圧を制御し、第2充電器420は出力電流を制御し、第3充電器430は出力電流を制御する。すなわち、3つの充電器410,420,430のうち、第1充電器410のみが出力電圧を制御し、その他の充電器420,430は出力電流を制御する。
When discharging the
各充電器410,420,430の出力電流I1,I2,I3は、電流センサ451,452,453により検出され、充電システム400を制御するコンピュータに入力される。各バッテリ114,116,118の電圧V1,V2,V3は、電圧センサ461,462,463により検出され、充電システム400を制御するコンピュータに入力される。
Output currents I 1, I 2, I 3 of each
図6を参照して、充電器410,420,430の制御構造について説明する。
ステップ(以下、ステップをSと略す)100にて、バッテリ114,116,118の放電が要求されているか否かが判断される。たとえば、充電システム400に設けられた所定のスイッチを押すなどの予め定められた操作がユーザにより行なわれた場合、バッテリ114,116,118の放電が要求されていると判断される。
A control structure of
In step (hereinafter, step is abbreviated as S) 100, it is determined whether or not discharge of
バッテリ114,116,118の放電が要求されている場合(S100にてYES)、処理はS200に移される。バッテリ114,116,118の放電が要求されていない場合(S100にてNO)、処理はS102に移される。
If discharging of
S102にて、バッテリの急速充電が要求されているか否かが判断される。たとえば、充電システム400に設けられた所定のスイッチを押すなどの予め定められた操作がユーザにより行なわれた場合、急速充電が要求されていると判断される。
In S102, it is determined whether quick charging of the battery is requested. For example, when a predetermined operation such as pressing a predetermined switch provided in charging
急速充電が要求されている場合(S102にてYES)、処理はS110に移される。急速充電が要求されていないと(S102にてNO)、処理はS104に移される。 If quick charge is requested (YES in S102), the process proceeds to S110. If quick charge is not requested (NO in S102), the process proceeds to S104.
S104にて、第1充電モードが選択され、第1充電モードでバッテリ114,116,118が充電される。したがって、第1充電器410の出力電力P1、第2充電器420の出力電力P2および第3充電器430の出力電力P3は、電力Pcである。
In S104, the first charging mode is selected, and
S110にて、第2充電モードが選択されて、第2充電モードでバッテリ114,116,118が充電される。したがって、第1充電器410は、第1充電器410が出力可能な最大の電力Pmax(Pmax>Pc)を出力する。第2充電器420および第3充電器430は、電力の出力を停止する。よって、第2充電器420の出力電力P2および第3充電器430の出力電力P3は、「0」である。
In S110, the second charging mode is selected, and
S112にて、バッテリ114の電圧V1が上限電圧以上であるか否かが判断される。バッテリ114の電圧V1が上限電圧以上であると(S112にてYES)、処理はS114に移される。もしそうでないと(S112にてNO)、処理はS100に戻される。S114にて、第1充電器410は、出力電圧を一定にする。
In S112, it is determined whether or not voltage V1 of
S116にて、第2充電器420は、第1充電器410が出力可能な最大の電力Pmaxから第1充電器410の出力電力P1を減算した電力を出力する。
In S116,
S118にて、第2充電器420の出力電力P2が、第1充電モードで第2充電器420が出力する電力Pcより大きいか否かが判断される。第2充電器420の出力電力P2が、第1充電モードで第2充電器420が出力する電力Pcより大きいと(S118にてYES)、処理はS120に移される。もしそうでないと(118にてNO)、処理はS100に戻される。
In S118, it is determined whether or not output power P2 of
S120にて、第2充電器420が、第1充電モードで第2充電器420が出力する電力Pcと同じ電力を出力するように制御される。したがって、第2充電器420の出力電力P2は、第1充電モードで第2充電器420が出力する電力Pcと同じである。よって、第2充電器420の出力電力P2が、第1充電モードで第2充電器420が出力する電力Pc以下に制限される。
In S120,
S122にて、第3充電器430は、第1充電器410が出力可能な最大の電力Pmaxから、第1充電器410の出力電力P1および第2充電器420の出力電力P2を減算した電力を出力する。
In S122,
S200にて、バッテリ114,116,118の充電が停止されているか否かが判断される。バッテリ114,116,118の充電が停止されていると(S200にてYES)、処理はS202に移される。もしそうでないと(S200にてNO)、この処理はS100に戻される。
In S200, it is determined whether charging of
S202にて、各バッテリ114,116,118を放電するように、各充電器410,420,430が制御される。この場合、第1充電器410は出力電圧を制御する。第2充電器420は出力電流を制御する。第3充電器430は出力電流を制御する。
In S202, each
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る充電システム400の機能について説明する。
A function of charging
バッテリ114,116,118の放電が要求されておらず(S100にてNO)、かつ、急速充電が要求されていないと(S102にてNO)、図7に示すように、第1充電モードが選択され、第1充電モードでバッテリ114,116,118が充電される(S104)。したがって、第1充電器410の出力電力P1、第2充電器420の出力電力P2および第3充電器430の出力電力P3は、電力Pcである。各バッテリ114,116,118の電圧が予め定められたしきい値以上になると、一定の電圧で各バッテリ114,116,118が充電される。これにより、複数のバッテリ114,116,118を同時に充電することができる。
If discharging of
ところで、バッテリ交換ステーション300に満充電されたバッテリが1つもない場合は、できるだけ早くバッテリを充電することが望ましい。そこで、急速充電が要求されている場合(S102にてYES)、図8に示すように、第2充電モードが選択されて、第2充電モードでバッテリ114,116,118が充電される(S110)。したがって、第1充電器410は、第1充電器410が出力可能な最大の電力Pmaxを出力する。これにより、第1充電器410に接続されたバッテリ114に供給される電力を大きくすることができる。第2充電器420および第3充電器430は、電力の出力を停止する。これにより、充電システム全体として入出力する電力Psを、第1充電器410が出力可能な最大の電力Pmax以下に制限することができる。そのため、複数のバッテリ114,116,118を同時に急速充電することはできないが、第1充電器410に接続されたバッテリ114の充電時間を短くすることができる。その結果、充電システムに入力される電力Psを抑えつつ、バッテリ114の急速充電を実現することができる。
When there is no battery fully charged in the
バッテリ114の電圧V1が上限電圧以上であると(S112にてYES)、バッテリ114を正確に満充電するために、第1充電器410は、出力電圧を一定にする(S114)。図9に示すように、第2充電器420は、第1充電器410が出力可能な最大の電力Pmaxから第1充電器410の出力電力P1を減算した電力を出力する(S116)。これにより、第1充電器410に接続されたバッテリ114に加えて、第2充電器420に接続されたバッテリ116を充電することができる。
If voltage V1 of
第1充電器410に接続されたバッテリ114の残存容量が大きくなると、バッテリ114の電圧が高くなる。その結果、第1充電器410の出力電力が低下するとともに、第2充電器420の出力電力P2が増大する。第2充電器420の出力電力P2が、第1充電モードで第2充電器420が出力する電力Pcより大きいと(S118にてYES)、第2充電器420の出力電力P2が、第1充電モードで第2充電器420が出力する電力Pcに制限される(S120)。これにより、第2充電器420の出力電力P2を、第2充電器420の容量以下に制限することができる。
When the remaining capacity of the
図10に示すように、第3充電器430は、第1充電器410が出力可能な最大の電力Pmaxから、第1充電器410の出力電力P1および第2充電器420の出力電力P2を減算した電力を出力する(S122)。これにより、第1充電器410に接続されたバッテリ114および第2充電器420に接続されたバッテリ116に加えて、第3充電器430に接続されたバッテリ118を充電することができる。4個以上の充電器が設けられた場合にも、同様の動作が行なわれる。
As shown in FIG. 10, the
ところで、何等かの理由により、電力会社から家屋等への電力供給が遮断された場合においては、バッテリ交換ステーション300のバッテリを電源として利用することが考えられる。
By the way, when the power supply from the electric power company to the house or the like is cut off for some reason, it is conceivable to use the battery of the
そこで、バッテリ114,116,118の放電が要求され(S100にてYES)、かつ、バッテリ114,116,118の充電が停止されていると(S200にてYES)、各バッテリ114,116,118を放電するように、各充電器410,420,430が制御される(S202)。図11に示すように、第1充電器410は出力電圧を制御する。第2充電器420は出力電流を制御する。第3充電器430は出力電流を制御する。これにより、3つの充電器410,420,430が発電器として作動し、連動して発電制御(放電制御)を実現することができる。そのため、要求される電力が変動した場合に、容量が大きい第1充電器410により、電力の変動に対応することができる。その結果、電力を安定して供給することができる。
Therefore, when
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 電動モータ、110,112,114,116,118 バッテリ、200 コンバータ、210 インバータ、300 バッテリ交換ステーション、400 充電システム、402 AC/DC変換回路、410 第1充電器、412,416 DC/AC変換回路、414 絶縁トランス、420 第2充電器、422,426 DC/AC変換回路、424 絶縁トランス、430 第3充電器、432,436 DC/AC変換回路、434 絶縁トランス、451,452,453 電流センサ、461,462,463 電圧センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
バッテリが接続され、電力を出力する第1の充電器と、
前記第1の充電器に接続されたバッテリとは別のバッテリが接続され、出力可能な最大の電力が、前記第1の充電器が出力可能な最大の電力よりも小さい第2の充電器とを備え、
前記第1の充電器および前記第2の充電器は、前記第1の充電器の出力電力と前記第2の充電器の出力電力とが同じである第1のモード、および、前記第1の充電器の出力電力が増大され、前記第1の充電器が出力可能な最大の電力から前記第1の充電器の出力電力を減算した電力を前記第2の充電器が出力する第2のモードの中から選択されたモードで電力を出力する、バッテリの充電システム。 A battery charging system capable of charging a plurality of batteries,
A first charger to which a battery is connected and outputs power;
A second battery connected to a battery different from the battery connected to the first charger, wherein the maximum power that can be output is smaller than the maximum power that the first charger can output; With
The first charger and the second charger have a first mode in which the output power of the first charger and the output power of the second charger are the same, and the first charger A second mode in which the second charger outputs power obtained by subtracting the output power of the first charger from the maximum power that can be output by the first charger when the output power of the charger is increased. A battery charging system that outputs power in a mode selected from the above.
前記第2のモードが選択され、かつ前記第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が予め定められた上限電圧より低い場合、前記第1の充電器が出力可能な最大の電力を出力し、
前記第2のモードが選択され、かつ前記第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が前記上限電圧以上である場合、出力電圧を一定にし、
前記第2の充電器は、
前記第2のモードが選択され、かつ前記第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が前記上限電圧より低い場合、電力の出力を停止し、
前記第2のモードが選択され、かつ前記第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が前記上限電圧以上である場合、前記第1の充電器が出力可能な最大の電力から前記第1の充電器の出力電力を減算した電力を出力する、請求項2に記載のバッテリの充電システム。 The first charger is
When the second mode is selected and the voltage of the battery connected to the first charger is lower than a predetermined upper limit voltage, the maximum power that can be output by the first charger is output. ,
When the second mode is selected and the voltage of the battery connected to the first charger is equal to or higher than the upper limit voltage, the output voltage is made constant,
The second charger is
When the second mode is selected and the voltage of the battery connected to the first charger is lower than the upper limit voltage, the output of power is stopped,
When the second mode is selected and the voltage of the battery connected to the first charger is equal to or higher than the upper limit voltage, the first power is output from the maximum power that can be output by the first charger. The battery charging system according to claim 2, wherein electric power obtained by subtracting the output electric power of the charger is output.
前記第3の充電器は、
前記第1のモードが選択された場合、前記第1の充電器の出力電力および前記第2の充電器の出力電力と同じ電力を出力し、
前記第2のモードが選択され、かつ前記第1の充電器に接続されたバッテリの電圧が前記上限電圧より低い場合、電力の出力を停止し、
前記第2のモードが選択され、かつ前記第2の充電器の出力電力が前記予め定められた値である場合、前記第1の充電器が出力可能な最大の電力から、前記第1の充電器の出力電力および前記第2の充電器の出力電力を減算した電力を出力する、請求項4に記載のバッテリの充電システム。 In the charging system, a battery connected to the first charger and a battery different from the battery connected to the second charger are connected, and the maximum power that can be output is the second charge. A third charger that is the same as the maximum power that the charger can output
The third charger is
When the first mode is selected, output the same power as the output power of the first charger and the output power of the second charger,
When the second mode is selected and the voltage of the battery connected to the first charger is lower than the upper limit voltage, the output of power is stopped,
When the second mode is selected and the output power of the second charger is the predetermined value, the first charge is calculated from the maximum power that can be output by the first charger. The battery charging system according to claim 4, wherein electric power obtained by subtracting the output power of the charger and the output power of the second charger is output.
前記第2の充電器は、前記第2の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有し、
前記第3の充電器は、前記第3の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有し、
前記第1の充電器に接続されたバッテリ、前記第2の充電器に接続されたバッテリおよび前記第3の充電器に接続されたバッテリを放電する場合、前記第1の充電器は出力電圧を制御し、前記第2の充電器は出力電流を制御し、前記第3の充電器は出力電流を制御する、請求項5に記載のバッテリの充電システム。 The first charger has a function of discharging a battery connected to the first charger;
The second charger has a function of discharging a battery connected to the second charger,
The third charger has a function of discharging a battery connected to the third charger;
When discharging the battery connected to the first charger, the battery connected to the second charger, and the battery connected to the third charger, the first charger outputs an output voltage. 6. The battery charging system according to claim 5, wherein the second charger controls an output current, and the third charger controls an output current.
前記第2の充電器は、前記第2の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有し、
前記第1の充電器に接続されたバッテリおよび前記第2の充電器に接続されたバッテリを放電する場合、前記第1の充電器は出力電圧を制御し、前記第2の充電器は出力電流を制御する、請求項1〜4のいずれかに記載のバッテリの充電システム。 The first charger has a function of discharging a battery connected to the first charger;
The second charger has a function of discharging a battery connected to the second charger,
When discharging a battery connected to the first charger and a battery connected to the second charger, the first charger controls an output voltage, and the second charger outputs an output current. The battery charging system according to claim 1, wherein the battery charging system is controlled.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130402 |