JP2011223736A

JP2011223736A - 急速充電装置及び該急速充電装置の使用方法

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Publication number: JP2011223736A
Application number: JP2010090046A
Authority: JP
Inventors: Tomoshi Imakubo; 知史今久保; Takashi Majima; 隆司真島
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-11-04

Abstract

【課題】バッテリーの急速充電時に電源より受電する電気容量を小さくする。
【解決手段】交流電源より供給される交流電流を直流電流に変換するＡＣ−ＤＣ変換回路２と整流回路３を備え、整流回路３の下流側に充電装置内部バッテリー７に接続する。更に、整流回路３と充電装置内部バッテリー７に、バッテリー接続端子５を並列に接続する。充電対象バッテリー６の充電を行わない間に予め充電した充電装置内部バッテリー７より出力される直流電流と、交流電源よりＡＣ−ＤＣ変換回路２と整流回路３を経て出力される直流電流を足し合わせて、バッテリー接続端子５に接続した充電対象バッテリー６へ、急速充電相当の電流として供給することにより、充電対象バッテリー６の急速充電を行わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリー（二次電池）に急速充電を行うために用いる急速充電装置及び該急速充電装置の使用方法に関するものである。

バッテリーを充電するために用いる充電器の形式の１つとして、バッテリーに急速充電を行うことで、充電に要する時間の短縮化を図ることができるようにするための急速充電器が広く知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

図４は一般的に用いられている急速充電器１の基本的構成を示すもので、交流を直流に変換するためのスイッチング回路等のＡＣ−ＤＣ変換回路２と、ダイオード等を用いた整流回路３を備えた構成としてある。４は上記ＡＣ−ＤＣ変換回路２を家庭用電源等の交流電源（図示せず）に接続するための電源ケーブル、５は上記整流回路３の下流側に設けて充電対象となるバッテリー６を外部接続するためのバッテリー接続端子である。

これにより、上記急速充電器１では、上記家庭用電源等のＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖの交流電源に電源ケーブル４を介して接続したＡＣ−ＤＣ変換回路２により交流を直流に変換した後、上記整流回路３で整流し、この整流回路３で整流された後の直流電流を、上記バッテリー接続端子５に接続してある充電対象のバッテリー６へ供給するようにしてある。

更に、上記バッテリー６の急速充電を行う場合、上記急速充電器１は、バッテリー６に対して、該バッテリーの定格電流（１Ｃ）よりも大きな電流、たとえば、上記バッテリー６がリチウムイオン二次電池の場合は、図５に示すように、該バッテリー６の定格電流（１Ｃ）の２倍〜３倍の電流（２Ｃ〜３Ｃ）を供給して、バッテリー６に充電を行わせるようにしてある。なお、図５では、バッテリー６へ供給する電流を２Ｃとした場合が示してある。又、上記急速充電として、最初に定電流充電（ＣＣ充電）を行い、次いで、定電圧充電（ＣＶ充電）を行うようにした場合について示してある。

特開平８−９８４２１号公報特開平１１−３２９５１１号公報特許第３５５４３６０号公報

ところが、図４に示したような従来の急速充電器１では、バッテリー６の充電を行う際に、該充電対象のバッテリー６に供給するための直流の充電用電流を、交流電源より供給される交流電流をリアルタイムでＡＣ−ＤＣ変換して賄うようにしてあるため、急速充電器１が交流電源より受電する電気容量が大きくなる。

そのため、設置場所によっては、たとえば、アンペアブレーカーの容量等の設備上の制約が生じることがあり、この場合は、上記急速充電器を使用することができない場合が生じてしまう。

なお、上記のようなアンペアブレーカーの容量の制約により急速充電器の設置が難しい場合には、アンペアブレーカーをより大きな容量のものに取り替えれば、急速充電器の設置が可能になると考えられるが、この場合は、アンペアブレーカーの取り替えという設備側の変更を行うための手間や費用が嵩むという問題がある。

そこで、本発明は、バッテリーに急速充電を行う場合に、電源より受電すべき電気容量を小さくすることができて、受電する設備の制約を受け難くすることができ、電力の負荷標準化が期待できる急速充電装置及び該急速充電装置の使用方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、交流電源より供給される交流電流と直流電流を双方向に変換するための回路の下流側に充電装置内部バッテリーを接続し、且つ上記回路及び充電装置内部バッテリーに、充電対象となるバッテリーを接続するためのバッテリー接続端子を並列に接続してなり、上記充電対象となるバッテリーに充電を行わないときに予め充電した上記充電装置内部バッテリーより出力される直流電流と、上記交流電源より上記回路を経て出力される直流電流を足して、上記バッテリー接続端子に接続した充電対象バッテリーへ、急速充電相当の電流として供給できるようにした構成を有する急速充電装置とする。

又、請求項２に対応して、交流電源より供給される交流電流を直流電流に変換するための回路の下流側に充電装置内部バッテリーを接続し、且つ上記回路及び充電装置内部バッテリーに、充電対象となるバッテリーを接続するためのバッテリー接続端子を並列に接続してなり、上記充電対象となるバッテリーに充電を行わないときに予め充電した上記充電装置内部バッテリーより出力される直流電流と、上記交流電源より上記回路を経て出力される直流電流を足して、上記バッテリー接続端子に接続した充電対象バッテリーへ、急速充電相当の電流として供給できるようにした構成を有する急速充電装置とする。

更に、請求項３に対応して、交流電源より供給される交流電流と直流電流を双方向に変換するための回路の下流側に充電装置内部バッテリーを接続し、且つ上記回路及び充電装置内部バッテリーに、充電対象となるバッテリーを接続するためのバッテリー接続端子を並列に接続してなる構成を有する急速充電装置を用いて、上記バッテリー接続端子に接続した充電対象バッテリーの充電を行うときは、該充電対象バッテリーに充電を行わないときに予め充電した上記充電装置内部バッテリーより出力される直流電流と、上記交流電源より上記回路を経て出力される直流電流を足した急速充電相当の電流による上記充電対象バッテリーの急速充電を行うようにし、更に、上記交流電源に接続した別の負荷の電力需要が大きくなるときに、該別の負荷に供給する電力の一部を、上記充電対象バッテリーや充電装置内部バッテリーに蓄電されている電力を上記回路を経て交流電源側へ出力させる電力で賄うようにする急速充電装置の使用方法とする。

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）交流電源より供給される交流電流と直流電流を双方向に変換するための回路の下流側に充電装置内部バッテリーを接続し、且つ上記回路及び充電装置内部バッテリーに、充電対象となるバッテリーを接続するためのバッテリー接続端子を並列に接続してなり、上記充電対象となるバッテリーに充電を行わないときに予め充電した上記充電装置内部バッテリーより出力される直流電流と、上記交流電源より上記回路を経て出力される直流電流を足して、上記バッテリー接続端子に接続した充電対象バッテリーへ、急速充電相当の電流として供給できるようにした構成を有する急速充電装置としてあるので、充電対象バッテリーの急速充電を行う場合であっても、交流電源より交流電流を直流電流に変換するための回路を経て出力させることが必要とされる電流は、上記充電対象バッテリーの急速充電に要する電流よりも低減させることができる。更に、充電装置内部バッテリーを予め充電する際にも、上記交流電源より上記回路を経て出力させることが必要とされる電流は、充電装置内部バッテリーの定格電流に対応する電流とすることができて、上記充電対象バッテリーの急速充電に要する電流よりも低減させることができる。したがって、上記充電対象バッテリーの急速充電時に交流電源より受電すべき電気容量を小さくすることができる。
（２）したがって、アンペアブレーカーの容量のような受電する設備の制約を受け難くすることができて、アンペアブレーカーをより大きな容量のものに取り替える等の手間や費用が嵩む設備側の変更を回避することが可能になる。
（３）更に、上記充電対象バッテリーの急速充電に用いるための電力を、上記交流電源より、上記充電装置内部バッテリーの充電時と、充電対象バッテリーの急速充電時に分散させて供給させることができるようになるため、電力の負荷標準化を行う効果が期待できる。
（４）上記（１）の構成を有する急速充電装置を用いて、上記バッテリー接続端子に接続した充電対象バッテリーの充電を行うときは、該充電対象バッテリーに充電を行わないときに予め充電した上記充電装置内部バッテリーより出力される直流電流と、上記交流電源より上記回路を経て出力される直流電流を足した急速充電相当の電流による上記充電対象バッテリーの急速充電を行うようにし、更に、上記交流電源に接続した別の負荷の電力需要が大きくなるときに、該別の負荷に供給する電力の一部を、上記充電対象バッテリーや充電装置内部バッテリーに蓄電されている電力を上記回路を経て交流電源側へ出力させる電力で賄うようにする急速充電装置の使用方法とすることにより、上記（１）（２）（３）の効果に加えて、交流電源に接続してある別の負荷変動に対しても電力の負荷標準化を図る効果が期待できる。
（５）交流電源より供給される交流電流を直流電流に変換するための回路の下流側に充電装置内部バッテリーを接続し、且つ上記回路及び充電装置内部バッテリーに、充電対象となるバッテリーを接続するためのバッテリー接続端子を並列に接続してなり、上記充電対象となるバッテリーに充電を行わないときに予め充電した上記充電装置内部バッテリーより出力される直流電流と、上記交流電源より上記回路を経て出力される直流電流を足して、上記バッテリー接続端子に接続した充電対象バッテリーへ、急速充電相当の電流として供給できるようにした構成を有する急速充電装置とすることによっても、上記（１）（２）（３）と同様の効果を得ることができる。

本発明の急速充電装置の実施の一形態を示すもので、（イ）は充電装置内部バッテリーを充電する状態を示す概要図、（ロ）は充電対象バッテリーの急速充電を行う状態を示す概要図である。図１の急速充電装置におけるバッテリー充電時の充電電流の推移を示す概要図である。本発明の実施の他の形態を示す概要図である。急速充電器の一例の概要を示す図である。図４の急速充電器によりバッテリーを充電する際の充電電流の推移を示す概要図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１（イ）（ロ）及び図２は本発明の急速充電装置の実施の一形態を示すもので、以下のようにしてある。

すなわち、図１（イ）（ロ）は本発明の急速充電装置の装置構成を示すもので、交流を直流に変換するためのスイッチング回路等のＡＣ−ＤＣ変換回路２の下流側に、ダイオード等を用いた整流回路３を設け、且つ該整流回路３の下流側に、充電装置内部バッテリー７を接続して設け、更に、上記整流回路３及び充電装置内部バッテリー７に、充電対象となるバッテリー（以下、充電対象バッテリーと云う）６を接続するためのバッテリー接続端子５を、並列に接続した構成とする。

詳述すると、上記充電装置内部バッテリー７は、たとえば、満充電状態で上記充電対象バッテリー６の定格電流（１Ｃ）と同様の定格電流（１Ｃ）を出力できるようにしてあるものとする。

４は上記ＡＣ−ＤＣ変換回路２を家庭用電源等の交流電源（図示せず）に接続するための電源ケーブルである。

以上の構成としてある本発明の急速充電装置を使用する場合は、上記充電対象バッテリー６に対して充電を行う必要がない状態のときに、予め、上記家庭用電源等のＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖの交流電源に電源ケーブル４を介して接続したＡＣ−ＤＣ変換回路２により交流を直流に変換した後、上記整流回路３で整流し、この整流回路３で整流された後の直流電流を、図１（イ）に示すように、上記充電装置内部バッテリー７に、該充電装置内部バッテリー７の定格電流（１Ｃ）に対応した電流として供給して、該充電装置内部バッテリー７を充電しておく。

その後、上記バッテリー接続端子５に充電対象バッテリー６を新たに接続するか、又は、図示しないスイッチの切り替え等により、上記バッテリー接続端子５に接続してある充電対象バッテリー６に対して充電を行うときには、上記家庭用電源等のＡＣ１００ＶやＡＣ２００Ｖの交流電源に電源ケーブル４を介して接続したＡＣ−ＤＣ変換回路２により交流を直流に変換した後、上記整流回路３で整流して該整流回路３より出力される直流電流と、上記予め充電してある充電装置内部バッテリー７より出力される電流を足し合わせて、急速充電相当の電流、たとえば、上記充電対象バッテリー６の定格電流（１Ｃ）の２倍の電流（２Ｃ）として、充電対象バッテリー６へ供給する。これにより、上記充電対象バッテリー６に対する急速充電が行われるようになる。

この際、図２に示すように、上記充電対象バッテリー６へ供給する２Ｃの電流のうち、１Ｃに相当する分（図中にハッチングを付した部分）は、上記充電装置内部バッテリー７より出力させる定格電流によって賄うことができるようになるため、上記交流電源よりＡＣ−ＤＣ変換回路２及び上記整流回路３を経て供給すべき電流は、残りの１Ｃに相当する分でよいことになる。

このように、本発明の急速充電装置によれば、充電対象バッテリー６の急速充電を行う場合であっても、上記交流電源よりＡＣ−ＤＣ変換回路２及び上記整流回路３を経て出力させることが必要とされる電流は、上記充電対象バッテリー６の定格電流（１Ｃ）に相当する電流とすることができる。更に、上記充電装置内部バッテリー７を予め充電する際にも、上記交流電源よりＡＣ−ＤＣ変換回路２及び上記整流回路３を経て出力させることが必要とされる電流は、上記充電対象バッテリー６の定格電流（１Ｃ）に相当する電流とさせることができる。

したがって、上記交流電源より受電すべき電気容量を小さくすることができるため、たとえば、アンペアブレーカーの容量のような受電する設備の制約を受け難くすることができる。このため、アンペアブレーカーをより大きな容量のものに取り替える等の手間や費用が嵩む設備側の変更を回避することが可能になる。

更に、本発明の急速充電装置によれば、上記充電対象バッテリー６の急速充電に用いるための電力を、上記交流電源より、上記充電装置内部バッテリー７の充電時と、充電対象バッテリー６の急速充電時に分散させて供給させることができるようになるため、電力の負荷標準化を行う効果も期待できる。

次に、図３は本発明の実施の他の形態として、電源側と充電対象バッテリー６との間で双方向に充放電できるようにする場合の適用例を示すもので、以下のようにしてある。

すなわち、三相交流と直流を相互変換するための双方向ＡＣ−ＤＣ変換回路８と、ＤＣ昇降圧回路９とを備え、且つ該ＤＣ昇降圧回路９に、充電装置内部バッテリー７を接続し、更に、上記ＤＣ昇降圧回路９及び充電装置内部バッテリー７に、充電対象となるバッテリー（以下、充電対象バッテリーと云う）６を接続するためのバッテリー接続端子５を、並列に接続した構成とする。

４ａは上記双方向ＡＣ−ＤＣ変換回路８を交流電源としての三相交流電源（図示せず）に接続するための電源ケーブルである。

以上の構成としてある本実施の形態の急速充電装置を使用する場合は、図１（イ）（ロ）及び図２の実施の形態と同様に、充電対象バッテリー６に対して充電を行う必要がない状態のときに、予め、上記三相交流電源に電源ケーブル４ａを介して接続した双方向ＡＣ−ＤＣ変換回路８により三相交流を直流に変換した後、上記ＤＣ昇降圧回路９により所望の電圧に調整した直流電流を、上記充電装置内部バッテリー７に、該充電装置内部バッテリー７の定格電流（１Ｃ）に対応した電流として供給して、該充電装置内部バッテリー７を充電しておく。

その後、バッテリー接続端子５に接続してある充電対象バッテリー６の充電を行うときには、上記三相交流電源に電源ケーブル４ａを介して接続した双方向ＡＣ−ＤＣ変換回路８と、上記ＤＣ昇降圧回路９を経て供給される直流電流と、上記予め充電してある充電装置内部バッテリー７より出力される電流を足し合わせて、急速充電相当の電流、たとえば、上記充電対象バッテリー６の定格電流（１Ｃ）の２倍の電流（２Ｃ）として、充電対象バッテリー６へ供給する。これにより、上記充電対象バッテリー６の急速充電が行われるようになる。

この際、上記充電対象バッテリー６へ供給する２Ｃの電流のうち、１Ｃに相当する分は、上記充電装置内部バッテリー７より出力させる定格電流によって賄うことができるようになるため、上記交流電源より双方向ＡＣ−ＤＣ変換回路８及び上記ＤＣ昇降圧回路９を経て供給すべき電流は、残りの１Ｃに相当する分でよいことになる。

したがって、本実施の形態の急速充電装置によっても、上記図１（イ）（ロ）及び図２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

更に、本実施の形態の急速充電装置では、上記急速充電された充電対象バッテリー６や、上記充電装置内部バッテリー７に余剰の電力がある一方、上記三相交流電源に接続してある別の負荷で電力の需要がある場合は、上記充電対象バッテリー６や充電装置内部バッテリー７に蓄電されている電力を、上記ＤＣ昇降圧回路９と双方向ＡＣ−ＤＣ変換回路８を経て三相交流電源側へ供給するようにすると、上記三相交流電源に接続してある別の負荷に供給する電力の一部を、上記充電対象バッテリー６や、上記充電装置内部バッテリー７に蓄電されている電力で賄うことができる。

したがって、上記三相交流電源に接続してある別の負荷の電力需要が大きくなるときに、該別の負荷に供給する電力の一部を上記充電対象バッテリー６や充電装置内部バッテリー７に蓄電されている電力で賄うようにすることで、上記三相交流電源に接続してある別の負荷変動に対して電力の負荷標準化を図る効果も期待できる。

更に、上記充電対象バッテリー６や、上記充電装置内部バッテリー７を使用しない期間に、該各バッテリー６，７に蓄電されている余剰電力を有効に利用することができるようになるため、たとえば、電力の価格が安いときに上記充電対象バッテリー６及び充電装置内部バッテリー７の充電を行うようにすれば、上記三相交流電源に本実施の形態の急速充電装置を介して充電対象バッテリー６が接続してある系において、消費される電力のコストを削減する効果も期待できる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図１（イ）（ロ）及び図２の実施の形態におけるＡＣ−ＤＣ変換回路２と整流回路３は、それぞれＡＣ−ＤＣ変換機能と、整流機能を備えて、交流電源より供給される交流電流を、充電装置内部バッテリー７や充電対象バッテリー６の充電に適した直流電流に変換することができるようにしてあれば、上記ＡＣ−ＤＣ変換回路２と整流回路３の回路構成や形式は自在に選定すればよい。

図３の実施の形態における双方向ＡＣ−ＤＣ変換回路８とＤＣ昇降圧回路９は、それぞれ双方向ＡＣ−ＤＣ変換機能と、ＤＣ昇降圧機能を備えて、三相交流電源より供給される交流電流を、充電装置内部バッテリー７や充電対象バッテリー６の充電に適した直流電流に変換することができ、且つ上記充電装置内部バッテリー７や充電対象バッテリー６より供給される直流電流を、必要に応じて上記三相交流電源へ出力可能な三相交流電流に変換できるようにしてあれば、上記双方向ＡＣ−ＤＣ変換回路８とＤＣ昇降圧回路９は、それぞれ図示した以外の回路構成としてもよい。

充電装置内部バッテリー７は、交流電源や三相交流電源より供給される交流電流より変換しながら供給することが可能な直流電流により充電することができ、且つ充電対象バッテリー６の急速充電を行う場合に必要とされる電流と、上記交流電源や三相交流電源より供給される交流電流よりリアルタイムに変換しながら供給することが可能な直流電流との差分に対応した定格電流を備えるようにしてあれば、該充電装置内部バッテリー７の定格電流は、上記充電対象バッテリー６の定格電流（１Ｃ）以外であってもよい。

本発明の急速充電装置及び該急速充電装置の使用方法は、急速充電が望まれるバッテリーを使用する技術分野であれば、車両用のバッテリーや、ＵＰＳのバッテリー等、いかなる機械装置のバッテリーの急速充電システムに適用してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

２ＡＣ−ＤＣ変換回路（回路）
３整流回路（回路）
５バッテリー接続端子
６充電対象バッテリー
７充電装置内部バッテリー
８双方向ＡＣ−ＤＣ変換回路（回路）
９ＤＣ昇降圧回路（回路）

Claims

交流電源より供給される交流電流と直流電流を双方向に変換するための回路の下流側に充電装置内部バッテリーを接続し、且つ上記回路及び充電装置内部バッテリーに、充電対象となるバッテリーを接続するためのバッテリー接続端子を並列に接続してなり、上記充電対象となるバッテリーに充電を行わないときに予め充電した上記充電装置内部バッテリーより出力される直流電流と、上記交流電源より上記回路を経て出力される直流電流を足して、上記バッテリー接続端子に接続した充電対象バッテリーへ、急速充電相当の電流として供給できるようにした構成を有することを特徴とする急速充電装置。
交流電源より供給される交流電流を直流電流に変換するための回路の下流側に充電装置内部バッテリーを接続し、且つ上記回路及び充電装置内部バッテリーに、充電対象となるバッテリーを接続するためのバッテリー接続端子を並列に接続してなり、上記充電対象となるバッテリーに充電を行わないときに予め充電した上記充電装置内部バッテリーより出力される直流電流と、上記交流電源より上記回路を経て出力される直流電流を足して、上記バッテリー接続端子に接続した充電対象バッテリーへ、急速充電相当の電流として供給できるようにした構成を有することを特徴とする急速充電装置。
交流電源より供給される交流電流と直流電流を双方向に変換するための回路の下流側に充電装置内部バッテリーを接続し、且つ上記回路及び充電装置内部バッテリーに、充電対象となるバッテリーを接続するためのバッテリー接続端子を並列に接続してなる構成を有する急速充電装置を用いて、上記バッテリー接続端子に接続した充電対象バッテリーの充電を行うときは、該充電対象バッテリーに充電を行わないときに予め充電した上記充電装置内部バッテリーより出力される直流電流と、上記交流電源より上記回路を経て出力される直流電流を足した急速充電相当の電流による上記充電対象バッテリーの急速充電を行うようにし、更に、上記交流電源に接続した別の負荷の電力需要が大きくなるときに、該別の負荷に供給する電力の一部を、上記充電対象バッテリーや充電装置内部バッテリーに蓄電されている電力を上記回路を経て交流電源側へ出力させる電力で賄うようにすることを特徴とする急速充電装置の使用方法。