JP2012039822A

JP2012039822A - 急速充電装置

Info

Publication number: JP2012039822A
Application number: JP2010179674A
Authority: JP
Inventors: Shuji Naito; 修治内藤; Zenzo Yamaguchi; 善三山口; Michihiro Kishimoto; 道広岸元; Hideki Oyamada; 秀樹小山田
Original assignee: Nittetsu Elex Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Texeng Co Ltd
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2030-08-10
Also published as: JP5470193B2

Abstract

【課題】充電待ち時間の短縮化を図り、通常の事業所等で利用可能な商用電源を用いることができる急速充電装置を提供する。
【解決手段】商用電源１１から供給された電力を蓄えるバッファ用高速充電電池１７と、バッファ用高速充電電池１７に蓄えられた電力を供給して、車載二次電池３７〜４１を充電する充電電流制御部１８〜２２とが設けられた急速充電装置１０であって、充電のために車載二次電池３７〜４１に供給される電力の電流値及び電圧値の変化を表す充電パターンを記憶した統合充放電制御部４３を有し、統合充放電制御部４３は、充電パターンを参照して充電電流制御部１８〜２２から充電中の車載二次電池３７〜４１に供給されている電力の電流値を基に、充電中の車載二次電池３７〜４１の充電率が予め設定された充電終了値に達したのを検知したとき、充電電流制御部１８〜２２に車載二次電池３７〜４１の充電を終了させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、低電圧電力用の交流電源設備を利用して複数台の電気自動車の二次電池に同時に充電する急速充電装置に関する。

近年、地球温暖化対策のため２酸化炭素の排出量の削減が求められ、その一環として自動車産業においては電気自動車の開発が進められている。電気自動車には、充電して繰り返し使用可能な二次電池が搭載されており、電気自動車の普及のためには、二次電池の性能向上、価格低下等に加え、充電インフラ整備が重要である。
そして、電気自動車向けの充電インフラの普及と標準化のために日本国内においてＣＨＡｄｅＭＯ（「ＣＨＡｄｅＭＯ」は商標名）協議会が設立されている。ＣＨＡｄｅＭＯ協議会で推奨される急速充電方式（以下、「ＣＨＡｄｅＭＯプロトコル」という）は、全ての電気自動車にとって最適な充電方法を実現したもので、合理的な充電インフラ整備の普及に貢献するためのものである。既に国内の複数の自動車会社及び充電器メーカーがこの急速充電方式を採用し、国際標準化機関への提案も行われている。

ＣＨＡｄｅＭＯプロトコルの仕様は、ＣＨＡｄｅＭＯ協議会のホームページ等で公開されている資料から、最大出力５０ｋＷ、最大出力電圧５００Ｖ、最大出力電流１００Ａであり、５分の充電で４０ｋｍの走行、１０分の充電で６０ｋｍの走行ができるようにすることが目指されていることが考えられる。また、急速充電方式を採用した急速充電装置では３０分間で約８０％の充電が可能になるとされている。

しかしながら、ＣＨＡｄｅＭＯプロトコルの要件を満たしたとしても、数分間で完了するガソリン給油に比較して充電時間が長い点が課題である。
ここで、充電に３０分の時間を要する電気自動車が同時に２台来た場合について考えると、充電のための駐車スペースが１ヶ所しかなければ、一方の電気自動車は、他方の電気自動車の充電が終了した後に充電が開始されるので、充電が完了するまでには合計１時間も待つことになる。乗車して１時間も待つとなるとかなりの焦燥感が募る事態になることが想像される。

そこで、充電の際の待ち時間を短縮するための技術が提案されている。
特許文献１においては、複数台の二次電池（電気自動車）に対して同時に電力を供給できる充電装置の具体例が開示されている。
直流電源部には、複数の直流安定化電源回路が備えられており、個々の直流安定化電源回路からそれぞれ要求される供給電力に応じた出力を別々の回路で供給できるため、二次電池からの情報と、設定入力された情報に基づいて、複数の直流安定化電源回路の中から１個又は複数の直流安定化電源回路を選択して、複数台の二次電池に対して個別の回線を構成し並行して充電を行えるようにしている。

また、特許文献２においては、充電電流が定格容量の６０倍（充電レート：６０Ｃ）で急速充電することが可能な新電池の出現を受けて、この新電池をバッファとして用いる高速充電装置について記載されている。この高速充電装置では、家庭用の１００Ｖ、１５００Ｗの電源からバッファ用の新電池に対して０．１２５Ｃのレートで８時間の充電が行われ、この新電池から２Ｃのレートで電気自動車への充電が行われる。

特開２００８−１９９７５２号公報特開２００９−７７５５０号公報

しかしながら、特許文献１では、複数台の二次電池に対して充電を行うための交流電源として、通常の事業所で利用可能な３相２００V１００A程度の電源容量では、対応不可能であり、新たに電源用の幹線を施工することが必要で多大な設備投資を要する。従って、充電装置の設置スペースを低減する効果を除くと、基本的には複数台の充電装置を設置するのと変わらないことになる。

また、特許文献２では、バッファ用の新電池の状態によって電気自動車への充電をどのように制御するかについての記載がなく、バッファ用の新電池の状態に関わらず電気自動車への充電が行われる場合には、電気自動車への充電の途中でバッファ用の新電池が空状態になる等の問題が生じる。
また、電気自動車への充電によって、バッファ用の新電池が空状態になると、バッファ用の新電池の充電が完了するまでの間、電気自動車への充電が行えなくなるので充電待ちを解消するための対策にはならない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、充電待ち時間の短縮化を図り、通常の事業所等で利用可能な商用電源を用いることができる急速充電装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る急速充電装置は、商用電源（低電圧電力用の交流電源設備で、単相又は３相、１００／２００Ｖの交流電源）から供給され、交流から直流に変換された電力を電気自動車に搭載された車載二次電池を充電するために蓄えるバッファ用高速充電電池と、前記電気自動車に接続可能で、前記バッファ用高速充電電池に蓄えられた電力を供給して、接続されている前記電気自動車に搭載された車載二次電池を充電する充電電流制御部とが設けられた急速充電装置であって、前記充電電流制御部は複数あって、前記各充電電流制御部に対して、前記電気自動車への充電を開始させるか否かの制御をし、しかも充電のために前記電気自動車に供給される電力の電流値及び電圧値の変化を表す充電パターンを、該車載二次電池の異なる容量ごとに記憶した統合充放電制御部を有し、前記統合充放電制御部は、前記充電パターンを参照して前記充電電流制御部から充電中の前記車載二次電池に供給されている電力の電流値を基に、充電中の該車載二次電池の充電率が７０〜９０％の範囲で予め設定された充電終了値に達したのを検知したとき、前記充電電流制御部に前記車載二次電池への充電を終了させ、しかも、複数の前記充電電流制御部のいずれかに新たに前記電気自動車が接続されたときには、前記充電電流制御部を介して新たに接続された該電気自動車の前記車載二次電池の容量を受けて、前記充電パターンを基に新たに接続された該電気自動車の前記車載二次電池の充電率を０％から前記充電終了値にするのに必要な電力Ｐｆを算出すると共に、他の前記各充電電流制御部が充電中の前記車載二次電池に供給している電力の電流値を基に、複数の前記充電電流制御部が現在行っている充電を全て終了するまでに前記バッファ用高速充電電池から出力される予測消費電力を算出し、１）前記バッファ用高速充電電池に蓄えられている電力から前記予測消費電力を差し引いた電力Ｐｕが、前記電力Ｐｆ以上の場合には、新たに接続された前記電気自動車の前記車載二次電池への充電を前記充電電流制御部に行わせ、２）前記電力Ｐｕが前記電力Ｐｆ未満の場合には、新たに接続された前記電気自動車の前記車載二次電池への充電を前記充電電流制御部に行わせない。

第１の発明に係る急速充電装置において、前記充電電流制御部と前記電気自動車の間には、クロスバースイッチ接続回路が配置され、該クロスバースイッチ接続回路は、前記電気自動車の前記車載二次電池への充電を行っていない前記充電電流制御部がある場合には、新たにやってきた前記電気自動車を、充電を行っていない前記充電電流制御部に接続し、全ての前記充電電流制御部が充電を行っている場合には、該充電電流制御部のいずれかが充電を終了するのを待って、その充電が終了した前記充電電流制御部に新たにやってきた前記電気自動車を接続するのが好ましい。

第１の発明に係る急速充電装置において、前記充電電流制御部は、前記商用電源から供給され、交流から直流に変換された電力を、前記バッファ用高速充電電池に蓄えることなく直接前記電気自動車の前記車載二次電池に供給して充電することができるのが好ましい。

前記目的に沿う第２の発明に係る急速充電装置は、商用電源から供給され、交流から直流に変換された電力を電気自動車に搭載された車載二次電池を充電するために蓄えるバッファ用高速充電電池と、前記電気自動車に接続可能で、前記バッファ用高速充電電池に蓄えられた電力を供給して、接続されている前記電気自動車に搭載された車載二次電池を充電する充電電流制御部とが設けられた急速充電装置であって、前記充電電流制御部は複数あって、前記各充電電流制御部に対して、前記電気自動車への充電を開始させるか否かの制御をし、しかも該電気自動車の前記車載二次電池が充電される際の該車載二次電池の充電率の変化を表す充電率変化パターンと該車載二次電池の容量とを該車載二次電池の異なる容量ごとに記憶した統合充放電制御部を有し、前記統合充放電制御部は、前記充電電流制御部を介して、該充電電流制御部が充電中の前記電気自動車の前記車載二次電池の充電率を検知し、前記充電率変化パターンを参照して、充電中の該車載二次電池の充電率が７０〜９０％の範囲で予め設定された充電終了値に達したのを検知したとき、前記充電電流制御部に前記車載二次電池の充電を終了させ、しかも、複数の前記充電電流制御部のいずれかに新たに前記電気自動車が接続されたときには、前記充電電流制御部を介して新たに接続された該電気自動車の前記車載二次電池の容量及び現在の充電率を検出して、新たに接続された該電気自動車の前記車載二次電池を現在の充電率から前記充電終了値にするのに必要な電力Ｐｆ’を算出すると共に、他の前記各充電電流制御部が充電中の前記車載二次電池の容量及び現在の充電率を基に、複数の前記充電電流制御部が現在行っている充電を全て終了するまでに前記バッファ用高速充電電池から出力される予測消費電力を算出し、１）前記バッファ用高速充電電池に蓄えられている電力から前記予測消費電力を差し引いた電力Ｐｕ’が、前記電力Ｐｆ’以上の場合には、新たに接続された前記電気自動車の前記車載二次電池への充電を前記充電電流制御部に行わせ、２）前記電力Ｐｕ’が前記電力Ｐｆ’未満の場合には、新たに接続された前記電気自動車の前記車載二次電池への充電を前記充電電流制御部に行わせない。

第２の発明に係る急速充電装置において、前記充電電流制御部と前記電気自動車の間には、クロスバースイッチ接続回路が配置され、該クロスバースイッチ接続回路は、前記電気自動車の前記車載二次電池への充電を行っていない前記充電電流制御部がある場合には、新たにやってきた前記電気自動車を、充電を行っていない前記充電電流制御部に接続し、全ての前記充電電流制御部が充電を行っている場合には、該充電電流制御部のいずれかが充電を終了するのを待って、その充電が終了した前記充電電流制御部に新たにやってきた前記電気自動車を接続するのが好ましい。

第２の発明に係る急速充電装置において、前記充電電流制御部は、前記商用電源から供給され、交流から直流に変換された電力を、前記バッファ用高速充電電池に蓄えることなく直接前記電気自動車の前記車載二次電池に供給して充電することができるのが好ましい。

第１、第２の発明に係る急速充電装置は、バッファ用高速充電電池が、商用電源から供給され、交流から直流に変換された電力を電気自動車の車載二次電池を充電するために蓄えるので、通常の事業所で利用可能な電源を基に車載二次電池の充電を行うことができる。
また、統合充放電制御部が、充電パターンを参照して充電電流制御部から充電中の電気自動車の車載二次電池に供給されている電力の電流値を基に、充電中の車載二次電池の充電率が７０〜９０％の範囲で予め設定された充電終了値に達したのを検知したとき、充電電流制御部に車載二次電池の充電を終了させるので、車載二次電池への充電が非効率になる充電率１００％付近で充電を行わず、充電を効率的に行うことができる。これは、電気自動車に搭載される車載二次電池が一般的に充電率１００％付近で充電効率が落ちるためである。

第１の発明に係る急速充電装置は、複数の充電電流制御部のいずれかに新たに電気自動車が接続されたときには、統合充放電制御部が、充電電流制御部を介して新たに接続された電気自動車の車載二次電池の容量を受けて、充電パターンを基にその新たに接続された電気自動車の車載二次電池の充電率を０％から充電終了値にするのに必要な電力Ｐｆを算出すると共に、他の各充電電流制御部が充電中の車載二次電池に供給している電力の電流値を基に、複数の充電電流制御部が現在行っている充電を全て終了するまでにバッファ用高速充電電池から出力される予測消費電力を算出し、１）バッファ用高速充電電池に蓄えられている電力から予測消費電力を差し引いた電力Ｐｕが、電力Ｐｆ以上の場合には、新たに接続された電気自動車の車載二次電池への充電を充電電流制御部に行わせ、２）電力Ｐｕが電力Ｐｆ未満の場合には、新たに接続された電気自動車の車載二次電池への充電を充電電流制御部に行わせないので、車載二次電池への充電中にバッファ用高速充電電池に蓄えられている電力がなくなり充電中の車載二次電池の充電を途中で停止、又は終了するのを回避することができる。

第２の発明に係る急速充電装置は、複数の充電電流制御部のいずれかに新たに電気自動車が接続されたときには、充電電流制御部を介して新たに接続された電気自動車の車載二次電池の容量及び現在の充電率を検出して、その新たに接続された電気自動車の車載二次電池を現在の充電率から充電終了値にするのに必要な電力Ｐｆ’を算出すると共に、他の各充電電流制御部が充電中の車載二次電池の容量及び現在の充電率を基に、複数の充電電流制御部が現在行っている充電を全て終了するまでにバッファ用高速充電電池から出力される予測消費電力を算出し、１）バッファ用高速充電電池に蓄えられている電力から予測消費電力を差し引いた電力Ｐｕ’が、電力Ｐｆ’以上の場合には、新たに接続された電気自動車の車載二次電池への充電を充電電流制御部に行わせ、２）電力Ｐｕ’が電力Ｐｆ’未満の場合には、新たに接続された電気自動車の車載二次電池への充電を充電電流制御部に行わせないので、車載二次電池への充電中にバッファ用高速充電電池に蓄えられている電力がなくなり充電中の車載二次電池の充電を途中で停止、又は終了するのを回避することができる。

第１、第２の発明に係る急速充電装置において、充電電流制御部と電気自動車の間には、クロスバースイッチ接続回路が配置され、クロスバースイッチ接続回路は、電気自動車の車載二次電池への充電を行っていない充電電流制御部がある場合には、新たにやってきた電気自動車を、充電を行っていない充電電流制御部に接続し、全ての充電電流制御部が充電を行っている場合には、充電電流制御部のいずれかが充電を終了するのを待って、その充電が終了した充電電流制御部に新たにやってきた電気自動車を接続する場合、既に充電を行っている車載二次電池の充電を確実に終了した上で、新たにやってきた電気自動車の車載二次電池への充電を開始することができる。

第１、第２の発明に係る急速充電装置において、充電電流制御部が、商用電源から供給され、交流から直流に変換された電力を、バッファ用高速充電電池に蓄えることなく直接電気自動車の車載二次電池に供給して充電することができる場合、バッファ用高速充電電池に車載二次電池を充電するのに十分な電力が蓄えられていない状態でも、車載二次電池の充電を行うことが可能である。

本発明の一実施の形態に係る急速充電装置の構成図である。（Ａ）は、充電のために電気自動車に供給される電力の電流値及び電気自動車の充電率を示す説明図であり、（Ｂ）は電気自動車に供給される電力の電流値と電気自動車の充電率の関係を示す説明図である。ワイブル分布により電気自動車の充電率をシミュレーションした説明図である。ワイブル分布から発生させた乱数を用いて電気自動車の充電率をシミュレーションした説明図である。バッファ用高速充電電池に蓄えられている電力量の変化を示す説明図である。バッファ用高速充電電池に蓄えられている電力量の変化を示す説明図である。本発明の一実施の形態に係る急速充電装置の変形例の構成図である。同急速充電装置の他の変形例の構成図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る急速充電装置１０は、商用電源１１から供給され、交流から直流に変換された電力を電気自動車１２〜１６を充電するために蓄えるバッファ用高速充電電池１７と、電気自動車１２〜１６にそれぞれ接続可能で、バッファ用高速充電電池１７に蓄えられた電力を供給して、接続されている電気自動車１２〜１６の車載二次電池３７〜４１を充電する充電電流制御部１８〜２２とが設けられた急速充電装置１０である。

図１に示すように、商用電源１１は、１００／２００Ｖの一般的な事業所で利用可能な電源容量である。商用電源１１は、本実施の形態では３相２００Ｖ１００Ａであり、商用電源１１には、商用電源１１から供給される交流電力を直流電力に変換する充電制御部２４が電源線２５を介して接続されている。なお、３相２００Ｖは、ＣＨＡｄｅＭＯ協議会でも推奨されている電源容量である。
充電制御部２４には、最大で１２０Ａｈの電力を充電するバッファ用高速充電電池１７が、電源線２５ａ及び通信線２６を介して接続されている。通信線２６には、例えばＬＡＮ、ＲＳ２３２、ＲＳ４８５、ＲＳ４２２、ＧＰＩＢなどが考えられる。
充電制御部２４は、商用電源１１から供給された交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をバッファ用高速充電電池１７に供給してバッファ用高速充電電池１７を充電する。バッファ用高速充電電池１７は、例えば鉛二次電池、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池とマイクロプロセッサ等とを有し、充電制御部２４はバッファ用高速充電電池１７とのデータ通信によって、充電に最適な電圧値及び電流値によって電力を供給し、バッファ用高速充電電池１７を充電する。

バッファ用高速充電電池１７には、複数（本実施の形態では５つ）の充電電流制御部１８〜２２が電源線２５ｂ及び通信線２６ａによって接続されている。充電電流制御部１８（充電電流制御部１９〜２２についでも同じ）には、電気自動車１２（電気自動車１３〜１６についても同じ）が有する車側コネクタ２７に連結可能なコネクタ２８が接続されている。

電気自動車１２〜１６には、電気自動車１２〜１６の電気的な制御を行うＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）３２〜３６と、リチウムイオン二次電池からなる容量５０Ａｈの車載二次電池３７〜４１がそれぞれ搭載されている。
電気自動車１２（電気自動車１３〜１６についても同じ）の車側コネクタ２７がコネクタ２８に連結されることによって、ＥＣＵ３２はＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）４２を介して充電電流制御部１８との通信が可能になり、車載二次電池３７は電源線２５ｃを介して充電電流制御部１８から供給される直流電力を受け入れ可能な状態になる。充電電流制御部１８は、車載二次電池３７に対して、バッファ用高速充電電池１７に蓄えられた電力を供給することに加え、商用電源１１から供給され、充電制御部２４で交流から直流に変換された電力を直接供給することができる。なお、ＥＣＵ３２と車載二次電池３７は信号接続されている。

充電電流制御部１８〜２２には、通信線２６ａを介して統合充放電制御部４３が接続され、統合充放電制御部４３は、通信線２６ｂを介して充電制御部２４にも接続されている。統合充放電制御部４３は、通信線２６、充電制御部２４及び通信線２６ｂを介してバッファ用高速充電電池１７に蓄えられている電力量を検知でき、その電力量等を参照して充電電流制御部１８〜２２に、電気自動車に搭載されている車載二次電池への充電（以下、「電気自動車への充電」ともいう）を開始させるか否かの制御を行う。この統合充放電制御部４３による充電電流制御部１８〜２２の制御を行う目的の１つは、電気自動車に充電を行っている最中に、バッファ用高速充電電池１７に蓄えられている電力がなくなるのを回避することである。

統合充放電制御部４３は、メモリ４４を搭載しており、このメモリ４４に車載二次電池の異なる容量ごとに相異する充電パターンを記憶している。充電パターンは、車載二次電池を充電する際の電流値と電圧値の変化を表したものであり、入力デバイス（例えばキーボード）からの操作によりメモリ４４に予め設定することができる。
車載二次電池３７（車載二次電池３８〜４１についても同じ）の充電は、図２（Ａ）に示すように、車載二次電池として用いられる一般的なリチウムイオン二次電池と同様に、充電率が低い初期段階では定電流充電がなされ、車載二次電池３７の電圧が一定値（例えば４．１Ｖ）になると定電圧充電に移行する。図２（Ａ）では、１００Ａで維持されていた電流値が１００Ａ以下になる時点で定電流充電から定電圧充電に移行されている。

車載二次電池３７は、一般的なリチウムイオン二次電池と同様に、電流値が、初期段階の定電流充電で最大で、定電圧充電に移行した後に指数的に低下する。従って、充電率（ＳＯＣ）が０％の状態の車載二次電池３７を充電する場合、電流値は、充電開始後１５分間で最大となる。車載二次電池３７の充電率は、図２（Ｂ）に示すように、定電流充電のときに０〜５０％である。電流値は、定電圧充電となる充電率が５０〜１００％の間で充電率の上昇に対して一定の割合で減少する。
なお、充電率を示すＳＯＣは、ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅを短縮したものであり、本実施の形態では、充電電流制御部１８〜２２が車載二次電池３７〜４１に供給可能な最大電流値は１００Ａである。

図２（Ａ）において充電中の時間経過に伴う充電率の上昇変化に着目すると、充電率は０％から約８０％になるまで時間の経過と共に急激に上昇し、８０％付近から上昇率が徐々に緩やかになっている。そのため、車載二次電池３７（車載二次電池３８〜４１についても同じ）の充電においては、充電率が０％から８０％になるまでに約３０分かかるのに対し、８０％から１００％になるまでは約７０分の時間を要している。
従って、充電率が８０％を超えて充電時間に対する充電率の上昇率が低下する前に車載二次電池３７への充電を終了すれば、充電の効率化が図れ、充電に要する時間を短縮できることが分かる。

統合充放電制御部４３は、充電の効率化のため、充電率が７０〜９０％（本実施の形態では８０％）の範囲で予め設定された充電終了値に達したのを検知したとき、充電電流制御部１８〜２２に信号を送り車載二次電池３７〜４１の充電を強制的に終了させるようにしている。
統合充放電制御部４３は、充電電流制御部１８（充電電流制御部１９〜２２についても同じ）に電気自動車１２が接続されたとき、充電電流制御部１８を介して電気自動車１２の車載二次電池３７の容量を受けて、記憶している充電パターンの中からその検知した車載二次電池３７の容量に対応する充電パターンを特定する。

そして、充電電流制御部１８が車載二次電池３７に充電を開始した後、統合充放電制御部４３は、充電電流制御部１８が車載二次電池３７に供給している電力の電流値を充電電流制御部１８を介して検出する。
電気自動車１２の車載二次電池３７の充電率が８０％のとき、図２（Ｂ）に示すように、車載二次電池３７に供給される電力の電流値は特定の値Ｑ（本実施の形態ではＱは約３８Ａ）である。充電電流制御部１８は、電流値がＱになったのを検知したとき、充電電流制御部１８に充電を終了させることにより、車載二次電池３７の充電を充電率が約８０％になった状態で終了することができる。これにより、例えば充電率が０％の車載二次電池３７を充電するにあたって、充電率を１００％にする場合には約１００分かかった充電時間が約３０分になり、充電自体にかかる時間を短縮することができる。

次に、充電にやってきた電気自動車に、充電開始までに待ち時間が生じるか否かを調べるために行ったシミュレーション結果について説明する。
本シミュレーションは、車載二次電池の充電率が８０％に達したときに充電を終了する場合に、バッファ用高速充電電池に蓄えられている電力（Ａｈ）がどのように推移するかを示すものである。本シミュレーションでは、交流電源（商用電源）から供給される電力は、直接、電気自動車の充電に用いずに、全てをバッファ用高速充電電池の充電のために使用することとしている。そして、車載二次電池及びバッファ用高速充電電池には、それぞれ車載二次電池３７及びバッファ用高速充電電池１７をそれぞれ想定し、交流電源からバッファ用高速充電電池への充電レートを２Ｃとしてシミュレーションを行った。
また、本シミュレーションでは、以下の式１にα＝１．５、β＝２０を代入して得られるワイブル分布（図３参照）を基に発生させた乱数を、充電に来る電気自動車に搭載された車載二次電池の充電率としている。
ｆ（ｘ、α、β）＝（α／β^α）（ｘ^α―１）ｅｘｐ｛−（ｘ／β）^α｝ (式１)

式１において、ｆは確率密度を示し、ｘは充電率の値を示す。
ここで、式１のα及びβをα＝１．５、β＝２０としたのは、図３に示すように、充電に来る電気自動車は充電率が１０％程度の状態が最も多く、充電率が６０％を上回っていれば充電に来る電気自動車が極めて少なくなるという推定を基にしたためである。
図４に示された充電に来る電気自動車の充電率を表す模擬データは、図３に示すワイブル分布を基に乱数を発生させたものであり、この模擬データを用いて１２時間の営業時間中に２４台の電気自動車が充電に来る場合と、１２時間で３５台の電気自動車が充電に来る場合についてシミュレーションを行った結果を図５、図６にそれぞれ示す。

１２時間で２４台の電気自動車が来る場合のシミュレーション結果は、図５に示すように、バッファ用高速充電電池の最小の電力残量は３９Ａｈを少しきる程度であり、バッファ用高速充電電池に電気自動車を充電するための電力がなくなる状態にはならなかった。また、１２時間で３５台の電気自動車が来る場合についても、図６に示すように、バッファ用高速充電電池の最小の電力残量は１６Ａｈを僅かにきる程度であり、バッファ用高速充電電池に電力がなくなる状態にはならなかった。
従って、このシミュレーションでは、バッファ用高速充電電池の電力残量が無くなることはなく、充電にきた電気自動車が充電開始まで待たされることはないという結果になった。

しかし、仮に運悪く、車載二次電池の充電率が低い電気自動車が集中した場合には、バッファ用高速充電電池に蓄えられている電力が電気自動車への充電中になくなるという事態が生じ得る。そして、充電中にバッファ用高速充電電池の電力がなくなった場合、バッファ用高速充電電池からその電気自動車への充電を再開するためには、バッファ用高速充電電池に電力が蓄えられるのを待つ必要がある。

そこで急速充電装置１０では、バッファ用高速充電電池１７が車載二次電池への充電中に充電率０％になるのを回避するための制御を行っている。
統合充放電制御部４３は、充電電流制御部１８〜２２のいずれかに新たに電気自動車が接続されたとき、電気自動車が接続された充電電流制御部１８〜２２を介して、その新たに接続された電気自動車の車載二次電池の容量を検知する。統合充放電制御部４３は、この検知した車載二次電池の容量に対応する一の充電パターンを記憶している複数の充電パターンから特定し、その特定した充電パターンを基に、その新たに接続された電気自動車の車載二次電池を充電率０％から８０％（充電終了値）にするのに必要な電力Ｐｆを算出する。

以下の説明では、便宜上、電気自動車１２〜１５が充電電流制御部１８〜２１にそれぞれ接続され、電気自動車１６が充電電流制御部２２に新たに接続される場合について記載する（図１参照）。そして、車載二次電池３７には商用電源１１で直流に変換された電力が直接、充電電流制御部１８を介して供給され、車載二次電池３８〜４０にはそれぞれ充電電流制御部１９〜２１を介してバッファ用高速充電電池１７に蓄えられている電力が供給されていることとする。

統合充放電制御部４３は、新たに電気自動車１６が接続された充電電流制御部２２以外の他の充電電流制御部１８〜２１が、バッファ用高速充電電池１７から充電中の車載二次電池３８〜４０に供給している電力の電流値を基に、充電電流制御部１８〜２１が現在行っている充電を全て終了するまでにバッファ用高速充電電池１７から出力される予測消費電力を算出する。

次に、統合充放電制御部４３は、バッファ用高速充電電池１７に蓄えられている現在の電力から予測消費電力を差し引いた電力Ｐｕを算出し、電力Ｐｆと電力Ｐｕの値の大小関係により、
１）電力Ｐｕが電力Ｐｆ以上（Ｐｕ≧Ｐｆ）の場合、新たに接続された電気自動車１６の車載二次電池４１への充電を充電電流制御部２２に行わせ、
２）電力Ｐｕが電力Ｐｆ未満（Ｐｕ＜Ｐｆ）の場合には、新たに接続された電気自動車１６の車載二次電池４１への充電を充電電流制御部２２に行わせないという制御をする。

ここで、図２（Ａ）に示すように、車載二次電池３８（車載二次電池３９、４０についても同じ）の充電率が低く定電流充電が行われているとき、充電電流制御部１９から車載二次電池３８に供給される電力の電流値を基にして、その車載二次電池３８の充電を終了するまでに必要な電力を特定することはできない。従って、統合充放電制御部４３は、充電電流制御部１９〜２１が定電流充電を行っているのを検知したとき、車載二次電池３８〜４０の充電率が０％である場合に充電に必要な電力値の合計を、予測消費電力の算出のために用いる。
一方、統合充放電制御部４３は、定電圧充電が行われているのを検知したとき、車載二次電池３８〜４０に供給している電流値から、車載二次電池３８〜４０の充電を終了するまでに必要な電力をそれぞれ算出して、この算出した各電力を合計して予想消費電力を導出する。

急速充電装置１０では、統合充放電制御部４３が車載二次電池の容量ごとの充電パターンを記憶していたが、車載二次電池を充電する際の車載二次電池の充電率の変化を表す充電率変化パターンを記憶した統合充放電制御部４３ａを設けることもできる。
統合充放電制御部４３ａを有する、図７に示す急速充電装置１０ａは、充電中の車載二次電池に供給している電力の電流値を基準にする代わりに、充電中の車載二次電池の充電率を基準に車載二次電池への充電終了のタイミングを検知する。また、急速充電装置１０ａは、新たに接続された電気自動車に搭載されている車載二次電池の容量と充電率を電気自動車から受けて、車載二次電池を現在の充電率から８０％の充電率にするのに必要な電力を算出することができる。
以下、急速充電装置１０ａについて説明する。なお、急速充電装置１０と同一の構成要素については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

統合充放電制御部４３ａに搭載されているメモリ４４ａには、車載二次電池の異なる容量ごとに相異する充電率変化パターンが記憶されている。充電率変化パターンは、車載二次電池を充電する際にその充電中の車載二次電池の充電率の変化を表したものであり、例えば入力デバイス（例えばキーボード）からの操作によりメモリ４４ａに予め設定することができる。

急速充電装置１０ａに設けられた充電電流制御部１８ａ〜２２ａは、それぞれ充電電流制御部１８ａ〜２２ａに接続される電気自動車１２〜１６からＣＡＮ４２を介して電気自動車１２〜１６にそれぞれ搭載されている車載二次電池３７〜４１の充電率を検知することができる。
統合充放電制御部４３ａは、充電電流制御部１８ａ〜２２ａを介してそれぞれ電気自動車１２〜１６の充電率を検出し、電気自動車１２〜１６の充電率が８０％（充電終了値）になったのを検知したとき、電気自動車１２〜１６への充電を終了する。

また、車載二次電池３７（車載二次電池３８〜４１についても同じ）の充電率は、図２（Ａ）に示すように、電流値と異なり充電中は１００％になるまで増加を続け、一定の値を維持することはないので、当然ながら一の充電率の値から充電率を８０％にするまでに必要な電力を算出可能である。
そして、統合充放電制御部４３ａは、電気自動車１２（電気自動車１３〜１６についても同じ）の最大蓄積電力を０．８倍することによって、充電率０％の電気自動車１２を充電率８０％にするのに必要な電力量を算出することが可能である。

統合充放電制御部４３ａは、充電電流制御部１８ａ〜２２ａのいずれかに新たに電気自動車が接続されたときには、その新たに接続された電気自動車の車載二次電池の容量及び現在の充電率を検出して、記憶している充電率変化パターン及びその検出した車載二次電池の容量を基にその新たに接続された電気自動車の車載二次電池の充電率を現在の充電率から８０％（充電終了値）にするのに必要な電力Ｐｆ’を算出する。
以下に、電気自動車１２〜１５が充電電流制御部１８ａ〜２１ａにそれぞれ接続され、電気自動車１６が充電電流制御部２２ａに新たに接続される場合における統合充放電制御部４３ａが行う充電電流制御部２２ａの制御を説明する。ここで、電気自動車１２には商用電源１１で直流に変換された電力が直接、充電電流制御部１８ａを介して供給され、電気自動車１３〜１５にはそれぞれ充電電流制御部１９ａ〜２１ａを介してバッファ用高速充電電池１７に蓄えられている電力が供給されていることとする。

統合充放電制御部４３ａは、新たに電気自動車１６が接続された充電電流制御部２２ａ以外でバッファ用高速充電電池１７の電力を使用している他の充電電流制御部１９ａ〜２１ａが現在行っている充電を全て終了するまでにバッファ用高速充電電池１７から出力される予測消費電力を算出する。予測消費電力は、充電電流制御部１９ａ〜２１ａによって充電されている車載二次電池３８〜４０のそれぞれについて、現在の充電率と容量を基にして充電率を８０％にするのに必要な電力を算出し、これらを合算することで求めることができる。

次に、統合充放電制御部４３ａは、バッファ用高速充電電池１７に蓄えられている電力から予測消費電力を差し引いた電力Ｐｕ’を算出し、電力Ｐｆ’と電力Ｐｕ’の値の大小関係により、
１）電力Ｐｕ’が電力Ｐｆ’以上（Ｐｕ’≧Ｐｆ’）の場合、新たに接続された電気自動車１６の車載二次電池４１への充電を充電電流制御部２２ａに行わせ、
２）電力Ｐｕ’が電力Ｐｆ’未満（Ｐｕ’＜Ｐｆ’）の場合には、新たに接続された電気自動車１６の車載二次電池４１への充電を充電電流制御部２２ａに行わせないという制御をする。

また、急速充電装置１０（急速充電装置１０ａについても同じ）では、充電電流制御部１８〜２２と同数のコネクタ２８が設けられていたが、充電電流制御部の数を減少させるために充電電流制御部とコネクタの間、即ち充電電流制御部と電気自動車の間に、クロスバースイッチ接続回路４６を配置することもできる。クロスバースイッチ接続回路４６が設けられた急速充電装置１０ｂについて以下に説明する。なお、急速充電装置１０、１０ａと同一の構成要素については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

急速充電装置１０ｂは、図８に示すようにクロスバースイッチ接続回路４６の回路接続を制御する統合充放電制御部４３ｂと複数の（本実施の形態では３つ）の充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂを備えている。
クロスバースイッチ接続回路４６には、充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂの数より多い複数（本実施の形態では５つ）のコネクタ２８が電源線２５ｃ及びＣＡＮ４２を介して連結されており、統合充放電制御部４３ｂは、必要に応じて充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂとコネクタ２８を接続する。なお、ここでいう充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂとコネクタ２８の接続とはＣＡＮ４２と電源線２５ｃの両方を接続することを意味する。

クロスバースイッチ接続回路４６は、統合充放電制御部４３ｂから通信線２６ａを介して信号が送られると、車載二次電池への充電を行っていない充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂがある場合には、充電のために新たに急速充電装置１０ｂの設置場所にやってきた電気自動車を、充電を行っていない充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂに接続（ＣＡＮ４２と電源線２５の両方を接続）する。
一方、全ての充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂが車載二次電池に対して充電を行っている場合には、充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂのいずれかが充電を終了するのを待って、その充電が終了した充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂに新たにやってきた電気自動車を接続する。

統合充放電制御部４３ｂは、充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂがそれぞれ車載二次電池３７〜３９に充電中で、一のコネクタ２８に連結された電気自動車１５が充電待ち状態のときに、更に電気自動車１６が充電のため他のコネクタ２８に連結される場合には、電気自動車１５、１６のコネクタ２８への連結順を記憶し、コネクタ２８に連結された順番で電気自動車１５の車載二次電池４０と電気自動車１６の車載二次電池４１への充電が開始されるようにクロスバースイッチ接続回路４６を作動する。
例えば、充電電流制御部１８ｂが充電を終了した場合、統合充放電制御部４３ｂは、クロスバースイッチ接続回路４６を作動して、充電電流制御部１８ｂを電気自動車１５が連結されているコネクタ２８に接続する。そして、統合充放電制御部４３ｂは、次に充電を終了した充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂを、電気自動車１６が連結されているコネクタ２８に接続する。

クロスバースイッチ接続回路４６は、クロスバースイッチ接続回路４６の充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂと複数のコネクタ２８の接続状態に関係なく、いずれのコネクタ２８に電気自動車が連結されたても、統合充放電制御部４３ｂがその連結を検知できるような配線を有している。
なお、統合充放電制御部４３ｂの充電電流制御部１８ｂ〜２０ｂに対する電気自動車の充電制御は、前述した統合充放電制御部４３、４３ａのいずれかを用いることが可能であり、統合充放電制御部４３ｂは、１）充電パターン、あるいは、２）充電率変化パターンと車載二次電池の容量のいずれかが記憶されたメモリ４４ｂが搭載されている。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、バッファ用高速充電電池に充電可能な最大の電力量は、１２０Ａｈに限定されず、急速充電装置の設置場所に充電に来ることが予想される電気自動車の数等に応じて最適な容量にすることができる。
また、急速充電装置に設けられる充電電流制御部の数は５つに限定されず、急速充電装置の設置場所に充電に来る電気自動車の数等に応じて適切な数にすることができる。

１０、１０ａ、１０ｂ：急速充電装置、１１：商用電源、１２〜１６：電気自動車、１７：バッファ用高速充電電池、１８、１８ａ、１８ｂ、１９、１９ａ、１９ｂ、２０、２０ａ、２０ｂ、２１、２１ａ、２２、２２ａ：充電電流制御部、２４：充電制御部、２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ：電源線、２６、２６ａ、２６ｂ：通信線、２７：車側コネクタ、２８：コネクタ、３２〜３６：ＥＣＵ、３７〜４１：車載二次電池、４２：ＣＡＮ、４３、４３ａ、４３ｂ：統合充放電制御部、４４、４４ａ、４４ｂ：メモリ、４６：クロスバースイッチ接続回路

Claims

商用電源から供給され、交流から直流に変換された電力を電気自動車を充電するために蓄えるバッファ用高速充電電池と、前記電気自動車に接続可能で、前記バッファ用高速充電電池に蓄えられた電力を供給して、接続されている前記電気自動車に搭載された車載二次電池を充電する充電電流制御部とが設けられた急速充電装置であって、
前記充電電流制御部は複数あって、前記各充電電流制御部に対して、前記電気自動車への充電を開始させるか否かの制御をし、しかも充電のために前記電気自動車に供給される電力の電流値及び電圧値の変化を表す充電パターンを、該車載二次電池の異なる容量ごとに記憶した統合充放電制御部を有し、
前記統合充放電制御部は、前記充電パターンを参照して前記充電電流制御部から充電中の前記車載二次電池に供給されている電力の電流値を基に、充電中の該車載二次電池の充電率が７０〜９０％の範囲で予め設定された充電終了値に達したのを検知したとき、前記充電電流制御部に前記車載二次電池の充電を終了させ、しかも、複数の前記充電電流制御部のいずれかに新たに前記電気自動車が接続されたときには、前記充電電流制御部を介して新たに接続された該電気自動車の前記車載二次電池の容量を受けて、前記充電パターンを基に新たに接続された該電気自動車の前記車載二次電池の充電率を０％から前記充電終了値にするのに必要な電力Ｐｆを算出すると共に、他の前記各充電電流制御部が充電中の前記車載二次電池に供給している電力の電流値を基に、複数の前記充電電流制御部が現在行っている充電を全て終了するまでに前記バッファ用高速充電電池から出力される予測消費電力を算出し、
１）前記バッファ用高速充電電池に蓄えられている電力から前記予測消費電力を差し引いた電力Ｐｕが、前記電力Ｐｆ以上の場合には、新たに接続された前記電気自動車の前記車載二次電池への充電を前記充電電流制御部に行わせ、
２）前記電力Ｐｕが前記電力Ｐｆ未満の場合には、新たに接続された前記電気自動車の前記車載二次電池への充電を前記充電電流制御部に行わせないことを特徴とする急速充電装置。
請求項１記載の急速充電装置において、前記充電電流制御部と前記電気自動車の間には、クロスバースイッチ接続回路が配置され、該クロスバースイッチ接続回路は、前記電気自動車の前記車載二次電池への充電を行っていない前記充電電流制御部がある場合には、新たにやってきた前記電気自動車を、充電を行っていない前記充電電流制御部に接続し、全ての前記充電電流制御部が充電を行っている場合には、該充電電流制御部のいずれかが充電を終了するのを待って、その充電が終了した前記充電電流制御部に新たにやってきた前記電気自動車を接続することを特徴とする急速充電装置。
請求項１又は２記載の急速充電装置において、前記充電電流制御部は、前記商用電源から供給され、交流から直流に変換された電力を、前記バッファ用高速充電電池に蓄えることなく直接前記電気自動車の前記車載二次電池に供給して充電することができることを特徴とする急速充電装置。
商用電源から供給され、交流から直流に変換された電力を電気自動車を充電するために蓄えるバッファ用高速充電電池と、前記電気自動車に接続可能で、前記バッファ用高速充電電池に蓄えられた電力を供給して、接続されている前記電気自動車に搭載された車載二次電池を充電する充電電流制御部とが設けられた急速充電装置であって、
前記充電電流制御部は複数あって、前記各充電電流制御部に対して、前記電気自動車への充電を開始させるか否かの制御をし、しかも該電気自動車の前記車載二次電池が充電される際の該車載二次電池の充電率の変化を表す充電率変化パターンと該車載二次電池の容量とを該車載二次電池の異なる容量ごとに記憶した統合充放電制御部を有し、
前記統合充放電制御部は、前記充電電流制御部を介して、該充電電流制御部が充電中の前記電気自動車の前記車載二次電池の充電率を検知し、前記充電率変化パターンを参照して、充電中の該車載二次電池の充電率が７０〜９０％の範囲で予め設定された充電終了値に達したのを検知したとき、前記充電電流制御部に前記車載二次電池の充電を終了させ、しかも、複数の前記充電電流制御部のいずれかに新たに前記電気自動車が接続されたときには、前記充電電流制御部を介して新たに接続された該電気自動車の前記車載二次電池の容量及び現在の充電率を検出して、新たに接続された該電気自動車の前記車載二次電池を現在の充電率から前記充電終了値にするのに必要な電力Ｐｆ’を算出すると共に、他の前記各充電電流制御部が充電中の前記車載二次電池の容量及び現在の充電率を基に、複数の前記充電電流制御部が現在行っている充電を全て終了するまでに前記バッファ用高速充電電池から出力される予測消費電力を算出し、
１）前記バッファ用高速充電電池に蓄えられている電力から前記予測消費電力を差し引いた電力Ｐｕ’が、前記電力Ｐｆ’以上の場合には、新たに接続された前記電気自動車の前記車載二次電池への充電を前記充電電流制御部に行わせ、
２）前記電力Ｐｕ’が前記電力Ｐｆ’未満の場合には、新たに接続された前記電気自動車の前記車載二次電池への充電を前記充電電流制御部に行わせないことを特徴とする急速充電装置。
請求項４記載の急速充電装置において、前記充電電流制御部と前記電気自動車の間には、クロスバースイッチ接続回路が配置され、該クロスバースイッチ接続回路は、前記電気自動車の前記車載二次電池への充電を行っていない前記充電電流制御部がある場合には、新たにやってきた前記電気自動車を、充電を行っていない前記充電電流制御部に接続し、全ての前記充電電流制御部が充電を行っている場合には、該充電電流制御部のいずれかが充電を終了するのを待って、その充電が終了した前記充電電流制御部に新たにやってきた前記電気自動車を接続することを特徴とする急速充電装置。
請求項４又は５記載の急速充電装置において、前記充電電流制御部は、前記商用電源から供給され、交流から直流に変換された電力を、前記バッファ用高速充電電池に蓄えることなく直接前記電気自動車の前記車載二次電池に供給して充電することができることを特徴とする急速充電装置。