JP2013251961A - Electric charging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換器を用いて二次電池(バッテリー)等の蓄電装置を充電する充電装置に関するものである。 The present invention relates to a charging device that charges a power storage device such as a secondary battery (battery) using a power converter.
モータにより駆動される電気自動車やハイブリッド自動車は、電源として蓄電装置を備えている。蓄電装置の電力は車両の走行に伴って消費されるため、外部から蓄電装置を充電する必要がある。
このため、通常は、蓄電装置が過放電によって走行不能になる前に、車両を近くの充電スタンド等の充電装置まで移動させて充電作業を行っている。しかし、車両が充電装置の近くに到達する前に走行不能になった場合、車両を牽引して移動させる等の面倒な措置が必要になる。
An electric vehicle or a hybrid vehicle driven by a motor includes a power storage device as a power source. Since the power of the power storage device is consumed as the vehicle travels, it is necessary to charge the power storage device from the outside.
For this reason, normally, before the power storage device becomes unable to travel due to overdischarge, the vehicle is moved to a nearby charging device such as a charging stand to perform a charging operation. However, if the vehicle becomes unable to travel before it reaches the vicinity of the charging device, troublesome measures such as towing and moving the vehicle are necessary.
そこで、例えば特許文献1には、2台の車両間でバッテリーを充電可能とした車載型双方向バッテリー充電装置が開示されている。
図5は、この従来技術を示す回路であり、100はバッテリーBAT1を備えた自車、200はバッテリーBAT2を備えた他車、300は充電ケーブルである。
また、自車100において、Q1,Q2は昇降圧チョッパを構成する半導体スイッチング素子、D1,D2は還流ダイオード、Lはチョークコイル、CSは電流センサ、S11,S12,S21,S22はコンタクタ、150は演算ユニット、CFは電流センサCSによる電流検出値、VF1,VF2は電圧検出値である。
Thus, for example,
FIG. 5 is a circuit showing this prior art, in which 100 is a vehicle equipped with a battery BAT1, 200 is another vehicle equipped with a battery BAT2, and 300 is a charging cable.
Further, in the
上記構成において、例えば、他車200のバッテリーBAT2が過放電状態であり、バッテリーBAT1の電圧がバッテリーBAT2の電圧よりも高い場合には、コンタクタS11,S12をオンして降圧動作用のスイッチング素子Q1をオンオフさせ、バッテリーBAT1の直流電力によりバッテリーBAT2を降圧充電する。
更に、バッテリーBAT2の電圧がバッテリーBAT1の電圧よりも高い場合には、コンタクタS21,S22をオンして昇圧動作用のスイッチング素子Q2をオンオフさせ、バッテリーBAT1の直流電力によりバッテリーBAT2を昇圧充電する。
In the above configuration, for example, when the battery BAT2 of the
Further, when the voltage of the battery BAT2 is higher than the voltage of the battery BAT1, the contactors S21 and S22 are turned on to turn on / off the switching element Q2 for boosting operation, and the battery BAT2 is boosted and charged by the DC power of the battery BAT1.
ここで、演算ユニット150には、電流検出値CF及び電圧検出値VF1,VF2が入力されており、電圧検出値VF1とVF2との差に応じてコンタクタS11,S12またはS21,S22をオンさせ、VF1またはVF2が設定値に達するまで定電圧、定電流充電を行うようにスイッチング素子Q1またはQ2を駆動している。
Here, the current detection value CF and the voltage detection values VF1, VF2 are input to the
さて、様々な仕様(定格電圧)の蓄電装置を充電するために定電流充電を行う充電装置では、充電される蓄電装置の仕様に適合した一定電流により充電するのが一般的である。
しかし、充電の進行に伴って放電側の蓄電装置のSOC(充電率または充電量)が低下し、出力電圧が低下してくると、充電側の蓄電装置が要求する充電電力を出力するため、放電側の蓄電装置の出力電流が増加する。そして、この出力電流が放電側の蓄電装置の制限値を超えてしまうと、もはや充電電流を供給できなくなり、充電の継続が不可能になってしまう。
前述した特許文献1には、上記の問題点やその解決策について、何ら言及されていない。
Now, in a charging device that performs constant current charging in order to charge power storage devices with various specifications (rated voltage), charging is generally performed with a constant current that conforms to the specifications of the power storage device to be charged.
However, as the charging progresses, the SOC (charge rate or amount of charge) of the discharge-side power storage device decreases, and when the output voltage decreases, the charging power required by the charge-side power storage device is output. The output current of the discharge-side power storage device increases. If the output current exceeds the limit value of the discharge-side power storage device, the charging current can no longer be supplied, and charging cannot be continued.
そこで、本発明の解決課題は、放電側の蓄電装置の出力電圧が低下した場合でも充電作業を継続可能とした充電装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a charging device that can continue the charging operation even when the output voltage of the discharge-side power storage device decreases.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、第1の蓄電装置の出力電圧及び出力電流を、半導体スイッチング素子を有する充電用電力変換器により所定の大きさの充電電圧及び充電電流に変換して第2の蓄電装置に供給することにより第2の蓄電装置を充電する充電装置において、
前記充電用電力変換器の電流制御系における第2の蓄電装置の充電電流指令値を、第1の蓄電装置の出力電流が出力電流制限値以下になるように調整する指令値調整手段を備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
Command value adjusting means for adjusting the charging current command value of the second power storage device in the current control system of the charging power converter so that the output current of the first power storage device is equal to or less than the output current limit value. Is.
なお、前記指令値調整手段としては、請求項2に記載するように第1の蓄電装置の出力電流が出力電流制限値未満の閾値を超えた時、または、請求項3に記載するように第1の蓄電装置の出力電圧が所定の閾値を超えて低下した時に、充電電流指令値を予め設定した量だけ低減させ、あるいは、請求項4や請求項5に記載するように第1の蓄電装置の出力電圧またはSOCに応じて予め設定された低減量に従って充電電流指令値を段階的に低減させることが望ましい。
The command value adjusting means may be configured such that when the output current of the first power storage device exceeds a threshold value less than the output current limit value as described in
また、請求項6に記載されているように、予め設定されている第1の蓄電装置の出力電流制限値と第1の蓄電装置の出力電圧及び第2の蓄電装置の充電電圧とから求めた充電電流制限値により、前記充電電流指令値を調整するようにしてもよい。
更に、前記指令値調整手段としては、請求項7に記載するように、第1の蓄電装置の出力電流制限値と出力電流検出値との偏差がゼロになるように調節演算する演算手段と、この演算手段の出力を制限する第2のリミッタと、第2のリミッタの出力を充電電流制限値として充電電流指令値を制限する第1のリミッタと、を備えたものであってもよい。
Further, as described in claim 6, it is obtained from the preset output current limit value of the first power storage device, the output voltage of the first power storage device, and the charge voltage of the second power storage device. The charge current command value may be adjusted according to a charge current limit value.
Further, as the command value adjusting means, as described in claim 7, arithmetic means for adjusting and calculating so that a deviation between the output current limit value of the first power storage device and the output current detection value becomes zero, There may be provided a second limiter for limiting the output of the calculation means and a first limiter for limiting the charging current command value using the output of the second limiter as the charging current limit value.
本発明によれば、放電側の蓄電装置のSOCひいては出力電圧が低下した場合でも、充電側の蓄電装置の充電電流指令値を低減させることによって充電電力を低減、言い換えれば放電側の蓄電装置の出力電流を低減させるため、充電作業を支障なく継続させることができる。 According to the present invention, even when the SOC of the discharge-side power storage device and thus the output voltage is reduced, the charging power is reduced by reducing the charge current command value of the charge-side power storage device, in other words, the discharge-side power storage device. Since the output current is reduced, the charging operation can be continued without any trouble.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は本発明の実施形態の全体構成図である。図1において、11は充電用電源となる放電側の蓄電装置、21は充電側の蓄電装置であり、これらの蓄電装置11,21は、例えば電気自動車に搭載されているものである。なお、蓄電装置11,21は、必ずしも車載のものでなくてもよく、何れか一方または両方が非車載の蓄電装置であってもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 is an overall configuration diagram of an embodiment of the present invention. In FIG. 1,
放電側の蓄電装置11の出力電流I1は充電用電力変換器40に入力され、その出力電流は充電電流I2として充電側の蓄電装置21に供給される。なお、V1は蓄電装置11の出力電圧、V2は蓄電装置22の充電電圧である。
Output current I 1 of the discharge-side
図2は、この実施形態の使用状態を示す説明図である。
図2において、EV1は充電用電源となる蓄電装置11が搭載された電気自動車、EV2は充電される蓄電装置21が搭載された電気自動車である。これらの電気自動車EV1,EV2は、充電コネクタ12,22、電源ケーブル31,32を介して充電用電力変換器40に接続される。
充電用電力変換器40は、電気自動車EV1またはEV2に搭載されていてもよいし、外部に設けられていてもよい。なお、電気自動車にはモータ駆動用のインバータが搭載されているので、このインバータを充電用電力変換器40として利用することが望ましい。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a use state of this embodiment.
In FIG. 2, EV1 is an electric vehicle equipped with a
ここで、充電用電力変換器40の構成は特に限定されず、充電側の蓄電装置21の定格電圧に応じた充電電圧V2を出力し、かつ、蓄電装置21に対する充電電流指令値I2 *に従って一定の充電電流I2を供給するように、半導体スイッチング素子を駆動するものであればよい。充電用電力変換器40としては、前述した特許文献1のように昇降圧チョッパを備えたものでもよいし、他の構成のものでもよい。
Here, the configuration of
図3は、充電用電力変換器40の半導体スイッチング素子を駆動する制御回路(図示せず)に設けられた電流制御系の構成図である。
図3において、充電側の蓄電装置21の仕様に基づく充電電流指令値I2 *はリミッタ51を介して減算手段52に図示の符号で入力され、この減算手段52には充電電流検出値I2が図示の符号で入力されている。ここで、リミッタ51は、充電電流指令値I2 *の上限値を充電電流制限値I2limitに制限するように動作する。
FIG. 3 is a configuration diagram of a current control system provided in a control circuit (not shown) for driving the semiconductor switching element of the
In FIG. 3, a charging current command value I 2 * based on the specification of the charging-side
減算手段52から出力される偏差(リミッタ51により大きさが制限された充電電流指令値I2 *と充電電流検出値I2との偏差)は電流調節手段53に入力されており、上記偏差をゼロにする調節動作により、充電用電力変換器40の半導体スイッチング素子を駆動するオンオフ信号を得るための電圧指令値V2 *が生成される。この電圧指令値V2 *に基づいて上記半導体スイッチング素子を駆動することにより、充電用電力変換器40の出力電圧V2が電圧指令値V2 *に一致するような制御が実行される。
ここで、リミッタ51は請求項における指令値調整手段を構成している。
The deviation output from the subtracting means 52 (deviation between the charging current command value I 2 * whose size is limited by the limiter 51 and the charging current detection value I 2 ) is input to the current adjusting means 53, and the deviation is calculated. The voltage command value V 2 * for obtaining an on / off signal for driving the semiconductor switching element of the
Here, the limiter 51 constitutes a command value adjusting means in the claims.
次に、請求項2〜6に記載した充電電流制限値I2limitの設定方法について具体的に説明する。
すなわち、蓄電装置11の出力電流I1が所定の閾値(蓄電装置11の出力電流制限値I1limit未満の値)を超えた場合に、あるいは、蓄電装置11の出力電圧V1が所定の閾値を超えて低下した場合に、充電電流指令値I2 *を予め設定した量(例えば、当初の充電電流指令値I2 *から20%あるいは10[A])だけ低減させればよい。
また、放電側の蓄電装置11の出力電圧V1やSOCに対する充電電流指令値I2 *の低減量マップを予め用意しておき、この低減量マップに基づき、出力電圧V1またはSOCに応じて充電電流指令値I2 *を低減させるような方法をとってもよい。
上記構成において、リミッタ51(充電電流制限値I2limit)を用いずに、充電電流指令値I2 *自体を調整することによっても、放電側の蓄電装置11の出力電流I1の増加を防ぐことができる。
また、蓄電装置11から出力される電力は蓄電装置21に充電される電力及び充電用電力変換器40の損失であることから、予め設定されている蓄電装置11の出力電流制限値I1limitと、蓄電装置11の出力電圧V1及び蓄電装置21の充電電圧V2とから、下記の数式により充電電流制限値I2limitを設定してもよい。
I2limit=I1limit×V1×K1/V2
なお、K1は充電用電力変換器40の効率であり、例えば0.9等の予め決められた値が用いられる。
Next, a method for setting the charging current limit value I 2limit described in
That is, when the output current I 1 of the
In addition, a reduction amount map of the charging current command value I 2 * with respect to the output voltage V 1 and SOC of the discharge-side
In the above configuration, an increase in the output current I 1 of the discharge-side
Further, since the power output from the
I 2limit = I 1limit × V 1 × K 1 / V 2
K 1 is the efficiency of the charging
上記のようにすれば、何れの場合にも、蓄電装置11の出力電流検出値I1が出力電流制限値I1limit以下となるように、充電電流制限値I2limitにより制限された充電電流指令値I2 *に従って蓄電装置21が充電される。これにより、蓄電装置21の充電電流I2が増加し続ける事態は回避できるので、仮に電源側の蓄電装置11の出力電圧V1が低下しても、蓄電装置11の出力電流I1が出力電流制限値I1limitを超えて増加するおそれはない。
According to the above, in any case, the charging current command value limited by the charging current limit value I 2limit so that the output current detection value I 1 of the
次に、請求項7に記載の方法について具体的に説明する。
図4は、図3と同様に充電用電力変換器40の半導体スイッチング素子を駆動する制御回路に設けられた電流制御系の構成図である。図4に示すように、リミッタ51における充電電流制限値I2limitを調整するための手段として、減算手段61、PI演算手段62及びリミッタ63が設けられる。
上記構成において、リミッタ51は請求項における第1のリミッタに相当し、リミッタ63は第2のリミッタに相当する。また、第1,第2のリミッタ51,63、減算手段61及びPI演算手段62は、請求項における指令値調整手段を構成している。
Next, the method according to claim 7 will be specifically described.
FIG. 4 is a configuration diagram of a current control system provided in a control circuit for driving the semiconductor switching element of the charging
In the above configuration, the limiter 51 corresponds to the first limiter in the claims, and the
ここでは、減算手段61により、放電側の蓄電装置11の出力電流制限値I1limitと出力電流検出値I1との偏差が求められ、この偏差はPI演算手段62に入力される。PI演算手段62では、入力された偏差をゼロにする比例・積分演算が行われ、その出力がリミッタ63により制限されて充電電流制限値I2limitとなる。
上記リミッタ63は、入力信号を0〜100%の範囲の任意の割合で制限する機能を備えている。
Here, the deviation between the output current limit value I 1limit of the discharge-side
The
図4の構成によれば、蓄電装置11の出力電流検出値I1が出力電流制限値I1limit以下の最大値となるよう制御され、その時の充電電流制限値I2limitにより制限された充電電流指令値I2 *に従って蓄電装置21が充電されることになる。
従って、蓄電装置11の出力電流が制限値I1limitを超えることはなく、前記同様に、蓄電装置11の出力電圧V1が低下した場合にも蓄電装置21を継続的に充電することが可能である。
According to the configuration of FIG. 4, the charging current command is controlled so that the output current detection value I 1 of the
Therefore, the output current of the
なお、以上の動作により充電電流指令値I2 *または充電電流制限値I2limitを調整した場合でも、何らかの理由によって蓄電装置11の出力電流I1が増加し続けるような場合には、非常時の保護動作として充電用電力変換器40の運転を停止することが望ましい。
Even when the charging current command value I 2 * or the charging current limit value I 2limit is adjusted by the above operation, the output current I 1 of the
本発明の充電装置は、電気自動車等に搭載された蓄電装置の間だけでなく、車載型、非車載型を問わず、二つの蓄電装置の間で一方の直流電力により他方を充電する用途全般に利用することができる。 The charging device of the present invention is used not only between power storage devices mounted on electric vehicles or the like, but also for all purposes of charging the other with one DC power between two power storage devices, whether in-vehicle type or non-in-vehicle type. Can be used.
EV1,EV2:電気自動車
11,21:蓄電装置
12,22:充電コネクタ
31,32:電源ケーブル
40:充電用電力変換器
51,63:リミッタ
52,61:減算手段
53:電流調節手段
62:PI演算手段
EV1, EV2:
Claims (7)
前記充電用電力変換器の電流制御系における第2の蓄電装置の充電電流指令値を、第1の蓄電装置の出力電流が出力電流制限値以下になるように調整する指令値調整手段を備えたことを特徴とする充電装置。 The output voltage and the output current of the first power storage device are converted into a charge voltage and a charge current of a predetermined magnitude by a charging power converter having a semiconductor switching element, and then supplied to the second power storage device. In the charging device for charging the power storage device,
Command value adjusting means for adjusting the charging current command value of the second power storage device in the current control system of the charging power converter so that the output current of the first power storage device is equal to or less than the output current limit value. A charging device characterized by that.
前記指令値調整手段は、第1の蓄電装置の出力電流が前記出力電流制限値未満の閾値を超えた時に、前記充電電流指令値を予め設定した量だけ低減させることを特徴とする充電装置。 The charging device according to claim 1,
The command value adjusting means reduces the charge current command value by a preset amount when the output current of the first power storage device exceeds a threshold value less than the output current limit value.
前記指令値調整手段は、第1の蓄電装置の出力電圧が所定の閾値を超えて低下した時に、前記充電電流指令値を予め設定した量だけ低減させることを特徴とする充電装置。 The charging device according to claim 1,
The command value adjusting means reduces the charge current command value by a preset amount when the output voltage of the first power storage device falls below a predetermined threshold.
前記指令値調整手段は、第1の蓄電装置の出力電圧に応じて予め設定された低減量に従って前記充電電流指令値を段階的に低減させることを特徴とする充電装置。 The charging device according to claim 1,
The charging device, wherein the command value adjusting means reduces the charging current command value in a stepwise manner according to a reduction amount set in advance according to the output voltage of the first power storage device.
前記指令値調整手段は、第1の蓄電装置の充電率または充電量に応じて予め設定された低減量に従って前記充電電流指令値を段階的に低減させることを特徴とする充電装置。 The charging device according to claim 1,
The charging device is characterized in that the command value adjusting means reduces the charging current command value in a stepwise manner in accordance with a reduction amount set in advance according to a charging rate or a charging amount of the first power storage device.
前記指令値調整手段は、予め設定されている第1の蓄電装置の出力電流制限値と第1の蓄電装置の出力電圧及び第2の蓄電装置の充電電圧とから求めた充電電流制限値により前記充電電流指令値を調整することを特徴とする充電装置。 The charging device according to claim 1,
The command value adjusting means is configured to calculate the command current based on a charge current limit value obtained from a preset output current limit value of the first power storage device, an output voltage of the first power storage device, and a charge voltage of the second power storage device. A charging device for adjusting a charging current command value.
前記指令値調整手段は、第1の蓄電装置の出力電流制限値と出力電流検出値との偏差がゼロになるように調節演算する演算手段と、この演算手段の出力を制限する第2のリミッタと、第2のリミッタの出力を充電電流制限値として前記充電電流指令値を制限する第1のリミッタと、を備えたことを特徴とする充電装置。 The charging device according to claim 1,
The command value adjusting means includes a calculating means for adjusting and calculating so that a deviation between the output current limit value of the first power storage device and the output current detection value becomes zero, and a second limiter for limiting the output of the calculating means. And a first limiter that limits the charge current command value using the output of the second limiter as the charge current limit value.
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