JP2014155420A

JP2014155420A - 車載電源装置および電気自動車

Info

Publication number: JP2014155420A
Application number: JP2013025909A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Sato; 暢晃佐藤; Toshiki Ishii; 敏揮石井; Satoshi Nakaya; 聡中屋; Hiroyuki Kyojo; 裕之京條
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2014-08-25
Anticipated expiration: 2033-02-13
Also published as: JP6065316B2

Abstract

【課題】交流充電口を介して商用交流電源から得られる電流の最大値を大きくすることができ、蓄電装置への充電時間の短縮することができる車載電源装置を提供すること。
【解決手段】車両２の外部にある電源から、交流充電口２０ａ、２０ｂを介して供給される交流の電気エネルギにより、蓄電装置１３を充電する車載電源装置であって、車両２が備える複数の交流充電口２０ａ、２０ｂと電気的に接続したＤＣ／ＤＣコンバータ１２ａ、１２ｂを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の外部にある電源から、車両が備える交流充電口を介して供給される交流の電気エネルギにより、車両に搭載した蓄電装置を充電する車載電源装置、および、車載電源装置を備える電気自動車に関する。

ＥＶ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）またはＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ−ｉｎＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）等の蓄電装置に蓄えた電気エネルギを駆動源として走行可能な車両は、商用交流電源から電源供給を行う充電ケーブルが接続される交流充電口を備える。従来、商用交流電源から交流の電気エネルギが供給を受ける交流充電口を１つのみ備える車両がある（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−１２６４４１号公報

ＥＶ、ＰＨＥＶなどの電気自動車においては、蓄電装置への充電が長時間となる問題がある。蓄電装置への充電時間を短縮させるためには、商用交流電源から供給される電気エネルギの電流値を増加させる必要がある。

しかし、１つの交流充電口を介して商用交流電源から得られる電流は、通常、法規等でその最大値（例えば、３０〜５０アンペア）が制限されている。すなわち、特許文献１のごとく交流充電口を１つのみ備える場合、蓄電装置への充電時間の短縮に限界があるという問題がある。

本発明の目的は、蓄電装置への充電時間の短縮することができる車載電源装置を提供することである。

本発明の車載電源装置は、車両の外部にある電源から、前記車両が備える交流充電口を介して供給される交流の電気エネルギにより、前記車両に搭載した蓄電装置を充電する車載電源装置であって、前記車両が備える複数の前記交流充電口と電気的に接続したＤＣ／ＤＣ変換装置を具備した構成を採る。

本発明によれば、車両が備える複数の交流充電口と電気的に接続したＤＣ／ＤＣ変換装置を具備することにより、交流充電口を介して商用交流電源から得られる電流の最大値を大きくするこが可能となり、蓄電装置への充電時間の短縮することができる。

本発明の実施の形態１に係る車載電源装置および周辺構成を説明する図本発明の実施の形態１に係る力率改善回路について説明する図本発明の実施の形態１に係る車載電源装置の変形例を説明する図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
＜車載電源装置の構成＞
本発明の実施の形態１に係る車載電源装置１および周辺構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る車載電源装置および周辺構成を説明する図である。また、図２は力率改善回路について説明する図である。

車載電源装置１は車両２に搭載される。車載電源装置１は、整流回路１０ａ、１０ｂ、力率改善回路１１ａ、１１ｂ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ａ、１２ｂ、蓄電装置１３、および、制御部１４を備える。整流回路１０ｂ、力率改善回路１１ｂ、および、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂは、整流回路１０ａ、力率改善回路１１ａ、および、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ａと同様の構成である。

車両２は、例えば、ＥＶまたはＰＨＥＶ等の蓄電装置に蓄電した電気エネルギを駆動源として走行可能な車両である。車載電源装置１は、車両２の外部にある車外電源装置３から、車両２が備える交流充電口（２０ａ、２０ｂ）を介して供給される交流の電気エネルギにより、車両２に搭載した蓄電装置１３を充電するものである。車両２と車外電源装置３とは、充電ケーブル（４ａ、４ｂ）を用いて電気的に接続される。

車外電源装置３は、交流の電気エネルギを供給する商用電源３０（車両の外部にある電源に相当）を備える。商用電源３０は、コネクタ３１ａ、３１ｂと電気的に接続されている。商用電源３０から供給される交流の電気エネルギは２本の導電線を１つの系統として車載電源装置１へ伝送される。以下、各部の構成について詳細に説明する。

整流回路１０ａは、ブリッジダイオードを備える。交流充電口２０ａを介して整流回路１０ａへ供給される交流の電気エネルギは、整流回路１０ａにより全波整流されて脈流に変換され力率改善回路１１ａへ出力される。

次に、力率改善回路１１ａについて詳細に説明する。力率改善回路１１ａは、整流回路１０ａを介して交流充電口２０ａから供給される交流の電気エネルギの力率改善を行うものである。交流充電口２０ａから供給された交流の電気エネルギは、整流回路１０ａと力率改善回路１１ａとを経由して直流の電気エネルギに変換される。

力率改善回路１１ａは、図２に示すように、チョークコイルＬ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、および、スイッチングトランジスタＱ１を備える。力率改善の動作は制御部１４により制御される。具体的には、制御部１４によりスイッチングトランジスタＱ１のオンまたはオフを制御することにより力率が改善される。力率改善回路は、車両２が備える複数の交流充電口（２０ａ、２０ｂ）のそれぞれに対応して、複数個（１１ａ、１１ｂ）備えられる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ａ（ＤＣ／ＤＣ変換装置に相当）は、制御部１４により制御され、力率改善回路によって力率が改善された電気エネルギの電圧および電流の少なくとも一方を変換する装置である。

制御部１４は、蓄電装置１３の状態に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１２ａの制御を行う。ＤＣ／ＤＣコンバータは、複数の力率改善回路（１１ａ、１１ｂ）のそれぞれに対応して、複数個備えられる。

蓄電装置１３は、例えば、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池など化学反応によって電気エネルギを蓄えるものである。蓄電装置１３に蓄積された電気エネルギは、図示しない電動モータへ供給されることで車両２の駆動に用いられる。

制御部１４は、上述のように力率改善回路１１ａ、および、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ａの制御を行う。また、制御部１４は充電プラグ４２ａ、４２ｂが、交流充電口２０ａ、２０ｂに挿入された否かを検出することも可能である。そのため、交流充電口２０ａ、２０ｂには図示しない挿抜検地用センサが備えられる。

また、制御部１４は、ＥＶＳＥ４１ａ、４１ｂと通信し、ＥＶＳＥ４１ａ、４１ｂが、正常に動作しているか否かの信号を受信することも可能である。

制御部１４は、例えば、マイコンなどの集積回路であるＬＳＩとして実現される。集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。

車両２は、車載電源装置１を搭載するとともに、そのボディに交流充電口２０ａ、および、２０ｂを備える。交流充電口２０ａ、２０ｂには、後述する充電ケーブル４ａ、４ｂが接続され、車外電源装置３から交流の電気エネルギの供給を受ける。

次に充電ケーブル（４ａ、４ｂ）について説明する。充電ケーブル４ａは、コネクタ４０ａ、ＥＶＳＥ４１ａ、および、充電プラグ４２ａを備える。なお、充電ケーブル４ｂは、充電ケーブル４ａと同様の構成である。以下、充電ケーブル４ａについて説明する。

コネクタ４０ａは、ＥＶＳＥ４１ａを介して充電プラグ４２ａと電気的に接続されている。コネクタ４０ａは、車外電源装置３が備えるコネクタ３１ａに電気的に接続して用いられる。また、充電プラグ４２ａは、車載電源装置１が備える交流充電口２０ａに電気的に接続して用いられる。

ＥＶＳＥ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅＳｕｐｐｌｙＥｑｕｉｐｍｅｎｔ）は、車外電源装置３と車載電源装置１とを連結する機器である。ＥＶＳＥは、漏電検出装置に相当する。

ＥＶＳＥ４１ａは、内部に図示しない診断部およびリレーを備える。診断部は、漏電等の異常を検出した場合、リレーを開状態にしてコネクタ４０ａから供給されている電気エネルギを、給電プラグ４２ａの側へ伝達させないように制御するとともに、異常がある旨を制御部１４へ通知する機能を有する。

また、診断部は、異常を検出しない場合は、リレーを閉状態にして、コネクタ４０ａから供給されている電気エネルギを、給電プラグ４２ａの側へ伝達させる。

＜車載電源装置の動作＞
次に、車載電源装置１の動作について詳細に説明する。

車載電源装置１が備える制御部１４は、交流充電口２０ａ、２０ｂに充電プラグ４２ａ、４２ｂが挿入されたことを検出したとき、充電プラグ４２ａ、４２ｂが挿入された交流充電口に対応する力率改善回路１１ａ、１１ｂが力率改善を行うように制御する。また、制御部１４は、力率改善を行うように制御する力率改善回路に対応するＤＣ／ＤＣコンバータ（１２ａ、１２ｂ）を動作させる。

制御部１４は、充電プラグが挿入されていない交流充電口に対応する力率改善回路を動作させないようにすることもできる。このとき、充電プラグが挿入されていない交流充電口に対応するＤＣ／ＤＣコンバータについても動作を停止させることができる。

例えば、交流充電口２０ａにのみ充電プラグ４２ａが挿入された場合は、制御部１４は、力率改善回路１１ａのみ力率改善を行うように制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ａのみ動作させる。

また、交流充電口２０ａ、および、２０ｂの両方に充電プラグ４２ａ、および、４２ｂが挿入された場合は、制御部１４は、力率改善回路１１ａと１１ｂとの両方において力率改善を行うように制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ａ、および１２ｂを動作させる。

なお、制御部１４は、交流充電口２０ａ、２０ｂに充電プラグ４２ａ、４２ｂが挿入されたことを検出し、かつ、ＥＶＳＥ４１ａ、４１ｂから正常である旨の信号を受信したとき、充電プラグ４２ａ、４２ｂが挿入された交流充電口２０ａ、２０ｂに対応する力率改善回路が力率改善を行うように制御するように制御してもよい。このとき、力率改善を行うように制御する力率改善回路に対応するＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる。

制御部１４は、充電プラグが挿入されていない交流充電口に対応する力率改善回路、もしくはＥＶＳＥ４１ａ、４１ｂから異常である旨の信号を受信した交流充電口に対応する力率改善回路を動作させないように制御することもできる。このとき、制御部１４は、動作させないように制御した力率改善回路に対応するＤＣ／ＤＣコンバータについても動作を停止させることができる。

＜本実施の形態の効果＞
本実施の形態によれば、本発明によれば、車両が備える複数の交流充電口と電気的に接続したＤＣ／ＤＣコンバータを備えることにより、交流充電口を介して商用交流電源から得られる電流の最大値を大きくするこが可能となり、蓄電装置への充電時間の短縮することができる。

さらに、複数の交流充電口のそれぞれに対応して力率改善回路を複数個備えることにより、交流充電口の数を増加させても蓄電装置への充電を確実に行うことができる。交流充電口の増加させることで、最大電流の値を増加させることは可能であるものの、複数系統の交流の電気エネルギが供給された場合、それぞれの交流の電気エネルギの位相が異なっており、単純に従来の車載電源装置と接続しても蓄電装置への充電を確実に行うことができない。そこで、力率改善回路を複数個備えることにより、交流充電口の数を増加させても蓄電装置への充電を確実に行うことができるという効果を奏する。

＜本実施の形態の変形例＞
なお、本実施の形態における力率改善回路は、力率を改善する機能を有する回路であれば上記回路以外の回路構成でも本発明に適用可能である。

また、本実施の形態では、車両２が２つの交流充電口を備える場合を記載したが、２つ以上であればよい。例えば、車両２が交流充電口を３つ備える場合は、力率改善回路も３つ備えることとなる。

また、本実施の形態では、整流回路および力率改善回路を用いて交流の電気エネルギを直流の電気エネルギへ変換することを記載したが、整流回路を省略し、力率改善回路のみで、交流の電気エネルギを直流の電気エネルギへ変換する機能を有するようにしてもよい。

また、本実施の形態の図１では複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備えることを説明したが、図３に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータを１つ（ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｃ）備え、複数の力率改善回路（１１ａ、１１ｂ）のそれぞれの出力がＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｃへ入力されるようにしてもよい。

図３においても図１と同様に、力率改善回路は交流充電口と同様の数だけ必要となるが、ＤＣ／ＤＣコンバータの個数を削減することができ、車載電源装置１を小型化することが可能となる。

本発明にかかる車載電源装置は、車両の外部にある電源から車両が備える交流充電口を介して供給される交流の電気エネルギにより、車両に搭載した蓄電装置を充電する車載電源装置、および、この車載電源装置を備える電気自動車等に好適である。

１車載電源装置
１０ａ、１０ｂ整流回路
１１ａ、１１ｂ力率改善回路
１２ａ、１２ｂ、１２ｃＤＣ／ＤＣコンバータ
１３蓄電装置
１４制御部
２車両
２０ａ、２０ｂ交流充電口
３車外電源装置
３０商用電源
３１ａ、３１ｂコネクタ
４ａ、４ｂ充電ケーブル
４０ａ、４０ｂコネクタ
４１ａ、４１ｂＥＶＳＥ
４２ａ、４２ｂ充電プラグ

Claims

車両の外部にある電源から、前記車両が備える交流充電口を介して供給される交流の電気エネルギにより、前記車両に搭載した蓄電装置を充電する車載電源装置であって、
前記車両が備える複数の前記交流充電口と電気的に接続したＤＣ／ＤＣ変換装置を具備した、
車載電源装置。
前記交流充電口から供給される交流の電気エネルギの力率改善を行う力率改善回路をさらに備え、
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記力率改善回路を介して前記車両が備える複数の前記交流充電口と電気的に接続され、前記力率改善回路によって力率が改善された電気エネルギの電圧および電流の少なくとも一方を変換し、
前記力率改善回路は、前記車両が備える複数の前記交流充電口のそれぞれに対応して、複数個備える、
請求項１記載の車載電源装置。
充電プラグが前記複数の交流充電口に挿入された否かを検出するとともに、前記力率改善回路が力率改善を行うか否かを制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記複数の交流充電口に前記充電プラグが挿入されたことを検出したとき、前記充電プラグが挿入された前記交流充電口に対応する前記力率改善回路が力率改善を行うように制御する、
請求項２記載の車載電源装置。
充電プラグが前記複数の交流充電口に挿入された否かを検出するとともに、前記力率改善回路が力率改善を行うか否かを制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記複数の交流充電口に前記充電プラグが挿入されたことを検出し、かつ、前記充電プラグと前記車両の外部にある電源との間に備えた漏電検出装置が正常である旨の信号を受信したとき、前記充電プラグが挿入された前記交流充電口に対応する前記力率改善回路が力率改善を行うように制御する、
請求項２記載の車載電源装置。
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置は、前記複数の力率改善回路のそれぞれに対応して、複数個備える、
請求項２から請求項４の何れかに記載の車載電源装置。
前記ＤＣ／ＤＣ変換装置を１つ備え、
前記複数の力率改善回路のそれぞれの出力が前記１つのＤＣ／ＤＣ変換装置へ入力される、
請求項２から請求項４の何れかに記載の車載電源装置。
ボディに前記複数の交流充電口を備えるとともに、
請求項１から請求項６の何れかに記載の車載電源装置を具備する電気自動車。