JP2015208132A

JP2015208132A - 電気自動車用充放電装置

Info

Publication number: JP2015208132A
Application number: JP2014087717A
Authority: JP
Inventors: 私市　広康; Hiroyasu Shiichi; 広康私市
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2034-04-21
Also published as: JP6038069B2

Abstract

【課題】停電時において内蔵の蓄電池の電力を利用可能な電気自動車用充放電装置を得ること。【解決手段】電気自動車１のリチウム電池１ａに充電を行い、リチウム電池１ａに蓄えられた直流電力を交流電力に変換して住宅３内に供給する電気自動車用充放電装置２であって、商用電力系統６から電力の供給を受けて充電し、電気自動車１と接続せず商用電力系統６から電力を供給されていない場合に、電気自動車用充放電装置２を起動可能なバックアップ用蓄電池２ｄと、バックアップ用蓄電池２ｄの電力を用いて直流電圧を生成する制御電源生成回路２ｅと、直流電圧を住宅３内に出力するＵＳＢ規格メス端子２ｋと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車用充放電装置に関する。

従来、電気自動車用充放電装置では、内部にバッテリーを持ち、商用電力系統が停電した場合に、バッテリーにより回路を始動させて、電気自動車の蓄電池から交流電力を生成して住宅内に供給するものがある（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１４−２７８２６号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、停電時に電気自動車が使用中で接続されていない場合、また、停電が長く続いて電気自動車の蓄電池に蓄えられた電力を使い切った場合、住宅内の機器が使用できない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、停電時において内蔵の蓄電池の電力を利用可能な電気自動車用充放電装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電気自動車の蓄電池に充電を行い、前記蓄電池に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して住宅内に供給する電気自動車用充放電装置であって、商用電力系統から電力の供給を受けて充電し、前記電気自動車と接続せず前記商用電力系統から電力を供給されていない場合に、前記電気自動車用充放電装置を起動可能なバックアップ用蓄電池と、前記バックアップ用蓄電池の電力を用いて直流電圧を生成する制御電源生成回路と、前記直流電圧を前記住宅内に出力する出力部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、停電時において内蔵の蓄電池の電力を利用できる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１，４，５の電気自動車用充放電装置の構成例を示す図である。図２は、実施の形態２，３の電気自動車用充放電装置の構成例を示す図である。図３は、実施の形態２，３の制御電源生成回路の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる電気自動車用充放電装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態の電気自動車用充放電装置２の構成例を示す図である。電気自動車用充放電装置２は、電力の授受を行うパワー用の電力線４および情報の授受を行う信号線５を介して電気自動車１と接続している。また、電気自動車用充放電装置２は、住宅３と接続している。電気自動車用充放電装置２は、住宅３を介して商用電力系統６から交流電力の供給を受けることができる。

電気自動車１は、動力源となる蓄電池であるリチウム電池１ａと、電気自動車用充放電装置２と電気自動車１との間で、各種情報の通信を行う情報通信装置１ｂと、を備える。

住宅３は、電気自動車用充放電装置２の操作パネル２ｇと、住宅３と商用電力系統６とを切り離すスイッチ２ｈと、住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄと、を備える。なお、操作パネル２ｇは、住宅３に設置されているが、電気自動車用充放電装置２を構成するものとする。

電気自動車用充放電装置２は、双方向コンバータ２ａと、制御回路２ｂと、スイッチ２ｃと、バックアップ用蓄電池２ｄと、制御電源生成回路２ｅと、充電回路２ｆと、を備える。

双方向コンバータ２ａは、商用電力系統６の交流電力を直流電力に変換してリチウム電池１ａを充電し、また、リチウム電池１ａの直流電力を交流電力に変換し、交流電力を住宅３内の住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄに供給する。

制御回路２ｂは、電気自動車用充放電装置２の動作を制御する。制御回路２ｂは、スイッチ２ｈの商用電力系統６側の電圧を検出する。検出電圧が商用電力系統６の正常な交流電圧および周波数の範囲、例えば、交流電圧２００Ｖ±２０Ｖ、周波数５０Ｈｚ±２．５Ｈｚの場合、制御回路２ｂは、スイッチ２ｈをオンにして住宅３と商用電力系統６とを接続し、住宅３内の冷蔵庫、エアコン、テレビ等の住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄを商用電力系統６の電力で動作させる。また、制御回路２ｂは、電気自動車１から信号線５を介してリチウム電池１ａの残容量の情報を受信する。リチウム電池１ａが満容量でない場合、制御回路２ｂは、スイッチ２ｃをオンさせるとともに、双方向コンバータ２ａを動作させて、商用電力系統６からの交流電力を直流電力に変換させ、電気自動車１のリチウム電池１ａを充電する。

充電回路２ｆは、交流電力を直流電力に変換し、直流電力を用いてバックアップ用蓄電池２ｄを充電する。

制御電源生成回路２ｅは、バックアップ用蓄電池２ｄから、制御回路２ｂ、スイッチ２ｃ，２ｈの動作に必要な制御電源、および外部出力用の５Ｖの直流電圧を生成する。

停電となって商用電力系統６からの給電が停止した場合、電気自動車用充放電装置２では、制御回路２ｂは、操作パネル２ｇに停電になったことを表示する。また、制御回路２ｂは、信号線５を介して得た情報から、電気自動車１が接続され、かつ、リチウム電池１ａに住宅３内に供給できるだけの残容量がある場合、操作パネル２ｇに、使用者に対してリチウム電池１ａから住宅３内に電力を供給するか否かの指示を促す表示をする。

停電時に使用者が在宅しており、使用者によって住宅３内への電力供給指示が操作パネル２ｇで行われた場合、制御回路２ｂは、スイッチ２ｈを開放して住宅３を商用電力系統６から切り離す。制御回路２ｂは、スイッチ２ｃをオンさせるとともに、双方向コンバータ２ａを動作させて、電気自動車１のリチウム電池１ａの直流電力を交流電力に変換し、住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄを動作させる。

停電してからの電気自動車用充放電装置２を起動させる電力、およびスイッチ２ｃ，２ｈを操作する電力は、バックアップ用蓄電池２ｄが供給する。

本実施の形態では、住宅３内の操作パネル２ｇに、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）規格のメス端子（ＵＳＢ規格メス端子）２ｋが設けられている。停電時に電気自動車１が使用中で電気自動車用充放電装置２と接続されていない場合であっても、制御電源生成回路２ｅは、バックアップ用蓄電池２ｄに蓄えられた電力を５Ｖの直流電圧に変換し、５Ｖの直流電圧を出力部であるＵＳＢ規格メス端子２ｋに供給することができる。これにより、住宅３に在宅の使用者は、ＵＳＢ規格メス端子２ｋから供給される５Ｖの直流電圧を用いて、携帯電話、タブレット端末等の情報機器を動作させることができ、停電時において情報を得ることができる。

制御電源生成回路２ｅから操作パネル２ｇのＵＳＢ規格メス端子２ｋに出力される５Ｖの直流電圧の経路は、電気自動車用充放電装置２と住宅３との間で交流電力が授受される経路とは異なる経路となる。また、ＵＳＢ規格メス端子２ｋにおいて使用対象となる機器は、住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄ、電気自動車１のリチウム電池１ａとは異なる。電気自動車用充放電装置２は、電気自動車１のリチウム電池１ａへの充電および停電時の住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄへの交流電力の供給に加えて、バックアップ用蓄電池２ｄの電力を用いて生成した５Ｖの直流電圧を、ＵＳＢ規格メス端子２ｋ経由で住宅３へ供給する。電気自動車用充放電装置２では、本来の充電対象である電気自動車１のリチウム電池１ａからではなく、自装置に備えるバックアップ用蓄電池２ｄから５Ｖの直流電圧を生成して、住宅３へ供給することができる。

スイッチ２ｈの商用電力系統６側の電圧が正常に復帰した場合、制御回路２ｂは、双方向コンバータ２ａを停止して、リチウム電池１ａから住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄへの給電を停止する。また、制御回路２ｂは、スイッチ２ｈをオンにして住宅３と商用電力系統６とを接続し、住宅内各種家電機器３ａ〜３ｄを商用電力系統６の電力で動作させる。また、電気自動車用充放電装置２では、前述の電気自動車１のリチウム電池１ａへの充電動作を行う。

なお、本実施の形態では、住宅３内の操作パネル２ｇに出力部としてＵＳＢ規格メス端子２ｋを設けて５Ｖの直流電圧を供給しているが、一例であり、これに限定するものではない。例えば、制御電源生成回路２ｅでは、直流電圧として５Ｖ以外の電圧を生成して出力してもよく、また、操作パネル２ｇに設ける出力部の形状をＵＳＢ規格以外の形状としてもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電気自動車用充放電装置２では、商用電力系統６から電力の供給を受けて充電するバックアップ用蓄電池２ｄを備え、電気自動車１と接続せず、商用電力系統６から電力を供給されていない場合に、制御電源生成回路２ｅが、バックアップ用蓄電池２ｄから５Ｖの直流電圧を生成し、電気自動車用充放電装置２と住宅３との間で交流電力が授受される経路とは異なる経路で、住宅３内の操作パネル２ｇに設けられた出力部（ＵＳＢ規格メス端子２ｋ）に５Ｖの直流電圧を出力することとした。これにより、住宅３内の使用者は、停電時に電気自動車１が使用中で接続されていない場合、また、停電が長く続いて電気自動車１のリチウム電池１ａに蓄えられた電力を使い切った場合において、情報機器を使うことができる。

実施の形態２．
図２は、本実施の形態の電気自動車用充放電装置２の構成例を示す図である。本実施の形態では、制御電源生成回路２ｅは、バックアップ用蓄電池２ｄおよび商用電力系統６のどちらからでも直流電圧（５Ｖの直流電圧）を生成することができる。その他の構成の名称および動作は実施の形態１（図１参照）と同様のため、詳細な説明は省略する。

図３は、本実施の形態の制御電源生成回路２ｅの構成例を示す図である。制御電源生成回路２ｅは、商用電力系統６からとバックアップ用蓄電池２ｄからの２つの入力を持つ。

商用電力系統６からの交流入力に対して、制御電源生成回路２ｅでは、ダイオードブリッジ２０１が交流電力を全波整流し、コンデンサ２０２で平滑する。制御回路２１１が、スイッチング素子２０３を高周波でスイッチングする制御を行うことで、トランス２０４に高周波電流が流れる。トランス２０４のダイオード２０５側の巻き線には、スイッチング時間、トランス２０４の巻き数比に応じた電圧が出力されるので、ダイオード２０５およびコンデンサ２０６にて整流する。制御回路２１１は、コンデンサ２０６の電圧をモニターし、この電圧が５Ｖとなるようにスイッチング素子２０３を制御する。

バックアップ用蓄電池２ｄからの直流入力に対して、制御電源生成回路２ｅでは、コンデンサ２０７に電力が蓄えられ、制御回路２１１が、スイッチング素子２０８のスイッチングを制御してトランス２０９に高周波電流を流す。トランス２０９のダイオード２１０側の巻き線には、スイッチング時間、トランス２０９の巻き数比に応じた電圧が出力されるので、ダイオード２１０およびコンデンサ２０６にて整流する。制御回路２１１は、コンデンサ２０６の電圧をモニターし、この電圧が５Ｖとなるようにスイッチング素子２０８を制御する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電気自動車用充放電装置２では、制御電源生成回路２ｅは、商用電力系統６から電力供給が受けているときは、スイッチング素子２０３を動作させ、商用電力系統６から５Ｖの直流電圧を生成して出力する。一方、制御電源生成回路２ｅは、停電となった場合は、スイッチング素子２０８を動作させ、バックアップ用蓄電池２ｄから５Ｖの直流電圧を生成することとした。これにより、電気自動車用充放電装置２では、商用電力系統６から電力供給が受けられている場合においても、制御電源生成回路２ｅが、５Ｖの直流電圧を生成してＵＳＢ規格メス端子２ｋを介して住宅３内に供給するため、使用者は、停電時以外でもＵＳＢ規格メス端子２ｋを利用して情報機器を動作させることができ、利便性を向上することができる。

実施の形態３．
本実施の形態の電気自動車用充放電装置２の構成は実施の形態２（図２参照）と同様である。また、制御電源生成回路２ｅの構成は実施の形態２（図３参照）と同様である。そのため、各構成の詳細な説明については省略する。

制御電源生成回路２ｅにおいて、制御回路２１１は、商用電力系統６から電力供給を受けているときにおいても、定期的に、規定された時間、スイッチング素子２０３の動作を停止させて５Ｖの直流電圧の生成を停止し、スイッチング素子２０８を動作させて５Ｖの直流電圧を生成するモードに切り換える。このとき、制御回路２１１は、バックアップ用蓄電池２ｄの電圧をモニターする。バックアップ用蓄電池２ｄの電圧の降下速度が規定された値以上の場合、制御回路２１１は、バックアップ用蓄電池２ｄが寿命末期と判定し、操作パネル２ｇにバックアップ用蓄電池２ｄの交換を促す表示を行う。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電気自動車用充放電装置２では、制御電源生成回路２ｅは、定期的にバックアップ用蓄電池２ｄの電圧降下の状態を確認し、寿命末期と判定した場合、操作パネル２ｇに交換を促す表示を行なうこととした。これにより、使用者はバックアップ用蓄電池２ｄの交換時期を把握でき、メンテナンスが容易になる。

実施の形態４．
本実施の形態の電気自動車用充放電装置２の構成は実施の形態１（図１参照）と同様であるため、各構成の詳細な説明については省略する。

本実施の形態では、制御電源生成回路２ｅは、バックアップ用蓄電池２ｄの端子電圧を検出し、バックアップ用蓄電池２ｄの残容量を推定する。また、制御回路２ｂは、信号線５からの信号がない場合、電気自動車１が接続されていないと判定する。

制御電源生成回路２ｅは、制御回路２ｂで電気自動車１が接続されていないと判定された場合、バックアップ用蓄電池２ｄの残容量を推定し、バックアップ用蓄電池２ｄの残容量が規定された値以下となったときは、ＵＳＢ規格メス端子２ｋからの５Ｖの直流電圧の出力を停止する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電気自動車用充放電装置２では、制御電源生成回路２ｅは、電気自動車１が接続されていない場合、バックアップ用蓄電池２ｄの残容量が規定された値以下のときはＵＳＢ規格メス端子２ｋからの５Ｖの直流電圧の出力を停止することとした。これにより、電気自動車用充放電装置２では、バックアップ用蓄電池２ｄに蓄えられた電力を残しておくことができるので、停電時に電気自動車１が戻ってきて電気自動車用充放電装置２に接続された場合、バックアップ用蓄電池２ｄに残った電力で電気自動車用充放電装置２を起動させることができ、住宅３内に交流電力を供給することができる。

実施の形態５．
本実施の形態の電気自動車用充放電装置２の構成は実施の形態１，４（図１参照）と同様であるため、各構成の詳細な説明については省略する。

本実施の形態では、制御回路２ｂは、信号線５からの信号がない場合、電気自動車１が接続されていないと判定する。また、制御回路２ｂは、電気自動車１が接続されている場合は、信号線５を介して電気自動車１のリチウム電池１ａの残容量を検出する。

制御回路２ｂは、停電時において、電気自動車１が接続され、電気自動車１のリチウム電池１ａに蓄えられた電力を使い切った（電気自動車１のリチウム電池１ａの残容量が住宅３へ供給できない値）と判定した場合、双方向コンバータ２ａを停止させ、かつ、スイッチ２ｈをオンさせて、住宅３を商用電力系統６と接続させて商用電力系統６が復帰するまで待つ。

制御電源生成回路２ｅは、バックアップ用蓄電池２ｄに蓄えられた電力を使い切るまで、ＵＳＢ規格メス端子２ｋからの５Ｖの直流電圧の出力を継続する。

停電になったときに電気自動車１が接続されていない場合、電気自動車１の接続を検知するため、バックアップ用蓄電池２ｄは、制御回路２ｂに通電し続ける必要がある。このため、バックアップ用蓄電池２ｄは数百Ｗｈの比較的大容量の鉛蓄電池を使用している。

制御回路２ｂは、電気自動車１が接続され、電気自動車１のリチウム電池１ａに蓄えられた電力を使い切ったと判定した場合、スイッチ２ｈをオンさせて、住宅３を商用電力系統６と接続させた状態で商用電力系統６の復帰を待つ。この場合、制御回路２ｂで電気自動車１の接続を検知する必要はないため、バックアップ用蓄電池２ｄに蓄えられた電力を使い切っても支障がない。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電気自動車用充放電装置２では、制御電源生成回路２ｅは、電気自動車１が接続され、電気自動車１のリチウム電池１ａに蓄えられた電力を使い切った場合、バックアップ用蓄電池２ｄに蓄えられた電力を使い切るまで、ＵＳＢ規格メス端子２ｋからの５Ｖの直流電圧の出力を行うこととした。これにより、電気自動車用充放電装置２では、数百Ｗｈのバックアップ用蓄電池２ｄを使い切るまで５Ｖの直流電圧の出力を継続するので、より長時間の停電が継続した場合でも、情報機器を動作させることができる。

以上のように、本発明にかかる電気自動車用充放電装置は、電気自動車に搭載された蓄電池の充放電に有用であり、特に、電気自動車の蓄電池から交流電力を生成して住宅に供給する場合に適している。

１電気自動車、１ａリチウム電池、１ｂ情報通信装置、２電気自動車用充放電装置、２ａ双方向コンバータ、２ｂ制御回路、２ｃスイッチ、２ｄバックアップ用蓄電池、２ｅ制御電源生成回路、２ｆ充電回路、２ｇ操作パネル、２ｈスイッチ、２ｋＵＳＢ規格メス端子、３住宅、３ａ〜３ｄ住宅内各種家電機器、４電力線、５信号線、６商用電力系統。

Claims

電気自動車の蓄電池に充電を行い、前記蓄電池に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して住宅内に供給する電気自動車用充放電装置であって、
商用電力系統から電力の供給を受けて充電し、前記電気自動車と接続せず前記商用電力系統から電力を供給されていない場合に、前記電気自動車用充放電装置を起動可能なバックアップ用蓄電池と、
前記バックアップ用蓄電池の電力を用いて直流電圧を生成する制御電源生成回路と、
前記直流電圧を前記住宅内に出力する出力部と、
を備えることを特徴とする電気自動車用充放電装置。
前記直流電圧を５Ｖとし、
前記出力部は、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）が接続できる出力端子形状とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用充放電装置。
前記制御電源生成回路は、前記商用電力系統から前記住宅に電力供給がある場合、前記商用電力系統から前記直流電圧を生成して前記出力部から出力し、前記商用電力系統から前記住宅への電力供給が停止した場合、前記バックアップ用蓄電池から前記直流電圧を生成して前記出力部から出力する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車用充放電装置。
前記電気自動車用充放電装置は、前記住宅の外に設置して前記住宅とは有線で接続し、
前記出力部を、前記住宅内に設けた操作部に備える、
ことを特徴とする請求項１，２または３に記載の電気自動車用充放電装置。
前記制御電源生成回路は、前記商用電力系統から前記住宅に電力供給中、前記制御電源生成回路に対して、定期的に前記バックアップ用蓄電池から前記直流電圧を生成するモードに移行し、前記モードにおいて前記バックアップ用蓄電池の電圧降下が規定された値以上の場合、前記バックアップ用蓄電池の寿命と判定し、前記操作部に前記バックアップ用蓄電池の交換を促す表示をする、
ことを特徴とする請求項４に記載の電気自動車用充放電装置。
前記電気自動車が接続されているかどうかを判定する制御回路、を備え、
前記制御電源生成回路は、前記制御回路において前記電気自動車が接続されていないと判定された場合に、前記バックアップ用蓄電池の残容量を推定し、前記バックアップ用蓄電池の残容量が規定された値以下の場合、前記出力部からの前記直流電圧の出力を停止する、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の電気自動車用充放電装置。
前記電気自動車が接続されているかどうかを判定し、また、前記電気自動車の前記蓄電池の残容量を検出する制御回路、を備え、
前記制御電源生成回路は、前記制御回路において前記電気自動車が接続されていると判定され、前記電気自動車の前記蓄電池の残容量が前記住宅へ供給できない値とされた場合に、前記商用電力系統から前記住宅への電力供給が停止した場合、前記バックアップ用蓄電池に充電された電力を使い切るまで前記出力部から前記直流電圧の出力を行う、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の電気自動車用充放電装置。