JP2016214014A - 急速充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電源部からの直流電力を最大限利用し、急速充電装置が備える貯蔵用蓄電部の利用を最小化することが可能な急速充電装置を提供する。【解決手段】急速充電装置１は、直流電源部７と、貯蔵用蓄電部９と、蓄電制御部１１と、電源制御部１３と、通信部１７と、指令発生部１９とを備えている。指令発生部１９は、電源プラグ２１から蓄電器２７に供給する直流電力が、直流電源部７からの最大直流電力未満になったか否かを監視しており、電源プラグ２１から蓄電器２７に供給する直流電力が、直流電源部７からの最大直流電力未満になると、指令発生部１９は、充電指令を発生し、蓄電制御部１１は、直流電源部７の出力で貯蔵用蓄電部９の充電を開始する。【選択図】 図２

Description

本発明は、プラグイン型車両に搭載された蓄電器を急速充電するための急速充電装置に関するものである。

近年、ガソリンを燃料として動力を発生する内燃機関によって走行する従来型の車両に対して、二酸化炭素等の温室効果ガスの排出量の少ない、電動モータを用いて走行する車両（例えば、電気自動車、プラグイン・ハイブリッド自動車、電気二輪車等。以下、「電気自動車等」とする。）が普及しつつある。電気自動車等は、搭載している二次電池等の蓄電器に蓄えた電気をエネルギ源とするものであるため、充電装置を用いて、搭載された蓄電器を充電する必要がある。

蓄電器の充電は、ガソリンの給油に比べて、時間がかかるという欠点が存在する。この欠点を解消する急速充電を可能とするため、より大きな出力容量に対応した電気自動車等及びそれに対応した高出力容量の急速充電装置が開発・実用化されている。しかしながら、このように高出力容量による急速充電が可能な電気自動車等に対応するためには、急速充電装置側も高出力が可能なように変更する必要があるが、急速充電装置を設置するためには、契約電力の見直しや設置場所の電気設備の容量等も考慮しなければならず、容易ではない。そこで、従来、充電装置に蓄電池（設備用蓄電池）を備えて、商用電源からの電力と共に、蓄電池からの電力で電気自動車等の蓄電池（外部蓄電池）を充電するシステムが存在する（特開２０１４−７９０８号公報［特許文献１］）。

特開２０１４−７９０８号公報

特許文献１のシステムは、充電後半の定電圧充電時に設備用蓄電池の充電をするようにしている。

本発明の目的は、直流電源部からの直流電力を最大限利用し、急速充電装置が備える貯蔵用蓄電部の利用を最小化することが可能な急速充電装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、急速充電装置が備える貯蔵用蓄電部の劣化を防ぎ、貯蔵用蓄電部の寿命を延ばすことが可能な急速充電装置を提供することにある。

本発明の急速充電装置は、直流電源部と、貯蔵用蓄電部と、充電指令に応じて直流電源部の出力で貯蔵用蓄電部を充電し、出力制御指令に応じて貯蔵用蓄電部に蓄電した直流電力を制御して出力する蓄電制御部と、直流電源部から出力される直流電力を出力制御指令に応じて制御して出力する電源制御部と、プラグイン型車両のプラグインコネクタに接続されて、電源制御部によって制御された直流電源部からの制御された直流電力と蓄電制御部によって制御された貯蔵用蓄電部からの制御された直流電力とをプラグイン型車両の蓄電器に供給する１以上の電源プラグと、少なくともプラグイン型車両との間で通信を行って蓄電器の蓄電情報を入手する通信部と、通信部から入手した蓄電情報に基づいて充電指令及び出力制御指令を発生する指令発生部とを具備している。

指令発生部は、電源プラグから蓄電器に供給する直流電力が、直流電源部から供給する最大直流電力以上あるときには、不足の直流電力を貯蔵用蓄電部から出力するように出力制御指令を発生し、電源プラグから蓄電器に供給する直流電力が、最大直流電力未満になると、充電指令を出力する。このように構成されているため、本発明の急速充電装置は、最大直流電力が直流電源部から供給する直流電力以上の場合に貯蔵用蓄電部から直流電力を出力し、最大直流電力が直流電源部から供給する直流電力を下回ると直流電源部から供給する直流電力のみでプラグイン型車両の蓄電器を充電し、余力で貯蔵用蓄電部を充電することができる。そのため、直流電源部から供給する直流電力を最大限利用してプラグイン型車両の蓄電器を充電し、余力が生じたときに、貯蔵用蓄電部を充電し、次のプラグイン型車両の蓄電器の充電に備えることができる。また、このことにより、貯蔵用蓄電部の利用を最小化することができる。

最大直流電力は、直流電源部が供給することができる直流電力の範囲内であればよく、例えば、最大直流電力は契約電力量以下であることが望ましい。最大直流電力が契約電力量以下であれば、既存の契約電力の見直しや設置場所の電気設備の容量等を変更することなく、急速充電装置を変更することができる。

貯蔵用蓄電部は、プラグイン型車両の蓄電器の充電に備えて、なるべく満充電状態にしておくことが望ましい。そのため、貯蔵用蓄電部からの給電が終わると、直流電源部の余力を利用して充電を開始する。この際の充電速度は任意であるが、次のプラグイン型車両の蓄電器の充電に備えるという観点からは、速い速度での充電（高速充電）が好ましい。しかしながら、常に高速充電で貯蔵用蓄電部を充電すると、貯蔵用蓄電部の劣化を早め、貯蔵用蓄電部の寿命を短くしてしまうことになる。そこで、本発明では、蓄電制御部は、充電指令に応じて、直流電源部からの直流電力の出力量を変化させて貯蔵用蓄電部を充電することが可能であることが望ましい。このように構成すれば、例えば、プラグイン型車両の充電が頻繁な場合には、出力量を大きくして高速充電を行い、プラグイン型車両の充電が続かない場合には、出力量を小さくして低速充電を行い、貯蔵用蓄電部の劣化を抑えることが可能になる。

充電速度を変化させるタイミングは任意であるが、例えば、指令発生部は、高速充電をするように充電指令を発生し、所定の時間が到来した場合に、高速充電よりも低速の低速充電をするように充電指令を発生するようにしてもよい。このようにすれば、充電に来るプラグイン型車両が少ない夜間などに低速充電を行うことができる。また、指令発生部は、プラグイン型車両の蓄電器の充電が終了してから所定の時間が経過しても次のプラグイン型車両の充電が開始しない場合に、貯蔵用蓄電部を高速充電よりも低速の低速充電をするように充電指令を発生するようにしてもよい。このようにすれば、充電に来るプラグイン型車両が少ない場合に低速充電により貯蔵用蓄電部の劣化を抑えることが可能になる。

貯蔵用蓄電部の容量のみでプラグイン型車両の充電が可能な場合には必要はないが、充電に来るプラグイン型車両が多いような場所に設置している場合や、充電に来るプラグイン型車両が多い時間帯に、貯蔵用蓄電部の容量では不足することが考えられる。そこで、急速充電装置は、貯蔵用蓄電部とは別の外付けの外部蓄電部を接続して、合計容量を増やすことを可能にしておいてもよい。貯蔵用蓄電部と外部蓄電部の接続方法は任意であるが、例えば、外部蓄電部を接続する接続端子をさらに備えておき、外部蓄電部を接続端子に接続することにより、貯蔵用蓄電部の容量に外部蓄電部の容量を追加して合計容量を増やすことが可能にしておいてもよい。また、急速充電装置が２以上の電源プラグを備えている場合には、２以上の電源プラグのうち、少なくとも１つを貯蔵用蓄電部と接続しておき、外部蓄電部に設けられたコネクタに該電源プラグを接続すると、貯蔵用蓄電部と外部蓄電部とをつなぐ接続ケーブルの機能を果たすように構成しておき、該電源プラグを外部蓄電部のコネクタに接続することにより、貯蔵用蓄電部の容量に外部蓄電部の容量を追加して合計容量を増やすことが可能にしておいてもよい。

本実施の形態の急速充電装置の概略図である。 本実施の形態の急速充電装置のブロック図である。 本実施の形態の急速充電装置による充電制御を示すフローチャートである。 （Ａ）は、急速充電装置を用いてプラグイン型車両を充電する場合の充電時間と出力の関係を示すグラフであり、（Ｂ）は、充電時間と貯蔵用蓄電部の充電量の関係を示すグラフである。 （Ａ）は、急速充電装置を用いてプラグイン型車両を充電する場合の充電時間と出力の関係を示すグラフであり、（Ｂ）は、高速充電及び低速充電時の充電時間と貯蔵用蓄電部の充電量の関係を示すグラフである。 第２の実施の形態の急速充電装置の概略図である。 第２の実施の形態の急速充電装置のブロック図である。 第３の実施の形態の急速充電装置の概略図である。 第３の実施の形態の急速充電装置のブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の急速充電装置を詳細に説明する。

図１は、本実施の形態の急速充電装置１を示す概念図であり、図２は、そのブロック図である。急速充電装置１は、急速充電装置本体３と、プラグ分割ユニット５とから構成されており、２台分のプラグイン型車両が駐車可能な駐車場の中央部に設置されている。急速充電装置本体３には、直流電源部７と、貯蔵用蓄電部９と、蓄電制御部１１と、電源制御部１３と、通信部１７と、指令発生部１９とが収納されている。プラグ分割ユニット５は、電力供給切換回路１５を備えており、２つの電源プラグ２１が延びている。図示していないが、急速充電装置１には、各電源プラグ２１に対応して、充電料金の投入口が設けられており、電源プラグ２１に車両を接続後、充電料金を投入するようになっている。

プラグイン型車両２３は、プラグインコネクタ２５を備えた電気自動車（ＥＶ）、プラグイン・ハイブリッド自動車、電機二輪車等の電動モータを用いて走行する車両であり、搭載している蓄電器２７を外部電源から給電を受けて充電するタイプの車両である。蓄電器２７は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池の他、リチウムイオンキャパシタ等の大容量キャパシタでもよい。

直流電源部７は、図示しないコンバータ、変圧器及び整流器から構成されており、電源制御部１３によって制御され、商用電源から受電した交流電力を直流電力に変換して出力するものである。貯蔵用蓄電部９は、図示しない蓄電池と充放電回路から構成されており、蓄電池は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池の他、リチウムイオンキャパシタ等の大容量キャパシタでもよい。蓄電制御部１１は、充電指令に応じて直流電源部７の出力で貯蔵用蓄電部９を充電し、出力制御指令に応じて貯蔵用蓄電部９に蓄電した直流電力を制御して出力する。電源制御部１３は、直流電源部７から出力される直流電力を出力制御指令に応じて制御して出力する。本実施の形態では、直流電源部７の直流電力は、急速充電装置１の設置場所の電気設備の契約電力量以下になるように、最大３０ｋＷである。また、貯蔵用蓄電部９の直流電力は、最大２０ｋＷである。

２つの電源プラグ２１は、２種類の接続線、すなわちＡ接続線とＢ接続線とによりプラグインコネクタ２５に接続されている。具体的には、Ａ接続線により電力供給切換回路１５と接続されており、プラグイン型車両２３のプラグインコネクタ２５に接続されて、電源制御部１３によって制御された直流電源部７からの制御された直流電力と、蓄電制御部１１によって制御された貯蔵用蓄電部９からの制御された直流電力とをプラグイン型車両２３の蓄電器２７に供給する。また、２つの電源プラグ２１は、それぞれＢ接続線により通信部１７とも接続されている。通信部１７は、電源プラグ２１に設けられた通信線を通じて、プラグイン型車両２３との間で通信を行って蓄電器２７の蓄電情報を入手する。ここで蓄電情報には、少なくとも蓄電器の電圧、温度等が含まれている。指令発生部１９は、通信部１７から入手した蓄電情報に基づいて、充電指令及び出力制御指令、並びに、選択指令及び選択終了指令を発生する。電力供給切換回路１５は、直流電源部７及び貯蔵用蓄電部９と接続されており、選択指令に応じて選択された電源プラグ２１に直流電源部７からの、または、直流電源部７及び貯蔵用蓄電部９の合成の直流電力を供給し、選択終了指令により電源プラグ２１への直流電力の供給を停止する。すなわち、本実施の形態の急速充電装置１の最大直流電力は、直流電源部７の直流電力３０ｋＷと貯蔵用蓄電部９の直流電力２０ｋＷの合成である５０ｋＷである。

［急速充電装置による充電制御］
図３は、本実施の形態の急速充電装置による充電制御を示すフローチャートであり、図４（Ａ）は、本実施の形態の急速充電装置を用いてプラグイン型車両を充電する場合の充電時間と電源プラグからの直流電力の出力の関係を示すグラフであり、図４（Ｂ）は、充電時間と貯蔵用蓄電部の充電量の関係を示すグラフである。図４は、２台のプラグイン型車両を充電する場合を図示している。

急速充電装置１は、プラグイン型車両２３が電源プラグ２１のいずれかに接続されるまで待機状態にある（ステップＳＴ１）。電源プラグ２１にプラグイン型車両２３が接続されると、指令発生部１９は、接続された順に充電を行う車両を決定する（ステップＳＴ２）。急速充電を行う車両が決定されると、指令発生部１９は、料金の支払いまたは料金の支払い意志の確認をした後、その車両が接続されている電源プラグ２１を選択する選択指令を発生し、電力供給切換回路１５からの給電が開始される（ステップＳＴ３。図４（Ａ）（Ｂ）のｔ₀）。

急速充電装置１による急速充電は、プラグイン型車両２３からの指令により実施される。プラグイン型車両２３の蓄電器２７の充電状態等の条件にもよるが、充電容量が２０％未満の状態であれば、充電開始時の最大出力は、直流電源部７の直流電力３０ｋＷと貯蔵用蓄電部９の直流電力２０ｋＷの合成である５０ｋＷである。その後、電源プラグ２１から出力する直流電力は、蓄電器２７の充電容量に応じて漸減するように制御される。この際、優先的に貯蔵用蓄電部９からの出力を減らすよう、蓄電制御部１１が出力を制御する。

指令発生部１９は、電源プラグ２１から蓄電器２７に供給する直流電力が、直流電源部７からの最大直流電力である３０ｋＷ未満になったか否かを監視している（ステップＳＴ４）。電源プラグ２１から蓄電器２７に供給する直流電力が、直流電源部７からの最大直流電力である３０ｋＷ未満になると、指令発生部１９は、充電指令を発生し、蓄電制御部１１は、直流電源部７の出力で貯蔵用蓄電部９の充電を開始する（ステップＳＴ５。図４（Ａ）（Ｂ）のｔ₁）。すなわち、電源プラグ２１から蓄電器２７に供給する直流電力が、直流電源部７からの最大直流電力である３０ｋＷを下回ると、プラグイン型車両２３の蓄電器２７の充電を継続しながら、その余力の直流電力を用いて、貯蔵用蓄電部９の充電を開始する。

指令発生部１９は、通信部１７から入手する蓄電器２７の蓄電情報（蓄電器電圧）に基づき、充電容量が所定の充電状態になったか否かを監視している（ステップＳＴ６）。「所定の充電状態」は、任意に設定可能であり、満充電状態や、充電容量の８０％以上のように満充電状態に満たない状態でもよい。所定の充電状態になったことが検知されると、指令発生部１９は、電力供給切換回路１５に対して、選択終了指令を出力し、これにより、１台目のプラグイン型車両２３の充電が完了する（ステップＳＴ７。図４（Ａ）（Ｂ）のｔ₂）。本実施の形態では、さらに他方の電源プラグ２１に接続されている車両があるか否かを判定する（ステップＳＴ８）。他方の電源プラグ２１に車両が接続されている場合には、貯蔵用蓄電部９の充電を終了し（ステップＳＴ９。図４（Ａ）（Ｂ）のｔ₃）、ステップＳＴ２に戻って、次に充電を行う車両を決定し、ステップＳＴ２からステップＳＴ８までが繰り返される（図４（Ａ）（Ｂ）のｔ₄〜ｔ₆）。充電を行う車両がないと判定すると、貯蔵用蓄電部９を所定の充電状態まで充電し、充電は完了となる（ステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１。図４（Ａ）（Ｂ）のｔ₇）。

［充電モードの切換］
本実施の形態の急速充電装置１は、貯蔵用蓄電部９の劣化を抑えるために、直流電源部７からの直流電力の出力量を変化させて貯蔵用蓄電部９を充電することが可能である。図５（Ａ）は、実施の形態の急速充電装置を用いてプラグイン型車両を充電する場合の充電時間と電源プラグからの直流電力の出力の関係を示すグラフであり、図５（Ｂ）は、高速充電時及び低速充電時の充電時間と貯蔵用蓄電部の充電量の関係を示すグラフである。

急速充電装置１の蓄電制御部１１は、タイマ機能を備えており、昼間（例：午前７時〜午後１１時）は、図５（Ｂ）に破線ａで示すように、充電に来るプラグイン型車両に備えて高速充電により貯蔵用蓄電部９を充電している。これに対して、夜間（例：午後１１時〜午前７時）は、充電に来るプラグイン型車両が昼間に比べて少ないことから、図５（Ｂ）に実線ｂで示すように、高速充電よりも低速の低速充電を行うように充電指令を発生している。このことにより、貯蔵用蓄電部９の劣化を抑えることが可能である。

＜第２の実施の形態＞
図６は、第２の実施の形態の急速充電装置を示す概念図であり、図７は、第２の実施の形態の急速充電装置のブロック図である。図６及び図７には、図１及び図２に示した実施の形態の部材と同じ部材には、図１及び図２に付した符号の数に１００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。

図６及び図７に示すように、第２の実施の形態の急速充電装置１０１の急速充電装置本体１０３は、外部蓄電部１２９を接続するための接続端子１３１を備えている。内蔵している貯蔵用蓄電部１０９の容量のみでプラグイン型車両１２３の充電が可能な場合には、外部蓄電部１２９を接続しておく必要はないが、充電に来るプラグイン型車両１２３が多いような場所に設置している場合や、充電に来るプラグイン型車両１２３が多い時間帯には、外部蓄電部１２９をケーブル接続することにより、貯蔵用蓄電部１０９の容量に外部蓄電部１２９の容量を追加して合計容量を増やすことが可能である。外部蓄電部１２９にも接続端子を設けておいて、さらに外部蓄電部を接続可能にしておいてもよいのはもちろんである。

＜第３の実施の形態＞
図８は、第３の実施の形態の急速充電装置を示す概念図であり、図９は、第３の実施の形態の急速充電装置のブロック図である。図８及び図９には、図１及び図２に示した実施の形態の部材と同じ部材には、図１及び図２に付した符号の数に２００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。

図８及び図９に示すように、第３の実施の形態の急速充電装置２０１は、第１の電源プラグ２２１Ａと、第２の電源プラグ２２１Ｂを備えている。第２の電源プラグ２２１Ｂは、貯蔵用蓄電部２０９とも電気的に接続されており、外部蓄電部２２９に設けられたコネクタ２３３に接続されると、第２の電源プラグ２２１Ｂとそのケーブルが貯蔵用蓄電部２０９と外部蓄電部２２９とを接続する接続ケーブルの機能を果たすように構成されている。貯蔵用蓄電部２０９と外部蓄電部２２９とが接続されると、貯蔵用蓄電部２０９の容量に外部蓄電部２２９の容量が追加され、合計容量が増加する。したがって、専用の接続端子を設けておくことなく、電源プラグを利用して簡易な方法により合計容量を増やすことが可能である。

以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で変更が可能であるのは勿論である。

例えば、本実施の形態では、急速充電装置は、２つの電源プラグを有しているが、１つの電源プラグを有していてもよく、また、３以上の電源プラグを有していてもよい。また、高速充電と低速充電の切換はタイマ機能により時間帯によって切り換えるようにしているが、例えば、プラグイン型車両の蓄電器の充電が終了してから所定の時間が経過しても次のプラグイン型車両の充電が開始しない場合に、貯蔵用蓄電部を高速充電よりも低速の低速充電をするように充電指令を発生するようにしてもよい。

なお、上記記載した数値に関しては、例示として記載したものに過ぎないことはもちろんである。

本発明によれば、直流電源部からの直流電力を最大限利用し、急速充電装置が備える貯蔵用蓄電部の利用を最小化することが可能な急速充電装置を提供することができる。また、急速充電装置が備える貯蔵用蓄電部の劣化を防ぎ、貯蔵用蓄電部の寿命の延ばすことが可能な急速充電装置を提供することができる。

１ 急速充電装置
３ 急速充電装置本体
５ プラグ分割ユニット
７ 直流電源部
９ 貯蔵用蓄電部
１１ 蓄電制御部
１３ 電源制御部
１５ 電力供給切換回路
１７ 通信部
１９ 指令発生部
２１ 電源プラグ
２３ プラグイン型車両
２５ プラグインコネクタ
２７ 蓄電器

Claims (7)

1. プラグイン型車両に搭載された蓄電器を急速充電するための急速充電装置であって、
   直流電源部と、
   貯蔵用蓄電部と、
   充電指令に応じて前記直流電源部の出力で前記貯蔵用蓄電部を充電し、出力制御指令に応じて前記貯蔵用蓄電部に蓄電した直流電力を制御して出力する蓄電制御部と、
   前記直流電源部から出力される直流電力を前記出力制御指令に応じて制御して出力する電源制御部と、
   前記プラグイン型車両のプラグインコネクタに接続されて、前記電源制御部によって制御された前記直流電源部からの制御された前記直流電力と前記蓄電制御部によって制御された前記貯蔵用蓄電部からの制御された前記直流電力とを前記プラグイン型車両の前記蓄電器に供給する１以上の電源プラグと、
   少なくとも前記プラグイン型車両との間で通信を行って前記蓄電器の蓄電情報を入手する通信部と、
   前記通信部から入手した前記蓄電情報に基づいて前記充電指令及び前記出力制御指令を発生する指令発生部とを具備し、
   前記指令発生部は、前記電源プラグから前記蓄電器に供給する直流電力が、前記直流電源部から供給する最大直流電力以上あるときには、不足の直流電力を前記貯蔵用蓄電部から出力するように前記出力制御指令を発生し、前記電源プラグから前記蓄電器に供給する直流電力が、前記最大直流電力未満になると、前記充電指令を発生することを特徴とする急速充電装置。
2. 前記最大直流電力が、契約電力量以下である請求項１に記載の急速充電装置。
3. 前記蓄電制御部は、前記充電指令に応じて、前記直流電源部からの直流電力の出力量を変化させて前記貯蔵用蓄電部を充電することが可能な請求項１または２に記載の急速充電装置。
4. 前記指令発生部は、高速充電をするように前記充電指令を発生し、所定の時間が到来した場合に、前記高速充電よりも低速の低速充電をするように前記充電指令を発生する請求項３に記載の急速充電装置。
5. 前記指令発生部は、前記プラグイン型車両の前記蓄電器の充電が終了してから所定の時間が経過しても次の前記プラグイン型車両の充電が開始しない場合に、前記貯蔵用蓄電部を前記高速充電よりも低速の低速充電をするように前記充電指令を発生する請求項３に記載の急速充電装置。
6. 前記急速充電装置は、前記貯蔵用蓄電部とは別の外付けの外部蓄電部を接続する接続端子をさらに備えており、
   前記外部蓄電部を前記接続端子に接続することにより、前記貯蔵用蓄電部の容量に前記外部蓄電部の容量を追加して合計容量を増やすことが可能な請求項１に記載の急速充電装置。
7. 前記急速充電装置は、２以上の前記電源プラグを備えており、
   前記２以上の電源プラグのうち、少なくとも１つは前記貯蔵用蓄電部と接続されており、前記貯蔵用蓄電部とは別の外付けの外部蓄電部に設けられたコネクタに接続されることで、前記貯蔵用蓄電部と前記外部蓄電部とをつなぐ接続ケーブルの機能を果たすように構成されており、
   前記貯蔵用蓄電部と接続された前記少なくとも１つの電源プラグを前記外部蓄電部の前記コネクタに接続することにより、前記貯蔵用蓄電部の容量に前記外部蓄電部の容量を追加して合計容量を増やすことが可能な請求項１に記載の急速充電装置。

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