JP2019208339A - 充放電システム - Google Patents

Abstract

【課題】キャンピングカーなどにおいて、メインバッテリとは別に設けた特性の異なるサブバッテリを多種の電力源で充電でき、メインバッテリから放電中にもサブバッテリを順次充電することで、負荷に対する電力供給を長期持続できる充放電システムを提供する。【解決手段】本発明の充放電システムでは、メインバッテリ６は第１の放電スイッチを介してＤＣ出力端子１１乃至はＤＣ−ＡＣインバータ１２の入力端子に接続され、サブバッテリ７は第２の放電スイッチを介してＤＣ出力端子１１乃至はＤＣ−ＡＣインバータ１２の入力端子に接続され、ＤＣ−ＡＣインバータ１２のＡＣ出力と商用ＡＣ電源１４はＡＣ切替スイッチを介してサブバッテリ７の充電器１６へ入力され、サブバッテリ７の充電器１６の出力は充電スイッチを介してサブバッテリ７に接続され、放電スイッチ及び／又は充電スイッチを制御する制御部が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、車両搭載が可能であってキャンピングカーなどに対して好適な充放電システムに関する。

従来より、走行可能な車両に休憩及び就寝できる居室部を備えたキャンピングカーが広く知られている。キャンピングカーでは、自動車等の車両用に用いられるバッテリ（メインバッテリ）に加えて、居室部で用いられる電気機器の電源としてのバッテリ（サブバッテリ）が用いられている。
メインバッテリは、鉛電池が広く用いられる。サブバッテリは、繰り返し充電に強く、高負荷にも対応可能なニッケル水素電池やリチウムイオン電池が用いられる。鉛電池と、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池とでは、その特性が大きく異なり、両者を単純に並列に接続して充電を行うなどの操作は不可能とされている。そのため、メインバッテリとサブバッテリとを協働して用いる（充放電させる）ためには、特別な構成が必要とされる。

特許文献１には、キャンピングカーなどを意図し、エンジンの運転中に、サブバッテリは直結充電モードと昇圧充電モードのいずれかを切替えながら充電されるようにした走行充電システムに関する技術の開示がある。

特開２０１７−１３９９１４号公報

ところで、特許文献１に開示された技術を、本願発明が意図するシステム（鉛電池でなるメインバッテリと、ニッケル水素電池などからなるサブバッテリとを協働して使用するシステム）に適用しようとしても、特許文献１にある「サブバッテリの直結充電モード」などを採用することは不可能であり、特許文献１の技術を転用することは困難であると思われる。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、車両において、メインバッテリとは別に設けられた特性の異なるサブバッテリを、簡素な構成で多種の電力源を用いて充電できるようにすると共に、一のサブバッテリからの放電中にも、他のサブバッテリを順次充電できるようにすることで、負荷に対する電力の供給を長期に持続できる充放電システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明にかかる充放電システムは、エンジンで駆動されるオルタネータと、前記オルタネータの出力によって充電されるメインバッテリと、前記メインバッテリとは別に配備された複数のサブバッテリと、を有した充放電システムであって、前記メインバッテリは、第１の放電スイッチを介して、ＤＣ出力端子乃至はＤＣ−ＡＣインバータの入力端子に接続されており、前記サブバッテリは、第２の放電スイッチを介して、ＤＣ出力端子乃至はＤＣ−ＡＣインバータの入力端子に接続されており、前記ＤＣ−ＡＣインバータのＡＣ出力と商用ＡＣ電源とは、ＡＣ切り替えスイッチを介して、サブバッテリ向けの充電器へ入力され、前記サブバッテリ向けの充電器の出力は、充電スイッチを介して前記サブバッテリに接続されており、前記放電スイッチ及び／又は充電スイッチを制御する制御部が設けられていることを特徴とする。

好ましくは、前記ＤＣ出力端子を介してＤＣ電力を出力するに際しては、前記制御部が、前記第１の放電スイッチと第２の放電スイッチとを同時にＯＮとしないとよい。
好ましくは、前記サブバッテリを放電乃至は充電するに際しては、前記制御部が、前記第２の放電スイッチと充電スイッチとを同時にＯＮとしないとよい。
好ましくは、前記サブバッテリの充電を行うに際しては、前記制御部が、前記複数のサブバッテリの内の１つの充電スイッチをＯＮとすると共に、当該充電スイッチをＯＮとしたサブバッテリに接続する第２の放電スイッチをＯＦＦとし、前記サブバッテリの放電を行うに際しては、前記制御部が、前記複数のサブバッテリの内の少なくとも１つ以上の第２の放電スイッチをＯＮとし、当該第２の放電スイッチをＯＮとしたサブバッテリに接続する充電スイッチをＯＦＦとするとよい。

好ましくは、太陽電池パネルからの出力電力を用いて、サブバッテリの充電を可能とするとよい。

本発明によれば、メインバッテリとは別に設けられた特性の異なるサブバッテリを、簡素な構成で多種の電力源を用いて充電できるようにすると共に、一のサブバッテリからの放電中にも、他のサブバッテリを順次充電できるようにすることで、負荷に対する電力の供給を長期に持続できるものとなる。

本発明にかかる充放電システムが搭載されるキャンピングカーを模式的に示した図である。 本発明にかかる充放電システムの構成を示すブロック図である。

以下、本発明にかかる充放電システムの実施形態を、図を参照して説明する。
なお、本実施形態においては、充放電システム１がキャンピングカー２に搭載された例を示しつつ説明を行うが、これは本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。
図１には、キャンピングカー２の一例が模式的に示されている。キャンピングカー２は、ベースとなる車両（トラックやワゴンタイプの車）に居室部３を形成したものである。

居室部３の内部にはキッチン設備、ベッド設備、ダイニング設備などが設けられる。ベースとなる車両（ベース車両）はエンジン４によって自走可能なものであって、前方に運転席及び助手席を有するキャビン５が配置される。
ベース車両には、エンジン４を始動するためのメインバッテリ６が搭載されている。メインバッテリ６としては、電圧１２Ｖの鉛電池が広く用いられる。加えて、居室部３で用いる電力のために、繰り返し充放電の特性に優れ且つ高負荷にも耐え得るニッケル水素電池やリチウムイオン電池からなるサブバッテリ７が搭載される。サブバッテリ７は、主にエンジン４の停止中に用いられるものとなっている。

鉛電池とニッケル水素電池等とでは、その特性が大きく異なり、両者を単純に並列に接続して充電を行うなどの操作は不可能とされている。そのため、メインバッテリ６とサブバッテリ７とを協働して用いる（充放電させる）ために特別な構成が必要であり、以下に説明する本発明の充放電システム１がキャンピングカー２に搭載されている。
本発明の充放電システム１の概略として、この充放電システム１は、メインバッテリ６と、複数のサブバッテリ（図２の例では６個）を有しており、メインバッテリ６と、各サブバッテリ７は、直流バス（ＤＣバス１０）に夫々放電スイッチ（放電ＳＷ）を通して接続される。

メインバッテリ６への充電は、車両に搭載されたオルタネータ（発電機、図示せず）により行われる。オルタネータは、エンジン４の動力をもとに直流１２Ｖを発電し、メインバッテリ６やキャンピングカー２内（特にベース車両）の各電気装置に電力を供給する。この電力によりメインバッテリ６は充電される。
逆に、メインバッテリ６から出力される電力は、例えば、エンジンコントロールユニット、イグニッション、ヘッドライト、リアライトなどの様々な「車内機器」に使用される。

サブバッテリ７は、キャンピングカー２の居室部３で使用される電源となる。この電源から電力が供給される機器としては、冷蔵庫、室内灯、入口灯、換気扇、オーディオ機器、エアコンなどの「居室部内機器」がある。これらは、ＤＣ１２Ｖで駆動するものもあれば、ＡＣ１００Ｖで駆動するものもある。
メインバッテリ６及び／又はサブバッテリ７は、そのいずれかが順次選択的に放電できるように、夫々の放電ＳＷを介して、ＤＣバス１０に接続されている。ＤＣバス１０からの出力の一つは、ＤＣ出力端子１１に接続されており、このＤＣ出力端子１１を介して、居室部内機器がバッテリ電力を利用できるようになっている。

加えて、ＤＣバス１０の出力の一つは、ＤＣ−ＡＣインバータ１２の入力に接続されている。さらに、インバータ１２の出力を切り替えるＡＣＳＷを設け、ＡＣバス１３に、商用ＡＣ電源１４の出力又はインバータ１２の出力のいずれかを接続するようにしている。
ＡＣバス１３は、ＡＣ出力端子１５に接続されており、このＡＣ出力端子１５を介して、居室部３においてＡＣ電力を利用できるようにしている。各々のサブバッテリ７は、充電バス１７に各々充電ＳＷを通して接続されており、ＤＣバス１０に放電をしていないサブバッテリ７に対して、順次選択的に充電できるように、各々の充電ＳＷをＯＮ又はＯＦＦするようにしている。

図２を参照して、本発明の充放電システム１の回路の詳細について述べる。
本発明の充放電システム１は、メインバッテリ６と一つ以上のサブバッテリ７を有している。メインバッテリ６は電圧１２Ｖの出力を有する。図２の実施形態では、１〜６（Ｎ＝６）のサブバッテリ７が備えられている。しかしながら、サブバッテリ７の個数は複数であって６個には限定されない。

サブバッテリ７はその一つ一つが放電ＳＷ（２）を介してＤＣバス１０に接続されるようになっており、本実施形態では、２個一組として並列接続された状態で使用されるものとされている。ＤＣバス１０はＤＣ出力端子１１に接続され、ＤＣ出力端子１１からは、居室部内機器へ供給される１２Ｖの直流電力が出力される。なお、メインバッテリ６も放電ＳＷ（１）を介して、ＤＣバス１０へ接続されるようになっている。

ＤＣバス１０からの出力の一部は、ＤＣ−ＡＣインバータ１２（単にインバータ１２と呼ぶこともある）に入力され、入力された１２Ｖの直流電力は、１００Ｖの交流電力（ＡＣ電力）へ変換され出力される。インバータ１２から出力されたＡＣ電力は、ＡＣ用のＳＷ（ＡＣＳＷ）へ入力される。このＡＣＳＷには、商用のＡＣ電力も入力され、両者は切替可能にＡＣＳＷから出力される。ＡＣＳＷから出力されたＡＣ電力は、ＡＣバス１３を通り、ＡＣ出力端子１５へと出力され、ＡＣ出力端子１５からは、居室部内機器へ供給されるＡＣ１００Ｖが出力される。

一方で、ＡＣバス１３から出力されたＡＣ電力は充電器１６（サブバッテリ７専用の充電器１６であり、充電時には１８Ｖ程度の直流電圧を出力する）へ入力される。
充電器１６から出力された１８Ｖ程度の電圧を有するＤＣ電力は、選択ＳＷを介して充電バス１７へと供給される。この選択ＳＷには、例えば、キャンピングカー２の車体上面に配備された太陽電池パネル１８（図示せず）が発電する直流電力が入力され、選択ＳＷを切り替えることで、太陽電池パネル１８が発電する直流電力が、充電バス１７へと供給される。

充電バス１７へと供給された直流電力は、充電ＳＷを介して、夫々のサブバッテリ７へ供給される。
以上述べた、充放電システム１を用いて、キャンピングカー２内の「居室部内機器」を駆動する際の作動態様を述べる。
まず、キャンピングカー２がエンジン４起動中（車両走行中）に、居室部３内において居室部内機器を使用しようとする状況を考える。

図２を参照して、この場合、居室部内機器への電力は、放電ＳＷ（１）をＯＮとすることで、オルタネータからの電力がメインバッテリ６を経由して供給される。この際には、放電ＳＷ（２）はＯＦＦとしておき、サブバッテリ７から、ＤＣ出力端子１１へと電力が供給されないようにすると共に、メインバッテリ６の電力がサブバッテリ７に流れ込み、メインバッテリ６の不要な放電を回避するようにしている。

一方で、キャンピングカー２が一定の場所に停止しエンジン４を停止した状態で、使用者が居室部内機器を使用しようとする状況を考える。
この場合、居室部内機器への電力は、２個を一組（並列接続）としたサブバッテリ７から供給される。すなわち、放電ＳＷ（１）をＯＦＦとすることで、メインバッテリ６からの電力供給は遮断され、放電ＳＷ（２）をＯＮとすることで、サブバッテリ（１）（２）から、ＤＣバス１０を経由してＤＣ出力端子１１へと電力が供給され、ひいては、居室部内機器へ電力が供給される。このとき、充電バス１７とサブバッテリ（１）（２）との間に設けられた充電ＳＷはＯＦＦとされることで、サブバッテリ（１）（２）を充電するモードにはなっていない。その際、サブバッテリ（３）〜（６）の出力側に接続された放電ＳＷ（２）はＯＦＦとされている。

サブバッテリ（１）（２）との放電が完了した場合、サブバッテリ（１）（２）の出力側に接続された放電ＳＷ（２）がＯＦＦとされ、サブバッテリ（３）（４）の出力側に接続された放電ＳＷ（２）がＯＮとされる。これにより、居室部内機器への電力は、サブバッテリ（３）（４）から供給されるようになる。
続いて、同様なスイッチ操作を経て、サブバッテリ（３）（４）とが使用され尽くした場合、サブバッテリ（５）（６）が使用されることとなる。

以上述べた放電ＳＷの操作は、サブバッテリ７の電圧や電流を勘案し、充放電システム１内に設けられた制御部（図示せず）によって確実に行われる。
放電状態となったサブバッテリ７は、充電回路を利用し充電されることとなる。
本実施形態の場合、充電回路（充電のやり方）は幾つかある。夫々の充電方法について、以下説明する。

放電済み状態（充電が必要な状態）となったサブバッテリ７を充電する一つの方法としては、まず、オルタネータで発電した電力を、サブバッテリ７に供給する方法である。
以下、放電済み状態にあるサブバッテリ７はサブバッテリ（１）（２）とする。
エンジン４を起動しオルタネータも起動状態とする。このとき、車両は走行していても走行していなくてもよい。オルタネータにより発電された電力は、メインバッテリ６を経由し、ＯＮとされた放電ＳＷ（１）を介して、ＤＣバス１０へと供給される。充電対象となっているサブバッテリ（１）（２）に接続された放電ＳＷ（２）はＯＦＦとしておく。

ＤＣバス１０に供給されたオルタネータからの電力（ＤＣ電力）はインバータ１２に導入され、ＡＣ１００Ｖの交流電力に変換される。変換されたＡＣ電力（ＡＣ１００Ｖ）は、ＡＣＳＷを経由してＡＣバス１３へと供給され、ＡＣバス１３から充電器１６へと送られることとなる。この充電器１６は、サブバッテリ７の種類に応じて適切な充電出力（例えば、ＤＣ１８Ｖ）を出力でき、また、サブバッテリ７の温度上昇の状態などを基に、充電完了などを検知可能なものとされている。

充電器１６からの充電出力（ＤＣ１８Ｖ）は、選択ＳＷを介して、充電バス１７へと供給され、充電バス１７からはＯＮとなっている充電ＳＷを介して、サブバッテリ（１）（２）へと供給される。このとき、充電する必要のないサブバッテリ（３）〜（６）乃至は使用中のサブバッテリ（３）〜（６）に接続される充電ＳＷは、ＯＦＦとされている。
上記した操作により、放電されたサブバッテリ（１）（２）は充電されることとなり、同時に、使用可能なサブバッテリ（３）〜（６）は使用状態を維持できる。従って、居室部３内における使用者は、居室部内機器を常に安定して使用することが可能となる。

なお、あまり好ましいことではないが、オルタネータを起動させずに、メインバッテリ６自体からの電力を上記した経路により、サブバッテリ（１）（２）の充電に供することも可能である。
次に、車両に商用電力（電力会社からの電力）を供給して、供給されたＡＣ１００Ｖを利用してサブバッテリ７を充電する一つの方法を説明する。放電済み状態にあるサブバッテリ７はサブバッテリ（１）（２）とする。

まず車両に備えられた、商用電源供給ソケットなどに商用電力を供給する。供給された商用電力は、ＡＣＳＷを通って、ＡＣバス１３へと供給される。なお、このとき、充電対象となっているサブバッテリ（１）（２）に接続された放電ＳＷ（２）はＯＦＦとしておく。
ＡＣバス１３へと供給された商用電力は、充電器１６へと送られることとなる。充電器１６からの充電出力（ＤＣ１８Ｖ）は、選択ＳＷを介して、充電バス１７へと供給され、充電バス１７からは、ＯＮとなっている充電ＳＷを介して、サブバッテリ（１）（２）へと供給される。このとき、充電する必要のないサブバッテリ（３）〜（６）乃至は使用中のサブバッテリ（３）〜（６）に接続される充電ＳＷはＯＦＦとされている。

上記した操作により、放電されたサブバッテリ（１）（２）は充電されることとなり、同時に、使用可能なサブバッテリ（３）〜（６）は使用状態を維持できる。
本発明のキャンピングカー２が、車体上部や側部に太陽電池パネル１８を有するものである場合、この太陽電池パネル１８により発電される電力を用いて、サブバッテリ７を充電することも可能である。

太陽電池パネル１８により、サブバッテリ（１）（２）を充電するに際しては、放電ＳＷ（１）をＯＦＦとするとともに、サブバッテリ（１）（２）の放電ＳＷ（２）もＯＦＦ、充電ＳＷはＯＮとしておく。同様に、サブバッテリ（３）〜（６）の放電ＳＷ（２）は必要に応じてＯＮとし、充電ＳＷはＯＦＦとしておく。
この状況下で、選択ＳＷを操作し、太陽電池パネル１８側の出力が充電バス１７へと流れるようにする。充電バス１７から供給された電力（太陽電池パネル１８による電力）は、充電ＳＷを介して、サブバッテリ（１）（２）へ供給され、サブバッテリ（１）（２）が充電される。

以上述べたように、充放電システム１を用いることで、メインバッテリ６とは別に設けられた特性の異なるサブバッテリ７を、簡素な構成で多種の電力源を用いて充電できるようにすると共に、メインバッテリ６からの放電中にも、サブバッテリ７を順次充電できるようにすることで、負荷に対する電力の供給を長期に持続できるものとなる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。

特に、今回開示された実施形態において、明示されていない事項、例えば、作動条件や操作条件、構成物の寸法、重量などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 充放電システム
２ キャンピングカー
３ 居室部
４ エンジン
５ キャビン
６ メインバッテリ
７ サブバッテリ
１０ ＤＣバス
１１ ＤＣ出力端子
１２ インバータ
１３ ＡＣバス
１４ 商用ＡＣ電源
１５ ＡＣ出力端子
１６ 充電器
１７ 充電バス
１８ 太陽電池パネル

Claims (5)

1. エンジンで駆動されるオルタネータと、前記オルタネータの出力によって充電されるメインバッテリと、前記メインバッテリとは別に配備された複数のサブバッテリと、を有した充放電システムであって、
   前記メインバッテリは、第１の放電スイッチを介して、ＤＣ出力端子乃至はＤＣ−ＡＣインバータの入力端子に接続されており、前記サブバッテリは、第２の放電スイッチを介して、ＤＣ出力端子乃至はＤＣ−ＡＣインバータの入力端子に接続されており、
   前記ＤＣ−ＡＣインバータのＡＣ出力と商用ＡＣ電源とは、ＡＣ切り替えスイッチを介して、サブバッテリ向けの充電器へ入力され、
   前記サブバッテリ向けの充電器の出力は、充電スイッチを介して前記サブバッテリに接続されており、
   前記放電スイッチ及び／又は充電スイッチを制御する制御部が設けられている
   ことを特徴とする充放電システム。
2. 前記ＤＣ出力端子を介してＤＣ電力を出力するに際しては、
   前記制御部が、前記第１の放電スイッチと第２の放電スイッチとを同時にＯＮとしないことを特徴とする請求項１に記載の充放電システム。
3. 前記サブバッテリを放電乃至は充電するに際しては、
   前記制御部が、前記第２の放電スイッチと充電スイッチとを同時にＯＮとしないことを特徴とする請求項１に記載の充放電システム。
4. 前記サブバッテリの充電を行うに際しては、
   前記制御部が、前記複数のサブバッテリの内の１つの充電スイッチをＯＮとすると共に、当該充電スイッチをＯＮとしたサブバッテリに接続する第２の放電スイッチをＯＦＦとし、
   前記サブバッテリの放電を行うに際しては、
   前記制御部が、前記複数のサブバッテリの内の少なくとも１つ以上の第２の放電スイッチをＯＮとし、当該第２の放電スイッチをＯＮとしたサブバッテリに接続する充電スイッチをＯＦＦとすることを特徴とする請求項３に記載の充放電システム。
5. 太陽電池パネルからの出力電力を用いて、サブバッテリの充電を可能としていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の充放電システム。