JP2022023450A - 充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】電池の冷却に要する時間の短縮を図ることが可能な充電システムを提供する。【解決手段】充電システム１は、走行用の駆動力源であるモータと、モータを駆動するための電力を蓄える電池２３とを含む車両２と、電池２３を充電するための外部電源３１を含む充電施設３とを備える。車両２は、冷却水を循環させることによって電池２３を冷却する冷却装置２６を含む。充電施設３は、冷却装置２６の冷却水の熱を回収する熱回収部３２を含む。充電システム１は、外部電源３１を用いた電池２３の充電が行われる前に、冷却装置２６によって電池２３の冷却が行われる際に、熱回収部３２で冷却水の熱が回収されるように構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、充電システムに関する。

従来、車両および充電装置を備える充電システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

車両は、走行用の駆動力源であるモータと、そのモータを駆動するための電力を蓄える電池とを含んでいる。充電装置は、建物の近傍に設置される充電ステーションおよびヒートポンプ機構を含んでいる。充電ステーションは、外部電源を用いて電池を充電するために設けられている。ヒートポンプ機構は、建物における給湯設備を構成している。

この充電システムは、外部電源を用いた電池の充電時に、冷却風によって電池を冷却するように構成されている。そして、冷却風が電池を冷却する際に暖められることによって温風になり、その温風がヒートポンプ機構の熱交換器（エバポレータ）に供給されるようになっている。これにより、電池の排熱が給湯に利用されるので、エネルギの利用効率を高くすることが可能である。

特開２００９－１４３５０９号公報

ここで、車両の電池の温度が高い場合には、外部電源を用いた電池の充電が行われる前に、電池の温度を下げる必要がある。そこで、車両に搭載された電池冷却装置によって電池を充電前に冷却することが考えられるが、電池の冷却に要する時間が長くなると、充電の開始時刻が遅くなり、冷却の開始から充電の完了までの全体の時間が長くなるおそれがある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、電池の冷却に要する時間の短縮を図ることが可能な充電システムを提供することである。

本発明による充電システムは、走行用の駆動力源であるモータと、モータを駆動するための電力を蓄える電池とを含む車両と、電池を充電するための外部電源を含む充電施設とを備える。車両は、冷却水を循環させることによって電池を冷却する冷却装置を含む。充電施設は、冷却装置の冷却水の熱を回収する熱回収部を含む。充電システムは、外部電源を用いた電池の充電が行われる前に、冷却装置によって電池の冷却が行われる際に、熱回収部で冷却水の熱が回収されるように構成されている。

このように構成することによって、充電施設の熱回収部で冷却水の熱が回収されることにより、冷却水の放熱量が大きくなるので、電池の冷却に要する時間の短縮を図ることができる。

本発明の充電システムによれば、電池の冷却に要する時間の短縮を図ることができる。

本実施形態による充電システムの概略構成を説明するための図である。 図１の充電システムの概略構成を示したブロック図である。 図１の充電システムの電池冷却回路を説明するための図である。 本実施形態の充電システムにおける外部電源を用いた充電時の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を説明する。

まず、図１～図３を参照して、本発明の一実施形態による充電システム１の概略構成について説明する。

充電システム１は、図１に示すように、車両２および充電施設３を備えている。車両２はたとえば電動車両であり、充電施設３は車両２の電池２３を充電可能に構成されている。

車両２は、モータ２１と、ＰＣＵ２２と、電池２３とを含んでいる。モータ２１は、走行用の駆動力源であり、電力を用いて走行用の駆動力を出力可能に構成されている。モータ２１は、主に電動機として機能し、状況によっては発電機としても機能する。ＰＣＵ２２は、インバータなどを有し、モータ２１を制御するために設けられている。電池２３は、充放電可能であり、モータ２１を駆動するための電力を蓄えるように構成されている。電池２３は、モータ２１で発電された電力を充電可能であるとともに、充電施設３の外部電源３１（図３参照）によって充電可能に構成されている。この車両２にはインレット２４が設けられ、インレット２４は充電ケーブル３３のコネクタ３３ａを着脱可能に構成されている。

充電施設３は、図３に示すように、外部電源３１と、熱回収部３２と、充電ケーブル３３（図１参照）とを含んでいる。外部電源３１は、たとえば系統電源（図示省略）からの電力を車両２に供給可能に構成されている。熱回収部３２は、車両２の後述する冷却装置２６の冷却水の熱を回収するために設けられている。充電ケーブル３３のコネクタ３３ａが車両２のインレット２４に挿し込まれた場合には、外部電源３１と車両２の後述する充電器２７とが電気的に接続されるとともに、熱回収部３２の冷却水通路と冷却装置２６の冷却水通路とが連通されるようになっている。

また、車両２は、空調装置２５と、冷却装置２６と、充電器２７と、ＥＣＵ２８（図２参照）とを含んでいる。

空調装置２５は、車室内を冷房するために設けられ、送風空気を発生させる送風機（図示省略）と、送風空気を冷却するための冷凍サイクル装置とを含んでいる。冷凍サイクル装置は、圧縮機２５１と、コンデンサ２５２と、エバポレータ２５３と、チラー２６４と、膨張弁２５３ａおよび２５４ａと、電磁弁２５３ｂおよび２５４ｂとを含んでいる。

圧縮機２５１は、電動式であり、冷媒を冷媒回路で循環させるために設けられている。コンデンサ２５２は、内部を流通する冷媒を冷却して凝縮させるように構成されている。このコンデンサ２５２は、水冷式であってもよいし、空冷式であってもよい。

電磁弁２５３ｂは、冷媒通路を開閉可能であり、冷媒をエバポレータ２５３に流すか否かを切り替えるために設けられている。電磁弁２５３ｂは、空調装置２５による冷房時に開放されるように構成されている。膨張弁２５３ａは、通過する冷媒を減圧して膨張させるように構成されている。エバポレータ２５３は、送風空気の通路である送風ダクト内に配置され、送風空気を冷却するように構成されている。エバポレータ２５３によって冷却された空調風は、吹出口から車室に吹き出されるようになっている。

電磁弁２５４ｂは、冷媒通路を開閉可能であり、冷媒をチラー２６４に流すか否かを切り替えるために設けられている。電磁弁２５４ｂは、冷却装置２６の冷却水の冷却時に開放されるように構成されている。膨張弁２５４ａは、通過する冷媒を減圧して膨張させるように構成されている。チラー２６４は、冷凍サイクル装置の冷媒と冷却装置２６の冷却水との間で熱交換させる熱交換器であり、冷媒によって冷却水の熱を奪うように構成されている。

冷却装置２６は、冷却水を用いて電池２３を冷却するために設けられている。この冷却装置２６は、ウォータポンプ２６１と、冷却器２６２と、ラジエータ２６３と、チラー２６４と、充電施設３の熱交換器３２２と、バルブ２６５ａおよび２６５ｂとを含んでいる。

ウォータポンプ２６１は、電動式であり、冷却水を冷却水回路で循環させるために設けられている。冷却器２６２は、電池２３を冷却するために設けられている。冷却器２６２は、冷却水が流通する冷却水流通部を有し、その冷却水流通部を流通する冷却水が電池２３の熱を奪うように構成されている。たとえば、冷却器２６２に電池２３が載置されている。

ラジエータ２６３は、内部を流通する冷却水と外気とで熱交換させることにより、外気によって冷却水を冷却するために設けられている。このラジエータ２６３は、走行風やラジエータファン（図示省略）によって冷やされるようになっている。チラー２６４は、冷却装置２６の冷却水と冷凍サイクル装置の冷媒とで熱交換させることにより、冷媒によって冷却水を冷却するために設けられている。

ここで、充電施設３の熱回収部３２は、温水装置３２１および熱交換器３２２を含んでいる。温水装置３２１および熱交換器３２２の間には冷却水が循環されるようになっている。熱交換器３２２は、冷却装置２６の冷却水と温水装置３２１の冷却水とで熱交換させることにより、冷却装置２６の冷却水を冷却するように構成されている。熱交換器３２２による冷却水の冷却能力は、ラジエータ２６３による冷却水の冷却能力よりも高く、チラー２６４による冷却水の冷却能力よりも高い。なお、冷却装置２６の冷却水から奪われた熱は、温水装置３２１で利用される。

バルブ２６５ａおよび２６５ｂは、冷却水回路において冷却水が循環される経路を切り替えるために設けられている。この冷却水回路は、第１循環経路Ｆ１～第３循環経路Ｆ３を含んでいる。第１循環経路Ｆ１にはラジエータ２６３が配置され、第２循環経路Ｆ２にはチラー２６４が配置され、第３循環経路Ｆ３には熱交換器３２２が配置されている。

第１循環経路Ｆ１が形成される場合には、バルブ２６５ａによってウォータポンプ２６１の吐出口およびラジエータ２６３の冷却水入口が接続されるとともに、バルブ２６５ｂによって冷却器２６２の冷却水入口およびラジエータ２６３の冷却水出口が接続されている。このため、第１循環経路Ｆ１が形成されている場合には、ウォータポンプ２６１から吐出された冷却水は、ラジエータ２６３および冷却器２６２の順に流れてウォータポンプ２６１に戻される。冷却水が第１循環経路Ｆ１で循環され、冷却水がラジエータ２６３で冷却されるときには、ラジエータファンが駆動される場合がある。

第２循環経路Ｆ２が形成される場合には、バルブ２６５ａによってウォータポンプ２６１の吐出口およびチラー２６４の冷却水入口が接続されるとともに、バルブ２６５ｂによって冷却器２６２の冷却水入口およびチラー２６４の冷却水出口が接続されている。このため、第２循環経路Ｆ２が形成されている場合には、ウォータポンプ２６１から吐出された冷却水は、チラー２６４および冷却器２６２の順に流れてウォータポンプ２６１に戻される。冷却水が第２循環経路Ｆ２で循環され、冷却水がチラー２６４で冷却されるときには、冷凍サイクル装置が電磁弁２５４ｂを開いた状態で駆動される。

第３循環経路Ｆ３が形成される場合には、バルブ２６５ａによってウォータポンプ２６１の吐出口および熱交換器３２２の冷却水入口が接続されるとともに、バルブ２６５ｂによって冷却器２６２の冷却水入口および熱交換器３２２の冷却水出口が接続されている。このため、第３循環経路Ｆ３が形成されている場合には、ウォータポンプ２６１から吐出された冷却水は、熱交換器３２２および冷却器２６２の順に流れてウォータポンプ２６１に戻される。冷却水が第３循環経路Ｆ３で循環され、冷却水が熱交換器３２２で冷却されるときには、温水装置３２１および熱交換器３２２の間で冷却水が循環される。なお、第３循環経路Ｆ３は、充電施設３の充電ケーブル３３が車両２に接続されている場合に利用可能であり、充電ケーブル３３が車両２に接続されていない場合や、充電施設（図示省略）に熱回収部が設けられていない場合には利用することができない。

充電器２７は、充電施設３の充電ケーブル３３が車両２に接続されている場合に、外部電源３１を用いて電池２３を充電するために設けられている。

図２に示すように、ＥＣＵ２８は、演算部および記憶部（図示省略）などを含み、車両２を制御するように構成されている。ＥＣＵ２８には、電池２３（図１参照）の温度を検出する電池温度センサ２３ａなどの各センサが接続されている。また、ＥＣＵ２８は、充電ケーブル３３が車両２に接続されている場合に、信号線（図示省略）によって充電施設３と接続され、充電施設３と通信可能に構成されている。そして、ＥＣＵ２８は、各センサや充電施設３からの入力などに基づいて、車両２のＰＣＵ２２、空調装置２５、冷却装置２６および充電器２７などを制御するように構成されている。

本実施形態のＥＣＵ２８は、外部電源３１（図３参照）を用いた電池２３の充電が行われる前に、電池２３の冷却を行う必要があるか否かを判断するように構成されている。次に、ＥＣＵ２８は、外部電源３１を用いた電池２３の充電前に冷却が必要である場合に、充電施設３の熱回収部３２（図３参照）を利用可能であるか否かを判断するように構成されている。そして、ＥＣＵ２８は、外部電源３１を用いた電池２３の充電前に冷却が必要である場合に、熱回収部３２を利用可能なときに、冷却装置２６による第３循環経路Ｆ３（図３参照）を用いた電池２３の冷却を行うように構成されている。その後、ＥＣＵ２８は、電池２３の冷却が完了された場合に、外部電源３１を用いた電池２３の充電を行うように構成されている。

－外部電源を用いた充電－
次に、図４を参照して、本実施形態の充電システム１における外部電源３１を用いた充電時の動作について説明する。この外部電源３１を用いた充電時の動作は、たとえば、充電ケーブル３３のコネクタ３３ａが車両２のインレット２４に挿し込まれた場合に行われる。なお、以下の各ステップは、ＥＣＵ２８により実行される。

まず、図４のステップＳ１において、電池２３の冷却を行う必要があるか否かが判断される。たとえば、電池温度センサ２３ａによって検出される電池２３の温度が所定値以上の場合に、電池２３の冷却を行う必要があると判断される。この所定値は、たとえば、充電時に電池２３が過熱しないように予め設定された値である。そして、電池２３の冷却を行う必要があると判断された場合には、ステップＳ２に移る。その一方、電池２３の冷却を行う必要がないと判断された場合には、ステップＳ６に移る。

次に、ステップＳ２において、充電施設３と通信が行われることにより、熱回収部３２を利用可能であるか否かが判断される。なお、熱回収部３２が利用できない場合の一例としては、充電施設（図示省略）に熱回収部が設けられていない場合を挙げることができる。そして、熱回収部３２を利用可能であると判断された場合には、冷却装置２６で第３循環経路Ｆ３を形成可能であることから、ステップＳ３に移る。その一方、熱回収部３２を利用できないと判断された場合には、冷却装置２６で第３循環経路Ｆ３を形成できないことから、ステップＳ４に移る。

次に、ステップＳ３では、熱回収部３２を利用した電池２３の冷却が開始される。すなわち、冷却装置２６で第３循環経路Ｆ３が形成され、冷却水の熱が熱交換器３２２で排出される。具体的には、温水装置３２１および熱交換器３２２の間で冷却水が循環されており、ウォータポンプ２６１から吐出された冷却水が熱交換器３２２を通過する際に冷却され、熱交換器３２２で冷却された冷却水が冷却器２６２を通過する際に電池２３を冷却し、電池２３から熱を奪った冷却水がウォータポンプ２６１に戻される。なお、熱交換器３２２で冷却装置２６の冷却水から奪われた熱は、温水装置３２１で利用される。

また、ステップＳ４では、熱回収部３２を利用しない電池２３の冷却が開始される。すなわち、冷却装置２６で第１循環経路Ｆ１または第２循環経路Ｆ２が形成され、冷却水の熱がラジエータ２６３またはチラー２６４で排出される。

具体的には、第１循環経路Ｆ１が形成された場合には、たとえばラジエータファンが駆動されており、ウォータポンプ２６１から吐出された冷却水がラジエータ２６３を通過する際に冷却され、ラジエータ２６３で冷却された冷却水が冷却器２６２を通過する際に電池２３を冷却し、電池２３から熱を奪った冷却水がウォータポンプ２６１に戻される。

また、第２循環経路Ｆ２が形成された場合には、冷凍サイクル装置が電磁弁２５４ｂを開いた状態で駆動されており、ウォータポンプ２６１から吐出された冷却水がチラー２６４を通過する際に冷却され、チラー２６４で冷却された冷却水が冷却器２６２を通過する際に電池２３を冷却し、電池２３から熱を奪った冷却水がウォータポンプ２６１に戻される。

次に、ステップＳ５において、電池２３の冷却が完了されたか否かが判断される。たとえば、電池温度センサ２３ａによって検出される電池２３の温度が所定値未満の場合に、電池２３の冷却が完了されたと判断される。この所定値は、たとえば、充電時に電池２３が過熱しないように予め設定された値である。そして、電池２３の冷却が完了されたと判断された場合には、冷却装置２６による電池２３の冷却が終了され、ステップＳ６に移る。その一方、電池２３の冷却が完了していないと判断された場合には、ステップＳ５が繰り返し行われる。すなわち、冷却装置２６による電池２３の冷却が継続される。

次に、ステップＳ６において、充電器２７により、外部電源３１を用いた電池２３の充電が開始される。そして、ステップＳ７において、電池２３の充電が完了されたか否かが判断される。たとえば、電池２３が満充電になった場合に、電池２３の充電が完了されたと判断される。そして、電池２３の充電が完了されたと判断された場合には、充電器２７による電池２３の充電が終了され、エンドに移る。その一方、電池２３の充電が完了していないと判断された場合には、ステップＳ７が繰り返し行われる。すなわち、充電器２７による電池２３の充電が継続される。

－効果－
本実施形態では、上記のように、外部電源３１を用いた電池２３の充電が行われる前に、冷却装置２６によって電池２３の冷却が行われる際に、熱回収部３２で冷却水の熱が回収されることにより、冷却水の放熱量が大きくなるので、電池２３の冷却に要する時間の短縮を図ることができる。したがって、充電の開始時刻を早くすることができるので、冷却の開始から充電の完了までの全体の時間を短くすることができる。その結果、充電施設３において充電の順番待ちをしている車両２の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、第３循環経路Ｆ３が形成され、冷却水の熱が熱交換器３２２で排出される場合には、冷凍サイクル装置やラジエータファンを駆動させる必要がないので、消費電力の低減を図ることができる。

また、本実施形態では、冷却装置２６の冷却水から回収された熱が温水装置３２１で利用されることによって、エネルギの利用効率を高くすることができる。

また、本実施形態では、電池２３の充電前の冷却が不要な場合に、電池２３の充電前の冷却が行われないことによって、電池２３の充電を早期に開始することができる。

また、本実施形態では、熱回収部３２が利用できない場合に、第１循環経路Ｆ１または第２循環経路Ｆ２が形成されることによって、熱回収部３２が利用できなくても、電池２３の充電前の冷却を行うことができる。

－他の実施形態－
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、車両２が走行用の駆動力源としてモータを備える電動車両である例を示したが、これに限らず、車両が走行用の駆動力源としてモータおよび内燃機関を備えるハイブリッド車両であってもよい。

また、上記実施形態では、温水装置３２１が熱回収部３２に設けられる例を示したが、これに限らず、温水装置以外の空調装置などが熱回収部に設けられていてもよい。この場合、空調装置などにおいて、冷却水から回収された熱が利用されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、外部電源３１を用いた電池２３の充電が行われているときに、冷却装置２６による電池２３の冷却が行われない例を示したが、これに限らず、外部電源を用いた電池の充電が行われているときに、冷却装置による電池の冷却が行われるようにしてもよい。この場合、第１循環経路～第３循環経路のいずれが形成されていてもよい。たとえば、電池の充電前の冷却時の冷却水の経路と、電池の充電時（充電中）の冷却水の経路とが同じであってもよい。

また、上記実施形態では、ラジエータ２６３およびチラー２６４が冷却装置２６に設けられる例を示したが、これに限らず、ラジエータおよびチラーの一方のみが冷却装置に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、熱回収部３２を利用しない電池２３の冷却時に、第１循環経路Ｆ１または第２循環経路Ｆ２が形成される例を示したが、これに限らず、熱回収部を利用しない電池の冷却時に、第１循環経路および第２循環経路が形成されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、充電施設３において充電ケーブル３３が接続された状態で充電が行われる例を示したが、これに限らず、充電施設においてワイヤレスで充電が行われるようにしてもよい。この場合には、充電施設の熱回収部と車両の冷却装置とを接続するケーブルが設けられていてもよい。

また、上記実施形態において、ステップＳ１の所定値とステップＳ５の所定値とが、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

本発明は、走行用の駆動力源であるモータと、モータを駆動するための電力を蓄える電池とを含む車両と、電池を充電するための外部電源を含む充電施設とを備える充電システムに利用可能である。

１ 充電システム
２ 車両
３ 充電施設
２１ モータ
２３ 電池
２６ 冷却装置
３１ 外部電源
３２ 熱回収部

Claims (1)

1. 走行用の駆動力源であるモータと、前記モータを駆動するための電力を蓄える電池とを含む車両と、
   前記電池を充電するための外部電源を含む充電施設とを備える充電システムであって、
   前記車両は、冷却水を循環させることによって前記電池を冷却する冷却装置を含み、
   前記充電施設は、前記冷却装置の冷却水の熱を回収する熱回収部を含み、
   前記外部電源を用いた前記電池の充電が行われる前に、前記冷却装置によって前記電池の冷却が行われる際に、前記熱回収部で冷却水の熱が回収されるように構成されていることを特徴とする充電システム。

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