JP2022083149A - 変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、充電システムを簡便にし、コストを削減し、充電装置自体に電気消費を抑制し、充電をより便宜にすることができる、変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システムを提供する。【解決手段】本発明は、変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システムを開示しており、三相の配電変圧器の出力線の電圧が１２５０ボルトとされる交流出力端、及び、車載する降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路を含み、前記出力端が、車載する降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路に接続され、前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路は、前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路を制御する充電制御器を含む。前記整流回路は、その体積が小さいが容量が大きいため、電動車に置かれて充電スタンドが形成され、急速充電装置と互換されることが大幅に便宜になる。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車向けの車載急速充電システムに関し、特に、変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システムに関する。

現在、電動車のバッテリーへの急速充電の要求が満たされるように、大電力の直流充電スタンドが必要となっている。車載する充電装置は、公称値である１１０ｖ又は２２０ｖという単一の電源電圧により充電される。そうすると、充電の電力が１５キロボルト以下となり、充電の時間が８～１０時間だけかかることが一般である。また、充電過程は、挿入され次第充電されるため、電力系統の低い負荷段階に行われるように制御することができない。

このことに鑑み、本発明が提供する、変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システムは、充電システムを簡便にし、コストを控え、充電装置自体に電気消費を抑制し、その体積が小さいが容量が大きく、充電時間が一時間以内まで絞られる充電装置であって、電動車に置かれて充電スタンドが形成され、急速充電装置と互換されることを大幅に便宜にし、充電を便宜にすることが可能である。充電電源の設置が簡便となるため、電力系統の低い負荷の段階に充電を行う制御システムへの取り付けを便宜にすることができる。

本発明の目的を達成するために、以下のような技術的手段を採用する。
変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システムは、三相の配電変圧器の出力線の電圧が１２５０ボルトとされる出力端、及び、車載する降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路を含み、前記出力端が降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路に接続され、前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路は、前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路を制御する充電制御器を含む。

前記三相の配電変圧器は、中圧で配電される商用の電力系統に接続される一次高圧側と、電圧が１２５０ボルトとされる二次低圧側とを含む。

前記車載する降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路は、降圧型（Ｂｕｃｋ）の高周波ＰＷＭ整流フィルタ器である。

前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ器は、電動車の車体に設置され、車載する急速充電システムが形成され、前記充電システムは、車に位置する充電用ソケットを含み、前記線電圧が１２５０ボルトとされる出力端が充電用プラグ及び制御器を含み、前記充電用プラグが充電用ソケットに接続され電動車に充電を行う。

前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ器は、前記充電用プラグに設置されている（即ち、車載されない）交流容量、及び、インダクタンスを含む。

前記充電制御器は、バッテリーの充電ポリシーにより制御され、時間帯別料金に従って制御されるシステムが取り付けられている。

前記変圧器は、少なくとも並列接続される二つの充電用プラグを具備する、二次巻線を含み、前記充電システムは、変圧器の容量によって、時間帯別又は電力別に各充電用プラグに電力を提供する。

本発明の有益な効果は、以下の通りである。
（１）本発明は、電動車のバッテリー用の車載急速充電システムを提供しており、出力が１２５０ボルトとされる配電変圧器が、降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路に結合されることから、スイッチ電源としての高周波変圧器を使用することを避け、使用される素子の数を少なくすることができる。
（２）降圧型の高周波ＰＷＭ整流回路は、その入力電圧が比較的高いことから、スイッチング管やダイオード回路に流れる電流を小さくすると共に、直列接続されるトランジスタを少なくして、装置自体に電気消費を抑制することができる。
（３）単一の装置における容量を大きくすることができるし、容量を大きくするように、複数のグループ（Ｂｕｃｋ）の整流回路を並列接続させることができる。
（４）本発明は、装置の体積が小さいため、車に設置されて、１２５０ボルトとされる三相の交流電源により、電力を提供することが可能となる。
（５）本発明は、装置について、そのコストが低く、体積が小さいため、時間帯に従って電力系統の低い負荷段階に充電を行う制御システムへの取り付けを便宜にすることができる。

本発明の実施例における変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システムの回路図である。

以下には、図１及び本発明の実施例を参照しながら、発明を詳しく説明する。図１を参照すると、変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システムは、三相の配電変圧器１の出力線の電圧が１２５０ボルトとされる出力端、及び、車載する降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路を含み、この出力端が降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路に接続され、この出力端が保護制御通信回路５を含み、この降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路が充電制御器４を含み、前記充電制御器４が、この降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路を制御し、保護制御通信回路５と通信する。

前記三相の配電変圧器１は、中圧で配電される商用の電力系統に接続される一次高圧側１１と、線電圧が１２５０ボルト（相電圧が７２２ボルト）とされる二次低圧側１２とを含み、その中性点が直接に接地する。

前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路２は、降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ器である。

前記電圧値としての１２５０ボルトを取得する原則は、以下の要求が同時に満たされているためのものである。
１、バッテリーにおける公称値としての電圧の要求。
２、電力系統における電力要素制御（ＰＦＣ）の要求。
３、電力系統における電圧値の変動要求。例えば、国家に中圧電力系統の電圧品質に対する要求によると、変動幅が－７％～７％である。
４、バッテリーの充電終止電圧がバッテリーの公称電圧よりも高いという要求。ただし、回路におけるトランジスタによる電圧低下は、電圧回路全体に占める比率が比較的小さいため、ここで考慮しない。

１２５０ボルトという値を算出することは、以下の通りである。前記配電変圧器の出力相の電圧の有効値をＵｏ、電動車におけるバッテリーの公称電圧をＵ１、それぞれとする。

電力要素制御の要求を満たすように、Ｕｏ≧

電力系統において電圧変動が７％であるという要求をさらに満たすように、即ち、１．０７を乗算すると、

トランジスタによる電圧低下は、回路においてその占有比率が比較的低いことから、ここで考慮しない。現在には、電動車のバッテリーの電圧が基本的に、７５０ボルト以下であるため、７５０ボルトという電圧により、

前記バッテリー充電終止電圧は、概ね、バッテリーの公称電圧を１０ ％だけ超えるが、充電終止電圧が公称電圧を１０％以上だけ超えるバッテリーも存在している。充電の後半においては、充電電流が小さくなるため、電力系統において高調波に対する要求が満たされ得る。故に、ここでそれを１０％とする。最終的には、配電変圧器の出力線の電圧が、依然として、１１３５×１．１＝１２４８．５ボルト以上であることから、１２５０ボルトを取ることができる。

以上のように総合的に計算すると、配電変圧器の出力線の電圧が１２５０ボルトとされる。この時には、公称電圧が７５０ボルト以下であるバッテリーの全てに、急速で充電を行うことができる。

前記降圧型（Ｂｕｃｋ）の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路２は、交流フィルタ器、整流ブリッジ、及び、直流フィルタ回路を含む。降圧型の高周波ＰＷＭ整流回路２への制御は、電力系統における電力要素の要求を満たすと共に、バッテリーの充電ポリシーを満たすように調整することにより行われており、対応する保護回路を追加することにより、遠隔駆動により、ＰＷＭ整流の機能が完了するようにする。車には、バッテリー回路の絶縁検出システムを取り付けることが多い。１組の変圧器の二次巻線に対して複数の充電用プラグを設置して投資を削減するように、取り付けられるシステムにおける変圧器の二次巻線を検出できない中性点が接地されることが好ましい。

本実施例では、前記充電電源は、遠隔駆動回路３及び充電制御器４を含み、前記充電制御器４は、遠隔駆動回路３により、前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流回路２を制御する。さらに、前記変圧器１の出力線の電圧が１２５０ボルトとされる出力端と降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路２との間には、降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路２を保護するためのものであって、制御器４と通信する保護回路５が設置される。

前記充電制御器４は、時間帯別料金に従って制御されるシステムが取り付けられ、停車した場合に、充電が電力系統の低い負荷段階に安い料金で行われるように制御する。

前記変圧器は、少なくとも並列接続される二つの充電用プラグを具備する二次巻線を含み、前記充電システムは、変圧器の容量によって時間帯別又は電力別に各充電用プラグに電力を提供する。充電を行う前後の時間には、車が移動される必要が無くなり、変圧器の容量を節約し、使用率が向上する。図１に、電源プラグＫ４、Ｋ７が示されている。

本発明に係る配電変圧器の二次の低圧側の巻線には、知能充電制御器５を具備し、当該巻線に含まれている各１２５０ボルトとされる電源のソケットを制御する。この知能充電制御器５は、故障からの保護、電源のオフ、時間帯別制御、電力別制御、変圧器過負荷防止、電力調度システムとの通信、及び、車載制御器４との通信などの機能を有する。充電時間が短いため、停車時間に許可可能である場合には、前記知能充電制御器５が、電力系統の低い負荷の時間帯に車を充電するように約束することが可能である。また、巻線の容量によって時間帯別又は電力別に各プラグに充電を行うことも可能である。そうすると、車への充電が終わったと駐車スペースが変わる必要が無くなり、変圧器の容量が節約され得る。また、電力系統調度システムによりこの制御器５を直接に制御することにより、電力系統において充電負荷が低い段階の時間帯に充電を行い、電力系統の負荷に対してバランスを取る目的を達成することができる。たとえ電力系統において故障により電力の提供が停止されてしまう場合でも、急速に電力系統を正常な状態に回復させる目的を達成することができる。

本発明は、降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路２の体積が小さいことから、車に取り付けられて、充電スタンドと一体化する急速充電装置を構成することが便宜となる。駐車スペースに安装１２５０ボルトとされた知能制御プラグが取り付けられており、車に充電用ソケットが取り付けられて、電気接続された場合に、車載充電装置に電力を提供することになる。図１を参照すると、電源プラグ４の主な役割としては、車載の充電制御器４を、がプラグ制御器５により、Ｋ１がスイッチして電力をオン・オフするようにする。車載装置は、バッテリーの要求に従ってバッテリーに充電を行う。充電過程は、バッテリーの寿命を延ばすように、急速と低速に切り替えられるように設定されてもよいし、充電ポリシーに従って任意に設定されてもよい。充電制御器４は、知能充電制御器５により車外の知能制御プラグＫ１が送電を停止するように制御する。

好ましくは、前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ器２は、車載の機器を少なくするように、前記充電用プラグに設置される交流容量及びインダクタンスを含む。本実施例では、図１にバリスタＲ１、Ｒ２、Ｒ３、インダクタンスＬ１、Ｌ２、Ｌ３、容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３がプラグ側に設置され、車載機器が整流ブリッジ回路よりも後方に設置されている。図１では、電源プラグＫ５が接続用のプラグである（Ｋ４が設置されていない）。

重要なのは、車載充電制御器４又は充電スタンド制御器５に、電力系統の負荷の高さにより制御されるアプリケーションがインストールされており、車が停車した際に、許可可能な時間帯に、制御充電過程が安い料金となる時に行われ、車用コストを削減すると共に電力系統が経済的に稼働するように制御することができる。

図１を参照すると、前記直流充電スタンドが充電スタンド制御器４と降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路２を含む。

前記充電制御器４は、変調と保護の回路を有し、その出力信号端が遠隔駆動回路を介して前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流トランジスタＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６のゲート電極に接続され、トランジスタのオン・オフを制御するためのものである。

図１を参照すると、この図１において、１が配電変圧器であり、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３がフィルタインダクタンスであり、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３がエネルギー貯蔵容量であり、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６がトランジスタであり、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６がダイオードであり、Ｄ７がフリーホイールダイオードであり、Ｌ４がエネルギー貯蔵インダクタンスであり、Ｃ４がフィルタ容量であり、Ｕ２が充電電圧であり、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が電圧限定抵抗であり、１１が変圧器の高圧巻線であり、１２が変圧器の低圧巻線であり、Ｋ１及びＫ６が連動可能な知能スイッチであり、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ７がコネクターである。

本発明は、電動車に用いられ、車載する大電力の直流充電システムであり、この充電システムに、出力線の電圧が１２５０ボルトとされる三相の配電変圧器を用いて、変圧器の出力端と降圧型（Ｂｕｃｋ）の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路とが接続される。

この降圧型（Ｂｕｃｋ）の高周波ＰＷＭ整流フィルタの充電装置は、その体積が比較的小さいが容量が大きいことから、車に置かれて充電スタンドが形成され、急速充電装置と互換される形態がなされる。充電しようとする場所には、線電圧が１２５０ボルトとされる三相の電源のプラグを設置して、電源線を接続すると車両に充電を急速で行うことができる。

装置は、コストが低いことから、充電用の料金を安くして、電力系統が経済的に稼働するレベルを高くするように，電力系統に負荷が低く料金も安い時間帯に車載するバッテリーに充電を行うように制御する充電用のタイマー制御器を取り付けることが簡便となる。

本発明は、具体的な実施例により本発明に係る原理及びその実施形態を説明したが、上記した実施例についての説明が本発明の方法及びその趣旨を支援して理解するものに過ぎず、本発明に係る趣旨に基づいて、具体的な実施形態とその適用範囲において変更されることが当業者にとってなされ得る。例えば、配電変圧器の出力電圧については、１２５０ボルトと接近する値であってもよい。従って、本明細書においては、１２５０ボルトという数値が、本発明を制限するものではないと理解すべきである。

Claims (6)

1. 三相の配電変圧器の出力線の電圧が１２５０ボルトとされる出力端、及び、車載する降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路を含み、前記出力端が降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路に接続され、
   前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路は、前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路を制御する充電制御器を含む、ことを特徴とする、変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システム。
2. 前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ回路は、電動車の車体に設置され、急速充電システムが形成されており、
   前記充電システムは、車に位置する充電用ソケットを含み、線電圧が１２５０ボルトとされる出力端が充電用プラグを含み、前記充電用プラグが、充電用ソケットに接続され、電動車に充電を行う、ことを特徴とする、請求項１に記載の変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システム。
3. 前記降圧型の高周波ＰＷＭ整流フィルタ器は、前記充電用プラグに設置されている交流容量及びインダクタンスを含む、ことを特徴とする、請求項２に記載の変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システム。
4. 前記充電制御器には、時間帯別料金に従って制御されるシステムが取り付けられている、ことを特徴とする、請求項１に記載の変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システム。
5. 前記変圧器は、少なくとも並列接続される二つの充電用プラグを具備する二次巻線を含み、
   前記充電システムは、変圧器の容量によって時間帯別又は電力別に充電用プラグに電力を提供する、ことを特徴とする、請求項１に記載の変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システム。
6. 前記充電制御器には、電力系統における調度システムに通信可能なモジュールが取り付けられている、ことを特徴とする、請求項１に記載の変圧器の出力した１２５０ボルトの電圧により給電される電動車向けの車載急速充電システム。

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