JP2023100119A

JP2023100119A - 充電システム及び充電車

Info

Publication number: JP2023100119A
Application number: JP2022000560A
Authority: JP
Inventors: 由喜路大倉; Yukiji Ookura
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2022-01-05
Filing date: 2022-01-05
Publication date: 2023-07-18
Also published as: WO2023132216A1

Abstract

【課題】更なる急速充電を実現できる充電システム及び充電車を提供する。【解決手段】充電車１００において、充電システム１１０は、交流電源３００から供給される交流を直流に変換する定格出力が５０ｋＷ以下の第１電力変換部６と、第１電力変換部から出力される直流を蓄電池８に供給する機能及び蓄電池から出力される直流を用いて５０ｋＷを超える直流電力を生成し接触子（パンタグラフ１、プラグ３、コネクタ５）経由で電動車に供給する機能を有する第２電力変換部７と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、充電システム及び充電車に関する。

特許文献１には、走行用蓄電池を搭載したEV（Electric Vehicle）バス、EVトラックなどの電動車両に電力を供給する充電車が開示されている。特許文献１の充電車は、充電対象の車両に搭載されている走行用蓄電池を充電するための二次電池と、50kW未満の定格電力を有し交流電力を供給する発電機と、当該交流電力を直流電力に変換して二次電池を充電するAC/DC（Analog-to-digital）変換器と、を備えている。

特開２０１３－００９５３４号公報

ここで、近年では電動車両への高速充電のニーズに鑑みて、定格出力が50kWのCHAdeMO（登録商標）方式に準拠した急速充電器が広く普及している。更なる高速充電を実現するためには定格出力が50kWを超える特殊な充電器が必要になる。ただし特殊な充電器の導入には、電気主任技術者の選任、保安規程の届出などを要する場合がある。従って充電時間の更なる短縮へのニーズに対応する上で改善の余地がある。

本開示の一態様の目的は、更なる急速充電を実現できる充電システム及び充電車を提供することである。

本開示の一態様に係る充電システムは、交流電源から供給される交流を直流に変換する定格出力が50kW以下の第１電力変換部と、前記第１電力変換部から出力される直流を蓄電池に供給する機能と、前記蓄電池から出力される直流を用いて50kWを超える直流電力を生成し接触子経由で電動車に供給する機能とを有する第２電力変換部と、を備える。

本開示の一態様に係る充電車は、上記の充電システムを備える。

本開示によれば、更なる急速充電を実現できる。

本開示の実施の形態に係る充電車の構成例を示す図本開示の実施の形態に係る充電車と充電車の隣に駐車している電動車とを示す図

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。

図１は本開示の実施の形態に係る充電車１００の構成例を示す図、図２は充電車１００から電動車２００に給電している状態を示す図である。

充電車１００は、電動車２００に搭載されている高圧バッテリ２０１を急速充電する充電システム１１０を備えたトラック、バスなどである。充電システム１１０の構成の詳細は後述する。なお、充電車１００は、充電システム１１０を搭載可能な車両であればよく、トラック及びバス以外にも、バン、ワゴン、乗用車などでもよい。

電動車２００は、少なくとも、走行用の主電動機と、当該主電動機を駆動する高圧バッテリ２０１とを搭載したトラック、バスなどである。なお、電動車２００は、高圧バッテリ２０１などを搭載可能な車両であればよく、トラック及びバス以外にも、バン、ワゴン、乗用車などでもよい。

（充電システム１１０）
充電システム１１０は、パンタグラフ１、パンタ制御部２、プラグ３、プラグ制御部４、コネクタ５、第１電力変換部６、第２電力変換部７、蓄電池８、及び交流発電機９を備えている。

（パンタグラフ１及びパンタ制御部２）
パンタグラフ１は、電動車２００の荷台に設置されている導電性の集電部２０２に接触することで、直流電力を電動車２００に給電する接触子の一例である。パンタグラフ１は、電動車２００の集電部２０２の相対的な位置が変わっても、集電部２０２の位置に追随して給電可能なように、複数のリンク、複数のリンクを連結する複数の連結軸などを有して構成されている。集電部２０２は、人の手が届き難い箇所、例えば荷台の天井に設置されている。

パンタグラフ１の定格出力は例えば480kW、パンタグラフ１の定格電圧は例えばDC750Vである。パンタグラフ１はパンタ制御部２によって駆動される。パンタ制御部２は、パンタグラフ１を充電車１００の荷台１２０から電動車２００の集電部２０２へ移動させ、又はパンタグラフ１を電動車２００の集電部２０２から充電車１００の荷台１２０へ移動させる。

具体的には、停車中の電動車２００にパンタグラフ１を移動させる操作が実行されると、パンタ制御部２は、不図示のアクチュエータを駆動することで、パンタグラフ１を充電車１００の荷台１２０から電動車２００の集電部２０２へ移動させる。これにより、パンタグラフ１が集電部２０２に接触し、充電車１００から電動車２００への充電が可能な状態になる。

電動車２００への充電が完了した後にパンタグラフ１を格納する操作が実行されると、パンタ制御部２は、不図示のアクチュエータを駆動することにより、パンタグラフ１を電動車２００の集電部２０２から充電車１００の荷台１２０へ移動させる。これにより、パンタグラフ１が集電部２０２から離れて充電車１００の荷台１２０に移動するため、充電車１００を走行させることができる。

（プラグ３及びプラグ制御部４）
プラグ３は、電動車２００に設けられている充電口２０３（ジャック）に接触することで直流電力を電動車２００に給電する接触子の一例である。プラグ３は、水平方向に進退移動が可能な状態で、電動車２００の荷台１２０に収納されている。

プラグ３の定格出力は例えば480kW、プラグ３の定格電圧は例えばDC750Vである。プラグ３はプラグ制御部４によって駆動される。プラグ制御部４は、プラグ３を充電車１００から電動車２００の充電口２０３に向かって前進させ、又はプラグ３を電動車２００の充電口２０３から後退させる。

具体的には、停車中の電動車２００に設けられている充電口２０３にプラグ３を挿入する操作が実行されると、プラグ制御部４は、不図示のアクチュエータを駆動することで、プラグ３を充電車１００から電動車２００の充電口２０３に向かって前進させる。これにより、プラグ３が充電口２０３に挿入され、電動車２００への充電が可能な状態になる。

電動車２００への充電が完了した後にプラグ３を収納する操作が実行されると、プラグ制御部４は、不図示のアクチュエータを駆動することにより、プラグ３を電動車２００の充電口２０３から充電車１００に向かって後退させる。これにより、プラグ３が充電口２０３から離れて充電車１００に収納され、充電車１００を走行させることができる。またプラグ３が雨で濡れること、プラグ３が塵埃で汚れることなどを防止できる。

（コネクタ５）
コネクタ５は、例えばチャオジ（ChaoJi）規格に基づく雄型コネクタであり、電動車２００に設けられている充電口２０４に接触することで直流電力を電動車２００に給電する接触子の一例である。コネクタ５は、例えばロボットアームなどを利用して、電動車２００の充電口２０４に接続される。これにより、電動車２００への充電が可能な状態になる。コネクタ５の定格出力は例えば240kW、コネクタ５の定格電圧は例えばDC750Vである。

（第１電力変換部６）
第１電力変換部６は、系統電源３００または交流発電機９から供給される交流電力を最大50kWの直流電力に変換して、第２電力変換部７に出力するAC/DC変換装置である。系統電源３００と交流発電機９は、本開示の実施の形態に係る交流電源の一例である。系統電源３００は、例えば220Vの交流電圧を供給する商用電源などである。交流発電機９は、例えば変速機１０の回転力を利用して220Vの交流電圧を発生する回転電機である。
第１電力変換部６は、

第１電力変換部６には、例えば定格出力が50kW_（400V/125A）のCHAdeMO仕様適合の充電器が利用される。なお、第１電力変換部６は当該充電器に限定されず、定格出力が50kW以下の充電器であればよく、CHAdeMO仕様適合の充電器以外の充電器などを利用してもよい。

ここで、電力契約が50kWを超える場合、高圧供給となるため電気主任技術者の選任、保安規程の届出が必要となる。これに対して、低圧で電力契約をしている場合、充電器の容量が50kW以下であれば、電気主任技術者の選任、保安規程の届出などが不要になる。このため、第１電力変換部６を充電システム１１０に導入する際の初期費用は、充電器の購入費用、充電器の取り付け費用、配線工事費用などで済む。

また、CHAdeMO仕様適合の充電器は、日本国内の充電インフラに広く利用されているため、信頼性が高く安価に調達することができる。特に定格出力が50kW_のCHAdeMO仕様適合の充電器は、定格出力が50kW_を超えるCHAdeMO仕様適合の充電器に比べて生産台数が多いため、品質が安定しており、また大量購買による調達コストの低減も可能である。また定格出力が50kW_のCHAdeMO仕様適合の充電器は、汎用の部品で構成されているため、故障時の修繕も容易である。また、定格出力が50kW_未満（例えば20kwなど）のCHAdeMO仕様適合の充電器を利用する場合に比べて、蓄電池８への充電時間を短縮することができる。

このため、定格出力が50kW_のCHAdeMO仕様適合の充電器を、第１電力変換部６に利用することで、電気主任技術者の選任届けなどの煩雑な手続きを経ることなく、信頼性の高い充電システム１１０を安価にかつ早期に構築することが可能である。従って、第１電力変換部６には、定格出力が50kW_のCHAdeMO仕様適合の充電器を用いることが好ましい。

（第２電力変換部７）
第２電力変換部７は、例えばスイッチング回路、スイッチング回路の駆動を制御する制御回路、及びHVJB（High Voltage Junction Box）などを備えている。第２電力変換部７は、第１電力変換部６から出力される直流を昇圧して蓄電池８に供給する第１機能と、蓄電池８から出力される直流を用いて50kWを超える直流電力を生成して接触子経由で電動車２００に供給する第２機能とを有するDC/DC（Direct Current to Direct Current）変換装置である。

具体的には、第２電力変換部７は、充電車１００に搭載されている蓄電池８を充電する際、第１電力変換部６が出力する直流電圧を例えば400Vから750Vに昇圧して蓄電池８に供給する。第２電力変換部７は、蓄電池８の温度をモニタしながら充電電流を制御して、蓄電池８のSOC（State Of Charge）が設定値又は１００％になったとき、充電を終了する。

また第２電力変換部７は、電動車２００に搭載されている高圧バッテリ２０１を充電する際、蓄電池８が出力する直流を用いて、高圧バッテリ２０１の仕様などに対応した電力、例えば480kW（750V/640A）、240kW（750V/320A）、256kW（400V/640A）、128kW（400V/320A）などの電力を生成して、パンタグラフ１、プラグ３、又はコネクタ５を介して、電動車２００に供給する。

なお、第２電力変換部７は、上記の機能の他、充電車１００の車載機器（電装品、冷凍サイクル装置など）に電力を供給するため、蓄電池８から出力される直流を用いて直流24Vの電力を生成して出力するように構成してもよい。

（蓄電池８）
蓄電池８は、電動車２００に搭載されている高圧バッテリ２０１の容量に見合った電力を賄うことが可能な大容量バッテリである。蓄電池８の容量は例えば240kWhである。

（蓄電池８への充電動作）
このように構成されている充電システム１１０において、蓄電池８への充電を行う場合、例えば系統電源３００の交流が第１電力変換部６によって直流に変換され、当該直流が第２電力変換部７によって昇圧されて蓄電池８に供給される。そして、蓄電池８のSOCが所定の値に到達したところで蓄電池８への充電が終了する。

（高圧バッテリ２０１への充電動作）
例えばパンタグラフ１を利用して高圧バッテリ２０１への充電を行う場合、パンタグラフ１が電動車２００の集電部２０２に接触した状態で、充電開始操作が実行されると、蓄電池８から高圧バッテリ２０１に直流電力が供給される。このとき、第２電力変換部７は、第１電力変換部６の定格出力を超える直流電力（例えば480kW）が電動車２００に供給される。このようにして電動車２００への超高速充電を行うことができる。

以上に説明したように、本開示の実施の形態に係る充電システム１１０は、交流電源から供給される交流を直流に変換する定格出力が50kW以下の第１電力変換部６と、第１電力変換部６から出力される直流を蓄電池８に供給する機能と、蓄電池８から出力される直流を用いて50kWを超える直流電力を生成し接触子経由で電動車２００に供給する機能とを有する第２電力変換部７とを備えている。

この構成により、電気主任技術者の選任届けなどの煩雑な手続きを経ることなく、安価で超高速充電が可能な充電システム１１０を構築することが可能である。

また当該充電システム１１０を備えた充電車１００によれば、停車中の電動車２００まで充電システム１１０を移動させることができるため、例えば工場の敷地内に複数の電動車２００が駐車している場合でも、それぞれの電動車２００を停車させたまま充電が可能になる。特に、複数の電動車２００の駐車場所が広範囲に分布している場合でも、それぞれの電動車２００を移動させる運転者の負担を大幅に軽減することが可能である。また、給電が完了した電動車２００を再び所定の駐車場所まで移動させる手間を省くことも可能である。

また、充電システム１１０の機能をバージョンアップして更なる超高速充電を実現する場合、電動車２００に搭載されている第１電力変換部６、第２電力変換部７及び、これらに繋がる配線などを改修するだけで済む。このため、地上設置型の充電器を改修する場合に比べて、基礎の改修、埋設配管の改修といった工事が不要になり、更なる超高速充電のシステムを短期間でかつ安価に構築することが可能である。

また充電車１００は、移動式の非常用電源として利用することも可能である。また、不図示のインバータにコネクタ５を接続することで、充電車１００から供給される直流電力を交流電力に変換することができるため、交流電力で駆動する機器（照明設備、ヒータなど）を動作させることも可能である。

例えば、以下のような態様も本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

（１）本開示の充電システムは、交流電源から供給される交流を直流に変換する定格出力が50kW以下の第１電力変換部と、前記第１電力変換部から出力される直流を蓄電池に供給する機能と、前記蓄電池から出力される直流を用いて50kWを超える直流電力を生成し接触子経由で電動車に供給する機能とを有する第２電力変換部と、を備える。
（２）前記第１電力変換部は、50kWの定格出力を有する充電機である。
（３）第１電力変換部は、CHAdeMO方式に対応した充電器である
（４）本開示の充電車は、上記の充電システムを備えている。

本開示の充電システム及び充電車は、更なる急速充電を実現できる技術に有用である。

１パンタグラフ
２パンタ制御部
３プラグ
４プラグ制御部
５コネクタ
６第１電力変換部
７第２電力変換部
８蓄電池
９交流発電機
１０変速機
１００充電車
１１０充電システム
１２０荷台
２００電動車
２０１高圧バッテリ
２０２集電部
２０３充電口
２０４充電口
３００系統電源

Claims

交流電源から供給される交流を直流に変換する定格出力が50kW以下の第１電力変換部と、
前記第１電力変換部から出力される直流を蓄電池に供給する機能と、前記蓄電池から出力される直流を用いて50kWを超える直流電力を生成し接触子経由で電動車に供給する機能とを有する第２電力変換部と、
を備える充電システム。
前記第１電力変換部は、50kWの定格出力を有する充電機である、請求項１に記載の充電システム。
前記第１電力変換部は、CHAdeMO方式に対応した充電器である、請求項１に記載の充電システム。
請求項１から３の何れか一項に記載の充電システムを備えた充電車。