JP3669127B2 - 電気自動車の充電装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車に搭載した複数のバッテリーに充電を行うのに用いる電気自動車の充電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の電気自動車の充電装置としては、設備側に、電源からの電流を高周波の交流に変換する充電器と、電力供給用のプラグを備えると共に、電気自動車側に、電力受給用の充電ポートと、交流を直流に変換する変圧整流器を備え、これらの機器を介して設備側から電気自動車に搭載したバッテリー(二次電池)に充電を行うものがある。
【0003】
また、電気自動車には多数(例えば乗用車タイプで96個)のバッテリーが搭載されており、これらのバッテリーには充放電性能に多少のばらつきがある。そこで、充放電性能のばらつきの対応策として、個々のバッテリーに充電終了とともに閉じるバイパス制御回路を設け、これにより過充電を防止すると共に、バイパス制御回路の動作信号に基づいて充電電流の制御を行うようにしたものがあった。このようなバイパス制御回路を用いた技術は、例えば特開平7−255133号公報に記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したような従来の電気自動車の充電装置にあっては、充電が良好に行われるように制御することは可能になるが、充電中の状態を検出する手段をもたないことから、電気自動車の生産やメンテナンスを行ううえで、充電装置自体の充電性能を評価することができないという問題があり、このような問題を解決することが課題となっていた。
【0005】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、充電中においてその充電性能を評価することができ、これにより電気自動車の生産やメンテナンスに貢献することができる電気自動車の充電装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる電気自動車の充電装置は、請求項1として、電気自動車に搭載した複数のバッテリーに充電を行う装置であって、設備側から供給する一次電力と電気自動車側で受給した二次電力とを比較判定するシステム制御手段を備えた構成とし、請求項2として、設備側に、電源からの一次電力を検出し且つその検出信号をシステム制御手段に入力する一次電力検出器を備えると共に、電気自動車側に、バッテリーへの二次電力を検出する二次電力検出器と、二次電力検出器による検出信号を出力する出力側コネクタを備え、システム制御手段に、出力側コネクタに対して着脱自在であり且つ出力側コネクタから二次電力検出器による検出信号を入力する入力側コネクタを備えた構成とし、請求項3として、個々のバッテリーに対して充電電圧を検出する電圧センサを備え、システム制御手段が、電圧センサの検出信号に基づいて算出した電圧上昇率と所定の基準電圧上昇率とを比較判定する機能を有する手段である構成とし、請求項4として、個々のバッテリーに対してバッテリーの温度を検出する温度センサを備え、システム制御手段が、温度センサの検出温度と所定の基準温度とを比較判定する機能を有する手段である構成とし、請求項5として、個々のバッテリーに対して充電終了により閉じる過充電防止用のバイパス制御回路を備え、システム制御手段が、バイパス制御回路の動作信号に基づいて算出した充電開始からバイパス制御回路の作動に至るまでの時間と所定の基準時間とを比較判定する機能を有する手段である構成としており、上記の構成を課題を解決するための手段としている。
【0007】
【発明の作用】
本発明の請求項1に係わる電気自動車の充電装置では、設備側から供給する一次電力と電気自動車側で受給した二次電力とをシステム制御手段で比較判定することにより、システム制御手段において充電装置自体の充電効率を評価し得ることとなる。
【0008】
本発明の請求項2に係わる電気自動車の充電装置では、システム制御手段において、設備側から供給する一次電力を一次電力検出器の検出信号として入力すると共に、電気自動車側で受給した二次電力を二次電力検出器の検出信号として出力側および入力側のコネクタを介して入力し、同システム制御手段において一次電力と二次電力とを比較判定する。これにより、システム制御手段において充電装置自体の充電効率を定量的に評価し得ることとなる。
【0009】
本発明の請求項3に係わる電気自動車の充電装置では、個々のバッテリーに対して設けた電圧センサの検出信号をシステム制御手段に入力し、システム制御手段において、電圧センサの検出信号に基づいて算出した電圧上昇率と所定の基準電圧上昇率とを比較判定することにより、正常な電圧上昇率で充電が行われているかを個々のバッテリーについて評価し得ると共に、内部抵抗等により電圧上昇率が異常となった不具合バッテリーを特定し得ることとなる。
【0010】
本発明の請求項4に係わる電気自動車の充電装置では、個々のバッテリーに対して設けた温度センサの検出信号をシステム制御手段に入力し、システム制御手段において、温度センサの検出温度と所定の基準温度とを比較判定することにより、正常な温度で充電が行われているかを個々のバッテリーについて評価し得ると共に、内部抵抗等により異常発熱を生じた不具合バッテリーを特定し得ることとなる。
【0011】
本発明の請求項5に係わる電気自動車の充電装置では、個々のバッテリーに対して設けたバイパス制御回路の動作信号をシステム制御手段に入力し、システム制御手段において、バイパス制御回路の動作信号に基づいて算出した充電開始からバイパス制御回路の作動に至るまでの時間と所定の基準時間とを比較判定することにより、現状の充電時間の整合性を個々のバッテリーについて評価し得ると共に、その充電時間によって異常の発生や充電性能が劣化した不具合バッテリーを特定し得ることとなる。
【0012】
【発明の効果】
本発明の請求項1に係わる電気自動車の充電装置によれば、設備側から供給する一次電力と電気自動車側で受給した二次電力とを比較判定するシステム制御手段を採用したことにより、充電中において充電装置自体の充電性能とくに充電効率の検査を定量的に実施することができ、これにより電気自動車の生産やメンテナンスにおける充電時の管理性を著しく高めることができ、ひいては電気自動車側の装置の品質保証に貢献することができる。
【0013】
本発明の請求項2に係わる電気自動車の充電装置によれば、設備側に設けたシステム制御手段で一次電力と二次電力とを比較判定することにより、請求項1と同様に、充電中において充電装置自体の充電性能とくに充電効率の検査を定量的に実施することができ、充電時の管理性向上や装置の品質保証への貢献を実現することができるほか、互いに着脱自在な出力側および入力側のコネクタの採用により、設備側と電気自動車側の接続をきわめて簡単に行うことができ、電気自動車の生産やメンテナンスにおける充電時の作業性向上に貢献することができると共に、設備側の装置としては一般の給電所への設置にも充分対応し得るものとなる。
【0014】
本発明の請求項3に係わる電気自動車の充電装置によれば、請求項2と同様の効果を得ることができるうえに、個々のバッテリーに対して設けた電圧センサと、電圧センサの検出信号に基づいて算出した電圧上昇率と所定の基準電圧上昇率とを比較判定するシステム制御手段を採用したことにより、個々のバッテリーの充放電性能や内部抵抗のばらつき等を評価することができると共に、内部抵抗等により電圧上昇率が異常となった不具合バッテリーを特定することができ、これによりバッテリーの交換作業の大幅な時間短縮や工数低減などを実現することができ、さらに、電気自動車の生産においてはバッテリーの充電性能等の品質保証にも貢献することができる。
【0015】
本発明の請求項4に係わる電気自動車の充電装置によれば、請求項2および3と同様の効果を得ることができるうえに、個々のバッテリーに対して設けた温度センサと、温度センサの検出温度と所定の基準温度とを比較判定するシステム制御手段を採用したことにより、温度に基づいて充電中の個々のバッテリーの状態を評価することができ、これにより内部抵抗等により異常発熱を生じた不具合バッテリーを特定することができ、さらに、請求項3に記載の電圧センサと組合わせれば、充電時のバッテリー状態の評価および不具合バッテリーの特定をより確実なものにすることができる。
【0016】
本発明の請求項5に係わる電気自動車の充電装置によれば、請求項2〜4と同様の効果を得ることができるうえに、個々のバッテリーに対して設けたバイパス制御回路と、バイパス制御回路の動作信号に基づいて算出した充電開始からバイパス制御回路の作動に至るまでの時間と所定の基準時間とを比較判定するシステム制御手段を採用したことにより、充電時間に基づいてとくに充電終末付近の個々のバッテリーの状態を評価することができ、これにより異常の発生や充電性能が劣化した不具合バッテリーを特定することができ、さらに、請求項3に記載の電圧センサや請求項4に記載の温度センサと組合わせれば、充電時のバッテリー状態の評価および不具合バッテリーの特定をより一層確実なものにすることができる。
【0017】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明に係わる電気自動車の充電装置の一実施例を説明する。
【0018】
図1(a)に示す電気自動車EVの充電装置は、設備側に、電源1と、電源1からの一次電力を検出する一次電力検出器11と、電源1から一次電力検出器11を経て入力した一次電力(供給電力)を高周波の交流に変換する充電器2と、コンピュータであるシステム制御手段3を備えている。この実施例では、生産ラインを経て完成した電気自動車EVに充電を行う場合として、設備側に車種情報入力装置4を備えている。
【0019】
充電器2には、先端に給電プラグ5を備えた給電ケーブル6が設けてある。また、一次電力検出器11で検出した一次電力の検出信号および車種情報入力装置4からの車種情報は、いずれもシステム制御手段3に入力される。
【0020】
電気自動車EVは、フロア部分に設けたバッテリーフレーム7内に、複数(例えば乗用車タイプで96個)のバッテリー8を搭載している。これらのバッテリー8は例えばリチウムイオン電池である。また、バッテリーフレーム7の後部には、フレーム内の熱を放出するためのファン9が設けてある。
【0021】
上記の電気自動車EV側には、給電プラグ5が着脱される非接触式の充電ポート10と、充電ポート10を経て入力した交流電源を直流に変換する変圧整流器13と、変圧整流器13からバッテリー8への二次電力(受給電力)を検出する二次電力検出器12と、バッテリー8への充電過程において設備側に充電電流の制御指令を送るバッテリーコントローラ14と、このバッテリーコントローラ14を介して二次電力検出器12による検出信号を車外に出力する出力側コネクタ15を備えている。
【0022】
この出力側コネクタ15に対して、設備側のシステム制御手段3には、入力用ケーブル16を介して入力側コネクタ17が設けてある。この入力側コネクタ17は出力側コネクタ15に着脱自在である。
【0023】
また、電気自動車EV側では、個々のバッテリー8に対して、充電電圧を検出する電圧センサ18と、温度を検出する温度センサ19と、図1(b)に概略を示す過充電防止用のバイパス制御回路20を備えている。電圧センサ18および温度センサ19は、例えば図1(a)に一部を示すようにバッテリー8に取付けてある。
【0024】
バイパス制御回路20は、図1(b)に示すように、直列に配置した各バッテリー8に対してスイッチSWを備えている。各スイッチSWは、充電時においては図の如く開いており、並列のバッテリー8の充電終了により閉じる。これにより、充電終了のバッテリー8に対して回避する回路を形成し、バッテリー8が過充電となるのを防止する。なお、バイパス制御回路20のスイッチSW部分は、バッテリーコントローラ14内に設けることができる。
【0025】
そして、電気自動車EV側では、バッテリーコントローラ14および出力側コネクタ15を介して、電圧センサ18および温度センサ19の検出信号を車外に出力可能にすると共に、同出力側コネクタ15を介して、バイパス制御回路20の動作信号を車外に出力可能にしている。
【0026】
上記の各検出信号および動作信号は、出力側コネクタ15に装着した入力側コネクタ17を介して設備側のシステム制御手段3に入力される。システム制御手段3は、設備側から供給する一次電力つまり一次電力検出器11から入力した検出信号と、電気自動車EV側で受給した二次電力つまり二次電力検出器12から入力した検出信号とを比較判定する機能を有しており、さらに、電圧センサ18の検出信号に基づいて算出した電圧上昇率と所定の基準電圧上昇率とを比較判定する機能と、温度センサ19の検出温度と所定の基準温度とを比較判定する機能と、バイパス制御回路20の動作信号に基づいて算出した充電開始からバイパス制御回路の作動に至るまでの時間と所定の基準時間とを比較判定する機能を有している。
【0027】
次に、上記構成を備えた電気自動車EVの充電装置の作用を説明する。
【0028】
電気自動車EVのバッテリー8に充電を行うには、充電ポート10に給電プラグ5を接続すると共に、出力側コネクタ15に入力側コネクタ17を接続したのち、電源1からの電力供給を開始すればよく、作業としてはきわめて簡単に行うことができる。そして、充電開始により、一次電力検出器11、充電器2、給電ケーブル6、給電プラグ5、充電ポート10、変圧整流器13および二次電力検出器12を介して、バッテリー8に対する充電が開始される。
【0029】
この充電中において、システム制御手段3には、車種情報入力装置4からの車種情報に加えて、一次および二次の電力検出器11,12、各センサ18,19、ならびにバイパス制御回路20からの各信号が入力され、同システム制御手段3において、図2および図3のフローチャートに示す処理を行う。
【0030】
すなわち、図2に示すように、ステップS1として処理を開始すると、まずステップS2において車種情報入力装置4から車種情報を取得し、ステップS3において対象車両が電気自動車EVであるか否かを判定する。これは、自動車の生産ラインの搬出側に当該充電装置の設備側を設置した場合、生産ラインでは電気自動車EV以外の車両の製造も行われることが有り得るためである。したがって、対象車両が電気自動車EVではない場合(No)にはステップS4において処理を終了する。
【0031】
ステップS3において対象車両が電気自動車EVである場合(Yes)には、ステップS5において充電を開始する。充電開始後は、ステップS6において一次電力検出器11による一次電力Piを検出し、ステップS7において二次電力検出器12による二次電力Poを検出する。さらに、ステップS8において、各電圧センサ18によるバッテリー電圧V1,V2…Viを検出し、ステップS9において、各温度センサ19によるバッテリー温度T1,T2…Tiを検出し、ステップS10において、各バイパス制御回路20による動作信号B1,B2…Biを検出する。
【0032】
そして、ステップS11において、一次電力Piと二次電力Poとを比較して充電効率ηe(ηe=Po/Pi)を算出し、ステップS12において、充電効率ηeと予め設定した充電効率のしきい値ηoとを比較し、充電効率ηeがしきい値ηo以下である場合(No)には、ステップS13において、フラグF1=1を設定し、充電効率ηeがしきい値ηo超えている場合(Yes)には、ステップS14において、フラグF1=0と設定する。
【0033】
次に、図3に示すように、ステップS15において、各バッテリー8の電圧上昇率ΔV1,ΔV2…ΔViを算出する。これらの電圧上昇率ΔV1,ΔV2…ΔViは、ある時点での電圧と、タイマーで設定した一定時間経過後の電圧とを比較することにより算出する。
【0034】
そして、ステップS16において、各電圧上昇率ΔV1,ΔV2…ΔViと予め設定した基準電圧上昇率のしきい値ΔVoとを比較し、いずれかの電圧上昇率ΔV1,ΔV2…ΔViがしきい値ΔVo以下である場合(No)には、ステップS17において、該当するバッテリー8を特定してフラグFvi=1(フラグFb1,Fb2…Fbi)を設定し、全ての電圧上昇率ΔV1,ΔV2…ΔViがしきい値ΔVoを超えている場合(Yes)には、ステップS18においてフラグFvi=0と設定する。なお、基準電圧上昇率のしきい値ΔVoは、二次電力検出器12の検出信号を用いて設定することも可能である。
【0035】
次に、ステップSS19において、各バッテリー8の温度T1,T2…Tiと予め設定した基準温度のしきい値Toとを比較し、いずれかの温度T1,T2…Tiがしきい値To以上である場合(No)には、ステップS20において、該当するバッテリー8を特定してフラグFti=1(フラグFc1,Fc2…Fci)を設定し、全ての温度T1,T2…Tiがしきい値To未満である場合(Yes)には、ステップS21においてフラグFti=0と設定する。
【0036】
次に、ステップS22において、一次電力検出器11からの検出信号を充電開始と認識して各バイパス制御回路20の監視を行い、全てのバイパス制御回路20から動作信号が入力されたのち、ステップS23において、充電開始から各バイパス制御回路20の作動に至るまでの動作時間Tp1,Tp2…Tpiを取得し、ステップS24において、バイパス制御回路20の平均動作時間Tpaを算出し、ステップS25において、予め設定した動作時間のばらつきのしきい値±TpΔを用いて基準時間Tpa±TpΔを設定すると共に、この基準時間Tpa±TpΔと各バイパス制御回路20の動作時間Tp1,Tp2…Tpiとを比較する。
【0037】
そして、ステップS25において、いずれかの動作時間Tp1,Tp2…Tpiが基準時間Tpa±TpΔ以上である場合(No)には、ステップS26において、該当するバッテリー8を特定してフラグFpi=1(フラグFp1,Fp2…Fpi)を設定し、全ての動作時間Tp1,Tp2…Tpiが基準時間Tpa±TpΔ未満である場合(Yes)には、ステップS27においてフラグFpi=0と設定する。
【0038】
こののち、ステップS28において、再度、一次電力と二次電力とを比較すると共に、先のステップS12、S16、S19、S25で判断した充電効率ηe、電圧上昇率ΔV1,ΔV2…ΔVi、温度T1,T2…Tiおよびバイパス制御回路動作時間Tp1,Tp2…Tpiに係わるフラグが全て『0』つまり不具合フラグが全てOFFであるかを判定する。
【0039】
このステップS28において、いずれかのフラグが『1』つまりONになっている場合(No)には、ステップS29において不具合の内容及びバッテリーの特定を行い、ステップS30において充電性能またはバッテリー性能の不具合表示(NG表示)を行い、さらに、ステップS31において不具合バッテリーを表示したのち、ステップS33で処理を終了する。
【0040】
また、ステップS28で全てのフラグがOFFである場合(Yes)には、ステップS32において充電性能が良好である表示(OK表示)を行い、ステップS33で処理を終了する。
【0041】
このように、当該電気自動車EVの充電装置では、システム制御手段3において、設備側から供給する一次電力と電気自動車EV側で受給した二次電力とを比較判定するので、充電装置自体の充電効率ηeを定量的に評価し得ることとなり、充電効率ηeが基準充電効率よりも低下している場合には、装置に不具合が生じていると判断することができる。
【0042】
しかも、個々のバッテリー8について、電圧上昇率ΔV1,ΔV2…ΔViを検出することにより、正常な充電が行われているかを判断し、電圧上昇率ΔV1,ΔV2…ΔViが基準電圧上昇率よりも低下しているバッテリーには、内部抵抗の増大等が生じていると判断することができる。また、個々のバッテリー8について、温度T1,T2…Tiを検出することにより、その検出温度T1,T2…Tiが基準温度を超えているバッテリー8には、内部抵抗等により異常発熱が生じていると判断することができる。さらに、個々のバッテリー8について、バイパス制御回路20の動作時間Tp1,Tp2…Tpiを検出し、その動作時間Tp1,Tp2…Tpiが基準時間を超えているバッテリーには、現状の動作時間との整合性に欠けることから劣化が生じていると判断することができる。
【0043】
そして、当該電気自動車EVの充電装置は、システム制御手段3において、個々のバッテリー8の充放電性能や内部抵抗のばらつき等を評価し得ると共に、どのバッテリー8にどの様な不具合が生じているかを表示することにより、多数のバッテリーの状態を至極簡単に把握することができ、これにより不具合バッテリーの交換などにもきわめて容易に対処し得るものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる電気自動車の充電装置の一実施例を示す説明図(a)およびバイパス制御回路の説明図(b)である。
【図2】システム制御手段における処理過程を説明するフローチャートである。
【図3】図2に続いてシステム制御手段における処理過程を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
EV 電気自動車
1 電源
3 システム制御手段
8 バッテリー
11 一次電力検出器
12 二次電力検出器
15 出力側コネクタ
17 入力側コネクタ
18 電圧センサ
19 温度センサ
20 バイパス制御回路
Claims (5)
- 電気自動車に搭載した複数のバッテリーに充電を行う装置であって、設備側から供給する一次電力と電気自動車側で受給した二次電力とを比較判定するシステム制御手段を備えたことを特徴とする電気自動車の充電装置。
- 設備側に、電源からの一次電力を検出し且つその検出信号をシステム制御手段に入力する一次電力検出器を備えると共に、電気自動車側に、バッテリーへの二次電力を検出する二次電力検出器と、二次電力検出器による検出信号を出力する出力側コネクタを備え、システム制御手段に、出力側コネクタに対して着脱自在であり且つ出力側コネクタから二次電力検出器による検出信号を入力する入力側コネクタを備えたことを特徴とする請求項1に記載の電気自動車の充電装置。
- 個々のバッテリーに対して充電電圧を検出する電圧センサを備え、システム制御手段が、電圧センサの検出信号に基づいて算出した電圧上昇率と所定の基準電圧上昇率とを比較判定する機能を有する手段であることを特徴とする請求項2に記載の電気自動車の充電装置。
- 個々のバッテリーに対してバッテリーの温度を検出する温度センサを備え、システム制御手段が、温度センサの検出温度と所定の基準温度とを比較判定する機能を有する手段であることを特徴とする請求項2または3に記載の電気自動車の充電装置。
- 個々のバッテリーに対して充電終了により閉じる過充電防止用のバイパス制御回路を備え、システム制御手段が、バイパス制御回路の動作信号に基づいて算出した充電開始からバイパス制御回路の作動に至るまでの時間と所定の基準時間とを比較判定する機能を有する手段であることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の電気自動車の充電装置。
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