JP4315780B2 - 電動又はハイブリッド車両の電池の充電システム - Google Patents

電動又はハイブリッド車両の電池の充電システム Download PDF

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Description

本発明は電動又はハイブリッド車両の電池の充電システムに関する。
電動車両の電池は容易に且つ迅速に充電できなければならない。このため電動車両は、図１に示されるような入力部を有し、これが一般的には三相３８０ボルトである配電網に接続される。そしてこの入力部は、コミュテータ２４及び交流を直流に変換するインバータ又はコンバータ２６を介して電池２２に連結される。
コミュテータ２４と配電網３０との間には電池２２を充電するのに適切な電圧及び強度の電流をコンバータ／インバータ２６に供給するための電子充電手段２０が設けられる。
コミュテータ２４が図１に示されるような第１配置にある場合、電池２２はコミュテータ２４及び、ここでは電池２２からの直流を交流に変換するインバータ２６を介して電気モータ３２に電力を供給する。
また、電気モータ３２の端子がインバータ２６の出力から遮断され、インバータ２６の端子が電子充電手段２０を介して配電網３０に連結されている第２配置の構成をコミュテータ２４が有する場合、電池２２はインバータ２６から出力される直流によって充電される。
コミュテータ２４が図１に示される第１配置にある場合、すなわち配電網３２と接続されていない状態では、さらに電気モータ３２が例えば車両を停止・減速させる際などにおける発電機として機能することが可能である。
なお、コミュテータ２４は、電気モータ３２の種類によって二相（または一相）或いは三相の構成を有することが可能である。また、コミュテータ２４は機械型であっても電子型であってもよい。
本発明は、車内に装備される電池充電手段が重く、複雑で高価であるという点を鑑みて開発された。
したがって本発明は、この充電手段の少なくとも一部分を電力配給ステーションに配置することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の第１様相による電動又はハイブリッド車両は、電池充電手段による要請がない場合はインバータ又はコンバータと電気モータとの連結を確保し、電池充電手段の要請があった場合はこの充電手段の協力によって電池と外部電源との連結を確立し、且つ電気モータを電池及び外部電源から絶縁することが可能な開閉手段又は遮断手段を有することを特徴とする。
この構成により、コミュテータ２４及び電子充電手段２０（図１参照）を車内に設ける必要がなくなる。すなわち配電網からの出力に対するフィルタ手段を充電ステーションに配置することにより特にこのフィルタ手段を車内に設ける必要がなくなるため、インバータを簡素化することが可能となる。さらに、コミュテータも充電ステーションに設けることができるため従来のようにインバータとコミュテータとを結合する必要もなくなる。
また、更なる実施形態によると、車両内に設けられる開閉器又は遮断器は、例えば接触電圧によりＡＰＣが動作中であることが示される場合など車両が作動可能な状態にある場合にこの開閉器又は遮断器を閉塞された状態に維持するブロック手段を有する。
また、車両内の開閉器又は遮断器は車両の外部に通じる収納部内に配置されることも可能であり、ここでもこの開閉器又は遮断器は上記と同様に例えば接触電圧により車両が動作可能な状態にある場合、アクセスドア（扉部）によって閉塞される。
本発明の第２様相は、充電ステーションにおける車両の電池を充電するための充電手段に関し、この充電手段は、好ましくは大きなパワーを有する（迅速な充電のため）充電回路を車両の電池の充電用インバータ又はコンバータに連結し、且つ充電回路から電気モータを絶縁する指片などの部材を有することを特徴とする。
この構成により、充電ステーションにおける電池の充電手段が充電を迅速に行えるタイプであった場合、すなわち例えば１５分程度で充電を完了させるのに十分なパワーを備えている場合、車両運転手はこのステーションにて熱動モータを有する車両にガソリンスタンドなどで燃料を補充するのに費やす時間と同程度の時間で車両の充電を行うことができることとなる。
より一般的には、本発明は電動又はハイブリッド車両の電気モータの給電及び電気モータを給電する蓄電池の充電を実現するための装置に関し、本装置は、車両の電気モータの給電ケーブルと直列に配置される開閉器又は遮断器を有し、車両の電池を電力供給源に接続し、且つ電気モータをこの電力供給源から絶縁するために充電装置の部材と協力して開閉器又は遮断器を開封することを特徴とする。
また、ある実施形態によると、この開閉器又は遮断器は、充電装置の部材の協力がない場合は互いに接触し、充電装置が所定の位置におかれた場合は互いに離れる２つのブランチから構成される。
さらに本装置は、車両が作動可能な状態の場合もしくは作動中である場合に開閉器又は遮断器が開封されるのを阻止する手段を有することが可能である。
この開閉器又は遮断器は、例えば車両の外部に通じる収納部内に配置されることが可能である。
この場合、この収納部は扉部によって閉塞され、本装置は車両が作動可能な状態の場合もしくは作動中である場合にこの扉部をブロックするブロック手段を有する。
また、更なる実施形態によると、本装置は、電池の直流をモータ給電用の交流に変換し、電荷交流を直流に変換するためのインバータなどの変換器を有し、ここでこの変換器は給電網を車両の各種回路から絶縁するためのフィルタ手段を備えていないことを特徴とする。
本発明はさらに電動又はハイブリッド車両の電池を充電するために給電網に接続される装置に関し、本装置は車両内に配置される開閉器又は遮断器を開封するための部材を有し、この部材は給電網を電池に接続し且つこの供給網を車両のモータから絶縁することを特徴とする。
上記部材は、例えば導体部及び絶縁部から構成される端部を有することができる。
また、上記充電装置は、例えば車両の各種回路を給電網から絶縁するためのフィルタ手段を有することができる。
また、上記充電装置は、負荷インピーダンスを給電網のインピーダンスに整合する手段を有することができる。
本発明の他の特徴及び効果は、添付図面を参照にして説明される以下の実施例によって明らかにされるであろう。
図２は、車両内に設けられる開閉器４０を示す。この開閉器４０は、平行軸（節点）４２１、４４１にそれぞれ結合する２つの導体アーム又はブランチ４２、４４を有し、ここでこのアーム又はブランチ４２，４４は、図示されないばねによって相互に引き寄せられ、それぞれの端部４２２、４４２が接触し合うようになっている。
さらに、アーム又はブランチ４２はケーブル４６によってインバータ２６の端子と連結し、アーム又はブランチ４４はケーブル４７によって電気モータ（図２では示されず）の端子と連結する。
図１に示されるようなインバータ及び三相のモータを適用した例では、このような開閉器４０が３つ設けられることとなる。すなわちインバータをモータに連結する各ケーブルに図２の開閉器４０が設けられる。
開閉器４０は車体近辺にある収納部５０に設けられる。この収納部５０は、図示されない掛け金手段を有するドア５２によって閉塞されている。そしてイグニション・キーが作動しているか、或いは＋ＡＰＣの位置にある場合、このドア５２は閉塞されたままに維持され、開閉器４０に達することを不可能にする。このような状況では、電池の充電はイグニションが作動していない場合でないと実施されない。
また別の実施例（或いは上記実施例の補足）として、イグニションが作動している場合（＋ＡＰＣの電圧がかかっている場合）、例えば節点４２１及び４４１をブロックするなどによってアーム４２，４４が離別するのを阻止するブロック手段を設けることも可能である。
また、各開閉器４０は、充電ステーションにおける電力供給源に接続される部材５４（図３参照）と協動する。この部材５４は端部５６を有し、この端部５６はアーム４２と４４との間に導入され、端部４２２と４４２とを離別させる。この端部５６はさらに導体部分５８及び絶縁部分６０から構成される。導体部分５８はブランチ４２の端部４２２と接触し、絶縁部分６０はブランチ４４の端部４４２と接触する。導体部分５８は、充電ステーションにおける三相給電部と電気的に接続される。このような状況において、部材５４が開閉器４０を開封した場合、充電ステーションから供給される電力は電池を充電するためにインバータ２６へ送られ、モータは絶縁部分６０によって電力供給源から絶縁される。
こうして開閉器４０のような単純な開閉器を車内に設け、車両の電池を迅速に充電するために必要である素子は地上における充電ステーションに設置することが可能である。
図４は、迅速充電ステーション又はターミナルを示す。ここでは、６０１，６０２，６０３、の３つの給電用ケーブルを有する三相給電部を例にとる。この給電用ケーブル６０１，６０２，６０３は、給電網を車両の各種回路から絶縁するためのフィルタ手段を介して部材５４１，５４２、５４３に連結される。図４の例では、上記フィルタ手段は、各ケーブルに直列するインダクタ６２１，６２２，６２３、並列するレジスタとコンデンサの組み合わせ６４１，６６１，６４２，６６２，６４３，６６３及びコンデンサ７２を介して中性ケーブル７０に連結するコンデンサ６８１，６８２，６８３から構成される。
また、これらインダクタ、レジスタ、及びコンデンサの組み合わせにより、インバータと給電網との間のインピーダンス整合も可能となる。
このような迅速充電ステーションはガソリンスタンドなどの燃料配給ステーションに設置されることが可能である。
開閉器４０は、車両の製造時の第１組み立て段階から設置することが可能である。また、この開閉器は第２組み立て段階において追って取り付けられることも可能である。このいずれの場合においても、車内の電子素子の簡素化及び軽量化が実現される。
この電動又はハイブリッド車両内の電子素子の簡素化は、比較的低い余剰価格で充電ステーションによって実現されることが可能である。
電動車両のモータの給電システム及び電動車両の電池の充電手段を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る車両に装備される開閉器の概略図である。 図２の開閉器と充電ステーションにおける充電装置とが協力関係にある状態を示す概略図である。 充電ステーションに配置される迅速な充電を実現する充電回路の概略図である。

Claims (8)

  1. 電動又はハイブリッド車両の電気モータの給電及び前記モータを給電する電池の充電を実現するための装置であって、
    前記電気モータの給電ケーブルと直列に配置される開閉器又は遮断器と、
    前記開閉器又は遮断器を開封したままとするよう配置され、前記電池を充電のために電力供給源に連結するとともに、該電力供給源から前記モータを絶縁させる充電装置用部材と
    を有し、
    前記開閉器又は遮断器は、夫々、第１及び第２の端部を夫々有する第１及び第２の導体ブランチを有し、
    前記第１の導体ブランチの第１の端部は前記電池に接続され、前記第２の導体ブランチの第１の端部は前記電気モータに接続され、前記第１及び第２の導体ブランチの夫々の第２の端部は、前記電池から前記電気モータへ給電されるよう接触し合い、
    前記充電装置用部材は、導体部分及び絶縁部分から構成される端部を有し、前記電池が充電される場合に、前記導体部分が前記第１の導体ブランチの第２の端部に接し、前記絶縁部分が前記第２の導体ブランチの第２の端部に接するように、前記第１及び第２の導体ブランチの夫々の第２の端部の間に挿入される、ことを特徴とする装置。
  2. 前記車両が作動可能であるかもしくは作動中である場合に前記開閉器又は遮断器の開封を阻止する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 前記開閉器又は遮断器は、前記車両の外部へ通じる収納部に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
  4. 前記収納部は、扉部によって閉塞され、前記車両が作動可能であるかもしくは作動中である場合に前記扉部をブロックするブロック手段を有することを特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 前記電池からの直流を前記モータ給電用の交流に変換し、電荷交流を直流に変換するインバータのような変換器であって、前記電力供給源を前記車両の各種回路から絶縁するためのフィルタ手段を備えていない変換器を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
  6. 電動又はハイブリッド車両の電池を充電するために電力供給網に接続される装置であって、
    前記車両内に備わる開閉器又は遮断器を開封するための部材で、前記電力供給網を前記電池に連結し、前記電力供給網を前記車両のモータから絶縁する部材を有し、
    前記部材は、導体部分及び絶縁部分から構成される第１の端部と、前記電力供給網に接続されている第２の端部とを有し、
    前記電池が充電される場合に、前記導体部分は前記電池に接続され、前記絶縁部分は前記モータに接続される、ことを特徴とする装置。
  7. 前記車両の各種回路を前記電力供給網から絶縁するためのフィルタ手段を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
  8. 負荷インピーダンスを前記電力供給網のインピーダンスに整合する手段を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の装置。
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