JP6003207B2

JP6003207B2 - プラグイン充電と非接触給電の共用充電装置

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Publication number: JP6003207B2
Application number: JP2012111999A
Authority: JP
Inventors: 和隆道家
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: JP2013240205A

Description

本発明は、プラグイン充電と非接触給電の共用充電装置に関する。

近年、電動モータと内燃機関を備えたハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）や、プラグイン式の充電装置を備えたＨＥＶが実用化されている。また、電動モータのみを備えた電気自動車（ＥＶ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）も実用化されている。
以下、プラグイン式ＨＥＶを含めて電気自動車（ＥＶ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）と呼ぶ。

上述した電気自動車（ＥＶ）の車載バッテリに商用電源から充電する充電装置として、「プラグイン式充電装置」と「非接触給電式充電装置」が知られている。
プラグイン式充電装置は、例えば特許文献１〜３に開示されている。また、非接触給電式充電装置は、例えば特許文献４、５に開示されている。

特開２０１０−２３９８４５号公報特開２０１０−２５９３０８号公報特開２０１１−１３５６６３号公報特開２０１０−２２６８８９号公報特開２０１２−７０５６５号公報

従来、上述したプラグイン式充電装置と非接触給電式充電装置のいずれか一方のみが、車載用充電装置として用いられていた。しかし、電気自動車（ＥＶ）に電力を供給する商用電源側の設備として、プラグイン式充電装置用設備のみ、或いは非接触給電式充電装置用設備のみが設けられる場合が想定される。
そのため、プラグイン式及び非接触給電式のどちらからでも電気自動車に充電可能な共用充電装置が望まれていた。

図１は、このような共用充電装置の想定される基本構成図である。
この図において、商用電源側の分電盤は、商用交流電源１にプラグイン充電用ＭＣ２ａを介して接続された充電プラグ３ａと、商用交流電源１に非接触給電ＭＣ２ｂを介して接続された給電コイル３ｂとを備える。
一方、電気自動車（ＥＶ）は、充電プラグ３ａと直結される充電ソケット４ａ、給電コイル３ｂから非接触給電される受電コイル４ｂ、整流器６、交流直流兼用充電器７、ブレーカ８、及び車載バッテリ９を備える。
交流直流兼用充電器７は、交流電流及び直流電流を車載バッテリ９の充電に適した直流電流に変換する機能を有する。

しかし、図１に示した共用充電装置の場合、プラグイン式充電ラインの交流電圧が、整流器６の出力側に印加されると、整流器６を構成するダイオード回路が短絡するおそれがあった。

すなわち、整流器６は、例えば図２に示す４つのダイオード５からなるブリッジ回路で構成される。図２（Ａ）に示すように、このブリッジ回路の入力端子ＡＢには交流電圧が印加され、出力端子ＣＤには端子Ｃを＋、端子Ｄを−とする直流電圧が出力されるようになっている。
しかし、図１に示した共用充電装置の場合、プラグイン式充電ラインの交流電圧が、整流器６の出力側に印加される可能性がある。この場合、出力端子ＣＤに交流電圧が印加され、図２（Ｂ）に示すように、端子Ｃが−、端子Ｄが＋となるときに、図に破線の矢印で示す短絡が発生する問題点があった。

本発明は、かかる問題点を解消するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、交流直流兼用充電器を用いて、プラグイン式及び非接触給電式のどちらからでも電気自動車に充電可能であり、かつ誤操作のおそれなく短絡を防止することができるプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置を提供することにある。

本発明によれば、商用交流電源に接続されたプラグイン式充電用の充電プラグと、商用交流電源に接続された非接触給電式充電用の給電コイルとを有する分電盤に接続可能なプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置であって、
交流電圧及び直流電圧を車載バッテリの充電に適した直流電圧に変換する単一の交流直流兼用充電器と、
前記充電プラグと直結される充電ソケットと前記交流直流兼用充電器との間に位置し、その間の交流電圧が、第１閾値を超える場合にその間を接続し、第１閾値未満の場合にその間を切断するプラグイン充電用の交流ブレーカと、
前記給電コイルから非接触給電される受電コイルに接続され該受電コイルを介して供給される交流電流を直流電流に変換する整流器と、
該整流器と交流直流兼用充電器との間に位置し、その間の直流電圧が、第２閾値を超える場合にその間を接続し、第２閾値未満の場合にその間を切断する非接触給電用の直流ブレーカとを備えた、ことを特徴とするプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置が提供される。

上記本発明の構成によれば、充電プラグ及び給電コイルの両方が接続されていない場合は、充電ソケットと交流直流兼用充電器との間の交流電圧も、整流器と交流直流兼用充電器との間の直流電圧も発生しないので、交流ブレーカ及び直流ブレーカは切断された状態となり、交流直流兼用充電器には交流電圧も直流電圧も印加されず、不使用状態を維持する。

また、給電コイルから受電コイルに非接触給電されていない状態で、充電プラグが充電ソケットに接続されると、充電ソケットと交流直流兼用充電器との間の交流電圧が商用交流電源の交流電圧まで上昇して予め設定した第１閾値を超えるので、交流ブレーカが自動で接続され、交流直流兼用充電器に交流電圧が印加されて、交流直流兼用充電器により交流電流を車載バッテリの充電に適した直流電流に変換することができる。
この際、直流ブレーカは切断された状態を維持するので、直流ブレーカより上流側に位置する整流器の出力側に交流電圧が印加されるのを防止することができる。

一方、充電プラグが充電ソケットに接続されていない状態で、給電コイルから受電コイルに非接触給電されると、整流器と交流直流兼用充電器との間の直流電圧が上昇して予め設定した第２閾値を超えるので、直流ブレーカが自動で接続され、交流直流兼用充電器に直流電圧が印加されて、交流直流兼用充電器により直流電流を車載バッテリの充電に適した直流電流に変換することができる。
この際、交流ブレーカは切断された状態を維持するので、交流ブレーカより上流側に位置する充電ソケットに直流電圧が印加されるのを防止することができる。

従って、交流直流兼用充電器を用いて、プラグイン式及び非接触給電式のどちらからでも電気自動車に充電可能であり、かつ誤操作のおそれなく短絡を防止することができる。
すなわち、プラグイン式及び非接触給電式のどちらか一方を使用しているときに、他方に電圧が回ることがないため、安全性が高く、かつブレーカの開閉動作も自動で行われるため、充電準備作業が軽減できる。

想定される共用充電装置の基本構成図である。整流器の構成を示す図である。本発明による共用充電装置の基本構成図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図３は、本発明による共用充電装置１０の基本構成図である。
この図において、商用電源側の分電盤は、商用交流電源１にプラグイン充電用ＭＣ２ａを介して接続された充電プラグ３ａと、商用交流電源１に非接触給電ＭＣ２ｂを介して接続された給電コイル３ｂとを備える。

商用交流電源１は、電気自動車（ＥＶ）に伝送すべき電力を生成するために必要となる電力を供給する電源であり、例えば電圧が２００［Ｖ］である三相交流電力を供給する電源である。なお、この商用交流電源１は、三相交流電源に限られることはなく、単相交流電力を供給する電源であっても良い。

本発明のプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置１０は、商用交流電源１に接続されたプラグイン式充電用の充電プラグ３ａと、商用交流電源１に接続された非接触給電式充電用の給電コイル３ｂとを有する分電盤に接続可能に構成されている。

この図において、本発明の共用充電装置１０は、単一の交流直流兼用充電器１２、単一の車載ブレーカ１３、整流器１４、交流ブレーカ１６及び直流ブレーカ１８を備える。

単一の交流直流兼用充電器１２は、交流電圧及び直流電圧を車載バッテリ９の充電に適した直流電流に変換する。交流電圧及び直流電圧は、予め設定した電圧範囲、例えば１００〜４００Ｖであるのが好ましい。
なお、交流電圧と直流電圧とで電圧が異なってもよい。

単一の車載ブレーカ１３は、交流直流兼用充電器１２と車載バッテリ９の間に位置し、その間を遮断可能な遮断器である。この遮断器は、手動でも遠隔操作可能な電磁式であってもよい。

整流器１４は、給電コイル３ｂから非接触給電される交流電流を整流して直流電流に変換する回路であり、例えば、整流回路（ブリッジ整流回路）で実現される。

プラグイン充電用の交流ブレーカ１６は、充電プラグ３ａと直結される充電ソケット４ａと交流直流兼用充電器１２との間に位置し、その間の交流電圧が、第１閾値Ｖ１を超える場合にその間を接続し、第１閾値Ｖ１未満の場合にその間を切断する。
充電ソケット４ａから供給される交流電圧は、交流直流兼用充電器１２に印加される交流電圧である。
第１閾値Ｖ１は、交流直流兼用充電器１２に印加される交流電流の電圧Ｖ（例えば１００〜４００Ｖ）の１０〜９０％の範囲で設定され、交流直流兼用充電器１２に印加される交流電流の電圧Ｖを確実に検出し、かつノイズ等で作動しないようになっている。

図３において、交流ブレーカ１６は、充電ソケット４ａと交流直流兼用充電器１２との間を切断及び接続可能な交流電磁遮断器１７ａと、その間の交流電圧を検出して交流電磁遮断器１７ａを接続する交流電圧検出器１７ｂとを有する。
この構成により、交流電圧検出器１７ｂにより、充電ソケット４ａと交流直流兼用充電器１２の間の交流電圧を検出して、交流電磁遮断器１７ａを接続させることができる。

非接触給電用の直流ブレーカ１８は、整流器１４と交流直流兼用充電器１２との間に位置し、その間の直流電圧が、第２閾値Ｖ２を超える場合にその間を接続し、第２閾値Ｖ２未満の場合にその間を切断する。
整流器１４から供給される直流電圧は、交流直流兼用充電器１２に印加される直流電圧である。
第２閾値Ｖ２は、交流直流兼用充電器１２に印加される直流電流の電圧Ｖ（例えば１００〜４００Ｖ）の１０〜９０％の範囲で設定され、交流直流兼用充電器１２に印加される直流電流の電圧Ｖを確実に検出し、かつノイズ等で作動しないようになっている。

図３において、直流ブレーカ１８は、整流器１４と交流直流兼用充電器１２との間を切断及び接続可能な直流電磁遮断器１９ａと、その間の直流電圧を検出して直流電磁遮断器１９ａを接続する直流電圧検出器１９ｂとを有する。
この構成により、直流電圧検出器１９ｂにより、整流器１４と交流直流兼用充電器１２の間の直流電圧を検出して、直流電磁遮断器１９ａを接続させることができる。

給電コイル３ｂと受電コイル４ｂは、これらが近接した状態に配置されることによって電磁気結合回路が形成される。この電磁気結合回路は、給電コイル３ｂと受電コイル４ｂとが電磁気的に結合して給電コイル３ｂから受電コイル４ｂへの非接触の給電が行われる回路を意味し、「電磁誘導方式」で給電を行う回路と、「電磁界共鳴方式」で給電を行う回路との何れの回路であっても良い。

「電磁界共鳴方式」で給電コイル３ｂから受電コイル４ｂに非接触給電する場合、給電コイル３ｂから非接触給電される交流電流は、商用交流電源１の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも高い周波数（例えば１００ｋＨｚ以上、１ＭＨｚ未満）であることが好ましい。
この場合、図３の非接触給電ＭＣ２ｂと給電コイル３ｂの間に、周波数変換回路ＦＣを設けることが好ましい。
かかる周波数変換回路ＦＣは、例えば整流回路と、整流回路からの直流電流を交流電流に変換する逆変換回路（インバータ）によって構成することができる。

以下、本発明の共用充電装置１０の作用を説明する。

（充電プラグ３ａ及び給電コイル３ｂの両方が接続されていない場合）
充電ソケット４ａと交流直流兼用充電器１２との間の交流電圧も、整流器１４と交流直流兼用充電器１２との間の直流電圧も発生しないので、交流ブレーカ１６及び直流ブレーカ１８は切断された状態となり、交流直流兼用充電器１２には交流電圧も直流電圧も印加されず、不使用状態を維持する。

（給電コイル３ｂから受電コイル４ｂに非接触給電されていない状態で、充電プラグ３ａが充電ソケット４ａに接続される場合）
充電ソケット４ａと交流直流兼用充電器１２との間の交流電圧が商用交流電源１の交流電圧まで上昇して予め設定した第１閾値Ｖ１を超えるので、交流ブレーカ１６が自動で接続され、交流直流兼用充電器１２に交流電圧が印加されて、交流直流兼用充電器１２により交流電流を車載バッテリ９の充電に適した直流電流に変換することができる。

この際、直流ブレーカ１８は切断された状態を維持するので、直流ブレーカ１８より上流側に位置する整流器１４の出力側に交流電圧が印加されるのを防止することができる。

（充電プラグ３ａが充電ソケット４ａに接続されていない状態で、給電コイル３ｂから受電コイル４ｂに非接触給電される場合）
整流器１４と交流直流兼用充電器１２との間の直流電圧が上昇して予め設定した第２閾値Ｖ２を超えるので、直流ブレーカ１８が自動で接続され、交流直流兼用充電器１２に直流電圧が印加されて、交流直流兼用充電器１２により直流電流を車載バッテリ９の充電に適した直流電流に変換することができる。

この際、交流ブレーカ１６は切断された状態を維持するので、交流ブレーカ１６より上流側に位置する充電ソケット４ａに直流電圧が印加されるのを防止することができる。

従って、本発明によれば、交流直流兼用充電器１２を用いて、プラグイン式及び非接触給電式のどちらからでも電気自動車に充電可能であり、かつ誤操作のおそれなく短絡を防止することができる。
すなわち、プラグイン式及び非接触給電式のどちらか一方を使用しているときに、他方に電圧が回ることがないため、安全性が高く、かつ交流ブレーカ１６と直流ブレーカ１８の開閉動作も自動で行われるため、充電準備作業が軽減できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１商用交流電源、
２ａプラグイン充電用ＭＣ、２ｂ非接触給電ＭＣ、
３ａ充電プラグ、３ｂ給電コイル、
４ａ充電ソケット、４ｂ受電コイル、
６整流器、７交流直流兼用充電器、
８ブレーカ、９車載バッテリ、
１０共用充電装置、１２交流直流兼用充電器、
１３車載ブレーカ、１４整流器、
１６交流ブレーカ、１７ａ交流電磁遮断器、
１７ｂ交流電圧検出器、１８直流ブレーカ、
１９ａ直流電磁遮断器、１９ｂ直流電圧検出器

Claims

商用交流電源に接続されたプラグイン式充電用の充電プラグと、商用交流電源に接続された非接触給電式充電用の給電コイルとを有する分電盤に接続可能なプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置であって、
交流電圧及び直流電圧を車載バッテリの充電に適した直流電圧に変換する単一の交流直流兼用充電器と、
前記充電プラグと直結される充電ソケットと前記交流直流兼用充電器との間に位置し、その間の交流電圧が、第１閾値を超える場合にその間を接続し、第１閾値未満の場合にその間を切断するプラグイン充電用の交流ブレーカと、
前記給電コイルから非接触給電される受電コイルに接続され該受電コイルを介して供給される交流電流を直流電流に変換する整流器と、
該整流器と前記交流直流兼用充電器との間に位置し、その間の直流電圧が、第２閾値を超える場合にその間を接続し、第２閾値未満の場合にその間を切断する非接触給電用の直流ブレーカとを備え、
前記充電ソケットから交流直流兼用充電器に交流電圧が印加されている状態において、該交流電圧が前記直流ブレーカに印加されるように、前記交流ブレーカと前記直流ブレーカとは接続されている、プラグイン充電と非接触給電の共用充電装置。
前記交流ブレーカは、充電ソケットと交流直流兼用充電器との間を切断及び接続可能な交流電磁遮断器と、その間の交流電圧を検出して交流電磁遮断器を接続する交流電圧検出器とを有し、
前記直流ブレーカは、整流器と交流直流兼用充電器との間を切断及び接続可能な直流電磁遮断器と、その間の直流電圧を検出して直流電磁遮断器を接続する直流電圧検出器とを有する、請求項１に記載のプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置。
前記交流直流兼用充電器と車載バッテリの間に位置しその間を遮断可能な単一の車載ブレーカを備える、請求項１に記載のプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置。