JPH09252530A

JPH09252530A - 蓄電装置の充電システム

Info

Publication number: JPH09252530A
Application number: JP8085785A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hiyama; 智樋山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】〔課題〕一般家庭での充電にも、サービスステーショ
ンでの充電にも適した蓄電用コンデンサ利用の蓄電装置
の充電システムを提供する。〔解決手段〕本発明に係わる蓄電装置の充電システム
は、複数の蓄電用コンデンサの直並列接続によって構成
されるコンデンサ・アレイ(CG)と、このコンデンサ・ア
レイ(CG)の蓄電用コンデンサの接続状態を変更する接続
変更部(ECU) と、このコンデンサ・アレイに充電装置を
接続するための充電用コネクタ( プラグ)とを備える充
電装置とから成る。上記充電装置は、充電電圧に関する
情報を充電用コネクタを通して蓄電装置に伝達する手段
を備えている。さらに、上記蓄電装置の接続変更部(EC
U) は、充電用コネクタに伝達された情報を受け取って
充電電圧を検知し、この充電電圧に応じてコンデンサ・
アレイ(CG)の接続変更を行う手段(ECU) を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車の蓄電
装置などに利用される直並列接続された多数の蓄電用コ
ンデンサから成る蓄電装置を充電するための充電システ
ムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気自動車用蓄電装置は、鉛蓄電
池やニッケルカドミウム電池などの二次電池（蓄電池）
を主体とするものが開発されてきた。この二次電池によ
る蓄電装置の開発と並行して、電気二重層コンデンサと
称される極めて大容量のコンデンサ（蓄電器）を電気自
動車用の蓄電装置として利用する研究も進められてきて
いる。

【０００３】この電気二重層コンデンサは、特開昭60ー
15138 号公報やUSP3,536,963号などに開示されているよ
うに、活性炭や活性炭繊維と、水系電解液や有機系電解
液とを組合せることにより、極めて大きな静電容量を実
現している。典型的には、十円硬貨とほぼ同一の直径と
３倍程度の厚みのもとで５Ｆ〜１０Ｆもの大容量のコン
デンサが実現され市販さている。このような大容量コン
デンサは、単位体積、単位重量当たりの蓄電量が既に鉛
蓄電池などのそれを凌ぎつつあり、電気自動車用の蓄電
装置として極めて有望視されている。この電気二重層コ
ンデンサは、蓄電池とは異なり充放電可能回数に実質的
な制限がないという点で極めて経済的であるという利点
も備えている。

【０００４】従来、コンデンサ（蓄電器）は、単体で、
あるいはコイルや抵抗器などの回路素子と組合せられ
て、サージの吸収、平滑化、濾波、同調など各種の交流
電気特性の実現に利用されてきているが、その静電容量
は高々数百μＦであり、蓄電器とは言っても蓄積エネル
ギーは極めて小さい。従って、数十Ｆファラッドもの超
大容量を有するコンデンサは、極めて特殊な用途を除
き、概ね直流電力の蓄積のための用途を有するものとし
て、従来の小容量の交流特性を実現するためのコンデン
サと区別することができる。従って、本明細書では、そ
のような直流電力の蓄電を目的とする電気二重層コンデ
ンサなどの数十Ｆ以上の静電容量を有する大容量のコン
デンサを「蓄電用コンデンサ」と総称する。

【０００５】このような直流蓄電用コンデンサの一つで
ある電気二重層コンデンサの場合、典型的な耐圧は数vo
ltの程度と低い値に留まる。このため、数百ＫＷＨの蓄
電量と、300volt 程度の出力電圧を有する電気自動車用
蓄電装置を実現するうえで、数百個の直流蓄電用コンデ
ンサについて、直列接続と並列接続とが混在するように
接続（直並列接続）されることになる。

【０００６】上記直流蓄電用コンデンサを直並列接続し
て構成した蓄電装置では、車両の走行中の放電に伴って
蓄積エネルギーが減少するので、これを補うために、家
庭やサービスステーションなどで充電を行う必要があ
る。蓄電用コンデンサは、鉛やニッケルカドミウムなど
の従来の蓄電池とは異なり、充放電の状態に応じて端子
電圧が大幅に変動するため、充電は定電流源から行うの
が望ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記蓄電用コンデンサ
を直並列接続して構成した蓄電装置について、その充電
を行う場合、どのような充電装置が必要かを考察してみ
る。まず、一般家庭で充電を行う場合を考察する。一般
家庭に引き込まれている電灯線の電圧は、現状では、高
々200 Ｖ程度、また、契約電力は５ＫＷ前後である。こ
のような電灯線から供給される交流電力を充電用の直流
電力に変換するための交流／直流変換回路は、高価なア
クティブ素子などを使用することなく、主にコンデンサ
などの安価なパッシブ素子を使用して、すなわち、チョ
ッパ方式などではなく単純な平滑化によって行うものが
最も経済的と考えられる。

【０００８】このような平滑化を採用すれば、充電用の
直流電圧も高々200 ボルトrms の交流を全波整流すると
200 ボルト程度となる。また、交流から直流への変換を
100％の効率で行えたとしても、充電用の直流電力は最
大５ＫＷ前後であり、直流電圧を200 ボルトと見積もっ
たことから、直流充電電流は高々25Ａと見積もられる。
そして、５ＫＷ程度の直流充電電力では10時間かけたと
しても50ＫＷＨ程度の充電しか行えない。従って、車両
の使用頻度によっては、従来行ってきたガソリンの補給
と同程度の頻度でサービスステーションによる急速充電
のサービスを受けることも必要になる。

【０００９】一方、サービスステーションでは、上述し
た家庭の場合のように充電にあまり時間をかけてはいら
れないので、数百ＫＷの大容量の直流電源を使用する急
速充電が必要になる。このような大容量の直流電源で
は、充電用の直流電圧は家庭用の充電装置との整合を図
るうえで、高々200 ボルト程度に設定しなければならな
い。この結果、充電電流が1000アンペア以上にも達し、
ジュール熱損を抑制するために大径で重い充電用ケーブ
ルが必要になり、取り扱いが困難になる。また、充電用
の大電流で発生する磁場により車両の計器などに電磁障
害を及ぼすおそれもある。また、車両用蓄電装置の充電
用端子としては、充電電流量に応じて、家庭用とサービ
スステーション用の２種類を設置することも考えられる
が、現状の車両において給油口が一つであるように、電
気自動車におきてもマンマシンインタフェースの点から
は充電用端子が一つであることが好ましい。従って、本
発明の目的は、一般家庭での充電にも、サービスステー
ションでの充電にも適した直流蓄電用コンデンサ利用の
蓄電装置の充電システムを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる蓄電装置
の充電システムは、複数の蓄電用コンデンサの直並列接
続によって構成されるコンデンサ・アレイと、このコン
デンサ・アレイの蓄電用コンデンサの接続状態を変更す
る接続変更部と、このコンデンサ・アレイに充電装置を
接続する充電用コネクタとを備えた蓄電装置と、この蓄
電装置に前記充電用コネクタを介して接続される充電装
置とから成る。そして、上記充電装置は、充電電圧に関
する情報を充電用コネクタを通して蓄電装置に伝達する
手段を備えている。さらに、上記蓄電装置の接続変更部
は、上記充電用コネクタに伝達された情報を受け取って
充電電圧を検知し、この充電電圧に応じてコンデンサ・
アレイの接続変更を行う手段を備えている。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態によれば、上
記接続変更手段は、サービスステーションなどでの急速
充電時には上記コンデンサ・アレイ内の直列接続段数を
増加させ、一般家庭などでの通常充電時にはコンデンサ
・アレイ内の並列接続個数を増加させるように接続変更
を行う。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の蓄電装置の構成
を示す機能ブロック図である。本実施例の蓄電装置は、
直並列接続された電気二重層コンデンサ群から成るコン
デンサ・アレイＣＧと、充電電源の種類などに応じてコ
ンデンサ・アレイＣＧの直並列の接続状態の変更を行う
電子制御ユニットＥＣＵから構成されている。

【００１３】コンデンサ・アレイＣＧは、図２に例示す
るように、全体が適宜な個数の群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３・・
・に分割されると共に、各群は電子制御ユニットＥＣＵ
に連なる制御信号線ＣＬ１，ＣＬ２を介し、このＥＣＵ
によって制御されるスイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替えに
より、直並列の接続の変更が可能なように接続されてい
る。

【００１４】すなわち、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が図２
に例示するように切替えられることにより、各群Ｇ１，
Ｇ２，Ｇ３・・・は互いに直列に接続される。これに対
して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が図示とは反対の状態に
なるように切替えられることにより、各群Ｇ１，Ｇ２，
Ｇ３・・・は互いに並列に接続される。各群Ｇ１，Ｇ
２，Ｇ３・・・の内部でも、更に小数の電気二重層コン
デンサの群が図２に示したと同様に直並列接続されてお
り各群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３・・・について直列から並列へ
と接続変更が行われると同時に、各群内においても同様
の接続変更が行われる。

【００１５】この実施例の蓄電装置の充電用として一般
家庭に備えられる家庭用の充電装置は、200 ボルト程度
の低い直流電圧のもとで25アンペア程度の充電電流をこ
の蓄電装置に供給するように構成されている。これに対
して、この蓄電装置の充電用としてサービスステーショ
ンに備えられる急速充電装置は、数千ボルトの給電線を
介して供給される業務用の交流電力源から発生させた30
00ボルト程度の高い直流電圧のもとで、100 アンペア程
度の充電電流をこの蓄電装置に供給するように構成され
ている。

【００１６】図３に示すように、家庭用とサービスステ
ーション用の充電装置から引き出される給電線の先端に
形成されている充電用プラグには、直流電流が流れる電
力線の他に２本の信号線が設けられており、各信号線上
には個々の充電装置の充電電圧を示すハイ／ローの組合
せから成る電気信号が出力されている。この充電用プラ
グが挿入される蓄電装置側の充電用コネクタには、上記
信号線上に伝達されてくる信号を受信する２本の信号受
信端子（図３では紙面と垂直方向に配列されている）と
各信号受信端子に受けた信号のハイ／ローの組合せを解
読して電子制御装置ＥＣＵにプラグ識別信号を送信する
プラグ識別部が設けられている。

【００１７】電子制御装置ＥＣＵは、上記プラグ識別部
からの識別信号を受信し、これがサービスステーション
の充電プラグのものであることを検出すると、サービス
ステーションにおける高電圧の充電が開始されると判定
し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を図２に示す状態にして各
群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３・・・を直列に接続する。この結
果、サービスステーションでの急速充電中は、図５
（Ａ）に示すように、多数の群が直列接続された状態と
なる。

【００１８】ＥＣＵは、プラグ識別部から供給された識
別信号から家庭における低電圧の充電が開始されること
を検出すると、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を図２に示すも
のと反対の状態にして各群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３・・・を並
列に接続する。この結果、一般家庭での充電中は、図５
（Ｂ）に示すように、多数の群が並列接続された状態と
なる。この状態で、200 ボルト程度の電圧のもとで25ア
ンペア程度の充電電流で充電が行われる。車両が走行中
の放電状態では、蓄電装置の出力電圧を 300ボルト程度
に保つために、図５（Ａ）と（Ｂ）の中間でしかも
（Ａ）に近い直並列の接続状態に設定される。

【００１９】図２のスイッチＳＷ１の具体的な一例は、
図４に示すように、大電力用電界効果トランジスタＦＥ
Ｔ１，ＦＥＴ２と、インバータＩＮＶから構成されてい
る。制御信号線ＣＬ１上にハイレベルの信号が出現する
と、ＦＥＴ１はオン状態、ＦＥＴ２はオフ状態となり、
一方の電路Ｌ１がＦＥＴ１を通して電路Ｌ０に接続され
る。制御信号線ＣＬ上からハイレベルの信号が消滅する
と、ＦＥＴ１はオフ状態、ＦＥＴ２はオン状態となり、
電路Ｌ２がＦＥＴ２を通して電路Ｌ０に接続される。

【００２０】以上、２種類の充電用プラグの識別信号を
ハイ／ローの信号の組合せで示す構成を例示した。しか
しながら、充電用電圧の大きさに比例したアナログ電圧
を蓄電装置側に電圧するような構成を採用することもで
きる。また、電気信号の代わりに光信号を利用すること
もできる。

【００２１】あるいは、充電プラグの種類に応じてこれ
に突起を設けたり設けなかったりすることによって、蓄
電装置側の充電用コネクタに設置されたスイッチを突起
の押圧力によって閉じたり、開いたまままにすることに
よって充電プラグを機械的に識別する構成とすることも
できる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わる蓄電装置の充電システムによれば充電装置側には充
電電圧に関する情報を充電用コネクタを通して充電装置
に伝達する手段を備えると共に、蓄電装置側にはこの伝
達された充電電圧に応じて充電部の接続変更を行う手段
を備えているので、一般家庭での充電にもサービスステ
ーションでの充電にも好適な充電システムが実現でき
る。

【００２３】また、上記充電電圧に関する情報は充電用
コネクタを通して自動的に充電装置側から蓄電装置側に
伝達され、蓄電装置側では自動的に直並列接続の変更行
われる構成であるから、一つのコネクタによって充電電
流の供給と情報の伝達という両方の機能が実現される。
この結果作業者やドライバーの手動操作が一切不要にな
り、利便性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の蓄電装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】上記実施例のコンデンサ・アレイを構成するコ
ンデンサ群の直並列の接続変更のための構成の一例を示
す等価回路図である。

【図３】充電用プラグと充電用コネクタの構造の一例を
示す断面図である。

【図４】図２のスイッチＳＷ１の具体的な構成の一例を
示す回路図である。

【図５】上記実施例の蓄電装置に対し高電圧・大電流の
充電装置から充電を行う場合の直並列接続の様子を例示
する概念図（Ａ）と、低電圧圧・小電流の充電装置から
充電を行う場合の直並列接続の様子を例示する概念図
（Ｂ）である。

【符号の説明】

CG 電気二重層コンデンサの直並列接続部 ECU 電子制御ユニット SW1,SW2 直並列接続変更用スイッチ CL1,CL2 制御信号線 FET1,FET2 電界効果トランジスタ INV インバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｇ 9/155 Ｈ０１Ｇ 9/00 ３０１Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の蓄電用コンデンサの直並列接続によ
って構成されるコンデンサ・アレイと、このコンデンサ
・アレイに充電装置を接続する充電用コネクタとを備え
た蓄電装置と、この蓄電装置に前記充電用コネクタを介
して接続される充電装置とから成る蓄電装置の充電シス
テムにおいて、前記充電装置は、充電電圧に関する情報を前記充電用コ
ネクタを通して前記充電装置に伝達する手段を備え、前記蓄電装置は、前記充電用コネクタに伝達された情報
を受け取って充電電圧を検知し、この充電電圧に応じて
前記コンデンサ・アレイの接続変更を行う接続変更手段
を備えたことを特徴とする蓄電装置の充電システム。
【請求項２】請求項１において、前記接続変更手段は、充電電圧の大きな急速充電時には直列接続段数を増加
し、充電電圧の小さな通常充電時には並列接続個数を増
加させるように接続変更を行うことを特徴とする蓄電装
置の充電システム。
【請求項３】請求項１又は２において、前記蓄電用コンデンサは電気二重層コンデンサであるこ
とを特徴とする蓄電装置の充電システム。
【請求項４】請求項１乃至３のそれぞれにおいて、前記充電電圧に関する情報は、電気、電波又は光信号に
よって伝達されることを特徴とする蓄電装置の充電シス
テム。
【請求項５】請求項１乃至３のそれぞれにおいて、前記充電電圧に関する情報は、前記充電装置側の充電用
コネクタの形状の相違に基づき伝達されることを特徴と
する蓄電装置の充電システム。