KR20110107265A

KR20110107265A - 배터리 충전 장치

Info

Publication number: KR20110107265A
Application number: KR1020100132368A
Authority: KR
Inventors: 기미히코 후루카와; 시게하루 다이라; 신이치 이타가키; 요시히로 쇼지; 신야 미야자키
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-09-30
Also published as: US20110234150A1; JP2011205747A; CN102201695A; EP2369712A1

Abstract

[과제] 상용 전원의 출력을 작게 제한하면서 부하 배터리를 신속하게 충전한다.
[해결 수단] 외부 접속된 부하 배터리(LB)를 충전하기 위한 배터리 충전 장치로서, 방전할 수 있는 병설 배터리(1)와; 외부 접속된 상용 전원(AC)의 전력에 의해, 병설 배터리(1)를 제1 충전 전류로 충전할 수 있는 제1 충전 회로(20)와; 제1 충전 회로(20)에서 충전되어 병설 배터리(1)의 전력에 의해, 부하 배터리(LB)를 제1 충전 전류보다 큰 제2 충전 전류로 충전할 수 있는 제2 충전 회로(30)를 구비하고, 제1 충전 회로(20)가, 병설 배터리(1) 및 제2 충전 회로(30)에 급전 가능하게 접속되어 있다. 이로 인해, 충전 회로의 전환 작업이 불필요하고, 전환을 위한 스위칭 소자 등을 불필요하게 하여 신뢰성, 안정성을 높임과 아울러, 병설 배터리(1)를 사용하여 상용 전원(AC)보다 단시간에 부하 배터리(LB)를 충전할 수 있는 이점이 얻어진다

Description

배터리 충전 장치{BATTERY CHARGING APPARATUS}

본 발명은 예를 들어 차량에 탑재되어 차량을 주행시키는 모터에 전력을 공급하는 주행용 배터리 등의 부하 배터리를 상용 전원으로 충전하기 위한 충전 장치에 관한 것이다.

모터로 주행하는 전기 자동차, 또는 모터와 엔진 양쪽으로 주행하는 하이브리드카 등의 자동차 보급에 수반하여, 그 주행용 배터리를 충전하기 위한 충전기가 필요하게 되고 있다. 특히 최근에는 플러그인 하이브리드카나 전기 자동차와 같은, 탑재하는 전지수가 하이브리드카보다 상당히 큰, 즉 전기 용량이 큰 주행용 배터리를 구비하는 차량의 요구가 높아지고 있기 때문에, 충전기의 용량이나 충전 능력도 이에 따라 필연적으로 커지게 된다. 이와 같은 대용량의 주행용 배터리를, 가정용의 상용 전원으로 충전하려고 하면, 상당한 시간이 걸려 버린다고 하는 문제가 있다. 그것은 상용 전원으로 사용할 수 있는 최대 전력에 제한을 받기 때문이다. 예를 들어, 200V의 단상(單相)의 상용 전원에 있어서는 사용 가능한 최대 전력이 약 5kW로 제한된다. 이 때문에, 예를 들어 24kWh의 주행용 배터리를 탑재한 전기 자동차를 상용 전원으로 충전하려고 하면, 최대 전력 약 5kW로도 충전에 약 5시간을 필요로 한다. 이 폐해를 피하기 위해, 상용 전원으로 충전되는 병설 배터리도 마련하고, 이 병설 배터리로 주행용 배터리를 급속 충전하는 충전 장치가 개발되고 있다(특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1에 기재되는 충전 장치는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 상용 전원(90)으로 충전되는 병설 배터리(91)와, 이 병설 배터리(91)를 충전하고, 또 병설 배터리(91)로 주행용 배터리(92)를 충전하는 충전 회로(93)와, 병설 배터리(91)의 상용 전원(90)에 의한 충전과 병설 배터리(91)의 주행용 배터리(92)의 충전을 전환하는 전환 스위치(94)를 구비하고 있다. 이 충전 장치는 상용 전원(90)으로 병설 배터리(91)를 충전하고, 충전된 병설 배터리(91)로 주행용 배터리(92)를 급속 충전할 수 있다. 특히, 병설 배터리(91)의 용량을 주행용 배터리(92)의 용량 이상으로 함으로써, 주행용 배터리(92)를 신속하게 급속 충전할 수 있다.

[선행 기술 문헌]

[특허 문헌]

[특허 문헌 1] 일본 특개평 5－207668호 공보

그렇지만 도 4의 충전 장치는 병설 배터리(91)의 충전과, 이것을 방전하여 주행용 배터리(92)를 충전하는 상태를 전환 스위치(94)로 전환하기 때문에, 병설 배터리(91)를 충전하면서 주행용 배터리(92)를 충전할 수 없다. 예를 들어, 병설 배터리(91)를 충전한 후, 전환 스위치(94)를 전환하여 주행용 배터리(92)를 충전할 필요가 있다. 이 전환 조작을 유저가 행한다고 하면, 병설 배터리(91)가 충전된 것을 확인하고 전환할 필요가 있어, 확인 작업과 조작이 필요하여 수고가 따르는 결점이 있다. 이와 같은 조작을, 예를 들어 타이머로 자동적으로 행하게 할 수도 있지만, 타이머로 컨트롤하여 주행용 배터리를 충전하려면, 타이머가 병설 배터리의 충전과 방전을 전환하는 타이밍을, 병설 배터리와 주행용 배터리의 잔용량으로부터 연산할 필요가 있고, 이 연산이 번잡하게 되는 결점이 있다. 그것은 병설 배터리가 소정의 용량까지 충전되는 시간이, 병설 배터리의 잔용량에 의해 변화하고, 또한 주행용 배터리가 병설 배터리로부터 충전되는 시간도, 주행용 배터리의 잔용량에 의해 변화하기 때문이다.

따라서 병설 배터리의 충전과 방전을 전환하는 충전 장치는 조작에 수고가 따르고, 또 타이머로 자동적으로 조작하는 구조로 해도, 타이머의 설정 시간의 연산에 시간이 걸린다는 결점이 있고, 간단하고 용이하게, 그리고 유저가 자동차를 탈 때 이미 주행용 배터리를 충전 가능하도록 하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다.

추가로, 전환 스위치가 하드웨어적으로 필수로 되지만, 전환과 같은 기계적 동작을 수반하는 경우는, 시간의 경과에 따른 열화(劣化)나 신뢰성의 면에서 문제가 된다. 특히 전지 용량이 큰 병설 배터리를 사용하거나 급속 충전을 행하는 경우는, 대전류가 통전(通電)하기 때문에, 대전류의 스위칭을 기계적으로 행함으로써 아크나 용착(溶着)의 문제가 생겨 접점의 열화나 유지보수 작업 등을 피할 수 없다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 개발된 것이다. 본 발명의 주된 목적은 상용 전원의 출력을 작게 제한하면서 부하 배터리를 신속하게 충전할 수 있는 것에 더하여, 간단한 조작으로 부하 배터리를 충전하여, 편리하게 사용할 수 있는 배터리 충전 장치를 제공하는 것이다. 추가로, 본 발명의 다른 목적은 병설 배터리와 부하 배터리의 충전을 전환하는 일 없이, 양쪽의 배터리를 편리하게 충전할 수 있는 배터리 충전 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 외부 접속된 부하 배터리(LB)를 충전하기 위한 배터리 충전 장치로서, 충방전할 수 있는 병설 배터리(1)와; 외부 접속된 상용 전원(AC)의 전력에 의해, 상기 병설 배터리(1)를 제1 충전 전류로 충전할 수 있는 제1 충전 회로(20)와; 상기 제1 충전 회로(20)로 충전된 상기 병설 배터리(1)의 전력에 의해, 부하 배터리(LB)를 상기 제1 충전 전류보다 큰 제2 충전 전류로 충전할 수 있는 제2 충전 회로(30)를 구비하고, 상기 제1 충전 회로(20)가, 상기 병설 배터리(1) 및 제2 충전 회로(30)에, 급전(給電) 가능하게 접속할 수 있다. 이로 인해, 충전 회로의 전환 작업이 불필요하고, 전환을 위한 스위칭 소자 등을 불필요하게 하여 신뢰성, 안정성을 높임과 아울러, 병설 배터리를 사용하여 상용 전원보다 단시간에 부하 배터리를 충전할 수 있는 이점이 얻어진다. 특히 상용 전원의 출력을 작게 제한하면서 부하 배터리를 신속하게 충전할 수 있고, 추가로 전환 조작 없이 부하 배터리를 충전하여, 편리하게 충전할 수 있다. 상용 전원의 출력을 작게 하여 부하 배터리를 신속하게 단시간에 충전할 수 있는 것은 상용 전원으로 병설 배터리를 충전하고, 병설 배터리로 부하 배터리를 충전할 수 있기 때문이다.

또한, 제2 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 상기 제1 충전 회로(20)가 상용 전원(AC)의 전력으로 상기 병설 배터리(1)를 충전하면서, 동시에 부하 배터리(LB)를 충전 가능하게 구성할 수 있다. 이로 인해, 상용 전원을 사용하여 병설 배터리와 부하 배터리를 동시에 충전할 수 있다. 또, 병설 배터리의 충전과 부하 배터리의 충전을 전환하는 일 없이, 상용 전원으로 병설 배터리와 부하 배터리 양쪽을 충전할 수 있고, 추가로 병설 배터리가 충전된 상태에서는 병설 배터리로 부하 배터리를 신속하게 충전할 수 있다. 추가로, 병설 배터리뿐만 아니라, 상용 전원으로부터의 전력도 부하 배터리의 충전에 사용하기 때문에, 결과적으로 병설 배터리에 필요한 용량을 저감할 수 있고, 설비에 필요한 비용의 저비용화도 도모된다.

또한, 제3 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 추가로 상기 제1 충전 회로(20)가 상기 병설 배터리(1)를 충전할 때의 충전 제어를 행하는 배터리 제어 회로(22)를 구비하고 있고, 상기 배터리 제어 회로(22)는 상기 병설 배터리(1)의 상태에 따라 충전 전류 및 충전 시간을 조정하도록 제어할 수 있다. 이로 인해, 병설 배터리를 적절한 상태로 충전하여, 소정의 시간까지 사용 가능하게 할 수 있다. 예를 들어 부하 배터리로서 차량의 주행 배터리를 충전하는 경우, 부하 배터리의 잔용량으로부터, 병설 배터리(및 필요에 따라서 상용 전원)로부터, 충전에 필요한 시간을 연산하여, 예를 들어 이튿날 아침의 출근 시간인 8시까지 주행 배터리가 만충전되도록 충전 개시 시간을 역산(逆算)하고, 이에 따라 병설 배터리의 충전을 몇 시까지 끝낼 필요가 있는지를 연산하고, 추가로 심야 전력의 시간대에 충전하는 경우는 심야 전력의 시간을 가능한 사용하여 전력 저장류로 충전함으로써, 많은 유저가 일제히 단시간의 대전류 충전을 행하는 것에 의해 전력 회사측에 피크 전력의 부하를 일으키게 하는 사태를 회피할 수 있고, 전기 에너지의 효율적인 사용이 도모된다.

또한, 제4 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 상기 제2 충전 회로(30)가 전기부하 배터리(LB)를 충전하는 전력이, 상기 제1 충전 회로(20)가 병설 배터리(1)를 충전 전력의 2배 이상 내지 10배 이하로 할 수 있다. 이로 인해, 상용 전원의 출력으로 직접 부하 배터리를 충전하는데 비교하여, 1／2 ~ 1／10배의 시간으로 부하 배터리를 급속 충전할 수 있다.

또한, 제5 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 상기 제1 충전 회로(20)가 상기 병설 배터리(1)를 충전하는 전력이 2kVA ~ 6kVA이고, 상기 제2 충전 회로(30)가 상기 부하 배터리(LB)를 충전하는 전력이 20kVA 이상으로 할 수 있다. 이로 인해, 상용 전원의 출력을 바람직한 범위로 하면서, 즉 상용 전원의 전원 라인에 흘리는 전류를 소정의 범위로 하면서, 대용량의 부하 배터리를 신속하게 급속 충전할 수 있다.

또한, 제6 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 상기 제1 충전 회로(20)가 단상의 상용 전원(AC)으로 상기 병설 배터리(1)를 충전할 수 있다. 이로 인해, 단상의 상용 전원을 사용하면서, 부하 배터리를 신속하게 급속 충전할 수 있다.

또한, 제7 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 상기 제1 충전 회로(20)가 정전류 특성을 가지는 충전 회로로 할 수 있다. 이로 인해, 병설 배터리와 부하 배터리 양쪽을 제1 충전 회로로 안정적으로 충전할 수 있다. 특히, 병설 배터리나 부하 배터리의 잔용량이나 전압에 관계없이, 제1 충전 회로로 그 양쪽을 바람직한 충전 전류로 충전할 수 있다. 또한, 상용 전원(AC)으로부터 전력을 얻으면서 병설 배터리로부터도 방전하여 제2 충전 회로에 큰 전력을 공급할 수 있다.

또한, 제8 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 추가로 상용 전원(AC)으로부터 상기 제1 충전 회로(20)를 통하여 상기 병설 배터리(1)를 충전하기 위한 제1 전송 회선(21)과, 상기 병설 배터리(1)로부터 상기 제2 충전 회로(30)를 통하여 부하 배터리(LB)를 충전하기 위한 제2 전송 회선(31)을 구비하고 있고, 상기 제2 전송 회선(31)이 상기 제1 전송 회선(21)보다 대전력을 전송할 수 있는 회선으로 할 수 있다. 이로 인해, 모든 전송 회선을, 대전력을 이송하도록 설계하는 일 없이, 특정 범위의 전송 회선만을 대전력 전송할 수 있는 상태로 하면서, 대용량의 부하 배터리를 신속하게 급속 충전할 수 있고, 회로 설계의 간소화, 저비용화를 실현할 수 있다.

또한, 제9 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 상기 제1 충전 회로(20)를 사용한 상기 병설 배터리(1)의 충전을, 상용 전원(AC)의 야간 전력으로 행할 수 있다. 이로 인해, 염가의 야간 전력을 사용하여 야간에 병설 배터리를 충전할 수 있고, 이튿날 아침까지는 충전할 수 있으므로, 전력 비용도 억제할 수 있고, 또 전력 회사측도 야간의 잉여 전력의 유효 사용이 도모되며, 낮의 피크 전력량 억제에도 기여할 수 있는 이점이 얻어진다

또한, 제10 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 상기 배터리 제어 회로(22)가, 상기 병설 배터리(1)의 충전 전력을, 병설 배터리(1)의 잔용량과 심야 전력의 시간대로 제어할 수 있다. 이로 인해, 심야 전력을 유효하게 사용하여 병설 배터리나 부하 배터리를 충전할 수 있다. 특히, 심야 전력으로 병설 배터리나 부하 배터리를 충전할 때의 단위 시간의 소비 전력을 최적으로 제한하면서, 병설 배터리나 부하 배터리를 충전할 수 있다. 이것은 다수의 유저가 심야 전력으로 병설 배터리나 부하 배터리를 충전하는 상태에서, 심야 전력의 피크 전력을 제한하고, 심야 전력을 공급할 수 있는 시간대에 평균하여 배터리를 충전할 수 있다.

또한, 제11 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 상기 제1 충전 회로(20)가, 심야 전력으로 상기 병설 배터리(1)를 충전하도록 설정되는 24시간 타이머(24)를 구비하는 것이 가능하다. 이로 인해, 유저가 충전 시간을 설정하는 일 없이, 심야 전력을 유효하게 사용하여 병설 배터리나 부하 배터리를 충전할 수 있다.

또한, 제12 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 추가로, 상기 병설 배터리(1)를 충전하는 전력원으로서 태양 전지를 구비할 수 있다. 이로 인해, 태양 전지의 발전 전력인 자연 에너지를 유효하게 사용하여, 병설 배터리를 충전할 수 있다. 특히, 태양 전지의 에너지를 병설 배터리에 축적한 다음 부하 배터리(LB)를 충전할 수 있으므로, 태양 전지가 발전하는 타이밍에 부하 배터리(LB)를 충전하지 않아도, 태양 전지의 자연 에너지로 부하 배터리(LB)를 충전할 수 있고, 전력 수요에 따른 적절한 타이밍에서 전력을 얻는다고 하는 이점이 얻어진다

또한, 제13 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 추가로, 상기 태양 전지의 충전 전력을 기억하는 기억계(46)를 구비할 수 있다. 이로 인해, 태양 전지의 발전 전력을 기록함으로써, 태양 전지의 발전을 보다 유효하게 사용할 수 있고, 또 태양 전지에 의한 발전의 사용을 최적 설계할 수 있다.

또한, 제14 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 추가로 상기 병설 배터리(1)의 전력을 상용 전원(AC)측에 공급 가능한 방전 제어 회로를 구비할 수 있다. 이로 인해, 태양 전지로 발전되는 전력을 그대로 전력 회사에 매전(賣電)할 뿐만 아니라, 일단 병설 배터리에 축적한 다음, 전력 중요가 핍박(逼迫)한 시간대에 매전함으로써, 피크 전력의 저감에 기여할 수 있다. 즉 부하 배터리를 충전하기 위해 마련하고 있는 병설 배터리를, 매전용의 일시 전력 저장 배터리로서도 병용할 수 있다.

또한, 제15 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 상기 병설 배터리(1)를, 사용이 끝난 부하 배터리(LB)에 포함되는 2차 전지를 사용하여 구성할 수 있다. 이로 인해, 부하 배터리로서 사용할 수 없는 전지이어도 이것을 폐기하는 일 없이, 유효하게 재사용할 수 있다. 특히, 부하 배터리를 구성하는 2차 전지의 수명이 다하기 충분히 앞의 단계에서 교환할 필요가 있는 부하 배터리의 경우는, 아직도 사용할 수 있는 2차 전지를 유효하게 사용함으로써, 레어 메탈(rare metal) 등 희소 자원의 유효 활용이 도모되어, 비용면, 환경면에 있어서 극히 유리하게 된다.

또한, 제16 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 병설 배터리(1)가, 서로에 병렬로 접속하여 이루어지는 복수의 배터리 블록(10)을 구비할 수 있다. 이로 인해, 병렬로 접속하는 배터리 블록의 개수를 조정하여, 병설 배터리의 토탈 용량을 조정할 수 있다. 따라서 병설 배터리의 용량을, 부하 배터리를 급속 충전하는데 적절한 용량으로 용이하게 할 수 있다.

또한, 제17 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 상기 병설 배터리(1)가 복수의 배터리 블록(10)을 분리 가능하게 접속할 수 있다. 이로 인해, 배터리 블록을 분리할 수 있으므로, 특정의 배터리 블록이 열화하여 사용할 수 없게 되면, 이 배터리 블록을 간단하게 분리하여 편리하게 사용할 수 있다. 특히, 사용이 끝난 부하 배터리를 병설 배터리로 하는 장치는 병설 배터리가 열화하는 일이 있으므로, 사용할 수 없게 된 배터리 블록을 분리하여 편리하게 사용할 수 있다.

또한, 제18 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 상기 병설 배터리(1)를 리튬 이온 배터리로 할 수 있다. 이로 인해, 병설 배터리를 작고 가볍게 하면서, 부하 배터리를 급속 충전할 수 있는 용량을 크게 할 수 있다.

또한, 제19 측면에 관한 배터리 충전 장치에 의하면, 상기 부하 배터리(LB)를 차량에 탑재되는 주행용 배터리로 할 수 있다. 이로 인해, 전기 자동차나 플러그인 하이브리드카의 주행용 배터리를 가정에서 효율적으로 충전할 수 있는 시스템을 염가로 도입할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상용 전원의 출력을 작게 제한하면서 부하 배터리를 신속하게 충전할 수 있는 것에 더하여, 간단한 조작으로 부하 배터리를 충전하여, 편리하게 사용할 수 있는 배터리 충전 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 배터리 충전 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1의 제1 충전 회로의 회로예를 나타내는 회로도이다.
도 3은 실시 형태 2에 관한 배터리 충전 장치를 나타내는 모식도이다.
도 4는 종래의 충전 장치를 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 단, 이하에 나타내는 실시 형태는 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 배터리 충전 장치를 예시하는 것으로서, 본 발명은 배터리 충전 장치를 이하의 것으로 특정하지 않는다. 또한, 특허 청구의 범위에 나타나는 부재를, 실시 형태의 부재로 특정하는 것은 결코 아니다. 특히 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부재의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특히 특정적인 기재가 없는 한 본 발명의 범위를 그것으로만 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다. 또한, 각 도면이 나타내는 부재의 크기나 위치 관계 등은 설명을 명확하게 하기 위해 과장하고 있는 부분이 있다. 추가로 이하의 설명에 있어서, 동일한 명칭, 부호에 대해서는 동일 또는 동질의 부재를 나타내고 있으며, 상세 설명을 적절히 생략한다. 추가로 본 발명을 구성하는 각 요소는 복수의 요소를 동일의 부재로 구성하여 하나의 부재로 복수의 요소를 겸용하는 형태로 해도 좋고, 반대로 한 부재의 기능을 복수의 부재로 분담하여 실현할 수도 있다. 또, 일부의 실시예, 실시 형태에 있어서 설명된 내용은 다른 실시예, 실시 형태 등에 사용 가능한 것도 있다.

(실시 형태 1)

도 1 ~ 도 2에, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 배터리 충전 장치를 나타낸다. 이러한 도면에 있어서, 도 1은 배터리 충전 장치(100)를 나타내는 모식도, 도 2는 도 1의 제1 충전 회로(20)의 회로예를 나타내는 회로도를 각각 나타내고 있다. 이 예에서는 가정용의 상용 전원(AC)을 사용하여 병설 배터리(1)를 충전하고, 또 외부 접속된 부하 배터리(LB)를 충전하는 전원 시스템을 구축하고 있다. 여기서는 부하 배터리(LB)로서, 플러그인 하이브리드카나 전기 자동차 등의 자동차(EV)의 주행용 배터리를 충전하는 예를 설명한다. 이 배터리 충전 장치(100)는 병설 배터리(1)와, 병설 배터리(1)를 상용 전원(AC)으로 충전하는 제1 충전 회로(20)와, 병설 배터리(1)로 부하 배터리(LB)를 충전하는 제2 충전 회로(30)와, 제1 충전 회로(20)로 병설 배터리(1)를 충전할 때의 제어를 행하는 배터리 제어 회로(22)를 구비한다.

또, 상용 전원(AC)으로부터 제1 충전 회로(20)를 통하여 병설 배터리(1)를 충전하기 위해, 상용 전원(AC)으로부터 제1 충전 회로(20)를 통하여 병설 배터리(1)까지의 사이는 제1 전송 회선(21)으로 접속되어 있다. 추가로, 병설 배터리(1)로부터 제2 충전 회로(30)를 통하여 부하 배터리(LB)를 충전하기 위해, 병설 배터리(1)로부터 제2 충전 회로(30)를 통하여 부하 배터리(LB)까지의 사이는 제2 전송 회선(31)으로 접속되어 있다.

(제1 충전 회로(20))

제1 충전 회로(20)는 상용 전원(AC)의 전력에 의해, 병설 배터리(1)를 제1 충전 전류로 충전한다. 이 때문에 도 1의 배터리 충전 장치(100)는 제1 충전 회로(20)가 병설 배터리(1)를 충전할 때의 충전 제어를 배터리 제어 회로(22)에서 행한다. 이 제1 충전 회로(20)는 정전류 특성을 가지는 충전 회로로 한다. 특히, 병설 배터리(1)나 부하 배터리(LB)의 잔용량이나 전압에 관계없이, 제1 충전 회로(20)에 의해 그 양쪽을 바람직한 충전 전류로 충전할 수 있다.

(배터리 제어 회로(22))

배터리 제어 회로(22)는 병설 배터리(1) 및 제1 충전 회로(20)와 접속되어 있다. 이 배터리 제어 회로(22)는 병설 배터리(1)의 각 배터리 블록(10)의 상태를 감시하여, 제어 신호를 제1 충전 회로(20)에 송출한다. 제1 충전 회로(20)는 배터리 제어 회로(22)의 제어 신호에 기초하여 제1 충전 전류를 조정한다. 배터리 제어 회로(22)는 예를 들어 배터리 블록(10)의 잔용량을 연산하기 위해 전압을 검출한다. 또는 온도 센서로 전지 온도를 검출하여 배터리 블록(10)의 과방전을 방지한다. 또한 배터리 제어 회로(22)는 도 1의 예에서 제1 충전 회로(20)와 개별로 마련하고 있지만, 이 구성으로 한정하지 않으며, 예를 들어 제1 충전 회로에 배터리 제어 회로를 포함시킬 수도 있다.

(제2 충전 회로(30))

한편, 제2 충전 회로(30)는 제1 충전 회로(20)에서 충전된 병설 배터리(1)의 전력에 의해, 부하 배터리(LB)를 제2 충전 전류로 충전한다. 제2 충전 전류는 제1 충전 전류보다도 대전류로 설정한다. 이로 인해, 전력 저장류로 시간을 들여 충전된 병설 배터리(1)를 사용하여 대전류로 단시간에 부하 배터리(LB)를 충전할 수 있다. 즉 제2 충전 회로(30)는 급속 충전기를 구성한다.

제2 충전 회로(30)가 부하 배터리(LB)를 충전하는 전력은 바람직하게 제1 충전 회로(20)가 병설 배터리(1)를 충전하는 전력의 2배 이상 내지 10배 이하, 예를 들어 5배 정도로 한다. 이로 인해, 상용 전원(AC)의 출력으로 부하 배터리(LB)를 직접 충전하는데 비교하여, 1／2 ~ 1／10 정도의 시간에 부하 배터리(LB)를 급속 충전할 수 있다. 예를 들어, 제1 충전 회로(20)가 병설 배터리(1)를 충전하는 전력을 2kVA ~ 6kVA로 하고, 제2 충전 회로(30)가 부하 배터리(LB)를 충전하는 전력을 20kVA 이상으로 한다. 이와 같이 상용 전원(AC)의 출력을 바람직한 범위로, 즉 상용 전원(AC)의 전원 라인에 흘리는 전류를 소정의 범위로 하면서, 대용량의 부하 배터리(LB)를 신속하게 급속 충전할 수 있다. 예를 들어, 제1 충전 회로(20)의 충전 전력을 5kW로 하고, 제2 충전 회로(30)의 충전 전력을 25kW로 하면, 24kWh의 주행용 배터리를 충전하는데, 상용 전원(AC)으로부터 제1 충전 회로(20)에서 직접 충전하는 경우는 5시간 걸리는데, 제2 충전 회로(30)이면 1시간 이내에 충전할 수 있다. 이와 같이 하여, 제2 충전 회로(30)는 병설 배터리(1)를 사용하여 단시간에 부하 배터리(LB)의 충전, 이른바 급속 충전이 가능하다. 또 상용 전원(AC)의 소비 전력을 작게 억제하는 것이 가능하여, 비용을 억제할 수 있다.

또, 이와 같이 제1 충전 회로(20)의 충전 전력과 제2 충전 회로(30)의 충전 전력이 다르기 때문에, 전송 회선도 다른 사양으로 할 수 있다. 즉, 상용 전원(AC)으로부터 제1 충전 회로(20)를 통하여 병설 배터리(1)를 충전하기 위한 제1 전송 회선(21)보다, 병설 배터리(1)로부터 제2 충전 회로(30)를 통하여 부하 배터리(LB)를 충전하기 위한 제2 전송 회선(31)을, 대전력을 전송할 수 있는 회선으로 하고 있다. 이와 같이 하여, 모든 전송 회선을 대전력을 이송하도록 설계하는 일 없이, 특정 범위의 전송 회선만을 대전력 전송할 수 있는 상태로 함으로써, 회로 설계의 간소화, 저비용화를 실현할 수 있다. 통상적으로, 대전력의 충전 회로는 상용 전원의 수전(受電) 설비로부터 큰 선경(線徑)의 접속을 필요로 하기 때문에, 설치 장소를 점유함과 아울러, 배선 설비의 배치에 자유도가 적다고 하는 문제도 있다. 이에 대해 본 실시 형태에서 이 굵은 선경이 필요하게 되는 부분은 병설 배터리(1)로부터 부하 배터리(LB)까지의 사이뿐이기 때문에, 병설 배터리 없는 충전 설비와 비교하여, 배선 설비의 배치 자유도가 높아진다고 하는 이점이 얻어진다.

(병설 배터리(1)로 부하 배터리(LB)의 동시 충전)

추가로, 제1 충전 회로(20)는 도 1에 나타내는 바와 같이 병설 배터리(1) 및 제2 충전 회로(30)에 상시 급전 가능하게 접속되어 있다. 이로 인해, 제1 충전 회로(20)는 상용 전원(AC)의 전력으로 병설 배터리(1)를 충전하면서, 동시에 부하 배터리(LB)를 충전하는 것도 가능하게 된다. 이와 같이 상용 전원(AC)으로 병설 배터리(1)와 부하 배터리(LB)를 동시에 충전할 수 있는 것은 단시간 충전이 가능하게 되는 것에 추가하여 종래와 같이 병설 배터리(1)의 만충전을 기다리고 나서 부하 배터리(LB)의 충전으로 전환하는 전환 작업을 불필요하게 하여, 작업의 간소화가 도모된다. 또, 병설 배터리(1)의 충전과 부하 배터리(LB)의 충전을 전환하는 전환 스위치도 불필요하게 하여 회로 구성 상에서도 유리하게 된다. 특히 대전류를 흘리는 충전 회로의 전환 스위치는 기계적인 전환 작업 시에 아크나 용착의 문제가 생겨 신뢰성의 면에서 불리하게 되므로, 이와 같은 전환 스위치를 배제할 수 있으면 신뢰성의 향상으로도 연결된다.

또, 예를 들어 심야 전력으로 부하 배터리(LB)를 충전하는 상태에 있어서는 병설 배터리(1)를 충전하면서 부하 배터리(LB)도 함께 충전할 수 있다. 이 때문에, 야간에 부하 배터리(LB)의 충전을 행하도록 세트함으로써, 이튿날 아침에는 부하 배터리(LB)를 충전하여, 차량을 주행할 수 있는 상태로 할 수 있다. 종래의 충전 장치와 같이, 병설 배터리(1)를 충전한 후, 병설 배터리(1)로 부하 배터리(LB)를 충전하는 상태로 전환할 필요가 없고, 심야 전력을 유효하게 사용하여, 이튿날 아침에는 부하 배터리(LB)를 충전 상태로 할 수 있다. 이 상태에서 충전되는 부하 배터리(LB)나 병설 배터리(1)는 충전을 개시하는 상태에서 잔용량을 연산하여 충전 상태를 컨트롤할 필요가 없고, 심야 전력으로 병설 배터리(1)와 부하 배터리(LB) 양쪽을 충전하는 상태로 세트하여, 양쪽을 바람직한 상태로 충전할 수 있다.

(병설 배터리(1))

병설 배터리(1)는 복수의 배터리 블록(10)을 서로 병렬로 접속하여 구성된다. 이와 같이 블록 형상으로 구성한 배터리 블록(10)을 복수 연결하는 구성으로 함으로써, 배터리 블록(10)을 접속하는 개수로 병설 배터리(1)의 토탈 용량을 조정할 수 있고, 부하 배터리(LB)의 용량에 따라 급속 충전에 적절한 용량으로 용이하게 설정할 수 있다. 예를 들어, 용량이 비교적 작은 경자동차급의 주행 배터리를 충전하는 경우는, 전지수를 줄임으로써 도입 비용을 필요수로 제한할 수 있다. 또 충전 시간에 비교적 여유가 있는 유저의 경우도, 상용 전원으로부터 취출하는 전력을 많게 설정할 수 있고, 이 경우에도 전지수를 줄일 수 있기 때문에, 도입 비용을 저감할 수 있다. 이와 같이, 병설 배터리(1)의 병렬수를 유저의 요구에 따라 가변으로 할 수 있다.

(배터리 블록(10))

각 배터리 블록(10)은, 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수의 조전지(組電池; 11)를 직렬로 접속하고 있다. 각 조전지(11)는 추가로 충전할 수 있는 복수의 2차 전지 셀을 직렬 및／또는 병렬로 접속하고 있다. 도 1의 예에서, 각 배터리 블록(10)은 출력 48V의 조전지(11)를 4개 직렬로 접속하여, DC 192V의 출력을 얻고 있다. 2차 전지 셀로는 리튬 이온 2차 전지나 니켈 수소 전지 등이 매우 적합하게 사용될 수 있다. 특히, 체적당 전기 용량이 우수한 리튬 이온 2차 전지가 바람직하다. 또 리튬 이온 2차 전지는 소형화에 유리하여 어느 개인 주택에 설치하기 쉬우며, 또한 직렬 셀수를 맞추는 것에 의해 비교적 신구의 전지를 조전지 세트 단위로 조합하기 쉽다고 하는 이점도 있다.

추가로, 병설 배터리(1)로서, 사용이 끝난 부하 배터리(LB)를 재사용할 수도 있다. 즉, 사용이 끝난 부하 배터리(LB)에 포함되는 2차 전지를 조전지(11)로서 포함하는 것이다. 이 때문에, 부하 배터리(LB)로서는 사용할 수 없는 배터리이어도 이것을 폐기하는 일 없이, 유효하게 사용할 수 있다. 특히, 부하 배터리(LB)가 주행용 배터리인 경우는, 차재용의 안전 기준을 만족시키는 등 엄격한 사양이 요구되는데 대해, 병설 배터리(1)는 차양에 탑재하여 주행하는 것이 아니기 때문에, 거기까지의 사양이 요구되지 않는다. 이 때문에, 주행용 배터리로서는 사용할 수 없는 정도로 실질 용량이 감소해도, 병설 배터리(1)로서는 여전히 유효하게 사용할 수 있다. 또, 향후 하이브리드카나 플러그인 하이브리드카, 전기 자동차가 보급됨에 따라, 대량으로 발생하는 낡은 주행용 배터리의 폐기 처리가 문제로 될 것이 예상되므로, 또다른 용도로 충분히 사용 가능한 이러한 주행용 배터리의 재사용을 도모할 수 있는 메리트는 크다.

(블록 스위치(12))

병설 배터리(1)는 복수의 배터리 블록(10)을 분리 가능하게 접속하고 있다. 이를 위해 각 배터리 블록(10)은 분리용의 블록 스위치(12)를 마련하고 있다. 배터리 블록(10)에 포함되는 조전지(11)가 열화하는 등, 어떤 이상이 생긴 경우에는, 블록 스위치(12)를 오프로 하여 해당하는 배터리 블록(10)만을 병설 배터리(1)로부터 분리할 수 있고, 이로 인해 나머지의 배터리 블록(10)을 사용하여 동작을 계속 할 수 있다. 특히, 후술하는 바와 같이 사용이 끝난 부하 배터리(LB)를 병설 배터리(1)로 하는 장치는 일부의 조전지(11)가 열화하는 일이 있으므로, 사용할 수 없게 된 배터리 블록(10)만을 분리하여 편리하게 사용할 수 있다. 블록 스위치(12)의 온/오프 제어는 예를 들어 배터리 제어 회로(22)가 행한다. 배터리 제어 회로(22)는 배터리 블록(10)의 전지 온도나 잔용량 등으로부터, 배터리 블록(10)의 이상이나 수명을 판정하고, 해당하는 배터리 블록(10)의 분리와 분리의 발생을 제1 충전 회로(20)에 고지한다. 이와 같이, 병렬 접속된 배터리 블록(10) 내, 이상이 발생한 조전지(11)를 포함하는 배터리 블록(10)만을 분리하고, 다른 배터리 블록(10)으로 동작을 계속할 수 있게 구성함으로써, 시스템의 가동률(MTBF)을 길게 하고, 또한 동작 중에도 이상이 있는 전지만 교환하는 기능을 제공할 수 있다.

(심야 전력으로의 충전)

제1 충전 회로(20)를 사용한 병설 배터리(1)의 충전은 특히 상용 전원의 야간 전력으로 행하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 염가의 야간 전력을 사용하여 야간에 병설 배터리(1)를 충전할 수 있다, 이튿날 아침까지는 충전할 수 있으므로 전력 비용도 억제할 수 있고, 또 전력 회사측도 야간의 잉여 전력의 유효 사용이 도모되어 낮의 피크 전력량 억제에도 기여할 수 있는 이점이 얻어진다

또 병설 배터리(1)의 충전 전력은 병설 배터리(1)의 잔용량과 심야 전력의 시간대로 제어한다. 즉, 심야 전력으로 병설 배터리(1)나 부하 배터리(LB)를 충전할 때 단위 시간의 소비 전력을 잔용량에 따라 조정한다. 예를 들어, 최대 전류를 사용하여 단시간에 충전하는 것이 아니라, 심야 전력의 시간대를 유효하게 활용하여 적은 전류로 천천히 병설 배터리(1)를 충전하고, 또 부하 배터리(LB)도 소정의 시간까지 만충전이 되도록, 잔용량으로부터 충전 시간을 결정한다. 이로 인해, 다수의 유저가 심야 전력으로 병설 배터리(1)나 부하 배터리(LB)를 충전하려고 했을 때 심야 전력으로 피크 전력이 발생하는 사태를 억제하여, 심야 전력을 공급할 수 있는 시간대에서 전력 회사측으로의 부하를 평균화하여, 효율이 좋은 전력 공급을 실현할 수 있다. 이와 같은 충전 제어는 배터리 제어 회로(22)에서 행한다. 배터리 제어 회로(22)는 병설 배터리(1)의 상태, 예를 들어 잔용량이나 SOC에 따라 충전 전류 및 충전 시간을 조정한다.

또, 제1 충전 회로(20)에서 심야 전력으로 병설 배터리(1)를 충전하는 작업을 유저의 수동이 아니라 자동화하도록, 24시간 타이머(24)를 제1 충전 회로(20)나 배터리 제어 회로(22)에 마련해도 좋다.

이와 같이, 차재용의 주행용 배터리를 충전할 수 있는 충전 설비를 각 가정에 설치함으로써, 전기 자동차나 플러그인 하이브리드카 등, 충전이 필요한 에코카의 보급에도 기여할 수 있다. 또, 급속 충전기를 각 장소에 다수 설치하는 경우의 발전, 송배전 시스템 등의 인프라 확충을 위한 대규모 설비 투자를 억제할 수 있는 이점도 얻어진다.

또 이 배터리 충전 장치(100)는 종래의 충전 장치에 비교해도, 많은 이점을 가진다. 종래의 충전 장치는, 예를 들어 도 4에 나타내는 바와 같이, 병설 배터리의 충전과, 이것을 방전하여 주행용 배터리를 충전하는 상태를 전환 스위치로 전환하기 때문에, 병설 배터리를 충전하면서 주행용 배터리를 충전할 수 없고, 또한 전환 스위치가 필요하다. 현실의 사용 상태에 있어서, 병설 배터리는 심야 전력으로 충전되는 것이, 발전소측에 있어서도 유저측에 있어서도 바람직하다. 발전소는 심야에 발전기를 완전하게 정지시키지 못하며, 전력을 유효하게 사용할 수 없는 상태에 있어서도 발전하고 있다. 심야 전력에 의한 병설 배터리의 충전은 이 유효 사용되지 않는 발전 전력을 유효하게 사용할 수 있다. 또, 유저는 염가의 심야 전력으로 충전할 수 있기 때문에 저비용으로 병설 배터리를 충전할 수 있다. 이 때문에, 심야 전력으로 병설 배터리를 충전하고, 충전된 병설 배터리로 주행용 배터리를 충전함으로써, 주행용 배터리를 신속하게 충전할 수 있고, 또 충전하기 위한 전력 요금을 싸게 할 수 있다. 단, 심야 전력으로 병설 배터리를 충전하고, 그 후 전환하여 병설 배터리로 주행용 배터리를 충전하는 충전 장치는 병설 배터리를 충전하면서 주행용 배터리를 충전할 수 없고, 또한 주행용 배터리의 충전과 방전을 전환하는 작업이 필요하다. 이 조작을 유저가 행하게 되면, 병설 배터리가 충전된 것을 확인하여 전환할 필요가 있어, 조작에 수고가 따른다. 또, 이와 같은 전환 조작을, 예를 들어 타이머로 컨트롤하는 것도 생각할 수 있지만, 전환 타이밍은 병설 배터리와 주행용 배터리의 잔용량으로부터 연산해야 되므로, 정확한 연산이 복잡하게 된다. 이에 대해 실시 형태 1의 배터리 충전 장치(100)에서는 상술한 바와 같이 전환 작업이 불필요하며 병설 배터리(1)와 부하 배터리(LB)를 충전할 수 있고, 또 심야 전력으로 충전할 때에도, 병설 배터리(1)나 부하 배터리(LB)의 잔용량에 따라 최적인 충전 시간에 자동 설정할 수 있기 때문에, 이튿날 아침의 소정의 시간까지는 부하 배터리(LB)를 사용 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기의 예에서는 일반 가정에 설치하는 예를 설명했지만 이것으로 한정하지 않으며, 충전 인프라로서 주유소나 관공서 등에 설치하는 것도 가능한 것은 물론이다. 또, 상용 전원(AC)으로서 가정용의 단상 교류 100V 또는 200V 전원을 사용하는 예로 한정되지 않으며, 3상 교류 등도 사용 가능하다.

다음에 도 1의 제1 충전 회로(20)의 구체적인 회로예를 도 2에 나타낸다. 이 예에서, 제1 충전 회로(20)는 트랜스(28)로 절연한 절연형의, 전압형 전류 제어 방식으로 하고 있다. 이 제1 충전 회로(20)는 상용 전원(AC)을 브릿지 회로(25)에서 정류하고, 컨덴서(26)에서 평활화하고, 역방향으로 병렬 접속한 스위칭 소자(27)를 통하여 트랜스(28)의 1차측에 접속하고 있다. 스위칭 소자(27)는 트랜지스터나 FET 등으로 구성되고, 이러한 스위칭 소자(27)의 온/오프에 의해 듀티를 조정한다. 한편으로 2차측은 브릿지 회로(29)에서 정류하고, 인덕터(23)와 컨덴서(33)에서 정류한 후 출력하고 있다. 출력측은 제2 충전 회로(30)와 병설 배터리(1)에 각각 접속되어 있다. 이 제1 충전 회로(20)는 트랜스(28)의 1차측 스위칭 소자(27)에 의해 듀티를 변화시켜서, 제1 충전 전류의 값을 조정한다. 여기서는 제1 충전 전류를 최대 5kW로 하고 있다.

또, 병설 배터리(1)를 충전하는 방식으로 전류 제어형을 채용함으로써, 상용 전원(AC)의 계통 전력과 병설 배터리(1)의 전력을 상호 공급할 수 있는 이점도 얻어진다. 구체적으로는 예를 들어 직류 전압이 DC 200V인 것으로 하여, 25kW(=125A)의 충전 출력으로서 공급하기 위해, 상용 전원(AC)으로부터 5kW, 병설 배터리(1)로부터 20kW를 취출한다고 한 경우, 상용 전원(AC)으로부터 25A(=5kW／200V), 병설 배터리(1)로부터 100A(=20kW／200V)를 취하게 된다. 이 경우, 상용 전원(AC)으로부터의 제1 충전 회로(20)가 25A의 고정 출력이기 때문에 그 이상은 공급되지 않으며, 자동적으로 병설 배터리(1)로부터는 나머지의 100A를 방전하는 동작이 가능하게 된다. 또 전류 출력형은 통상, 다이오드에서 역류(逆流)가 저지되기 때문에, 병설 배터리(1)와 병설해도 문제 없다고 하는 이점도 얻어진다.

(실시 형태 2)

상기의 예에서는 충전용의 전력원으로서 상용 전원만을 사용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 상기 구성으로 한정하지 않으며, 상용 전원 대신에 또는 이것에 추가하여 다른 전력원을 부가하는 것도 가능하다. 예를 들어, 태양 전지 등의 자연 에너지를 사용한 전력원이나, 연료 전지, 발전기 등을 사용할 수 있다. 도 3에, 실시 형태 2에 관한 배터리 충전 장치(200)를 사용한 전원 시스템을 나타낸다. 이 도면에 있어서, 실시 형태 1과 거의 동일한 부재는 동일한 부호를 부여하여 상세 설명을 생략한다. 여기서는 태양 전지를 설치하여 가정 내 부하(HL)를 구동하거나 전력 회사에 매전하는 가정용의 전원 시스템에 병설 배터리(1)를 조합함으로써, 차량의 주행용 배터리 등의 부하 배터리(LB)나 병설 배터리(1)의 충전에 태양 전지의 전력을 사용하거나, 또는 병설 배터리(1)에 축적한 전력으로 가정 내 부하(HL)를 구동하거나, 매전을 행하는 시스템에 대해 설명한다.

도 3에서는 태양 전지 어레이(41)와, 태양 전지 어레이(41)에서 발전된 전력을 변환하기 위한 DC／DC 컨버터(42)와, DC／DC 컨버터(42)에서 변환된 전력 계통 및 상용 전원(AC)의 전력 계통을 통합하기 위한 계통 제휴 인버터(43)와, 계통 제휴 인버터(43)를 제어하는 시스템 컨트롤러(44)와, 시스템 컨트롤러(44)에 제어되어, 계통 제휴 인버터(43) 및 DC／DC 컨버터(42)의 전력으로 병설 배터리(1)를 충전하는 충방전 컨트롤러(45)와, 병설 배터리(1)와, 제2 충전 회로(30)와, 배터리 제어 회로(22)를 구비한다. 이 예에서는 시스템 컨트롤러(44)와 충방전 컨트롤러(45)로 제1 충전 회로를 구성한다.

태양 전지 어레이(41)는 복수대를 설치할 수 있으며, 설치 대수에 따라 출력을 조정할 수 있다. 또 DC／DC 컨버터(42)는 태양 전지 어레이(41)의 전류, 전압 또는 개방단 전압에 따라 효율적으로 전력을 취출하기 위해, 최대 전력점 추적(MPPT：Maximum Power Point Tracker)을 행한다. 계통 제휴 인버터(43)는 상용 전원(AC)의 전력 계통과 태양 전지의 전력 계통(DC／DC 컨버터(42)의 출력)을 제휴하여, 통합 또는 전환하기 위한 쌍방향 회로이며, 시스템 컨트롤러(44)에 의해 제어된다. 여기서는 통합된 전력 계통이 DC 360V로 되도록 제어된다.

또 시스템 컨트롤러(44)는 배터리 제어 회로(22)나 계통 제휴 인버터(43), 충방전 컨트롤러(45), 제2 충전 회로(30) 등의 정보에 기초하여 계통 제휴 인버터(43)를 제어하고, 추가로 충방전 컨트롤러(45)를 제어한다. 충방전 컨트롤러(45)는 승강압 회로이며, 통합 전력 계통의 전압을 강압, 조정하여 병설 배터리(1)를 충전한다. 이로 인해, 상용 전원(AC)에 추가하여 태양 전지로 병설 배터리(1)를 충전하고, 추가로 부하 배터리(LB)를 충전할 수 있다. 추가로, 예를 들어 심야 전력으로 충전된 병설 배터리(1)를 낮 동안 가정 내 부하(HL)의 구동에 사용할 수도 있어서 전력 효율이 한층 높아지고, 낮 동안(특히 한여름)의 전력 피크 억제에도 기여할 수 있다. 또 태양 전지로 발전한 전력을 그대로 소비하지 않고, 병설 배터리(1)에 축적할 수 있기 때문에, 매전 이외에도 스스로의 사용을 위해 축적하는 것이 가능하므로, 스스로의 전력 수요에 따른 가장 유효한 전력 사용이 도모된다. 추가로, 정전 시나 재해 시 등의 백업 파워 전원으로서도 사용할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태의 배터리 충전 장치는 대전력의 직류 회로를 사용하기 때문에, 태양 전지의 발전 전력과 궁합이 좋다. 또 통상의 가정에서는 낮 동안에 발전, 축전하고, 귀가 후에 차량을 충전하는 사용 형태가 상정되는데, 이 형태에서는 태양광 발전 시스템의 발전 시간 중에 차량의 충전을 할 수 없게 된다. 이에 대해 상기 구성이면, 낮의 태양 전지 발전에 의한 전력을 병설 배터리에 축적해 둘 수 있기 때문에, 주행용 배터리의 충전에 필요한 상용 전원의 전력 소비량을 저감시킬 수 있다.

(방전 제어 회로)

추가로, 계통 제휴 인버터(43)는 병설 배터리(1)의 전력을 상용 전원(AC)측에 공급할 수 있는 방전 제어 회로로서도 기능한다. 즉, 병설 배터리(1)의 전압을 충방전 컨트롤러(45)에서 승압하여, 전력 회사에 매전할 수 있다. 이로 인해, 태양 전지로 발전되는 전력을, 부하 배터리(LB)를 충전하기 위해 마련하고 있는 병설 배터리(1)에 축적하고, 태양 전지의 발전 전력을 부하 배터리(LB)의 충전에 사용하지 않는 상태에서는 이것을 상용 전원(AC)측에 공급하여, 다른 유저가 사용하는 전력에 유효하게 사용할 수 있어, 이른바 스마트 그리드를 실현할 수 있다. 또, 심야 전력으로 충전된 병설 배터리(1)의 전력을, 소비 전력이 커지는 낮의 전력 피크 시에 상용 전원(AC)측에 공급함으로써, 발전소의 낮 동안 발전 전력을 크게 하는 일 없이, 모든 유저에게 필요한 전력을 공급할 수 있다. 발전소의 전력 부하는 한 여름의 낮에 최대가 된다. 에어컨의 전력 소비가 현저하게 커지기 때문이다. 발전소는 이 전력 피크에 견디도록 설계하는 것이 요구된다. 전력 피크가 되는 낮에, 병설 배터리(1)에 충전하고 있는 전력을 상용 전원(AC)에 공급하고, 발전소의 피크 전력을 작게 할 수 있다면, 발전소의 설비 비용을 저감할 수 있다. 또, 대출력의 발전소의 경부하 운전은 발전 효율을 저하시키는 원인이 되므로, 발전소의 피크 전력을 작게 하는 것은 경부하 운전을 작게 할 수 있으므로, 발전 효율을 향상할 수 있는 효과도 있다. 특히 배터리 충전 장치(200)는 발전 전력의 피크를 제한하기 위해, 전용의 배터리를 마련하는 일 없이, 부하 배터리(LB)를 급속 충전하기 위해 마련하고 있는 병설 배터리(1)를 사용하므로, 토탈 설비 비용을 저감하면서, 발전소의 피크 전력을 제한할 수 있다. 이와 같이, 태양 전지로 발전되는 전력을 그대로 전력 회사에 매전할 뿐만 아니라, 일단 병설 배터리(1)에 축적한 다음, 전력 중요가 핍박한 시간대에 매전함으로써, 피크 전력의 저감에 기여할 수 있고, 가정 내 부하에서 발생하는 부하 증감의 평준화가 도모되기 때문에, 전력 회사로서도 메리트가 크다. 또, 가정 내 부하의 평준화를 행함으로써, 수전 전력의 계약료를 낮추고, 유저측의 비용 저감에도 기여할 수 있다.

추가로, 배터리 제어 회로(22)는 병설 배터리(1)의 잔용량이 남아 있고, 또한 부하 배터리(LB)가 만충전되어 있지 않은 경우에는, 부하 배터리(LB)에 전력을 이동하도록 제어하는 것도 가능하다. 특히 태양 전지의 발전 전력을 병설 배터리(1)에 충분히 충전시키기 위해, 태양광 발전을 발전 개시하기 전에 병설 배터리(1)를 비워 두는 것이 바람직하고, 그 전력의 소비처를 부하 배터리(LB)로 하면 효율이 좋다. 태양 전지의 예측 발전량이, 병설 배터리(1)의 충전 가능량(=만충전 용량-잔량)에 비해 큰 경우, 그 차분을 병설 배터리(1)로부터 부하 배터리(LB)에 충전하고, 또 그 제어를 행해도 여전히 병설 배터리(1), 부하 배터리(LB)의 충전 가능량이 있다고 예측되는 경우에는, 각각의 전지에 상응분을 심야 전력으로 보충할 수도 있다. 또 병설 배터리(1)의 잔용량이 충분히 있는 경우, 또는 부하 배터리(LB)의 잔용량이 충분히 있는 경우는, 정상의 충전 시간에 있어서, 상용 전원으로부터의 심야 전력의 충전 전력을 줄임으로써, 심야 전력의 피크 전력을 저감할 수 있다.

(기억계(46))

또 태양 전지의 충전 전력을 기억하는 기억계(46)를 마련해도 좋다. 태양 전지의 발전 전력을 기록함으로써, 태양 전지에 의한 전력 사용의 최적화에 사용할 수 있다. 기억계(46)는 예를 들어 시스템 컨트롤러(44)에 포함된다.

태양광 발전(솔라 발전) 시스템에서는 장래, 시스템의 설치 촉진을 위해, 매전(賣電) 단가와 매전(買電) 단가가 변동할 가능성이 있어, 매전(賣電) 단가가 비싸게 설정되는 일도 일어날 수 있다. 이 경우, 유저는 병설 전지에 충전하는 것보다도 전력을 파는 것이 비용 메리트가 있을 수 있다. 단, 차량을 주행시키기 위한 전력은 매전(買電)할 필요가 있다. 이 경우에 있어서도, 전력 평준화를 행하려면, 태양광 발전 시스템으로부터의 발전 전력으로 어느 정도 병설 배터리(1)를 충전했는지를 기록함으로써, 이 전력분은 매전(賣電)에 상당한다고 간주하는 것이 가능하다.

본 발명에 관한 배터리 충전 장치는 전기 자동차나 플러그인 하이브리드카 등의 부하 배터리를 충전하기 위한 충전 기기로서 매우 적합하게 사용할 수 있어, 일반 가정에 설치하거나 충전 인프라로서 주유소 등에 설치한다. 또 배터리 충전 장치를, 스마트 그리드에 대응시킨 가정 내의 전력 매니지먼트를 행하는 스마트 에너지 시스템으로서도 사용할 수 있다.

100, 200ㆍㆍㆍ배터리 충전 장치
1ㆍㆍㆍ병설 배터리
10ㆍㆍㆍ배터리 블록
11ㆍㆍㆍ조전지
12ㆍㆍㆍ블록 스위치
20ㆍㆍㆍ제1 충전 회로
21ㆍㆍㆍ제1 전송 회선
22ㆍㆍㆍ배터리 제어 회로
23ㆍㆍㆍ인덕터
24ㆍㆍㆍ24시간 타이머
25ㆍㆍㆍ브릿지 회로
26ㆍㆍㆍ컨덴서
27ㆍㆍㆍ스위칭 소자
28ㆍㆍㆍ트랜스
29ㆍㆍㆍ브릿지 회로
30ㆍㆍㆍ제2 충전 회로
31ㆍㆍㆍ제2 전송 회선
33ㆍㆍㆍ컨덴서
41ㆍㆍㆍ태양 전지 어레이
42ㆍㆍㆍDC／DC 컨버터
43ㆍㆍㆍ계통 제휴 인버터
44ㆍㆍㆍ시스템 컨트롤러
45ㆍㆍㆍ충방전 컨트롤러
46ㆍㆍㆍ기억계
90ㆍㆍㆍ상용 전원
91ㆍㆍㆍ병설 배터리
92ㆍㆍㆍ주행용 배터리
93ㆍㆍㆍ충전 회로
94ㆍㆍㆍ전환 스위치
EVㆍㆍㆍ자동차
LBㆍㆍㆍ부하 배터리
ACㆍㆍㆍ상용 전원
HLㆍㆍㆍ가정 내 부하

Claims

외부 접속된 부하 배터리(LB)를 충전하기 위한 배터리 충전 장치로서,
충방전할 수 있는 병설 배터리(1)와,
외부 접속된 상용 전원(AC)의 전력에 의해, 상기 병설 배터리(1)를 제1 충전 전류로 충전할 수 있는 제1 충전 회로(20)와,
상기 제1 충전 회로(20)로 충전된 상기 병설 배터리(1)의 전력에 의해, 부하 배터리(LB)를 상기 제1 충전 전류보다 큰 제2 충전 전류로 충전할 수 있는 제2 충전 회로를 구비하고,
상기 제1 충전 회로(20)가, 상기 병설 배터리(1) 및 제2 충전 회로에, 급전(給電) 가능하게 접속되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 충전 회로(20)가, 상용 전원(AC)의 전력에 의해 상기 병설 배터리(1)를 충전하면서, 동시에 부하 배터리(LB)를 충전 가능하게 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 있어서,
추가로, 상기 제1 충전 회로(20)가 상기 병설 배터리(1)를 충전할 때의 충전 제어를 행하는 배터리 제어 회로(22)를 구비하고 있고,
상기 배터리 제어 회로(22)는 상기 병설 배터리(1)의 상태에 따라 충전 전류 및 충전 시간을 조정하도록 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 충전 회로가 상기 부하 배터리(LB)를 충전하는 전력이, 상기 제1 충전 회로(20)가 병설 배터리(1)를 충전하는 전력의 2배 이상 내지 10배 이하인 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 충전 회로(20)가 상기 병설 배터리(1)를 충전하는 전력이 2kVA ~ 6kVA이고,
상기 제2 충전 회로가 상기 부하 배터리(LB)를 충전하는 전력이 20kVA 이상인 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 충전 회로(20)가 단상(單相)의 상용 전원(AC)으로 상기 병설 배터리(1)를 충전하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 2 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 충전 회로(20)가 정전류 특성을 가지는 충전 회로인 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상용 전원(AC)으로부터 상기 제1 충전 회로(20)를 통하여 상기 병설 배터리(1)를 충전하기 위한 제1 전송 회선(21)과,
상기 병설 배터리(1)로부터 상기 제2 충전 회로를 통하여 부하 배터리(LB)를 충전하기 위한 제2 전송 회선(31)을 추가로 구비하고 있고,
상기 제2 전송 회선(31)이 상기 제1 전송 회선(21)보다 대전력을 전송할 수 있는 회선인 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 충전 회로(20)를 사용한 상기 병설 배터리(1)의 충전을, 상용 전원(AC)의 야간 전력으로 행하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 3 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리 제어 회로(22)가, 상기 병설 배터리(1)의 충전 전력을, 병설 배터리(1)의 잔용량과 심야 전력의 시간대로 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
상기 제1 충전 회로(20)가, 심야 전력으로 상기 병설 배터리(1)를 충전하도록 설정되는 24시간 타이머(24)를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 병설 배터리(1)를 충전하는 전력원으로서 태양 전지를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 태양 전지의 충전 전력을 기억하는 기억계(46)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
상기 병설 배터리(1)의 전력을 상용 전원(AC)측에 공급할 수 있는 방전 제어 회로를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 병설 배터리(1)가, 사용이 끝난 부하 배터리(LB)에 포함되는 2차 전지를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
병설 배터리(1)가, 서로 병렬로 접속하여 이루어지는 복수의 배터리 블록(10)을 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 병설 배터리(1)가 복수의 배터리 블록(10)을 분리 가능하게 접속하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 병설 배터리(1)가 리튬 이온 배터리인 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.
청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부하 배터리(LB)가 차량에 탑재되는 주행용 배터리인 것을 특징으로 하는 배터리 충전 장치.