WO2012043249A1 - 放電システムおよび電動車両 - Google Patents

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connector
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考平 森
敏英 佐竹
昭暢 杉山
藤岡 宏司
松永 隆徳
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a charging / discharging system for a vehicle battery, and more particularly to ensuring safety during discharging.
  • Patent Documents 1 to 4 there is a possibility that a battery of an automobile owned by each household can be used as a buffer for reducing the peak of power demand (for example, Patent Documents 1 to 4 below). That is, the power demand peak is reduced by using the power of the battery of the vehicle charged in a time zone with a low power demand at the time of the peak power demand. In general, power during times of low power demand is low in cost, leading to savings in electricity charges at each home. In addition, if the power of the vehicle battery can be used at home, there is an advantage that it can cope with an emergency such as a power failure. The smart grid automatically controls such a power flow.
  • the power demand of a house is predicted in consideration of not only the power demand data in the house but also external factor data such as day of the week, date and time, weather, and the like. Based on the result, power transfer (charging / discharging of the vehicle battery) between the vehicle and the house is automatically scheduled.
  • the state of the vehicle battery (voltage / input / output current and remaining capacity), the secured power amount defined based on the travel history (the power amount necessary for daily use by the user), and Considering data such as the amount of surplus power (remaining capacity excluding reserved power and emergency power) and the time zone, it is determined whether to charge the battery or supply power from the battery to the house.
  • Patent Documents 1 to 4 disclose the following three methods for extracting the DC power of a vehicle as commercial AC power that can be used in a house.
  • direct current power of a battery is converted into commercial power by an on-vehicle DC / AC converter and output to a house.
  • the DC power of the battery is converted into high-frequency AC power by an in-vehicle DC / AC converter, transmitted to the house side using electromagnetic induction, and AC / It is converted into commercial power by an AC converter.
  • the direct current power of the battery is output to the house as it is, and is converted into commercial power by the DC / AC converter on the house side.
  • the discharge system that outputs the direct current power of the battery as it is to the house can be realized by using the same transmission line as that of the quick charge system.
  • the conventional quick charging system is designed to charge the battery exclusively, so the safety at the time of discharging was not sufficiently considered.
  • an interlock relay using a switch is provided between the connector of the vehicle to which the charging harness is connected and the battery for the purpose of preventing a short circuit and a leakage due to an erroneous operation.
  • This switch can also be used as a safety device during discharge, and if a short circuit or leakage during discharge is detected, the switch can be opened to shut off the power transmission path. It seems to be possible.
  • it is technically difficult to immediately open the switch in a situation where a large current flows through the power line due to a short circuit or the like. If an attempt is made to open a power line through which a large current flows with a switch, for example, air discharge may occur, or heat generated by a large current may cause a situation in which the electrode of the switch is welded to the power line and cannot be opened.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to improve safety when discharging a battery in a discharge system that outputs DC power from a vehicle battery to the outside. .
  • a discharge system is a discharge system including a vehicle equipped with a battery and a discharge device that is connected to the vehicle from the outside and discharges the battery.
  • the vehicle manages the state of the battery.
  • a power adjustment circuit capable of adjusting a current flowing through the power line when the discharge device discharges the battery via the connector.
  • the present invention when the battery is discharged, if an abnormality such as a short circuit or a leakage occurs in the discharge path, the power flowing through the power line is reduced by the power adjustment circuit on the electric vehicle side, and then the switch is safely and It can be opened reliably. Further, a short circuit / leakage test can be simply performed by flowing a small current through the power line before the start of discharge.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a discharge system according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a charge / discharge system according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a discharge system according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a discharge system according to Embodiment 3.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a discharge system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the system includes an electric vehicle 100 (electric vehicle) that uses the power of a battery (secondary battery) as a power source, and a discharge device 200 that extracts the electric power of the battery of the electric vehicle 100 and supplies it to an external house or the like. ing.
  • the electric vehicle 100 includes a battery unit 101, a battery management unit 102, an interlock relay 103, a connector 104, and a power adjustment unit 105.
  • the battery unit 101 stores electric power as a power source of the electric vehicle 100, and the battery management unit 102 (battery management device) stores the remaining amount of electric power stored in the battery unit 101 (hereinafter simply referred to as “remaining amount”). ) Management.
  • the battery management unit 102 has various communication functions with the external device (here, the discharge device 200) connected to the connector 104 through the signal line 111 and the communication line 113. Communication using the communication line 113 is for exchanging information about charging / discharging of the battery unit 101 between the electric vehicle 100 and an external device, and uses, for example, a communication protocol of CAN (Controller Area Network). .
  • CAN Controller Area Network
  • Each terminal of the battery unit 101 is connected to a connector 104 for external connection via the power line 11.
  • the battery unit 101 can be charged and discharged using an external device connected to the connector 104.
  • an interlock relay 103 and a power adjustment unit 105 are inserted in series on the power line 110 connecting the battery unit 101 and the connector 104.
  • the interlock relay 103 is constituted by three switches SW1 to SW3, and conducts the power line 110 when both the external device connected to the connector 104 and the battery management unit 102 are permitted. That is, the interlock relay 103 is connected to the power line when the connection permission signals S1 and S2 supplied from the external device through the signal line 111 and the connection permission signal S3 output from the battery management unit 102 satisfy a predetermined condition. 110 is made conductive.
  • the power adjustment unit 105 functions to adjust the current flowing through the power line 110 when the battery unit 101 is discharged to output power from the connector 104.
  • the power adjustment unit 105 includes switching elements Q1 and Q2 as power adjustment circuits inserted in series with the power line 110, and diodes D1 and D2 that are unidirectional conducting elements connected in parallel to the switching elements Q1 and Q2.
  • the switching elements Q1 and Q2 perform switching of the power line 110 based on a power control signal CS supplied from an external device connected to the connector 104 via the signal line 112. For example, MOSFETs, IGBTs, and the like are used. be able to.
  • the diodes D1 and D2 are provided in such a direction that current flows in the direction of charging the battery unit 101 from the connector 104.
  • the discharge device 200 takes out electric power from the battery unit 101 of the electric vehicle 100 and supplies it to a house or the like, and includes a power converter 201, a discharge control unit 202, and a connector 203.
  • the connector 203 is connected to the connector 104 of the electric vehicle 100, whereby the power line 210, the signal lines 211, 212, and the communication line 213 of the discharge device 200 are connected to the power line 110, the signal lines 111, 112 of the electric vehicle 100, and Each is connected to the communication line 113.
  • the power converter 201 converts DC power taken out from the battery unit 101 of the electric vehicle 100 through the connector 104 and the power line 210 into AC power (commercial power) that can be used in a house or the like.
  • the discharge control unit 202 has a function of controlling the operation of the power converter 201 and monitoring input / output of the power converter 201 to detect an abnormality such as a short circuit in a discharge path or a leakage.
  • the discharge control unit 202 has various communication functions performed with the electric vehicle 100 via the signal lines 211 and 212 and the communication line 213.
  • the user connects the connector 203 of the discharge device 200 to the connector 104 of the electric vehicle 100 when taking out the power of the battery unit 101 of the electric vehicle 100 using the discharge device 200.
  • the power line 210, the signal lines 211, 212, and the communication line 213 of the discharge device 200 are connected to the power line 110, the signal lines 111, 112, and the communication line 113 of the electric vehicle 100, respectively.
  • the discharge control unit 202 requests connection with the battery unit 101 by transmitting connection permission signals S1 and S2 of a predetermined level to the battery management unit 102.
  • the connection permission signal S1 is set to the power supply level
  • the connection permission signal S2 is set to the ground level.
  • the battery management unit 102 When the battery management unit 102 recognizes that the connection permission signal S1 is set to the power supply level and the connection permission signal S2 is set to the ground level, the battery management unit 102 controls the level of the connection permission signal S3 to switch the switch SW3 of the interlock relay 103. Conduct. Then, the power supply level connection permission signal S1 and the ground level connection permission signal S2 are supplied to the coils of the switches SW1 and SW2 inserted in the power line 110, and the switches SW1 and SW2 are turned on.
  • the interlock relay 103 makes the power line 110 conductive only when both the discharge control unit 202 of the discharge device 200 and the battery management unit 102 of the electric vehicle 100 have permission. Thereby, the voltage of the battery unit 101 is prevented from being erroneously output to the power line 110 of the electric vehicle 100.
  • switching elements Q1 and Q2 of power adjustment unit 105 are further inserted between interlock relay 103 and connector 104. Is not output to the connector 104. Therefore, when the discharge control unit 202 starts discharging the battery unit 101, the discharge control unit 202 turns on the switching elements Q1 and Q2 of the power adjustment unit 105 using the power control signal CS.
  • the DC power of the battery unit 101 is input to the power converter 201 through the power lines 110 and 210, converted into AC power, and supplied to a house or the like.
  • information relating to discharge such as the remaining amount of the battery unit 101 is sent from the battery management unit 102 to the discharge control unit 202 by a digital signal DS. Since the discharge control unit 202 controls the discharge operation of the battery unit 101 based on the information, overdischarge of the battery unit 101 is prevented.
  • the power adjustment unit 105 includes the switching elements Q1 and Q2 inserted in series with the power line 110 and the diodes D1 and D2 connected in parallel with them.
  • the diodes D1 and D2 are provided in such a direction that current flows in the direction of charging the battery unit 101 from the connector 104.
  • the power adjustment unit 105 operates to adjust the current flowing through the power line 110 when the battery unit 101 is discharged under the control of the discharge control unit 202.
  • pulse width control is adopted as a control method of the current flowing through the switching elements Q1 and Q2. That is, the power control signal CS for controlling the switching elements Q1 and Q2 is a pulse signal, and the current flowing through the switching elements Q1 and Q2 is adjusted by the pulse width (duty ratio). According to this configuration, since the switching elements Q1 and Q2 can be directly driven using the power control signal CS output from the discharge control unit 202, it is not necessary to provide a signal converter or the like on the electric vehicle 100 side.
  • the power control signal CS does not necessarily have a pulse waveform, and may be a DC waveform that always turns on the switching elements Q1 and Q2.
  • a reverse voltage is applied to the diodes D1 and D2, so that no current flows through the diodes D1 and D2.
  • the discharge control unit 202 If the discharge control unit 202 detects an abnormality such as a short circuit or leakage during the discharge of the battery unit 101, the discharge control unit 202 first uses the power control signal CS to safely protect the current flowing through the power line 110 by the switching elements Q1 and Q2. Then, the switches SW1 and SW2 of the interlock relay 103 are opened using the connection permission signals S1 and S2. When an abnormality occurs, the switches SW1 and SW2 are not suddenly opened, and the current flowing through the switches SW1 and SW2 is sufficiently reduced before being opened, so that air discharge and electrode welding are avoided, and the battery unit 101 is connected to the power line 110. Power feeding can be stopped reliably and safely. As a result, it is possible to prevent the occurrence of an accident due to a short circuit or electric leakage when the battery unit 101 is discharged.
  • the discharge control unit 202 can detect a short circuit or a leakage before the high voltage is applied to the power line 110. That is, a simple short circuit / leakage test can be performed at a relatively low voltage before the start of discharge, and the safety during discharge can be further improved.
  • the battery unit 101 is charged via the connector 104 and the power line 110. Can also be done.
  • FIG. 2 shows a configuration of a charge / discharge system when the electric vehicle 100 is connected to a charge / discharge device 220 capable of both charging and discharging the battery unit 101.
  • the same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the power converter 221 of the charging / discharging device 220 not only converts the DC power from the battery unit 101 into AC commercial power but also converts the commercial power into DC power and supplies it to the battery unit 101.
  • the battery unit 101 can also be charged.
  • the charge / discharge control unit 222 that controls the operation of the power converter 221 also manages information related to charging, such as calculation of the remaining time until full charge, when the battery unit 101 is charged.
  • the interlock relay 103 When the charging / discharging device 220 charges the battery unit 101 from the connector 104, the interlock relay 103 is connected to the battery unit 101 by permission of both the charging / discharging control unit 222 and the battery management unit 102, as in discharging.
  • the power line 110 is energized.
  • the switching elements Q1 and Q2 of the power adjustment unit 105 do not need to be turned on unlike the discharge. This is because when the battery unit 101 is charged, the diodes D1 and D2 are turned on with a forward voltage, so that the battery unit 101 can be charged through the diodes D1 and D2.
  • the power adjustment unit 105 includes the diodes D1 and D2, it is not necessary to drive the switching elements Q1 and Q2 when the battery unit 101 is charged. Therefore, the electric vehicle 100 according to the present embodiment has a wide versatility that the battery unit 101 can be charged even using a conventional charging device that does not have a means for generating the power control signal CS. .
  • the power adjustment unit 105 when the power adjustment unit 105 includes the diodes D1 and D2, the power adjustment unit 105 does not function as a safety device that adjusts the current of the power line 110 when the battery unit 101 is charged.
  • the safety device is usually provided on the power supply side, and safety is ensured by the safety device on the charging device side when the battery unit 101 is charged. Therefore, there is no problem if the power adjustment unit 105 of the electric vehicle 100 can function as a safety device only when the battery unit 101 is discharged.
  • safety is ensured by a safety device (not shown) of the charge / discharge device 220 that supplies power, and when the battery unit 101 is discharged, an electric vehicle that supplies power.
  • Safety is ensured by the power adjustment unit 105 that is 100 safety devices.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the discharge system according to the second embodiment.
  • the power control signal CS output for the discharge control unit 202 to control the power adjustment unit 105 is an analog voltage signal.
  • the electric vehicle 100 is provided with a voltage-pulse converter 106 and a low-pass filter (LPF) 107.
  • the voltage-pulse converter 106 generates a pulse signal having a pulse width (duty ratio) corresponding to the amplitude of the power control signal CS that is an analog voltage signal.
  • the low-pass filter 107 removes noise from the power control signal CS received from the discharge control unit 202, and the power control signal CS is input to the voltage-pulse converter 106 through the low-pass filter 107.
  • the pulse power control signal CS is used as in the first embodiment, but the distance (the length of the harness) between the discharge device 200 and the electric vehicle 100 is extremely high. Under special circumstances such as being long, the pulse waveform of the power control signal CS is deformed. In this case, the accuracy of current adjustment in the switching elements Q1 and Q2 of the power adjustment unit 105 may be reduced. In this embodiment, the problem can be reduced.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a discharge system according to the third embodiment.
  • a power control signal CS output from the discharge control unit 202 to control the power adjustment unit 105 is included in the digital signal DS.
  • the electric vehicle 100 is provided with a digital signal-pulse converter 108 that extracts information on the power control signal CS from the digital signal DS and generates a pulse signal having a pulse width (duty ratio) corresponding to the information.
  • the digital signal-pulse converter 108 may be built in the battery management unit 102.
  • the discharge device 200 does not need to have the signal line 212 dedicated to the power control signal CS, and the transmission of the power control signal CS uses the communication line 213 of the digital signal DS. Therefore, the structure of the harness, the casing, and the connector can be shared with the conventional charging device, which can contribute to the reduction of manufacturing cost.
  • 100 electric vehicle 101 battery unit, 102 battery management unit, 103 interlock relay, 104 connector, 105 power adjustment unit, 106 voltage-pulse converter, 107 low-pass filter, 108 digital signal-pulse converter, 200 discharge device, 201 Power converter, 202 discharge control unit, 203 connector, 220 charge / discharge device, 221 power converter, 222 charge / discharge control unit, SW1 to SW3 switch, D1, D2 diode, Q1, Q2 switching element.

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Abstract

 車両のバッテリーから外部へ直流電力を出力する放電システムにおいて、バッテリーの放電時の安全性の向上を図る。放電システムは、バッテリーユニット101を搭載した電気自動車100と、バッテリーユニット101を放電させる放電装置200とを備える。電気自動車100は、放電装置200が接続されるコネクタ104とバッテリーユニット101との間を接続する電力線110には、開閉器SW1,SW2とスイッチング素子Q1,Q2とが挿入されている。開閉器SW1,SW2は、放電装置200とバッテリーマネジメントユニット102の許可により電力線110を導通させる。スイッチング素子Q1,Q2は、バッテリーユニット101の放電を行う際に、電力線110を流れる電流を調整する。

Description

放電システムおよび電動車両
 本発明は車両のバッテリーの充放電システムに関し、特に、放電時の安全確保に関するものである。
 電力網に電力の需給・供給の自動制御手段を組み込んだ「スマートグリッド」と呼ばれる次世代電力網の開発が、近年注目を浴びている。スマートグリッドでは、電力網における電力の流れを供給側だけでなく需要側からも制御することによって、電力の需給と供給の最適化が図られる。
 例えば各家庭が所有する自動車のバッテリーは、電力需要のピークを低減させるバッファとして利用できる可能性がある(例えば下記の特許文献1~4)。すなわち電力需要の少ない時間帯に充電した車両のバッテリーの電力を、電力需要のピーク時に住宅で使用することによって、電力需要のピークが低減される。一般に電力需要の少ない時間の電力はコストが安いため、各家庭の電気料金の節約にもつながる。また、車両のバッテリーの電力を家庭で使用できれば、停電などの非常時にも対応できるという利点もある。スマートグリッドは、このような電力の流れの制御を自動的に行おうとするものである。
 例えば特許文献1に開示されている電力マネジメントシステムでは、住宅内の電力需要データのみならず、曜日や日時、天気などの外的要因データをも考慮して住宅の電力需要が予測され、その予測結果に基づいて車両と住宅との間の電力の授受(車両のバッテリーの充放電)が自動的にスケジュールされる。
 また特許文献2の電力マネジメントシステムでは、車両のバッテリーの状態(電圧・入出力電流及び残容量)および、走行履歴に基づいて規定される確保電力量(ユーザの日常使用に必要な電力量)並びに余力電力量(確保電力量および非常用電力量を除いた残容量)等のデータと時間帯を考慮して、バッテリーを充電するか、バッテリーから住宅へ電力を供給するかの判断がなされる。
 このようにスマートグリッドにより管理された電力網では、車両のバッテリーの充電(住宅から車両への電力供給)だけでなく、バッテリーの放電(車両から住宅への電力供給)も積極的に行うことが想定される。
 特許文献1~4には、車両の直流電力を住宅で使用可能な商用の交流電力として取り出す手法として、以下の3つが開示されている。特許文献1のシステムでは、バッテリーの直流電力は車載のDC/AC変換器で商用電力に変換されて住宅へと出力される。また特許文献2,3のシステムでは、バッテリーの直流電力は車載のDC/AC変換器で高周波の交流電力に変換され、電磁誘導を利用して住宅側へと伝達されて、住宅側のAC/AC変換器によって商用電力に変換される。特許文献4のシステムでは、バッテリーの直流電力をそのまま住宅へと出力し、住宅側のDC/AC変換器でそれを商用電力に変換している。
 一方、電気自動車の普及に欠かせないバッテリーの急速充電システムでは、大容量の直流電力をバッテリーに直接供給することによって高速な充電を実現している。特許文献4のようにバッテリーの直流電力をそのまま住宅へ出力する手法は、この急速充電システムと同じ送電線(電力線)を用いて実現できるため、車両に放電のための新たな送電経路を必ずしも設けなくてよく、また車両にDC/AC変換器を搭載させる必要もない。そのため車載の送電システムを簡略化できる点で有効と考えられる。
特開2008-54439号公報 特開2001-8380号公報 特開平11-178234号公報 特開2002-315193号公報
 上記のように、バッテリーの直流電力をそのまま住宅へ出力する放電システムは、急速充電システムと同じ送電線を用いて実現できる。しかし従来の急速充電システムは、バッテリーに対して専ら充電を行うものであるため、放電時の安全性が充分考慮された設計ではなかった。
 また、従来の急速充電システムには、誤操作等による短絡や漏電を防止する目的で、充電用ハーネスを接続する車両のコネクタとバッテリーとの間に、開閉器を用いたインターロックリレーが設けられる。この開閉器を放電の際の安全装置としても兼用し、放電時の短絡や漏電が検出されたときに開閉器を開放して送電経路を遮断すれば、理論上、短絡や漏電を安全に回避できるように思われる。しかし実際には、短絡等によって電力線に大電流が流れている状況で開閉器を即座に開放することは技術的に難しい。大電流が流れている電力線を開閉器で開放しようとすると、例えば空中放電が生じたり、大電流による発熱で開閉器の電極が電力線に溶着して開放できなくなる事態も生じ得る。
 本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、車両のバッテリーから外部へ直流電力を出力する放電システムにおいて、バッテリーの放電時の安全性の向上を図ることを目的とする。
 本発明に係る放電システムは、バッテリーを搭載した車両と、前記車両に外部から接続し、前記バッテリーを放電させる放電装置とを備える放電システムであって、前記車両は、前記バッテリーの状態を管理するバッテリー管理装置と、前記放電装置が接続されるコネクタと、前記コネクタと前記バッテリーとの間を接続する電力線と、前記放電装置および前記バッテリー管理装置の両方の許可により、前記電力線を導通させる開閉器と、前記放電装置が前記コネクタを介して前記バッテリーの放電を行う際に、前記電力線を流れる電流を調整可能な電力調整回路とを備えるものである。
 本発明によれば、バッテリーの放電の際、その放電経路に短絡や漏電等の異常が生じた場合に、電動車両側の電力調整回路によって電力線を流れる電力を絞ってから、開閉器を安全かつ確実に開放させることができる。また放電開始前に、電力線に小電流を流して簡易的は短絡・漏電試験を行うこともできる。
実施の形態1に係る放電システムの構成図である。 実施の形態1に係る充放電システムの構成図である。 実施の形態2に係る放電システムの構成図である。 実施の形態3に係る放電システムの構成図である。
 <実施の形態1>
 図1は、本発明の実施の形態1に係る放電システムの構成を示す図である。当該システムは、バッテリー(二次電池)の電力を動力源とする電気自動車100(電動車両)と、電気自動車100のバッテリーの電力を取り出して外部の住宅等へ供給する放電装置200とから構成されている。
 電気自動車100は、バッテリーユニット101、バッテリーマネジメントユニット102、インターロックリレー103、コネクタ104および電力調整部105を備えている。
 バッテリーユニット101には、電気自動車100の動力源となる電力が蓄積され、バッテリーマネジメントユニット102(バッテリー管理装置)は、バッテリーユニット101に蓄積された電力の残量(以下、単に「残量」という)の管理を行う。またバッテリーマネジメントユニット102は、コネクタ104に接続される外部装置(ここでは放電装置200)との間で、信号線111および通信線113を介して行う各種の通信機能を有している。通信線113を用いた通信は、電気自動車100と外部装置との間でバッテリーユニット101の充放電に関する情報をやりとりするものであり、例えばCAN(Controller Area Network)の通信プロトコルを用いたものである。
 バッテリーユニット101の各端子は、電力線11を介して、外部接続のためのコネクタ104に接続されている。これにより、コネクタ104に接続される外部装置を用いて、バッテリーユニット101の充放電が可能となる。但し、バッテリーユニット101とコネクタ104との間を接続する電力線110には、インターロックリレー103と電力調整部105が直列に挿入されている。
 インターロックリレー103は、3つの開閉器SW1~SW3により構成され、コネクタ104に接続される外部装置およびバッテリーマネジメントユニット102の両方の許可があった場合に電力線110を導通させるものである。即ち、インターロックリレー103は、信号線111を通して外部装置から供給される接続許可信号S1,S2と、バッテリーマネジメントユニット102が出力する接続許可信号S3の3つが所定の条件を満たした場合に、電力線110を導通させる。
 電力調整部105は、バッテリーユニット101を放電させてコネクタ104から電力を出力するときに電力線110を流れる電流を調整するように機能する。電力調整部105は、電力線110に直列に挿入された電力調整回路としてのスイッチング素子Q1,Q2と、スイッチング素子Q1,Q2に並列に接続した一方向導通素子であるダイオードD1,D2とを備える。スイッチング素子Q1,Q2は、コネクタ104に接続された外部装置から信号線112を介して供給される電力制御信号CSに基づいて、電力線110のスイッチングを行うものであり、例えばMOSFETやIGBT等を用いることができる。またダイオードD1,D2は、コネクタ104からバッテリーユニット101を充電する方向の電流を流す向きに設けられる。
 放電装置200は、電気自動車100のバッテリーユニット101から電力を取り出して住宅等に供給するものであり、パワーコンバータ201、放電制御ユニット202およびコネクタ203を備えている。
 コネクタ203は、電気自動車100のコネクタ104に接続されることによって、放電装置200の電力線210、信号線211,212および通信線213を、上記した電気自動車100の電力線110、信号線111,112および通信線113にそれぞれ接続させるものである。
 パワーコンバータ201は、コネクタ104および電力線210を通して電気自動車100のバッテリーユニット101から取り出した直流の電力を、住宅等で使用可能な交流の電力(商用電力)に変換するものである。放電制御ユニット202は、パワーコンバータ201の動作を制御すると共に、パワーコンバータ201の入出力を監視して、放電経路の短絡や漏電などの異常を検知する機能を有している。また放電制御ユニット202は、信号線211,212および通信線213を介して電気自動車100との間で行う各種の通信機能を有している。
 以下、本実施の形態に係る放電システムの動作を説明する。
 ユーザは、放電装置200を用いて電気自動車100のバッテリーユニット101の電力を取り出す場合、放電装置200のコネクタ203を電気自動車100のコネクタ104に接続させる。これにより、放電装置200の電力線210、信号線211,212および通信線213が、それぞれ電気自動車100の電力線110、信号線111,112および通信線113に接続する。
 放電制御ユニット202は、所定レベルの接続許可信号S1,S2をバッテリーマネジメントユニット102に送信することにより、バッテリーユニット101との接続を要求する。ここでは、接続許可信号S1は電源レベル、接続許可信号S2は接地レベルに設定される。
 バッテリーマネジメントユニット102は、接続許可信号S1が電源レベル、接続許可信号S2が接地レベルに設定されたことを認識すると、接続許可信号S3のレベルを制御して、インターロックリレー103の開閉器SW3を導通させる。すると電力線110に挿入された開閉器SW1,SW2のコイルに電源レベルの接続許可信号S1と、接地レベルの接続許可信号S2が供給され、開閉器SW1,SW2が導通する。
 このようにインターロックリレー103は、放電装置200の放電制御ユニット202と電気自動車100のバッテリーマネジメントユニット102の両方の許可があってはじめて電力線110を導通させる。これにより、電気自動車100の電力線110に誤ってバッテリーユニット101の電圧が出力されることが防止されている。
 本実施の形態の電気自動車100は、インターロックリレー103とコネクタ104との間に、さらに電力調整部105のスイッチング素子Q1,Q2が挿入されているため、これがオンしなければバッテリーユニット101の電力はコネクタ104へと出力されない。そのため放電制御ユニット202は、バッテリーユニット101の放電を開始する際、電力制御信号CSを用いて電力調整部105のスイッチング素子Q1,Q2をオンにする。
 その結果、バッテリーユニット101の直流の電力は、電力線110,210を通してパワーコンバータ201に入力され、交流の電力に変換されて住宅等へ供給される。またその際、バッテリーユニット101の残量などの放電に関する情報は、バッテリーマネジメントユニット102から放電制御ユニット202へとデジタル信号DSによって送られる。放電制御ユニット202がその情報に基づきバッテリーユニット101の放電動作を制御するため、バッテリーユニット101の過放電は防止される。
 ここで、電力調整部105について詳細に説明する。上記したように、電力調整部105は、電力線110に直列に挿入されたスイッチング素子Q1,Q2と、それらに並列に接続したダイオードD1,D2を含んでいる。またダイオードD1,D2は、コネクタ104からバッテリーユニット101を充電する方向の電流を流す向きに設けられる。電力調整部105は、放電制御ユニット202の制御のもと、バッテリーユニット101の放電の際に電力線110に流れる電流を調整するように動作する。
 本実施の形態では、スイッチング素子Q1,Q2を流れる電流の制御方式として、いわゆるパルス幅制御を採用した。即ち、スイッチング素子Q1,Q2を制御する電力制御信号CSはパルス信号であり、そのパルス幅(デューティ比)によりスイッチング素子Q1,Q2を流れる電流が調整される。この構成によれば、放電制御ユニット202が出力した電力制御信号CSを用いてスイッチング素子Q1,Q2を直接駆動できるので、電気自動車100側に信号変換器等を設ける必要がない。
 バッテリーユニット101の放電が行われる間、スイッチング素子Q1,Q2はオン状態にされる。この状態では、電力制御信号CSは必ずしもパルス波形でなくてよく、スイッチング素子Q1,Q2を常時オン状態にする直流的な波形でもよい。なお、バッテリーユニット101の放電中は、ダイオードD1,D2には逆方向電圧が加わるため、ダイオードD1,D2には電流は流れない。
 バッテリーユニット101の放電中に、放電制御ユニット202が短絡や漏電などの異常を検知すると、放電制御ユニット202は、まず電力制御信号CSを用いてスイッチング素子Q1,Q2により電力線110を流れる電流を安全なレベルに絞り、次いで接続許可信号S1,S2を用いてインターロックリレー103の開閉器SW1,SW2を開放させる。異常発生時に開閉器SW1,SW2をいきなり開放させず、開閉器SW1,SW2を流れる電流を充分絞ってから開放させることで、空中放電や電極の溶着を回避し、バッテリーユニット101から電力線110への給電を、確実かつ安全に停止させることができる。その結果、バッテリーユニット101の放電時における短絡や漏電による事故の発生を防止できる。
 またバッテリーユニット101の放電の開始時に、スイッチング素子Q1,Q2が流す電流を急激に増加させず、徐々に増加させてもよい。この場合、電力線110に高電圧がかかる前の段階で、放電制御ユニット202が短絡や漏電を検出することができる。つまり放電の開始前に、比較的低い電圧での簡易的な短絡・漏電試験を行うことができ、放電時の安全性をより高めることができる。
 以上の説明では、電気自動車100のバッテリーユニット101に対して専ら放電を行うシステム構成を示したが、本実施の形態に係る電気自動車100では、コネクタ104および電力線110を介してバッテリーユニット101の充電を行うこともできる。
 図2は、電気自動車100を、バッテリーユニット101の充電と放電の両方が可能な充放電装置220に接続させた場合の充放電システムの構成を示している。同図においては図1に示したものと同様の要素には同一符号を付してあるので、それらの説明は省略する。
 充放電装置220のパワーコンバータ221は、バッテリーユニット101からの直流の電力を交流の商用電力の電力に変換するだけでなく、商用電力を直流電力に変換してバッテリーユニット101へと供給することで、バッテリーユニット101の充電を行うこともできる。また、パワーコンバータ221の動作を制御する充放電制御ユニット222は、バッテリーユニット101の充電の際には、満充電までの残り時間の計算など、充電に関する情報の管理も行う。
 充放電装置220がコネクタ104からバッテリーユニット101の充電を行う場合、インターロックリレー103は、放電のときと同様に、充放電制御ユニット222とバッテリーマネジメントユニット102の両方の許可により、バッテリーユニット101と電力線110との間を通電させる。一方、電力調整部105のスイッチング素子Q1,Q2は、放電のときと異なり、オンにする必要はない。なぜなら、バッテリーユニット101が充電されるとき、ダイオードD1,D2は順方向電圧がかかりオンするので、ダイオードD1,D2を通してバッテリーユニット101を充電可能だからである。
 このように、電力調整部105がダイオードD1,D2を備えることにより、バッテリーユニット101の充電時にスイッチング素子Q1,Q2を駆動する必要がなくなる。従って、本実施の形態に係る電気自動車100は、電力制御信号CSの生成手段を持たない従来の充電装置を用いてもバッテリーユニット101の充電を行うことができるという広い汎用性を有している。
 なお、電力調整部105がダイオードD1,D2を備えることにより、電力調整部105は、バッテリーユニット101の充電時には電力線110の電流を調整する安全装置としては機能しない。しかし一般的に、安全装置は電力の供給側に設けるのが通常であり、バッテリーユニット101の充電時には充電装置側の安全装置によって安全が確保される。よって電気自動車100の電力調整部105は、バッテリーユニット101の放電時にのみ安全装置として機能できれば問題はない。
 例えば図2の充放電システムでは、バッテリーユニット101の充電時には、電力を供給する充放電装置220の安全装置(不図示)によって安全が確保され、バッテリーユニット101の放電時には、電力を供給する電気自動車100の安全装置である電力調整部105により安全が確保されることになる。
 <実施の形態2>
 図3は、実施の形態2に係る放電システムの構成図である。当該システムは、図1の構成に対し、放電制御ユニット202が電力調整部105を制御するために出力する電力制御信号CSをアナログの電圧信号としたものである。
 この場合、電気自動車100に、電圧-パルス変換器106とローパスフィルタ(LPF)107が設けられる。電圧-パルス変換器106は、アナログの電圧信号である電力制御信号CSの振幅に応じたパルス幅(デューティ比)のパルス信号を生成するものである。ローパスフィルタ107は、放電制御ユニット202から受信した電力制御信号CSからノイズを除去するものであり、電圧-パルス変換器106にはローパスフィルタ107を通して電力制御信号CSが入力される。
 一般的な用途では、実施の形態1のようにパルス信号の電力制御信号CSを使用しても問題はないが、放電装置200と電気自動車100との間の距離(ハーネスの長さ)が極めて長いなど、特殊な環境下では、電力制御信号CSのパルス波形に変形が生じ、その場合には電力調整部105のスイッチング素子Q1,Q2における電流調整の精度が低下する恐れがある。本実施の形態ではその問題を軽減することができる。
 <実施の形態3>
 図4は、実施の形態3に係る放電システムの構成図である。当該システムは、図1の構成に対し、放電制御ユニット202が電力調整部105を制御するために出力する電力制御信号CSをデジタル信号DSに含ませたものである。
 この場合、電気自動車100に、デジタル信号DSから電力制御信号CSの情報を抽出し、それに応じたパルス幅(デューティ比)のパルス信号を生成するデジタル信号-パルス変換器108が設けられる。デジタル信号-パルス変換器108は、バッテリーマネジメントユニット102に内蔵されていてもよい。
 本実施の形態では、放電装置200が電力制御信号CS専用の信号線212を有する必要がなく、電力制御信号CSの送信はデジタル信号DSの通信線213を利用している。従って、ハーネスや筐体、コネクタの構造を従来の充電装置と共通化でき、製造コストの削減に寄与できる。
 100 電気自動車、101 バッテリーユニット、102 バッテリーマネジメントユニット、103 インターロックリレー、104 コネクタ、105 電力調整部、106 電圧-パルス変換器、107 ローパスフィルタ、108 デジタル信号-パルス変換器、200 放電装置、201 パワーコンバータ、202 放電制御ユニット、203 コネクタ、220 充放電装置、221 パワーコンバータ、222 充放電制御ユニット、SW1~SW3 開閉器、D1,D2 ダイオード、Q1,Q2 スイッチング素子。

Claims (11)

  1.  バッテリーを搭載した車両と、
     前記車両に外部から接続し、前記バッテリーを放電させる放電装置とを備える放電システムであって、
     前記車両は、
     前記バッテリーの状態を管理するバッテリー管理装置と、
     前記放電装置が接続されるコネクタと、
     前記コネクタと前記バッテリーとの間を接続する電力線と、
     前記放電装置および前記バッテリー管理装置の両方の許可により、前記電力線を導通させる開閉器と、
     前記放電装置が前記コネクタを介して前記バッテリーの放電を行う際に、前記電力線を流れる電流を調整可能な電力調整回路とを備える
    ことを特徴とする放電システム。
  2.  前記電力調整回路に並列に接続し、前記コネクタから前記バッテリーを充電する方向の電流を流す一方向導通素子を備える
    請求項1項記載の放電システム。
  3.  前記電力調整回路は、前記放電装置からの制御信号に基づいて、前記電力線を流れる電流を調整する
    請求項1記載の放電システム。
  4.  前記電力調整回路は、前記電力線に直列に挿入されたスイッチング素子であり、
     前記制御信号は、前記スイッチング素子をパルス幅制御するパルス信号である
    請求項3記載の放電システム。
  5.  前記電力調整回路は、前記電力線に直列に挿入されたスイッチング素子であり、
     前記制御信号は、アナログの電圧信号であり、
     前記車両は、前記電圧信号の振幅に応じたパルス幅のパルス信号に変換する変換回路をさらに備え、
     前記スイッチング素子は、前記パルス信号によりパルス幅制御される
    請求項3記載の放電システム。
  6.  前記放電装置と前記バッテリー管理装置との通信を行う通信手段をさらに備え、
     前記電力調整回路は、前記電力線に直列に挿入されたスイッチング素子であり、
     前記制御信号は、前記通信手段を通して前記放電装置から送信されるデジタル信号であり、
     前記車両は、前記デジタル信号に応じたパルス幅のパルス信号に変換する変換回路をさらに備え、
     前記スイッチング素子は、前記パルス信号によりパルス幅制御される
    請求項3記載の放電システム。
  7.  前記放電装置は、前記バッテリーの放電時に異常が発生すると、電力調整回路を用いて前記電力線を流れる電流を絞ってから開閉器を開放する
    請求項3記載の放電システム。
  8.  バッテリーと、
     前記バッテリーの状態を管理するバッテリー管理装置と、
     外部の放電装置が接続され、前記バッテリーの電力を前記放電装置へ出力可能なコネクタと、
     前記コネクタと前記バッテリーとの間を接続する電力線と、
     前記放電装置および前記バッテリー管理装置の両方の許可により、前記電力線を導通させる開閉器と、
     前記放電装置が前記コネクタを介して前記バッテリーの放電を行う際に、前記電力線を流れる電流を調整可能な電力調整回路とを備える
    ことを特徴とする電動車両。
  9.  前記電力調整回路に並列に接続し、前記コネクタから前記バッテリーを充電する方向の電流を流す一方向導通素子を備える
    請求項8項記載の電動車両。
  10.  前記電力調整回路は、前記放電装置からの制御信号に基づいて、前記電力線を流れる電流を調整する
    請求項8記載の電動車両。
  11.  前記電力調整回路は、前記電力線に直列に挿入されたスイッチング素子である
    請求項8記載の電動車両。
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