(57)【要約】【課題】外部蓄電池の連続充電を可能とし、更に、設備用蓄電池の容量を小さくする。【解決手段】外部蓄電池５０を、商用電源１０からの受電側の電力と共に充電するための設備用蓄電池２２を用いる急速充電方法において、充電前半の定電流充電時は、受電側からの電力と共に設備用蓄電池２２から外部蓄電池５０へ電力を供給し、充電後半の定電圧充電時は、受電側から設備用蓄電池２２へ電力を供給して該設備用蓄電池２２を充電する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部蓄電池を、商用電源からの受電側の電力と共に充電するための設備用蓄電池を用いる急速充電方法において、
充電前半の定電流充電時は、受電側からの電力と共に設備用蓄電池から外部蓄電池へ電力を供給し、充電後半の定電圧充電時は、受電側から設備用蓄電池へ電力を供給して該設備用蓄電池を充電することを特徴とする急速充電方法。
【請求項２】
外部蓄電池を、商用電源からの受電側の電力と共に充電するための設備用蓄電池を有する急速充電装置において、
充電前半の定電流充電時は、受電側からの電力と共に設備用蓄電池から外部蓄電池へ電力を供給し、充電後半の定電圧充電時は、受電側から設備用蓄電池へ電力を供給して該設備用蓄電池を充電する双方向充電制御手段を備えたことを特徴とする急速充電装置。
【請求項３】
前記双方向充電制御手段が、
受電側の電力と外部蓄電池への充電に必要な電力を比較するコントローラと、
該コントローラの比較結果に応じて、受電側の電力が外部蓄電池への充電に不足する時は、設備用蓄電池からも外部蓄電池へ電力を供給し、受電側の電力が外部蓄電池への充電に必要な電力より大である時は、受電側から設備用蓄電池へ電力を供給するように制御される双方向直流電源器と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の急速充電装置。
【請求項４】
前記双方向直流電源器が、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項３に記載の急速充電装置。
【請求項５】
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの外部蓄電池側の電圧が一定に制御されていることを特徴とする請求項４に記載の急速充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、急速充電方法及び装置に係り、特に、電気自動車（ＥＶとも称する）に搭載された動力用のリチウムイオン蓄電池を連続して急速充電する際に用いるのに好適な、急速充電方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油資源の枯渇や地球温暖化の対策として、電気エネルギーを駆動源とする電気自動車が市場に普及してきているが、電気自動車に対しても、通常の自動車給油と同等時間で充電できる急速充電装置が求められている。
【０００３】
従来、急速充電できる装置として、例えば大容量の設備用蓄電池を用意し、電気自動車への充電休止時に、この設備用蓄電池を低電流で長時間をかけて充電しておき、電気自動車の外部蓄電池を充電するときには、設備用蓄電池から大電流を放電する装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、現在発表されている電気自動車の外部蓄電池に対する急速充電装置の仕様としては、直流４００Ｖ、電流１２５Ａクラスの急速充電装置が想定され、それに伴って商用電源ラインからの電源供給も回路効率９０％として、出力５０ＫＷの時、入力電力は５５ＫＷを超えることが想定される。これを満足する大電力の供給を受けるためには、５０ＫＷ未満の低電力受電の場合と異なり、例えば６６００Ｖの高圧から２００Ｖの低圧に変換する変圧設備が必要となり、電力会社との契約が大規模となるという問題があった。
【０００５】
このような問題点を解決するべく、出願人らは、特許文献２で、商用電源の交流電力を直流電力に変換する直流電源器の出力と設備用蓄電器の出力を直列回路で加算して外部蓄電池に供給することを提案し、特許文献３では、動力用の外部蓄電池を充電する際に、設備用蓄電池に加えて、商用電源を用いて充電する直流電源器を、設備用蓄電池と直列又は並列に接続して、外部蓄電池への充電に用いることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２０７６６８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２００１０４号公報
【特許文献３】特開２０１２−１９６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２や３に記載の技術では、外部蓄電池に充電する時に、適切な電流電圧制御ができないという問題点を有していた。
【０００８】
特に、近年、電気自動車の外部蓄電池として広く用いられるようになっているリチウムイオン蓄電池では、図１に例示する如く、最初に３００Ｖ（図では３５０Ｖ）〜４００Ｖで１２５Ａ程度の定電流充電をし、例えばＳＯＣ（State  of  Charge）５０％となった充電進行後は、安全のため４００Ｖを上限とした定電圧充電を電流が１２５Ａから０Ａになるまで行うのが通常である。
【０００９】
しかしながら、特許文献２や３の構成では、外部蓄電池の充電が連続すると、図２に例示する如く、設備用蓄電池の残量が低下していき、図３に例示する如く、途中で充電停止となり、充電を連続的に行うことは困難であった。
【００１０】
また、設備用蓄電池に必要な充電量を確保するために、設備用蓄電池の容量を大きくする必要があり、大型、且つ高価になるという問題もあった。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、外部蓄電池の連続充電を可能とし、更に、設備用蓄電池の容量を小さくすることができるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、外部蓄電池を、商用電源からの受電側の電力と共に充電するための設備用蓄電池を用いる急速充電方法において、図４に例示する如く、充電前半の定電流充電時は、受電側からの電力と共に設備用蓄電池から外部蓄電池へ電力を供給し、充電後半の定電圧充電時は、受電側から設備用蓄電池へ電力を供給して該設備用蓄電池を充電することにより、前記課題を解決したものである。
【００１３】
また、外部蓄電池を、商用電源からの受電側の電力と共に充電するための設備用蓄電池を有する急速充電装置において、充電前半の定電流充電時は、受電側からの電力と共に設備用蓄電池から外部蓄電池へ電力を供給し、充電後半の定電圧充電時は、受電側から設備用蓄電池へ電力を供給して該設備用蓄電池を充電する双方向充電制御手段を備えたことを特徴とする急速充電装置を提供するものである。
【００１４】
ここで、前記双方向充電制御手段が、受電側の電力と外部蓄電池への充電に必要な電力を比較するコントローラと、該コントローラの比較結果に応じて、受電側の電力が外部蓄電池への充電に不足する時は、設備用蓄電池からも外部蓄電池へ電力を供給し、受電側の電力が外部蓄電池への充電に必要な電力より大である時は、受電側から設備用蓄電池へ電力を供給するように制御される双方向直流電源器を含むようにすることができる。
【００１５】
また、前記双方向直流電源器を、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとすることができる。
【００１６】
更に、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの外部蓄電池側の電圧を一定に制御することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、外部蓄電池の充電休止時だけでなく、外部蓄電池への充電中であっても、その充電量が少ない時に同時平行して、設備用蓄電池に充電することができ、外部蓄電池への連続充電性能を向上することができる。従って、設備用蓄電池の必要な容量が小さくてすみ、例えば１／２に減らすことによって、急速充電装置のコストの大部分を占める設備用蓄電池のコストを１／２に減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】リチウムイオン蓄電池の充電状態の例を示す図
【図２】従来例の問題点を示すタイムチャート
【図３】従来例と本発明の実施例におけるＥＶ充電回数と蓄電池残量の関係の例を比較して示すタイムチャート
【図４】本発明の原理を示す図
【図５】本発明の実施形態の基本的な構成を示す図
【図６】同じく詳細構成を示す図
【図７】前記実施形態における充電時間と蓄電池残量の関係の例を示すタイムチャート
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２０】
本実施形態の基本的な構成を図５に示す。
【００２１】
本実施形態は、電気自動車の動力用蓄電池等の外部蓄電池５０を、商用電源１０からの受電側の電力と共に充電するための設備用蓄電池２２を有する急速充電装置２０において、前記商用電源１０から供給される受電側の電力を外部蓄電池５０や設備用蓄電池２２への充電に適した直流電力に変換するための直流電源器２４と、受電側の電力と外部蓄電池５０への充電に必要な電力を比較するコントロ−ラ２６と、該コントローラ２６の比較結果に応じて、受電側の電力が外部蓄電池５０への充電に不足する時は、設備用蓄電池２２からも外部蓄電池５０へ電力を供給し、受電側の電力が外部蓄電池５０への充電に必要な電力より大であるときは、受電側から設備用蓄電池２２へ電流を供給して、該設備用蓄電池２２を充電するように制御される双方向直流電源器２８を備えている。
【００２２】
前記急速充電装置２０の具体的な構成例を図６に示す。図において、２２Ａは、設備用蓄電池２２を構成するリチウムイオン蓄電池、２２Ｂは、同じくバッテリー監視モジュール、２４Ａは、直流電源器２４を構成するＡＣ／ＤＣコンバータ、２４Ｂは、同じくＤＣ／ＡＣインバータ、２４Ｃは、同じく例えば１５ｋＨｚの絶縁トランス、２４Ｄは、同じく整流器、２８Ａは、双方向直流電源器２８を構成する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０は、入力側に設けられた、地絡検出時に遮断されるブレーカ、３２は、非常時にコントローラ２６からの指令により切断されるメインスイッチ、３４は電圧計、３６は電流計、３８はヒューズ、４０はダイオード、４２は地絡検出器、４４は、リチウムイオン蓄電池２２Ａが過熱した時に、これを切離すためのスイッチである。
【００２３】
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８Ａは、内部のＩＧＢＴ素子で電流を切り分けて直流電源を出し入れしており、受電側の電力と外部蓄電池５０への必要充電電力を見ながら、外部蓄電池５０に必要な時は設備用蓄電池２２から外部蓄電池５０側へ、余った時は受電側から設備用蓄電池２２側へ電力を流すよう制御される。実際は、中央のＤＣ合流部Ａが一定の電圧となるように、コントローラ２６が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８Ａを制御している。
【００２４】
ここで、ブレーカ３０、メインスイッチ３２、ＡＣ／ＤＣコンバータ２４Ａ、ＤＣ／ＡＣインバータ２４Ｂ、絶縁トランス２４Ｃ、整流器２４Ｄを含む、図の上段の構成は一般的な構成であるため、詳細な説明は省略する。
【００２５】
図６のような構成において、リチウムイオン蓄電池２２Ａの蓄電量が十分であり、ＤＣ合流部Ａの電圧が十分である場合には、商用電源１０側から最大電力を受け、不足分だけ設備用蓄電池２２から供給する。一方、設備用蓄電池２２の充電量が不足して、その電池電圧が下がっても、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８Ａで昇圧し、中央のＤＣ合流部Ａには影響しない。ただし、設備用蓄電池２２が空になった場合には、商用電源１０側からの最大電力は出せず、急速充電が中程度の充電に遅くなる。なお、図４に示した如く、定電圧充電に移行して、外部蓄電池５０への充電に余裕がある場合には、外部蓄電池５０の充電中であっても設備用蓄電池２２が補充電され、図３中に示した如く、外部蓄電池５０の充電終了後に設備用蓄電池２２の蓄電量が不足することが回避される。
【００２６】
さらに、図７に示したように、図６の構成にすることによって設備用蓄電池２２の残量低下はなくなり、充電を連続的に行うことが可能となった。
【００２７】
このように、商用電源１０の交流電源からの直流電源器２４の直流電力と、設備用蓄電池２２の直流電力を双方向直流電源器２８で並列回路で加算して外部蓄電池５０に供給するようにしたので、きめ細かい電流電圧制御が可能となって、設備用蓄電池２２の残量が低下しても、外部蓄電池５０に充電可能となり、最適充電ができる。更に、外部蓄電池５０の充電中であっても、設備用蓄電池２２を補充電することができるため、設備用蓄電池２２の残量低下を補うことができ、従来は困難であった外部蓄電池５０への連続充電が可能となる。
【００２８】
本実施形態においては、双方向直流電源器２８を用いているので、きめ細かい電流電圧制御が可能となり、外部蓄電池５０への連続充電に寄与している。特に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２８Ａを用いて、中央のＤＣ合流部Ａの電圧を一定に維持するようにした場合は、制御が容易である。なお、双方向直流電源器２８の構成や制御方法は、これに限定されない。
【００２９】
また、前記実施形態においては、設備用蓄電池２２がリチウムイオン蓄電池２２Ａとされていたが、設備用蓄電池２２はこれに限定されない。更に、外部蓄電池５０も電気自動車の動力用蓄電池に限定されず、リチウムイオン蓄電池と同様に、充電初期に定電流充電を行い、充電後半に定電圧充電を行う外部蓄電池であれば、本発明を同様に適応できる。
【符号の説明】
【００３０】
１０…商用電源
２０…急速充電装置
２２…設備用蓄電池
２２Ａ…リチウムイオン蓄電池
２２Ｂ…バッテリー監視モジュール
２４…直流電源器
２４Ａ…ＡＣ／ＤＣコンバータ
２４Ｂ…ＤＣ／ＡＣインバータ
２４Ｃ…絶縁トランス
２４Ｄ…整流器
２６…コントローラ
２８…双方向直流電源器
２８Ａ…双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
５０…外部蓄電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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