(57)【要約】【課題】例えば電気自動車（ＥＶ）３０に搭載された充電対象外部蓄電池の充電残量がどの程度であっても、適切な充電電圧による急速充電を可能とする。【解決手段】充電用内部電池１０から外部蓄電池に充電する際に、過大な充電電流が流れない初期充電電圧Ｖ１を設定し、充電開始後、充電電流Ｉ１を計測して、計測された充電電流Ｉ１が所定値Ｉｓ以下に低下した場合は、充電電圧を、過大な充電電流が流れない範囲で順次引き上げていく。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電用内部電池から外部蓄電池に充電する際に、
過大な充電電流が流れない初期充電電圧を設定し、
充電開始後、充電電流を計測して、
計測された充電電流が所定値以下に低下した場合は、充電電圧を、過大な充電電流が流れない範囲で順次引き上げていくことを特徴とする急速充電方法。
【請求項２】
前記初期充電電圧を、外部蓄電池の電圧を計測して設定することを特徴とする請求項１に記載の急速充電方法。
【請求項３】
前記初期充電電圧を、外部蓄電池の充電残量に関する情報に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載の急速充電方法。
【請求項４】
前記初期充電電圧を、充電用内部電池の最低電圧とし、充電電流の方向と大きさに応じて、充電電圧を順次引き上げていくことを特徴とする請求項１に記載の急速充電方法。
【請求項５】
充電用内部電池から外部蓄電池に充電するための急速充電装置において、
充電電圧が可変の充電用内部電池と、
過大な充電電流が流れない初期充電電圧を設定する手段と、
充電開始後、充電電流を計測する手段と、
計測された充電電流が所定値以下に低下した場合は、充電電圧を、過大な充電電流が流れない範囲で順次引き上げていく手段と、
を備えたことを特徴とする急速充電装置。
【請求項６】
前記充電用内部電池が、直列接続された一連の電池列で構成され、該一連の電池列の途中からタップを引き出すことにより、前記充電電圧が可変とされていることを特徴とする請求項５に記載の急速充電装置。
【請求項７】
前記充電用内部電池が、電圧が互いに異なる複数の電池列で構成され、該複数の電池列のいずれかを選択することにより、前記充電電圧が可変とされていることを特徴とする請求項５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、充電装置側にキャパシタ等による高出力密度電池を設け、電気自動車（以下ＥＶ）側に搭載された車載蓄電池等外部蓄電池に急速充電する際に用いるのに好適な、充電対象外部蓄電池の充電残量がどの程度であっても、適切な充電電圧による急速充電が可能な急速充電方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電装置側にキャパシタ等による高出力密度電池（以下、内部電池と称する）を設け、ＥＶ側に搭載された車載蓄電池等外部蓄電池（以下、例としてＥＶ側電池とも称する）に急速充電する技術が考えられている。
【０００３】
ここで、内部電池の電圧に対してＥＶ側電池の電池残量は一定ではないため、途中に電圧を変換する装置を用いずに内部電池とＥＶ側電池とを直接接続する場合、どの程度残量があるかにより、次のような課題がある。
ａ．ＥＶ側電池がほとんど空の場合：充電装置との電位差が大きすぎるため、接続した瞬間に大きな電流が流れ、ＥＶ側電池の寿命劣化等の可能性があるとともに、発熱、発火の危険がある。そこまでいかなくとも、大電流に耐える仕様の策定と設備の準備が必要になる。
ｂ．ＥＶ側電池が中間レベルの充電量の場合：充電装置との電位差が少なく、充電速度が低下する可能性がある。
ｃ．ＥＶ側電池が満充電に近い場合：極端な場合、充電装置の電位の方が低くなり、ＥＶ側電池から電流が逆流する場合がある。
【０００４】
上記の課題に対応するため、従来の装置では一般に、直流電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバーター）を用いて充電装置の出力電圧が適切になるように制御を行っている。しかし、この直流電圧変換装置により充電装置全体のコストが高くなるという課題があった。
【０００５】
一方、特許文献１には、出力用キャパシタバンクと調整用キャパシタバンクを設け、前者の電圧計測結果を元に後者の接続を切り替えることにより、負荷に供給する電圧を一定あるいはある変動範囲内に収めるようにした直列切換式キャパシタ電源装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１５２４９５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１の記載の技術は、負荷に供給する電圧を一定あるいはある変動範囲内に収めることを目的にしており、ＥＶ側電池残量に応じて充電電圧を変えることはできなかった。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、充電対象外部蓄電池の充電残量がどの程度であっても、適切な充電電圧による急速充電を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、充電用内部電池から外部蓄電池に充電する際に、過大な充電電流が流れない初期充電電圧を設定し、充電開始後、充電電流を計測して、計測された充電電流が所定値以下に低下した場合は、充電電圧を、過大な充電電流が流れない範囲で順次引き上げていくことにより、前記目的を達成したものである。
【００１０】
ここで、前記初期充電電圧を、外部蓄電池の電圧を計測して設定することができる。
【００１１】
あるいは、前記初期充電電圧を、外部蓄電池の充電残量に関する情報に基づいて設定することができる。
【００１２】
あるいは、前記初期充電電圧を、充電用内部電池の最低電圧とし、充電電流の方向と大きさに応じて、充電電圧を順次引き上げていくことができる。
【００１３】
本発明は、又、充電用内部電池から外部蓄電池に充電するための急速充電装置において、充電電圧が可変の充電用内部電池と、過大な充電電流が流れない初期充電電圧を設定する手段と、充電開始後、充電電流を計測する手段と、計測された充電電流が所定値以下に低下した場合は、充電電圧を、過大な充電電流が流れない範囲で順次引き上げていく手段と、を備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１４】
ここで、前記充電用内部電池を、直列接続された一連の電池列で構成し、該一連の電池列の途中からタップを引き出すことにより、前記充電電圧を可変とすることができる。
【００１５】
あるいは、前記充電用内部電池を、電圧が互いに異なる複数の電池列で構成し、該複数の電池列のいずれかを選択することにより、前記充電電圧を可変とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、充電対象外部蓄電池の充電残量がどの程度であっても、高価な直流電圧変換装置を用いることなく、適切な充電電圧による急速充電が可能となる。これにより、
ａ．急速充電時の過電流による外部蓄電池の劣化
ｂ．電圧不十分による充電速度低下
ｃ．電圧不足による外部蓄電池からの逆流
を防ぎつつ、ＥＶ電池等に急速充電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す回路図
【図２】同じく制御手順を示す流れ図
【図３】同じく各部電位の時間的変化を示すタイムチャート
【図４】本発明の第２実施形態の概略を示す図
【図５】本発明の第３実施形態の制御手順を示す流れ図
【図６】本発明の第４実施形態の構成を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
本発明に係る急速充電装置６の第１実施形態は、図１に示す如く、充電電圧が可変の充電用内部電池１０と、充電電圧を変更するための電圧制御スイッチＳ１と、充電電流を計測するための電流計（Ａ）１２と、ＥＶ等外部蓄電池接続端子に加わる電圧を検出するための電圧計（Ｖ）１４と、電源装置８による内部電池１０の充電（内部充電と称する）と外部蓄電池接続端子による外部蓄電池の充電（外部充電と称する）を切り換えるための充電制御スイッチＳ２と、前記電流計１２及び電圧計１４の出力に応じて、前記スイッチＳ１及びＳ２を切り換えるための監視制御装置２０と、を用いて構成されている。
【００２０】
前記内部電池１０は、直列接続された、例えばキャパシタによる一連の高出力密度電池の列でなり、該電池の列の途中からタップを引き出し、電圧制御スイッチＳ１を切換えることにより、充電電圧が可変とされている。この内部電池１０は、予め充電制御スイッチＳ２を内部充電側に切り換えて、電源装置８により一定電圧で十分に充電されているものとする。
【００２１】
以下、図２を参照して、制御手順を説明する。
【００２２】
充電開始に当り、ＥＶ側の初期電圧Ｖ０を電圧計１４で計測する（ステップＳ１）。この結果から、本装置の初期充電電圧Ｖ１を決定する（ステップＳ２）。この初期充電電圧Ｖ１は、過大な充電電流が流れない範囲で十分な急速充電が可能な電圧となるよう、ＥＶ側の初期電圧Ｖ０より、やや高い電圧とし、適正な初期充電電流が流れるようにする。この値は、予め試験により決定することができる。
【００２３】
次いで、充電開始電圧が、決定された初期充電電圧Ｖ１となるように、監視制御装置２０により電圧制御スイッチＳ１を切り換える。
【００２４】
次いで、充電制御スイッチＳ２を外部充電側に投入することにより、ＥＶ側電池に対する高速充電を開始する（ステップＳ３）。充電時の電流は、電流計１２により常時計測する（ステップＳ４）。
【００２５】
充電が進行するに伴い、ＥＶ側電池の電圧が上がり、充電電圧とＥＶ側電池の電位差が小さくなって、充電電流は徐々に減少する。そこで、充電電流Ｉ１を計測し、予め設定した値Ｉｓより小さくなった場合（ステップＳ５の判定結果Ｙｅｓ）、充電が進んで、これ以上効率的な充電ができなくなったことを意味するので、電圧制御スイッチＳ１のタップを一段上げ（ステップＳ６）、充電電圧を高くする。これにより、充電電圧とＥＶ側電池の電位差が再び大きくなり、充電電流が増加して、急速充電が継続される。ここで、充電判定電流Ｉｓの値は、予め試験を行い設定することができる。
【００２６】
ＥＶ側の充電量はＥＶからの信号により確認できるので、充電が完了した場合（ステップＳ７の判定結果Ｙｅｓ）は、充電制御スイッチＳ２を切断して、急速充電を終了する（ステップＳ８）。
【００２７】
一方、充電が終了していない場合（ステップＳ７の判定結果Ｎｏ）には、電圧タップ変更後の電圧による充電を継続する。
【００２８】
以降、電圧タップを上げつつステップＳ４〜Ｓ６を繰り返し、ステップＳ７で充電終了と判定されるまで継続する。このときの各部電位の時間的変化を図３に示す。
【００２９】
終了判定の方法は、充電完了の他、３０％、５０％等を充電終了と決めてもよい。あらかじめメニュー等で選定し、監視制御装置２０に入力することにより実現できる。あるいは、充電時間を計測し、３分、５分等、一定時間で終了するものとしてもよい。いずれも監視制御装置２０に対してタッチパネルあるいは遠隔監視装置等から入力することで設定可能である。
【００３０】
急速充電用の高エネルギー密度電池は通常、１個あたりの電圧が数Ｖ程度と低いため、ＥＶ等外部電池の充電用には多数個を直列接続する必要があることから、直列接続された電池の途中からタップを引き出すことで、上記の構成を容易に実現できる。
【００３１】
急速充電終了後の本装置６は、次の使用の準備として、再度内部電池１０を充電しておく必要がある。この場合は本装置６にＥＶ側電池が接続されていない期間を利用して、監視制御装置２０からの指示により、充電制御スイッチＳ２を内部充電側に切り替え、図１の電源装置８より直流電圧を用いて充電を行う。各電池がきちんと満充電になるように個別電池ごとに必要な電圧で充電を行う必要があるが、これは通常の充電と同様に行える。
【００３２】
充電相手がＥＶであるとすると、本装置６に接続する際の初期充電電圧Ｖ１の決定方法として、第１実施形態のように電圧計１４を用いて計測する方法の他、第２実施形態として、図４に示す如く、ＥＶ３０との通信によりＥＶの充電残量に関する情報を受け取り、その結果に基づいて電圧制御スイッチＳ１により初期充電電圧Ｖ１を決定する方法もある。この方法を用いることにより、第１実施形態の方法に比べて、電池の種類、メーカーの違いによる特性の違い等を考慮した、より高精度な急速充電が行える可能性がある。
【００３３】
さらに低コストで本装置６を制御する方法として、図５に示す第３実施形態のような方法がある。即ち、最初ＥＶと接続した段階で電圧計測も通信もせず、単に電圧制御スイッチＳ１により最低電圧タップに接続して（ステップＳ１１）、充電を開始し（ステップＳ１２）、その際流れる電流値Ｉ１を計測する（ステップＳ１３）。その電流が、予め決められた電流Ｉｔより小さいか、もしくは逆方向に（すなわちＥＶ等から本装置に向かって）電流が流れた場合（ステップＳ１４の判定結果Ｙｅｓ）は、電圧タップを一つ高い電圧に変更する（ステップＳ１５）。続いて同様に電流を計測し（ステップＳ１３）、適切な電流が流れるまで順次電圧タップを高い電圧に切り替えていく。こうすることにより、電圧計測、通信のどちらも実施せずに、適切な電圧タップに設定し急速充電が可能となる。
【００３４】
この方法にメリットがある理由は、電池の特性によっては、電圧と電池残量の関係が明確ではないために、電圧を計測しただけでは正確な電池残量が推定できない場合があることと、相手がＥＶ以外の装置の場合には、通信により電池残量の情報を受け取る仕組み自体が備えられていない場合が考えられ、本装置６の初期充電電圧Ｖ１を適切に設定することが困難になるためである。これらの場合にも、第３実施形態の方法によれば、適切な電圧タップを選定して急速充電を行うことができる。これらの理由から、第１、第２実施形態に比べると、第３実施形態の方法が最も汎用性が高いと考えられる。
【００３５】
また、急速充電を行うことにより内部電池１０の電荷がなくなるようであると、タップを上げても電圧が上昇しない場合がある。その場合は、図６に示す第４実施形態のように、内部電池１０を、電圧が互いに異なる複数の電池列で構成し、電圧制御スイッチＳ１により、そのいずれかを選択する構成とすることができる。この場合は各列の電池容量を図１の場合よりも小さくし、トータルで同じ容量になるようにすれば良い。内部充電時には電圧制御スイッチＳ１を各電池列に設定して、適切な電圧で順次充電を行う。
【００３６】
なお、第４実施形態は内部電池の構成方法を第１実施形態と変更したものであり、第２、第３実施形態で説明した初期電圧の決定方法のいずれとも組み合わせて使用することができる。
【００３７】
本発明の適用対象は、キャパシタによる高出力密度電池を用いた急速充電装置に限定されず、充電対象もＥＶ側電池に限定されない。
【符号の説明】
【００３８】
６…急速充電装置
８…電源装置
１０…充電用内部電池
１２…電流計
１４…電圧計
２０…監視制御装置
３０…電気自動車（ＥＶ）
Ｓ１…電圧制御スイッチ
Ｓ２…充電制御スイッチ
【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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