(57)【要約】【課題】大がかりな受電設備を必要とせず、かつ複数台のＥＶ車に対して連続的に短時間でバッテリ充電を行なうことができる車両用充電制御装置を提供する。【解決手段】車両用充電制御装置１は、一次電源２を直流電圧（以下、一次側電圧）に変換するＡＣ／ＤＣ変換器３と、一次側電圧により充電される複数の第１充電器４と、第１選択器５と、車両内部の第２充電器１０を充電する制御を行なう充電制御部６と、第２選択器７と、第３選択器８と、選択判定部９と、を備える。一次電源２から直接、ＥＶ車の第２充電器１０を充電せずに、第１選択器５の選択を切り替えながら、一次電源２の電力を複数の第１充電器４に順に充電し、その後、第２選択器７で複数の第１充電器４のいずれかを選択して、第２充電器１０の充電を行なう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電源からの電力により充電されうる複数の第１充電器と、
前記一次電源からの電力による充電対象として、前記複数の第１充電器のうちの一つを選択する第１選択器と、
前記第１選択器で選択された第１充電器の充電電力を利用して充電されうる車両内部の第２充電器の充電制御を行なう充電制御部と、
前記第２充電器を充電するために、前記複数の第１充電器のうちの一つを選択する第２選択器と、
前記複数の第１充電器の各出力電圧レベルに基づいて、前記第１選択器および前記第２選択器の選択を制御する選択判定部と、を備えることを特徴とする車両用充電制御システム。
【請求項２】
前記複数の第１充電器を用いずに、前記一次電源からの電力で前記第２充電器を充電するか否かを切り替える第３選択器を備え、
前記選択判定部は、前記複数の第１充電器の各出力電圧レベルに基づいて、前記第１乃至第３選択器の選択を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用充電制御装置。
【請求項３】
前記選択判定部は、前記複数の第１充電器の出力電圧レベルがいずれも所定の電圧以下のときに、前記複数の第１充電器を用いずに前記一次電源からの電力で前記第２充電器が充電されるように、前記第３選択器を選択することを特徴とする請求項２に記載の車両用充電制御装置。
【請求項４】
前記選択判定部は、前記複数の第１充電器のうち最も出力電圧レベルが高い第１充電器を前記第２選択器に選択させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用充電制御システム。
【請求項５】
前記選択判定部は、前記複数の第１充電器のうち、満充電ではなく、かつ最も出力電圧レベルが高い第１充電器を、前記第１選択器に選択させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両用充電制御装置。
【請求項６】
前記複数の第１充電器のそれぞれの蓄電可能な総容量は、前記第２充電器の蓄電可能な総容量よりも少ないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用充電制御装置。
【請求項７】
前記一次電源は、商用電源であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の車両用充電制御装置。
【請求項８】
前記複数の第１充電器は、繰り返しの充放電が可能な二次電池であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の車両用充電制御装置。
【請求項９】
前記複数の第１充電器の少なくとも一部は、コンデンサであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の車両用充電制御装置。
【請求項１０】
前記複数の第１充電器は、繰り返しの充放電が可能な二次電池と、コンデンサとを含んでおり、
前記複数の第１充電器により前記第２充電器を充電する際には、前記二次電池に優先して前記コンデンサが放電されるように、前記コンデンサの両端電圧を前記二次電池の出力電圧よりも高くすることを特徴とする請求項９に記載の車両用充電制御装置。
【請求項１１】
前記複数の第１充電器は、少なくとも二つの前記コンデンサを含んでおり、
前記複数の第１充電器により前記第２充電器を充電する際には、前記少なくとも二つのコンデンサを直列接続することで、直列接続された前記少なくとも二つのコンデンサの両端電圧を前記二次電池の出力電圧よりも高くすることを特徴とする請求項１０に記載の車両用充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＶ車に内蔵された二次電池の充電制御を行なう充電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン価格の高騰と大気中の二酸化炭素削減の政府目標などを背景にして、今後、電気自動車（以下、ＥＶ車）が急速に普及することが見込まれている。
【０００３】
ＥＶ車に搭載されるバッテリ（二次電池）に用いられるリチウムイオン電池は、価格が高いことと、サイズ的な制限により、それほど大容量のものをＥＶ車に搭載することはできない。このため、一度の充電で走行可能な距離も限られており、多数の充電スタンドを市街地に設置することが、ＥＶ車の普及の鍵になる。
【０００４】
充電スタンドに設置される代表的な充電器は、２０ｋワット〜５０ｋワットの受電容量を持っている。この受電容量は、最大で２００ボルトで２５０アンペア程度の電流を流すことを意味し、一般家庭にはとても設置できないほどの大容量である。もし、このような大電流を流せる受電設備を一般家庭に設置するとなると、大がかりな電気工事が必要となり、電気の契約料金も著しく高額になってしまう。
【０００５】
特許文献１には、ＥＶ車のバッテリとは別個に二次電池を設けて、二次電池への充電を行なう１次側電力を小さくして、大規模な受電設備を不要とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２１１３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術は、一次側電源から直接、ＥＶ車のバッテリを充電するのではなく、ＥＶ車のバッテリとは別の二次電池をいったん一次側電源の電力で充電して、その後、その二次電池からＥＶ車のバッテリを充電するものである。
【０００８】
ところが、ＥＶ車のバッテリとは別の二次電池のバッテリ容量が少なくなったり、バッテリ切れを起こした場合の対処方法については、あまり考慮されていない。したがって、特許文献１に記載された技術では、ＥＶ車のバッテリとは別の二次電池の充電期間中は、ＥＶ車のバッテリ充電ができないことになり、著しく使い勝手が悪くなる。
【０００９】
本願発明は、上述した問題点を考慮に入れてなされたものであり、その目的は、大がかりな受電設備を必要とせず、かつ複数台のＥＶ車に対して連続的に短時間でバッテリ充電を行なうことができる車両用充電制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、一次電源からの電力により充電されうる複数の第１充電器と、
前記一次電源からの電力による充電対象として、前記複数の第１充電器のうちの一つを選択する第１選択器と、
前記第１選択器で選択された第１充電器の充電電力を利用して充電されうる車両内部の第２充電器の充電制御を行なう充電制御部と、
前記第２充電器を充電するために、前記複数の第１充電器のうちの一つを選択する第２選択器と、
前記複数の第１充電器の各出力電圧レベルに基づいて、前記第１選択器および前記第２選択器の選択を制御する選択判定部と、を備えることを特徴とする車両用充電制御システムを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大がかりな受電設備を必要とせず、かつ複数台のＥＶ車に対して連続的に短時間でバッテリ充電を行なうことができる車両用充電制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による車両用充電制御装置１の概略構成を示すブロック図。
【図２】複数の第１充電器４の充電処理の一例を示すフローチャート。
【図３】第２充電器１０の充電処理の一例を示すフローチャート。
【図４】図１の充電制御装置１の動作タイミング図。
【図５】複数の第１充電器４をコンデンサと二次電池４ａで構成した一例を示す回路図。
【図６】図５の回路で第２充電器１０を充電する際のスイッチの切替状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態による車両用充電制御装置１の概略構成を示すブロック図である。この車両用充電制御装置１は、不特定多数のＥＶ車のバッテリの充電を制御するものであり、例えば任意の場所に設けられる充電スタンドに設置することを想定している。
【００１５】
図１の車両用充電制御装置１は、一次電源２を直流電圧（以下、一次側電圧）に変換するＡＣ／ＤＣ変換器３と、一次側電圧により充電される複数の第１充電器４と、第１選択器５と、車両内部の第２充電器１０を充電する制御を行なう充電制御部６と、第２選択器７と、第３選択器８と、選択判定部９と、を備えている。
【００１６】
複数の第１充電器４は、一次電源２（例えば商用電源）からの電力を利用して充電可能である。第１選択器５は、複数の第１充電器４のいずれか一つを選択する。第１選択器５で選択された第１充電器４は、一次電源２の電力を利用して充電される。
【００１７】
図１では、４個の第１充電器４Ａ〜４Ｄを設ける例を示しており、以下では、これらを総称して第１充電器４と呼ぶ。なお、第１充電器４の数は２個以上であればよく、具体的な数は任意である。
【００１８】
第２選択器７は、複数の第１充電器４のいずれか一つを選択する。選択された第１充電器４の充電電力は、ＥＶ車の第２充電器１０の充電に用いられる。第３選択器８は、複数の第１充電器４のいずれでも第２充電器１０の充電ができないと判断されたときに、一次電源２にて第２充電器１０の充電を行えるように、一次電源２と充電制御部６とを接続する。
【００１９】
選択判定部９は、複数の第１充電器４それぞれの出力電圧レベルに基づいて、第１〜第３選択器５，７，８の選択制御を行なう。
【００２０】
本実施形態では、複数の第１充電器４のそれぞれの充電容量のうち満充電でない第１充電器を第１選択器５で順に選択して、一次電源２により充電するため、一次電源２から短時間で大量の電流を流す必要がなくなり、一次電源２の受電設備を小型化できる。また、複数の第１充電器４は、第２選択器７で切替ながら、ＥＶ車の第２充電器１０を充電するため、個々の第１充電器４の充電容量は第２充電器１０の充電容量よりも小さくて済む。これにより、充電制御装置１を小型化できる。
【００２１】
図２は複数の第１充電器４の充電処理の一例を示すフローチャートである。まず、すべての第１充電器４が完全放電状態か否かを判定する（ステップＳ１）。すべての第１充電器４が完全放電状態の場合は、まず第１選択器５にて第１充電器４Ａを選択して、一次電源２からの電力により充電を開始する（ステップＳ２）。そして、第１充電器４Ａの充電が終了したか否かを判定し（ステップＳ３）、満充電になるまで充電を継続する。
【００２２】
第１充電器４Ａの充電が終了した場合は、次に第１選択器５にて第１充電器４Ｂを選択して、一次電源２からの電力により充電を開始する（ステップＳ４）。そして、第１充電器４Ｂの充電が終了したか否かを判定し（ステップＳ５）、満充電になるまで充電を継続する。
【００２３】
第１充電器４Ｂの充電が終了した場合は、次に第１選択器５にて第１充電器４Ｃを選択して、一次電源２からの電力により充電を開始する（ステップＳ６）。そして、第１充電器４Ｃの充電が終了したか否かを判定し（ステップＳ７）、満充電になるまで充電を継続する。
【００２４】
第１充電器４Ｃの充電が終了した場合は、次に第１選択器５にて第１充電器４Ｄを選択して、一次電源２からの電力により充電を開始する（ステップＳ８）。そして、第１充電器４Ｄの充電が終了したか否かを判定し（ステップＳ９）、満充電になるまで充電を継続する。
【００２５】
第１充電器４Ｄの充電が終了した時点で、すべての第１充電器４の充電が終了したことになる。なお、第１充電器４および第２充電器１０は、いったん満充電状態になっても、時間の経過とともに自然放電するが、処理の簡略化のために、本明細書では、自然放電は考慮に入れないことにする。
【００２６】
その後、後述するように、複数の第１充電器４に充電された電力は、第２充電器１０の充電に利用されて、個々の第１充電器４の出力電圧レベルは下がっていく。
【００２７】
そこで、複数の第１充電器４のうち、出力電圧レベルが最大の第１充電器４を第１選択器５にて選択する（ステップＳ１０）。ここでは、満充電状態の第１充電器４は選択対象から除外して、満充電状態でない第１充電器４の中で、出力電圧レベルが最大の第１充電器４を一つ選択する。
【００２８】
次に、選択した第１充電器４を一次電源２の電力を利用して充電する（ステップＳ１１）。その後、充電中の第１充電器４が満充電になったか否かを判定し（ステップＳ１２）、満充電になった場合はステップＳ１０に戻り、満充電でない場合は、ステップＳ１１で充電を開始してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１３）。所定時間が経過していなければステップＳ１１に戻り、所定時間が経過した場合にはステップＳ１０に戻る。
【００２９】
このように、図２のフローチャートでは、複数の第１充電器４のうち、出力電圧レベルが最大の第１充電器４を第１選択器５で選択して、一次電源２の電力にて充電を行なう。
【００３０】
図３は第２充電器１０の充電処理の一例を示すフローチャートである。まず、複数の第１充電器４の中で、出力電圧レベルが最大の第１充電器４を第２選択器７で選択する（ステップＳ２１）。次に、選択した第１充電器４の充電電力を利用してＥＶ車の第２充電器１０を充電する（ステップＳ２２）。
【００３１】
次に、第２充電器１０が満充電になったか否かを判定する（ステップＳ２３）。満充電になった場合は、別のＥＶ車の第２充電器１０を引き続き充電する（ステップＳ２４）。ステップＳ２３で、満充電でないと判定されると、ステップＳ２２で充電を開始してから所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ２５）。所定時間を経過していない場合はステップＳ２２に戻って充電を継続し、所定時間を経過した場合は、ステップＳ２１に戻って、再度、第１充電器４の選択をやり直して、ステップＳ２２以降の処理を行なう。
【００３２】
このように、図３のフローチャートでは、複数の第１充電器４のうち、出力電圧レベルが最大の第１充電器４を第１選択器５で選択して、その充電電力を利用してＥＶ車の第２充電器１０を充電する。
【００３３】
すべての第１充電器４のバッテリ残容量がゼロに近い場合、選択判定部９は、どの第１充電器４も選択せずに、第３選択器８を選択する。これにより、一次電源２と充電制御部６が直接接続されて、充電制御部６は、一次電源２の電力を利用して、ＥＶ車の第２充電器１０を充電する。これにより、すべての第１充電器４のバッテリ残容量がゼロに近くても、ＥＶ車の第２充電器１０の充電を迅速に行なうことができ、第１充電器４の充電が終わるまでユーザを待たせなくて済む。
【００３４】
なお、第３選択器８を選択するか否かの基準となる第１充電器４の基準残容量を予め定めておき、あと少しで基準残容量に達する場合には、すぐに第３選択器８を選択せずに、基準残容量に達するまで待機して、基準残容量に達した第１充電器４を第２選択器７で選択してもよい。
【００３５】
図４は図１の充電制御装置１の動作タイミング図である。この動作タイミング図は、初期状態で、すべての第１充電器４が放電状態にある例を示している。図４では、第１選択器５と第２選択器７で第１充電器４Ａを選択する期間を「Ａ」、第１充電器４Ｂを選択する期間を「Ｂ」、第１充電器４Ｃを選択する期間を「Ｃ」、第１充電器４Ｄを選択する期間を「Ｄ」、第３選択器８が選択される期間を「Ｅ」と表示している。
【００３６】
まず、時刻ｔ１に第１充電器４Ａの充電を開始し、時刻ｔ２に充電を完了する。その後、同様にして、時刻ｔ２〜ｔ３の間に第１充電器４Ｂの充電を行ない、時刻ｔ３〜ｔ４の間に第１充電器４Ｃの充電を行い、時刻ｔ４以降に第１充電器４Ｄの充電を行なう。
【００３７】
その後、時刻ｔ５のときに、第２選択器７で第１充電器４Ａを選択して、ＥＶ車Ｊ１の第２充電器１０の充電を開始し、時刻ｔ６に充電を完了する。これにより、第１充電器４Ａは完全放電状態になる。このため、時刻ｔ６以降、第１選択器５で第１充電器４Ａを選択して、第１充電器４Ａを充電する。
【００３８】
引き続いて、時刻ｔ７のときに、第２選択器７で第１充電器４Ｂを選択して、ＥＶ車Ｊ２の第２充電器１０の充電を開始し、時刻ｔ８に充電を完了する。これにより、第１充電器４Ｂは完全放電状態になる。ただし、この時点では、第１充電器４Ａの充電が完了しておらず、また、第１充電器４Ａの出力電圧レベルは第１充電器４Ｂの出力電圧レベルより高いため、第１充電器４Ｂの充電は後回しになる。
【００３９】
その後、時刻ｔ９になると、第１選択器５で第１充電器４Ｃを選択して、ＥＶ車Ｊ３の第２充電器１０の充電を開始し、時刻ｔ１０に充電を完了する。ＥＶ車Ｊ３の第２充電器１０は、充電を開始する時点でバッテリ残量がかなりあったため、短時間で充電を完了する。短時間で充電を完了するということは、第１充電器４Ｃの出力電圧レベルもそれほど下がらないことを意味する。したがって、時刻ｔ１０の時点では、第１充電器４Ｃの出力電圧レベルが第１充電器４Ａ，４Ｂの出力電圧レベルよりも高いため、第１選択器５は、第１充電器４Ｃを選択して、一次電源２による充電を行なう。これにより、第１充電器４Ａ，４Ｂの充電は中断される。
【００４０】
時刻ｔ１１になると、第１充電器４Ｃの充電が完了する。この時点では、第１充電器４Ａの方が第１充電器４Ｂよりも出力電圧レベルが高いため、第１充電器４Ａの充電が行なわれて、時刻ｔ１２で第１充電器４Ａの充電が完了する。引き続いて、第１充電器４Ｂの充電が行なわれる。
【００４１】
このように、すべての第１充電器４が完全放電状態の場合は、第１選択器５は、個々の第１充電器４を順に選択して、一つずつ満充電になるまで充電を行なう。ＥＶ車の第２充電器１０の充電を行なう場合は、複数の第１充電器４のうち、出力電圧レベルが最大の第１充電器４を第２選択器７で選択する。また、第１充電器４の放電により、その出力電圧レベルが下がった場合は、出力電圧レベルが最大の第１充電器４を第１選択器５で選択して、優先的に一次電源２により充電を行なう。こうすることで、最短の時間で次のＥＶ車への充電準備を整えることになる。
【００４２】
上述した第２充電器１０は、繰り返しの充放電が可能な二次電池であるが、複数の第１充電器４は必ずしも二次電池である必要はなく、例えばコンデンサでもよい。コンデンサを用いる場合は、複数の第１充電器４のうち一部の第１充電器４をコンデンサにして、残りを二次電池にして、第２充電器１０を充電する際に、まずはコンデンサの蓄積電荷を先に放電させるのが望ましい。その理由は、第２充電器１０の充電の初期状態では、急激に充電電流が流れて、その一部が損失となって第１充電器４が発熱するおそれがあるためである。二次電池に用いられるリチウムイオン電池は、熱に弱く、熱によって充電性能が劣化することから、急激な充電電流（すなわち突入電流）の発生はできるだけ避けるのが望ましい。そこで、充電の初期状態では、二次電池ではなく、コンデンサから充電電流を流すようにして、二次電池が発熱しないようにする対策を取ることが考えられる。
【００４３】
第２充電器１０の充電の初期状態のときに、二次電池ではなく、コンデンサから充電電流を流すようにするためには、コンデンサの両端電圧を二次電池の出力電圧よりも高くしておく必要がある。コンデンサの両端電圧が二次電池の出力電圧よりも高ければ、コンデンサが二次電池よりも先に放電するためである。
【００４４】
図５は複数の第１充電器４をコンデンサと二次電池４ａで構成した一例を示す回路図である。図５では、一次電源２の２本の出力線路上に、二次電池４ａと２つのコンデンサＣ１，Ｃ２がそれぞれ並列接続される例を示している。二次電池４ａには、第１選択器５の一部を構成する２接点スイッチＳＷ１が直列接続されている。コンデンサＣ１には、第１選択器５と第２選択器７の一部を構成する３接点スイッチＳＷ２が直列接続されている。同じく、コンデンサＣ２には、第１選択器５と第２選択器７の一部を構成する３接点スイッチＳＷ３，ＳＷ４が直列接続されている。
【００４５】
一次電源２から二次電池４ａを充電する際は、２接点スイッチＳＷ１をオンする。このとき、３接点スイッチＳＷ２〜ＳＷ４はいずれもｂ側に閉路されている。一方、一次電源２によりコンデンサＣ１，Ｃ２のいずれかを充電する際は、対応する３接点スイッチをａ側に閉路する。このとき、もう一つの３接点スイッチはｂ側に閉路され、２接点スイッチＳＷ１はオフにされる。
【００４６】
二次電池４ａおよびコンデンサＣ１，Ｃ２に蓄電された電力を用いてＥＶ車の第２充電器１０を充電する場合は、図６に示すように、３接点スイッチＳＷ２をｂ側に、３接点スイッチＳＷ３をａ側に設定する。これにより、第２充電器１０の充電制御を行なう充電制御部６の入力端子には、両方のコンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧Ｖａの総和の電圧２Ｖａが印加される。すなわち、充電制御部６の入力端子には、二次電池４ａの電圧Ｖａよりも高い電圧が印加されることになり、二次電池４ａよりもコンデンサＣ１，Ｃ２の放電が優先して行なわれることになる。
【００４７】
したがって、図５のような回路を設ければ、ＥＶ車の第２充電器１０を充電する際に、二次電池４ａから大量の放電電流が流れて発熱するといった不具合が起きなくなり、第１充電器４の寿命向上が図れ、保守費用を削減できる。
【００４８】
上述した実施形態では、複数の第１充電器４の充電後の自然放電は特に考慮に入れなかったが、満充電にした第１充電器４は、第２充電器１０の充電のために利用しなくても、少しずつ自然放電する。したがって、選択判定部９は、自然放電も考慮に入れて、定期的に複数の第１充電器４の出力電圧レベルをチェックして、自然放電した分は、適宜充電するようにしてもよい。
【００４９】
このように、上述した本実施形態では、一次電源２から直接、ＥＶ車の第２充電器１０を充電せずに、第１選択器５の選択を切り替えながら、一次電源２の電力を複数の第１充電器４に順に充電し、その後、第２選択器７で複数の第１充電器４のいずれかを選択して、第２充電器１０の充電を行なう。これにより、一次電源２の受電設備が大きくなくても、複数のＥＶ車を連続的に充電するための電力を、充電すべきＥＶ車が存在しない間に複数の第１充電器４に蓄電できる。したがって、大型の受電設備が不要となって、充電スタンドのインフラ設備費用を抑制できる。また、複数の第１充電器４を順に利用してＥＶ車の第２充電器１０の充電を行なうため、複数のＥＶ車の充電を短時間で行なうことができる。
【００５０】
また、一次電源２と複数の第１充電器４との間に第１選択器５を設けるため、充電すべき最適な第１充電器４を選択できる。より具体的には、第１選択器５は、複数の第１充電器４のうち、その出力電圧レベルが最大の第１充電器４を選択する。その理由は、充電が完了するまでの時間が短いことと、出力電圧レベルがより高い第１充電器４を利用して第２充電器１０を充電した方が充電効率が高いためである。
【００５１】
さらに、複数の第１充電器４と第２充電器１０との間に第２選択器７を設けるため、第２充電器１０の充電に用いられるべき最適な第１充電器４を選択できる。より具体的には、第２選択器７は、出力電圧レベルがより高い第１充電器４を選択する。その理由は、上述した通り、充電効率を向上できるためである。
【００５２】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  車両用充電制御装置、２  一次電源、３  ＡＣ／ＤＣ変換器、４  第１充電器、５  第１選択器、６  充電制御部、７  第２選択器、８  第３選択器、９  選択判定部、１０  第２充電器
【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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