(57)【要約】      （修正有）【課題】放電側の蓄電装置の出力電圧が低下した場合でも、充電作業を継続可能とした充電装置を提供する。【解決手段】第１の蓄電装置の出力電圧及び出力電流を、充電用電力変換器により所定の大きさの充電電圧及び充電電流に変換して第２の蓄電装置に供給することにより第２の蓄電装置を充電する充電装置において、電力変換器の電流制御系における第２の蓄電装置の充電電流指令値を、第１の蓄電装置の出力電流が出力電流制限値以下になるように調整する指令値調整手段を備える。この指令値調整手段は、蓄電装置の出力電流制限値と出力電流検出値との偏差がゼロになるように調節演算するＰＩ演算手段６２と、その出力を制限する第２のリミッタ６３と、その出力を充電電流制限値として前記充電電流指令値を制限する第１のリミッタ５１と、により構成する。【選択図】図４
2013251961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の蓄電装置の出力電圧及び出力電流を、半導体スイッチング素子を有する充電用電力変換器により所定の大きさの充電電圧及び充電電流に変換して第２の蓄電装置に供給することにより第２の蓄電装置を充電する充電装置において、
前記充電用電力変換器の電流制御系における第２の蓄電装置の充電電流指令値を、第１の蓄電装置の出力電流が出力電流制限値以下になるように調整する指令値調整手段を備えたことを特徴とする充電装置。
【請求項２】
請求項１に記載した充電装置において、
前記指令値調整手段は、第１の蓄電装置の出力電流が前記出力電流制限値未満の閾値を超えた時に、前記充電電流指令値を予め設定した量だけ低減させることを特徴とする充電装置。
【請求項３】
請求項１に記載した充電装置において、
前記指令値調整手段は、第１の蓄電装置の出力電圧が所定の閾値を超えて低下した時に、前記充電電流指令値を予め設定した量だけ低減させることを特徴とする充電装置。
【請求項４】
請求項１に記載した充電装置において、
前記指令値調整手段は、第１の蓄電装置の出力電圧に応じて予め設定された低減量に従って前記充電電流指令値を段階的に低減させることを特徴とする充電装置。
【請求項５】
請求項１に記載した充電装置において、
前記指令値調整手段は、第１の蓄電装置の充電率または充電量に応じて予め設定された低減量に従って前記充電電流指令値を段階的に低減させることを特徴とする充電装置。
【請求項６】
請求項１に記載した充電装置において、
前記指令値調整手段は、予め設定されている第１の蓄電装置の出力電流制限値と第１の蓄電装置の出力電圧及び第２の蓄電装置の充電電圧とから求めた充電電流制限値により前記充電電流指令値を調整することを特徴とする充電装置。
【請求項７】
請求項１に記載した充電装置において、
前記指令値調整手段は、第１の蓄電装置の出力電流制限値と出力電流検出値との偏差がゼロになるように調節演算する演算手段と、この演算手段の出力を制限する第２のリミッタと、第２のリミッタの出力を充電電流制限値として前記充電電流指令値を制限する第１のリミッタと、を備えたことを特徴とする充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換器を用いて二次電池（バッテリー）等の蓄電装置を充電する充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータにより駆動される電気自動車やハイブリッド自動車は、電源として蓄電装置を備えている。蓄電装置の電力は車両の走行に伴って消費されるため、外部から蓄電装置を充電する必要がある。
このため、通常は、蓄電装置が過放電によって走行不能になる前に、車両を近くの充電スタンド等の充電装置まで移動させて充電作業を行っている。しかし、車両が充電装置の近くに到達する前に走行不能になった場合、車両を牽引して移動させる等の面倒な措置が必要になる。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１には、２台の車両間でバッテリーを充電可能とした車載型双方向バッテリー充電装置が開示されている。
図５は、この従来技術を示す回路であり、１００はバッテリーＢＡＴ１を備えた自車、２００はバッテリーＢＡＴ２を備えた他車、３００は充電ケーブルである。
また、自車１００において、Ｑ１，Ｑ２は昇降圧チョッパを構成する半導体スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２は還流ダイオード、Ｌはチョークコイル、ＣＳは電流センサ、Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２はコンタクタ、１５０は演算ユニット、ＣＦは電流センサＣＳによる電流検出値、ＶＦ１，ＶＦ２は電圧検出値である。
【０００４】
上記構成において、例えば、他車２００のバッテリーＢＡＴ２が過放電状態であり、バッテリーＢＡＴ１の電圧がバッテリーＢＡＴ２の電圧よりも高い場合には、コンタクタＳ１１，Ｓ１２をオンして降圧動作用のスイッチング素子Ｑ１をオンオフさせ、バッテリーＢＡＴ１の直流電力によりバッテリーＢＡＴ２を降圧充電する。
更に、バッテリーＢＡＴ２の電圧がバッテリーＢＡＴ１の電圧よりも高い場合には、コンタクタＳ２１，Ｓ２２をオンして昇圧動作用のスイッチング素子Ｑ２をオンオフさせ、バッテリーＢＡＴ１の直流電力によりバッテリーＢＡＴ２を昇圧充電する。
【０００５】
ここで、演算ユニット１５０には、電流検出値ＣＦ及び電圧検出値ＶＦ１，ＶＦ２が入力されており、電圧検出値ＶＦ１とＶＦ２との差に応じてコンタクタＳ１１，Ｓ１２またはＳ２１，Ｓ２２をオンさせ、ＶＦ１またはＶＦ２が設定値に達するまで定電圧、定電流充電を行うようにスイッチング素子Ｑ１またはＱ２を駆動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３６０４５８２号公報（段落［０００９］〜［００１５］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さて、様々な仕様（定格電圧）の蓄電装置を充電するために定電流充電を行う充電装置では、充電される蓄電装置の仕様に適合した一定電流により充電するのが一般的である。
しかし、充電の進行に伴って放電側の蓄電装置のＳＯＣ（充電率または充電量）が低下し、出力電圧が低下してくると、充電側の蓄電装置が要求する充電電力を出力するため、放電側の蓄電装置の出力電流が増加する。そして、この出力電流が放電側の蓄電装置の制限値を超えてしまうと、もはや充電電流を供給できなくなり、充電の継続が不可能になってしまう。
前述した特許文献１には、上記の問題点やその解決策について、何ら言及されていない。
【０００８】
そこで、本発明の解決課題は、放電側の蓄電装置の出力電圧が低下した場合でも充電作業を継続可能とした充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、第１の蓄電装置の出力電圧及び出力電流を、半導体スイッチング素子を有する充電用電力変換器により所定の大きさの充電電圧及び充電電流に変換して第２の蓄電装置に供給することにより第２の蓄電装置を充電する充電装置において、
前記充電用電力変換器の電流制御系における第２の蓄電装置の充電電流指令値を、第１の蓄電装置の出力電流が出力電流制限値以下になるように調整する指令値調整手段を備えたものである。
【００１０】
なお、前記指令値調整手段としては、請求項２に記載するように第１の蓄電装置の出力電流が出力電流制限値未満の閾値を超えた時、または、請求項３に記載するように第１の蓄電装置の出力電圧が所定の閾値を超えて低下した時に、充電電流指令値を予め設定した量だけ低減させ、あるいは、請求項４や請求項５に記載するように第１の蓄電装置の出力電圧またはＳＯＣに応じて予め設定された低減量に従って充電電流指令値を段階的に低減させることが望ましい。
【００１１】
また、請求項６に記載されているように、予め設定されている第１の蓄電装置の出力電流制限値と第１の蓄電装置の出力電圧及び第２の蓄電装置の充電電圧とから求めた充電電流制限値により、前記充電電流指令値を調整するようにしてもよい。
更に、前記指令値調整手段としては、請求項７に記載するように、第１の蓄電装置の出力電流制限値と出力電流検出値との偏差がゼロになるように調節演算する演算手段と、この演算手段の出力を制限する第２のリミッタと、第２のリミッタの出力を充電電流制限値として充電電流指令値を制限する第１のリミッタと、を備えたものであってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、放電側の蓄電装置のＳＯＣひいては出力電圧が低下した場合でも、充電側の蓄電装置の充電電流指令値を低減させることによって充電電力を低減、言い換えれば放電側の蓄電装置の出力電流を低減させるため、充電作業を支障なく継続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態の使用状態を示す図である。
【図３】充電用電力変換器の電流制御系の構成図である。
【図４】充電用電力変換器の電流制御系の構成図である。
【図５】特許文献１に記載された従来技術の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の実施形態の全体構成図である。図１において、１１は充電用電源となる放電側の蓄電装置、２１は充電側の蓄電装置であり、これらの蓄電装置１１，２１は、例えば電気自動車に搭載されているものである。なお、蓄電装置１１，２１は、必ずしも車載のものでなくてもよく、何れか一方または両方が非車載の蓄電装置であってもよい。
【００１５】
放電側の蓄電装置１１の出力電流Ｉ１は充電用電力変換器４０に入力され、その出力電流は充電電流Ｉ２として充電側の蓄電装置２１に供給される。なお、Ｖ１は蓄電装置１１の出力電圧、Ｖ２は蓄電装置２２の充電電圧である。
【００１６】
図２は、この実施形態の使用状態を示す説明図である。
図２において、ＥＶ１は充電用電源となる蓄電装置１１が搭載された電気自動車、ＥＶ２は充電される蓄電装置２１が搭載された電気自動車である。これらの電気自動車ＥＶ１，ＥＶ２は、充電コネクタ１２，２２、電源ケーブル３１，３２を介して充電用電力変換器４０に接続される。
充電用電力変換器４０は、電気自動車ＥＶ１またはＥＶ２に搭載されていてもよいし、外部に設けられていてもよい。なお、電気自動車にはモータ駆動用のインバータが搭載されているので、このインバータを充電用電力変換器４０として利用することが望ましい。
【００１７】
ここで、充電用電力変換器４０の構成は特に限定されず、充電側の蓄電装置２１の定格電圧に応じた充電電圧Ｖ２を出力し、かつ、蓄電装置２１に対する充電電流指令値Ｉ２＊に従って一定の充電電流Ｉ２を供給するように、半導体スイッチング素子を駆動するものであればよい。充電用電力変換器４０としては、前述した特許文献１のように昇降圧チョッパを備えたものでもよいし、他の構成のものでもよい。
【００１８】
図３は、充電用電力変換器４０の半導体スイッチング素子を駆動する制御回路（図示せず）に設けられた電流制御系の構成図である。
図３において、充電側の蓄電装置２１の仕様に基づく充電電流指令値Ｉ２＊はリミッタ５１を介して減算手段５２に図示の符号で入力され、この減算手段５２には充電電流検出値Ｉ２が図示の符号で入力されている。ここで、リミッタ５１は、充電電流指令値Ｉ２＊の上限値を充電電流制限値Ｉ２ｌｉｍｉｔに制限するように動作する。
【００１９】
減算手段５２から出力される偏差（リミッタ５１により大きさが制限された充電電流指令値Ｉ２＊と充電電流検出値Ｉ２との偏差）は電流調節手段５３に入力されており、上記偏差をゼロにする調節動作により、充電用電力変換器４０の半導体スイッチング素子を駆動するオンオフ信号を得るための電圧指令値Ｖ２＊が生成される。この電圧指令値Ｖ２＊に基づいて上記半導体スイッチング素子を駆動することにより、充電用電力変換器４０の出力電圧Ｖ２が電圧指令値Ｖ２＊に一致するような制御が実行される。
ここで、リミッタ５１は請求項における指令値調整手段を構成している。
【００２０】
次に、請求項２〜６に記載した充電電流制限値Ｉ２ｌｉｍｉｔの設定方法について具体的に説明する。
すなわち、蓄電装置１１の出力電流Ｉ１が所定の閾値（蓄電装置１１の出力電流制限値Ｉ１ｌｉｍｉｔ未満の値）を超えた場合に、あるいは、蓄電装置１１の出力電圧Ｖ１が所定の閾値を超えて低下した場合に、充電電流指令値Ｉ２＊を予め設定した量（例えば、当初の充電電流指令値Ｉ２＊から２０％あるいは１０［Ａ］）だけ低減させればよい。
また、放電側の蓄電装置１１の出力電圧Ｖ１やＳＯＣに対する充電電流指令値Ｉ２＊の低減量マップを予め用意しておき、この低減量マップに基づき、出力電圧Ｖ１またはＳＯＣに応じて充電電流指令値Ｉ２＊を低減させるような方法をとってもよい。
上記構成において、リミッタ５１（充電電流制限値Ｉ２ｌｉｍｉｔ）を用いずに、充電電流指令値Ｉ２＊自体を調整することによっても、放電側の蓄電装置１１の出力電流Ｉ１の増加を防ぐことができる。
また、蓄電装置１１から出力される電力は蓄電装置２１に充電される電力及び充電用電力変換器４０の損失であることから、予め設定されている蓄電装置１１の出力電流制限値Ｉ１ｌｉｍｉｔと、蓄電装置１１の出力電圧Ｖ１及び蓄電装置２１の充電電圧Ｖ２とから、下記の数式により充電電流制限値Ｉ２ｌｉｍｉｔを設定してもよい。
Ｉ２ｌｉｍｉｔ＝Ｉ１ｌｉｍｉｔ×Ｖ１×Ｋ１／Ｖ２
なお、Ｋ１は充電用電力変換器４０の効率であり、例えば０．９等の予め決められた値が用いられる。
【００２１】
上記のようにすれば、何れの場合にも、蓄電装置１１の出力電流検出値Ｉ１が出力電流制限値Ｉ１ｌｉｍｉｔ以下となるように、充電電流制限値Ｉ２ｌｉｍｉｔにより制限された充電電流指令値Ｉ２＊に従って蓄電装置２１が充電される。これにより、蓄電装置２１の充電電流Ｉ２が増加し続ける事態は回避できるので、仮に電源側の蓄電装置１１の出力電圧Ｖ１が低下しても、蓄電装置１１の出力電流Ｉ１が出力電流制限値Ｉ１ｌｉｍｉｔを超えて増加するおそれはない。
【００２２】
次に、請求項７に記載の方法について具体的に説明する。
図４は、図３と同様に充電用電力変換器４０の半導体スイッチング素子を駆動する制御回路に設けられた電流制御系の構成図である。図４に示すように、リミッタ５１における充電電流制限値Ｉ２ｌｉｍｉｔを調整するための手段として、減算手段６１、ＰＩ演算手段６２及びリミッタ６３が設けられる。
上記構成において、リミッタ５１は請求項における第１のリミッタに相当し、リミッタ６３は第２のリミッタに相当する。また、第１，第２のリミッタ５１，６３、減算手段６１及びＰＩ演算手段６２は、請求項における指令値調整手段を構成している。
【００２３】
ここでは、減算手段６１により、放電側の蓄電装置１１の出力電流制限値Ｉ１ｌｉｍｉｔと出力電流検出値Ｉ１との偏差が求められ、この偏差はＰＩ演算手段６２に入力される。ＰＩ演算手段６２では、入力された偏差をゼロにする比例・積分演算が行われ、その出力がリミッタ６３により制限されて充電電流制限値Ｉ２ｌｉｍｉｔとなる。
上記リミッタ６３は、入力信号を０〜１００％の範囲の任意の割合で制限する機能を備えている。
【００２４】
図４の構成によれば、蓄電装置１１の出力電流検出値Ｉ１が出力電流制限値Ｉ１ｌｉｍｉｔ以下の最大値となるよう制御され、その時の充電電流制限値Ｉ２ｌｉｍｉｔにより制限された充電電流指令値Ｉ２＊に従って蓄電装置２１が充電されることになる。
従って、蓄電装置１１の出力電流が制限値Ｉ１ｌｉｍｉｔを超えることはなく、前記同様に、蓄電装置１１の出力電圧Ｖ１が低下した場合にも蓄電装置２１を継続的に充電することが可能である。
【００２５】
なお、以上の動作により充電電流指令値Ｉ２＊または充電電流制限値Ｉ２ｌｉｍｉｔを調整した場合でも、何らかの理由によって蓄電装置１１の出力電流Ｉ１が増加し続けるような場合には、非常時の保護動作として充電用電力変換器４０の運転を停止することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の充電装置は、電気自動車等に搭載された蓄電装置の間だけでなく、車載型、非車載型を問わず、二つの蓄電装置の間で一方の直流電力により他方を充電する用途全般に利用することができる。
【符号の説明】
【００２７】
ＥＶ１，ＥＶ２：電気自動車
１１，２１：蓄電装置
１２，２２：充電コネクタ
３１，３２：電源ケーブル
４０：充電用電力変換器
５１，６３：リミッタ
５２，６１：減算手段
５３：電流調節手段
６２：ＰＩ演算手段
【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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