(57)【要約】【課題】充電器の容量増加及び外部給電機能を簡易な構成で実現し、かつ、充電器の冷却性に配慮した充電システムを提供する。【解決手段】充電器３０は、蓄電装置２０とともに筐体２５の内部に設けられ、冷却装置４０によって冷却される。双方向コンバータ６０は、筐体２５の外部に設けられるとともに充電器３０に電気的に並列接続され、双方向に電力変換可能に構成される。ＥＣＵ９０は、充電器３０及び双方向コンバータ６０を用いた外部充電中において、蓄電装置２０のＳＯＣが第１の所定値を超えると双方向コンバータ６０を停止させ、ＳＯＣが第１の所定値よりも大きい第２の所定値に達すると充電器３０を停止させる。【選択図】図１
2016073114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置を充電する充電システムであって、
前記蓄電装置を収容する筐体と、
前記筐体の内部に設けられ、前記充電システムの外部の電源により前記蓄電装置を充電する第１の充電器と、
前記筐体の内部を冷却する冷却装置と、
前記筐体の外部に設けられるとともに前記第１の充電器に電気的に並列接続され、前記電源による前記蓄電装置の充電及び前記充電システムの外部への給電のいずれかを選択的に実行するように双方向に電力変換可能に構成された第２の充電器と、
前記第１及び第２の充電器を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記第１及び第２の充電器を用いた前記蓄電装置の充電中において、前記蓄電装置の充電状態を示す状態量が第１の所定値を超えると前記第２の充電器を停止させ、前記状態量が前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値に達すると前記第１の充電器を停止させる、充電システム。
【請求項２】
前記電源側に設けられる送電コイルから非接触で受電する受電コイルをさらに備え、
前記受電コイルは、前記第２の充電器に電気的に接続される、請求項１に記載の充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、充電システムに関し、特に、充電システムの外部の電源により蓄電装置を充電する充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平７−１５６８２６号公報（特許文献１）は、バッテリ及び電子機器類を一体化したバッテリモジュール体を車両の床下に搭載した電気自動車を開示する。バッテリモジュール体は、バッテリとともに、車両外部の電源によりバッテリを充電するためのオンボードチャージャー等を１個のボックス（筐体）内に収容して構成される。このような構成により、モジュール体を車体に組み付ければよいので、組立ラインにおいて作業性や組付性が向上する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１５６８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような充電システム（オンボードチャージャー等）については、充電システムが使用される国や地域における標準仕様やユーザの要求に応じて、機能を容易に拡張できることが望ましい。
【０００５】
具体的には、充電システムに要求される充電容量は、各国・地域における標準仕様やニーズによって異なり、各国・地域やユーザの要求に合わせて簡易な構成で充電容量を増加できることが望ましい。また、外部の電源による蓄電装置の充電だけでなく、外部への給電機能を要求される場合もあり、この場合も、簡易な構成で外部給電機能を追加できることが望ましい。さらに、充電器の充電容量を増加する場合には、充電器の冷却性に配慮する必要がある。
【０００６】
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、充電器の容量増加及び外部給電機能を簡易な構成で実現し、かつ、充電器の冷却性に配慮した充電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によれば、充電システムは、蓄電装置を充電する充電システムであって、蓄電装置を収容する筐体と、第１の充電器と、冷却装置と、第２の充電器と、制御装置とを備える。第１の充電器は、筐体の内部に設けられ、充電システムの外部の電源により蓄電装置を充電する。冷却装置は、筐体の内部を冷却する。第２の充電器は、筐体の外部に設けられるとともに第１の充電器に電気的に並列接続され、電源による蓄電装置の充電（外部充電）及び充電システムの外部への給電（外部給電）のいずれかを選択的に実行するように双方向に電力変換可能に構成される。制御装置は、第１及び第２の充電器を制御する。そして、制御装置は、第１及び第２の充電器を用いた蓄電装置の充電中において、蓄電装置の充電状態を示す状態量（ＳＯＣ（State  Of  Charge））が第１の所定値（Ｓ１）を超えると第２の充電器を停止させ、ＳＯＣが第１の所定値よりも大きい第２の所定値（Ｓ３）に達すると第１の充電器を停止させる。
【０００８】
充電器の容量増加及び外部給電機能に対するニーズに対応するために、筐体内に設けられる第１の充電器を大型化や双方向化したり、第２の充電器を第１の充電器とともに筐体内に組込んだりすると、大幅な設計変更が必要となる。この充電システムにおいては、双方向に電力変換可能な第２の充電器を筐体の外部に設ける構成としたので、充電器の容量増加及び外部給電機能を簡易な構成で実現することができる。また、第１及び第２の充電器の冷却性については、冷却装置により冷却される筐体内部に設けられる第１の充電器の方が第２の充電器よりも冷却性が良い。そこで、この充電システムにおいては、外部充電中にＳＯＣが上昇して充電電力を絞る場合に、冷却性が相対的に低い第２の充電器を先に停止させ、冷却性が良好な第１の充電器を最後まで使用するものとし、第１及び第２の充電器の冷却性に配慮した充電が行なわれる。したがって、この充電システムによれば、充電器の冷却性に配慮しつつ、充電器の容量増加及び外部給電機能を簡易な構成で実現することができる。
【０００９】
好ましくは、充電システムは、電源側に設けられる送電コイルから非接触で受電する受電コイルをさらに備える。受電コイルは、第２の充電器に電気的に接続される。
【００１０】
この充電システムにおいては、受電コイルは、筐体の外部に設けられる第２の充電器に接続されるので、筐体の内部に設けられる第１の充電器の構成を変更する必要はない。したがって、この充電システムによれば、筐体内部の構成変更を伴なうことなく、受電コイルを用いた非接触充電機能を追加することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、充電器の容量増加及び外部給電機能を簡易な構成で実現し、かつ、充電器の冷却性に配慮した充電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１による充電システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】外部充電の実行中における充電器及び双方向コンバータの動作状態を示したタイムチャートである。
【図３】図１に示す充電システムの詳細な回路図である。
【図４】実施の形態２による充電システムの全体構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す充電システムの詳細な回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１４】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による充電システム１０の全体構成を示すブロック図である。なお、以下では、ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両に充電システム１０が搭載される場合について代表的に説明されるが、充電システムの適用範囲は電動車両に限定されるものではない。
【００１５】
図１を参照して、この充電システム１０は、蓄電装置２０を収容する筐体２５と、充電器３０と、冷却装置４０と、受電部５０とを備える。また、充電システム１０は、双方向コンバータ６０、リレー７０及びアウトレット（電源コンセント）７５を含むアドオンモジュール８０と、電子制御装置（以下「ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）」と称する。）９０とをさらに備える。
【００１６】
蓄電装置２０は、再充電可能な直流電源であり、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池によって構成される。なお、二次電池に代えて電気二重層キャパシタなどの蓄電要素によって蓄電装置２０を構成してもよい。蓄電装置２０は、この充電システム１０によって充電され、蓄電装置２０に蓄えられた電力が車両駆動システム１００へ供給されて車両駆動システム１００により走行駆動力が生成される。
【００１７】
充電器３０は、蓄電装置２０とともに筐体２５の内部に設けられ、受電部５０に接続される車両外部の電源（図示せず）により蓄電装置２０を充電する（以下では、受電部５０に接続される車両外部の電源を「外部電源」とも称し、外部電源による蓄電装置２０の充電を「外部充電」とも称する。）。充電器３０は、たとえば、外部電源が商用交流電源である場合に絶縁型のＡＣ／ＤＣコンバータによって構成される。
【００１８】
冷却装置４０は、筐体２５の内部を冷却する。すなわち、蓄電装置２０及び充電器３０は、冷却装置４０によって冷却される。なお、図１では、冷却装置４０は、筐体２５の内部に設けられているが、冷却装置４０自体は筐体２５の外部に設け、冷却装置４０からの冷却媒体を筐体内部に供給することによって筐体内部を冷却するものであってもよい。冷却装置４０は、たとえば、車室内や車外から取り込まれる空気を筐体２５の内部で循環させるための冷却ファンによって構成される。
【００１９】
受電部５０は、外部電源から受電するための端子であり、たとえば、外部電源に接続される充電ケーブルのコネクタを接続可能な充電インレットによって構成される。
【００２０】
双方向コンバータ６０は、筐体２５の外部に設けられ、受電部５０と蓄電装置２０との間において、充電器３０に電気的に並列接続される。双方向コンバータ６０は、双方向に電力変換可能に構成され、外部充電時には、受電部５０から電力を受けて蓄電装置２０を充電し、アウトレット７５に接続される電気機器（図示せず）への給電（外部給電）時には、蓄電装置２０から受ける電力をたとえば商用交流電力に変換してアウトレット７５へ出力する。
【００２１】
リレー７０は、受電部５０と双方向コンバータ６０との間に設けられ、ＥＣＵ９０によってオン／オフ制御される。リレー７０は、外部充電時には導通状態となり、外部給電時には電力遮断状態となる。なお、外部給電時に、リレー７０を導通状態として双方向コンバータ６０から受電部５０を介して外部へ給電するようにしてもよい。
【００２２】
ＥＣＵ９０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、所定の制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ９０は、外部充電が要求されると、リレー７０を導通状態に制御するとともに充電器３０及び双方向コンバータ６０を制御することによって外部充電を実行する。
【００２３】
また、ＥＣＵ９０は、アウトレット７５からの外部給電が要求されると、リレー７０を電力遮断状態に制御するとともに双方向コンバータ６０を制御することによって外部給電を実行する。なお、受電部５０からの外部給電が要求される場合に、ＥＣＵ９０は、リレー７０を導通状態に制御するとともに双方向コンバータ６０を制御することによって、受電部５０からの外部給電を実行してもよい。
【００２４】
この充電システム１０においては、充電器の容量増加及び外部給電機能に対する要求に対応するために、筐体２５の内部に設けられる充電器３０を大型化・双方向化したり、追加の充電器を充電器３０とともに筐体２５内に組込んだりするのではなく、筐体２５の外部に、充電器３０に電気的に並列接続される双方向コンバータ６０が設けられる（アドオンモジュール８０の追加）。このような構成とすることにより、既設の充電器３０の設計変更や筐体２５内部のレイアウト変更等を伴なうことなく、充電容量の増加及び外部給電機能を簡易な構成で実現することができる。
【００２５】
また、外部充電の後半は、過充電を防止するために充電電力が絞られるところ、この充電システム１０においては、充電器３０及び双方向コンバータ６０の冷却性に配慮した充電制御が実行される。具体的には、充電器３０及び双方向コンバータ６０の冷却性については、冷却装置４０によって冷却される筐体２５内に設けられる充電器３０の方が双方向コンバータ６０よりも冷却性が良いことに鑑みて、ＥＣＵ９０は、外部充電の後半に充電電力を絞る場合に、先に双方向コンバータ６０を停止させ、冷却性の良い充電器３０を充電終了まで駆動する。
【００２６】
図２は、外部充電の実行中における充電器３０及び双方向コンバータ６０の動作状態を示したタイムチャートである。図２を参照して、蓄電装置２０のＳＯＣが、蓄電装置２０が満充電状態に近づいてきたことを示すしきい値Ｓ１に達するまでは、ＥＣＵ９０は、充電器３０及び双方向コンバータ６０の双方を駆動し、充電電力Ｐ１で蓄電装置２０が充電される。
【００２７】
時刻ｔ１においてＳＯＣがしきい値Ｓ１を超えると、ＥＣＵ９０は、双方向コンバータ６０を停止し、相対的に冷却性の良い充電器３０によって、充電電力Ｐ２（Ｐ２＜Ｐ１）で蓄電装置２０が充電される。その後、時刻ｔ２においてＳＯＣがしきい値Ｓ２（Ｓ２＞Ｓ１）を超えると、ＥＣＵ９０は、充電器３０による充電電力をＰ２からＰ３（Ｐ３＜Ｐ２）にさらに絞る。そして、時刻ｔ３においてＳＯＣが蓄電装置２０の満充電状態を示すしきい値Ｓ３（Ｓ３＞Ｓ２）に達すると、ＥＣＵ９０は、充電器３０を停止する。このようにして、蓄電装置２０の過充電を防止しつつ、充電器３０及び双方向コンバータ６０の冷却性に配慮した充電制御が実行される。
【００２８】
図３は、図１に示した充電システム１０の詳細な回路図である。図３を参照して、充電器３０は、整流部３２，３８と、インバータ３４と、トランス３６とを含む。整流部３２は、並列接続される２つの上下アームを含み、各上下アームは、直列接続される２つの整流素子（ダイオード）を含む。そして、各上下アームの中間点に受電部５０が接続され、整流部３２は、受電部５０から入力される交流電力を整流する。なお、各上下アームの下アームには、スイッチング素子が設けられ、さらに受電部５０と整流部３２との間の電力線にはリアクトルが設けられている。これにより、整流部３２は、リアクトルとともに昇圧チョッパ回路を構成し、受電部５０から入力される電力を整流するとともに昇圧することができる。
【００２９】
インバータ３４は、整流部３２によって整流された直流電力を高周波の交流に変換する。インバータ３４は、たとえばフルブリッジ回路によって構成される。トランス３６は、インバータ３４と整流部３８との間に接続され、蓄電装置２０と受電部５０に接続される外部電源（図示せず）とを電気的に絶縁する。
【００３０】
整流部３８は、蓄電装置２０の正極と負極との間に並列接続される２つの上下アームを含み、各上下アームは、直列接続される２つの整流素子（ダイオード）を含む。そして、各上下アームの中間ノードにトランス３６の二次コイルが接続され、整流部３８は、トランス３６から受ける高周波の交流電力を整流して蓄電装置２０へ出力する。
【００３１】
この充電器３０においては、整流部３２は、受電部５０から入力される電力（交流）を整流してインバータ３４へ出力し、インバータ３４は、整流部３２から出力される電力（直流）を高周波の交流に変換する。トランス３６は、インバータ３４の出力（交流）を整流部３８へ伝達し、整流部３８は、トランス３６から受ける電力（交流）を整流して蓄電装置２０へ出力する。
【００３２】
双方向コンバータ６０は、受電部５０と蓄電装置２０との間において、充電器３０に電気的に並列に接続される。なお、双方向コンバータ６０と受電部５０との間には、リレー７０が設けられる。
【００３３】
双方向コンバータ６０は、インバータ６２，６４，６８と、トランス６６とを含む。インバータ６２，６４，６８の各々は、たとえばフルブリッジ回路によって構成される。インバータ６２は、外部充電時においては、導通状態のリレー７０を介して受電部５０から受ける電力（交流）を整流してインバータ６４へ出力する。また、外部給電時においては、インバータ６２は、インバータ６４から受ける電力（直流）をたとえば商用交流電力に変換してアウトレット７５へ出力する。なお、双方向コンバータ６０においても、インバータ６２と受電部５０との間の電力線にリアクトルが設けられており、外部充電時において、インバータ６２は、リアクトルとともに昇圧チョッパ回路を構成し、受電部５０から入力される電力を整流するとともに昇圧することができる。
【００３４】
インバータ６４は、インバータ６２とトランス６６との間に接続される。インバータ６４は、外部充電時は、インバータ６２から受ける電力（直流）を交流に変換してトランス６６へ出力し、外部給電時は、トランス６６から受ける電力を整流してインバータ６２へ出力する。トランス６６は、インバータ６４，６８間に接続され、受電部５０及びアウトレット７５を蓄電装置２０と電気的に絶縁する。
【００３５】
インバータ６８は、トランス６６と蓄電装置２０との間に接続される。インバータ６８は、外部充電時は、トランス６６から受ける電力（交流）を整流して蓄電装置２０へ出力し、外部給電時は、蓄電装置２０から受ける電力（直流）を高周波の交流に変換してトランス６６へ出力する。
【００３６】
この双方向コンバータ６０においては、外部充電時については、インバータ６２は、受電部５０から入力される電力（交流）を整流してインバータ６４へ出力し、インバータ６４は、インバータ６２から受ける電力（直流）を高周波の交流に変換する。トランス６６は、インバータ６４の出力（交流）をインバータ６８へ伝達し、インバータ６８は、トランス６６から受ける電力（交流）を整流して蓄電装置２０へ出力する。
【００３７】
一方、外部給電時については、インバータ６８は、蓄電装置２０から受ける電力（直流）を高周波の交流に変換してトランス６６へ出力する。トランス６６は、インバータ６８の出力（交流）をインバータ６４へ伝達し、インバータ６４は、トランス６６から受ける電力（交流）を整流してインバータ６２へ出力する。インバータ６２は、インバータ６４から受ける電力（直流）を交流に変換してアウトレット７５へ出力する。なお、上述のように、外部給電時に、リレー７０を導通状態にすることによって、受電部５０から外部へ電力を供給することもできる。
【００３８】
以上のように、この実施の形態１においては、双方向に電力変換可能な双方向コンバータ６０を筐体２５の外部に設ける構成としたので、筐体２５の内部の構成を変更することなく、外部充電の容量増加及び外部給電機能を簡易な構成で実現することができる。そして、この実施の形態１では、外部充電中に蓄電装置２０のＳＯＣが上昇して充電電力を絞る場合に、冷却性が相対的に低い双方向コンバータ６０を先に停止させ、冷却装置４０により冷却性が確保される充電器３０を最後まで使用するものとし、充電器３０及び双方向コンバータ６０の冷却性に配慮した外部充電が行なわれる。したがって、この実施の形態１によれば、充電器の冷却性に配慮しつつ、充電容量の増加及び外部給電機能を簡易な構成で実現することができる。
【００３９】
［実施の形態２］
この実施の形態２では、充電システムは、外部電源から非接触で受電して蓄電装置２０を充電可能に構成される。そして、非接触充電用の回路は、アドオンモジュールに含まれ、双方向コンバータ６０に電気的に接続される。これにより、筐体２５内の構成変更を伴なうことなく非接触充電機能を追加することができる。
【００４０】
図４は、実施の形態２による充電システム１０Ａの全体構成を示すブロック図である。図４を参照して、充電システム１０Ａは、図１に示した充電システム１０の構成において、アドオンモジュール８０及びＥＣＵ９０に代えて、それぞれアドオンモジュール８０Ａ及びＥＣＵ９０Ａを備える。
【００４１】
アドオンモジュール８０Ａは、図１に示したアドオンモジュール８０において、非接触受電ユニット１１０と、リレー１１５とをさらに含む。非接触受電ユニット１１０は、受電コイルを含み、外部電源（図示せず）側に設けられる送電コイルから非接触で受電することができる。リレー１１５は、非接触受電ユニット１１０と双方向コンバータ６０との間に設けられ、ＥＣＵ９０Ａによってオン／オフ制御される。リレー１１５は、非接触受電ユニット１１０を用いた外部充電時に導通状態に制御される。
【００４２】
すなわち、非接触受電ユニット１１０は、筐体２５の外部に設けられるアドオンモジュール８０Ａの双方向コンバータ６０にリレー１１５を介して電気的に接続される。そして、非接触受電ユニット１１０により外部電源から受電された電力は、双方向コンバータ６０により電力変換されて蓄電装置２０へ供給される。このような構成とすることにより、筐体２５内に設けられる機器（充電器３０を含む。）の構成を変更することなく、非接触受電ユニット１１０による非接触充電機能を追加することができる。
【００４３】
ＥＣＵ９０Ａは、非接触受電ユニット１１０による非接触充電が要求されると、リレー１１５を導通状態に制御するとともに双方向コンバータ６０を制御することによって非接触充電を実行する。なお、ＥＣＵ９０Ａのその他の機能は、図１に示したＥＣＵ９０と同じである。
【００４４】
図５は、図４に示した充電システム１０Ａの詳細な回路図である。図５を参照して、非接触受電ユニット１１０は、受電コイルと、キャパシタとを含む。受電コイルは、外部電源（図示せず）側に設けられる送電コイルから磁界を介して非接触で受電する。キャパシタは、受電コイルが送電コイルと共振することによって受電効率を高めるために、受電コイル及びキャパシタから成る共振回路の共振周波数を所定の値に合わせるためのものである。なお、キャパシタは、受電コイルに対して並列に接続してもよい。
【００４５】
そして、非接触受電ユニット１１０は、たとえば双方向コンバータ６０のトランス６６とインバータ６８との間の電力線にリレー１１５を介して接続される。これにより、非接触受電ユニット１１０によって受電された電力（交流）を整流して蓄電装置２０へ供給する整流器として、インバータ６８を流用することができる。
【００４６】
以上のように、この実施の形態２においては、受電コイルは、筐体２５の外部に設けられるアドオンモジュール８０Ａの双方向コンバータ６０に接続されるので、筐体２５の内部に設けられる充電器３０の構成を変更する必要はない。したがって、この実施の形態２によれば、筐体２５内部の構成変更を伴なうことなく、受電コイルを用いた非接触充電機能を追加することができる。
【００４７】
なお、上記の各実施の形態においては、外部充電は、基本的に充電器３０及び双方向コンバータ６０を用いて実行され、充電終盤に充電電力を絞る場合に、双方向コンバータ６０を停止させるものとしたが、充電終盤に充電電力を絞る場合に拘わらず、充電電力が充電器３０の容量よりも小さい場合には、冷却性の良い充電器３０のみを動作させて外部充電を実行し、充電電力が充電器３０の容量を超える場合に、双方向コンバータ６０をさらに動作させるようにしてもよい。
【００４８】
なお、上記において、充電器３０は、この発明における「第１の充電器」の一実施例に対応し、双方向コンバータ６０は、この発明における「第２の充電器」の一実施例に対応する。また、ＥＣＵ９０，９０Ａは、この発明における「制御装置」の一実施例に対応する。
【００４９】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１０，１０Ａ  充電システム、２０  蓄電装置、２５  筐体、３０  充電器、３２，３８  整流部、３４，６２，６４，６８  インバータ、３６，６６  トランス、４０  冷却装置、５０  受電部、６０  双方向コンバータ、７０，１１５  リレー、７５  アウトレット、８０，８０Ａ  アドオンモジュール、９０，９０Ａ  ＥＣＵ、１００  車両駆動システム、１１０  非接触受電ユニット。
【図１】
2016073114.tif 000003
【図２】
2016073114.tif 000004
【図３】
2016073114.tif 000005
【図４】
2016073114.tif 000006
【図５】
2016073114.tif 000007