(57)【要約】      （修正有）【課題】効率よく多数のバッテリーを同時に充電できる電気自動車の充電システムを提供する。【解決手段】多数のバッテリー１５０を充電する電気自動車の充電システム１００は、系統１１０から供給された交流電力を直流に変換して多数のバッテリーに供給するか、多数のバッテリーに充電された直流電力を交流に変換して系統に供給する電力変換部１２０と、一端が電力変換部に連結されるメインスイッチ１３０と、一端が多数のバッテリーにそれぞれ連結され、他端がメインスイッチの他端にそれぞれ並列に連結される多数のサブスイッチ１４０と、を含む。多数のバッテリーは、それぞれ第１設定容量まで順に充電または放電され、多数のバッテリーがいずれも前記第１設定容量になると、第１設定容量よりも大きい第２設定容量まで同時に充電される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のバッテリーを充電する電気自動車の充電システムであって、
系統から供給された交流電力を直流に変換して前記多数のバッテリーに供給するか、前記多数のバッテリーに充電された直流電力を交流に変換して前記系統に供給する電力変換部と、
一端が前記電力変換部に連結されるメインスイッチと、
一端が前記多数のバッテリーにそれぞれ連結され、他端が前記メインスイッチの他端にそれぞれ並列に連結される多数のサブスイッチと、を含み、
前記多数のバッテリーは、
それぞれ第１設定容量まで順に充電または放電され、前記多数のバッテリーがいずれも前記第１設定容量になると、前記第１設定容量よりも大きい第２設定容量まで同時に充電される、電気自動車の充電システム。
【請求項２】
前記多数のバッテリーは、
前記メインスイッチがターンオンされ、前記各バッテリーに連結された前記各サブスイッチが順にターンオンされると、前記第１設定容量まで順に充電または放電される、請求項１に記載の電気自動車の充電システム。
【請求項３】
前記メインスイッチは、前記各サブスイッチがターンオンされる度にターンオンされ、
前記多数のサブスイッチは、いずれか一つがターンオンされると、残りはターンオフされる、請求項２に記載の電気自動車の充電システム。
【請求項４】
前記多数のバッテリーは、
前記メインスイッチがターンオンされ、前記各バッテリーに連結された前記各サブスイッチがいずれもターンオンされると、前記第２設定容量まで同時に充電される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気自動車の充電システム。
【請求項５】
前記多数のバッテリーは、
前記第１設定容量から前記第２設定容量まで急速充電された後、前記第２設定容量から前記各バッテリーの最大充電容量まで緩速充電される、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気自動車の充電システム。
【請求項６】
前記多数のバッテリーの個数と前記各バッテリーの残容量とを含むバッテリーの状態情報を出力するバッテリー管理部と、
前記バッテリー管理部から前記バッテリーの状態情報の入力を受け、これに基づき、前記電力変換部、前記メインスイッチおよび前記サブスイッチをそれぞれ制御する制御部と、をさらに含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気自動車の充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車の充電システムに関し、特に、効率よく多数のバッテリーを同時に充電できる電気自動車の充電システムおよび充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車充電ステーション（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｃｈａｒｇｉｎｇ  Ｓｔａｔｉｏｎ）は、太陽光エネルギーおよび風力エネルギーなど、新・再生可能エネルギーから発電した電力や系統の電力をバッテリーに貯蔵する停留所である。
【０００３】
また、電気自動車の特徴に応じて、充電方式は、直接充電方式と、バッテリー交換方式と、非接触式充電方式とに分けられる。
【０００４】
具体的には、直接充電方式は、緩速や急速に直接充電する方式であり、充電時間の間には移動に制約を受ける。
【０００５】
また、バッテリー交換方式は、主に、ロボットアームを用いてバッテリーを半自動または自動に交換する方式であり、交換時間が相対的に非常に短いが、ステーション構築費とバッテリー交換のための更なる購買費が必要となる。
【０００６】
また、非接触式充電方式は、電磁誘導現象を用いてエネルギーの伝達を受ける集電装置を用いて充電する方式である。
【０００７】
また、電気自動車は、バッテリー固定型とバッテリー交換型があり、電気自動車の充電装置は、緩速充電方式と急速充電方式がある。
【０００８】
具体的には、緩速充電方式は、主に住宅用や駐車場用に設置され、電気料金が安く、自動車の運行が少ない夜間に予備用バッテリーの充電が行われるが、満充電までに５時間ほどの多くの時間がかかるという欠点がある。
【０００９】
また、急速充電方式は、給油式充電方式の一つであり、電気自動車の運行によるバッテリーの放電時に高電力で短時間（３０分）内に充電する方式である。
【００１０】
図１は従来の電気自動車の充電システムのブロック図である。
【００１１】
図面に示されているように、従来の電気自動車の充電システム１０は、電力変換装置１２と、制御部１７と、を含んでおり、系統１１から提供される電力を用いてバッテリー１５を充電する役割をする。
【００１２】
ここで、電力変換装置１２は、系統１１から供給される交流電力を直流に変換してバッテリー１５に供給し、かかる電力変換装置１２は、制御部１７により制御される。
【００１３】
また、電力変換装置１２による電力の変換は、主に、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子を使用して電力を双方向に変換し、充電器とバッテリーの特性に応じて充電および放電時間は異なる。
【００１４】
一方、かかる従来の電気自動車の充電システム１０は、一つの電力変換装置１２毎に一つのバッテリー１５を充電させる。そのため、一つの電力変換装置１２を介して多数のバッテリー１５を充電させるためには、多くの時間がかかるという問題点が生じる。
【００１５】
また、多数のバッテリー１５を同時に充電させるためには、多数の電力変換装置１２を備える必要がある。そのため、多数の電力変換装置１２を充電ステーション内に備えるために広い空間を確保しなければならない。また、多数の電力変換装置１２の設置費用およびメンテナンス費用が増加するという問題点が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上述の問題点を解決するためのものであり、効率よく多数のバッテリーを同時に充電できる電気自動車の充電システムを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
かかる目的を達成するための本発明は、多数のバッテリーを充電する電気自動車の充電システムであって、系統から供給された交流電力を直流に変換して多数のバッテリーに供給するか、多数のバッテリーに充電された直流電力を交流に変換して系統に供給する電力変換部と、一端が電力変換部に連結されるメインスイッチと、一端が多数のバッテリーにそれぞれ連結され、他端がメインスイッチの他端にそれぞれ並列に連結される多数のサブスイッチと、を含み、多数のバッテリーは、それぞれ第１設定容量まで順に充電または放電され、多数のバッテリーがいずれも第１設定容量になると、前記第１設定容量よりも大きい第２設定容量まで同時に充電される電気自動車の充電システムを提供する。
【００１８】
また、多数のバッテリーは、メインスイッチがターンオンされ、各バッテリーに連結された各サブスイッチが順にターンオンされると、第１設定容量まで順に充電または放電される。
【００１９】
また、メインスイッチは、各サブスイッチがターンオンされる度にターンオンされ、多数のサブスイッチは、いずれか一つがターンオンされると、残りはターンオフされる。
【００２０】
また、多数のバッテリーは、メインスイッチがターンオンされ、各バッテリーに連結された各サブスイッチがいずれもターンオンされると、第２設定容量まで同時に充電される。
【００２１】
また、多数のバッテリーは、第１設定容量から第２設定容量まで急速充電された後、第２設定容量から各バッテリーの最大充電容量まで緩速充電される。
【００２２】
また、多数のバッテリーの個数とバッテリーの残容量とを含むバッテリーの状態情報を出力するバッテリー管理部と、バッテリー管理部からバッテリーの状態情報の入力を受け、これに基づき、電力変換部、メインスイッチおよびサブスイッチをそれぞれ制御する制御部と、をさらに含む。
【００２３】
また、多数のバッテリーを充電する電気自動車の充電方法であって、多数のバッテリーの個数と各バッテリーの残容量とを含むバッテリーの状態情報を確認するステップと、各バッテリーの残容量が、第１設定容量である場合には待機モードに維持し、第１設定容量未満の場合には充電モードを行い、第１設定容量を超える場合には放電モードを行うステップと、多数のバッテリーがいずれも第１設定容量になると、第１設定容量よりも大きい第２設定容量まで同時に急速充電するステップと、を含む電気自動車の充電方法を提供する。
【００２４】
また、待機モード、充電モードまたは放電モードを行うステップは、各バッテリー毎に順に行うステップである。
【００２５】
また、多数のバッテリーがいずれも第２設定容量になると、多数のバッテリーを各バッテリーの最大充電容量まで緩速充電するステップをさらに含む。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、一つの電力変換部に多数のバッテリーを並列に連結し、各バッテリーの充電を制御することにより、効率よく多数のバッテリーを同時に充電できるという効果がある。
【００２７】
また、一つの電力変換部を介して多数のバッテリーを充電させるシステムであることから、充電ステーションの空間を減少させることができ、電力変換部の設置費用およびメンテナンス費用を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の電気自動車の充電システムのブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係る電気自動車の充電システムのブロック図である。
【図３】本発明の実施例に係る電気自動車の充電方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
上述の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照して詳細に後述しており、これにより、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施することができる。本発明を説明するにあたり、本発明に関連する公知の技術に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断した場合には、詳細な説明を省略する。以下、添付の図面を参照して、本発明に係る好ましい実施例について詳細に説明する。
【００３０】
図２は本発明の実施例に係る電気自動車の充電システムのブロック図である。
【００３１】
図面に示されているように、本発明の実施例に係る電気自動車の充電システム１００は、多数のバッテリー１５０を充電し、第１電力変換部１２０と、メインスイッチ１３０と、多数のサブスイッチ１４０と、を含む。
【００３２】
ここで、第１電力変換部１２０は、系統１１０から供給された交流電力を直流に変換して多数のバッテリー１５０に供給するか、多数のバッテリー１５０に充電された直流電力を交流に変換して系統１１０に供給する。
【００３３】
かかる第１電力変換部１２０は、例えば、ＡＣ‐ＤＣコンバータにより具現されてもよく、少なくとも一対のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１２１を含む。
【００３４】
この際、系統１１０から三相リアクトル１１５を介して供給される交流電力は、かかるそれぞれのＩＧＢＴ１２１対の中間点に入力される。
【００３５】
一方、図２には、一例として系統１１０を三相に示しているが、他の一例では、単相電力を供給することもある。この場合、第１電力変換部１２０は、一対のＩＧＢＴ１２１を含み、その一対のＩＧＢＴ１２１の中間点に系統１１０から交流電力の供給を受ける。このときの第１電力変換部１２０は、単相ＡＣ‐ＤＣコンバータにより具現されてもよい。
【００３６】
かかる単相および三相電力は、ユーザにより任意に選択されてもよい。
【００３７】
一方、図面には示していないが、第１電力変換部１２０により変換された直流電力を各バッテリー１５０の充電に適する直流電力に変換し、逆に、各バッテリー１５０から供給された直流電力を系統１１０に適する交流電力に変換する第２電力変換部（図示せず）をさらに含んでもよい。かかる第２電力変換部（図示せず）は、例えば、ＤＣ‐ＤＣコンバータにより具現されてもよい。
【００３８】
また、メインスイッチ１３０は、一端が前記第１電力変換部１２０に連結される。多数のサブスイッチ１４０は、一端が前記多数のバッテリー１５０にそれぞれ連結され、他端が前記メインスイッチ１３０の他端にそれぞれ並列に連結される。
【００３９】
この際、多数のバッテリー１５０は、第１〜第ｎ（ここで、ｎは２以上の自然数）バッテリーを含む。これに伴い、第１〜第ｎバッテリーとそれぞれ連結された多数のサブスイッチ１４０は、第１〜第ｎサブスイッチＳ１〜Ｓｎを含むことになる。
【００４０】
また、本発明の実施例に係る電気自動車の充電システム１００は、バッテリー管理部１６０と、制御部１７０と、初期充電回路部１２５と、をさらに含む。
【００４１】
ここで、バッテリー管理部１６０は、多数のバッテリー１５０の個数と各バッテリー１５０の残容量（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ；ＳＯＣ）とを含むバッテリーの状態情報を把握し、これを出力する。
【００４２】
また、制御部１７０は、前記バッテリー管理部１６０からバッテリーの状態情報の入力を受け、これに基づき、前記第１電力変換部１２０のＩＧＢＴ１２１、メインスイッチ１３０およびサブスイッチ１４０をそれぞれスイッチング制御する。
【００４３】
これにより、系統１１０から各バッテリー１５０に充電電圧を供給する充電モードと、これとは反対方向の各バッテリー１５０から系統１１０に放電電圧を供給する放電モードの双方向電力伝送制御を可能にする。
【００４４】
一方、図面には示していないが、本発明の他の実施例に係る電気自動車の充電システム１００は、システムの負荷を防止し、多数のバッテリーを分類し管理するために、図２に示されている一連の構成要素の集合体を一つ以上をさらに含んでもよい。例えば、第ｎ＋１〜第２ｎバッテリーと系統との間の電力の伝送を制御するためのシステムをさらに含んでもよい。これにより、各システムを管理する複数個の制御部およびバッテリー管理部は、有無線通信を用いて情報を交換することができ、インターネットサーバまたはクラウドサーバなどを共有することもできる。
【００４５】
以下、各バッテリー１５０の電力供給過程について詳細に説明する。
【００４６】
先ず、メインスイッチ１３０がターンオンされ、各バッテリー１５０に連結された各サブスイッチ１４０が順にターンオンされると、各バッテリー１５０は、第１設定容量まで順に充電または放電される。
【００４７】
この際、メインスイッチ１３０は、各サブスイッチ１４０がターンオンされる度にターンオンされ、多数のサブスイッチ１４０は、いずれか一つがターンオンされると、残りはターンオフされる。
【００４８】
上述のように、メインスイッチ１３０および各サブスイッチ１４０のターンオンまたはターンオフは、制御部１７０の制御により行われる。
【００４９】
例えば、先ず、バッテリー管理部１６０により第１バッテリーの残容量を把握する。第１バッテリーの残容量が第１設定容量未満の場合には、バッテリー管理部１６０は、制御部１７０にこれに関する情報を出力し、制御部１７０は、第１電力変換部１２０に充電信号を出力する。これにより、第１電力変換部１２０は、系統１１０から供給された交流電力を直流に変換して第１バッテリーに供給し、第１バッテリーを第１設定容量まで充電させる。
【００５０】
次に、バッテリー管理部１６０により第２バッテリーの残容量を把握する。第２バッテリーの残容量が第１設定容量を超える場合には、バッテリー管理部１６０は、制御部１７０にこれに関する情報を出力し、制御部１７０は、第１電力変換部１２０に放電信号を出力する。これにより、第１電力変換部１２０は、第２バッテリーから出力された直流電力を交流に変換して系統１１０に供給し、第２バッテリーを第１設定容量まで放電させる。
【００５１】
次に、バッテリー管理部１６０により第ｎバッテリーの残容量を把握する。第ｎバッテリーの残容量が第１設定容量と一致すると、バッテリー管理部１６０は、制御部１７０にこれに関する情報を出力し、制御部１７０は、第１電力変換部１２０に充電および放電信号を出力しない。これにより、第１電力変換部１２０は、第ｎバッテリーを待機モードに維持し、第ｎバッテリーを第１設定容量に保持する。
【００５２】
このように、各バッテリー１５０をいずれも第１設定容量にした後、メインスイッチ１３０がターンオンされ、各バッテリー１５０に連結された前記各サブスイッチ１４０がいずれもターンオンされることにより、すべてのバッテリー１５０が、第２設定容量まで同時に充電される。
【００５３】
ここで、第１および第２設定容量は、ユーザの設定により予め定められる。例えば、各バッテリー１５０の最大充電容量が６００Ｖであると、第１設定容量は４００Ｖ、第２設定容量は最大充電容量の９５％程度である５７０に設定され得る。
【００５４】
一方、一般的に、バッテリーの残容量が９５％以上である場合、比較的に充放電性能に優れる。
【００５５】
これにより、本発明における各バッテリー１５０は、第１設定容量から残容量が９５％以上、すなわち第２設定容量まで定電流方式にしたがって急速充電される。次に、各バッテリー１５０は、第２設定容量から各バッテリー１５０の最大充電容量まで定電圧方式にしたがって緩速充電される。
【００５６】
これにより、各バッテリー１５０をより効率よく充電させることができる。
【００５７】
一方、初期充電回路部１２５は、多数のバッテリー１５０の充電または放電の前に、多数のバッテリー１５０に予め充電された電圧を第１電力変換部１２０のキャパシタ１２３に貯蔵された初期電圧と一致させる役割を行う。
【００５８】
これにより、多数のバッテリー１５０と第１電力変換部１２０との間に充放電が行われることができる。
【００５９】
これにより、本発明における電気自動車の充電システム１００は、一つの電力変換装置（図１における１２）毎に一つのバッテリー（図１における１５）を充電させる従来の充電システム（図１における１０）とは異なり、一つの電力変換部１２０に多数のバッテリー１５０を並列に連結し、各バッテリー１５０の充電を制御することにより、効率よく多数のバッテリー１５０を同時に充電することができる。
【００６０】
また、一つの電力変換部１２０を介して多数のバッテリー１５０を充電させるシステムであることから、充電ステーションの空間を減少させることができ、電力変換部１２０の設置費用およびメンテナンス費用を低減することができる。
【００６１】
図３は本発明の実施例に係る電気自動車の充電方法のフローチャートである。
【００６２】
以下、図２および図３を参照して、本発明の実施例に係る電気自動車の充電方法について説明する。
【００６３】
本発明の実施例に係る電気自動車の充電方法は、多数のバッテリー１５０の個数と各バッテリー１５０の残容量とを含むバッテリーの状態情報を確認するステップと、待機モード、充電モードまたは放電モードを行うステップと、多数のバッテリー１５０がいずれも第１設定容量になると、第１設定容量よりも大きい第２設定容量まで同時に急速充電するステップと、を含む。
【００６４】
ここで、待機モード、充電モードまたは放電モードを行うステップは、各バッテリー１５０の残容量が、第１設定容量である場合には待機モードに維持し、第１設定容量未満の場合には充電モードを行い、第１設定容量を超える場合には放電モードを行う。
【００６５】
また、待機モード、充電モードまたは放電モードを行うステップは、各バッテリー１５０毎に順に行うステップである。
【００６６】
一方、一般的に、バッテリーの残容量が９５％以上である場合、比較的に充放電性能に優れる。
【００６７】
したがって、本発明は、多数のバッテリー１５０がいずれも第２設定容量になると、多数のバッテリー１５０を各バッテリー１５０の最大充電容量まで緩速充電するステップをさらに含む。
【００６８】
すなわち、各バッテリー１５０は、第１設定容量から残容量が９５％以上、すなわち、第２設定容量まで急速充電される。次に、各バッテリー１５０は、第２設定容量から各バッテリー１５０の最大充電容量まで緩速充電される。
【００６９】
これにより、各バッテリー１５０をより効率よく充電させることができる。
【００７０】
具体的には、図３に示されているように、先ず、バッテリー管理部（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）１６０により第１バッテリー（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐａｃｋ  １）の状態情報、特に、第１バッテリーの残容量（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ；ＳＯＣ）情報を把握する。
【００７１】
次に、第１バッテリーの残容量Ｖが、第１設定電圧、例えば、４００Ｖである場合には待機状態に維持する。第１バッテリーの残容量Ｖが、第１設定電圧、例えば、４００Ｖ未満である場合には、電力変換部（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ；ＰＣＳ）１２０を制御して第１バッテリーが第１設定容量になるように充電した後、待機状態に維持する。第１バッテリーの残容量Ｖが、第１設定電圧、例えば、４００Ｖを超える場合には、電力変換部１２０を制御して第１バッテリーが第１設定容量になるように放電した後、待機状態に維持する。
【００７２】
次に、バッテリー管理部１６０による第２バッテリー（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐａｃｋ  ２）の状態情報、特に、第２バッテリーの残容量情報を把握する。
【００７３】
次に、第２バッテリーの残容量Ｖが、第１設定電圧、例えば、４００Ｖである場合には待機状態に維持する。第２バッテリーの残容量Ｖが、第１設定電圧、例えば、４００Ｖ未満の場合には、電力変換部１２０を制御して第２バッテリーが第１設定容量になるように充電した後、待機状態に維持する。第２バッテリーの残容量Ｖが、第１設定電圧、例えば、４００Ｖを超える場合には、電力変換部１２０を制御して第２バッテリーが第１設定容量になるように放電した後、待機状態に維持する。
【００７４】
次に、第ｎバッテリー（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐａｃｋ（ｎ））まで前記と同一の過程を経て、すべての第１〜第ｎバッテリー（Ａｌｌ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐａｃｋ）が第１設定容量になるようにする。
【００７５】
次に、電力変換部１２０を制御して、すべての第１〜第ｎバッテリー（Ａｌｌ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐａｃｋ）が第２設定容量、例えば、５８０Ｖになるように、定電流方式にしたがって急速充電する。
【００７６】
次に、電力変換部１２０を制御して、すべての第１〜第ｎバッテリー（Ａｌｌ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐａｃｋ）を、各バッテリーの最大充電容量まで定電圧方式にしたがって緩速充電する。
【００７７】
これにより、本発明における電気自動車の充電方法は、一つの電力変換部１２０に多数のバッテリー１５０を並列に連結し、各バッテリー１５０の充電を制御することにより、効率よく多数のバッテリー１５０を同時に充電することができる。
【００７８】
また、一つの電力変換部１２０を介して多数のバッテリー１５０を充電させるシステムであることから、充電ステーションの空間を減少させることができ、電力変換部１２０の設置費用およびメンテナンス費用を低減することができる。
【００７９】
上述の本発明は、本発明が属する技術分野における通常の技術者にとって本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な置換、変形および変更が可能であるため、上述の実施例および添付の図面により限定されるものではない。
【図１】
2017200417.tif 000003
【図２】
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【図３】
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