JP2013240206A

JP2013240206A - プラグイン充電と非接触給電の共用充電装置

Info

Publication number: JP2013240206A
Application number: JP2012112001A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Doke; 和隆道家
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2013-11-28

Abstract

【課題】遮断器（ブレーカ）の必要数が少なく、遮断器操作が簡単であり、誤操作のおそれがなく、かつ交流用充電器又は直流用充電器を省略して必要な車載スペースを小さくすることができるプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置を提供する。
【解決手段】第１電圧Ｖ１の直流電流を車載バッテリ９用の充電電流に変換する単一の直流用充電器１２と、直流用充電器１２と車載バッテリ９の間に位置しその間を遮断可能な単一の車載ブレーカ１３と、プラグイン充電用の第１変換回路１４と、非接触給電用の第２変換回路１６とを備える。第１変換回路１４は、充電ソケット４ａを介して供給される第２電圧Ｖ２の交流電流を第１電圧Ｖ１の直流電流に変換する。また、第２変換回路１６は、受電コイル４ｂを介して供給される第３電圧Ｖ３の交流電流を第１電圧Ｖ１の直流電流に変換する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラグイン充電と非接触給電の共用充電装置に関する。

近年、電動モータと内燃機関を備えたハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）や、プラグイン式の充電装置を備えたＨＥＶが実用化されている。また、電動モータのみを備えた電気自動車（ＥＶ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）も実用化されている。
以下、プラグイン式ＨＥＶを含めて電気自動車（ＥＶ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）と呼ぶ。

上述した電気自動車（ＥＶ）の車載バッテリに商用電源から充電する充電装置として、「プラグイン式充電装置」と「非接触給電式充電装置」が知られている。
プラグイン式充電装置は、例えば特許文献１〜３に開示されている。また、非接触給電式充電装置は、例えば特許文献４、５に開示されている。

特開２０１０−２３９８４５号公報特開２０１０−２５９３０８号公報特開２０１１−１３５６６３号公報特開２０１０−２２６８８９号公報特開２０１２−７０５６５号公報

従来、上述したプラグイン式充電装置と非接触給電式充電装置のいずれか一方のみが、車載用充電装置として用いられていた。しかし、電気自動車（ＥＶ）に電力を供給する商用電源側の設備として、プラグイン式充電装置用設備のみ、或いは非接触給電式充電装置用設備のみが設けられる場合が想定される。
そのため、プラグイン式及び非接触給電式のどちらからでも電気自動車に充電可能な共用充電装置が望まれていた。

図１は、このような共用充電装置の想定される基本構成図である。
この図において、商用電源側の分電盤は、商用交流電源１にプラグイン充電用ＭＣ２ａを介して接続された充電プラグ３ａと、商用交流電源１に非接触給電ＭＣ２ｂを介して接続された給電コイル３ｂとを備える。
一方、電気自動車（ＥＶ）は、充電プラグ３ａと直結される充電ソケット４ａ、給電コイル３ｂから非接触給電される受電コイル４ｂ、ブレーカ５ａ，５ｂ、整流器６、交流用充電器７ａ、直流用充電器７ｂ、ブレーカ８ａ，８ｂ、及び車載バッテリ９を備える。

しかし、図１に示した共用充電装置の場合、プラグイン式充電ライン４ａ，５ａ，７ａ，８ａ，９と非接触給電式充電ライン４ｂ，５ｂ，６，７ｂ，８ｂ，９のそれぞれ入出力側に遮断器（ブレーカ５ａ，５ｂ、８ａ，８ｂ）を設けるため、充電を開始するための遮断器操作が多く煩雑であり、誤操作のおそれがあった。
また、交流用充電器７ａと直流用充電器７ｂの２台を備えるため、車載スペースが大きくなる問題点があった。

本発明は、かかる問題点を解消するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、遮断器（ブレーカ）の必要数が少なく、遮断器操作が簡単であり、誤操作のおそれがなく、かつ交流用充電器又は直流用充電器を省略して必要な車載スペースを小さくすることができるプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置を提供することにある。

本発明によれば、商用交流電源に接続されたプラグイン式充電用の充電プラグと、商用交流電源に接続された非接触給電式充電用の給電コイルとを有する分電盤に接続可能なプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置であって、
第１電圧の直流電流を車載バッテリ用の充電電流に変換する単一の直流用充電器と、
該直流用充電器と車載バッテリの間に位置しその間を遮断可能な単一の車載ブレーカと、
前記充電プラグと直結される充電ソケットと前記直流用充電器との間に位置し、充電ソケットを介して供給される第２電圧の交流電流を前記直流電流に変換するプラグイン充電用の第１変換回路と、
前記給電コイルから非接触給電される受電コイルと前記直流用充電器との間に位置し、受電コイルを介して供給される第３電圧の交流電流を前記直流電流に変換する非接触給電用の第２変換回路とを備えた、ことを特徴とするプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置が提供される。

本発明の実施形態によれば、前記第１変換回路は、第２電圧の交流電流を第１電圧の交流電流に変換する第１トランスと、第１電圧の交流電流を第１電圧の直流電流に変換する第１整流器とを有し、
前記第２変換回路は、第３電圧の交流電流を第１電圧の交流電流に変換する第２トランスと、第１電圧の交流電流を第１電圧の直流電流に変換する第２整流器とを有する。

上記本発明の構成によれば、第１変換回路と第２変換回路のいずれによっても、第１電圧（例えば１００〜４００Ｖ）の直流電流が単一の直流用充電器に供給されるので、単一の直流用充電器により第１電圧の直流電流を車載バッテリ用の充電電流に変換して車載バッテリを充電することができる。従って、交流用充電器を省略して必要な車載スペースを小さくすることができる。

また、車載ブレーカは、直流用充電器と車載バッテリの間に１台のみであるので、遮断器（車載ブレーカ）の必要数が少なく、遮断器操作が簡単であり、誤操作のおそれがない。

想定される共用充電装置の基本構成図である。本発明による共用充電装置の基本構成図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図２は、本発明による共用充電装置１０の基本構成図である。
この図において、商用電源側の分電盤は、商用交流電源１にプラグイン充電用ＭＣ２ａを介して接続された充電プラグ３ａと、商用交流電源１に非接触給電ＭＣ２ｂを介して接続された給電コイル３ｂとを備える。

商用交流電源１は、電気自動車（ＥＶ）に伝送すべき電力を生成するために必要となる電力を供給する電源であり、例えば電圧が２００［Ｖ］である三相交流電力を供給する電源である。なお、この商用交流電源１は、三相交流電源に限られることはなく、単相交流電力を供給する電源であっても良い。

本発明のプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置１０は、商用交流電源１に接続されたプラグイン式充電用の充電プラグ３ａと、商用交流電源１に接続された非接触給電式充電用の給電コイル３ｂとを有する分電盤に接続可能に構成されている。

この図において、本発明の共用充電装置１０は、単一の直流用充電器１２、単一の車載ブレーカ１３、第１変換回路１４、及び第２変換回路１６を備える。

単一の直流用充電器１２は、第１電圧Ｖ１の直流電流を車載バッテリ９用の充電電流に変換する。第１電圧Ｖ１は、例えば１００〜４００Ｖであるのが好ましい。

単一の車載ブレーカ１３は、直流用充電器１２と車載バッテリ９の間に位置し、その間を遮断可能な遮断器である。この遮断器は、手動でも遠隔操作可能な電磁式であってもよい。

第１変換回路１４は、プラグイン充電用であり、充電プラグ３ａと直結される充電ソケット４ａと直流用充電器１２との間に位置し、充電ソケット４ａを介して供給される第２電圧Ｖ２の交流電流を第１電圧Ｖ１の直流電流に変換する。第２電圧Ｖ２は例えば１００〜４００Ｖである。

第２変換回路１６は、非接触給電用であり、給電コイル３ｂから非接触給電される受電コイル４ｂと直流用充電器１２との間に位置し、受電コイル４ｂを介して供給される第３電圧Ｖ３の交流電流を第１電圧Ｖ１の直流電流に変換する。第３電圧Ｖ３は例えば１００〜４００Ｖである。

図２において、第１変換回路１４は、第２電圧Ｖ２の交流電流を第１電圧Ｖ１の交流電流に変換する第１トランス１５ａと、第１電圧Ｖ１の交流電流を第１電圧Ｖ１の直流電流に変換する第１整流器１５ｂとを有する。
また、第２変換回路１６は、第３電圧Ｖ３の交流電流を第１電圧Ｖ１の交流電流に変換する第２トランス１７ａと、第１電圧Ｖ１の交流電流を第１電圧Ｖ１の直流電流に変換する第２整流器１７ｂとを有する。

第１整流器１５ｂと第２整流器１７ｂは、商用交流電源１から供給される交流電流を整流して直流電流に変換する回路であり、例えば、整流回路（ブリッジ整流回路）で実現される。

給電コイル３ｂと受電コイル４ｂは、これらが近接した状態に配置されることによって電磁気結合回路が形成される。この電磁気結合回路は、給電コイル３ｂと受電コイル４ｂとが電磁気的に結合して給電コイル３ｂから受電コイル４ｂへの非接触の給電が行われる回路を意味し、「電磁誘導方式」で給電を行う回路と、「電磁界共鳴方式」で給電を行う回路との何れの回路であっても良い。

「電磁界共鳴方式」で給電コイル３ｂから受電コイル４ｂに非接触給電する場合、第３電圧Ｖ３の交流電流は、商用交流電源１の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも高い周波数（例えば１００ｋＨｚ以上、１ＭＨｚ未満）であることが好ましい。
この場合、図２の非接触給電ＭＣ２ｂと給電コイル３ｂの間に、周波数変換回路ＦＣを設けることが好ましい。
かかる周波数変換回路ＦＣは、例えば整流回路と、整流回路からの直流電流を交流電流に変換する逆変換回路（インバータ）によって構成することができる。

以下、本発明の共用充電装置１０の作用を説明する。

（商用電源側にプラグイン式充電装置用設備のみが設けられている場合）
商用電源側のプラグイン充電用ＭＣ２ａと非接触給電ＭＣ２ｂが遮断され、ＥＶ側の車載ブレーカ１３も遮断された状態で、商用電源側の充電プラグ３ａをＥＶ側の充電ソケット４ａに直接接続する。
次いで、プラグイン充電用ＭＣ２ａと車載ブレーカ１３を接続することで、プラグイン充電が開始される。

このプラグイン充電では、第１変換回路１４により、充電ソケット４ａを介して供給される第２電圧Ｖ２の交流電流を第１電圧Ｖ１の直流電流に変換し、単一の直流用充電器１２により、第１電圧Ｖ１の直流電流を車載バッテリ９用の充電電流に変換して、車載ブレーカ１３を介して車載バッテリ９を充電する。

（商用電源側に非接触給電用設備のみが設けられている場合）
商用電源側のプラグイン充電用ＭＣ２ａと非接触給電ＭＣ２ｂが遮断され、ＥＶ側の車載ブレーカ１３も遮断された状態で、商用電源側の給電コイル３ｂにＥＶ側の受電コイル４ｂを非接触給電が可能な位置に位置決めする。
次いで、非接触給電ＭＣ２ｂと車載ブレーカ１３を接続することで、非接触給電が開始される。

この非接触給電では、第２変換回路１６により、受電コイル４ｂを介して供給される第３電圧Ｖ３の交流電流を第１電圧Ｖ１の直流電流に変換し、単一の直流用充電器１２により、第１電圧Ｖ１の直流電流を車載バッテリ９用の充電電流に変換して、車載ブレーカ１３を介して車載バッテリ９を充電する。

上述したように、本発明の構成によれば、第１変換回路１４と第２変換回路１６のいずれによっても、第１電圧Ｖ１（例えば１００〜４００Ｖ）の直流電流が単一の直流用充電器１２に供給されるので、単一の直流用充電器１２により第１電圧Ｖ１の直流電流を車載バッテリ９用の充電電流に変換して車載バッテリ９を充電することができる。従って、交流用充電器を省略して必要な車載スペースを小さくすることができる。

また、車載ブレーカ１３は、直流用充電器１２と車載バッテリ９の間に１台のみであるので、遮断器（車載ブレーカ１３）の必要数が少なく、遮断器操作が簡単であり、誤操作のおそれがない。

また、本発明の実施形態によれば、第１変換回路１４に第１トランス１５ａ、第２変換回路１６に第２トランス１７ａをそれぞれ有するので、プラグイン充電と非接触給電のいずれか一方を使用中に他方をトランス（１５ａ又は１７ａ）で絶縁することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１商用交流電源、
２ａプラグイン充電用ＭＣ、２ｂ非接触給電ＭＣ、
３ａ充電プラグ、３ｂ給電コイル、
４ａ充電ソケット、４ｂ受電コイル、
５ａ，５ｂブレーカ、６整流器、
７ａ交流用充電器、７ｂ直流用充電器、
８ａ，８ｂブレーカ、９車載バッテリ、
１０共用充電装置、１２直流用充電器、
１３車載ブレーカ、１４第１変換回路、
１５ａ第１トランス、１５ｂ第１整流器、
１６第２変換回路、
１７ａ第２トランス、１７ｂ第２整流器

Claims

商用交流電源に接続されたプラグイン式充電用の充電プラグと、商用交流電源に接続された非接触給電式充電用の給電コイルとを有する分電盤に接続可能なプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置であって、
第１電圧の直流電流を車載バッテリ用の充電電流に変換する単一の直流用充電器と、
該直流用充電器と車載バッテリの間に位置しその間を遮断可能な単一の車載ブレーカと、
前記充電プラグと直結される充電ソケットと前記直流用充電器との間に位置し、充電ソケットを介して供給される第２電圧の交流電流を前記直流電流に変換するプラグイン充電用の第１変換回路と、
前記給電コイルから非接触給電される受電コイルと前記直流用充電器との間に位置し、受電コイルを介して供給される第３電圧の交流電流を前記直流電流に変換する非接触給電用の第２変換回路とを備えた、ことを特徴とするプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置。
前記第１変換回路は、第２電圧の交流電流を第１電圧の交流電流に変換する第１トランスと、第１電圧の交流電流を第１電圧の直流電流に変換する第１整流器とを有し、
前記第２変換回路は、第３電圧の交流電流を第１電圧の交流電流に変換する第２トランスと、第１電圧の交流電流を第１電圧の直流電流に変換する第２整流器とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプラグイン充電と非接触給電の共用充電装置。