特開 2024-26961 充電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024026961

(43)【公開日】2024-02-29

(54)【発明の名称】充電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240221BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20240221BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 301A

H02J7/00 P

H02J7/02 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022129561

(22)【出願日】2022-08-16

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(72)【発明者】

【氏名】田中 和裕

(72)【発明者】

【氏名】田中 順一

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA04

5G503BB01

5G503FA01

5G503FA06

(57)【要約】

【課題】電力の入力元または出力先の数が多い場合でも、大型化することを抑制できる充電装置を提供する。
【解決手段】蓄電池９１の電力で電動機を駆動して移動する電気移動体２の蓄電池９１を充電する充電装置Ａ１において、直流電力を出力する直流電源部２と、電気移動体２に接続されて、直流電源部２が出力する直流電力を当該電気移動体２に供給する複数の充電ケーブル６と、直流電源部２が出力した直流電力の出力先を切り替える切替部１と、を備えた。切替部１は、間隔を空けて配列された複数の出力導体１１、および、各出力導体１１の間に配置された絶縁体１２を有する電極板１５と、電極板１５上を摺動して、複数の出力導体１１の配列方向に移動する摺動子１３と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電池の電力で電動機を駆動して移動する電気移動体の前記蓄電池を充電する充電装置であって、
直流電力を出力する直流電源部と、
前記電気移動体に接続されて、前記直流電源部が出力する直流電力を当該電気移動体に供給する複数の充電ケーブルと、
前記直流電源部が出力した直流電力の出力先を切り替える切替部と、
を備え、
前記切替部は、
間隔を空けて配列された複数の出力導体、および、前記各出力導体の間に配置された絶縁体を有する電極板と、
前記電極板上を摺動して、前記複数の出力導体の配列方向に移動する摺動子と、
を備えている、
充電装置。

【請求項2】

前記直流電源部は、直流電力を出力する複数のユニットを備え、
前記切替部は、前記複数のユニットが出力した直流電力の出力先を、それぞれ個別に切り替える、
請求項１に記載の充電装置。

【請求項3】

前記複数の出力導体はそれぞれ、前記複数のユニットのいずれかに導通接続されており、
前記摺動子は、前記複数の充電ケーブルのいずれかに導通接続されている、
請求項２に記載の充電装置。

【請求項4】

前記複数のユニットはそれぞれ、正極端子と負極端子とを備え、
前記各出力導体はそれぞれ、前記正極端子に導通接続されており、
前記切替部は、
間隔を空けて配列された複数の第２出力導体、および、前記各第２出力導体の間に配置された第２絶縁体を有する第２電極板と、
前記第２電極板上を摺動して、前記複数の第２出力導体の第２配列方向に移動する第２摺動子と、
を備え、
前記複数の第２出力導体はそれぞれ、前記複数のユニットのいずれかの前記負極端子に導通接続されている、
請求項３に記載の充電装置。

【請求項5】

前記切替部および前記直流電源部を制御する制御部をさらに備え、
前記複数のユニットは、第１ユニットおよび第２ユニットを含んでおり、
前記制御部は、前記第１ユニットからの出力を前記摺動子および前記第２摺動子を介して出力する状態から、前記第２ユニットからの出力を前記摺動子および前記第２摺動子を介して出力する状態に切り替える場合、
まず、前記第１ユニットの出力を停止させ、
次に、前記摺動子を、前記絶縁体の前記第１ユニットに接続された出力導体に隣接する位置に移動させ、前記第２摺動子を、前記第２絶縁体の前記第１ユニットに接続された第２出力導体に隣接する位置に移動させ、
次に、前記摺動子を、前記絶縁体の前記第２ユニットに接続された出力導体に隣接する位置に移動させ、
次に、前記第２摺動子を、前記第２ユニットに接続された第２出力導体に移動させ、
次に、前記摺動子を、前記第２ユニットに接続された出力導体に移動させ、
次に、前記第２ユニットの出力を開始させる、
請求項４に記載の充電装置。

【請求項6】

前記複数の出力導体はそれぞれ、前記複数の充電ケーブルのいずれかに導通接続されており、
前記摺動子は、前記複数のユニットのいずれかに導通接続されている、
請求項２に記載の充電装置。

【請求項7】

前記切替部は、
前記摺動子を移動させる移動装置と、
前記摺動子とともに移動して、前記電極板の前記摺動子が接触する位置に向けて送風可能な冷却用ファンと、
をさらに備え、
前記冷却用ファンは、前記摺動子が通電中にのみ送風を行う、
請求項１ないし６のいずれかに記載の充電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気自動車などを充電する充電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電気自動車の普及に伴い、電気自動車の蓄電池に充電をするための充電装置の整備が進んでいる。また、様々な充電装置が開発されている。特許文献１には、充電装置の一例が開示されている。当該充電装置は、３台の直流電源ユニットと、３個の送電手段と、各直流電源ユニットと各送電手段とを任意に導通させる３×３接点からなるマトリクススイッチャとを備えている。当該充電装置は、マトリクススイッチャが所定のルールに従って接点をオンにすることで、複数の電気自動車の同時充電が可能であり、また、利用率の向上が可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５５４８８９４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の充電装置は、各直流電源ユニットの出力電路と各送電手段との交点にそれぞれスイッチを配置する必要があるので、直流電源ユニットまたは送電手段の数が多くなると、スイッチの数が増大する。例えば、直流電源ユニットが１０台であり、送電手段が６個の場合、６０個のスイッチが必要になる。さらに、漏れ電流の回避のために、直流電源ユニットの正極端子と負極端子とを両切りにする場合、１２０個のスイッチが必要になる。したがって、切替回路（マトリクススイッチャ）が複雑化かつ大型化し、配線も複雑になって、充電装置が大型化してしまう。

【0005】

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、電力の入力元または出力先の数が多い場合でも、大型化することを抑制できる充電装置を提供することをその目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

【0007】

本発明の第１の側面によって提供される充電装置は、蓄電池の電力で電動機を駆動して移動する電気移動体の前記蓄電池を充電する充電装置であって、直流電力を出力する直流電源部と、前記電気移動体に接続されて、前記直流電源部が出力する直流電力を当該電気移動体に供給する複数の充電ケーブルと、前記直流電源部が出力した直流電力の出力先を切り替える切替部と、を備え、前記切替部は、間隔を空けて配列された複数の出力導体、および、前記各出力導体の間に配置された絶縁体を有する電極板と、前記電極板上を摺動して、前記複数の出力導体の配列方向に移動する摺動子と、を備えている。

【0008】

なお、「電気移動体」は、蓄電池の電力で電動機を駆動して移動する移動体であって、いわゆる電気自動車だけでなく、ハイブリッド車なども含まれる。また、「電気移動体」は、いわゆる自動車だけでなく、二輪車、船舶、飛行機などの他の乗り物、または、無人搬送車、ドローンなどの無人移動体も含まれる。

【0009】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記直流電源部は、直流電力を出力する複数のユニットを備え、前記切替部は、前記複数のユニットが出力した直流電力の出力先を、それぞれ個別に切り替える。

【0010】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の出力導体はそれぞれ、前記複数のユニットのいずれかに導通接続されており、前記摺動子は、前記複数の充電ケーブルのいずれかに導通接続されている。

【0011】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数のユニットはそれぞれ、正極端子と負極端子とを備え、前記各出力導体はそれぞれ、前記正極端子に導通接続されており、
前記切替部は、間隔を空けて配列された複数の第２出力導体、および、前記各第２出力導体の間に配置された第２絶縁体を有する第２電極板と、前記第２電極板上を摺動して、前記複数の第２出力導体の第２配列方向に移動する第２摺動子と、を備え、前記複数の第２出力導体はそれぞれ、前記複数のユニットのいずれかの前記負極端子に導通接続されている。

【0012】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記切替部および前記直流電源部を制御する制御部をさらに備え、前記複数のユニットは、第１ユニットおよび第２ユニットを含んでおり、前記制御部は、前記第１ユニットからの出力を前記摺動子および前記第２摺動子を介して出力する状態から、前記第２ユニットからの出力を前記摺動子および前記第２摺動子を介して出力する状態に切り替える場合、まず、前記第１ユニットの出力を停止させ、次に、前記摺動子を、前記絶縁体の前記第１ユニットに接続された出力導体に隣接する位置に移動させ、前記第２摺動子を、前記第２絶縁体の前記第１ユニットに接続された第２出力導体に隣接する位置に移動させ、次に、前記摺動子を、前記絶縁体の前記第２ユニットに接続された出力導体に隣接する位置に移動させ、次に、前記第２摺動子を、前記第２ユニットに接続された第２出力導体に移動させ、次に、前記摺動子を、前記第２ユニットに接続された出力導体に移動させ、次に、前記第２ユニットの出力を開始させる。

【0013】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の出力導体はそれぞれ、前記複数の充電ケーブルのいずれかに導通接続されており、前記摺動子は、前記複数のユニットのいずれかに導通接続されている。

【0014】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記切替部は、前記摺動子を移動させる移動装置と、前記摺動子とともに移動して、前記電極板の前記摺動子が接触する位置に向けて送風可能な冷却用ファンと、をさらに備え、前記冷却用ファンは、前記摺動子が通電中にのみ送風を行う。

【発明の効果】

【0015】

本発明によると、切替部は、摺動子を電極板上で摺動させて移動させ、当該摺動子を電極板の出力導体に導通させることで、電力の入力元と出力先との接続を切り替える。したがって、本発明に係る充電装置は、切替部としてマトリクススイッチャを用いる場合と比較して、電力の入力元または出力先の数が多い場合でも、大型化することを抑制できる。

【0016】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態に係る充電装置の内部構成を示すブロック図である。

【図2】（ａ）は移動装置の一例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。

【図3】制御部が行う制御処理の一例を説明するためのフローチャートであり、ある電力線へ電力を供給するユニットを切り替える処理の例である。

【図4】移動装置の変形例を示す断面図である。

【図5】第２実施形態に係る充電装置の内部構成を示すブロック図である。

【図6】第３実施形態に係る充電装置の内部構成を示すブロック図である。

【図7】第４実施形態に係る充電装置の内部構成を示すブロック図である。

【図8】制御部が行う制御処理の一例を説明するためのフローチャートであり、ある電力線へ電力を供給するユニットを切り替える処理の例である。

【図9】図８に示す制御処理の各ステップにおける摺動子の位置を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

【0019】

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る充電装置Ａ１の内部構成を示すブロック図である。

【0020】

充電装置Ａ１は、施設の駐車場などに配置され、電気自動車９の充電を行うための設備である。電気自動車９は、動力源としての電動機および電動機に電力を供給する蓄電池９１を備えた自動車であり、電動機のみを動力源とするいわゆる電気自動車だけでなく、内燃機関が併設されたハイブリッド車なども含まれる。充電装置Ａ１は、いわゆる急速充電装置である。充電装置Ａ１は、切替部１、直流電源部２、通信部３、制御部４、複数の電力線５、および複数の充電ケーブル６を備えている。

【0021】

直流電源部２は、制御部４からの指令に応じて、直流電力を出力する構成である。直流電源部２は、複数のユニット２１を備えている。各ユニット２１はそれぞれ、電力系統から入力される交流電力を直流電力に変換して出力する。各ユニット２１は、たとえば、コンバータおよび平滑回路を備えている。コンバータは、制御部４からの指令に応じて、電力系統から入力される交流電力を直流電力に変換する。平滑回路は、コンバータが出力する直流電力を平滑して出力する。なお、ユニット２１の具体的な構成は限定されず、直流電力を出力できればよい。各ユニット２１は、制御部４からの指令によって、それぞれ個別に、起動および停止を行う。また、各ユニット２１の出力電力は、制御部４によって、それぞれ個別に制御される。本実施形態では、直流電源部２は、ｎ個（例えば１０個）のユニット２１（２１－１～２１－ｎ）を備えている。各ユニット２１は、例えば最大２０ｋＷの電力を出力可能である。

【0022】

切替部１は、制御部４からの指令に応じて、直流電源部２の各ユニット２１が出力する直流電力の出力先を、それぞれ個別に切り替える。切替部１は、複数の出力導体１１、絶縁体１２、複数の摺動子１３、および複数の移動装置１４を備えている。

【0023】

複数の出力導体１１は、電気導電体であり、例えばＣｕ、Ａｌまたはこれらを含む合金などの金属からなる。なお、出力導体１１の構成材料は限定されない。複数の出力導体１１はそれぞれ、ユニット２１－１～２１－ｎのいずれかに導通接続されている。つまり、出力導体１１の数はｎ個である。ユニット２１－１～２１－ｎに接続されている出力導体１１をそれぞれ、出力導体１１－１～１１－ｎと記載する場合がある。各出力導体１１は、平面視において第１方向に延びる長矩形の板状であり、第１方向に直交する第２方向に、それぞれ同じ間隔を空けて配列されている。絶縁体１２は、電気絶縁体であり、例えば合成樹脂からなる。なお、絶縁体１２の構成材料は限定されない。絶縁体１２は、複数の出力導体１１の間を埋めるように配置されている。また、絶縁体１２は、図１においては省略しているが、出力導体１１－１および出力導体１１－ｎの外側にも位置している（後述する図２（ｂ）参照）。なお、図１においては、絶縁体１２にハッチングを付している。複数の出力導体１１および絶縁体１２は、表面がいずれも面一で、隙間なく配置されており、１枚の電極板１５を構成している。電極板１５は、例えば、複数の出力導体１１を表面を下にして等間隔で並べ、合成樹脂で固めることで形成できる。なお、電極板１５の形成方法は限定されない。例えば、電極板１５は、平面視において第１方向に延びる長矩形の板状である複数の絶縁板と、複数の出力導体１１とを、第２方向に交互に配置して形成されてもよい。

【0024】

複数の摺動子１３は、電極板１５の表面１５ａに接触しながら第２方向に摺動可能に配置されている。本実施形態では、摺動子１３として、摺動性に優れ、かつ、導電性および熱伝導性に優れたカーボンブラシを採用している。なお、摺動子１３は、カーボンブラシに限定されない。本実施形態では充電装置Ａ１は、ｍ個（例えば６個）の電力線５（５－１～５－ｍ）を備えている。各電力線５には、それぞれ３個の摺動子１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）が導通接続されている。なお、電力線５－１に接続する３個の摺動子１３ａ，１３ｂ，１３ｃを、摺動子１３ａ－１，１３ｂ－１，１３ｃ－１と記載する場合がある。他の電力線５に接続する摺動子１３ａ，１３ｂ，１３ｃも同様に記載する場合がある。なお、各電力線５に接続される摺動子１３の数は３個に限定されない。本実施形態では、各ユニット２１の最大出力電力が２０ｋＷであり、電気自動車９が充電できる最大電力が６０ｋＷ以下なので、各電力線５に接続される摺動子１３の数は３個とされている。

【0025】

各摺動子１３はそれぞれ、移動装置１４によって移動される。摺動子１３は、出力導体１１に接触しているときには、当該出力導体１１に接続されたユニット２１に導通する。これにより、当該ユニット２１が出力する電力が、当該摺動子１３が接続された電力線５に供給される。一方、摺動子１３が出力導体１１に接触せず、絶縁体１２上にあるときは、全てのユニット２１から断路している状態である。したがって、当該摺動子１３を介しては、電力線５に電力が供給されない。例えば、図１においては、電力線５－１は、ユニット２１－１およびユニット２１－ｎから電力を供給され、最大４０ｋＷの電力を出力可能である。また、電力線５－２は、ユニット２１－２のみから電力を供給され、最大２０ｋＷの電力を出力可能である。また、電力線５－ｍは、いずれのユニット２１にも接続されないので、電力を出力できない。

【0026】

複数の移動装置１４はそれぞれ、摺動子１３を移動させる構成である。各移動装置１４はそれぞれ、制御部４の指令に応じて、１個の摺動子１３を、電極板１５の表面１５ａに押し付けながら、第２方向に移動させる。なお、図１においては、移動装置１４の記載を省略している。

【0027】

図２は、移動装置１４の一例を説明するための図である。図２（ａ）は移動装置１４の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。移動装置１４は、一対の取付部１４１、カラー１４２、ネジ軸１４３、モータ１４４、スライダ１４５、一対のガイド１４６、ハウジング１４７、バネ１４８、バネ押さえ１４９、および端子固定板１４０を備えている。

【0028】

一対の取付部１４１は、電極板１５の表面１５ａの第２方向の両端部にそれぞれ固定されている。一方の取付部１４１（図２においては左側の取付部１４１）には、貫通孔を有するカラー１４２が取り付けられている。ネジ軸１４３は、ネジ溝が形成されており、カラー１４２の貫通孔に挿通されている。ネジ軸１４３は、第２方向に延びる軸を中心に回転可能に支持されている。モータ１４４は、簡略化して記載しているが、電極板１５などに固定されており、回転軸の回転力をネジ軸１４３に伝達する。モータ１４４は、例えばサーボモータであり、位置（回転角度）を正確に制御可能である。なお、モータ１４４は、サーボモータに限定されない。スライダ１４５は、内部にネジ溝が形成された貫通孔を有し、当該貫通孔にネジ軸１４３が挿通されている。図２においては省略しているが、スライダ１４５の貫通孔とネジ軸１４３との間には複数のボールが配置されており、スライダ１４５とネジ軸１４３とは、いわゆるボールねじ機構を構成する。スライダ１４５は、ネジ軸１４３の回転に応じて、第２方向に移動する。

【0029】

一対のガイド１４６はそれぞれ、第２方向に延び、両端を一対の取付部１４１にそれぞれ固定されている。各ガイド１４６は、スライダ１４５に設けられた貫通孔に挿通されている。一対のガイド１４６は、ネジ軸１４３の回転によりスライダ１４５が第２方向に延びる軸周りに回転するロールを防止するために、スライダ１４５の動きを拘束する。スライダ１４５は、ネジ軸１４３の回転に応じて、一対のガイド１４６によってロールを防止されつつ、第２方向に移動する。これにより、モータ１４４の駆動を制御することで、スライダ１４５の第２方向における位置を制御できる。なお、スライダ１４５の位置を制御するための位置制御構成は、上記に限定されない。例えば、当該位置制御構成は、直流モータと近接センサとを備え、近接センサで検出した位置に基づいて直流モータを制御する構成でもよいし、いわゆるリニアガイドを用いた構成であってもよい。

【0030】

ハウジング１４７は、スライダ１４５に固定されており、スライダ１４５の移動に伴って移動する。ハウジング１４７は、中空の直方体形状であり、内部に摺動子１３が収納されている。ハウジング１４７の第２方向の一方側（図２において左側）に位置する側板は、スライダ１４５に固定されている。ハウジング１４７の高さ方向における下側（図２において下側）の底板には貫通孔が形成されている。摺動子１３は、先端を底板の貫通孔から突出させている。バネ押さえ１４９は、バネ１４８が取り付けられて、上方からハウジング１４７に固定されている。摺動子１３は、バネ１４８によって下側に押し付けられる。ハウジング１４７の第２方向の他方側（図２において右側）は、開放されており、端子固定板１４０が固定されている。摺動子１３は、ハウジング１４７の３個の側板および端子固定板１４０に囲まれ、バネ１４８によって底板の貫通孔に押し付けられることで、ハウジング１４７の内部に拘束されている。端子固定板１４０は、第１方向の中央部分が、両端部分から切り離されて、外側に折り曲げられている。当該折り曲げられた部分は、摺動子１３に導通接続されたリード１３１が固定されており、リード１３１と電力線５とを接続して導通させる中継端子台として機能する。

【0031】

摺動子１３は、ハウジング１４７の内部に拘束され、スライダ１４５の移動に伴って移動する。これにより、摺動子１３は、ネジ軸１４３の回転に応じて、第２方向に移動する。摺動子１３は、先端を底板の貫通孔から突出させ、バネ１４８によって下側に押し付けられている。これにより、摺動子１３は、電極板１５の表面１５ａに常時接触している状態を維持される。また、上述したように、スライダ１４５は、一対のガイド１４６によってロールを防止されている。これにより、摺動子１３は、電極板１５の表面１５ａに対して垂直に押し付けられる。したがって、摺動子１３は、電極板１５の表面１５ａに接触した状態を維持したまま、第２方向での移動が可能である。また、摺動子１３は、モータ１４４の駆動を制御することで、第２方向における位置を制御される。

【0032】

通信部３は、電気自動車９との間で通信を行う。通信部３は、各充電ケーブル６に配置された通信線を介して、充電ケーブル６に接続された電気自動車９と通信を行う。通信部３は、各電気自動車９と、たとえばＣＡＮ（Controller Area Network）通信の規格に応じて通信を行う。なお、通信規格は限定されない。通信部３は、各電気自動車９から、蓄電池９１の容量、現在の充電率（ＳｏＣ：State of Charge）、および充電電力（充電電流）の指令値などの情報を受信する。なお、通信部３と各電気自動車９との間で送受信される情報は限定されない。

【0033】

各充電ケーブル６は、電力線５および通信線が配置されている。充電ケーブル６はそれぞれ、先端に配置された充電コネクタ６１を電気自動車９のプラグインコネクタ９２に接続することで、電気自動車９と接続される。充電ケーブル６が接続された電気自動車９は、通信線を介して、通信部３と通信を行う。また、当該電気自動車９は、電力線５を介して、直流電源部２からの電力を供給可能な状態であり、切替部１によっていずれかのユニット２１が当該電力線５に接続され、当該ユニット２１が電力を出力することで、蓄電池９１を充電される。

【0034】

制御部４は、充電装置Ａ１の制御を行う構成であり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御部４は、電力制御部４１および切替制御部４２を備えている。電力制御部４１は、直流電源部２の各ユニット２１の出力電力を個別に制御する。切替制御部４２は、各ユニット２１の出力先を切り替える制御を行う。切替制御部４２は、各移動装置１４のモータ１４４を制御することで、対応する摺動子１３を電極板１５の表面１５ａ上で摺動させて、第２方向の所望の位置に移動させる。これにより、切替制御部４２は、各ユニット２１と各電力線５との接続を切り替える。

【0035】

制御部４は、通信部３を介して電気自動車９と通信を行うことで、当該電気自動車９の情報を取得する。制御部４は、各種情報に基づいて、各ユニット２１の出力先の切り替え、および、各ユニット２１の出力電力を制御する。各種情報には、通信により取得した情報、図示しない操作部から入力された情報、現在の各ユニット２１の稼働情報（稼働中か否か、稼働している場合は出力電力値）、切替部１の接続情報、および、あらかじめ設定されたルールなどが含まれる。制御部４がどの情報に基づいてどのような制御を行うかは限定されない。例えば、制御部４は、ある充電ケーブル６に電気自動車９が接続された場合、当該電気自動車９から充電電力の指令値を取得する。制御部４は、停止中のユニット２１により当該指令値に応じた電力を出力可能である場合、これらのユニット２１と当該充電ケーブル６に配置された電力線５とを接続させ、これらのユニット２１の合計出力が指令値になるように制御することで充電を行う。停止中のユニット２１では出力が足りない場合、制御部４は、出力可能な電力で充電を開始させる。そして、他の電気自動車９の充電が終了して、対応するユニット２１の出力が不要になったとき、または、他の電気自動車９の蓄電池９１の充電率が大きくなって出力電力が低下され、一部のユニット２１の出力が不要になったとき、制御部４は、当該ユニット２１の出力を追加させてもよい。また、停止中のユニット２１では出力が足りない場合、制御部４は、優先度の低い他の電気自動車９に電力を供給している一部のユニット２１の出力先を切り替えてもよい。

【0036】

図３は、制御部４が行う制御処理の一例を説明するためのフローチャートであり、ある電力線５へ電力を供給するユニット２１を切り替える処理の例である。

【0037】

まず、切替前のユニット２１が停止される（Ｓ１）。なお、切替後のユニット２１が稼働している場合は、切替後のユニット２１も停止される。次に、切替前のユニット２１に接続された出力導体１１と、切替後のユニット２１に接続された出力導体１１との間に位置する出力導体１１に接触する摺動子１３があるか否かが判別される（Ｓ２）。間に位置する摺動子１３がある場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、当該摺動子１３が絶縁体１２に退避され（Ｓ３）、ステップＳ４に進む。具体的には、当該摺動子１３が接触する出力導体１１に接続されたユニット２１の出力が停止され、その後、当該摺動子１３が絶縁体１２に移動される。一方、間に位置する摺動子１３がない場合（Ｓ２：ＮＯ）、そのままステップＳ４に進む。例えば、図１に示す電力線５－１へ電力を供給するユニット２１を、ユニット２１－１からユニット２１－３（図１においては記載を省略）に切り替える場合だと、以下のように処理される。まず、出力導体１１－１と出力導体１１－３（図１においては記載を省略）との間に位置する出力導体１１－２に、摺動子１３ａ－２が接触しているので、出力導体１１－２に接続するユニット２１－２の出力が停止される。次に、摺動子１３ａ－２が絶縁体１２に移動される。

【0038】

次に、当該電力線５に接続された摺動子１３が、切替前のユニット２１に接続された出力導体１１から、切替後のユニット２１に接続された出力導体１１に移動される（Ｓ４）。先の例では、摺動子１３ａ－１が、出力導体１１－１から出力導体１１－３に移動される。このとき、摺動子１３ａ－１は、出力導体１１－２を通過するが、摺動子１３ａ－２が絶縁体１２に退避しているので、電力線５－１と電力線５－２とが出力導体１１－２によって導通することはない。したがって、電力線５－１に接続された電気自動車９の充電池９１と、電力線５－２に接続された電気自動車９の充電池９１とが並列接続状態になって、循環電流が流れることはない。

【0039】

次に、ステップＳ３で絶縁体１２に退避した摺動子１３が元の位置に戻される。（Ｓ５）。次に、切替後のユニット２１およびステップＳ３で停止されたユニット２１の出力が開始され（Ｓ６）、当該制御処理は終了する。なお、図３のフローチャートに示す処理は一例であって、制御部４が行う制御処理は上述したものに限定されない。

【0040】

次に、本実施形態に係る充電装置Ａ１の作用および効果について説明する。

【0041】

本実施形態によると、切替部１は、電極板１５、複数の摺動子１３、および複数の移動装置１４を備えている。電極板１５は、複数の出力導体１１および絶縁体１２を備えている。各摺動子１３は、電極板１５の表面１５ａに接触しながら第２方向に摺動可能に配置されており、出力導体１１に接触しているときには、当該出力導体１１に接続されたユニット２１に導通する。したがって、各摺動子１３は、全てのユニット２１に導通接続可能である。ユニット２１が１０個、電力線５が６個の場合、切替部としてマトリクススイッチャを用いると、６０個のスイッチが必要になり、マトリクススイッチャが複雑化かつ大型化し、配線も複雑になって、充電装置が大型化してしまう。一方、切替部１は、１個の電極板１５と、１８（＝３×６）個の摺動子１３と、各摺動子１３をそれぞれ移動させる１８個の移動装置１４だけでよいので、構造が複雑にならず、配線も単純である。これにより、充電装置Ａ１は、大型化することを抑制できる。

【0042】

また、本実施形態によると、直流電源部２は、複数のユニット２１を備えている。したがって、充電装置Ａ１は、切替部１によって、各ユニット２１と各電力線５との接続を切り替えることで、複数の充電ケーブル６に同時に電力を供給できる。また、充電装置Ａ１は、接続の切り替えの制御と、各ユニット２１の出力の制御とによって、各充電ケーブル６に供給する電力を制御できる。

【0043】

また、本実施形態によると、移動装置１４は、モータ１４４によりネジ軸１４３を回転させ、スライダ１４５を第２方向に移動させる。スライダ１４５に固定されたハウジング１４７内部に、摺動子１３が拘束されている。これにより、充電装置Ａ１は、モータ１４４の駆動を制御することで、摺動子１３の第２方向における位置を制御できる。

【0044】

また、本実施形態によると、摺動子１３は、先端をハウジング１４７の底板の貫通孔から突出させ、バネ１４８によって下側に押し付けられている。これにより、摺動子１３は、電極板１５の表面１５ａに常時接触している状態を維持される。また、スライダ１４５は、一対のガイド１４６によってロールを防止されている。これにより、摺動子１３は、電極板１５の表面１５ａに対して垂直に押し付けられる。したがって、充電装置Ａ１は、摺動子１３を、電極板１５の表面１５ａに適切に接触させた状態を維持したまま、第２方向へ移動させることが可能である。

【0045】

また、本実施形態によると、制御部４は、摺動子１３を移動させる際、移動元の出力導体１１と移動先の出力導体１１との間に位置する出力導体１１に接触する摺動子１３がある場合、当該摺動子１３が絶縁体１２に退避のために移動されてから、摺動子１３を移動させる。これにより、充電装置Ａ１は、複数の電気自動車９の充電池９１が同じ出力導体１１により導通された並列接続状態になることを防止して、循環電流が流れることを防止できる。

【0046】

なお、本実施形態においては、充電装置Ａ１が電気自動車９を充電する場合について説明したが、これに限られない。充電装置Ａ１は、電気自動車９以外の移動体を充電してもよい。この移動体の他の例として、たとえば二輪車（電動オートバイ、電動アシスト自転車）、船舶、飛行機などの他の乗り物、または、無人搬送車、ドローンなどの無人移動体などが考えられる。

【0047】

〔変形例〕
図４は、移動装置１４の変形例を示す断面図であり、図２に対応する図の部分拡大図である。なお、図４において、上記第１実施形態と同一または類似の要素には、上記第１実施形態（図２（ｂ）参照）と同一の符号を付している。変形例に係る移動装置１４は、冷却用ファン１５０をさらに備えている。冷却用ファン１５０は、例えばスライダ１４５に固定され、電極板１５の摺動子１３が接触する位置に向けて送風可能に配置されている。なお、冷却用ファン１５０の固定位置は限定されない。冷却用ファン１５０は、摺動子１３とともに移動して、電極板１５の摺動子１３が接触する位置に向けて送風可能な状態で固定されていればよい。切替部１において発生する熱のほとんどは、通電している出力導体１１の摺動子１３が接触している位置で発生する。本変形例では、冷却用ファン１５０が、この発熱が多い部分を冷却するので、冷却効果が高い。また、冷却用ファン１５０は、常時送風を行ってもよいが、冷却効率を高めるために、摺動子１３が通電中にのみ送風を行うのが望ましい。

【0048】

〔第２実施形態〕
図５は、第２実施形態に係る充電装置Ａ２の内部構成を示すブロック図である。なお、図５においては、直流電源部２および切替部１のみを記載し、その他の部分の記載を省略している。また、図５において、上記第１実施形態と同一または類似の要素には、上記第１実施形態と同一の符号を付している。本実施形態に係る充電装置Ａ２は、出力導体１１が電力線５に接続され、摺動子１３がユニット２１に接続されている点で、第１実施形態に係る充電装置Ａ１と異なる。

【0049】

第２実施形態に係る充電装置Ａ２の切替部１において、複数の出力導体１１はそれぞれ、第２方向に延び、電力線５に導通接続されている。また、複数の摺動子１３はそれぞれ、第１方向に摺動可能に配置され、ユニット２１に導通接続されている。各ユニット２１は、接続された摺動子１３が接触している出力導体１１を介して、当該出力導体１１に接続されている電力線５に電力を供給する。一方、摺動子１３が絶縁体１２上にあるときは、当該摺動子１３が接続されたユニット２１は、電力を供給できない。例えば、図５においては、電力線５－１は、ユニット２１－１およびユニット２１－２から電力を供給され、最大４０ｋＷの電力を出力可能である。また、電力線５－２は、ユニット２１－ｎのみから電力を供給され、最大２０ｋＷの電力を出力可能である。また、電力線５－３は、ユニット２１－３のみから電力を供給され、最大２０ｋＷの電力を出力可能である。また、電力線５－ｍは、いずれのユニット２１にも接続されないので、電力を出力できない。

【0050】

本実施形態によると、各摺動子１３は、電極板１５の表面１５ａに接触しながら第１方向に摺動可能に配置されており、出力導体１１に接触しているときには、当該出力導体１１に接続された電力線５に導通する。したがって、各摺動子１３は、全ての電力線５に導通接続可能である。ユニット２１が１０個、電力線５が６個の場合、本実施形態に係る切替部１は、１個の電極板１５と、１０個の摺動子１３と、各摺動子１３をそれぞれ移動させる１０個の移動装置１４だけでよいので、構造が複雑にならず、配線も単純である。これにより、充電装置Ａ２は、大型化することを抑制できる。また、充電装置Ａ２は、充電装置Ａ１と共通する構成により、充電装置Ａ１と同等の効果を奏する。さらに、本実施形態によると、充電装置Ａ２の切替部１は、充電装置Ａ１の切替部１より、必要となる摺動子１３および移動装置１４の数が少ない場合が多い。特に、充電装置Ａ２は、電力線５の数が多い場合、すなわち、充電ケーブル６の数が多い場合に、有利である。

【0051】

〔第３実施形態〕
図６は、第３実施形態に係る充電装置Ａ３の構成を示すブロック図である。なお、図６においては、直流電源部２および切替部１のみを記載し、その他の部分の記載を省略している。また、図６において、上記第２実施形態と同一または類似の要素には、上記第２実施形態と同一の符号を付している。本実施形態に係る充電装置Ａ３は、直流電源部２からの出力線が１個だけである点で、第２実施形態に係る充電装置Ａ２と異なる。

【0052】

第３実施形態に係る充電装置Ａ３の直流電源部２は、複数のユニット２１を備えていない、または、複数のユニット２１の出力をまとめて１個の出力線で出力する。したがって、切替部１は、摺動子１３を１個だけ備え、当該摺動子１３が直流電源部２に導通接続されている。直流電源部２は、接続された摺動子１３が接触している出力導体１１を介して、当該出力導体１１に接続されている電力線５に電力を供給する。例えば、図６においては、摺動子１３が接触している出力導体１１－３に接続されている電力線５－３のみが電力を出力可能である。

【0053】

本実施形態によると、摺動子１３は、電極板１５の表面１５ａに接触しながら第１方向に摺動可能に配置されており、出力導体１１に接触しているときには、当該出力導体１１に接続された電力線５に導通する。したがって、各摺動子１３は、全ての電力線５に導通接続可能である。本実施形態に係る切替部１は、１個の電極板１５と、１個の摺動子１３と、当該摺動子１３を移動させる１個の移動装置１４だけでよいので、構造が複雑にならず、配線も単純である。これにより、充電装置Ａ３は、大型化することを抑制できる。また、充電装置Ａ３は、充電装置Ａ１と共通する構成により、充電装置Ａ１と同等の効果を奏する。

【0054】

〔第４実施形態〕
図７～図９は、第４実施形態に係る充電装置Ａ４を説明するための図である。図７は、充電装置Ａ４の構成を示すブロック図である。なお、図７においては、直流電源部２および切替部１のみを記載し、その他の部分の記載を省略している。また、図７において、上記第１実施形態と同一または類似の要素には、上記第１実施形態と同一の符号を付している。図８および図９は、充電装置Ａ４の制御部４が行う制御処理の一例を説明するための図である。当該制御処理は、ある電力線５，５’へ電力を供給するユニット２１を切り替える処理の例である。図８は、当該制御処理のフローチャートであり、図９は、当該制御処理の各ステップにおける摺動子１３，１３’の位置を説明する図である。本実施形態に係る充電装置Ａ４は、切替部１が各ユニット２１の正極端子だけでなく負極端子の切り替えも行う点で、第１実施形態に係る充電装置Ａ１と異なる。

【0055】

直流電源部２の複数のユニット２１はそれぞれ、正極端子と負極端子とを備えている。切替部１の電極板１５の各出力導体１１－１～１１－ｎはそれぞれ、ユニット２１－１～２１－ｎの正極端子に接続されている。つまり、電極板１５、複数の摺動子１３、および複数の移動装置１４は、各ユニット２１の正極端子の接続先を切り替えるための構成である。本実施形態に係る切替部１は、各ユニット２１の負極端子の接続先を切り替えるための構成である、電極板１５’、複数の摺動子１３’、および複数の移動装置１４’をさらに備えている。

【0056】

電極板１５’は、電極板１５と同様の構成であり、複数の出力導体１１’（１１’－１～１１’－ｎ）が第２方向に同じ間隔を空けて配列され、絶縁体１２’が複数の出力導体１１の間を埋めるように配置されて、構成されている。電極板１５’の表面１５’ａも、面一で隙間なく構成されている。各出力導体１１’－１～１１’－ｎはそれぞれ、ユニット２１－１～２１－ｎの負極端子に導通接続されている。各摺動子１３’は、摺動子１３と同様の構成であり、電極板１５’の表面１５’ａを摺動して、第２方向に移動する。充電装置Ａ４は、ｍ個（例えば６個）の電力線５’（５’－１～５’－ｍ）をさらに備えている。各電力線５’には、それぞれ３個の摺動子１３’（１３’ａ，１３’ｂ，１３’ｃ）が導通接続されている。各移動装置１４’は、移動装置１４と同様の構成であり、摺動子１３’を第２方向に移動させる。なお、電極板１５’の配置位置は限定されず、電極板１５’の配置の向きは、電極板１５と同じ（図７参照）であってもよいし、異なってもよい。電極板１５’の配置の向きに応じて、各摺動子１３’ａの移動方向は変化する。

【0057】

図８に示すように、ある電力線５，５’へ電力を供給するユニット２１を切り替える処理は以下のように行われる。

【0058】

まず、切替前のユニット２１が停止される（Ｓ１１）。なお、切替後のユニット２１が稼働している場合は、切替後のユニット２１も停止される。次に、当該電力線５に接続された摺動子１３が、切替前のユニット２１に接続された出力導体１１から絶縁体１２の隣接する位置に移動され、当該電力線５’に接続された摺動子１３’が、切替前のユニット２１に接続された出力導体１１’から絶縁体１２’の隣接する位置に移動される（Ｓ１２）。なお、切替前のユニット２１は停止されているので、摺動子１３，１３’の移動に問題は生じない。

【0059】

次に、当該摺動子１３が、絶縁体１２の、切替後のユニット２１に接続された出力導体１１に隣接する位置に移動される（Ｓ１３）。なお、当該摺動子１３’が絶縁体１２’上にあるので、当該摺動子１３が、移動中に通電中の出力導体１１に接触しても、各電気自動車９の充電池９１は並列接続状態にならず、循環電流が流れることはない。次に、当該摺動子１３’が、切替後のユニット２１に接続された出力導体１１’に移動される（Ｓ１４）。なお、当該摺動子１３が絶縁体１２上にあるので、当該摺動子１３’が、移動中に通電中の出力導体１１’に接触しても、各電気自動車９の充電池９１は並列接続状態にならず、循環電流が流れることはない。

【0060】

次に、当該摺動子１３が、切替後のユニット２１に接続された出力導体１１に移動される（Ｓ１５）。次に、切替後のユニット２１の出力が開始され（Ｓ１６）、当該制御処理は終了する。なお、図８のフローチャートに示す処理は一例であって、制御部４が行う制御処理は上述したものに限定されない。

【0061】

例えば、図７に示す電力線５－１，５’－１へ電力を供給するユニットを、ユニット２１－１からユニット２１－４（図７においては記載を省略）に切り替える場合を、図９に基づいて説明する。

【0062】

切り替え前においては、図９（ａ）に示すように、電力線５－１に接続する摺動子１３ａ－１は出力導体１１－１に接しており、電力線５’－１に接続する摺動子１３’ａ－１は出力導体１１’－１に接している。この状態で、ユニット２１－１が停止される（Ｓ１１）。次に、図９（ｂ）に示すように、摺動子１３ａ－１は絶縁体１２の出力導体１１－１に隣接する部分（図では右側）に移動され、摺動子１３’ａ－１は絶縁体１２’の出力導体１１’－１に隣接する部分（図では右側）に移動される（Ｓ１２）。

【0063】

次に、図９（ｃ）に示すように、摺動子１３ａ－１は絶縁体１２の出力導体１１－４に隣接する部分（図では左側）に移動される（Ｓ１３）。次に、図９（ｄ）に示すように、摺動子１３’ａ－１は出力導体１１’－４に移動される（Ｓ１４）。次に、図９（ｅ）に示すように、摺動子１３ａ－１は出力導体１１－４に移動される（Ｓ１５）。その後、ユニット２１－４の出力が開始される（Ｓ１６）。

【0064】

本実施形態においても、各摺動子１３は、電極板１５の表面１５ａに接触しながら第２方向に摺動可能に配置されており、出力導体１１に接触しているときには、当該出力導体１１に接続されたユニット２１に導通する。したがって、各摺動子１３は、全てのユニット２１に導通接続可能である。また、本実施形態によると、各摺動子１３’は、電極板１５’の表面１５’ａに接触しながら第２方向に摺動可能に配置されており、出力導体１１’に接触しているときには、当該出力導体１１’に接続されたユニット２１に導通する。したがって、各摺動子１３’は、全てのユニット２１に導通接続可能である。ユニット２１が１０個、電力線５，５’がそれぞれ６個の場合、切替部としてマトリクススイッチャを用いると、１２０個のスイッチが必要になり、マトリクススイッチャが複雑化かつ大型化し、配線も複雑になって、充電装置が大型化してしまう。一方、本実施形態に係る切替部１は、２個の電極板１５，１５’と、それぞれ１８（＝３×６）個の摺動子１３，１３’ と、各摺動子１３，１３’をそれぞれ移動させる３６個の移動装置１４，１４’だけでよいので、構造が複雑にならず、配線も単純である。これにより、充電装置Ａ４は、大型化することを抑制できる。また、充電装置Ａ４は、充電装置Ａ１と共通する構成により、充電装置Ａ１と同等の効果を奏する。さらに、本実施形態によると、第１実施形態と異なり、ユニット２１を切り替える制御において、摺動子１３，１３’を移動させる前に、移動元の出力導体１１，１１’と移動先の出力導体１１，１１’との間にある出力導体１１，１１’に接触する摺動子１３，１３’を絶縁体１２，１２’に退避させる必要がない。

【0065】

本発明に係る充電装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る充電装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0066】

Ａ１～Ａ４：充電装置、１：切替部、１１，１１’：出力導体、１２，１２’：絶縁体、１３，１３’：摺動子、１４，１４’：移動装置、１５，１５’：電極板、１５０：冷却用ファン、２：直流電源部、２１：ユニット、４：制御部、６：充電ケーブル、９：電気自動車、９１：蓄電池

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】