特開 2025-6645 充電システム

(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】P2025006645

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】充電システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/633 20140101AFI20250109BHJP

   H02J 7/04 20060101ALI20250109BHJP

   B60L 58/27 20190101ALI20250109BHJP

   B60L 53/14 20190101ALI20250109BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20250109BHJP

   B60L 58/26 20190101ALI20250109BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20250109BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20250109BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20250109BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20250109BHJP

   H01M 10/6567 20140101ALI20250109BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

H01M10/633

H02J7/04 L

B60L58/27

B60L53/14

B60L58/12

B60L58/26

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6556

H01M10/615

H01M10/6567

H01M10/48 P

H01M10/48 301

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023107565

(22)【出願日】2023-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小鍜治 純

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

5H031

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA02

5G503BB01

5G503CB11

5H030AS08

5H030DD21

5H030FF22

5H030FF41

5H031AA09

5H031HH01

5H031HH06

5H031KK08

5H125AA01

5H125AC12

5H125AC24

5H125BC19

5H125BE02

5H125CD06

5H125CD09

5H125DD02

5H125EE25

5H125EE27

5H125FF12

(57)【要約】

【課題】電池を充電する際に、電池の温度を充電に至適な範囲に制御する。
【解決手段】充電システム１００は、車両７０Ａの電池８０Ａに接続され、電池８０Ａへの充電を行う充電部９０を備えている。また、充電システム１００は、電池８０Ａに接続され、電池８０Ａの温度が第１の温度よりも高い場合においては電池を冷やすための流体を電池との間において循環させて電池８０Ａを冷却し、電池８０Ａの温度が第２の温度よりも低い場合においては電池８０Ａを温めるための流体を電池８０Ａとの間において循環させて電池を温める温度調節部９２を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の電池に接続され、前記電池への充電を行う充電部と、
前記電池に接続され、前記電池の温度が第１の温度よりも高い場合においては前記電池を冷やすための流体を前記電池との間において循環させて前記電池を冷却し、前記電池の温度が第２の温度よりも低い場合においては前記電池を温めるための流体を前記電池との間において循環させて前記電池を温める温度調節部と、
を備えた充電システム。

【請求項2】

車両に設けられた被接続部に接続されるプラグを備え、
前記電池に流体を供給する供給部と、前記電池からの流体を回収する回収部と、前記電池と電気的に接続される充電端子と、が前記プラグに一体に設けられている請求項１に記載の充電システム。

【請求項3】

前記充電部は、複数の車両の前記電池の温度及び充電率を取得し、
前記温度調節部は、前記充電部が取得した複数の車両の前記電池の温度及び充電率に基づいて、複数の車両の前記電池の間において熱交換を行う請求項１又は請求項２に記載の車両の充電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電池を充電する充電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

電池の急速充電は、電池の温度によって充電効率が変化する。電池の温度が低かったり、極端に高かったりすると充電効率が悪化し、充電に時間がかかる場合がある。特許文献１には、車載の電池を冷却しながら充電することにより、充電効率を向上させる充電システムの発明が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１４０７４０号公報

【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に記載の発明は、充電対象の電池を冷却することはできても、当該電池の温度を充電に至適な範囲に制御することを考慮していない。そのため、特許文献１に記載の発明には、電池の充電効率を最適化するという点で改善の余地がある。

【0005】

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、電池を充電する際に、電池の温度を充電に至適な範囲に制御することができる充電システムを得ることが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の態様の充電システムは、車両の電池に接続され、前記電池への充電を行う充電部と、前記電池に接続され、前記電池の温度が第１の温度よりも高い場合においては前記電池を冷やすための流体を前記電池との間において循環させて前記電池を冷却し、前記電池の温度が第２の温度よりも低い場合においては前記電池を温めるための流体を前記電池との間において循環させて前記電池を温める温度調節部と、を備えている。

【0007】

第１の態様の充電システムでは、充電部が車両の電池に接続されることで、当該電池の充電を行うことができる。ここで、電池の温度が第１の温度よりも高い場合においては、温度調節部は、電池を冷やすための流体を電池との間において循環させて電池を冷却する。これに対して、電池の温度が第２の温度よりも低い場合においては、温度調節部は、電池を温めるための流体を電池との間において循環させて電池を温める。すなわち、温度調節部は、電池の温度が第１の温度と第２の温度との間の温度となるように当該電池の冷却又は加熱をする。このように、第１の態様の充電システムでは、電池を充電する際に、電池の温度を充電に至適な範囲に制御することができる。

【0008】

第２の態様の充電システムは、第２の態様の充電システムにおいて、車両に設けられた被接続部に接続されるプラグを備え、前記電池に流体を供給する供給部と、前記電池からの流体を回収する回収部と、前記電池と電気的に接続される充電端子と、が前記プラグに一体に設けられている。

【0009】

第２の態様の充電システムでは、電池に流体を供給する供給部と、電池からの流体を回収する回収部と、電池と電気的に接続される充電端子と、がプラグに一体に設けられている。この構成では、プラグを車両に設けられた被接続部に接続することにより、供給部、回収部及び充電端子の接続を同時に完了させることができる。また、プラグを車両に設けられた被接続部から取外すことにより、供給部、回収部及び充電端子の接続解除を同時に完了させることができる。

【0010】

第３の態様の充電システムは、第１の態様又は第２の態様の車両の充電システムにおいて、前記充電部は、複数の車両の前記電池の温度及び充電率を取得し、前記温度調節部は、前記充電部が取得した複数の車両の前記電池の温度及び充電率に基づいて、複数の車両の前記電池の間において熱交換を行う。

【0011】

第３の態様の充電システムでは、温度調節部は、充電部が取得した複数の車両の電池の温度及び充電率に基づいて、複数の車両の電池の間において熱交換を行う。このようにすることで、複数の車両の電池を同時に充電する際に、各車両の電池の温度を充電に至適な範囲に制御することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、電池を充電する際に、電池の温度を充電に至適な範囲に制御できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】充電システムを模式的に示す図である。

【図2】排熱回収型ヒートポンプを模式的に示す図である。

【図3】電池の温度に対する充電時間を示したグラフである。

【図4】温度調節部による制御を説明するためのフローチャートである。

【図5】温度調節部による制御を説明するためのフローチャートである。

【図6】温度調節部による制御を説明するためのフローチャートである。

【図7】一体型のプラグを模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本実施形態の一例を詳細に説明する。図１は、本実施形態における充電システム１００の構成の一例を示した模式図である。この図に示されるように、充電システム１００は、充電を制御する充電器であるパワーキャビネット１０と、導管３０を介して供給されるパワーキャビネット１０の排熱を利用して温水及び冷水を生成すると共に後述する電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの温度を制御する排熱回収型ヒートポンプ２０と、を備えている。また、充電システム１００は、パワーキャビネット１０で生成した電力を、後述する第１ポスト４０Ａ、第２ポスト４０Ｂ、第３ポスト４０Ｃに供給する電力供給線１２と、パワーキャビネット１０と第１ポスト４０Ａ、第２ポスト４０Ｂ、第３ポスト４０Ｃとの間の通信を行うための通信線１４と、を備えている。さらに、充電システム１００は、排熱回収型ヒートポンプ２０で生成した温水及び冷水を第１ポスト４０Ａ、第２ポスト４０Ｂ、第３ポスト４０Ｃに供給する温水／冷水供給ホース１６を備えている。また、充電システム１００は、パワーキャビネット１０で生成した電力を充電プラグ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを介して車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃに各々供給すると共に、排熱回収型ヒートポンプ２０で生成した温水及び冷水を温度調節プラグ６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃを介して車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃに各々供給する第１ポスト４０Ａ、第２ポスト４０Ｂ、第３ポスト４０Ｃを備えている。ここで、パワーキャビネット１０から充電プラグ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃまでの範囲が充電部９０を構成している。また、排熱回収型ヒートポンプ２０から温度調節プラグ６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃまでの範囲が温度調節部９２を構成している。

【0015】

図２は、排熱回収型ヒートポンプ２０の動作を示した説明図である。排熱回収型ヒートポンプ２０は、熱媒体の気化熱及び凝縮熱を用いて、水を冷却及び加熱する装置である。熱媒体は、断熱圧縮後に冷却されることによって容易に液化されると共に、液化された状態から断熱膨張後に加熱されることにより容易に気体状態に復元され得る物質である。

【0016】

排熱回収型ヒートポンプ２０は、具体的には、エバポレータ２２で気化された熱媒体をコンプレッサ２４で圧縮して、熱媒体を高温高圧の気体状にした後、コンデンサ２６で冷却されて高圧の液体に変換される。コンデンサ２６の冷却には車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃのいずれかの電池の加熱に用いた結果、低温化した水を用いることができる。コンデンサ２６の冷却に供したことで高温化した水は、温水／冷水供給ホース１６を介して車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃの電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃに必要に応じて供給され、これらの車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃの電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの加熱に用いられる。

【0017】

コンデンサ２６で高圧な液体に変換された熱媒体は、エキスパンジョンバルブ２８で断熱膨張された結果、減圧され、気体と液体が混在した状態となる。そして、気体と液体が混在した熱媒体は、エバポレータ２２で加熱されて低圧の気体に変換される。加熱には車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃのいずれかの電池の冷却に用いた結果、高温化した水を用いることができる。エバポレータ２２の加熱に供したことで低温化した水は、温水／冷水供給ホース１６を介して車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃの電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃに必要に応じて供給され、これらの車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃの電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの冷却に用いられる。

【0018】

図３は、電池の温度に対する充電時間を示したグラフの一例である。この図に示されるように、電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの温度が第１の温度Ｔ１よりも高い場合においては、電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの温度が増すにつれて充電時間が増加する。また、電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの温度が第２の温度Ｔ２よりも低い場合においては、電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの温度が下がるにつれて充電時間が増加する。このことから、電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの温度が第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２との間の温度となるように当該電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの温度を制御することにより、電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの充電効率が低下することを抑制できることがわかる。なお、一例として、第１の温度Ｔ１は３０℃であり、第２の温度Ｔ２は２０℃であるが、これらの温度は電池の構成によって異なる。

【0019】

以下、温度調節部９２による制御について説明する。

【0020】

図１に示されるように、本実施形態の充電システム１００では、充電プラグ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ及び温度調節プラグ６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃを車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃにそれぞれ接続することにより、電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの充電を行うことができる。電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの充電を行うことができる状態においては、電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの温度及び充電率が充電部９０によってモニターされている。なお、以下においては、主に第１ポスト４０Ａにおける車両７０Ａの電池８０Ａに充電をする場合の制御について説明する。

【0021】

図４に示されるように、先ず、ステップＳ１０１において充電が開始されると、温度調節部９２は、ステップＳ１０２において、充電開始通知を行う。次に、温度調節部９２は、ステップＳ１０３において、充電部９０からの信号に基づいて電池８０Ａの温度が第２の温度Ｔ２を超えているか否かを判断する。ステップＳ１０３で肯定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ１０４において、充電部９０からの信号に基づいて電池８０Ａの温度が第１の温度Ｔ１を下回っているか否かを判断する。ステップＳ１０４で肯定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ１０５において待機通知を行う。次に、温度調節部９２は、ステップＳ１０６において、充電部９０からの信号に基づいて電池８０Ａの充電が完了しているか否かを判断する。ステップＳ１０６で肯定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ１０７において充電完了通知を出力し、当該処理を終了する。これに対して、ステップＳ１０６で否定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。

【0022】

また、ステップＳ１０３において否定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ１０８において加熱要求を行い、ステップＳ１０６以後の処理を行う。

【0023】

また、ステップＳ１０４において否定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ１０９において冷却要求を行い、ステップＳ１０６以後の処理を行う。

【0024】

なお、第２ポスト４０Ｂにおける車両７０Ｂの電池８０Ｂに充電をする場合及び第３ポスト４０Ｃにおける車両７０Ｃの電池８０Ｃに充電をする場合についても、上記のステップＳ１０１～ステップＳ１０９と同様の処理が行われる。

【0025】

次に、図５に示されるように、温度調節部９２は、ステップＳ２０１において前述のステップＳ１０８による加熱要求があるか否かを判断する。ステップＳ２０１で肯定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ２０２において、車両７０Ａの電池８０Ａを温めるための流体である温水を電池８０Ａに供給する。この温水が温度調節部９２と電池８０Ａとの間を循環することで、電池８０Ａが温められる。

【0026】

次に、温度調節部９２は、ステップＳ２０３において、充電部９０からの信号に基づいて電池８０Ａの充電が完了しているか否かを判断する。ステップＳ２０３で肯定判断されると、温度調節部９２は、当該処理を終了する。これに対して、ステップＳ２０３で否定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ２０１以降の処理を繰り返す。

【0027】

ステップＳ２０１で否定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ２０４において、前述のステップＳ１０９による冷却要求があるか否かを判断する。ステップＳ２０４で肯定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ２０５において、車両７０Ａの電池８０Ａを冷やすための流体である冷水を電池８０Ａに供給する。この冷水が温度調節部９２と電池８０Ａとの間を循環することで、電池８０Ａが冷やされる。次に、温度調節部９２は、ステップＳ２０３以降の処理を繰り返す。

【0028】

これに対して、ステップＳ２０４で否定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ２０３以降の処理を行う。

【0029】

なお、第２ポスト４０Ｂにおける車両７０Ｂの電池８０Ｂに充電をする場合及び第３ポスト４０Ｃにおける車両７０Ｃの電池８０Ｃに充電をする場合についても、上記のステップＳ２０１～ステップＳ５０５と同様の処理が行われる。

【0030】

以上説明したように、本実施形態の充電システム１００によれば、車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃの電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃを充電する際に、電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの温度を充電に至適な範囲に制御することができる。

【0031】

ここで、本実施形態の充電システムでは、複数の車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃのそれぞれ電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃが温度調節部９２に接続された構成となっている。そのため、複数の車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃのそれぞれ電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの間において熱交換を行うことができる。

【0032】

例えば、第１ポスト４０Ａにおける車両７０Ａの電池８０Ａの温度が第２の温度Ｔ２よりも低く、第２ポスト４０Ｂにおける車両７０Ｂの電池８０Ｂの温度が第１の温度Ｔ１よりも低くかつ第２の温度Ｔ２よりも高く、第３ポスト４０Ｃにおける車両７０Ｃの電池８０Ｃの温度が第１の温度Ｔ３よりも高い場合においては、温度調節部９２は、第１ポスト４０Ａにおける車両７０Ａの電池８０Ａに温水を供給し、当該電池８０Ａの温度を上げる。また、温度調節部９２は、第３ポスト４０Ｃにおける車両７０Ｃの電池８０Ｃに冷水を供給し、当該電池８０Ｃの温度を下げる。ここで、充電効率という観点では、第２ポスト４０Ｂにおける車両７０Ｂの電池８０Ｂの温度を調節する必要はないが、第１ポスト４０Ａにおける車両７０Ａの電池８０Ａの温度を上げることが優先される場合にあっては、温度調節部９２は、第２ポスト４０Ｂにおける車両７０Ｂの電池８０Ｂに冷水を供給することにより当該電池８０Ｂの温度を下げて、第１ポスト４０Ａにおける車両７０Ａの電池８０Ａの温度の上昇を促進させる。すなわち、温度調節部９２は、第２ポスト４０Ｂにおける車両７０Ｂの電池８０Ｂと第１ポスト４０Ａにおける車両７０Ａの電池８０Ａとの間において熱交換をすることにより、第１ポスト４０Ａにおける車両７０Ａの電池８０Ａの温度の上昇を促進させる。

【0033】

詳述すると、図６に示されるように、温度調節部９２は、ステップＳ３０１において、第２ポスト４０Ｂにおける車両７０Ｂの電池８０Ｂの充電において前述のステップＳ１０５の待機通知があるか否かを判断する。ステップＳ３０１において肯定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ３０２において、第３ポスト４０Ｃにおける車両７０Ｃの電池８０Ｃの充電において前述のステップＳ１０９の冷却要求があるか否かを判断する。ステップＳ３０２において肯定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ３０３において、第１ポスト４０Ａにおける車両７０Ａの電池８０Ａの充電率が第３ポスト４０Ｃにおける車両７０Ｃの電池８０Ｃの充電率以上となっているか否かを判断する。ステップＳ３０３において否定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ３０４において、第２ポスト４０Ｂにおける車両７０Ｂの電池８０Ｂに冷水を供給することにより当該電池８０Ｂの温度を下げる。これにより、第１ポスト４０Ａにおける車両７０Ａの電池８０Ａの温度の上昇が促進される。

【0034】

なお、ステップＳ３０３において肯定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ３０５において、第２ポスト４０Ｂにおける車両７０Ｂの電池８０Ｂに温水を供給することにより当該電池８０Ｂの温度を上げる。これにより、第３ポスト４０Ｃにおける車両７０Ｃの電池８０Ｃの温度の降下が促進される。また、ステップＳ３０１において否定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ３０１以降の処理を繰り返す。また、ステップＳ３０２において否定判断されると、温度調節部９２は、ステップＳ３０１以降の処理を繰り返す。

【0035】

以上説明したように、本実施形態の充電システム１００によれば、複数の車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃの電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃを同時に充電する際に、各車両７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃの電池８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの温度を充電に至適な範囲に制御することができる。

【0036】

（一体型のプラグ９４の構成）
図７には、前述の充電システム１００に適用することができるプラグ９４が示されている。このプラグ９４は、前述の充電プラグ５０Ａ及び温度調節プラグ６０Ａの両方の機能を有する構成となっている。詳述すると、このプラグ９４では、電池８０Ａに流体を供給する供給部９６Ａと、電池８０Ａからの流体を回収する回収部９６Ｂと、電池８０Ａと電気的に接続される充電端子９８と、がプラグ９４に一体に設けられた構成となっている。この構成では、プラグ９４を車両７０Ａに設けられた被接続部に接続することにより、供給部９６Ａ、回収部９６Ｂ及び充電端子９８の接続を同時に完了させることができる。また、プラグ９４を車両７０Ａに設けられた被接続部から取外すことにより、供給部９６Ａ、回収部９６Ｂ及び充電端子９８の接続解除を同時に完了させることができる。

【0037】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0038】

７０Ａ 車両
７０Ｂ 車両
７０Ｃ 車両
８０Ａ 電池
８０Ｂ 電池
８０Ｃ 電池
９０ 充電部
９２ 温度調節部
９４ プラグ
９６Ａ 供給部
９６Ｂ 回収部
９８ 充電端子
１００ 充電システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】