JP2006262608A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電器の充電を簡便に行うことができる充電装置を提供する。
【解決手段】外部充電器２６による蓄電器モジュール１０の充電を行うときには、蓄電器モジュール１０の装着端子１２ａ，１２ｂからサービスプラグを取り外し、且つ外部充電器２６の接続端子２６ａ，２６ｂを蓄電器モジュール１０の装着端子１２ａ，１２ｂに接続する。その状態で、外部充電リレー２４をオンにして蓄電器モジュール１０の両端子１０ａ，１０ｂ間を接続することで、外部充電器２６による蓄電器モジュール１０の充電を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、充電装置に関し、特に、直列に接続された複数の蓄電器と、直列接続された蓄電器間の装着部に着脱可能な状態で装着されるサービスプラグとを含み、サービスプラグが装着部から外された場合に電圧の出力が遮断される蓄電器モジュールに対して充電を行う充電装置に関する。

従来の充電装置の一例が下記特許文献１に開示されている。特許文献１の充電装置は、電気自動車等の車両に搭載されたバッテリを外部電源により充電するものである。そして、インバータの直流端子とバッテリの一端との接続を開閉するための第１スイッチ、ＤＣ／ＤＣコンバータのリアクトルの一端とバッテリの一端との接続を開閉するための第２スイッチ、及びインバータの直流端子間に逆方向直列接続されたダイオード同士の接続点とリアクトルの一端すなわち第２スイッチとの接続点との間に電圧を印加するためのコネクタが設けられている。通常走行時には、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオンさせ、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作によりバッテリの電圧を昇圧してインバータの直流端子間に印加する。一方、コネクタに接続された外部の交流電源によりバッテリを充電するときには、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフさせ、交流電源からの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作により整流及び昇圧してバッテリに印加する。このとき、インバータのスイッチング素子をオフさせ、モータ側との電気的接続を解消しておく。

その他にも、下記特許文献２の充電装置が開示されている。

特開平１０−１３６５７０号公報 特開２００４−２３８２６号公報

特許文献１では、外部電源によりバッテリを充電するときには、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子をスイッチング動作させる必要がある。また、外部電源を接続するための配線をＤＣ／ＤＣコンバータやインバータの直流端子から引き出す必要がある。そのため、バッテリ等の蓄電器の充電を外部電源により簡便に行うことが困難であるという問題点がある。

本発明は、蓄電器の充電を簡便に行うことができる充電装置を提供することを目的とする。

本発明に係る充電装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る充電装置は、直列に接続された複数の蓄電器と、直列接続された蓄電器間の装着部に着脱可能な状態で装着されるサービスプラグとを含み、サービスプラグが該装着部から外された場合に電圧の出力が遮断される蓄電器モジュールに対して充電を行う充電装置であって、前記装着部に接続可能な充電器の接続端子と、蓄電器モジュールの両端子間の接続及びその解除を行うことが可能な接続手段と、を備え、サービスプラグが前記装着部から外されて充電器の接続端子が該装着部に接続された状態で、前記接続手段により蓄電器モジュールの両端子間を接続することで、充電器による蓄電器モジュールの充電を行うことを要旨とする。

本発明の一態様では、前記充電器による蓄電器モジュールの充電を行わないときは、前記接続手段による蓄電器モジュールの両端子間の接続を解除することが好適である。

また、本発明の一態様では、前記接続手段は、蓄電器モジュールに対して並列接続されたスイッチであることが好適である。

また、本発明の一態様では、充電器の接続端子は、前記装着部に装着されるサービスプラグの接続端子と略同一の形状を呈していることが好適である。

本発明によれば、サービスプラグが直列接続された蓄電器間の装着部から外されて充電器の接続端子がこの装着部に接続された状態で、蓄電器モジュールの両端子間を接続することで、充電器による蓄電器モジュールの充電を行うことができる。その結果、直列に接続された複数の蓄電器を含む蓄電器モジュールの充電を簡便に行うことができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る充電装置の充電対象である蓄電器モジュールを備える駆動システムの概略構成を示す図である。この駆動システムは、電気自動車やハイブリッド車両等の車両に搭載されるものであり、蓄電器モジュール１０の他に、接続装置１６、インバータ２０、及び車載コントローラ２２を備えている。

蓄電器モジュール１０は、直列に接続された複数の二次電池（蓄電器）１２と、直接接続された二次電池１２間の装着端子１２ａ，１２ｂに着脱可能な状態で装着されるサービスプラグ１４と、を含む。サービスプラグ１４の接続端子１４ａ，１４ｂが装着端子１２ａ，１２ｂに接続された場合、すなわちサービスプラグ１４が装着端子１２ａ，１２ｂに装着された場合は、蓄電器モジュール１０の両端子１０ａ，１０ｂ間から電圧が出力される。一方、サービスプラグ１４の接続端子１４ａ，１４ｂが装着端子１２ａ，１２ｂに接続されていない場合、すなわちサービスプラグ１４が装着端子１２ａ，１２ｂから外された場合は、蓄電器モジュール１０の両端子１０ａ，１０ｂ間からの電圧の出力が遮断される。

接続装置１６は、リレー１６−１，１６−２，１６−３及び電流制限用抵抗１８を有しており、蓄電器モジュール１０とインバータ２０との間の導通／非導通の切り換えが可能である。リレー１６−１，１６−３がオンしているときは、蓄電器モジュール１０とインバータ２０とが電流制限用抵抗１８を介して導通される。一方、リレー１６−２，１６−３がオンしているときは、蓄電器モジュール１０とインバータ２０とが電流制限用抵抗１８を介さずに導通される。

蓄電器モジュール１０とインバータ２０との間を非導通から導通に切り換えるときは、まずリレー１６−１，１６−３をオンにする（リレー１６−２はオフのままである）。このとき、サービスプラグ１４が装着された蓄電器モジュール１０から電流制限用抵抗１８を介してインバータ２０に電流が流れるため、蓄電器モジュール１０からインバータ２０に流れ込む突入電流が制限される。そして、リレー１６−１，１６−３をオンにしてから所定時間経過後にリレー１６−２をオンにする。このようなリレー１６−１，１６−２，１６−３の導通タイミングの制御が行われることで、蓄電器モジュール１０からの大電流放電を抑制することができる。

インバータ２０は、図示しない複数のスイッチング素子を含んでおり、各スイッチング素子のスイッチング動作により、蓄電器モジュール１０からの直流電圧を交流（例えば３相交流）に変換して図示しない負荷（例えば電動機）へ出力することができる。さらに、インバータ２０は、負荷の交流電流を直流に変換して蓄電器モジュール１０へ回生する方向の変換も可能である。なお、接続装置１６とインバータ２０との間にＤＣ／ＤＣコンバータを設けることもできる。

車載コントローラ２２は、蓄電器モジュール１０と負荷との間で電力変換を行うために、インバータ２０の各スイッチング素子のスイッチング動作を制御する。そして、車載コントローラ２２は、蓄電器モジュール１０とインバータ２０との間を導通させるときに、前述したリレー１６−１，１６−２，１６−３の導通タイミングの制御も行う。

以上のように構成された駆動システムにおいて、例えば車載されている二次電池１２があがって電力を供給することが困難な場合等には、蓄電器モジュール１０（二次電池１２）の充電を外部から行う。以下、蓄電器モジュール１０の外部充電を行うための本実施形態に係る充電装置の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る充電装置の概略構成を示す図である。

外部充電リレー（スイッチ）２４は、蓄電器モジュール１０と接続装置１６との間に設けられており、蓄電器モジュール１０に対して並列接続されている。すなわち、外部充電リレー２４の一端は、蓄電器モジュール１０の正側端子１０ａと接続装置１６のリレー１６−１，１６−２との間に接続されており、外部充電リレー２４の他端は、蓄電器モジュール１０の負側端子１０ｂと接続装置１６のリレー１６−３との間に接続されている。外部充電リレー２４をオンにした場合は、蓄電器モジュール１０の両端子１０ａ，１０ｂ間が接続される。一方、外部充電リレー２４をオフにした場合は、蓄電器モジュール１０の両端子１０ａ，１０ｂ間の接続が解除される。ここでの外部充電リレー２４は、後述するように、蓄電器モジュール１０の外部充電を行うときにオンにされ、それ以外のときはオフにされる。また、ここでの外部充電リレー２４のオンオフ制御は、車載コントローラ２２により制御される。

外部充電器２６は、サービスプラグ１４の接続端子１４ａ，１４ｂと略同一の形状を呈する接続端子２６ａ，２６ｂを有している。これによって、外部充電器２６の接続端子２６ａ，２６ｂを蓄電器モジュール１０の装着端子１２ａ，１２ｂに接続することができる。蓄電器モジュール１０の外部充電を行う場合には、図２に示すように、蓄電器モジュール１０の装着端子１２ａ，１２ｂからサービスプラグ１４を取り外して、外部充電器２６の接続端子２６ａ，２６ｂを蓄電器モジュール１０の装着端子１２ａ，１２ｂに接続する。

電圧検出器２８は、蓄電器モジュール１０の装着端子１２ｂの電圧を検出する。電流検出器３０は、外部充電器２６の電流を検出する。電圧検出器２８による電圧検出信号及び電流検出器３０による電流検出信号は、車載コントローラ２２に入力される。

外部コントローラ３２は、蓄電器モジュール１０の外部充電を行う場合に、車載コントローラ２２に接続される。そして、外部コントローラ３２は、蓄電器モジュール１０の装着端子１２ａ，１２ｂからサービスプラグ１４が外され、且つ外部充電器２６の接続端子２６ａ，２６ｂが蓄電器モジュール１０の装着端子１２ａ，１２ｂに接続された状態で、外部充電制御信号を車載コントローラ２２へ出力する。車載コントローラ２２は、外部コントローラ３２からの外部充電制御信号が入力されていない場合は、外部充電器２６による蓄電器モジュール１０の外部充電を行わないものと判定し、外部充電リレー２４をオフに制御する。一方、車載コントローラ２２は、外部コントローラ３２からの外部充電制御信号が入力された場合は、外部充電器２６による蓄電器モジュール１０の外部充電を行うために、以下に説明する外部充電制御を実行する。以下、車載コントローラ２２により実行される外部充電制御ルーチンについて、図３のフローチャートを用いて説明する。

この外部充電制御ルーチンが実行されると、まずステップＳ１０１において、外部充電リレー２４がオンに制御される。次に、ステップＳ１０２において、外部充電リレー２４がオンになったか否かが判定される。ここでは、例えば電圧検出器２８による電圧検出信号から外部充電リレー２４がオンになったか否かを判定することができる。外部充電リレー２４がオンでない場合（ステップＳ１０２の判定結果がＮｏの場合）は、ステップＳ１０１に戻る。一方、外部充電リレー２４がオンになった場合（ステップＳ１０２の判定結果がＹｅｓの場合）は、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３においては、外部充電器２６からの供給電力による蓄電器モジュール１０の外部充電が開始される。そして、外部充電器２６から蓄電器モジュール１０への充電電流、すなわち電流検出器３０による電流検出信号が読み込まれる。次に、ステップＳ１０４においては、外部充電器２６から蓄電器モジュール１０への充電電流（電流検出器３０による検出電流）が閾値以上であるか否かが判定される。充電電流が閾値より小さい場合（ステップＳ１０４の判定結果がＮｏの場合）は、ステップＳ１０３に戻る。一方、充電電流が閾値以上の場合（ステップＳ１０４の判定結果がＹｅｓの場合）は、ステップＳ１０５に進む。なお、電圧検出器２８による電圧検出信号を用いても充電電流が閾値以上であるか否かを判定することができる。

ステップＳ１０５においては、外部充電時間が読み込まれる。次に、ステップＳ１０６においては、外部充電時間が設定時間以上であるか否かが判定される。外部充電時間が設定時間未満である場合（ステップＳ１０６の判定結果がＮｏの場合）は、ステップＳ１０５に戻り、外部充電器２６からの供給電力による外部充電が引き続き行われる。一方、外部充電時間が設定時間以上になった場合（ステップＳ１０６の判定結果がＹｅｓの場合）は、外部充電リレー２４をオフに制御して、外部充電器２６による外部充電を終了する。なお、電圧検出器２８による電圧検出信号を用いても外部充電を終了するか否かを判定することができる。

以上説明したように、本実施形態においては、蓄電器モジュール１０の装着端子１２ａ，１２ｂからサービスプラグ１４を取り外し、且つ外部充電器２６の接続端子２６ａ，２６ｂを蓄電器モジュール１０の装着端子１２ａ，１２ｂに接続する。その状態で、外部充電リレー２４をオンにして蓄電器モジュール１０の両端子１０ａ，１０ｂ間を接続することで、外部充電器２６による蓄電器モジュール１０の充電を行うことができる。そのため、外部充電器２６による蓄電器モジュール１０の充電を行うときには、ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータ２０のスイッチング素子をスイッチング動作させる必要もなく、接続装置１６のリレー１６−１，１６−２，１６−３をオンさせる必要もない。さらに、外部充電器２６を接続するための配線をＤＣ／ＤＣコンバータやインバータ２０から引き出す必要もない。したがって、本実施形態によれば、直列に接続された複数の二次電池１２を含む蓄電器モジュール１０の外部充電を簡便に行うことができる。また、外部充電器２６による蓄電器モジュール１０の充電を行わないときには、外部充電リレー２４をオフにして蓄電器モジュール１０の両端子１０ａ，１０ｂ間の接続を解除することで、通常の負荷の駆動動作時には何ら支障がない。

なお、特許文献２には、バッテリを負荷に接続する接続部材と外部充電器に備えられた接続部材とが同一形状に構成されていることが示されている。しかし、特許文献２においては、接続部材がバッテリの出力端子と負荷との間に設けられているため、本実施形態における直接接続された二次電池１２間の装着端子１２ａ，１２ｂに装着されるサービスプラグ１４とは異なる。さらに、蓄電器モジュール１０の両端子１０ａ，１０ｂ間の接続及びその解除を行うことが可能な外部充電リレー２４は、特許文献２には示されていない。したがって、本実施形態は特許文献２と異なる。

以上の説明においては、外部コントローラ３２が外部充電制御信号を車載コントローラ２２へ出力することで、外部充電制御ルーチンが車載コントローラ２２により実行される場合について説明した。ただし、本実施形態においては、外部充電制御ルーチンを外部コントローラ３２により実行することもできる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態に係る充電装置の充電対象である蓄電器モジュールを備える駆動システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る充電装置の概略構成を示す図である。 車載コントローラにより実行される外部充電制御ルーチンを説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ 蓄電器モジュール、１２ 二次電池、１４ サービスプラグ、１６ 接続装置、２０ インバータ、２２ 車載コントローラ、２４ 外部充電リレー、２６ 外部充電器、２８ 電圧検出器、３０ 電流検出器、３２ 外部コントローラ。

Claims (4)

1. 直列に接続された複数の蓄電器と、直列接続された蓄電器間の装着部に着脱可能な状態で装着されるサービスプラグとを含み、サービスプラグが該装着部から外された場合に電圧の出力が遮断される蓄電器モジュールに対して充電を行う充電装置であって、
   前記装着部に接続可能な充電器の接続端子と、
   蓄電器モジュールの両端子間の接続及びその解除を行うことが可能な接続手段と、
   を備え、
   サービスプラグが前記装着部から外されて充電器の接続端子が該装着部に接続された状態で、前記接続手段により蓄電器モジュールの両端子間を接続することで、充電器による蓄電器モジュールの充電を行うことを特徴とする充電装置。
2. 請求項１に記載の充電装置であって、
   前記充電器による蓄電器モジュールの充電を行わないときは、前記接続手段による蓄電器モジュールの両端子間の接続を解除することを特徴とする充電装置。
3. 請求項１または２に記載の充電装置であって、
   前記接続手段は、蓄電器モジュールに対して並列接続されたスイッチであることを特徴とする充電装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の充電装置であって、
   充電器の接続端子は、前記装着部に装着されるサービスプラグの接続端子と略同一の形状を呈していることを特徴とする充電装置。
   

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