JP2012175562A - 電力線通信システム - Google Patents

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Abstract

【課題】異なる構成の電力線通信装置が混在した電力線通信システムを提供する。
【解決手段】充電スタンド5は、2本のAC線51、52から分岐した支線51a、52aにコンデンサ56、カップリングトランス55及びコンデンサ57を接続した構成の信号重畳分離部を用いて電力線通信を行う。電気自動車1は、一方のAC線11にカップリングトランス56を設け、2つのAC線11、12間にコンデンサ16を接続した構成の信号重畳分離部を用いてが電力線通信を行う。この構成では、充電スタンド5及び電気自動車1を充電ケーブルにて接続した場合に、AC線51、支線51a、コンデンサ56、カップリングトランス55の1次コイル55a、コンデンサ57、支線52a、AC線52、AC線72、AC線12、コンデンサ16、カップリングトランス15の1次コイル15a、AC線11、AC線71の閉ループ回路が構成され、電力線通信が可能となる。
【選択図】図1

Description

本発明は、2つの装置が電力線を介して電力線通信を行う電力線通信システムに関し、例えば電気自動車又はプラグインハイブリッド自動車等の外部給電によるバッテリの充電が可能な車輌と、外部の給電装置とが充電ケーブルを介して電力線通信を行う場合に好適な電力線通信システムに関する。
近年、モータ及びバッテリ等の装置を搭載し、バッテリに蓄積した電力にてモータを駆動することで走行する電気自動車及びハイブリッド自動車が普及し始めている。電気自動車は外部の給電装置からバッテリへの充電を行う必要があり、またハイブリッド自動車であっても外部の給電装置からバッテリへの充電を可能としたプラグインハイブリッド自動車がある。外部からバッテリへの充電を行う車輌においては、外部の給電装置に接続された充電ケーブルのプラグを車輌に設けられた給電口のコネクタ装置に接続して、給電装置から車輌のバッテリへ充電ケーブルを介した電力供給が行われ、バッテリが充電される。
一方で、給電装置から車輌のバッテリへの充電を行う場合、充電制御のための情報、及び、充電量又は課金の管理等を行うための情報を、車輌及び給電装置の間で送受信する通信機能が必要となる。車輌及び給電装置間の通信には、充電ケーブルを介した電力線通信を利用することが考えられる。
特許文献1においては、イーサーネットのフレーム長のデータを、このフレーム長より短い固定のパケットに変換し、各パケットを単位として電力線搬送信号に変換して電力線を利用して通信すると共に、通信誤りが生じた際にパケットを再送する構成とすることによって、伝送効率を高めた電力線搬送装置が提案されている。
従来の電力線通信装置は、2本の電力線をそれぞれ分岐させた支線に、電力線への信号の重畳及び分離を行う電磁誘導式の信号変換器(カップリングトランスなどの回路素子)を接続した構成(即ち、2本の電力線間にカップリングトランスなどを接続した構成)が一般的に採用されている。特許文献1に記載の電力線搬送装置も同様の構成である。
特開2002−261663号公報
しかしながら、上述の従来の電力線通信装置の構成の場合、2本の電力線を分岐させる必要があるため、2本の電力線の分岐部分及び分岐後の2本の支線を配設するためのスペースが必要となる。電気自動車などの車輌には多数の電子機器が搭載されるため、車輌内における機器などの配設スペースは限られている。このため、従来構成の電力線通信装置を車輌に搭載する場合、電力線の分岐部分及び支線を配設するスペースを確保することが容易ではなく、車載の電力線通信装置の小型化及び省スペース化が求められる。
一方で、充電スタンド又は自宅駐車場近傍等の車輌外に設置される給電装置は、車輌ほど機器の配設スペースが制限されることはないため、電力線通信装置の小型化又は省スペース化より、実績のある従来構成の電力線通信装置を採用する方が好ましい場合がある。また様々な車輌が利用すると考えられる充電スタンドなどでは、広く採用されている従来構成の電力線通信装置を採用する方が好ましい場合がある。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、実績のある従来構成の電力線通信装置と、小型化及び省スペース化を実現するための別構成の電力線通信装置とが混在した場合であっても、電力線通信を行うことができる電力線通信システムを提供することにある。
本発明に係る電力線通信システムは、2本の電力線で接続された第1装置及び第2装置が、前記電力線を介した通信を行う電力線通信システムにおいて、前記第1装置は、前記2本の電力線からそれぞれ分岐した2本の支線に接続され、前記電力線への信号の重畳及び前記電力線に重畳された信号の分離を行う信号重畳分離部と、該信号重畳分離部を介して電力線通信を行う電力線通信部とを有し、前記第2装置は、一方の電力線中に設けられ、該電力線への信号の重畳及び前記電力線に重畳された信号の分離を行う信号重畳分離部と、該信号重畳分離部を介して電力線通信を行う電力線通信部とを有することを特徴とする。
また、本発明に係る電力線通信システムは、前記第1装置の信号重畳分離部が、前記2本の支線にそれぞれ接続された2つのコンデンサと、該2つのコンデンサに1次コイルが接続され、前記電力線通信部に2次コイルが接続された電磁誘導式の信号変換器とを有し、前記第2装置の信号重畳分離部は、前記一方の電力線中に1次コイルが介装され、前記電力線通信部に2次コイルが接続された電磁誘導式の信号変換器と、前記2本の電力線間に接続されたコンデンサとを有することを特徴とする。
また、本発明に係る電力線通信システムは、前記第1装置の信号変換器の1次コイルの巻き数に対する2次コイルの巻き数比n1 、前記第1装置の電力線通信部の入力抵抗値R1 、前記第2装置の信号変換器の1次コイルの巻き数に対する2次コイルの巻き数比n2 、及び、前記第2装置の電力線通信部の入力抵抗値R2 が、R1 /(n1 2 = R2 /(n2 2 の条件を満たすことを特徴とする。
また、本発明に係る電力線通信システムは、給電装置及び車輌を2本の電力線を含む充電ケーブルを介して接続した場合に、前記給電装置に備えられた第1装置及び前記車輌に搭載された第2装置が、前記電力線を介した通信を行う電力線通信システムにおいて、前記第1装置は、前記2本の電力線からそれぞれ分岐した2本の支線に接続され、前記電力線への信号の重畳及び前記電力線に重畳された信号の分離を行う信号重畳分離部と、該信号重畳分離部を介して電力線通信を行う電力線通信部とを有し、前記第2装置は、一方の電力線中に設けられ、該電力線への信号の重畳及び前記電力線に重畳された信号の分離を行う信号重畳分離部と、該信号重畳分離部を介して電力線通信を行う電力線通信部とを有することを特徴とする。
本発明においては、2本の電力線で接続された第1装置及び第2装置が電力線通信を行う構成とし、第1装置は従来の電力線通信装置の構成を採用すると共に、第2装置はこれとは異なる構成を採用する。即ち、第1装置は、2本の電力線から分岐した2本の支線に電磁誘導式の信号変換器(カップリングトランスなど)を有する信号重畳分離部を接続し、この信号重畳分離部を利用して電力線に対する信号の重畳及び重畳された信号の分離等の信号処理を行う。これに対して第2装置は、一方の電力線にカップリングトランスなどを有する信号重畳分離部を設け、この信号重畳分離部を利用して電力線に対する信号の重畳及び重畳された信号の分離等の信号処理を行う。
第2装置を上記の構成とすることにより、第1装置と異なる構成であっても電力線通信を行うことが可能であり、第2装置にて電力線を分岐させる必要がないため、電力線の分岐部分及び分岐後の支線の配設スペースは必要ない。よって、従来構成の電力線通信装置と比較して、第2装置は小型化及び省スペース化が実現できる。
また、本発明においては、第1装置では、2本の電力線から分岐した2本の支線のそれぞれコンデンサを接続し、この2つのコンデンサにカップリングトランスの1次コイルを接続して(即ち、支線、コンデンサ、1次コイル、コンデンサ、支線の順に直列接続して)信号重畳分離部を構成し、カップリングトランスの2次コイルを電力線通信部に接続する。また第2装置では、一方の電力線中にカップリングトランスの1次コイルを介装し、2次コイルに電力線通信部を接続すると共に、2つの電力線間にコンデンサを接続して信号重畳分離部を構成する。
上記の構成により、一方の電力線、一方の支線、第1装置のコンデンサ、第1装置の1次コイル、第1装置のコンデンサ、他方の支線、他方の電力線、第2装置の1次コイル、第2装置のコンデンサ、一方の電力線、…、のような閉ループ回路が構成され、電力線を介した電力線通信が可能となる。
また、本発明においては、第1装置のカップリングトランスの1次コイルの巻き数に対する2次コイルの巻き数比をn1 とし、第1装置の電力線通信部の入力抵抗値をR1 とし、第2装置のカップリングトランスの1次コイルの巻き数に対する2次コイルの巻き数比をn2 とし、第2装置の電力線通信部の入力抵抗値をR2 とした場合に、
1 /(n1 2 = R2 /(n2 2
の条件を満たすように、第1装置及び第2装置の回路素子の定数を設定する。これにより、第1装置及び第2装置が略同じ通信帯域で電力線通信を行うことが可能となり、予期せぬノイズなどの侵入によって通信が遮断されることを防止できる。
また、本発明においては、給電装置及び車輌が充電ケーブルを介して接続され、充電ケーブルを介して給電装置から車輌への電力供給を行うシステム構成の場合に、上述の第1装置を給電装置に設け、第2装置を車輌に設けることによって、給電装置及び車輌間での電力線通信を行う。第2装置は電力線を分岐させる必要がなく、小型化及び省スペース化が可能であるため、機器の配設スペースが限られた車輌に搭載することが好適である。
本発明による場合は、2本の電力線から分岐した2本の支線にカップリングトランスなどの電磁誘導式の信号変換器を有する信号重畳分離部を接続した構成の第1装置と、一方の電力線にカップリングトランスなどを有する信号重畳分離部を設けた構成の第2装置とが、信号重畳分離部を利用して電力線に対する信号の重畳及び重畳された信号の分離等の信号処理を行う構成とすることにより、異なる構成の2つの装置が電力線を介した電力線通信を行うことができる。これにより、例えば配設スペースが限られた車輌などに電力線通信機能を搭載する場合には、小型化及び省スペース化が容易な第2装置を採用することができ、また例えば給電装置など配設スペースに余裕があり、汎用性及び実績等が優先される場合には、従来型の第1装置を採用することができる。即ち、異なる構成の電力線通信装置が電力線通信を行うことが可能な構成であるため、電力線通信機能を搭載する機器に最適な構成を選択することができる。
本発明に係る電力線通信システムの構成を示す回路図である。 電力線通信システムが有する回路要素の定数決定方法を説明するための模式図である。 電力線通信システムが有する回路要素の定数決定方法を説明するための模式図である。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図1は、本発明に係る電力線通信システムの構成を示す回路図である。本実施の形態では、電気自動車(車輌)1のバッテリ(図示は省略する)を充電するために充電スタンド(給電装置)5と電気自動車1とを充電ケーブルにて接続した際、充電制御、ユーザ認証又は課金管理等の情報を、充電ケーブルを利用した電力線通信によって、充電スタンド5と電気自動車1との間で送受信する構成を例に説明する。
電気自動車1及び充電スタンド5を接続する充電ケーブルは、交流電圧が印加される2本の電力線(以下、単にAC線という)71、72と、接地電位に接続される接地用配線(図示は省略する)とを含んでいる。本実施の形態では、2本のAC線71、72と1本の接地用配線とによる3線式の交流電圧を充電スタンド5から電気自動車1へ供給する。
充電スタンド5は、充電ケーブルのAC線71、72及び接地用配線に接続され、電源からの交流電圧が印加される電力供給用の2本の内部配線(以下、単にAC線という)51、52及び接地用配線(図示は省略する)を有している。AC線51、52は、充電スタンド5の電源61に接続されており、電源61が出力する交流の電力を充電ケーブルへ導く。
またAC線51、52は、電源61から充電ケーブルが接続される端子などまでの間にて支線51a、52aが分岐されており、支線51a、52aにはそれぞれコンデンサ56、57の一側の端子が接続されている。コンデンサ56、57の他側の端子には、カップリングトランス(電磁誘導式の信号変換器)55の1次コイル55aが接続されている。即ち、支線51a、コンデンサ56、カップリングトランス55の1次コイル55a、コンデンサ57及び支線52aが、2本のAC線51、52間にこの順で直列に接続されている。カップリングトランス55の2次コイル55bは、電力線通信回路(以下、PLC(Power Line Communication)回路という)62に接続されている。
即ち、充電スタンド5に搭載される電力線通信装置は、コンデンサ56、57及びカップリングトランス55にて構成される信号重畳分離部と、カップリングトランス55の2次コイル55bに接続されたPLC回路62とを備えて構成される。PLC回路62は、AC線51、52に重畳された信号を信号重畳分離部にて分離することによって受信処理を行うと共に、信号重畳分離部にてAC線51、52に対する信号の重畳を行うことで送信処理を行うことができる。
電気自動車1は、充電ケーブルのAC線71、72に接続され、充電スタンド5及び充電ケーブルからの電力を電気自動車1内の充電器21へ導く電力供給用の2本の内部配線(以下、単にAC線という)11、12を有している。また電気自動車では、2本のAC線11、12間にコンデンサ16が接続され、一方のAC線11には、充電ケーブルの接続点からコンデンサ16の接続点までの間にカップリングトランス(電磁誘導式の信号変換器)15の1次コイル15aが介装されている。カップリングトランス15の2次コイル15bは、電気自動車1内のPLC回路22に接続されている。なお、AC線11、12間のコンデンサ16は、フィルタ回路を構成するものであるが、充電器21内に同様のコンデンサが搭載されている場合にはこのコンデンサと共用としてもよい。
即ち、電気自動車1に搭載される電力線通信装置は、カップリングトランス15及びコンデンサ16にて構成される信号重畳分離部と、カップリングトランス15の2次コイル15bに接続されたPLC回路22とを備えて構成される。PLC回路22は、AC線11、12に重畳された信号を信号重畳分離部にて分離することによって受信処理を行うと共に、信号重畳分離部にてAC線11、12に対する信号の重畳を行うことで送信処理を行うことができる。
充電スタンド5及び電気自動車1を充電ケーブルで接続することによって、充電スタンド5のAC線51、充電ケーブルのAC線71、及び、途中にカップリングトランス15の1次コイル15aが設けられた電気自動車1のAC線11が接続された通電経路と、充電スタンド5のAC線52、充電ケーブルのAC線72及び電気自動車1のAC線12が接続された通電経路との2つの電力供給用の経路が構成される。充電スタンド5及び電気自動車1が充電ケーブルで接続された状態では、上記の2つの電力供給用の経路と、電気自動車1のAC線11、12間に接続されたコンデンサ16と、充電スタンド5のAC線51、52間に接続されたコンデンサ56、57及びカップリングトランス55の1次コイル55aとによって閉じられた電流ループ回路が構成され、このループ内に配されたカップリングトランス15、55によりAC線11、12及びAC線51、52に対する信号の重畳及び重畳された信号の取り出しを行うことができ、充電スタンド5及び電気自動車1間で電力線通信を行うことができる。
図2及び図3は、電力線通信システムが有する回路要素の定数決定方法を説明するための模式図である。図2においては、電気自動車1を電力線通信の受信側とした場合の回路構成及びその等価回路を示す。また図3においては、充電スタンド5を電力線通信の受信側とした場合の回路構成及びその等価回路を示す。なお、図2及び図3において、電気自動車1のコンデンサ16の容量をC1 とし、カップリングトランス15の1次コイル15a及び二次コイル15bの巻き数の比率を1次コイル:2次コイル=1:n1 とし、PLC回路22の入力抵抗の抵抗値をR1 とすると共に、充電スタンド5のコンデンサ56の容量をそれぞれC2 とし、カップリングトランス55の1次コイル55a及び二次コイル55bの巻き数の比率を1次コイル:2次コイル=1:n2 とし、PLC回路52の入力抵抗の抵抗値をR2 とする。また送信側回路の出力抵抗は、受信側回路の入力抵抗と比較して、その抵抗値が十分に小さいため、図2及び図3においては考慮していない。
電気自動車1を受信側とした場合、充電スタンド5側の送信側回路を信号の発信源とすると、図2の上段に示すような受信に係る回路、即ち発信源に対してコンデンサ56、コンデンサ16、カップリングトランス15及びコンデンサ56がこの順に接続された閉ループの回路が得られる。この回路を、抵抗及びコンデンサのみで構成された等価回路に変換すると、図2の下段に示す回路が得られる。等価回路において、抵抗の抵抗値R=(R1 /(n1 2 )が成立し、コンデンサの容量C=C1 2 /(2C1 +C2 )が成立する。
また、充電スタンド5を受信側とした場合、電気自動車1側の送信側回路を信号の発信源とすると、図3の上段に示すような受信に係る回路、即ち発信源に対してコンデンサ16、コンデンサ56、カップリングトランス55及びコンデンサ56がこの順に接続された閉ループの回路が得られる。この回路を、抵抗及びコンデンサのみで構成された等価回路に変換すると、図3の下段に示す回路が得られる。等価回路において、抵抗の抵抗値R=(R2 /(n2 2 )が成立し、コンデンサの容量C=C1 2 /(2C1 +C2 )が成立する。
ここで、電気自動車1及び充電スタンド5が同じ帯域の信号を送受信できる構成とするためには、図2の下段及び図3の下段に示した等価回路において、容量値Cは等しいため、抵抗値Rが等しい、即ち下記の(式1)が成立する必要がある。
(R1 /(n1 2 )=(R2 /(n2 2 ) …(式1)
この条件式が成立しない場合、電気自動車1及び充電スタンド5における受信帯域にズレが生じるため、本来遮断すべきノイズを受信する又は本来受信しなければならない信号を遮断する等の虞がある。
以上の構成の電力線通信システムにおいては、2本のAC線51、52から分岐した支線51a、52aにコンデンサ56、カップリングトランス55及びコンデンサ57を接続した構成の信号重畳分離部を用いて充電スタンド5のPLC回路62が電力線通信を行うと共に、一方のAC線11中にカップリングトランス15を設け、2つのAC線11、12間にコンデンサ16を接続した構成の信号重畳分離部を用いて電気自動車1のPLC回路22が電力線通信を行う構成とすることにより、充電スタンド5と電気自動車1とに異なる構成の電力線通信装置を搭載することができる。この構成では、充電スタンド5及び電気自動車1を充電ケーブルにて接続した場合に、AC線51、支線51a、コンデンサ56、カップリングトランス55の1次コイル55a、コンデンサ57、支線52a、AC線52、AC線72、AC線12、コンデンサ16、カップリングトランス15の1次コイル15a、AC線11、AC線71の閉ループ回路が構成されるため、充電スタンド5及び電気自動車1間での電力線通信が可能となる。
電気自動車1に搭載される上述の電力線通信装置は、AC線11、12を分岐させる必要がないため、AC線11、12の分岐部分及び分岐された支線の配設スペースを電気自動車1内に確保する必要はない。よって、充電スタンド5の電力線通信装置と比較して、電気自動車1の電力線通信装置は、小型化及び省スペース化が実現できる。
また、上述の(式1)に基づいてPLC回路22、62の入力抵抗値R1 、R2 及びカップリングトランス15、55の巻き数比n1 、n2 を設定することによって、異なる構成の電力線通信装置が略同じ通信帯域で電力線通信を行うことができるため、本来遮断すべきノイズを受信する又は本来受信しなければならない信号を遮断する等の問題が発生することを防止できる。
なお本実施の形態においては、充電スタンド5にAC線51、52を分岐させた支線51a、52aにカップリングトランス55及びコンデンサ56、57を接続した構成の電力線通信装置を搭載し、電気自動車1に一方のAC線11にカップリングトランス15を設け、AC線11、12間にコンデンサ16を接続した構成の電力線通信装置を搭載する構成としたが、これに限るものではなく、逆の構成であってもよい。即ち、AC線11、12を分岐させた支線にカップリングトランス及びコンデンサを接続した構成の電力線通信装置を電気自動車1に搭載し、一方のAC線51にカップリングトランスを設け、AC線51、52間にコンデンサを接続した構成の電力線通信装置を充電スタンドに搭載する構成としてもよい。
また、電力線通信機能を備える車輌として電気自動車1を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、プラグインハイブリッド自動車など、外部からバッテリへの充電を行う機能を有するその他の車輌であってもよい。また、電力線通信機能を備える給電装置として充電スタンド5を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、充電ケーブルを介して車輌への給電を行う機能を有する他の装置であってもよい。例えばユーザが自宅のコンセントに充電ケーブルを接続して車輌への充電を行う場合、自宅の配電盤などに電力線通信装置を設けるなどの構成であってもよい。また更には、充電ケーブル内に電力線通信を行う回路を搭載する構成であってもよい。
また、本発明に係る電力線通信システムの構成は、電気自動車1などの充電の際に行う電力線通信にその適用が限定されるものではなく、電力線通信を行うその他の種々の通信システム(例えば家庭内又は社内等でパーソナルコンピュータ、携帯型電子機器及びAV機器等が電力線通信を行うシステムなど)に適用することができる。
1 電気自動車(第2装置、給電装置)
5 充電スタンド(第1装置、車輌)
11、12 AC線(電力線)
15 カップリングトランス(信号重畳分離部、信号変換器)
15a 1次コイル
15b 2次コイル
16 コンデンサ(信号重畳分離部)
21 充電器
22 PLC回路(電力線通信部)
51、52 AC線(電力線)
51a、52a 支線
55 カップリングトランス(信号重畳分離部、信号変換器)
55a 1次コイル
55b 2次コイル
56、57 コンデンサ(信号重畳分離部)
61 電源
62 PLC回路(電力線通信部)
71、72 AC線(電力線)

Claims (4)

  1. 2本の電力線で接続された第1装置及び第2装置が、前記電力線を介した通信を行う電力線通信システムにおいて、
    前記第1装置は、
    前記2本の電力線からそれぞれ分岐した2本の支線に接続され、前記電力線への信号の重畳及び前記電力線に重畳された信号の分離を行う信号重畳分離部と、
    該信号重畳分離部を介して電力線通信を行う電力線通信部と
    を有し、
    前記第2装置は、
    一方の電力線中に設けられ、該電力線への信号の重畳及び前記電力線に重畳された信号の分離を行う信号重畳分離部と、
    該信号重畳分離部を介して電力線通信を行う電力線通信部と
    を有すること
    を特徴とする電力線通信システム。
  2. 前記第1装置の信号重畳分離部は、
    前記2本の支線にそれぞれ接続された2つのコンデンサと、
    該2つのコンデンサに1次コイルが接続され、前記電力線通信部に2次コイルが接続された電磁誘導式の信号変換器と
    を有し、
    前記第2装置の信号重畳分離部は、
    前記一方の電力線中に1次コイルが介装され、前記電力線通信部に2次コイルが接続された電磁誘導式の信号変換器と、
    前記2本の電力線間に接続されたコンデンサと
    を有すること
    を特徴とする請求項1に記載の電力線通信システム。
  3. 前記第1装置の信号変換器の1次コイルの巻き数に対する2次コイルの巻き数比n1 、前記第1装置の電力線通信部の入力抵抗値R1 、前記第2装置の信号変換器の1次コイルの巻き数に対する2次コイルの巻き数比n2 、及び、前記第2装置の電力線通信部の入力抵抗値R2 が、
    1 /(n1 2 = R2 /(n2 2
    の条件を満たすこと
    を特徴とする請求項2に記載の電力線通信システム。
  4. 給電装置及び車輌を2本の電力線を含む充電ケーブルを介して接続した場合に、前記給電装置に備えられた第1装置及び前記車輌に搭載された第2装置が、前記電力線を介した通信を行う電力線通信システムにおいて、
    前記第1装置は、
    前記2本の電力線からそれぞれ分岐した2本の支線に接続され、前記電力線への信号の重畳及び前記電力線に重畳された信号の分離を行う信号重畳分離部と、
    該信号重畳分離部を介して電力線通信を行う電力線通信部と
    を有し、
    前記第2装置は、
    一方の電力線中に設けられ、該電力線への信号の重畳及び前記電力線に重畳された信号の分離を行う信号重畳分離部と、
    該信号重畳分離部を介して電力線通信を行う電力線通信部と
    を有すること
    を特徴とする電力線通信システム。
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