JP2013034326A - 車両用充電システムおよび車両用充電ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】車両用充電システムにおいて、充電ケーブルを通じて車両に対して適切な電流値を通知することを可能として、効率的な充電電力のシェアリングを行える充電システムの構築を可能とすると共に充電ケーブルを提供する。
【解決手段】コンセント１０１内の通信部１０６は、電力制御システム１０５から設定される電流値を送信する。充電ケーブル１０２のＣＣＩＤボックス１０７内のＣＰＬＴ制御部１１０は、通信部１０８を介してコンセント１０１内の通信部１０６から受信した電流値に対応するデューティー比を有するコントロールパイロット信号を、車両１０３に送信する。車両１０３内のＣＰＬＴ制御部１１２は、ＣＣＩＤボックス１０７内のＣＰＬＴ制御部１１０から受信するコントロールパイロット信号のデューティー比に応じて、電力変換部１１１がバッテリ１１３を充電するときの電流値を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用充電システムおよび車両用充電ケーブルに関する。

近年、プラグインハイブリット車、ＥＶ車（エレクトリックビークル：電気自動車）が急速に発展しており（以下「ＥＶ車等」または単に「車両」と呼ぶ）、車の充電を行う充電スタンドや家庭用充電器等の充電ステーションの普及が見込まれる。充電ステーションからの充電を制御するための車両用充電システムにおいては、充電ステーションから車両内のバッテリへの充電を制御するための充電器が車載充電器として車両に搭載されたシステムが一般的である。

このような車両の利用者は、充電ステーションに設置された充電スタンドやコンセントなどを利用して車両の蓄電池の充電を行う。充電スタンドを利用する場合、利用者は、充電スタンドに付属している充電ケーブルを車両の充電口に挿入して充電を行う。また、コンセントを利用する場合には、利用者は、必要十分な規格を有する充電ケーブルを購入して使用する。

充電スタンドが利用される場合には、充電スタンド内の制御回路から、充電スタンドに付属する充電ケーブルを通じて、例えば電圧が±１２Ｖ、周波数１ｋＨｚ、デューティ比が充電スタンドの充電容量に応じて固定されるコントロールパイロット信号と呼ばれる信号が、車両内の充電器へ送信される。これにより、車両の充電器は、コントロールパイロット信号のデューティ比に応じた充電電流を設定して充電を行う。

一方、利用者が用意する車載の充電ケーブルは、ＣＣＩＤ（Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）ボックスと呼ばれる制御回路を搭載する。この充電ケーブルば充電スタンドや家庭のコンセントに接続された場合、充電ケーブル内のＣＣＩＤボックスは、充電ケーブルの規格に応じて、例えば電圧が±１２Ｖ、周波数１ｋＨｚ、デューティ比が規格に応じて固定されるコントロールパイロット信号と呼ばれる信号を、車両内の充電器へ送信する。これにより、車両の充電器は、充電ケーブルの規格に応じた充電電流を設定して充電を行う。

ここで、充電ステーションの運営者は、効率的な経営を行うために、例えば充電スタンドを２台設置し、多くの車両を収容できるようにするためにさらに、コンセントを２個というような設置を行う。充電スタンドのほかにコンセントを設置する目的は、安価な設備投資で収容車両を増やすためである。これにより、この充電ステーションは、最大で４台までの車両の充電を行うことができる。

このとき、運営者は、例えば４０Ａなどといった規定容量の電力契約を電力事業者と結んで充電ステーションを運営し、充電スタンドやコンセントに電力を供給する受電設備には例えば４０Ａのブレーカが設置される。

このようなケースにおいて、運営者は、例えば２台の車両が２台の充電スタンドに接続されている場合には、それぞれの充電スタンドに２０Ａずつの電力を供給すればよい。この場合、各充電スタンドは、それぞれの制御回路から付属の充電ケーブルを通じて、各車両に２０Ａに対応する電流供給を通知することができる。

一方、運営者は、例えば４台の車両が２台の充電スタンドと２個のコンセントに接続されている場合には、各充電スタンドと各コンセントには１０Ａずつの電力を供給する必要がある。この場合、各充電スタンドは、それぞれの制御回路から付属の充電ケーブルを通じて、各車両に１０Ａに対応する電流供給を通知することができる。しかしながら、各コンセントにおいては、それぞれのコンセントに接続される車両の利用者が異なる規格の充電ケーブルを接続する可能性がある。そして、従来は、各コンセントから各車両へ供給される電力は、各充電ケーブルの規格に応じて決まってしまっていた。

このため、各コンセントにおいて利用される電力量を制御することが難しく、場合によっては、充電スタンドとコンセントで使用される電力の合計値が、充電ステーションの受電設備の電力容量を超過してしまい、受電設備のブレーカが落ちてしまう可能性があった。

このように、従来は、安価なコンセントに供給される電力量を制御し、なおかつコンセントから車載の充電ケーブルを通じて車両に適切な電流値を設定することができずに、そのようなコンセントを利用して最適な充電ステーションを構築することが困難であるという問題点を有していた。

特開２０１０−００４６７４号公報 特開２０１０−２２０４０１号公報 特開２００８−１４１９２４号公報

本発明は、充電ケーブルを通じて車両に対して適切な電流値を通知することを可能として、効率的な充電電力のシェアリングを行える充電システムの構築を可能とすると共に充電ケーブルを提供することを目的とする。

本発明は、受電設備からの電力を供給するコンセントと、電力制御システムから設定される電流値を送信する第１の通信部と、第１の通信部から送信される電流値を受信する第２の通信部と、第２の通信部が受信した電流値に対応するデューティー比を有するコントロールパイロット信号を車両に送信するパルス信号制御部と、コンセントから供給される電力を車両に供給する電力供給部とを備える制御ボックスを有する充電ケーブルとを備え、車両において電力供給部から供給される電力に基づいて、その電流値を充電ケーブルの制御ボックス内のパルス信号制御部から受信するコントロールパイロット信号のデューティー比に応じて制御しながら、車両内の蓄電池を充電させる。

本発明によれば、充電ケーブルを通じて車両に対して適切な電流値を通知することが可能となる。
そして、効率的な充電電力のシェアリングを行える充電システムを構築することが可能となる。

実施形態のシステム構成図である。 ＣＣＩＤ電力制御のフローチャートである。 実施形態のシーケンス図である。 実施形態の動作である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態のシステム構成図である。
充電ステーション内に設置されるコンセント１０１には、車載の充電ケーブル１０２によって、車両１０３が接続されて充電が行われる。

コンセント１０１には、系統電力の受電設備１０４から電力が供給される。本実施形態では、コンセント１０１は、充電ケーブル１０２内の制御ボックスであるＣＣＩＤボックス１０７と電力線通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）方式による通信を行う第１の通信部である通信部１０６を備える。この通信部１０６には、充電ステーションにおいて、特には図示しない充電スタンドや他のコンセントとの間で電力の配分を制御する電力制御システム１０５から、コンセント１０１に配分される電力に対応する電流値が入力する。コンセント１０１は、受電設備１０４から供給される電力を充電ケーブル１０２に供給すると共に、通信部１０６から充電ケーブル１０２内のＣＣＩＤボックス１０７に、電力制御システム１０５から設定された電流値を、ＰＬＣ方式により通知する。

充電ケーブル１０２は、ＣＣＩＤボックス１０７を備える。このＣＣＩＤボックス１０７は、コンセント１０１から供給される電力を車両１０３に供給する電力供給部であるＣＣＩＤ部１０９と、コンセント１０１内の通信部１０６とＰＬＣ方式により通信を行う第２の通信部である通信部１０８を備える。また、本実施形態では、ＣＣＩＤボックス１０７は、通信部１０８がコンセント１０１から受信した電流値に対応するデューティー比を有するパルス信号であるコントロールパイロット（ＣＰＬＴ）信号を、車両１０３に出力するパルス信号制御部であるＣＰＬＴ制御部１１０を備える。

車両１０３は、車両の走行や電気・電子回路を駆動するバッテリ１１３と、電力変換部１１１と、パルス信号制御部であるＣＰＬＴ制御部１１２を備える。電力変換部１１１は、充電ケーブル１０２を通じて充電ステーションのコンセント１０１から供給される電力に基づいて、バッテリ１１３への充電を制御する。一方、ＣＰＬＴ制御部１１２は、充電ケーブル１０２のＣＣＩＤボックス１０７内のＣＰＬＴ制御部１１０、１１２から、コントロールパイロット信号を受信し、そのデューティー比に対応する電流値を生成して電力変換部１１１に通知する。電力変換部１１１は、ＣＰＬＴ制御部１１２から通知された電流値でコンセント１０１から電力を受け取り、バッテリ１１３への充電を行う。

図２は、図１の構成を有する実施形態のシステムにより実現される、ＣＣＩＤボックス１０７を使った電力制御の制御動作を示すフローチャートである。また、図３は、図２のフローチャートに対応する動作シーケンスを示すシーケンス図である。図３において、図２の各ステップに対応するシーケンス部分に、図２と同じステップ番号を記載してある。以下の説明では、随時図１を参照するものとする。

まず、車載の充電ケーブル１０２を使った充電が開始される（ステップＳ２０１）。
電力制御システム１０５において、コンセント１０１に対する充電電流を変更する必要があるか否かが判定される（ステップＳ２０２）。

充電電流を変更する必要がなければステップＳ２０２の判定動作が繰り返される。
充電電流を変更する必要が生じると、図３に示されるように、電力制御システム１０５において、コンセント１０１が供給すべき電流値が設定され、その電流値がコンセント１０１内の通信部１０６に送信される（ステップＳ２０３）。

コンセント１０１内の通信部１０８は、図３に示されるように、充電ケーブル１０２のＣＣＩＤボックス１０７内の通信部１０８を介してＣＰＬＴ制御部１１０に、電力制御システム１０５から設定された電流値を送信する（ステップＳ２０４）。通信部１０６から通信部１０８への電流値の送信は、充電ケーブル１０２の電力線を用いたＰＬＣ方式により行われる。

ＣＣＩＤボックス１０７内のＣＰＬＴ制御部１１０は、コンセント１０１から受信した電流値に対応するデューティー比のパルス幅を有するコントロールパイロット信号を生成する（ステップＳ２０５）。そして、図３に示されるように、ＣＣＩＤボックス１０７内のＣＰＬＴ制御部１１０、１１２が、ステップＳ２０５で生成したコントロールパイロット信号（パルス信号）を、車両１０３内のＣＰＬＴ制御部１１２に送信する（ステップＳ２０６）。

車両１０３内のＣＰＬＴ制御部１１２は、充電ケーブル１０２から受信したコントロールパイロット信号のデューティー比に対応する電流値を生成し、その電流値を車両１０３内の電力変換部１１１に出力する（ステップＳ２０７）。

車両１０３内の電力変換部１１１は、コンセント１０１から充電ケーブル１０２を介して供給される電力をＣＰＬＴ制御部１１２から受信した電流値になるように制御し、その電力に基づいてバッテリ１１３を充電する（ステップＳ２０８）。

図４は、以上の制御動作に基づいて実現される実施形態の動作説明図である。
充電ステーションにおいて、その運営者は効率的な経営を行うために、車両に対する電流制御が可能なモード３と呼ばれる機能を搭載した充電スタンド４０１や、本実施形態によるコンセント１０１を複数設置する。運営者は、例えば４０Ａなどといった規定容量の電力契約を電力事業者と結んで充電ステーションを運営し、充電スタンド４０１やコンセント１０１に電力を供給する受電設備１０４（図１参照）には例えば４０Ａのブレーカが設置される。

このようなケースにおいて、電力制御システム１０５（図１参照）は、それぞれの充電スタンド４０１やコンセント１０１に供給できる各電流値を算出し、各充電スタンド４０１やコンセント１０１に通知する。

これに対して、図４の４０２として示されるように、充電スタンド４０１は、内部の制御回路から付属の充電ケーブルを通じて、車両４０３に対して電流値を通知することができる。

一方、コンセント１０１においては、本実施形態では、図１から図３で説明したように、通信部１０６から充電ケーブル１０２のＣＣＩＤボックス１０７内の通信部１０８を通じてＣＣＩＤボックス１０７内のＣＰＬＴ制御部１１０に、必要な電流値を通知できる。そして、ＣＣＩＤボックス１０７内のＣＰＬＴ制御部１１０から車両１０３内のＣＰＬＴ制御部１１２に、電力制御システム１０５から通知された電流値に応じたデューティー比を有するコントロールパイロット信号を送信することができる。これにより、図４の４０３として示されるように、車両１０３においても、ＣＣＩＤボックス１０７から通知される電流値に基づいて、電力変換部１１１が、供給電力の電流を制御することが可能となる。

このようにして、本実施形態では、コンセント１０１において利用される電力量を制御することが可能となり、充電ステーションにおける電力シェアリングを実現することが可能となる。この場合、コンセント１０１は、新たに通信部１０６を装備するだけでよいため、コストアップを最小限に抑えることが可能となる。

以上の実施形態の説明において、コンセント１０１は、充電ステーションに設備されることを前提に説明したが、このようなコンセント１０１を家庭の商用電源に接続することも可能である。

また、以上の実施形態の説明で、通信部１０６は、コンセント１０１に内蔵される形態で実施されているが、通信部１０６は必ずしもコンセント１０１に内蔵される必要はなく、例えば、コンセント１０１と受電設備１０４の間に通信部１０６が設置されてもよい。

以上の実施形態の説明で、通信部１０６と通信部１０８による電流値の通信は、充電ケーブル１０２の電力線を使用した電力線通信方式により実行される形態で実施されているが、この通信は必ずしも電力線通信方式により実行される必要はない。例えばこの通信は、無線通信によるものであってもよい。

１０１ コンセント
１０２ 充電ケーブル
１０３ 車両
１０４ 受電設備
１０５ 電力制御システム
１０６、１０８ 通信部
１０７ ＣＣＩＤボックス
１０９ ＣＣＩＤ部
１１０、１１２ ＣＰＬＴ制御部
１１１ 電力変換部
１１３ バッテリ

Claims (4)

1. 受電設備からの電力を供給するコンセントと、
   電力制御システムから設定される電流値を送信する第１の通信部と、
   前記第１の通信部から送信される電流値を受信する第２の通信部と、
   該第２の通信部が受信した電流値に対応するデューティー比を有するコントロールパイロット信号を車両に送信するパルス信号制御部と、前記コンセントから供給される電力を車両に供給する電力供給部とを備える制御ボックスを有する充電ケーブルとを備え、
   前記車両において前記電力供給部から供給される電力に基づいて、その電流値を前記充電ケーブルの制御ボックス内のパルス信号制御部から受信するコントロールパイロット信号のデューティー比に応じて制御しながら、前記車両内の蓄電池を充電させる、
   ことを特徴とする車両用充電システム。
2. 前記第１の通信部および前記第２の通信部による前記電流値の通信は、前記充電ケーブルの電力線を使用した電力線通信方式により実行される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用充電システム。
3. 第１の通信部から送信される電流値を受信する第２の通信部と、
   該第２の通信部が受信した電流値に対応するデューティー比を有するコントロールパイロット信号を車両に送信するパルス信号制御部と、
   コンセントから供給される電力を車両に供給する電力供給部と、
   を備える制御ボックスを有し、
   前記車両において前記電力供給部から供給される電力に基づいて、その電流値を前記制御ボックス内のパルス信号制御部から受信するコントロールパイロット信号のデューティー比に応じて制御しながら、前記車両内の蓄電池を充電させる、
   ことを特徴とする車両用充電ケーブル。
4. 前記第１の通信部および前記第２の通信部による前記電流値の通信は、前記充電ケーブルの電力線を使用した電力線通信方式により実行される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両用充電ケーブル。