JP2013085395A - 充電システム、車両および充電システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】部品の劣化を均等化して、寿命を延ばすことができる充電システム、車両および充電システムの制御方法を提供する。
【解決手段】車両側コネクタ101およびインバータ20との間には、インバータ20に通電される相を選択可能とするため、コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,およびRY3が設けられている。車両側コネクタ101およびインバータ20との間には、インバータ20に通電される相を選択可能な相選択部としての第1相選択リレーRY4と、第2相選択リレーRY5とが設けられている。コネクタ部切離しリレーRY1等は、メインバッテリB側から、モータジェネレータMG1に電流を出力する際には、切断状態となり、外部電源200から、メインバッテリB側に電力が供給される場合は、相を前回用いた相と異なる相を含めて切換える。
【選択図】図1
【解決手段】車両側コネクタ101およびインバータ20との間には、インバータ20に通電される相を選択可能とするため、コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,およびRY3が設けられている。車両側コネクタ101およびインバータ20との間には、インバータ20に通電される相を選択可能な相選択部としての第1相選択リレーRY4と、第2相選択リレーRY5とが設けられている。コネクタ部切離しリレーRY1等は、メインバッテリB側から、モータジェネレータMG1に電流を出力する際には、切断状態となり、外部電源200から、メインバッテリB側に電力が供給される場合は、相を前回用いた相と異なる相を含めて切換える。
【選択図】図1
Description
この発明は、電動車両の充電システム、車両および充電システムの制御方法に関し、より特定的には、モータを駆動するインバータを用いて車両外部から充電を行う充電システム、車両および充電システムの制御方法に関する。
モータを駆動する電動機駆動装置の充電システムの一形式として、予めモータの異常な相を検知して、充電に正常な相を用いる制御が、たとえば特開2010−16954号公報(特許文献1)に記載されている。これにより、モータを駆動するインバータを介して、外部電源から車載されたバッテリに、直流電流による充電が可能となる。
同様に、特開2009−278706号公報(特許文献2)には、各充電プラグに対応した電圧検出器の検出結果に基づいて、接続切換器の切換スイッチを切換えるものが記載されている。このようなものでは、電圧位相の極性を揃えることにより、外部電源から車載バッテリに充電が可能となる。
一方、単相として特定された相を用いて、外部電源からバッテリに充電電流を供給していると、車両側充電口のインレット端子と充電されるバッテリとの間を接続するインバータのスイッチング素子が、常に特定のものを使用し続けることとなる。
このため、スイッチング素子の寿命劣化に偏りが発生してしまうといった問題があった。
この発明の目的は、部品の劣化を均等化して、寿命を延ばすことができる充電システム、車両および充電システムの制御方法を提供することである。
この発明は、要約すると、充電システムであって、充放電可能な蓄電装置と、蓄電装置から供給される電流をモータに出力するインバータと、インバータを介して蓄電装置に外部から供給される外部電力の充電時に、外部電源側コネクタが接続される車両側コネクタと、車両側コネクタおよびインバータの間に介装されて、外部電力による充電時に用いる相を選択可能な相選択部と、外部電源側コネクタが車両側コネクタに接続されることに応じて、前回充電時に使用した相とは異なる相を含むように、相選択部を制御する制御部とを備える。
好ましくは、車両側コネクタの接続状況を検知して、制御部にコネクタ情報信号を送出する接続検知センサを更に備え、制御部は、接続検知センサからのコネクタ情報信号に応じて、車両側コネクタに接続された外部電源側コネクタの種類を判別するコネクタ情報判別部を含む。
好ましくは、制御部は、前回充電時に使用した相を記憶する前回値情報記憶部と、前回値情報記憶部に記憶された、前回充電時に使用した相とは異なる相を含めて使用するように相選択部に切換信号を出力するリレー切換出力部とを含む。
この発明は、他の局面では、車両であって、充放電可能な蓄電装置と、蓄電装置から供給される電流をモータに出力するインバータと、インバータを介して蓄電装置に外部から供給される外部電力を充電する際に、外部電源側コネクタが接続される車両側コネクタと、車両側コネクタおよびインバータとの間に介装されて、外部電力による充電時に用いる相を選択可能な相選択部と、外部電源側コネクタが車両側コネクタに接続されることに応じて、前回充電時に使用した相とは異なる相を含むように、相選択部を制御する。
好ましくは、車両は、インバータからモータに電流を出力する際、車両側コネクタおよびインバータ間を電力遮断状態に切換可能なコネクタ部切離しリレーと、インバータとモータとの間に介装されて、外部電源からの充電を行う際には、電力遮断状態とされるモータ部切離しリレーと、外部電源側コネクタの接続状況をコネクタ情報信号として送出する接続検知センサとを更に備え、制御部は、接続検知センサからのコネクタ情報信号に応じて、外部電力による前回充電時に使用した相とは異なる相を含むように、相選択部を制御する。
好ましくは、車両のモータは、走行用モータと、発電用モータとを含み、モータ部切離しリレーは、発電用モータとインバータとの間に介装される。
この発明は更に他の局面では、充電システムの制御方法であって、外部から供給される外部電力の電源の種類を車両側コネクタに接続された外部電源側コネクタで識別するステップと、前回充電時に使用した相とは異なる相を含ませて、今回の充電に用いる相として決定するステップと、今回充電に用いる相として決定された相が識別された外部電源側コネクタに接続されるように接続を切換えるステップとを備える。
本発明によれば、上記構成により、相選択部で、前回充電時に使用した相とは異なる相を含むように、インバータの相が選択される。このため、使用頻度の偏りが減少して部品の劣化を均等化して寿命を延ばすことができる充電システム、車両および充電システムの制御方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
図1は、本発明の実施の形態による電動車両に搭載された充電システムの構成を説明するブロック図である。
図1を参照して、電動車両100は、モータジェネレータMG1,MG2と、図示省略の駆動軸および車輪(駆動輪)とを備える。電動車両100は、さらに、モータジェネレータMG1,MG2を駆動するための充放電可能な蓄電装置としてのメインバッテリBを含む直流電圧発生部10と、平滑コンデンサC0と、インバータ20,30と、コンバータ40と、制御部50とを備える。
モータジェネレータMG1は、図示しないエンジンによって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジンの始動を行なう電動機として動作するものとして、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成してもよい。
モータジェネレータMG2は、出力軸および減速機等の動力伝達機構を介して、車両の駆動軸へ出力するように構成してもよい。さらに、モータジェネレータMG2は、回転方向と反対方向の出力トルクを発生することによって回生発電を行なうように発電機としての機能を併せ持たせて構成されていてもよい。
このうち、直流電圧発生部10は、蓄電装置としてのメインバッテリBと、平滑コンデンサC1と、コンバータ40とを有している。
メインバッテリBは、SMR(システムメインリレー)60により遮断制御可能に構成されている。メインバッテリBとしては、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池を適用可能である。なお、以下、本実施の形態では、蓄電装置として二次電池で構成されたメインバッテリBを含む構成を説明するが、メインバッテリBに代えて、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を適用することも可能である。
コンバータ40による昇圧された電圧は、電圧センサ11によって検知されて、制御部50へ出力される。
平滑コンデンサC1は、負極線5および正極線6の間に接続される。また、SMR60は、メインバッテリBの正極端子および正極線6の間、ならびに、メインバッテリBの負極端子および負極線5の間に介装されている。
SMR60は、車両運転時および外部電源200による充電時にON動作されて車両運転停止時にOFF動作される。
コンバータ40は、リアクトルL1と、スイッチング制御される電力用半導体素子(以下、「スイッチング素子」と称する)Q1,Q2とを含む。リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと正極線6の間に接続される。また、コンバータ40は平滑コンデンサC1の両端部の電圧を昇圧し、インバータ側正極線7および負極線5の間に接続された平滑コンデンサC0の両端部に電圧を印加する。
インバータ側正極線7および負極線5の間には、スイッチング素子Q1およびQ2が、直列に接続される。スイッチング素子Q1およびQ2のON,OFFは、制御部50からのスイッチング制御信号S9およびS10によって制御される。
この発明の実施の形態において、スイッチング素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Q1,Q2には、逆並列ダイオードD1,D2が接続されている。
インバータ20および30は、共通の負極線5およびインバータ側正極線7を介して、コンバータ40と接続されている。
インバータ20のU相アーム22と、V相アーム24と、W相アーム26とは、負極線5およびインバータ側正極線7との間に互いに並列に設けられている。
各U相,V相,W相アーム22,24,26は、インバータ側正極線7および負極線5の間に直列接続されたスイッチング素子Q11〜Q16から構成される。たとえば、U相アーム22は、スイッチング素子Q11,Q12からなり、V相アーム24は、スイッチング素子Q13,Q14からなり、W相アーム26は、スイッチング素子Q15,Q16からなる。
スイッチング素子Q11〜Q16は、逆並列ダイオードD11〜D16がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q11〜Q16のON,OFFは、制御部50からのスイッチング制御信号S11〜S16によって制御される。
インバータ30の構成および作用については、インバータ20の構成と略同一であるので説明は繰返さない。
また、モータジェネレータMG1は、固定子に設けられたU相コイルU1、V相コイルV1およびW相コイルW1と、図示しない回転子とを含む。U相コイルU1、V相コイルV1およびW相コイルW1の一端は、中性点N1で互いに接続され、それらの他端は、インバータ20のU相アーム22、V相アーム24およびW相アーム26とそれぞれ接続される。
インバータ20は、スイッチング制御信号S11〜S16によってON,OFF制御を行うスイッチング素子Q11〜Q16を含んでいる。スイッチング素子Q11〜Q16は、制御部50から送られてくるスイッチング制御信号S11〜S16によってON,OFF制御(スイッチング制御)される。そして、直流電圧発生部10およびモータジェネレータMG1の間での双方向の電力変換が行なわれるように構成されている。
具体的には、インバータ20は、制御部50によるスイッチング制御に従って、負極線5とインバータ側正極線7との間の電圧であるシステム電圧VHを三相交流電圧に変換し、その変換した三相交流電圧をモータジェネレータMG1へ出力することができる。これにより、モータジェネレータMG1は、指定されたトルクを発生するように駆動される。
充電システムの外部電力による充電は、車体の一部に設けられている車両側コネクタ101を用いて行われる。
車両側コネクタ101は、インバータ20とモータジェネレータMG1との間に接続される。外部電力が外部電源200から送られてくると、車両側コネクタ101に接続された外部電源側コネクタ201を介して、インバータ20に加えられる。充電システムのインバータ20は、この外部電力を制御部50によるスイッチング制御に従って直流電圧(システム電圧VH)に変換し、その変換した直流電圧を直流電圧発生部10のメインバッテリBへ出力する。
この実施の形態では、インバータ20の三相を構成するU相アーム22,V相アーム24,W相アーム26のうち、2つの相が用いられてメインバッテリBへの外部電力による充電が行われる。
そして、前回充電時に使用した相のアームと異なる一つの相が、一義的に今回使用する相として決定される。
例えば、前回充電時に使用した相がWU相である場合は、V相が、前回充電時に使用した相とは異なる相として、今回使用する相に含まれる。よって、今回使用する相は、たとえばUV相となる。前回充電時に使用した相がUV相である場合は、W相が、前回充電時に使用した相とは異なる相として、今回使用する相に含まれる。よって、今回使用する相は、たとえばVW相となる。前回充電時に使用した相が、VW相である場合は、U相が、前回充電時に使用した相とは異なる相として、今回使用する相に含まれる。よって、今回使用する相は、たとえばWU相となる。
車両側コネクタ101と、インバータ20との間には、コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,およびRY3が設けられている。
コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,およびRY3は、モータジェネレータMG1のU相コイルU1、V相コイルV1およびW相コイルW1と、インバータ20との間をそれぞれ接続する各電力供給線に接続されている。
コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,およびRY3は、個別にON,OFF制御可能で、インバータ20側のアーム22,24,26と、車両側コネクタ101とを、ON制御で接続した充電可能状態およびOFF制御で電力遮断状態となるように構成されている。
この実施の形態では、コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,およびRY3は、後述する第1相選択リレーRY4及び、第2相選択リレーRY5と共に相選択部の一部に含まれる。
そして、今回充電に用いる相として決定された相が識別された外部電源側コネクタ201に接続されるように、第1相選択リレーRY4,第2相選択リレーRY5およびコネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3が連携して切換えられる。
このため、コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3を、相の切換えリレー装置として共用することが出来、リレー装置の数量の増大を抑制して、製造コスト増大を抑制できる。
また、モータジェネレータMG1と、インバータ20との間には、モータ部切離しリレーRY6,RY7,およびRY8が設けられている。
モータ部切離しリレーRY6,RY7,およびRY8は、外部電力による充電状態では、OFF制御されて、インバータ20からモータジェネレータMG1への電路が遮断されることで電力遮断状態となるように構成されている。
更に車両側コネクタ101およびインバータ20との間には、インバータ20に通電される相を選択可能な相選択部として含まれる第1相選択リレーRY4と、第2相選択リレーRY5とが設けられている。
この実施の形態の充電システムでは、第1相選択リレーRY4,第2相選択リレーRY5が、上述したコネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3と連携して、個別にON,OFF制御される。これらの第1相選択リレーRY4,第2相選択リレーRY5は、ECU50に含まれるリレー切換出力部55から送出されたリレー切換信号ENに基づいて、ON,OFF制御されて、接続状態または電力遮断状態となるように切換えられる。
そして、第1相選択リレーRY4,第2相選択リレーRY5,コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,及びRY3が、ON,OFF制御による切換により、前回充電時に使用した相とは異なる相を含ませるように組み合わせが換えられて、インバータ20に今回通電される相を接続する。
例えば、通常の走行を行う通常走行モードでは、メインバッテリBから、モータジェネレータMG1に電流を出力する際には、モータ部切離しリレーRY6,RY7,およびRY8は、全てON状態となり、電力を供給可能な状態となる。
この際、モータジェネレータMG1に電力を供給する状態は、コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3が、全てOFF制御されてメインバッテリBの出力電圧が、車両側コネクタ101に到達しない電力遮断状態となる。
また、車両側コネクタ101には、外部電源側コネクタ201との間の接続状況を、コネクタ情報信号CNとして送出する接続検知センサとしての近接センサ102が設けられている。
近接センサ102は、外部電源側コネクタ201との間の接続状況が接続されている状態か、否かを判別可能とするように、接続および非接続状態で異なるコネクタ情報信号CNを生成して送出する。
また、近接センサ102は、車両側コネクタ101に嵌合される外部電源側コネクタ201の種別を検出可能である。
外部電源側コネクタ201が車両側コネクタ101に嵌合した際に、近接センサ102は、コネクタ嵌合形状に応じた単相コネクタの情報、あるいは三相コネクタの種別の情報が、形状から検出される。検出により異なるコネクタ形状毎に、異なるコネクタ情報信号CNが生成されて、各々コネクタ情報信号CNとして送出する。
そして、電動車両100の充電システムは、制御部としてのECU50を備えている。
ECU50は、近接センサ102からのコネクタ情報信号CNに応じて、外部電源200からメインバッテリBへの前回充電時に使用した相とは異なる相を含むように、第1相選択リレーRY4および第2相選択リレーRY5を切換える。
ECU50は、近接センサ102からのコネクタ情報信号CNに応じて、外部電源200からメインバッテリBへの前回充電時に使用した相とは異なる相を含むように、第1相選択リレーRY4および第2相選択リレーRY5を切換える。
また、ECU50は、第1相選択リレーRY4及び第2相選択リレーRY5と連携させてコネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3を切換えるシーケンス制御を行う。
図2は、この実施の形態のECU50の構成を示すブロック図である。
図2を参照して説明すると、ECU50は、近接センサ102からのコネクタ情報信号CNが入力されるコネクタ情報信号入力部51と、コネクタ情報信号入力部51からのコネクタ情報に基づいて、外部電源側コネクタ201が単相コネクタであるか、あるいは三相コネクタであるかの種類を判別するコネクタ情報判別部52とを含む。
図2を参照して説明すると、ECU50は、近接センサ102からのコネクタ情報信号CNが入力されるコネクタ情報信号入力部51と、コネクタ情報信号入力部51からのコネクタ情報に基づいて、外部電源側コネクタ201が単相コネクタであるか、あるいは三相コネクタであるかの種類を判別するコネクタ情報判別部52とを含む。
このうち、コネクタ情報判別部52は、予めコネクタ嵌合形状情報記憶部54に記憶された単相コネクタの情報、あるいは三相コネクタの情報に基づいて、外部電源側コネクタ201の種類を判別可能に構成されている。
外部電源側コネクタ201の種類の判別は、近接センサ102からコネクタ情報信号入力部51へ送られてくるコネクタ情報信号CNのうち、嵌合された外部電源側コネクタ201の形状のコネクタ情報を、コネクタ嵌合形状情報記憶部54に記憶されたコネクタ情報と照合させることに応じて行われる。
また、ECU50は、外部電源200からメインバッテリBへ、前回充電時に使用した相を記憶する前回値情報記憶部53を含む。
コネクタ情報判別部52によって外部電源側コネクタ201が単相コネクタであると判別された場合には、前回値情報記憶部53に記憶された前回充電時に使用した相とは異なる相を含めて使用するように制御信号SNが、生成される。
そして、この生成された制御信号SNがリレー切換出力部55に出力される。
コネクタ情報判別部52から出力された制御信号SNは、リレー切換出力部55によって変換されて、第1,第2相選択リレーRY4,RY5にリレー切換信号ENとして出力される。
コネクタ情報判別部52から出力された制御信号SNは、リレー切換出力部55によって変換されて、第1,第2相選択リレーRY4,RY5にリレー切換信号ENとして出力される。
また、リレー切換出力部55では、第1,第2相選択リレーRY4,RY5と連携するコネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3にもリレー切換信号ENが出力される。
更に、リレー切換出力部55を含むECU50からは、インバータ20に対してスイッチング制御信号S11〜S16が送出されるように構成されている。インバータ20に入力されたスイッチング制御信号S11〜S16は、外部電源200からの充電電流を通電するアーム22,24,26を、リレー切換信号ENに基づき適宜選択して切換えて、スイッチング制御する。
図3は、実施の形態の充電システムの動作を示すフローチャートである。
このフローチャートでは、外部電源側コネクタ201を介して、単相電源としてU相,V相またはW相のうち、二つの相を接続に用いるか若しくは、三相電源を接続させるかを判別可能とするものが示されている。
このフローチャートでは、外部電源側コネクタ201を介して、単相電源としてU相,V相またはW相のうち、二つの相を接続に用いるか若しくは、三相電源を接続させるかを判別可能とするものが示されている。
以下に、車両側コネクタ101に嵌合される外部電源側コネクタ201から、単相もしくは三相の外部電源200が接続される様子を説明する。
まず、充電システムの制御をスタートすると、ステップS1では、外部電源200の外部電源側コネクタ201が、車体に設けられた車両側コネクタ101に挿入されて嵌合される。
ステップS2では、近接センサ102からのコネクタ情報信号CNに基づいて、車両側コネクタ101に挿入された外部電源側コネクタ201のコネクタ形状の識別が行われる。
この識別は、挿入により嵌合されたコネクタ形状が、近接センサ102によって検出されて、予めコネクタ嵌合形状情報記憶部54に記憶された単相コネクタであるのか、あるいは三相コネクタであるかの情報と照合されることに応じて行われる。
ステップS2の識別結果が単相である場合は、ステップS3に処理が進み、三相である場合には、ステップS4に処理が進む。
ステップS4では、コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3を全てON状態に切換えると共に、第1相選択リレーRY4と第2相選択リレーRY5とをOFF状態となるように切換える。
そして、ステップS8で、インバータ20のアーム22,24,26の三相を全て用いた三相電源による充電が開始される。
また、ステップS2の識別結果が単相である場合は、単相の外部電源200が、外部電源側コネクタ201を介して車両側コネクタ101に対して嵌合されて、単相の外部電源200が、U相,V相,W相の何れかの相のうち、2つの相に接続されて充電状態となる。
ステップS3では、充電に用いる2つの相を選択して組み合わせるため、ECU50の前回値情報記憶部53に記憶されている前回充電時に使用した相が、コネクタ情報判別部52によって呼び出される。
コネクタ情報判別部52によって、前回値情報記憶部53から呼び出された前回充電時に使用した相がWU相である場合、異なるV相を含むUV相が用いられる。また、呼び出された前回充電時に使用した相がUV相である場合、異なるW相を含むVW相が用いられる。更に、呼び出された前回充電時に使用した相がVW相である場合、異なるU相を含むUW相が用いられる。
ステップS3で、前回充電時に使用した相がWU相である場合、異なるV相を含むUV相を用いるように、ステップS5へ処理が進む。
図4は、前回充電時にWU相を用いていた場合、今回UV相を使用するようにインバータ20のアーム22,24に電路が切換えられた充電システムの要部のブロック図である。
ステップS5では、コネクタ情報判別部52で選択された制御信号SNに基づいて、リレー切換出力部55からリレー切換信号ENが送出される。
前回充電時に使用した相がWU相である場合、ECU50内で前回値情報記憶部53から読み出されたWU相と異なるV相を含むUV相が用いられる。
このため、送出されたリレー切換信号ENに基づいて、第1相選択リレーRY4と第2相選択リレーRY5とがOFF状態となるように切換えられる。
また、これらの第1相選択リレーRY4および第2相選択リレーRY5と連携して、同時にコネクタ部切離しリレーRY1が、ON状態となり、コネクタ部切離しリレーRY2がON状態となる。
また、コネクタ部切離しリレーRY3がOFF状態となるように切換えられる。
この切換により、前回充電時に使用した相がWU相であり、インバータ20でWU相のアーム26,22が前回使用されて、外部電源200からの充電電流が通電されて場合には、今回は、インバータ20で、前回充電時に使用されていなかったV相を含むUV相のアーム22,24が用いられて、図4中矢印に示す経路で充電電流が通電される。
この切換により、前回充電時に使用した相がWU相であり、インバータ20でWU相のアーム26,22が前回使用されて、外部電源200からの充電電流が通電されて場合には、今回は、インバータ20で、前回充電時に使用されていなかったV相を含むUV相のアーム22,24が用いられて、図4中矢印に示す経路で充電電流が通電される。
このため、特定のスイッチング素子に外部電源200からの充電電流が流れ続けることがない。
図5は、前回充電時にUV相を使用していた場合、今回VW相を充電に用いるために切換えられた充電システムの要部のブロック図である。
ステップS6では、前回充電時に使用した相がUV相であった場合、ECU50内で前回値情報記憶部53から読み出されたUV相と異なるW相を含むVW相を用いるように、コネクタ情報判別部52で選択された制御信号SNに基づいて、リレー切換出力部55からリレー切換信号ENが送出される。
このリレー切換信号ENに基づいて、第1相選択リレーRY4がON状態となると共に、第2相選択リレーRY5がOFF状態となるように切換えられる。
また、これらの第1相選択リレーRY4および第2相選択リレーRY5と連携するコネクタ部切離しリレーRY1がOFF状態となり、コネクタ部切離しリレーRY2がON状態となると共に、コネクタ部切離しリレーRY3がON状態となるように切換えられる。
この切換により前回充電時に使用した相がUV相であり、インバータ20でUV相のアーム22,24が使用されて、外部電源200からの充電電流が通電されていた場合には、今回は、インバータ20で前回充電時に使用されていなかったW相を含むVW相のアーム24,26が使用されて、図6中矢印に示す経路で充電電流が通電される。
このため、特定のスイッチング素子に外部電源200からの充電電流が流れ続けることがない。
図6は、前回充電時に使用した相がVW相である場合、今回UW相を充電に用いるために切換えられた充電システムの要部のブロック図である。
ステップS7では、前回充電時に使用した相がVW相であった場合、ECU50内で前回値情報記憶部53から読み出されたVW相と異なるU相を含むWU相を用いるように、コネクタ情報判別部52で選択された制御信号SNに基づいて、リレー切換出力部55からリレー切換信号ENが送出される。
このリレー切換信号ENに基づいて、第1相選択リレーRY4が、OFF状態となるように、また第2相選択リレーRY5がON状態となるように切換えられる。
また、これらの第1相選択リレーRY4および第2相選択リレーRY5と連携するコネクタ部切離しリレーRY1が、ON状態となり、コネクタ部切離しリレーRY2がOFF状態となると共に、コネクタ部切離しリレーRY3がON状態となるように切換えられる。
この切換により、前回充電時に使用した相が、VW相であり、インバータ20でVW相のアーム24,26が使用されて、外部電源200からの充電電流が通電されていた場合には、今回は、インバータ20で前回充電時に使用されていなかったU相を含むWU相のアーム26,22が使用されて、図6矢印に示す経路で、充電電流が通電される。
このため、単相の外部電源側コネクタ201が車両側コネクタ101と接続される度に、前回充電時に使用されていた経路とは毎回異なる経路が使用されて、充電電流の通電が行われる。よって、特定のスイッチング素子に外部電源200からの充電電流が流れ続けることがない。
最後に、本実施の形態について、再び図を参照して総括する。
再び図1、図2を参照して、本実施の形態に示される車両の充電システムは、充放電可能なメインバッテリBと、メインバッテリBから供給される電流を、モータジェネレータMG1,MG2に出力するインバータ20,30とを備えている。
再び図1、図2を参照して、本実施の形態に示される車両の充電システムは、充放電可能なメインバッテリBと、メインバッテリBから供給される電流を、モータジェネレータMG1,MG2に出力するインバータ20,30とを備えている。
インバータ20とモータジェネレータMG1との間には、車両側コネクタ101が接続されている。この車両側コネクタ101が、外部電源側コネクタ201と嵌合されることに応じて、外部電源200と接続される。
そして、この外部電源側コネクタ201および車両側コネクタ101間の接続に応じて、インバータ20を介して外部電源200から外部電力が供給されて、メインバッテリBへ充電が行われる。
また、外部電源200からの充電を行う際には、モータ部切離しリレーRY6,RY7,RY8をOFF状態として、電力遮断状態とする。電力遮断状態では、今回充電時に使用する外部電源200からの外部電力が、モータジェネレータMG1に駆動電流として出力されることがない。
更に、車両側コネクタ101には、外部電源側コネクタ201の接続状況および種別をを、コネクタ情報信号として送出する近接センサ102が設けられている。更に近接センサ102は、外部電源側コネクタ201が接続されているか否かを検出する。そして、近接センサ102は、単相または三相のうち、何れの種類の外部電源側コネクタ201が接続されているかを検出して、コネクタ情報信号CNをECU50に送出する。
ECU50は、リレー切換信号ENをコネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3,第1,第2相選択リレーRY4,RY5に送出する。リレー切換信号ENは、近接センサ102からのコネクタ情報信号CNに応じて、外部電源200からメインバッテリBへの前回充電時に使用されていた相と異なる相となるように、第1,第2相選択リレーRY4,RY5を切換える
更に、ECU50から送出されるリレー切換信号ENは、コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3を、第1,第2相選択リレーRY4,RY5に連携させて切換える。
更に、ECU50から送出されるリレー切換信号ENは、コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3を、第1,第2相選択リレーRY4,RY5に連携させて切換える。
このように、充電に用いる相が、WU相→UV相→VW相→再びWU相と毎回、単相の外部電源側コネクタ201が接続される度に、充電に用いる各アーム22,24,26が順次変更される。よって、前回充電時に使用されていた相とは異なる相で前回充電時に使用していない相を含む相が、今回の充電時に使用される。
この実施の形態では、インバータ20のU相,V相,W相のアーム22,24,26が、順次一対づつ組み合わせられて充電電流が通電される。このため、使用頻度の偏りが減少して何れかのスイッチング素子Q11〜Q16に偏って充電電流が、通電され続けることがない。
また、車両側コネクタ101に設けられた近接センサ102によって、単相または三相の接続可能の何れの形状の外部電源側コネクタ201が接続されているかが検出されて、コネクタ情報信号CNがECU50に送出される。
ECU50は、外部電源側コネクタ201が、三相の形状である場合、複数回連続して三相の形状である場合、単相の外部電源側コネクタ201が接続された場合に照合を行うコネクタ嵌合形状情報記憶部54を設けている。
このコネクタ嵌合形状情報記憶部54には、外部電源側コネクタの種類として、単相形状のコネクタ情報および三相形状のコネクタ情報が記憶されている。
コネクタ情報信号CNがコネクタ情報信号入力部51に入力されると、コネクタ情報判別部52では、コネクタ嵌合形状情報記憶部54に記憶されたコネクタ情報から、コネクタ嵌合形状に応じた単相コネクタの情報、あるいは三相コネクタの情報が呼び出される。そして、いずれの形状の外部電源側コネクタ201が車両側コネクタ101に接続されているかの種別の判別が行われる。
ECU50の前回値情報記憶部53は、前回充電時に使用した相を記憶している。また、前回値情報記憶部53は、前回単相の外部電源側コネクタ201による充電時のコネクタ情報信号CNを記憶している。
前回値情報記憶部53は、三相の外部電源側コネクタ201が接続された場合には、最も近い前回単相の外部電源側コネクタ201による充電時のコネクタ情報信号CNを記憶している。
今回単相の外部電源側コネクタ201が接続されると、コネクタ情報判別部52が、前回値情報記憶部53に記憶されている前回のコネクタ情報信号CNが読み出される。
また、前回三相の外部電源側コネクタ201が接続されていた場合、最も近い前回単相の外部電源側コネクタ201が接続された際の充電時のコネクタ情報信号CNが読み出される。
そして、ECU50内で前回値情報記憶部53から読み出された相と異なる相を含む相の組み合わせを使用するように、コネクタ情報判別部52から、制御信号SNが送出される。
制御信号SNがリレー切換出力部55に入力されると、リレー切換出力部55は、第1,第2相選択リレーRY4,RY5およびコネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3を切換えるリレー切換信号ENを出力する。
また、ECU50からのスイッチング制御信号S11〜S16により、インバータ20の相がリレー切換信号ENに合わせて切換えられて、インバータ20のU相,V相,W相が一対選択されて組合わせられて、充電に使用される経路が形成される。
この実施の形態は、近接センサ102が、外部電源側コネクタ201の形状を検知する。検知された外部電源側コネクタ201の形状は、単相または三相によって異なる。
このため、検出した形状によって外部電源側コネクタ201の種類の判別を接続と同時に行うことが出来る。
実施の形態の充電システムでは、充電電流の通電前に相が任意の相に切換えられる。そして、今回充電に用いる相として決定された相が識別された外部電源側コネクタ201に接続されるように、インバータ20の相が切換えられる。
リレー切換出力部55では、第1,第2相選択リレーRY4,RY5およびコネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3をリレー切換信号ENを用いてON,OFF制御して切換えて、今回充電に用いる相として決定された相を識別された外部電源側コネクタ201に接続する。
このように、選択されて組み合わせられた相を接続してから、充電に用いる電圧を印加することが出来、更に、通電状態から切換える場合に比して、部品の劣化を遅らせることができる。
また、近接センサ102で、外部電源側コネクタ201の接続を検知すると、コネクタの形状および相数の種別情報が載せられたコネクタ情報信号CNがECU50に送出される。
この外部電源側コネクタ201の接続に応じて、図3に示すフローチャートのような充電システムの相の切換制御をスタートさせることが出来る。
したがって、コネクタ接続を検出する他のセンサを増設したり、あるいは充電用に専用のインバータを設ける必要が無く、部品点数の増大を抑制することが出来る。
そして、今回充電に用いる相として決定された相が識別された外部電源側コネクタ201に接続されるように、第1,第2相選択リレーRY4,RY5、コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3を切換える。
この実施の形態では、ステップS5〜ステップS7で今回充電に用いる相として決定された前回未使用の相を含ませて、識別された外部電源側コネクタ201に接続されるように、各第1,第2相選択リレーRY4,RY5、コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3が切換えられる。
また、コネクタ情報信号CNがECU50によって受信されると、ECU50からは、モータ部切離しリレーRY6,RY7,RY8にリレー切換信号ENが送出される。 モータ部切離しリレーRY6,RY7,RY8にこのリレー切換信号ENが入力すると、発電用のモータジェネレータMG1とインバータ20との間に介装されるモータ部切離しリレーRY6,RY7,RY8がOFF制御される。
このモータ部切離しリレーRY6,RY7,RY8がOFF制御されることに応じて、電動車両100のモータジェネレータMG1がインバータ20から電力遮断状態となるように切り離される。
このため、電動車両100のメインバッテリBに充電電流が供給されている充電状態では、モータジェネレータMG1に外部電源200からの充電電流が流されることなく、モータジェネレータMG1が回転駆動される虞が無い。
図1に示す電動車両100は、モータジェネレータMG2と対となる発電用のモータジェネレータMG1のインバータ20の他に走行用のモータジェネレータMG2のインバータ30を備える。
走行用のモータジェネレータMG2のインバータ30は、発電用のモータジェネレータMG1のインバータ20と適宜個別に設けることが出来る。
このため、走行用として適切な、例えば比較的大容量に設定して高い耐久性をモータジェネレータMG2のインバータ30に与えることが出来る。
この実施の形態の電動車両100は、発電用のモータジェネレータMG1に用いるインバータ20を外部充電用にも用いるので、インバータを充電システム専用に増設する必要が無い。
しかも、モータジェネレータMG2のインバータ30とは、適宜個別に発電用のモータジェネレータMG1およびインバータ20の仕様を設定できる。
例えば、エンジン等の駆動装置を搭載する電動車両100では、エンジンの始動用のモータジェネレータMG1のインバータ20を、外部電源200によるメインバッテリBの外部充電時にも用いることが出来る。このため、インバータ20を、モータジェネレータMG1で発電された電力による充電および外部充電の電圧制御に共用できる。
したがって、この電動車両100は、充電システム専用のインバータを設ける必要が無く、部品点数の増大を抑制することが出来ると共に、エンジン始動用の他の回転駆動源として機能させることにより、更に部品点数の増大を抑制できる。
しかも、充電に用いるインバータ20の相の組み合わせが、実施の形態のように前回と異なる相に、順番で他の相が組み合わせられるに留まらない。例えば、3つの相のうち前回と異なる相と組み合わせられる今回用いられた相が、実施の形態とは、逆の順番で組み合わせられても良い。
また、3つの相のうち前回と異なる相をランダムに組み合わせても、前回の相とは異なる相が含まれていれば良い。
更に、組み合わせが変更されるに留まらず、モータジェネレータMG2のインバータ30とは個別に、発電用のモータジェネレータMG1のインバータ20を設定することが出来る。
このため、インバータ20,30では、主に使用する電圧が異なる場合や、両インバータ20,30間で使用頻度の偏りが生じている場合も、各々の部品の耐久性を向上させることが出来る。よって、少ない部品で更に充電システム全体の耐久性も向上させて、寿命を延ばすことができる。
上述の実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。
例えば、上述の実施形態においては、インバータ20を共用するものを示して説明してきたが、特にこれに限らず、例えば、図1に示すインバータ30側で、モータジェネレータMG2とインバータ30との間に外部電源200が接続される車両側コネクタ101を設けても良い。
更には、車両側コネクタ101の筐体内に、相選択部としての第1相選択リレーRY4および第2相選択リレーRY5等を配置するものであってもよく、第1相選択リレーRY4および第2相選択リレーRY5は、車両側コネクタ101およびインバータ20との間に介装されるものであればよい。
例えば、第1相選択リレーRY4および第2相選択リレーRY5が、コネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3と、インバータ20との間に介装されるものであってもよい。
また、この実施の形態では、車両側コネクタ101に設けられた近接センサ102によって、単相または三相の形状の異なる外部電源側コネクタ201が接続されたかを検知している。
しかしながらこれに限らず、例えば、接触センサや、電流検知センサ等、外部電力を供給する外部電源側コネクタ201の接続が検出できれば、外部電源側コネクタ201に近接センサを設ける等、何れの位置にどのような種類のセンサを設けても良く、形状、数量及び検出方法が限定されるものではない。
更に、この実施の形態の充電システムは、第1相選択リレーRY4および第2相選択リレーRY5が上述したコネクタ部切離しリレーRY1,RY2,およびRY3と連携している。
このため、通電される相を前回充電時に使用していた相とは異なる相を含んで選択する相選択部の一部として用いられている。
しかしながら、相を選択する際の第1相選択リレーRY4および第2相選択リレーRY5と、連携するコネクタ部切離しリレーRY1,RY2,RY3との組み合わせおよび順序が限定されるものではなく、各リレー部を構成するリレーの種別、形状、数量および材質が、特に限定されるものではない。
そして、モータとして、一対のモータジェネレータMG1,MG2を例示して説明してきたが特にこれに限らず、電動機又はモータ等、発電機能を有していなくても、インバータから供給される電力で駆動するものであれば、モータの形状、数量および材質が、特に限定されるものではない。
また、モータジェネレータMG1,MG2の用途も、電動車両100の駆動用や発電用に限らず、例えば、エアーコンディショナ装置のコンプレッサ駆動用やあるいは他の補機等に用いられても良い。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した範囲説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
5 負極線、6 正極線、7 インバータ側正極線、10 直流電圧発生部、11 電圧センサ、20,30 インバータ、22,24,26 アーム、40 コンバータ、50 制御部、51 コネクタ情報信号入力部、52 コネクタ情報判別部、53 前回値情報記憶部、54 嵌合形状情報記憶部、55 リレー切換出力部、100 電動車両、101 車両側コネクタ、102 近接センサ、200 外部電源、201 外部電源側コネクタ、B メインバッテリ(蓄電装置)、C0,C1 平滑コンデンサ、CN コネクタ情報信号、D1,D2,D11〜D16 逆並列ダイオード、EN リレー切換信号、L1 リアクトル、MG1,MG2 モータジェネレータ(モータ)、N1 中性点、Q1,Q2,Q11〜Q16 スイッチング素子、RY1,RY2,RY3 コネクタ部切離しリレー、RY4,RY5 第1,第2相選択リレー(相選択部)、RY6,RY7,RY8 モータ部切離しリレー。
Claims (7)
- 充放電可能な蓄電装置と、
前記蓄電装置から供給される電流をモータに出力するインバータと、
前記インバータを介して前記蓄電装置に外部から供給される外部電力を充電する際に、外部電源側コネクタが接続される車両側コネクタと、
前記車両側コネクタおよび前記インバータの間に介装されて、前記外部電力による充電時に用いる相を選択可能な相選択部と、
前記外部電源側コネクタが前記車両側コネクタに接続されることに応じて、前回充電時に使用した相とは異なる相を含むように、前記相選択部を制御する制御部とを備える、充電システム。 - 前記車両側コネクタの接続状況を検知して、前記制御部にコネクタ情報信号を送出する接続検知センサを更に備え、
前記制御部は、前記接続検知センサからのコネクタ情報信号に応じて、前記車両側コネクタに接続された外部電源側コネクタの種類を判別するコネクタ情報判別部を含む、請求項1に記載の充電システム。 - 前記制御部は、前回充電時に使用した相を記憶する前回値情報記憶部と、
前記前回値情報記憶部に記憶された、前回充電時に使用した相とは異なる相を含めて使用するように前記相選択部に切換信号を出力するリレー切換出力部とを含む、請求項1または2に記載の充電システム。 - 充放電可能な蓄電装置と、
前記蓄電装置から供給される電流をモータに出力するインバータと、
前記インバータを介して前記蓄電装置に外部から供給される外部電力を充電する際に、外部電源側コネクタが接続される車両側コネクタと、
前記車両側コネクタおよび前記インバータとの間に介装されて、前記外部電力による充電時に用いる相を選択可能な相選択部と、
前記外部電源側コネクタが前記車両側コネクタに接続されることに応じて、前回充電時に使用した相とは異なる相を含むように、前記相選択部を制御する制御部とを備える、車両。 - 前記インバータからモータに電流を出力する際前記車両側コネクタおよび前記インバータ間を電力遮断状態に切換可能なコネクタ部切離しリレーと、
前記インバータと前記モータとの間に介装されて、外部電源からの充電を行う際には、電力遮断状態とされるモータ部切離しリレーと、
前記外部電源側コネクタの接続状況をコネクタ情報信号として送出する接続検知センサとを更に備え、
前記制御部は、前記接続検知センサからのコネクタ情報信号に応じて、外部電力による前回充電時に使用した相とは異なる相を含むように、前記相選択部を制御する、請求項4に記載の車両。 - 前記モータは、走行用モータと、発電用モータとを含み、
前記モータ部切離しリレーは、前記発電用モータと前記インバータとの間に介装される、請求項5に記載の車両。 - 充電システムの制御方法であって、
外部から供給される外部電力の電源の種類を車両側コネクタに接続された外部電源側コネクタで識別するステップと、
前回充電時に使用した相とは異なる相を含ませて、今回の充電に用いる相として決定するステップと、
今回充電に用いる相として決定された相が識別された前記外部電源側コネクタに接続されるように接続を切換えるステップとを備える、充電システムの制御方法。
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