JP2015050891A - 車載充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの充電開始前の充電の待機時間における電力消費を抑えることができる車載充電装置を提供する。
【解決手段】車載充電装置は、電源設備９０から供給される電力を変換するＡＣ／ＤＣ回路１１及びＤＣ／ＤＣ回路１２を備えるパワー回路１０ａと、パワー回路１０ａによる電力変換の動作を制御するＣＰＵ１３〜１５と、ＣＰＵ１３〜１５に接続され、電源設備９０からの給電待ちとなっている状態下において、高圧バッテリ２０を充電する充電指示の入力があり且つ充電ケーブル９２が接続されている際に充電開始条件が成立していると判定する起動専用回路１６と、を備え、ＣＰＵ１３〜１５は、車両の電源オフ状態において、充電開始条件が成立した場合に起動専用回路１６から出力される起動指示信号に伴い起動される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に搭載され、車両外部の電源設備から供給される電力でバッテリを充電する車載充電装置に関する。

電気自動車やプラグインハイブリッド自動車等、モータ及びバッテリを搭載し、バッテリに蓄積された電力でモータが駆動される車両は、住宅や商用の給電ステーション等の施設に設置された電源設備に充電ケーブルを介して接続され、その状態で、車載充電装置を用いてバッテリの充電が行われる（特許文献１）。またバッテリの充電をより経済的に行うために、電源設備と車両が充電ケーブルで接続された際に直ちに充電が開始されるのではなく、電気料金が安価な深夜などの時間帯に充電が開始されるように、バッテリの充電開始時刻などをタイマ装置により設定し、そのタイマ装置からの出力をマイコンなどで入力判定するようにしたものが提案されている。

特開２０１３−９０４２３号公報

車載充電装置では、充電が開始されるまでの充電待ち期間において、充電制御を行うマイコンが、タイマ装置からの充電指示があるかどうかの判定を常時行う待機状態とされる。しかし、電源設備と車両とが接続されてから所定時間の経過後に充電が開始される場合、充電開始のタイミングを待つために車両が待機状態とされることに伴うマイコンの電力消費が生じ、これによる影響が懸念される。

本発明は、バッテリの充電開始前の充電の待機時間における電力消費を抑えることができる車載充電装置を提供することを主たる目的とするものである。

本発明は、車両に搭載され、車両外部の電源設備に充電ケーブルを介して接続された状態で前記電源設備からの給電によりバッテリを充電する車載充電装置であって、電源設備から供給される電力を変換する電力変換部と、電力変換部の電力変換の動作を制御する充電制御部と、充電制御部に接続され、電源設備からの給電待ちとなっている状態下において、バッテリを充電する充電指示の入力があり且つ充電ケーブルが接続されている際に充電開始条件が成立していると判定する判定回路部と、を備え、充電制御部は、車両の電源オフ状態において、充電開始条件が成立した場合に判定回路部から出力される起動指示信号に伴い起動されることを特徴とする。

上記発明では、バッテリの充電開始前において、充電制御部が充電指示を受けるために待機状態となっていると、これに伴う電力消費が生じる。そこで、バッテリの充電指示の入力があり且つ充電ケーブルが接続されている際に充電開始条件が成立したと判定する判定回路部を設ける。そして、判定回路部により充電開始条件が成立していないと判定された場合には充電制御部を停止させておき、充電開始条件が成立したと判定された場合に充電制御部を駆動させる。この場合、充電制御部とは別に判定回路部を設け、その判定回路部を起動判定専用の回路とすることが可能となる。これにより、バッテリの充電開始前に充電制御部を待機状態にしておかなくてもよくなり、バッテリの充電開始前の電力消費を抑えることができる。

電源設備及び充電装置の全体構成を示す図。 起動専用回路の回路構成の説明図。 充電装置の動作例を示すタイミングチャート。

以下、本発明にかかる車載充電装置を車載主機として回転機を備える車両（例えば、プラグインハイブリッド車や、電気自動車）に適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、車両が備えるバッテリに対して、充電スタンド等の電源設備９０からの給電で充電をする場合の適用例である。なお電源設備９０としては、充電開始時刻（日時）の設定（予約充電）が可能であるものが用いられるとする。

電源設備９０は、電力供給部９１と、充電ケーブル９２と、タイマ９３と、表示装置９４と、操作部９５と、給電制御部９６とを備えている。

電力供給部９１は、例えば５０Ｈｚ／６０Ｈｚの商用交流電力を出力する交流電源であって、図示を略す商用交流電力を供給する送電系統などに接続されている。

充電ケーブル９２は、電力線や信号線等の複数の配線９２ａを内包しており、一端が電力供給部９１に接続され、他端にはコンセント９２ｂが設けられている。コンセント９２ｂが後述する車両の充電プラグ７０に接続されることで、電力供給部９１から充電器１０への商用交流電力の供給が可能となる。また電源設備９０から充電器１０側への信号入力が可能となる。

表示装置９４は、電源設備９０の状態（停止中や充電中、異常時）や充電経過時間等を表示するものである。操作部９５は、ユーザ等による操作入力が可能であり、充電器１０による充電の開始時刻、終了時刻、充電期間などを定めるための信号を入力するためのものである。

給電制御部９６は、電源設備９０の全体的な制御を行う。給電制御部９６は、操作部９５にて入力された各情報に基づいて、充電開始時刻を決定し、その充電開始時刻の情報をタイマ９３に出力する。この場合、タイマ９３は充電開始時刻の情報に基づいて、充電の開始時刻をセットする。これにより、電源設備９０に充電器１０が接続された際に、ただちに充電が開始されるのではなく、操作部９５でセットされた所定の充電の開始時刻に充電が開始される予約充電が行われる。タイマ９３は、充電開始時刻に達した際に充電指示の信号を生成し、出力する。このとき、充電指示信号は充電ケーブル９２を介して車両側に出力される。

車両は、充電器１０、高圧バッテリ２０、バッテリ制御部であるメインＥＣＵ３０、補機バッテリ４０、インバータ５０、モータジェネレータ６０、充電プラグ７０、充電開始スイッチ８０を備えている。

充電器１０は、パワー回路１０ａと、パワー回路１０ａを制御する充電制御回路１０ｂを備えている。パワー回路１０ａは、電源設備９０から供給される交流電力を用いて高圧バッテリ２０を充電するための動作を行う。パワー回路１０ａは、第１の電力変換回路であるＡＣ／ＤＣ回路１１と、第２の電力変換回路であるＤＣ／ＤＣ回路１２を備えている。ＡＣ／ＤＣ回路１１は、電源設備９０から入力される交流電圧を直流電圧に変換する機能を有しており、ＤＣ／ＤＣ回路１２は、ＡＣ／ＤＣ回路１１で変換された直流電圧を、高圧バッテリ２０の電位に昇圧する機能を有している。

ＤＣ／ＤＣ回路１２の出力側に設けられた高圧バッテリ２０は、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池等、繰り返しの充放電が可能な二次電池で構成されている。具体的には、高圧バッテリ２０は、電池セル（単電池）の直列接続体からなる組電池とされており、その端子間電圧は、補機バッテリ４０の端子間電圧（例えば１４Ｖ）よりも高く、例えば数百Ｖに設定されている。このような高圧バッテリ２０は、車載主機となるモータジェネレータ６０の電力供給源となったり、モータジェネレータ６０の回生制御によって生成される電力を貯蔵したりする蓄電池となる。

補機バッテリ４０は、充電器１０の充電制御回路１０ｂ、メインＥＣＵ３０等に電力を供給する他、車両に搭載される各種電装品に電力を供給する。なお、補機バッテリ４０は、例えば回生電力で充電される。

インバータ５０（例えば３相インバータ）は、高圧バッテリ２０の出力側に接続されており、高圧バッテリ２０から出力される直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ６０に印加する。これにより、モータジェネレータ６０のロータが回転し、ロータに連結された駆動輪が回転する。

充電プラグ７０は、充電器１０のＡＣ／ＤＣ回路１１の入力側に設けられており、充電ケーブル９２（コンセント９２ｂ）との接続時に、電源設備９０からの電力を受け取る。また、充電プラグ７０には、コンセント９２ｂが接続されたことを検出する検出部７０ａを有しており、充電プラグ７０が接続されていることを示す信号（接続信号）を生成する。

充電開始スイッチ８０は、ユーザの意図に基づいて、車両の充電を開始させる充電開始信号を入力するためのものであり、例えば、図示を略す車両のインパネ部分等に設けられている。

メインＥＣＵ３０は、高圧バッテリ２０、インバータ５０、モータジェネレータ６０、補機バッテリ４０等の状態の検出結果に基づき、それぞれの駆動を制御する。またメインＥＣＵ３０は、車両の停車状態（図示を略すイグニッションスイッチがオフの状態）で、充電開始スイッチ８０からの信号入力がある場合に、バッテリ充電要求が生じたとみなして、判定回路部である起動専用回路１６に対して充電指示の信号を出力する。

またメインＥＣＵ３０は、図示を略す各種センサによって取得される高圧バッテリ２０の電圧、温度、電流などの情報に基づき、高圧バッテリ２０の充電状態を取得し、高圧バッテリ２０が所定の充電完了レベル（例えば満充電）に達した場合には充電指示の信号出力を停止する。

充電制御回路１０ｂは、パワー回路１０ａの動作を制御するためのものであり、ＡＣ／ＤＣ回路１１の動作を制御するＣＰＵ１３と、ＤＣ／ＤＣ回路１２の動作を制御するＣＰＵ１４と、ＣＰＵ１３及びＣＰＵ１４との間で各種制御信号の授受を行う統合ＣＰＵ１５と、を備えている。

ＣＰＵ１３は、ＡＣ／ＤＣ回路１１による電力変換を制御する。ＣＰＵ１４は、ＤＣ／ＤＣ回路１２による電力変換を制御する。

また充電制御回路１０ｂは、電源設備９０からの充電待ちの状態であって、各ＣＰＵ１３〜１５が電源オフになっている場合に、それら各ＣＰＵ１３〜１５を起動させるための起動専用回路１６を備えている。起動専用回路１６は、充電待ち状態において、高圧バッテリ２０の充電実施条件が成立する前は統合ＣＰＵ１５を停止させ、高圧バッテリ２０の充電実施条件が成立した際に統合ＣＰＵ１５を起動させる。

図２に起動専用回路１６の回路構成（論理回路）を示す。本実施形態の起動専用回路１６は、メインＥＣＵ３０からの充電指示の信号、充電ケーブル９２の接続信号、及びタイマ９３からの充電指示の信号が入力される論理積回路１６ａを備えて構成されている。論理積回路１６ａは、メインＥＣＵ３０からの充電指示及びタイマ９３からの充電指示が入力され、且つ充電プラグ７０がコンセント９２ｂに接続されている場合に（充電開始条件が成立している場合に）ハイレベル（ＯＮ）となり、統合ＣＰＵ１５に対して起動指示信号を出力する。

つまり、プラグイン充電機能を用いたバッテリの充電を行う場合、バッテリの充電が開始されるまでの充電待ち期間において、ＣＰＵは充電の開始時刻（充電指示）に対応するために待機状態とされる必要があった。ＣＰＵが待機状態とされることによりマイコンの電力消費（補機バッテリ４０放電）が生じ、ＣＰＵの待機時間が長くなる場合等には、補機バッテリ上がりの問題が生じる可能性があった。

一方、本実施形態では、充電待ち期間において、起動専用回路１６のみが駆動され、ＣＰＵ１３〜１５は停止される。なお起動専用回路１６は、ＣＰＵ１３〜１５と比べて簡単な論理回路で構成されている。その為、充電待ち期間での電力消費を少なくできる。これにより、補機バッテリ上がりのような不具合を生じにくくできる。

次に以上の構成を備える充電器１０の充電制御の処理手順を説明する。図３は充電器１０の充電処理の手順を示すタイミングチャートである。ここでは電力料金が比較的安い充電の時間帯（例えば２３：００〜７：００）に高圧バッテリ２０の充電を行うこととし、その夜間時間帯の前に充電予約をしておく例を説明する。

車両の運転が終了してイグニッションキーがオフとされた状態で、時刻ｔ１（例えば１６：００）で充電開始スイッチ８０がＯＮとされると、それ以降、メインＥＣＵ３０から出力される充電指示の信号がオン状態で保持される。時刻ｔ２（例えば１６：０５）で充電プラグ７０に電源設備９０の充電ケーブル９２が接続されると、充電プラグ７０の検出部７０ａからケーブル９２の接続信号が出力される。また操作部９５の操作によって、充電の開始時刻が夜間の電力料金の時間帯に設定される。

例えば充電開始時刻が時刻ｔ３（例えば２３：００）に設定されるとする。この場合、時刻ｔ２〜ｔ３の間は、タイマ９３による充電指示の信号は出力されないため、ＣＰＵ１３〜１５は停止されている。

時刻ｔ３の充電開始時刻となると、タイマ９３から充電指示の信号が出力される。これにより充電開始条件が成立し、起動専用回路１６がＯＮ（ハイレベル）となり、統合ＣＰＵ１５に対して起動指示信号が出力され、これにより統合ＣＰＵ１５が起動される。また、時刻ｔ３直後において、統合ＣＰＵ１５がＣＰＵ１３及び１４を起動する。これにより、電源設備９０から供給される商用電力が所定電位の直流電圧に変換されて、高圧バッテリ２０に供給される。

時刻ｔ４（例えば２：００）となり、高圧バッテリ２０の充電完了が検出されると、メインＥＣＵ３０から統合ＣＰＵ１５に対して充電完了信号が出力される。これにより統合ＣＰＵ１５が、ＣＰＵ１３〜１５を停止させ、その後、統合ＣＰＵ１５が停止し、充電器１０による高圧バッテリ２０の充電が停止される。

上記によれば、以下の優れた効果が得られる。

（１）高圧バッテリ２０の充電指示の入力があり且つ充電ケーブル９２が接続されている際に充電開始条件が成立したと判定する起動専用回路１６を設け、起動専用回路１６により充電開始条件が成立したと判定された場合にＣＰＵ１３〜１５を駆動させるようにした。この場合、ＣＰＵ１３〜１５とは別に起動専用回路１６を設けることで、高圧バッテリ２０の充電開始前にＣＰＵ１３〜１５を待機状態にしておかなくてもよくなり、高圧バッテリ２０の充電開始前の電力消費を抑えることができる。

（２）高圧バッテリ２０が充電完了レベルに達している場合には充電開始スイッチ８０の入力信号にかかわらず、メインＥＣＵ３０から充電信号が出力されないようにすることで、充電が行われない待機時間での電力消費を好適に抑えることができる。

本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。

・上記では、メインＥＣＵ３０は、ユーザにより充電開始スイッチ８０が操作された場合に、高圧バッテリ２０の充電要求が生じたとみなして充電指示の信号を起動専用回路１６に出力している。これ以外にもメインＥＣＵ３０が、高圧バッテリ２０の蓄電状態（ＳＯＣ）を監視し、そのＳＯＣが所定以下になっている場合に高圧バッテリ２０の充電を行う必要があると判断するとともに、高圧バッテリ２０の充電要求に基づく充電指示信号を起動専用回路１６に出力する構成としてもよい。

・上記では、判定回路部を論理積回路１６ａからなる起動専用回路１６にて具体化したが、これを変更し、判定回路部を専用ＣＰＵにて具体化してもよい。専用ＣＰＵは、消費電力が比較的に少ない省電力ＣＰＵであり、タイマ９３、充電プラグ７０、メインＥＣＵ３０からの各信号を入力してそれら各信号に基づいて起動指示信号を統合ＣＰＵ１５に対して出力する。

・電源設備９０が、太陽光発電や風力発電によって発電された電力を供給するものである場合、太陽光発電や風力発電等のインフラ設備の発電状態に基づいて、起動専用回路１６から起動指示信号が出力されるようにしてもよい。例えば、インフラ設備の発電量が所定以上の場合に充電指示の信号が出力され、インフラ設備の発電量が所定未満の場合に充電指示の信号が出力されないようにする。この場合、充電プラグ７０の接続信号が出力されるとともに、メインＥＣＵ３０及びインフラ設備からの充電指示の信号がある場合に、起動専用回路１６から統合ＣＰＵ１５を駆動するための起動指示信号が出力されるようにする。

・充電器１０と電源設備９０とは無線接続されるものであってもよい。この場合には、電源設備９０と充電器１０との無線での接続状態を検出する検出器を設け、検出器によって電源設備９０と充電器１０とが接続状態であることが検出された際に、充電指示の信号が出力されるようにする。

・タイマ９３は、電源設備９０ではなく、車両側に搭載されていてもよい。この場合、例えば、車両の充電前の状態（例えば走行距離）に基づいて充電期間等が自動的に設定されてもよい。

・上記では、起動専用回路１６は統合ＣＰＵ１５に接続され、統合ＣＰＵ１５によってＣＰＵ１３〜１４の駆動が制御されるとした。これ以外にも、統合ＣＰＵ１５を省略して、起動専用回路１６によってＣＰＵ１３〜１４の起動状態が直接制御されるようにしてもよい。

１１…ＡＣ／ＤＣ回路、１２…ＤＣ／ＤＣ回路、１３…ＣＰＵ、１４…ＣＰＵ、１５…統合ＣＰＵ、１６…起動専用回路、１６ａ…論理積回路、２０…高圧バッテリ、３０…メインＥＣＵ、７０…充電プラグ、８０…充電開始スイッチ、９０…電源設備、９３…タイマ。

Claims (7)

1. 車両に搭載され、車両外部の電源設備（９０）に充電ケーブル（９２）を介して接続された状態で前記電源設備からの給電によりバッテリ（２０）を充電する車載充電装置であって、
   前記電源設備から供給される電力を変換する電力変換部（１１、１２）と、
   前記電力変換部の電力変換の動作を制御する充電制御部（１３〜１５）と、
   前記充電制御部に接続され、前記電源設備からの給電待ちとなっている状態下において、前記バッテリを充電する充電指示の入力があり且つ前記充電ケーブルが接続されている際に充電開始条件が成立していると判定する判定回路部（１６）と、
   を備え、
   前記充電制御部は、前記車両の電源オフ状態において、前記充電開始条件が成立した場合に前記判定回路部から出力される起動指示信号に伴い起動されることを特徴とする車載充電装置。
2. 前記バッテリへの充電を行う充電開始時刻を設定するタイマ部（９３）に接続され、そのタイマ部にて設定された充電開始時刻に前記バッテリへの充電を行う車載充電装置であって、
   前記充電指示には、前記タイマ部にて設定された前記充電開始時刻に達した際に出力される第１充電指示が含まれている請求項１に記載の車載充電装置。
3. 前記バッテリの状態を制御するバッテリ制御部（３０）を備える車両に適用され、
   前記充電指示には、前記バッテリの充電要求に基づき前記バッテリ制御部から出力される第２充電指示が含まれている請求項２に記載の車載充電装置。
4. 前記判定回路部は、前記第１充電指示及び前記第２充電指示の入力があり、且つ前記充電ケーブルが接続状態の際に前記充電開始条件が成立していると判定する請求項３に記載の車載充電装置。
5. 前記バッテリ制御部は、前記バッテリの充電状態が所定の充電完了レベルに達していない場合に前記充電指示を出力し、前記バッテリが前記充電完了レベルに達している場合に前記充電指示を出力しない請求項３又は４に記載の車載充電装置。
6. 前記判定回路部は、前記充電指示が生じていることを示す信号と、前記充電ケーブルが接続状態であることを示す信号とが共に入力されている場合に、所定の論理レベルの前記起動指示信号を出力する論理積回路（１６ａ）により構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の車載充電装置。
7. 前記電源設備は交流電力を前記車載充電装置に供給するものであり、
   前記電力変換部は、前記電源設備から供給される交流電力をＡＣ／ＤＣ変換するＡＣ／ＤＣ変換部（１１）と、
   そのＡＣ／ＤＣ変換部から出力される直流電力を昇圧するＤＣ／ＤＣ変換部（１２）とを有し、
   前記充電制御部は、前記ＡＣ／ＤＣ変換部の動作を制御する第１ＣＰＵ（１３）と、前記ＤＣ／ＤＣ変換部の動作を制御する第２ＣＰＵ（１４）と、これら第１ＣＰＵ及び第２ＣＰＵとの間で各種制御信号の授受を行う第３ＣＰＵ（１５）と、を有し、
   前記判定回路部は、前記第３ＣＰＵに対して前記起動指示信号を出力し、
   前記第３ＣＰＵは、自身の起動後に、前記第１ＣＰＵ及び前記第２ＣＰＵに対して起動信号を出力する請求項１〜６のいずれか１項に記載の車載充電装置。

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