JP2015211547A - 充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】充電ケーブルの接続により高電圧が印加されても、遮断して過電圧から車両を保護する。【解決手段】充電ケーブル１００は、外部電源２００からの車両１への電力の供給と遮断とを切換えるリレー８００を含む。車両１は、充電ケーブル１００を介して外部から受電した電力の電圧を検出する電圧センサ１０と、パイロット信号ＣＰＬＴを用いてリレー８００の接続と非接続との切換えを制御するＥＣＵ３００とを含む。ＥＣＵ３００は、電圧センサ１０で検出された電圧が所定値を上回る場合は、パイロット信号ＣＰＬＴの電位を変化（Ｖ１→Ｖ２）させることによって、リレー８００が非接続となるように制御する。【選択図】図３

Description

この発明は、充電システムに関し、特にプラグインハイブリッド車などの外部から電力の供給を受けて、電力を蓄電装置に蓄える電動車両の充電システムに関する。

車両の充電システムとして、電気自動車、プラグインハイブリッド車など、走行に用いる電気エネルギを外部から供給して、車両に搭載されている蓄電装置に蓄電する技術が知られている。このような車両の充電システムでは、外部電源から供給される電力を蓄電装置に充電する際、外部電源を接続する車両のインレットと、外部の電源との間を充電ケーブルにより接続する。

特許文献１（特開２０１３−２４０１９１号公報）に記載された充電システムは、充電ケーブルに外部電源から車両への給電と遮断とを切替えるための充電回路遮断装置（以下、ＣＣＩＤ（Charging Circuit Interrupt Device）と称する。）を備えている。車両側のＥＣＵ(Electronic Control Unit)は、充電ケーブルの接続状態を示す接続信号をコネクタから受ける。車両側のＥＣＵは、充電ケーブルのＣＣＩＤから送られてくる制御信号（以下、パイロット信号とも称する。）を受けて充電ケーブルの定格電流を判定し、充電ケーブルの種類に応じた充電動作を実行する。

特開２０１３−２４０１９１号公報 特開２０１３−２２９９５９号公報

上記のような充電ケーブルを用いて蓄電装置に外部電力を蓄電する充電システムでは、外部電源の電圧が変動して過大な電圧が印加される場合がある。この場合、車両側に電流を遮断可能なリレーなどが設けられていない場合には、充電ケーブルや充電器などに、想定されているよりも高電圧が印加され続けて、充電器などが損傷し得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、外部電源から定格を超える高電圧が印加されても、適切に過電圧から車両を保護することができる、充電システムを提供することである。

本発明による充電システムは、車両と、充電ケーブルとを備える。車両は、外部電源からの電力を受電して、搭載された蓄電装置を充電することが可能である。充電ケーブルは、外部電源からの電力を車両に伝達する。充電ケーブルは、外部電源からの車両への電力の供給と遮断とを切換えるリレーを含む。車両は、充電ケーブルを介して外部から受電した電圧を検出する電圧センサと、制御信号を用いてリレーの接続と非接続との切換えを制御する制御部とを含む。制御部は、電圧センサで検出された電圧が所定値を上回る場合は、制御信号の電位を変化させることによって、リレーが非接続となるように制御する。

本発明によれば、制御部は、電圧センサで検出された外部電源からの受電電圧が所定値を上回る場合は、制御信号の電位を変化させることによって、充電ケーブルに含まれる電力遮断用のリレーを非接続とするように制御する。

このため、充電ケーブルが充電口に接続された状態で、外部電源から高電圧が印加された場合に、充電ケーブルのリレーにより外部電源と車両との間の電気的接続を遮断できるので、車両に過電圧が加わることを防止することができる。

本実施の形態に従う外部充電が可能な車両を含む充電システムを説明する全体ブロック図の例である。 実施の形態における充電制御動作を説明するためのタイムチャートである。 本実施の形態の過電圧防止制御を説明するフローチャートである。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

[外部充電システムの全体構成]
図１は、本実施の形態に従う外部充電が可能な車両を含む充電システムの全体ブロック図である。図１を参照して、充電システムは、外部電源２００からの電力を受電する車両１と、外部電源２００から車両１に電力を伝達するＥＶＳＥ(Electric Vehicle Supply Equipment、以下、「充電ケーブル」とも称する。)１００とを備える。

[充電ケーブルの構成]
充電ケーブル１００は、車両１側のインレット５００に接続されるコネクタ６００と、ＣＣＩＤ７００と、外部電源２００のコンセント２１０に接続されるプラグ１１０とを含む。

コネクタ６００には、接続検知部６１０が設けられている。接続検知部６１０は、たとえばスイッチで構成され、コネクタ６００がインレット５００に接続されるとオン状態となり、コネクタ６００が非接続ではオフ状態となる。オン状態ではコネクタ接続により信号線Ｌ２がアースに接続されるため、信号線Ｌ２の電位が変化する。そして、インレット５００を介してコネクタ６００の着脱に伴うコネクト信号ＣＮＣＴの電位変化を用いて、コネクタ６００が装着されている状態であるか否かを検出できる。

ＣＣＩＤ７００は、Ｃ−ＥＣＵ（ＣＣＩＤ制御部とも称する。）７１０と、コントロールパイロット回路７２０と、電磁コイル７３０と、漏電検出器７４０と、リレー８００とを含む。

Ｃ−ＥＣＵ７１０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵと、記憶装置と、入出力バッファとを含み、コントロールパイロット回路７２０と、信号の授受を行なうとともに、充電ケーブル１００の充電動作を制御する。

コントロールパイロット回路７２０は、発振回路７５０と、抵抗素子Ｒ３とを含み、コントロールパイロット回路７２０は、生成されたパイロット信号ＣＰＬＴを、コネクタ６００およびインレット５００を介して、ＥＣＵ３００に出力可能とする。

発振回路７５０は、パイロット信号ＣＰＬＴの電位が規定の電位のときは非発振の信号を出力し、パイロット信号ＣＰＬＴの電位が上記の規定の電位から低下したときは、Ｃ−ＥＣＵ７１０により制御されて、規定の周波数（たとえば１ｋＨｚ）およびデューティサイクルで発振する信号を出力する。

Ｃ−ＥＣＵ７１０は、パイロット信号ＣＰＬＴの電位の変化に伴い、リレー８００を制御して、接続または非接続状態とする。このため、Ｃ−ＥＣＵ７１０は、コントロールパイロット回路７２０におけるパイロット信号ＣＰＬＴの認識値に応じて、電磁コイル７３０に電流を供給する。電磁コイル７３０は、電磁力を発生させて、リレー８００の接点を接続状態または電磁力の発生を停止させて非接続状態とする。

漏電検出器 (Ground-Fault Circuit Interrupter以下、ＧＦＣＩとも称する。）７４０は、工業用漏電回路遮断器を含み、外部電源２００からの電力の漏電を検出すると電力を遮断するように構成されている。

リレー８００は、ＧＦＣＩ７４０がコネクタ６００に電力を伝達する電線に設けられている。リレー８００の接点が開放された非接続状態では、充電ケーブル１００内で電線による電路が遮断される。一方、リレー８００が接続状態にされると、外部電源２００から充電ケーブル１００の電線を介して形成された電路を通じて、車両１へ電力が供給可能な状態となる。

なお、パイロット信号ＣＰＬＴの電位は、車両１のＥＣＵ３００によって操作される。
[車両の全体構成]
車両１は、外部電源２００からの電力を充電ケーブル１００を介して受電して、搭載された蓄電装置（ＢＡＴ）に直流電力として蓄えるとともに、蓄えられた電力を用いてモータジェネレータによって発生する回転駆動力で走行することが可能である。車両１は、電圧センサ１０と、Ａ／Ｄ変換器などを含む電力変換装置２０と、制御部に相当するＥＣＵ３００と、信号制御回路４００とを含む。車両１には、インレット５００が設けられている。

電圧センサ１０は、車両１の内部でインレット５００と電力変換装置２０との間を接続する車両内電力線１１において外部電源２００からの受電電圧を検出し、その検出値ＶｉｎをＥＣＵ３００に出力する。

電力変換装置２０は、外部電源２００から供給される電力を蓄電装置ＢＡＴの充電電力に変換する。

ＥＣＵ３００は、パイロット信号ＣＰＬＴを用いてリレー８００の接続と非接続との切換えを制御するように構成されている。

信号制御回路４００は、抵抗回路４１０を有する。抵抗回路４１０は、プルダウン抵抗Ｒ１，Ｒ２と、スイッチＳＷ２とを含む。抵抗回路４１０のプルダウン抵抗Ｒ１は、パイロット信号ＣＰＬＴが通信されるコントロールパイロット線Ｌ１と車両アース４２０との間に接続される。プルダウン抵抗Ｒ２およびスイッチＳＷ２は、コントロールパイロット線Ｌ１と車両アース４２０との間に直列に接続される。

スイッチＳＷ２は、ＥＣＵ３００から制御指令ＳＣにより制御される。スイッチＳＷ２の制御によりコントロールパイロット線Ｌ１のパイロット信号ＣＰＬＴの電位が切り換えられる。この実施の形態では、電位Ｖ１（たとえば９Ｖ）と、電位Ｖ１よりも低い電位Ｖ２（たとえば６Ｖ）との間で変更可能とすることができる。

また、ＥＣＵ３００は、信号線Ｌ２を介して充電ケーブル１００のコネクタ６００から、所定の電位Ｖｃｎのコネクト信号を受ける。また、電源ノード４２１は抵抗Ｒ４を介して信号線Ｌ２に接続されている。そして、ＥＣＵ３００は、接続検知部６１０のオン動作により、コネクト信号ＣＮＣＴの電位が低下（Ｖｃｎ＝０）した状態となると、コネクタ６００がインレット５００に接続されたことを検知する。

図２は、実施の形態における充電制御動作を説明するためのタイムチャートである。
図２を参照して、コネクタ６００がインレット５００に接続されて、ＣＰＬＴ信号が電位Ｖ２となる時刻ｔ１までは、充電ケーブル１００は、車両１および外部電源２００のいずれにも接続されていない状態である。この状態においては、スイッチＳＷ２およびリレー８００は非導通の状態であり、パイロット信号ＣＰＬＴの電位は０Ｖである。また、コネクト信号ＣＮＣＴの電位は、Ｖｃｎ（＞０Ｖ）である。

時刻ｔ１において、充電ケーブル１００のプラグ１１０が外部電源２００のコンセント２１０に接続されると、外部電源２００からの電力を受けてコントロールパイロット回路７２０がパイロット信号ＣＰＬＴを発生する。

なお、この時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では、充電ケーブル１００のコネクタ６００はインレット５００に接続されていない。また、パイロット信号ＣＰＬＴの電位は、Ｖ０であり、パイロット信号ＣＰＬＴは非発振状態である。

時刻ｔ２において、コネクタ６００がインレット５００に接続されると、信号制御回路４００のコネクト信号ＣＮＣＴの電位が低下する。この電位変化に基づいて、ＥＣＵ３００はインレット５００にコネクタ６００が接続されたと判定する。このとき、プルダウン抵抗Ｒ１によりパイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ１に低下する。

時刻ｔ３において、Ｃ−ＥＣＵ７１０は、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ１に低下したことを検出する。これに応じて、Ｃ−ＥＣＵ７１０は、発振回路７５０を用いてパイロット信号ＣＰＬＴを発振させる。

ＥＣＵ３００は、パイロット信号ＣＰＬＴが発振されたことを検出すると、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティによって、充電ケーブル１００の定格電流を検出する。

そして、時刻ｔ４にて、ＥＣＵ３００は、充電動作を開始するために制御指令ＳＣを送出してスイッチＳＷ２を導通状態にする。これに伴って、プルダウン抵抗Ｒ２によって、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ２に低下する。

このパイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ２に低下したことを、Ｃ−ＥＣＵ７１０が検出すると、時刻ｔ５において、Ｃ−ＥＣＵ７１０によってリレー８００の接点が閉じられて、外部電源２００からの電力が充電ケーブル１００を介して車両１に伝達される。

ＥＣＵ３００は、電力変換装置２０を制御することによって、蓄電装置ＢＡＴの充電を開始する（図２中の時刻ｔ６）。

蓄電装置ＢＡＴの充電が進み、蓄電装置ＢＡＴが満充電となったことが判定されると、ＥＣＵ３００は、制御指令ＳＣによってスイッチＳＷ２を非導通状態とする。それに応じて充電処理が停止されるとともにＣＣＩＤ７００のリレー８００が非導通状態とされて、充電動作が終了する（図３中の時刻ｔ７）。

このようにＥＣＵ３００は、スイッチＳＷ２を切換えてパイロット信号ＣＰＬＴの電位を変更することによって、充電ケーブル１００内のリレー８００を遠隔操作することができる。

このような構成の充電システムにおいて、インレット５００に充電ケーブル１００が装着されている状態で、外部電源２００側の電圧変動により定格電圧よりも高い電圧の電力が車両１に供給される場合がある。

このように、電力変換装置２０などの電気機器の定格電圧よりも高い電圧が印加され続けた場合、電力変換装置２０に設けられた充電器や内部のＡ／Ｄ変換器などが損傷する可能性がある。

そこで、本実施の形態においては、ＥＣＵ３００は、高電圧を検知した場合、パイロット信号ＣＰＬＴによって強制的にリレー８００をＯＦＦ状態として、電力を遮断する。これにより過電圧による機器の損傷を防止する。

図３は、図１の本実施の形態の過電圧防止制御を説明するフローチャートである。図３に示されるフローチャートは、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムが所定周期で実行されることによって処理が実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

ＥＣＵ３００は、処理をスタートさせると、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０にて、インレット５００にコネクタ６００が装着されているか否かをコネクト信号ＣＮＣＴの電位を用いて判定する。充電ケーブル１００が接続されていない場合（Ｓ１０にてＮＯ）は、以降の処理をスキップしてメインルーチンに処理が戻される。充電ケーブル１００が接続されている場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、インレット５００にコネクタ６００が接続されているとして、次のＳ２０に処理を進める。

Ｓ２０にて、ＥＣＵ３００は、スイッチＳＷ２をＯＮする。これによってパイロット信号ＣＰＬＴの電位が低下し、それに応答してＣ−ＥＣＵ７１０は、リレー８００をＯＮ状態とする。

これによって、外部電源２００から車両１への電力が供給される。なお、タイマー充電の場合には、所定の開始時刻にＳ２０の処理が行なわれる。

リレー８００がＯＮ状態となると、Ｓ３０にて、ＥＣＵ３００は、電圧センサ１０からの検出値Ｖｉｎが予め設定されている電圧のしきい値αよりも高いか否かを判定する。

なお、しきい値αは、たとえば定格電圧よりも高く設定されており、過電圧であるか否かを判定するために用いられる。

電圧Ｖｉｎがα以下の場合（Ｓ２０にてＮＯ）は、ＥＣＵ３００は、過電圧でないと判断し、処理をＳ４０に進めて充電処理を実行する。

また、Ｓ３０にて、充電開始前または充電中に、電圧Ｖｉｎがαを超えている場合（Ｓ３０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、過電圧が生じていると判定し、Ｓ５０に処理を進めて充電動作を停止する。充電が行われる前の場合は、停止状態を維持する。

Ｓ６０にて、ＥＣＵ３００は、スイッチＳＷ２をオフ動作させて、ＣＰＬＴ電位を上昇させる。これに応答してＣ−ＥＣＵ７１０は、リレー８００をＯＦＦ状態とする（Ｓ７０）。

リレー８００がＯＦＦとなると、外部電源２００から車両１の電力変換装置２０に電力が供給されなくなる。これによって、継続して高い電圧が電力変換装置２０に印加されて電力変換装置２０が故障してしまうことを防止できる。

なお、図３には示していないがＳ４０において、蓄電装置（ＢＡＴ）が満充電となると、充電動作が停止され、リレー８００がＯＦＦ状態とされる。

上述してきたように、本実施の形態において、ＥＣＵ３００は受電電圧Ｖｉｎが所定値αを上回った場合に過電圧が印加されていると判定して、パイロット信号ＣＰＬＴの電位を変化させることにより、リレー８００を非接続状態とする。これによって車両１の機器の故障を防止することができる。

また、車両１の構成は、既存の機器構成でよいので、車両１の部品点数の増大を抑制できる。

なお、実施の形態では、車両１として電気自動車を例示して説明してきたが特にこれに限らず、たとえば、燃料電池車、ハイブリッド自動車など外部電源２００からの電力を受電して、搭載された蓄電装置を充電できる車両であれば、実施の形態の充電システムを適用することができる。

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。

１ 車両、１０ 電圧センサ、１１ 車両内電力線、２０ 電力変換装置、１００ 充電ケーブル、１１０ プラグ、２００ 外部電源、２１０ コンセント、４００ 信号制御回路、４１０ 抵抗回路、４２１ 電源ノード、５００ インレット、６００ コネクタ、６１０ 接続検知部、７２０ コントロールパイロット回路、７３０ 電磁コイル、７４０ 漏電検出器、７５０ 発振回路、８００ リレー。

Claims (1)

1. 外部電源からの電力を受電して、搭載された蓄電装置を充電することが可能な車両と、
   前記外部電源からの前記電力を前記車両に供給する充電ケーブルとを備え、
   前記充電ケーブルは、
   前記外部電源からの前記車両への前記電力の供給と遮断とを切換えるリレーを含み、
   前記車両は、
   前記充電ケーブルを介して外部から受電した前記電力の電圧を検出する電圧センサと、
   制御信号を用いて前記リレーの接続と非接続との切換えを制御する制御部とを含み、
   前記制御部は、前記電圧センサで検出された前記電圧が所定値を上回る場合は、前記制御信号の電位を変化させることによって、前記リレーが非接続となるように制御する、充電システム。

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