JP2016052246A

JP2016052246A - 車両充電装置及び充電方法

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Publication number: JP2016052246A
Application number: JP2015158922A
Authority: JP
Inventors: スンウチェ; Seung Woo Choi
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2016-04-11
Anticipated expiration: 2035-08-11
Also published as: EP2990256A1; CN105391111A; KR101821007B1; JP6174641B2; US20160059724A1; KR20160026404A

Abstract

【課題】車両の充電中に突発的状況が発生して車両充電を中断すべき場合に、車両側が充電を中断するように誘導することでリレー回路を保護し、車両内部の回路も急な電源供給の中断に備えるようにする装置及びその方法を提案する。
【解決手段】本実施例の車両充電装置は、外部の電源供給源から供給される電源が入力される電源入力部と、前記電源入力部を介して入力された電源を車両に伝達するリレー部と、前記リレー部の動作を制御し、前記車両の充電を制御するためのパイロット信号を生成するパイロット回路と、を含み、前記パイロット回路は前記パイロット信号に当たるＰＷＭ信号のデューティ比を変更することで車両充電の中断を誘導する第１動作と、前記第１動作によっても車両充電の中断が行われない場合には前記リレー部をオープンすることで前記車両に電源が伝達されないようにする第２動作とを順次に行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両充電を中断すべき場合に電気自動車内部の電力変換部が充電を中断するように誘導することを介し、電気自動車及び充電装置の内部の回路を保護する車両充電装置及びその方法に関するものである。

持続的な原油価格の上昇及び化石燃料の枯渇に備えるために、従来の石油燃料に依存する内燃機関自動車やオートバイクの代わりに、電気バッテリ及び電気モータを利用して駆動される電気自動車や二輪車などの電気移動手段に関する研究及び商用化が活発に行われている。

電気自動車を利用することには、石油燃料に比べ相対的に安価な維持費と二酸化炭素の低減効果による環境問題の改善など多くの利点がある。よって、各国では電気自動車市場が次第に活性化している傾向にあり、このような傾向は次第に拡大すると予想される。

電気自動車を充電するためには別途充電装置が必要である。このような充電装置は、給油所などのような充電ステーション又は家庭に設置されており、充電しようとする電気自動車とコネクタを介して連結された後、必要な電力が提供される。

この際、充電装置は電気自動車に供給される電流の量を制御するためにパイロット制御信号（パイロット信号）を用いる。充電装置はパイロット信号を生成して電気自動車とパイロット通信を行うが、この際、パイロット信号の最大値によって充電状態を定義する。このようなパイロット信号を利用して車両の充電状態に関してモニタリングすることができる。

車両の充電中に過電圧、低電圧、過電流又は様々な突発的状況が発生すると、車両とコネクタで連結された充電装置内部のリレー回路をオープンすることで車両に伝達されるＡＣ電源を遮断する。

しかし、このように強制的にリレー回路をオープンすることで車両に伝達されていたＡＣ電源の供給が瞬間的に中断されてしまうと、充電装置内部の回路だけでなく車両内部の回路の誤動作乃至故障を誘発する恐れがある。即ち、リレー回路の強制オフを介したリレー回路の負荷でリレー回路が融着するなどの問題が発生するか、車両内部の回路にかえって過負荷がかかるなどの問題が発生する恐れがある。

本発明は上述した問題点を解決するために提案されるものであって、車両の充電中に突発的状況が発生して車両充電を中断すべき場合に、車両側が充電を中断するように誘導することでリレー回路を保護し、車両内部の回路も急な電源供給の中断に備えるようにする装置及びその方法を提案する。

本実施例の車両充電装置は、外部の電源供給源から供給される電源が入力される電源入力部と、前記電源入力部を介して入力された電源を車両に伝達するリレー部と、前記リレー部の動作を制御し、前記車両の充電を制御するためのパイロット信号を生成するパイロット回路と、を含み、前記パイロット回路は前記パイロット信号に当たるＰＷＭ信号のデューティ比を変更することで車両充電の中断を誘導する第１動作と、前記第１動作によっても車両充電の中断が行われない場合には前記リレー部をオープンすることで前記車両に電源が伝達されないようにする第２動作とを順次に行う。

また、本実施例の車両充電方法はバッテリが具備された車両に連結されて前記車両の充電を制御する充電制御装置を利用して前記車両の充電を制御する方法であって、前記車両は、前記充電制御装置から伝達される電源を変換する電力変換部と、前記電力変換部の動作を制御する充電制御部と、前記充電制御装置とパイロット通信を行うための第２パイロット回路と、を含み、前記充電制御装置は、前記第２パイロット回路と通信する第１パイロット回路と、前記電力変換部に電源を伝達するリレー部と、を含み、前記車両の充電電流値を確認するステップと、前記確認された充電電流値が予め設定された充電電流値に当たるか否かを判断するステップと、前記測定された充電電流値が予め設定された充電電流値に当たらない場合、前記充電制御部が前記電力変換部を制御して充電電流値を減少させるステップと、前記減少させた充電電流値に対応して前記車両の充電が減少するか否かを確認するステップと、前記車両の充電が減少していない場合、前記第１パイロット回路は第２パイロット回路側に伝達するＰＷＭ信号のデューティ比を変更するステップと、を含む。

提案されるような実施例によって、車両充電の中断が必要であればリレー回路を物理的にオープンすることで車両の電力変換部などの回路の負荷を減らすことができ、これにより安定的な車両充電の中断を誘導する長所がある。

本実施例によって車両を充電するシステムの例を示す図である。本実施例によって車両を充電するシステムの例を示す図である。本実施例による車両充電装置と車両の細部構成を説明するためのブロック図である。本実施例の車両充電方法を説明するためのフローチャートである。第１実施例によって車両充電の中断を要請するパイロット信号の例を示す図である。第２実施例によって車両充電の中断を要請するパイロット信号の例を示す図である。

以下、本発明の実施例について添付した図面と共に詳細に説明する。

図１と図２は、本実施例によって車両を充電するシステムの例を示す図である。

まず、図１を参照すると、第１実施例の充電システムは、ＡＣ充電装置１０と前記ＡＣ充電装置１０を介して充電される車両２００とで構成される。

前記ＡＣ充電装置１０は、外部のＡＣ電源供給源から伝達されるＡＣ電源によって、車両２００のインレット２１０に連結されるコネクタ１４０を介して、車両のバッテリを充電する。ＡＣ充電装置１０は、充電ステーション又は家庭に設置され、ＡＣ充電装置１０と車両２００との間のパイロット通信のための充電のために伝達される電流の量を制御する。

一方、車両充電装置は、図１のような充電ステーションの形態だけでなく、携帯可能なコードセット装置であってもよい。

即ち、図２に示したように車両充電装置は車両２００と住宅２０の電源コンセントとの間に充電ケーブルを接続することで、車両２００に搭載されたバッテリを車両外部の使用電源（例えば、系統電源）によって充電する。

以下、車両外部の電源を「電力供給源」又は「外部電源」と称し、電力供給源又は外部電源による車両の充電を「外部充電」と称する。

実施例の車両充電装置１００は、リレー回路及びパイロット回路を含むＣＣＩＤ（ＣｈａｒｇｉｎｇＣｉｒｃｕｉｔＩｎｔｅｒｒｕｐｔＤｅｖｉｃｅ）である。前記車両充電装置１００は、外部電源に連結されるプラグと、プラグ及び車両充電装置１００を連結するケーブルと、車両２００に接続されるコネクタ１４０とを含む。

車両２００は、車両充電装置１００（ＣＣＩＤ）と通信するための通信装置を有し、車両２００の状態を車両充電装置１００に伝達し、又は車両充電装置１００の充電に関する制御命令に従う。

車両充電装置１００は、外部電源を利用した車両充電を制御するための役割をし、外部電源の供給を遮断するか許容するＣＣＩＤリレーと、車両又は外部電源の状態を確認するためのパイロット回路とを含む。

ここで、ＣＣＩＤリレーはパイロット回路によってオン／オフされ、パイロット回路は車両２００の充電ＥＣＵにパイロット信号を出力する。そして、このパイロット信号は、充電ケーブル（グリッドケーブル、コネクタケーブル）の電流許容値（定格電流）を車両２００の充電ＥＣＵに通知すると共に、充電ＥＣＵによって操作されるパイロット信号の電位に基づいて車両２００の状態を検知するための信号である。

図３は、本実施例による車両充電装置と車両の細部構成を説明するためのブロック図である。

図３に示すように、車両充電装置１００は、外部の電源供給源からＡＣ電源が入力される電源入力部１１０と、入力された電源を連結された車両２００に中継するためのリレー部１２０と、車両２００に供給される電流の量を制御するための第１パイロット回路１０１と、車両２００に連結されるコネクタ１４０とを含む。

一方、車両２００は、車両充電装置のコネクタ１４０と連結されるインレット２１０と、前記インレット２１０を介して伝達されるＡＣ電源をＤＣ電源に変換して車両に格納されているバッテリ２３０を充電する電力変換部２２０と、前記電力変換部２２０の動作を制御する充電制御部２４０とを含む。

前記車両充電装置１００をより詳細に説明すると、電源入力部１１０は外部のＡＣ電源供給源に連結されてＡＣ電源が供給される。この際、ＡＣ電源入力部１１０は外部から電源が入力されるか否かを表示する電源表示部を更に含む。

リレー部１２０は、電源入力部１１０とコネクタとの間に配置され、第１パイロット回路１０１の制御命令に従って動作する。そして、前記第１パイロット回路１０１の制御に応じて電源入力部１１０に伝達される電源がコネクタ１４０側に伝達され、又はその伝達が中断する。

前記第１パイロット回路１０１は車両の第２パイロット回路２０１と電気的に連結され、その間でパイロット通信が行われる。そして、前記第１パイロット回路１０１及び第２パイロット回路２０１を総称してパイロット回路部と称することもできる。コネクタ１４０とインレット２１０との結合で相互に電気的連結が行われる場合、第１パイロット回路１０１と第２パイロット回路２０１とが連結されることで完全な制御パイロット回路が構成される。

第１パイロット回路１０１と第２パイロット回路とで構成されるパイロット回路部は、パイロット信号を利用してパイロット通信を行い車両の充電を制御する。第１パイロット回路１０１はパイロット信号を生成し、生成したパイロット信号は車両の第２パイロット回路２０１に伝達され、前記第２パイロット２１０に連結された充電制御部２４０でこれを確認する。そして、前記充電制御部２４０によって、電力変換部２２０のＡＣ−ＤＣ変換を介した電力変換を行うか否か、又は充電のために変換される電流の量を制御する。

この際、パイロット信号はパルス幅が変調（ＰＷＭ）された信号になり、ＩＥＣ６１８５１−１標準に従う場合、車両の電力変換部２２０が供給される電流の量は６Ａから５１ＡまでのＡＣ充電電流範囲内でパイロット信号のパルス幅を調節することで車両２００の充電制御部２４０に通知する。例えば、充電可能電流は（％デューティ比）＊０．６になり、％デューティ比はパイロット信号のパルス幅のデューティ比を示し、この％デューティ比を調節することで電力変換部２２０から伝送される電流の量を制御する。

一方、コネクタ１４０はインレット２１０と結合して近接感知回路を構成してもよい。パイロット回路部１０１，２０１は、結合されたコネクタ１４０とインレット２１０とによって構成された近接感知回路での電圧降下を介してコネクタ１４０の脱去動作を予め感知し、リレー部１２０を開放（オフ）することで、インレット２１０からコネクタ１４０を脱去する前に予め電流の供給を中止する。

特に、本実施例によると、第１及び第２パイロット回路の間で車両の充電制御に関する事項と共に車両充電状態に関する情報を確認し、車両充電の中断が必要であれば前記第１パイロット回路１０１から前記電力変換部２２０の電力変換を減らして、最終的に電力変換が中断されるようにする制御信号が伝達される。そして、このような充電中断を要請するパイロット信号のＰＷＭデューティ比を１００％に設定することによって、予定された充電中断過程が行われる。

それについては添付したフローチャートを参照する。

図４は、本実施例の車両充電方法を説明するためのフローチャートである。

まず、車両の充電が開始されるとパイロット回路部による充電電流値が確認及び伝達される。即ち、車両充電装置のコネクタ１４０が車両インレット２１０に連結され、車両充電装置のリレー部によって外部電源が車両に伝達される。そして、車両の電力変換部２２０によってＡＣ電源がＤＣ電源に変換され、変換されたＤＣ電源によってバッテリ２３０の充電が行われる。

このような充電過程のうち、現在の充電電流値は、前記電力変換部２２０と、前記電力変換部２２０の動作を制御する充電制御部２４０とによって感知される。そして、測定された電流値は、第２パイロット回路２０１を介して第１パイロット回路１０１に伝達される。

そして、前記第１パイロット回路１０１は測定された充電電流値が予め設定された充電電流値に当たるか否かを判断し（Ｓ１０２）、もし充電電流値が予め設定された充電電流値と同じであれば充電の正常状態と判断し、許容される最大電流許容値範囲内で充電が維持されるようにする（Ｓ１０３）。

一方、測定された充電電流値が予め設定された充電電流値と異なる場合、前記第１パイロット回路１０１は第２パイロット回路２０１側に充電電流を減少させる制御信号を伝達する（Ｓ２０１）。即ち、第１パイロット回路１０１は減少させたＰＷＭデューティ比を充電制御信号として第２パイロット回路２０１に伝達し、前記充電制御部２４０は伝達されたＰＷＭ制御信号に基づいて前記電力変換部２２０によるＤＣ変換率（又はＤＣ変換量）を減少させる。例えば、現在のＰＷＭデューティ比から１０％減少したＰＷＭデューティ比を第２パイロット回路２０１に伝達する。

次に、前記第１パイロット回路１０１は、実際に車両の充電が減少された充電電流で行われているか否かを確認する（Ｓ２０２）。即ち、前記第１パイロット回路１０１は、第２パイロット回路２０１に現在の充電電流値を測定して伝達することを要請し、前記第２パイロット回路２０１は、充電制御部２４０及び電力変換部２２０を介して測定される充電電流値を第１パイロット回路１０１に伝達する。そして、前記第１パイロット回路１０１は追加的に伝達される測定された充電電流値が以前のステップで減少したＰＷＭデューティ比だけ減少したかを確認する。

確認の結果、減少したＰＷＭデューティ比だけ充電電流値が減少したのであれば、前記第１パイロット回路１０１は減少した充電電流値で車両の充電が持続されるようにする制御信号を第２パイロット回路２０１に伝達する。

しかしながら、確認の結果、第１パイロット回路１０１が充電電流値を減少させることを要請する制御信号（ＰＷＭ信号）を伝達した後にも、実際の充電電流値が減少せず、又は要請した程度の減少が発生していなければ、前記第１パイロット回路１０１は車両充電の異常状態と判断する。

即ち、前記第１パイロット回路１０１は車両充電を中断すべき状態と判断し、前記第２パイロット回路２０１に制御信号であるＰＷＭ信号のデューティ比を１００％に生成して伝達する（Ｓ２０３）。この際、前記充電制御部２４０は、第２パイロット回路２０１を介して伝達されるＰＷＭ信号のデューティ比が１００％であれば、前記電力変換部２２０による電力変換を徐々に減少させ、最終的に電力変換が０になるようにする。

ＰＷＭ信号のデューティ比を減少させて充電電流値が減少するようにしたにもかかわらず電力変換部２２０による正常な充電電流の減少が行われなかったため、車両内部の回路に問題が発生したか、回路の誤動作の状態と判断する。そして、この場合、前記第１パイロット回路１０１は、ＰＷＭ信号のデューティ比を更に下げて車両充電を中断する命令が正常に伝達されないと判断し、ＰＷＭ信号のデューティ比を逆に１００％に設定して制御信号を車両側に伝達する。

このように、第１パイロット回路１０１から１００％のデューティ比を有する制御信号が伝達される場合、車両の充電制御部２４０は前記電力変換部２２０による電力変換を予め設定された時間の間に徐々に下げるように命令し、前記電力変換部２２０による充電電流値が次第に減少する。このような方法を介して、車両充電に異常が発生すれば直ちに充電装置のリレー部１２０をオープンして電源が伝達されないようにすることに比べ、安定的に車両充電の中断を誘導することができる。

一方、前記第１パイロット回路１０１は１００％のデューティ比を有するＰＷＭ信号を伝達した後、予め設定された時間（例えば、３秒）が経過してから、前記バッテリ２３０の充電が行われているか否かを確認する（Ｓ２０４）。なぜならば、デューティ比１００％を有するＰＷＭ信号が車両の充電を中断する命令として使用されたにもかかわらず車両の充電が持続されているのであれば、このような制御命令も車両回路の内部的誤動作で正常に行われない恐れがあるためである。

前記第１パイロット１０１から伝達される、充電が持続しているか否かに対する確認要請について、前記充電制御部２４０は、前記電力変換部２２０によるＤＣ変換がなされているか否かをチェックする。そして、そのチェックされた事項は、前記第２パイロット回路２０１を経由して前記第１パイロット回路１０１に伝達される。そして、前記第１パイロット回路１０１は、車両の充電が持続されていると判断する場合、前記リレー部１２０をオープンすることでＡＣ電源が車両に伝達されないようにすることで車両充電を中断する（Ｓ２０５）。

しかしながら、前記第１パイロット回路１０１の確認の結果、車両充電が中断された場合には、ＰＷＭデューティ比１００％の制御信号が正常に伝達され、車両の充電制御部２４０及び電力変換部２２０によって充電中断が行われたということであるため、前記車両充電装置１００を安全モードに移行する（Ｓ２０６）。ここで、車両充電装置の安全モードでは、現在車両の充電が中断されたことをユーザが分かるように、ＬＥＤランプなどが表示される。

一方、前記第１パイロット回路１０１が車両充電の中断命令としてＰＷＭ信号のデューティ比を１００％に変更した後、車両の充電が持続されているか否かを監視することは、前記充電制御部２４０によって行われる。即ち、Ｓ２０４で充電が続けられているか否かを確認する構成としては、前記第１パイロット回路１０１から充電が持続しているか否かに対する確認要請がない場合でも、前記充電制御部２４０は、ＰＷＭデューティ比が１００％である信号が第２パイロット回路２０１を介して伝達されたのであれば、電力変換部２２０によるバッテリ充電の中断を誘導しながら実際に車両充電が中断されるか否かを持続的にモニタリングする。

そして、前記充電制御部２４０は、車両充電が中断されるか否かをモニタリングした結果を、前記第２パイロット回路２０１を介して前記第１パイロット回路１０１に伝達することで、前記第１パイロット回路１０１によってリレー部１２０をオープンするか否かが決定されるようにする。

一方、本実施例では、車両充電の中断が必要であると判断される場合、車両充電装置のリレー部の動作を中断、即ちリレー回路をオープンする前に車両自体が電力を減らすように誘導する。そして、車両充電の中断を要請するパイロット信号のＰＷＭデューティ比が１００％に設定される。但し、このようなデューティ比の設定は実施例の変更に応じて異なるように設定してもよい。

図５は第１実施例によって車両充電の中断を要請するパイロット信号の例を示す図であり、図６は第２実施例によって車両充電の中断を要請するパイロット信号の例を示す図である。

まず、図５の場合には第１パイロット回路１０１で所定のデューティ比を有するＰＷＭ信号を生成しながら、車両充電の中断が必要であれば１００％のデューティ比を有するＰＷＭ信号を生成する。それに関する事項は上述した通りである。

但し、実施例によっては車両の充電制御部２４０は、第２パイロット回路２０１を介して伝達されるＰＷＭ信号のデューティ比が予め設定された割合以上に急に増加する場合でも電力変換部によるＤＣ変換を中断するように命令する。例えば、図６のように、デューティ比Ａ％を有するＰＷＭ信号で予め設定された割合を逸脱するデューティ比Ｂ％を有するＰＷＭ信号が第２パイロット回路を介して伝達される場合、前記充電制御部２４０は、電力変換部による電源変換とそれによるバッテリの充電が次第に減少するように制御する。

上述したように、本発明によると、車両充電の中断が必要な場合にはリレー回路を物理的にオープンすることで車両の電力変換部などの回路の負荷を減らすことができ、これにより安定的な車両充電の中断を誘導することができる長所がある。

１０ＡＣ充電装置
２０住宅
１００車両充電装置
１０１第１パイロット回路
１１０電源入力部
１２０リレー部
１４０コネクタ
２００車両
２０１第２パイロット回路
２１０インレット
２２０電力変換部
２３０バッテリ
２４０充電制御部

Claims

外部の電源供給源から供給される電源が入力される電源入力部と、
前記電源入力部を介して入力された電源を車両に伝達するリレー部と、
前記リレー部の動作を制御し、前記車両の充電を制御するためのパイロット信号を生成するパイロット回路と、を含み、
前記パイロット回路は、前記パイロット信号に当たるＰＷＭ信号のデューティ比を変更することで車両充電の中断を誘導する第１動作と、前記第１動作によっても車両充電の中断が行われない場合には前記リレー部をオープンすることで前記車両に電源が伝達されないようにする第２動作とを順次に行う、車両充電装置。
前記パイロット回路は、前記第１動作を行う際、前記車両側に伝達するＰＷＭ信号のデューティ比を１００%に設定する、請求項１に記載の車両充電装置。
前記パイロット回路は、前記第１動作を行う際、前記車両側に予め伝達したＰＷＭ信号のデューティ比に比べて予め設定された割合以上にデューティ比が増加した信号を生成する、請求項１に記載の車両充電装置。
前記パイロット信号は、前記第１動作を行う前に、
前記車両充電のための充電電流値が予め設定された充電電流値に当たるか否かを確認し、確認した充電電流値が予め設定された充電電流値に当たらなければ前記車両充電のための充電電流値を予め設定した範囲に減少させる、請求項１に記載の車両充電装置。
前記パイロット回路は、前記車両充電のための充電電流値が予め設定された範囲に減少されるか否かを更に確認し、確認の結果、前記充電電流値が減少していなければ前記第１動作を行う、請求項４に記載の車両充電装置。
前記パイロット回路は、前記第１動作を行った後、前記車両充電が中断されたか否かを確認し、確認の結果、前記車両充電が持続されていると判断される場合には前記第２動作を行う、請求項５に記載の車両充電装置。
バッテリが具備された車両に連結されて前記車両の充電を制御する充電制御装置を利用して前記車両の充電を制御する方法であって、
前記車両は、前記充電制御装置から伝達される電源を変換する電力変換部と、前記電力変換部の動作を制御する充電制御部と、前記充電制御装置とパイロット通信を行うための第２パイロット回路と、を含み、
前記充電制御装置は、前記第２パイロット回路と通信する第１パイロット回路と、前記電力変換部に電源を伝達するリレー部と、を含み、
前記車両の充電電流値を確認するステップと、
前記確認された充電電流値が予め設定された充電電流値に当たるか否かを判断するステップと、
前記測定された充電電流値が予め設定された充電電流値に当たらない場合、前記充電制御部が前記電力変換部を制御して充電電流値を減少させるステップと、
前記減少させた充電電流値に対応して前記車両の充電が減少するか否かを確認するステップと、
前記車両の充電が減少していない場合、前記第１パイロット回路は第２パイロット回路側に伝達するＰＷＭ信号のデューティ比を変更するステップと、を含む車両充電方法。
前記ＰＷＭ信号のデューティ比を変更するステップは、前記第１パイロット回路がデューティ比１００％を有するＰＷＭ信号を生成して伝達する、請求項７に記載の車両充電方法。
前記ＰＷＭ信号のデューティ比を変更した後、前記車両の充電が持続されるか否かを確認するステップを更に含み、
前記車両の充電が持続されるか否かは、前記第１パイロット回路又は前記充電制御部によって確認される、請求項７に記載の車両充電方法。
前記車両の充電が持続されるか否かを判断した結果、前記車両の充電が持続される場合、前記第１パイロット回路の制御によって前記リレー部がオープンされることで前記電力変換部に伝達される電源を制御する、請求項９に記載の車両充電方法。