JP2018102117A

JP2018102117A - 充電システム及びその方法

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Publication number: JP2018102117A
Application number: JP2017236122A
Authority: JP
Inventors: 孫浩; Hao Sun; 章進法; Jinfa Zhang; 孟岳勇; Yueyong Meng; 李雙剛; Shuanggang Li
Original assignee: Delta Electronics Thailand PCL
Current assignee: Delta Electronics Thailand PCL
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2018-06-28
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Abstract

【課題】突入電流を制限することができる充電システムを提供する。
【解決手段】充電システム１は、電源装置２と、充電モジュール３と、バッテリモジュール４とを備える。充電モジュールは、電源装置に着脱自在に接続され、バッテリモジュールに接続される。前記充電モジュールは、電力変換ユニット３３、電圧レギュレータ３４及び充電コントローラ３５を備える。電源装置と充電モジュールとが接続されている場合、充電モジュールの電力変換ユニットは逆方向に働き、バッテリモジュールの電力を用いてバスコンデンサがプリチャージされる。プリチャージによりバスコンデンサの電圧が第１閾値以上になれば、充電モジュールの調整端子の電圧が調整され、その結果、充電システムは通称動作モードになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電システム及び充電方法に関し、より詳細には、充電システムが起動するときに、充電モジュールを介してバスコンデンサを事前充電する充電システム及び充電方法に関する。

科学技術の発展に伴い、多くの分野で充電システムが広く使用されている。例えば、電気自動車を充電するためにも充電システムが使用される。

一般に、充電システムはバスコンデンサを含む。入力交流電力を受け取るため充電システムが始動すると、大きな過渡電流が発生してバスコンデンサを充電する。大きな過渡電流は、突入電流とも呼ばれ、充電システムの内部電子部品を損傷する可能性がある。

上記の欠点を解決するために、従来の充電システムは、ＡＣリレー及び電流制限抵抗をさらに備えている。ＡＣリレーと電流制限抵抗は、充電システムの入力端子に接続され、互いが並列になるよう接続される。充電システムが起動して入力交流電力を受け取る前に、ＡＣリレーはオフにされる。その結果、電流制限抵抗によって電流のピーク値が制限され、突入電流が減少する。充電システムの起動が完了すると、ＡＣリレーがオンになる。その結果、充電システムはＡＣリレーを介して入力交流電力を受け取る。

充電システムは、ＡＣリレーと電流制限抵抗を追加で備える必要があるため、充電システムのコストは増加する。さらに、ＡＣリレーは信頼性が低く寿命が短いため、充電システムが損傷しやすい。さらに、高出力のＡＣリレーは市場には存在しない。充電システムが高電力の状況下で使用される場合、ＡＣリレー及び電流制限抵抗は使用できない。

したがって、上記の欠点を克服するための充電システム及び充電方法を提供する必要があった。

本発明の目的は、突入電流を制限することができる充電システムを提供することである。突入電流が制限されるので、充電システムの内部電子部品は損傷を受けない。また、ＡＣリレーや限流抵抗を備えていないため、充電システムの製造コストが低減され、充電システムの信頼性が向上する。さらに、本発明の充電システムは、高出力環境下で使用することができる。

本実施形態の一態様によれば、充電システムが提供される。充電システムは、電源装置と、接続確認モジュールと、バッテリモジュールと、充電モジュールと、主制御モジュールとを備える。前記電源装置は、第１送電端子、第２送電端子、第１信号出力端子及び電力制御ユニットを備え、前記第１送電端子は交流電力を受け取る。前記接続確認モジュールは、第２信号出力端子を備える。前記充電モジュールは、第３送電端子、第４送電端子を備える。前記第３送電端子は、前記電源装置の前記第２送電端子に着脱自在に接続される。前記充電モジュールは、ＤＣ／ＤＣコンバータ、電圧レギュレータ、バスコンデンサ及び充電コントローラを備える。前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、双方向電力コンバータであって前記バスコンデンサと前記第４送電端子との間に電気的に接続される。前記第４送電端子はさらに前記バッテリモジュールに接続される。前記電圧レギュレータの調整端子は前記第１信号出力端子に着脱自在に接続される。前記電圧レギュレータは前記調整端子の電圧を選択的に調整する。前記電力制御ユニットは前記調整端子の電圧を検出する。前記充電コントローラは前記第２信号出力端子の電圧と前記調整端子の前記電圧とを受け取って前記バッテリモジュールの電圧を検出する。前記主制御モジュールは前記充電モジュール及び前記第２信号出力端子に接続され、前記充電モジュールからのフィードバック信号及び前記第２信号出力端子からの信号を受信する。前記充電モジュールが前記電源装置に接続されているときに、前記バッテリモジュールの電圧が非ゼロであり且つ前記調整端子の電圧が所定電圧であることを前記充電コントローラが検出した場合、当該充電コントローラは前記ＤＣ／ＤＣコンバータを逆方向に制御して前記バッテリモジュールの電力を変換して前記バッテリモジュールの変換電力によって前記バスコンデンサをプリチャージする。前記バスコンデンサの電圧が第１閾値以上であると前記充電コントローラが判定した場合、前記充電コントローラは、前記電圧レギュレータを制御して前記調整端子の電圧を第２閾値になるよう調整する。前記調整端子のピーク電圧が前記第２閾値と等しいことを前記電力制御ユニットが検出した場合、前記電力制御ユニットは、前記充電システムが前記バッテリモジュールを充電する準備ができていると判定する。

本発明の別の態様によれば、充電システムのための方法が提供される。充電システムは、電源装置と、充電モジュールと、バッテリモジュールとを備える。前記電源装置は、第１信号出力端子と電源制御ユニットとを備える。前記充電モジュールは、前記電源装置に着脱自在に接続されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータと、電圧レギュレータと、充電コントローラと、バスコンデンサとを備える。前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記バスコンデンサと前記バッテリモジュールとの間に電気的に接続される。前記電圧レギュレータの調整端子は、前記第１出力端子と着脱自在に接続される。前記電圧レギュレータは、前記調整端子の電圧を選択的に調整する。前記バッテリモジュールは前記充電モジュールと電気的に接続される。本方法は、以下の（ａ）〜（ｄ）のステップを備える。ステップ（ａ）においては、前記充電コントローラが、前記バッテリモジュールの電圧が非ゼロであり且つ前記調整端子のピーク電圧が所定電圧であるか否かを判定する。前記（ａ）の判定に合致した場合はステップ（ｂ）を実行する。前記（ａ）の判定に合致しなかった場合は、前記充電システムが異常であると判定して報知信号を生成する。ステップ（ｂ）においては、前記充電コントローラが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを逆方向に制御して前記バッテリモジュールの電力を変換し、変換した電力により前記バスコンデンサをプリチャージする。ステップ（ｃ）においては、前記充電コントローラが、前記バスコンデンサの電圧が第１閾値以上であるか否かを判定する。前記（ｃ）の判定に合致した場合は、ステップ（ｄ）を実行する。前記（ｃ）の判定に合致しなかった場合は、前記ステップ（ｃ）を繰り返し実行する。ステップ（ｄ）においては、前記充電コントローラが、前記調整端子のピーク電圧が第２閾値になるよう前記電圧レギュレータを制御して、ステップ（ｅ）を実行する。ステップ（ｅ）においては、前記充電コントローラが、前記調整端子のピーク電圧が前記第２閾値であるか否かを判定する。前記調整端子のピーク電圧が前記第２閾値と等しければ、前記充電コントローラは前記充電システムが正常動作モードであると判定する。前記調整端子のピーク電圧が前記第２閾値と等しくなければ、前記充電コントローラは前記充電システムが異常であると判定し前記報知信号を生成する。

以下の詳細な説明及び添付の図面を参照すれば、本発明の上記内容は当業者にとってより容易に明確になろう。

は、本発明の一実施形態に係る充電システムの構成を概略的に示す図である。

は、図１の充電システムの概略回路図である。

は、図２の充電システムの電源装置を示す概略回路図である。

は、図２の充電システムのＤＣ／ＤＣコンバータを示す概略回路図である。

は、図２の充電システムの接続確認モジュールを示す概略回路図である。

は、本発明の一実施形態に係る充電システムのための方法を示すフローチャートである。

は、図６の方法の変形例を示すフローチャートである。

は、図７の方法の変形例を示すフローチャートである。

は、本発明における図６のステップＳ５１の後のステップを示すフローチャートである。

は、図９の方法の変形例を示すフローチャートである。

以下の実施形態により、本発明をより具体的に説明する。以下に示す本発明の好ましい実施形態は、例示及び説明のみを目的として本明細書に示されるものである。したがって、発明が包括的であることを意図するものでも、発明が開示された正確な形態に限定されることを意図するものでもない。

図１は、本発明の一実施形態に係る充電システムの構成を概略的に示す図である。図２は、図１の充電システムの概略回路図である。図１に示すように、充電システム１は電気自動車に適用される。充電システム１は、電源装置２と、充電モジュール３と、バッテリモジュール４と、接続確認モジュール５と、主制御モジュール６とを備える。

電源装置２の例としては、充電ステーション（ＥＶＳＥ）が挙げられるが、これに限定されるものではない。電源装置２は、充電モジュール３に着脱自在に接続されている。電源装置２は、第１送電端子２１と、第２送電端子２２と、第１信号出力端子２３と、電力制御ユニット２４とを備えている。第１送電端子２１は、交流電力を受け取る。電力制御ユニット２４は、調整端子３４１から所定電圧を受け取る。

接続確認モジュール５は、ＡＣ電源を検出する。接続確認モジュール５は、第２信号出力端子５１を有する。接続確認モジュール５は、第２信号出力端子５１に電圧を出力する。第２信号出力端子５１の電圧は、電源装置２と充電モジュール３とが接続されているか分離されているかに応じて変化する。

充電モジュール３の例としては、オンボードチャージャーモジュール（ＯＢＣＭ）が挙げられるが、これに限定されるものではない。充電モジュール３は、電源装置２と着脱自在に接続されている。また、充電モジュール３は、バッテリモジュール４を充電するため、バッテリモジュール４に接続されている。充電モジュール３は、第３送電端子３１と、第４送電端子３２と、電力変換ユニット３３と、電圧レギュレータ３４と、充電コントローラ３５とを備えている。

図１及び図２に示すように、充電モジュール３の第３送電端子３１は、電源装置２の第２送電端子２２に着脱自在に接続されている。第４送電端子３２は、バッテリモジュール４に接続されている。

電力変換ユニット３３は、第３送電端子３１と第４送電端子３２との間に電気的に接続される。本実施形態では、電力変換ユニット３３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３３３と、バスコンデンサ３３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３２とを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ３３２は、バスコンデンサ３３１と第４送電端子３２との間に電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３３２は、双方向電力コンバータである。双方向電力コンバータの順方向の働きによれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３２によってバスコンデンサ３３１の電力が変換される。双方向電力コンバータの逆方向の働きによれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３２によって第４送電端子３２の電力（バッテリモジュール４の電力）が変換される。

電圧レギュレータ３４は、調整端子３４１の電圧を監視することにより、充電状態を判定するよう構成される。電圧レギュレータ３４は、接地端子Ｇに電気的に接続される。電圧レギュレータ３４は、調整端子３４１を有する。調整端子３４１は、第１信号出力端子２３に接続される。調整端子３４１の電圧は、電圧レギュレータ３４によって選択的に調整される。

充電コントローラ３５は、電力変換ユニット３３、電圧レギュレータ３４及びバッテリモジュール４と接続される。また、充電コントローラ３５は、調整端子３４１及び第２信号出力端子５１と接続される。充電コントローラ３５は、第２信号出力端子５１の電圧、調整端子３４１のピーク電圧及びバッテリモジュール４の電圧を検出するために用いられる。充電コントローラ３５は、電力変換ユニット３３を適正に制御する。

充電コントローラ３５は、第２信号出力端子５１の電圧が設定電圧と等しい場合、充電モジュール３が電源装置２に接続されていると判定する。そうでない場合、充電コントローラ３５は、充電モジュール３が電源装置２に接続されていないと判定する。

充電モジュール３の第３送電端子３１が電源装置２の第２送電端子２２に接続されるとともに調整端子３４１が電源装置２の第１信号出力端子２３に接続され、且つ電力変換ユニット３３が動作していない場合には、充電コントローラ３５はバッテリモジュール４の電圧、調整端子３４１のピーク電圧及び第２信号出力端子５１の電圧を検出する。検出の結果、バッテリモジュール４の電圧が非ゼロ電圧であり、調整端子３４１のピーク電圧が所定電圧であり、第２信号出力端子５１が設定電圧であった場合、充電コントローラ３５はＤＣ／ＤＣコンバータ３３２を逆方向に働くよう制御する。これにより、第４送電端子３２（つまり、バッテリモジュール４）の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ３３２により変換され、変換された電力によってバスコンデンサ３３１がプリチャージされる。一方、充電コントローラ３５は、バッテリモジュール４の電圧がゼロであるか、調整端子３４１が所定電圧でない場合には、充電システム１が異常であると判定して報知信号を発する。

充電コントローラ３５は、バスコンデンサ３３１の電圧がプリチャージにより第１閾値以上になったことを検出すると、電圧レギュレータ３４を制御して調整端子３４１のピーク電圧を調整する。これにより、調整端子３４１の電圧は第２閾値へと低下する。一方、充電コントローラ３５は、バスコンデンサ３３１の電圧が第１閾値より低いことを検出した場合は、電圧レギュレータ３４は充電コントローラ３５の制御による調整端子３４１のピーク電圧の調整をしない。

充電コントローラ３５が電圧レギュレータ３４を制御して調整端子３４１のピーク電圧を第２閾値に調整している間、電力制御ユニット２４は調整端子３４１の電圧を検出する。

電力制御ユニット２４は、調整端子３４１のピーク電圧が第２閾値と等しいことを検出すると、充電システム１によるバッテリモジュール４の充電の準備が整ったと判定する。充電コントローラ３５の制御により電圧レギュレータ３４が調整端子３４１のピーク電圧を第２閾値に調整しているにもかかわらず調整端子３４１のピーク電圧が第２閾値と等しくない場合、充電コントローラ３５は充電システム１が異常であると判定し、報知信号を生成する。なお、充電コントローラ３５は、調整端子３４１のピーク電圧も検出する。充電コントローラ３５は、調整端子３４１のピーク電圧が第２閾値と等しいことを検出すると、充電システム１が正常動作モードであると判定する。正常動作モードでは、充電システム１は第２送電端子２２の交流電力を変換する。

主制御モジュール６は、充電モジュール３に接続される。主制御モジュール６は、充電モジュール３からのフィードバック信号と第２信号出力端子５１の電圧とを受け取る。主制御モジュール６は、フィードバック信号に基づいて充電システム１が正常動作モードであるか否かを認識する。フィードバック信号は、充電モジュール３の内部回路（例えば、充電コントローラ３５）によって生成される。主制御モジュール６は、第２信号出力端子５１の電圧が設定電圧と等しいか否かの判定結果に応じて、充電モジュール３が電源装置２に接続されているか否かを認識する。主制御モジュール６は、充電システム１が正常動作モードであり、充電モジュール３が電源装置２に接続されていると判定した場合、充電モジュール３の充電コントローラ３５に充電開始信号を出力する。

充電システム１が正常動作モードであり、充電モジュール３が電源装置２に接続されていて、充電モジュール３の自己診断の結果が充電モジュール３に障害がなく充電システム１が正常モードであることを示す場合、充電コントローラ３５は、電圧レギュレータ３４を制御して調整端子３４１のピーク電圧を第３閾値になるよう調整する。また、充電コントローラ３５は、電力変換ユニット３３を順方向に制御する。充電モジュール３の自己診断結果が充電モジュール３に異常が発生しているか又は充電システム１が正常モードでないことを示す場合は、充電システム１が異常であると判定して報知信号を生成する。

図２に戻って、電源装置２は、第１切替モジュール２５をさらに備える。第１切替モジュール２５は、第１送電端子２１と第２送電端子２２との間に電気的に接続される。第１切替モジュール２５がオン又はオフになると、第１送電端子２１と第２送電端子２２との間の経路は、それに応じて導通又は遮断される。電力制御ユニット２４は、第１出力端子と第２出力端子とを備える。電力制御ユニット２４の第１出力端子は、第１切替モジュール２５の制御端子と電気的に接続される。電力制御ユニット２４は、第１出力端子を通じて第１切替モジュール２５のオン／オフを制御する。電力制御ユニット２４の第２出力端子は、第１信号出力端子２３に電気的に接続される。電力制御ユニット２４は、設定電圧を第２出力端子を通じて第１信号出力端子２３に伝達する。

調整端子３４１のピーク電圧が第３閾値と等しいことを電力制御ユニット２４が検出すると、第１切替モジュール２５は電力制御ユニット２４の制御によりオンにされる。これにより、交流電力が第１送電端子２１及び第１切替モジュール２５を介して第２送電端子２２に伝達される。また、充電コントローラ３５は、電力変換ユニット３３を正方向に制御する。一方、調整端子３４１のピーク電圧が第３閾値と等しくないことを電力制御ユニット２４が検出すると、第１切替モジュール２５は電力制御ユニット２４の制御によりオフにされる。これにより、交流電力は第１送電端子２１を介して第２送電端子２２に伝達できなくなる。

充電システム１が起動すると、充電モジュール３の第３送電端子３１は電源装置２の第２送電端子２２に接続され、調整端子３４１は、電源装置２の第１信号出力端子２３に接続される。バッテリモジュール４の電圧が非ゼロであり、調整端子３４１の電圧が所定電圧であり、第２信号出力端子５１の電圧が設定電圧であることを充電コントローラ３５が検出した場合、電力変換ユニット３３は逆方向に働く。これにより、バスコンデンサ３３１はバッテリモジュール４の電力によってプリチャージされる。電源装置２が交流電力を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３２が順方向である場合、バッテリモジュール４はその交流電力によって充電される。バスコンデンサ３３１は所定電圧にプリチャージされているので、バスコンデンサに大きな電流が流れることはない。このような状況下では、充電システム１の起動時における突入電流は制限される。突入電流が制限されるので、充電システム１の内部電子部品は損傷を受けない。さらに、充電システム１は、ＡＣリレーや電流制限抵抗を備えていないため、充電システム１のコストが低減され、充電システム１の信頼性が向上する。加えて、充電システム１は、高出力環境に適用することができる。

別の実施形態では、電力変換ユニット３３はＡＣ／ＤＣコンバータ３３３をさらに備える。ＡＣ／ＤＣコンバータ３３３は、第３送電端子３１とバスコンデンサ３３１との間に電気的に接続され、充電コントローラ３５と電気的に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ３３３の例としては、ブリッジレス高力率コンバータ（ＰＦＣコンバータ）が挙げられるが、これに限定されない。ＡＣ／ＤＣコンバータ３３３の動作は、充電コントローラ３５によって制御される。これにより、第３送電端子３１の受け取った電力（例えば、第２送電端子２２の交流電力）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３３３によってＤＣバス電圧に変換される。ＡＣ／ＤＣコンバータ３３３もまた、双方向電力コンバータとすることができる。すなわち、第３送電端子３１の受け取った電力をＡＣ／ＤＣコンバータ３３３で変換するか、又は、バスコンデンサ３３１のＤＣバス電圧をＡＣ／ＤＣコンバータ３３３により変換して第３送電端子３１に伝達することができる。充電コントローラ３５の制御の下、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３２が順方向になると、安定化されたバスコンデンサ３３１のＤＣバス電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ３３２によって変換される。変換された電力によりバッテリモジュール４が充電される。

電圧レギュレータ３４の調整端子３４１は、充電システム１の充電状態に応じて調整される。電圧レギュレータ３４は、第１抵抗３４２と第２切替モジュール３４３とを備える。第１抵抗３４２と第２切替モジュール３４３は接地端子Ｇと調整端子３４１との間に直列且つ電気的に接続される。第２切替モジュール３４３の制御端子は、充電コントローラ３５と電気的に接続される。第２切替モジュール３４３のオン／オフ状態は、充電コントローラ３５によって制御される。バスコンデンサ３３１の電圧が第１閾値以上であることを充電コントローラ３５が検出すると、充電コントローラ３５の制御により第２切替モジュール３４３はオンにされる。接地端子Ｇと調整端子３４１との間の経路が導通するので、調整端子３４１のピーク電圧は第１抵抗３４２によって低下し、第１信号出力端子２３の電圧は第２閾値と等しくなる。バスコンデンサ３３１の電圧が第１閾値より低いことを充電コントローラ３５が検出すると、第２切替モジュール３４３は充電コントローラ３５の制御によりオフにされる。接地端子Ｇと調整端子３４１との間の経路が遮断されているため、調整端子３４１のピーク電圧は第１抵抗３４２によって引き下げることができず、調整端子３４１のピーク電圧は維持される。

電圧レギュレータ３４は、第２抵抗３４４と第３切替モジュール３４５とをさらに備える。第２抵抗３４４と第３切替モジュール３４５は接地端子Ｇと調整端子３４１との間に直列且つ電気的に接続される。また、第２抵抗３４４及び第３切替モジュール３４５は、第１抵抗３４２及び第２切替モジュール３４３並列に接続される。第３切替モジュール３４５の制御端子は、充電コントローラ３５と電気的に接続される。第３切替モジュール３４５のオン／オフ状態は、充電コントローラ３５によって制御される。充電モジュール３の自己診断の結果、充電モジュール３に障害がなく充電システム１が正常モードである場合は、充電コントローラ３５の制御により第３切替モジュール３４５をオンにする。接地端子Ｇと調整端子３４１との間の経路が導通するので、調整端子３４１のピーク電圧は第２抵抗３４４によって低下し、第１信号出力端子２３の電圧は第３閾値と等しくなる。充電モジュール３の自己診断結果が充電モジュール３に異常が発生しているか充電システム１が正常モードでないことを示す場合は、充電コントローラ３５の制御により第３切替モジュール３４５をオフにする。接地端子Ｇと調整端子３４１との間の経路が遮断されているため、第２抵抗３４４により調整端子３４１のピーク電圧を低下させることはできない。これにより、調整端子３４１のピーク電圧は維持される。

いくつかの実施形態では、電圧レギュレータ３４の調整端子３４１は、ダイオード（図示せず）を介して第１信号出力端子２３に着脱自在に接続される。

いくつかの実施形態では、充電システム１は、リレー３６をさらに備える。リレー３６は、バッテリモジュール４と充電モジュール３との間に電気的に接続される。バッテリモジュール４と充電モジュール３とは、リレー３６により、選択的に接続されるか又は切断される。

図３は、図１の充電システムの電源装置を示す概略回路図である。図３に示すように、第１切替モジュール２５は、第１スイッチ２５ａと第２スイッチ２５ｂとを備える。第１スイッチ２５ａは、第１送電端子２１の正極端子と第２送電端子２２の正極端子との間に電気的に接続される。第２スイッチ２５ｂは、第１送電端子２１の負極端子と第２送電端子２２の負極端子との間に電気的に接続される。第１スイッチ２５ａ及び第２スイッチ２５ｂのオン／オフ状態は、電力制御ユニット２４によって制御される。第１スイッチ２５ａと及び第２スイッチ２５ｂが導通しているときは、第１スイッチ２５ａと第２スイッチ２５ｂを介して、第１送電端子２１から第２送電端子２２に交流電力が伝達される。第１スイッチ２５ａ及び第２スイッチ２５ｂがオフのときは、第１送電端子２１から第２送電端子２２に交流電力を伝達することはできない。

図４は、図１の充電システムのＤＣ／ＤＣコンバータを示す概略回路図である。図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３２は、複数の第１スイッチトランジスタＱｐ１，Ｑｐ２，Ｑｐ３，Ｑｐ４と、第２スイッチトランジスタＱｓ１，Ｑｓ２，Ｑｓ３，Ｑｓ４と、トランスＴとを備える。第１スイッチトランジスタＱｐ１，Ｑｐ２，Ｑｐ３，Ｑｐ４は、バスコンデンサ３３１とトランスＴの１次巻線ｆ１との間に電気的に接続される。第２スイッチトランジスタＱｓ１，Ｑｓ２，Ｑｓ３，Ｑｓ４は、トランスＴの２次巻線ｆ２とバッテリモジュール４との間に電気的に接続される。Ｑｐ１〜Ｑｐ４，Ｑｓ１〜Ｑｓ４のオン／オフは、充電コントローラ３５によって制御される。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３２は順方向又は逆方向に働く。

図５は、図２の充電システムの接続確認モジュールを示す概略回路図である。図５に示すように、接続確認モジュール５は、第３抵抗５２と、第４切替モジュール５３と、ＲＣ回路５４とを備える。第３抵抗５２と第４切替モジュール５３とは、並列に接続される。ＲＣ回路５４は、抵抗とコンデンサからなる回路である。第３抵抗５２と第４切替モジュール５３の並列接続された回路の一端は、接地端子に電気的に接続される。第３抵抗５２と第４切替モジュール５３の並列接続された回路の他端は、第２信号出力端子５１に電気的に接続される。

一実施形態では、所定電圧は１２Ｖであり、第２閾値は９Ｖであり、第３閾値は６Ｖである。充電システム１の動作を以下に説明する。

充電システム１が起動し、バッテリモジュール４と充電モジュール３が電気的に接続された後、充電モジュール３の充電コントローラ３５は、バッテリモジュール４の電圧が非ゼロであるか否かと、調整端子３４１のピーク電圧が所定電圧であるか否かを判定する。バッテリモジュール４の電圧が非ゼロではない、又は調整端子３４１のピーク電圧が所定電圧ではないと判定した場合、充電コントローラ３５は充電システム１が異常であると判定して報知信号を生成する。

充電モジュール３の充電コントローラ３５は、バッテリモジュール４の電圧が非ゼロであり且つ、第１信号出力端子２３の所定電圧の調整端子３４１への伝達により調整端子３４１のピーク電圧が所定電圧である判定した場合、充電コントローラ３５は電力変換ユニット３３のＤＣ／ＤＣコンバータ３３２を逆方向に制御する。これにより、バスコンデンサ３３１はバッテリモジュール４によってプリチャージされる。

バスコンデンサ３３１の電圧がプリチャージの結果第１閾値以上であると充電コントローラ３５が判定した場合、充電コントローラ３５は電圧レギュレータ３４の制御により調整端子３４１のピーク電圧が第２閾値になるよう調整する。その結果、調整端子３４１のピーク電圧は第２閾値と等しくなる。調整端子３４１の電圧が充電コントローラ３５の制御下の電圧レギュレータ３４により第２閾値になるよう調整されているものの、調整端子３４１のピーク電圧が第２閾値と等しくない場合、充電コントローラ３５は充電システム１が異常であると判定し、報知信号を生成する。一方、充電コントローラ３５は、調整端子３４１のピーク電圧が第２閾値と等しい場合には、充電システム１が正常動作モードであると判定する。

電力制御ユニット２４は、調整端子３４１のピーク電圧が第２閾値と等しいことを検出すると、充電システム１がバッテリモジュール４を充電する準備が整ったと判定する。そして、電力制御ユニット２４は自己診断プロセスを実行する。電力制御ユニット２４の自己診断の結果、電力制御ユニット２４に異常がなかった場合、電力制御ユニット２４はパルス変調信号（例えば、９Ｖ）を出力する。これにより、充電コントローラ３５は自己診断プロセスを実行する。充電コントローラ３５の自己診断の結果、充電モジュール３に異常はなく充電システム１が正常動作モードであった場合、充電コントローラ３５は、電圧レギュレータ３４を制御して調整端子３４１のピーク電圧が第３閾値になるよう調整する。調整端子３４１のピーク電圧が第３閾値と等しいことを電力制御ユニット２４が検出すると、第１切替モジュール２５は電力制御ユニット２４の制御によりオンにされる。これにより、第３送電端子３１に交流電力が伝達される。また、充電コントローラ３５は、電力変換ユニット３３を順方向に制御する。これにより、電源装置２からの交流電力は電力変換ユニット３３によって変換され、変換された電力によってバッテリモジュール４が充電される。

本発明の一実施形態に係る充電システムのための方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１においては、バッテリモジュール４と充電モジュール３とは電気的に接続されているが、電力変換ユニット３３は使用可能ではない。一方、充電モジュール３の充電コントローラ３５は、バッテリモジュール４の電圧が非ゼロであるか否か、調整端子３４１のピーク電圧が所定電圧であるか否かを判定する。ステップＳ１の判定の結果、バッテリモジュール４の電圧が非ゼロではないか又は調整端子３４１のピーク電圧が所定電圧ではない場合、ステップＳ５０を実行する。ステップＳ５０において、充電コントローラ３５は充電システム１が異常であると判定し、報知信号を生成する。

ステップＳ１の判定の結果、バッテリモジュール４の電圧が非ゼロであり且つ調整端子３４１のピーク電圧が所定電圧であった場合、ステップＳ２を実行する。ステップＳ２において、充電コントローラ３５はＤＣ／ＤＣコンバータ３３２を逆方向に制御する。これにより、バッテリモジュール４の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ３３２により変換し、変換された電力によってバスコンデンサ３３１をプリチャージする。

ステップＳ２の後、ステップＳ３を実行する。ステップＳ３において、充電コントローラ３５は、バスコンデンサ３３１の電圧が第１閾値以上であるか否かを判定する。ステップＳ３の判定の結果、バスコンデンサ３３１の電圧が第１閾値よりも低かった場合、ステップＳ２を繰り返し実行する。ステップＳ３の判定の結果、バスコンデンサ３３１の電圧が第１閾値以上であった場合、ステップＳ４を実行する。

ステップＳ４において、充電コントローラ３５は、電圧レギュレータ３４を制御して調整端子３４１のピーク電圧を第２閾値に調整する。そして、ステップＳ５を実行する。

ステップＳ５において、充電コントローラ３５及び電力制御ユニット２４は、調整端子のピーク電圧が第２閾値と等しいか否かを判定する。ステップＳ５の判定の結果、調整端子のピーク電圧が第２閾値と等しくない場合には、ステップＳ５０を実行する。一方、ステップＳ５の判定の結果、調整端子のピーク電圧が第２閾値と等しかった場合、電力制御ユニット２４は充電システムによるバッテリモジュール４の充電の準備が整ったと判定し、充電コントローラ３５は充電システムが正常動作モードであると判定する（ステップＳ５１）。

また、ステップＳ４では、充電コントローラ３５の制御により、第２切替モジュール３４３がオンにされる。接地端子Ｇと調整端子３４１との間の経路が導通するので、調整端子３４１のピーク電圧は第１抵抗３４２によって低下し、第１信号出力端子２３の電圧は第２閾値に調整される。

図７は、図６の方法の変形例を示すフローチャートである。図６と比較すると、図６に示すように、本実施形態の方法は、ステップＳ１の前にステップＳ０をさらに備えている。ステップＳ０では、充電コントローラ３５は、第２信号出力端子５１の電圧が設定電圧と等しいか否かを判定する。ステップＳ０の判定の結果、第２信号出力端子５１の電圧が設定電圧と等しい場合には、ステップＳ１を実行する。ステップＳ０の判定の結果、第２信号出力端子５１の電圧が設定電圧と等しくない場合には、ステップＳ０を繰り返し行う。図７の他のステップについては、図６のものと同じであるため、ここでは重複して説明しない。

図８は、図７の方法の変形例を示すフローチャートである。図７と比較すると、図７に示すように、本実施形態の方法は、ステップＳ１の前に、充電システムがリレーを含むか否かを判定するステップＳ０'をさらに備えている。ステップＳ０'の判定の結果、充電システム１がリレー（例えば、図２のリレー３６）を含む場合、ステップＳ１'が実行され、リレー３６が閉じられる。そして、ステップＳ１'の後、ステップＳ１が実行される。ステップＳ０'の判定の結果、充電システム１がリレーを備えていなかった場合は、ステップＳ１をすぐに実行する。

図９は、本発明における図６のステップＳ５１の後のステップを示すフローチャートである。図６のステップＳ５１の後、充電モジュール３に障害がないかを判定するため、自己診断プロセスを実行する（ステップＳ６）。ステップＳ６の判定の結果、充電モジュール３に障害があった場合は、ステップＳ６０を実行する。ステップＳ６０において、充電コントローラ３５が充電システム１は異常であると判定し、報知信号を生成する。一方、ステップＳ６の判定の結果、充電モジュール３に障害がなかった場合は、ステップＳ７を実行する。

ステップＳ７において、充電コントローラ３５は、電圧レギュレータ３４を制御して調整端子３４１のピーク電圧を第３閾値に調整する。そして、ステップＳ８を実行する。

ステップＳ８において、電力制御ユニット２４は、調整端子３４１のピーク電圧が第３閾値と等しいか否かを判定する。ステップＳ８の判定の結果、調整端子３４１の電圧が第３閾値と等しくなかった場合には、ステップＳ８０が実行される。ステップＳ８０において、充電コントローラ３５が充電システム１は異常であると判定し、報知信号を生成する。ステップＳ８の判定の結果、調整端子３４１の電圧が第３閾値に等しかった場合には、ステップＳ９が実行される。

ステップＳ９では、電力制御ユニット２４の制御により、第１切替モジュール２５をオンする。

図１０は、図９の方法の変形例を示すフローチャートである。この方法は、ステップＳ６とステップＳ７との間にステップＳ６ｂをさらに備えている。ステップＳ６の判定の結果、充電モジュール３に障害がなかった場合、ステップＳ６ｂが実行される。ステップＳ６ｂでは、充電コントローラ３５の制御により、第３切替モジュール３４５をオンにして、ステップＳ７を実行する。図１０の他のステップについては、図９のものと同じであるため、ここでは重複して説明しない。

以上のように、本発明は充電システム及びその方法を提供する。電源装置が充電モジュールに接続され、充電システムが起動すると、電力変換ユニットは逆方向に働き、バッテリモジュールの電力を用いてバスコンデンサをプリチャージする。その後、電源装置は交流電力を出力し、電力変換ユニットは順方向に働いて、バッテリモジュールは交流電力により充電される。バスコンデンサは所定電圧にプリチャージされているので、大電流がバスコンデンサに流れることが防止される。このような状況では、充電システムが起動するときの突入電流が制限される。突入電流が制限されるので、充電システムの内部電子部品は損傷を受けない。また、ＡＣリレーや限流抵抗を備えていないため、充電システムの製造コストが低減され、充電システムの信頼性が向上する。さらに、本発明の充電システムは、高出力環境下で使用することができる。

本発明を、現在最も実用的で好ましいと現在考えられる実施形態をもとに説明してきたが、本発明は開示された実施形態に限定される必要はない。それどころか、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれる様々な修正及び類似の構成を含むことが意図されており、そのような変更及び類似の構成のすべてを包含するように、最も広い解釈に従うべきである。

Claims

充電システムであって、
電源装置と、接続確認モジュールと、バッテリモジュールと、充電モジュールと、主制御モジュールとを備え、
前記電源装置は、第１送電端子、第２送電端子、第１信号出力端子及び電力制御ユニットを備え、前記第１送電端子は交流電力を受け取るものであり、
前記接続確認モジュールは、第２信号出力端子を備え、
前記充電モジュールは、第３送電端子、第４送電端子、ＤＣ／ＤＣコンバータ、電圧レギュレータ、バスコンデンサ及び充電コントローラを備え、前記第３送電端子は前記電源装置の前記第２送電端子に着脱自在に接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは双方向電力コンバータであって前記バスコンデンサと前記第４送電端子との間に電気的に接続され、前記第４送電端子はさらに前記バッテリモジュールに接続され、前記電圧レギュレータの調整端子は前記第１信号出力端子に着脱自在に接続され、前記電圧レギュレータは前記調整端子の電圧を選択的に調整し、前記電力制御ユニットは前記調整端子の電圧を検出し、前記充電コントローラは前記第２信号出力端子の電圧と前記調整端子の電圧とを受け取って前記バッテリモジュールの電圧を検出し、
前記主制御モジュールは前記充電モジュール及び前記第２信号出力端子に接続され、前記充電モジュールからのフィードバック信号及び前記第２信号出力端子からの信号を受信し、
前記充電モジュールが前記電源装置に接続されているときに、前記バッテリモジュールの電圧が非ゼロであり且つ前記調整端子の電圧が所定電圧であることを前記充電コントローラが検出した場合、当該充電コントローラは前記ＤＣ／ＤＣコンバータを逆方向に制御して前記バッテリモジュールの電力を変換して前記バッテリモジュールの変換電力によって前記バスコンデンサをプリチャージし、
前記バスコンデンサの電圧が第１閾値以上であると前記充電コントローラが判定した場合、前記充電コントローラは、前記電圧レギュレータを制御して前記調整端子の電圧を第２閾値になるよう調整し、
前記調整端子のピーク電圧が前記第２閾値と等しいことを前記電力制御ユニットが検出した場合、前記電力制御ユニットは、前記充電システムが前記バッテリモジュールを充電する準備ができていると判定する、充電システム。
請求項１に記載の充電システムであって、前記充電コントローラは前記第２信号出力端子の電圧を検出し、前記充電コントローラは前記第２信号出力端子の電圧が設定電圧と等しい場合に、前記充電モジュールが前記電源装置に接続されていると判定する、充電システム。
請求項１又は請求項２に記載の充電システムであって、
第１切替モジュールをさらに備え、前記第１切替モジュールは前記第１送電端子と前記第２送電端子との間に電気的に接続され、前記第１切替モジュールの制御端子は前記電力制御ユニットの第１出力端子に電気的に接続され、前記電力制御ユニットは、前記第１切替モジュールのオン／オフを制御する、充電システム。
請求項３に記載の充電システムであって、
前記充電システムが正常動作モードである場合、前記充電コントローラは前記電圧レギュレータを制御して前記調整端子の電圧を第３閾値になるよう調整し、前記調整端子のピーク電圧が第３閾値と等しいことを前記電力制御ユニットが検出すると、前記電力制御ユニットは前記第１切替モジュールをオンにする、充電システム。
請求項３に記載の充電システムであって、
前記第１切替モジュールは第１スイッチ及び第２スイッチを備え、前記第１スイッチは、前記第１送電端子の正極端子と前記第２送電端子の正極端子との間に電気的に接続され、前記第２スイッチは、前記第１送電端子の負極端子と前記第２送電端子の負極端子との間に電気的に接続され、前記電力制御ユニットは前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオン／オフを制御する、充電システム。
請求項１〜請求項５の何れかに記載の充電システムであって、
前記充電モジュールはＡＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータは前記第３送電端子と前記バスコンデンサとの間に電気的に接続されるとともに、前記充電コントローラと接続され、
前記交流電力は、前記第３送電端子に伝達された後、前記ＡＣ／ＤＣコンバータによりＤＣバス電圧に変換され、
前記充電コントローラは前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御し、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータが順方向に働くと、当該ＤＣ／ＤＣコンバータが前記バスコンデンサの前記ＤＣバス電圧を調整電圧に変換して、当該調整電圧により前記バッテリモジュールが充電され、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータが逆方向に働くと、当該ＤＣ／ＤＣコンバータが前記バッテリモジュールの前記電力を変換して前記バスコンデンサをプリチャージする、充電システム。
請求項１〜請求項６の何れかに記載の充電システムであって、
前記電圧レギュレータは第１抵抗と第２切替モジュールとを備え、前記第１抵抗と前記第２切替モジュールは接地端子と前記調整端子との間に直列且つ電気的に接続され、
前記充電コントローラは、前記バスコンデンサの電圧が前記第１閾値以上であることを前記充電コントローラが検出した場合に、前記第２切替モジュールのオン／オフを制御し、
前記第２切替モジュールは、前記充電コントローラの制御によりオンにされる、充電システム。
請求項７に記載の充電システムであって、
前記電圧レギュレータは、第２抵抗と第３切替モジュールとをさらに備え、
前記第２抵抗及び前記第３切替モジュールは、前記接地端子と前記調整端子との間に直列且つ電気的に接続され、
前記充電コントローラは、前記第３切替モジュールのオン／オフ状態を制御する、充電システム。
請求項１〜請求項８の何れかに記載の充電システムであって、前記充電システムはリレーをさらに備え、前記リレーは、前記バッテリモジュール及び前記充電モジュールと電気的に接続される、充電システム。
充電システムのための方法であって、電源装置と、充電モジュールと、バッテリモジュールとを備え、
前記電源装置は、第１信号出力端子と電力制御ユニットとを備え、
前記充電モジュールは、前記電源装置に着脱自在に接続されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータと、電圧レギュレータと、充電コントローラと、バスコンデンサとを備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記バスコンデンサと前記バッテリモジュールとの間に電気的に接続され、
前記電圧レギュレータの調整端子は、前記第１信号出力端子と着脱自在に接続され、
前記電圧レギュレータは、前記調整端子の電圧を選択的に調整し、
前記バッテリモジュールは前記充電モジュールと電気的に接続され、
以下の（ａ）〜（ｄ）のステップを備える、方法。
（ａ）前記充電コントローラが、前記バッテリモジュールの電圧が非ゼロであり且つ前記調整端子のピーク電圧が所定電圧であるか否かを判定し、前記（ａ）の判定に合致した場合はステップ（ｂ）を実行し、前記ステップ（ａ）の判定に合致しなかった場合は、前記充電システムが異常であると判定して報知信号を生成するステップ。
（ｂ）前記充電コントローラが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを逆方向に制御して前記バッテリモジュールの電力を変換し、変換した電力により前記バスコンデンサをプリチャージし、その後、ステップ（ｃ）を実行するステップ。
（ｃ）前記充電コントローラが、前記バスコンデンサの電圧が第１閾値以上であるか否かを判定し、前記ステップ（ｃ）の判定に合致した場合は、ステップ（ｄ）を実行し、前記ステップ（ｃ）の判定に合致しなかった場合は、前記ステップ（ｃ）を繰り返し実行するステップ。
（ｄ）前記充電コントローラが、前記調整端子のピーク電圧が第２閾値になるよう前記電圧レギュレータを制御して、ステップ（ｅ）を実行するステップ。
（ｅ）前記充電コントローラが、前記調整端子のピーク電圧が前記第２閾値であるか否かを判定し、前記調整端子のピーク電圧が前記第２閾値と等しければ、前記充電コントローラは前記充電システムが正常動作モードであると判定し、前記調整端子のピーク電圧が前記第２閾値と等しくなければ、前記充電コントローラは前記充電システムが異常であると判定し前記報知信号を生成するステップ。
請求項１０に記載の方法であって、
前記充電システムは接続確認モジュールをさらに備え、当該接続確認モジュールは第２信号出力端子を備えており、
前記方法は、前記ステップ（ａ）の前に、前記第２信号出力端子の電圧が設定電圧と等しいか否かを判定するステップ（ａ０）を備え、
前記第２信号出力端子の電圧が設定電圧と等しい場合、前記充電コントローラが前記充電モジュールは前記電源装置に接続されていると判定して前記ステップ（ａ）を実行し、
前記第２信号出力端子の電圧が設定電圧と等しくない場合、前記ステップ（ａ０）を繰り返し行う、方法。
請求項１０又は請求項１１に記載の方法であって、
前記ステップ（ａ）の前に、前記充電システムが前記充電モジュールと前記バッテリモジュールとの間にリレーを備えているか否かを判定するステップ（ａ１）をさらに備えており、
前記ステップ（ａ１）の判定に合致した場合、前記リレーが閉じられた後にステップ（ａ）を実行し、前記ステップ（ａ１）の判定に合致しなかった場合、前記ステップ（ａ）をすぐに実行する、方法。
請求項１０〜請求項１２の何れかに記載の方法であって、
前記充電モジュールは、第１抵抗と第２切替モジュールとをさらに備え、
前記第１抵抗と前記第２切替モジュールは接地端子と前記調整端子との間に直列かつ電気的に接続され、
前記ステップ（ｄ）の判定の結果、前記調整端子のピーク電圧が前記第２閾値以上であった場合、前記充電コントローラの制御により前記第２切替モジュールをオンにし、前記調整端子のピーク電圧が前記電圧レギュレータによって第２閾値になるよう調整される、方法。
請求項１０〜請求項１３の何れかに記載の方法であって、
前記電源装置は、第１送電端子、第２送電端子及び第１切替モジュールをさらに備え、
前記第１送電端子は交流電力を受け取り、
前記第２送電端子は前記電力前記充電モジュールに着脱自在に接続され、
前記第１切替モジュールは前記第１送電端子と前記第２送電端子との間に電気的に接続され、
前記ステップ（ｅ）において前記充電コントローラが前記充電システムが前記正常動作モードであると判定した場合、以下のステップをさらに実行する、方法。
（ｆ）前記充電モジュールに障害がないかを判定する自己診断プロセスを実行し、自己診断の結果前記充電モジュールに障害がなかった場合はステップ（ｇ）を実行し、自己診断の結果前記充電モジュールに障害があった場合は前記充電コントローラが前記充電システムは異常であると判定して前記報知信号を生成する、ステップ。
（ｇ）前記充電コントローラが前記電圧レギュレータを制御して前記調整端子のピーク電圧を第３閾値に設定するステップ。
（ｈ）前記電力制御ユニットが前記調整端子のピーク電圧が第３閾値と等しいか否かを判定し、前記調整端子のピーク電圧が第３閾値と等しかった場合は前記充電コントローラの制御により前記第１切替モジュールをオンにし、前記調整端子のピーク電圧が第３閾値と等しくなかった場合は前記充電コントローラが前記充電システムは異常であると判定し前記報知信号を生成する、ステップ。