JP2018500724A - 過熱保護機能を有する原動機付き車両の充電ソケット - Google Patents

Abstract

本発明は、原動機付き車両（１）の充電ソケット（７）の、温度センサのない領域における過熱状態を識別する方法に関する。本発明の目的は充電ソケット（７）の動作限界温度を有効に利用できるようにすることである。その領域とは異なる場所の温度センサ（１１）の設置場所において温度値（Ｔ）が温度センサ（１１）を用いて検出される。充電ソケット（７）が動作しているときの現在動作条件の少なくとも１つの条件値（ＰＲＸ，Ｉ，Ｇ）が決定され、続いて温度センサのない領域について、入力変数として温度値（Ｔ）および少なくとも１つの条件値（ＰＲＸ，Ｉ，Ｇ）を含みこれら入力変数に温度指標が対応付けられるよう設計された特性マップ（１４）を用いて温度指標を生成する。充電ソケット（７）の保護のため、充電ソケット（７）の保護措置が温度指標に応じて起動する。【選択図】図１

Description

本発明は原動機付き車両の充電ソケットの、温度センサのない領域での過熱状態を識別するための方法に関するものである。過熱状態の識別により充電ソケットの保護措置が起動される。本発明は原動機付き車両の充電装置にも関し、これは本発明に係る方法を実行できるものであり、また本発明はこの充電装置を備えた原動機付き車両にも関するものである。

原動機付き車両においては、電動モータの駆動のため、電気エネルギー貯蔵装置、例えばバッテリ、特に高電圧バッテリが設けられることがある。ここで高電圧とは、６０ボルト超え、特に１００ボルト超えの電圧を意味する。エネルギー貯蔵装置を充電するために、車両外部の充電ステーションの充電ケーブルを原動機付き車両の充電ジャックまたは充電ソケットに接続することができる。エネルギー貯蔵装置を充電するとき、充電ソケットの構成要素が加熱されることがある。ここで過熱からの保護が必要となる。

充電ソケット内の現在温度は温度センサによって測定される。充電器は充電ソケットとエネルギー貯蔵装置とが接続され、充電電流を制御する構成要素である。温度センサから通知される温度が閾値を上回っている場合、充電ソケットおよび充電ケーブルの充電プラグの保護のため、充電動作は中断される。温度センサは充電ソケット内に配置されているが、相同士の接触点と直接接触していないので、温度センサによって示される温度値は、充電ソケットの熱くなっている地点（英語：ホットスポット）における実際の温度ではなく、正しく解析されるべき指向値とされ、充電ソケット自体の過熱状態を確実に識別するものとされる。

充電ソケットとしては多くの様々な変形体が使用されているため、この解析は非常に困難である。性能クラスも様々で、充電ソケットの構成要素の導電性断面に関しても様々である。さらに、各国ごとに充電ソケットの幾何学的条件の規定も異なっている。加えて、特定の充電ソケットには充電ケーブルの多数の異なるプラグを接続することができ、複数のプラグを組み合わせることもできる。充電ソケットの設計にあたっては、温度センサの位置を様々にすることが可能である。

これらの差異は、充電ソケットの保護のために回路切断が必要となる温度域を広くしてしまう。言い換えれば、充電ソケットが動作可能な全ての考え得る動作条件に付いて過熱を確実に回避するためには、温度センサによって通知された温度値が比較される閾値が比較的低く設定されなければならない。しかし、閾値が低くなりすぎる組合せが多数あるので、機能の範囲が限定されてしまう。言い換えれば、エネルギー蓄積装置の急速充電ための電力伝達の能力が得られなくなってしまう。

特許文献１から、電動自動車用の充電接続装置の動作方法が知られている。この方法により、充電ケーブルの許容電流負荷容量を超えることが回避される。ここでは電流測定に基づき充電ケーブルの熱的負荷、電流値の二乗が算出される。

特許文献２から充電装置のためのモジュールシステムが知られており、これには温度センサも一体化されている。温度を監視する際、温度が所定の値を超えて上昇したら誤動作の警告を行い、温度が所定の限界値の範囲内であることが示されている間は充電動作が正しく行われているものとしている。

特許文献３には、充電電圧を測定するための電流測定装置と電圧測定装置が一体化された電動自動車用コネクタが記載されている。

国際公開第２０１３／１５２３７６号公報 独国特許出願公開第１０２０１２０１９６０５号明細書 独国特許出願公開第１０２０１００４５１３１号明細書

本発明は、原動機付き車両内の充電ソケットの現在の作動条件によってもたらされる動作限界温度を有効に利用できるようにするという目的に基づくものである。

この目的は、独立請求項の対象物によって達成される。本発明の更なる有用な発展形態は、従属請求項の特徴部から得られる。

本発明によれば、原動機付き車両の充電ソケットの温度センサのない領域における過熱状態を検出する方法が提供される。温度値は温度センサによって検出されるが、ここで温度センサは、監視されるべき領域に直接に配置されるのではなく、その領域とは異なる配置場所、例えば充電器内に配置され、充電ソケットを介して充電電流を受け取る。充電ソケットと充電器の組み合わせは、以下、充電装置とも呼ぶ。

ここでの問題は、充電ソケットが熱的な動作限界にあるかどうか、ひいては温度センサのない領域が過熱状態にあるかどうかを識別するために、この温度値をどのようにして有効に解析するかである。過熱状態はオーバーヒート、つまり充電ソケットの構成要素の熱破壊の危険性があることを意味する。過熱状態はさらに、あるいはその代わりに、伝達される充電電圧に比べて不釣り合いなほど過度に充電ソケットが加熱されていること、つまり不具合が存在するということを意味する。

温度値の解析のために、少なくとも１つの条件値は、充電ソケットが動作している際の現在の動作条件について決定される。現在の動作条件については、以下で詳しく説明する。少なくとも１つの条件値と温度値に基づいて、温度センサのない領域について温度指標が決定される。これは、入力変数として温度値と少なくとも１つの構成値を受け取り、これらの入力変数に温度変数を対応付けるように設計された特性マップによって行われる。ここで温度指標は、特定の温度値を示すものであったり、または“充電ソケットが過熱状態”や“充電ソケットが許容温度範囲内”といったバイナリデータであったりするものと理解されたい。ここで特性マップは、入力変数と出力変数つまり温度指標とを対応付けることによる対応付け関数として説明される。温度指標に応じて、つまり充電ソケット内が過熱状態になっている場合に、充電ソケットの保護措置が起動される。

本発明は、各種原動機付き車両での現在の動作条件においてその車両に固有の動作限界まで充電ソケットを使用できるという利点を有する。言い換えると、温度センサのない領域に実際に生じている動作温度を測定された温度値から正確に推測することができるので、温度センサの温度値をより正確に解析できる。

適切な特性マップを生成するために、例えば、様々な動作条件で充電動作を実行し、そして充電動作ごとに温度値と少なくとも１つの構成値の組み合わせのそれぞれについて、例えば温度計を用いて、充電ソケットの領域において生じている動作温度を決定する。そうして、温度計が不要になるように、この測定された動作温度を特性マップに温度指標として記録するとよい。温度指標は、単に過熱状態が生じているかどうかを表すこともできる。

実施形態の一例においては、幾何学的条件について少なくとも１つの条件値が決定される。幾何学的条件により、充電装置の幾何学的な特性が表される。特に、幾何学的条件によって、充電ソケットの国ごとの形状、および／または温度センサを記述する。これにより、温度センサと、最も強く加熱された領域、いわゆるホットスポット（熱くなっている地点）と、の幾何学的距離および／または熱抵抗が考慮されるようになるという利点が得られる。ホットスポットは、例えば、充電ソケットの電気的接点と、それに対応して差し込まれる充電ケーブルの充電プラグの電気的接点と、の接触領域とすることができる。

実施形態の一例においては、回路条件について少なくとも１つの条件値が決定される。この回路条件は、充電電流が充電ステーションからエネルギー貯蔵装置へと供給されるために使用される電流経路の、電気的な特性を表す。特に、充電モードが単相の場合と多相の場合、例えば２相の場合、とを区別する回路表示が決定される。これに加えて、あるいはこれに代えて、充電ソケットに電気的に接続された充電ケーブルの電線断面積を条件値によって決定する。特に、電線断面積は、例えばプラグの種類を決定する際に国際規格ＩＥＣ６２１９６に従うなどして間接的に決定することができる。電線断面積は、充電ケーブルの放熱性能、つまりその冷却効果に大きな影響を与える。

この回路条件は、充電ケーブルの抵抗子コードを読み取ることで決定されることが特に好ましい。これは、原動機付き車両の充電装置の充電器によって自動的に行うことができる。例えば、プラグ内の抵抗ＰＲＸを評価すればよい。

実施形態の一例においては、電気的条件について少なくとも１つの条件値が決定される。この電気的条件は、ここでは充電動作中の充電装置の動作状態を示している。特に、電気的条件は、各条件値により以下のことを示す。充電ソケットの性能クラス；充電ソケットを介して流れる充電電流の電流強度；接続された充電ステーションの電圧；電圧の交流周波数または振動数；充電されてからの動作時間；充電ソケットを介して充電されるエネルギー貯蔵装置の充電状態。性能クラスを考慮することにより、条件に応じて、あるいは構造により定まる、充電ソケットおよび／または接続された充電ケーブルの熱容量および／または熱伝導性が考慮されるという利点が得られる。電流強度および／または電圧および／または電圧の周波数を考慮することにより、充電ソケットで消費される損失電力を決定できるという利点が得られる。動作時間を考慮することにより、充電ソケットで既に損失電力がどの程度消費されているかを考慮することができるという利点が得られる。エネルギー貯蔵装置の充電状態を考慮することにより、充電動作が継続する見込みの時間がどの程度であるかを考慮することができるという利点が得られる。

実施形態の一例においては、保護措置として原動機付き車両の充電動作が中断される。これにより、それ以上は充電ソケットで損失電力が消費されず、よって加熱動作が終了するという利点が得られる。実施形態の一例では、充電電流は流れ続けるようにして、充電電流量を減少または抑制させる。これにより、充電動作を継続できるという利点が得られる。どちらの保護措置も、充電ソケットが過熱状態であることを温度指標が示す場合に開始される。

特性マップを用いて、不具合に相当する温度値と少なくとも１つの条件値との組み合わせに基づき、充電ソケットの不具合が識別されることが特に好ましい。言い換えると、規定通りに進行する充電動作には合致しない温度値と少なくとも１つの条件値との組み合わせを識別し、以って保護措置を開始するために、保護マップを有用に用いることができる。例えば、低い充電電力しか充電ソケットを介して伝送されていないにも関わらず、比較的高い温度値となることがある。これは接点が腐食しているなどして充電ソケットにおいて望ましくない損失電力が多く消費されている場合にのみ見られることである。このような場合にも保護措置を開始することは有用であるが、充電ソケット内の動作温度は必ずしも充電ソケットの熱破壊に至るとは限らない。特性マップを生成するにあたって充電ソケットを意図的に痛めていると、欠陥が生じることがある。この結果、温度センサの温度値と少なくとも１つの条件値との組み合わせについて、欠陥に相当するものが得られる。特性マップの温度指標は、この組み合わせが充電ソケットに欠陥が生じていることを示すとよく、この特性マップを原動機付き車両で使用すると、温度値と少なくとも１つの条件値に基づき、特性マップによってこうした欠陥をいずれも識別することができる。

また本発明は、原動機付き車両用の充電装置も含むものである。充電装置については、充電ソケットと下流側の充電器との、説明してきた組み合わせのものと理解されたい。言い換えると、充電装置は温度値を生成する温度センサを備えている。また、充電ソケットの現在の動作条件の少なくとも１つの条件値を決定するように設計された条件問合せ器が設けられている。条件問合せ器は例えば、抵抗コードを問い合わせるためのテスト回路とすることができる。条件問合せ器は、充電装置の処理装置用のプログラムモジュールを含んでいてもよい。また、条件問合せ器は、条件値が格納されるデータメモリとすることもできて、例えば原動機付き車両の製造時にデータメモリへの格納が行われてもよい。さらに特性マップが設けられているとよく、これは入力変数として温度値と少なくとも１つの条件値を受け取り、これら入力変数に出力変数として温度指標が対応付けられるように設計されており、温度値と少なくとも１つの条件値のとある組合せに対して好ましくない高い温度が対応付けられているならば過熱状態だということになる。この特性マップは、例えば記憶値の群および／またはパラメータの方程式によって表すことができる。さらに、充電装置の処理装置は、本発明に係る方法の実施形態の一例を実行するように設計される。この処理装置は例えば、充電装置のマイクロコントローラとすることができる。説明した条件問合せ器は、処理装置によって実現することもできる。

最後に、本発明は、電気的なエネルギー貯蔵装置、例えばバッテリと、本発明の実施形態の一例の充電装置を備えた原動機付き車両も含むものである。本発明に係る原動機付き車両は、乗用車、特に個人用自動車として設計されていることが好ましい。

本発明の例示的実施形態を以下に説明する。ここで単一の図が示すものは以下の通り。

本発明に係る原動機付き車両の実施形態を示す図。

以下に記載される例示的実施形態は、本発明の好ましい実施形態の一例である。ただし、この例示的実施形態において、実施形態の説明される各構成要素は、互いに独立している発明の個々の特徴を表し、また、個別に、または本発明の一部として示すもの以外の組み合わせにおいても、本発明を形成するものである。さらに、説明される実施形態は、本発明の既に説明した特徴をさらに補足することもできる。

図１は例えば個人用自動車などの乗用車とすることができる原動機付き車両を示している。原動機付き車両の車両後部２が図示されている。原動機付き車両１は例えば、電動自動車であってもよいし、ハイブリッド車であってもよい。電動モータ（図示せず）の駆動のため、原動機付き車両はエネルギー貯蔵装置３、例えば車両バッテリ、特に高電圧バッテリを備えているとよい。エネルギー貯蔵装置３は、車両外部の充電ステーション４を介して電気エネルギーを充電することができる。このために、充電ステーション４は充電ケーブル５を介して原動機付き車両１と電気的に接続することができる。原動機付き車両１はこのために充電装置６を有しているとよい。充電ジャックまたは充電ソケット７、および充電器８を備えているとよい。充電器８は様々な車両モデルに取り付けることができる装置タイプであってもよい。いずれにせよ充電器８は、原動機付き車両１における充電装置６、特に充電ソケット７の動作限界温度を有効に利用して原動機付き車両１内のエネルギー貯蔵装置３を効率的に充電するように設計される。

充電器８はこのために、処理装置９と、データメモリ１０と、温度センサ１１とを備えているとよい。処理装置９は例えば、マイクロコントローラによって構成することができる。

充電装置８は更にパワーエレクトロニクス機器１２を備えているとよく、これは充電ステーション５からエネルギー貯蔵装置３へと充電ケーブル５を介して流れる充電電流を、その電流強度で制御することができる。パワーエレクトロニクス機器１２自体は、公知の方法で設計することができる。充電ケーブル５は、充電ケーブル５の充電プラグ１３により充電ソケット７内へ固定および／または接続することができ、そうしてパワーエレクトロニクス機器１２と電気的に結合することができる。

処理装置９はこのために、充電プラグ１３の抵抗コードＰＲＸを読み出すように設計されるとよい。処理装置９はこれに加えて、温度センサ１１から温度値Ｔを受信するように設計されるとよい。処理装置９はさらに、パワーエレクトロニクス１２から充電電流の電流強度値Ｉを受信するように設計されるとよい。また処理装置９は、少なくとも１つの条件値Ｇ、例えば現環境の幾何学的条件、つまり例えば充電ソケット７の各国ごとの形状および／または温度センサ１１の設置場所、をデータメモリ１０から読み取るように設計されるとよい。抵抗コードＰＲＸ、温度値Ｔ、電流強度値Ｉそして条件値Ｇは、充電ソケット７が動作している際の現在の動作条件に関する条件値を表している。

処理装置９は、特性マップ１４を備えているとよい。この特性マップ１４によって、処理装置９は、受信した条件値から温度指標、例えば温度値またはバイナリ値（過熱状態の有無）を算出し、これは例えば、充電ソケット７がその動作限界温度内で動作しているかどうか、つまり充電ソケット７内の動作温度が予め定められた閾値を下回るかどうかを示す。ここで、充電ソケット７自体は温度センサを持たないべきである。特性マップ１４によって、処理装置９は、現在の動作環境を考慮して温度センサ７の温度値Ｔを有意に判断することができる。特性マップの温度指標が過熱状態を示している場合、処理装置９はパワーエレクトロニクス機器１２を制御して、例えば充電電流の遮断や、いわゆるディレーティングつまり充電電流の抑制を、パワーエレクトロニクス機器において起動または調節することができる。

そして温度Ｔに加えて、国ごとに異なる充電ソケット、プラグの抵抗ＰＲＸ、流れている電流Ｉ、および／または充電モード（１相なのか２相なのか）が評価される。したがって、充電ソケットの温度測定値をよりよく判断することができる。

これにより、充電の際に高い機能的信頼性および可用性が保証されるという利点が得られる。世界市場には様々な充電ソケットがあり、また充電ステーションも様々であるため、そこから生じる様々な熱的抵抗により、温度センサは得られる温度値にばらつきを生じてしまう。それぞれの国別コードおよび／または充電の際に使用される電気の相の相数を判断することにより、温度値Ｔをより正確に決定することができる。記録される特性曲線、つまり特性マップを用いることによって、追加で考慮される条件値の評価が可能である。

本実施例は全体として、熱的過負荷に対する充電ソケットの保護のための本発明のディレーティング機能をどのように設ければよいかを示している。

Claims (9)

1. 原動機付き車両（１）の充電ソケット（７）の、温度センサのない領域での過熱状態を識別するための方法であって、以下の工程を含む方法：
   ― 温度センサ（１１）により、前記領域とは異なる温度センサ（１１）の設置場所にて温度値（Ｔ）を検出する；
   ― 充電ソケット（７）が動作している際の現在の動作条件の少なくとも１つの条件値（ＰＲＸ，Ｉ，Ｇ）を決定する；
   ― 温度値（Ｔ）と少なくとも１つの条件値（ＰＲＸ，Ｉ，Ｇ）を入力変数として受け取り、これら入力変数に温度指標が対応付けられるよう設計された特性マップ（１４）を用いて、前記領域の温度指標を生成する；
   ― 前記温度指標に応じて、充電ソケット（７）の保護措置を起動する。
2. 少なくとも１つの条件値（Ｇ）が、各国ごとの充電ソケットの形状および／または設置場所といった幾何学的条件について決定されること
   を特徴とする請求項１の方法。
3. 少なくとも１つの条件値（ＰＲＸ）が、充電モードが単相なのか多相なのかを区別する回路表示、および／または充電ソケット（７）に電気的に接続された充電ケーブル（５）の電線断面積といった回路条件について決定されること
   を特徴とする請求項１または請求項２の方法。
4. 回路条件が、充電ケーブル（５）の抵抗コード（ＰＲＸ）を読み取ることで決定されること
   を特徴とする請求項３の方法。
5. 電気的条件について少なくとも１つの条件値（Ｉ）が決定され、この電気的条件は、以下のような条件を表すこと：充電ソケットの性能クラス；充電電流の電流強度（Ｉ）；接続された充電ステーション（４）の電圧；電圧の周波数；充電されてからの動作時間；充電ソケット（７）を介して現在の動作条件（ＰＲＸ，Ｉ，Ｇ）で充電されるエネルギー貯蔵装置（３）の充電状態。
   を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項の方法。
6. 温度指標が過熱状態を示す場合、保護措置として、原動機付き車両（１）の充電動作が中断される、または充電電流強度が抑制されること
   を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項の方法。
7. 特性マップ（１４）を用いて、不具合に相当する温度値（Ｔ）と少なくとも１つの条件値（ＰＲＸ，Ｉ，Ｇ）との組み合わせに基づき、充電ソケット（７）の不具合が識別されること
   を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項の方法。
8. 原動機付き車両（１）の充電装置（６）であって、以下を備えるもの：
   ― 温度値（Ｔ）の生成のため充電装置（６）内に配置された温度センサ（１１）；
   ― 充電ソケットの現在の動作条件の各条件値（ＰＲＸ，Ｉ，Ｇ）の少なくとも１つを決定するように設計された条件問合せ器（９）；
   ― 入力変数として温度値（Ｔ）および少なくとも１つの条件値（ＰＲＸ，Ｉ，Ｇ）を受け取り、これら入力変数に温度指標が対応付けられるよう設計された特性マップ（１４）；
   ― 請求項１ないし請求項７のいずれか１項の方法を実行するように設計された処理装置（９）。
9. 原動機付き車両（１）であって、電気的なエネルギー貯蔵装置（３）および請求項８の充電装置（６）を備えたもの。

Images