JP2023004022A - 充電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】簡易な構成で車載の充電器のマスタ/スレーブの設定を識別することである。【解決手段】充電ECUは、起動毎に、充電システムが備える充電器のマスタ/スレーブの設定を識別する。充電ECUは、通信線を介して充電器からHiレベルの信号を受信したか否かを判断する(S11)。充電器からHiレベルの信号を受信していないと判断すると(S11においてNO)、充電ECUは、充電器をスレーブ充電器と判断する(S13)。充電器からHiレベルの信号を受信したと判断すると(S11においてYES)、充電ECUは、充電器をマスタ充電器と判断する(S15)。【選択図】図3

Description

本開示は、充電システムに関する。
特開2016-163539号公報(特許文献1)には、マスタとなる車載充電器と、スレーブとなる車載充電器とを備えた車両が開示されている。マスタとなる車載充電器は、プロキシ抵抗を含む充電ソケットに接続されている。スレーブとなる車載充電器は、充電ソケットには接続されておらず、マスタとなる車載充電器に接続されている。車載充電器の各々は、プロキシ抵抗の検出有無によって、マスタとして構成されるか、スレーブとして構成されるかが決定される。
特開2016-163539号公報
特許文献1に開示された車両では、車載充電器のマスタ/スレーブ(車載充電器がマスタであるかスレーブであるか)の設定を識別するために、プロキシ抵抗を設けなければならない。プロキシ抵抗を設けることは、工数およびコストを要する。そのため、より簡易な構成で車載充電器のマスタ/スレーブの設定を識別する手法が望まれる。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構成で車載の充電器のマスタ/スレーブの設定を識別することである。
この開示に係る充電システムは、外部の電源からインレットに供給される交流電力を用いた車載バッテリの充電が可能に構成された車両に搭載される充電システムである。充電システムは、インレットと車載バッテリとの間に互いに並列に接続される第1充電器および第2充電器と、第1充電器および第2充電器の各々と通信線で接続されており、第1充電器および第2充電器をマスタスレーブ制御する制御装置とを備える。第1充電器および第2充電器の各々は、互いに異なる電圧レベルの信号を通信線に出力する。制御装置は、上記信号の電圧レベルに基づいて、第1充電器および第2充電器のマスタおよびスレーブの設定を識別する。
上記構成によれば、第1充電器および第2充電器の各々は、互いに異なる電圧レベルの信号を通信線に出力する。そして、その信号の電圧レベルに基づいて、制御装置が第1充電器および第2充電器のマスタおよびスレーブの設定を識別する。第1充電器および第2充電器のマスタおよびスレーブの設定を識別するための別途の構成を追加することなく第1充電器および第2充電器を識別することができるので、第1充電器および第2充電器のマスタおよびスレーブの設定を識別するための別途の構成を追加する場合に比べ、充電システムを簡易な構成にすることができる。
本開示によれば、簡易な構成で車載の充電器のマスタ/スレーブの設定を識別することができる。
実施の形態に係る充電システムの構成例を示すブロック図である。 充電器で実行される処理の手順を説明するための図である。 充電ECUで実行される処理の手順を説明するための図である。
以下、本開示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り返さない。
<充電システムの構成>
図1は、本実施の形態に係る充電システム1の構成例を示すブロック図である。充電システム1は、外部の電源(図示せず)からインレット50に供給される交流電力を用いた車載バッテリのAC(Alternating current)充電が可能に構成された車両に搭載される。
充電システム1は、車両外部の電源から車両のインレット50に供給された交流電力を直流電力に変換して、車載の電池パック10(バッテリ11)に供給するためのシステムである。充電システム1は、充電器20,30と、充電ECU(Electronic Control Unit)40とを備える。
電池パック10は、バッテリ11と、充電リレー装置15とを含む。バッテリ11は、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池等の二次電池を含んで構成される。二次電池は、正極と負極との間に液体電解質を有する二次電池であってもよいし、固体電解質を有する二次電池(全固体電池)であってもよい。また、バッテリ11は、電気二重層キャパシタ等によって構成されてもよい。
充電リレー装置15は、充電リレー16,17を含む。充電リレー16の一端はバッテリ11と電気的に接続され、他端は充電器20のDC(Direct Current)出力端子(DC_OUT)22と電気的に接続されている。充電リレー17の一端はバッテリ11と電気的に接続され、他端は充電器30のDC出力端子32と電気的に接続されている。充電リレー16,17は、充電ECU40からの制御信号に従って、開放状態と閉成状態とを切り替える。
充電器20,30は、電池パック10とインレット50との間に互いに並列に接続されている。充電器20,30は、一方がマスタ動作し、かつ、他方がスレーブ動作することにより、AC充電時に、充電システム1から電池パック10に供給される充電電力を向上させる。本実施の形態においては、充電器20がマスタ動作し、かつ、充電器30がスレーブ動作する。
充電器20は、マスタ充電器として機能する。充電器20は、AC入力端子(AC_IN)21と、DC出力端子22と、AC出力端子(AC_OUT)23と、電力変換回路24と、制御部25と、Hz端子26とを含む。
AC入力端子21は、車両のインレット50と電気的に接続されている。インレット50は、充電設備(EVSE:Electric Vehicle Supply Equipment)が備える充電ケーブルのコネクタが接続可能に構成されている(いずれも図示せず)。EVSEは、たとえば、逆潮流に対応する充電設備(すなわち充放電設備)であってもよい。インレット50にコネクタが接続された状態で、インレット50は、EVSEから交流電力を受ける。インレット50が受けた交流電力は、AC入力端子21に入力される。AC入力端子21に入力された交流電力は、電力変換回路24に供給される。
電力変換回路24は、AC入力端子21に入力された交流電力を、バッテリ11を充電するための直流電力に変換し、当該直流電力をDC出力端子22に出力する。また、電力変換回路24は、バッテリ11から供給される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力をAC出力端子23に出力する。バッテリ11から供給される直流電力は、たとえば、図示しない専用の端子を介して充電器20に入力されてもよいし、DC出力端子22を介して充電器20に入力されてもよい。電力変換回路24は、制御部25からの制御信号に従って動作する。電力変換回路24は、たとえば、AC/DC変換部、DC/AC変換部、および、絶縁トランス等を含んで構成される。
DC出力端子22は、充電リレー16と電気的に接続されている。充電リレー16が閉成状態になると、DC出力端子22とバッテリ11とが電気的に接続され、DC出力端子22からバッテリ11に供給される直流電力によりバッテリ11が充電される。
AC出力端子23は、車両のアウトレット60と電気的に接続されている。アウトレット60は、たとえば、EVSEの充電ケーブルのコネクタが接続可能に構成されている。コネクタがアウトレット60に接続されると、AC出力端子23から出力される交流電力がアウトレット60を介してEVSEに供給される。
Hz端子26は、AC出力端子23から出力する交流電力の周波数を決めるための端子である。Hz端子26は、オープンにされたオープン状態と、車両アース(ボデーアース)に接続されたGND接続状態とのいずれかの接続状態に設定される。本実施の形態においては、Hz端子26はオープン状態に設定されている。Hz端子26がオープン状態であるか、GND状態であるかに応じて、AC出力端子23から出力される交流電力の周波数が決定される(たとえば、周波数を50Hzとするか、60Hzとするか)。
制御部25は、電力変換回路24を制御する。制御部25は、CPU(Central Processing Unit)と、メモリと、入出力ポートとを含む(いずれも図示せず)。メモリは、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)を含み、CPUにより実行されるプログラム等を記憶する。メモリに記憶されるプログラムには、充電器20をマスタ動作させるためのマスタプログラム、および、充電器20をスレーブ動作させるためのスレーブプログラムが含まれる。これらのプログラム(マスタプログラムおよびスレーブプログラム)は、充電器30にも実装されている。CPUは、ROMに格納されているプログラムをRAMに展開して実行する。CPUは、入出力ポートから入力される各種信号、およびメモリに記憶された情報に基づいて、所定の演算処理を実行し、演算結果に基づいて電力変換回路24を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で構築して処理することも可能である。
充電器30は、AC入力端子31と、DC出力端子32と、AC出力端子33と、電力変換回路34と、制御部35と、Hz端子36とを含む。
AC入力端子31は、車両のインレット50と電気的に接続されている。AC入力端子31には、インレット50から交流電力が入力される。AC入力端子31に入力された交流電力は、電力変換回路34に供給される。
電力変換回路34は、AC入力端子31に入力された交流電力を、バッテリ11を充電するための直流電力に変換し、当該直流電力をDC出力端子32に出力する。電力変換回路34は、制御部35からの制御信号に従って動作する。電力変換回路34は、たとえば、AC/DC変換部、DC/AC変換部、および、絶縁トランス等を含んで構成される。
DC出力端子32は、充電リレー17と電気的に接続されている。充電リレー17が閉成状態になると、DC出力端子32とバッテリ11とが電気的に接続され、DC出力端子32からバッテリ11に供給される直流電力によりバッテリ11が充電される。
スレーブに設定される充電器30では、AC出力端子33は使用されない。車両からEVSEへの電力供給は、マスタとなる充電器20により実行される。
Hz端子36は、GND状態に設定されている。Hz端子36に関する詳細は、後述する。
制御部35は、電力変換回路34を制御する。制御部35は、CPUと、メモリと、入出力ポートとを含む(いずれも図示せず)。メモリは、ROMおよびRAMを含み、CPUにより実行されるプログラム等を記憶する。メモリに記憶されるプログラムには、充電器30をマスタ動作させるためのマスタプログラム、および、充電器30をスレーブ動作させるためのスレーブプログラムが含まれる。CPUは、ROMに格納されているプログラムをRAMに展開して実行する。CPUは、入出力ポートから入力される各種信号、およびメモリに記憶された情報に基づいて、所定の演算処理を実行し、演算結果に基づいて電力変換回路34を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で構築して処理することも可能である。
充電ECU40は、CPUと、メモリと、入出力ポートとを含む(いずれも図示せず)。メモリは、ROMおよびRAMを含み、CPUにより実行されるプログラム等を記憶する。CPUは、ROMに格納されているプログラムをRAMに展開して実行する。CPUは、入出力ポートから入力される各種信号、およびメモリに記憶された情報に基づいて、所定の演算処理を実行し、演算結果に基づいて充電器20,30をマスタスレーブ制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で構築して処理することも可能である。
充電ECU40は、通信線Lを介して充電器20,30と電気的に接続されている。具体的には、充電ECU40は、通信線Lを介して充電器20と電気的に接続されている。また、充電ECU40は、通信線Lを介して充電器30と電気的に接続されている。充電ECU40と、充電器20,30との通信は、たとえば、CAN(Controller Area Network)の通信プロトコルに従う通信(CAN通信)により行なわれる。
充電ECU40は、起動毎に並列構成仕様を示す信号を充電器20,30に出力する。並列構成仕様を示す信号とは、2台の充電器が並列に接続されていることを示す信号である。充電器20,30の各々は、充電ECU40から並列構成仕様を示す信号を受けることで、充電システム1の構成を認識することができる。
充電器20,30の各々は、種々の充電システムに採用される可能性がある。充電システムには、本実施の形態に係る充電システム1のように搭載される充電器が2台のものもあれば、搭載される充電器が1台のものもある。搭載される充電器が2台である場合、起動時に、充電ECU40が並列構成仕様を示す信号を出力するようにしたことで、充電器20,30の各々は、起動時に並列構成仕様を示す信号を受信したか否かによって、自身が搭載されている充電システム1の構成を認識することができる。このような構成によって、充電システムの仕様に応じた充電器のソフトウェアを用意しなくてもよいので、搭載される充電システムの仕様にかかわらず、充電器のソフトウェアを共通化することができる。なお、以下においては、並列構成仕様を示す信号を「所定の信号」とも称する。
ここで、所定の信号を受けた充電器20,30の各々には、自身がマスタであるのかスレーブであるのかを判断することが求められる。自身がマスタ動作するか、スレーブ動作するかを判断するためである。また、充電ECU40についても、充電器20,30のいずれがマスタとなる充電器であり、スレーブとなる充電器であるのかを判断することが求められる。
本実施の形態に係る充電システム1では、充電器20,30に設けられたHz端子26,36を利用することで、充電器20,30および充電ECU40に充電器20,30のマスタ/スレーブの設定を識別させる。以下、順に説明する。
Hz端子26は、その接続状態(オープン状態またはGND接続状態)によって、充電器20から通信線Lに出力される信号の電圧レベルを変化させる。Hz端子26がオープン状態であると、充電器20内部のプルアップ電源(図示せず)の電圧(たとえば5V)に基づくHiレベルの信号が通信線Lに出力される。Hz端子26がGND接続状態であると、車両アースの電圧(たとえば0V)に基づくLoレベルの信号が通信線Lに出力される。
同様に、Hz端子36は、その接続状態(オープン状態またはGND接続状態)によって、充電器30から通信線Lに出力される信号の電圧レベルを変化させる。Hz端子36がオープン状態であると、充電器30内部のプルアップ電源(図示せず)の電圧(たとえば5V)に基づくHiレベルの信号が通信線Lに出力される。Hz端子36がGND接続状態であると、車両アースの電圧(たとえば0V)に基づくLoレベルの信号が通信線Lに出力される。
充電システム1では、上述のとおり、Hz端子26はオープン状態に設定され、Hz端子36はGND接続状態に設定されている。すなわち、充電器20と充電器30とは、異なる電圧レベルの信号を通信線Lに出力する。
充電ECU40は、通信線Lを介して受ける充電器20,30からの信号の電圧レベルに基づいて、充電器20,30のマスタ/スレーブの設定を判断(識別)する。本実施の形態では、充電ECU40は、Hiレベルの信号を出力した充電器20をマスタと判断し、Loレベルの信号を出力した充電器30をスレーブと判断する。充電ECU40は、マスタであると識別した充電器20に電力指令を送信する。充電器20は、電力指令に基づいて、スレーブである充電器30への指令(スレーブ指令)を生成して、充電器30へ出力する。充電器20は、電力指令従った電力をDC出力端子22に出力する。充電器30は、スレーブ指令に従った電力をDC出力端子32に出力する。
充電器20は、Hz端子26の接続状態を確認することにより、自身がマスタ充電器であるかスレーブ充電器であるかを判断する。たとえば、充電器20の制御部25が、Hz端子26の電圧に基づいてHz端子26の接続状態を判断してもよい。充電器20の制御部25は、マスタ充電器であることを判断すると、メモリからマスタプログラムを読み出して、読み出されたマスタプログラムを実行する。
充電器30は、Hz端子36の接続状態を確認することにより、自身がマスタ充電器であるかスレーブ充電器であるかを判断する。たとえば、充電器30の制御部35が、Hz端子36の電圧に基づいてHz端子36の接続状態を判断してもよい。充電器30の制御部35は、スレーブ充電器であることを判断すると、メモリからスレーブプログラムを読み出して、読み出されたスレーブプログラムを実行する。
上記のようにして、Hz端子26,36の接続状態に基づいて、充電器20,30および充電ECU40の各々が、充電器20,30のマスタ/スレーブの設定を判断することによって、充電器20,30のマスタ/スレーブの設定を識別するための別途の構成を要することなく、充電器20,30のマスタ/スレーブの設定を適切に識別することができる。そして、充電器20,30のマスタスレーブ制御により、バッテリ11を適切に充電することができる。
<充電器により実行される処理>
図2は、充電器20で実行される処理の手順を説明するための図である。図2のフローチャートに示される処理は、充電器20が起動する毎に制御部25によって実行される。図2に示すフローチャートの各ステップ(以下ステップを「S」と略す)は、制御部25によるソフトウェア処理によって実現される場合について説明するが、その一部あるいは全部が制御部25内に作製されたハードウェア(電子回路)によって実現されてもよい。なお、充電器30においても、充電器30が起動する毎に制御部35によって図2のフローチャートと同様の処理が実行される。
S1において、充電器20の制御部25は、充電ECU40から所定の信号を受信したか否かを判断する。充電ECU40から所定の信号を受信していない場合(S1においてNO)、充電器20の制御部25は、充電器が1台の充電システムに搭載されていると判断して、処理をS5に進める。充電ECU40から所定の信号を受信した場合(S1においてYES)、充電器20の制御部25は、充電器が2台の充電システム1に搭載されていると判断して、処理をS3に進める。
S3において、充電器20の制御部25は、Hz端子26の接続状態がオープン状態であるか否かを判断する。Hz端子26の接続状態がオープン状態である場合(S3においてYES)、充電器20の制御部25は、処理をS5に進める。Hz端子26の接続状態がGND接続状態である場合(S3においてNO)、充電器20の制御部25は、処理をS7に進める。
S5において、充電器20の制御部25は、自身がマスタ充電器であると判断する。たとえば、充電器20の制御部25は、メモリからマスタプログラムを読み出して、読み出されたマスタプログラムを実行する。
S7において、充電器20の制御部25は、自身がスレーブ充電器であると判断する。たとえば、充電器20の制御部25は、メモリからスレーブプログラムを読み出して、読み出されたスレーブプログラムを実行する。
<充電ECUにより実行される処理>
図3は、充電ECU40で実行される処理の手順を説明するための図である。図3のフローチャートに示される処理は、充電ECU40が起動する毎に充電ECU40によって実行される。図3に示すフローチャートの各ステップは、充電ECU40によるソフトウェア処理によって実現される場合について説明するが、その一部あるいは全部が充電ECU40内に作製されたハードウェア(電子回路)によって実現されてもよい。なお、図3では、充電器20のマスタ/スレーブの設定を判断する例が示されているが、充電器30に対しても、図3のフローチャートと同様の処理により充電器30のマスタ/スレーブの設定が判断される。
S11において、充電ECU40は、充電器20からHiレベルの信号を受信したか否かを判断する。充電器20からHiレベルの信号を受信していない場合(S11においてNO)、すなわち、充電器20からLoレベルの信号を受信した場合、充電ECU40は、処理をS13に進める。充電器20からHiレベルの信号を受信した場合(S11においてYES)、充電ECU40は、処理をS15に進める。
S13において、充電ECU40は、充電器20をスレーブ充電器と判断する。そして、充電ECU40は、一連の処理を終了させる。
S15において、充電ECU40は、充電器20をマスタ充電器と判断する。そして、充電ECU40は、一連の処理を終了させる。AC充電の実行中には、所定の制御周期毎に、充電ECU40からマスタ充電器である充電器20に電力指令が送信される。
以上のように、本実施の形態に係る充電システム1では、Hz端子26,36の接続状態に基づいて、充電器20,30および充電ECU40の各々が、充電器20,30のマスタ/スレーブの設定を判断する。具体的には、充電ECU40は、充電器20,30の各々から出力される信号の電圧レベルに基づいて、充電器20,30の各々がマスタ充電器であるかスレーブ充電器であるかを識別する。充電器20,30の各々は、Hz端子26,36の接続状態に基づいて、自身がマスタ充電器であるかスレーブ充電器であるかを識別する。このように、充電器20,30のマスタ/スレーブの設定を識別するための別途の構成を要することなく、充電器20,30のマスタ/スレーブの設定を適切に識別することができる。充電器20,30のマスタ/スレーブの設定を識別するための別途の構成を設ける場合に比べて、充電システム1を簡易な構成にすることができる。
充電器20,30の各々は、自身がマスタ充電器であるかスレーブ充電器であるかを識別すると、その識別結果に応じたプログラム(マスタプログラムまたはスレーブプログラム)を実行する。このような構成であることによって、充電器20,30に実装するプログラムを共通化することができる。
なお、実施の形態においては、2台の充電器を搭載した充電システム1および1台の充電器を搭載した充電システムが存在することを想定したが、N(>3)台の充電器が含まれる充電システムが存在する場合においても同様に本開示を適用することができる。具体的には、充電システムに2台以上の充電器が搭載される場合に、充電ECUが、充電器の各々に並列構成仕様を示す信号を出力すればよい。これによって、充電器および充電ECUの各々が、充電システムに備えられた充電器のマスタ/スレーブの設定を識別することができる。
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。本開示の範囲は、上記した実施の形態の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 充電システム、10 電池パック、11 バッテリ、15 充電リレー装置、16,17 充電リレー、20,30 充電器、21,31 入力端子、22,32 DC出力端子、23,33 DC出力端子、24,34 電力変換回路、25,35 制御部、26,36 Hz端子、40 充電ECU、50 インレット、60 アウトレット、L 通信線。

Claims (1)

  1. 外部の電源からインレットに供給される交流電力を用いた車載バッテリの充電が可能に構成された車両に搭載される充電システムであって、
    前記インレットと前記車載バッテリとの間に互いに並列に接続される第1充電器および第2充電器と、
    前記第1充電器および前記第2充電器の各々と通信線で接続されており、前記第1充電器および前記第2充電器をマスタスレーブ制御する制御装置とを備え、
    前記第1充電器および前記第2充電器の各々は、互いに異なる電圧レベルの信号を前記通信線に出力し、
    前記制御装置は、前記信号の電圧レベルに基づいて、前記第1充電器および前記第2充電器を識別する、充電システム。
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