JP2024067878A

JP2024067878A - 車両用充電設備の異常検知システム

Info

Publication number: JP2024067878A
Application number: JP2022178266A
Authority: JP
Inventors: 規雄村山; Norio Murayama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-11-07
Filing date: 2022-11-07
Publication date: 2024-05-17

Abstract

【課題】車両が充電設備から充電できないなどの異常が発生した場合に適切な対応を取ることが可能な車両用充電設備の異常検知システムを提供する。
【解決手段】外部に設けられた充電設備３と通信可能に構成された車両２とを備え、充電設備３から車両２を充電する際の異常を検出する車両２用充電設備３の異常検知システム１であって、車両２は、充電設備３に異常が発生したことを検出する異常検出部１６と、検出した異常の原因に関する情報を取得する異常情報取得部と、取得した異常に関する情報を充電設備３に通知する通知部１８と、を有し、充電設備３は、取得した異常に関する情報に基づき、充電設備３の異常に対する修理が必要であることを判定する判定部２１を有する。
【選択図】図３

Description

この発明は、車両の外部に設けられた充電設備から車両に電力を供給する際の異常を検出する異常検知システムに関するものである。

特許文献１には、充電器と車両とが充電ケーブルに接続された場合に、車両が充電器の異常の有無を診断するように構成された充電システムが開示されている。特許文献１の装置では、充電器に異常がある場合には、車両が異常情報を通信装置により外部機器に送信して記録するように構成されている。また、特許文献１の装置では、供給電力が要求通りに供給されないことやインレット端子の温度に異常があることなどを診断することが可能に構成されている。

特開２０１９－１２９６７１号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、車両が充電設備によって充電することができなかった場合に、その原因が充電設備にあるのか、あるいは車両にあるのか正確に判別することができない可能性がある。また、充電設備から車両に電力を供給することができない要因には、充電の規格に沿った通信が成立しないことによる場合もある。そのような場合には、実際には充電設備の異常ではないにも関わらず異常と判定されてしまう可能性もある。したがって、車両が充電設備から充電できない場合に、充電設備に修理が必要な異常であるかなどを判別することができない可能性があった。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、車両が充電設備から充電できないなどの異常が発生した場合に適切な対応を取ることが可能な車両用充電設備の異常検知システムを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、この発明は、外部に設けられた充電設備と通信可能に構成された車両とを備え、前記充電設備から前記車両を充電する際の異常を検出する車両用充電設備の異常検知システムであって、前記車両は、前記充電設備に前記異常が発生したことを検出する異常検出部と、検出した前記異常の原因に関する情報を取得する異常情報取得部と、取得した前記異常に関する情報を前記充電設備に通知する通知部と、を有し、前記充電設備は、取得した前記異常に関する情報に基づき、前記充電設備の前記異常に対する修理が必要であることを判定する判定部を有することを特徴とするものである。

この発明の車両の充電設備の異常検知システムは、車両が充電設備から充電する際に、異常によって充電できないことを検出した場合には、その異常の原因に関する情報を取得する。充電設備は、取得した情報を受信し、その情報に基づいて修理が必要であることを判断するように構成されている。そのため、異常が発生した場合に、その原因が充電設備にある場合には、直ちに修理やメンテナンスが必要であることを判断することができる。また、充電を実行できない原因が、車両と充電設備との間での充電に関する規格が異なるなどの、故障等が原因でない場合には、修理が不要であると判断することができる。したがって、充電設備における修理の要否を好適に判断することができる。

この発明の実施形態における車両用充電設備の異常検知システムの一例を説明するための図である。充電器と車両とを電気的に接続した状態を模式的に示す図である。この発明の実施形態における車両用充電設備の異常検知システムによって異常を検知する動作を説明するための図である。

以下、この発明を図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施形態はこの発明を具体化した場合の一例に過ぎないのであって、この発明を限定するものではない。

先ず、この発明の実施形態における車両の充電設備の異常検知システム（以下、単に異常検知システムと称することがある）１の構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は、この発明の実施形態における異常検知システムの全体構成を示す図であり、図２は、充電器と車両とを電気的に接続した状態を模式的に示す図である。図１に示すように、異常検知システム１は、車両２と、充電設備３とを備えている。また、充電設備３は、充電器４およびデータサーバ５を備えている。

車両２と充電器４とは、無線通信によって通信可能に構成されている。同様に、車両２とデータサーバ５との間、および、充電器４とデータサーバ５との間でも無線通信によって通信可能に構成されている。なお、通信は、例えば、５Ｇ、あるいは４Ｇ（ＬＴＥ）などのセルラー通信（移動体通信）を利用して通信を行う。なお、無線通信回路は、ＤＳＲＣ等の狭帯域通信を利用して通信を行ってもよい。あるいは、無線通信回路は、Ｗｉ－Ｆｉ等の無線通信を利用して通信を行ってもよく、又はＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）等の近距離通信を利用して通信を行ってもよい。車両２および充電器４は、これらのうち少なくとも一つの無線通信によって通信を行うように構成されている。

図１に示すように、車両２と充電器４とは電気的に接続可能であり、充電器４から車両２に充電可能に構成されている。この実施形態では、充電器４に設けられている充電ケーブルのコネクタを車両２の専用の端子に挿入することによって電力を供給する有線給電によって充電器４から車両２に電力を供給可能に構成されている。なお、充電器４から車両２への給電は、有線給電に限らず、車両２を所定の位置に停車させることにより地面に敷設された送電コイルから車両２の受電コイルに電力を供給するワイヤレス給電であってもよい。

車両２は、そのように充電器４から供給された電力を用いて走行することが可能に構成されており、図１および図２に示すように、車両２は、主に、モータ６と、バッテリ７と、インバータ８と、インレット端子９と、充電制御ＥＣＵ１０とを備えている。なお、この車両２は、例えば、電気自動車（ＢＥＶ）や、さらに駆動力源として内燃機関（エンジン）を有するプラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）などの車両である。

モータ６は、従来の電気自動車やハイブリッド車両の駆動力源として設けられたモータ６と同様に、ロータに永久磁石が取り付けられた三相交流型の同期モータであり、コイルに通電する電流に応じたトルクを発生させるように構成されている。図２に示すように、このモータ６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相のコイルを備えた同期モータによって構成されている。なお、モータ６は、同期モータに限らず、複数相のコイルを備えた誘導モータなどであってもよい。

モータ６は、車両２に設けられたバッテリ７から電力が供給されることにより、駆動トルクを出力するように構成されている。また、モータ６の回転数を低下させるようにモータ６から回生トルクを出力した場合、すなわち、モータ６が連れ回された場合には、モータ６で誘起電圧が生じ、その結果、バッテリ７を充電することができるように構成されている。つまり、モータ６は、モータ・ジェネレータとして機能するように構成されている。

バッテリ７は、車両２の外部に設けられた充電器４からインレット端子９を介して供給された電力を蓄電する。バッテリ７は、再充電可能な直流電源であり、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池が用いられる。バッテリ７は、インバータ８との間で電力を授受する。すなわち、バッテリ７は、インバータ８を介してモータ６に電力を供給したり、インバータ８を介してモータ６もしくは充電器４から供給された電力を蓄電したりする。

インバータ８は、それぞれモータ６に電気的に連結された六つのスイッチング素子を有する三相インバータ回路であり、直流電力を交流電力に、もしくは、交流電力を直流電力に変換することができる。つまり、バッテリ７から供給される直流電力を三相交流電力に変換してモータ６に供給したり、充電器４から供給された交流電力を直流電力に変換してバッテリ７に供給したりする。

充電制御ＥＣＵ１０（以下、単にＥＣＵ１０と称する）は、主な構成として、いずれも図示しない、プロセッサ、メモリ、通信部などを有する。ＥＣＵ１０は、バッテリ７に電力を蓄電する際にインバータ８のスイッチング素子の動作などを制御する。また、ＥＣＵ１０は、バッテリ７とインバータ８との間の回路上で電気的に連結されている、Ｙコンデンサ１１、平滑コンデンサ１２およびレジスタ１３などを制御する。また、充電制御ＥＣＵ１０は、インレット端子９とインバータ８との回路上に設けられた電流センサ１４および電圧センサ１５で検出された値を取得する。

Ｙコンデンサ１１は、二つのコンデンサを有し、その二つのコンデンサ同士の中点が例えば接地された筐体に接続された構成となっている。Ｙコンデンサ１１は、ノイズフィルタの一つであり、主にコモンモードノイズを除去する。平滑コンデンサ１２は、例えば、交流電流を整流して直流電流に変換する際に、脈流を平均化して供給する電圧の変動を抑制する。レジスタ１３は、電気エネルギを熱エネルギに変換して、回路における電流や電圧を調節する。電流センサ１４は、充電線を流れる電流を検出してＥＣＵ１０にその検出結果を出力する。電圧センサ１５は、二つの充電線間の電圧を検出してＥＣＵ１０にその検出結果を出力する。電流センサ１４および電圧センサ１５は、充電器４から供給される電力に応じた電流もしくは電圧を検出するように構成されている。

また、ＥＣＵ１０は、充電器４との通信に失敗したことや、充電器４から車両２への給電中にその給電が停止したことなどを検出するように構成されている。具体的には、図３に示すように、ＥＣＵ１０は、異常検出部１６、異常情報取得部１７、および通知部１８を備えている。

異常検出部１６は、車両２と充電器４との間で、充電が正常に行われなかったことを検出する。例えば、車両２と充電器４との間で通信が確立しなかったことや、充電中に充電器４から設定された電力量が供給される前に充電が終了したことなどを検出する。

異常情報取得部１７は、充電が正常に完了しなかった場合に、その要因に関する情報を取得する。例えば、充電器４との通信に失敗する場合としては、ＥＣＵ１０から充電器４に送信される要求（リクエスト）に対して充電器４から応答（レスポンス）がない場合、リクエストに対して充電器４から充電を拒否された場合、車両２の通信プロトコルに充電器４が対応していない場合、などが要因として挙げられる。また、充電中に終了指示によらず電力の供給が停止される例としては、充電器４の電力網に問題がある場合、充電器４から供給される電力がバッテリ７に供給可能な電力を超えている場合、充電器４から供給される目標電力と実際に供給されている電力とに乖離がある場合、充電中にインバータ８を構成する素子などの部品の限界温度近くまで温度が上昇した場合、などが要因として挙げられる。異常情報取得部１７は、これらの要因を特定するために必要な情報を、電流センサ１４や電圧センサ１５などの各種センサから情報を取得したり、充電器４から異常に関する情報を取得したりして収集する。

通知部１８は、上述した異常情報取得部１７で取得した、異常が発生した要因に関する情報をデータサーバ５に送信する。通知部１８は、上述したように、車両２のリクエストにレスポンスがない場合には、充電器４の異常に限らず、車両２の期待する通信プロトコルに充電器４が対応していないなどの場合もある。そのような場合に備えて、通知部１８は、ＥＣＵ１０は、通信を試行した際の通信プロトコルや、車両２の車種、メーカなども送信する。また、充電が何らかの異常により中断した場合には、充電器４に原因がある可能性があるので、電流センサ１４や電圧センサ１５などから供給電力の異常を確認し、異常があれば、その際の目標電力や供給された電力などを含めて充電器４に異常があることを通知する。また、検出した電力等に直接的に異常がなくても、発生した異常に関係があるパラメータであると判断された場合には、通知部１８からデータサーバ５に通知される。このように、通知部１８は、データサーバ５に異常の要因に関する情報を送る際に、詳細な情報を送るように構成されている。

充電器４は、上述したように、車両２と電気的に接続されるとともに、通信可能に構成されている。図１に示す充電器４は、公共の充電器４（充電スタンド、充電ステーション）である。そのため、充電器４による充電は、車両２を含む複数の車両２に対して実施される場合もある。なお、充電器４と車両２との通信は、充電コネクタ１９がインレット端子９に挿入されたことを検出したことにより通信可能な状態となるように構成されていても良い。充電器４は、異常情報送信部２０および判定部２１を備えている。

異常情報送信部２０は、充電器４から車両２への給電に失敗した場合に、その情報を車両２に送信する。例えば、車両２から供給を要求された電力量に対して実際に供給している電力量が多いもしくは少ないことや、充電器４の温度が過剰に高くなっていることにより給電が行えないことなどを車両２に送信するように構成されている。

判定部２１は、データサーバ５から取得した情報に基づいて、充電器４の修理やメンテナンスの必要があることを判断するように構成されている。判定部２１には、充電器４に異常が生じた場合に、車両２から情報を取得したデータサーバ５より、異常の原因を推定した結果が送信される。判定部２１は、その情報に基づいて充電器４に修理やメンテナンスなどが必要であることを判定する。

データサーバ５（以下、単にサーバ５と称する）は、いずれも図示しない、プロセッサ、記憶部、通信部などを含む。また、データサーバ５は、充電器４を管理するためのサーバ５であって、充電器４を含む多数の充電器において発生した異常に関する情報を含むデータが格納された充電器４用の情報データベースなどを含む。サーバ５は、異常情報記憶部２２および異常原因推定部２３を有する。なお、サーバ５の一部が、電子回路等のハードウェアにより演算処理を実行するように構成されていてもよい。

異常情報記憶部２２は、充電器４から車両２への給電が失敗した場合に、その原因に関する情報を車両２から取得して蓄積するように構成されている。具体的には、車両２と充電器４との間で通信が確立しなかった場合や通信が途絶した場合には、通信を行ったときの手順やその手順中のどこで通信失敗したか、あるいは、車両２に関する情報などのデータを取得する。また、充電器４から車両２への給電ができない場合や給電中に意図せず給電が停止した場合には、充電時における車両２や充電器４における電圧や電流、温度などのデータを取得する。

異常原因推定部２３は、異常情報記憶部２２で取得したデータに基づいて、異常の原因を特定もしくは推定する。例えば、車両２と充電器４との通信規格に問題がなく、例えば互いにＩＳＯ１５１１８等に基づいて、車両２から正しくリクエストが送信されているにも関わらず、充電器４からレスポンスがない場合には、充電器４の通信設備に異常があることが特定される。また、インレット端子９と充電コネクタ１９とのいずれかが破損した場合には、異常が発生した箇所を明確に切り分けることができない場合がある。そのような場合には、蓄積されたデータを参照して統計処理を行い、同様の異常が繰り返し報告された場合に、異常の原因が充電コネクタ１９にあることなどを推測する。さらに、通信時や充電時の異常を繰り返し取得するものの、異常が発生する車種やメーカに特定のパターンがある場合もある。その場合には、通信規格に問題はないものの、車両２の通信プロトコルに充電器４が対応できていないことなどが推定される。このように、異常原因推定部２３では、車両２と充電器４とのどちらに原因があるか、あるいは、どちらにも異常がなく、車両２と充電器４との間の通信や充電に関する規格が対応していないことが原因であるかなどを判別する。

次に、このように構成された異常検知システム１において、充電器４から車両２に電力を供給する際に、何らかの要因により電力の供給ができなかった場合の動作を、図３に基づいて説明する。まず、充電器４の充電コネクタ１９が車両２のインレット端子９に挿入されることにより、車両２から充電器４に対して要求（リクエスト）が送信される。充電器４は、そのリクエストに対して応答（レスポンス）を返すことにより通信が確立される。通信内容には、充電器４の対応プロトコルを確認する信号やＥＣＵ１０からの充電開始要求などが含まれており、それらのすべてに対して充電器４から正しい応答があった場合に通信が確立される。その際に、通信が確立しなかった場合には、車両２のユーザに通知するとともに、上述したように異常情報取得部１７がその要因に関する情報を車両２内や異常情報送信部２０より取得する。

例えば、車両２のリクエストもしくは充電器４のレスポンスに含まれるメッセージに異常があることや、充電器４から所定時間以内にレスポンスがないこと、あるいは、充電を拒否されたことなどの異常が発生したことを検出する。異常情報取得部１７は、検出された通信時の異常について各種センサなどからデータを取得して車両２に関する情報と併せて異常の詳細をサーバ５に送信する。

車両２と充電器４との通信が確立した後は、充電に必要な準備を行う。例えば、ＥＣＵ１０からは、バッテリ７のＳＯＣや最大電圧などの情報、および、充電電流を含む電力指令値等を示す信号が充電器４に送信される。一方、充電器４からは、バッテリ７の適合性の判定結果や充電時間の予測値、急速充電の可否などを示す信号がＥＣＵ１０に送信される。ＥＣＵ１０および充電器４は、その結果に基づいて、充電する電力量や単位時間当たりに供給する目標電力量などを設定する。また、充電器４側での絶縁診断完了がＥＣＵ１０に通知されると、ＥＣＵ１０は、図示しないコンタクタを閉成させる。このような準備を行った後、充電が開始される。

一方で、上述したように、異常等により充電器４から車両２への給電に失敗する場合があるので、その場合にも同様にデータを取得してサーバ５に送信する。例えば、上述した目標電力に基づいて充電が開始されると、電流センサ１４および電圧センサ１５によって実際に供給されている電力が算出される。その実際に供給されている電力が、バッテリ７に供給可能な電力を超えている場合や、目標電力との間に乖離がある場合などには、異常検出部１６によって異常があると判定される。そのように判定された場合には、車両２および充電器４によって直ちに充電を停止するとともにユーザに充電を停止したことを通知する。そして、異常情報取得部１７は、異常の詳細を充電器４および車両２から取得して、サーバ５の異常情報記憶部２２に送信する。また、その際には、電力や電圧などの具体的な数値や異常の発生箇所だけでなく車両２の車種やメーカなどの車両情報も異常情報記憶部２２に送信する。

サーバ５は、車両２から受信した異常に関するデータや車両２情報に基づいて、異常の原因を特定あるいは推測する。上述したように、車両２と充電器４との間で通信に失敗した場合に、車両２と充電器４のどちらにも異常がない場合には、車両２情報も参照し、特定の車種やメーカ、製造時期等から充電設備３が車両２の通信プロトコルに対応していないことなどを推定する。また、充電ができない場合に、その原因がインレット端子９と充電コネクタ１９との接続異常である場合には、どちらに異常が生じているか判別できない場合があるので、異常情報記憶部２２に記憶されている過去のデータなどに基づいてどちらの異常かを推定する。異常原因推定部２３は、そのようにして推定した異常の原因を充電設備３の判定部２１に送信する。そして、判定部２１では、推定もしくは特定された異常の情報に基づき、充電器４に修理やメンテナンスが必要であることを判定する。

この発明の実施形態における異常検知システム１によれば、車両２と充電器４との間で充電を実行することができない場合には、車両２がその原因に関する情報を取得してサーバ５に送信する。その際に、車両２では異常の状態を場合分けして送信したり、車両情報を含めて送信したりする。そして、受信して情報に基づいてサーバ５が異常の原因を特定もしくは推定して充電器４に送信し、充電器４が修理やメンテナンスが必要であることを判定する。そのため、充電を実行できないような異常が生じた場合に、早期にその原因を特定もしくは推定することができるので、充電器４に修理やメンテナンスが必要か否かを早期に判定することができる。また、充電器４に偶発的な故障や経年劣化が生じた場合に、充電設備の自己診断や定期メンテナンスまで異常に気づけないなどの事態を抑制することができる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。例えば、上記の実施形態では、充電時に発生した異常に関する情報を車両２がサーバ５に送るように構成されているが、充電器４に直接送ることとしてもよい。その場合には、充電器４が異常に関する情報を記憶や蓄積して異常の原因を推定できるようにしておくことにより、充電器４が修理やメンテナンスの要否を判定することができる。

１異常検知システム
２車両
３充電設備
１６異常検出部
１７異常情報取得部
１８通知部
２１判定部

Claims

外部に設けられた充電設備と通信可能に構成された車両とを備え、前記充電設備から前記車両を充電する際の異常を検出する車両用充電設備の異常検知システムであって、
前記車両は、
前記充電設備に前記異常が発生したことを検出する異常検出部と、
検出した前記異常の原因に関する情報を取得する異常情報取得部と、
取得した前記異常に関する情報を前記充電設備に通知する通知部と、を有し、
前記充電設備は、取得した前記異常に関する情報に基づき、前記充電設備の前記異常に対する修理が必要であることを判定する判定部を有する
ことを特徴とする車両用充電設備の異常検知システム。