JP3632776B2 - 電動車両用充電装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、充電可能なバッテリの電力でモータを駆動して走行する電動車両の充電装置に係り、特にメインスイッチのオン・オフ状態にかかわらず充電動作を優先させることで、メインスイッチが誤操作されても充電が停止されないようし、予定通りの充電ができるようにした電動車両用充電装置に関する。また、走行用のメインバッテリの充電時に、制御部や補機等への電源供給用のサブバッテリも同時に充電可能にした電動車両用充電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電動車両に充電機能を内蔵させて充電操作を容易にすることが、実開平1−157532号公報で提案されている。
図4は上記公報に記載された電車両用充電装置の要部ブロック構成図である。
図4に示す従来の電動車両用充電装置101は、メインスイッチ(切替スイッチ)102をオン側に切替えることで、バッテリ103の電力を駆動制御回路104を介してモータ105へ供給して走行を可能にしている。また、メインスイッチ102をオフ側に切替えた状態で、充電スイッチ106をオンすることで充電回路107からバッテリ103へ充電用の電力を供給してバッテリ103を充電する構成である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動車両用充電装置101では、充電コード108を図示しない商用電源コンセントへ接続して充電を行なっている状態で、メインスイッチ102をオン側に切替えると、充電が停止されるとともに、電動車両が運転可能な状態となってしまう。
【0004】
そこで、充電状態でメインスイッチをオン側に切替えても走行可能な状態にならないようにすることが望ましいと考え、本発明者は図5に示す電動車両用充電装置を案出した。
図5は、充電状態でメインスイッチがオンされた場合は、走行ならびに充電をともに停止させるようにしたものである。
この電動車両用充電装置201は、メインスイッチ202が図示したオフ状態にあるときに、充電器203から出力される直流の充電電圧VJを逆流防止用のダイオード204ならびにメインスイッチ202の端子b−c間を介してメインバッテリ205へ供給して、メインバッテリ205を充電するよう構成している。
【0005】
充電器203は、商用電源を入力とし、変圧・整流等を行なって充電電圧VJを出力するよう構成している。充電器203を搭載した電動車両では、商用電源コード203aを引き出して、ACプラグ203bを図示しない商用電源コンセントへ接続することで、メインバッテリ205の充電を行なうことができる。
充電器203を搭載しない電動車両では、外付けの充電器(図示しない)からの充電電圧VJを充電用のコネクタ(図示しない)等を介して供給することで充電を行なう。
【0006】
メインスイッチ202をオンすると、その端子b−c間が非導通状態となって、メインバッテリ205への充電は停止される。また、メインスイッチ202をオンすると、ベース抵抗206へ介してリレー駆動用のNPN型トランジスタ207のベースへメインバッテリ205からベース電流が供給され、このNPN型トランジスタ207が導通状態となる。これにより、リレーの励磁巻線208aに励磁電流が流れ、独立した2組の接点208b,208cが共に閉状態となる。リレーの接点208bが閉状態となることで、メインバッテリ205からダウンコンバータ209ならびにインバータ210への給電がまされる。
【0007】
ダウンコンバータ209は入出力絶縁型の直流−直流変換器(DC−DCコンバータ)で構成しており、高圧(例えば数十ボルト〜数百ボルト)のメインバッテリ電源電圧を入力とし、低圧(例えば12ボルト)の直流電圧を出力する。
そして、メインスイッチ202がオン状態のときは、ダウンコンバータ209から出力される低圧の直流電圧でサブバッテリ211を充電するようにしている。また、リレーの接点208cを介して制御部212ならびに補機負荷213へ給電するようにしている。
【0008】
制御部212は、図示しないアクセル操作部やブレーキ操作部等からの運転要求212aに基づいて、インバータ210をPWM運転するための運転指令212bを生成・出力する。この運転指令212bは、フォトカプラ等を利用して電源分離を行なったインタフェース(I/F)回路214を介してインバータ210へ伝達され、インバータ210内の3相ブリッジ接続された各電力用スイッチング素子のスイッチングが制御されて、3相モータ215のPWM運転がなされる。そして、3相モータ215の動力によって、電動車両の走行がなされる。
【0009】
充電電圧VJは、逆流防止用のダイオード215ならびにベース抵抗216を介してリレー駆動禁止用のNPN型トランジスタ217のベースへ供給する構成としている。このため、充電器203からの充電電圧VJが供給されている充電状態では、リレー駆動禁止用のNPN型トランジスタ217が導通状態となり、リレー駆動用のNPN型トランジスタ207を非導通状態に保持し、リレーの動作を禁止することで、電動車両が運転可能な状態にならないようにしている。
【0010】
このように電動車両用充電装置201では、メインスイッチ202がオフの状態ではメインバッテリ205の充電を禁止している。また、充電電圧VJが供給されている充電状態でメインスイッチ202がオンされても、インバータ210への給電、ならびに、制御部212や各種照明,車載オーディオ機器等の補機負荷213への給電を禁止することで、電動車両が運転できないようにしている。
【0011】
しかしながら、メインスイッチ202をオンした状態で充電電圧VJを供給したり、充電状態でオフ位置にあるメインスイッチ202をオン位置に操作するという誤操作をおこなっても、各種照明や車載オーディオ機器等の補機負荷213は何ら動作せず、また、電動車両の運転を禁止された状態にあるため、充電を希望する状態でありながら、メインスイッチ202がオンされているため充電ができない状態になっていることに、運転者等が気が付かないことがある。このため、所望する充電がなされないことがある。
【0012】
また、電動車両用充電装置201は、走行用のメインバッテリ205に対してのみ充電を行なう構成である。このため、何らかの原因でサブバッテリ211が放電してしまった場合、始動・走行が困難となることがある。このような場合、運転者等はバッテリ容量低下と考え充電操作を行なうが、充電されるのはメインバッテリ205のみであり、メインバッテリ205の充電と同時にサブバッテリ211の充電を行なうことはできない。したがって、メインバッテリ205を充電した後に、メインスイッチ202をオンし、ダウンコンバータ209を介してサブバッテリ211を充電するか、サブバッテリ211を取り外して単独充電を行なわなければならなかった。
【0013】
この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、第1の目的は、メインスイッチが誤操作されても充電を優先して行なえる電動車両用充電装置を提供することにある。
第2の目的は、メインバッテリの充電と同時にサブバッテリも充電することのできる電動車両用充電装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため請求項1に係る電動車両用充電装置は、走行用のメインバッテリから供給される高圧電源を降圧して低圧電源を出力するダウンコンバータを備え、このダウンコンバータからの低圧電源を制御・補機系統へ供給するとともに、低圧電源で制御・補機系統用のサブバッテリを充電するようにした電動車両用充電装置において、充電器からは充電用電圧と制御用電圧の2系統の電圧が供給され、制御用電圧は、充電中においてスイッチ等の切断手段を介さずに直接制御系に対して供給され、充電器から充電用電圧が供給されている間は、メインスイッチがオン状態であっても電動車両が運転状態になるのを禁止するとともに、バッテリへの充電および補機負荷への給電を継続させ、かつメインスイッチがオンの状態で充電を終了させたときは、メインスイッチの再投入で運転可能とする充電優先制御手段を備え、充電優先制御手段は、充電器から充電用電圧が供給されている間は、メインスイッチがオン状態であっても電動車両が運転状態になるのを禁止するとともに、メインバッテリへの充電を継続させ、さらに、充電用電圧をダウンコンバータへ供給し、ダウンコンバータの低圧電源出力でサブバッテリを充電させることを特徴とする。
【0015】
【作用】
請求項1に係る電動車両用充電装置の充電優先制御手段は、メインスイッチがオン状態であっても充電器から充電用電圧が供給されている間は電動車両が運転状態になるのを禁止するとともに、バッテリへの充電および補機負荷への給電を継続させる。
よって、充電器から充電用電圧を供給している充電状態では、メインスイッチがオン状態に誤操作されても、充電が停止されることはなく、予定通りの充電および補機負荷への給電がなされる。また、メインスイッチがオンの状態で充電を終了させたときには、メインスイッチの再投入で運転可能となる。
【0016】
また、電動車両用充電装置の充電優先制御手段は、充電器から供給される充電用電圧でメインバッテリを充電するとともに、この充電用電圧をダウンコンバータへ供給する構成としたので、ダウンコンバータから出力される低圧電源でサブバッテリを充電することができる。
ダウンコンバータを利用して低圧電源をサブバッテリへ供給する構成としたので、サブバッテリ充電用の比較的電源容量が大きい低圧用電源を充電器内に新たに設ける必要がない。よって、充電器を大型にすることなく、サブバッテリの充電が可能である。
【0017】
【実施例】
以下この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図1はこの発明に係る電動車両用充電装置の第1実施例を示す回路構成図である。
この発明に係る電動車両用充電装置1は、充電器2と、走行用のメインバッテリ3と、制御・補機系統用のサブバッテリ4と、充電優先制御手段5と、ダウンコンバータ6とからなる。
【0018】
充電器2は、商用電源を入力とし、変圧・整流を行なって充電電圧VJを出力するとともに、充電電流の監視・制御を行なってメインバッテリ3を所定の条件まで充電するよう構成している。この実施例おいて、充電器2を電動車両(図示しない)内に搭載する構成としており、商用電源コード2aを引き出して、ACプラグ2bを図示しない商用電源コンセントへ接続するだけで、充電スイッチ等の操作をすることなく、充電がなされるようにしている。
【0019】
充電優先制御手段5は、ダウンコンバータ6ならびにインバータ7に対してメインバッテリ3からのメイン電源の供給を制御するメイン給電スイッチ手段21と、制御部8ならびに補機負荷9に対する電源供給を制御するサブ給電スイッチ手段22と、これらの各給電スイッチ手段21,22のスイッチ動作を制御する回路を有する。この実施例では、リレーを用いて各給電スイッチ手段21,22を構成しているが、これらの給電スイッチ手段は、電力用半導体スイッチング素子を用いて構成してもよい。
【0020】
ダウンコンバータ6は、入出力絶縁型の直流−直流変換器(DC−DCコンバータ)で構成しており、メインバッテリ3または充電器2から供給される高圧電源(例えば数十ボルト〜数百ボルト)を入力とし、低圧(例えば12ボルト)の直流電圧を出力するよう構成している。なお、この実施例ではメインバッテリ3を車体アース等に接続しないフローティング(浮動)状態とし、サブバッテリ4の例えば負極側を車体アースの接続する構成としているため、入出力絶縁型の直流−直流変換器を用いているが、メインバッテリ3の負極側とサブバッテリの負極側を共通接続した電源構成とする場合は、直流−直流変換器の入出力電源間を分離絶縁する必要はない。
【0021】
メイン給電スイッチ手段21は、メインスイッチ10がオン状態にあるとき、ならびに、充電電圧VJが供給されている状態のいずれも導通状態となるようにしている。メインスイッチ10がオン状態に操作されると、メインバッテリ3からダイオード23ならびにベース抵抗24を介してNPN型トランジスタ25へベース電流を供給し、このトランジスタ25を導通状態にし、リレーの励磁巻線21aに励磁電流を供給し、リレーの接点21bを閉状態にする。充電電圧VJが供給されている場合は、ダイオード26ならびにベース抵抗24を介してNPN型トランジスタ25を導通状態にしている。
【0022】
したがって、メインスイッチ10がオンの状態、ならびに、充電状態のいずれもメイン給電スイッチ手段21は導通状態となり、ダウンコンバータ6への給電がなされ、ダウンコンバータ6の低圧出力によってサブバッテリ4の充電が可能な構成としている。なお、充電状態においては、逆流防止用のダイオード27を介してメインバッテリ3へ充電電流が供給されるとともに、このダイオード27を介してダウンコンバータ6への給電がなされる。このダイオード27は、メインバッテリ3側から充電器2側へ電流が供給されるのを阻止するためのものである。
【0023】
サブ給電スイッチ手段22は、非充電状態でメインスイッチ10がオンされたときに導通状態となるようにしている。メインスイッチ10がオンされると、メインバッテリ3から抵抗28,抵抗29を介してNPN型トランジスタ30にベース電流を供給し、このトランジスタ30を導通状態にし、リレーの励磁巻線22aに励磁電流を供給し、リレーの接点22bを閉状態にする。充電電圧VJが供給されている場合は、この充電電圧VJを2個の分圧抵抗31,32で分圧した電圧をサイリスタ33のゲートへ供給し、サイリスタ33を導通状態へ制御し、抵抗29を介してNPN型トランジスタ30へ供給されるベース電流をサイリスタ33で側路させることで、NPN型トランジスタ30を非導通状態にし、リレーの接点22bをオフ状態にしている。
【0024】
したがって、非充電状態でメインスイッチ10がオンされた状態でのみ、サブ給電スイッチ手段22が導通状態となり、制御部8ならびに補機負荷9に対する給電がなされ、電動車両が運転可能な状態となる。
【0025】
制御部8は、マイクロコンピュータシステム等を利用して構成しており、図示しないアクセル操作部やブレーキ操作部等からの運転要求8aに基づいて、インバータ110をPWM運転するための運転指令8bを生成・出力する。この運転指令8bは、フォトカプラ等を利用して電源分離を行なったインタフェース(I/F)回路11を介してインバータ7へ伝達され、インバータ7内の3相ブリッジ接続された各電力用スイッチング素子のスイッチングが制御されて、3相モータ12のPWM運転がなされる。そして、3相モータ12の動力によって、電動車両の走行がなされる。
【0026】
なお、メインバッテリ3とサブバッテリ4の電源系統を分離しない構成をとる場合は、電源分離型のインタフェース回路11を用いずに、単なるゲート電力供給用の駆動回路を設ける構成でよい。
補機負荷9には、各種照明灯や車載のオーディオ機器等の各種の負荷が含まれる。
【0027】
以上の構成であるから、充電器2から充電電圧VJが供給されると、メインスイッチ10のオン・オフ状態に無関係に、逆流防止用のダイオード27を介してメインバッテリ3の充電がなされる。
【0028】
充電中にオフ状態にあるメインスイッチ10をオン状態へ切り替えても、サイリスタ33が導通状態となることで、サブ給電スイッチ手段22を非導通状態に保持するので、サブ電源が制御部8へ供給されることはない。よって、充電中にメインスイッチ10をオン状態に操作しても、電動車両を運転できる状態にはならない。メインスイッチ10をオンした状態で充電を開始した場合も、サブ給電スイッチ手段22が非導通状態となるので、電動車両の運転ができない状態になる。
【0029】
また、メインスイッチ10がオン状態となった状態で、充電を終了させても、サイリスタ33は導通状態を保持しているので、運転できない状態が継続される。電動車両を運転できる状態にするには、メインスイッチ10を一度オフ状態に、サイリスタ33の電流を遮断してこのサイリスタ33を非導通状態にした後に、メインスイッチ10をオンにする。このように、メインスイッチ10をオンにしたまま充電を行なった場合は、充電が終了しても制御部8ならびに補機負荷9への給電を停止した状態を継続するようにしたので、充電終了後に不必要な電力消費を生ずることがない。
【0030】
さらに、充電電圧VJが供給されている間は、メインスイッチ10のオン・オフにかかわらず、メイン給電スイッチ手段21を導通状態に制御し、ダウンコンバータ6を動作させる構成としているので、このダウンコンバータ6の低圧電源出力でサブバッテリ4を充電することができる。
【0031】
図2はインバータならびに電源分離型のインタフェース回路の一具体例を示す回路構成図である。
インバータ7は、3相ブリッジ接続された6個の電力用電界効果トランジスタQ1〜Q6と、電源平滑用のコンデンサCとからなる。
電源分離型のインタフェース回路11は、各電力用電界効果トランジスタQ1〜Q6毎に対応して設けられた6組のゲート電力供給回路11a〜11fを備える。制御部8から出力される運転要求8aは、フォトカプラPCを介して伝達され、ゲート電力供給用のPNP型トランジスタQDを介して高圧用の電源が供給され、抵抗分圧回路を介してゲートへスイッチング駆動用の電力が供給される。
【0032】
図3はこの発明に係る電動車両用充電装置の第1実施例を示す回路構成図である。
図3に示した電動車両用充電装置31の充電優先制御手段50は、制御部80を中心とした主制御手段51と、ダウンコンバータ6への給電を制御するダウンコンバータ給電スイッチ手段52と、充電電圧VJを供給するダイオード27とを備える。
【0033】
充電器32は、独立した2系統の電源を供給する構成としている。1つはメインバッテリ充電用の電圧VJであり、他の1つは制御部80を動作させるための制御用電源VCである。
【0034】
充電器32から制御用電源VCが供給されると、ダイオード53を介して制御部80へ電源が供給され制御部80が動作状態になるとともに、この制御用電源VCの供給によって充電状態検出用のNPN型トランジスタ54がオンされ、制御部80の状態入力端子80bをLレベルにする。なお、符号55はベース抵抗、符号56はベース−エミッタ間抵抗である。
【0035】
制御部80は、状態入力端子80bがLレベルであると充電状態にあると判定し、運転指令8bの生成・出力動作を停止するよう構成している。ここで、制御部80は、一度充電状態にあると判定した後は、制御部80への電源供給が継続している限り、運転指令8bの生成・出力動作を停止させるようにしている。
【0036】
したがって、充電状態においてメインスイッチ10がオンされており、ダイオード57を介して制御部80へサブバッテリ4ならびにダウンコンバータ6から電源供給を受けている場合に、充電が停止されたり商用電源側の停電等で一時的に制御用電源VCならびに充電電圧VJの供給が断となっても、電動車両を運転できる状態にはならない。そして、充電電圧VJが再度供給されれば、充電を継続させることができる。
【0037】
なお、メインスイッチ10をオンした状態で充電を終了した際には、メインスイッチ10をオフにし、制御部80への給電を一度オフにした後、再度メインスイッチ10をオンすることで、電動車両を運転可能な状態にすることができる。
【0038】
制御部80は、その電源端子80aに電源が供給され動作状態になると、Hレベルのダウンコンバータ動作要求信号80bを出力するよう構成している。このダウンコンバータ動作要求信号80bは、フォトカプラ61を介してメイン電源側へ供給され、PNP型トランジスタ62を導通状態に制御することで、メインバッテリ3からのメイン電源をダウンコンバータ6へ供給するようにしている。なお、符号61aは発光ダイオード、符号61bはフォトトランジスタ、符号63は電流制限抵抗、符号64はベース抵抗、符号65はベース・エミッタ間抵抗である。
【0039】
なお、この実施例では制御部80からダウンコンバータ動作要求信号80bを出力する構成を示したが、制御部80の正極側電源端子80aからダウンコンバータ動作要求信号80bを出力する構成としてもよい。
また、この実施例ではダウンコンバータ6の入力側への給電を制御することでダウンコンバータ6の動作/停止を制御する構成を示したが、動作開始/停止入力端子を備えたダウンコンバータを用い、動作開始/停止入力端子へダウンコンバータ動作要求信号を供給するようにしてもよい。
【0040】
以上の構成であるから、非充電状態でメインスイッチ10がオンされると、まずサブバッテリ4からダイオード57を介して制御部80へ電源が供給され、制御部80が動作状態になる。なお、メインスイッチ10のオンによって、補機負荷9への給電もなされる。制御部80からダウンコンバータ動作要求信号80bが出力され、フォトカプラ61を介してPNP型トランジスタ62が導通状態に制御される。これにより、メインバッテリ3からダウンコンバータ6への給電がなされ、ダウンコンバータ6から低圧(例えば12ボルト)の直流電圧が出力される。
【0041】
そして、ダウンコンバータ6から出力される低圧(例えば12ボルト)の直流電圧でサブバッテリ4の充電がなされるとともに、メインスイッチ10を介して制御部80ならびに補機負荷9への給電がなされる。この状態で、図示しないアクセル等を操作し運転要求8aを発生すると、制御部80は運転要求8aに基づいて運転指令8bを出力する。この運転指令8bは、電源分離型のインタフェース(I/F)回路11を介してインバータ7へ伝達され、インバータ7を介して3相モータ12のPWM運転がなされ、電動車両の走行がなされる。
【0042】
充電のためにACプラグ2bを商用電源コンセントへ接続すると、充電電圧VJがダイオード27を介してメインバッテリ3へ供給され、メインバッテリ3の充電がなされる。また、制御部80から出力されるダウンコンバータ動作要求信号80bに基づいてダウンコンバータ6が動作状態となり、ダウンコンバータ6の低圧直流電圧出力によってサブバッテリ4の充電がなされる。
【0043】
制御部80は、状態入力端子80bがLレベルであることに基づいて充電状態にあることを判別し、運転要求8aの受け付け、ならびに、運転指令8bの生成・出力動作を停止するので、充電状態でメインスイッチ10をオフからオン位置へ操作しても、電動車両が運転可能な状態になることはない。また、メインスイッチ10をオンした状態で充電を開始して場合も、電動車両が運転可能な状態になることはない。このように充電が優先してなされるので、メインスイッチ10を操作しても充電が停止されることはなく、予定通りの充電ができる。
【0044】
なお、この実施例では、充電状態であってもメインスイッチ10をオンすることで補機負荷9への給電を可能としているので、充電状態で車載のオーディオ機器等を作動させたり、夜間等に充電終了のための作業を行なう際に照明灯を点灯させることも可能である。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に係る電動車両用充電装置は、メインスイッチがオン状態であっても充電器から充電用電圧が供給されている間は電動車両が運転状態になるのを禁止するとともに、バッテリへの充電を継続させる充電優先制御手段を備えたので、充電器から充電用電圧を供給している充電状態では、メインスイッチがオン状態に誤操作されても、充電および補機負荷への給電が停止されることはなく、予定通りの充電および補機負荷への給電を行なうことができる。さらに、メインスイッチがオン状態に誤操作されたまま充電を終了させても、車両を運転できない状態が継続されるので、意図しない発進を防いで、安全性を確保することができる。
【0046】
また、電動車両用充電装置は、充電器から供給される充電用電圧でメインバッテリを充電するとともに、この充電用電圧をダウンコンバータへ供給する構成としたので、ダウンコンバータから出力される低圧電源でサブバッテリを充電することができる。ダウンコンバータを利用して低圧電源をサブバッテリへ供給する構成としたので、サブバッテリ充電用の比較的電源容量が大きい低圧用電源を充電器内に新たに設ける必要がない。よって、充電器を大型にすることなく、サブバッテリの充電が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る電動車両用充電装置の回路構成図
【図2】インバータならびに電源分離型のインタフェース回路の一具体例を示す回路構成図
【図3】この発明に係る他の電動車両用電源装置の回路構成図
【図4】従来の電動車両用充電装置の要部ブロック構成図
【図5】充電状態でメインスイッチがオンされた場合は走行ならびに充電を停止させるようにした電動車両用充電装置の回路構成図
【符号の説明】
1,31 電動車両用充電装置
2,32 充電器
3 メインバッテリ
4 サブバッテリ
5,50 充電優先制御手段
6 ダウンコンバータ
7 インバータ
8,80 制御部
9 補機負荷
10 メインスイッチ

Claims (1)

  1. 走行用のメインバッテリから供給される高圧電源を降圧して低圧電源を出力するダウンコンバータを備え、このダウンコンバータからの低圧電源を制御・補機系統へ供給するとともに、前記低圧電源で制御・補機系統用のサブバッテリを充電するようにした電動車両用充電装置において、
    充電器からは充電用電圧と制御用電圧の2系統の電圧が供給され、
    前記制御用電圧は、充電中においてスイッチ等の切断手段を介さずに直接制御系に対して供給され、
    前記充電器から前記充電用電圧が供給されている間は、メインスイッチがオン状態であっても電動車両が運転状態になるのを禁止するとともに、バッテリへの充電および補機負荷への給電を継続させ、かつ前記メインスイッチがオンの状態で充電を終了させたときは、前記メインスイッチの再投入で運転可能とする充電優先制御手段を備え、
    前記充電優先制御手段は、充電器から充電用電圧が供給されている間は、メインスイッチがオン状態であっても電動車両が運転状態になるのを禁止するとともに、前記メインバッテリへの充電を継続させ、さらに、前記充電用電圧を前記ダウンコンバータへ供給し、前記ダウンコンバータの低圧電源出力で前記サブバッテリを充電させることを特徴とする電動車両用充電装置。
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