JP4380776B1 - 充放電システムおよび電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】通信用アンテナを別途設けることなく充電制御および放電制御の切替を車両外部から設定可能な充放電システムを提供する。
【解決手段】雄型のプラグ３２０Ａを有する電力ケーブル２０Ａのコントロールパイロット回路３３２Ａは、充電用の電力ケーブルとして車両側で識別可能なパイロット信号ＣＰＬＴを生成する。一方、図示されない雌型のプラグを有する電力ケーブルのコントロールパイロット回路は、給電用の電力ケーブルとして車両側で識別可能なパイロット信号ＣＰＬＴを生成する。車両のＥＣＵ２４０は、パイロット信号ＣＰＬＴに従って、充電モードおよび給電モードのいずれかでＡＣ／ＤＣコンバータを制御する。
【選択図】図３

Description

この発明は、充放電システムおよび電動車両に関し、特に、車両に搭載された走行用の蓄電装置を車両外部の電源から充電可能であり、かつ、蓄電装置から車両外部の電源または車両外部の電気負荷へ給電可能な電動車両の充放電システムに関する。

特開２００１−８３８０号公報（特許文献１）は、電気自動車のバッテリと住宅との間で相互に電力伝達可能とする電力マネジメントシステムを開示する。この電力マネジメントシステムでは、住宅側のメインコントローラにおいて充電モードにするか放電モードにするかが判断され、住宅側の充放電コントローラから通信用アンテナを介して車両側のバッテリコントローラへ充放電制御信号が送信される。そして、車両において、通信用アンテナを介して受信した充放電制御信号に基づいて、充電制御または放電制御が実行される（特許文献１参照）。

なお、上記のような住宅からバッテリを充電可能な電気自動車の規格については、アメリカ合衆国においては「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ」（非特許文献１）にて制定され、日本においては「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」（非特許文献２）にて制定されている。

この「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ」および「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」においては、一例として、コントロールパイロットに関する規格が定められている。コントロールパイロットは、構内配線から車両へ電力を供給するＥＶＳＥ（Electric Vehicle Supply Equipment）の制御回路と車両の接地部とを車両側の制御回路を介して接続する制御線と定義されており、この制御線を介して通信されるパイロット信号に基づいて、充電ケーブルの接続状態や電源から車両への電力供給の可否、ＥＶＳＥの定格電流などが判断される。
特開２００１−８３８０号公報 特開平１１−１８３０７号公報 特開平３−２７３８２７号公報 「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ（SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler）」、（アメリカ合衆国）、エスエーイー規格（SAE Standards）、エスエーイー インターナショナル（SAE International）、２００１年１１月 「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」、日本電動車両協会規格（日本電動車両規格）、２００１年３月２９日

上記の特開２００１−８３８０号公報に開示される電力マネジメントシステムでは、住宅側の充放電コントローラから通信用アンテナを介して車両側のバッテリコントローラへ充放電制御信号が送信され、その充放電制御信号に基づいて、車両において充電制御および放電制御の切替が行なわれる。しかしながら、このような通信用アンテナを別途設けることは、システムの高コスト化や制御装置の複雑化を招く。

それゆえに、この発明の目的は、通信用アンテナを別途設けることなく充電制御および放電制御の切替を車両外部から設定可能な充放電システムを提供することである。

また、この発明の別の目的は、通信用アンテナを別途設けることなく充電制御および放電制御の切替を車両外部から設定可能な電動車両を提供することである。

この発明によれば、充放電システムは、車両に搭載された蓄電装置を車両外部の電源から充電可能であり、かつ、蓄電装置から車両外部の電源または車両外部の電気負荷へ給電可能な車両の充放電システムであって、電力変換装置と、制御装置と、信号生成回路とを備える。電力変換装置は、車両外部の電源から供給される電力を電圧変換して蓄電装置を充電する充電モード、および蓄電装置から出力される電力を電圧変換して車両外部の電源または電気負荷へ供給する給電モードのいずれかで動作可能に構成される。制御装置は、車両に搭載され、充電モードおよび給電モードのいずれかで電力変換装置を制御する。信号生成回路は、車両の外部に設けられ、車両外部の電源または電気負荷と車両とを電気的に接続する電力ケーブルを介して授受可能な電流の大きさに基づきパルス幅変調される制御信号（パイロット信号）を生成し、その生成した制御信号を制御装置へ送信する。ここで、信号生成回路は、電力ケーブルが充電用のものか給電用のものかを区別可能に制御信号を生成する。そして、制御装置は、信号生成回路から与えられる制御信号に従って、充電モードおよび給電モードのいずれかで電力変換装置を制御する。

好ましくは、電力ケーブルは、車両外部の電源または電気負荷に当該電力ケーブルを接続するためのプラグを含む。信号生成回路は、プラグの形状に基づいて、電力ケーブルが充電用のものか給電用のものかを区別可能に制御信号（パイロット信号）を生成する。

さらに好ましくは、プラグの形状が雄型のとき、信号生成回路は、電力ケーブルが充電用のものであるとして制御信号を生成する。

また、さらに好ましくは、プラグの形状が雌型のとき、信号生成回路は、電力ケーブルが給電用のものであるとして制御信号を生成する。

また、この発明によれば、電動車両は、走行用の電動機へ電力を供給可能な蓄電装置を車両外部の電源から充電可能であり、かつ、蓄電装置から車両外部の電源または車両外部の電気負荷へ給電可能な電動車両であって、電力変換装置と、制御装置とを備える。電力変換装置は、車両外部の電源から供給される電力を電圧変換して蓄電装置を充電する充電モード、および蓄電装置から出力される電力を電圧変換して車両外部の電源または電気負荷へ供給する給電モードのいずれかで動作可能に構成される。制御装置は、車両外部から与えられる制御信号（パイロット信号）に従って、充電モードおよび給電モードのいずれかで電力変換装置を制御する。制御信号（パイロット信号）は、車両外部の電源または電気負荷と当該電動車両とを電気的に接続する電力ケーブルを介して授受可能な電流の大きさに基づきパルス幅変調され、かつ、電力ケーブルが充電用のものか給電用のものかを区別可能に生成された信号である。

好ましくは、電力ケーブルは、車両外部の電源または電気負荷に当該電力ケーブルを接続するためのプラグを含む。制御信号（パイロット信号）は、プラグの形状に基づいて、電力ケーブルが充電用のものか給電用のものかを区別可能に生成された信号である。

さらに好ましくは、プラグの形状が雄型のとき、制御信号は、電力ケーブルが充電用のものであるとして生成された信号である。

また、さらに好ましくは、プラグの形状が雌型のとき、制御信号は、電力ケーブルが給電用のものであるとして生成された信号である。

この発明においては、信号生成回路は、電力ケーブルを介して授受可能な電流の大きさに基づきパルス幅変調される制御信号（パイロット信号）を生成し、その生成した制御信号を制御装置へ送信する。ここで、信号生成回路は、電力ケーブルが充電用のものか給電用のものかを区別可能に上記制御信号を生成し、制御装置は、信号生成回路から与えられる制御信号に従って充電モードおよび給電モードのいずれかで電力変換装置を制御するので、信号生成回路により生成される制御信号（パイロット信号）を用いて、車両において充電モードおよび給電モードの切替が行なわれる。

したがって、この発明によれば、通信用アンテナを別途設けることなく充電制御および放電制御の切替を車両外部から設定することができる。また、この発明によれば、電力ケーブルを介して授受可能な電流の大きさに関する情報と充電／給電モードに関する情報とが制御信号を用いて同時に車両に通知されるので、電力ケーブルの接続後、充電制御または放電制御を迅速に開始することができる。

以下、本発明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返さない。

図１は、この発明の実施の形態による充放電システムの全体図である。図１を参照して、充放電システム１００は、電動車両１０と、電力ケーブル２０Ａ（２０Ｂ）と、住宅３０と、ＣＣＩＤ（Charging Circuit Interrupt Device）４０Ａ（４０Ｂ）とを備える。電動車両１０は、走行用動力源として蓄電装置およびモータを搭載した電動車両であり、たとえば、電気自動車やハイブリッド車両、燃料電池車などから成る。電動車両１０は、電力ケーブル２０Ａに接続されているとき、住宅３０から電力ケーブル２０Ａを介して蓄電装置を充電可能に構成される。また、電動車両１０は、電力ケーブル２０Ｂに接続されているとき、蓄電装置から電力ケーブル２０Ｂを介して住宅３０へ給電可能に構成される。

電力ケーブル２０Ａは、電動車両１０に搭載される蓄電装置を住宅３０から充電するための充電用ケーブルである。また、電力ケーブル２０Ａは、電動車両１０と電力ケーブル２０Ａに設けられるＣＣＩＤ４０Ａとの間の通信媒体としても用いられる。ＣＣＩＤ４０Ａは、電力ケーブル２０Ａに設けられる。ＣＣＩＤ４０Ａは、電力ケーブル２０Ａを介して電動車両１０と通信し、電力ケーブル２０Ａが充電用の電力ケーブルであることを電動車両１０へ通知する。また、ＣＣＩＤ４０Ａは、電動車両１０の状態を確認しながら電力ケーブル２０Ａ内の電路の遮断／接続を行なう。

また、電動車両１０は、電力ケーブル２０Ｂによっても住宅３０に接続され得る。電力ケーブル２０Ｂは、電動車両１０に搭載される蓄電装置から住宅３０へ給電するための給電用ケーブルである。また、電力ケーブル２０Ｂは、電動車両１０と電力ケーブル２０Ｂに設けられるＣＣＩＤ４０Ｂとの間の通信媒体としても用いられる。ＣＣＩＤ４０Ｂは、電力ケーブル２０Ｂに設けられる。ＣＣＩＤ４０Ｂは、電力ケーブル２０Ｂを介して電動車両１０と通信し、電力ケーブル２０Ｂが給電用のケーブルであることを電動車両１０へ通知する。また、ＣＣＩＤ４０Ｂは、電動車両１０の状態を確認しながら電力ケーブル２０Ｂ内の電路の遮断／接続を行なう。

図２は、図１に示した電動車両１０の構成を示すブロック図である。この図２では、一例として、電動車両１０がハイブリッド車両から成る場合が示される。図２を参照して、電動車両１０は、エンジン１１０と、動力分割装置１２０と、モータジェネレータ１３０，１５０と、減速機１４０と、駆動軸１６０と、駆動輪１７０とを含む。また、電動車両１０は、蓄電装置１８０と、昇圧コンバータ１９０と、インバータ２００，２１０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０と、インレット２３０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２４０とをさらに含む。

エンジン１１０およびモータジェネレータ１３０，１５０は、動力分割装置１２０に連結される。そして、電動車両１０は、エンジン１１０およびモータジェネレータ１５０の少なくとも一方からの駆動力によって走行する。エンジン１１０が発生する動力は、動力分割装置１２０によって２経路に分割される。すなわち、一方は減速機１４０を介して駆動軸１６０へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータ１３０へ伝達される経路である。

モータジェネレータ１３０は、交流回転電機であり、たとえば三相交流同期電動機である。モータジェネレータ１３０は、動力分割装置１２０によって分割されたエンジン１１０の動力を用いて発電する。たとえば、蓄電装置１８０の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称される。）が予め定められた値よりも低くなると、エンジン１１０が始動してモータジェネレータ１３０により発電が行なわれる。そして、モータジェネレータ１３０によって発電された電力は、インバータ２００により交流から直流に変換され、昇圧コンバータ１９０により降圧されて蓄電装置１８０に蓄えられる。

モータジェネレータ１５０は、交流回転電機であり、たとえば三相交流同期電動機である。モータジェネレータ１５０は、蓄電装置１８０に蓄えられた電力およびモータジェネレータ１３０により発電された電力の少なくとも一方を用いて車両の駆動力を発生する。そして、モータジェネレータ１５０の駆動力は、減速機１４０を介して駆動軸１６０に伝達される。

なお、車両の制動時等には、車両の運動エネルギーを用いてモータジェネレータ１５０が駆動され、モータジェネレータ１５０が発電機として動作する。これにより、モータジェネレータ１５０は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして動作する。そして、モータジェネレータ１５０により発電された電力は、蓄電装置１８０に蓄えられる。

動力分割装置１２０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン１１０のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ１３０の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータ１５０の回転軸および減速機１４０に連結される。

蓄電装置１８０は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置１８０には、モータジェネレータ１３０，１５０によって発電される電力のほか、住宅３０（図１）から供給されインレット２３０から入力される電力も蓄えられる。なお、蓄電装置１８０として、大容量のキャパシタも採用可能である。

昇圧コンバータ１９０は、ＥＣＵ２４０からの制御信号に基づいて、インバータ２００，２１０に与えられる直流電圧を蓄電装置１８０の電圧以上に調整する。昇圧コンバータ１９０は、たとえば昇圧チョッパ回路によって構成される。

インバータ２００は、ＥＣＵ２４０からの制御信号に基づいて、モータジェネレータ１３０により発電された電力を直流電力に変換して昇圧コンバータ１９０へ出力する。インバータ２１０は、ＥＣＵ２４０からの制御信号に基づいて、昇圧コンバータ１９０から供給される電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１５０へ出力する。なお、エンジン１１０の始動時、インバータ２００は、昇圧コンバータ１９０から供給される電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１３０へ出力する。また、インバータ２１０は、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時、モータジェネレータ１５０により発電された電力を直流電力に変換して昇圧コンバータ１９０へ出力する。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０は、住宅３０（図１）から蓄電装置１８０の充電が行なわれる充電モード時、インレット２３０に接続される充電用の電力ケーブル２０Ａ（図１）を介して住宅３０から供給される充電電力（交流）を直流に変換し、蓄電装置１８０へ出力する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０は、蓄電装置１８０から住宅３０への給電が行なわれる給電モード時、蓄電装置１８０から出力される電力（直流）を交流に変換し、インレット２３０に接続される給電用の電力ケーブル２０Ｂ（図１）へ出力する。

インレット２３０は、電力ケーブル２０Ａまたは２０Ｂを電動車両１０に接続するためのインターフェースである。インレット２３０は、電力ケーブル２０Ａまたは２０Ｂが接続されると、その旨をＥＣＵ２４０へ通知する。また、インレット２３０は、充電用の電力ケーブル２０Ａが接続されているとき、電力ケーブル２０Ａから供給される充電電力をＡＣ／ＤＣコンバータ２２０へ与える。また、インレット２３０は、給電用の電力ケーブル２０Ｂが接続されているとき、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０から受ける電力を電力ケーブル２０Ｂへ出力する。さらに、インレット２３０は、電力ケーブル２０Ａ（２０Ｂ）とＥＣＵ２４０との間で信号を伝達する。

ＥＣＵ２４０は、昇圧コンバータ１９０およびインバータ２００，２１０を駆動するための制御信号を生成し、その生成した制御信号を昇圧コンバータ１９０およびインバータ２００，２１０へ出力する。また、ＥＣＵ２４０は、充電モード時、インレット２３０から充電電力を受けて蓄電装置１８０を充電するようにＡＣ／ＤＣコンバータ２２０を駆動するための制御信号を生成してＡＣ／ＤＣコンバータ２２０へ出力する。さらに、ＥＣＵ２４０は、給電モード時、蓄電装置１８０から出力される電力を交流に変換してインレット２３０へ出力するようにＡＣ／ＤＣコンバータ２２０を駆動するための制御信号を生成し、その生成した制御信号をＡＣ／ＤＣコンバータ２２０へ出力する。

図３は、この充放電システム１００における充電機構をより詳細に説明するための図である。図３を参照して、住宅３０から電動車両１０の充電時、電動車両１０と住宅３０とは、充電用の電力ケーブル２０Ａによって接続される。電力ケーブル２０Ａは、コネクタ３１０と、プラグ３２０Ａと、ＣＣＩＤ４０Ａとを含む。住宅側のプラグ３２０Ａは、住宅３０に設けられたコンセント４００Ａに接続される。コンセント４００Ａには、電源４０２（たとえば系統電源）から交流電力が供給される。

車両側のコネクタ３１０は、電動車両１０のインレット２３０に接続される。コネクタ３１０には、リミットスイッチ３１２が設けられており、コネクタ３１０がインレット２３０に接続されるとリミットスイッチ３１２が作動する。そして、リミットスイッチ３１２の作動に伴ない信号レベルが変化するケーブル接続信号ＰＩＳＷが電動車両１０のＥＣＵ２４０に入力される。

ＣＣＩＤ４０Ａは、ＣＣＩＤリレー３３０と、コントロールパイロット回路３３２Ａと、電源回路３４０とを含む。ＣＣＩＤリレー３３０は、電力ケーブル２０Ａ内の電力線対に設けられ、コントロールパイロット回路３３２Ａによってオン／オフされる。電源回路３４０は、ＣＣＩＤリレー３３０とプラグ３２０Ａとの間の電力線対に接続される。そして、電源回路３４０は、プラグ３２０Ａがコンセント４００Ａに接続されたときに電源４０２から供給される電力をコントロールパイロット回路３３２Ａの動作電力に変換してコントロールパイロット回路３３２Ａへ出力する。

コントロールパイロット回路３３２Ａは、コネクタ３１０およびインレット２３０を介して車両のＥＣＵ２４０へパイロット信号ＣＰＬＴを出力する。このパイロット信号ＣＰＬＴは、電力ケーブル２０Ａが通電可能な電流リミットを車両のＥＣＵ２４０へ通知するとともに、ＥＣＵ２４０によって操作されるパイロット信号ＣＰＬＴの電位に基づいてＥＣＵ２４０からＣＣＩＤリレー３３０を遠隔操作するための信号である。そして、コントロールパイロット回路３３２Ａは、パイロット信号ＣＰＬＴの電位変化に基づいてＣＣＩＤリレー３３０を制御する。

コントロールパイロット回路３３２Ａは、発振器３３４と、抵抗素子Ｒ１と、電圧センサ３３６とを含む。発振器３３４は、電源回路３４０から電力を受けて動作する。そして、発振器３３４は、電圧センサ３３６によって検出されるパイロット信号ＣＰＬＴの電位が規定の電位Ｖ１（たとえば１２Ｖ）近傍のときは非発振の信号を出力し、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ１から低下すると、規定の周波数（たとえば１ｋＨｚ）およびデューティーサイクルで発振する信号を出力する。なお、パイロット信号ＣＰＬＴの電位は、後述のように、ＥＣＵ２４０の抵抗回路３８０で抵抗値を切替えることによって操作される。また、デューティーサイクルは、電力ケーブル２０Ａが通電可能な電流リミットに基づいて設定される。そして、パイロット信号ＣＰＬＴの電位が規定の電位Ｖ３（たとえば６Ｖ）近傍に低下すると、コントロールパイロット回路３３２Ａは、ＣＣＩＤリレー３３０をオンさせる。

一方、車両側において、インレット２３０とＡＣ／ＤＣコンバータ２２０（図２）との間の電力線には、ＤＦＲ（Dead Front Relay）３５０と、ＬＣフィルタ３６０とが設けられる。ＤＦＲ３５０は、インレット２３０とＡＣ／ＤＣコンバータ２２０との電気的な接続／切離しを行なうためのリレーであり、ＥＣＵ２４０からの制御信号によってオン／オフされる。すなわち、住宅３０から蓄電装置１８０の充電が行なわれる充電モード時、ＤＦＲ３５０はオンされ、インレット２３０はＡＣ／ＤＣコンバータ２２０に電気的に接続される。ＬＣフィルタ３６０は、ＤＦＲ３５０とインレット２３０との間に設けられ、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０のスイッチング動作に応じて発生する高周波のノイズが電力ケーブル２０Ａへ出力されるのを防止する。

電圧センサ３７０は、充電モード時、電源４０２の電圧ＶＡＣを検出し、その検出値をＥＣＵ２４０へ出力する。電流センサ３７２は、充電モード時、電源４０２から供給される電流ＩＡＣを検出し、その検出値をＥＣＵ２４０へ出力する。

ＥＣＵ２４０は、抵抗回路３８０と、入力バッファ３８２，３８４と、ＣＰＵ（Control Processing Unit）３８６とを含む。抵抗回路３８０は、プルダウン抵抗Ｒ２，Ｒ３と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２とを含む。プルダウン抵抗Ｒ２およびスイッチＳＷ１は、パイロット信号ＣＰＬＴが通信されるコントロールパイロット線Ｌ１と車両アース３８８との間に直列に接続される。プルダウン抵抗Ｒ３およびスイッチＳＷ２も、コントロールパイロット線Ｌ１と車両アース３８８との間に直列に接続される。そして、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ＣＰＵ３８６からの制御信号に応じてオン／オフされる。

この抵抗回路３８０によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位が操作される。具体的には、コネクタ３１０がインレット２３０に接続されると、ＣＰＵ３８６によりスイッチＳＷ１がオンされ、抵抗回路３８０は、プルダウン抵抗Ｒ２によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位を規定の電位Ｖ２（たとえば９Ｖ）に低下させる。そして、車両において充電準備が完了すると、ＣＰＵ３８６によりスイッチＳＷ２がオンされ、抵抗回路３８０は、プルダウン抵抗Ｒ２，Ｒ３によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位を規定の電位Ｖ３に低下させる。このように、抵抗回路３８０を用いてパイロット信号ＣＰＬＴの電位を操作することにより、ＥＣＵ２４０からＣＣＩＤ４０ＡのＣＣＩＤリレー３３０を遠隔操作することができる。

入力バッファ３８２は、コントロールパイロット線Ｌ１のパイロット信号ＣＰＬＴを受け、その受けたパイロット信号ＣＰＬＴをＣＰＵ３８６へ出力する。入力バッファ３８４は、コネクタ３１０のリミットスイッチ３１２に接続される信号線Ｌ３からケーブル接続信号ＰＩＳＷを受け、その受けたケーブル接続信号ＰＩＳＷをＣＰＵ３８６へ出力する。

なお、信号線Ｌ３にはＥＣＵ２４０から電圧がかけられており、コネクタ３１０がインレット２３０に接続されると、リミットスイッチ３１２がオンすることによって信号線Ｌ３の電位は接地レベルとなる。すなわち、ケーブル接続信号ＰＩＳＷは、コネクタ３１０がインレット２３０に接続されているときＬ（論理ロー）レベルとなり、非接続時はＨ（論理ハイ）レベルとなる信号である。

ＣＰＵ３８６は、ケーブル接続信号ＰＩＳＷおよびパイロット信号ＣＰＬＴに基づいて電源４０２と車両との接続を判定する。具体的には、ＣＰＵ３８６は、入力バッファ３８４から受けるケーブル接続信号ＰＩＳＷに基づいてインレット２３０とコネクタ３１０との接続を検出し、入力バッファ３８２から受けるパイロット信号ＣＰＬＴの入力有無に基づいてプラグ３２０Ａとコンセント４００Ａとの接続を検出する。

ＣＰＵ３８６は、ケーブル接続信号ＰＩＳＷに基づきインレット２３０とコネクタ３１０との接続が検出されると、スイッチＳＷ１をオンする。これにより、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ１から低下することによってパイロット信号ＣＰＬＴが発振し、ＣＰＵ３８６は、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティーサイクルに基づいて、電力ケーブル２０Ａから受電可能な電流のリミットを検知する。

電力ケーブル２０Ａから受電可能な電流のリミットが検知され、蓄電装置１８０の充電準備が完了すると、ＣＰＵ３８６は、スイッチＳＷ２をオンする。これにより、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ３まで低下し、ＣＣＩＤ４０ＡにおいてＣＣＩＤリレー３３０がオンされる。その後、ＣＰＵ３８６は、ＤＦＲ３５０をオンする。これにより、電源４０２からの電力がＡＣ／ＤＣコンバータ２２０（図２）に与えられ、電圧センサ３７０によって検出される電圧ＶＡＣおよび電流センサ３７２によって検出される電流ＩＡＣに基づいてＣＰＵ３８６により蓄電装置１８０の充電制御が実行される。

図４は、図３に示した充電用の電力ケーブル２０Ａのプラグ３２０Ａを示した図である。図４を参照して、この充電用の電力ケーブル２０Ａに設けられるプラグ３２０Ａは、雄型から成る。すなわち、プラグ３２０Ａが住宅３０のコンセント４００Ａ（図３）に差し込まれることによって電力ケーブル２０Ａが住宅３０に接続される。

図５は、コントロールパイロット回路３３２Ａによって発生されるパイロット信号ＣＰＬＴの波形を示した図である。図５を参照して、パイロット信号ＣＰＬＴは、規定の周期Ｔで発振する。ここで、電力ケーブル２０Ａによって住宅３０から車両へ供給可能な電流（電流リミット）に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅Ｔｏｎが設定される。そして、周期Ｔに対するパルス幅Ｔｏｎの比で示されるデューティーによって、電力ケーブル２０Ａの電流リミットがコントロールパイロット回路３３２Ａから車両のＥＣＵ２４０へ通知される。

なお、電流リミットは、電力ケーブル毎に定められており、電力ケーブルの種類が異なれば、電流リミットも異なるので、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティーも異なる。そして、車両のＥＣＵ２４０は、電力ケーブル２０Ａに設けられたコントロールパイロット回路３３２Ａから送信されるパイロット信号ＣＰＬＴをコントロールパイロット線を介して受信し、その受信したパイロット信号ＣＰＬＴのデューティーを検知することによって、電力ケーブル２０Ａから受電可能な電流のリミットを検知することができる。

図６は、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティーと充電用の電力ケーブル２０Ａが通電可能な電流のリミットとの関係を示した図である。図６を参照して、電力ケーブル２０Ａの電流リミットに応じてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティーが異なる。そして、電動車両１０のＣＰＵ３８６において、ＣＣＩＤ４０Ａから送信されてくるパイロット信号ＣＰＬＴのデューティーを検知することにより、電動車両１０において電力ケーブル２０Ａの電流リミットを検知することができる。

図７は、充電時におけるパイロット信号ＣＰＬＴおよびスイッチＳＷ１，ＳＷ２のタイミングチャートである。図７を参照して、時刻ｔ１において、電力ケーブル２０Ａのプラグ３２０Ａが住宅３０側のコンセント４００Ａに接続されると、電源４０２から電力を受けてコントロールパイロット回路３３２Ａがパイロット信号ＣＰＬＴを発生する。

なお、この時点では、電力ケーブル２０Ａのコネクタ３１０は車両側のインレット２３０に接続されておらず、パイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ１（たとえば１２Ｖ）であり、パイロット信号ＣＰＬＴは非発振状態である。

時刻ｔ２において、コネクタ３１０がインレット２３０に接続されると、抵抗回路３８０のプルダウン抵抗Ｒ２によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ２（たとえば９Ｖ）に低下する。そうすると、時刻ｔ３において、コントロールパイロット回路３３２Ａはパイロット信号ＣＰＬＴを発振させる。そして、車両のＣＰＵ３８６においてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティーに基づき電力ケーブル２０Ａの電流リミットが検知され、充電制御の準備が完了すると、時刻ｔ４において、ＣＰＵ３８６によりスイッチＳＷ２がオンされる。そうすると、抵抗回路３８０のプルダウン抵抗Ｒ３によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ３（たとえば６Ｖ）にさらに低下する。

そして、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ３に低下すると、コントロールパイロット回路３３２ＡによってＣＣＩＤ４０ＡのＣＣＩＤリレー３３０がオンされる。その後、車両においてＤＦＲ３５０がオンされ、電源４０２から蓄電装置１８０の充電が実行される。

図８は、この充放電システム１００における放電機構をより詳細に説明するための図である。図８を参照して、電動車両１０から住宅３０への給電時、電動車両１０と住宅３０とは、給電用の電力ケーブル２０Ｂによって接続される。電力ケーブル２０Ｂは、コネクタ３１０と、プラグ３２０Ｂと、ＣＣＩＤ４０Ｂとを含む。車両側のコネクタ３１０は、充電用の電力ケーブル２０Ａと共通化されている。住宅側のプラグ３２０Ｂは、後述のように、充電用の電力ケーブル２０Ａとは形状が異なる。プラグ３２０Ｂは、住宅３０に設けられたコンセント４００Ｂに接続される。コンセント４００Ｂには、住宅３０内の電気負荷４０４が接続されている。

ＣＣＩＤ４０Ｂは、図３に示した充電用の電力ケーブル２０ＡにおけるＣＣＩＤ４０Ａの構成において、蓄電部３４２をさらに含み、コントロールパイロット回路３３２Ａに代えてコントロールパイロット回路３３２Ｂを含む。電源回路３４０は、コネクタ３１０とＣＣＩＤリレー３３０との間の電力線対に接続される。そして、電源回路３４０は、コネクタ３１０が電動車両１０のインレット２３０に接続されたときに電動車両１０から供給される電力をコントロールパイロット回路３３２Ｂの動作電力に変換して蓄電部３４２へ出力する。

蓄電部３４２は、コネクタ３１０がインレット２３０に接続されているとき、電動車両１０から供給される電力によって充電される。すなわち、電動車両１０から住宅３０の電気負荷４０４への給電時は、コントロールパイロット回路３３２Ｂの動作電力を住宅３０側から確保できない。そこで、電力ケーブル２０Ｂの前回使用時に電動車両１０からの給電電力を用いて蓄電部３４２が充電され、電動車両１０が給電を開始するまでのコントロールパイロット回路３３２Ｂの動作電力が確保される。

コントロールパイロット回路３３２Ｂの構成は、ＣＣＩＤ４０Ａにおけるコントロールパイロット回路３３２Ａと同様であるが、コントロールパイロット回路３３２Ｂは、コントロールパイロット回路３３２Ａが発生するパイロット信号ＣＰＬＴと区別可能にパイロット信号ＣＰＬＴを生成する。たとえば、コントロールパイロット回路３３２Ｂは、コントロールパイロット回路３３２Ａが生成するパイロット信号ＣＰＬＴとは異なる電位のパイロット信号ＣＰＬＴを生成する。具体的には、コントロールパイロット回路３３２Ｂは、コントロールパイロット回路３３２Ａが生成するパイロット信号ＣＰＬＴの取り得る電位Ｖ１〜Ｖ３にそれぞれ対応する電位Ｖ４〜Ｖ６（Ｖ４≠Ｖ１，Ｖ５≠Ｖ２，Ｖ６≠Ｖ３）からなるパイロット信号ＣＰＬＴを生成する。

なお、コントロールパイロット回路３３２Ａが生成するパイロット信号ＣＰＬＴとコントロールパイロット回路３３２Ｂが生成するパイロット信号ＣＰＬＴとに電位の差を設けるには、コントロールパイロット回路３３２Ａとコントロールパイロット回路３３２Ｂとにおいて、発振器３３４の出力電位を異ならせるようにしてもよいし、抵抗素子Ｒ１の抵抗値に差を設けてもよい。

一方、車両側では、コネクタ３１０がインレット２３０に接続されると、ＣＰＵ３８６によりスイッチＳＷ１がオンされ、抵抗回路３８０は、プルダウン抵抗Ｒ２によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位をＶ４からＶ５に低下させる。そして、車両において給電準備が完了すると、ＣＰＵ３８６によりスイッチＳＷ２がオンされ、抵抗回路３８０は、プルダウン抵抗Ｒ２，Ｒ３によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位を規定の電位Ｖ６に低下させる。このように、電動車両１０から住宅３０の電気負荷４０４への給電時においても、抵抗回路３８０を用いてパイロット信号ＣＰＬＴの電位が操作され、ＥＣＵ２４０からＣＣＩＤ４０ＢのＣＣＩＤリレー３３０が遠隔操作される。

そして、ＣＰＵ３８６は、電圧センサ３７０によって検出される電圧ＶＡＣおよび電流センサ３７２によって検出される電流ＩＡＣに基づいて、蓄電装置１８０から住宅３０の電気負荷４０４への給電制御が実行される。

図９は、図８に示した給電用の電力ケーブル２０Ｂのプラグ３２０Ｂを示した図である。図９を参照して、この給電用の電力ケーブル２０Ｂに設けられるプラグ３２０Ｂは、雌型から成る。充電用の電力ケーブル２０Ａのプラグ３２０Ａと異なりプラグ３２０Ｂを雌型としたのは、プラグ３２０Ｂが電力の出力端子となるからである。

図１０は、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティーと給電用の電力ケーブル２０Ｂが通電可能な電流のリミットとの関係を示した図である。図１０を参照して、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティーは、充電用の電力ケーブル２０Ａにおいて使用された領域（ｄ１〜ｄ７）とは異なる領域（ｄ７〜ｄ９）に割当てられる。充電用の電力ケーブル２０Ａと同様に、電力ケーブル２０Ｂの電流リミットに応じてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティーが異なる。そして、電動車両１０のＣＰＵ３８６において、ＣＣＩＤ４０Ｂから送信されてくるパイロット信号ＣＰＬＴのデューティーを検知することにより、電動車両１０において電力ケーブル２０Ｂの電流リミットを検知することができる。

図１１は、給電時におけるパイロット信号ＣＰＬＴおよびスイッチＳＷ１，ＳＷ２のタイミングチャートである。図１１を参照して、時刻ｔ１において、コネクタ３１０がインレット２３０に接続されると、抵抗回路３８０のプルダウン抵抗Ｒ２によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ４からＶ５に低下する。そうすると、時刻ｔ２において、ＣＣＩＤ４０Ｂのコントロールパイロット回路３３２は、パイロット信号ＣＰＬＴを発振させる。そして、車両のＣＰＵ３８６においてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティーに基づき電力ケーブル２０Ｂの電流リミットが検知され、給電制御の準備が完了すると、時刻ｔ３において、ＣＰＵ３８６によりスイッチＳＷ２がオンされる。そうすると、抵抗回路３８０のプルダウン抵抗Ｒ３によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ６にさらに低下する。

そして、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ６に低下すると、コントロールパイロット回路３３２によってＣＣＩＤ４０ＢのＣＣＩＤリレー３３０がオンされる。その後、車両においてＤＦＲ３５０がオンされ、蓄電装置１８０から住宅３０の電気負荷４０４への給電が実行される。

図１２は、充電制御または給電制御が実際に開始されるまでの処理を説明するためのフローチャートである。図１２を参照して、ユーザにより、電力ケーブル２０Ａが住宅３０のコンセント４００Ａに接続されるか、または電力ケーブル２０Ｂが住宅３０のコンセント４００Ｂに接続されると（ステップＳ１０）、電力ケーブル側でＣＣＩＤリレー３３０の溶着チェックが行なわれる（ステップＳ２０）。なお、充電用の電力ケーブル２０Ａにおいては、プラグ３２０Ａがコンセント４００Ａに接続されることにより電源４０２から供給される電力を用いて動作し、給電用の電力ケーブル２０Ｂにおいては、ＣＣＩＤ４０Ｂの蓄電部３４２に蓄えられた電力を用いて動作する。なお、この時点では、ＣＣＩＤリレー３３０の溶着チェックのみで、ＣＣＩＤリレー３３０は駆動されない（オフ状態）。

次いで、ユーザにより電力ケーブル２０Ａまたは２０Ｂのコネクタ３１０が電動車両１０のインレット２３０に接続されると（ステップＳ３０）、電動車両１０のＥＣＵ２４０は、ケーブル接続信号ＰＩＳＷに基づいて電力ケーブルの接続を検知する（ステップＳ４０においてＹＥＳ）。そして、電力ケーブルの接続が検知されると、ＥＣＵ２４０は、パイロット信号ＣＰＬＴの電位に基づいて車両の制御モードを確定する（ステップＳ５０）。具体的には、ＥＣＵ２４０は、パイロット信号ＣＰＬＴの電圧がＶ１であれば制御モードを充電モードとし、パイロット信号ＣＰＬＴの電圧がＶ４であれば制御モードを給電モードとする。

次いで、ＥＣＵ２４０は、ＣＣＩＤリレー３３０の溶着チェックを行なう（ステップＳ６０）。なお、特に図示していないが、ＣＣＩＤリレー３３０が溶着していると判定されると、ＥＣＵ２４０は、アラームを出力して処理を終了する。次いで、ＥＣＵ２４０は、ＤＦＲ３５０の溶着チェック処理を行なう（ステップＳ７０）。なお、特に図示していないが、ＤＦＲ３５０が溶着していると判定された場合も、ＥＣＵ２４０は、アラームを出力して処理を終了する。

ＤＦＲ溶着チェックが終了すると、ＥＣＵ２４０は、ＤＦＲ３５０をオンさせる（ステップＳ８０）。そして、ＤＦＲ３５０がオンされると、ＥＣＵ２４０は、パイロット信号ＣＰＬＴを用いてＣＣＩＤリレー３３０のオン指令を電力ケーブルのコントロールパイロット回路３３２Ａ（または３３２Ｂ）へ通知し、コントロールパイロット回路３３２Ａ（または３３２Ｂ）によって電力ケーブルのＣＣＩＤリレー３３０がオンされる（ステップＳ９０）。

その後、電圧センサ３７０からの電圧ＶＡＣおよび電流センサ３７２からの電流ＩＡＣの各検出値に基づいて、制御モードに応じて、実際に電源４０２から蓄電装置１８０の充電または蓄電装置１８０から住宅３０の電気負荷４０４への給電が実施される（ステップＳ１００）。

以上のように、この実施の形態においては、コントロールパイロット回路３３２Ａ，３３２Ｂは、パイロット信号ＣＰＬＴを生成し、その生成したパイロット信号ＣＰＬＴを電動車両１０のＥＣＵ２４０へ送信する。ここで、コントロールパイロット回路３３２Ａ，３３２Ｂは、電力ケーブルが充電用のものか給電用のものかを区別可能にパイロット信号ＣＰＬＴを生成する。より具体的には、雄型のプラグ３２０Ａを有する電力ケーブル２０Ａのコントロールパイロット回路３３２Ａは、充電用の電力ケーブルとして車両側で識別可能なパイロット信号ＣＰＬＴを生成し、雌型のプラグ３２０Ｂを有する電力ケーブル２０Ｂのコントロールパイロット回路３３２Ｂは、給電用の電力ケーブルとして車両側で識別可能なパイロット信号ＣＰＬＴを生成する。そして、電動車両１０のＥＣＵ２４０は、コントロールパイロット回路３３２Ａまたは３３２Ｂから与えられるパイロット信号ＣＰＬＴに従って充電モードおよび給電モードのいずれかでＡＣ／ＤＣコンバータ２２０を制御するので、パイロット信号ＣＰＬＴを用いて車両において充電モードおよび給電モードの切替が行なわれる。

したがって、この実施の形態によれば、通信用アンテナを別途設けることなく充電制御および給電制御の切替を車両外部から設定することができる。また、この実施の形態によれば、パイロット信号ＣＰＬＴを用いて充電／給電モードに関する情報が車両に通知されるので、電力ケーブル２０Ａまたは２０Ｂの接続後、充電制御または給電制御を迅速に開始することができる。

なお、上記の実施の形態においては、パイロット信号ＣＰＬＴの電位を異ならせることによって、コントロールパイロット回路３３２Ａが生成するパイロット信号ＣＰＬＴとコントロールパイロット回路３３２Ｂが生成するパイロット信号ＣＰＬＴとを区別可能としたが、信号のデューティーを異ならせることによって、コントロールパイロット回路３３２Ａが生成するパイロット信号ＣＰＬＴとコントロールパイロット回路３３２Ｂが生成するパイロット信号ＣＰＬＴとを区別可能としてもよい。

また、上記においては、充電用の電力ケーブル２０Ａと給電用の電力ケーブル２０Ｂとを別々に構成したが、充電用と給電用とで電力ケーブルを分けることなく、たとえば充電／給電切替スイッチをＣＣＩＤ等に設けて用途を切替可能としてもよい。その際、切替スイッチに応じてパイロット信号ＣＰＬＴの電位やデューティーを切替えることによって、パイロット信号ＣＰＬＴを充電と給電とで区別可能に生成してもよい。

また、上記においては、電動車両１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０を用いて蓄電装置１８０と住宅３０との間で電力を授受可能としたが、専用のコンバータを設けることなく、インレット２３０からの電力線対をモータジェネレータ１３０，１５０の中性点にそれぞれ接続し、インバータ２００，２１０により中性点間の電圧を調整することによって、電動車両１０と住宅３０との間で電力を授受することもできる。

また、上記においては、電動車両１０は、走行用の動力源としてエンジンおよびモータジェネレータを搭載するハイブリッド車両としたが、この発明の適用範囲は、ハイブリッド車両に限定されるものではなく、エンジンを搭載しない電気自動車や、直流電源として燃料電池を搭載した燃料電池車なども含む。

なお、上記において、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０は、この発明における「電力変換装置」に対応し、ＥＣＵ２４０は、この発明における「制御装置」に対応する。また、コントロールパイロット回路３３２は、この発明における「信号生成回路」に対応する。

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。本発明の範囲は、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。

この発明の実施の形態による充放電システムの全体図である。 図１に示す電動車両の構成を示すブロック図である。 充放電システムにおける充電機構をより詳細に説明するための図である。 図３に示す充電用の電力ケーブルのプラグを示した図である。 コントロールパイロット回路によって発生されるパイロット信号の波形を示した図である。 パイロット信号のデューティーと充電用の電力ケーブルが通電可能な電流のリミットとの関係を示した図である。 充電時におけるパイロット信号およびスイッチのタイミングチャートである。 充放電システムにおける放電機構をより詳細に説明するための図である。 図８に示す給電用の電力ケーブルのプラグを示した図である。 パイロット信号のデューティーと給電用の電力ケーブルが通電可能な電流のリミットとの関係を示した図である。 給電時におけるパイロット信号およびスイッチのタイミングチャートである。 充電制御または給電制御が実際に開始されるまでの処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ 電動車両、２０Ａ，２０Ｂ 電力ケーブル、３０ 住宅、４０Ａ，４０Ｂ ＣＣＩＤ、１１０ エンジン、１２０ 動力分割装置、１３０，１５０ モータジェネレータ、１４０ 減速機、１６０ 駆動軸、１７０ 駆動輪、１８０ 蓄電装置、１９０ 昇圧コンバータ、２００，２１０ インバータ、２２０ ＡＣ／ＤＣコンバータ、２３０ インレット、２４０ ＥＣＵ、３１０ コネクタ、３１２ リミットスイッチ、３２０Ａ，３２０Ｂ プラグ、３３０ ＣＣＩＤリレー、３３２Ａ，３３２Ｂ コントロールパイロット回路、３３４ 発振器、３３６，３７０ 電圧センサ、３４０ 電源回路、３４２ 蓄電部、３５０ ＤＦＲ、３６０ ＬＣフィルタ、３７２ 電流センサ、３８０ 抵抗回路、３８２，３８４ 入力バッファ、３８６ ＣＰＵ、３８８ 車両アース、４００Ａ，４００Ｂ コンセント、４０２ 電源、４０４ 電気負荷、Ｒ１ 抵抗素子、Ｒ２，Ｒ３ プルダウン抵抗、ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ、Ｌ１ コントロールパイロット線、Ｌ３ 信号線。

Claims (8)

1. 車両に搭載された蓄電装置を車両外部の電源から充電可能であり、かつ、前記蓄電装置から前記電源または車両外部の電気負荷へ給電可能な車両の充放電システムであって、
   前記電源から供給される電力を電圧変換して前記蓄電装置を充電する充電モード、および前記蓄電装置から出力される電力を電圧変換して前記電源または前記電気負荷へ供給する給電モードのいずれかで動作可能に構成された電力変換装置と、
   前記車両に搭載され、前記充電モードおよび前記給電モードのいずれかで前記電力変換装置を制御する制御装置と、
   前記車両の外部に設けられ、前記電源または前記電気負荷と前記車両とを電気的に接続する電力ケーブルを介して授受可能な電流の大きさに基づきパルス幅変調される制御信号を生成し、その生成した制御信号を前記制御装置へ送信する信号生成回路とを備え、
   前記信号生成回路は、前記電力ケーブルが充電用のものか給電用のものかを区別可能に前記制御信号を生成し、
   前記制御装置は、前記信号生成回路から与えられる前記制御信号に従って、前記充電モードおよび前記給電モードのいずれかで前記電力変換装置を制御する、充放電システム。
2. 前記電力ケーブルは、前記電源または前記電気負荷に当該電力ケーブルを接続するためのプラグを含み、
   前記信号生成回路は、前記プラグの形状に基づいて、前記電力ケーブルが充電用のものか給電用のものかを区別可能に前記制御信号を生成する、請求項１に記載の充放電システム。
3. 前記プラグの形状が雄型のとき、前記信号生成回路は、前記電力ケーブルが充電用のものであるとして前記制御信号を生成する、請求項２に記載の充放電システム。
4. 前記プラグの形状が雌型のとき、前記信号生成回路は、前記電力ケーブルが給電用のものであるとして前記制御信号を生成する、請求項２に記載の充放電システム。
5. 走行用の電動機へ電力を供給可能な蓄電装置を車両外部の電源から充電可能であり、かつ、前記蓄電装置から前記電源または車両外部の電気負荷へ給電可能な電動車両であって、
   前記電源から供給される電力を電圧変換して前記蓄電装置を充電する充電モード、および前記蓄電装置から出力される電力を電圧変換して前記電源または前記電気負荷へ供給する給電モードのいずれかで動作可能に構成された電力変換装置と、
   車両外部から与えられる制御信号に従って、前記充電モードおよび前記給電モードのいずれかで前記電力変換装置を制御する制御装置とを備え、
   前記制御信号は、前記電源または前記電気負荷と当該電動車両とを電気的に接続する電力ケーブルを介して授受可能な電流の大きさに基づきパルス幅変調され、かつ、前記電力ケーブルが充電用のものか給電用のものかを区別可能に生成された信号である、電動車両。
6. 前記電力ケーブルは、前記電源または前記電気負荷に当該電力ケーブルを接続するためのプラグを含み、
   前記制御信号は、前記プラグの形状に基づいて、前記電力ケーブルが充電用のものか給電用のものかを区別可能に生成された信号である、請求項５に記載の電動車両。
7. 前記プラグの形状が雄型のとき、前記制御信号は、前記電力ケーブルが充電用のものであるとして生成された信号である、請求項６に記載の電動車両。
8. 前記プラグの形状が雌型のとき、前記制御信号は、前記電力ケーブルが給電用のものであるとして生成された信号である、請求項６に記載の電動車両。

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