JP5367057B2 - 車両用充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラグインハイブリッドカーや電気自動車等の車載電池を備えた車両への充電のために各所に設置された車両用充電装置に関するものである。

プラグインハイブリッドカーや電気自動車等の充電システムについては、米国のＳＡＥ（ソサエティ・オブ・オートモーティブ・エンジニアズ）と日本のＪＥＶＡ（現ＪＡＲＩ日本自動車研究所）が標準システムを定めている。

車載電池を備えた車両に関する標準システムにおいては、車両の種類としてモード１とモード２とが規定されている。モード１の車両（以下、モード１車両）は電圧が印加されれば、直ちに充電を開始するタイプのものである。一方モード２の車両（以下、モード２車両）は車両側にも制御回路を備えており、車両側の充電口に車両用充電装置の充電コネクタが接続されると、車両用充電装置から送られた充電制御信号（ＣＰＬＴ信号）を受けた車両側の制御回路はその電位等を変化させることにより接続状態等を車両用充電装置に伝え、これらの信号の交換後に充電を開始するものである。これら標準システムの内容については、特許文献１の背景技術の欄に記載されている。

図１には、モード２車両２に対応する従来の車両用充電装置１のブロック図を示し、図２には、充電状況ごとに図１のＣＰＬＴ信号のＡ点の電位（以下、ＣＰＬＴ信号の電位）の変化を示すグラフを示している。図１のブロック図において、充電ケーブル３を車両２に接続していない状態では、車両用充電装置１のＣＰＬＴ信号の電位が１２Ｖとなるよう設計されている。充電ケーブル３を車両２に接続すると、車両側の制御回路５の抵抗Ｒ２が抵抗Ｒ１と直列に接続され、ＣＰＬＴ信号の電位は９Ｖとなる。充電制御部１０は、ＣＰＬＴ信号の電位が９Ｖになったことを検出すると、モード２車両２が充電ケーブル３に接続されたことを検知し、その後、充電制御部１０がパルス出力回路を発振させてＣＰＬＴ信号の電位は９Ｖ発振の状態となる。これによってパルス状の９ＶのＣＰＬＴ信号が車両側に入り、車両側の準備ができていれば車両側の制御回路５が受電許可スイッチ１５をオンとする。ここで、車載電池としてリチウムイオン電池が搭載されている場合には、抵抗Ｒ３によってＣＰＬＴ信号の電位は６Ｖ発振に変化し、車両２の受電準備が完了したことを車両用充電装置１が認識する。充電制御部１０はこの状態においてリレー９にオン信号を出力し充電電路８を閉路制御し、充電電路８に２００Ｖの充電電圧が印加する（以下、当該充電制御をモード２制御という）。

車載電池を備えた車両の内、現状では多くの車両がモード２車両であるため、車両用充電装置は、モード２制御を行うものが大部分であるが、車両用充電装置には、同時にモード１車両にも対応可能となっているものもある。モード１・モード２の双方の車両に対応可能な車両用充電装置では、モード２車両が接続された場合、上記のＣＰＬＴ信号によるモード２制御により充電が開始される一方、モード１車両が接続された場合には、モード２制御は行われることなく、モード１車両を接続後、充電作業者が車両用充電装置側に備えた閉路操作ボタンを押圧操作することにより、リレー９にオン信号を出力して充電電路８を閉路制御し２００Ｖの充電電圧が印加する。（以下、当該充電制御をモード１制御という）。

しかし、閉路操作ボタンは何れの車両も接続されていない状態で押圧操作された場合であっても、リレー９にオン信号を出力して充電電路８を閉路制御し、２００Ｖの充電電圧の印加をするものである。そのため、例えば、車両が接続される前に閉路操作ボタンが押圧操作されており、２００Ｖの電圧が印加された状態でモード２車両が接続された場合や、モード２車両を接続後に閉路操作ボタンが押圧されて２００Ｖの充電電圧が印加されると、モード２制御による電圧印加とは異なるため、車両側の制御回路５の不具合等の原因となる恐れがある。

車両用充電装置から出力されるＣＰＬＴ信号の電位は、モード２車両の充電制御回路５に接続されない状態では常に１２Ｖの一定電位となるように設計されているため、車両が接続されてない状態においても、モード１車両が接続された状態においても、１２Ｖの一定電位となる。従って、ＣＰＬＴ信号を利用してモード１車両の接続認定を行うことはできず、閉路操作ボタンが押圧操作された時に２００Ｖの充電電圧の印加の可否（実施／不実施／中止）を適切に判断できないという問題がある。

特開２００９−７１８９９号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題を解決し、モード１およびモード２の双方の車両の充電に対応し、かつ、閉路操作ボタンの押圧操作に連動して充電電圧の印加を開始するモード１車両充電開始用の閉路操作ボタンを備えた車両用充電装置において、車両用充電装置に接続された車両のモードを適切に判断し、閉路操作ボタンの押圧操作後の充電電圧の印加の実施／不実施／中止の判断を行い制御することができる技術を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の車両用充電装置は、ＣＰＬＴ信号により充電電路を閉路制御してモード２車両への電源供給を行うモード２車両充電制御手段と、閉路操作ボタンの押圧操作により充電電路を閉路制御してモード１車両への電源供給を行うモード１車両充電制御手段とを備える充電制御部を内蔵した車両用充電装置であって、閉路操作ボタンの押圧操作時のＣＰＬＴ信号の電位が所定電位を示す場合にのみ、モード１車両充電制御手段により充電電路を閉路制御する第１判定手段と、モード１車両充電制御手段による充電電路の閉路後、所定時間内にＣＰＬＴ信号の電位が所定電位以外に移行した場合に、充電電路を開路制御する第２判定手段を備えることを特徴とするものである。

なお、請求項２記載の発明のように、第１判定手段は、閉路操作ボタンの押圧操作時のＣＰＬＴ信号の電位が所定電位を示さない場合、閉路操作ボタンの押圧操作を無効と判定し、モード１車両充電制御手段による充電回路への電源供給を禁止することができる。また、請求項３記載の発明のように、充電制御部は、モード１車両充電制御手段が充電電路を閉路制御した後、所定時間内における該充電電路の充電電流を測定する電流測定手段を備え、該充電電流が所定値の範囲内にある場合には、第２判定手段により再度、車両用充電装置に接続された車両のモードを判断するものとすることができる。

本発明の車両用充電装置は、閉路操作ボタンの押圧操作時のＣＰＬＴ信号の電位が所定電位を示す場合にのみ、充電電路の閉路制御を行う第１判定手段を備えるため、車両が接続された状態で、閉路操作ボタンが押圧操作された場合には、充電電圧の印加を開始する前に車両用充電装置に接続された車両のモードを判断し、印加の実施／不実施を適切に制御することができる。更に、本発明の車両用充電装置は、充電電路の閉路後、所定時間内にＣＰＬＴ信号の電位が所定電位以外に移行した場合に、充電電路を開路制御する第２判定手段を備えるため、車両が接続されない状態で、閉路操作ボタンが押圧操作され、充電電圧の印加が開始された後に車両が接続された場合にも、車両用充電装置に接続された車両のモードを適切に判断して、充電電圧の印加の続行/中止の判断を行い制御することができる。当該制御は、ＣＰＬＴ信号を利用して行うことができるため、車両用充電装置において、従来の充電制御システムの他に、新たに複雑なシステム構成を追加する必要もない。

すなわち、本発明によれば、モード１およびモード２の双方の車両の充電に対応し、かつ、閉路操作ボタンの押圧操作によって充電電圧の印加を開始するモード１車両充電開始用の閉路操作ボタンを備えた車両用充電装置において、従来の充電制御システムの他に、新たに複雑なシステム構成を追加することなく車両用充電装置に接続された車両のモードを適切に判断し、閉路操作ボタンの押圧操作後の充電電圧の印加を実施／不実施／中止の判断を行い制御することができる。

モード２車両に対応する従来の車両用充電装置１のブロック図である。 図１のＡ点の電位変化を示すグラフである。 本発明の実施形態を示すブロック図である。 閉路操作ボタンが押圧操作された際の充電制御部内における制御フロー図である。

図３のブロック図は、本発明の車両用充電装置の一実施形態を説明するものであり、この実施形態では車両２はモード２として図示されている。

図３に、一点鎖線で囲んだ１が車両用充電装置、２が車載電池４を搭載した車両、３が充電ケーブル、５は車両２の車両側の制御回路である。充電ケーブル３は少なくとも充電電路を構成する電源ライン、ＣＰＬＴ信号線２０、漏電事故等から人体を保護するアース線を備えている。ＣＰＬＴ信号線２０は、ＣＰＬＴ信号を車両用充電装置１と車両２との間で充電制御に関する情報がＣＰＬＴ信号として通信される。

外部の交流電源６から供給される電力は、ブレーカ（図示せず）を備えた充電電路８から充電ケーブル３を介して車両２の車載電池４に供給され充電を行う。この充電電路８には充電電路を開閉するためのリレー９が設けられており、後述するように、充電制御部１０に内蔵されるモード２車両充電制御手段により充電電路８の開閉制御が行われ、モード２車両に電源供給している。

充電制御部１０はパルス出力回路を備え、車両側の制御回路５との間で充電制御信号（ＣＰＬＴ信号）を通信する。パルス出力回路は初期値として予め定められたデューティ比（パルス幅）の充電制御信号を発振する。充電制御信号のデューティ比の初期値は充電ケーブル３の種類等によって予め定められている。 充電制御部１０は、更に、充電の状態を表示する表示部１８と、後述するモード１車両対応用の閉路操作ボタン１９が接続されている。充電制御部１０に内蔵されるモード１車両充電制御手段は、閉路操作ボタン１９の押圧操作により充電電路８の閉路制御を行って、モード１車両に電源供給している。さらに、充電制御部１０は、後述するような第１判定手段１６と第２判定手段１７とを備えている。

図３のブロック図において、従来と同様、充電ケーブル３を車両２に接続していない状態では、車両用充電装置１のＡ点のＣＰＬＴ信号の電位（以下、ＣＰＬＴ信号の電位）が１２Ｖとなるよう設計されている。

車両用充電装置１に、モード２車両２が接続されると、充電制御部１０のモード２車両充電制御手段によりモード２制御（充電制御）が行われ、モード２車両に電源供給される。すなわち、車両用充電装置１にモード２車両２が接続されると、モード２車両側の制御回路５の抵抗Ｒ２が抵抗Ｒ１と直列に接続されＣＰＬＴ信号の電位は９Ｖとなる。充電制御部１０は、ＣＰＬＴ信号の電位が９Ｖになったことを検出すると、モード２車両２が充電ケーブル３に接続されたことを検知し、その後、充電制御部１０は、車両用充電装置１が充電可能な状態（タイマー制御などが設定されていない状態）であれば、パルス出力回路を発振させてＣＰＬＴ信号の電位は９Ｖ発振の状態となる。これによってパルス状の９ＶのＣＰＬＴ信号が車両側に入り、車両側の制御回路５が受電許可スイッチ１５をオンとする。ここで、車載電池としてリチウムイオン電池が搭載されている場合には、抵抗Ｒ３によってＣＰＬＴ信号の電位は６Ｖ発振に変化し、車両２の受電準備が完了したことを車両用充電装置１が認識する。充電制御部１０はこの状態においてリレー９にオン信号を出力し充電電路８を閉路制御し、車載電池４に対する電源供給として２００Ｖの充電電圧を印加する。

一方、モード１車両が接続された場合には、モード２制御による充電は行われることない。モード１車両を接続後、充電作業者が車両用充電装置側に備えた閉路操作ボタン１９を押圧操作することにより、充電制御部１０のモード１車両充電制御手段は、充電制御部１０がリレー９にオン信号を出力して充電電路８を閉路制御し、車載電池４に対する電源供給として２００Ｖの充電電圧が印加される（モード１制御）。

ＣＰＬＴ信号の電位は、車両が接続されてない状態においても、モード１車両が接続された状態においても、１２Ｖ一定電位となるが、本発明では以下の手段により、車両用充電装置に接続された車両のモードを適切に判断し、閉路操作ボタンの押圧操作後の２００Ｖの充電電圧の印加の実施／不実施／中止の判断を行い適切に制御可能としている。

以下、図４に示すフロー図に従って、閉路操作ボタン１９が押圧操作された際の充電制御部１０内における制御フローを説明する。

閉路操作ボタン１９が押圧操作された時に、充電制御部１０は、ＣＰＬＴ信号の電位を確認する（ＳＴ１）。

第１判定手段１６はＣＰＬＴ信号の電位が所定電位である１２Ｖ以外（例えば、９Ｖ一定電位）であれば、モード２の車両が接続され前述のモード２制御を開始されていると判定して（ＳＴ２）、先にされた閉路操作ボタンの押圧操作及びその後の閉路操作ボタンの押圧操作を無効化し、モード１車両充電制御手段による充電回路８への電源供給を禁止する（ＳＴ３）。

ＣＰＬＴ信号の電位が所定電位である１２Ｖであれば、第１判定手段１６は少なくともモード２車両は接続されていないと判定する。すなわち、モード１車両が接続されているか、若しくはいずれの車両も接続されていないと判定する（ＳＴ２）。その後、モード１車両充電制御手段によりリレーを閉路して（ＳＴ４）２００Ｖ電圧を所定時間（数秒間）印加し（ＳＴ５）、充電制御部１０は電流測定手段７により充電電路８に流れる充電電流の検出を行う（ＳＴ６）。なお、モード１車両充電制御手段によりリレーを閉路したときにはＣＰＬＴ信号の電位は０Ｖに移行させる。

充電制御部１０はＣＰＬＴ信号の電位が０Ｖの状態で、充電電流が第１の閾値（例えば１Ａ）以上の場合、モード１車両が接続されていると判定して（ＳＴ７）２００Ｖの電圧印加を続行する（ＳＴ８）。このとき、後述する第２判定手段の判定は行わない。

充電制御部１０はＣＰＬＴ信号の電位が０Ｖの状態で、充電電流が第２の閾値（例えば０．２Ａ、＜第１の閾値）未満の場合、いずれの車両も接続されていないと判定して（ＳＴ９）、リレー９にオフ信号を出力し、充電電路８を開路制御する（ＳＴ１０）。ＣＰＬＴ信号の電位は、閉路操作ボタンの押圧操作前の状態に戻すべく１２Ｖに移行させる。

充電制御部１０はＣＰＬＴ信号の電位が０Ｖの状態で、充電電流が第２の閾値以上かつ第１の閾値未満の所定値の範囲内にある場合、少なくともモード１・２のいずれかの車両は接続されたと判定して、第２判定手段１７により再度、車両用充電装置に接続された車両のモードを判断する（ＳＴ１１）。すなわち、モード１車両が接続されていて、車両側の原因により充電電流が第１の閾値に達していないか、操作ボタン押圧後に車両用充電装置にモード２車両が接続されたと判定する。このとき２００Ｖの電圧印加を続行したうえＣＰＬＴ信号の電位を１２Ｖに移行させ、所定時間（例えば、数分間）電流測定手段７によって充電電路８に流れる充電電流を確認する。

この所定時間内に充電電流が所定値である第１の閾値以上になった場合、第２判定手段１７は、モード１車両が接続されていると判定して（ＳＴ７）、充電電圧の印加を続行する（ＳＴ８）。また、充電制御部１０はＣＰＬＴ信号の電位を０Ｖに移行させ、第２判定手段の判定を終了する。

所定時間内にＣＰＬＴ信号の電位が９Ｖに移行した場合、第２判定手段１７は、モード２車両が接続されていると判定して（ＳＴ１２）、リレー９にオフ信号を出力し、充電電路８を開路制御する（ＳＴ１３）。さらに、モード２車両充電制御手段により前述のモード２制御が行われ、モード２車両に電源供給される（ＳＴ１４）。

所定時間内に前記の何れの状態にも移行しない場合、第２判定手段は、充電中止されたと判定して（ＳＴ９）、リレー９にオフ信号を出力し、充電電路８を開路制御する（ＳＴ１０）。ＣＰＬＴ信号の電位は、閉路操作ボタンの押圧操作前の状態に戻すべく１２Ｖに移行させる。

なお、本発明の閉路操作ボタンの操作とは、車両用充電装置１に設けられたボタンを作業者が物理的に押圧操作する行為に限らず、充電認証時／課金時における内部スイッチによる閉路操作ボタンの投入を含むものである。

以上に説明したように、本発明の車両用充電装置では、閉路操作ボタンの押圧操作時のＣＰＬＴ信号の電位が所定電位を示す場合にのみ、充電電路の閉路制御を行う第１判定手段を備えるため、車両が接続された状態で、閉路操作ボタンが押圧操作された場合には、２００Ｖの充電電圧の印加を開始する前に車両用充電装置に接続された車両のモードを判断し、充電電圧の印加を実施／不実施を適切に制御することができる。更に、本発明の車両用充電装置は、充電電路の閉路後、所定時間内にＣＰＬＴ信号の電位が所定電位以外に移行した場合に、充電電路を開路制御する第２判定手段を備えるため、車両が接続されない状態で、閉路操作ボタンが押圧操作され、２００Ｖの充電電圧の印加が開始された後に車両が接続された場合にも、車両用充電装置に接続された車両のモードを判断して、２００Ｖの充電電圧の印加の続行/中止を制御することができる。

１ 車両用充電装置
２ 車両
３ 充電ケーブル
４ 車載電池
５ 車両側の制御回路
６ 交流電源
７ 電流測定手段
８ 充電電路
９ リレー
１０ 充電制御部
１１ 電源回路
１４ ダイオード
１５ 受電許可スイッチ
１６ 第１判定手段
１７ 第２判定手段
１８ 表示部
１９ 閉路操作ボタン
２０ ＣＰＬＴ信号線

Claims (3)

1. ＣＰＬＴ信号により充電電路を閉路制御してモード２車両への電源供給を行うモード２車両充電制御手段と、閉路操作ボタンの押圧操作により充電電路を閉路制御してモード１車両への電源供給を行うモード１車両充電制御手段とを備える充電制御部を内蔵した車両用充電装置であって、
   閉路操作ボタンの押圧操作時のＣＰＬＴ信号の電位が所定電位を示す場合にのみ、モード１車両充電制御手段により充電電路を閉路制御する第１判定手段と、
   モード１車両充電制御手段による充電電路の閉路後、所定時間内にＣＰＬＴ信号の電位が所定電位以外に移行した場合に、充電電路を開路制御する第２判定手段を備えることを特徴とする車両用充電装置。
2. 第１判定手段は、閉路操作ボタンの押圧操作時のＣＰＬＴ信号の電位が所定電位を示さない場合、閉路操作ボタンの押圧操作を無効と判定し、モード１車両充電制御手段による充電回路への電源供給を禁止することを特徴とする請求項１記載の車両用充電装置。
3. 充電制御部は、モード１車両充電制御手段が充電電路を閉路制御した後、所定時間内における該充電電路の充電電流を測定する電流測定手段を備え、該充電電流が所定値の範囲内にある場合には、第２判定手段により再度、車両用充電装置に接続された車両のモードを判断することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用充電装置。