JP5815895B2 - 充放電装置 - Google Patents

Description

本発明は、充放電装置に関する。

近年、厳しい電力事情の解決策の１つとして、Ｖ２Ｈ（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｈｏｍｅ）システムが期待されている。Ｖ２Ｈシステムとは、電気自動車のバッテリ電力を宅内電力として利用するシステムをいう。Ｖ２Ｈシステムによれば、電力の供給が停止しても、ユーザが宅内電力を供給することができる。

Ｖ２Ｈシステムでは、車両の急速充電ポートを用いて充放電を行う方法が検討されているが、急速充電ポートからの充放電は規格及びガイドラインに沿って行う必要があり、例えば、車両は充電器とのコネクタ接続検出手段を有し、充電器はコネクタロック検出時にコネクタが接続されたことを検出する仕様となっている。また、充放電のシーケンスにより、車両と充電器の間で通信が行われ、充電器にて車両情報を得ることができる仕様となっている。

これまで、車両の急速充電ポートで充電する際には、急速充電可能な充電器をコネクタ接続してすぐに充電を開始することが一般的であり、接続確認は車両側で検出され、車両情報は充電中に充電器で取得されていた。すなわち、充電器側にて接続確認が行われず、充電を開始してから車両情報の取得が開始する。

上記のＶ２Ｈシステムでは、充放電の待機時（開始前）にコネクタの接続を検出して車両情報を取得することも望まれており、充電器とコネクタの接続を検出する手段や、取得した車両情報をユーザに伝達し、該車両情報に基づいて最適な制御を行う手段の開発が進められている。例えば、特許文献１には、電気自動車のバッテリに電力を充電する際に、車載コントローラからの充電履歴データに基づき、室内コントローラにて走行可能距離、充電完了率及びバッテリ交換時期等の演算を行うとともに、充電中の異常を監視及び報知する技術が開示されている。

特開平９−２３３７２０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、コネクタ接続検出手段は車両側の車載コントローラに設けられているため、充電器側では、車両と充電器の接続状態等を把握することができない。上記従来の技術において、充電器側で車両と充電器の接続状態等を把握するためにコネクタ接続検出手段を充電器側に設けると、コネクタ接続を検出するためにはリレーをオンした後にＣＡＮ通信を行わねばならず、オンさせる頻度の増加によるリレーの劣化や、消費電力が増大してしまう、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リレーをオンさせて車両と充電器との通信を行うことなく、充電器側において車両と充電器の接続を把握することが可能な充放電装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電気自動車の蓄電池と電力の授受を行う充放電器を備え、電力の供給が停止しても宅内に電力を供給可能な充放電装置であって、前記電気自動車との通信を開始するためのリレーと、前記電気自動車に設けられたプラグに接続されるコネクタと、前記コネクタと前記充放電器とを接続するケーブルと、前記充放電器に設けられ、前記電気自動車との通信を行うことなく前記コネクタが前記プラグに接続されたことを検出する接続検出器と、を備え、前記ケーブルは、前記コネクタが前記プラグに接続された際に前記電気自動車が有する車両電源及び前記接続検出器に接続するコネクタ接続確認線を含み、前記接続検出器は、前記コネクタが前記プラグに接続された際に、前記コネクタ接続確認線を介して前記電気自動車が有する車両側接続検出器に接続され、前記接続検出器は、前記充放電器に設けられ、前記電力の供給が停止しても使用可能である電源の電力を用いて前記検出を行う充放電装置である。

本発明によれば、リレーをオンさせて車両と充電器との通信を行うことなく、充電器側において車両と充電器の接続を把握することが可能な充放電装置を得ることができるため、消費電力を抑えつつリレーを長寿命化できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る充放電装置に電気自動車が接続された構成を示す図である。 図２は、実施の形態１に係る、従来の充放電装置の簡易充電時のフローチャート図である。 図３−１は、実施の形態１に係る、従来の充放電装置に電気自動車が接続された形態のインターフェースの構成を示す図である。 図３−２は、実施の形態１に係る充放電装置に電気自動車が接続された形態のインターフェースの構成を示す図である。 図４は、実施の形態１に係る充放電装置が備える接続検出器を示す図である。 図５は、実施の形態２に係る充放電装置に電気自動車と宅内コントローラが接続された構成を示す図である。 図６は、実施の形態２に係る充放電装置が備える接続検出器を示す図である。 図７は、実施の形態２に係る充放電装置を含むシステムの全体を示す概念図である。 図８は、実施の形態２に係る充放電装置を含むシステムの宅内用モニタの表示例を示す図である。

以下に、本発明にかかる充放電装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る充放電装置に電気自動車が接続された実施の形態１の構成を示す図である。

図１に示す充放電装置は、充放電器２と、コネクタ３と、ケーブル４とを備え、電気自動車１と充放電器２は、コネクタ３とケーブル４を介して接続される。

電気自動車１は、車両制御器１１と、接続検出器１２と、充放電プラグ１３と、を備える。車両制御器１１は、電気自動車１の駆動及び充放電を制御する。

充放電器２は、充放電制御器２１と、ｄ１リレー２２と、接続検出器２３と、を備える。充放電制御器２１は、電気自動車１の充放電を制御する。充放電器２は、電気自動車１に対して充放電を行うために、電気自動車１の車両制御器１１とＣＡＮ通信を行い、ケーブル４内の信号線にてデジタル入出力を行うことで、電気自動車１の充電と放電のシーケンスを管理することができる。

ケーブル４は、少なくとも、通信線４１と、信号線（第１の充電開始停止線４２及びコネクタ接続確認線４３）と、電力線（図１では図示しない）と、を含む。ケーブル４は、電気自動車１の充放電プラグ１３に接続されている。

図２は、従来の充放電装置の簡易充電時のフローチャート図である。また、図３−１は、従来の充放電装置に電気自動車が接続された形態のインターフェースの構成を示す図である。

図３−１に示すインターフェースの構成では、電気自動車１側に、接続検出器１２、車両コンタクタ１４、コンタクタ駆動リレー１５、ｄ１リレー検出器１６、ｄ２リレー検出器１７、充放電許可禁止出力部１８及び車載バッテリ１９が配され、充放電器２側に、ｄ１リレー２２、ｄ２リレー２４及び充電許可禁止入力部２５が配されている。また、電気自動車１と充放電器２の間は、第１の充電開始停止線４０ａ、第２の充電開始停止線４０ｂ、コネクタ接続確認線４０ｃ、充電許可禁止線４０ｄ、接地線４０ｅ、第１のＣＡＮ通信線４０ｆ及び第２のＣＡＮ通信線４０ｇによって接続されている。なお、第１の充電開始停止線４０ａは、図１における第１の充電開始停止線４２に相当し、コネクタ接続確認線４０ｃは、図１におけるコネクタ接続確認線４３に相当し、第１のＣＡＮ通信線４０ｆ及び第２のＣＡＮ通信線４０ｇは、図１における通信線４１に相当する。また、車両コンタクタ１４に接続されている第１の充電開始停止線４０ａ及び第２の充電開始停止線４０ｂが、電力線に相当する。

ここで、従来の充放電装置の充電準備作業について、図２と図３−１を参照して説明する。まず、充放電器２側のｄ１リレー２２をオンすると（Ｓ１０）、電気自動車１側のフォトカプラｆ１６が駆動し、電気自動車１はｄ１リレー２２のオンを検出する。

電気自動車１は、ｄ１リレー２２のオンを検出すると、充放電器２とのＣＡＮ通信を開始するために、第１のＣＡＮ通信線４０ｆ及び第２のＣＡＮ通信線４０ｇを介して信号を送信する（Ｓ１１）。

充放電器２は、電気自動車１からのＣＡＮ通信の信号を受信すると、電気自動車１にＣＡＮ通信の信号を送信する。このようにして相互的なＣＡＮ通信が成立した後に、充放電器２は電気自動車１から充電許可禁止線４０ｄを介して充電許可信号を受信し、電磁ロックによってコネクタロックをかける（Ｓ１２）。

そして、充放電器２は、出口回路に対して電圧を短時間印加し、コネクタインターフェースを含む出口回路に短絡または地絡等の異常がないか絶縁診断を行う（Ｓ１３）。

絶縁診断後、充放電器２は、ｄ２リレー２４をオンして充放電器２の準備が完了したことを第２の充電開始停止線４０ｂの配線を介して電気自動車１に伝え（Ｓ１４）、充電準備作業を終了する。

上記説明した図２の充電準備作業では、充放電器２が電気自動車１の車両情報を得るためには、ｄ１リレー２２をオンしてＣＡＮ通信を開始しなければならない。しかしながら、充放電器２は、電気自動車１との接続状態を電気自動車１からのＣＡＮ通信で把握しているため、電気自動車１が接続されていない場合にもＣＡＮ通信を開始しようとして、ｄ１リレー２２をオンしてしまう。そのため、不必要にリレーをオンしてしまうことでリレーを劣化させ、消費電力が増大してしまう、という問題があった。

図３−２は、本発明に係る充放電装置に電気自動車が接続された形態のインターフェースの構成を示す図である。図３−２に示す充放電装置は、従来の充放電装置とは異なり、接続検出器２３を備える。

図３−１に示す従来の充放電装置では、電気自動車１と充放電器２を、コネクタ接続確認線４０ｃによってコネクタ３で接続した場合には、電気自動車１の車載バッテリ１２ＶのＦＧと充電器１２ＶのＦＧが共通となり、電気自動車１側の接続検出器１２に含まれるコネクタ接続検出用フォトカプラｈが駆動し、電気自動車１にて接続を検出することができる。しかしながら、充放電器２では接続を検出することができない。

図３−２に示す本発明に係る充放電装置は接続検出器２３を備えるため、充放電器２においてもコネクタの接続を検出することができる。

図４は、本発明に係る充放電装置が備える接続検出器２３を示す図である。接続検出器２３は、コネクタ接続検出用フォトカプラ２３１と電流制限用抵抗２３２を備える。コネクタ接続検出用フォトカプラ２３１は、電気自動車１の接続検出器１２に含まれるコネクタ接続確認用フォトカプラｈと同様に、コネクタ接続確認線４０ｃの充放電器２側に配されている。電気自動車１と充放電器２が接続されると、電気自動車１側の接続検出器１２に含まれるコネクタ接続確認用フォトカプラｈの駆動と同時に充放電器２側のコネクタ接続検出用フォトカプラ２３１が駆動し、接続を検出することができる。このようにフォトカプラを利用しているため、接続検出器２３の入力と出力は絶縁され、過大な電圧が充放電制御器２１に印加されることを防止することができる。

以上説明したように、従来の構成に、簡易な構成の接続検出器２３を追加するのみで、充放電器２側においてもＣＡＮ通信を行わずに接続を検出することができる。

本発明に係る充放電装置では、ＣＡＮ通信を行わずに充放電器２にてコネクタ接続を検出することができるため、リレーの開閉回数が抑制され、リレーの長寿命化が可能である。また、コネクタ非接続時であるにも関わらず車両情報を得るためにＣＡＮ通信を開始しようとしてしまうことを防止できるため、消費電力の抑制が可能である。

また、本発明の充放電装置は、充放電器２側に簡易な構成の接続検出器２３（コネクタ接続検出用フォトカプラ２３１と電流制限用抵抗２３２）を追加するのみであるため、コストを抑制することが可能である。

また、本発明の充放電装置は、コネクタ３が接続されたか否かを２値で判断するため、短時間での確実な検出が可能であり、システムの操作性と安全性を高くすることが可能である。

また、本発明の充放電装置では、接続の検出にＣＡＮ通信を用いないため、接続異常であるのか、通信異常であるのかを切り分けることが可能であり、システムの信頼性を高くすることができる。

なお、本発明の充放電装置は、電気自動車１の車両情報を充放電時に常時取得する必要があるが、待機時には、電気自動車１のバッテリ容量等の情報を常時取得する必要がない。そのため、電気自動車１のバッテリ容量等の情報を取得する必要のない期間には、通信動作を停止させることで低圧バッテリの消費を抑制することができる。

なお、電気自動車１の車両情報を取得するタイミングは、例えば、コネクタ接続開始時または前回の車両情報取得時から設定した所定の時間経過後（バッテリ内の電力量が枯渇する以前）とすればよい。この「所定の時間」は、待機時の消費電力量が電気自動車１の車両バッテリのバッテリ全容量の１％以上となるように設定することが好ましい。また、この「所定の時間」は、車両バッテリから低圧バッテリに充電を行う場合に、停車状態で車両システムの電源を起動して車内装置を操作することを考慮して設定されていてもよい。

または、コネクタ接続の開始時と所定の時間経過後（例えば一時間経過後）のバッテリの残容量から単位時間あたりの低下分を算出して待機時の消費電力量を推定し、次回の車両情報の取得タイミングを決定してもよい。すなわち、待機時の消費電力量に基づいて一定時間毎のタイミングで通信を行ってもよい。このようにすると、適切なタイミングで車両情報を取得することができるため、消費電力を抑制しつつ、必要時に車両情報を取得することができる。

実施の形態２．
図５は、本発明に係る充放電装置に電気自動車１と宅内コントローラ５が接続された構成を示す図である。

図５に示す本実施の形態に係る充放電装置は、充放電器２を制御する宅内コントローラ５と、充放電器２を監視する宅内用モニタ６と、を備えており、接続検出器２３ａの出力が宅内コントローラ５に入力される点が実施の形態１に係る充放電装置と異なる。

宅内コントローラ５は、充放電器２から取得した車両情報等に基づいて、宅内用モニタ６に対して情報を表示するとともに、電力の授受を管理及び制御する。

図６は、本発明に係る充放電装置が備える接続検出器２３ａを示す図である。図６に示す接続検出器２３ａは、コネクタ接続確認線４０ｃの充放電器２側にコネクタ接続検出用フォトカプラ２３１ａを備え、コネクタ接続検出用フォトカプラ２３１ａの二次側を宅内コントローラ５の電源に接続して、宅内コントローラ５の制御器５１にコネクタ接続確認信号が入力される（図５を参照）。

本実施の形態によれば、宅内コントローラ５が電気自動車１及び充放電器２に対して絶縁され、安全性が高まり、宅内コントローラ５がノイズを受けにくくすることができるため、信頼性の向上が可能となる。

また、本実施の形態によれば、宅内コントローラ５にて接続状況を直接確認することができるため、充放電器２の電源が不要な場合（待機時等）には充放電器２を停止しておくと、消費電力の抑制が可能となる。

図７は、本実施の形態２に係る充放電装置を含むシステムの全体を示す概念図である。宅内コントローラ５は、電気自動車１の車両情報を、充放電器２を介して受信する。宅内コントローラ５は、受信した電気自動車１の車両情報を宅内用モニタ６に表示する。また、ユーザは宅内から充放電器２を操作することが可能である。

図８は、実施の形態２に係る充放電装置を含むシステムの宅内用モニタ６の表示例を示す図である。宅内用モニタ６は、電気自動車１との接続有無、バッテリ残量（充電量）、電気自動車１の車種や、検出した異常情報などを表示して使用者に通知する。

本実施の形態の構成によれば、接続状態を宅内で確認可能となるため、接続忘れを抑制することが可能となる。

本実施の形態の構成によれば、電気自動車１の車両情報をユーザが宅内で確認可能なため、バッテリ残量や、複数台の車両を所有している場合にどの車に接続されているか等を容易に把握することが可能となる。

また、コネクタ接続時には、宅内用モニタ６を用いてユーザ設定（コネクタ接続中の常時または夜間のみ、ボタン押下時等）を行い、充放電器２からコネクタロックを行う構成とすると、コネクタ３の取り外しを不可として接続を固定するとともに、電気自動車１のドライブモードをパーキングに固定して車両の盗難防止を図ることも可能となる。

なお、接続検出器２３ａは、本実施の形態の構成に限定されず、宅内コントローラ５と宅内用モニタ６が同一の筐体に搭載されていてもよい。

また、本実施の形態は、ＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）等に適用することが可能であり、本実施の形態をＨＥＭＳ等に適用することで、更に効果的な制御が可能となる。

なお、上記実施の形態１，２では、充電器に電気自動車が接続される態様を説明しているが本発明はこれに限定されない。本発明では、電気自動車を蓄電池に代えてもよく、すなわち、本発明は蓄電池に適用してもよい。本発明を蓄電池に適用する場合には、宅内において予期せぬプラグの外れを検出することができ、信頼性と安全性を向上させることが可能である。

以上のように、本発明にかかる充放電装置は、蓄電池または蓄電池を搭載する電気自動車等に有用であり、特にＶ２Ｈシステムに有用である。

１ 電気自動車、２ 充放電器、３ コネクタ、４ ケーブル、５ 宅内コントローラ、６ 宅内用モニタ、１１ 車両制御器、１２ 接続検出器、１３ 充放電プラグ、１４ 車両コンタクタ、１５ コンタクタ駆動リレー、１６ ｄ１リレー検出器、１７ ｄ２リレー検出器、１８ 充放電許可禁止出力部、１９ 車載バッテリ、２１ 充放電制御器、２２ ｄ１リレー、２３，２３ａ 接続検出器、２４ ｄ２リレー、２５ 充電許可禁止入力部、２３１，２３１ａ コネクタ接続検出用フォトカプラ、２３２，２３２ａ 電流制限用抵抗、４０ａ 第１の充電開始停止線、４０ｂ 第２の充電開始停止線、４０ｃ コネクタ接続確認線、４０ｄ 充電許可禁止線、４０ｅ 接地線、４０ｆ 第１のＣＡＮ通信線、４０ｇ 第２のＣＡＮ通信線、４１ 通信線、４２ 第１の充電開始停止線、４３ コネクタ接続確認線、５１ 制御器、Ｓ１０〜１４ ステップ。

Claims (1)

1. 電気自動車の蓄電池と電力の授受を行う充放電器を備え、電力の供給が停止しても宅内に電力を供給可能な充放電装置であって、
   前記電気自動車との通信を開始するためのリレーと、
   前記電気自動車に設けられたプラグに接続されるコネクタと、
   前記コネクタと前記充放電器とを接続するケーブルと、
   前記充放電器に設けられ、前記電気自動車との通信を行うことなく前記コネクタが前記プラグに接続されたことを検出する接続検出器と、を備え、
   前記ケーブルは、前記コネクタが前記プラグに接続された際に前記電気自動車が有する車両電源及び前記接続検出器に接続するコネクタ接続確認線を含み、
   前記接続検出器は、前記コネクタが前記プラグに接続された際に、前記コネクタ接続確認線を介して前記電気自動車が有する車両側接続検出器に接続され、
   前記接続検出器は、前記充放電器に設けられ、前記電力の供給が停止しても使用可能である電源の電力を用いて前記検出を行う充放電装置。

Images