JP5821595B2 - 給電システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された車載コンセントに対して給電を行う給電システムに関する。

車両外部に設けられた外部電源により充電可能なバッテリを搭載したハイブリッド自動車、電気自動車が知られている。さらに、この種の車両として、車載コンセントを備え、車載コンセントに対して外部電源から給電可能な経路と、車載コンセントに対してバッテリから給電可能な経路とを備える車両が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２２５５８７号公報 特開２００８−３１２３９５号公報 特開２０１０−０９３８９１号公報

特許文献１の構成では、外部電源から車載コンセントに給電する給電回路を保護する点が考慮されていない。本願発明は、外部電源から車載コンセントに給電する給電経路を保護することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明に係る給電システムは、（１）車両に搭載された車載バッテリと、車両に搭載された車載コンセントと、車両外部の外部電源から前記車載コンセントに対する電力の供給が可能な第１の供給経路と、前記車載バッテリから前記車載コンセントに対する電力の供給が可能な第２の供給経路と、第２の供給経路に設けられ、車載バッテリから車載コンセントに供給される電力および外部電源から車載バッテリに供給される電力を調整する充電器と、外部電源から第１の供給経路を用いて車載コンセントに給電する前に、第２の供給経路を用いて車載コンセントに給電し、充電器によって調整された第２の供給経路を流れる電流値が第１および第２の供給経路上の電気部品の定格電流値以下である場合、第１の供給経路を用いた車載コンセントへの給電を許容する許容処理を実行するコントローラと、を有する。

（２）上記（１）の構成において、前記コントローラは、前記外部電源の定格電圧と前記車載コンセントに接続される電子機器の定格電圧とが等しい場合に、前記許容処理を実行することができる。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記コントローラは、前記許容処理を実行する前に、第２の供給経路の電圧を前記第１の供給経路の電圧に同期させる同期処理を行うことができる。

（４）上記（１）〜（３）の構成において、前記第１の供給経路および前記第２の供給経路の共通の経路には、前記電気部品としてリレー及びヒューズが設けられている。リレー及びヒューズが溶断などする不具合を防止することができる。

給電システムのブロック図である。 コントローラが行う処理を示したフローチャートである。

図１は、給電システムのブロック図である。給電システム１は、車両に搭載された車載コンセントに対する給電を制御する。車両は、外部電源により充電可能なバッテリを備えるハイブリッド自動車であってもよい。ハイブリッド自動車とは、バッテリから供給される電力を用いて走行用エネルギを発生させるモータと、内燃機関とを動力源として兼用する自動車のことである。ただし、車両は、電気自動車であってもよい。電気自動車とは、バッテリから供給される電力に基づき走行用エネルギを発生させるモータのみを動力源として有する自動車のことである。図１において点線の矢印は、信号の流れる方向を示している。

給電システム１は、バッテリパック１０、充電器２０、コントローラ３０、車載コンセント４０、外部電源５０、充電ケーブル６０及び充電インレット７０を含む。バッテリパック１０は、バッテリ１１（車載バッテリに相当する）を含む。バッテリ１１は、複数の単電池１１１を有する。これらの単電池１１１は、直列に接続してもよい。単電池１１１は、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池、或いはキャパシタであってもよい。バッテリ１１は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐを介して、充電器２０に接続されている。バッテリ１１のマイナス端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが接続され、バッテリ１１のプラス端子には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが接続されている。また、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよびプリチャージ抵抗１２は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂに対して並列に接続されている。

これらのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐは、コイルに対して通電したときに接点が閉じるリレーである。ＳＭＲがオンとは通電状態を意味し、ＳＭＲがオフとは非通電状態を意味する。

コントローラ３０は、電流遮断時、すなわちイグニッションスイッチのポジションがＯＦＦ位置になるときには、全てのシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐをオフする。すなわち、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐのコイルに対する励磁電流をオフにする。なお、イグニッションスイッチのポジションは、ＯＦＦ位置→ＯＮ位置の順に切り替わる。コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＭＰＵであってもよいし、これらのＣＰＵなどにおいて実行される処理の少なくとも一部を回路的に実行するＡＳＩＣ回路を含んでも良い。

ハイブリッドシステム起動時（メイン電源接続時）、すなわち、たとえば運転者がブレーキペダルを踏み込んでプッシュ式のスタートスイッチを押し込むと、コントローラ３０は、最初にシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオンにする。次に、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンしてプリチャージを実行する。

イグニッションスイッチのポジションがＯＮ位置からＯＦＦ位置に切り替わると、コントローラ３０は、先ずシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂをオフし、続いてシステムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフする。これにより、バッテリ１１と充電器２０との間の電気的な接続が遮断され、電源遮断状態となる。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｐは、コントローラ３０から与えられる制御信号に応じて導通／非導通状態が制御される。

充電器２０は、一対のコイル２１Ａ，２１Ｂを挟んで向き合う一対の双方向インバータ２２Ａ，２２Ｂを備える。コントローラ３０は、充電器２０を制御することにより、バッテリ１１から供給される電力、或いはバッテリ１１に供給される電力の電圧を調整する。
車載コンセント４０は、接続回路４１、４３を介して充電器２０に接続されている。車載コンセント４０は、車室内に設けられていてもよい。

接続回路４１は、リレー４２を備える。接続回路４３は、リレー４４及びＡＣヒューズ４５を備える。これらのリレー４２，４４は、コイルに対して通電したときに接点が閉じるリレーである。コントローラ３０は、リレー４２，４４のオン及びオフを制御する。リレーがオンとは、通電状態を意味し、リレーがオフとは、非通電状態を意味する。ＡＣヒューズ４５は、接続回路４３に定格以上の電流が流れた際に電流を遮断する。

外部電源５０は、充電ケーブル６０を介して、充電インレット７０に接続される。充電インレット７０は、車両に設けられている。充電インレット７０と充電器２０との間には、一対のインレット分離リレー８０Ａ，８０Ｂが設けられている。インレット分離リレー８０Ａ，８０Ｂがオンされると、外部電源５０からバッテリ１１、車載コンセント４０に対する給電が許容され、インレット分離リレー８０Ａ，８０Ｂがオフされると、外部電源５０からバッテリ１１、車載コンセント４０に対する給電が禁止される。外部電源５０は、ＡＣ１００Ｖのいわゆる家庭用電源であってもよい。

充電ケーブル６０は、リレー６１を内蔵したＣＣＩＤボックス６２を備える。ＣＣＩＤボックス６２は、車両及び充電ケーブル６０の接続状態の検出、漏電検出、異常時における充電器２０及び外部電源５０の切り離し機能を備える。ＣＣＩＤボックス６２は、充電ケーブル６０が充電インレット７０に接続されると、これらが接続されたことを示す接続信号をコントローラ３０に対して出力する。

ここで、外部電源５０から車載コンセント４０に給電する経路を第１の供給経路と称し、バッテリ１０から車載コンセント４０に給電する経路を第２の供給経路と称するものとする。図１では、第１及び第２の供給経路を太線の矢印で示している。電流センサ２３は、第２の供給経路を流れる電流値に関する情報を取得し、この取得した情報をコントローラ３０に出力する。電圧センサ２４は、第２の供給経路を介して車載コンセント４０に供給される電力の電圧値に関する情報を取得し、この取得した情報をコントローラ３０に出力する。電圧センサ６３は、外部電源５０の出力電圧値に関する情報を取得し、この取得した情報をコントローラ３０に出力する。

ここで、外部電源５０から車載コンセント４０に給電、つまり、第１の供給経路を用いて家電（電子機器に相当する）を作動させる場合、家電に供給される電流（いわゆる突入電流を含む）が大きいと、ＡＣヒューズ４５が切れたり、或いは充電ケーブル６０のリレー６１が溶着するおそれがある。第１の供給経路を流れる電流値のレベルを制御できれば、前記不具合を解消できるが、第１の供給経路に設けられたリレー４４及びインレット分離リレー８０Ａ，８０Ｂでは、通電及び通電禁止を制御できても、電池値のレベルまで制御することはできない。そこで、本実施形態では、第１の供給経路を用いて家電を作動させる際に、第２の供給経路を流れる電流値をチェックし、この電流値が基準電流値以下となる場合に限って、第１の供給経路を給電経路として用いることを許容する許容処理を実行する。なお、家電は、例えばオーディオ機器、ヒータであってもよい。

次に、図２のフローチャートを参照しながら、コントローラが行う許容処理について説明する。初期状態において、家電は車載コンセント４０に接続されているものとする。また、以下のフローチャートの説明において、外部電源５０の定格電圧を「インフラ電圧Ｖａｃ」と称し、車載コンセント４０に接続される家電の定格電圧を「家電電圧Ｖｏ」と称し、電圧センサ２４により取得される電圧を「センサ電圧Ｖｂ」と称するものとする。また、電流センサ２３により取得される電流値を「検出電流値Ｉａ」と称するものとする。

ステップＳ１０１において、コントローラ３０は、充電ケーブル６０が充電インレット７０に接続されたか否かを判別する。充電ケーブル６０が充電インレット７０に接続された場合（ステップＳ１０１のＹｅｓの場合）、コントローラ３０は、ステップＳ１０２において、インフラ電圧Ｖａｃ及び家電電圧Ｖｏが同じであるか否かを判別する。

充電ケーブル６０が充電インレット７０に接続されていない場合（ステップＳ１０１のＮｏの場合）、コントローラ３０は、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６の説明は、後述する。

インフラ電圧Ｖａｃが家電電圧Ｖｏと同じである場合（ステップＳ１０２のＹｅｓの場合）、コントローラ３０は、ステップＳ１０３において、インフラ電圧Ｖａｃ及びセンサ電圧Ｖｂを同期させる処理を行い、ステップＳ１０４に進む。インフラ電圧Ｖａｃが家電電圧Ｖｏと同じである場合（ステップＳ１０２のＮｏの場合）、ステップＳ１０６に進む。

ここで、インフラ電圧Ｖａｃ及びセンサ電圧Ｖｂを同期させる方法は、下記の第１及び第２の方法であってもよい。第１の方法は、電圧センサ６３を用いてインフラ電圧Ｖａｃを測定するとともに、電圧センサ２４を用いてセンサ電圧Ｖｂを測定し、これらの測定結果に基づき、インフラ電圧Ｖａｃ及びセンサ電圧Ｖｂの電圧の位相を揃える方法である。第２の方法は、インレット分離リレー８０Ａ，８０Ｂをオンするとともに、電圧センサ２４を用いてインフラ電圧Ｖａｃの電圧を測定し、この測定結果に基づき、センサ電圧Ｖｂの位相をインフラ電圧Ｖａｃの位相に揃える方法である。

ステップＳ１０４において、コントローラ３０は、第２の供給経路の検出電流値Ｉａが基準電流値Ｉｂ以下であるか否かを判別する。ここで、基準電流値Ｉｂは、リレー４２，４４、ＡＣヒューズ４５の定格電流値に対応している。つまり、第２の供給経路を流れる検出電流値Ｉａが基準電流値Ｉｂ以下である場合には、リレー４２，４４、ＡＣヒューズ４５の溶断等を防止できる。
検出電流値Ｉａが基準電流値Ｉｂ以下である場合（ステップＳ１０４のＹｅｓの場合）、コントローラ３０は、ステップＳ１０５において、第１の供給経路から車載コンセント４０に対する給電を許容する。検出電流値Ｉａが基準電流値Ｉｂを超える場合（ステップＳ１０４のＮｏの場合）、コントローラ３０は、第２の供給経路から車載コンセント４０に対する給電を許容する。
ここで、検出電流値Ｉａが基準電流値Ｉｂを超える場合に、第１の供給経路を用いて車載コンセント４０に給電すると、電流値のレベルを制御できないため、リレー４２，４４、ＡＣヒューズ４５が溶断などするおそれがある。一方、第２の供給経路から車載コンセント４０に給電する場合、コントローラ３０は、検出電流値Ｉａが基準電流値Ｉｂ以下となるように、バッテリ１１の放電レートを制御することができる。これにより、リレー４２，４４、ＡＣヒューズ４５が溶断などすることを防止できる。

なお、第２の供給経路から車載コンセント４０に対して給電する場合、家電の要求値が基準電流値Ｉｂよりも高い場合には、リレー４２，４４をオフすることにより、家電への電力の供給を禁止してもよい。

１０：バッテリパック １１：バッテリ
１２：プリチャージ抵抗 ２０：充電器
２３：電流センサ ２４：電圧センサ
４１ ４３：接続回路 ４２ ４４ ６１：リレー
４５：ＡＣヒューズ ５０：外部電源
６０：充電ケーブル ６２：ＣＣＩＤボックス
６３：電圧センサ

Claims (4)

1. 車両に搭載された車載バッテリと、
   車両に搭載された車載コンセントと、
   車両外部の外部電源から前記車載コンセントに対する電力の供給が可能な第１の供給経路と、
   前記車載バッテリから前記車載コンセントに対する電力の供給が可能な第２の供給経路と、
   前記第２の供給経路に設けられ、前記車載バッテリから前記車載コンセントに供給される電力および前記外部電源から前記車載バッテリに供給される電力を調整する充電器と、
   前記外部電源から前記第１の供給経路を用いて前記車載コンセントに給電する前に、前記第２の供給経路を用いて前記車載コンセントに給電し、前記充電器によって調整された前記第２の供給経路を流れる電流値が前記第１および前記第２の供給経路上の電気部品の定格電流値以下である場合、前記第１の供給経路を用いた前記車載コンセントへの給電を許容する許容処理を実行するコントローラと、
   を有する給電システム。
2. 前記コントローラは、前記外部電源の定格電圧と前記車載コンセントに接続される電子機器の定格電圧とが等しい場合に、前記許容処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
3. 前記コントローラは、前記許容処理を実行する前に、前記第２の供給経路の電圧を前記第１の供給経路の電圧に同期させる同期処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の給電システム。
4. 前記電気部品は、前記第１の供給経路および前記第２の供給経路の共通の経路に設けられたリレー及びヒューズであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の給電システム。
   

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