JP6104771B2 - 電気車両用充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気車両用充電装置に関する。より詳しくは、本発明は、モード１の充電方式に対応した車両（モード１車両）等の電気車両を充電する充電装置に関する。

従来、電気自動車（ＥＶ／ＰＨＥＶ）等の電気車両を充電する充電装置として、様々なものが知られている。例えば特許文献１に記載された電気車両用充電装置は、プロキシミティ（Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）を利用して、モード１車両への充電制御（電力の供給／停止）を行っている。

特許文献２には、プロキシミティによらずに充電制御を行う充電装置が記載されている。この充電装置においては、２つの閾値（第１閾値、および第１閾値よりも低い第２閾値）を設け、充電電流の移動平均値が第１閾値以下で且つ第２閾値以上の範囲にある場合、または、充電電流の短時間電流値が第２閾値より小さい場合には異常と判定して充電を停止する。

なお、電気自動車の中には、充電中に充電電流を一時的に低くして充電電流の計測値の補正を行うものがある。特許文献２の充電装置は、この種の電気自動車に対しても充電制御を行えることを目的にしている。

特開２０１１−２５４６４２号公報 特開２０１２−５１７２号公報

しかしながら、特許文献１の場合、充電装置側でもプロキシミティ信号を検出できる充電コネクタがほとんど存在していない。また、特許文献２の充電装置の場合、以下の課題がある。

一つ目の課題は、充電電流の移動平均値が第１閾値以下となるまで時間がかかり、数分間程度の長い時間にわたって高電圧が出力され続けるという点である。

二つ目の課題は、電気自動車が上記の補正を行う期間（補正期間）における充電電流は電子制御ユニット（ＥＣＵ）の動作電流程度の微小な電流であるため、充電電流が第２の閾値より小さいことを正確に検出することが困難であるという点である。

なお、電流検出回路のアンプの倍率を切り替える回路を追加する、あるいは電流計測の分解能を十分高くするなどの工夫を行えば、微小電流を精度良く計測することは不可能ではないが、その分コストアップしてしまう。

上記の課題から理解されるように、特許文献２の充電装置では、充電コネクタと電気車両との間の接続が解除された場合に、充電電力の供給を速やかに停止することができないおそれがある。

そこで、本発明は、充電コネクタと電気車両との間の接続が解除された場合に、充電電力の供給を速やかに停止させることができ、安全性を向上させることが可能な電気車両用充電装置を安価に提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電気車両用充電装置は、
電気車両に搭載されたバッテリを充電するための電気車両用充電装置であって、
充電用の交流電力を前記電気車両に供給するための第１および第２の電力供給端子と、
前記第１の電力供給端子および前記第２の電力供給端子間の電圧、並びに、前記第１または第２の電力供給端子に流れる電流を計測する計測回路と、
一端が交流電源に電気的に接続され、他端が前記第１の電力供給端子に電気的に接続された第１の電力供給用スイッチと、
一端が接地され、他端が前記第２の電力供給端子に電気的に接続された第２の電力供給用スイッチと、
前記第１および第２の電力供給用スイッチを導通状態または遮断状態に制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記第１の電力供給端子および前記第２の電力供給端子間の電圧と、前記第１または第２の電力供給端子に流れる電流とから計算された瞬時的な充電電力が所定の閾値未満の場合には、前記第１および第２の電力供給用スイッチの前記一端および前記他端間を電気的に遮断するように前記第１および第２の電力供給用スイッチを制御して充電電力の供給を停止し、また、充電電力の供給を停止してから所定のタイムアウト時間が経過した場合には、前記第１および第２の電力供給用スイッチの前記一端および前記他端間を電気的に導通させるように前記電力供給用スイッチを制御して充電電力の供給を再開する、
ことを特徴とする。

また、前記電気車両用充電装置において、
前記タイムアウト時間は、タイマーがスタートしてからタイムアウトするまでの時間であり、
前記制御回路は、前記タイマーが所定の回数連続でタイムアウトした場合には、充電電力の供給を再開しないようにしてもよい。

また、前記電気車両用充電装置において、
前記タイムアウト時間と前記所定の回数との積で求まる時間は、前記電気車両が前記バッテリの充電中に充電電流を一時的に小さくして充電電流の計測値の補正を行う補正期間よりも長いようにしてもよい。

また、前記電気車両用充電装置において、
交流電力の供給を停止している間に利用者から充電中止指示を受けた場合には、前記制御回路は、前記タイムアウト時間が経過しても充電電力の供給を再開しないようにしてもよい。

また、前記電気車両用充電装置において、
交流電力の供給を停止している間に前記電気車両の車両インレットに装着可能な充電コネクタが前記電気車両用充電装置の充電装置本体に格納されたことを検出した場合には、前記タイムアウト時間が経過しても充電電力の供給を再開しないようにしてもよい。

また、前記電気車両用充電装置において、
充電電力の供給を再開しない場合、前記制御回路は、ランプの点灯および／または表示パネルへの表示により、利用者に充電終了を知らせるようにしてもよい。

また、前記電気車両用充電装置において、
前記閾値は、前記電気車両の電子制御ユニットの動作に必要な電力よりも大きいようにしてもよい。

本発明では、瞬時的な充電電力が所定の閾値未満の場合には充電電力の供給を停止し、一方、充電電力の供給を停止してから所定のタイムアウト時間が経過した場合には充電電力の供給を再開する。これにより、充電コネクタと電気車両との間の接続が解除された場合に、充電電力の供給を速やかに停止させることができるとともに、当該接続が復旧した場合には充電を再開することができる。

よって、本発明によれば、安全性の高い電気車両用充電装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電気車両用充電装置の概略的な構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電気車両用充電装置の動作を説明するためのフローチャートである。 補正期間を含む期間における、電気車両に供給される充電電力の時間変化を示すグラフである。 充電終了を含む期間における、電気車両に供給される充電電力の時間変化を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る電気車両用充電装置１について、図１を参照して説明する。図１は、電気車両用充電装置１の概略的な構成を示している。

電気車両用充電装置１は、電気車両に搭載されたバッテリを充電するための電気車両用の充電装置である。なお、本発明において、電気車両という用語は、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド（ＰＨＥＶ）等、モータ駆動用のバッテリを搭載し、該モータにより走行する車両全般を指す。

図１に示すように、電気車両用充電装置１は、スイッチ５Ａ，５Ｂ及び電力供給端子１１，１２を介して、商用の交流電源３０からの交流電力を電気車両に供給する。なお、交流電源３０は通常、Ｌ相及びＮ相の２相交流である。

次に、電気車両用充電装置１の具体的な構成について説明する。

電気車両用充電装置１は、図１に示すように、充電装置本体（充電スタンド）２および充電コネクタ３を備えている。

充電装置本体２は、図１に示すように、計測回路４と、電力供給用スイッチ５Ａと、電力供給用スイッチ５Ｂと、制御回路６と、電流センサ７と、電力供給端子１１と、電力供給端子１２と、接地端子１３と、ＣＰＬＴ端子（コントロールパイロット端子）１４とを備えている。

計測回路４は、電力供給端子１１および電力供給端子１２間の電圧Ｖと、電力供給端子１１に流れる電流Ｉとを計測する。計測は、十分短い時間間隔で行われる。

計測回路４は、電圧Ｖと電流Ｉの積を計算して、瞬時的な充電電力を算出し、該充電電力を制御回路６に送信する。なお、電流Ｉとして、電力供給端子１２に流れる電流を計測してもよい。

電力供給用スイッチ５Ａおよび５Ｂは、両切りスイッチを構成し、同じタイミングで導通状態（オン状態）または遮断状態（オフ状態）に制御される。この電力供給用スイッチ５Ａおよび５Ｂは、例えば、リレー、コンタクタ、またはパワーＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチから構成される。

電力供給用スイッチ５Ａは、図１に示すように、一端が交流電源３０に電気的に接続され、他端が電力供給端子１１に電気的に接続されている。電力供給用スイッチ５Ｂは、図１に示すように、一端が交流電源３０のＮ相に接続されるとともに接地され、他端が電力供給端子１２に電気的に接続されている。

制御回路６は、電力供給用スイッチ５Ａおよび電力供給用スイッチ５Ｂを、導通状態または遮断状態に制御する。制御回路６による制御内容の詳細については後述する。

なお、制御回路６は、好ましくは半導体集積回路（ＣＰＵ）として構成される。また、制御回路６は、計測回路４から充電電力を受信する場合に限らず、計測回路４から電圧Ｖおよび電流Ｉを受信し、その値に基づいて充電電力を自身で計算してもよい。

電流センサ７は、電力供給用スイッチ５Ａと電力供給端子１１との間を流れる電流を検出する。この電流センサ７は、カレント・トランス（ＣＴ）、ホール素子を用いた電流センサ、または、電力供給用スイッチ５Ａと電力供給端子１１との間に直列に接続された抵抗などで構成される。

なお、電流センサ７は、スイッチ５Ｂ側に設けて、電力供給用スイッチ５Ｂと電力供給端子１２との間を流れる電流を検出してもよい。

電力供給端子１１，１２は、充電用の交流電力を電気車両に供給するための端子である。電力供給端子１１はＬ相供給用であり、電力供給端子１２はＮ相供給用である。接地端子１３は、図１に示すように、電気車両用充電装置１の接地端に接続された端子である。

ＣＰＬＴ端子１４は、供給可能な電力を電気車両に通知するためのＣＰＬＴピン２４（後述）と電気的に接続された端子である。このＣＰＬＴ端子１４は、モード３の充電方式において用いられる端子であり、電気車両がモード１車両の場合には機能上必要ではない。

次に、充電コネクタ３について説明する。充電コネクタ３は、電気車両の車両インレットに装着可能に構成されており、一端が充電装置本体２に接続されたケーブルを有する。このケーブルは、端子１１〜１４と固定的に接続されてもよいし、端子１１〜１４と着脱可能なように構成されてもよい。

図１に示すように、充電コネクタ３は、電力供給ピン２１，２２と、接地ピン２３と、ＣＰＬＴ（コントロールパイロット）ピン２４とを有する。なお、図１中、充電コネクタ３のピンを示す円内の数字は、規格ＳＡＥ Ｊ１７７２及びＩＥＣ６１８５１−１で規定されたものを示している。

電力供給ピン２１および２２はそれぞれ、電力供給端子１１および１２に、ケーブルの導線を介して電気的に接続されている。同様に、接地ピン２３およびＣＰＬＴピン２４はそれぞれ、接地端子１３およびＣＰＬＴ端子１４に、ケーブルの導線を介して電気的に接続されている。

次に、制御回路６による制御内容の詳細について、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、制御回路６は、瞬時的な充電電力が所定の閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１）。なお、この閾値は、電気車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）の動作に必要な電力よりも大きくしてもよい。これにより、電気車両の補正期間中、充電電力の供給を停止することができ、より安全な充電が可能となる。

ステップＳ１における判定の結果、瞬時的な充電電力が所定の閾値未満の場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、電力供給用スイッチ５Ａおよび５Ｂを遮断状態に制御して充電電力の供給を停止するとともに、タイマーをスタートさせる（ステップＳ２）。このタイマーは、例えば制御回路６の内部に設けられており、所定のタイムアウト時間でタイムアウトする。

一方、判定の結果、瞬時的な充電電力が所定の閾値よりも高い場合（Ｓ１：Ｎｏ）、ステップＳ７に進み、利用者からの充電中止指示、または充電コネクタ３の格納を検出したか否かを判定する。

ステップＳ２で充電電力の供給を停止した後、利用者からの充電中止指示、または充電コネクタ３の格納を検出したか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、充電中止指示は、電気車両用充電装置１の充電中止ボタンが押下された場合に検出される。また、充電コネクタ３の格納は、充電コネクタ３が電気車両用充電装置１の充電装置本体２に格納された場合に検出される。

ステップＳ３における判定の結果、充電中止指示または充電コネクタの格納を検出した場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、電気車両用充電装置１の表示部（ランプ、液晶パネルなど）に充電終了を表示し（ステップＳ８）、充電動作を終了する。

一方、充電中止指示および充電コネクタの格納を検出しない場合（Ｓ３：Ｎｏ）、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、タイマーがタイムアウトしたか否かを判定し、タイムアウトした場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）はステップＳ５に進む。一方、タイムアウトしてない場合（Ｓ４：Ｎｏ）はステップＳ３に戻る。

ステップＳ５では、所定の回数（ｎ回）連続でタイマーがタイムアウトしたか否かを判定する。

ステップＳ５における判定の結果、ｎ回連続でタイムアウトした場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、充電終了と判定し、ステップＳ８の処理を行い、充電動作を終了する。ステップＳ８では、電気車両用充電装置１の表示部に充電を終了した旨を表示する。

一方、ｎ回連続でタイムアウトしたのではない場合（Ｓ５：Ｎｏ）、制御回路６は、電力供給用スイッチ５Ａおよび５Ｂを導通状態に制御して充電電力の供給を再開する（ステップＳ６）。

上記の動作フローからわかるように、制御回路６は、電力供給端子１１および電力供給端子１２間の電圧Ｖと、電力供給端子１１に流れる電流Ｉとから計算された瞬時的な充電電力が所定の閾値未満の場合には、電力供給用スイッチ５Ａおよび５Ｂの一端および他端間をそれぞれ電気的に遮断するように電力供給用スイッチ５Ａおよび５Ｂを制御して充電電力の供給を停止する。

また、制御回路６は、充電電力の供給を停止してから所定のタイムアウト時間が経過した場合には、電力供給用スイッチ５Ａおよび５Ｂの一端および他端間を電気的に導通させるように電力供給用スイッチ５Ａおよび５Ｂを制御して充電電力の供給を再開する。ここで、タイムアウト時間は、タイマーがスタートしてからタイムアウトするまでの時間である。

これにより、充電コネクタが車両インレットから抜去されるなどして、充電コネクタ３と電気車両との間の接続が解除された場合に、充電電力の供給を速やかに停止させることができるとともに、当該接続が復旧した場合には充電を再開することができる。よって、本実施形態によれば、安全性の高い電気車両用充電装置を提供することができる。

また、制御回路６は、タイマーがｎ回連続してタイムアウトした場合、充電終了と判定し、充電電力の供給を再開しない。これにより、充電時間が明確になるため、例えば充電の課金処理を実行し易くすることができる。

また、充電電力の供給を再開しない場合、即ち、充電終了と判定した場合、制御回路６は、ランプの点灯および／または表示パネルへの表示により、利用者に充電終了を知らせる。これにより、利用者は電気車両の充電が終了したことを容易に知ることができ、充電装置の使い勝手が向上する。

また、交流電力の供給を停止している間に利用者から充電中止指示を受けた場合には、制御回路６は、タイムアウト時間が経過しても充電電力の供給を再開しない。これにより、タイムアウト待ち時間中に充電中止指示を受けたにもかかわらず、タイムアウト時間の経過により充電電力の供給が再開されることを防止できる。

また、交流電力の供給を停止している間に充電コネクタ３が充電装置本体２に格納されたことを検出した場合には、タイムアウト時間が経過しても充電電力の供給を再開しない。これにより、タイムアウト待ち時間中に充電コネクタ３が電気車両から抜去され充電装置本体２に格納されたにもかかわらず、タイムアウト時間の経過により充電電力の供給が再開されることを防止できる。

次に、電気車両用充電装置１の動作例について、図３および図４を参照して説明する。図３および図４の縦軸の充電電力は、電気車両用充電装置１が電気車両に供給した電力を示している。なお、図３および図４は、ステップＳ５の所定の回数（ｎ）が３回に設定されたケースの動作例である。

まず、図３について説明する。図３は、補正期間を含む期間における、充電電力の時間変化を示すグラフである。

図３のケースでは、時間ｔ１において瞬時的な充電電力が閾値を下回ったことを検出したため、充電電力の供給を停止し、タイマーをスタートさせた。その後、１回目のタイムアウト時間（Ｔ）が経過した時間ｔ２において、充電電力の供給を再開したが瞬時的な充電電力が閾値を下回るため、再び充電電力の供給を停止しタイマーをスタートさせた。その後、２回目のタイムアウト時間（Ｔ）が経過した時間ｔ３において、充電電力の供給を再開したところ、瞬時的な充電電力が閾値以上であることを検出したため、そのまま充電電力の供給を行った。

図３において、時間ｔ１〜時間ｔ４の期間は、電気車両がバッテリの充電中に充電電流を一時的に低くして充電電流の計測値の補正を行う期間（補正期間）である。補正期間では、充電がまだ完了していない。よって、図３に示すように、タイムアウト時間（Ｔ）と所定の回数（ｎ）との積で求まる時間（ｎ×Ｔ）は、補正期間よりも長いことが好ましい。

次に、図４について説明する。図４は、充電終了を含む期間における、充電電力の時間変化を示すグラフである。

図４のケースでは、時間ｔ１において電気車両の充電が完了し、瞬時的な充電電力が閾値を下回ったことを検出した。このため、充電電力の供給を停止し、タイマーをスタートさせた。その後、１回目のタイムアウト時間（Ｔ）が経過した時間ｔ２、および、２回目のタイムアウト時間（Ｔ）が経過した時間ｔ３において、充電電力の供給を再開しても瞬時的な充電電力が閾値を下回った。その後、時間ｔ４において、３回目のタイムアウト時間（Ｔ）が経過し、３回連続してタイムアウトしたため、充電終了と判定し、充電を再開することなく、充電終了を表示して充電動作を終了した。

図３および図４の動作例から理解されるように、本実施形態によれば、電気車両の補正期間中、充電電力の供給を停止することができるとともに、モード１車両等の電気車両の充電終了を適切に判定できる。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

１ 電気車両用充電装置
２ 充電装置本体
３ 充電コネクタ
４ 計測回路
５Ａ，５Ｂ 電力供給用スイッチ
６ 制御回路
７ 電流センサ
１１，１２ 電力供給端子
１３ 接地端子
１４ ＣＰＬＴ端子
２１，２２ 電力供給ピン
２３ 接地ピン
２４ ＣＰＬＴピン
３０ 交流電源

Claims (5)

1. 電気車両に搭載されたバッテリを充電するための電気車両用充電装置であって、
   充電用の交流電力を前記電気車両に供給するための第１および第２の電力供給端子と、 前記第１の電力供給端子および前記第２の電力供給端子間の電圧、並びに、前記第１または第２の電力供給端子に流れる電流を計測する計測回路と、
   一端が交流電源に電気的に接続され、他端が前記第１の電力供給端子に電気的に接続された第１の電力供給用スイッチと、
   一端が接地され、他端が前記第２の電力供給端子に電気的に接続された第２の電力供給用スイッチと、
   前記第１および第２の電力供給用スイッチを導通状態または遮断状態に制御する制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、前記第１の電力供給端子および前記第２の電力供給端子間の電圧と、前記第１または第２の電力供給端子に流れる電流とから計算された瞬時的な充電電力が所定の閾値未満の場合には、前記第１の電力供給用スイッチの前記一端および前記他端間を電気的に遮断するように前記第１の電力供給用スイッチを制御し、かつ前記第２の電力供給用スイッチの前記一端および前記他端間を電気的に遮断するように前記第２の電力供給用スイッチを制御して充電電力の供給を停止し、また、充電電力の供給を停止してから所定のタイムアウト時間が経過した場合には、前記第１の電力供給用スイッチの前記一端および前記他端間を電気的に導通させるように前記第１の電力供給用スイッチを制御し、かつ前記第２の電力供給用スイッチの前記一端および前記他端間を電気的に導通させるように前記第２の電力供給用スイッチを制御して充電電力の供給を再開し、その後、前記瞬時的な充電電力が前記閾値未満であるか否かを判定し、
   前記タイムアウト時間は、タイマーがスタートしてからタイムアウトするまでの時間であり、
   前記制御回路は、前記タイムアウト時間が経過しても前記タイマーが所定の回数連続でタイムアウトした場合には、充電電力の供給を再開せず、
   前記タイムアウト時間と前記所定の回数との積で求まる時間は、前記電気車両が前記バッテリの充電中に充電電流を一時的に小さくして充電電流の計測値の補正を行う補正期間よりも長いことを特徴とする電気車両用充電装置。
2. 交流電力の供給を停止している間に利用者から充電中止指示を受けた場合には、前記制御回路は、前記タイムアウト時間が経過しても充電電力の供給を再開しないことを特徴とする請求項１に記載の電気車両用充電装置。
3. 交流電力の供給を停止している間に前記電気車両の車両インレットに装着可能な充電コネクタが前記電気車両用充電装置の充電装置本体に格納されたことを検出した場合には、前記タイムアウト時間が経過しても充電電力の供給を再開しないことを特徴とする請求項１または２に記載の電気車両用充電装置。
4. 充電電力の供給を再開しない場合、前記制御回路は、ランプの点灯および／または表示パネルへの表示により、利用者に充電終了を知らせることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気車両用充電装置。
5. 前記閾値は、前記電気車両の電子制御ユニットの動作に必要な電力よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気車両用充電装置。

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