JP6135591B2 - 充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電源から入力される電力を変換してバッテリに出力し、バッテリを充電する充電回路と、充電回路からバッテリに出力される電力が電力指令値によって指示された電力になるように充電回路を制御する制御回路とを備えた充電装置に関する。

従来、交流電源から入力される電力を変換してバッテリに出力し、バッテリを充電する充電回路と、充電回路からバッテリに出力される電力が電力指令値によって指示された電力になるように充電回路を制御する制御回路とを備えた充電装置として、例えば以下に示す特許文献１に開示されている充電装置がある。

この充電装置は、充電器と、充電制御回路とを備えている。充電器の入力端子はケーブル及びブレーカを介して商用電源に、出力端子は蓄電装置に接続されている。充電制御回路は、充電器に接続されている。充電器は、商用電源から供給される電力を変換して蓄電装置に供給し、蓄電装置を充電する。充電制御回路は、充電器から蓄電装置に供給される電力が電力指令値によって指示された電力になるように充電器を制御する。その際、充電器から蓄電装置に出力される電力が許容上限電力を超えた場合、電力指令値を小さくし、充電器を制御する。電力指令値を小さくすることで、商用電源から充電器に供給される電力を抑えることができる。そのため、商用電源から充電器に供給される電力がブレーカの許容電力を超え、ブレーカがトリップして遮断状態になってしまうような事態を抑えることができる。ここで、充電器、充電制御回路、商用電源及び蓄電装置が、充電回路、制御回路、交流電源及びバッテリに相当する。

特開２０１３−１１０７８８号公報

ところで、商用電源の電圧は、種々の要因によって変動する可能性がある。商用電源から充電器に供給する電力がブレーカの許容電力を超えていない場合であっても、商用電源の電圧が低下すると、商用電源から充電器に供給する電流が増加してしまう。商用電源から充電器に供給する電流がブレーカの許容電流を超えると、許容電力を超えていないにも係わらずブレーカがトリップして遮断状態になってしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、交流電源の状態に係わらず、バッテリの充電中にブレーカがトリップして遮断状態になってしまうような事態を抑えることができる充電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、ケーブル及びブレーカを介して交流電源に接続されるとともに、バッテリに接続され、交流電源から入力される電力を変換してバッテリに出力し、バッテリを充電する充電回路と、充電回路に接続され、充電回路からバッテリに出力される電力が電力指令値によって指示された電力になるように充電回路を制御する制御回路と、を備えた充電装置において、制御回路は、交流電源から充電回路に入力される入力電流、及び、充電回路からバッテリに出力される出力電力に基づいて電力指令値を調整することを特徴とする。

この構成によれば、充電回路の出力電力だけでなく、充電回路の入力電流に基づいて電力指令値を調整する。そのため、交流電源から充電回路に供給される電流がブレーカの許容電流を超え、ブレーカがトリップして遮断状態になってしまうような事態も抑えることができる。従って、交流電源の状態に係わらず、バッテリの充電中にブレーカがトリップして遮断状態になってしまうような事態を抑えることができる。

第１実施形態における充電装置のブロック図である。 図１に示す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。 図２のフローチャートに続くフローチャートである。 図３のフローチャートに続くフローチャートである。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態の充電装置の構成について説明する。

図１に示す充電装置１は、住宅に設けられた家庭用の商用電源ＡＣ１（交流電源）から、車両に搭載されたバッテリＢ１に電力を供給し、バッテリＢ１を充電する装置である。充電装置１は、充電回路１０と、ケーブル１１と、制御回路１２とを備えている。

充電回路１０は、車両に搭載され、制御回路１２によって制御され、商用電源ＡＣ１から入力される交流電力を直流電力に変換してバッテリＢ１に出力し、バッテリＢ１を充電する回路である。充電回路１０の入力端はコネクタＣＮ１を介してケーブル１１に、出力端はバッテリＢ１に接続されている。また、制御端は、制御回路１２に接続されている。

ケーブル１１は、商用電源ＡＣ１と充電回路１０を接続し、商用電源ＡＣ１から充電回路１０に交流電力を供給するための部材である。ケーブル１１は、ブレーカＢＫ１が接続状態になり、商用電源ＡＣ１から交流電力が供給されることで、ケーブル１１の定格電流値を示す信号を出力するとともに、ブレーカＢＫ１が接続状態であることを示す信号を出力する。ケーブル１１の一端はブレーカＢＫ１を介して商用電源ＡＣ１に、他端はコネクタＣＮ１を介して充電回路１０に接続されている。また、信号端は、コネクタＣＮ１を介して制御回路１２に接続されている。

制御回路１２は、車両に搭載され、充電回路１０を制御する回路である。制御回路１２は、充電回路１０からバッテリＢ１に出力される直流電力が電力指令値によって指示された電力になるように充電回路１０を制御する。その際、商用電源ＡＣ１から充電回路１０に入力される入力電流、及び、充電回路１０からバッテリＢ１に出力される出力電力に基づいて電力指令値を調整する。具体的には、充電回路１０の入力電流が電流閾値を超えた場合、電力指令値を調整する。また、充電回路１０の出力電力が電力閾値を超えた場合、電力指令値を調整する。その際、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になった場合には、電流閾値を、トリップする直前の充電回路１０の入力電流より小さくする。制御回路１２は、充電回路１０の制御端に接続されている。また、コネクタＣＮ１を介してケーブル１１の信号端に接続されている。

次に、図１〜図４を参照して充電装置の動作について説明する。

図１に示す制御回路１２は、図２に示すように、電力指令値を算出する（Ｓ１００）。そして、充電回路１０から出力される、充電回路１０の入力電流及び出力電力の情報を読込む（Ｓ１０１）。また、ケーブル１１から出力されるケーブル１１の定格電流値の情報を読込む（Ｓ１０２）。

その後、制御回路１２は、前回設定された電流閾値がクリアされずに記憶されているか否かを判定する（Ｓ１０３）。ステップＳ１０３において、前回設定された電流閾値がクリアされずに記憶されていると判定した場合、制御回路１２は、前回設定された電流閾値がケーブル１１の定格電流値以上であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。

ステップＳ１０３において、前回設定された電流閾値がクリアされ記憶されていないと判定した場合、又は、ステップＳ１０４において、前回設定された電流閾値がケーブル１１の定格電流閾値以上であると判定した場合、制御回路１２は、今回の電流閾値としてケーブル１１の定格電流値を設定する（Ｓ１０５）。一方、ステップＳ１０４において、前回設定された電流閾値がケーブル１１の定格電流値未満であると判定した場合、制御回路１２は、今回の電流閾値として前回設定された電流閾値を設定する（Ｓ１０６）。

その後、制御回路１２は、電力指令値が算出され、０以外の電力指令指示がなされているか否かを判定する（Ｓ１０７）。ステップＳ１０７において、０以外の電力指令指示がなされていると判定した場合、制御回路１２は、経過時間カウンタをカウントアップする（Ｓ１０８）。ここで、経過時間カウンタは、０以外の電力指令指示がなされてからの経過時間を計測するためのカウンタである。一方、ステップＳ１０７において、０以外の電力指令指示がなされていないと判定した場合、制御回路１２は、経過時間カウンタをクリアする（Ｓ１０９）。

その後、制御回路１２は、図３に示すように、経過時間カウンタの値に基づいて、０以外の電力指令指示がなされてからの経過時間が０より大きく、経過時間閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。

０以外の電力指令指示がなされると、制御回路１２は充電回路１０の制御し、商用電源ＡＣ１からバッテリＢ１に指示された電力を供給しようとする。その結果、商用電源ＡＣ１から充電回路１０に電流が流れる。一般的に、ブレーカＢＫ１のトリップは、商用電源ＡＣ１から充電回路１０に電流が流れ始めた直後に発生しやすい。一方、商用電源ＡＣ１が停電した場合も、充電回路１０に供給される交流電力が遮断されるため、ブレーカＢＫ１がトリップした場合と同様の状況になる。しかし、商用電源ＡＣ１の停電は、任意のタイミングで発生するものであり、ブレーカＢＫ１のトリップのように、特定のタイミングで発生しやすくなるというものではない。これらの特性を踏まえ、ブレーカＢＫ１のトリップと、商用電源ＡＣ１の停電を区別するため、経過時間閾値は、商用電源ＡＣ１から充電回路１０に電流が流れ始めた直後のブレーカＢＫ１のトリップが発生しやすい所定時間に設定されている。

ステップＳ１１０において、０以外の電力指令指示がなされてからの経過時間が０より大きく、経過時間閾値以下であると判定した場合、制御回路１２は、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になっているか否かを判定する（Ｓ１１１）。具体的には、ブレーカＢＫ１が接続状態であることを示す信号をケーブル１１が出力しておらず、かつ、ケーブル１１の電圧が０Ｖである場合、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態であると判断する。

ステップＳ１１１において、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態であると判定した場合、制御回路１２は、トリップ回数カウンタをカウントアップする（Ｓ１１２）。ここで、トリップ回数カウンタは、ブレーカＢＫ１がトリップした回数を計測するためのカウンタである。そして、制御回路１２は、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になる直前の充電回路１０の入力電流を記憶する（Ｓ１１３）。具体的には、充電回路１０の入力電流の最大値を記憶する。

その後、制御回路１２は、前回のトリップ直前の充電回路１０の入力電流と、今回のトリップ直前の充電回路１０の入力電流の偏差の絶対値が電流偏差閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ１１４）。具体的には、前回のトリップ直前の充電回路１０の入力電流の最大値と、今回のトリップ直前の充電回路１０の入力電流の最大値の偏差の絶対値が電流偏差閾値以下であるか否かを判定する。

ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になる場合、トリップ直前の充電回路１０の入力電流は、常にほぼ同じ値である。そのため、前回のトリップ直前の入力電流と、今回のトリップ直前の入力電流の偏差の絶対値は非常に小さくなる。この特性を踏まえ、ブレーカＢＫ１のトリップをより確実に判断するため、電流偏差閾値は、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になったことを判断できる値に設定されている。

ステップＳ１１４において、前回のトリップ直前の充電回路１０の入力電流と、今回のトリップ直前の充電回路１０の入力電流の偏差の絶対値が電流偏差閾値以下であると判定した場合、制御回路１２は、トリップ回数カウンタの値に基づいて、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になった回数が２回以上であるか否かを判定する（Ｓ１１５）。

ステップＳ１１５において、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になった回数が２回以上であると判定した場合、制御回路１２は、今回の電流閾値を、ブレーカＢＫ１がトリップする直前の充電回路１０の入力電流より小さくする（Ｓ１１６）。具体的には、今回の電流閾値を、前回のトリップ直前の充電回路１０の入力電流の最大値と今回のトリップ直前の充電回路１０の入力電流の最大値のうち、小さい方よりさらに小さくする。そして、制御回路１２は、トリップカウンタ等の値をクリアする（Ｓ１１７）。

その後、制御回路１２は、ケーブル１１が外されたか否かを判定する（Ｓ１１８）。ステップＳ１１０において、０以外の電力指令指示がなされてからの経過時間が経過時間閾値より長いと判定した場合、ステップＳ１１１において、ブレーカＢＫ１がトリップしておらず接続状態であると判定した場合も、同様に、ケーブル１１が外されたか否かを判定する。また、ステップＳ１１４において、前回のトリップ直前の充電回路１０の入力電流と、今回のトリップ直前の充電回路１０の入力電流の偏差の絶対値が電流偏差閾値より大きいと判定した場合、ステップＳ１１５において、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になった回数が２回未満であると判定した場合も、同様に、ケーブル１１が外されたか否かを判定する。

ステップＳ１１８において、ケーブル１１が外されたと判定した場合、ケーブル１１の交換と判断し、制御回路１２は、今回の電流閾値等をクリアする（Ｓ１１９）。

その後、制御回路１２は、図４に示すように、電流閾値と充電回路１０の入力電流の偏差である電流偏差を算出する（Ｓ１２０）。具体的には、電流閾値から充電回路１０の入力電流値を減算して電流偏差を算出する。充電回路１０の入力電流値が電流閾値以下である場合、電流偏差は０又は正になる。一方、充電回路１０の入力電流値が電流閾値より大きい場合、電流偏差は負になる。

その後、制御回路１２は、電流偏差の電力換算値を算出する（Ｓ１２１）。具体的には、電流偏差に充電回路１０の入力電圧を乗算して電流偏差の電力換算値を算出する。充電回路１０の入力電流値が電流閾値以下である場合、電流偏差の電力換算値は０又は正になる。一方、充電回路１０の入力電流値が電流閾値より大きい場合、電流偏差の電力換算値は負になる。

その後、制御回路１２は、電流偏差の電力換算値から電流偏差フィードバック値を算出する（Ｓ１２２）。具体的には、電流偏差の電力換算値を比例積分演算して電流偏差フィードバック値を算出する。充電回路１０の入力電流値が電流閾値以下である場合、電流偏差フィードバック値は０以上になる。一方、充電回路１０の入力電流値が電流閾値より大きい場合、電流偏差フィードバック値は０未満になる。

その後、制御回路１２は、電力閾値と充電回路１０の出力電力の偏差である電力偏差を算出する（Ｓ１２３）。具体的には、電力閾値から充電回路１０の出力電力値を減算して電力偏差を算出する。ここで、電力閾値は、充電回路１０の許容出力電力値とバッテリＢ１の許容充電電力値のうち小さい方である。充電回路１０の許容出力電力値は、充電回路１０を構成する電子部品の定格出力のうち、最小の電力値を示すものである。充電回路１０の出力電力値が電力閾値以下である場合、電力偏差は０又は正になる。一方、充電回路１０の出力電力値が電力閾値より大きい場合、電力偏差は負になる。

その後、制御回路１２は、電力偏差から電力偏差フィードバック値を算出する（Ｓ１２４）。具体的には、電力偏差を比例積分演算して電力偏差フィードバック値を算出する。充電回路１０の出力電力値が電力閾値以下である場合、電力偏差フィードバック値は０以上になる。一方、充電回路１０の出力電力値が電力閾値より大きい場合、電力偏差フィードバック値は０未満になる。

そして、制御回路１２は、電流偏差フィードバック値及び電力偏差フィードバック値がともに０以上であるか否かを判定する（Ｓ１２５）。ステップＳ１２５において、電流偏差フィードバック値及び電力偏差フィードバック値がともに０以上であると判定した場合、制御回路１２は、フィードバック値をクリアして０にする（Ｓ１２６）。

一方、ステップＳ１２５において、電流偏差フィードバック値及び電力偏差フィードバック値の少なくともいずれかが０未満であると判定した場合、制御回路１２は、電流偏差フィードバック値が電力偏差フィードバック値未満であるか否かを判定する（Ｓ１２７）。ステップＳ１２７において、電流偏差フィードバック値が電力偏差フィードバック値未満であると判定した場合、制御回路１２は、フィードバック値として電流偏差フィードバック値を設定する（Ｓ１２８）。一方、電流偏差フィードバック値が電力偏差フィードバック値以上であると判定した場合、制御回路１２は、フィードバック値として電力偏差フィードバック値を設定する（Ｓ１２９）。

その後、制御回路１２は、フィードバック値に基づいて電力指令値を調整する（Ｓ１３０）。具体的には、電力指令値にフィードバック値を加算して新たな電力指令値を算出する。

充電回路１０の入力電流が電流閾値以下であり、かつ、充電回路１０の出力電力が電力閾値以下の場合、電流偏差フィードバック値及び電力偏差フィードバック値はともに０以上になる。そのため、フィードバック値は０になり、電力指令値は元の値のままである。

一方、充電回路１０の入力電流が電流閾値より大きい場合、電流偏差フィードバック値は０未満になる。また、充電回路１０の出力電力が電力閾値より大きい場合、電力偏差フィードバック値は０未満になる。この場合、電流偏差フィードバック値と電力偏差フィードバック値のうち、より小さい方がフィードバック値となる。その結果、電力指令値は元の値より小さくなる。つまり、充電回路１０の入力電流が電流閾値を超えた場合、電力指令値を小さくする。また、充電回路１０の出力電力が電力閾値を超えた場合、電力指令値を小さくする。

制御回路１２は、充電回路１０からバッテリＢ１に出力される電力が調整した電力指令値によって指示された電力になるように充電回路１０を制御する。これにより、バッテリＢ１の充電中にブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になってしまうような事態を抑えつつ、商用電源ＡＣ１からバッテリＢ１に電力を供給し、バッテリＢ１を充電することができる。

次に、第１実施形態の充電装置の効果について説明する。

第１実施形態によれば、制御回路１２は、商用電源ＡＣ１から充電回路１０に入力される入力電流、及び、充電回路１０からバッテリＢ１に出力される出力電力に基づいて電力指令値を調整する。つまり、充電回路１０の出力電力だけでなく、充電回路１０の入力電流に基づいて電力指令値を調整する。そのため、商用電源ＡＣ１から充電回路１０に供給される電流がブレーカＢＫ１の許容電流を超え、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になってしまうような事態も抑えることができる。従って、商用電源ＡＣ１の状態に係わらず、バッテリＢ１の充電中にブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になってしまうような事態を抑えることができる。

第１実施形態によれば、制御回路１２は、充電回路１０の入力電流が電流閾値を超えた場合、電力指令値を調整する。そのため、商用電源ＡＣ１から充電回路１０に供給される電流がブレーカＢＫ１の許容電流を超え、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になってしまうような事態を確実に抑えることができる。

第１実施形態によれば、制御回路１２は、充電回路１０の出力電力が電力閾値を超えた場合、電力指令値を調整する。そのため、商用電源ＡＣ１から充電回路１０に供給される電力がブレーカＢＫ１の許容電力を超え、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になってしまうような事態を抑えることができる。

第１実施形態によれば、制御回路１２は、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になった場合、電流閾値を小さくする。そのため、電流閾値を、ブレーカＢＫ１のトリップを抑えることができる値に調整することができる。しかも、ブレーカＢＫ１が２回以上トリップした場合に電流閾値を小さくするため、トリップの誤検出によって電流閾値を小さくするような事態を抑えることができる。

第１実施形態によれば、制御回路１２は、電流閾値を、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になる直前の充電回路１０の入力電流より小さくする。そのため、電流閾値を、ブレーカＢＫ１のトリップを抑えることができる値に確実に調整することができる。

第１実施形態によれば、ケーブル１１は、ブレーカＢＫ１が接続状態の場合には、ブレーカＢＫ１が接続状態であることを示す信号を出力する。そして、制御回路１２は、ブレーカＢＫ１が接続状態であることを示す信号をケーブル１１が出力しておらず、かつ、ケーブル１１の電圧が０Ｖである場合、ブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態であると判断する。そのため、ブレーカＢＫ１のトリップを確実に判断することができる。

第１実施形態によれば、バッテリＢ１を充電するための電力供給源は、家庭用の商用電源ＡＣ１であり、バッテリＢ１、充電回路１０及び制御回路１２は車両に搭載されている。家庭用の商用電源ＡＣ１から車両に搭載されたバッテリＢ１を充電する充電装置１において、商用電源ＡＣ１の状態に係わらず、バッテリＢ１の充電中にブレーカＢＫ１がトリップして遮断状態になってしまうような事態を抑えることができる。

第１実施形態によれば、図２に示すように、ステップＳ１０５において、電流閾値として、ケーブル１１の定格電流値が設定される。そのため、ケーブル１１の定格電流値を超えないように、充電回路１０の入力電流を制御することができる。従って、発熱によるケーブル１１の損傷を抑えることができる。

第１実施形態によれば、電力閾値は、充電回路１０の許容出力電力値とバッテリＢ１の許容充電電力値のうち小さい方である。そのため、充電回路１０の許容出力電力値及びバッテリＢ１の許容充電電力値を超えないように充電回路１０の出力電力を制御することができる。従って、充電回路１０を構成する部品及びバッテリＢ１の損傷を抑えることができる。

なお、第１実施形態では、ブレーカＢＫ１が２回以上トリップした場合に電流閾値を小さくする例を挙げているが、これに限られるものではない。３回以上トリップした場合に電流閾値を小さくするようにしてもよい。複数回トリップした場合に電流閾値を小さくするようにすればよい。

１・・・充電装置、１０・・・充電回路、１１・・・ケーブル、１２・・・制御回路、ＡＣ１・・・商用電源（交流電源）、ＢＫ１・・・ブレーカ、ＣＮ１・・・コネクタ、Ｂ１・・・バッテリ

Claims (9)

1. ケーブル（１１）及びブレーカ（ＢＫ１）を介して交流電源（ＡＣ１）に接続されるとともに、バッテリに接続され、前記交流電源から入力される電力を変換して前記バッテリに出力し、前記バッテリを充電する充電回路（１０）と、
   前記充電回路に接続され、前記充電回路から前記バッテリに出力される電力が電力指令値によって指示された電力になるように前記充電回路を制御する制御回路（１２）と、
   を備えた充電装置において、
   前記制御回路は、前記交流電源から前記充電回路に入力される入力電流、及び、前記充電回路から前記バッテリに出力される出力電力に基づいて前記電力指令値を調整することを特徴とする充電装置。
2. 前記制御回路は、前記充電回路の入力電流が電流閾値を超えた場合、前記電力指令値を調整することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 前記制御回路は、前記ブレーカが複数回トリップして遮断状態になった場合、前記電流閾値を小さくすることを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
4. 前記制御回路は、前記電流閾値を、前記ブレーカがトリップして遮断状態になる直前の前記充電回路の入力電流より小さくすることを特徴とする請求項３に記載の充電装置。
5. 前記ケーブルは、前記ブレーカが接続状態の場合には、前記ブレーカが接続状態であることを示す信号を出力し、
   前記制御回路は、前記ブレーカが接続状態であることを示す信号を前記ケーブルが出力しておらず、かつ、前記ケーブルの電圧が０Ｖである場合、前記ブレーカがトリップして遮断状態であると判断することを特徴とする請求項３又は４に記載の充電装置。
6. 前記電流閾値は、前記ケーブルの定格電流値であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の充電装置。
7. 前記制御回路は、前記充電回路の出力電力が電力閾値を超えた場合、前記電力指令値を調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電装置。
8. 前記電力閾値は、前記充電回路の許容出力電力値と前記バッテリの許容充電電力のうち小さい方であることを特徴とする請求項７に記載の充電装置。
9. 前記交流電源は、家庭用の商用電源であり、
   前記バッテリ、前記充電回路及び前記制御回路は、車両に搭載されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の充電装置。

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