JP6146324B2 - 充放電システム - Google Patents

Description

この発明は、充放電システムに関し、特に、車両に設けられ外部との間で電力を授受することが可能な充放電システムに関する。

特開２０１３−０９９０７８号公報（特許文献１）には、充放電共用のインレットから車両外部へ放電することができる車両が開示されている。この車両は、外部に電力を出力するインバータとインレットとの間に放電リレーが設けられ、車両から外部に放電する場合に放電リレーが接続される。

特開２０１３−０９９０７８号公報

上記の車両では、車両の蓄電装置に外部から充電が行なわれる場合には、放電リレーによって車両の充電系が放電系（電力出力系）と切離される。しかし、放電リレーが溶着などによって故障した場合には、車両外部からインレットに入力された電力（充電電力）が放電系の回路に供給される可能性がある。放電系の回路が電力を出力すると、放電系の回路が出力する電力（放電電力）と充電電力の衝突が起こる場合が考えられる。

この対策として、放電終了時には放電リレーの溶着チェックを行なうことも考えられるが、溶着チェックには放電系の回路から電圧を与えるなどの動作が正常に行なわれる必要がある。放電系回路は、自己保護によって停止する場合も考えられ、そのような場合には溶着チェックのための電圧の出力が適切に行なえない可能性も考えられ、放電リレーの溶着を見逃すおそれもある。

この発明の目的は、放電電力と充電電力との衝突の回避の可能性が高められた充放電システムを提供することである。

この発明は、要約すると、充放電システムであって、蓄電装置と、蓄電装置と車両外部との間で電力を充放電するための接続部と、車両外部から接続部を経由して電力を受けて蓄電装置に供給する充電器と、蓄電装置から電力を受けて接続部から車両外部に電力を出力するための電力変換部と、電力変換部の出力ノードの電圧を検出する電圧検出部と、電力変換部を制御する制御部とを備える。制御部は、電力変換部から電力を出力させる指令を受けた場合には、出力ノードの電圧が非活性状態であることを確認してから電力変換部に電力を出力させる。

好ましくは、制御部は、電力変換部から電力を出力させる指令を受けた場合であっても、出力ノードの電圧が活性状態であるときには、電力変換部からの電力を出力を中止させる。

出力ノードの電圧が非活性であることを確認してから電力変換部に電力を出力させるので、制御上も充電電力と放電電力が衝突することが回避される。したがって、充電電力と放電電力の衝突を回避できる確実性が高まる。

より好ましくは、充放電システムは、接続部と出力ノードとの間の経路を接続および遮断することが可能なリレーをさらに備える。制御部は、電力変換部から電力を出力させる指令を受けた場合には、リレーを遮断状態に設定した後に出力ノードの電圧が活性状態か非活性状態かを電圧検出部によって確認する。

上記の構成によれば、リレーによって電力変換部を接続部から切離すことに加えて、出力ノードの電圧が非活性であることを確認してから電力変換部に電力を出力させるので、制御上も充電電力と放電電力が衝突することが回避される。したがって、充電電力と放電電力の衝突を回避できる確実性がさらに高まる。

好ましくは、充放電システムは、車両に設けられ、電気負荷を接続するためのコンセントをさらに備える。コンセントは、出力ノードに接続され、電気負荷にコンセントから電力を供給する要求が有ったときに、制御部は電力変換部から電力を出力させる指令を受ける。

上記の構成によれば、コンセントで電気負荷に電力を供給する際に電力変換部が稼働しつつ、外部からの電力を充電器で受けて蓄電装置に充電を行なう場合などに、充電電力と電気負荷への供給電力とが衝突することを避けることができる可能性が高まる。

好ましくは、車両外部に接続部を経由して車両から電力を供給する要求が有ったときに、制御部は電力変換部から電力を出力させる指令を受ける。

上記の構成によれば、外部からの電力を充電器で受けて蓄電装置に充電を行なう場合に、たとえばノイズなどによる誤作動によって、制御部に電力変換部電力を出力させる指令が与えられた場合などでも、充電電力と電気負荷への供給電力とが衝突することを避けることができる可能性が高まる。

本発明によれば、充電電力と電気負荷への供給電力とが衝突することを避けることができ、充放電システムの保護が図られる。

充放電システムの構成を示す回路図である。 図１のＤＣ／ＡＣインバータ１６０に内蔵される制御部１６４が実行する制御を説明するためのフローチャートである。 他の充放電システムの構成例を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

（充放電システムの概要の説明）
図１は、充放電システムの構成を示す回路図である。図１を参照して、本実施の形態で開示される充放電システムの概要について説明する。充放電システムは、車両１００に搭載される。充放電システムは、蓄電装置１３４と、蓄電装置１３４と車両外部との間で電力を充放電するための接続部１１０（充放電共用インレット）と、車両外部から接続部１１０を経由して電力を受けて蓄電装置１３４に供給する充電器１２０と、蓄電装置１３４から電力を受けて接続部１１０から車両外部に電力を出力するための電力変換部１６２と、電力変換部１６２の出力ノードＮＰ，ＮＮの電圧を検出する電圧検出部１６６と、電力変換部１６２を制御する制御部１６４とを備える。制御部１６４は、電力変換部１６２から電力を出力させる指令を受けた場合には、出力ノードＮＰ，ＮＮの電圧が非活性状態（たとえば、０Ｖ）であることを確認してから電力変換部１６２に電力を出力させる。

好ましくは、制御部１６４は、電力変換部１６２から電力を出力させる指令を受けた場合であっても、出力ノードＮＰ，ＮＮの電圧が活性状態（たとえば、ＡＣ１００Ｖ）であるときには、電力変換部１６２からの電力を出力を中止させる。

より好ましくは、充放電システムは、接続部１１０と出力ノードＮＮ，ＮＰとの間の経路を接続および遮断することが可能なリレー１４０をさらに備える。制御部１６４は、電力変換部１６２から電力を出力させる指令を受けた場合には、制御部１２６を介してリレー１４０を遮断状態に設定した後に出力ノードＮＮ，ＮＰの電圧が活性状態か非活性状態かを電圧検出部１６６によって確認する。

上記の構成によれば、リレー１４０によって電力変換部１６２を接続部１１０から切離すことに加えて、出力ノードＮＰ，ＮＮの電圧が非活性であることを確認してから電力変換部１６２に電力を出力させるので、制御上も充電電力と放電電力が衝突することが回避される。したがって、充電電力と放電電力の衝突を回避できる確実性がさらに高まる。

好ましくは、充放電システムは、車両に設けられ、電気負荷を接続するためのコンセント１５０をさらに備える。コンセント１５０は、出力ノードＮＮ，ＮＰに接続され、電気負荷にコンセント１５０から電力を供給する要求が有ったときに、制御部１６４は電力変換部１６２から電力を出力させる指令を受ける。

上記の構成によれば、コンセント１５０で電気負荷に電力を供給する際に電力変換部１６２が稼働しつつ、外部からの電力を充電器１２０で受けて蓄電装置１３４に充電を行なう場合などに、充電電力と電気負荷への供給電力とが衝突することを避けることができる可能性が高まる。

好ましくは、車両外部に接続部を経由して車両から電力を供給する要求が有ったときに、制御部１６４は、電力変換部１６２から電力を出力させる指令を、制御部１２６または制御部１７０から受ける。

上記の構成によれば、外部からの電力を充電器１２０で受けて蓄電装置１３４に充電を行なう場合に、たとえばノイズなどによる誤作動によって、制御部１６４に、電力変換部１６２から電力を出力させる指令が制御部１２６または制御部１７０から与えられた場合などでも、充電電力と電気負荷への供給電力とが衝突することを避けることができる可能性が高まる。

次に、充放電システムの各構成の詳細についてさらに説明する。
（充放電システムの詳細な構成）
以下の実施の形態では車両の構成については特に詳細には説明しないが、車両は、ハイブリッド車両、電気自動車、燃料電池自動車のいずれであっても良い。

本実施の形態の充放電システムは、車両１００に搭載される。車両１００が充放電システムであるといっても良い。車両１００は、接続部１１０と、充電器１２０と、電池パック１３０と、リレー１４０と、車内コンセント１５０と、ＤＣ／ＡＣインバータ１６０と、制御部１７０と、駆動用インバータ・モータ１８０とを含む。

接続部１１０は、車両外部からコネクタが接続される充電と放電に共用されるインレットである。電力線対ＡＣＩＨ，ＡＣＩＣと、接地ＧＮＤと、プロキシメトリディテクション信号線ＰＩＳＷと、コントロールパイロット信号線ＣＰＬＴとが接続部１１０に接続されている。プロキシメトリディテクション信号線ＰＩＳＷは、コネクタの接続の検出などに使用され、コントロールパイロット信号線ＣＰＬＴは、充電ケーブルの太さを示す発振信号を受信等するために使用される。

電池パック１３０は、充電リレー１３２と、蓄電装置１３４と、システムメインリレー１３８と、制御部１３６と、ヒューズボックス１３９とを含む。蓄電装置１３４は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池、あるいはキャパシタなどによって構成される。充電リレー１３２は、制御部１３６から送信される制御信号ＣＨＲＧ，ＣＨＲＢ，ＣＨＲＰによって、導通／非導通が制御される。システムメインリレー１３８は、制御部１７０から送信される制御信号ＳＭＲＧ，ＳＭＲＢ，ＳＭＲＰによって、導通／非導通が制御される。

充電器１２０は、ＡＣ／ＤＣ変換部１２１と制御部１２６とを含む。ＡＣ／ＤＣ変換部１２１の入力部には電圧センサ１２２が設けられ、出力部には電圧電流センサ１２４が設けられる。ＡＣ／ＤＣ変換部１２１は、電力線対ＡＣＩＨ，ＡＣＩＣによって与えられた電力を蓄電装置１３４の充電に適切な直流電圧に変換し電池パック１３０に出力する。ＡＣ／ＤＣ変換部１２１からの充電電力は、充電リレー１３２を経由して蓄電装置１３４に与えられる。

リレー１４０は、電力線対ＡＣＩＨ，ＡＣＩＣとＤＣ／ＡＣインバータ１６０の出力ノードＮＰ，ＮＮとの間に設けれられる。リレー１４０は、制御部１２６からの制御信号ＯＳＲ１，ＯＳＲ２によって、ＤＣ／ＡＣインバータから接続部１１０に放電される場合に導通するように制御される。

車内コンセント１５０は、ＤＣ／ＡＣインバータ１６０の出力ノードＮＰ，ＮＮに接続されている。なお、車内コンセント１５０の近傍に、電気負荷を使用したい場合に車内コンセント１５０を有効にするスイッチを設けても良い。

ＤＣ／ＡＣインバータ１６０は、電力変換部１６２と、制御部１６４と、電圧検出部１６６とを含む。制御部１６４は、制御部１２６または制御部１７０からの指令に基づいて電力変換部１６２を作動させるか否かを制御する。電力変換部１６２を作動させる際に、制御部１６４は、電圧検出部１６６によって電力変換部１６２の出力ノードＮＰ，ＮＮの電圧をチェックし、電圧が活性状態でなければ、電力変換部１６２を作動させて交流電力を出力ノードＮＰ，ＮＮに出力させる。一方で、電力変換部１６２を作動させる際に、制御部１６４は、電圧検出部１６６によって電力変換部１６２の出力ノードＮＰ，ＮＮの電圧をチェックし、電圧が活性状態であれば、電力変換部１６２を作動させないようにして、放電電力と充電電力とが衝突することを避ける。たとえば、放電リレー１４０に溶着などが発生していると、ＤＣ／ＡＣインバータ１６０の出力ノードに接続部１１０に外部から供給された充電電力が伝えられてしまう可能性がある。そのような場合を電圧検出部１６６で事前に察知して、制御部１６４は電力変換部１６２の出力と充電電力との衝突を避けている。

制御部１７０は、駆動用インバータ・モータ１８０に蓄電装置１３４の電力を供給するシステムメインリレー１３８を制御するとともに、必要に応じてＤＣ／ＡＣインバータ１６０と充電器１２０のＡＣ／ＤＣ変換部１２１を制御する。

駆動用インバータ・モータ１８０は、車両の駆動輪を駆動するモータとモータを駆動するインバータとを含む。なお、駆動用インバータ・モータ１８０は、ハイブリッド自動車の場合にはエンジンと発電機とを含み、燃料電池自動車の場合には燃料電池を含むものであっても良い。

なお、制御部１２６，１３６，１６４，１７０は、１つにまとめても良く、４つ以外の他の数に分割した構成にしても良い。

図２は、図１のＤＣ／ＡＣインバータ１６０に内蔵される制御部１６４が実行する制御を説明するためのフローチャートである。図１、図２を参照して、制御部１６４は、ステップＳ１において、ＤＣ／ＡＣインバータ１６０を動作させる要求が、入力されたか否かを判断する。ＤＣ／ＡＣインバータ１６０を動作させる要求は、制御部１２６、制御部１７０や図示しないスイッチなどから制御部１６４に与えられる。たとえば、接続部１１０から車両外部に電力を供給する場合や、車内コンセント１５０に電力を供給する場合にＤＣ／ＡＣインバータ１６０を動作させる要求が発生する。

ステップＳ１において、ＤＣ／ＡＣインバータ１６０を動作させる要求が無い場合には、ステップＳ４に処理が進められ、ＤＣ／ＡＣインバータ１６０は作動されない。一方、ステップＳ１において、ＤＣ／ＡＣインバータ１６０を動作させる要求がある場合には、ステップＳ２に処理が進められる。

ステップＳ２では、制御部１６４は、電圧検出部１６６を用いてＤＣ／ＡＣインバータ１６０の出力段の電圧、すなわち出力ノードＮＰ，ＮＮ間の電圧をチェックする。

ステップＳ２において、電圧が検出された場合には、ステップＳ４に処理が進められＤＣ／ＡＣインバータ１６０は作動されない。一方、ステップＳ２電圧が検出されない場合、すなわち検出電圧が０Ｖまたはそれに近いしきい値以下の場合には、ステップＳ４に処理が進められＤＣ／ＡＣインバータ１６０の動作が開始される。

このように、ＤＣ／ＡＣインバータ１６０の動作開始前に、出力ノードＮＰ，ＮＮの電圧をチェックして動作可否を判定することで、放電リレー１４０の溶着発生時に、矢印Ｐ１，Ｐ２に示した経路でＤＣ／ＡＣインバータ１６０の出力に電圧が印加されたときの対策を行なっている。

図３は、他の充放電システムの構成例を示した図である。図３に示したシステムは、図１に示した充放電システムの構成において、車内コンセント１５０と放電リレー１４０を含まない点において異なる。他の構成は、図１に示したシステムと同じである。

図３に示す構成は、接続部１１０すなわち充放電共用のインレットから充電電力を受けること（外部充電という）、および蓄電装置１３４の電力を外部に供給すること（外部放電という）が可能である。しかし外部充電と外部放電とは１つのインレットから同時に行なうことは想定されていない。したがって、充電と放電は排他的に制御されている。したがって、図１に示したような放電リレー１４０は設けられていない。

しかし、このような構成であっても、図２に示したフローチャートの制御を行なうことによって、ＤＣ／ＡＣインバータ１６０に誤ったタイミングで動作要求が送信されたような場合のフェールセーフが実現できる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 車両、１１０ 接続部、１２０ 充電器、１２１ 変換部、１２２ 電圧センサ、１２４ 電圧電流センサ、１２６，１３６，１６４，１７０ 制御部、１３０ 電池パック、１３２ 充電リレー、１３４ 蓄電装置、１３８ システムメインリレー、１３９ ヒューズボックス、１４０ 放電リレー、１５０ 車内コンセント、１６０ インバータ、１６２ 電力変換部、１６６ 電圧検出部、１８０ 駆動用インバータ・モータ、ＡＣＩＣ，ＡＣＩＨ 電力線対、ＣＰＬＴ コントロールパイロット信号線、ＮＮ，ＮＰ 出力ノード、ＰＩＳＷ プロキシメトリディテクション信号線。

Claims (4)

1. 車両に設けられ外部との間で電力を授受することが可能な充放電システムであって、
   蓄電装置と、
   前記蓄電装置と車両外部との間で電力を充放電するための接続部と、
   車両外部から前記接続部を経由して電力を受けて前記蓄電装置に供給する充電器と、
   前記蓄電装置から電力を受けて前記接続部から車両外部に電力を出力するための電力変換部と、
   前記電力変換部の出力ノードの電圧を検出する電圧検出部と、
   前記出力ノードに接続され、電気負荷を接続するためのコンセントと、
   前記電力変換部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記電気負荷に対して前記コンセントから電力を供給する指令を受けた場合には、前記出力ノードの電圧が非活性状態であることを確認してから前記電力変換部に電力を出力させる、充放電システム。
2. 前記制御部は、前記電力変換部から電力を出力させる指令を受けた場合であっても、前記出力ノードの電圧が活性状態であるときには、前記電力変換部からの電力を出力を中止させる、請求項１に記載の充放電システム。
3. 前記接続部と前記出力ノードとの間の経路を接続および遮断することが可能なリレーをさらに備え、
   前記制御部は、前記電力変換部から電力を出力させる指令を受けた場合には、前記リレーを遮断状態に設定した後に前記出力ノードの電圧が活性状態か非活性状態かを前記電圧検出部によって確認する、請求項２に記載の充放電システム。
4. 車両外部に前記接続部を経由して車両から電力を供給する要求が有ったときに、前記制御部は前記電力変換部から電力を出力させる指令を受ける、請求項１〜３のいずれか１項に記載の充放電システム。

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