JP6150603B2

JP6150603B2 - 車両充電装置

Info

Publication number: JP6150603B2
Application number: JP2013098323A
Authority: JP
Inventors: 泰城岩田; 林　悟; 悟林
Original assignee: Toyota Industries Corp; Nitto Kogyo Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Nitto Kogyo Corp
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: JP2014220905A

Description

本発明は、車載電池を備えた充電車両の充電に用いる車両充電装置に関するものである。

車載電池を備えた充電車両への充電は、充電装置と接続した充電ケーブルの先端にある充電コネクタを、充電車両の給電口に嵌め込んで行われる。

車両への充電開始制御は、車両の充電制御の規格（モード１とモード２）により異なる。
具体的には、モード２型車両（制御対応車両）では、充電開始前に、車両側の充電制御回路と車両充電装置側のとの間で充電制御信号（ＣＰＬＴ信号）の送受信を行いながら、充電ケーブルの接続状況や車載電池の充電状態などをチェックした後に充電が開始される。
一方、車両側に充電制御回路を持たないモード１型車両（制御非対応車両）では、ＣＰＬＴ信号の送受信は行われず、車両充電装置のスタートボタンを押すだけで充電が開始される。

何れかのモード専用とした車両充電装置では、装置構成が簡易化できる利点もあるが、不特定の使用者が想定される公共スペースへの設置には適さない。これに対し、特許文献１には、何れのモードにも対応した車両充電装置が開示されている。

上記何れの充電制御の規格の車両であっても、充電コネクタと車両の給電口が半嵌合の状態（充電コネクタが、車両の給電口の奥まで嵌め込まれていない状態）にある場合には、外観からは見過ごされやすく、充電が開始されないまま放置されてしまい不都合であるという問題があった。特に、充電制御回路を持たないモード１型車両では車両充電装置との接続自体を検出できないため、半嵌合の状態の検出はさらに困難であった。

特開２０１１−２５４６４２号公報

本発明の目的は前記を解決し、モード２型車両およびモード１型車両の双方に対応した車両充電装置であって、接続車両のモードおよび充電コネクタと車両との給電口の接続状態を的確に判定できる技術を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明の車両充電装置は、充電ケーブルの先端に備えた充電コネクタを車両の給電口に接続して車両の充電を行う車両充電装置であって、充電ケーブルに流れる充電電流を計測する電流計測手段と、充電制御信号を生成する充電制御部を有し、この充電制御部は、認証開始動作により充電制御信号の状態に基づいて、車両判定を行う車両判定手段と、前記車両判定の後に、充電電路を閉路する充電電路閉路手段と、充電電路の閉路後に、前記電流計測手段で計測した電流値と、該電流計測時における充電制御信号の状態に基づいて、充電コネクタと車両の給電口の接続状態を判定する接続判定手段とを備え、前記接続判定手段は、前記電流値が設定値を超えた場合に正常な接続状態にあると判定し、充電電路閉路後の設定時間経過後であっても前記電流値が前記設定値未満であるが暗電流の設定範囲内にあるとき、充電コネクタと車両の給電口の接続が不完全な状態で接続された半嵌合状態にあると判定し、前記電流値が前記暗電流の設定範囲未満であるとき、充電コネクタと車両の給電口が接続されていない非接続状態にあると判定することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両充電装置において、前記接続判定手段は、充電制御信号が第１の設定の電位であって、前記電流値が前記設定値以上であるとき、制御対応車両が正常な接続状態にあると判定することを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の車両充電装置において、前記車両判定手段が、車両判定開始後、設定時間内に制御対応車両の接続を判定できない場合に、充電電路を閉路することを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項２の車両充電装置において、前記接続判定手段は、充電制御信号が前記第１の設定電位とは異なる第２の設定の電位であって、前記電流値が前記設定値以上であるとき、制御非対応車両が正常な接続状態にあると判定することを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の車両充電装置において、前記充電コネクタの接続状態を表示する接続状態表示手段を有することを特徴とするものである。

本発明では、充電制御信号を生成する充電制御部に、ボタン操作等による任意の認証開始動作後の充電制御信号の状態に基づいて、車両判定を行う車両判定手段と、前記車両判定の後に、充電電路を閉路する充電電路閉路手段と、充電電路の閉路後に、前記電流計測手段で計測した電流値と、該電流計測時における充電制御信号の状態に基づいて、充電コネクタと車両の給電口の接続状態を判定する接続判定手段を備え、前記接続判定手段は、前記電流値が設定値を超えた場合に正常な接続状態にあると判定することにより、接続車両のモードおよび充電コネクタと車両の給電口の接続状態を的確に判定可能とした。

請求項５記載の発明のように、前記充電コネクタの接続状態を表示する接続状態表示手段を有し、該接続状態表示手段に、前記接続判定手段の判定結果を表示する構成とすることにより、認証開始動作後、速やかに、接続車両のモードにかかわらず、充電コネクタと車両の給電口の接続の異常を作業者に知らせることができ、例えば、半嵌合の見過ごし等の不都合を確実に解消することができる。

本実施形態の車両充電装置にモード２型車両を接続した状態のブロック図である。本実施形態の車両充電装置内に備えた充電制御部のブロック図である。充電制御部が、接続車両のモードおよび充電コネクタと車両の給電口の接続状態を判定する流れ流れを示すフロー図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
本実施形態の車両充電装置５は、図１に示すように、充電ケーブル１の先端に備えた充電コネクタ２を車両４の給電口３に接続して車両４の充電を行うものであり、車両充電装置５の内部には、充電ケーブル１に繋がる充電電路６流れる充電電流を計測する電流計測手段７と、充電制御信号（ＣＰＬＴ信号）を生成するＣＰＬＴ回路１８を内蔵した充電制御部８と、認証開始動作と連動して動く判定開始ボタン９を備えている。

車両接続の状態はＣＰＬＴ信号の電位で表されるが、その他の要素（デューティ比・発振の有無等）であってもよい。ここで、認証開始動作としては、例えば、使用者による充電開始ボタン押圧操作や、近接センサーによる検出の他、課金認証やＩＤカード照合等、充電前に行われる充電準備作業から適宜最適なものを採用することができる。その他、モード２型車両（制御対応車両）の場合は、充電ケーブル１をモード２型車両４に接続した際に生じるＣＰＬＴ信号の電位変化を、認証開始動作とみなすこともできる。

図１のブロック図において、充電ケーブル１を車両４に接続していない状態では、車両充電装置５のＣＰＬＴ信号の電位（図１のＡ点の電位、以下、ＣＰＬＴ電位という）が１２Ｖ（第２の設定電位）となるよう設計されている。

充電ケーブル１をモード２型車両４に接続すると、車両側の充電制御回路１０の抵抗Ｒ２が抵抗Ｒ１と直列に接続されＣＰＬＴ電位は９Ｖ（第３の設定電位）となる。充電制御部１８は、ＣＰＬＴ電位が９Ｖになったことを検出すると、モード２型車両４が接続されたことを検知し、その後、充電制御部８がＣＰＬＴ信号を発振させるのでＣＰＬＴ電位は９Ｖ発振の状態となる。これによってパルス状の９ＶのＣＰＬＴ信号が車両４側に入り、車両４側の充電制御回路１０が受電許可スイッチ１１をオンとする。ここで、車載電池１２としてリチウムイオン電池が搭載されている場合には、抵抗Ｒ３によってＣＰＬＴ電位は６Ｖ（第１の設定電位）で発振に変化し、車両４の受電準備が完了したことを車両用充電装置３が認識する。充電制御部８はこの状態においてリレー１３にオン信号を出力し、充電電路６を閉路制御して、車載電池１２に対する電源供給として２００Ｖの充電電圧を印加して充電が開始される（以下、モード２型充電制御という）。
なお第１、第２、第３の設定電位はそれぞれ異なった値に規定されている。

充電制御部８には、ＣＰＬＴ回路１８の他、図１、２に示すように、ＣＰＬＴ電位に基づいて、車両判定（接続された車両のモードを判定）を行う車両判定手段１４と、前記車両判定の後に、リレー１３にオン信号を出力して充電電路６を閉路する充電電路閉路手段１５と、充電電路６の閉路後に、電流計測手段７で計測した電流値と、該電流計測時におけるＣＰＬＴ電位に基づいて、充電コネクタ２と車両の給電口３の接続状態を判定する接続判定手段１６を備えている。
なお、前記車両判定は認証開始動作によって判定開始ボタン９が押圧された後に行なうが、充電コネクタ２がモード２型車両に接続され、ＣＰＬＴ電位が９Ｖになったことを検出したときには、認証開始動作がされたとみなし、判定開始ボタン９の押圧を省略することができる。

以下、充電制御部８が、接続車両のモードおよび充電コネクタと車両の給電口の接続状態を判定する流れを、図３のフローに従って説明する。

（ＳＴ１）
認証開始動作によって判定開始ボタン９が押圧されると、車両判定手段１４が車両判定を開始する。
（ＳＴ２）
車両判定手段１４は、車両判定開始後設定時間（例えば、１０秒間）ＣＰＬＴ電位を計測し、その計測値が９Ｖの場合、モード２型の車両４が接続されているとの判定を行う。
ＣＰＬＴ電位を設定時間計測するのは、判定開始ボタン９を押圧後に、モード２型の車両４が接続された場合でも判定可能とするためである。

一方、ＣＰＬＴ電位が、車両判定開始後、前記設定時間を越えて１２Ｖを維持していた場合、モード２型の車両４は接続されていない、との判定をおこなう。なお、設定時間１２Ｖを維持する具体的ケースとしては、モード１型の車両４の接続、あるいは、車両４との非接続の何れかの状態が想定されるが、車両判定手段１４では、その何れかであるかは特定されない。

（ＳＴ３〜ＳＴ５）
前記車両判定手段が、モード２型車両と判定した場合には、前記のモード２型充電制御を経て、充電電路閉路手段１５からリレー１３にオン信号が出力され、充電電路６が閉路して、車載電池１２への充電が開始される。

（ＳＴ６〜ＳＴ７）
前記車両判定手段１４が、モード２型車両の接続以外を判定した場合には、モード１型車両の接続を確認するため充電電路閉路手段１５からリレー１３にオン信号が出力され、充電電路６が閉路して、２の電源線に電圧が印加される。

（ＳＴ８）
充電電路６が閉路した後、電流計測手段７によって充電電路６に流れる充電電流が計測され、その計測電流値データが接続判定手段１６に送信される。
また、ＣＰＬＴ電位データが接続判定手段１６に送信される。

接続判定手段１６では、これらの計測電流値データとＣＰＬＴ電位データに基づいて、充電コネクタ２と車両の給電口３の接続状態が判定される（ＳＴ９〜１２）。

（ＳＴ９）
具体的には、充電電路閉路後の設定時間（例えば３０秒）経過後であっても、ＣＰＬＴの電位にかかわらず、計測電流値が後述する車両が正常な接続状態と判定される設定値（１Ａ）未満の設定範囲内である（例えば、０．２〜０．４Ａ）場合には、充電コネクタ２と車両４の給電口３の接続が不完全であり、充電が開始されない半嵌合状態にあるとの判定が行われる。
ここで、計測されている設定範囲の電流は、車両４側のコンデンサ１７に流れ、車載電池１２への充電には寄与しない暗電流である。
（ＳＴ１０）
また、ＣＰＬＴ電位が１２Ｖであって、計測電流値が前記暗電流の設定範囲の下限値未満（例えば、０．２Ａ未満）の場合には、充電コネクタと車両の給電口が接続されていない非接続状態にあるとの判定が行われる。
（ＳＴ１１）
計測電流値が前記設定値以上（例えば、１Ａ以上）であって、ＣＰＬＴ電位が１２Ｖの場合には、モード１型車両が正常な接続状態にあるとの判定が行われる。
（ＳＴ１２）
計測電流値が前記設定値以上であって、ＣＰＬＴ電位が６Ｖの場合には、モード２型車両が正常な接続状態にあるとの判定が行われる。

その他、車両充電装置５に、接続判定手段１６の判定結果を表示する表示手段２０を備えることにより、認証開始動作後、接続車両のモードに関わらず、速やかに充電コネクタと車両の給電口の接続状態を作業者に知らせることができ、例えば、半嵌合の見過ごし等により充電ができていない事態を解消することも可能となる。

また、現在、複数台の車両を同時に充電する充電システムにおいて、限られた電力内で全ての車両を効率よく充電するために採用される分割充電等のエネルギーマネージメントへの需要が高まっており、各種の方法が検討されている。しかし、従来技術は、何れもモード２型車両のみを対象としたものであり、モード１型車両のユーザに不都合であるという問題があった。
これに対し、本発明の車両充電装置によれば、車両の接続時に、充電コネクタと車両の給電口の接続状態と同時に、接続車両のモード判定が可能となるため、この技術を複数台の車両を同時に充電する充電システムに用いることで、モード１型車両とモード２型車両の混在を想定した、より利便性の高いエネルギーマネージメントが実現できる。

１充電ケーブル
２充電コネクタ
３給電口
４車両
５車両充電装置
６充電電路
７電流計測手段
８充電制御部
９判定開始ボタン
１０充電制御回路（車両側）
１１受電許可スイッチ
１２車載電池
１３リレー
１４車両判定手段
１５充電電路閉路手段
１６接続判定手段
１７コンデンサ
１８ＣＰＬＴ回路
２０表示手段

Claims

充電ケーブルの先端に備えた充電コネクタを車両の給電口に接続して車両の充電を行う車両充電装置であって、充電ケーブルに流れる充電電流を計測する電流計測手段と、充電制御信号を生成する充電制御部を有し、この充電制御部は、認証開始動作により充電制御信号の状態に基づいて、車両判定を行う車両判定手段と、前記車両判定の後に、充電電路を閉路する充電電路閉路手段と、充電電路の閉路後に、
前記電流計測手段で計測した電流値と、該電流計測時における充電制御信号の状態に基づいて、充電コネクタと車両の給電口の接続状態を判定する接続判定手段とを備え、前記接続判定手段は、前記電流値が設定値を超えた場合に正常な接続状態にあると判定し、
充電電路閉路後の設定時間経過後であっても前記電流値が前記設定値未満であるが暗電流の設定範囲内にあるとき、充電コネクタと車両の給電口の接続が不完全な状態で接続された半嵌合状態にあると判定し、
前記電流値が前記暗電流の設定範囲未満であるとき、充電コネクタと車両の給電口が接続されていない非接続状態にあると判定することを特徴とする車両充電装置。
前記接続判定手段は、充電制御信号が第１の設定の電位であって、前記電流値が前記設定値以上であるとき、制御対応車両が正常な接続状態にあると判定することを特徴とする請求項１記載の車両充電装置。
前記車両判定手段が、車両判定開始後、設定時間内に制御対応車両の接続を判定できない場合に、充電電路を閉路することを特徴とする請求項１記載の車両充電装置。
前記接続判定手段は、充電制御信号が前記第１の設定電位とは異なる第２の設定の電位であって、前記電流値が前記設定値以上であるとき、制御非対応車両が正常な接続状態にあると判定することを特徴とする請求項２記載の車両充電装置。
前記充電コネクタの接続状態を表示する接続状態表示手段を有することを特徴とする請求項１記載の車両充電装置。