JP6172057B2 - 自動車用充電システム - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車やプラグインハイブリッド車等に搭載されるバッテリーに電力を供給して充電する充電システムに関するものである。

近年、バッテリーに蓄えられた電力の供給に基づいて動作するモータを搭載し、そのモータの駆動力により走行可能とした電気自動車やプラグインハイブリッド車が実用化されている。

このような自動車では、充電ステーションあるいは一般家屋に設置される給電装置と、自動車に搭載される充電装置及び充電制御装置を充電ケーブルを介して接続することにより、給電装置からバッテリーに電力を供給してバッテリーを充電可能となっている。

充電ケーブルには、給電線に加えて、接地線、制御用線が内包されている。制御用線は、給電制御に用いられるコントロールパイロット信号等の制御信号の伝送に用いられる配線である。そして、制御用線を介して、給電装置と自動車間で制御信号を送受信することにより、充電ケーブルの接続状態、充電可否の状態、充電の状態等種々の状態が検知され、検知された状態に応じて充電制御が行われる。

また、給電装置からの給電を要する自動車では、給電制御のための情報、給電量や課金の管理を行うための通信信号が、給電装置と自動車信号の間でＰＬＣ通信機能により送受信されている。

これらの通信信号は、前記制御信号より高い周波数帯域の信号として、制御信号に重畳するｉｎｂａｎｄ通信で制御用線を介して送受信される。前記制御信号は、１ｋＨｚの矩形波を搬送波として送受信され、前記通信信号は例えば３０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚの周波数の搬送波が低速通信用の帯域として使用され、例えば２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数の搬送波が高速通信用の帯域として使用される。

また、給電装置に供給される商用電源に基づいてバッテリーをＡＣ充電する場合には、制御用線に重畳される通信信号により給電線に発生するクロストークノイズの上限がＣＩＳＰＲ２２規格で設定されている。従って、制御用線に重畳するＰＬＣ通信電圧は、ＣＩＳＰＲ２２規格をクリアするレベルに設定される。

特許文献１には、自動車のバッテリーにＡＣ充電を行う充電システムにおいて、制御用線に制御信号と通信信号を重畳しながら、制御信号による通信信号への悪影響を抑制する構成が開示されている。

特開２０１３−１１５９０５号公報

近年、共通のコネクタ及び充電ケーブルを使用して、ＡＣ充電と、ＤＣ急速充電とを任意に選択して行うことを可能とした自動車用充電システムが提案されている。
しかし、ＤＣ急速充電では給電線に載るノイズレベルがＡＣ充電の場合に比して高くなるため、制御用線に載るクロストークノイズレベルが上昇する。従って、ＣＩＳＰＲ２２規格をクリアするレベルに設定されたＰＬＣ通信電圧では、安定した通信を行うことができない。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は共通の充電ケーブルを介して、ＡＣ充電及びＤＣ急速充電のいずれかを選択して行うことを可能とし、かつＤＣ急速充電時に安定したＰＬＣ通信を可能とする自動車用充電システムを提供することにある。

上記課題を解決する自動車用充電システムは、ＡＣ電力供給部とＤＣ電力供給部のうち少なくともＤＣ電力供給部を備えた給電装置と、前記ＤＣ電力供給部若しくは前記ＡＣ電力供給部及びＤＣ電力供給部にそれぞれ接続された給電線を内包する充電ケーブルと、前記充電ケーブルを介して供給されるＡＣ電力若しくはＤＣ電力に基づいてＡＣ充電あるいはＤＣ充電されるバッテリーを搭載した車両と、前記給電装置に設けられ、前記充電ケーブルに備えられた制御用線を介して充電制御のための制御信号を送受信する給電制御部と、前記車両に設けられ、前記給電制御部との間で前記制御用線を介して制御信号を送受信する充電制御部と、前記給電装置と前記車両にそれぞれ設けられ、前記制御用線を介してＰＬＣ通信を行うＰＬＣモデムとを備えた自動車用充電システムにおいて、前記ＰＬＣモデムには、前記ＰＬＣ通信を行うための通信信号の振幅を、前記ＡＣ充電時より前記ＤＣ充電時で大きくする振幅調整部を備えたことを特徴とする。

この構成により、ＤＣ充電時のＰＬＣ通信の通信信号の振幅は、ＡＣ充電時の振幅より大きく設定されるので、ＤＣ充電時のＰＬＣ通信の通信信号のＳ／Ｎ比が改善される。
また、上記の自動車用充電システムにおいて、前記振幅調整部は、前記通信信号をデジタル信号で処理する送信制御回路に、前記ＡＣ充電時の通信信号の振幅値と前記ＤＣ充電時の通信信号の振幅値をあらかじめ格納した記憶装置を備え、格納されている振幅値に基づいて通信信号の振幅値をデジタル値で調整することが好ましい。

この構成により、ＤＣ充電時には通信信号の振幅値が記憶装置に格納されているＤＣ充電時の振幅値に調整される。
また、上記の自動車用充電システムにおいて、前記振幅調整部は、前記ＡＣ充電時の通信信号の振幅値を初期値として設定し、前記ＤＣ充電時には、前記記憶装置に格納されているＤＣ充電時の振幅値に基づいて前記通信信号の振幅を拡大することが好ましい。

この構成により、前記ＤＣ充電時には、通信信号の振幅がＡＣ充電時の振幅からＤＣ充電時の振幅に拡大される。
また、上記の自動車用充電システムにおいて、前記振幅調整部は、前記ＤＣ充電時の通信信号の振幅値を初期値として設定し、前記ＡＣ充電時には、前記記憶装置に格納されているＡＣ充電時の振幅値に基づいて前記通信信号の振幅を縮小することが好ましい。

この構成により、前記ＡＣ充電時には、通信信号の振幅がＤＣ充電時の振幅からＡＣ充電時の振幅に縮小される。
また、上記の自動車用充電システムにおいて、前記振幅調整部は、前記ＡＣ充電時の通信信号の振幅値と、前記ＤＣ充電時の通信信号の振幅値をアナログ値であらかじめ格納した記憶装置を備え、格納されている振幅値に基づいて前記ＰＬＣモデムの出力回路の利得を調整することが好ましい。

この構成により、ＤＣ充電時には通信信号の振幅値が記憶装置に格納されている振幅値となるようにＰＬＣモデムの出力回路の利得が調整される。

本発明の自動車用充電システムによれば、共通の充電ケーブルを介して、ＡＣ充電及びＤＣ急速充電のいずれかを選択して行い得るとともに、ＤＣ急速充電時に安定したＰＬＣ通信を可能とすることができる。

一実施形態を示すブロック図である。 ＰＬＣモデムを示すブロック図である。 ＰＬＣモデムの別例を示すブロック図である。

以下、自動車の充電システムの一実施形態を図１及び図２に従って説明する。図１に示す自動車の充電システムは、給電装置１とバッテリー２を搭載した車両３を充電ケーブル４で接続して、ＡＣ充電あるいはＤＣ急速充電でバッテリー２を充電するものである。

給電装置１内には、ＡＣ電力供給部５と、ＤＣ電力供給部６と、給電制御部７が配設される。ＡＣ電力供給部５は、例えば交流１００Ｖの商用電源ＡＣＶが供給され、ＡＣ充電開始時に給電制御部７から出力されるＡＣ充電開始信号ａｓ１の供給に基づいて、前記充電ケーブル４内の給電線８ａ，８ｂにＡＣ電力を供給する。

ＤＣ電力供給部６は、例えば交流１００Ｖの商用電源ＡＣＶの供給に基づいて直流電圧を生成し、且つＤＣ／ＤＣコンバータ等の電圧変換部により所定の直流電圧ＤＣＶを生成して、リレー９に出力する。そして、ＤＣ急速充電開始時に給電制御部７から出力されるＤＣ充電開始信号ｄｓ１の供給に基づいてリレー９が導通状態となり、前記充電ケーブル４内の給電線１０ａ，１０ｂにＤＣ電力が供給される。

前記給電制御部７には、コントロールパイロット信号等の制御信号ｃｐを送受信する制御用線１１ａ，１１ｂが接続され、その制御用線１１ａ，１１ｂは前記充電ケーブル４内に延設されている。前記制御信号ｃｐは、例えば１ｋＨｚの矩形波を搬送信号として送信される。また、制御用線１１ａ，１１ｂの一方は、接地線である。

前記給電線８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂ及び前記制御用線１１ａ，１１ｂは、充電ケーブル４の先端部に取着されるプラグ１２にそれぞれ接続され、そのプラグ１２は前記車両３に設けられる受電コネクタ１３に接続可能である。

そして、プラグ１２が受電コネクタ１３に接続されると、給電線８ａ，８ｂは受電コネクタ１３及び車両３内の給電線１４ａ，１４ｂを介して充電装置１５に接続される。
また、プラグ１２が受電コネクタ１３に接続されると、給電線１０ａ，１０ｂは受電コネクタ１３及び車両３内の給電線１６ａ，１６ｂ及びリレー１７を介して前記バッテリー２に接続可能である。

また、プラグ１２が受電コネクタ１３に接続されると、制御用線１１ａ，１１ｂは受電コネクタ１３及び車両３内の制御用線１８ａ，１８ｂを介して充電制御部１９に接続される。

従って、給電制御部７と充電制御部１９とは制御用線１１ａ，１１ｂ，１８ａ，１８ｂを介して制御信号ｃｐを送受信可能となっている。
前記充電制御部１９は、ＤＣ充電開始時に前記リレー１７にＤＣ充電開始信号ｄｓ２を出力し、リレー１７はＤＣ充電開始信号ｄｓ２の入力に基づいて接点が導通状態となる。この結果、ＤＣ電力供給部６からリレー９、給電線１０ａ，１０ｂ，１６ａ，１６ｂ及びリレー１７を介してバッテリー２にＤＣ電力が供給される。

また、前記充電制御部１９は、ＡＣ充電開始時に前記充電装置１５にＡＣ充電開始信号ａｓ２を出力する。充電装置１５は、ＡＣ充電開始信号ａｓ２の入力に基づいて、給電線１４ａ，１４ｂを介して供給されるＡＣ電力でバッテリー２を充電する。

前記給電装置１と車両３には、給電制御部７と充電制御部１９との間で前記制御用線１１ａ，１１ｂ，１８ａ，１８ｂを介したＰＬＣ通信を行うためのＰＬＣモデム２０，２１が配設されている。給電制御のための情報、給電量や課金の管理を行うための通信信号が、給電装置１と車両３との間でＰＬＣ通信機能により送受信される。

前記ＰＬＣモデム２０，２１の変調方式は、耐ノイズ性に優れたＯＦＤＭ（orthogonal frequency division multiplex：直交周波数分割多重）方式が採用されている。
給電装置１側のＰＬＣモデム２０と制御用線１１ａ，１１ｂとの間には重畳分離部２２が介在され、さらに重畳分離部２２と制御用線１１ａ，１１ｂとの間にコンデンサ２４ａ，２４ｂが介在されている。そして、制御用線１１ａと給電制御部７との間にローパスフィルタ２３が介在されている。

同様に、車両３側のＰＬＣモデム２１と制御用線１８ａ，１８ｂとの間には重畳分離部２５が介在され、さらに重畳分離部２５と制御用線１８ａ，１８ｂとの間にコンデンサ２７ａ，２７ｂが介在されている。そして、制御用線１８ａと充電制御部１９との間にローパスフィルタ２６が介在されている。

前記給電制御部７とＰＬＣモデム２０との間では、給電制御部７から送信される通信信号ｔｓ１と、ＰＬＣモデム２０から給電制御部７に送信される通信信号ｔｓ２を相互に送受信可能である。また、前記充電制御部１９とＰＬＣモデム２１との間では、充電制御部から送信される通信信号ｔｓ２と、ＰＬＣモデム２１から充電制御部１９に送信される通信信号ｔｓ１を相互に送受信可能である。

通信信号ｔｓ１，ｔｓ２は、ＰＬＣモデム２０，２１の動作により、例えば３０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚの周波数の搬送波が低速通信用の帯域として使用され、例えば２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数の搬送波が高速通信用の帯域として使用される。

このような構成により、給電制御部７から送信される通信信号ｔｓ１は、ＰＬＣモデム２０及び重畳分離部２２を介して制御用線１１ａ，１１ｂに出力されるとともに、制御用線１８ａ，１８ｂから重畳分離部２５を介してＰＬＣモデム２１で読み取られ、充電制御部１９に出力される。

また、充電制御部１９から送信される通信信号ｔｓ２は、ＰＬＣモデム２１及び重畳分離部２５を介して制御用線１８ａ，１８ｂに出力されるとともに、制御用線１１ａ，１１ｂから重畳分離部２２を介してＰＬＣモデム２０で読み取られ、給電制御部７に出力される。

次に、前記ＰＬＣモデム２０，２１の具体的構成を説明する。図２に示すように、ＰＬＣモデム２０は送信部２８と受信部２９を備えている。送信部２８では、給電制御部７から送信される通信信号ｔｓ１がＭＡＣ／ＰＨＹインターフェース３０を介して送信制御回路３１に入力される。

送信制御回路３１は、デジタルデータとして受信した通信信号ｔｓ１を暗号化し、その暗号化データに誤り訂正処理を施す。誤り訂正処理は、受信部２９側でビット誤り等の誤りに対する検出及び訂正処理を可能とするための処理であり、例えばパリティチェック等の処理に用いるパリティビット等の符号を付加する処理である。

次いで、ＡＣ充電あるいはＤＣ高速充電に対応して重畳分離部２２から制御用線１１ａ，１１ｂに出力する通信信号の電圧振幅を調整するためのマッピング処理を行う。ＡＣ充電時あるいはＤＣ高速充電時に対応した電圧振幅値がメモリ３２にあらかじめ格納されていて、誤り訂正処理された通信信号に対しＡＣ充電あるいはＤＣ高速充電に対応する電圧振幅値が設定された後、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理が施される。

このようにして、送信制御回路３１ではメモリ３２にあらかじめデジタル値で格納されている電圧振幅値に基づいて、ＡＣ充電あるいはＤＣ高速充電に対応する通信信号の電圧振幅値を設定する。

ここで、ＡＣ充電に対応する電圧振幅として０．４Ｖが設定され、ＤＣ高速充電に対応する電圧振幅として１．３Ｖが設定される。
送信制御回路３１の出力信号は、Ｄ／Ａ変換回路３３でアナログ信号に変換され、ＡＦＥ３４を介してアナログ電圧信号として重畳分離部２２に出力する。重畳分離部２２は、入力された通信信号を制御用線１１ａ，１１ｂに重畳して出力する。

ＰＬＣモデム２０の受信部２９では、前記送信部２８の処理の逆の処理を行う。すなわち、制御用線１１ａ，１１ｂに重畳されて送信されている通信信号ｔｓ２が重畳分離部で分離されてＡＦＥ３５を介してＡ／Ｄ変換回路３６に入力される。Ａ／Ｄ変換回路３６は、入力されたアナログ電圧信号をデジタルデータに変換して、受信制御回路３７に出力する。

受信制御回路３７は、Ａ／Ｄ変換回路３６から出力されるデジタル信号にフーリエ変換（ＦＦＴ）処理を施し、次いで誤り訂正処理を行った後、複合処理を行う。すると、充電制御部１９から出力された通信信号ｔｓ２が再生され、その通信信号ｔｓ２がＭＡＣ／ＰＨＹインターフェース３８を介して給電制御部７に出力される。

車両３側のＰＬＣモデム２１は、送信部及び受信部に充電制御部１９が接続される点を除いて、前記ＰＬＣモデム２０と同様な構成であるので、詳細な説明を省略する。
次に、上記のように構成された給電システムの作用を説明する。

充電ケーブル４のプラグ１２を車両３の受電コネクタ１３に接続すると、給電制御部７と充電制御部１９間のコントロールパイロット信号は、給電制御部７と充電制御部１９内で制御用線１１ａ，１１ｂと制御用線１８ａ，１８ｂとに接続される終端抵抗により、１２Ｖから９Ｖに移行する。

すると、給電制御部７と充電制御部１９との間で各ＰＬＣモデム２０，２１を介したＰＬＣ通信が開始され、給電装置１及び車両３がともにＤＣ急速充電に対応しているか否かを判定する。

詳しくは、充電制御部１９が給電制御部７に対しＡＣ充電かＤＣ急速充電かを見極めるメッセージを要求する。そして、給電制御部７から充電制御部１９にＤＣ急速充電が可能である旨のメッセージが送信されると、コントロールパイロット信号は９Ｖから６Ｖに移行する。

すると、ＤＣ急速充電が開始されるが、これに先立って充電制御部１９から給電制御部７に出力される通信信号に基づいて、給電制御部７ではメモリ３２からＤＣ急速充電を行う場合の通信信号の振幅値が読み出される。そして、初期値として設定されているＡＣ充電時の通信信号の振幅値をＤＣ急速充電を行う場合の通信信号の振幅値に書き換える。すると、ＰＬＣ通信の通信信号の振幅が拡大される。

次いで、給電制御部７から出力されるＤＣ充電開始信号ｄｓ１によりリレー９が導通状態となる。そして、充電制御部１９から出力されるＤＣ充電開始信号ｄｓ２によりリレー１７が導通状態となって、ＤＣ電力供給部６からバッテリー２に直流電力が供給されて、バッテリー２のＤＣ急速充電が開始される。

充電制御部１９によりバッテリー２の満充電が検出されると、充電制御部１９によりリレー１７が不導通状態に切り替えられる。さらに、通信信号により充電制御部１９から給電制御部７にバッテリー２の満充電が通知されると、リレー９が不導通状態に切り替えられて、ＤＣ急速充電が終了する。

ＤＣ急速充電が終了すると、コントロールパイロット信号は６Ｖから９Ｖに移行するとともに、通信信号の振幅値は初期値に書き換えられる。そして、プラグ１２を受電コネクタ１３から取り外すと、コントロールパイロット信号は１２Ｖに復帰する。

給電装置１がＤＣ急速充電に対応していない時には、通信信号の振幅値の書き換えは行われない。そして、初期値として設定されているＡＣ充電時の通信信号の振幅値でＰＬＣ通信が行われるとともに，ＡＣ充電が開始される。

上記のような自動車の充電システムでは、次に示す効果を得ることができる。
（１）ＤＣ急速充電を行う場合には、ＰＬＣ通信信号の振幅を拡大することができる。従って、充電ケーブル４内で給電線１０ａ，１０ｂで発生するノイズレベルの増大にともなって制御用線１１ａ，１１ｂのノイズレベルが上昇しても、Ｓ／Ｎ比の低下を防止して安定したＰＬＣ通信を行うことができる。
（２）ＡＣ充電を行うときには、通信信号の振幅をあらかじめ設定されている初期値としてＰＬＣ通信を行うことができる。
（３）ＤＣ急速充電を行う場合にはＡＣ充電のための給電線８ａ，８ｂを使用しない。従って、規格を満足させる必要はないので振幅を拡大することができる。
（４）ＰＬＣモデム２０，２１の変調方式は、耐ノイズ性に優れたＯＦＤＭ方式が採用されているので、ＰＬＣモデム２０，２１に近接して、ノイズ発生源となる電子デバイスが搭載されていても、ＰＬＣ通信信号を安定して送受信することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図３に示すように、ＤＣ急速充電時に、メモリ４０に格納されているＤＣ充電時の通信信号の振幅に基づいて、ＰＬＣモデム２０，２１の出力回路であるＡＦＥ３４の利得を引き上げて通信信号の振幅を拡大するようにしてもよい。
・ＤＣ急速充電のための通信信号の振幅値を初期値として設定し、ＡＣ充電の開始時に振幅値を縮小するように書き換え処理を行ってもよい。
・給電装置の外部から、例えば車両の運転手等により、ＰＬＣ通信信号の振幅値を書き換える設定信号を入力するようにしてもよい。

１…給電装置、２…バッテリー、３…車両、４…充電ケーブル、５…ＡＣ電力供給部、６…ＤＣ電力供給部、７…給電制御部、２０，２１…ＰＬＣモデム、３１…振幅調整部（送信制御回路）、３２…振幅調整部（記憶装置、メモリ）、４０…振幅調整部（記憶装置、メモリ）。

Claims (6)

1. ＡＣ電力供給部とＤＣ電力供給部のうち少なくともＤＣ電力供給部を備えた給電装置と、
   前記ＤＣ電力供給部若しくは前記ＡＣ電力供給部及びＤＣ電力供給部にそれぞれ接続された給電線を内包する充電ケーブルと、
   前記充電ケーブルを介して供給されるＡＣ電力若しくはＤＣ電力に基づいてＡＣ充電あるいはＤＣ充電されるバッテリーを搭載した車両と、
   前記給電装置に設けられ、前記充電ケーブルに備えられた制御用線を介して充電制御のための制御信号を送受信する給電制御部と、
   前記車両に設けられ、前記給電制御部との間で前記制御用線を介して制御信号を送受信する充電制御部と、
   前記給電装置と前記車両にそれぞれ設けられ、前記制御用線を介してＰＬＣ通信を行うＰＬＣモデムと
   を備えた自動車用充電システムにおいて、
   前記ＰＬＣモデムには、前記ＰＬＣ通信を行うための通信信号の振幅を、ＡＣ充電時よりＤＣ充電時で大きくする振幅調整部を備えたことを特徴とする自動車用充電システム。
2. 請求項１に記載の自動車用充電システムにおいて、
   前記振幅調整部は、
   前記通信信号をデジタル信号で処理する送信制御回路に、前記ＡＣ充電時の通信信号の振幅値と前記ＤＣ充電時の通信信号の振幅値をあらかじめ格納した記憶装置を備え、格納されている振幅値に基づいて通信信号の振幅値をデジタル値で調整することを特徴とする自動車用充電システム。
3. 請求項２に記載の自動車用充電システムにおいて、
   前記振幅調整部は、前記ＡＣ充電時の通信信号の振幅値を初期値として設定し、前記ＤＣ充電時には、前記記憶装置に格納されているＤＣ充電時の振幅値に基づいて前記通信信号の振幅を拡大することを特徴とする自動車用充電システム。
4. 請求項２に記載の自動車用充電システムにおいて、
   前記振幅調整部は、前記ＤＣ充電時の通信信号の振幅値を初期値として設定し、前記ＡＣ充電時には、前記記憶装置に格納されているＡＣ充電時の振幅値に基づいて前記通信信号の振幅を縮小することを特徴とする自動車用充電システム。
5. 請求項１に記載の自動車用充電システムにおいて、
   前記振幅調整部は、前記ＡＣ充電時の通信信号の振幅値と、前記ＤＣ充電時の通信信号の振幅値をアナログ値であらかじめ格納した記憶装置を備え、格納されている振幅値に基づいて前記ＰＬＣモデムの出力回路の利得を調整することを特徴とする自動車用充電システム。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の自動車用充電システムにおいて、
   前記ＰＬＣモデムの変調方式は、ＯＦＤＭ方式としたことを特徴とする自動車用充電システム。