JP6194844B2 - 車載充電システム - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載され、車両外部の電源設備から供給される電力で蓄電装置を充電する充電装置を備える車載充電システムに関する。
電気自動車やプラグインハイブリッド自動車等の車両に搭載される蓄電装置が知られている。蓄電装置は、電源装置と充電ケーブルを介して電気的に接続された状態で充電装置を用いて充電される(特許文献1参照)。
特開2013−145735号公報
ところで、車両に搭載された充電装置や車両外部の電源設備に異常がある場合には、蓄電装置の充電が適切に実施されなくなる。この場合、異常の原因を取り除くべく修理・点検が行われることになるが、異常の原因箇所が特定されない場合には、充電装置と電源設備との双方において修理・点検が実施されることになり、不要な作業や部品交換が実施される懸念があった。
また、異常の原因が車両の充電装置、車両外部の電源設備のいずれであるかが特定されれば、充電の実施時において充電が適切に実施されない場合に、応急的な処置が可能となる。つまり、充電装置を接続する電源設備を代えれば充電が可能となるのか、電源設備を代えても充電が不可となるかが分かり、ユーザにとっての利便性が向上することも考えられる。
本発明は、充電装置を用いて電源設備から供給される電力で蓄電装置を充電させる場合に、異常が発生している装置を特定できる車載充電システムを提供することを主たる目的とするものである。
本発明は、車両に搭載された蓄電装置を車両外部の電源設備から供給される電力により充電するための車載充電システムであって、電源設備から供給される電力を蓄電装置が充電可能な電圧に変換する電力変換部を備える充電装置と、電源設備から充電装置に対して電力供給を行わせる旨の第1指令信号を送信する第1指令手段と、電力変換部の電力変換を行わせる旨の第2指令信号を送信する第2指令手段と、充電装置に設けられ、電力変換部の入力側の電圧である入力電圧を検出する入力側電圧検出手段と、充電装置に設けられ、電力変換部の出力側の電圧である出力電圧を検出する出力側電圧検出手段と、第1指令信号及び第2指令信号がそれぞれ送信されているか否かの情報と、各電圧検出手段により検出された入力電圧及び出力電圧とに基づいて、本充電システムにおいて異常が生じていてかつその異常が充電装置で生じているか否かを判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする。
上記発明によれば、充電装置では、車両外部の電源設備において充電装置への電力供給を行わせるための第1指令信号と、電力変換部での電力変換を行わせるための第2指令信号との送信の状況に応じて、電力変換部の入力電圧と出力電圧とが変化する。本発明では、この点を考慮して、第1指令信号及び第2指令信号がそれぞれ送信されているか否かの情報と、電力変換部の入力電圧及び出力電圧とに基づいて、本充電システムでの異常判定を実施するようにした。ここで、異常発生の箇所が充電装置である場合と電源設備である場合とで電力変換部の入力電圧及び出力電圧に差異が生じるため、充電装置で異常が発生したのか否かを適正に特定できる。
車載充電システムの全体構成図。 異常判定処理のフローチャート。
以下、本発明にかかる車載充電システムを、プラグインハイブリッド車や電気自動車などの車載主機として回転機を備える車両に適用した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1の車載充電システムにおいて、車両1には、充電装置10、充電インレット19、蓄電装置20、システムメインリレー(system main relay、以下、SMR23と記す)、メインECU30が搭載されている。車両1の外部には、電源設備として電源装置90、充電ケーブル70が設けられている。なお図1では、車両1と電源装置90とが充電ケーブル70で接続された状態を示している。
蓄電装置20は、車両駆動用の直流電源であり、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池等の再充電可能に構成された二次電池の直列接続体からなる組電池によって構成されている。蓄電装置20には、電源装置90から供給される電力が蓄えられる。また、図示を略すモータジェネレータで発電された電力が蓄えられる。
SMR23は、蓄電装置20と充電装置10との間の電力線対P2に設けられている。SMR23は、充電装置10の充電時にオンとされ、蓄電装置20と充電装置10とを電気的に接続する。一方、充電装置10による充電の停止時にはオフとされ、蓄電装置20と充電装置10とを電気的に遮断する。
充電インレット19は、電源装置90からの電力を、充電ケーブル70を介して受電する電力インタフェースであり、充電装置10とは電力線対P1で接続されている。
充電ケーブル70は、コネクタ71、プラグ72、CCID(Charging Circuit Interrupt Device)70aを備えている。
コネクタ71は、車両1の充電インレット19に接続可能に構成されている。コネクタ71は、リミットスイッチ71aを有しており、コネクタ71が充電インレット19に接続されると、リミットスイッチ71aが作動し(オンとなり)、コネクタ71が充電インレット19に接続されていることを示すケーブル接続信号PISWが出力される。なおケーブル接続信号PISWは信号線対L4を介してメインECU30に入力される。
プラグ72は、電源装置90の電源コンセント92に接続される。例えば電源コンセント92は、家屋に設けられており、交流電源91からの交流電力が供給されている。
CCID70aは、リレー75、EVSE76(Electric Vehicle Supply Equipment)を有する。リレー75は、電源装置90と充電装置10との間の電力線対P1に設けられており、これが電力経路スイッチに相当する。リレー75がオフの場合、電源装置90から車両1へ電力を供給する電路が遮断される。リレー75がオンの場合、電源装置90から車両1への電力供給が可能となる。
EVSE76は、プラグ72が電源コンセント92に接続された状態で、交流電源91の電力で駆動され、図示を略す発振器の発振によってパイロット信号CPLTを生成する。コネクタ71と充電インレット19とが接続されている場合には、パイロット信号CPLTは信号線L3を介して車両1(充電装置10)側に送信される。コネクタ71と充電インレット19とが非接続の場合には、車両1側ではパイロット信号CPLTは検出されないが、プラグ72が電源コンセント92に接続されていれば、パイロット信号CPLTは出力される。
パイロット信号CPLTは車両1側において電位操作される。EVSE76は、パイロット信号CPLTの電圧に基づいて、リレー75の状態を制御する。すなわち、車両1において、パイロット信号CPLTの電圧を操作することで、リレー75の遠隔操作が可能となっている。なおパイロット信号CPLTは、アメリカ合衆国の「SAE J1772(SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler)」に準拠しているとする。
充電装置10は、電源装置90の電力で蓄電装置20充電するものであり、電力変換回路10a、充電制御回路10b、電圧センサ21,22を備えている。
電力変換回路10aは、電源装置90の電力を蓄電装置20が充電可能な電力に変換するための回路であり、電源装置90の交流電圧を直流電圧に変換するAC/DC回路11、直流電圧を蓄電装置20の充電電圧に昇圧するDC/DC回路12を備えている。
電圧センサ21は、充電インレット19と電力変換回路10aとの間の電力線対P1に設けられ、電源装置90から供給される電力、すなわち電力変換回路10aの入力側の電圧である入力電圧を検出する。電圧センサ22は、SMR23と電力変換回路10aとの間の電力線対P2に設けられており、電力変換回路10aの出力側の電圧である出力電圧を検出する。
充電制御回路10bは、充電装置10の動作を制御するものであり、本実施形態では、CPU13、CPU14、CPU13及びCPU14に接続される統合CPU15、起動専用回路16を備えている。
CPU13は、AC/DC回路11による電力変換を制御する。CPU14は、DC/DC回路12による電力変換を制御する。
起動専用回路16は、各CPU13〜15が電源オフになっている場合に、それら各CPU13〜15を起動させる。統合CPU15は、各CPU13,14と信号の送受信をするとともに、メインECU30と信号の送受信をする。すなわち統合CPU15は、メインECU30からの充電の指令信号に基づき、各CPU13,14に指令信号を出力して、充電装置10による電力変換の動作を制御する。
また、充電制御回路10b(統合CPU15)には、信号線L3を介してパイロット信号CPLTが入力される。信号線L3にはパイロット信号CPLTの電位を操作するための抵抗回路18が接続されている。
抵抗回路18は、プルダウン抵抗R1,R2、スイッチSW1を備えている。プルダウン抵抗R1は、信号線L3と車両1のボディアースGとの間に接続されている。プルダウン抵抗R2は、スイッチSW1と直列接続され、かつプルダウン抵抗R1に対しては並列接続されている。なおスイッチSW1は、統合CPU15によってその状態(オン/オフ)が切り替えられる。
例えば、電源装置90と充電ケーブル70が接続されているが、充電ケーブル70と充電装置10とが非接続の際に、EVSE76から出力されるパイロット信号CPLTの電位V1(例えば12V)とする。この場合、コネクタ71と充電インレット19とが接続されると、抵抗回路18のプルダウン抵抗R1によって、パイロット信号CPLTが規定の電位V2(例えば9V)に低下する。
そして、統合CPU15によってスイッチSW1がオンとされると、抵抗回路18のプルダウン抵抗R1,R2によってパイロット信号CPLTが規定の電位V3(例えば6V)に低下する。そして、パイロット信号CPLTが電位V3に低下することによって、リレー75がオンとなり、電源装置90の電力が充電ケーブル70を介して車両1側に供給可能な状態となる。
メインECU30は、充電装置10、蓄電装置20などの状態を検出するとともに、各装置を制御するための制御信号を出力する。すなわち、メインECU30は、統合CPU15を起動させるための起動信号、充電ケーブル70を介して電源装置90から充電装置10への電力供給を開始させる第1指令信号、電力変換回路10aによる電力変換を制御するための第2指令信号を出力する。
起動信号は、車両1の停車状態(図示を略すイグニッションスイッチがオフの状態)で、メインECU30が図示を略す充電開始スイッチからの信号を検出した際に、起動専用回路16に送信する。起動専用回路16が起動信号を受信すると、停止状態の統合CPU15を起動させる。なお充電開始スイッチは、電源設備側及び車両側のいずれかに設けられている。
第1指令信号は、メインECU30がケーブル接続信号PISWを受信するとともに、統合CPU15を介して受信したパイロット信号CPLTの電位V2である場合に、統合CPU15に送信される。統合CPU15が第1指令信号を受信すると、スイッチSW1をオンに切り替える。これによりパイロット信号CPLTの電位V2はV3に低下し、これに伴いCCID70aのリレー75がオンに切り替わる。そして、電源装置90の電力が充電ケーブル70を介して車両1に供給される状態となる。
第2指令信号は、蓄電装置20の充電時において、メインECU30による蓄電装置20の充電状態(SOC:State of Charge)の検出結果に基づき、統合CPU15に送信される。統合CPU15が第2指令信号を受信すると、CPU13,14に対して所定の指令信号を送信して、CPU13,14の制御で、AC/DC回路11,DC/DC回路12による電力変換を実施させる。
ところで、車載充電システムでは、充電装置10などの車両側や、電源装置90及び充電ケーブル70などの車両外部の電源設備において、断線や溶着、センサ類の故障などの異常が発生する可能性がある。具体的には、充電装置10側においては電圧センサ21,22の故障、電源設備側においてはリレー75の閉異常などが生じる可能性がある。各装置にこのような異常が発生している場合、メインECU30からの指令信号に基づく充電動作が適切に実施されないおそれがある。
そこで車両内外において異常がある場合には、その原因を取り除くべく修理・点検が行われることになるが、異常の原因が特定されていないと、車両側と電源設備との双方において修理・点検が実施される必要が生じ、不要な作業や部品交換が生じる懸念がある。
そこで本実施形態では、メインECU30は、車両内外において異常がある場合に、その異常の原因が充電装置10側か電源装置90側かを判定する。つまり、メインECU30は、第1指令信号及び第2指令信号を出力していない場合において、各電圧センサ21,22で検出される入力電圧及び出力電圧に基づいて、車載充電システムに異常が生じている状況下で、その異常の原因が車両1(充電装置10)であるか、車両外部の電源設備であるかを特定する処理を実施する。このように、車載充電システムに異常がある場合にその原因が車両側か電源設備側かが特定されることで、その後の処置をより適切に実施できるようになる。すなわち、充電装置10に異常が発生していない場合に不要な修理・点検作業が生じることを抑制できる。
次に、メインECU30が実施する異常判定処理について図2を用いて説明する。なお以下の処理は、電源装置90の電源コンセント92と充電ケーブル70のプラグ72とが物理的に接続されており、充電ケーブル70のコネクタ71と車両1の充電インレット19とが物理的に接続されており、SMR23がオフであり、充電装置10の統合CPU15が起動信号で起動されている状況下で実施される。
まずステップS10で、異常仮判定フラグがオフであるか否かを判定する。なお異常仮判定フラグは、初期状態ではオフであり、後述の処理で第1指令信号及び第2指令信号が出力されていない状態で、入力電圧Vaが閾値α以上であり、かつ出力電圧Vbが閾値β未満の場合にオンとされる。
ステップS10で異常仮判定フラグがオフであると判定した場合には、ステップS11で、充電装置10(統合CPU15)に第1指令信号を出力していないか否かを判定する。
第1指令信号を出力していない場合には、ステップS12で、第2指令信号を出力していないか否かを判定する。第2指令信号を出力していない場合には、ステップS13で、電圧センサ21で検出される入力電圧Vaが所定の閾値α以上であるか否かを判定する。なお閾値αは、例えばセロ又はゼロ付近の値である。なお閾値αは、電源装置90からの供給電力の電位よりも小さい値に設定されてもよい。
ステップS13で肯定判定した場合、すなわち入力電圧Va≧αの場合には、ステップS14で、電圧センサ22で検出される出力電圧Vbが閾値β未満であるか否かを判定する。なお閾値βは、例えばゼロ又はゼロ付近の値である。なお閾値βは、蓄電装置20の充電電圧よりも小さい値に設定されていてもよい。
ステップS14で肯定判定した場合、すなわち出力電圧Vb<βの場合には、ステップS15で、異常仮判定フラグをオンにする。
一方、ステップS10で異常仮判定フラグがオンであると判定した場合には、ステップS16に進み、第2指令信号を出力する。すなわち入力電圧Va≧α、出力電圧Vb<βの場合には、電源設備側と充電装置10との両方において異常の可能性がある。そこでこの場合には、第1指令信号を出力せずに、第2指令信号を出力することで、電源装置90からの電力供給を行わせる指令を出力していない状態で、電力変換回路10aによる電力変換を実施する。これにより、異常の原因が電源設備側か充電装置10側かを特定する。
ステップS17では、出力電圧Vb<βであるか否かを判定する。ステップS15で肯定判定した場合、すなわち電力変換回路10aによる電力変換を実施しても出力電圧Vbが変化しなかった場合には、ステップS18で、充電装置10側において電圧センサ21の異常が生じていると判定する。
一方、ステップS17で否定判定した場合、すなわち出力電圧Vbが変化した場合には、ステップS19で、電源設備の異常であると判定する。すなわち、入力電圧Va≧αの場合に、電力変換を実施することにより出力電圧Vbが変化した場合には、充電装置10は正常に動作することになる。そこでこの場合には、例えば充電ケーブル70のリレー75のオン故障など、電源設備の異常であると判定できる。
ステップS13で否定判定した場合、すなわち入力電圧Va<αの場合には、ステップS20で出力電圧Vbが閾値β以上であるか否かを判定する。肯定判定した場合、すなわち入力電圧Va<αであるのに、出力電圧Vb≧βとなる場合には、ステップS21で充電装置10側において電圧センサ21異常が生じていると判定する。一方、ステップS20で否定判定した場合、すなわち、第1指令信号及び第2指令信号が出力されていない状態で、入力電圧Va<α、出力電圧Vb<βの場合には、充電装置10及び電源設備に異常は生じておらず、車載充電システムは正常であると判定する。
なお、ステップS11,S12,S14で否定判定した場合には本処理を終了する。なお電源設備側又は充電装置10側で異常が生じていると判定された場合、メインECU30は、表示や音声などの通知手段により異常発生の旨をユーザに通知するとよい。
上記によれば、以下の優れた効果が得られる。
・第1指令信号及び第2指令信号がそれぞれ送信されているか否かの情報と、電力変換回路10aの入力電圧Va及び出力電圧Vbとに基づいて、本充電システムでの異常判定を実施するようにした。ここで、異常発生の箇所が充電装置10である場合と電源設備(電源装置90及び充電ケーブル70)である場合とで電力変換回路10aの入力電圧Va及び出力電圧Vbに差異が生じるため、充電装置10で異常が発生したのか否かを適正に特定できる。
・第1指令信号と第2指令信号とが共に送信されていない状態において、出力電圧Vbが検出される場合には、充電装置10に異常が生じていることになる。そこで入力電圧Vaに関わらず、出力電圧Vbが閾値β以上の場合には、充電装置10に異常が発生したことを特定できる。
・第1指令信号と第2指令信号とが共に送信されていない状態で、入力電圧Vaが閾値α以上でありかつ出力電圧Vbが閾値β未満の場合において、第2指令信号を送信した場合、充電装置10が正常の場合には出力電圧Vbが変化し、充電装置10で異常が生じている場合には出力電圧Vbは変化しない。これを利用して、充電装置10で異常が生じているかを判定できる。
・第1指令信号と第2指令信号とが共に送信されていない状態で、入力電圧Vaが検出され、かつ出力電圧Vbが検出されていない場合には、充電装置10又は電源設備側で異常の可能性がある。この場合に、第2指令信号を送信して電力変換回路10aによる電力変換を実施する。この場合、出力電圧Vbが変化したか否かによって、充電装置10の異常であるか電源設備(電源装置90又は充電ケーブル70)の異常であるかを特定できる。
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。なお以下の説明において、上述と同じ構成には同じ図番号を付してその詳述は省略する。
・上記では、第1指令信号及び第2指令信号がそれぞれ送信されていない場合に、入力電圧Va及び出力電圧Vbの両方に基づいて、充電装置10に異常が生じているか否かを判定している。これ以外にも、第1指令信号及び第2指令信号がそれぞれ送信されていない場合において、出力電圧Vb≧βとなる場合には、入力電圧Vaの有無に関わらず、充電装置10側に異常が生じていることとなる。そこで、第1指令信号及び第2指令信号がそれぞれ送信されていない状況下で、出力電圧Vbのみに基づいて、充電装置10が異常であるか否かが判定されてもよい。
・上記では、第1指令信号及び第2指令信号がそれぞれ送信されていない場合に、充電装置10及び電源設備の両方の異常判定を実施している。これ以外にも、充電装置10又は電源設備の一方の異常判定が実施されてもよい。例えば、充電装置10のみの異常の有無が判定されてもよい。この場合、図2のステップS17で否定判定した場合には、ステップS19で、充電装置10が正常であると判定してもよい。
・上記の図2において、ステップS11は、充電装置10側が第1指令信号を受信したか否かに基づき判定してもよい。例えば、メインECU30は、統合CPU15から送信されるパイロット信号CPLTの電位情報や、スイッチSW1の状態などの情報に基づいて、充電装置10が第1指令信号を受信したか否かを判定する。そして充電装置10が第1指令信号を受信していない場合にはステップS12に進み、充電装置10が第1指令信号を受信した場合には処理を終了するようにしてもよい。
α…閾値、1…車両、10…充電装置、20…蓄電装置、21…電圧センサ、22…電圧センサ、70…充電ケーブル、90…電源装置。

Claims (5)

  1. 車両(1)に搭載された蓄電装置(20)を車両外部の電源設備(70、90)から供給される電力により充電するための車載充電システムであって、
    前記電源設備から供給される電力を前記蓄電装置が充電可能な電圧に変換する電力変換部(10a)を備える充電装置(10)と、
    前記電源設備と前記充電装置とが接続された場合に、前記電源設備から前記充電装置への電力供給を開始させる第1指令信号を送信する第1指令手段(30)と、
    前記電力変換部の電力変換を行わせる旨の第2指令信号を送信する第2指令手段(30)と、
    前記充電装置に設けられ、前記電力変換部の入力側の電圧である入力電圧を検出する入力側電圧検出手段(21)と、
    前記充電装置に設けられ、前記電力変換部の出力側の電圧である出力電圧を検出する出力側電圧検出手段(22)と、
    前記第1指令信号及び前記第2指令信号がそれぞれ送信されているか否かの情報と、前記各電圧検出手段により検出された入力電圧及び出力電圧とに基づいて、本充電システムにおいて異常が生じていてかつその異常が前記充電装置で生じているか前記電源設備で生じているかを判定する異常判定手段(30)と、を備えることを特徴とする車載充電システム。
  2. 車両(1)に搭載された蓄電装置(20)を車両外部の電源設備(70、90)から供給される電力により充電するための車載充電システムであって、
    前記電源設備から供給される電力を前記蓄電装置が充電可能な電圧に変換する電力変換部(10a)を備える充電装置(10)と、
    前記電源設備から前記充電装置に対して電力供給を行わせる旨の第1指令信号を送信する第1指令手段(30)と、
    前記電力変換部の電力変換を行わせる旨の第2指令信号を送信する第2指令手段(30)と、
    前記充電装置に設けられ、前記電力変換部の入力側の電圧である入力電圧を検出する入力側電圧検出手段(21)と、
    前記充電装置に設けられ、前記電力変換部の出力側の電圧である出力電圧を検出する出力側電圧検出手段(22)と、
    前記第1指令信号及び前記第2指令信号がそれぞれ送信されているか否かの情報と、前記各電圧検出手段により検出された入力電圧及び出力電圧とに基づいて、本充電システムにおいて異常が生じていてかつその異常が前記充電装置で生じているか否かを判定する異常判定手段(30)と、を備え、
    前記異常判定手段は、前記第1指令信号及び前記第2指令信号が共に送信されていない状態で、前記出力電圧が出力側閾値(β)以上であれば、前記充電装置で異常が生じていると判定することを特徴とする車載充電システム。
  3. 前記異常判定手段は、前記第1指令信号及び前記第2指令信号が共に送信されていない状態で、前記入力電圧が入力側閾値(α)以上で、かつ前記出力電圧が前記出力側閾値未満である場合に、前記第2指令信号を送信状態に切り替え、前記出力電圧が前記出力側閾値未満のままなら前記充電装置で異常が生じていると判定し、前記出力電圧が前記出力側閾値以上となったら前記充電装置で異常が生じていないと判定する請求項2に記載の車載充電システム。
  4. 前記異常判定手段は、前記第1指令信号及び前記第2指令信号が共に送信されていない状態で、前記入力電圧が前記入力側閾値以上で、かつ前記出力電圧が前記出力側閾値未満である場合に、前記第2指令信号を送信状態に切り替え、前記出力電圧が前記出力側閾値以上となったら前記電源設備で異常が生じていると判定する請求項3に記載の車載充電システム。
  5. 前記電源設備は、外部電力を出力する外部電源装置(90)と、その外部電源装置と前記充電装置とを接続する充電ケーブル(70)を有しており、
    前記第1指令信号は、前記充電ケーブルが具備する電力経路スイッチ(75)を閉状態にするスイッチ閉指令信号であり、
    前記異常判定手段は、前記スイッチ閉指令信号が送信されている状態で、前記電源設備の異常として前記電力経路スイッチの閉異常を判定する請求項4に記載の車載充電システム。
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