JP6515492B2

JP6515492B2 - 給電装置

Info

Publication number: JP6515492B2
Application number: JP2014227914A
Authority: JP
Inventors: 篤司 ▲浜▼井; 伊藤　智; 智伊藤
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2034-11-10
Also published as: JP2016093051A

Description

本発明は、電源を有する車両に搭載され、給電ケーブルを介して車両の電力を他の車両に供給する給電装置に関する。

エンジンと走行用モータとを動力発生源として備えるハイブリッド自動車や、走行用モータを動力発生源として備える電気自動車においては、高電圧バッテリに蓄電された電気によりモータを駆動して走行するようになっている。

これらの車両のうち、ハイブリッド自動車の一種であるプラグインハイブリッド自動車、または電気自動車では、充電設備から供給される電気で高電圧バッテリを再充電することができる。

ここで、電気自動車は、エンジンを備えていないため、バッテリ切れを起こすと充電設備の設置場所まで走行することができなくなってしまう。また、エンジンを備えるプラグインハイブリッド自動車であっても、バッテリ切れの状態ではエンジンを始動することができないため、給電設備の設置場所まで走行することができない。

これに対し、従来、特許文献１に記載のように、車両間での給電が可能な給電システムが知られている。特許文献１に記載のものは、バッテリ切れを起こした被給電側の車両に対して、給電側の車両の給電装置から電力が供給される。

また、特許文献１に記載のものは、給電側の車両が、高電圧バッテリと給電用端子との間に給電用リレーＲＹ１、ＲＹ２を直列に備えており、被給電側の車両に電力を供給するときはこの給電用リレーＲＹ１、ＲＹ２をオン（閉状態）にする一方、被給電側の車両に電力を供給しないときは給電用リレーＲＹ１、ＲＹ２をオフ（開状態）にしている。

特開２０１２−１９６１０５号公報

しかしながら、このような特許文献１に記載の給電装置にあっては、給電用リレーＲＹ１、ＲＹ２をオンにしたときに、被給電側の車両の高電圧バッテリから給電側の車両の高電圧バッテリに電流が流れてしまうおそれがあるため、安定した給電を行うことができないという問題がある。

そこで、本発明は、被給電側の車両の高電圧バッテリから給電側の車両の高電圧バッテリに電流が流れてしまうことを防止でき、安定した給電を行うことができる給電装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する給電装置の発明の一態様は、エンジンと前記エンジンにより駆動されるモータとを有する車両に搭載され、給電ケーブルを介して前記車両の電力を被給電側の車両のバッテリに供給する給電装置において、前記給電ケーブルが接続される給電口と、前記モータから電力が供給される高電圧バッテリと、前記モータ、前記給電口および前記高電圧バッテリと接続され、前記モータ、前記給電口および前記高電圧バッテリの間で電力を送電する高電圧ラインと、前記高電圧ラインと前記高電圧バッテリとの間を接続状態と切断状態とに切り換えるメインリレーと、前記高電圧ラインと前記給電口との間を接続状態と切断状態とに切り換える給電用リレーと、前記メインリレーと前記給電用リレーを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記メインリレーおよび前記給電用リレーが前記切断状態で前記車両の電力を前記被給電側の車両に供給するとき、前記給電用リレーの前記切断状態を維持しながら前記メインリレーを前記切断状態から前記接続状態に切り換え、前記メインリレーが前記切断状態から前記接続状態に切り換わると、前記給電用リレーの前記切断状態を維持しながら、前記高電圧バッテリの電力を用いて前記エンジンを始動させ、前記エンジンの始動が完了すると、前記給電用リレーの前記切断状態を維持しながら、前記メインリレーを前記接続状態から前記切断状態に切り替え、前記メインリレーが前記接続状態から前記切断状態に切り替わると、前記給電用リレーを前記切断状態から前記接続状態に切り換えて充電を開始するものから構成される。

このように本発明によれば、被給電側の車両の高電圧バッテリから給電側の車両の高電圧バッテリに電流が流れてしまうことを防止でき、安定した給電を行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る給電装置を示す図であり、給電装置を備える車両と他の車両とからなる給電システムの一例を示す構成図である。図２は、本発明の一実施形態に係る給電装置を示す図であり、給電装置を備える車両と他の車両とを接続した状態を示す図である。図３は、本発明の一実施形態に係る給電装置を示す図であり、その給電時の動作を示すフローチャートである。図４は、本発明の一実施形態に係る給電装置を示す図であり、その給電時の電力の流れを示す図である。図５は、本発明の一実施形態に係る給電装置を示す図であり、給電装置を備える車両と他の車両とからなる給電システムの他の例を示す構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１において、本発明の一実施形態に係る給電装置を搭載した車両２は、エンジン３と、電源としての発電用モータ４と、インバータ５、６と、走行用モータ７と、高電圧バッテリ９と、高電圧ライン２１とを含んで構成される。

エンジン３は、例えば、ガソリンエンジンから構成されている。エンジン３は、ピストンが気筒内を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行うとともに、圧縮行程及び膨張行程の間に点火を行う４サイクルの内燃機関として構成されている。

各気筒に収納されたピストンは、コネクティングロッドを介してクランクシャフト３Ａに連結されている。コネクティングロッドは、ピストンの往復動をクランクシャフト３Ａの回転運動に変換するようになっている。クランクシャフト３Ａは、発電用モータ４に接続されている。

したがって、エンジン３は、発電用モータ４を駆動する動力を発生し、このエンジン３を搭載する車両２は、シリーズ式ハイブリッド自動車として構成されている。

発電用モータ４は、エンジン３のクランクシャフト３Ａに直結されており、エンジン３の駆動力により電気を発電する発電機として機能するとともに、エンジン３を始動させる始動装置として機能する。

インバータ５は、発電用モータ４で発電された電力を交流から直流に変換する。走行用モータ７は、インバータ５で直流に変換された電力によって駆動することで、駆動輪８を回転させる。インバータ６は、走行用モータ７を駆動するための電力を直流から交流に変換する。

高電圧バッテリ９は、発電用モータ４で発電された電力を蓄電するとともに、蓄電した電力を走行用モータ７に供給する。また、高電圧バッテリ９は、発電用モータ４が始動装置として駆動する際に、発電用モータ４に電力を供給する。

高電圧ライン２１は、発電用モータ４と走行用モータ７と高電圧バッテリ９とを相互に接続しており、これら発電用モータ４と走行用モータ７と高電圧バッテリ９との間で電力を送電する。

ここで、高電圧ライン２１は、発電用モータ４と給電口２４とを接続する給電状態と、発電用モータ４と高電圧バッテリ９とを接続する充電状態とを形成するための分岐点２１Ａを有している。

また、車両２は、メインリレー２２と、エンジン制御ＥＣＵ３１と、バッテリ制御ＥＣＵ３３と、補機バッテリ１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、通信ライン３７と、車両制御ＥＣＵ３２とを含んで構成される。

メインリレー２２は、高電圧ライン２１の分岐点２１Ａよりも高電圧バッテリ９側に設けられており、オフ（開状態）のときに高電圧ライン２１と高電圧バッテリ９とを切断状態にし、オン（閉状態）のときに高電圧ライン２１と高電圧バッテリ９とを接続状態にする。

エンジン制御ＥＣＵ３１は、エンジン３を制御し、バッテリ制御ＥＣＵ３３は、高電圧バッテリ９を監視するとともに、メインリレー２２の制御を行う。

補機バッテリ１０は、車両２の電装品等の電気負荷に電力を供給するものであり、定格電圧１２Ｖの鉛蓄電池から構成されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、補機バッテリ１０を充電するために高電圧バッテリ９からの高電圧の電力を降圧する。

通信ライン３７は、エンジン制御ＥＣＵ３１、車両制御ＥＣＵ３２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、インバータ５、６、および給電制御ＥＣＵ３４を相互に電気的に接続しており、これらの間で各種の信号を送受信させる。

車両制御ＥＣＵ３２は、車両２の車両状態を監視するとともに、エンジン制御ＥＣＵ３１、バッテリ制御ＥＣＵ３３、および後述する給電制御ＥＣＵ３４と連携することで、エンジン３、発電用モータ４，走行用モータ７、高電圧バッテリ９、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１等を含む車両２の各部を総合的に制御する。

ここで、通信ライン３７を介して送受信される信号について説明する。車両制御ＥＣＵ３２は、エンジン制御ＥＣＵ３１からエンジン回転数等の信号を受信するとともに、エンジン制御ＥＣＵ３１に対してエンジン要求トルク、エンジン要求回転数を送信する。

また、車両制御ＥＣＵ３２は、インバータ５から発電機回転数を受信するとともに、インバータ５に対して発電要求トルクを送信する。

また、車両制御ＥＣＵ３２は、バッテリ制御ＥＣＵ３３からバッテリ電圧等のバッテリ情報を受信するとともに、バッテリ制御ＥＣＵ３３に対して車両状態を送信する。

また、車両制御ＥＣＵ３２は、給電作動入力部３６から給電開始要求、給電停止要求、給電緊急停止要求を受信する。また、車両制御ＥＣＵ３２は、給電状態表示部３５に給電出力電流、給電出力電圧を送信する。

図２に示すように、本実施形態では、車両２は被給電側の車両５０に電力を供給するようになっており、給電側の車両２と被給電側の車両５０とで給電システム１が構成される。給電側の車両２は、後述する給電ケーブル４１を介して被給電側の車両５０に電力を供給する。

被給電側の車両５０は、電気自動車として構成されており、バッテリ５２と走行用モータ５３とを備えており、バッテリ５２から供給される電力により走行用モータ５３が駆動輪５４を駆動させることで走行する。

また、車両５０は、急速充電口５１を備えており、バッテリ５２の充電時はこの急速充電口５１に給電ケーブル４１の給電コネクタ４２が接続される。急速充電口５１とバッテリ５２の間にはリレー５５が設けられている。

リレー５５は、車両５０の図示しないＥＣＵにより充電時および走行時にオン（閉状態）にされる。この給電システム１では、例えば、急速充電が可能なCHAdeMO規格の給電方式に沿って給電制御が行われる。

給電側の車両２において、車両制御ＥＣＵ３２は、給電制御ＥＣＵ３４から給電状態、残り充電時間、給電要求電流、被給電側の車両５０のバッテリ情報を受信するとともに、給電制御ＥＣＵ３４に対して給電許可信号を送信する。

次に、車両２の給電装置２０について説明する。車両２は、給電装置２０として、給電口２４と、給電用リレー２３と、給電作動入力部３６と、給電状態表示部３５と、制御部としての給電制御ＥＣＵ３４と、を備えている。

給電口２４は、高電圧ライン２１と接続されており、給電ケーブル４１の給電コネクタ４２と接続可能に構成されている。ここで、高電圧ライン２１は、発電用モータ４と給電口２４とを接続する給電状態と、発電用モータ４と高電圧バッテリ９とを接続する充電状態とを形成するための分岐点２１Ａを有している。

給電ケーブル４１の一端部には給電コネクタ４２が設けられ、給電ケーブル４１の他端部には給電口接続部４３が設けられている。給電コネクタ４２は被給電側の車両５０の急速充電口５１に接続可能に構成され、給電口接続部４３は給電口２４に接続可能に構成されている。

給電用リレー２３は、高電圧ライン２１の分岐点２１Ａよりも給電口２４側に設けられており、閉状態のときに高電圧ライン２１と給電口２４とを接続状態にし、開状態のときに高電圧ライン２１と給電口２４とを切断状態にする。

給電作動入力部３６は、ユーザが操作可能なスイッチ（またはボタン）として、給電開始スイッチ３６Ａ、給電停止スイッチ３６Ｂ、緊急停止スイッチ３６Ｃを有している。これら給電開始スイッチ３６Ａ、給電停止スイッチ３６Ｂ、緊急停止スイッチ３６Ｃは運転席で操作可能な位置に配置されている。

給電開始スイッチ３６Ａが操作されると給電の開始を要求する給電開始要求信号が車両制御ＥＣＵ３２を介して給電制御ＥＣＵ３４に送信される。給電停止スイッチ３６Ｂが操作されると給電の停止を要求する給電停止要求信号が車両制御ＥＣＵ３２を介して給電制御ＥＣＵ３４に送信される。緊急停止スイッチ３６Ｃが操作されると給電の緊急停止を要求する緊急停止要求信号が車両制御ＥＣＵ３２を介して給電制御ＥＣＵ３４に送信される。

給電状態表示部３５は、運転席から視認可能な位置に配置されており、給電状態を表示する。給電制御ＥＣＵ３４は、被給電側の車両５０と給電コネクタ４２を介して、被給電側の車両５０のバッテリ５２の状態を含む被給電側の車両５０の車両情報を受信するとともに、車両５０に対して、給電側の車両２の給電状態、残り充電時間などの給電側情報を送信する。

また、給電制御ＥＣＵ３４は、給電状態に応じて給電用リレー２３をオン（閉状態）またはオフ（開状態）に制御する。

以上のように構成された本実施形態に係る給電装置の給電制御ＥＣＵ３４による給電動作について、図３を参照して説明する。なお、以下に説明する動作は、給電制御ＥＣＵ３４が起動してから、所定の時間間隔で実行される。

以下の給電動作に先立って、給電口接続部４３が給電側の車両２の給電口２４に接続され、給電コネクタ４２が被給電側の車両５０の急速充電口５１に接続される。また、メインリレー２２および給電用リレー２３は双方ともオフ（開状態）にされている。この状態で車両２のシステムが起動されると、給電制御ＥＣＵ３４は、メインリレー２２をオンにすることで、高電圧バッテリ９と高電圧ライン２１とを接続状態にして等電位状態にしておく。

ここで、高電圧バッテリ９と高電圧ライン２１とが等電位状態になったことは、給電制御ＥＣＵ３４の制御により給電状態表示部３５に表示、または音声で報知してユーザに報知すると好適である。これにより、給電作動入力部３６の給電開始スイッチ３６Ａを押すタイミングに知らせることができる。

まず、給電制御ＥＣＵ３４は、給電開始スイッチ３６Ａのオン信号を受信したか否かを判断する（ステップＳ１）。給電開始スイッチ３６Ａのオン信号を受信していないと判断した場合、給電制御ＥＣＵ３４は、処理を終了する。

一方、給電開始スイッチ３６Ａのオン信号を受信したと判断した場合、給電制御ＥＣＵ３４は、給電可否判断処理を実行する（ステップＳ２）。

給電可否判断処理では、車両制御ＥＣＵ３２によって、給電作動入力部３６からの信号と給電側の車両２の状態に応じて給電許可信号が給電制御ＥＣＵ３４に送信されたか否かを判断する。

次いで、給電制御ＥＣＵ３４は、給電可否判断処理の結果が給電可能であったか否かを判断する（ステップＳ３）。この処理では、給電制御ＥＣＵ３４は、給電許可信号を受信した場合に給電可能であると判断する。給電可能ではないと判断した場合、給電制御ＥＣＵ３４は、処理を終了する。

一方、給電可能であると判断した場合、給電制御ＥＣＵ３４は、給電制御処理を実行する（ステップＳ４）。

給電制御処理では、給電制御ＥＣＵ３４は、発電用モータ４を始動装置として機能させてエンジン３をモータリングさせ、エンジン３を始動させる。これにより、エンジン３はアイドリング状態となる。

また、給電制御ＥＣＵ３４は、エンジン３の始動完了後、メインリレー２２をオフ（開状態）にする。すなわち、メインリレー２２の接続を解除する。なお、発電用モータ４を駆動してエンジン３を始動させるときは、給電用リレー２３はオフ（開状態）になっているため、高電圧バッテリ９の電力が効率良く発電用モータ４に供給され、エンジン３が良好に始動することができる。

また、給電制御ＥＣＵ３４は、車両制御ＥＣＵ３２からの給電許可信号が継続するとともに被給電側の車両５０の電力受け入れ状態が成立すると、給電用リレー２３をオン（閉状態）にする。このように、本実施形態では、給電制御ＥＣＵ３４は、メインリレー２２をオフ（開状態）にした後に給電用リレー２３をオン（閉状態）にする。

次いで、給電制御ＥＣＵ３４は、発電制御処理を実行する（ステップＳ５）。発電制御処理では、給電制御ＥＣＵ３４は、被給電側の車両５０への給電を開始する。

具体的には、給電制御ＥＣＵ３４は被給電側の車両５０からの給電要求電流を受信して、この給電要求電流を車両制御ＥＣＵ３２に送信する。車両制御ＥＣＵ３２は、発電用モータ４の発電電流が給電要求電流と等しくなるよう、エンジン回転数、エンジントルク、および発電トルクを演算する。また、車両制御ＥＣＵ３２は、エンジン回転数とエンジントルクをエンジン制御ＥＣＵ３１に送信するとともに、発電トルクをインバータ５に送信する。

これにより、図４に示すように、車両制御ＥＣＵ３２からの要求値に応じて、エンジン３が運転され、発電用モータ４が発電を行い、発電用モータ４が発電した電力が給電口２４および給電コネクタ４２を介して被給電側の車両５０のバッテリ５２に充電される。

次いで、給電制御ＥＣＵ３４は、給電停止条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ６）。この処理では、給電作動入力部３６で、給電停止スイッチ３６Ｂまたは緊急停止スイッチ３６Ｃが操作された場合、または残り充電時間がゼロとなった場合、または、被給電側の車両５０から満充電の信号や異常による充電停止要求を受信した場合などのときに、給電停止条件が成立したと判断する。

給電停止条件が成立していないと判断した場合、給電制御ＥＣＵ３４は、処理をステップＳ５に戻す。給電停止条件が成立したと判断した場合、給電制御ＥＣＵ３４は、発電を停止する（ステップＳ７）。

次いで、給電制御ＥＣＵ３４は、給電停止処理を実行し（ステップＳ８）、処理を終了する。給電停止処理では、給電制御ＥＣＵ３４は、給電用リレー２３をオフにする。これにより、被給電側の車両５０のバッテリ５２と給電コネクタ４２を介して接続されていた高電圧ライン２１が遮断される。

以上のように説明した本実施形態の給電装置の作用効果について説明する。本実施形態において、給電装置２０は、給電側の車両２の電力を被給電側の車両５０に供給するとき、高電圧ライン２１と高電圧バッテリ９とを切断状態にした後、高電圧ライン２１と給電口２４とを接続状態にする給電制御ＥＣＵ３４を備えている。

これにより、車両２の電力を被給電側の車両５０のバッテリ５２に供給するとき、高電圧ライン２１と高電圧バッテリ９とを切断状態にした後、高電圧ライン２１と給電口２４とを接続状態にすることで、被給電側の車両５０のバッテリ５２から給電側の車両２の高電圧バッテリ９に電流が流れてしまうことを防止できるので、安定した給電を行うことができる。

また、本実施形態において、高電圧ライン２１は、開状態のときに高電圧ライン２１と高電圧バッテリ９とを切断状態にするメインリレー２２と、閉状態のときに高電圧ライン２１と給電口２４とを接続状態にする給電用リレー２３とを有し、給電制御ＥＣＵ３４は、車両２の電力を被給電側の車両５０のバッテリ５２に供給するとき、メインリレー２２を開状態に制御した後、給電用リレー２３を閉状態に制御する。

これにより、給電側の車両２の電力を被給電側の車両５０のバッテリ５２に供給するとき、メインリレー２２を開状態に制御した後、給電用リレー２３を閉状態に制御することで、被給電側の車両５０のバッテリ５２から給電側の車両２の高電圧バッテリ９に電流が流れてしまうことを防止できるので、安定した給電を行うことができる。

また、本実施形態において、高電圧ライン２１は、発電用モータ４と給電口２４とを接続する給電状態と、発電用モータ４と高電圧バッテリ９とを接続する充電状態とを形成するための分岐点２１Ａを有し、給電用リレー２３は、分岐点２１Ａよりも給電口２４側に設けられ、メインリレー２２は、分岐点２１Ａよりも高電圧バッテリ９側に設けられる。

これにより、分岐点２１Ａよりも高電圧バッテリ９側にメインリレー２２を設けるとともに、分岐点２１Ａよりも給電口２４側に給電用リレー２３を設け、メインリレー２２と給電用リレー２３の制御によって、被給電側の車両５０のバッテリ５２から給電側の車両２の高電圧バッテリ９に電流が流れてしまうことを防止できるので、リレーの個数が増加して装置が複雑化することを防止できる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

具体的には、本実施形態では、給電システム１における給電側の車両２はシリーズ式ハイブリッド自動車として構成されているが、給電側の車両は、図５に示す給電システム１Ａにおける給電側の車両２Ａのように、燃料電池自動車として構成されていてもよい。図５において、車両２Ａは、燃料電池６４、燃料電池ＥＣＵ６１および昇圧コンバータ６５を備えている。燃料電池６４は例えば水素燃料電池から構成される。

車両２Ａは、電源としての燃料電池６４が燃料電池ＥＣＵ６１に制御されることで電力を発生し、この電力により走行用モータ７を駆動する。また、車両２Ａは、燃料電池６４で発生した電力を被給電側の車両５０のバッテリ５２の電圧に合わせるように、昇圧コンバータ６５で調整しながら、被給電側の車両５０に電力を供給する。この車両２Ａにおいて、被給電側の車両５０への給電は、シリーズ式ハイブリッド自動車として構成されている場合と同様に行われる。

また、図１の給電システム１または図５の給電システムで用いる給電方式は、CHAdeMO規格に限らず、欧米で普及しているコンボ方式やその他の規格を採用してもよい。

２車両
４発電用モータ（電源）
９高電圧バッテリ
２０給電装置
２１高電圧ライン
２１Ａ分岐点
２２メインリレー
２３給電用リレー
２４給電口
３４給電制御ＥＣＵ（制御部）
４１給電ケーブル
５０車両
５２バッテリ
６４燃料電池（電源）

Claims

エンジンと前記エンジンにより駆動されるモータとを有する車両に搭載され、給電ケーブルを介して前記車両の電力を被給電側の車両のバッテリに供給する給電装置において、
前記給電ケーブルが接続される給電口と、
前記モータから電力が供給される高電圧バッテリと、
前記モータ、前記給電口および前記高電圧バッテリと接続され、前記モータ、前記給電口および前記高電圧バッテリの間で電力を送電する高電圧ラインと、
前記高電圧ラインと前記高電圧バッテリとの間を接続状態と切断状態とに切り換えるメインリレーと、
前記高電圧ラインと前記給電口との間を接続状態と切断状態とに切り換える給電用リレーと、
前記メインリレーと前記給電用リレーを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記メインリレーおよび前記給電用リレーが前記切断状態で前記車両の電力を前記被給電側の車両に供給するとき、前記給電用リレーの前記切断状態を維持しながら前記メインリレーを前記切断状態から前記接続状態に切り換え、
前記メインリレーが前記切断状態から前記接続状態に切り換わると、前記給電用リレーの前記切断状態を維持しながら、前記高電圧バッテリの電力を用いて前記エンジンを始動させ、
前記エンジンの始動が完了すると、前記給電用リレーの前記切断状態を維持しながら、前記メインリレーを前記接続状態から前記切断状態に切り替え、
前記メインリレーが前記接続状態から前記切断状態に切り替わると、前記給電用リレーを前記切断状態から前記接続状態に切り換えて充電を開始することを特徴とする給電装置。
前記メインリレーが前記切断状態から前記接続状態に切り換えられた後に前記高電圧ラインと前記高電圧バッテリが等電位状態になったことを報知する報知手段を有することを特徴とする請求項１に記載の給電装置。