JP6704799B2

JP6704799B2 - 車載充電装置および電動車両

Info

Publication number: JP6704799B2
Application number: JP2016113521A
Authority: JP
Inventors: 良輔 ▲高▼口
Original assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Current assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2020-06-03
Anticipated expiration: 2036-06-07
Also published as: JP2017221019A

Description

本発明は、複数の充電口に接続された車載充電装置、および該車載充電装置を備えた電動車両に関する。

電気自動車やプラグインハイブリッド車等の電動車両は、外部電源と車載充電装置とを接続するための充電口を備えている。外部電源が屋内外に設けられたコンセントである場合、充電口は、該コンセントに差し込み可能なプラグ状を有する。また、外部電源が駐車場等に設置された設置型充電器である場合、充電口は、充電器から延びた充電ケーブルの先端に設けられたいわゆる充電ガンと嵌合可能なソケット状を有する。

このように、電動車両の充電口は、外部電源に応じて様々なタイプが存在する。また、利便性を高めるために、タイプが異なる２つ充電口を備えた電動車両も検討されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１５５４８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の電動車両では、２つの充電口が排他的に使用される。このため、この電動車両では、２つの外部電源を同時に利用（併用）して充電時間を短くすることができない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、複数の外部電源を好適に利用可能な車載充電装置および該車載充電装置を備えた電動車両を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る車載充電装置は、第１リレーが設けられた第１電力線を介して第１充電口に接続されるとともに、第２リレーが設けられた第２電力線を介して第２充電口に接続される車載充電装置であって、第１リレーと第１充電口の間における第１電力線の電圧、および第２リレーと第２充電口の間における第２電力線の電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部によって検出された電圧の差および該電圧の位相差が予め定められた許容範囲内に収まっていることを条件に第１および第２リレーの両方を閉状態とする制御部と、閉状態とされた第１および第２リレーを介して供給される交流電力を直流化して出力する電力変換部とを備え、制御部は、第１充電口に接続された第１外部電源が出力可能な電流値である第１出力可能電流、および第２充電口に接続された第２外部電源が出力可能な電流値である第２出力可能電流を取得し、電圧検出部によって検出された電圧の差および該電圧の位相差が許容範囲内に収まっており、かつ第１および第２出力可能電流のうちの小さい方の２倍が他方よりも大きい場合に、第１および第２リレーの両方を閉状態とすることを特徴とする。

この構成では、第１および第２電力線の電圧の差および該電圧の位相差が予め定められた許容範囲内に収まっていることを条件に第１および第２リレーの両方が閉状態とされる。したがって、この構成によれば、第１充電口に接続された外部電源および第２充電口に接続された外部電源を併用して充電時間を短くすることができる。

ここで、第１および第２リレーの両方を閉状態として第１および第２外部電源を併用する場合、第１および第２外部電源から電力変換部に流れ込む電流は自ずと等しくなる。例えば、第１出力可能電流Ｉ_１が第２出力可能電流Ｉ_２よりも大きい場合（Ｉ_１＞Ｉ_２）、電力変換部には、Ｉ_１＋Ｉ_２でもＩ_１×２でもなくＩ_２×２の電流が流れ込む。したがって、両者に２倍を超える開きがある場合に第１および第２外部電源を併用すると、かえって充電時間が長くなる。

上記の構成によれば、第１および第２出力可能電流のうちの小さい方の２倍が他方よりも大きい場合に限って、第１および第２リレーの両方が閉状態とされ、第１および第２外部電源が併用されるので、充電時間がかえって長くなるのを防ぐことができる。

第１および第２外部電源を併用することが不適当な場合、すなわち、電圧検出部によって検出された電圧の差および該電圧の位相差が許容範囲内に収まっていないか、第１および第２出力可能電流のうちの小さい方の２倍が他方よりも小さい場合の制御部の動作としては、例えば、以下の（１），（２）が考えられる。

（１）第１電力線の電圧および第１出力可能電流の積である第１入力可能電力と、第２電力線の電圧および第２出力可能電流の積である第２入力可能電力とを比較し、第１入力可能電力の方が大きければ第１リレーのみを閉状態とし、第２入力可能電力の方が大きければ第２リレーのみを閉状態とする。
（２）第１出力可能電流と第２出力可能電流とを比較し、第１出力可能電流の方が大きければ第１リレーのみを閉状態とし、第２出力可能電流の方が大きければ第２リレーのみを閉状態とする。

なお、上記（１）において、第１入力可能電力および第２入力可能電力が等しい場合は、第１電力線の電圧と第２電力線の電圧とを比較し、電圧が高い方の電力線のリレーのみを閉状態とする。電圧も等しい場合は、優先的に使用することが予め定められた充電口側のリレーのみを閉状態とする。上記（２）において、第１出力可能電流および第２出力可能電流が等しい場合も、優先的に使用することが予め定められた充電口側のリレーのみを閉状態とする。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る電動車両は、第１充電口と、第２充電口と、第１リレーが設けられた第１電力線を介して第１充電口に接続され、かつ第２リレーが設けられた第２電力線を介して第２充電口に接続された車載充電装置と、電力貯蔵部とを備え、車載充電装置は、第１リレーと第１充電口の間における第１電力線の電圧、および第２リレーと第２充電口の間における第２電力線の電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部によって検出された電圧の差および該電圧の位相差が予め定められた許容範囲内に収まっていることを条件に第１および第２リレーの両方を閉状態とする制御部と、閉状態とされた第１および第２リレーを介して供給される交流電力を直流化して電力貯蔵部に出力する電力変換部とを含み、制御部は、第１充電口に接続された第１外部電源が出力可能な電流値である第１出力可能電流、および第２充電口に接続された第２外部電源が出力可能な電流値である第２出力可能電流を取得し、電圧検出部によって検出された電圧の差および該電圧の位相差が許容範囲内に収まっており、かつ第１および第２出力可能電流のうちの小さい方の２倍が他方よりも大きい場合に、第１および第２リレーの両方を閉状態とすることを特徴とする。

これらの構成によっても、本発明に係る車載充電装置と同様の作用効果が得られる。

本発明によれば、複数の外部電源を好適に利用可能な車載充電装置および該車載充電装置を備えた電動車両を提供することができる。

本発明の実施例に係る車載充電装置を備えた電動車両のブロック図である。本発明の実施例に係る車載充電装置に備えられた制御部の動作を示すフロー図である。本発明の変形例に係る車載充電装置に備えられた制御部の動作を示すフロー図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る車載充電装置および電動車両の実施例について説明する。

図１に、本発明の実施例に係る電動車両１０を示す。同図に示すように、電動車両１０は、第１充電口２０と、第２充電口３０と、第１充電口２０に接続された第１電力線１１および通信線１５と、第２充電口３０に接続された第２電力線１２と、第１電力線１１および通信線１５を介して第１充電口２０に接続されるとともに、第２電力線１２を介して第２充電口３０に接続された車載充電装置１と、電力貯蔵部４０とを備えている。

電動車両１０は、さらに、第１電力線１１の途中に設けられた第１リレー１３と、第２電力線１２の途中に設けられた第２リレー１４とを備えている。第１リレー１３および第２リレー１４は、車載充電装置１によって開状態または閉状態とされる。

第１充電口２０は、ＳＡＥＪ１７７２規格に準拠したソケット状の充電口である。第１充電口２０は、使用時に第１外部電源２１に接続される。この実施例では、設置型充電器が第１外部電源として機能する。一方、第２充電口３０は、使用時に屋内外に設けられた第２外部電源３１に接続される。この実施例では、ＡＣ２００Ｖの商用交流電力が供給されるコンセントが第２外部電源として機能し、第２充電口３０は、当該コンセントに差し込まれるプラグ状の充電口である。設置型充電器２１は、本発明の「第１外部電源」の一例である。また、２００Ｖの商用交流電力が供給されるコンセント３１は、本発明の「第２外部電源」の一例である。

電力貯蔵部４０は、リチウムイオン電池等の二次電池、大容量キャパシタ等からなる。電力貯蔵部４０に蓄えられた電力は、電動車両１０の走行用モータ（不図示）を駆動するために利用される。

車載充電装置１は、電圧検出部２と、電流検出部３と、記憶部４と、制御部５と、電力変換部６とを備えている。これらのうち、電圧検出部２、電流検出部３、記憶部４および制御部５は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ，Micro-processing unit）等からなる。

電圧検出部２は、第１リレー１３と第１充電口２０の間における第１電力線１１の電圧、および第２リレー１４と第２充電口３０の間における第２電力線１２の電圧を所定の周期でサンプリングし、その結果を制御部５に送出し続ける。

電流検出部３は、第１電力線１１を流れる電流、および第２電力線１２を流れる電流を所定の周期でサンプリングし、その結果を制御部５に送出し続ける。図１に示すように、電流検出部３は、第１リレー１３と電力変換部６の間、および第２リレー１４と電力変換部６の間において電流をサンプリングする。電流検出部３は、第１リレー１３と第１充電口２０の間、および第２リレー１４と第２充電口３０の間において電流をサンプリングしてもよい。

電力変換部６は、制御部５によって開閉制御される複数の電力用半導体スイッチング素子等からなるＡＣ／ＤＣコンバータである。電力変換部６は、第１充電口２０を介して供給される交流電力および第２充電口３０を介して供給される交流電力のいずれか一方、または両方を直流化し、電力貯蔵部４０に出力する。

制御部５は、電圧検出部２の検出結果と、電流検出部３の検出結果と、第１充電口２０に接続された第１外部電源２１の出力可能電流（以下、「第１出力可能電流」という）と、第２充電口３０に接続された第２外部電源３１の出力可能電流（以下、「第２出力可能電流」という）とに基づいて、電力変換部６と、第１リレー１３と、第２リレー１４とを制御する。制御部５は、通信線１５を介して第１外部電源２１から第１出力可能電流を取得する。また、制御部５は、記憶部４を参照することにより該記憶部４に予め格納された第２出力可能電流を取得する。

図２を参照しながら、制御部５の動作についてさらに詳しく説明する。

第１充電口２０または第２充電口３０に新たに外部電源が接続されると、制御部５は、接続中の外部電源の数が２であるか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定は、電圧検出部２がサンプリングした第１電力線１１および第２電力線１２の電圧に基づいて行われる。例えば、制御部５は、第１電力線１１の電圧がゼロであれば、第１充電口２０に第１外部電源２１が接続されていないと判定し、ゼロでなければ、第１充電口２０に第１外部電源２１が接続されていると判定する。第２電力線１２についても同様である。

接続中の外部電源の数が１である場合（ステップＳ１において“Ｎｏ”）、制御部５は、外部電源が接続されている方の電力線のリレーを閉状態とするととともに、電力変換部６に充電開始指令を送出して充電を開始させる（ステップＳ２，Ｓ８）。例えば、第２充電口３０が第２外部電源３１に接続されている場合、制御部５は、第２リレー１４を開状態から閉状態に切り替え、第２外部電源３１を利用して電力貯蔵部４０を充電させる。このとき、制御部５は、第１リレー１３を開状態のままとする。

一方、接続中の外部電源の数が２である場合（ステップＳ１において“Ｙｅｓ”）、制御部５は、第１出力可能電流および第２出力可能電流を取得（ステップＳ３）した後に、ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６の判定を行う。

ステップＳ４において、制御部５は、同じ時刻にサンプリングされた第１電力線１１の電圧および第２電力線１２の電圧の差が予め定められた許容範囲内に収まっているか否かを判定する。また、ステップＳ５において、制御部５は、第１電力線１１の電圧および第２電力線１２の電圧の位相差が予め定められた許容範囲内に収まっているか否かを判定する。いずれかの判定において“Ｎｏ”となった場合、制御部５は、第１外部電源２１および第２外部電源３１のうちの一方を利用して電力貯蔵部４０を充電させる（ステップＳ９，Ｓ１０，Ｓ８）。電圧差および／または位相差が許容範囲を超えている場合に第１リレー１３および第２リレー１４の両方を閉状態として第１外部電源２１および第２外部電源３１の出力を短絡させると、第１外部電源２１および第２外部電源３１に過大な負荷がかかるおそれがあるからである。

ステップＳ４，Ｓ５の両方の判定において“Ｙｅｓ”となった場合に行われるステップＳ６において、制御部５は、第１出力可能電流および第２出力可能電流のうちの小さい方の２倍が他方よりも大きいか否かを判定する。

第１リレー１３および第２リレー１４を閉状態とし、第１外部電源２１および第２外部電源３１の合算電力で充電を行う場合、各外部電源２１，３１から電力変換部６に流れ込む電流は自ずと等しくなる。例えば、第１出力可能電流Ｉ_１が第２出力可能電流Ｉ_２よりも大きい場合（Ｉ_１＞Ｉ_２）、電力変換部６には、Ｉ_１＋Ｉ_２でもＩ_１×２でもなくＩ_２×２の電流が流れ込む。したがって、両者に２倍を超える開きがある場合に、第１外部電源２１および第２外部電源３１の合算電力で充電を行うと、かえって充電時間が長くなる。このような理由から、ステップＳ６の判定において“Ｎｏ”となった場合、制御部５は、第１外部電源２１および第２外部電源３１のうちの一方の電力で電力貯蔵部４０を充電させる（ステップＳ９，Ｓ１０）。

ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６の全ての判定において“Ｙｅｓ”となった場合、すなわち、第１外部電源２１および第２外部電源３１の合算電力で充電を行うことが適当な場合、制御部５は、第１リレー１３および第２リレー１４を開状態から閉状態に切り替えるとともに、電力変換部６に充電開始指令を送出して充電を開始させる（ステップＳ７，Ｓ８）。

このとき、制御部５は、電流検出部３によって検出された第１電力線１１および第２電力線１２のそれぞれの電流を参照しながら、第１出力可能電流を超過した電流が第１電力線１１を介して電力変換部６に流れ込んだり、第２出力可能電流を超過した電流が第２電力線１２を介して電力変換部６に流れ込んだりすることがないよう、電力変換部６をフィードバック制御する。この制御は、第１出力可能電流および第２出力可能電流のうちの小さい方の２倍を超過した電流が電力変換部６に流れ込むことを防ぐ制御にほぼ等しい。

一方、ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６のいずれかの判定において“Ｎｏ”となった場合、すなわち、第１外部電源２１および第２外部電源３１の合算電力で充電を行うことが不適当な場合、制御部５は、第１入力可能電力および第２入力可能電力を算出する（ステップＳ９）。より詳しくは、制御部５は、第１電力線１１の電圧および第１出力可能電流の積により第１入力可能電力を算出し、第２電力線１２の電圧および第２出力可能電流の積により第２入力可能電力を算出する。

そして、制御部５は、第１入力可能電力と第２入力可能電力とを比較し、第１入力可能電力の方が大きければ第１リレー１３のみを閉状態とし、第２入力可能電力の方が大きければ第２リレー１４のみを閉状態とする（ステップＳ１０）。入力可能電力が大きい外部電源を利用した方が、充電時間が短くなるからである。なお、第１入力可能電力および第２入力可能電力が等しい場合は、第１電力線１１の電圧と第２電力線１２の電圧とを比較し、電圧が高い方の電力線のリレーのみを閉状態とすればよい。電圧も等しい場合は、優先的に使用することが予め定められた充電口側のリレーのみを閉状態とすればよい。

以上、本発明に係る車載充電装置および電動車両の実施例について説明してきたが、本発明の構成は実施例の構成に限定されるものではない。

例えば、充電口の数およびタイプは任意に変更することができる。すなわち、本発明に係る電動車両の充電口は、（１）設置型充電器に接続される２以上の充電口のみで構成されていてもよいし、（２）コンセントに接続される２以上の充電口のみで構成されていてもよいし、（３）設置型充電器に接続される１以上の充電口とコンセントに接続される１以上の充電口とで構成されていてもよい。

また、本発明に係る制御部は、ステップＳ９，Ｓ１０によってではなく、ステップＳ１１によって閉状態とするリレーを選択してもよい（図３参照）。すなわち、制御部５は、第１出力可能電流と第２出力可能電流とを比較し、第１出力可能電流の方が大きければ第１リレー１３のみを閉状態とし、第２出力可能電流の方が大きければ第２リレー１４のみを閉状態としてもよい。この構成によっても、実施例とほぼ同等の効果が得られる。なお、第１出力可能電流および第２出力可能電流が等しい場合は、優先的に使用することが予め定められた充電口側のリレーのみを閉状態とすればよい。

また、本発明に係る制御部は、ステップＳ１の判定を任意の方法で行うことができる。例えば、制御部は、相互通信が確立している外部電源（設置型充電器）の数を数えることにより、ステップＳ１の判定を行ってもよい。

また、電力貯蔵部４０が車載バッテリである場合、本発明にかかる制御部は、ステップＳ１０の判定において、第１入力可能電力と第２入力可能電力とに差があったとしても、その差が予め定められた許容値以下である場合は、第１電力線１１の電圧と第２電力線１２の電圧とを比較し、電圧が高い方の電力線のリレーを閉状態とするように構成されていることが好ましい。入力される電圧が高いと、電力変換部６の電力変換効率が良くなるからである。

１車載充電装置
２電圧検出部
３電流検出部
４記憶部
５制御部
６電力変換部
１０電動車両
１１第１電力線
１２第２電力線
１３第１リレー
１４第２リレー
１５通信線
２０第１充電口
２１第１外部電源
３０第２充電口
３１第２外部電源
４０電力貯蔵部

Claims

第１リレーが設けられた第１電力線を介して第１充電口に接続されるとともに、第２リレーが設けられた第２電力線を介して第２充電口に接続される車載充電装置であって、
前記第１リレーと前記第１充電口の間における前記第１電力線の電圧、および前記第２リレーと前記第２充電口の間における前記第２電力線の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記電圧の差および該電圧の位相差が予め定められた許容範囲内に収まっていることを条件に前記第１および第２リレーの両方を閉状態とする制御部と、
閉状態とされた前記第１および第２リレーを介して供給される交流電力を直流化して出力する電力変換部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１充電口に接続された第１外部電源が出力可能な電流値である第１出力可能電流、および前記第２充電口に接続された第２外部電源が出力可能な電流値である第２出力可能電流を取得し、前記電圧検出部によって検出された前記電圧の差および該電圧の位相差が前記許容範囲内に収まっており、かつ前記第１および第２出力可能電流のうちの小さい方の２倍が他方よりも大きい場合に、前記第１および第２リレーの両方を閉状態とする
ことを特徴とする車載充電装置。
前記制御部は、
前記電圧検出部によって検出された前記電圧の差および該電圧の位相差が前記許容範囲内に収まっていない、または前記第１および第２出力可能電流のうちの小さい方の２倍が大きい方よりも小さい場合に、前記第１電力線の電圧および前記第１出力可能電流の積である第１入力可能電力と、前記第２電力線の電圧および前記第２出力可能電流の積である第２入力可能電力とを比較し、前記第１入力可能電力の方が大きければ前記第１リレーのみを閉状態とし、前記第２入力可能電力の方が大きければ前記第２リレーのみを閉状態とする
ことを特徴とする請求項１に記載の車載充電装置。
前記制御部は、
前記電圧検出部によって検出された前記電圧の差および該電圧の位相差が前記許容範囲内に収まっていない、または前記第１および第２出力可能電流のうちの小さい方の２倍が大きい方よりも小さい場合に、前記第１出力可能電流と前記第２出力可能電流とを比較し、前記第１出力可能電流の方が大きければ前記第１リレーのみを閉状態とし、前記第２出力可能電流の方が大きければ前記第２リレーのみを閉状態とする
ことを特徴とする請求項１に記載の車載充電装置。
第１充電口と、
第２充電口と、
第１リレーが設けられた第１電力線を介して前記第１充電口に接続され、かつ第２リレーが設けられた第２電力線を介して前記第２充電口に接続された車載充電装置と、
電力貯蔵部と、
を備え、
前記車載充電装置は、
前記第１リレーと前記第１充電口の間における前記第１電力線の電圧、および前記第２リレーと前記第２充電口の間における前記第２電力線の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記電圧の差および該電圧の位相差が予め定められた許容範囲内に収まっていることを条件に前記第１および第２リレーの両方を閉状態とする制御部と、
閉状態とされた前記第１および第２リレーを介して供給される交流電力を直流化して前記電力貯蔵部に出力する電力変換部と、
を含み、
前記制御部は、前記第１充電口に接続された第１外部電源が出力可能な電流値である第１出力可能電流、および前記第２充電口に接続された第２外部電源が出力可能な電流値である第２出力可能電流を取得し、前記電圧検出部によって検出された前記電圧の差および該電圧の位相差が前記許容範囲内に収まっており、かつ前記第１および第２出力可能電流のうちの小さい方の２倍が他方よりも大きい場合に、前記第１および第２リレーの両方を閉状態とする
ことを特徴とする電動車両。
前記制御部は、
前記電圧検出部によって検出された前記電圧の差および該電圧の位相差が前記許容範囲内に収まっていない、または前記第１および第２出力可能電流のうちの小さい方の２倍が大きい方よりも小さい場合に、前記第１電力線の電圧および前記第１出力可能電流の積である第１入力可能電力と、前記第２電力線の電圧および前記第２出力可能電流の積である第２入力可能電力とを比較し、前記第１入力可能電力の方が大きければ前記第１リレーのみを閉状態とし、前記第２入力可能電力の方が大きければ前記第２リレーのみを閉状態とする
ことを特徴とする請求項４に記載の電動車両。
前記制御部は、
前記電圧検出部によって検出された前記電圧の差および該電圧の位相差が前記許容範囲内に収まっていない、または前記第１および第２出力可能電流のうちの小さい方の２倍が大きい方よりも小さい場合に、前記第１出力可能電流と前記第２出力可能電流とを比較し、前記第１出力可能電流の方が大きければ前記第１リレーのみを閉状態とし、前記第２出力可能電流の方が大きければ前記第２リレーのみを閉状態とする
ことを特徴とする請求項４に記載の電動車両。