JP6725620B2 - 複数の充電インターフェースを備える充電デバイスおよび車両 - Google Patents

Description

従来の内燃機関に加えて電気駆動装置を備える、プラグインハイブリッドと呼ばれる（ＰＨＥＶ（プラグインハイブリッド電気自動車）とも呼ばれる）車両では、充電カップリングを挿入するための充電ソケットが、燃料補給プロセスのためのタンク開口と同様に提供されている。前記充電カップリングは、交流を直流に変換する役割を果たす車両側充電デバイス（ＯＢＣ：車載充電器）に直接接続される。

純電気自動車（ＢＥＶ（バッテリ電気自動車）と呼ばれる）では、駆動バッテリの充電がより重要性を持つ。ここで、充電ステーションでの充電の際に、車両の充電ソケットが充電柱に面しないように車両が配置される状況が起こり得る。例えば、充電柱が駐車場または駐車域の片側に配置されている場合、好ましい駐車向き（後向きまたは前向き）がある。例えば、運転者が、意図されているのとは異なる仕方で駐車することを望むために、好ましい駐車向きに従わなかった場合、エンジンフードの上を横切るように充電ケーブルを引き回して、車両の反対側に配置された充電ソケットに到達させなければならない。したがって、既存の充電概念の欠点は、充電ソケットの位置の融通性の欠如、および車両の充電場所での充電インフラストラクチャの位置決めである。

本発明の目的は、特にエンジンフードの上を越える充電ケーブルの不自然な位置決めを避けることができる、電気自動車用の融通性のある充電概念を提供することである。

この目的は、独立請求項に記載の充電デバイスおよびそれに対応してこの充電デバイスを備える車両によって実現される。従属請求項および追加の記載から、さらなる改良が明らかになる。

本発明は、車両に２つの充電ソケット（充電インターフェース）を提供し、それぞれ１つの充電ソケットが車両の片側に配置されるという基本的な着想に基づいている。これに対応して、様々な例示的実施形態において、車両用の充電デバイスであって、複数の充電インターフェースを備え、充電デバイスが、車両に配置された第１の充電インターフェースに結合可能な第１の多極接続部と、車両に配置された第２の充電インターフェースに結合可能な第２の多極接続部と、交流を直流に変換するように設計され、多極電力接続部を有するパワーエレクトロニクスモジュールであって、多極電力接続部の極がそれぞれ、２つの多極接続部のそれぞれ対応する極に結合されている、パワーエレクトロニクスモジュールと、充電プロセス中に２つの多極接続部の一方の１つの極での充電電流のパラメータを決定するように設計された少なくとも１つの測定デバイスと、少なくとも１つの測定デバイスに結合されており、測定デバイスによって決定されたパラメータに基づいて、充電プロセスが第１の多極接続部によって行われているか第２の多極接続部によって行われているかを判断するように設計された評価ユニットとを備える充電デバイスが提供される。

多極接続部は、電気自動車の充電に今日一般的に使用されている接続部でよく、単相充電用の接続部と三相充電用の接続部の両方が可能である。第１の場合には、１つの極または接点が１つの位相に使用され、第２の場合には、３つの極が３つの異なる位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に使用される。さらに、中立導体（Ｎ）を接続するために１つの極を使用することができ、接地電位または保護導体（ＰＥ）を接続するためにさらなる極を使用することができる。制御信号を送信するために、さらなる極を使用することができる。設置された状態では、第１の多極接続部は第１の充電インターフェースに結合することができ、第２の多極接続部は第２の充電インターフェースに結合することができる。

パワーエレクトロニクスモジュールは、本質的に１つのＡＣ／ＤＣコンバータを有することができる。パワーエレクトロニクスモジュールの多極電力接続部は、複数の極（接点）を有することができ、その結果、少なくとも、充電電流の通常は１つまたは３つの位相、中立導体、および保護導体をパワーエレクトロニクスモジュールに接続することができる。

少なくとも１つの測定デバイス（測定ピックアップ）に結合されている評価ユニットは、マイクロコントローラの形でよい。評価ユニットは、少なくとも１つの測定デバイスによって測定されたパラメータ値（電流強度または電圧）に基づいて、充電プロセスが第１の多極接続部によって行われているか第２の多極接続部によって行われているかを判断することができる。すなわち、評価ユニットは、充電カップリングがどの充電インターフェースに接続されているかを決定するように設計することができる。どの充電インターフェースが充電に使用されているかの判断に基づいて、評価ユニットは、測定デバイスによって決定されたパラメータの妥当性検査を実施するように設計することができる。本発明による充電デバイスにおいて測定デバイス（電圧計および／または電流計）を提供することによって、特に、充電インターフェースの動作中の受動電圧フィードバックを回避することが可能である。そのような保護機能の実施は、追加の規格変更、および場合によっては、今後行われる規格変更によって行うことができる。現在、充電ソケットが使用されていないとき、関連の充電フラップをロックする／閉じることによって、その充電ソケットを接触から保護する必要がある。個々の位相の電流を監視するための測定デバイスを提供することによって、安全レベルを高めることができる。

測定デバイスによって測定されたパラメータの妥当性検査により、動作中の充電インターフェースを検出するための妥当性検査を実施する検査アルゴリズムを評価ユニットに実装することが可能である。決定された情報を、対応する充電インターフェースの充電フラップのステータス（閉／開）と比較することができ、矛盾が生じたときには、充電プロセスを停止することができ、または妥当性検査が肯定的な結果となった場合には、充電プロセスを起動することができる。充電フラップとは、内燃機関を備える従来の車両における燃料タンクフラップのようなカバーを意味し、この充電フラップは、充電ソケットまたは充電インターフェースに取り付けられる。評価ユニットは、測定された測定パラメータの構成を充電シナリオ（例えば、その充電ソケットを介した充電または左側の充電ソケットを介した充電）と比較し、充電シナリオに基づいて、測定された測定パラメータの構成が妥当であるかどうかを検査するように設計することができる。

さらなる例示的実施形態によれば、本発明による充電デバイスでは、測定デバイスの数は、充電電流の位相の数に対応することがある。したがって、位相の電流を監視／測定するためにそれぞれ１つの測定デバイスを提供することができる。例えば、３つの位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）が存在する場合、それぞれ１つの位相を監視するために１つの測定デバイスを提供することができる。ここで、位相の電流を測定／監視する測定デバイスは、電源接続部の極を第１の多極接続部の対応する極に接続するブランチ、または電源接続部の極を第２の多極接続部の対応する極に接続するブランチに配置することができる。すなわち、第１の接続部または第２の接続部（例えばＬ２）からの位相を測定デバイスによって監視する必要はない。

さらなる例示的実施形態によれば、本発明による充電デバイスでは、充電プロセス中に第１または第２の多極接続部の中立導体を通って流れる電流のパラメータを決定するように設計されたさらなる測定デバイスを提供することが可能である。この測定デバイスは、位相を測定するために使用されるのと同じ測定デバイスでよい。さらなる測定デバイスによって決定されるパラメータも、妥当性検査の実施中に考慮に入れることができる。

充電デバイスのさらなる例示的実施形態によれば、多極接続部と電力接続部との間の電気接続は、回路基板上の導電接続を有することができる。すなわち、充電ソケットからパワーエレクトロニクスモジュールにエネルギーを伝達するために、省スペース回路基板（ＰＣＢプリント回路基板）によって、第１の接続部と第２の接続部の間の導電接続を実現することができる。２つの充電ソケットのケーブル線を組み合わせてＡＣ／ＤＣコンバータへの１つの接続部を形成する従来の実装では、充電ネットワーク分配器（ＣＮＤ）が使用される。これに関連して、プラグと共に合計３本のケーブルが使用される。これらのうちの２本はそれぞれ、充電ソケットをＣＮＤに接続し、もう１本は、ＣＮＤの出力をＡＣ／ＤＣコンバータに接続する。充電ネットワーク分配器は、通常は屋外に配置され、したがって頑丈な設計であるので、堅固なアルミニウムケースを有する。その結果、これは、追加のコスト源となる。ＣＮＤ内での所要の電気的接続部により、ＣＮＤは非常に大きくなり（通常は約３０ｃｍ×３０ｃｍ）、したがって重量が増す。回路基板を用いることにより、上述の３本のケーブルとプラグをなくすことができ、設計全体をよりコンパクトにすることができる。さらに、そのような設計は、対応するソケットからプラグを取り外すことができないので、より信頼性が高い。２つの充電インターフェースの極をＣＮＤによって接続する代わりに、本発明による充電デバイスでは、ＣＮＤを使用せずにそれらの極が接続される。その結果、追加の構成要素としてのＣＮＤをなくすことが可能になり、これは、コスト、スペース、および重量の節約となる。したがって、上述のプラグ接続部もなくされるので、同時に、水分の進入の危険性も最小限に抑えられる。

さらなる例示的実施形態では、駆動エネルギーを提供するための電動機を備える車両も提供され、この車両は、第１の充電インターフェース、第２の充電インターフェース、および本発明による充電デバイスを有する。車両は、純電気自動車でよく、またはさらに従来の内燃機関も有するハイブリッド電気駆動装置を備える車両でもよい。

さらなる例示的実施形態によれば、車両において、第１の充電インターフェースと第２の充電インターフェースを車両の異なる側に配置することができる。第１の充電インターフェースは、車両の運転者側に配置することができ、第２の充電インターフェースは、車両の前部乗員側に配置することができる。２つの充電インターフェースを提供することにより、車両の好ましい駐車向きなしで、充電インフラストラクチャを最適に使用することができ、その結果、特に、車両を越えて横切るように充電ケーブルを引き回して、車両に対して充電柱とは逆側に位置された充電インターフェースに届かせる必要がない。

さらなる例示的実施形態によれば、車両は、制御デバイスを有することもでき、制御デバイスは、評価ユニットに結合され、充電プロセス中に使用されていない充電インターフェースの充電フラップをロックするように設計される。制御デバイスは、評価ユニットの一部でよい。充電プロセス時、充電ケーブルは２つの充電インターフェースのうちの１つのみに接続されるので、使用されていないインターフェースでは充電フラップをロックすることができ、その結果、その充電フラップは確実に閉じたままになる。使用されていない充電インターフェースの充電フラップのロックは、少なくとも１つの測定デバイスによって提供されるパラメータ値に基づいて、上記の妥当性検査の前に行うことができる。これにより、充電プロセス中、使用されていない充電インターフェースへのアクセスを防止することができるので、電気自動車を充電するときの安全性を高めることができる。

本発明のさらなる詳細、特徴、および利点は、図面を参照して、以下の好ましい実施形態の説明から明らかになる。図面は、本発明の単なる例示的な実施形態を示すにすぎず、これらは、本発明の本質的な着想を限定するものではない。本出願の範囲内で使用される用語「結合される」または「接続される」は、電気的構成要素に関しては、対応する電気的構成要素が、選択的に設けられた電気的接続部によって互いに接続されることを概して意味するものと理解すべきである。

現代の充電インフラストラクチャの概略図である。 ２つの充電インターフェースを有する車両用の充電デバイスの一実施形態を示す図である。 ２つの充電インターフェースを有する車両用の充電デバイスのさらなる実施形態を示す図である。

図１は、例示的な現代の充電インフラストラクチャの概略図であり、ソケット１での充電プロセスを示す。しかし、電気自動車は、基本的に、充電ステーションの充電柱、家庭用ソケット、または産業用プラグ接続など、様々な充電ポイントで充電することができる。図示の例では、ケーブル内充電デバイス３（ＩＣ−ＣＰＤ（ケーブル内制御および保護デバイス）とも呼ばれる）の適切なプラグ２がソケット１に差し込まれている。この構成では、ケーブル内充電デバイス３は、充電プロセスの制御を担当しており、ここでは例えば故障および過負荷を検出する。ケーブル内充電デバイス３の他端は、充電カップリング４で終端され、充電カップリング４は、車両の充電ソケット５（充電インターフェース）に差し込まれる。充電ソケット５は、交流を直流に変換するように設計された車両側充電デバイス６（ＯＢＣ）に結合されている。

充電すべき車両には充電ソケット５が１つしかないので、充電プロセスを行うために、プラグ２を充電カップリング４に接続する充電ケーブルは、車体を越えるようにして引き回されなければならない場合がある。充電プロセスが充電柱で行われる場合、ケーブル内充電デバイス３は使用されない。充電柱に使用される充電ケーブルは、比較的太いか、または比較的柔軟性がないので、充電ソケット５が充電柱に面していない場合に、車両の反対側まで車両を越えて横方向に充電ケーブルを引き回さないといけないとなると運転手には難しい。

図２は、２つの充電インターフェースを有する車両用の本発明による充電デバイスの実施形態を示す。第１の充電インターフェース２１は、充電ネットワーク分配器２５に結合されており、第１の充電インターフェース２１から延びるケーブルは、第１のプラグ２２で終端され、充電ネットワーク分配器２５に差し込まれる。同様に、第２の充電インターフェース２３は、充電ネットワーク分配器２５に結合されており、第２の充電インターフェース２３から延びるケーブルは、第２のプラグ２４で終端され、充電ネットワーク分配器２５に差し込まれる。この例示的実施形態では、２つの充電インターフェース２１、２３においてそれぞれ５つの個別の極（接点）が小さい円によって示され、各極は絶縁されたラインを表す。例えば、位相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）のために３つの極を使用することができ、１つの極は中立導体（Ｎ）に対応することができ、さらなる極は保護導体（ＰＥ）に対応することができる。当然、例えば追加の制御ラインのために、より多数またはより少数の極を提供することもできる。

充電ネットワーク分配器２５は、充電インターフェース２１、２３から延びるケーブル線を組み合わせ、第３のプラグ２６によって車両側充電デバイス２８の接続部２７に結合されており、車両側充電デバイス２８は、特に、パワーエレクトロニクスモジュールに対応するＡＣ／ＤＣコンバータを有する。既に述べたように、第１の充電インターフェース２１は、車両の一方の側、例えば運転者側に配置することができ、第２の充電インターフェース２３は、車両の反対側に配置することができる。したがって、図２に示す本発明による充電デバイスを使用するとき、第１の充電インターフェース２１または第２の充電インターフェース２３を介して充電プロセスを行うことができ、したがって、充電インフラストラクチャの構造的条件に柔軟に適応させることができる。

図３は、２つの充電インターフェース２１、２３を有する車両用の充電デバイスのさらなる実施形態を示す。図２に示す実施形態とは異なり、２つの充電インターフェース２１、２３のケーブル線を組み合わせるために充電ネットワーク分配器２５は使用されない。図３に示す実施形態では、２つの充電インターフェース２１、２３から延びるケーブル線は、車両側充電デバイス２８で直接組み合わされる。また、充電ネットワーク分配器２５をなくすことにより、プラグ接続部品の数が減少され、この実施形態はより費用対効果が高くなり、より小型で軽量になる。第１の充電インターフェース２１は、充電デバイス２８の第１の接続部３１に接続されている。充電デバイス２８の第１の多極接続部３１での極または別個のピン（小さい長方形で表される）が、第１の充電インターフェース２１の各極または接点に対応する。左から右へ、割当ては、例えば、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｎ、ＰＥに対応することができる。同様に、第２の充電インターフェース２３も、充電デバイス２８の第２の多極接続部３２に接続されており、充電デバイス２８の第２の接続部３３の極または別個のピン（小さい長方形で表されている）も、第２の充電インターフェース２３の各極または接点に対応する。左から右へ、第２の接続部３２での極の割当ては、第１の接続部３１での割当てに対応し得る。同じ名前または同じタイプの第１の接続部３１と第２の接続部３２の極は、対応するノード３７〜４１（すなわち、第１のノード３７、第２のノード３８、第３のノード３９、第４のノード４０、および第５のノード４１）で組み合わされ、パワーエレクトロニクス３０に導かれ、パワーエレクトロニクス３０は、本質的にＡＣ／ＤＣコンバータを有する。

測定デバイス３３〜３６はそれぞれ、ノード３７〜４０と、第１の接続部３１でノード３７〜４０に結合された極との間の各ラインに提供され（すなわち、第１の測定デバイス３３、第２の測定デバイス３４、第３の測定デバイス３５、第４の測定デバイス３６）、前記測定デバイス３３〜３６は、充電プロセス中に関連のラインを通って流れる電流のパラメータ（電流または電圧）の値を決定するように設計されている。各測定デバイス３３〜３６はそれぞれ、測定ライン４２〜４５（すなわち、第１の測定ライン４２、第２の測定ライン４３、第３の測定ライン４４、第４の測定ライン４５）によって評価ユニット４６に結合される。評価ユニット４６は、測定デバイス３３〜３６によって決定されたパラメータに基づいて、第１の多極接続部３１によって、すなわち第１の充電インターフェース２１によって充電プロセスが行われているか、それとも第２の多極接続部３２によって、すなわち第２の充電インターフェース２３によって充電プロセスが行われているかを決定するように設計されている。第１および第２の充電インターフェース２１、２３とパワーエレクトロニクスモジュール３０との間の接続は、回路基板によって実装することができる。評価ユニット４６は、マイクロコントローラを有することができ、それに対応して、回路基板上の導体トラックを介してマイクロコントローラとの接点が形成される。

図３に示す例示的実施形態では、第１の接続部３１の保護導体極を除き、他の４つの極はすべて測定デバイス３３〜３６によって監視されるが、これは必須条件ではない。したがって、例えば、３つの位相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうちの１つだけを監視すれば、すなわち、対応するラインを通って流れる電流を検出または測定すれば十分となり得る。図３に示す構成とは異なり、測定デバイス３３〜３６がすべてノード３７〜４１の同じ側に配置される必要はない。図示する測定デバイス３３〜３６のうち、少なくとも１つは、ノード３７〜４１と第２の接続部３２の対応する極との間のラインに配置することができる。同様に、第４の測定デバイス３６は、第４のノード４０とパワーエレクトロニクスモジュール３０との間に配置することができる。さらに、接続部のすべての位相を監視する必要はないので、測定デバイス３３〜３６のいくつかを省略することができる。原理的には、充電プロセス中に第１の充電インターフェース２１が使用されているか第２の充電インターフェース２３が使用されているかを判断するために、提供される測定デバイスによって、位相のうち１つのみを監視すれば十分である。しかし、複数の測定デバイス３３〜３６を設けることで、より確実な妥当性検査が可能になる。

評価ユニット４６は、測定デバイス３３〜３６によって供給された測定値に基づいて妥当性検査を行うように設計されている。図３に示す構成に基づいて、例えば、測定デバイス３３〜３６によって決定された所定の測定値が、第１の充電インターフェース２１によって行われる充電プロセスに適合するかどうかを検査することが可能である。ここで、第１の接続部３１の位相を監視する測定デバイス３３〜３５のうちの少なくとも１つが電流の流れを示す、すなわちゼロとは異なる電流強度を示しているかどうかが検査される。第１の接続部３１の位相を監視する測定デバイス３３〜３５のいずれも電流を示さない場合、逆に、実施中の充電プロセスで第２の充電インターフェース２３が使用されている。第２の充電インターフェース２３での充電プロセスであるにも関わらず、第１の接続部３１の位相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の１つに電流が流れていると評価ユニットが判断した場合、この結果は妥当性がないと分類され、充電プロセスの開始を防げることができ、または既に行われている充電プロセスを中断することができる。

さらなる例示的実施形態では、上述したように、第４の測定デバイスを、図３に示すその位置から、第４のノード４１とパワーエレクトロニクスモジュール３０との間に移すことが可能である。そのような構成では、第２の充電インターフェース２３を介した充電プロセス中、３つの測定デバイス３３〜３５のうちの少なくとも１つが電流を示していない（より厳しい基準では、３つの測定デバイス３３〜３５のうちの１つも電流を示していない）かどうか、および第４の測定デバイス３６が電流を示しているかどうかを確認するように妥当性検査を行うことができる。測定パラメータのそのような構成が決定された場合、この構成は、第２の充電インターフェース２３を使用して行われる充電プロセス中の妥当性検査の肯定的な結果に対応する。評価ユニットによって妥当性検査を実施するためのこの第２のシナリオは、測定デバイス３３〜３６の特定の構成に基づいて妥当性検査を実施する多くのさらなる可能な方法のうちの１つを示すにすぎない。

決定された測定パラメータを、充電シナリオに基づく妥当性検査の範囲内で検証できなかった場合、評価プロセスユニット４６が対応する停止信号を車両電子機器に送信することによって、充電プロセスを停止させることができる。妥当性検査の範囲内で問題なく行うことができた測定パラメータの検証は、充電プロセスを実施可能にするための条件として使用することができる。

１ ソケット
２ プラグ
３ ケーブル内充電デバイス
４ 充電カップリング
５ 充電ソケット
６ 車両側充電デバイス
２１ 第１の充電インターフェース
２２ 第１のプラグ
２３ 第２の充電インターフェース
２４ 第２のプラグ
２５ 充電ネットワーク分配器
２６ 第３のプラグ
２７ 接続部
２８ 車両側充電デバイス
３０ パワーエレクトロニクスモジュール
３１ 第１の接続部
３２ 第２の接続部
３３〜３６ 測定デバイス
３７〜４１ ノード
４２〜４５ 測定ライン
４６ 評価ユニット

Claims (8)

1. 車両用の充電デバイスであって、
   前記車両に配置された第１の充電インターフェースに結合可能な第１の多極接続部と、
   前記車両に配置された第２の充電インターフェースに結合可能な第２の多極接続部と、
   交流を直流に変換するように設計され、多極電力接続部を有するパワーエレクトロニクスモジュールであって、前記多極電力接続部の極がそれぞれ、前記第１の多極接続部及び前記第２の多極接続部のそれぞれ対応する極に結合されている、パワーエレクトロニクスモジュールと、
   充電プロセス中に前記第１の多極接続部及び前記第２の多極接続部の一方の１つの極ごとに充電電流のパラメータを決定するように設計された少なくとも１つの測定デバイスと、
   前記少なくとも１つの測定デバイスに結合されており、前記測定デバイスによって決定された前記パラメータに基づいて、前記充電プロセスが前記第１の多極接続部によって行われているか前記第２の多極接続部によって行われているかを判断するように設計された評価ユニットと、を備え、
   前記測定デバイスは、前記第１の多極接続部の前記極の一方と前記第２の多極接続部の前記極の一方との間に結合されている、充電デバイス。
2. 前記測定デバイスの数が、充電電流の位相の数に対応する、請求項１に記載の充電デバイス。
3. 前記充電プロセス中に前記第１または前記第２の多極接続部の中立導体を通って流れる電流のパラメータを決定するように設計されたさらなる測定デバイスが提供される、請求項１または２に記載の充電デバイス。
4. 前記少なくとも１つの測定デバイスおよび好ましくは前記さらなる測定デバイスが、電流強度および／または電圧を測定するように設計されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の充電デバイス。
5. 前記第１の多極接続部及び前記第２の多極接続部の各々と前記多極電力接続部との間の電気的接続が、回路基板上の導電接続を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の充電デバイス。
6. 駆動エネルギーを提供するための電気モータを有する車両であって、
   第１の充電インターフェースと、
   第２の充電インターフェースと、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の充電デバイスと、
   を備える車両。
7. 前記第１の充電インターフェースと前記第２の充電インターフェースとが、前記車両の異なる側に配置されている、請求項６に記載の車両。
8. 前記評価ユニットに結合されており、充電プロセス中に使用されていない前記第１の充電インターフェース及び前記第２の充電インターフェースのいずれか一方の充電フラップをロックするように設計されている制御デバイスをさらに備える、請求項６または７に記載の車両。

Images