JP6928477B2 - 充電システムまたは充電器 - Google Patents

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Description

本発明は、充電システムまたは充電器に関するものである。
従来の充電システムとしては、特許文献1に記載されている構成が知られている。この充電システムは、車両システムを起動する際に必要な鍵による認証を、車両停止時かつ充電プラグ挿入時には無効にして、鍵がなくても充電ができるようにしたものである。
特開2008−167618号公報
しかしながら、従来の充電システムにおいては、車両側に、鍵がなくても車両システムを起動させる機能が必要であり、廉価型の車両においてはそのような機能を搭載することは難しい。
本発明は、廉価型の移動体であっても鍵の有無にかかわらず充電ができる充電システムまたは充電器を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態である充電システムは、移動体と充電器とを有し、前記移動体は、鍵によって起動する移動体制御手段と、移動体搭載電池と、前記移動体制御手段の指示に基づいて前記移動体搭載電池を制御する電池制御手段と、前記移動体制御手段及び前記電池制御手段を結ぶ移動体側通信線と、当該移動体側通信線に設けられ、充電器と接続して電気を移動体搭載電池に供給する移動体側接続手段とを有し、前記充電器は、前記移動体側接続手段に接続可能な充電器側接続手段を含み、さらに、前記充電器側接続手段を介して前記移動体側通信線に接続される充電器側通信線と、両接続手段を接続した状態で充電器側通信線を監視し、前記移動体制御手段が起動しているか否かを判定する判定手段と、起動していないと判定された場合、前記電池制御手段に対し、充電動作を指示する指示手段を有し、前記判定手段で前記移動体制御手段が起動していないと判定した場合、前記充電器は、送信する際の通信IDを前記移動体制御手段が前記電池制御手段へ送信する際の通信IDに変更すると共に、前記充電器は、受信する際、前記電池制御手段が前記移動体制御手段へ送信する際の通信IDを監視することを特徴とする。
また、本充電器は、前記充電システムに設けられる充電器であって、前記充電器側接続手段に前記移動体側接続手段が接続された状態で、前記移動体制御手段及び前記電池制御手段を結ぶ移動体側通信線に結合される前記充電器側通信線を有し、接続手段同士が接続された状態で前記充電器側通信線を監視し、前記移動体制御手段が起動しているか否かを判定する前記判定手段と、前記移動体制御手段が起動していないと判定された場合は、前記電池制御手段に対し、充電動作を指示する前記指示手段を有することを特徴とする。
廉価型の移動体であっても鍵の有無にかかわらず充電ができる。
本発明の実施形態にかかる充電システムのブロック図である。 本実施形態にかかる充電器のブロック図である。 プラグのコネクタ構造を示す図である 車両の走行モードにおけるフローチャートである。 充電システムの充電モードにおけるフローチャートである。 充電システムの充電モードにおけるフローチャートである。 実施形態2にかかる充電システムのブロック図である。
図を使用して、実施形態1にかかる充電システムを説明する。まず、図1のブロック図を使用して構成部品及び接続関係について説明する。
1は負荷・回生機器であり、移動体の一例である車両1000に搭載された、例えばインバータ及びモータである。インバータを制御することによりモータに電気を供給しモータの回転により車輪を回転させて車両を走行させる。また、モータの回生により発生した電気を電源装置に供給する。
4はリレーであり、一端が負荷・回生機器1に接続され、リレー4の他端は電池パック10の負極端及び車両側プラグ120のコネクタ121に接続されている。
電池パック10は、電池モジュール13とスイッチ14とBMS(Battery Management System)16を有している。電池モジュール13は、移動体搭載電池の一例であり、本実施形態では複数の単電池が直列に接続された電池群である。BMS(Battery Management System)16は、電池制御手段の一例である。
電池モジュール13の正極端はスイッチ14の一端に接続されている。スイッチ14の他端は負荷・回生機器1に接続されると共に車側プラグ120のコネクタ123に接続されている。BMS16は、電池モジュール13の電圧を計測する電圧計15、電池モジュール13の温度を計測する温度計17、電池モジュール13に流れる電流を計測する電流計18に接続されており、かつスイッチ14のオンオフを制御する。
車両1000には、負荷・回生機器1や電池パック10の他に、VCU(Vehicle Control Unit)200が搭載されており、VCU200は移動体制御手段の一例である。VCU200は、負荷・回生機器1、リレー4、及び図示しないイグニッションスイッチや車両の状態(車速センサ等)を検出するセンサユニット300に接続されている。さらにVCU200はエアコンC/U400やドアC/U500にも接続されそれぞれの状態を示す信号を入力したり、それぞれのアクチュエータを制御する信号を送信する。
車両の鍵により機械的または電気的に認証され適正な鍵であると判定された場合、イグニッションスイッチはオンとなり、VCU200自身の起動処理及びBMS16の起動を可能とし、BMS16はスイッチ14をオンした後、VCU200はリレー4をオンし、充放電の準備を整ったら、負荷・回生機器1の目標値を演算し制御信号を出力する。
またVCU200は、電池パック10の充電状態をモニタし充放電の制御をする指令をBMS16に出力する。電池パック10の故障診断を行うこともできる。
VCU200は通信線900を介してBMS16、センサユニット300、エアコンC/U(Control Unit)400、ドアC/U500、及び車側プラグ125のコネクタ124に接続されている。この通信線900によってVCU200とBMS16との間、エアコンC/U400やドアC/U500とVCU200との間でシリアル通信(バス通信)が可能である。
車両1000には、さらに、車両側プラグ120の勘合検知用コネクタ122が設けられており、コネクタ122はコネクタ122の2つの端子の間に短絡回路を有している。
車側プラグ120,125のコネクタ121,122,123,124は、充電器1100の充電器側プラグ130,135のコネクタと勘合し電気的に接続するよう構成されている。
充電器1100側には、充電器側プラグ130,135を有する。充電器側プラグ130にはコネクタ131,132,133を有し、車側プラグ120のそれぞれコネクタ121,122,123と電気的に接続される。充電器側プラグ135にはコネクタ134を有し、車側プラグ125のコネクタ124と電気的に接続される。そして充電器1100はコネクタ121と131の電気的な接続及びコネクタ123と133の電気的な接続によって外部電源からの電力を、コンセント1101を介して電池パック10に供給することができる。なお、コネクタ134は通信線1900を介して充電器1100と接続されている。
図2は、充電器1100及び充電器側プラグ130,135の構成である。1200はリレーであり、一端がプラグ130のコネクタ131に電気的に接続されている。リレー1200の他端はAD変換機1300に接続され、AD変換機1300の出力側は、コンセント1101の一端に接続されている。コンセント1101の他端(高電圧側)はAD変換機1300を介してコネクタ133に接続されている。
1400は通信部であり、一端は通信線1900を介してプラグ135のコネクタ134に接続され、他端は充電器側制御手段の一例である充電器C/U(Control Unit)1500に接続される。充電器C/U1500は、プラグの勘合状態(電気的接続状態)及び通信部1400からの情報をもとに、リレー1200の断続を制御すると共にAD変換機1300を制御して電力出力を制御する。
図3を使用して、充電器側の2つのプラグ130と135の構成について説明する。プラグ130にはコネクタ133(高電圧側)とコネクタ131(低電圧側)があり、さらに勘合検知用コネクタ132はプラス端子132aとのマイナス132bを有し、車側コネクタ122のプラス側端子とマイナス端子と接続されることで、車側コネクタ122の短絡回路と接続されることになり、充電器1100で勘合状態を検知することができる。プラグ135のコネクタ134がプラグ125のコネクタ124と電気的に接続されることにより、通信線900と通信線1900が連結され、充電器1100もVCU200やBMS16等と通信が可能となる。
図4のフローチャートを使用して、車両の走行モードにおける処理手順を説明する。
ステップ(以下、Sで表す)1では、VCU200が鍵の認証を行う。具体的には、車両操作者がイグニッションスイッチのオン操作をすると、車両操作者が使用する鍵によって機械的または電気的に認証が判定され、適正であると判定された場合にはS2に進む。
S1で適正と判定されると、S2では、VCU200が、VCU200自身を起動すると共にBMS16に起動指令を送信する。
S3では、BMS16が非スリープ状態に移行し、その旨の通知をVCU200に送信する。
S4では、VCU200が走行モード指令をBMS16に送信し、S5ではBMS16がスイッチ14をオンにしオンフラグをVCU200に送信する。
S6では、VCU200がスイッチ4をオンにすると共に充放電制御を開始する指令をBMS16に送信する。
S7では、BMS16が、電圧計15、温度計17、電流計18から電圧値、温度値、電流値を計測し、VCU200に送信する。
S8では、BMS16からの信号に基づき電欠状態と判定した場合またはイグニッションスイッチのオフ状態を検知した場合は、BMS16に停止指令を送信すると共にBMS16にスリープ指令を送信する。そして、リレー4をオフする。ここで電欠状態とは、電池装置13の電圧が放電閾値電圧より下回った場合である。
S9では、BMS16がスイッチ14をオフすると共にスリープモードに移行する。
次に、図5及び図6のフローチャートを使用して、充電システムの充電モードにおける処理手順を説明する。
S51で、充電器1100のコンセント1101がAC電源に接続された場合に充電器C/U1500は起動し、充電器C/U1500はプラグが勘合しているか否かを勘合検知用コネクタ132の端子間の電圧を見て判断する。
S52では、充電器C/U1500は、VCU200が起動しているか否かを判定する。具体的には、充電器C/U1500は、通信線1900を監視し、VCU200からBMS16への信号が送信されているか否かを検知する。送信の有無は、例えば、VCU200からBMS16に送信する場合に使用される通信ID(識別情報)が通信線上に存在しているか否かを検知する。VCU200からBMS16へ信号が送信されていると判定された場合は、充電器C/U1500はVCU200に充電準備指令を送信する。このとき、充電器C/U1500は通信に利用するIDとして予め送信者に割り当てられた通信IDを使用する。S60までの送信では送信者自身に割り当てられた通信IDを使用する点は同様であるため説明を省略する。また、VCU200からBMS16へ信号が送信されていないと判定された場合は図6のS61に進む。
S53では、VCU200は充電モードに切り替え、リレー4をオフすると共に走行モードを禁止とする指令をBMS16に送信する。
S54で、BMS16はスイッチ14をオンし、充電OKである旨を示すスイッチオンフラグをVCU200を経由して充電器1100に送信する。
S55で充電器C/U1500は、リレー1200をオンし、充電開始指令をVCU200を経由してBMS16に送信すると共に充電を開始する。
S101では、充電器1100が充電器1100の状態をVCU200に送信する。ここで充電器1100の状態とは、充電器1100の異常の有無や出力可能電力値等である。
S102で、VCU200は、充電器1100の状態をBMS16に送信する。
S103では、BMS16は、充電器1100の異常の有無を確認すると共に、正常であれば、電圧計15、温度計17、電流計18からの電池情報を入力し入力可能電力値を算出する。そして、入力可能電力値をVCU200に送信する。VCU200は予め充電器1100が受信するために取り決められた通信IDに変換して充電器1100に送信する。S101からS103によりBMS16からの入力可能電力値を参照して充電器1100から供給する電力を充電器1100は制御している。
一方、S56で、BMS16は、満充電判断を所定時間ごと、例えば、10秒毎に行っている。ここで満充電判断とは、電池モジュール13の電圧が満充電閾値電圧値より大となったとき満充電と判断する。満充電と判断した場合は、BMS16は満充電フラグをVCU200に送信する。
S57では、VCU200は充電停止指令を充電器1100に送信する。
S58では、リレー1200をオフすると共に、充電停止指令をVCU200に送信する。
S59では、VCU200は、BMS16に停止指令とスリープ指令を送信する。
S60では、BMS16はスイッチ14をオフすると共に、スリープ状態に移行する。
このように、VCU200が起動している場合、例えば、VCU200がBMS16に送信している場合であって、かつ、充電ポートが装着されている場合には、充電器1100は、VCU200を介してBMS16に充電開始指令を送信することで、VCU200やBMS16の設計を変更することなく、充電を行うことができる。
S52に戻り、S52でVCU200が起動中ではないと判断された場合、S61で、充電器C/U1500は、BMS16に対し、直接、起動指令を送信する。このとき、充電器C/U1500は通信に利用するIDとしてVCU200がBMS16に送信する際に使用する通信IDを使用することでC/U1500からBMS16への通信が可能となる。
S62では、BMS16がスリープから非スリープ状態に移行し、スイッチ14をオンにし、スイッチオンフラグをVCU200に向けて送信する。ここでBMS16はVCU200に送信する際に使用する通信IDを使用して送信しているが、VCU200は起動しておらず、充電器C/U1500はBMS16がVCU200に送信する際に使用する通信IDを監視することで充電器C/U1500は受信することができる。
S63では、充電器C/U1500がBMS16に対し充電モードを通知する。この時もS61と同様に、充電器C/U1500は通信IDとしてVCU200がBMS16に送信する際に使用する通信IDを使用することで、充電器C/U1500からBMS16への通信が可能となる。
S64では、充電モードを受信すると、リレー14をオンすると共に、オンフラグをVCU200向けて送信する。
S65では、充電器C/U1500は、BMS16がVCU200に送信する際に使用する通信IDを監視することでBMS16からの情報を充電器C/U1500で受信することができる。そして、充電器C/U1500は、リレー1200をオンし、充電開始指令をBMS16に送信すると共に充電を開始する。
S66で、充電器1100が充電器1100の状態をBMS16に通知する。ここで充電器1100の状態とは、充電器1100の異常の有無や出力可能電力値等である。ここでもS61,S63と同様に、通信IDを変更して送信する。
S67では、BMS16は、充電器1100の異常の有無を確認すると共に、正常であれば、電圧計15、温度計17、電流計18からの電池情報を入力し入力可能電力値を算出する。そして、入力可能電力値をVCU200に向けて送信する。S66とS67によりBMS16からの入力可能電力値を参照して充電器1100から供給する電力を充電器1100は制御している。
そして、S69では、S56と同様に、満充電判断を所定時間ごと、例えば、10秒毎に行う。満充電と判断した場合は、BMS16は満充電フラグをVCU200に向けて送信する。
S70では、満充電フラグを受信した充電器1100は、リレー1200をオフすると共に、VCU200がBMS16に送信する際の通信IDを使用して充電停止指令とスリープ指令をBMS16に向けて送信する。
S71では、BMS16は充電停止指令によりスイッチ14をオフすると共に、スリープ指令に従いスリープ状態に移行する。
なお、S68では、所定時間ごとに、充電器C/U1500はコネクタ135の電圧を監視してプラグ非勘合状態を検知しており、プラグ非勘合状態を検知した場合には、S70,S71の処理を行うようにしている。
このように、実施形態1では、VCU200が起動していない、例えばVCU200がBMS16に情報を送信していない場合であって、かつ、充電ポートが装着されている場合には、充電器1100は、通信線1900及び通信線900を介して、BMS16に充電開始指令を送信することができる。すなわち、VCU200が起動していない場合に鍵がないにもかかわらずあえてVCUを起動させる機能を持たせなくても充電器から電池モジュール13に充電ができる。そのため、鍵がない場合でもVCU200を起動させる機能を付加させる必要のある特許文献1と比べてその機能は不要である。よって、少なくとも鍵がない場合でもVCU200を起動させる機能を付加できないような廉価型の車両であっても鍵の有無にかかわらず充電することができる。
また、鍵がない場合にはVCU200を起動させずに充電するため、車両は走行できずセキュリティ性は維持される。
また、VCU200が起動しているか否かを装着したプラグによって結合された通信線を上の信号により判定できるので、新たな機能を車側に負荷する必要がない。
また、VCU200が起動していないと判断した場合には、充電器1100が通信IDを変更するため、BMS16の通信機能を変更する必要がなく新たな設計変更が不要である。
また、VCU200が起動しているときには、充電器1100はVUC200に充電要求を行ってVCU200からBMS16を制御するようにしているため、VCU200やBMS16の設計を変えずに充電ができる。
また、VCU200が起動しているときには、充電器1100はVUC200に走行モードを禁止する指示を行っているため、VCU200は車両を走行させることができない。そのため、充電中に車両を走行した場合に生じる恐れがあるプラグ外れや車両1000と充電器1100の間のコードの切断という事象を防止することができる。
次に、図7を使用して実施形態2について説明する。図1との違いは、複数の電池パック10,20,30が負荷・回生機器1に対して並列接続されている点と、複数の電池パックを制御するためのマスタBMS17がある点である。電池パック20,30の内部構成は、電池パック10の内部構成と同じであるが、便宜上、図7中の電圧計15、温度計17及び電流計18は省略している。図4から図6のフローチャートのBMS16の工程が、各BMSを取りまとめるマスタBMS17の工程と各BMS16,26,36の工程に分担される。実施形態2では各BMSとマスタBMS17が電池制御手段の一例となる。
実施形態2では、実施形態1と同様の効果に加えて、電池パック10,20,30を並列に接続した高容量型の電源装置に対しても適用できるという効果がある。
以上、2つの実施形態について説明したが、これに限るものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。例えば、リレー4は低電圧側に一つを設けているが、高電圧側でもよく、両電圧側にあってもよい。電池モジュール13は単電池を直列接続した例で説明したが、直並列接続や並列接続であっても使用できる。図1や図7に示した接続関係はこれに限るものではなくヒューズを追加するなど適宜必要な電気回路部品を途中に接続させてもよい。図7ではマスタBMSを別体としたが、電源装置10のBMS16と同一のCPUで構成してもよい。マスタBMS17はVCU200で兼用してもよい。
1・・・負荷・回生機器
4・・・リレー
10・・・電池パック
13・・・電池モジュール(移動体搭載電池)
14,24,34・・・スイッチ
16,26,36・・・BMS(電池制御手段)
17・・・マスタBMS(電池制御手段)
120,125・・・車側プラグ(移動体側接続手段)
130,135・・・充電プラグ(充電器側接続手段)
200・・・VCU(移動体制御手段)
1000・・・車両(移動体)
1100・・・充電器
900・・・移動体側通信線
1900・・・充電器側通信線
1200・・・リレー
1400・・・通信部
1500・・・充電器C/U(充電器側制御手段)

Claims (4)

  1. 移動体と充電器とを有し、前記移動体は、鍵によって起動する移動体制御手段と、移動体搭載電池と、前記移動体制御手段の指示に基づいて前記移動体搭載電池を制御する電池制御手段と、前記移動体制御手段及び前記電池制御手段を結ぶ移動体側通信線と、当該移動体側通信線に設けられ、充電器と接続して電気を移動体搭載電池に供給する移動体側接続手段とを有し、
    前記充電器は、前記移動体側接続手段に接続可能な充電器側接続手段を含み、さらに、前記充電器側接続手段を介して前記移動体側通信線に接続される充電器側通信線と、両接続手段を接続した状態で充電器側通信線を監視し、前記移動体制御手段が起動しているか否かを判定する判定手段と、起動していないと判定された場合、前記電池制御手段に対し、充電動作を指示する指示手段を有し、
    前記判定手段で前記移動体制御手段が起動していないと判定した場合、前記充電器は、送信する際の通信IDを前記移動体制御手段が前記電池制御手段へ送信する際の通信IDに変更すると共に、前記充電器は、受信する際、前記電池制御手段が前記移動体制御手段へ送信する際の通信IDを監視することを特徴とする充電システム。
  2. 前記判定手段は、前記移動体制御手段が前記電池制御手段に信号を送信しているか否かで判定することを特徴とする請求項1に記載の充電システム。
  3. 前記判定手段で前記移動体制御手段が起動していると判定した場合は、前記充電器は前記移動体制御手段を介して前記電池制御手段に充電動作を指示することを特徴とする請求項1または2に記載の充電システム
  4. 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の充電システムに設けられる充電器であって、
    前記充電器側接続手段に前記移動体側接続手段が接続された状態で、前記移動体制御手段及び前記電池制御手段を結ぶ移動体側通信線に結合される前記充電器側通信線を有し、
    接続手段同士が接続された状態で前記充電器側通信線を監視し、前記移動体制御手段が起動しているか否かを判定する前記判定手段と、前記移動体制御手段が起動していないと判定された場合は、前記電池制御手段に対し、充電動作を指示する前記指示手段を有することを特徴とする充電器。
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