JP2011259658A - 車両用充電システムおよび電動車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】種々の外部電源に対応可能な車両用充電システムおよび電動車両を提供する。
【解決手段】アダプタ40は、アダプタ40に接続される外部電源50の種類(太陽電池や系統電源など)に応じて、車両10の充電ECU18へ送信されるパイロット信号の周波数を変更する。車両10の充電ECU18は、アダプタ40から受けるパイロット信号の周波数に基づいて外部電源50の種類を特定する。そして、充電ECU18は、その特定された外部電源50の種類に応じて充電器16を制御する。充電器16は、充電ECU18からの信号PWCに基づいて、外部電源50から供給される電力を電圧変換して蓄電装置12を充電する。
【選択図】図1
【解決手段】アダプタ40は、アダプタ40に接続される外部電源50の種類(太陽電池や系統電源など)に応じて、車両10の充電ECU18へ送信されるパイロット信号の周波数を変更する。車両10の充電ECU18は、アダプタ40から受けるパイロット信号の周波数に基づいて外部電源50の種類を特定する。そして、充電ECU18は、その特定された外部電源50の種類に応じて充電器16を制御する。充電器16は、充電ECU18からの信号PWCに基づいて、外部電源50から供給される電力を電圧変換して蓄電装置12を充電する。
【選択図】図1
Description
この発明は、車両用充電システムおよび電動車両に関し、特に、車両に搭載された蓄電装置を車両外部の外部電源から充電するための車両用充電システムおよびそれを適用した電動車両に関する。
特開平8−19193号公報(特許文献1)は、家庭用の簡易型太陽光発電システムを開示する。この太陽光発電システムは、家庭用パワーコンディショナと、バッテリ充電器とを備える。パワーコンディショナは、太陽電池モジュールからの直流発電電力を交流変換して家庭内負荷へ供給する。バッテリ充電器は、パワーコンディショナからの交流電力を直流電力に再変換してガソリン自動車もしくは電気自動車のバッテリへ供給し、または、バッテリに蓄えられた電力を交流変換して家庭内負荷へ供給する。
この太陽光発電システムによれば、太陽電池モジュールの発電電力をガソリン自動車や電気自動車のバッテリに貯蔵することができるとともに、その貯蔵された電力をバッテリ充電器により交流変換して家庭内負荷へ供給することができる(特許文献1参照)。
「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ(SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler)」、(アメリカ合衆国)、エスエーイー規格(SAE Standards)、エスエーイー インターナショナル(SAE International)、2001年11月
近年、環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両が注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える蓄電装置とを搭載する。ハイブリッド自動車は、一般的には、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した車両である。
このような車両において、車両に搭載された車両駆動用の蓄電装置を一般家庭の電源から充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置へ電力が供給される。このような、車両外部の外部電源から車両に搭載された蓄電装置を充電可能な車両は、「プラグイン車」とも称される。なお、プラグイン車の規格については、「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ」等によって制定されている(上記非特許文献1参照)。
プラグイン車の充電に利用可能な外部電源の一つとして、温室効果ガスを排出しない太陽電池が有望である。上記の特開平8−19193号公報に記載された太陽光発電システムは、外部電源として太陽電池モジュールを利用するものであり有用なものである。
しかしながら、太陽電池モジュールの発電電力は天候に左右されるので、太陽電池モジュールのみでは、車両に搭載された蓄電装置を十分に充電できない可能性があり、商用系統電源を含め、車両に搭載された蓄電装置を種々の外部電源から充電可能とすることが重要である。
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、種々の外部電源に対応可能な車両用充電システムおよび電動車両を提供することである。
この発明によれば、車両用充電システムは、車両に搭載された蓄電装置を車両外部の外部電源から充電するための車両用充電システムであって、充電器と、制御部と、特定部とを備える。充電器は、外部電源から供給される電力を電圧変換して蓄電装置を充電するように構成される。制御部は、充電器を制御する。特定部は、外部電源の種類を特定する。そして、制御部は、特定部により特定された外部電源の種類に応じて充電器を制御する。
好ましくは、車両用充電システムは、信号生成回路をさらに備える。信号生成回路は、外部電源から車両へ供給可能な電流の大きさに応じてパルス幅変調される制御信号(パイロット信号CPLT)を生成して車両へ送信する。さらに、信号生成回路は、外部電源の種類に応じて制御信号の周波数を変更する。そして、特定部は、信号生成回路から受ける制御信号の周波数に基づいて外部電源の種類を特定する。
好ましくは、外部電源は、複数の電源を含む。そして、車両用充電システムは、切替部と、選択部とをさらに備える。切替部は、複数の電源と充電器との間に設けられる。選択部は、複数の電源のいずれかを選択する。切替部は、選択部により選択された電源を充電器に電気的に接続するとともに非選択の電源を充電器から電気的に切離す。
さらに好ましくは、複数の電源は、系統電源と、車両外部に設置された発電装置とを含む。選択部は、発電装置の電圧が所定電圧よりも高いとき、発電装置を選択し、発電装置の電圧が所定電圧以下であり、かつ、系統電源の電圧が所定範囲内のとき、系統電源を選択する。
さらに好ましくは、発電装置は、太陽電池を含む。
また、この発明によれば、電動車両は、蓄電装置と、電動機と、充電器と、制御装置とを備える。電動機は、蓄電装置から電力を受けて走行駆動力を発生する。充電器は、車両外部の外部電源から供給される電力を電圧変換して蓄電装置を充電するように構成される。制御装置は、充電器を制御する。制御装置は、特定部と、充電制御部とを含む。特定部は、外部電源の種類を特定する。充電制御部は、外部電源から蓄電装置の充電実行時、特定部により特定された外部電源の種類に応じて充電器を制御する。
また、この発明によれば、電動車両は、蓄電装置と、電動機と、充電器と、制御装置とを備える。電動機は、蓄電装置から電力を受けて走行駆動力を発生する。充電器は、車両外部の外部電源から供給される電力を電圧変換して蓄電装置を充電するように構成される。制御装置は、充電器を制御する。制御装置は、特定部と、充電制御部とを含む。特定部は、外部電源の種類を特定する。充電制御部は、外部電源から蓄電装置の充電実行時、特定部により特定された外部電源の種類に応じて充電器を制御する。
好ましくは、外部電源から当該電動車両へ供給可能な電流の大きさに応じてパルス幅変調される制御信号(パイロット信号CPLT)を生成して当該電動車両へ送信する信号生成回路が当該電動車両の外部に設けられる。信号生成回路は、外部電源の種類に応じて制御信号の周波数を変更する。そして、特定部は、信号生成回路から受ける制御信号の周波数に基づいて外部電源の種類を特定する。
好ましくは、外部電源は、複数の電源を含む。複数の電源と充電器との間に設けられる切替部が当該電動車両の外部に設けられる。制御装置は、選択部をさらに含む。選択部は、複数の電源のいずれかを選択する。そして、切替部は、選択部により選択された電源を充電器に電気的に接続するとともに非選択の電源を充電器から電気的に切離す。
さらに好ましくは、複数の電源は、系統電源と、当該電動車両の外部に設置された発電装置とを含む。選択部は、発電装置の電圧が所定電圧よりも高いとき、発電装置を選択し、発電装置の電圧が所定電圧以下であり、かつ、系統電源の電圧が所定範囲内のとき、系統電源を選択する。
さらに好ましくは、発電装置は、太陽電池を含む。
この発明においては、特定部により外部電源の種類が特定され、その特定された外部電源の種類に応じて充電器が制御されるので、外部電源の種類毎に、充電回路を構成したり充電器を複数設けたりする必要がない。したがって、この発明によれば、種々の外部電源に対応可能な車両用充電システムを小型かつ安価に実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による車両用充電システムの全体構成を概略的に示すブロック図である。図1を参照して、車両用充電システム100は、車両10と、充電ケーブル30と、アダプタ40と、外部電源50とを備える。車両10は、蓄電装置12と、動力出力装置14と、充電器16と、充電ECU(Electronic Control Unit)18と、インレット20とを含む。
図1は、この発明の実施の形態1による車両用充電システムの全体構成を概略的に示すブロック図である。図1を参照して、車両用充電システム100は、車両10と、充電ケーブル30と、アダプタ40と、外部電源50とを備える。車両10は、蓄電装置12と、動力出力装置14と、充電器16と、充電ECU(Electronic Control Unit)18と、インレット20とを含む。
蓄電装置12は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池から成る。蓄電装置12は、充電器16から供給される電力を蓄えるほか、動力出力装置14によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置12は、その蓄えた電力を動力出力装置14へ供給する。なお、蓄電装置12として大容量のキャパシタも採用可能であり、外部電源50から供給される電力や動力出力装置14からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を動力出力装置14へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
動力出力装置14は、蓄電装置12に蓄えられる電力を用いて車両10の走行駆動力を発生する。特に図示しないが、動力出力装置14は、たとえば、蓄電装置12から出力される電力を受けるインバータ、インバータによって駆動されるモータ、モータから駆動力を受ける駆動輪等を含む。なお、動力出力装置14は、蓄電装置12を充電するための発電機と、その発電機を駆動可能なエンジンとを含んでもよい。
充電器16は、インレット20と蓄電装置12との間に設けられる。そして、充電器16は、充電ECU18から受ける信号PWCに基づいて、インレット20に電気的に接続される外部電源50から供給される電力を蓄電装置12の電圧レベルに変換し、その電圧変換された電力を蓄電装置12へ出力する。
充電ECU18は、外部電源50による蓄電装置12の充電時、充電器16を駆動するための信号PWCを生成し、その生成した信号PWCを充電器16へ出力する。ここで、充電ECU18は、充電ケーブル30および信号線SLを介してアダプタ40から受けるパイロット信号(後述)に基づいて外部電源50の種類を特定し、その特定された外部電源50の種類に応じて充電器16を制御する。
インレット20は、充電ケーブル30を車両10に接続するためのインターフェースである。インレット20に充電ケーブル30が接続されると、インレット20は、その旨を充電ECU18へ通知する。そして、充電ケーブル30が接続されているとき、インレット20は、充電ケーブル30から受ける電力を充電器16へ与える。また、インレット20は、充電ECU18に接続される信号線SLと充電ケーブル30との信号伝達を行なう。充電ケーブル30は、外部電源50から車両10へ電力を供給するための電力線である。また、充電ケーブル30は、充電ケーブル30に設けられるアダプタ40と車両10との間の通信媒体としても用いられる。
アダプタ40は、充電ケーブル30に設けられ、外部電源50と接続される。アダプタ40は、充電ケーブル30を介して車両10と所定の情報をやり取りするためのパイロット信号(後述)を生成する。具体的には、アダプタ40は、充電ケーブル30の定格電流値や、アダプタ40に接続された外部電源50の種別、車両10の状態等の情報をパイロット信号を用いて車両10と伝達可能である。また、アダプタ40は、充電ケーブル30内の電路を遮断可能なリレーを含み、パイロット信号を用いた車両10側からの指示に応じてリレーをオン/オフさせる。
なお、外部電源50とアダプタ40とは、分離可能に構成してもよいし、一体的に構成してもよい。また、アダプタ40と充電ケーブル30とについても、分離可能に構成してもよいし、一体的に構成してもよい。なお、アダプタ40の構成については、後ほど詳細に説明する。外部電源50は、車両10へ電力を供給する電源であり、商用系統電源や、太陽電池、風力発電装置等の種々の電源を適用可能である。
この車両用充電システム100においては、アダプタ40は、アダプタ40に接続された外部電源50の種類を識別可能な信号(パイロット信号)を生成し、その生成した信号を充電ケーブル30、インレット20および信号線SLを介して車両10の充電ECU18へ出力する。そして、充電ECU18は、アダプタ40から受ける信号に基づいて外部電源50の種類を特定し、その特定された外部電源50の種類に応じて充電器16を制御する。
図2は、外部電源50が太陽電池であるときの構成図である。図2を参照して、太陽電池50Aおよびアダプタ40Aは、それぞれ図1に示した外部電源50およびアダプタ40の一例であり、太陽電池50Aは、アダプタ40Aに接続される。太陽電池50Aは、太陽光を受けて直流電力を発生する。なお、太陽電池50Aの出力は、日射量に大きく依存する。
アダプタ40Aは、充電ケーブル30を介して車両10(図示せず)へ出力されるパイロット信号(後述)を用いて、外部電源50が太陽電池50Aであることを車両10へ通知する。充電ケーブル30の先端には、車両10のインレット20(図示せず)に充電ケーブル30を接続可能なコネクタ60が設けられる。
図3は、外部電源50が系統電源であるときの構成図である。図3を参照して、系統電源50Bおよびアダプタ40Bは、それぞれ図1に示した外部電源50およびアダプタ40の一例であり、系統電源50Bのコンセント64にアダプタ40Bのプラグ62が接続されることによって、系統電源50Bはアダプタ40Bに接続される。系統電源50Bは、商用交流電力を安定的に供給する。アダプタ40Bも、車両10(図示せず)へ出力されるパイロット信号を用いて、外部電源50が系統電源50Bであることを車両10へ通知する。
図4は、この車両用充電システム100における充電機構をより詳細に説明するための図である。図4を参照して、充電ケーブル30は、コネクタ60によって車両10のインレット20に接続される。コネクタ60には、リミットスイッチ112が設けられており、コネクタ60がインレット20に接続されると、リミットスイッチ112が作動する。そして、リミットスイッチ112の作動に伴ない信号レベルが変化するケーブル接続信号PISWが車両10の充電ECU18に入力される。
アダプタ40は、CCID(Charging Circuit Interrupt Device)リレー120と、コントロールパイロット回路122と、電源回路130とを含む。CCIDリレー120は、充電ケーブル30内の電力線対に設けられ、コントロールパイロット回路122によってオン/オフされる。電源回路130は、外部電源50から供給される電力をコントロールパイロット回路122の動作電力に変換してコントロールパイロット回路122へ出力する。
コントロールパイロット回路122は、パイロット信号CPLTを生成する。生成されたパイロット信号CPLTは、コネクタ60、インレット20およびコントロールパイロット線SL1を介して車両10の充電ECU18へ伝送される。このパイロット信号CPLTを用いて、外部電源50の種類、および充電ケーブル30の電流リミット値(充電ケーブル30の定格電流に相当する。)がアダプタ40から車両10へ通知され、また、車両10からCCIDリレー120が遠隔操作される。すなわち、車両10においてパイロット信号CPLTの電位が操作され、パイロット信号CPLTの電位変化に基づいてコントロールパイロット回路122はCCIDリレー120を制御する。
コントロールパイロット回路122は、発振器124と、抵抗素子R1と、電圧センサ126とを含む。発振器124は、電圧センサ126によって検出されるパイロット信号CPLTの電位が規定の電位V1(たとえば12V)近傍のときは、非発振の信号を出力する。また、発振器124は、パイロット信号CPLTの電位がV1から低下すると、外部電源50の種類に応じた周波数を有し、かつ、規定のデューティーを有する発振信号を出力する。
たとえば、外部電源50が太陽電池50Aのとき、アダプタ40の一例としてのアダプタ40Aの発振器124は、周波数f1の信号を発生する。外部電源50が系統電源50Bのときは、アダプタ40の一例としてのアダプタ40Bの発振器124は、周波数f2の信号を発生する。また、パイロット信号CPLTのデューティーは、充電ケーブル30が通電可能な電流リミット値に基づいて設定される。
図5は、パイロット信号CPLTの波形を示した図である。図5を参照して、パイロット信号CPLTは、外部電源50の種類に応じた周期Tで発振する。この周期T(周波数1/T)によって、外部電源50の種類が車両10の充電ECU18へ通知される。また、充電ケーブル30により外部電源50から車両10へ供給可能な電流(電流リミット)に基づいてパイロット信号CPLTのデューティーが設定される。このデューティーによって、充電ケーブル30の電流リミット値が車両10の充電ECU18へ通知される。
図6は、外部電源50の種類とパイロット信号CPLTの周波数との関係の一例を示した図である。図6を参照して、外部電源50が太陽電池50Aの場合、太陽電池50Aが接続されるアダプタ40A(図2)は、周波数f1(周期T1)のパイロット信号CPLTを発生する。また、外部電源50が系統電源50Bの場合、系統電源50Bが接続されるアダプタ40B(図3)は、周波数f2(周期T2)のパイロット信号CPLTを発生する。このパイロット信号CPLTの周波数(または周期)を車両10側で検知することにより、車両10において外部電源50の種類を特定することができる。
図7は、パイロット信号CPLTのデューティーと充電ケーブル30が通電可能な電流のリミットとの関係を示した図である。図7を参照して、充電ケーブル30の電流リミットに応じてパイロット信号CPLTのデューティーが異なる。このパイロット信号CPLTのデューティーを車両10側で検知することにより、車両10において充電ケーブル30の電流リミットを検知することができる。
再び図4を参照して、パイロット信号CPLTの電位が規定の電位V3(たとえば6V)近傍に低下すると、コントロールパイロット回路122は、CCIDリレー120をオンさせる。パイロット信号CPLTの電位は、車両10の充電ECU18において抵抗回路180(後述)の抵抗値を切替えることによって操作される。
車両10側において、インレット20と充電器16(図1)との間の電力線PLには、DFR(Dead Front Relay)150と、LCフィルタ160とが設けられる。DFR150は、インレット20と充電器16との電気的な接続/切離しを行なうためのリレーであり、充電ECU18からの制御信号によってオン/オフされる。LCフィルタ160は、DFR150とインレット20との間に設けられ、充電器16のスイッチング動作に応じて発生する高周波のノイズが充電ケーブル30へ出力されるのを防止する。
電圧センサ170は、外部電源50の電圧Vを検出し、その検出値を充電ECU18へ出力する。電流センサ172は、外部電源50から供給される電流Iを検出し、その検出値を充電ECU18へ出力する。
充電ECU18は、抵抗回路180と、入力バッファ182,184と、CPU(Control Processing Unit)186とを含む。抵抗回路180は、プルダウン抵抗R2,R3と、スイッチSW1,SW2とを含む。プルダウン抵抗R2およびスイッチSW1は、パイロット信号CPLTが通信されるコントロールパイロット線SL1と車両アース188との間に直列に接続される。プルダウン抵抗R3およびスイッチSW2も、コントロールパイロット線SL1と車両アース188との間に直列に接続される。そして、スイッチSW1,SW2は、CPU186からの制御信号に応じてオン/オフされる。
この抵抗回路180によってパイロット信号CPLTの電位が操作される。具体的には、コネクタ60がインレット20に接続されると、CPU186によりスイッチSW1がオンされ、抵抗回路180は、プルダウン抵抗R2によってパイロット信号CPLTの電位を規定の電位V2(たとえば9V)に低下させる。そして、車両10において充電準備が完了すると、CPU186によりスイッチSW2がオンされ、抵抗回路180は、プルダウン抵抗R2,R3によってパイロット信号CPLTの電位を規定の電位V3に低下させる。このように、抵抗回路180を用いてパイロット信号CPLTの電位を操作することにより、充電ECU18からアダプタ40のCCIDリレー120を遠隔操作することができる。
入力バッファ182は、コントロールパイロット線SL1のパイロット信号CPLTを受け、その受けたパイロット信号CPLTをCPU186へ出力する。入力バッファ184は、コネクタ60のリミットスイッチ112に接続される信号線SL2からケーブル接続信号PISWを受け、その受けたケーブル接続信号PISWをCPU186へ出力する。
なお、信号線SL2には充電ECU18から電圧が印加されており、コネクタ60がインレット20に接続されると、リミットスイッチ112がオンすることによって信号線SL2の電位は接地レベルとなる。すなわち、ケーブル接続信号PISWは、コネクタ60がインレット20に接続されているときL(論理ロー)レベルとなり、非接続時はH(論理ハイ)レベルとなる信号である。
CPU186は、ケーブル接続信号PISWに基づいて充電ケーブル30と車両10との接続を判定する。具体的には、CPU186は、入力バッファ184から受けるケーブル接続信号PISWに基づいてインレット20とコネクタ60との接続を検出する。CPU186は、ケーブル接続信号PISWに基づきインレット20とコネクタ60との接続が検出されると、スイッチSW1をオンする。これにより、パイロット信号CPLTの電位がV1から低下することによってパイロット信号CPLTが発振する。
パイロット信号CPLTが発振すると、CPU186は、パイロット信号CPLTの周波数に基づいて、外部電源50の種類を特定する。一例として上述したように、パイロット信号CPLTの周波数がf1のとき、外部電源50は太陽電池50Aであると特定され、パイロット信号CPLTの周波数がf2のとき、外部電源50は系統電源50Bであると特定される。また、CPU186は、パイロット信号CPLTのデューティーに基づいて、充電ケーブル30から供給される電流のリミットを検知する。
蓄電装置12の充電準備が完了すると、CPU186は、スイッチSW2をオンする。これにより、パイロット信号CPLTの電位がV3まで低下し、アダプタ40においてCCIDリレー120がオンされる。その後、CPU186は、DFR150をオンする。これにより、外部電源50からの電力が充電器16(図1)に与えられる。
そして、CPU186は、パイロット信号CPLTの周波数に基づいて特定された外部電源50の種類、パイロット信号CPLTのデューティーに基づいて検知された電流リミット値、ならびに電圧センサ170によって検出される電圧Vおよび電流センサ172によって検出される電流Iに基づいて、充電器16を制御するための信号PWCを生成する。
図8は、パイロット信号CPLTおよびスイッチSW1,SW2のタイミングチャートである。図8を参照して、時刻t1において、外部電源50からアダプタ40への電力供給が開始され、外部電源50から電力を受けてコントロールパイロット回路122がパイロット信号CPLTを発生する。
なお、この時点では、充電ケーブル30のコネクタ60は車両側のインレット20に接続されておらず、パイロット信号CPLTの電位はV1(たとえば12V)であり、パイロット信号CPLTは非発振状態である。
時刻t2において、コネクタ60がインレット20に接続されると、抵抗回路180のプルダウン抵抗R2によってパイロット信号CPLTの電位はV2(たとえば9V)に低下する。そうすると、時刻t3において、コントロールパイロット回路122はパイロット信号CPLTを発振させる。そして、充電制御の準備が完了すると、時刻t4において、CPU186によりスイッチSW2がオンされる。そうすると、抵抗回路180のプルダウン抵抗R3によってパイロット信号CPLTの電位はV3(たとえば6V)にさらに低下する。
そして、パイロット信号CPLTの電位がV3に低下すると、コントロールパイロット回路122によってアダプタ40のCCIDリレー120がオンされる。その後、車両10においてDFR150がオンされ、充電器16を用いて外部電源50から蓄電装置12の充電が実行される。
図9は、図4に示したCPU186の機能ブロック図である。図9を参照して、CPU186は、特定部202と、充電制御部204とを含む。特定部202は、パイロット信号CPLTを受ける。そして、特定部202は、パイロット信号CPLTの周波数に基づいて、外部電源50の種類を特定する。上述のように、特定部202は、たとえば、パイロット信号CPLTの周波数がf1のとき、外部電源50を太陽電池50Aであると特定し、パイロット信号CPLTの周波数がf2のとき、外部電源50を系統電源50Bであると特定する。
充電制御部204は、電圧センサ170から電圧Vの検出値を受け、電流センサ172から電流Iの検出値を受ける。また、充電制御部204は、パイロット信号CPLTのデューティーに基づいて電流リミット値を検知する。そして、充電制御部204は、充電電流が電流リミット値を超えない範囲で、電圧Vおよび電流Iの各検出値に基づいて、特定部202により特定された外部電源50の種類に応じて充電器16を制御するための信号PWCを生成する。すなわち、外部電源50が太陽電池50Aの場合には、充電器16に直流電力が供給されるところ、充電制御部204は、充電器16がDC/DCコンバータとして動作し、かつ、たとえば最大電力点追従制御(MPPT制御)を実行するように信号PWCを生成する。なお、最大電力点追従制御(MPPT制御)には、種々の公知の制御手法を採用可能である。また、外部電源50が系統電源50Bの場合には、充電器16に交流電力が供給されるところ、充電制御部204は、充電器16がAC/DCコンバータとして動作するように信号PWCを生成する。
図10は、充電器16の構成の一例を示す回路図である。図10を参照して、充電器16は、電圧変換回路310,320,340と、絶縁トランス330と、駆動装置350とを含む。
電圧変換回路310,320,340の各々は、単相ブリッジ回路から成る。電圧変換回路310は、駆動装置350からの駆動信号に基づいて、インレット20に与えられる電力を直流電力に変換して電圧変換回路320へ出力する。なお、インレット20に与えられる電力は、外部電源50が太陽電池50Aの場合には直流電力であり、外部電源50が系統電源50Bの場合には交流電力である。電圧変換回路320は、駆動装置350からの駆動信号に基づいて、電圧変換回路310から供給される直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス330へ出力する。
絶縁トランス330は、磁性材から成るコアと、コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルを含む。一次コイルおよび二次コイルは、電気的に絶縁されており、それぞれ電圧変換回路320,340に接続される。そして、絶縁トランス330は、電圧変換回路320から受ける高周波の交流電力を一次コイルおよび二次コイルの巻数比に応じた電圧レベルに変換して電圧変換回路340へ出力する。電圧変換回路340は、駆動装置350からの駆動信号に基づいて、絶縁トランス330から出力される交流電力を直流電力に変換して蓄電装置12へ出力する。
駆動装置350は、図示されない充電ECU18から受ける信号PWCに基づいて、電圧変換回路310,320,340を実際に駆動するための駆動信号を生成し、その生成された駆動信号を電圧変換回路310,320,340へ出力する。
図11は、外部電源50の種類に応じた充電制御の切替に関する充電ECU18の処理手順を説明するフローチャートである。図11を参照して、充電ECU18は、パイロット信号CPLTを受け、その受けたパイロット信号CPLTの周波数を検出する(ステップS10)。次いで、充電ECU18は、検出されたパイロット信号CPLTの周波数がf1であるか否かを判定する(ステップS20)。
パイロット信号CPLTの周波数がf1であると判定されると(ステップS20においてYES)、充電ECU18は、外部電源50を太陽電池50Aであると特定し、充電モードを太陽光充電モードに設定する(ステップS30)。これにより、太陽電池50Aに応じた充電制御(MPPT制御など)が実行される。
一方、ステップS20においてパイロット信号CPLTの周波数がf1でないと判定されると(ステップS20においてNO)、充電ECU18は、パイロット信号CPLTの周波数がf2であるか否かを判定する(ステップS40)。
パイロット信号CPLTの周波数がf2であると判定されると(ステップS40においてYES)、充電ECU18は、外部電源50を系統電源50Bであると特定し、充電モードを系統充電モードに設定する(ステップS50)。これにより、系統電源50Bに応じた充電制御(系統連系制御など)が実行される。
以上のように、この実施の形態1においては、外部電源50の種類が特定され、その特定された外部電源50の種類に応じて充電器16が制御されるので、外部電源50の種類毎に、充電回路を構成したり充電器を複数設けたりする必要がない。したがって、この実施の形態1によれば、種々の外部電源に対応可能な車両用充電システムを小型かつ安価に実現することができる。
また、この実施の形態1においては、充電ケーブル30の電流リミットを車両10へ通知するとともに車両10からCCIDリレー120を遠隔操作するためのパイロット信号CPLTを用いて、外部電源50の種別をアダプタ40から車両10へ通知するので、外部電源50の種別をアダプタ40から車両10へ通知するための信号線を別途設ける必要がない。したがって、この点においても、充電システムの簡素化かつ安価化が図られる。
[実施の形態2]
図12は、実施の形態2による車両用充電システムの全体構成を概略的に示すブロック図である。図12を参照して、この車両用充電システム100Aは、車両10Aと、充電ケーブル30と、アダプタ40Cと、外部電源50−1,50−2とを備える。車両10Aは、図1に示した実施の形態1における車両10の構成において、充電ECU18に代えて充電ECU18Aを含む。
図12は、実施の形態2による車両用充電システムの全体構成を概略的に示すブロック図である。図12を参照して、この車両用充電システム100Aは、車両10Aと、充電ケーブル30と、アダプタ40Cと、外部電源50−1,50−2とを備える。車両10Aは、図1に示した実施の形態1における車両10の構成において、充電ECU18に代えて充電ECU18Aを含む。
アダプタ40Cは、充電ケーブル30に設けられ、外部電源50−1,50−2と接続可能に構成される。そして、アダプタ40Cは、実施の形態1におけるアダプタ40と同等の機能を有するほか、外部電源50−1,50−2の接続状況、およびアダプタ40Cに接続されている外部電源の電圧情報をさらに車両10Aへ通知する。
また、アダプタ40Cは、外部電源50−1,50−2のいずれか一方を電気的に接続し、かつ、他方を電気的に切離す切替部を含み、車両10Aから受ける選択信号に基づいて外部電源50−1,50−2の電気的な接続/切離しを行なう。このアダプタ40Cの構成については、後ほど詳細に説明する。外部電源50−1,50−2は、車両10Aへ電力を供給可能な電源であり、商用系統電源や、太陽電池、風力発電装置等の種々の電源を適用可能である。
充電ECU18Aは、外部電源50−1または50−2による蓄電装置12の充電時、充電器16を駆動するための信号PWCを生成し、その生成した信号PWCを充電器16へ出力する。ここで、充電ECU18Aは、外部電源50−1,50−2の接続状況、およびアダプタ40Cに接続されている外部電源の電圧情報をアダプタ40Cから受け、それらの情報に基づいて、所定の条件に従って外部電源50−1,50−2の一方を選択する。そして、充電ECU18Aは、選択された外部電源を電気的に接続するための選択信号をアダプタ40Cへ出力するとともに、その選択された外部電源50に応じて充電器16を制御する。
この実施の形態2による車両用充電システム100Aにおいては、アダプタ40Cに複数の外部電源を接続可能である。アダプタ40Cは、外部電源の接続状況を通知可能な信号(パイロット信号)を生成し、その生成した信号を充電ケーブル30、インレット20および信号線SLを介して車両10Aの充電ECU18Aへ出力する。また、アダプタ40Cは、アダプタ40Cに接続されている外部電源の電圧を検出し、外部電源の電圧情報を充電ECU18Aへ出力する。充電ECU18Aは、アダプタ40Cから受ける信号および電圧情報に基づいて蓄電装置12の充電に最適な外部電源を選択し、アダプタ40Cへ通知する。アダプタ40Cは、充電ECU18Aから受ける選択信号に基づいて外部電源50−1,50−2の電気的な接続/切離しを行なう。そして、充電ECU18Aは、選択された外部電源に応じて充電器16を制御する。
図13は、アダプタ40Cに太陽電池および系統電源が外部電源として接続されているときの構成図である。図13を参照して、太陽電池50Aおよび系統電源50Bは、それぞれ図12に示した外部電源50−1,50−2の一例であり、ともにアダプタ40Cに接続される。
アダプタ40Cは、太陽電池50Aおよび系統電源50Bが接続されていることを車両10A(図示せず)へ通知する。また、アダプタ40Cは、太陽電池50Aおよび系統電源50Bの電圧情報を車両10Aへ通知する。さらに、アダプタ40Cは、車両10Aから受ける選択信号に基づいて、太陽電池50Aおよび系統電源50Bのいずれか一方を電気的に接続する。
図14は、図13に示したアダプタ40Cの構成を示した図である。図14を参照して、アダプタ40Cは、CCID420と、リレー430,432と、電圧センサ440,442と、インバータ450とを含む。なお、端子410に太陽電池50Aが接続され、端子412に系統電源50Bが接続される。
CCID420は、図4に示したCCIDリレー120、コントロールパイロット回路122および電源回路130を含む(図示せず)。なお、この実施の形態2では、CCID420は、電圧センサ440,442の検出値に基づいて太陽電池50Aおよび系統電源50Bの接続状況を検知し、その接続状況に応じてパイロット信号CPLTの周波数を変更する。また、CCID420は、電圧センサ440,442の検出値に基づいて、太陽電池50Aおよび系統電源50Bの電圧情報を車両10Aの充電ECU18Aへ出力する。なお、CCID420のその他の構成は、図4に示したアダプタ40と同じである。
リレー430は、端子410とCCID420との間に設けられ、インバータ450の出力に応じてオン/オフされる。リレー432は、端子412とCCID420との間に設けられ、車両10Aの充電ECU18Aから受ける選択信号SELECTに応じてオン/オフされる。インバータ450は、選択信号SELECTの反転信号を生成し、その生成した反転信号をリレー430へ出力する。すなわち、選択信号SELECTがLレベルのとき、リレー430,432はそれぞれオン,オフされ、選択信号SELECTがHレベルのとき、リレー430,432はそれぞれオフ,オンされる。
電圧センサ440は、端子410に接続される太陽電池50Aの電圧を検出し、その検出値をCCID420へ出力する。電圧センサ442は、端子412に接続される系統電源50Bの電圧を検出し、その検出値をCCID420へ出力する。なお、端子410に太陽電池50Aが接続されていないときは、電圧センサ440の検出値が0であるので、これによりアダプタ40Cに太陽電池50Aが接続されていないことを検知可能である。同様に、端子412に系統電源50Bが接続されていないときは、電圧センサ442の検出値が0であるので、これによりアダプタ40Cに系統電源50Bが接続されていないことを検知可能である。
図15は、外部電源の接続状況とパイロット信号CPLTの周波数との関係の一例を示した図である。図15を参照して、アダプタ40Cに太陽電池50Aのみが接続されているとき、CCID420は、周波数f1のパイロット信号CPLTを発生する。また、アダプタ40Cに系統電源50Bのみが接続されているときは、CCID420は、周波数f2のパイロット信号CPLTを発生する。さらに、太陽電池50Aおよび系統電源50Bの双方がアダプタ40Cに接続されているときは、CCID420は、所定の間隔で周波数f1,f2が交互に表われるパイロット信号CPLTを発生する。
図16は、この実施の形態2における充電ECU18Aに含まれるCPUの機能ブロック図である。図16を参照して、充電ECU18AのCPUは、特定部202Aと、充電制御部204Aと、選択部206とを含む。
特定部202Aは、パイロット信号CPLTの周波数に基づいて、外部電源50の種類を特定し、その結果を充電制御部204Aおよび選択部206へ出力する。具体的には、特定部202Aは、パイロット信号CPLTの周波数がf1のとき、外部電源を太陽電池50Aであると特定し、パイロット信号CPLTの周波数がf2のとき、外部電源を系統電源50Bであると特定する。パイロット信号CPLTの周波数がf1,f2で交互に表われるときは、特定部202Aは、太陽電池50Aおよび系統電源50Bの双方が外部電源としてアダプタ40Cに接続されているものと判定し、その旨を選択部206へ通知する。
選択部206は、外部電源が太陽電池50Aであると特定されたときは、アダプタ40Cへ出力される選択信号SELECTをLレベルとし、外部電源が系統電源50Bであると特定されたときは、選択信号SELECTをHレベルとする。太陽電池50Aおよび系統電源50Bの双方が外部電源としてアダプタ40Cに接続されているときは、選択部206は、後述の方法により、太陽電池50Aおよび系統電源50Bのいずれかを選択し、その結果に基づいて選択信号SELECTの論理レベルを決定する。
充電制御部204Aは、電圧Vおよび電流Iの各検出値に基づいて、選択部206から出力される選択信号SELECTによって示される外部電源に応じて充電器16を制御するための信号PWCを生成する。
図17は、外部電源の選択に関する充電ECU18Aの処理手順を説明するフローチャートである。図17を参照して、充電ECU18Aは、パイロット信号CPLTを受け、その受けたパイロット信号CPLTの周波数を検出する(ステップS110)。次いで、充電ECU18Aは、その検出されたパイロット信号CPLTの周波数に基づいて、外部電源が複数か否かを判定する(ステップS120)。具体的には、パイロット信号CPLTの周波数が所定の間隔で切替わるとき、アダプタ40Cに太陽電池50Aおよび系統電源50Bの双方が接続されているものと判定される。
ステップS120において、外部電源は複数であると判定されると(ステップS120においてYES)、充電ECU18Aは、太陽電池50Aの電圧V_pv(平均値)が動作電圧下限値Vaよりも高いか否かを判定する(ステップS130)。なお、太陽電池50Aの電圧V_pv(平均値)は、アダプタ40Cからの電圧情報に含まれる。
ステップS130において電圧V_pvが動作電圧下限値Vaよりも高いと判定されると(ステップS130においてYES)、充電ECU18Aは、充電モードを太陽光充電モードに設定し(ステップS140)、アダプタ40Cへ出力される選択信号SELECTをLレベルに設定する(ステップS150)。
ステップS130において電圧V_pvが動作電圧下限値Va以下であると判定されると(ステップS130においてNO)、充電ECU18Aは、系統電源50Bの電圧V_ac(実効値)が動作電圧下限値Vbよりも高く、かつ、動作電圧上限値Vcよりも低いか否かを判定する(ステップS160)。なお、系統電源50Bの電圧V_ac(実効値)は、アダプタ40Cからの電圧情報に含まれる。
そして、電圧V_acが動作電圧下限値Vbよりも高く、かつ、動作電圧上限値Vcよりも低いと判定されると(ステップS160においてYES)、充電ECU18Aは、充電モードを系統充電モードに設定し(ステップS170)、選択信号SELECTをHレベルに設定する(ステップS180)。なお、ステップS160において、電圧V_acが動作電圧下限値Vb以下または動作電圧上限値Vc以上であると判定されると(ステップS160においてNO)、充電ECU18Aは、充電器16による蓄電装置12の充電を停止する(ステップS190)。
一方、ステップS120において、外部電源は複数でないと判定されると(ステップS120においてNO)、充電ECU18Aは、パイロット信号CPLTの周波数がf1か否かを判定する(ステップS200)。そして、パイロット信号CPLTの周波数がf1であると判定されると(ステップS200においてYES)、充電ECU18Aは、充電モードを太陽光充電モードに設定し(ステップS210)、選択信号SELECTをLレベルに設定する(ステップS220)。
一方、ステップS200において、パイロット信号CPLTの周波数がf1でないと判定されると(ステップS200においてNO)、充電ECU18Aは、充電モードを系統充電モードに設定し(ステップS230)、選択信号SELECTをHレベルに設定する(ステップS240)。
なお、上記においては、外部電源の電圧に基づいて、充電に用いる外部電源を選択するものとしたが、たとえば、発電時の二酸化炭素発生量などの環境指標に基づいて外部電源を選択してもよい。
また、上記においては、車両10A側で外部電源を選択し、その選択結果をアダプタ40Cへ通知するものとしたが、外部電源の選択機能をアダプタ40Cに設け、外部電源の選択結果をアダプタ40Cから車両10Aへ通知するようにしてもよい。
以上のように、この実施の形態2においては、複数の外部電源から1つが選択され、その選択された外部電源に応じて充電器16が制御されるので、複数の外部電源毎に充電回路を構成したり充電器を設けたりする必要がない。したがって、この実施の形態2によっても、複数の外部電源に対応可能な車両用充電システムを小型かつ安価に実現することができる。
なお、上記の各実施の形態においては、外部電源の一例として太陽電池および系統電源について説明したが、外部電源はこれらに限られるものではなく、外部電源として風力発電装置や直流系統電源等を用いてもよい。
また、上記においては、アダプタ40,40A〜40Cは、充電ケーブル30に設けられるものとしたが、アダプタ40,40A〜40Cと充電ケーブル30とは、必ずしも一体的である必要はない。
また、上記の実施の形態1においては、パイロット信号CPLTを用いて外部電源50の種別をアダプタ40から車両10へ通知し、実施の形態2においては、パイロット信号CPLTを用いて外部電源50−1,50−2の接続状況をアダプタ40Cから車両10Aへ通知するものとしたが、パイロット信号CPLTを用いることなく別途信号線を設けて通知してもよいし、パイロット信号CPLTに代えて電力線通信(PLC)を用いてもよい。
なお、上記において、コントロールパイロット回路122は、この発明における「信号生成回路」の一実施例に対応し、リレー430,432は、この発明における「切替部」の一実施例を形成する。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10,10A 車両、12 蓄電装置、14 動力出力装置、16 充電器、18,18A 充電ECU、20 インレット、30 充電ケーブル、40,40A〜40C アダプタ、50,50−1,50−2 外部電源、50A 太陽電池、50B 系統電源、60 コネクタ、62 プラグ、64 コンセント、100,100A 車両用充電システム、112 リミットスイッチ、120 CCIDリレー、122 コントロールパイロット回路、124 発振器、126,170,440,442 電圧センサ、130 電源回路、150 DFR、160 LCフィルタ、172 電流センサ、180 抵抗回路、182,184 入力バッファ、186 CPU、188 車両アース、202,202A 特定部、204,204A 充電制御部、206 選択部、310,320,340 電圧変換回路、330 絶縁トランス、350 駆動装置、410,412 端子、420 CCID、430,432 リレー、450 インバータ、PL 電力線、SL1 コントロールパイロット線、SL2 信号線、R1 抵抗素子、R2,R3 プルダウン抵抗、SW1,SW2 スイッチ。
Claims (10)
- 車両に搭載された蓄電装置を車両外部の外部電源から充電するための車両用充電システムであって、
前記外部電源から供給される電力を電圧変換して前記蓄電装置を充電するように構成された充電器と、
前記充電器を制御するための制御部と、
前記外部電源の種類を特定するための特定部とを備え、
前記制御部は、前記特定部により特定された前記外部電源の種類に応じて前記充電器を制御する、車両用充電システム。 - 前記外部電源から前記車両へ供給可能な電流の大きさに応じてパルス幅変調される制御信号を生成して前記車両へ送信する信号生成回路をさらに備え、
前記信号生成回路は、前記外部電源の種類に応じて前記制御信号の周波数を変更し、
前記特定部は、前記信号生成回路から受ける前記制御信号の周波数に基づいて前記外部電源の種類を特定する、請求項1に記載の車両用充電システム。 - 前記外部電源は、複数の電源を含み、
当該車両用充電システムは、
前記複数の電源と前記充電器との間に設けられる切替部と、
前記複数の電源のいずれかを選択する選択部とをさらに備え、
前記切替部は、前記選択部により選択された電源を前記充電器に電気的に接続するとともに非選択の電源を前記充電器から電気的に切離す、請求項1に記載の車両用充電システム。 - 前記複数の電源は、
系統電源と、
車両外部に設置された発電装置とを含み、
前記選択部は、
前記発電装置の電圧が所定電圧よりも高いとき、前記発電装置を選択し、
前記発電装置の電圧が前記所定電圧以下であり、かつ、前記系統電源の電圧が所定範囲内のとき、前記系統電源を選択する、請求項3に記載の車両用充電システム。 - 前記発電装置は、太陽電池を含む、請求項4に記載の車両用充電システム。
- 蓄電装置と、
前記蓄電装置から電力を受けて走行駆動力を発生する電動機と、
車両外部の外部電源から供給される電力を電圧変換して前記蓄電装置を充電するように構成された充電器と、
前記充電器を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記外部電源の種類を特定するための特定部と、
前記外部電源から前記蓄電装置の充電実行時、前記特定部により特定された前記外部電源の種類に応じて前記充電器を制御する充電制御部とを含む、電動車両。 - 前記外部電源から当該電動車両へ供給可能な電流の大きさに応じてパルス幅変調される制御信号を生成して当該電動車両へ送信する信号生成回路が当該電動車両の外部に設けられ、
前記信号生成回路は、前記外部電源の種類に応じて前記制御信号の周波数を変更し、
前記特定部は、前記信号生成回路から受ける前記制御信号の周波数に基づいて前記外部電源の種類を特定する、請求項6に記載の電動車両。 - 前記外部電源は、複数の電源を含み、
前記複数の電源と前記充電器との間に設けられる切替部が当該電動車両の外部に設けられ、
前記制御装置は、前記複数の電源のいずれかを選択する選択部をさらに含み、
前記切替部は、前記選択部により選択された電源を前記充電器に電気的に接続するとともに非選択の電源を前記充電器から電気的に切離す、請求項6に記載の電動車両。 - 前記複数の電源は、
系統電源と、
当該電動車両の外部に設置された発電装置とを含み、
前記選択部は、
前記発電装置の電圧が所定電圧よりも高いとき、前記発電装置を選択し、
前記発電装置の電圧が前記所定電圧以下であり、かつ、前記系統電源の電圧が所定範囲内のとき、前記系統電源を選択する、請求項8に記載の電動車両。 - 前記発電装置は、太陽電池を含む、請求項9に記載の電動車両。
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