JP2015096018A - 充放電システムおよびそれに用いられる車両 - Google Patents

Abstract

【課題】故障時に蓄電装置の電圧が露出するのを防止できる充放電システムを提供する。【解決手段】この充放電システムは、車両１０２とケーブル２１と充放電装置１１を備える。車両１０２は、一方端子が蓄電装置１１０に接続され、他方端子がインレット７０２に接続されたヒューズＦ３を含む。ケーブル２１は、一方端子がコネクタＣＮ１を介してインレット７０２に接続され、他方端子が電力線ＰＬ１１を介して充放電装置１１に接続されたヒューズＦ１を含む。ヒューズＦ３の定格電流はヒューズＦ１の定格電流よりも小さい。蓄電装置１１０の放電時に電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１が短絡した場合、ヒューズＦ３が先に溶断し、ＤＣインレット７０２と蓄電装置１１０の間を電気的に遮断できる。【選択図】図３

Description

この発明は充放電システムに関し、特に、蓄電装置を搭載した車両と蓄電装置の充電および放電を行なう充放電装置とを備えた充放電システムと、それに用いられる車両に関する。

近年、商用交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を電気自動車のような車両の蓄電装置に供給する充電装置が開発されている。また、特許文献１には、車両の蓄電装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する放電装置が開示されている。

特開２０１２−７０５７７号公報

しかし、充電装置と放電装置を別々に設けると効率が悪いので、車両の蓄電装置の充電と放電の両方を行なうことが可能な充放電装置の開発が望まれる。この充放電装置を使用する場合、従来と同様のケーブルを使用するものとする。このケーブルは、車両のインレットに接続されるコネクタと、ヒューズと、電力線を含む。また、車両には、インレットと蓄電装置の間にリレーとヒューズが設けられる（図２（ａ）参照）。

そのような充放電装置と車両のインレットをケーブルで接続して蓄電装置を放電させている場合において、電力線で短絡が発生して蓄電装置から電力線の短絡部に過電流が流れることが想定される。さらに、車両のヒューズが溶断せずに、リレーがオン固着し、ケーブルのヒューズが溶断した場合は、車両のインレットに蓄電装置の電圧が印加されたままになる恐れがある（図２（ｂ）参照）。

それゆえに、この発明の主たる目的は、故障時に蓄電装置の電圧が露出することを防止することが可能な充放電システムおよびそれに用いられる車両を提供することである。

この発明に係る充放電システムは、車両とケーブルと充放電装置を備えたものである。車両は、直流電力を蓄える蓄電装置と、一方端子が蓄電装置に接続された第１のヒューズと、第１のヒューズの他方端子に接続されるインレットとを含む。ケーブルは、インレットに接続されるコネクタと、一方端子がコネクタに接続された第２のヒューズと、第２のヒューズの他方端子と充放電装置との間に接続される電力線とを含む。充放電装置は、充電モード時は、商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をケーブルを介して蓄電装置に供給し、放電モード時は、蓄電装置からケーブルを介して供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する。放電モード時に電力線で短絡が発生した場合には、第１のヒューズが第２のヒューズよりも先に溶断するように構成されている。

したがって、本願発明によれば、蓄電装置の放電中に電力線で短絡が発生して蓄電装置から電力線の短絡部に過電流が流れた場合は、第１のヒューズが第２のヒューズよりも先に溶断し、車両のインレットと蓄電装置との間が電気的に遮断される。したがって、故障時に蓄電装置の電圧が露出することを防止することができる。

好ましくは、第１のヒューズの定格電流は第２のヒューズの定格電流よりも小さい。この場合は、第１のヒューズが第２のヒューズよりも先に溶断する。

好ましくは、車両は、さらに、第１のヒューズの他方端子とインレットとの間に接続され、充電モード時および放電モード時に導通状態にされるリレーを含む。この場合は、リレーを設けたので、充電モード時および放電モード時以外のときにインレットと蓄電装置の間を遮断することができる。

好ましくは、車両は、さらに、リレーを制御する制御装置を含む。制御装置と充放電装置は通信線によって結合される。充放電装置は、蓄電装置の放電を開始する前に、第２のヒューズの仕様を通信線を介して制御装置に送信する。制御装置は、予め記憶した第１のヒューズの仕様と充放電装置から送信された第２のヒューズの仕様とに基づいて、第１のヒューズは第２のヒューズよりも溶断し易いか否かを判定し、第１のヒューズは第２のヒューズよりも溶断し易いと判定した場合はリレーを導通させ、第１のヒューズは第２のヒューズよりも溶断し難いと判定した場合はリレーを導通させない。この場合は、第１のヒューズが第２のヒューズよりも溶断し難い場合はリレーを導通させないので、故障時に蓄電装置の電圧が露出することを防止することができる。

また、この発明に係る車両は、直流電力を蓄える蓄電装置と、一方端子が蓄電装置に接続された第１のヒューズと、一方端子が第１のヒューズの他方端子に接続されたリレーと、リレーの他方端子に接続されたインレットと、リレーを制御する制御装置とを備えたものである。インレットは、蓄電装置を充電する充電モード時と蓄電装置を放電させる放電モード時にはケーブルを介して充放電装置に接続される。制御装置は、放電モード時には、予め記憶した第１のヒューズの仕様と、蓄電装置の放電を開始する前に充放電装置から送信されたケーブルに含まれる第２のヒューズの仕様とに基づいて、第１のヒューズは第２のヒューズよりも溶断し易いか否かを判定し、第１のヒューズは第２のヒューズよりも溶断し易いと判定した場合はリレーを導通させるとともに蓄電装置の放電を許可する信号を充放電装置に送信し、第１のヒューズは第２のヒューズよりも溶断し難いと判定した場合はリレーを非導通にするとともに蓄電装置の放電を禁止する信号を充放電装置に送信する。この場合は、第１のヒューズが第２のヒューズよりも溶断し難い場合はリレーを導通させないので、故障時に蓄電装置の電圧が露出することを防止することができる。

以上のように、本願発明によれば、故障時に蓄電装置の電圧が露出することを防止することができる。

本発明の基礎となる充電システムの要部を示す回路ブロック図である。 図１に示した充電システムを利用した充放電システムの要部を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態１による充放電システムの要部を示す回路ブロック図である。 図３に示した車両の構成を示す回路ブロック図である。 図４に示した車両に接続される交流充電ケーブルの構成を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態２による充放電システムの要部を示す回路ブロック図である。 図６に示した車両の構成を示す回路ブロック図である。

図１（ａ）は、本発明の基礎となる充電システムの要部を示す回路ブロック図である。図１（ａ）において、この充電システムは、充電装置１０、ケーブル２０、および車両１００を備える。ケーブル２０は、正電力線ＰＬ１１、負電力線ＮＬ１１、ヒューズＦ１、ダイオードＤ１、およびコネクタＣＮ１を含む。

正電力線ＰＬ１１の一方端は、充電装置１０の正電圧端子１０ａに接続される。ヒューズＦ１の一方端子は、正電力線ＰＬ１１の他方端に接続される。ヒューズＦ１は、所定の定格電流を越える値の電流が流れた場合に溶断してケーブル２０などを保護する。ダイオードＤ１は、コネクタＣＮ１内に収容され、そのアノードはヒューズＦ１の他方端子に接続され、そのカソードはコネクタＣＮ１の正電圧端子に接続される。ダイオードＤ１は、車両１００から充電装置１０に直流電流が逆流することを防止する。負電力線ＮＬ１１は、充電装置１０の負電圧端子１０ｂとコネクタＣＮ１の負電圧端子との間に接続される。

また、車両１００は、ＤＣインレット７０２、ＤＣリレー７０７、ヒューズＦ２、および蓄電装置１１０を備える。ＤＣリレー７０７は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を含む。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、蓄電装置１１０を充電する充電モード時に導通状態にされる。ＤＣインレット７０２の正電圧端子は、スイッチＳＷ１およびヒューズＦ２を介して蓄電装置１１０の正極に接続される。ヒューズＦ２は、所定の定格電流を越える値の電流が流れた場合に溶断して蓄電装置１１０などを保護する。ヒューズＦ２の定格電流は、ヒューズＦ１の定格電流と同じである。ＤＣインレット７０２の負電圧端子は、スイッチＳＷ２を介して蓄電装置１１０の負極に接続される。

コネクタＣＮ１をＤＣインレット７０２に嵌め込むと、コネクタＣＮ１の正電圧端子および負電圧端子とＤＣインレット７０２の正電圧端子および負電圧端子とがそれぞれ接続される。充電の開始が指令されると、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が導通状態にされる。また、充電装置１０は、ＡＣ／ＤＣ変換器を含み、商用交流電源１からの交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をケーブル２０を介して車両１００内の蓄電装置１１０に供給する。これにより、蓄電装置１１０に直流電力が蓄えられる。

蓄電装置１１０の充電が終了すると、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が非導通状態にされる。コネクタＣＮ１は、ユーザによってＤＣインレット７０２から引き抜かれる。車両１００は、蓄電装置１１０の直流電力などによって駆動される。

また、図１（ｂ）に示すように、充電中にケーブル２０が破損したり、切断されたりして電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１間が短絡した場合は、充電装置１０内の保護回路によって充電装置１０の出力端子１０ａ，１０ｂがフローティング状態にされる。また、ダイオードＤ１が逆バイアス状態になって非導通になるので、蓄電装置１１０から短絡部ＳＰに電流が逆流することはない。ユーザによってＤＣリレー７０７が非導通にされると、ＤＣインレット７０２と蓄電装置１１０の間が電気的に遮断され、コネクタＣＮ１を安全に取り外すことが可能となる。

ところで、上記特許文献１には、車両の蓄電装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する放電装置が開示されている。充電装置と放電装置を別々に設けると効率が悪いので、車両１００の蓄電装置１１０の充電と放電の両方を行なうことが可能な充放電装置の開発が望まれる。

図２（ａ）は、図１（ａ）で示した充電システムを利用した充放電システムの要部を示す回路ブロック図であって、図１（ａ）と対比される図である。図２（ａ）を参照して、この充放電システムが図１（ａ）の充電システムと異なる点は、充電装置１０が充放電装置１１で置換され、ケーブル２０がケーブル２１で置換されている点である。ケーブル２１は、ケーブル２０から逆流防止用のダイオードＤ１を除去したものである。電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１の一方端は、それぞれ充放電装置１１の正電圧端子１１ａおよび負電圧端子１１ｂに接続される。

充放電装置１１は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器を含み、交流端子１１ｃ，１１ｄは家庭のコンセント２に接続される。コンセント２は、商用交流電源１から交流電力を受けるとともに、プラグ(図示せず)を介して家庭の電気機器に接続される。充電または放電の開始が指令されると、車両１００においてＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が導通状態にされる。

また、充放電装置１１は、充電モード時は、充電装置１０と同様に、コンセント２が接続された商用交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をケーブル２１を介して車両１００内の蓄電装置１１０に供給する。また、充放電装置１１は、放電モード時は、蓄電装置１１０からケーブル２１を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をコンセント２に接続された商用交流電源１および家庭の電気機器（負荷）に供給する。商用交流電源１に供給された交流電力は、たとえば他の家庭の電気機器（負荷）で使用される。

このような充放電システムによれば、電力需要の少ない時間帯に蓄電装置１１０を充電し、電力需要の多い時間帯に蓄電装置１１０を放電させることにより、電力需要のピークを低減させることができる。また、電力需要の少ない時間帯では電気料金が安いので、家庭の電気料金を節約することができる。また、停電などの非常時に、家庭の電気機器を使用することができる。

しかし、図２（ｂ）に示すように、放電モード時にケーブル２１が破損したり、切断されたりして電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１間が短絡した場合は、蓄電装置１１０の正極からヒューズＦ２、スイッチＳＷ１、ヒューズＦ１、短絡部ＳＰ、およびスイッチＳＷ２を介して蓄電装置１１０の負極に大電流が流れる。

ＤＣリレー７０７に大電流が流れると、電気的反発（電磁反発）を起こし、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が開こうとする。その際にアーク放電が発生し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の各々が溶着して導通状態に固定される。すなわち、ＤＣリレー７０７がオン固着されて導通状態に固定される。さらに、ヒューズＦ１がヒューズＦ２よりも先に溶断した場合、短絡電流は遮断されるが、ＤＣインレット７０２の端子間に蓄電装置１１０の端子間電圧が印加されたままになる。

この状態でユーザがコネクタＣＮ１をＤＣインレット７０２から抜き取ると、蓄電装置１１０の電圧が印加されたＤＣインレット７０２の端子が露出してしまう。本願発明は、この問題を解決するものである。

[実施の形態１]
図３（ａ）は、本発明の実施の形態１による充放電システムの要部を示す回路ブロック図であって、図２（ａ）と対比される図である。図３（ａ）を参照して、この充放電システムが図２（ａ）の充放電システムと異なる点は、車両１００が車両１０２と置換されている点である。車両１０２は、車両１００のヒューズＦ２をヒューズＦ３で置換したものである。ヒューズＦ３の定格電流は、ヒューズＦ１の定格電流よりも小さい。したがって、ヒューズＦ３は、ヒューズＦ１よりも溶断し易くなっている。

放電モード時にケーブル２１が破損したり、切断されたりして電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１間が短絡した場合は、図３（ｂ）に示すように、蓄電装置１１０の正極からヒューズＦ３、スイッチＳＷ１、ヒューズＦ１、短絡部ＳＰ、およびスイッチＳＷ２を介して蓄電装置１１０の負極に大電流が流れる。

このとき、ヒューズＦ３がヒューズＦ１よりも先に溶断し、短絡電流が流れる経路が遮断される。したがって、ＤＣリレー７０７がオン固着した場合でも、ＤＣインレット７０２の正側端子と蓄電装置１１０の正電圧端子との間が電気的に遮断され、蓄電装置１１０の電圧が印加されたＤＣインレット７０２の端子が露出することはない。よって、ユーザは、コネクタＣＮ１をＤＣインレット７０２から安全に抜き取ることができる。他の構成および動作は、図２（ａ）（ｂ）で示した充放電システムと同じであるので、その説明は繰り返さない。

図４は、図３（ａ）（ｂ）に示した車両１０２の構成を詳細に示す回路ブロック図である。図４において、車両１０２は、ハイブリッド車両であって、蓄電装置１１０と、ヒューズＦ３と、システムメインリレー（System Main Relay：ＳＭＲ）１１５と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０，１３５と、動力伝達ギヤ１４０と、駆動輪１５０と、エンジン１６０と、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit)３００とを備える。ＰＣＵ１２０は、コンバータ１２１と、インバータ１２２，１２３と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。

蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置１１０は、ヒューズＦ３と、ＳＭＲ１１５と、正電力線ＰＬ１および負電力線ＮＬ１とを介してＰＣＵ１２０に接続される。そして、蓄電装置１１０は、車両１０２の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０，１３５で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。

蓄電装置１１０は、いずれも図示しないが電圧センサおよび電流センサを含み、これらのセンサによって検出された、蓄電装置１１０の電圧ＶＢおよび電流ＩＢをＥＣＵ３００へ出力する。

ＳＭＲ１１５に含まれる２つのスイッチのうちの正電圧側のスイッチの一方端子は、ヒューズＦ３を介して蓄電装置１１０の正極に接続され、その他方端子は正電力線ＰＬ１を介してコンバータ１２１に接続される。ＳＭＲ１１５に含まれる２つのスイッチのうちの負電圧側のスイッチの一方端子は、蓄電装置１１０の負極に接続され、その他方端子は負電力線ＮＬ１を介してコンバータ１２１に接続される。

そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。ヒューズＦ３は、過電流が流れたときに溶断し、過電流から蓄電装置１１０などを保護する。

コンバータ１２１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて、正電力線ＰＬ１および負電力線ＮＬ１と正電力線ＰＬ２および負電力線ＮＬ１との間で電圧変換を行なう。

インバータ１２２，１２３は、正電力線ＰＬ２および負電力線ＮＬ１に並列に接続される。インバータ１２２，１２３は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２にそれぞれ基づいて、コンバータ１２１から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ１３０，１３５をそれぞれ駆動する。

コンデンサＣ１は、正電力線ＰＬ１および負電力線ＮＬ１の間に設けられ、正電力線ＰＬ１および負電力線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサＣ２は、正電力線ＰＬ２および負電力線ＮＬ１の間に設けられ、正電力線ＰＬ２および負電力線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。

モータジェネレータ１３０，１３５は交流回転電動機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１３０，１３５の出力トルクは、減速機や動力分割機構を含んで構成される動力伝達ギヤ１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１０２を走行させる。モータジェネレータ１３０，１３５は、車両１０２の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。

また、モータジェネレータ１３０，１３５は動力伝達ギヤ１４０を介してエンジン１６０とも結合される。そして、ＥＣＵ３００により、モータジェネレータ１３０，１３５およびエンジン１６０が協調的に動作されて必要な車両駆動力が発生される。さらに、モータジェネレータ１３０，１３５は、エンジン１６０の回転により発電が可能であり、この
発電電力を用いて蓄電装置１１０を充電することができる。なお、本実施の形態においては、モータジェネレータ１３５は専ら駆動輪１５０を駆動するための電動機として用いられ、モータジェネレータ１３０は専らエンジン１６０により駆動される発電機として用いられる。

なお、図４においては、モータジェネレータが２つ設けられる構成が例として示されるが、モータジェネレータの数はこれに限定されず、モータジェネレータが１つの場合、あるいは２つより多くのモータジェネレータを設ける構成としてもよい。また、車両１０２は、エンジンを搭載しない電気自動車であってもよく、燃料電池車であってもよい。

車両１０２は、充放電装置１１によって蓄電装置１１０を充放電するための構成として、ＤＣインレット７０２、ＤＣリレー７０７、およびヒューズＦ３を含む。これらの構成および動作については、図１〜図３を用いて説明したので、その説明は繰り返さない。

また、車両１０２は、外部交流電源５００からの電力によって蓄電装置１１０を充電するための構成として、充電器２００と、充電リレーＣＨＲ２１０と、交流接続部であるＡＣインレット２２０とを含む。

交流充放電時は図５に示すように、ＡＣインレット２２０に、充電ケーブル４００の充電コネクタ４１０が接続される。そして、外部交流電源５００からの電力が、充電ケーブル４００を介して車両１０２に伝達される。

充電ケーブル４００は、充電コネクタ４１０に加えて、外部交流電源５００のコンセント５１０に接続するためのプラグ４２０と、充電コネクタ４１０およびプラグ４２０とを接続する電力線４４０とを含む。電力線４４０には、外部交流電源５００からの電力の供給および遮断を切換えるための充電回路遮断装置（以下、ＣＣＩＤ（Charging Circuit Interrupt Device）とも称する。）４３０が介挿される。

充電器２００は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して、ＡＣインレット２２０に接続される。また、充電器２００は、ＣＨＲ２１０およびヒューズＦ３を介して、蓄電装置１１０に接続される。

充電器２００は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤによって制御され、ＡＣインレット２２０から供給される交流電力を、蓄電装置１１０の充電電力に変換する。

車両１０２は、外部に電力を供給するための構成として、ＡＣ１００Ｖインバータ２０１と、放電リレーＤＣＨＲ２１１とをさらに含む。なお、ＡＣインレット２２０は、交流電力を出力する接続部としても共用される。

ＡＣ１００Ｖインバータ２０１は、ヒューズＦ３を介して蓄電装置１１０に接続されるとともに、ＳＭＲ１１５を介してＰＣＵ１２０に接続される。ＡＣ１００Ｖインバータ２０１は、蓄電装置１１０からの直流電力またはモータジェネレータ１３０，１３５により発電されてＰＣＵ１２０で変換された直流電力を交流電力に変換して、車両外部へ給電することも可能である。なお、ＡＣ１００Ｖインバータ２０１に代えて、他の交流電圧または直流電圧を出力する装置を設けてもよい。また、充電器２００とＡＣ１００Ｖインバータ２０１とは、充電および給電の双方向の電力変換が可能な１つの装置であってもよい。

ＣＨＲ２１０は、ヒューズＦ３を介して蓄電装置１１０に接続されるとともに、充電器２００に接続される。ＣＨＲ２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２によって制御され、充電器２００と蓄電装置１１０との間の電力の供給と遮断とを切換える。ＤＣＨＲ２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ３によって制御され、ＡＣインレット２２０とＡＣ１００Ｖインバータ２０１との間の電力経路の接続と遮断とを切換える。なお、図４に示す充電時には、ＣＨＲ２１０は接続状態に制御され、ＤＣＨＲ２１１は遮断状態に制御される。

ＥＣＵ３００は、エアコンなどの初期設定を記憶しておくための不揮発性メモリ３７０を含む。いずれも図４には図示しないが、ＥＣＵ３００は、さらに、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、蓄電装置１１０および車両１０２の各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０からの電圧ＶＢおよび電流ＩＢの検出値に基づいて、蓄電装置１１０の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）を演算する。

ＥＣＵ３００は、充電ケーブル４００の接続状態を示すプロキシメトリディテクション信号ＰＩＳＷ（以下、ディテクション信号ＰＩＳＷと称する）を充電コネクタ４１０から受ける。また、ＥＣＵ３００は、充電ケーブル４００のＣＣＩＤ４３０からコントロールパイロット信号ＣＰＬＴ（以下、パイロット信号ＣＰＬＴと称する）を受ける。ＥＣＵ３００は、これらの信号に基づいて充電動作を実行する。

なお、図４においては、ＥＣＵ３００として１つの制御装置を設ける構成としているが、たとえば、ＰＣＵ１２０用の制御装置や蓄電装置１１０用の制御装置などのように、機能ごと、または制御対象機器ごとに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。

次に、交流電力の充放電について説明する。交流電力の充電時に使用されるパイロット信号ＣＰＬＴおよびディテクション信号ＰＩＳＷ、ならびに、ＡＣインレット２２０および充電コネクタ４１０の形状，端子配置などの構成は、たとえば、米国のＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）や国際電気標準会議（International Electrotechnical Commission：ＩＥＣ）等において規格化されている。

ＣＣＩＤ４３０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵと、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサおよびコントロールパイロット信号の入出力を行なうとともに、充電ケーブル４００の充電動作を制御する。

なお、パイロット信号ＣＰＬＴの電位は、ＥＣＵ３００によって操作される。また、デューティサイクルは、外部交流電源５００から充電ケーブル４００を介して車両１０２へ供給可能な定格電流に基づいて設定される。

パイロット信号ＣＰＬＴは、パイロット信号ＣＰＬＴの電位が規定の電位から低下すると、規定の周期で発振する。ここで、外部交流電源５００から充電ケーブル４００を介して車両１０２へ供給可能な定格電流に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅が設定される。すなわち、この発振周期に対するパルス幅の比で示されるデューティによって、パイロット信号ＣＰＬＴを用いてＣＣＩＤ４３０中のコントロールパイロット回路から車両１０２のＥＣＵ３００へ定格電流が通知される。

なお、定格電流は、充電ケーブル毎に定められており、充電ケーブル４００の種類が異なれば定格電流も異なる。したがって、充電ケーブル４００毎にパイロット信号ＣＰＬＴのデューティも異なることになる。

ＥＣＵ３００は、受信したパイロット信号ＣＰＬＴのデューティに基づいて、充電ケーブル４００を介して車両１０２へ供給可能な定格電流を検知することができる。

ＣＣＩＤ４３０内部のリレーの接点が閉じられると、充電器２００に外部交流電源５００からの交流電力が与えられ、外部交流電源５００から蓄電装置１１０への充電準備が完了する。ＥＣＵ３００は、充電器２００に対し制御信号ＰＷＤを出力することによって、外部交流電源５００からの交流電力を蓄電装置１１０が充電可能な直流電力に変換する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ２を出力してＣＨＲ２１０の接点を閉じることにより、蓄電装置１１０への充電を実行する。

また、いわゆるスマートグリッドのように、車両を電力供給源として考え、車両に蓄えられた電力を車両外部の電気機器へ供給することが検討されている。また、キャンプや屋外での作業などで電気機器を使用する場合の電源として、車両が使用される場合もある。

この場合、外部充電を行なう際に充電ケーブル４００が接続されるＡＣインレット２２０を介して車両からの電力供給を行なうことができれば、電気機器接続用のアウトレットを別個に設ける必要がなく、車両側の改造の必要性が不要または削減できるので好適である。

そこで、本実施の形態１では、ＡＣインレット２２０を介して車両外部の電気機器に交流電力を供給することが可能となっている。この場合、ＡＣインレット２２０と電気機器のプラグとを結合する給電コネクタ(図示せず)がＡＣインレット２２０に嵌め込まれる。この給電コネクタを接続することによって、ＡＣ１００Ｖインバータ２０１で生成された交流電力を家庭用の電気機器に供給することが可能となる。

[実施の形態２]
図６は、本発明の実施の形態２による充放電システムの要部を示す回路ブロック図であって、図３（ａ）と対比される図である。図７は、図６に示した車両１０３の構成を示す回路ブロック図であって、図４と対比される図である。図６および図７を参照して、この充放電システムは、車両１０３、ケーブル２２、および充放電装置１２を備える。

車両１０３は、車両１０２のＤＣインレット７０２およびＥＣＵ３００をそれぞれＤＣインレット７０２ＡおよびＥＣＵ３００Ａで置換したものである。ＤＣインレット７０２Ａは、正電圧端子および負電圧端子の他に通信端子を含む。ＤＣインレット７０２Ａの通信端子は、ＥＣＵ３００Ａに接続される。ＥＣＵ３００Ａについては、後述する。

ケーブル２２は、ケーブル２１のコネクタＣＮ１をコネクタＣＮ２で置換し、通信線ＣＬ１を追加したものである。コネクタＣＮ２は、正電圧端子および負電圧端子の他に通信端子を含む。通信線ＣＬ１の一方端子は充放電装置１２に接続され、その他方端子はコネクタＣＮ２の通信端子に接続される。

充放電装置１２は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１３およびＥＣＵ１４を備える。双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１３の正電圧端子１３ａは、正電力線ＰＬ１１およびヒューズＦ１を介してコネクタＣＮ２の正電圧端子に接続される。双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１３の負電圧端子１３ｂは、負電力線ＮＬ１１を介してコネクタＣＮ２の負電圧端子に接続される。双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１３の交流端子１３ｃ，１３ｄは家庭のコンセント２に接続される。コンセント２は、商用交流電源１から交流電力を受けるとともに、プラグを介して家庭の電気機器に接続される。

ＥＣＵ１４は、通信線ＣＬ１を介してコネクタＣＮ２の通信端子に接続される。コネクタＣＮ２をＤＣインレット７０２Ａに嵌め込むと、コネクタＣＮ２の正電圧端子、負電圧端子、および通信端子とＤＣインレット７０２Ａの正電圧端子、負電圧端子、および通信端子とがそれぞれ接続される。これにより、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１３がケーブル２２を介して車両１０３に接続され、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１３による蓄電装置１１０の充放電が可能となる。また、ＥＣＵ１４とＥＣＵ３００Ａが通信線ＣＬ１によって接続され、ＥＣＵ１４とＥＣＵ３００Ａの双方向通信が可能となる。

ＥＣＵ１４は、不揮発性メモリ１５を含む。不揮発性メモリ１５には、ケーブル２２にセットされたヒューズＦ１の仕様（定格電流など）が格納されている。ＥＣＵ１４は、蓄電装置１１０の放電を開始する前に、不揮発性メモリ１５から読み出したヒューズＦ１の仕様を通信線ＣＬ１を介して車両１０３のＥＣＵ３００Ａに送信する。

ＥＣＵ３００Ａは、不揮発性メモリ３７０に、車両１０３にセットされたヒューズＦ３の仕様（定格電流など）を記憶している。ＥＣＵ３００Ａは、記憶しているヒューズＦ３の仕様とＥＣＵ１４から送信されたヒューズＦ１の仕様とに基づいて、ヒューズＦ３はヒューズＦ１よりも溶断し易いか否かを判定する。たとえば、規定通りヒューズＦ１の定格電流よりも小さな定格電流を有するヒューズがヒューズＦ３としてセットされている場合は、ヒューズＦ３はヒューズＦ１よりも溶断し易いと判定する。また、ヒューズＦ１の定格電流以上の定格電流を有するのヒューズがヒューズＦ３として誤ってセットされている場合は、ヒューズＦ３はヒューズＦ１よりも溶断し難いと判定する。

ＥＣＵ３００Ａは、ヒューズＦ３はヒューズＦ１よりも溶断し易いと判定した場合は、通信線ＣＬ１を介してＥＣＵ１４に蓄電装置１１０の放電を許可する放電許可信号を送信するとともに、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を導通させる。ＥＣＵ１４は、ＥＣＵ１４から送信された放電許可信号に応答して、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１３に放電動作を実行させる。双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１３は、ＥＣＵ１４によって制御され、蓄電装置１１０からケーブル２２を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をコンセント２に接続された商用交流電源１および家庭の電気機器（負荷）に供給する。商用交流電源１に供給された交流電力は、たとえば他の家庭の電気機器（負荷）で使用される。

また、ＥＣＵ３００Ａは、ヒューズＦ３はヒューズＦ１よりも溶断し難いと判定した場合は、通信線ＣＬ１を介してＥＣＵ１４に蓄電装置１１０の放電を禁止する放電禁止信号を送信するとともに、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を非導通状態に維持する。ＥＣＵ１４は、ＥＣＵ１４から送信された放電禁止信号に応答して、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１３に放電動作を実行させず、たとえば、放電動作を実行できない旨を音、光、画像などによってユーザに報知する。

また、ＥＣＵ１４は、充電動作を開始する前に、充電動作の実行が可能か否かを通信線ＣＬ１を介して車両１０３のＥＣＵ３００Ａに問い合わせる。ＥＣＵ３００Ａは、各種のセンサ(図示せず)などからの信号に基づいて、充電動作の実行が可能か否かを判定する。ＥＣＵ３００Ａは、充電動作の実行が可能と判定した場合は、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を導通状態にするとともに、充電動作を許可する充電許可信号を通信線ＣＬ１を介してＥＣＵ１４に送信する。

ＥＣＵ１４は、ＥＣＵ１４から送信された充電許可信号に応答して、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１３に充電動作を実行させる。双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１３は、ＥＣＵ１４によって制御され、充電装置１０と同様に、コンセント２が接続された商用交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をケーブル２２を介して車両１０３内の蓄電装置１１０に供給する。

また、ＥＣＵ３００Ａは、充電動作の実行が不可能と判定した場合は、充電動作を禁止する充電禁止信号を通信線ＣＬ１を介してＥＣＵ１４に送信するとともに、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を非導通状態に維持する。ＥＣＵ１４は、ＥＣＵ１４から送信された充電禁止信号に応答して、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１３に充電動作を実行させず、たとえば、充電動作を実行できない旨を音、光、画像などによってユーザに報知する。

この実施の形態２では、ヒューズＦ３がヒューズＦ１よりも溶断し易い場合だけ蓄電装置１１０の充電および放電動作を許可するので、故障時に蓄電装置１１０の電圧が印加されたＤＣインレット７０２の端子が露出することを確実に防止することができる。

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。

１ 商用交流電源、２，５１０ コンセント、１０ 充電装置、１１，１２ 充放電装置、１３ 双方向ＡＣ／ＤＣ変換器、１５，３７０ 不揮発性メモリ、２０〜２２ ケーブル、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ１１ 正電力線、ＮＬ１，ＮＬ１1 負電力線、ＣＬ１ 通信線、Ｆ１〜Ｆ３ ヒューズ、Ｄ１ ダイオード、ＣＮ１，ＣＮ２ コネクタ、１００，１０２，１０３ 車両、１１０ 蓄電装置、１１５ システムメインリレー、１２０ ＰＣＵ、１２１ コンバータ、１２２，１２３ インバータ、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、１３０，１３５ モータジェネレータ、１４０ 動力伝達ギヤ、１５０ 駆動輪、１６０ エンジン、２００ 充電器、２０１ ＡＣ１００Ｖインバータ、２１０ 充電リレー、２１１ 放電リレー、２２０ ＡＣインレット、３００，３００Ａ ＥＣＵ、４００ 充電ケーブル、４１０ 充電コネクタ、４２０ プラグ、４３０ ＣＣＩＤ、４４０，ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力線、５００ 外部交流電源、７０２，７０２Ａ ＤＣインレット、７０７ ＤＣリレー、ＳＷ スイッチ。

Claims (5)

1. 車両とケーブルと充放電装置を備え、
   前記車両は、
   直流電力を蓄える蓄電装置と、
   一方端子が前記蓄電装置に接続された第１のヒューズと、
   前記第１のヒューズの他方端子に接続されるインレットとを含み、
   前記ケーブルは、
   前記インレットに接続されるコネクタと、
   一方端子が前記コネクタに接続された第２のヒューズと、
   前記第２のヒューズの他方端子と前記充放電装置との間に接続される電力線とを含み、
   前記充放電装置は、充電モード時は、商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を前記ケーブルを介して前記蓄電装置に供給し、放電モード時は、前記蓄電装置から前記ケーブルを介して供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給し、
   前記放電モード時に前記電力線で短絡事故が発生した場合には、前記第１のヒューズが前記第２のヒューズよりも先に溶断するように構成されている、充放電システム。
2. 前記第１のヒューズの定格電流は前記第２のヒューズの定格電流よりも小さい、請求項１に記載の充放電システム。
3. 前記車両は、さらに、前記第１のヒューズの他方端子と前記インレットとの間に接続され、前記充電モード時および前記放電モード時に導通状態にされるリレーを含む、請求項１または請求項２に記載の充放電システム。
4. 前記車両は、さらに、前記リレーを制御する制御装置を含み、
   前記制御装置と前記充放電装置は通信線によって結合され、
   前記充放電装置は、前記蓄電装置の放電を開始する前に、前記第２のヒューズの仕様を前記通信線を介して前記制御装置に送信し、
   前記制御装置は、予め記憶した前記第１のヒューズの仕様と前記充放電装置から送信された前記第２のヒューズの仕様とに基づいて、前記第１のヒューズは前記第２のヒューズよりも溶断し易いか否かを判定し、前記第１のヒューズは前記第２のヒューズよりも溶断し易いと判定した場合は前記リレーを導通させ、前記第１のヒューズは前記第２のヒューズよりも溶断し難いと判定した場合は前記リレーを導通させない、請求項３に記載の充放電システム。
5. 直流電力を蓄える蓄電装置と、
   一方端子が前記蓄電装置に接続された第１のヒューズと、
   一方端子が前記第１のヒューズの他方端子に接続されたリレーと、
   前記リレーの他方端子に接続されたインレットと、
   前記リレーを制御する制御装置とを備え、
   前記インレットは、前記蓄電装置を充電する充電モード時と前記蓄電装置を放電させる放電モード時にはケーブルを介して充放電装置に接続され、
   前記制御装置は、前記放電モード時には、予め記憶した前記第１のヒューズの仕様と、前記蓄電装置の放電を開始する前に前記充放電装置から送信された前記ケーブルに含まれる第２のヒューズの仕様とに基づいて、前記第１のヒューズは前記第２のヒューズよりも溶断し易いか否かを判定し、前記第１のヒューズは前記第２のヒューズよりも溶断し易いと判定した場合は前記リレーを導通させるとともに前記蓄電装置の放電を許可する信号を前記充放電装置に送信し、前記第１のヒューズは前記第２のヒューズよりも溶断し難いと判定した場合は前記リレーを非導通にするとともに前記蓄電装置の放電を禁止する信号を前記充放電装置に送信する、車両。

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