JP2016082826A - 充電装置及び充電コネクタ抜脱判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池パックを充電する充電装置の充電ケーブルの充電コネクタの抜脱と、充電ケーブルのコネクタ検知信号線等の断線とを判別することを可能にする。【解決手段】電池パック３０への充電電流を供給するための電力線２１、電池パック３０と接続されたことを検知するためのコネクタ検知信号線２３、及び電池パック３０との間で通信される通信信号を伝送する通信線２２の３種類の電線を、電池パック３０に接続する充電コネクタ２４を備えた充電装置１０であって、コネクタ検知信号線２３の監視により、電池パック３０との非接続の状態が検知され、かつ、通信線２２による通信が正常に行われていないことが検出されたとき、充電コネクタ２４が抜脱されたこととして判別する抜脱判別部１２４を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、充電可能な電池を内蔵する電池パックに充電ケーブルを接続する充電コネクタの抜脱を判別する充電装置及び充電コネクタ抜脱判別方法に関する。

電動フォークリフト、ハイブリッド車、電気自動車の車両等に搭載される電池パックに内蔵される充電可能なリチウムイオン電池等の電池を、外部の充電装置から充電するとき、充電装置の充電ケーブルの充電コネクタを電池パックの充電コネクタに挿着し、充電装置と電池パックとを充電ケーブルで接続する。

充電ケーブルは、充電電流を供給する電力線のほかに、充電装置と電池パックとが充電ケーブルで接続されたこと及び切離されたことを検知するためのコネクタ検知信号線を備える。充電装置又は電池パックには、コネクタ接続検知用の回路が組み込まれ、充電ケーブルが充電コネクタで電池パックに接続されたとき、コネクタ検知信号線に所定以上の電圧又は電流が出力されるように構成される。

充電装置及び電池パックで、コネクタ検知信号線の電圧又は電流を監視し、所定以上の電圧又は電流が検知されたとき、充電装置と電池パックとが充電ケーブルで接続されたと判定し、該所定以上の電圧又は電流が検知されないとき、充電装置と電池パックとは接続されていないと判定する。

充電装置及び電池パックは、充電ケーブル及び充電コネクタを介して接続されたことを検知すると、充電の開始のための確認信号や指令信号等を、充電ケーブル内の通信線を介して送受信して充電動作のシーケンスを開始し、充電装置から充電ケーブル内の電力線を通して充電電流が電池パックへ供給される。

充電ケーブル内に電力線のほかに、電池パックとの接続状態の通知線や、ケーブルの断線検出用の信号線等を設けたものは、特許文献１又は特許文献２等により知られている。また、充電ケーブル内に電力線のほかに、電池パックの監視装置と充電装置との間で行われるＣＡＮ（Controller Area Network）通信等の通信信号を伝送する通信線を設けたものは、特許文献３等により知られている。

特開２０１１−１０９８７２号公報 実開平６−２９４６号公報 特開２０１２−１２０３８３号公報

電力線とコネクタ検知信号線と通信線とを有する充電ケーブルにより電池パックと接続される充電装置において、充電ケーブルと電池パックとの接続／非接続を、コネクタ検知信号線の電圧又は電流の監視により検知する従来の技術では、コネクタ検知信号線の電圧又は電流が非接続を示す状態となったとき、該非接続がユーザにより行われる充電コネクタの通常の抜脱操作によるものか、コネクタ検知信号線に断線等の異常発生によるものかを判別することが困難であり、充電コネクタが抜脱されるときの条件によっては、充電コネクタの抜脱を、コネクタ検知信号線の断線等の異常発生と誤って判別し、異常発生による停止処理を実行してしまうなどの問題があった。

上記課題に鑑み、本発明は、コネクタ検知信号線の監視により電池パックとの接続が非接続を示す状態となったとき、該非接続がユーザにより行われる充電コネクタの通常の抜脱操作によるものか、コネクタ検知信号線に断線等の異常発生によるものかを容易に判別することを可能にする。

また、充電コネクタの抜脱の判別とともに、コネクタ検知信号線の断線、電池パックとの通信の通信線の断線、又は電池パックの電池への充電電流を供給する電力線の断線若しくは電源ユニットの出力異常を容易に判別することを可能にする。

本発明に係る一つの形態としての充電装置は、電池パックへの充電電流を供給するための電力線、前記電池パックと接続されたことを検知するためのコネクタ検知信号線、及び前記電池パックとの間で通信される通信信号を伝送する通信線の３種類の電線を、前記電池パックに接続する充電コネクタを備えた充電装置であって、前記コネクタ検知信号線の監視により、前記電池パックとの非接続の状態が検知され、かつ、前記通信線による通信が正常に行われていないことが検出されたとき、前記充電コネクタが抜脱されたこととして判別する抜脱判別部を備える。

前記抜脱判別部は、前記コネクタ検知信号線の監視により、前記電池パックとの非接続の状態が所定の時間以上に亘って検知され、かつ、前記所定の時間以上に亘って前記通信線による通信が正常に行われていないことを検出したとき、前記充電コネクタが抜脱されたこととして判別することを特徴とする。

前記抜脱判別部は、前記コネクタ検知信号線の監視による前記電池パックとの非接続の状態が検知され、かつ、前記通信線による通信が正常に行われていることを検出したとき、前記コネクタ検知信号線に断線が発生していると判別することを特徴とする。

前記抜脱判別部は、前記コネクタ検知信号線の監視による前記電池パックとの接続の状態が検知され、かつ、前記通信線による通信が正常に行われていないことを検出したとき、前記通信線に断線が発生していると判別することを特徴とする。

前記抜脱判別部は、前記コネクタ検知信号線による前記電池パックとの接続の状態が検知され、かつ、前記通信線による通信が正常に行われていることを検出し、かつ、前記電力線による前記充電電流の供給が検出されないとき、前記電力線に断線が発生している、又は前記充電電流を供給する電源ユニットの出力に異常が発生していると判別することを特徴とする。

本発明によれば、コネクタ検知信号線の監視による電池パックとの接続／非接続の検知と、電池パックとの通信線による通信の正常／非正常の検出とを基に、充電コネクタの抜脱を判別することにより、充電コネクタの抜脱とコネクタ検知信号線の断線とを容易に判別することができる。

また、コネクタ検知信号線の監視による電池パックとの接続／非接続の検知と、電池パックとの通信線による通信の正常／非正常の検出とを基に、充電コネクタの抜脱を判別することにより、充電コネクタの抜脱の判別とともに、コネクタ検知信号線の断線、電池パックとの通信の通信線の断線、又は電池パックの電池への充電電流を供給する電力線の断線若しくは電源ユニットの出力異常を容易に判別することが可能となる。

本実施形態の充電装置の構成の一例を示す図である。 抜脱判別部における判別条件の表を示す図である。 コネクタ検知信号線の瞬断に対する誤判別の防止のための動作の一例を示す図である。 充電装置の電源ユニット及び制御ユニットの回路構成の一例を示す図である。 本実施形態の充電装置の動作の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態の充電装置の構成の一例を示す。充電装置１０は、充電ケーブル２０を有し、充電ケーブル２０の先端部の充電コネクタ２４が、電池パック３０側のコネクタ３３に挿着されると、充電装置１０の電源ユニット１１から、充電ケーブル２０を介して電池パック３０のリチウムイオン電池等の充電可能な電池３１へ充電電流を出力し、充電を開始する。

充電ケーブル２０は、電池３１への充電電流を供給するための電力線２１と、電池パック３０の電池制御ユニット３２との間で通信されるＣＡＮ通信等の通信信号を伝送する通信線２２と、電池パック３０と接続されたことを検知するためのコネクタ検知信号線２３の３種類の電線から成る。充電ケーブル２０は、それらの３種類の電線を束ねた１本の多芯ケーブルとしてもよいし、それらの３種類の電線を含む２本又は３本のケーブルとしてもよい。

充電装置１０は、充電電流を生成して電池パック３０に供給する電源ユニット１１と、充電動作を制御する制御ユニット１２とを備える。制御ユニット１２は、充電監視部１２１、通信監視部１２２、コネクタ検知信号線監視部１２３、及び抜脱判別部１２４を備える。

充電監視部１２１は、電源ユニット１１の出力電圧及び出力電流を含む充電動作を監視する。通信監視部１２２は、充電装置１０の制御ユニット１２と電池パック３０の電池制御ユニット３２との間で、ＣＡＮ通信等の通信線２２による通信が正常に行われているか否かを監視する。

コネクタ検知信号線監視部１２３は、コネクタ検知信号線２３の電圧又は電流を監視し、充電装置１０と電池パック３０とが充電ケーブル２０で接続されたときにコネクタ検知信号線２３に出力される所定以上の電圧又は電流が検知されるか否かを監視する。

抜脱判別部１２４は、後述するように通信監視部１２２とコネクタ検知信号線監視部１２３との監視結果を基に、充電コネクタ２４の抜脱、コネクタ検知信号線２３の断線、通信線２２の断線、及び電力線２１の断線を判別する。

抜脱判別部１２４における判別条件を図２に表にして示す。抜脱判別部１２４は、図２の表に示す判別条件に従って、通信監視部１２２とコネクタ検知信号線監視部１２３との監視結果を基に、充電コネクタ２４の抜脱か、コネクタ検知信号線２３の断線か、通信線２２の断線か、電力線２１の断線かを判別する。

すなわち、コネクタ検知信号線監視部１２３においてコネクタ検知信号線２３に所定以上の電圧又は電流が検知されず、電池パック３０との非接続の状態が検知され、且つ、通信監視部１２２において通信線２２による通信が正常に行われていないことが検知されたとき、充電コネクタ２４が抜脱された現象であると判別する。

また、コネクタ検知信号線監視部１２３においてコネクタ検知信号線２３に所定以上の電圧又は電流が検知され、電池パック３０との接続の状態が検知され、且つ、通信監視部１２２において通信線２２による通信が正常に行われていることが検知されたとき、充電装置１０の状態が充電中にもかかわらず電源ユニット１１から電力線２１に充電のための所定の電圧又は電流が出力されていないことが充電監視部１２１で検知された場合、電力線２１に断線又は電源ユニット１１の出力異常等の異常が発生している現象であると判別する。

また、コネクタ検知信号線監視部１２３においてコネクタ検知信号線２３に所定以上の電圧又は電流が検知されず、電池パック３０との非接続の状態が検知され、且つ、通信監視部１２２において通信線２２による通信が正常に行われていることが検知されたとき、コネクタ検知信号線２３に断線等の異常が発生している現象であると判別する。

また、コネクタ検知信号線監視部１２３においてコネクタ検知信号線２３に所定以上の電圧又は電流が検知され、電池パック３０との接続の状態が検知され、且つ、通信監視部１２２において通信線２２による通信が正常に行われていないことが検知されたとき、通信線２２に断線等の異常が発生している現象であると判別する。

ここで、コネクタ検知信号線２３に対するノイズ等の影響により、コネクタ検知信号線監視部１２３においてコネクタ検知信号線２３に所定以上の電圧又は電流が瞬間的に検知されず、コネクタ検知信号線２３の瞬断により、充電コネクタ２４が抜脱された、或いは、コネクタ検知信号線２３に断線等の異常が発生したと誤判別してしまう場合がある。

このようなコネクタ検知信号線２３の瞬断による充電コネクタの抜脱やコネクタ検知信号線２３の断線の誤判別を防ぐために、抜脱判別部１２４は、コネクタ検知信号線２３の監視による電池パック３０との非接続の状態が所定の時間以上に亘って検知されたことを条件に、充電コネクタ２４の抜脱又はコネクタ検知信号線２３の断線等の異常発生を判別する。

図３にコネクタ検知信号線２３の瞬断に対する誤判別の防止のための動作の一例を示す。図３の（ａ）はコネクタ検知信号線２３の電圧を示し、図３の（ｂ）はＣＡＮ通信等の通信線２２の通信信号を示し、図３の（ｃ）は電力線２１の出力電流を示し、図３の（ｄ）は電力線２１の出力電圧を示している。

図３の（ａ）に示すように、充電コネクタ２４が抜脱され、又はコネクタ検知信号線２３が断線したことにより、コネクタ検知信号線２３の電圧が、所定の電圧Ｖ１より低くなり、電池パック３０との非接続を示す電圧となった時点Ｔ１を抜脱判別部１２４が検出する。

抜脱判別部１２４は、電池パック３０との非接続を示す電圧となった時点Ｔ１から所定の時間ｔ１以上に亘って、コネクタ検知信号線２３の電圧が、所定の電圧Ｖ１より低い状態であり、電池パック３０との非接続の状態であることが検知され、かつ、所定の時間ｔ１以上に亘って、ＣＡＮ通信等の通信が正常に行われず、通信信号が送受信されないこと（バスオフ）が検知されると、充電コネクタ２４が抜脱されたと判別する。

制御ユニット１２は、時点Ｔ２で充電コネクタ２４が抜脱されたと判別すると、電源ユニット１１のマイコンに充電電流の出力を停止させる信号を送信する。すると、電源ユニット１１のマイコンは、最終段の非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを停止させる。

すると、電源ユニット１１から電力線２１に出力される電流及び電圧は、図３の（ｃ）及び（ｄ）に示すように低下する。なお、上述の所定の時間ｔ１以内に、コネクタ検知信号線２３の電圧が所定の電圧Ｖ１以上に戻れば、制御ユニット１２は、充電コネクタ２４が抜かれ、再度充電コネクタ２４が挿されたと認識し、充電シーケンスを最初から開始させ、充電を再開させる。

電力線２１の断線、ＣＡＮ通信等の通信線２２の断線、及びコネクタ検知信号線２３の断線の判別は、各々の電線のみに異常が検知され、かつ、その他の電線は正常であるという条件が一定の時間以上継続したとき、各々の電線に異常が発生したと判別することにより、ノイズ等による瞬断の検知を断線と判別する誤判別を防ぐことができる。

図４は、充電装置１０の電源ユニット１１及び制御ユニット１２の回路構成の一例を示す。電源ユニット１１は、ＰＦＣ回路（ＡＣ／ＤＣ回路）１１１、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１２、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１３、及び電源ユニットマイコン１１４を備える。

ＰＦＣ回路（ＡＣ／ＤＣ回路）１１１は、交流電力線４０から供給される交流電流を一定電圧の直流電流に変換する。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１２は、ＰＦＣ回路（ＡＣ／ＤＣ回路）１１１からの直流電流を、所望の電圧の直流電流に変圧する。非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１３は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１２からの直流電流を、さらに所望の電圧の直流電流に変圧し、該直流電流を充電ケーブル２０の電力線２１に出力する。

絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１２では、入力側基準電位線と出力側基準電位線とが完全に絶縁されているのに対して、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１３では、入力側基準電位線と出力側基準電位線とが電気的に繋がっている。絶縁型のコンバータを使用することにより、入出力間の電源及び基準電位を完全に分離することができるため、電源線又は基準電位線を経由する不要電流の回り込みを防ぐことができる。

ＰＦＣ回路（ＡＣ／ＤＣ回路）１１１、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１２、及び非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１３により、充電電流供給回路１１０を構成する。 電源ユニットマイコン１１４は、ＰＦＣ回路（ＡＣ／ＤＣ回路）１１１、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１２、及び非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１３を制御するとともに、それらの各回路の出力電圧や出力電流や温度等の状態を不図示のセンサにより監視し、それらの値が所定の許容範囲外になるなど、異常発生を検知すると、該異常発生の電源ユニット１１の識別情報を制御ユニット１２に通知する機能を有する。

なお、「マイコン」は、集積回路に実装されたコンピュータシステム或いはプロセッサであり、マイクロコンピュータ又はマイクロコントローラ（ＭＣＵ：Micro Control Unit）と称されるものであるが、記載を簡潔にするため、ここでは単に「マイコン」と記す。

一方、制御ユニット１２は、ＡＣ／ＤＣ回路１２５、制御ユニットマイコン１２６、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）１２７、及び状態表示ランプ点灯部１２８を備える。ＡＣ／ＤＣ回路１２５は、交流電力線４０からの交流電流を、制御ユニットマイコン１２６に適した電圧の直流電流に変換し、該直流電流を制御ユニットマイコン１２６に供給する。

制御ユニットマイコン１２６は、前述の充電監視部１２１、通信監視部１２２、コネクタ検知信号線監視部１２３、及び抜脱判別部１２４の機能を有するとともに、電源ユニットマイコン１１４との通信機能を有し、電源ユニットマイコン１１４に対して、充電動作の開始／停止を含む充電の制御信号を送信する。

また、制御ユニットマイコン１２６は、電源ユニットマイコン１１４から異常発生を示すエラーコードを受け取ると、該エラーコードをエラーログ情報として不揮発性メモリ１２７に蓄積させる機能を有する。制御ユニットマイコン１２６は、電源ユニットマイコン１１４からエラーコードを受け取ると、状態表示ランプ点灯部１２８に対して、異常発生を示す異常ランプを点灯、又は点滅させるよう制御する機能を有する。

状態表示ランプ点灯部１２８は、充電装置１０の状態を表示する幾つかの状態表示ランプの点灯／消灯を、制御ユニットマイコン１２６の指令に応じて制御する。状態表示ランプは、充電装置１０の筐体の外面部に備えられる。

図５に本実施形態の充電装置の動作の一例を示す。抜脱判別部１２４は、コネクタ検知信号線監視部１２３によるコネクタ検知信号線２３の監視の結果が、電池パック３０との接続の状態を検知しているか否かを判定する（Ｓ５１）。

電池パック３０との接続の状態が検知されない場合（Ｓ５１でＮＯの場合）、抜脱判別部１２４は、通信監視部１２２によるＣＡＮ通信等の通信線の正常な通信が検出されるか否かを監視する（Ｓ５２）。通信線の正常な通信が検出されない場合（Ｓ５２でＮＯの場合）、抜脱判別部１２４は、充電コネクタ２４の抜脱が行われたと判別する（Ｓ５３）。

前述のステップＳ５２で通信線の正常な通信が検出された場合（Ｓ５２でＹＥＳの場合）、抜脱判別部１２４は、コネクタ検知信号線２３の断線等の異常が発生したと判別する（Ｓ５４）。

また、前述のステップＳ５１で電池パック３０との接続の状態が検知された場合（Ｓ５１でＹＥＳの場合）、抜脱判別部１２４は、通信監視部１２２によるＣＡＮ通信等の通信線の正常な通信が検出されるか否かを判定する（Ｓ５５）。通信線の正常な通信が検出されない場合（Ｓ５５でＮＯの場合）、抜脱判別部１２４は、ＣＡＮ通信等の通信線の断線等の異常が発生したと判別する（Ｓ５６）。

前述のステップＳ５５で通信線の正常な通信が検出された場合（Ｓ５５でＹＥＳの場合）、抜脱判別部１２４は、電力線２１の出力電圧又は電流が正常に出力されているか否かを判定する（Ｓ５７）。電力線２１の出力電圧又は電流が正常に出力されていない場合（Ｓ５７でＮＯの場合）、電力線２１に断線等の異常、又は電源ユニット１１の出力異常が発生したと判別する（Ｓ５８）。電力線２１の出力電圧又は電流が正常に出力されている場合（Ｓ５７でＹＥＳの場合）、ステップＳ５１に戻り、充電装置１０の状態が待機中以外の期間中、同様の動作を繰り返し実行する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以上に述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成又は実施形態を取ることができる。

１０ 充電装置
１１ 電源ユニット
１２ 制御ユニット
１２１ 充電監視部
１２２ 通信監視部
１２３ コネクタ検知信号線監視部
１２４ 抜脱判別部
２０ 充電ケーブル
２１ 電力線
２２ 通信線
２３ コネクタ検知信号線
２４ 充電コネクタ
３０ 電池パック
３１ 電池
３２ 充電制御ユニット
３３ 電池パック側のコネクタ

Claims (6)

1. 電池パックへの充電電流を供給するための電力線、前記電池パックと接続されたことを検知するためのコネクタ検知信号線、及び前記電池パックとの間で通信される通信信号を伝送する通信線の３種類の電線を、前記電池パックに接続する充電コネクタを備えた充電装置であって、
   前記コネクタ検知信号線の監視により、前記電池パックとの非接続の状態が検知され、かつ、前記通信線による通信が正常に行われていないことが検出されたとき、前記充電コネクタが抜脱されたこととして判別する抜脱判別部を備えた
   ことを特徴とする充電装置。
2. 前記抜脱判別部は、前記コネクタ検知信号線の監視により、前記電池パックとの非接続の状態が所定の時間以上に亘って検知され、かつ、前記所定の時間の経過後に、前記通信線による通信が正常に行われていないことを検出したとき、前記充電コネクタが抜脱されたこととして判別する
   ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 前記抜脱判別部は、前記コネクタ検知信号線の監視による前記電池パックとの非接続の状態が検知され、かつ、前記通信線による通信が正常に行われていることを検出したとき、前記コネクタ検知信号線に断線が発生していると判別する
   ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
4. 前記抜脱判別部は、前記コネクタ検知信号線の監視による前記電池パックとの接続の状態が検知され、かつ、前記通信線による通信が正常に行われていないことを検出したとき、前記通信線に断線が発生していると判別する
   ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
5. 前記抜脱判別部は、前記コネクタ検知信号線の監視による前記電池パックとの接続の状態が検知され、かつ、前記通信線による通信が正常に行われていることを検出し、かつ、前記電力線による前記充電電流の供給が検出されないとき、前記電力線に断線が発生している、又は前記充電電流を供給する電源ユニットの出力に異常が発生していると判別する
   ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
6. 充電装置から電池パックへの充電電流を供給するための電力線、前記充電装置と前記電池パックとが接続されたことを検知するためのコネクタ検知信号線、及び前記充電装置と前記電池パックとの間で通信される通信信号を伝送する通信線の３種類の電線を接続する前記充電装置側の充電コネクタが、前記電池パック側のコネクタからから抜脱されたことを判別する充電コネクタ抜脱判別方法であって、
   前記コネクタ検知信号線の監視により、前記電池パックとの非接続の状態が検知され、かつ、前記通信線による通信が正常に行われていないことを検出したとき、前記充電コネクタが抜脱されたこととして判別する
   ことを特徴とする充電コネクタ抜脱判別方法。

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