JP5489292B2 - 車載充電ユニットおよび該車載充電ユニットを備えた充電システム - Google Patents

Description

本発明は、車載充電器または車両外部に設置された設置型充電器に指令を与えることにより該車両に搭載されたバッテリーを充電させる車載充電ユニットおよび該車載充電ユニットを備えた充電システムに関する。

電気自動車には、走行用モーターのみを用いて走行するタイプと、走行用モーターとエンジンとを併用して走行するタイプとがある。いずれのタイプの電気自動車においても、走行用モーターに供給するための電力を蓄えるバッテリーが搭載され、バッテリーの電圧（ＳＯＣ）が低下した場合には、車両外部から供給される電力や、走行用モーターを回生制御することにより得た電力等を用いてバッテリーを充電する必要がある。

車両外部から供給される電力を用いたバッテリーの充電は、車両に搭載された車載充電器を用いる普通充電と、充電ステーション等にある設置型充電器（発電機能を有するもの、運搬可能なものを含む）を用いる急速充電とに大別される。
このうち普通充電は、車載充電器と家庭用コンセントを接続し、車載充電器により例えばＡＣ１００ＶをＤＣ２００Ｖに変換し、ＤＣ２００Ｖの電力で比較的ゆっくりとバッテリーを充電する。一方、急速充電は、設置型充電器により例えばＡＣ２００ＶをＤＣ４００Ｖに変換し、ＤＣ４００Ｖの電力でバッテリーを充電する。

普通充電と急速充電とを切り替え可能な車載充電ユニットとしては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。
図１に示すように、このタイプの従来の車載充電ユニット１は、走行用モーター２を駆動するインバーター３に電源ライン９ａ、９ｂを介して直流電力を供給するバッテリー４と、バッテリー４を制御するとともに、バッテリー４を監視してバッテリー４の電圧値に関する電圧データを送信するバッテリー制御ユニット５と、車両全体の各種制御を司る車両制御ユニット６と、通常、車載充電器１１に付随的に設けられる充電制御ユニット７と、これらをノードとするＣＡＮ（Controller Area Network）通信ライン８とを備えている。

ＣＡＮ通信ライン８および電源ライン９ａ、９ｂは、車両外部に現れたコネクタ部１３を介して車両内部から引き出され、設置型充電器１２に接続されている。また、ＣＡＮ通信ライン８および電源ライン９ａ、９ｂは、車両内部において車載充電器１１に接続されている。

車載充電ユニット１による急速充電では、図４（Ａ）に示すように、車両制御ユニット６が充電電流指令値を算出し、算出した充電電流指令値に関する電流指令データを送信する（ステップＳ３Ａ−６）。そして、設置型充電器１２が電流指令データを受信し、充電電流指令値に基づいてバッテリー４を充電する（ステップＳ３Ａ−７）。
一方、普通充電では、図４（Ｂ）に示すように、充電制御ユニット７が充電電流指令値を算出し、算出した充電電流指令値に関する電流指令データを送信する（ステップＳ３Ｂ−６）。そして、車載充電器１１が電流指令データを受信し、充電電流指令値に基づいてバッテリー４を充電する（ステップＳ３Ｂ−７）。

特開２００９−７７５５７号公報

しかしながら、上記車載充電ユニット１は、普通充電を行う場合は充電制御ユニット７が充電電流指令値を算出するが、急速充電を行う場合は車両制御ユニット６が充電電流指令値を算出するので、急速充電時の車両制御ユニット６の負荷が高く、車両制御ユニット６の消費電力が大きくなるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、車両制御ユニットの消費電力を低減可能な車載充電ユニットおよび該車載充電ユニットを備えた充電システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る車載充電ユニットは、車載充電器および車両外部に設置された設置型充電器のいずれか一方から出力される充電電流を用いて車両に搭載されたバッテリーを充電させる車載充電ユニットであって、
車両を制御する車両制御ユニットと、バッテリーを制御するバッテリー制御ユニットと、車載充電器および設置型充電器の両方を制御可能とされ、車載充電器および設置型充電器のいずれか一方から出力される充電電流の充電電流値を制御する充電制御ユニットと、車両制御ユニット、バッテリー制御ユニット、充電制御ユニット、車載充電器および設置型充電器の間でのデータの送受信を可能にするＣＡＮ通信ラインを備え、
車両制御ユニットは、車載充電器に充電させる場合は車載充電器用目標充電電力値を算出する一方、設置型充電器に充電させる場合は設置型充電器用目標充電電力値を算出し、算出した目標充電電力値に関する電力指令データをＣＡＮ通信ラインに送信し、
バッテリー制御ユニットは、バッテリーの電圧値を監視して当該バッテリーの電圧値に関する電圧データをＣＡＮ通信ラインに送信し、
充電制御ユニットは、ＣＡＮ通信ラインを介して電力指令データと電圧データとを受信し、目標充電電力値をバッテリーの電圧値で除算することにより充電電流値を算出し、当該充電電流値に関する電流指令データを車載充電器または設置型充電器に向けて送信することを特徴としている。

この構成によれば、車載充電器から出力される充電電流を用いて充電（普通充電）を行う場合と設置型充電器から出力される充電電流を用いて充電（急速充電）を行う場合のいずれの場合においても、充電制御ユニットが充電電流を算出し、当該充電電流値に関する電流指令データを対応する充電器（車載充電器または設置型充電器のうち充電を行う充電器）に向けて送信するので、急速充電時における車両制御ユニットの負荷を小さくし、消費電力を低減することができる。

上記車載充電ユニットの車両制御ユニットは、電力指令データを送信した後、動作休止状態に移行することが好ましい。また、動作休止状態への移行は、例えば、充電制御ユニットから送信される動作休止指令データに基づいて行われるようにすればよい。

この構成によれば、普通充電および急速充電中に車両制御ユニットの動作を休止させることができるので、車両制御ユニットの消費電力をより一層低減することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る充電システムは、上記いずれかの車載充電ユニットと、ＣＡＮ通信ラインを介して、充電制御ユニットとの間でデータの送受信が可能な車載充電器および設置型充電器とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、車両制御ユニットの消費電力を低減可能な車載充電ユニットおよび該車載充電ユニットを備えた充電システムを提供することができる。

車載充電ユニットおよび充電システムのブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る充電のフローチャートであって、（Ａ）は急速充電のフローチャート、（Ｂ）は普通充電のフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る急速充電のフローチャートである。 従来の充電のフローチャートであって、（Ａ）は急速充電のフローチャート、（Ｂ）は普通充電のフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る車載充電ユニットおよび充電システムの好ましい実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る充電システム１０は、車載充電ユニット１と、車両に搭載された車載充電器１１と、車両外部に設置された設置型充電器１２とを備えている。また、車載充電ユニット１は、走行用モーター２を駆動するインバーター３に電源ライン９ａ、９ｂを介して直流電力を供給するバッテリー４と、バッテリー４の近傍に配置されたバッテリー制御ユニット５と、車両制御ユニット６と、充電制御ユニット７と、バッテリー制御ユニット５、車両制御ユニット６、充電制御ユニット７、車載充電器１１および設置型充電器１２等をノードとするＣＡＮ通信ライン８とを備えている。
ＣＡＮ通信ライン８および電源ライン９ａ、９ｂは、車両外部に現れたコネクタ部１３を介して車両内部から引き出され、設置型充電器１２に接続されている。また、ＣＡＮ通信ライン８および電源ライン９ａ、９ｂは、車両内部において車載充電器１１に接続されている。

バッテリー制御ユニット５は、一般に「ＢＣＵ」と呼ばれているもので、バッテリー４の状態（電圧、温度、ＳＯＣ等）を制御・監視し、バッテリー４の電圧値に関する電圧データや、バッテリー３のその他の状態に関するバッテリー状態データを所定フォーマットのデータフレームとしてＣＡＮ通信ライン８に送信する。

車両制御ユニット６は、一般に「ＥＣＵ」「ＥＶ＿ＥＣＵ」等と呼ばれているもので、車両全体の各種制御を司っている。車両制御ユニット６は、今から行われる充電が急速充電の場合は、設置型充電器１２の特性（例えば、出力可能な最大電力）等に基づいて設置型充電器用目標充電電力値を算出する。
一方、今から行われる充電が普通充電の場合は、車載充電器１１の特性等に基づいて車載充電器用目標充電電力値を算出する。車載制御ユニット６は、算出した目標電力値に関する電力指令データを所定フォーマットのデータフレームとしてＣＡＮ通信ライン８に送信する。

充電制御ユニット７は、一般に「ＯＢＣ＿ＣＵ」「ＯＢＣ」等と呼ばれているもので、ＣＡＮ通信ライン８を介して電圧データと電力指令データを受信し、受信したデータに含まれるバッテリー４の電圧値と目標充電電力値（設置型充電器用目標充電電力値または車載充電器用目標充電電力値）とに基づいて充電電流指令値を算出し、算出した充電電流指令値に関する電流指令データを所定フォーマットのデータフレームとしてＣＡＮ通信ライン８に送信する。

充電電流指令値の算出は、次式により行われる。

・充電電流指令値［Ａ］＝目標充電電力値［Ｗ］／バッテリー４の電圧値［Ｖ］

また、ＣＡＮ通信ライン８に送信された電流指令データは、急速充電の場合は設置型充電器１２が受信し、普通充電の場合は車載充電器１１が受信する。言い換えると、設置型充電器用目標充電電力値に基づいて算出された充電電流指令値は設置型充電器１２に向けて送信され、車載充電器用目標充電電力値に基づいて算出された充電電流指令値は車載充電器１１に向けて送信される。

ＣＡＮ通信ライン８は、ノード（バッテリー制御ユニット５、車両制御ユニット６、充電制御ユニット７、車載充電器１１、設置型充電器１２等）間におけるデータの送受信を可能にする。

図１に示すように、上記の車載充電ユニット１に車載充電器１１と設置型充電器１２とを付加したものが第１実施形態に係る充電システム１０である。
車載充電器１１は、自身に向けて送信された充電指令データを受信し、充電指令データに含まれる充電電流指令値に基づいてバッテリー４を充電する。また、設置型充電器１２は、自身に向けて送信された充電指令データを受信し、充電指令データに含まれる充電電流指令値に基づいてバッテリー４を急速充電する。

次に、図２を参照して、第１実施形態に係る車載充電ユニット１（充電システム１０）による充電のフローを、急速充電と普通充電とに分けて説明する。

図２（Ａ）に示す急速充電においては、まず初めに車両制御ユニット６が設置型充電器用目標充電電力値を算出し、電力指令データをＣＡＮ通信ライン８に送信する（ステップＳ１Ａ−１）。送信された電力指令データは、充電制御ユニット７によって受信される（ステップＳ１−２）。

一方、バッテリー制御ユニット５は、一定時間おきにバッテリー４の電圧値を検知し、電圧データをＣＡＮ通信ライン８に送信する（ステップＳ１−３）。送信された電圧データは、充電制御ユニット７によって受信される（ステップＳ１−４）。なお、ステップＳ１Ａ−１からステップＳ１−４の実行順序は、図２（Ａ）に示す順序に限定されない。要は、充電制御ユニット７が、電力指令データと電圧データとを受信することができればよい。

ステップＳ１−５では、電力指令データおよび電圧データを受信した充電制御ユニット７が、充電が完了したか否かを判定する。この判定は、例えば、電圧データに含まれるバッテリー４の電圧値が所定の電圧値（一例として、満充電時の電圧値の９８％）以上であるか否かにより行われる。
充電が完了している場合は、本急速充電は終了する。一方、充電が完了していない場合は、ステップＳ１Ａ−６に進んで急速充電が引き続き行われる。

ステップＳ１Ａ−６では、充電制御ユニット７が設置型充電器用目標充電電力値をバッテリー４の電圧値で除算することにより充電電流指令値を算出し、算出した充電電流指令値に関する電流指令データを設置型充電器１２に向けて送信する（ステップＳ１Ａ−６）。
送信された電流指令データは設置型充電器１２によって受信され、設置型充電器１２は電流指令データに含まれる充電電流指令値に基づいてバッテリー４を充電する（ステップＳ１Ａ−７）。

充電が完了するまでの間、ステップＳ１−３からステップＳ１Ａ−７が繰り返し実行される。これにより、最新のバッテリー４の電圧値に基づいて算出された充電電流指令値にしたがって、急速充電が続けられていく。

図２（Ｂ）に示すように、普通充電は、ステップＳ１Ｂ−１において車載充電器用目標充電電力値を算出する点、ステップＳ１Ｂ−６において車載充電器１１に向けて電流指令データを送信する点、およびステップＳ１Ｂ−７において車載充電器１１が充電を行う点において急速充電と異なっているが、その他の点においては急速充電と共通している。すなわち、普通充電においても、充電電流指令値は充電制御ユニット７によって算出される。

結局、本発明の第１実施形態に係る車載充電ユニット１（充電システム１０）によれば、普通充電を行う場合と急速充電を行う場合のいずれの場合においても充電制御ユニット７が充電電流指令値を算出するので、車両制御ユニット６の負荷を小さくし、消費電力を低減することができる。

［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る車載充電ユニット（充電システム）は、第１実施形態に係る車載充電ユニット１（充電システム１０）と同様、図１に示すブロック構成を有している。

図３に、第２実施形態に係る車載充電ユニット１（充電システム１０）による急速充電のフローを示す。図２（Ａ）との比較から明らかなように、本実施形態に係る急速充電フローは、ステップＳ２−３、Ｓ２−４、Ｓ２−１０、Ｓ２−１１をさらに実行する点において、第１実施形態に係る急速充電フローと異なっている。

ステップＳ２−３では、電力指令データを受信した充電制御ユニット７が動作休止指令データを所定フォーマットのデータフレームとしてＣＡＮ通信ライン８に送信する。送信された動作休止指令データは、車両制御ユニット６によって受信される。

ステップＳ２−４では、動作休止指令データを受信した車両制御ユニット６が動作休止状態（スリープモード）に移行する。動作休止状態とは、機能が制限される代わりに、通常の動作状態に比べて消費電力が著しく低減された状態をいう。
動作休止状態となった車両制御ユニット６は、各種制御のための演算等を行うことができない。しかしながら、本発明に係る車載充電ユニット１（充電システム１０）では、充電制御ユニット７によって充電電流指令値が算出されるので、車両制御ユニット６が動作を休止しても支障なく充電を行うことができる。

ステップＳ２−１０では、ステップＳ２−７において充電が完了したと判定した充電制御ユニット７が動作再開指令データを所定フォーマットのデータフレームとしてＣＡＮ通信ライン８に送信する。送信された動作再開指令データは、車両制御ユニット６によって受信される。

ステップＳ２−１１では、動作再開指令データを受信した車両制御ユニット６が動作状態に移行する。これにより、車両制御ユニット６は、車両制御のための各種制御を行うことが可能となる。

結局、本発明の第２実施形態に係る車載充電ユニット１（充電システム１０）によれば、急速充電時に車両制御ユニット６の動作を休止させることができるので、車両制御ユニット６の消費電力をより一層低減することができる。
なお、図３に示すステップＳ２−３、Ｓ２−４、Ｓ２−１０、Ｓ２−１１をさらに実行することにより、急速充電時と同様に、普通充電時の消費電力についてもより一層低減が図れることは言うまでもない。

以上、本発明に係る車載充電ユニット１および充電システム１０の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
例えば、車両制御ユニット６が自ら動作休止状態に移行することができる場合は、図３のステップＳ２−３を省略することができる。また、車両制御ユニット６は、充電がある程度順調に進んでいることを確認した後に動作休止状態に移行してもよい。

１ 車載充電ユニット
２ 走行用モーター
３ インバーター
４ バッテリー
５ バッテリー制御ユニット
６ 車両制御ユニット
７ 充電制御ユニット
８ ＣＡＮ通信ライン
９ａ、９ｂ 電源ライン
１０ 充電システム
１１ 車載充電器
１２ 設置型充電器

Claims (4)

1. 車載充電器および車両外部に設置された設置型充電器のいずれか一方から出力される充電電流を用いて前記車両に搭載されたバッテリーを充電させる車載充電ユニットであって、
   前記車両を制御する車両制御ユニットと、
   前記バッテリーを制御するバッテリー制御ユニットと、
   前記車載充電器および前記設置型充電器の両方を制御可能とされ、前記車載充電器および前記設置型充電器のいずれか一方から出力される前記充電電流の充電電流値を制御する充電制御ユニットと、
   前記車両制御ユニット、前記バッテリー制御ユニット、前記充電制御ユニット、前記車載充電器および前記設置型充電器の間でのデータの送受信を可能にするＣＡＮ通信ラインと、
   を備え、
   前記車両制御ユニットは、前記車載充電器に充電させる場合は車載充電器用目標充電電力値を算出する一方、前記設置型充電器に充電させる場合は設置型充電器用目標充電電力値を算出し、算出した目標充電電力値に関する電力指令データを前記ＣＡＮ通信ラインに送信し、
   前記バッテリー制御ユニットは、前記バッテリーの電圧値を監視して当該バッテリーの電圧値に関する電圧データを前記ＣＡＮ通信ラインに送信し、
   前記充電制御ユニットは、前記ＣＡＮ通信ラインを介して前記電力指令データと前記電圧データとを受信し、前記目標充電電力値を前記バッテリーの電圧値で除算することにより前記充電電流値を算出し、当該充電電流値に関する電流指令データを前記車載充電器または前記設置型充電器に向けて送信することを特徴とする車載充電ユニット。
2. 前記車両制御ユニットは、前記電力指令データを送信した後、動作休止状態に移行することを特徴とする請求項１に記載の車載充電ユニット。
3. 前記動作休止状態への移行は、前記充電制御ユニットから送信された動作休止指令データに基づいて行われることを特徴とする請求項２に記載の車載充電ユニット。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の車載充電ユニットと、
   ＣＡＮ通信ラインを介して、前記充電制御ユニットとの間でデータの送受信が可能な車載充電器および設置型充電器と、
   を備えたことを特徴とする充電システム。

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