JP5506052B2 - 車両用充電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プラグインハイブリッドカーや電気自動車等の車載電池を備えた車両のうち、モード３の充電システムに対応した車両に対して充電を行うために用いられる車両用充電装置に関するものである。
今後急速な普及が予想されるプラグインハイブリッドカーや電気自動車等の充電システムについては、米国のＳＡＥ（ソサエティ・オブ・オートモーティブ・エンジニアズ）と日本のＪＥＶＡ（現ＪＡＲＩ日本自動車研究所）が標準システムを定めている。この標準システム中にも複数のモードが設定されており、例えば地上側の設備として充電ケーブルと漏電遮断手段のみが要求されるモード（モード１）や、地上側の設備としてさらに車両側の充電制御回路に対して充電制御信号（ＣＰＬＴ）を送る充電制御手段を含む制御手段が要求されるモード（モード３）がある。これら標準システムの内容については、特許文献１の背景技術の欄に記載されている。
このようなモードのうちのモード３を採用した車両の場合には、車両側の充電制御回路によって充電ケーブルの接続状況や車載電池の充電状態などがチェックされたうえで充電が開始される。
図４には、モード３の車両３０に対応する車両用充電装置２０おける充電開始制御に関する回路図を示し、図５には、充電状況ごとに図４のＡ点の電位（充電制御信号）の変化を示すグラフを示している。図４の回路図において、モード３の車両３０に充電ケーブル１を未接続の状態では、車両用充電装置２０のＡ点の電位（充電制御信号）が１２Ｖとなるようにしておく。
充電ケーブル１は充電電路を構成する電源線１ａと、充電制御信号を送信する情報線１ｂと、アース線１ｃより構成される。充電ケーブル１を車両３０に接続すると、車両側の充電制御回路６の抵抗Ｒ２が抵抗Ｒ１と直列に接続されることとなるから分圧され、Ａ点の電位（充電制御信号）は９Ｖとなる。充電制御部７は、１２Ｖから９Ｖへの電位の変化によって、モード３の車両３０の充電ケーブル１が接続されたことを検知し、その後、充電制御部７が発振器１０を発振させて９Ｖ発振の状態となる。これによってパルス状の９Ｖが車両側に入り、車両側の充電開始制御回路６が受電許可スイッチ１２をオンとする。この結果、抵抗Ｒ３の抵抗分圧によってＡ点の電位（充電制御信号）は６Ｖ発振に変化し、受電準備が完了となる。充電制御部７はこの状態においてリレー５にオン信号を出力し、充電電路２に充電電流が流れて車両側の充電器を介して車載電池４への充電が開始される。
なお、上記した充電開始制御は車両側では、駆動以外に使用される補助バッテリーを用いて行われるが、車種によっては充電ケーブル１の接続を検知した後の所定時間内に充電が開始されないと、車両３０の補助バッテリーのバッテリー上がりを防止するため車両側の充電制御回路６への電源供給を停止するスリープモード機能を備えたものがある。
スリープモードの状態の車両に再度充電を開始しようとする場合、スリープモードを解除するため、作業者は物理的な充電ケーブル１の接続解除及び再接続する必要がある。
一方、車両用充電装置２０には、電気料金の安い深夜電力を利用して車両３０を充電するために、充電ケーブル１を接続後の所定時間経過後に充電を開始できるタイマ制御機能が設けたり、或いは、集合住宅等で複数台の車両を交互に充電していくために、充電開始や充電停止を交互に繰り返す機能が設けたりすることが予定される。しかし、前記スリープモード機能を備えた車両３０を車両用充電装置２０に接続すると、上記と同様の問題が生ずるため、事実上、これらの機能が使用できないという問題があった。
特開２００９−７１８９９号公報（背景技術の欄）
本発明の目的は前記問題を解決し、車両用充電装置の制御によって、充電ケーブルを車両に接続直後に開始されないタイマ制御機能や、一時的に充電を停止させる機能を備えた車両用充電装置にスリープモード機能を備えた車両を車両用充電装置に接続した場合でも、作業者による物理的な充電ケーブルの接続解除及び再接続することなく、タイマ制御機能や一時的な充電停止及び再開させる制御機能を設けることができる車両用充電装置を提供することである。
上記課題を解決するためになされた本発明の車両用充電装置は、充電ケーブルを介して充電制御回路を搭載している車両への充電を行う車両用充電装置であって、車両側の充電制御回路に対し充電制御信号を送信して、車両への充電を制御する充電制御手段と、該充電制御信号の送信を制限する充電制御信号送信制限手段と、充電制御信号の送信制限が解除された際、充電制御信号を強制的リセットするリセット手段と、を備えることを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両用充電装置において、充電制御信号送信制限手段は、充電ケーブルを介して車両と接続後、制限手段による制御により車両側の充電制御回路に対する充電制御信号の送信を制限する機能を備えることを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の車両用充電装置において、制限手段が、設定時刻に充電を許可するタイマ制御手段であることを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項２記載の車両用充電装置において、車両を交互に充電していくために、充電開始や充電停止を交互に繰り返す一時的な充電停止及び再開させる制御機能を構成する制御用コンピュータであることを特徴とするものである。
請求項５の発明に係る本発明の車両用充電装置は、充電ケーブルを介して充電制御回路を搭載している車両への充電を行う車両用充電装置であって、車両側の充電制御回路に対し充電制御信号を送信して、車両への充電を制御する充電制御手段と、該充電制御信号の送信を制限する充電制御信号送信制限手段と、該車両用充電装置に電力を供給する交流電源が停電し、その後復電した時に充電制御信号を強制的にリセットするリセット手段と、を備えることを特徴とすることを特徴とするものである。
本発明に係る車両用充電装置では、車両側の充電制御回路に対し充電制御信号を送信して、車両への充電を制御する充電制御手段と、該充電制御信号の送信を制限する充電制御信号送信制限手段と、充電制御信号の送信制限が解除された際、充電制御信号を強制的にリセットするリセット手段をと、備える構成により、タイマ制御機能や一時的な充電停止及び再開させる制御機能による充電制御信号の送信制限が解除されると、速やかに充電制御信号が強制的にリセットされるため、スリープモード機能を備えた車両に対しても、作業者による物理的な充電ケーブルの接続解除及び再接続することなく、タイマ制御や一時的な充電停止及び再開させる制御による充電を可能とした。
充電開始制御に関するブロック図である。 本発明の充電制御部のブロック図である。 図１のＡ点の電位の変化を示すグラフである。 従来の充電開始制御に関するブロック図である。 図４のＡ点の電位の変化を示すグラフである。
以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は、モード３（充電時に車両と接続される充電装置側の制御手段として、車両側の充電制御回路６に対して充電制御信号（ＣＰＬＴ）を送る充電制御手段を含むことを要求されるモード）対応型の車両用充電装置２０と車両３０とを充電ケーブル１によって接続した状態を示すブロック図である。充電ケーブル１は電源を供給する電源線１ａと、充電制御信号を送信する情報線１ｂと、アース線１ｃより構成されている。電源線１ａは車両用充電装置２０内部で漏電遮断器（ＥＬＢ）を備えた充電電路２に接続されていて、交流電源３から供給される電力を、充電ケーブル１を経由して車両側の充電器を介して車載電池４に充電するものである。充電電路２には通電をオン・オフ制御するためのリレー５が設けられている。
７は充電装置の充電制御部であり、交流−直流変換手段である電源８を備えている。
この充電制御部７には、発振器（オシレータ）１０と抵抗Ｒ１を介して、充電制御信号端子１１が設けられている。その電圧（Ａ点の電圧）は充電制御部７に入力される。
車両側の充電制御回路６との間で充電制御信号（ＣＰＬＴ）をやり取りする発振器１０は、予め定められたデューティ比（パルス幅／パルス周期）の充電制御信号を発振する。充電制御信号のデューティ比は充電制御装置の充電容量や充電ケーブルの種類等によって定められるものである。
車両側の充電制御信号端子１１’とアース端子１４’との間には、抵抗Ｒ３と直列の受電許可スイッチ１２と、抵抗Ｒ２と、コンデンサ１３とが互いに並列に接続されている。この受電許可スイッチ１２は車両側の充電制御回路６によって制御されるものである。なお、デューティ比（パルス幅／パルス周期）が大きいほど大きな充電電流が供給可能であることを意味しており、車両側の充電制御回路６が発振器１０から出力される充電制御信号のデューティ比を読み取り、車載電池４への充電電流を制御する。
充電制御部７は、図２に示すように、車両側の充電制御回路６に対し充電制御信号を送信して、車両３０への充電開始制御を行う充電制御手段７１と、該充電制御信号の送信を制限する充電制御信号送信制限手段７２と、充電制御信号を強制的にリセットするリセット手段７３を備えている。
本実施形態の車両用充電装置では、充電ケーブル１を車両３０に接続していない場合、充電制御手段７１の送信する充電制御信号は、充電制御端子１１の電圧が１２Ｖとなるように調整されており、充電ケーブル１をモード３対応の車両３０に接続すると、車両側の充電制御回路６に設けた抵抗Ｒ２によって分圧され、充電制御端子１１の電圧は９Ｖに低下する。
充電制御部７は、該１２Ｖから９Ｖへの電位の変化によって、モード３の車両３０の充電ケーブル１が接続されたことを検知し、その後、充電制御部７が発振器１０を発振させて９Ｖ発振の状態となる。９Ｖで発振した充電制御信号が車両側に入ると、車両側の充電制御回路６に内蔵された充電許可スイッチ１２がオンとなる。その結果、充電制御信号の電圧は車両側の充電制御回路６に内蔵されている別の抵抗Ｒ３によって分圧されて６Ｖ発振となり、受電準備完了となる。
この状態において充電制御部７は充電電路２を開閉するリレー５にオン信号を出力し、車両側の充電制御回路６はパルス信号より供給可能な電流値の範囲内で車載電池４への充電が開始される。なおパルスの周波数はスタンドにより異なるが、電圧やデューティ比は規格化されている。また、車両用充電制御装置は、６Ｖ発振のパルス信号により充電が開始された旨の表示を行う。
図２に示すように、充電制御部７の充電制御手段７１には充電制御信号送信制限手段７２が接続されている。また、充電制御信号送信制限手段７２は、充電ケーブル接続後であって、設定された時刻に充電を開始する車両用充電装置２０に内蔵したタイマ制御手段等からなる制限手段１６から発信される制御信号により、充電制御手段７１に対して制限信号を出力又は解除する制御を行う。すなわち、充電制御信号送信制限手段７２が充電制御手段７１に対して制限信号を出力している状態では、充電制御手段７１による充電制御信号の送信がされず、車両３０は充電を開始することができない。
例えば、充電制御信号送信制限手段７２は、タイマ制御手段によって充電開始時刻になるまでは、「充電禁止」の制御信号が出力されているため、充電制御手段７１に対して制限信号を出力している。これにより、充電制御手段７１は１２Ｖから９Ｖへの電位の変化によって、モード３の車両３０の充電ケーブル１が接続されたことを検知しても、発振器１０を発振させることができない。
充電開始時刻になった時点でタイマ制御手段は「充電許可」の制御信号を出力するため充電制御信号送信制限手段７２は、充電制御手段７１に対して制限信号を解除する。これにより、充電制御手段７１は発振器１０を発振させることができ充電が開始される。
なお、制限手段１６としては、車両を交互に充電していくために充電開始や充電停止を交互に繰り返す一時的な充電停止及び再開させる制御を行うシステムの制御コンピュータであってもよい。例えば、複数の車両用充電装置が接続された充電システムであって、同時に複数の車両に充電を行うことが可能である。充電する車両の数が少ない時には、連続して充電を行うことが可能なものである。車両の台数が多く契約電力を超える場合には一部の車両に対して一時的に充電を停止させることにより、契約電力を超えないように、制御コンピュータによって、各車両用の充電装置の充電を制御している。
また、太陽光発電等の電源を充電に利用する場合には、発電量が日射量により変化するため、発電量の変化に応じて、制御コンピュータが充電を一時的に停止させ、又は再開させる制御を行うことが予定されている。
この制御用コンピュータからの「充電禁止」の制御信号を各車両用充電装置２０の充電制御信号送信制限手段７２が検知すると、充電制御信号送信制限手段７２が充電制御手段７１に対して制限信号を出力する。これにより充電制御手段７１が充電制御信号の送信を一時的に停止し各車両３０への充電は停止するように制御される。
ところで、上記したような制御を行う車両用充電装置２０に、スリープモード機能を備えた車両３０を車両用充電装置２０に接続した場合には、車両３０が充電ケーブル１の接続を識別した後、一定時間内に充電が開始されない場合（例えば、発振器１０によって充電制御信号が発振されない場合）には、車両３０の補助バッテリーのバッテリー上がりを防止するため車両側の充電制御回路６への電源供給を停止する。
本発明の特徴的部分は、タイマ制御機能や一時的な充電停止及び再開させる制御機能による制限信号が解除され、充電制御手段７１からの充電制御信号の送信制限が解除された際に、図２に示すように、Ａ点の電位（充電制御信号）を強制的にリセットする（９Ｖ→０Ｖ→９Ｖと変化させる）制御を行うリセット手段７３を設けることにより、スリープモード機能を備えた車両３０であってもタイマ制御機能や一時的な充電停止及び再開させる制御機能の制御による充電を可能とした。
充電制御信号送信制限手段７２が制限信号を解除して充電制御手段７１からの充電制御信号の送信制限を解除した場合には、リセット手段７３はＡ点の電位（充電制御信号）を強制的にリセットする（９Ｖ→０Ｖ→９Ｖと変化させる）制御を行うことにより、充電ケーブル１の接続解除及び再接続という物理的な作業を模擬している。
すなわち、Ａ点の電位（充電制御信号）が９Ｖから０Ｖとなることにより、充電ケーブル１の接続解除が模擬される。このとき物理的には充電ケーブル１は接続されているため、車両側の充電制御回路６の抵抗Ｒ２と接続される。従って充電制御部７からの充電制御信号は充電ケーブル１を車両３０に接続した時と同様に、抵抗Ｒ２が抵抗Ｒ１と直列に接続されることとなるから分圧され、Ａ点の電位（充電制御信号）は９Ｖとなる。
これにより、充電制御部７は、Ａ点の０Ｖから９Ｖへの電位の変化によって、モード３の車両３０に充電ケーブル１が接続されたことを認識する。
また、充電制御信号送信制限手段７２は充電制御手段７１に対して制限信号を解除して充電制御信号の送信制限が解除されているため、充電制御手段７１が発振器１０を発振させて９Ｖ発振の状態となる。車両側の充電制御回路６に９Ｖの充電制御信号が入力されると、内蔵された受電許可スイッチ１２がオンとなる。その結果、充電制御信号の電圧は車両側の充電制御回路６に内蔵されている抵抗Ｒ３によって分圧されて６Ｖ発振となり、受電準備完了となる。この状態において充電制御装置は充電電路２を開閉するリレー５にオン信号を出力し、車載電池４への充電が再開される。
なお、上記実施形態では充電制御信号送信制限手段７２が制限信号を解除した際にリセット手段を動作させているが、リセット手段７３は充電制御信号送信制限手段７２が制限信号を解除した後所定時間以内に、リセット動作をするものであってもよい。
なお、リセット手段７３は発振器１０が９Ｖで発振を開始して所定時間経過した後に充電が開始されない場合、すなわちＡ点の電位（充電制御信号）が６Ｖで発振しない場合にリセットの動作を行うようにすることもできる。
このように、リセット手段７３は車両がスリープモードとなった後に充電を再開する場合にリセット動作としてＡ点の電位を一旦０Ｖとし、その後元の電位まで戻す動作を行っている。
なお、制限手段１６は車両用充電装置２０の温度上昇により一時的に充電を停止するものであってもよい。
また、上記実施形態では、充電制御手段７１、充電制御信号送信制限手段７２及びリセット手段７３は、充電制御部７に設けられたものとして説明したが、充電制御部７が集積回路等で構成され、充電制御手段７１、充電制御信号送信制限手段７２及びリセット手段７３はその中に組み込まれたプログラムにより実現されるものとしても良い。
なお、上記実施形態では充電制御信号送信制限手段７２の制限信号が解除された時にリセット手段７３が動作するものとしているが、
充電制御部７に判定手段を設けておき、この判定手段が所定条件を満たした時に、リセット手段７３が強制的に充電制御信号をリセットするものとしても良い。
例えば、車両用充電装置２０の交流電源３が停電した場合であって、その後復電した時に判定手段が復電の検出判定をした時を所定条件とする。この所定条件を満たした時に、リセット手段７３により充電制御信号を強制的にリセットすれば充電を再開できるものであってもよい。この場合において充電の再開前には他の異常の有無を自動検出することが好ましい。
１ 充電ケーブル
１ａ 電源線
１ｂ 情報線
１ｃ アース線
２ 充電電路
３ 交流電源
４ 車載電池
５ リレー
６ 充電制御回路
７ 充電制御部
７１ 充電制御手段
７２ 充電制御信号送信制限手段
７３ リセット手段
８ 電源
９ スタートボタン
１０ 発振器
１１、１１’充電制御信号端子
１２ 受電許可スイッチ
１３ コンデンサ
１４、１４’アース端子
１５ スイッチ
１６ 制限手段
２０ 車両用充電装置
３０ 車両

Claims (5)

  1. 充電ケーブルを介して充電制御回路を搭載している車両への充電を行う車両用充電装置であって、
    車両側の充電制御回路に対し充電制御信号を送信して、車両への充電を制御する充電制御手段と、
    該充電制御信号の送信を制限する充電制御信号送信制限手段と、
    充電制御信号の送信制限が解除された際、充電制御信号を強制的リセットするリセット手段と、
    を備えることを特徴とする車両用充電装置。
  2. 充電制御信号送信制限手段は、充電ケーブルを介して車両と接続後、制限手段による制御により車両側の充電制御回路に対する充電制御信号の送信を制限する機能を備えることを特徴とする請求項１記載の車両用充電装置。
  3. 制限手段が、設定時刻に充電を許可するタイマ制御手段であることを特徴とする請求項２記載の車両用充電装置。
  4. 制限手段が、車両を交互に充電していくために、充電開始や充電停止を交互に繰り返す一時的な充電停止及び再開させる制御機能を構成する制御用コンピュータであることを特徴とする請求項２記載の車両用充電装置。
  5. 充電ケーブルを介して充電制御回路を搭載している車両への充電を行う車両用充電装置であって、
    車両側の充電制御回路に対し充電制御信号を送信して、車両への充電を制御する充電制御手段と、
    該充電制御信号の送信を制限する充電制御信号送信制限手段と、
    該車両用充電装置に電力を供給する交流電源が停電し、その後復電した時に充電制御信号を強制的にリセットするリセット手段と、
    を備えることを特徴とする車両用充電装置。
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