JP5796717B2

JP5796717B2 - 電気自動車の充電制御装置

Info

Publication number: JP5796717B2
Application number: JP2012065753A
Authority: JP
Inventors: 直浩辻
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: JP2013198372A

Description

本発明は、商用電源のコンセントに差し込む差込みプラグを通じてバッテリの充電を行う電気自動車の充電制御装置に関する。

電気自動車は、一般家庭の商用電源（日本：単相１００Ｖ、２００Ｖ）を用いて、車載の大容量のバッテリが充電されるようにもしてある。同充電は、急速充電に対して普通充電と呼ばれる。多くの普通充電は、電気自動車の充電口部に、先端に差込みプラグの有るケーブルを接続し、ケーブル端に有る差込みプラグを一般家庭に有るコンセントに差し込んで接続すると、車載の制御部での制御により、コンセントから電力がバッテリへ供給され、所定にバッテリの充電が行われる。

普通充電は、安全性や充電電力の負担を考慮した専用のコンセントを新設することが推奨されているが、専用のコンセントの期待できない自宅外などの場所で行う場合も多い。自宅外での普通充電は、既存の一般家庭用コンセントをそのまま用いて充電することも想定される。
同普通充電の場合、大電流（１０Ａ以上）を長時間に渡り通電するため、コンセント側の不具合により、差込みプラグとコンセントとの接続部で接触不良が発生すると、差込みプラグとコンセント間で発熱が生じ、差込みプラグやコンセントを過熱させ劣化させる（熱劣化）。特に大電流による熱劣化は過大で、差込みプラグの交換（ケーブルと共に）やコンセントの修理などに至りやすく、ユーザは、かなりの負担となる
従来、ケーブルの分野では、特許文献１に開示されているように、差込みプラグに温度センサを設け、差込みプラグが過熱されると、温度センサでの温度検出により、ケーブルに内蔵の漏電開閉器を開放して、充電を中止する技術が提案されている。

特開２０１０−１１００５０号公報（図９）

同技術を電気自動車の充電に適用すると、確かに過熱に対する差込みプラグの対処は十分であるものの、ときとしてバッテリの充電を損なってしまい、電気自動車には適切でない。
すなわち、差込みプラグとコンセント間で生じる発熱は、コンセント側の不具合が多く、充電中に一時的に生じてそのまま収まるときも有れば（一過性）、充電中に継続的に生じているときも有る。継続的に生じる発熱のときは、安全上、充電を停止させることは有効である。しかし、一時的な場合、発熱が解消されるにも関わらず、充電が中止されるため、この場合、再び充電作業を最初から行うことになる。通常、普通充電は、長時間に渡る作業（例えば２００Ｖで約７時間、１００Ｖで約１４時間）なため、途中で中止されると、充電時間を長引かせてしまう。

そこで、本発明の目的は、商用電源のコンセント側の不具合に対する安全性を確保しつつ、差込みプラグ、コンセント間で一時的（一過性）な温度上昇が生じたときに対しては、充電時間を長引かせずに充電が行える電気自動車の充電制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、差込みプラグとコンセントの接続部の温度を検出する温度検出センサを設け、商用電源からの電力をバッテリへ充電させる制御を行う充電制御部は、バッテリの充電時、温度検出センサにて異常な温度上昇を検出したとき、バッテリへ供給される電力を一旦、減少させる電力低減手段と、電力低減手段で減少させた電力での充電により温度検出センサでの異常な温度上昇が一時的かあるいは継続的かを判定する判定手段と、判定手段で温度上昇が一時的であると判定したとき、電力低減手段で減少させた電力を増加し、判定手段で温度上昇が継続的であると判定したとき、充電を中止する対処手段とを有するものとした。

同構成によると、バッテリの充電時、差込みプラグとコンセント間で発熱が生じたとしても、当該発熱が一時的な兆候を示すときは（一過性）、充電を停止せず、充電を続ける。発熱が、プラグやコンセントの劣化をもたす継続的な兆候を示すときは、充電を停止する。つまり、発熱の兆候により、充電停止、充電継続の使い分けが行われる。これにより、当初のコンセント側の不具合に対する安全性を確保しつつ、差込みプラグ、コンセント間で一時的（一過性）な温度上昇が生じたときに対しては、充電時間を長引かせずに充電が行える。

請求項２に記載の発明は、異常な状態に備えるよう、対処手段は、更に一時的な温度上昇に対する対処が所定の回数を超えたとき、充電を中止するものとした。

請求項１の発明によれば、コンセント側の不具合に対する安全性を確保しつつ、差込みプラグ、コンセント間で一時的（一過性）な温度上昇が生じたときに対しては、充電時間を長引かせずに充電を行うことができる。特に大電流で、長時間（例えば２００Ｖで約７時間、１００Ｖで約１４時間）の充電時間を要する普通充電は、途中で中止される頻度が抑えられるから、効率良く充電が行える
請求項２の発明によれば、一時的な温度上昇に対する対処が繰り返し行われる場合、他に異常となる要因が有ると判定でき、充電を中止し、異常な状態に対処する。

本発明の一実施形態に係る充電制御装置の構成を、電気自動車の車体と共に示す側面図。図１中のＡ部に示す差込みプラグの断面図。充電制御装置での制御を示すフローチャート。同制御中のプラグ温度、通電の状態を示す線図。

以下、本発明を図１ないし図４に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は、本発明を適用した充電制御装置を、同装置を搭載した電気自動車と共に示している。
電気自動車の主な構造を説明すると、図１中１は電気自動車の車体である。車体１内には客室２や荷室３が形成されている。客室２のフロア４上には、乗員が着座するフロントシート６やリヤシート７が設置されている。客室２のフロア４下にはバッテリ１０（例えば多数のリチウムイオンバッテリセルを接続してなる）が設けられている。荷室３のフロア４下には、前・後輪１１，１２のうち例えば後輪１２を駆動する走行用モータ１３が、インバータ１４と共に設けられている。バッテリ１０は、このインバータ１４を介して走行用モータ１３に接続され、バッテリ１０に蓄えた電力で、走行用モータ１３を駆動する。

例えばリヤシート７下には、充電回路部１５が設けられている。また例えば車体１のリヤ側の車幅方向一側部には、普通充電用の充電口部１６が据え付けられている。この充電口部１６の端子部（図示しない）と充電回路部１５とが接続されている。充電口部１６の端子部は、普通充電用のケーブル、すなわち先端に商用電源のコンセント用差込みプラグ１７（以下、単に差込みプラグ１５と称す）をもつ長尺の充電ケーブル１８が接続可能となっている。つまり、普通充電でバッテリ１０を充電するときは、図１に示されるように駐車してある電気自動車の充電口部１６の端子部に、充電用ケーブル１８の基端部に有るコネクタ部１９を接続し、同ケーブル１８を既存の一般家庭用のコンセント２０が有る地点まで引き回して、先端の差込みプラグ１７を同コンセント２０に接続すると、充電回路部１５のもとで、商用電源（日本：単相１００Ｖ、２００Ｖ）の電力が充電電力として、コンセント２０からバッテリ１０へ供給される。すなわち、普通充電が行われる構造となっている。ちなみに１６ａは、充電口部１６を開閉する蓋を示す。

この普通充電は、車載の充電制御装置２３（図１中の一点鎖線で囲まれる部分）で制御される。すなわち、充電制御装置２３は、例えばリヤシート７下に据付けた制御部２４（例えばＣＰＵやメモリなどを組合わせて構成されるもの）と、同制御部２４に接続される上記充電回路部１５とを有して構成される。制御部２４は、予め設定された充電プログラムにしたがい充電回路部１５を制御して、商用電源からの電力をバッテリ１０に対し所定に充電させる機能をもつ。この他、充電制御装置２３には、例えばコンセント２０側の不具合（差込みプラグ１７とコンセント２０の接触不良など）で生ずる発熱を考慮して、充電を継続させたり充電を停止させたりする機能が施されている。

これは、例えば差込みプラグ１７に、温度検出センサ２５を設け、例えば制御部２４に、差込みプラグ１７とコンセント２０の接続部で生ずる発熱の兆候にしたがい、充電の継続、充電停止を行う設定を施すことで構成されている。
具体的には、図２に示されるように例えば温度検出センサ２５としては、例えば差込みプラグ１７の接触端子１７ａにそれぞれ熱電対２７を設け、差込みプラグ１７の本体１７ｂ内部に熱電対２７の起電力から接触端子１７ａの温度を検出する温度検出回路部２８を設けた構成が用いられる。このうち温度検出回路部２８は、送信手段、例えば充電ケーブル１８内に挿通した信号線２９（充電電力用の電力線１８ａとは別なもの）を用いて、制御部２４と接続される。つまり、温度検出回路部２８から出力される検出温度の情報が制御部２４へ出力されるようにしている。これで、例えばコンセント２０側の不具合を要因とした、差込みプラグ１７の接触端子１７ａとコンセント２０の接触端子２０ａ（図１に一部だけ図示）とが接触する部分での発熱、すなわち接続部での異常な温度上昇（過熱）が検出されるようにしている。

ちなみに検出温度の送信は、信号線２９でなく、充電ケーブル１８の電力線１８ａに流れる電流に信号を重畳させて伝達させたり、無線で伝達させたりなどしても構わない。
制御部２４には、異常な温度上昇（過熱）に対する方策として、バッテリ１０の充電時、差込みプラグ１７の過熱をもたらす異常な温度上昇を検出すると、バッテリ１０へ供給される電力を一旦、例えば所定時間の間、減少、具体的には電流値を所定値だけ減らす電力低減機能（本願の電力低減手段に相当）と、この減少した電力での充電により、温度検出センサ２５で検出した異常な温度上昇が一時的（一過性）かあるいは継続的かを判定する判定機能（本願の判定手段）と、温度上昇が一時的であると判定したとき、低減させた電力を増加、ここでは元に復帰させる増加（復帰）機能と、温度上昇が継続的であると判定したとき、充電を中止する中止機能（いずれも本願の対処手段に相当）とが設定されている。更に制御部２４には、異常な状態に備えて、一時的な温度上昇に対する対処が繰り返し行われると、充電を中止する第２の中止機能（中止手段）も設定されている。

これらの機能により、バッテリ１０の充電中、差込みプラグ１７とコンセント２０間で異常な発熱を生じたような場合、同発熱の兆候に応じて、充電停止、充電継続が使い分けられるようにしている。この制御が図３に示すフローチャートに示され、そのときのプラグ温度値や充電電力値（ここでは電流値）の挙動が図４に示されている。
つぎに、図３および図４を参照してバッテリ１０の充電時の制御について説明する。

すなわち、今、電気自動車は、自宅外で普通充電、例えば一般家庭の既存のコンセント２０を用いて充電を行うことになったとする。このときは、例えば駐車している電気自動車の充電口部１６の端子部に、充電用ケーブル１８の基端部に有るコネクタ部１９を接続して、充電ケーブル１８を一般家庭用のコンセント２０が有る地点まで引き回し、先端の差込みプラグ１７を家屋の壁面などに有るコンセント２０に接続する。これにより、充電回路部１５を通じて、コンセント２０から、商用電源（日本：単相１００Ｖ、２００Ｖ）の電力が車載のバッテリ１０へ供給され、充電が行われる。

既存の一般家庭用のコンセント２０の場合、コンセント２０側の不具合、例えば差込みプラグ１７との接触不良などにより、抵抗値が大きくなることがある。
普通充電は、大電流（１０Ａ以上）で通電しているので、差込みプラグ１７とコンセント２０の接続部で接触不良が生じていると、同部分が発熱、すなわち差込みプラグ１７の接触端子１７ａとコンセント２０の接触端子２０ａ間が異常に発熱し、差込みプラグ１７やコンセント２０の過熱を招く。

このとき、充電制御装置２３は、図３のフローチャートに示されるように差込みプラグ１７の温度を監視し充電を制御している。
すなわち、バッテリ１１の充電が始まると、図１３中のステップＳ１に示されるように熱電対２７および温度検出回路部２８を通じて、差込みプラグ１７とコンセント２０の接続部における温度が検出される。同温度の測定が行われると、ステップＳ２へ進み、異常な温度上昇か否かの判定が行われる。ステップＳ２以降、同判定結果にしたがった制御が行われる。

すなわち、制御部２４には、予め差込みプラグ１７の異常温度を検出するためのしきい値、例えばＴｆ（図４中に図示）が設定されていて、ステップＳ２において、測定した温度値ＴとＴｆ値とを対比している。正常であれば、測定した温度値ＴはＴｆ値よりも低く、差込みプラグ１７やコンセント２０は過熱していない。つまり、異常な温度上昇はないと判定される。この判定結果を受けて、ステップＳ３へ進み、同ステップＳ３の充電を続行させる処理を行い、そのまま大電流（１０Ａ以上）による充電を続ける。

一方、例えば差込みプラグ１７とコンセント２０の接続部における接触不良により、異常な発熱が生じ、図４中のα線に示されるように差込みプラグ１７の温度が、Ｔｆ値を超えるまで異常に上昇したとする。
するとステップＳ２は、Ｔｆ値との対比から、異常な温度上昇が生じたと判定する。この判定結果を受けて、ステップＳ４（回数による判定）を通じ、ステップＳ５，Ｓ６へ、すなわち電力値を一旦、減少させる処理へ進む（電力低減手段）。

この電力値の減少処理は、例えばステップＳ５において図４中に示される電流値βを、充電電流値Ｉ1よりも低い充電電流値Ｉ2まで低減させ、続くステップＳ６にて、同電流値Ｉ2で、所定時間、ここではＴｍ（図４中に図示）の間、通電（充電）を続けることで行われる。
所定時間Ｔｍが経過すると、制御部２４は、続くステップＳ７により、再び熱電対２７および温度検出回路部２８を通じて、差込みプラグ１７の温度、すなわち差込みプラグ１７とコンセント２０の接続部の温度を検出する。さらにステップＳ８にて、熱電対２７で検出した異常な温度上昇が、一時的な要因で生じたのか（一過性）、あるいは継続的な要因で生じたのかを判定する。

差込みプラグ１７とコンセント２０間の接触不良は、一時的に生じて収まるときも有れば（一過性）、継続的に生じるときも有る。
例えば図４中のＡのような発熱が一時的（一過性）の場合、低電力値（Ｉ2）で通電している間（Ｔｍ）に発熱が収まる兆候が見られる。すると、差込みプラグ１７やコンセント２０は、熱が大気中へ逃げて冷却されるため、所定時間Ｔｍ後のプラグ温度値αは、急激に下降、ここでは、異常温度を検出する温度値（Ｔｆ）以下まで下がる。

また図４中のＢのような発熱が収まらず継続している場合、発熱の要因は収まらず、差込みプラグ１７とコンセント２０との接続部から発熱は続く兆候が見られる。このため、低電力値（Ｉ2）で通電している間（Ｔｍ）は、低電力値での通電により、差込みプラグ１７やコンセント２０の過熱は抑えられるものの、温度が高い傾向は続く。所定時間Ｔｍ後でもプラグ温度値αは、異常温度を検出する温度値（Ｔｆ）を超えた温度に上昇したままとなる。

つまり、低電力下での充電により、熱電対２７で検出した異常温度が、一時的な要因で生じたのか（一過性）、継続的な要因で生じたのかの判定が安全に行える（ステップＳ８）。
ステップＳ８において、異常な温度上昇（発熱）が一時的な兆候であると判定すると（一過性）、ステップＳ９へ進み、充電電力を増加、ここでは再び元の充電電力に戻す。すなわち、電流値Ｉ2から電流値Ｉ1に復帰させる。復帰後、ステップＳ１０のカウンタを経て、ステップＳ３へ戻り、元の充電電力での充電を継続する。

またステップＳ８において、異常な温度上昇が継続的な兆候であると判定すると、差込みプラグ１７やコンセント２０などは過熱の影響で劣化しやすい状況に有ると判定し、即座にステップＳ１１の充電を停止する処理へ進み、直ちに充電を停止させる。
たびたび一時的な異常温度上昇に伴う対処が行われると、ステップＳ４の異常温度が一定回数を超えたか否かの判定で対処が行われる。すなわち、ステップＳ４は、ステップＳ１０のカウンタが所定の回数を超えた時点（例えば３回程度）で、異常な温度上昇の要因が一過性でなく他に有ると判定して、ステップＳ１１へ進み、充電を中止し、異常な状態に備える。

なお、充電を中止したときは、例えばインジケータなどでユーザに異常が有る旨を報知し、その解消を促す。
このように電気自動車の普通充電は、充電制御装置２３により、差込みプラグ１７とコンセント２０間で生じる発熱の兆候に応じて、充電停止、充電継続を使い分けたことにより、コンセント２０側の不具合に対する安全性を確保しつつ、差込みプラグ１７、コンセント２０間に一時的（一過性）な温度上昇が生じたときに対しては、充電時間を長引かせることなく充電ができる。特に大電流で、長時間（例えば２００Ｖで約７時間、１００Ｖで約１４時間）の充電時間を要する普通充電は、途中で中止される頻度が抑えられるので、効率良く充電が行える。

しかも、バッテリ１０の充電の際、一時的（一過性）な温度上昇に対する対処が繰り返し行われる場合、他に異常となる要因が有ると判定して、即時、充電を中止したので、安全性は高い。
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば一実施形態では、差込みプラグに熱電対などを設けて、差込みプラグから異常温度を検出するようにしたが、これに限らず、他のセンサ、例えば差込みプラグと別体なコンセント側のパネルと取付け可能な温度センサを用いて、コンセント側から異常温度を検出するようにしてもよい。むろん、温度センサも、赤外線センサなどを用いても構わない。また充電ケーブルも、別体でなく、車体から直接、延びるケーブルでも構わない。

１０バッテリ
１５充電回路部
１７差込みプラグ
１８充電ケーブル
２０商用電源のコンセント
２３充電制御装置
２４制御部（充電制御部、電力低減手段，判定手段，対処手段）
２５温度検出センサ
２７熱電対
２８温度検出回路部

Claims

商用電源のコンセントと接続可能な差込みプラグを通じて充電を行う電気自動車のバッテリと、
前記商用電源からの電力を前記バッテリへ充電させる制御を行う充電制御部と
を有した電気自動車の充電制御装置であって、
前記差込みプラグと前記コンセントの接続部の温度を検出する温度検出センサを設け、
前記充電制御部は、
前記バッテリの充電時、前記温度検出センサにて異常な温度上昇を検出したとき、前記バッテリへ供給される電力を一旦、減少させる電力低減手段と、
前記電力低減手段で減少させた電力での充電により前記温度検出センサでの異常な温度上昇が一時的かあるいは継続的かを判定する判定手段と、
前記判定手段で前記温度上昇が一時的であると判定したとき、前記電力低減手段で減少させた電力を増加し、前記判定手段で前記温度上昇が継続的であると判定したとき、充電を中止する対処手段とを有する
ことを特徴とする電気自動車の充電制御装置。
前記対処手段は、更に、前記一時的な温度上昇に対する対処が所定の回数を超えたとき、充電を中止することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の充電制御装置。