JP5914980B2 - 充電制御装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、充電制御装置及び方法に関するものである。
ハイブリッド車両の駆動用蓄電装置を充電するための制御システムにおいて、パイロット信号ラインを延長する延長信号ラインに抵抗素子を設け、当該延長信号ラインを介して入力される信号レベルの変化に基づいて、実際に充電ケーブルのコネクタが車両の充電インレットから離脱したのか、それとも単に充電ケーブルの離脱ボタンが操作されたのかを識別することが提案されている(特許文献1)。
特開2010−81740号公報
ところで、上記車両用充電システムでは車両の充電インレットに充電ケーブルのコネクタを嵌合させた状態でアタッチメントの操作部を押すと、それが意図した操作でなくても、システムメインリレーが開成し、充電システムがシャットダウンする。したがって、再起動するために再度システムメインリレーを閉成しなければならず、リレースイッチが短命になるという問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、充電システムのリレースイッチの寿命の低下を抑制できる充電制御装置及び方法を提供することである。
本発明は、充電ケーブルが車両の充電インレットに接続された状態で離脱する旨の指示が確認されたら、リレースイッチを閉成したまま充電処理を中断し、所定時間内に離脱を解除する旨の指示が確認されたら充電処理を再開することによって、上記課題を解決する。
本発明によれば、充電ケーブルが車両の充電インレットに接続された状態で離脱する旨の指示が確認されると、所定時間だけリレースイッチの閉成状態が維持されるので、意図しないで離脱する旨の指示が出された場合には離脱を解除する指示を出すことで、リレースイッチを入切することなく充電処理を再開することができる。これにより、リレースイッチの入切回数が低減し、寿命の低下を抑制することができる。
本発明の一実施の形態を適用した充電システムを示す電気回路図である。 図1の充電制御装置の充電制御手順を示すフローチャートである。 図2の充電制御におけるタイミングチャートである。 図1のノイズ吸収用コンデンサによる残留電圧を示すグラフである。
以下、本発明の一実施の形態に係る充電制御装置を電気自動車の充電システムに適用した例を説明する。図1は充電ケーブルCCの第1コネクタC1を車両の外部電源BPに接続し、充電ケーブルCCの第2コネクタC2を電気自動車EVの充電インレットE1に接続することで、車載された二次電池からなるバッテリE2を充電するシステムの一例を示す。なお、本発明の充電制御装置1が適用される対象は電気自動車EVにのみ限定されず、内燃機関と走行駆動用電動機とを搭載したハイブリッド車にも適用することができる。図示は省略するが、バッテリE1は走行駆動用電動機や車載補機に電力を供給する。
充電ケーブルCCは、電力線C3の一端に外部電源BP、例えば家屋に設けられた商用電源のコンセントと接続するための第1コネクタC1が設けられ、他端に電気自動車EVの充電インレットE1と接続するための第2コネクタC2が設けられている。
また、充電ケーブルCCには、制御ユニットC4が設けられている。制御ユニットC4には、電力線C3を介して電気自動車EVに給電可能な定格電流に対応するパルス信号を生成する信号生成部C41と、漏電防止等を目的とした、電力線C3を入切するリレースイッチC42とが組み込まれている。そして、信号生成部C41は、外部電源BPから供給される電力によって動作するCPU,ROM,RAMとパルス信号を生成する発振器とを備える。信号生成部C41で生成されたパルス信号は、抵抗素子R1、制御信号線L1及びインターフェース回路E16を介して充電制御装置1の入力ポートP2に出力される。
第2コネクタC2には、接続判定回路C21が組み込まれている。接続判定回路C21は、一端が接地線C5に接続されたスイッチSW1と、当該スイッチSW1と直列に接続された抵抗素子R2と、当該スイッチSW1と並列に接続された抵抗素子R3とを備え、この接続判定回路C21の出力信号は、充電ケーブルCCが充電インレットE1に接続されたか否かの接続検出信号として充電制御装置1の入力ポートP1に入力される。
また、第2コネクタC2には、充電インレットE1に挿入された当該第2コネクタC2が離脱しないように機械的なロック機構(不図示)が設けられ、当該ロック機構を解除するための操作ボタンC22が設けられている。充電インレットE1から充電ケーブルCCの第2コネクタC2を離脱させる際に、操作者が当該操作ボタンC22を押圧操作することによりロック機構が解除され、これにより第2コネクタC2を離脱させることができる。そして、操作ボタンC22とスイッチSW1とが連動するように構成され、操作ボタンC22が押圧操作されると、それに連動して接続判定回路C21のスイッチSW1が開成状態(OFF)に遷移し、押圧操作が解除されると当該スイッチSW1が閉成状態(ON)に復帰する。なお、ロック機構と操作ボタンC22とスイッチSW1とは連動して動作するので、充電ケーブルCCの第2コネクタC2を充電インレットE1に嵌合させる際に、操作ボタンC22を押圧操作しなくてもロック機構の嵌合により操作ボタンC22が一瞬の間押圧されスイッチSW1も一瞬の間OFFすることになる。
充電ケーブルCCの第2コネクタC2には、電力線C3と接続された一対の電力端子C23,C24と、接地線C5に接続されたグランド端子C25と、パルス信号を出力する制御信号線L1に接続された信号端子C26と、接続判定回路C21の出力信号線L2に接続された信号端子C27とが設けられている。
充電インレットE1には、第2コネクタC2に設けられた各端子C23〜C27と夫々接続する複数の端子E11〜E15が設けられている。
また、充電インレットE1には、充電制御装置1が設けられている。充電制御装置1は制御プログラムが格納されたROMと、ワーキング領域として用いられるRAM及び電源オフ時に制御データを退避する不揮発性メモリとを備える。
充電インレットE1には、充電制御装置1の周辺回路として、充電インレットE1に入力されるパルス信号の信号レベルを検出するとともに、当該信号レベルを二段階に変化させるインターフェース回路E16と、接続判定回路C21の出力端子と接続された接続状態識別回路E17とが設けられている。
インターフェース回路E16は、ダイオードD1と、当該ダイオードD1を介して入力されるパルス信号の信号レベルを低下させる抵抗素子R5,R6とスイッチSW2とを備える。スイッチSW2はトランジスタ素子などから構成され、充電制御装置1の出力ポートP3からの指令信号により入切する。充電制御装置1は、接続状態判定回路E17により、第1コネクタC1が外部電源BPに接続され、かつ第2コネクタC2が充電インレットE1に接続されていると判断された場合に、スイッチSW2を閉成する指令信号を出力ポートP3から出力する。
接続状態識別回路E17は、接続判定回路C21の端子C27と接地線C5と間に接続判定回路C21と並列に接続された抵抗素子R7と、当該並列回路に直列接続され一端が電源E18(たとえばDC5V)に接続された抵抗素子R8と、抵抗素子R9とを備えた抵抗分圧回路で構成されている。インターフェース回路E16及び接続状態識別回路E17の動作については後述する。
充電インレットE1に接続された充電ケーブルCCの電力線C3から供給される高圧電力は、コイルLとコンデンサCとを有するLCフィルタE3を介してAC/DCコンバータE4により直流電力に変換された後に、高圧の蓄電装置であるバッテリE2に給電されるように構成されている。
AC/DCコンバータE5とバッテリE2との間の電力線E8には、充電制御装置1の出力ポートP4から出力される指令信号により入切するリレースイッチE5と、車両コントローラE7からの指令信号(充電制御装置1の入出力ポートP5から出力される指令信号に基づく指令信号)により入切するリレースイッチE6とが設けられている。リレースイッチE5は充電リレースイッチ、リレースイッチE6はメインリレースイッチとも称される。
なお、AC/DCコンバータは、当該AC/DCコンバータに高圧電力が供給されているか否かの検出信号を充電制御装置1の入力ポートP6に出力する。また、充電制御装置1はAC/DCコンバータE4を制御し、充電ケーブルCCにより供給された交流電力の直流電力への変換処理の開始、中断及び停止を実行する。これによりバッテリE2への充電開始、充電中断及び充電停止の各処理が実行される。
次に、図2のフローチャート及び図3のタイミングチャートを参照しながら、充電ケーブルCCによりバッテリE2を充電する際の充電制御装置1の制御手順について説明する。
充電制御装置1が待機状態にある場合に、図3の時間t0において外部電源BPのコンセントに充電ケーブルCCの第1コネクタC1が接続されたのち、時間t1において充電ケーブルCCの第2コネクタC2が充電インレットE1に装着されたものとする。時間t0において外部電源BPのコンセントに充電ケーブルCCの第1コネクタC1が接続されると、図1の信号生成部C41が通電するので、当該信号生成部C41から所定レベル(例えば±12V)、所定のデューティサイクル、所定周波数(例えば1KHz)のパルス信号が出力される(図3(a)のt0〜t1のパルス信号のチャート参照)。なお、図3(a)は充電制御装置1の入力ポートP2に入力されるパルス信号を示し、時間t0〜t1の間においては第2コネクタC2と充電インレットE1とは未接続であるため、実際には入力ポートP2に入力されるパルス信号はゼロであるが、便宜的に信号生成部C41から出力されるパルス信号を示している。
この時間t0〜t1では第2コネクタC2は充電インレットE1に接続されていないため、AC/DCコンバータE4には高圧電力は供給されていない(図3(b)のt0〜t1の高圧電力のチャート参照)。また、この時間t0〜t1では第2コネクタC2は充電インレットE1に接続されていないため、接続状態識別回路E17から入力ポートP1に入力される識別信号の信号レベルは、電源E18,抵抗素子R7,R8,R9で決定されるHiレベルとなる(図3(e)の識別信号参照)。したがって、インターフェース回路E16のスイッチSW2は開成状態である(図3(c)のt0〜t1のスイッチSW2のチャート参照)。同様に、リレースイッチC42,E5,E6はいずれも開成状態である(図3(d)のt0〜t1のリレースイッチのチャート参照)。
なお、信号生成部C41にて生成されるパルス信号のデューティサイクルは、外部電源BPから充電ケーブルCCを介して電気自動車EVへ供給可能な電流容量に基づいて設定される値であり、充電ケーブルCC毎に予め設定されている。例えば、電流容量が12Aの場合には20%、電流容量が24Aの場合には40%というふうに設定されている。
図3の時間t1にて第2コネクタC2が充電インレットE1に接続されると、制御信号線L2を介して接続判定回路C21と接続状態識別回路E17とが接続されるので、充電制御装置1の入力ポートP1に入力される識別信号の信号レベルは、電源E18,抵抗素子R7,R8,R9に、抵抗素子R2が加わった分圧抵抗回路によりローレベルLoに遷移する。充電制御部1は当該Loレベルの識別信号を検出することで第2コネクタC2が充電インレットE1に接続されたと判断し、図2のステップS1からステップS2へ進む。なお、第2コネクタC2が充電インレットE1に接続される瞬間(時間t1の初期)は、第2コネクタC2のロック機構が瞬間的に開閉し、これに連動してスイッチSW1が瞬間的に開成(OFF)されるので、入力ポートP1に入力される識別信号の信号レベルは、電源E18,抵抗素子R7,R8,R9に、抵抗素子R2,R3が加わった分圧抵抗回路により瞬間的にミドルレベルMdに遷移するが、本例ではこのミドルレベルMdへの遷移は無視することとする。以下、時間t1と称する場合の識別信号は、当該初期を除くローレベルLoの範囲をいうものとする。
また図3の時間t1において、信号生成部C41にて生成されたパルス信号は、制御信号線L1を介して充電制御装置1の入力ポートP2に入力する。このとき、パルス信号は、インターフェース回路E16の抵抗素子R5に応じた所定レベルのパルス信号として入力される。たとえば図3の時間t1〜t2のパルス信号のチャートに示すように+9Vのパルス信号になる。充電制御装置1は入力ポートP2に入力される+9Vのパルス信号を検出すると、図2のステップS2からステップS3へ進み、所定時間Xの間隔をおいてステップS4へ進む。
図2のステップS4において、充電制御装置1は、AC/DCコンバータE4に電力が供給されていないことを検出したらステップS5へ進み、出力ポートP3からスイッチSW2の閉成指令信号を出力する。
スイッチSW2が閉成状態になると、信号生成部C41から制御信号線L1を介して充電制御部1の入力ポートP2に入力していたパルス信号は、抵抗素子R5,R6の分圧回路により降圧し、図3の時間t2以降に示すように、例えば+6Vのパルス信号に遷移する。充電制御部1は、このパルス信号の遷移を検出すると、制御ユニットC4のリレースイッチC42を閉成する指令信号を制御ユニットC4に出力する。これと同時に、リレースイッチE5を閉成する指令信号をリレースイッチE5に出力し、またリレースイッチE6を閉成する指令信号を車両コントローラE7へ出力する。これらリレースイッチC42,E5,E6の閉成により充電モードに遷移し(図2のステップS6)、AD/DCコンバータE4を制御することで外部電源BPからの電力が充電ケーブルCCの電力線C3を介してバッテリE2に供給される(図3の時間t2〜t3)。
なお、図2のステップS3にて所定時間Xの間隔をおいてAC/DCコンバータE4の電力を検出するのは、図1のLCフィルタE3のコンデンサCに電荷が蓄積されていると、図4に示すように残留電圧の影響によって誤検出するおそれがあるためである。すなわち、AC/DCコンバータE4への電力供給が遮断されてからコンデンサCの放電に時間Xかかるため、時間Xの間隔をおいて電力を検出することにより誤検出を防止する。
なお、図2のステップS2にて、充電ケーブルCCの第1コネクタC1が外部電源BPに接続され、第2コネクタC2が充電インレットE1に接続さているにも拘らず、入力ポートP2に所定レベルのパルス信号が検出されない場合や、ステップS4にてAC/DCコンバータE4に供給される電力がゼロではない場合には、充電ケーブルCCがSAE規格に適合するものではなかったり、充電ケーブルCCの第1コネクタC1が外部電源BPのコンセントから外れていたり、制御信号線L1が断線その他の異常を有するものであったり、リレースイッチC42が溶着故障していたり、或いは充電インレットE1のスイッチSW2が故障していたり、何らかの異常があるものと判断してステップS13へ進み、充電禁止又は充電電流を制限するための指令信号をAC/DCコンバータE4へ出力する。
次に、ステップS6の充電モードの状態で第2コネクタC2の操作ボタンC22が押されると(図2のステップS7,図3の時間t3)、ステップS8へ進み、充電待機モードに移行する。この充電待機モードでは、操作ボタンC22が押される(ボタンをONする、スイッチSW1を開成する)ことにより接続判定回路C21のスイッチSW1が開成状態となり、これにより、充電制御装置1の入力ポートP1に入力している識別信号の信号レベルが、Loレベルから接続判定回路C21の抵抗素子R3のぶんだけ昇圧してMdレベルに遷移する。すなわち、入力ポートP1に入力される識別信号の信号レベルは、電源E18に対し、並列接続された抵抗素子R7,R8と、直列接続された抵抗素子R2,R3との分圧抵抗回路によりミドルレベルMdに遷移する。充電制御装置1は、この入力ポートP1に入力される識別信号の電圧レベルの上昇を検出すると、リレースイッチC42,E5,E6を閉成状態に維持したまま、AC/DCコンバータE4へ充電を中断する指令信号を出力する。
次いで、ステップS9にて第2コネクタC2が充電インレットE1から離脱されたか否かを検出する。第2コネクタC2が充電インレットE1から離脱されると、入力ポートP1に入力する識別信号は元のHiレベルに戻るので(図3の時間t4〜)、この識別信号の信号レベルにより検出することができる。そして、充電待機モード中(充電処理の中断中)に第2コネクタC2が充電インレットE1から離脱されたら、ステップS10へ進み、充電を終了するためにリレースイッチC42,E5,E6を開成状態にする指令信号を出力する。
これにより、外部電源BPから充電ケーブルCCの電力線C3を介して供給される電力が遮断されるので、第2コネクタC2を充電インレットE1から安全に離脱することができる。
これに対し、ステップS7にて操作ボタンC22が押されたのでステップS8にて充電待機モードに移行し、充電処理を中断したにも拘らず、ステップS9にて第2コネクタC2が充電インレットE1から離脱されない場合には、ステップS11へ進み、操作ボタンC22が解除(ボタンをOFFする、スイッチSW1を閉成する)されたか否かを判定する。そして、操作ボタンC22が解除された場合にはステップS6へ戻り、それまで中断していた充電処理を再開する。意図しないで操作ボタンC22を押してしまったり、積雪などにより操作ボタンC22が押されてしまったりしても、操作ボタンC22を解除することでシステム全体をシャットダウンすることなく充電を再開することができる。
ステップS11にて操作ボタンC22は解除されず、ONしたままの場合にはステップS12へ進み、所定時間が経過するまでステップS8,S9,S11を繰り返す。この所定時間は、バッテリE2の充電状態SOCに応じて設定してもよい。たとえばバッテリE2のSOCが小さい場合には短い時間を設定し、SOCが大きい場合には長い時間を設定する。
所定時間内に第2コネクタC2が充電インレットE1から離脱されず、また操作ボタンC22が解除されない場合には、ステップS13へ進み、操作ボタンC22の故障と判定し、ステップS10へ進んでリレースイッチC42,E5,E6を開成状態にする信号を出力し、システムをシャットダウンして充電処理を終了する。
以上のように、本例の充電制御装置によれば、充電ケーブルCCが車両の充電インレットE1に接続された状態で操作ボタンC22が押されたら、所定時間だけリレースイッチC42,E5,E6は閉成したままAC/DCコンバータE4による充電処理を中断する。そして、この所定時間内に操作ボタンC22が解除されたら充電処理を再開するので、リレースイッチC42,E5,E6の無駄な入切動作がなくなる。これにより、リレースイッチC42,E5,E6の寿命の低下を抑制することができる。
また図2のステップS12の所定時間をバッテリB2のSOC値に応じて設定することで、ステップS8の充電待機モード時の電力消費による過放電を防止することができる。
なお、上記実施の形態では、充電インレットE1に対する充電ケーブルCCの離脱指示を操作ボタンC22のON/OFFで行うように構成したが、当該離脱の指示は操作ボタンによる機械的なものの他、携帯端末機などの遠隔操作によるものや、音声認識を用いた音声指示による電子的・電気的なものであってもよい。
上記バッテリE2は本発明に係る蓄電装置に相当し、上記操作ボタンC22は本発明に係る離脱指示手段に相当し、上記接続判定回路C21及び接続状態識別回路E17は本発明に係る接続状態検出手段及び離脱検出手段に相当し、上記充電制御装置1は本発明に係る制御手段に相当する。
EV…電気自動車(車両)
E1…充電インレット
E11〜E15…端子
E16…インターフェース回路
E17…接続状態識別回路(接続状態検出手段)
E18…電源
E2…バッテリ
E3…LCフィルタ
E4…AC/DCコンバータ
E5,E6…リレースイッチ
E7…車両コントローラ
E8…電力線(電力供給ライン)
BP…外部電源(車両外部の電源)
CC…充電ケーブル
C1…第1コネクタ
C2…第2コネクタ
C21…接続判定回路(接続状態検出手段)
C22…操作ボタン
C23,C24…電力端子
C25…グランド端子
C26,C27…信号端子
C3…電力線
C4…制御ユニット
C41…信号生成部
C42…リレースイッチ
C5…接地線
R1〜R9…抵抗素子
L1,L2…制御信号線
P1,P2…入力ポート
SW1,SW2…スイッチ
D1…ダイオード
L…コイル
C…コンデンサ
1…充電制御装置(制御手段)

Claims (8)

  1. 車両の充電インレットに接続され、車両外部の電源から前記車両の蓄電装置へ電力を供給する充電ケーブルを用いて充電処理を制御する充電制御装置であって、
    前記充電ケーブルの前記充電インレットへの接続を検出する接続状態検出手段と、
    前記充電ケーブルの離脱指示手段の指示信号を検出する離脱検出手段と、
    前記充電ケーブルが前記充電インレットに接続された状態で前記離脱指示手段の離脱する旨の指示信号が検出された場合に、所定時間だけ車両側の電力供給ラインに設けられた複数のリレースイッチ及び前記充電ケーブルに設けられたリレースイッチの閉成状態を維持するとともに前記蓄電装置への充電処理を中断する制御手段と、を備えることを特徴とする充電制御装置。
  2. 車両の充電インレットに接続され、車両外部の電源から前記車両の蓄電装置へ電力を供給する充電ケーブルを用いて充電処理を制御する充電制御装置であって、
    前記充電ケーブルの前記充電インレットへの接続を検出する接続状態検出手段と、
    前記充電ケーブルの離脱指示手段の指示信号を検出する離脱検出手段と、
    前記蓄電装置の充電状態を検出する充電状態検出手段と、
    前記充電ケーブルが前記充電インレットに接続された状態で前記離脱指示手段の離脱する旨の指示信号が検出された場合に、所定時間だけ車両側の電力供給ラインのリレースイッチの閉成状態を維持するとともに前記蓄電装置への充電処理を中断する制御手段と、を備え、
    前記制御手段は、前記蓄電装置の充電状態に応じて前記所定時間を設定することを特徴とする充電制御装置。
  3. 請求項1又は2に記載の充電制御装置において、
    前記制御手段は、前記所定時間の間に前記離脱検出手段により前記離脱指示手段の離脱を解除する旨の指示信号が検出された場合には、前記蓄電装置への充電処理を再開することを特徴とする充電制御装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の充電制御装置において、
    前記制御手段は、前記所定時間の間に前記接続状態検出手段により前記充電ケーブルが前記充電インレットから離脱されたことを検出した場合には、前記リレースイッチを開成することを特徴とする充電制御装置。
  5. 請求項1〜のいずれか一項に記載の充電制御装置において、
    前記制御手段は、前記所定時間の間に前記接続状態検出手段により前記充電ケーブルが前記充電インレットから離脱されたことを検出せず、且つ前記所定時間が経過した場合には、前記リレースイッチを開成することを特徴とする充電制御装置。
  6. 請求項に記載の充電制御装置において、
    前記制御手段は、前記離脱指示手段の異常と判定することを特徴とする充電制御装置。
  7. 車両外部の電源から前記車両の蓄電装置へ電力を供給する充電ケーブルを前記車両の充電インレットに接続し、前記蓄電装置への充電処理を制御する充電制御方法であって、
    前記充電ケーブルの前記充電インレットへの接続を検出するステップと、
    前記充電ケーブルの離脱指示手段の指示信号を検出するステップと、
    前記充電ケーブルが前記充電インレットに接続された状態で前記離脱指示手段の離脱する旨の指示信号が検出された場合に、所定時間だけ車両側の電力供給ラインに設けられた複数のリレースイッチ及び前記充電ケーブルに設けられたリレースイッチの閉成状態を維持するとともに前記蓄電装置への充電処理を中断するステップと、
    前記所定時間の間に前記離脱指示手段の離脱を解除する旨の指示信号が検出された場合には、前記蓄電装置への充電処理を再開するステップと、を備えることを特徴とする充電制御方法。
  8. 車両外部の電源から前記車両の蓄電装置へ電力を供給する充電ケーブルを前記車両の充電インレットに接続し、前記蓄電装置への充電処理を制御する充電制御方法であって、
    前記充電ケーブルの前記充電インレットへの接続を検出するステップと、
    前記充電ケーブルの離脱指示手段の指示信号を検出するステップと、
    前記蓄電装置の充電状態を検出するステップと、
    前記充電ケーブルが前記充電インレットに接続された状態で前記離脱指示手段の離脱する旨の指示信号が検出された場合に、前記蓄電装置の充電状態に応じて設定された所定時間だけ車両側の電力供給ラインのリレースイッチの閉成状態を維持するとともに前記蓄電装置への充電処理を中断するステップと、
    前記所定時間の間に前記離脱指示手段の離脱を解除する旨の指示信号が検出された場合には、前記蓄電装置への充電処理を再開するステップと、を備えることを特徴とする充電制御方法。
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