JP6044615B2 - 充電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載される充電装置に関する。
電気自動車やプラグインハイブリッドカーなどの車両の普及に伴い、車両に搭載される電池を充電するための充電装置の技術の向上が図られている。例えば、特許文献１〜３を参照。
しかしながら、電池や車種などによって充電装置に要求される出力電力が異なる場合、要求される出力電力に応じて充電装置を開発する必要があるため、１台あたりにかかる開発費が増大し、量産によって得られるコスト削減の効果をあまり期待することができない。
特開２０１３−０９０５６５号公報 特表２０１０−５１８５６６号公報 特開２０１２−１４３０８３号公報
本発明は、電池や車種などによって充電装置に要求される出力電力が異なる場合であっても、要求される出力電力に応じて充電装置を開発する必要をなくすことで、１台あたりにかかる開発費を抑えコスト削減を図ることが可能な充電装置を提供することを目的とする。
実施形態の充電装置は、車両に搭載される充電装置であって、１つ又は複数の充電器を備える。
充電器は、車載通信部又は他の充電器と通信可能な通信制御部を備える。
主充電器の通信制御部は、車載通信部から送信される第１の出力電力指令値に基づいて、主充電器の出力電力指令値を設定する場合、第１の出力電力指令値に基づいて設定される第２の出力電力指令値を副充電器に送信し、第１の出力電力指令値と副充電器から送信される副充電器の実出力電力値とに基づいて、主充電器の出力電力指令値を設定する場合、第１の出力電力指令値を副充電器に送信し、副充電器の通信制御部は、第１又は第２の出力電力指令値に基づいて、副充電器の出力電力指令値を設定する。
これにより、各充電器が協調して充電装置の出力電力を、要求される出力電力に設定することができる。従って、要求される出力電力に応じて、充電装置を開発する必要をなくすことができるため、１台あたりにかかる充電装置の開発費を抑えることができ、コスト削減を図ることができる。
本発明によれば、車両に搭載される充電装置において、要求される出力電力が電池や車種などによって異なる場合であっても、コスト削減を図ることができる。
実施形態の充電装置を示す図である。 通信制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 図２に示す動作例において、充電器及び車載通信部の間で送受信されるデータの一例を示す図である。 通信制御部の動作の他の例を示すフローチャートである。 図４に示す動作例において、充電器及び車載通信部の間で送受信されるデータの一例を示す図である。
図１は、実施形態の充電装置を示す図である。
図１に示す充電装置１は、電気自動車やプラグインハイブリッドカーなどの車両に搭載され、２つの充電器２を備える。各充電器２は、車両外部の充電スタンドなどから供給される電力を用いて、電池３を充電するための電力を出力する。また、各充電器２は、互いに並列接続されており、各充電器２からそれぞれ出力される電力が合成され、その合成後の電力が充電装置１の出力電力として電池３へ供給される。例えば、充電装置１に要求される出力電力が６．０［ｋＷ］、各充電器２の定格電力が３．０［ｋＷ］である場合、図１に示すように、２つの充電器２を備えて充電装置１を構成する。
充電器２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１と、制御部２２と、記憶部２３と、通信制御部２４とを備える。なお、制御部２２と通信制御部２４を１つの制御部により構成してもよい。また、制御部２２や通信制御部２４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）により構成される。また、記憶部２３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成される。
ＡＣ／ＤＣコンバータ２１は、入力端子ＡＣｉｎを介して入力される交流の電力（例えば、車両外部の充電スタンドから供給される電力）を直流の電力に変換して出力端子ＤＣｏｕｔを介して出力する。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１をＤＣ／ＤＣコンバータに置き換えてもよい。
制御部２２は、記憶部２３に記憶されているデータや通信制御部２４から送られてくるデータに基づいて、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１の動作を制御する。
通信制御部２４は、２つの通信系統Ｃｓ１、Ｃｓ２を有する。通信制御部２４は、一方の通信系統Ｃｓ１によりネットワーク４（例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network ））と接続されると、車両の走行などを制御する車載通信部５と通信可能になる。また、通信制御部２４は、他方の通信系統Ｃｓ２により通信線２５を介して他の充電器２の通信系統ＣＳ１と接続されると、他の充電器２と通信可能になる。また、通信制御部２４は、充電装置１に要求される出力電力を各充電器２で協調して出力するための機能を有している。
図２は、充電装置１に要求される出力電力を各充電器２で協調して出力するための機能を説明するための通信制御部２４の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、通信制御部２４は、自身の充電器２が主充電器又は副充電器であるかを判断するための主／副情報を記憶部２３から取得し（Ｓ２１）、車載通信部５から送信される充電開始指示や上記充電装置１に要求される出力電力としての充電装置１の出力電力指令値Ｃ１（第１の出力電力指令値）を受信する（Ｓ２２）。
次に、通信制御部２４は、Ｓ２１で取得した主／副情報に基づいて、自身の充電器２が主充電器であると判断すると（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、副充電器である他の充電器２から送信される副充電器の実出力電力値Ｒ２を受信し（Ｓ２４）、主充電器の実出力電力値Ｒ１を取得する（Ｓ２５）。なお、車載通信部５と通信可能な充電器２が主充電器になるように、各充電器２の記憶部２３に主／副情報を予め記憶させておくものとする。
一方、通信制御部２４は、Ｓ２１で取得した主／副情報に基づいて、自身の充電器２が副充電器であると判断すると（Ｓ２３：Ｎｏ）、副充電器の実出力電力値Ｒ２を取得する（Ｓ２５）。
次に、通信制御部２４は、自身の充電器２の出力電力指令値Ｃ３（第３の出力電力指令値）を設定し（Ｓ２６）、再度、自身の充電器２が主充電器であるか否かを判断する（Ｓ２７）。
次に、通信制御部２４は、自身の充電器２が主充電器であると判断すると（Ｓ２７：Ｙｅｓ）、副充電器の出力電力指令値Ｃ２（第２の出力電力指令値）を設定し（Ｓ２８）、その設定した出力電力指令値Ｃ２を副充電器へ送信し（Ｓ２９）、充電装置１の実出力電力値Ｒ３を車載通信部５へ送信する（Ｓ３０）。
一方、通信制御部２４は、自身の充電器２が副充電器であると判断すると（Ｓ２７：Ｎｏ）、副充電器の実出力電力Ｒ２を主充電器へ送信する（Ｓ３１）。
なお、Ｓ２２〜Ｓ３１の処理は、電池３の充電処理が終了するまで繰り返し行われる。
図３は、図２に示す動作例において、充電器２及び車載通信部５の間で送受信されるデータの一例を示す図である。
まず、各充電器２の通信制御部２４は、充電装置１が起動すると、又は、車両と充電スタンドが充電ケーブルを介して接続されたと判断すると、主／副情報を記憶部２３から取得し、自身の充電器２が主充電器又は副充電器であるかを判断する。
次に、主充電器の通信制御部２４は、車載通信部５から送信される充電開始指示や充電装置１の出力電力指令値Ｃ１（６．０［ｋＷ］）を受信すると、充電装置１の出力電力指令値Ｃ１（６．０［ｋＷ］）及び記憶部２３から取得される主充電器の定格電力値（３．０［ｋＷ］）のうち、値が小さい３．０［ｋＷ］を、主充電器の出力電力指令値Ｃ３として設定し主充電器の制御部２２へ送る。
次に、主充電器の制御部２２は、主充電器の出力電力指令値Ｃ３（３．０［ｋＷ］）に基づいて、主充電器のＡＣ／ＤＣコンバータ２１の動作を制御し、主充電器のＡＣ／ＤＣコンバータ２１の出力段に設けられる電圧検出部により検出される電圧と主充電器のＡＣ／ＤＣコンバータ２１の出力段に設けられる電流検出部により検出される電流とを乗算し、その乗算結果である２．９［ｋＷ］を主充電器の実出力電力値Ｒ１として主充電器の通信制御部２４へ送る。
次に、主充電器の通信制御部２４は、充電装置１の出力電力指令値（６．０［ｋＷ］）から主充電器の実出力電力値Ｒ１（２．９［ｋＷ］）を減算し、その減算結果である３．１［ｋＷ］を副充電器の出力電力指令値Ｃ２として副充電器へ送信する。
次に、副充電器の通信制御部２４は、副充電器の出力電力指令値Ｃ２（３．１［ｋＷ］）を受信すると、副充電器の出力電力指令値Ｃ２（３．１［ｋＷ］）及び記憶部２３から取得される副充電器の定格電力値（３．０［ｋＷ］）のうち、値が小さい３．０［ｋＷ］を、副充電器の出力電力指令値Ｃ３として設定し副充電器の制御部２２へ送る。
次に、副充電器の制御部２２は、副充電器の出力電力指令値Ｃ３（３．０［ｋＷ］）に基づいて、副充電器のＡＣ／ＤＣコンバータ２１の動作を制御し、副充電器のＡＣ／ＤＣコンバータ２１の出力段に設けられる電圧検出部により検出される電圧と副充電器のＡＣ／ＤＣコンバータ２１の出力段に設けられる電流検出部により検出される電流とを乗算し、その乗算結果である２．９［ｋＷ］を副充電器の実出力電力値Ｒ２として副充電器の通信制御部２４へ送る。
次に、副充電器の通信制御部２４は、副充電器の実出力電力値Ｒ２（２．９［ｋＷ］）を主充電器へ送信する。
そして、主充電器の通信制御部２４は、副充電器の実出力電力値Ｒ２（２．９［ｋＷ］）を受信すると、主充電器の実出力電力値Ｒ１（２．９［ｋＷ］）と副充電器の実出力電力値Ｒ２（２．９［ｋＷ］）とを加算し、その加算結果である５．８［ｋＷ］を充電装置１の実出力電力値Ｒ３として車載通信部５へ送信する。
このように、図２に示す動作例では、各充電器２が主充電器又は副充電器であるかを判断した後、主充電器の通信制御部２４が充電装置１の出力電力指令値Ｃ１を基に主充電器の出力電力指令値Ｃ３及び副充電器の出力電力指令値Ｃ２を設定し、副充電器の通信制御部２４が副充電器の出力電力指令値Ｃ２を基に副充電器の出力電力指令値Ｃ３を設定している。すなわち、主充電器は、出力電力指令値Ｃ１のうち、自身の出力電力指令値Ｃ３以外の部分を、副充電器で補ってもらうように、出力電力指令値Ｃ２を設定している。これにより、主充電器と副充電器が協調して出力電力指令値Ｃ１に応じた実出力電力値Ｒ３を出力することができる。
図４は、充電装置１に要求される出力電力を各充電器２で協調して出力するための機能を説明するための通信制御部２４の動作の他の例を示すフローチャートである。
まず、通信制御部２４は、自身の充電器２が主充電器又は副充電器であるかを判断するための主／副情報を記憶部２３から取得し（Ｓ４１）、車載通信部５から送信される充電開始指示や充電装置１の出力電力指令値Ｃ１を受信する（Ｓ４２）。
次に、通信制御部２４は、Ｓ４１で取得した主／副情報に基づいて、自身の充電器２が主充電器であると判断すると（Ｓ４３：Ｙｅｓ）、副充電器から送信される副充電器の実出力電力値Ｒ２を受信し（Ｓ４４）、主充電器の実出力電力値Ｒ１を取得する（Ｓ４５）。
一方、通信制御部２４は、Ｓ４１で取得した主／副情報に基づいて、自身の充電器２が副充電器であると判断すると（Ｓ４３：Ｎｏ）、副充電器の実出力電力値Ｒ２を取得する（Ｓ４５）。
次に、通信制御部２４は、自身の充電器２が主充電器であると判断すると（Ｓ４６：Ｙｅｓ）、主充電器の出力電力指令値Ｃ３を設定し（Ｓ４７）、充電装置１の出力電力指令値Ｃ１を副充電器へ送信し（Ｓ４８）、充電装置１の実出力電力値Ｒ３を車載通信部５へ送信する（Ｓ４９）。
一方、通信制御部２４は、自身の充電器２が副充電器であると判断すると（Ｓ４６：Ｎｏ）、副充電器の出力電力指令値Ｃ３を設定し（Ｓ５０）、副充電器の実出力電力値Ｒ２を主充電器へ送信する（Ｓ５１）。
なお、Ｓ４２〜Ｓ５１の処理は、電池３の充電処理が終了するまで繰り返し行われる。
図５は、図４に示す動作例において、充電器２及び車載通信部５の間で送受信されるデータの一例を示す図である。
まず、各充電器２の通信制御部２４は、充電装置１が起動すると、又は、車両と充電スタンドが充電ケーブルを介して接続されたと判断すると、主／副情報を記憶部２３から取得し、自身の充電器２が主充電器又は副充電器であるかを判断する。
次に、主充電器の通信制御部２４は、車載通信部５から送信される充電開始指示や充電装置１の出力電力指令値Ｃ１（６．０［ｋＷ］）を受信すると、その充電装置１の出力電力指令値Ｃ１（６．０［ｋＷ］）を副充電器の通信制御部２４へ送信する。
次に、副充電器の通信制御部２４は、充電装置１の出力電力指令値Ｃ１（６．０［ｋＷ］）を受信すると、充電装置１の出力電力指令値Ｃ１（６．０［ｋＷ］）及び記憶部２３から取得される副充電器の定格電力値（３．０［ｋＷ］）のうち、値が小さい３．０［ｋＷ］を、副充電器の出力電力指令値Ｃ３として設定し副充電器の制御部２２へ送る。
次に、副充電器の制御部２２は、副充電器の出力電力指令値Ｃ３（３．０［ｋＷ］）に基づいて、副充電器のＡＣ／ＤＣコンバータ２１の動作を制御し、副充電器のＡＣ／ＤＣコンバータ２１の出力段に設けられる電圧検出部により検出される電圧と副充電器のＡＣ／ＤＣコンバータ２１の出力段に設けられる電流検出部により検出される電流とを乗算し、その乗算結果である２．９［ｋＷ］を副充電器の実出力電力値Ｒ２として副充電器の通信制御部２４へ送る。
次に、副充電器の通信制御部２４は、副充電器の実出力電力値Ｒ２（２．９［ｋＷ］）を主充電器へ送信する。
次に、主充電器の通信制御部２４は、副充電器の実出力電力値Ｒ２（２．９［ｋＷ］）を受信すると、充電装置１の出力電力指令値（６［ｋＷ］）から副充電器の実出力電力値Ｒ２（２．９［ｋＷ］）を減算し、その減算結果である３．１［ｋＷ］を主充電器の出力電力指令値Ｃ３として主充電器の制御部２２へ送る。
次に、主充電器の制御部２２は、主充電器の出力電力指令値Ｃ３（３．１［ｋＷ］）に基づいて、主充電器のＡＣ／ＤＣコンバータ２１の動作を制御し、主充電器のＡＣ／ＤＣコンバータ２１の出力段に設けられる電圧検出部により検出される電圧と主充電器のＡＣ／ＤＣコンバータ２１の出力段に設けられる電流検出部により検出される電流とを乗算し、その乗算結果である３．０［ｋＷ］を主充電器の実出力電力値Ｒ１として主充電器の通信制御部２４へ送る。
そして、主充電器の通信制御部２４は、主充電器の実出力電力値Ｒ１（３．０［ｋＷ］）と副充電器の実出力電力値Ｒ２（２．９［ｋＷ］）とを加算し、その加算結果である５．９［ｋＷ］を充電装置１の実出力電力値Ｒ３として車載通信部５へ送信する。
このように、図４に示す動作例では、各充電器２が主充電器又は副充電器であるかを判断した後、副充電器の通信制御部２４が充電装置１の出力電力指令値Ｃ１を基に副充電器の出力電力指令値Ｃ３を設定し、主充電器の通信制御部２４が充電装置１の出力電力指令値Ｃ１及び副充電器の実出力電力値Ｒ２を基に主充電器の出力電力指令値Ｃ３を設定している。すなわち、主充電器は、出力電力指令値Ｃ１と副充電器の実出力電力値Ｒ２との差分を補うように、自身の出力電力指令値Ｃ３を設定している。これにより、図２に示す動作例と同様に、主充電器と副充電器が協調して出力電力指令値Ｃ１に応じた実出力電力値Ｒ３を出力することができる。
また、図２や図４に示す動作例では、車載通信部５が充電装置１に対して出力電力指令値Ｃ１のみを設定すればよいため、電池や車種などによって充電装置に要求される出力電力が異なる場合であっても、車載通信部５と充電装置１との間のインターフェイス部分を共通化することができる。
また、図２や図４に示す動作例では、車載通信部５が各充電器２に対してそれぞれ出力電力指令値を設定する必要がないため、車載通信部５の構成を複雑にさせないようにすることができる。
このように、実施形態の充電装置１では、通信制御部２４が、車載通信部５から送信される出力電力指令値Ｃ１又は他の充電器２から送信される出力電力指令値Ｃ２に基づいて、自身の充電器２の出力電力指令値Ｃ３を設定し、他の充電器２が接続されている場合には、出力電力指令値Ｃ１又は出力電力指令値Ｃ２を他の充電器２に送信している。これにより、各充電器２が協調して充電装置１の出力電力を、要求される出力電力に設定することができる。従って、要求される出力電力に応じて、充電装置１を開発する必要をなくすことができるため、１台あたりにかかる充電装置１の開発費を抑えることができ、コスト削減を図ることができる。
また、実施形態の充電装置１では、充電器２を量産することができるため、充電器２の量産によるコスト削減をさらに図ることができる。
なお、上記実施形態では、図２に示す動作例の主充電器において、充電装置１の出力電力指令値Ｃ１から主充電器の実出力電力値Ｒ１を減算し、その減算結果を副充電器の出力電力指令値Ｃ２として副充電器へ送信する構成であるが、充電装置１の出力電力指令値Ｃ１から主充電器の出力電力指令値Ｃ３を減算し、その減算結果を副充電器の出力電力指令値Ｃ２として副充電器へ送信するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、図２に示す動作例の主充電器において、出力電力指令値Ｃ１及び主充電器の定格電力値のうちの小さい方を、主充電器の出力電力指令値Ｃ３に設定する構成であるが、主充電器の定格電力値を上限値として主充電器の出力電力指令値Ｃ３を設定するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、図２に示す動作例の副充電器において、出力電力指令値Ｃ２及び副充電器の定格電力値のうちの小さい方を、副充電器の出力電力指令値Ｃ３に設定する構成であるが、副充電器の定格電力値を上限値として副充電器の出力電力指令値Ｃ３を設定するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、図４に示す動作例の副充電器において、出力電力指令値Ｃ１及び副充電器の定格電力値のうちの小さい方を、副充電器の出力電力指令値Ｃ３に設定する構成であるが、副充電器の定格電力値を上限値として副充電器の出力電力指令値Ｃ３を設定するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、図２に示す動作例の副充電器において、出力電力指令値Ｃ２及び副充電器の定格電力値のうちの小さい方を、副充電器の出力電力指令値Ｃ３に設定する構成であるが、副充電器の出力電力指令値Ｃ２をそのまま副充電器の出力電力指令値Ｃ３に設定するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、２つの充電器２を備えて充電装置１を構成しているが、１つ又は３つ以上の充電器２を備えて充電装置１を構成してもよい。
３つ以上の充電器２を備えて充電装置１を構成する場合、各充電器２は、出力電力指令値Ｃ１のうち、自身の出力電力指令値Ｃ３以外の部分を、他の充電器で補ってもらうように、出力電力指令値Ｃ２を設定する。
また、３つ以上の充電器２を備えて充電装置１を構成する場合、各充電器２は、出力電力指令値Ｃ１と他の充電器２の実出力電力値Ｒ２の加算値との差分を補うように、自身の出力電力指令値Ｃ３を設定する。例えば、１つの主充電器と２つの副充電器を備えて充電装置１を構成する場合、主充電器は、出力電力指令値Ｃ１と２つの副充電器から出力される実出力電力値Ｒ２の加算値との差分を補うように、自身の出力電力指令値Ｃ３を設定する。
１ 充電装置
２ 充電器
３ 電池
４ ネットワーク
５ 車載通信部
２１ ＡＣ／ＤＣコンバータ
２２ 制御部
２３ 記憶部
２４ 通信制御部

Claims (6)

  1. 車両に搭載される充電装置であって、
    主充電器及び副充電器を備え、
    前記主充電器は、車載通信部又は前記副充電器と通信可能な通信制御部を備え、
    前記副充電器は、前記主充電器と通信可能な通信制御部を備え、
    前記主充電器の通信制御部は、前記車載通信部から送信される第１の出力電力指令値に基づいて、前記主充電器の出力電力指令値を設定する場合、前記第１の出力電力指令値に基づいて設定される第２の出力電力指令値を前記副充電器に送信し、前記第１の出力電力指令値と前記副充電器から送信される前記副充電器の実出力電力値とに基づいて、前記主充電器の出力電力指令値を設定する場合、前記第１の出力電力指令値を前記副充電器に送信し、
    前記副充電器の通信制御部は、前記第１又は第２の出力電力指令値に基づいて、前記副充電器の出力電力指令値を設定する
    ことを特徴とする充電装置。
  2. 請求項１に記載の充電装置であって、
    前記主充電器の通信制御部は、前記第１の出力電力指令値と、前記主充電器の実出力電力値又は前記主充電器の出力電力指令値との差分を、前記第２の出力電力指令値に設定する
    ことを特徴とする充電装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の充電装置であって、
    前記主充電器の通信制御部は、前記第１の出力電力指令値と、前記副充電器の実出力電力値との差分を、前記主充電器の出力電力指令値に設定する
    ことを特徴とする充電装置。
  4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の充電装置であって、
    前記主充電器の通信制御部又は前記副充電器の通信制御部は、自身の充電器の定格電力値を上限値として自身の充電器の出力電力指令値を設定する
    ことを特徴とする充電装置。
  5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の充電装置であって、
    前記主充電器の通信制御部は、自身の充電器が主充電器であると判断すると、前記第１の出力電力指令値と自身の充電器の定格電力値のうちの小さい方を、前記主充電器の出力電力指令値に設定し、
    前記副充電器の通信制御部は、自身の充電器が副充電器であると判断すると、前記第２の出力電力指令値と自身の充電器の定格電力値のうちの小さい方を、前記副充電器の出力電力指令値に設定する
    ことを特徴とする充電装置。
  6. 請求項１〜４の何れか１項に記載の充電装置であって、
    前記主充電器の通信制御部は、自身の充電器が主充電器であると判断すると、前記第１の出力電力指令値と前記副充電器の実出力電力値との差分を、前記主充電器の出力電力指令値に設定し、
    前記副充電器の通信制御部は、自身の充電器が副充電器であると判断すると、前記第１の出力電力指令値と自身の充電器の定格電力値のうちの小さい方を、前記副充電器の出力電力指令値に設定する
    ことを特徴とする充電装置。
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