KR101440011B1 - 차량의 전원 시스템 및 그것을 구비하는 차량 - Google Patents

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신지 이치카와
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

차량의 전원 시스템은, 축전 장치(10)와, 축전 장치에 외부로부터 전력을 충전하기 위한 복수의 충전 경로(43, 53)와, 복수의 충전 경로 상에 각각 설치되며, 전력의 공급과 차단의 전환을 행하기 위한 복수의 릴레이(51-1, 51-2)와, 복수의 릴레이의 용착 상태에 기초하여 복수의 충전 경로 중 어느 충전 경로로부터 축전 장치에 대한 충전을 허가할지를 선택하는 충전 제어부(46)를 구비한다.

Description

차량의 전원 시스템 및 그것을 구비하는 차량{POWER SUPPLY SYSTEM FOR VEHICLE AND VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 차량의 전원 시스템 및 그것을 구비하는 차량에 관한 것으로, 특히, 외부 전원에 의해 충전 가능하게 구성된 축전 장치를 탑재하는 차량에 관한 것이다.
차량 구동용의 전동기 및 그 전동기에 전력을 공급하기 위한 축전 장치를 구비한 차량이 지금까지 제안되어 있다. 또한, 차량에 탑재된 축전 장치를 외부의 전원에 의해 충전하기 위한 구성이 제안되어 있다.
예를 들면, 국제공개 제97/10967호 팸플릿(특허문헌 1)에는, 각종 성능을 향상시킨 전기 자동차의 안전 기구에 관한 개시가 있다. 이 전기 자동차는, 충전 코드를 수납한 경우에만 주행 가능하게 하는 주행 금지 장치나, 브레이크 성능이나 회생 성능을 향상시킨 회생 브레이크 장치나, 스탠드 조작이 용이한 메인 스탠드 장치나, 스프링 하중량을 경감할 수 있는 후륜 구동 기구나, 회로로부터 발생하는 열을 유효하게 사용할 수 있고 배터리 교환 등의 조작이 용이한 구조 등을 갖는다.
국제공개 제97/10967호 팸플릿 일본 특허 공개 제2003-244832호 공보
상기의 선행 문헌에는, 차내에 코드 릴이 설치되어, 충전 코드를 수납한 경우에만 주행 가능하게 하는 전기 자동차가 기재되어 있다. 이러한, 코드 릴을 구비한 차량에서는, 코드 릴의 선단(先端)에 설치된 플러그 부분에 차량 측으로부터의 전압이 인가되지 않도록 주위를 기울여, 단락이나 누전이 발생하지 않도록 할 필요가 있다. 이것을 방지하기 위하여, 다양한 고장이 발생한 경우에 충전을 금지하는 것도 생각할 수 있다. 그러나 탑재하는 축전 장치에 일절 충전을 행할 수 없는 것에서는, 고장을 수리하기 위해 차량을 수리 공장으로 이동시킬 수도 없게 되어 불편하다.
본 발명의 목적은, 누전의 방지와 고장 시의 충전 기회의 획득을 양립시킨 차량의 전원 시스템 및 그것을 구비하는 차량을 제공하는 것이다.
본 발명은, 요약하면, 차량의 전원 시스템으로서, 축전 장치와, 축전 장치에 외부로부터 전력을 충전하기 위한 복수의 충전 경로와, 복수의 충전 경로 상에 각각 설치되며, 전력의 공급과 차단의 전환을 행하기 위한 복수의 릴레이와, 복수의 릴레이의 용착(溶着) 상태에 기초하여 복수의 충전 경로 중 어느 충전 경로로부터 축전 장치에 대한 충전을 허가할지 선택하는 충전 제어부를 구비한다.
바람직하게는, 충전 제어부는, 복수의 충전 경로 중 제1 충전 경로에 설치된 릴레이의 용착을 검출한 경우에는, 복수의 충전 경로 중 제1 충전 경로 이외의 충전 경로를 사용한 축전 장치의 충전을 금지한다.
바람직하게는, 충전 제어부는, 복수의 릴레이의 2개 이상에 대하여 용착을 검출한 경우에는, 차량 외부로부터의 축전 장치로의 충전을 금지한다.
바람직하게는, 차량의 전원 시스템은, 복수의 충전 경로 중 어느 하나를 외부 전원으로부터 차단하기 위한 덮개와, 덮개를 차단 상태로 고정하기 위한 록(lock)부를 더 구비한다. 충전 제어부는, 복수의 릴레이의 용착 상태에 더하여, 덮개의 록 상태에 더욱 기초하여 복수의 충전 경로 중 어느 충전 경로로부터 축전 장치에 대한 충전을 허가할지 선택한다.
더 바람직하게는, 충전 제어부는, 덮개가 외부 전원으로부터 대응하는 충전 경로를 차단하는 상태로 록 되어 있는 경우에는, 다른 충전 경로로부터의 충전을 허가 가능하게 한다.
바람직하게는, 복수의 충전 경로 중 제1 충전 경로는, 충전 인렛에 의한 충전 경로이며, 복수의 충전 경로 중 제2 충전 경로는, 차량 측에 접속된 코드 릴 및 코드 릴의 선단에 설치된 접속부에 의한 충전 경로이다.
바람직하게는, 복수의 충전 경로 중 제1 충전 경로는, 급속 충전을 행하기 위한 제1 외부 전원이 접속되는 충전 경로이며, 복수의 충전 경로 중 제2 충전 경로는, 급속 충전보다 느린 속도로 충전을 행하기 위한 제2 외부 전원이 접속되는 충전 경로이다.
바람직하게는, 충전 제어부는, 충전을 허가하지 않는 충전 경로를 사용자에게 통지한다.
이 발명은 다른 국면에서는, 상기 어느 하나의 차량의 전원 시스템을 구비한 차량이다.
본 발명에 의하면, 릴레이 용착 등의 고장이 발생한 경우이어도 가능하면 충전을 행하도록 하기 때문에, 축전 장치에 잔여 용량이 부족한 상태에서도 충전하여 차량을 이동시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전동 차량의 일례로서 나타내는 하이브리드 차량의 전체 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 전력 케이블(43) 및 인렛(54)의 전동 차량에 있어서의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실시 형태 1에 있어서의 축전 장치의 충전에 관련된 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 충전 커넥터(56)가 접속되는 인렛(54)의 상세를 나타낸 정면도이다.
도 5는 도 4 중의 A-A선 상을 따른 인렛(54)의 단면도이다.
도 6은 코드 릴을 사용하여 충전하는 경우의 조작 순서를 나타낸 플로우 차트이다.
도 7은 인렛 충전을 행하는 경우의 조작 순서를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 8은 차량(100)의 충전 경로의 개략도이다.
도 9는 릴레이 용착 시의 충전의 허가/금지를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 릴레이 용착 시의 충전 허가 판단에 대하여 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 11은 변형예의 차량(100A)의 충전 경로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 변형예에 있어서 충전의 허가/금지의 판단을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
[실시 형태 1]
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전동 차량의 일례로서 나타내는 하이브리드 차량의 전체 블록도이다. 또한, 이하에서는 「하이브리드 차량」을 간단히 「차량」이라고 부르는 경우도 있다.
도 1을 참조하여, 하이브리드 차량(100)은, 축전 장치(10)와, 시스템 메인 릴레이(System Main Relay)(11)와, 컨버터(12)와, 주정모선(主正母線)(MPL)과, 주부모선(主負母線)(MNL)과, 평활 콘덴서(C)와, 보조 기계(22)를 구비한다. 또, 하이브리드 차량(100)은, 인버터(30-1, 30-2)와, 모터 제너레이터(Motor Generator)(32-1, 32-2)와, 동력 분할 장치(34)와, 엔진(36)과, 구동륜(38)을 더 구비한다.
하이브리드 차량(100)은, 또한, 전압 센서(14, 18, 20)와, 전류 센서(16)와, MG-ECU(Electronic Control Unit)(40)를 구비한다. 또한, 하이브리드 차량(100)은, 충전기(42)와, 충전 ECU(46)와, 전력 케이블(50, 43)과, 릴레이(51-1)와, 외부 전원(48)에 접속된 커넥터(44)(예를 들면 가옥의 콘센트 등)에 삽입하기 위한 플러그(45)를 구비한다. 플러그(45)는, 표면이 노출된 단자(45A, 45B)를 갖는다.
하이브리드 차량(100)은, 또한, 전력 케이블(53)과, 릴레이(51-2)와, 충전 케이블(55)의 커넥터(56)에 접속하기 위한 인렛(54)을 구비한다. 충전 케이블(55)은, 외부 전원(58)에 접속된 커넥터(59)(예를 들면 가옥의 콘센트 등)에 접속하기 위한 플러그(57) 및 CCID(Charging Circuit Interrupt Device)(60)를 구비한다.
축전 장치(10)는, 재충전 가능한 직류 전원이며, 예를 들면, 니켈 수소나 리튬 이온 등의 이차 전지나, 대용량의 커패시터 등을 포함하는 것이다. 축전 장치(10)는, 시스템 메인 릴레이(11)를 통하여 컨버터(12)에 접속된다. 시스템 메인 릴레이(11)는, 축전 장치(10)와 컨버터(12) 사이에 설치된다.
컨버터(12)는, 주정모선(MPL) 및 주부모선(MNL)에 접속된다. 컨버터(12)는, MG-ECU(40)로부터의 신호 PWC1에 기초하여, 축전 장치(10)와 주정모선(MPL) 및 주부모선(MNL) 사이에서 전압 변환을 행한다.
보조 기계(22)는, 시스템 메인 릴레이(11)와 컨버터(12) 사이에 배치하여 설치되는 정극선(PL1) 및 부극선(NL1)에 접속된다. 평활 콘덴서(C)는, 주정모선(MPL)과 주부모선(MNL) 사이에 접속되어, 주정모선(MPL) 및 주부모선(MNL)에 포함되는 전력 변동 성분을 저감한다.
인버터(30-1, 30-2)는, 병렬적으로 주정모선(MPL) 및 주부모선(MNL)에 접속된다. 인버터(30-1)는, MG-ECU(40)로부터의 신호 PWI1에 기초하여 모터 제너레이터(32-1)를 구동한다. 인버터(30-2)는, MG-ECU(40)로부터의 신호 PWI2에 기초하여 모터 제너레이터(32-2)를 구동한다.
모터 제너레이터(32-1, 32-2)는, 교류 회전 전기이며, 예를 들면, 영구 자석이 매설된 로터를 구비하는 영구 자석형 동기 전동기이다. 모터 제너레이터(32-1, 32-2)는, 동력 분할 장치(34)에 연결된다. 동력 분할 장치(34)는, 선 기어와, 피니언 기어와, 캐리어와, 링 기어를 포함하는 유성 기어를 포함한다. 피니언 기어는, 선 기어 및 링 기어를 걸어 맞춘다. 캐리어는, 피니언 기어를 자전 가능하게 지지함과 함께, 엔진(36)의 크랭크 샤프트에 연결된다. 선 기어는, 모터 제너레이터(32-1)의 회전축에 연결된다. 링 기어는, 모터 제너레이터(32-2)의 회전축 및 구동륜(38)에 연결된다. 이 동력 분할 장치(34)에 의해, 엔진(36)이 발생하는 동력은, 구동륜(38)에 전달되는 경로와, 모터 제너레이터(32-1)로 전달되는 경로로 분할된다.
그리고, 모터 제너레이터(32-1)는, 동력 분할 장치(34)에 의해 분할된 엔진(36)의 동력을 사용하여 발전(發電)된다. 예를 들면, 축전 장치(10)의 SOC가 저하되면, 엔진(36)이 시동되어 모터 제너레이터(32-1)에 의해 발전이 행하여지고, 그 발전된 전력이 축전 장치로 공급된다.
한편, 모터 제너레이터(32-2)는, 축전 장치(10)로부터 공급되는 전력 및 모터 제너레이터(32-1)에 의해 발전된 전력 중 적어도 일방(一方)을 사용하여 구동력을 발생시킨다. 모터 제너레이터(32-2)의 구동력은, 구동륜(38)에 전달된다. 또한, 차량의 제동 시에는, 차량의 운동 에너지가 구동륜(38)으로부터 모터 제너레이터(32-2)에 전달되어 모터 제너레이터(32-2)가 구동되고, 모터 제너레이터(32-2)가 발전기로서 작동한다. 이것에 의해, 모터 제너레이터(32-2)는, 차량의 운동 에너지를 전력으로 변환하여 회수하는 회생 브레이크로서 작동한다.
MG-ECU(40)는, 컨버터(12)를 구동하기 위한 신호 PWC1을 생성하고, 그 생성한 신호 PWC1을 컨버터(12)로 출력한다. 또, MG-ECU(40)는, 모터 제너레이터(32-1, 32-2)를 각각 구동하기 위한 신호 PWI1, PWI2를 생성하고, 그 생성한 신호 PWI 1, PWI2를 각각 인버터(30-1, 30-2)로 출력한다.
충전기(42)는, 전력 케이블(50)에 입력단이 접속되고, 시스템 메인 릴레이(11)와 컨버터(12) 사이에 배치하여 설치되는 정극선(PL1) 및 부극선(NL1)에 출력단이 접속된다. 충전기(42)는, 차량 외부의 전원(이하, 「외부 전원」이라고도 칭한다.)으로부터 공급되는 전력을 받는다. 그리고, 충전기(42)는, 충전 ECU(46)로부터 제어 신호(CHPW)를 받는다. 충전기(42)는, 축전 장치(10)의 충전에 적합한 전압을 출력한다. 구체적으로는 충전기(42)는, 외부 전원으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환함과 함께, 그 직류 전력의 전압을 축전 장치(10)의 충전에 적합한 전압으로 제어한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 플러그(45)가 커넥터(44)에 접속되고, 또한 릴레이(51-1)가 닫힌 상태인 경우에는, 충전기(42)는, 외부 전원(48)으로부터 공급되는 전력을, 플러그(45) 및 전력 케이블(43, 50)을 통하여 받는다. 이 경우에 있어서의 플러그(45)는, 외부 전원(48)으로부터 전력을 받기 위한 전력 인터 페이스이다.
또, 예를 들면 하이브리드 차량(100)의 인렛(54)이 충전 케이블(55)의 커넥터(56)에 접속되고, 또한, 충전 케이블(55)의 플러그(57)가 외부 전원(58)의 커넥터(59)에 접속되며, 또한, 릴레이(51-2)가 닫힌 상태인 경우에는, 충전기(42)는, 외부 전원(58)으로부터 공급되는 전력을, 충전 케이블(55), 인렛(54) 및 전력 케이블(43, 50)을 통하여 받는다. 이 경우에 있어서의 인렛(54)은, 외부 전원(48)으로부터 전력을 받기 위한 전력 인터페이스이다.
전압 센서(14)는, 축전 장치(10)의 전압 VB1을 검출하고, 그 검출값을 충전ECU(46)로 출력한다. 전류 센서(16)는, 축전 장치(10)에 대하여 입출력되는 전류 IB1을 검출하고, 그 검출값을 충전 ECU(46)로 출력한다.
전압 센서(18)는, 정극선(PL1)과 부극선(NL1) 사이의 전압 VL1을 검출하고, 그 검출값을 충전 ECU(46)로 출력한다. 전압 센서(20)는, 주정모선(MPL)과 주부모선(MNL) 사이의 전압 VHM을 검출하고, 그 검출값을 충전 ECU(46)로 출력한다.
충전 ECU(46)는, 플러그(45)에 접속되는 외부 전원(48)에 의한 축전 장치(10)의 충전 시, 또는 충전 케이블(55)을 사용한 축전 장치(10)의 충전 시에 있어서, 축전 장치(10)의 충전 전력(kW/h)의 목표값 PR을 도시 생략한 차량 ECU로부터 받는다.
전력 케이블(43, 53)은, 충전기(42)의 입력단에 대하여 병렬적으로 설치된다. 플러그(45)가 커넥터(44)에 접속된 경우에는, 충전 ECU(46)는 릴레이(51-1)를 온 상태로 함과 함께 릴레이(51-2)를 오프 상태로 한다. 릴레이(51-1)가 온 상태가 됨으로써, 전력 케이블(43)의 단부(端部)는 전력 케이블(50)을 통하여 충전기(42)의 입력단에 전기적으로 접속된다. 한편, 릴레이(51-2)가 오프 상태가 됨으로써, 전력 케이블(53)의 단부는 전력 케이블(50)과는 접속되지 않기 때문에, 전력 케이블(53)의 단부와 충전기(42)의 입력단의 접속이 차단된다. 이것에 의해 충전기(42)는, 외부 전원(48)으로부터 공급되는 전력을, 플러그(45) 및 전력 케이블(43, 50)을 통하여 받는다.
한편, 인렛(54)이 충전 케이블(55)의 커넥터(56)에 접속되고, 또한, 충전 케이블(55)의 플러그(57)가 외부 전원(58)의 커넥터(59)에 접속된 경우에는, 충전ECU(46)는 릴레이(51-1)를 오프 상태로 함과 함께 릴레이(51-2)를 온 상태로 한다. 릴레이(51-1)가 오프 상태가 됨으로써, 전력 케이블(43)의 단부는 전력 케이블(50)과는 접속되지 않기 때문에, 전력 케이블(43)의 단부와 충전기(42)의 입력단의 접속이 차단된다. 한편, 릴레이(51-2)가 온 상태가 됨으로써, 전력 케이블(53)의 단부는 전력 케이블(50)을 통하여 충전기(42)의 입력단에 전기적으로 접속된다. 이것에 의해 충전기(42)는, 외부 전원(58)으로부터 공급되는 전력을, 충전 케이블(55), 인렛(54) 및 전력 케이블(43, 50)을 통하여 받는다.
이와 같이 실시 형태 1에 관련된 하이브리드 차량(100)은, 축전 장치를 충전하기 위한 복수의 충전 수단[전력 케이블(43) 및 인렛(54)]을 구비한다. 사용자는, 2개의 충전 방식을 이용 가능하기 때문에, 차량 주변의 환경에 따라 최적의 충전 방식을 선택할 수 있다. 예를 들면, 충전 케이블(55)이 차량에 탑재되어 있지 않은 경우에는, 전력 케이블(43)을 차량으로부터 취출함으로써 축전 장치를 충전할 수 있다. 이것에 의해 사용자의 편리성을 높일 수 있다.
도 2는, 도 1에 나타내는 전력 케이블(43) 및 인렛(54)의 전동 차량에 있어서의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은, 실시 형태 1에 있어서의 축전 장치의 충전에 관련된 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 차량 내부에는 전력 케이블(43)을 수납하기 위한 수납부(71)가 설치된다. 수납부(71)의 내부에는, 전력 케이블(43)을 권취하기 위한 코드 릴(72)이 설치된다. 또한, 차체의 표면에는, 수납부(71)에 수납된 전력 케이블(43)을 사용자가 취출하기 위한 취출구(73)가 형성된다. 취출구 (73)[수납부(71)]에는, 개폐 가능한 리드(74-1)가 장착된다. 또한, 리드(74-1)를 닫힌 상태로 고정하기 위한 록 장치(77)가 수납부(71)에 설치된다. 록 장치(77)는 충전 ECU(46)로부터의 신호 LCK1에 의해, 리드(74-1)를 닫힌 상태로 록 하고, 또는 그 록을 해제한다.
마찬가지로, 차량에는 인렛(54)을 수납하기 위한 수납부(75)가 설치된다. 수납부(75)에는, 인렛(54)을 충전 케이블(55)에 접속하기 위한 개구부가 형성된다. 또한 개구부[수납부(75)]에는, 개폐 가능한 리드(74-2)가 장착된다. 리드(74-2)가 열림으로써, 인렛(54)이 차량 외부에 노출된다. 또한, 리드(74-2)를 닫힌 상태로 고정하기 위한 록 장치(78)가 수납부(75)에 설치된다. 록 장치(78)는 충전ECU(46)로부터의 신호 LCK2에 의해, 리드(74-2)를 닫힌 상태로 록 하고, 또는 그 록을 해제한다. 또한, 인렛(54)으로부터는, 인렛(54)에 커넥터가 접속된 것에 따라 접속 검출 신호(CON)가 충전 ECU로 송신된다.
또한, 차량에는, 리드(74-1)의 열린 상태 및 닫힌 상태를 검출하기 위한 리드 검출 장치(84) 및, 리드(74-2)의 열린 상태 및 닫힌 상태를 검출하기 위한 리드 검출 장치(85)가 설치된다. 리드 검출 장치(84)는 리드(74-1)의 열린 상태 또는 닫힌 상태를 나타내는 신호 LID1을 충전 ECU(46)로 송신한다. 리드 검출 장치(85)는 리드(74-2)의 열린 상태 또는 닫힌 상태를 나타내는 신호 LID2를 충전 ECU(46)로 송신한다.
릴레이(51-1)는 충전 ECU(46)로부터의 신호 SE1에 따라, 온 및 오프된다. 릴레이(51-2)는 충전 ECU(46)로부터의 신호 SE2에 따라, 온 및 오프된다.
차량은, 또한 표시 장치(88)를 구비한다. 표시 장치(88)는, 충전 ECU(46)로부터의 제어 신호에 따라, 소정의 정보를 표시한다. 표시 장치(88)는, 사용자가 인식 가능한 정보를 표시하는 기능을 가지는 것이며, 예를 들면 액정 디스플레이, 표시 램프 등이다.
도 4는, 도 1에 나타낸 충전 커넥터(56)가 접속되는 인렛(54)의 상세를 나타낸 정면도이다. 도 5는, 도 4 중의 V-V선 상을 따른 인렛(54)의 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 인렛(54)은, 본체부(160)와, 접속부로서의 접속 단자(166, 167, 168, 169, 170)를 포함하여 구성된다.
본체부(160)는, 도 2에서 나타낸 수납부(75)에 있어서, 차량(100)의 바디에 장착된다. 본체부(160)는, 그 구성 부위로서, 단자 보호부(161)와, 외주부(162)와, 걸림 멈춤쇠 받이부(165)를 가지며, 이들 각부가 일체가 되도록 수지 성형에 의해 형성된다. 접속 단자(166, 167, 168, 169, 170), 단자 보호부(161) 및 외주부(162)에 의해 감합부(173)가 형성된다.
단자 보호부(161)는, 접속 단자(166∼170)의 각 단자를 둘러싸도록 설치된다. 단자 보호부(161)는, 접속 단자(166∼170)의 연신 방향을 따라 기둥 형상으로 연장된다. 외주부(162)는, 단자 보호부(161)의 외주 상에 설치된다. 단자 보호부(161)와 외주부(162) 사이에는, 고리형으로 연장되는 간극(164)이 형성된다. 걸림 멈춤쇠 받이부(165)는, 단자 보호부(161)에 대하여 연직 상측이 되는 위치에 설치된다. 걸림 멈춤쇠 받이부(165)는, 도 1에서 나타낸 충전 커넥터(56)에 구비되는 걸림 클로를 걸어 멈춤 가능한 형상을 가진다.
본체부(160)는, 접속 단자(166∼170)가, 충전 시에 있어서의 작업자가 서있는 위치인 차량 측방을 향하여 연신되도록 장착된다. 본체부(160)에는, 또한, 리드부(171)가 설치된다. 리드부(171)는, 도 2에서 나타낸 수납부(75)에 설치되고, 도 3에 있어서의 리드(74-2)의 더욱 내측에 설치된다. 리드부(171)는, 접속 단자(166∼170)에 면하는 단자 보호부(161) 및 외주부(162)의 앞면에 개폐 가능하게 설치된다. 리드부(171)의 내측면(172)은 단자 보호부(161)와 맞닿아, 빗물 등의 단자 부분으로의 침입을 막는다.
인렛(54)에는, 가이드홈(158)이 형성된다. 가이드홈(158)은, 충전 케이블(55)의 충전 커넥터(56)를 인렛(54)에 있어서의 소정의 접속 위치를 향하여 안내하는 기능과, 접속 단자(166∼170) 및 충전 커넥터(56) 측의 접속 단자의 각각의 위치를 맞추기 위하여, 충전 커넥터(56)의 위치(각도)를 규제하는 기능을 갖는다.
가이드홈(158)은, 본체부(160)에 형성된다. 가이드홈(158)은, 외주부(162)의 내주면으로부터 파이고, 접속 단자(166∼170)의 연신 방향에 평행한 방향으로 연장되어 있다. 가이드홈(158)은, 접속 단자(166∼170)와 이웃하는 위치에서 직선 형상으로 연장되어 있다. 가이드홈(158)은, 단자 보호부(161)에 대하여 연직 하측이 되는 위치에 형성된다.
접속 단자(166∼170)는, 충전을 위한 전류가 흐르는 파워 케이블용의 단자 2개와, 어스용의 단자 1개와, 신호선용의 단자 2개를 포함하여 구성된다. 접속 단자(166∼170)는, 기둥 형상으로 연장되는 단자 보호부(161)의 중심축에 대하여, 그 축 주위의 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 배치된다. 접속 단자(166∼170)의 각 단자는, 단자 보호부(161)로 둘러싸인 기둥 형상의 공간에 배치된다.
이상, 차량의 충전에 관한 구성을 설명하였다. 다음으로 충전 조작에 대한 설명을 행한다.
도 6은, 코드 릴을 사용하여 충전하는 경우의 조작 순서를 나타낸 플로우 차트이다.
도 3, 도 6을 참조하여, 코드 릴(72)을 사용하여 충전하는 경우에는, 우선 단계 S1에 있어서, 인렛(54) 측의 리드(74-2)를 닫아 리드(74-2)를 록 한다. 록 장치(78)에 의해 리드(74-2)가 록 되어서 리드 검출 장치(85)에 의해 리드(74-2)가 닫힌 상태에 있는 것을 나타내는 신호 LID2가 충전 ECU(46)로 송신된다.
계속해서 단계 S2에 있어서, 코드 릴(72) 측의 리드(74-1)를 여는 조작이 행하여진다. 충전 ECU(46)에 운전자(조작자)로부터의 스위치 조작 등에 의해 리드(74-1)를 여는 지령이 입력되면, 충전 ECU(46)는, 신호 LCK1을 록 장치(77)로 송신하여 록의 해제를 행한다.
다음으로 단계 S3에 있어서, 운전자(조작자)는 케이블(43)을 코드 릴(72)로부터 인출하여 플러그(45)를 콘센트[월 아웃렛(wall outlet)]에 삽입한다. 그리고 단계 S4에 있어서 충전이 개시되고, 단계 S5에서 처리가 종료된다.
도 7은, 인렛 충전을 행하는 경우의 조작 순서를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 3, 도 7을 참조하여, 인렛(54)을 사용하여 충전을 행하는 경우에는, 우선 단계 S11에 있어서, 코드 릴(72) 측의 리드(74-1)를 닫으면, 록 장치(77)에 의해 리드(74-1)가 록 된다. 또, 리드(74-1)가 닫힌 상태에 있는 것이 리드 검출 장치(84)에 의해 검출되어, 신호 LID1이 충전 ECU(46)로 송신된다.
계속해서 단계 S13에 있어서, 운전자(조작자)로부터의 지시에 의해 인렛(54) 측의 리드(74-2)를 여는 지령이 충전 ECU(46)에 입력된다. 충전 ECU(46)는 신호 LCK2를 록 장치(78)로 송신하고, 리드(74-2)의 록을 해제시킨다. 그리고 단계 S14에 있어서 열린 리드(74-2)의 개구 부분으로부터 도 1에 나타낸 충전 케이블(55)의 커넥터(56)를 인렛(54)에 삽입한다. 그리고 단계 S15에 있어서 충전이 개시되고, 단계 S16에 있어서 충전 개시의 순서가 종료된다.
도 8은, 차량(100)의 충전 경로의 개략도이다. 이 개략도를 이용하여, 이러한 2계통의 충전 경로를 가지는 경우의 문제점을 설명한다.
도 8을 참조하여, 충전기(42)로부터 인렛(54) 측과 코드 릴(72) 측으로 전력선이 분기된다. 이들 분기로에는, 각각 릴레이(51-1, 51-2)가 설치되어 있다. 충전 ECU(46)는, 커넥터(56)가 인렛(54)에 삽입되면, 릴레이(51-2)를 도통시켜, 인렛(54) 측의 충전 경로에서 충전을 행하도록 제어한다. 한편, 코드 릴(72)의 출구의 리드(74-1)가 열리면, 충전 ECU(46)는, 릴레이(51-1)를 도통시켜 코드 릴(72) 측의 충전 경로에서 충전을 행하도록 제어한다.
이들에 관하여, 충전 ECU(46)는, 커넥터(56)의 삽입과, 리드(74-1)의 열린 상태가 함께 성립하고 있는 경우에는, 이 성립이 빠른 쪽의 릴레이를 도통시킨다. 인렛(54)의 충전 리드(74-2) 및 코드 릴 출구의 리드(74-1)에는, 록 기구가 설치되어 있다. 또 도 3에 나타낸 리드 검출 장치(84, 85)에 의해, 리드의 개폐 정보가 충전 ECU(46)로 보내져 있다.
인렛(54)에 관해서는, 도 4, 도 5에서 설명한 바와 같이, 접속 단자(166∼170)는, 단자 보호부(161)가 주위에 설치되어 있고 외부로부터 단자에 주변의 물건이 접촉되기 어려운 구조로 되어 있다. 또, 인렛(54)은 차량에 고정되어 있다.
그러나, 플러그(45)에 관해서는 가정용의 콘센트(월 아웃렛)에 삽입하기 위하여 어느 정도 자유롭게 움직일 수 있어, 더욱 단자가 드러나 있다. 차량 측으로부터 이들 단자에 전압이 인가되면 주변물이나 지면 등이 접촉함으로써 단락이나 누전 등이 발생할 우려가 있다. 예를 들면 인렛 측으로부터 커넥터(56)를 경유하여 외부로부터 전압이 주어져 있는 경우에 릴레이(51-1, 51-2)에 용착이 발생되어 있으면 이러한 우려가 생긴다.
도 9는, 릴레이 용착 시의 충전의 허가/금지를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 9에 있어서, 조건부 허가는, 충전 리드(74-2)가 닫혀 있어 록 되어 있는 것을 확인할 수 있었을 때에만 코드 릴(72) 측의 경로에서의 충전이 허가되는 것을 나타낸다.
도 9의 제1행째에 나타내는 바와 같이, 도 8의 인렛(54) 측의 릴레이(51-2)가 용착된 경우, 코드 릴(72) 측의 경로를 사용한 충전을 원칙적으로 금지한다. 이 이유는, 인렛(54)에 외부로부터 전압이 인가되어 있을 가능성이 있어 릴레이(51-1)를 도통시키면 플러그(45)의 단자에 전압이 가해져 누전이나 단락의 우려가 있기 때문이다. 단, 일절 충전을 할 수 없는 것은, 차량이 충전 부족으로 움직일 수 없는 등의 불편도 예측되기 때문에, 조건부로 충전을 허가한다. 즉, 충전 리드(74-2)가 닫혀 있어 록 되어 있는 것을 확인할 수 있었을 때에만 충전 ECU(46)는 코드 릴(72) 측의 경로를 사용한 충전을 허가한다.
다음으로 도 9의 제2행째에 나타내는 바와 같이, 인렛 측의 릴레이(51-2)에 이상이 없고 또한 코드 릴 측의 릴레이(51-1)가 용착되어 있는 경우에는, 인렛(54) 측의 충전을 금지하고 코드 릴(72) 측만 허가로 한다. 이 이유는, 인렛(54) 측에서 충전을 행하면, 용착되어 있는 릴레이(51-1)를 통하여 코드 릴(72) 측의 플러그(45)의 선단에 전압이 가해져 단락이나 누전의 우려가 있기 때문이다.
계속해서 도 9의 제3행째에 나타내는 바와 같이, 인렛 측의 릴레이(51-2) 및 코드 릴 측의 릴레이(51-1)가 함께 용착되어 있는 경우에는, 인렛 측의 경로의 충전과 코드 릴(72) 측의 경로의 충전을 함께 금지한다. 단, 충전 리드(74-2)가 닫혀 있어 록 되는 것을 확인할 수 있었을 때에만, 충전 ECU(46)는 코드 릴(72) 측의 경로에서의 충전을 허가한다.
또한, 2계통 이상의 복수의 충전 경로가 차량에 설치되어 있는 것도 생각할 수 있는, 그 경우에는, 충전 ECU(46)는, 복수의 충전 경로에 각각 설치된 복수의 릴레이의 2개 이상에 대하여 용착을 검출한 경우에는, 차량 외부로부터의 축전 장치(10)로의 충전을 금지한다. 그리고, 충전을 행하기 위하여 선택한 충전 경로 이외의 충전 경로로서 릴레이에 용착이 발생한 경로에 대하여 충전 리드가 닫혀 있어 록 되어 있을 때에 선택한 충전 경로로부터의 충전을 허가한다.
도 9의 제4행째에 나타내는 바와 같이 인렛 측의 릴레이(51-2), 코드 릴 측의 릴레이(51-1)가 함께 이상이 없는 것을 확인할 수 있는 경우에는, 충전 ECU(46)는, 인렛 측의 경로에서의 충전 및 코드 릴(72) 측의 경로에서의 충전을 함께 허가한다.
이상의 허가 및 금지를 제어하는 것에 더하여, 충전 ECU(46)는, 디스플레이 화면 등에 충전을 허가하지 않는 충전 경로를 표시하고, 사용자에 통지하도록 해도 된다.
도 10은, 릴레이 용착 시의 충전 허가 판단에 대하여 설명하기 위한 플로우 차트이다. 또한, 도 10에 나타낸 플로우 차트의 실행에 앞서, 전회(前回)의 충전의 종료 시에 있어서 릴레이(51-1, 51-2)의 용착 판단이 행하여진다. 릴레이(51-1, 51-2)의 용착 판단은, 릴레이(51-1, 51-2) 중 어느 하나를 오프했을 때 충전기(42)의 입구에 설치된 전압 센서의 검출 전압이 강하되는지 여부에 기초하여 행하여진다. 그 판단 결과가 충전 ECU(46) 내부의 메모리에 유지되어 있다.
도 8, 도 10을 참조하여, 우선 처리가 개시되면, 단계 S31에 있어서, 코드 릴 릴레이(릴레이 51-1)가 용착되어 있는지의 여부가 판단된다. 이 용착 판단은, 전회 충전 종료 시에 용착의 판단을 행한 결과가 독출됨으로써 행하여진다.
단계 S31에 있어서, 릴레이(51-1)가 용착되어 있지 않다고 판단된 경우에는, 단계 S32로 처리가 진행된다. 단계 S32에 있어서는, 인렛 릴레이[릴레이(51-2)]는 용착되어 있는지의 여부가 판단된다. 단계 S32에 있어서 릴레이(51-2)의 용착이 발생하고 있지 않다고 판단된 경우에는, 더욱 단계 S33에 있어서, 인렛(54) 측의 충전 경로에서 충전이 가능하고, 또한 코드 릴(72) 측의 충전 경로에서도 충전이 가능하다고 판단되어 단계 S42로 처리가 진행된다.
단계 S32에 있어서, 릴레이 51-2에 용착이 발생하고 있다고 판단된 경우에는, 단계 S34로 처리가 진행된다. 단계 S34에서는, 인렛(54) 측의 리드(74-2)가 록 되어 있는지의 여부가 판단된다. 리드 검출 장치(85)에 의해 리드(74-2)가 열려 있는 것이 검출되어 리드(74-2)가 록 되어 있지 않다고 판단된 경우에는, 단계S35로 처리가 진행된다. 단계 S35에서는, 인렛(54) 측의 충전은 가능하지만, 코드 릴(72) 측의 충전 경로는 충전 불가하다고 판단되어 단계 S42로 처리가 진행된다.
한편 단계 S34에 있어서 인렛(54) 측의 리드(74-2)가 록 되어 있다고 판단 된 경우, 즉 리드 검출 장치(85)에 있어서 리드(74-2)가 닫혀 있는 것이 확인되어, 충전 ECU(46)로부터 록 장치(78)에 의해 리드(74-2)가 열리지 않도록 록이 행하여져 있는 경우에는, 단계 S36으로 처리가 진행된다. 단계 S36에서는, 인렛(54) 측의 충전 경로에서 충전이 가능하고, 또한, 코드 릴(72) 측의 충전 경로에서도 충전 가능하다고 판단된다.
단계 S31에 있어서, 코드 릴(72) 측의 릴레이(51-1)가 용착되어 있다고 판단 된 경우에는, 단계 S37로 처리가 진행된다. 단계 S37에서는, 인렛(54) 측의 릴레이(51-2)가 용착되어 있는지의 여부가 판단된다. 이 판단도, 전회 충전 종료 시에 용착 체크가 행하여진 결과가 독출되는 것에 의해 행하여진다.
단계 S37에 있어서 인렛(54) 측의 릴레이(51-2)가 용착되어 있지 않다고 판단된 경우에는, 단계 S38로 처리가 진행된다. 단계 S38에서는, 인렛(54) 측의 충전 경로에서는 충전이 불가하지만, 코드 릴(72) 측의 충전 경로에서는 충전이 가능하다고 판단되어 단계 S42로 처리가 진행된다.
단계 S37에 있어서 인렛(54) 측의 릴레이(51-2)가 용착되어 있다고 판단된 경우에는, 단계 S39로 처리가 진행된다. 단계 S39에서는, 인렛(54) 측의 리드(74-2)가 록 되어 있는지의 여부가 판단된다. 즉 리드 검출 장치(85)에 있어서 리드(74-2)가 열려 있는 것이 검출된 경우에는, 록 되어 있지 않다고 판단된다. 한편, 리드 검출 장치(85)에 있어서 리드(74-2)가 닫힌 상태에 있어, 충전 ECU(46)가 록 장치(78)를 사용하여 리드(74-2)가 열리지 않도록 록이 행하여져 있는 경우에는, 리드(74-2)가 록 되었다고 판단된다.
단계 S39에 있어서 리드(74-2)가 록 되어 있지 않다고 판단된 경우에는, 단계 S40으로 처리가 진행된다. 단계 S40에서는, 인렛(54) 측의 충전 경로에서는 충전이 불가하며, 코드 릴(72) 측의 충전 경로에서도 충전이 불가하다고 판단되어 단계 S42로 처리가 진행된다.
한편, 단계 S39에 있어서, 인렛(54) 측의 리드(74-2)가 록 되어 있다고 판단 된 경우에는 단계 S41로 처리가 진행된다. 단계 S41에서는, 인렛(54) 측의 충전 경로에서는 충전이 불가하지만, 코드 릴(72) 측의 충전 경로에서는 충전 가능하다고 판단된다. 그리고 단계 S42로 처리가 진행되고, 충전 가부(可否)의 판단이 종료된다.
충전 ECU(46)는, 도 10에서 설명한 플로우 차트에서 결정된 충전 가부의 판단에 기초하여, 록 장치(77, 78), 릴레이(51-1, 51-2) 및 충전기(42)의 제어를 행한다.
이상의 설명을 개략적으로 서술한다. 즉, 코드 릴 충전 시스템과 인렛 충전을 병용하는 시스템에 있어서, 일방의 충전 전력 전환 릴레이가 용착된 경우에 나머지 일방의 충전 경로에서 충전을 행하면, 릴레이(51-1, 51-2)의 양방이 도통한 상태가 되어 누전이나 단락 등의 우려가 생긴다. 이에 대하여, 일방의 릴레이가 용착된 경우에 타방의 경로에서의 충전을 금지한다. 또, 양방의 릴레이가 용착된 경우에는, 충전을 금지한다. 단 일방의 리드가 닫힌 상태에서 록 되어 있고 또한 커넥터부가 단락이나 누전이 일어나기 어려운 구조로 되어 있으면, 타방 즉 코드 릴 측에서의 충전을 허가한다.
이와 같이 함으로써, 릴레이가 용착된 경우이어도 누전이나 단락을 방지할 수 있다. 또한 릴레이가 용착되어 있는 경우이어도, 인렛 측의 충전 리드의 록을 확인할 수 있으면, 코드 릴 측의 충전 경로에서 충전을 가능하게 한다. 이것에 의해 축전 장치의 잔존 용량이 저하되어 있어 차량을 충전하지 않으면 이동시킬 수 없는, 즉 수리 공장으로 운반할 수 없는 경우에 있어서도, 충전을 행하여 수리 공장으로 차량을 이동시키는 것이 가능해진다.
[변형예]
상기 실시 형태 1에서는, 인렛(54) 측의 충전 경로와, 코드 릴(72) 측의 충전 경로의 2계통의 충전 경로를 가지는 경우의 예를 나타내었다. 그 외에도 급속충전 경로와 보통 충전 경로와 같은 2계통의 충전 경로가 설치되는 경우도 생각할 수 있다.
도 11은, 변형예의 차량(100A)의 충전 경로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11에 나타내는 차량(100A)은, 도 8에 있어서의 릴레이(51-1), 코드 릴(72) 및 리드(74-1), 플러그(45) 대신 릴레이(51-1A), 인렛(54A), 충전 리드(741A)를 포함한다. 인렛(54A)에는 커넥터(56A)가 접속된다. 커넥터(56A)는, 급속 충전용의 충전 케이블의 단부에 설치되어 있고, 이 케이블에는 CCID(60A)가 중간에 설치되고 플러그(57A)가 타단에 설치되어 있다.
도 12는, 도 11의 변형예에 있어서 충전의 허가/금지의 판단을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 조건부 허가는, 타방의 충전 리드가 닫혀 있어 록 되어 있는 것을 확인할 수 있었을 때에는 충전을 허가하는 것을 나타낸다.
도 12의 제1행째에 나타내는 바와 같이, 보통 충전 릴레이(51-2)에는 용착이 생기고, 또한 급속 충전 릴레이(51-1A)에는 이상이 없는 경우에는, 보통 충전 측의 충전을 허가하고, 급속 충전 측의 충전은 불가로 한다.
또, 제2행째에 나타내는 바와 같이 보통 충전 릴레이(51-2)에는 이상이 없지만, 급속 충전 릴레이(51-1A)에는 용착이 발생되어 있는 경우에는, 보통 충전 측의 충전 경로에서의 충전을 금지하고, 급속 충전 측의 충전 경로에서의 충전은 허가로 한다. 또 제3행째에 나타내는 바와 같이 릴레이(51-2, 51-1A)가 함께 용착되어 있는 경우에는, 보통 충전 측의 충전 경로 및 급속 충전 측의 충전 경로 모두 충전을 금지한다.
제4행째에 나타내는 바와 같이 릴레이(51-2, 51-1A)가 모두 이상이 없는 경우에는 보통 충전 측의 충전 경로 및 급속 충전 측의 충전 경로의 충전을 모두 허가로 한다.
단 도 12에 있어서 조건부 허가로 표시되어 있는 경우에는, 금지해도 되지만, 타방의 충전 리드가 닫혀 있어 록 되어 있는 것을 확인할 수 있었을 때에는 충전을 허가해도 된다. 이와 같이 함으로써, 릴레이 용착 시에도 가능한 한 충전을 행할 수 있어, 수리 공장으로의 차량의 이동 등의 때에는 유리해진다.
이번 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타내어지며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1, 2, 45A, 45B: 단자 10: 축전 장치
11: 시스템 메인 릴레이 12: 컨버터
14, 18, 20: 전압 센서 16: 전류 센서
22: 보조 기계 30: 인버터
32: 모터 제너레이터 34: 동력 분할 장치
36: 엔진 38: 구동륜
42: 충전기 43, 50, 53: 전력 케이블
44, 56A, 59: 커넥터 45, 57, 57A: 플러그
48, 58: 외부 전원 51-1, 51-2: 릴레이
54, 54A: 인렛 55: 충전 케이블
56: 충전 커넥터 71, 75: 수납부
72: 코드 릴 73: 취출구
74-1, 74-2: 충전 리드 77, 78: 록 장치
84, 85: 리드 검출 장치 88: 표시 장치
100, 100A: 차량 158: 가이드 홈
160: 본체부 161: 단자 보호부
162: 외주부 164: 간극
166∼170, 166, 167, 168, 169, 170: 접속 단자
171: 리드부 172: 내측면
173: 합부 741A: 충전 리드
C: 평활 콘덴서 46: 충전 ECU
MNL: 주부모선 MPL: 주정모선
NL1: 부극선 PL1: 정극선

Claims (9)

  1. 축전 장치(10)와,
    상기 축전 장치에 외부로부터 전력을 충전하기 위한 복수의 충전 경로(43, 53)와,
    상기 복수의 충전 경로 상에 각각 설치되며, 전력의 공급과 차단의 전환을 행하기 위한 복수의 릴레이(51-1, 51-2)와,
    상기 복수의 릴레이의 용착(溶着) 상태에 기초하여 상기 복수의 충전 경로 중 어느 충전 경로로부터 상기 축전 장치에 대한 충전을 허가할지를 선택하는 충전 제어부(46)를 구비하는, 차량의 전원 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 복수의 충전 경로 중 제1 충전 경로에 설치된 릴레이의 용착을 검출한 경우에는, 상기 복수의 충전 경로 중 제1 충전 경로 이외의 충전 경로를 사용한 상기 축전 장치의 충전을 금지하는, 차량의 전원 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 복수의 릴레이의 2개 이상에 대하여 용착을 검출한 경우에는, 차량 외부로부터의 상기 축전 장치로의 충전을 금지하는, 차량의 전원 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 충전 경로 중 어느 하나를 외부 전원으로부터 차단하기 위한 덮개(74-1, 74-2)와,
    상기 덮개를 차단 상태로 고정하기 위한 록(lock)부(77, 78)를 더 구비하고,
    상기 충전 제어부는, 상기 복수의 릴레이의 용착 상태에 더하여, 상기 덮개의 록 상태에 또한 기초하여, 상기 복수의 충전 경로 중 어느 충전 경로로부터 상기 축전 장치에 대한 충전을 허가할지를 선택하는, 차량의 전원 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 덮개가 외부 전원으로부터 대응하는 충전 경로를 차단하는 상태로 록 되어 있는 경우에는, 다른 충전 경로로부터의 충전을 허가 가능하게 하는, 차량의 전원 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 충전 경로 중 제1 충전 경로는, 충전 인렛(54)에 의한 충전 경로이며,
    상기 복수의 충전 경로 중 제2 충전 경로는, 차량 측에 접속된 코드 릴(72) 및 상기 코드 릴의 선단(先端)에 설치된 접속부(45)에 의한 충전 경로인, 차량의 전원 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 충전 경로 중 제1 충전 경로는, 급속 충전을 행하기 위한 제1 외부 전원이 접속되는 충전 경로(54A)이며,
    상기 복수의 충전 경로 중 제2 충전 경로는, 상기 급속 충전보다 느린 속도로 충전을 행하기 위한 제2 외부 전원이 접속되는 충전 경로(54)인, 차량의 전원 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 충전을 허가하지 않는 충전 경로를 사용자에게 통지하는, 차량의 전원 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 차량의 전원 시스템을 구비한 차량.
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