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JP4697205B2 - 蓄電機構の充電装置および充電方法 - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電機構の充電装置および充電方法に関し、特に、車両に搭載された蓄電機構に車両の外部の電源から電力を供給して充電する技術に関する。
従来より、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車など、電動モータを駆動源として用いる車両が知られている。このような車両には、電動モータに供給する電力を蓄えるバッテリなどの蓄電機構が搭載される。バッテリには、回生制動時に発電された電力、もしくは車両に搭載された発電機が発電した電力が蓄えられる。
ところで、たとえば家屋の電源など、車両の外部の電源から車両に搭載されたバッテリに電力を供給して充電する車両もある。家屋に設けられたコンセントと、車両に設けられたコネクタとをケーブルで連結することにより、家屋の電源から車両のバッテリに電力が供給される。以下、車両の外部に設けられた電源により車両に搭載されたバッテリを充電する車両をプラグイン車とも記載する。
プラグイン車の規格は、日本においては「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」(非特許文献1)により制定され、アメリカ合衆国においては「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ」(非特許文献2)により制定される。
「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」および「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ」においては、一例として、コントロールパイロットに関する規格を定める。コントロールパイロットは、コントロールパイロット線に発振器から方形波信号(以下、パイロット信号とも記載する)を送ることによって、EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)がエネルギー(電力)を供給できる状態にあることを車両に指示する機能を有する。EVSEは、外部の電源と車両とを連結する機器である。たとえば、EVSEのプラグが車両の外部の電源に接続され、かつEVSEのコネクタが車両に設けられたコネクタに接続されると、パイロット信号が出力される。パイロット信号のパルス幅により、供給可能な電流容量がプラグイン車に通知される。プラグイン車は、パイロット信号を検出すると、充電を開始するための準備(リレーを閉じるなど)を行なう。
ところで、プラグイン車においては、外部の電源によるバッテリの充電中に、車両に設けられたコネクタから、外部の電源と車両とを連結する機器(EVSEなど)のコネクタが外される場合があり得る。この場合、充電を停止するための処理を行なうことが必要である。
特開平9−161882号公報(特許文献1)は、受電側コネクタと給電側コネクタとが完全に嵌合することによりマイクロスイッチがオンになった場合にのみリレーを閉じて、充電の開始が可能になる電機自動車の充電器を開示する。給電側コネクタは、係止爪により受電側コネクタに係止される。係止爪は、給電側コネクタに設けられた押圧部を親指で押し下げることにより揺動する。マイクロスイッチは、係止爪と連動する。したがって、マイクロスイッチは、押圧部を親指で押し下げることによりオフにすることができる。
特開平9−161882号公報 「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」、日本電動車両協会規格(日本電動車両規格)、2001年3月29日 「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ(SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler)」、(アメリカ合衆国)、エスエーイー規格(SAE Standards)、エスエーイー インターナショナル(SAE International)、2001年11月
車両に設けられたコネクタから、外部の電源と車両とを連結する機器のコネクタが外された場合、速やかにリレーなどを開き、バッテリを充電するシステムとバッテリとを遮断することが望ましい。ところが、特開平9−161882号公報に記載のコネクタのように、押圧部を押し下げることによりスイッチをオフにすることができるコネクタを用いる場合には、操作者の誤操作によりスイッチがオフになり得る。このような場合、後に正常な操作がなされれば、充電を再開することができる。また、充電中に停電が発生した場合、後で停電が解消されて充電を再開できる可能性が高い。いずれの場合においても、バッテリを充電するシステムとバッテリとを接続したまま、しばらくの間充電を中断し、待機することが望ましい。
しかしながら、上記の課題およびこの課題を解決し得る構成は、「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」、「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ」および特開平9−161882号公報のいずれにも記載されていない。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、必要な時間だけ充電を中断することができる蓄電機構の充電装置および充電方法を提供することである。
第1の発明に係る蓄電機構の充電装置は、車両に接続された場合に第1の信号を出力する機構と、車両および車両の外部の電源に接続された場合に第2の信号を出力する機構とを有する連結器により車両および電源が連結された状態において充電されるように車両に搭載された蓄電機構の充電装置である。この充電装置は、連結器を介して電源から電力を供給して蓄電機構を充電する充電システムと、充電システムおよび蓄電機構を接続した状態および遮断した状態を切換える切換機構と、充電システムおよび蓄電機構を接続するように切換機構を制御するとともに、蓄電機構を充電するように充電システムを制御するための手段と、蓄電機構の充電を中断するための中断手段と、第1の信号の出力状態および第2の信号の出力状態に応じて待機時間を設定するための設定手段と、充電の中断後、待機時間が経過すると、充電システムおよび蓄電機構を遮断するように切換機構を制御するための制御手段とを備える。第5の発明に係る蓄電機構の充電方法は、第1の発明に係る蓄電機構の充電装置と同様の要件を備える。
この構成によると、蓄電機構は、連結器により車両および電源が連結された状態において充電される。連結器は、車両に接続された場合に第1の信号を出力する機構と、車両および車両の外部の電源に接続された場合に第2の信号を出力する機構とを有する。充電システムは、連結器を介して電源から電力を供給して蓄電機構を充電する。切換機構は、充電システムおよび蓄電機構を接続した状態および遮断した状態を切換える。充電システムおよび蓄電機構を接続するように切換機構が制御されるとともに、蓄電機構を充電するように充電システムが制御される。たとえば、第1の信号および第2の信号のうちの少なくともいずれか一方が出力されない場合、何等かの異常が発生したといえる。そのため、蓄電機構の充電が中断される。充電の中断後、待機時間が経過すると、充電システムおよび蓄電機構を遮断するように切換機構が制御される。ところで、充電を中断する要因は、第1の信号の出力状態および第2の信号の出力状態の組合せに応じて異なり得る。充電を中断する要因を解消するために要する時間は、要因毎に異なり得る。そこで、各要因に対応した待機時間を設定するために、待機時間は、第1の信号の出力状態および第2の信号の出力状態に応じて設定される。これにより、充電を中断する要因を解消するために要する時間に対応した待機時間だけ、充電システムと蓄電機構とを接続した状態を維持することができる。そのため、必要な時間だけ充電を中断することができる蓄電機構の充電装置もしくは充電方法を提供することできる。
第2の発明に係る蓄電機構の充電装置においては、第1の発明の構成に加え、中断手段は、第1の信号および第2の信号のうちの少なくともいずれか一方が出力されない場合、蓄電機構の充電を中断するための手段を含む。制御手段は、充電の中断後、第1の信号および第2の信号のうちの少なくともいずれか一方が出力されない状態で待機時間が経過すると、充電システムおよび蓄電機構を遮断するように切換機構を制御するための手段を含む。充電装置は、充電の中断後、充電システムおよび蓄電機構を遮断する前に、少なくとも第1の信号および第2の信号の両方が出力されるという条件を含む条件が満たされた場合、蓄電機構の充電を再開するための手段をさらに備える。第6の発明に係る蓄電機構の充電方法は、第2の発明に係る蓄電機構の充電装置と同様の要件を備える。
この構成によると、第1の信号および第2の信号のうちの少なくともいずれか一方が出力されない場合、蓄電機構の充電が中断される。これにより、たとえば、連結器が車両もしくは電源から外された場合、操作者が連結器を誤操作した場合および停電が発生した場合などにおいて、充電を中断することができる。充電の中断後、第1の信号および第2の信号のうちの少なくともいずれか一方が出力されない状態で待機時間が経過すると、充電システムおよび蓄電機構が遮断される。これにより、充電を中断する要因を解消できない場合は、蓄電機構を充電システムから遮断することができる。そのため、蓄電機構からの放電などを防止することができる。一方、充電の中断後、充電システムおよび蓄電機構を遮断する前に、少なくとも第1の信号および第2の信号の両方が出力されるという条件を含む条件が満たされた場合、蓄電機構の充電が再開される。これにより、充電を中断する要因が解消された場合には、充電を再開することができる。
第3の発明に係る蓄電機構の充電装置においては、第1または2の発明の構成に加え、設定手段は、第1の信号および第2の信号のうちのいずれかが出力される場合、第1の信号および第2の信号の両方が出力されない場合に比べて、長い時間を待機時間として設定するための手段を含む。第7の発明に係る蓄電機構の充電方法は、第3の発明に係る蓄電機構の充電装置と同様の要件を備える。
この構成によると、第1の信号および第2の信号のうちのいずれかが出力される場合、第1の信号および第2の信号の両方が出力されない場合に比べて、待機時間が長く設定される。これにより、少なくとも連結器が車両に接続されているといえる場合は、連結器が車両から外された可能性が高い場合に比べて、より長い時間充電を中断して、待機することができる。
第4の発明に係る蓄電機構の充電装置においては、第1または2の発明の構成に加え、設定手段は、第1の信号が出力され、かつ第2の信号が出力されない場合、第1の信号が出力されず、かつ第2の信号が出力される場合に比べて、長い時間を待機時間として設定するための手段を含む。第8の発明に係る蓄電機構の充電方法は、第4の発明に係る蓄電機構の充電装置と同様の要件を備える。
この構成によると、第1の信号が出力されかつ第2の信号が出力されない場合、第1の信号が出力されずかつ第2の信号が出力される場合に比べて、待機時間が長く設定される。第1の信号が出力されかつ第2の信号が出力されない場合、停電が発生した可能性がある。そのため、充電を中断する要因を解消するために要する時間が長くなる可能性がある。一方、第1の信号が出力されずかつ第2の信号が出力される場合、停電が発生しておらず、かつ操作者が連結器を誤操作した可能性がある。この場合、充電を中断する要因を解消するために要する時間が短いといえる。したがって、第1の信号が出力されかつ第2の信号が出力されない場合、第1の信号が出力されずかつ第2の信号が出力される場合に比べて、待機時間が長く設定される。これにより、必要な時間だけ充電を中断することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図1を参照して、本実施の形態に係る充電装置を搭載したプラグインハイブリッド車について説明する。この車両は、エンジン100と、第1MG(Motor Generator)110と、第2MG120と、動力分割機構130と、減速機140と、バッテリ150とを備える。
この車両は、エンジン100および第2MG120のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。なお、プラグインハイブリッド車の代わりに、その他、モータからの駆動力のみで走行する電気自動車もしくは燃料電池車を用いるようにしてもよい。
エンジン100、第1MG110および第2MG120は、動力分割機構130を介して接続されている。エンジン100が発生する動力は、動力分割機構130により、2経路に分割される。一方は減速機140を介して前輪160を駆動する経路である。もう一方は、第1MG110を駆動させて発電する経路である。
第1MG110は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルを備える、三相交流回転電機である。第1MG110は、動力分割機構130により分割されたエンジン100の動力により発電する。第1MG110により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ150のSOC(State Of Charge)の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第1MG110により発電された電力はそのまま第2MG120を駆動させる電力となる。一方、バッテリ150のSOCが予め定められた値よりも低い場合、第1MG110により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ150に蓄えられる。
第1MG110が発電機として作用している場合、第1MG110は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン100の負荷となるようなトルクをいう。第1MG110が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、第1MG110は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン100の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン100の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、第2MG120についても同様である。
第2MG120は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルを備える、三相交流回転電機である。第2MG120は、バッテリ150に蓄えられた電力および第1MG110により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。
第2MG120の駆動力は、減速機140を介して前輪160に伝えられる。これにより、第2MG120はエンジン100をアシストしたり、第2MG120からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪160の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。
プラグインハイブリッド車の回生制動時には、減速機140を介して前輪160により第2MG120が駆動され、第2MG120が発電機として作動する。これにより第2MG120は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第2MG120により発電された電力は、バッテリ150に蓄えられる。
動力分割機構130は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤは第1MG110の回転軸に連結される。キャリアはエンジン100のクランクシャフトに連結される。リングギヤは第2MG120の回転軸および減速機140に連結される。
エンジン100、第1MG110および第2MG120が、遊星歯車からなる動力分割機構130を介して連結されることで、エンジン100、第1MG110および第2MG120の回転数は、図2に示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。
図1に戻って、バッテリ150は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ150の電圧は、たとえば200V程度である。バッテリ150には、第1MG110および第2MG120の他、車両の外部の電源から供給される電力が充電される。
エンジン100、第1MG110、第2MG120は、ECU(Electronic Control Unit)170により制御される。なお、ECU170は複数のECUに分割するようにしてもよい。
図3を参照して、プラグインハイブリッド車の電気システムについてさらに説明する。プラグインハイブリッド車には、コンバータ200と、第1インバータ210と、第2インバータ220と、DC/DCコンバータ230と、補機バッテリ240と、SMR(System Main Relay)250と、DFR(Dead Front Relay)260と、コネクタ270と、LCフィルタ280とが設けられる。
コンバータ200は、リアクトルと、二つのnpn型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトルは、バッテリ150の正極側に一端が接続され、2つのnpn型トランジスタの接続点に他端が接続される。
2つのnpn型トランジスタは、直列に接続される。npn型トランジスタは、ECU170により制御される。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。
なお、npn型トランジスタとして、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることができる。npn型トランジスタに代えて、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等の電力スイッチング素子を用いることができる。
バッテリ150から放電された電力を第1MG110もしくは第2MG120に供給する際、電圧がコンバータ200により昇圧される。逆に、第1MG110もしくは第2MG120により発電された電力をバッテリ150を充電する際、電圧がコンバータ200により降圧される。
コンバータ200と、第1インバータ210および第2インバータ220との間のシステム電圧VHは、電圧計180により検出される。電圧計180の検出結果は、ECU170に送信される。
第1インバータ210は、U相アーム、V相アームおよびW相アームを含む。U相アーム、V相アームおよびW相アームは並列に接続される。U相アーム、V相アームおよびW相アームは、それぞれ、直列に接続された2つのnpn型トランジスタを有する。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各npn型トランジスタの接続点は、第1MG110の各コイルの中性点112とは異なる端部にそれぞれ接続される。
第1インバータ210は、バッテリ150から供給される直流電流を交流電流に変換し、第1MG110に供給する。また、第1インバータ210は、第1MG110により発電された交流電流を直流電流に変換する。
第2インバータ220は、U相アーム、V相アームおよびW相アームを含む。U相アーム、V相アームおよびW相アームは並列に接続される。U相アーム、V相アームおよびW相アームは、それぞれ、直列に接続された2つのnpn型トランジスタを有する。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各npn型トランジスタの接続点は、第2MG120の各コイルの中性点122とは異なる端部にそれぞれ接続される。
第2インバータ220は、バッテリ150から供給される直流電流を交流電流に変換し、第2MG120に供給する。また、第2インバータ220は、第2MG120により発電された交流電流を直流電流に変換する。
各インバータにおいて、U相コイルとU相アームの組、V相コイルとV相アームの組およびW相コイルとW相アームの組は、それぞれコンバータ200と同様の構成を有する。したがって、第1インバータ210および第2インバータ220は、電圧を昇圧できる。本実施の形態においては、車両外部の電源から供給された電力をバッテリ150に充電する際、第1インバータ210および第2インバータ220は、電圧を昇圧する。たとえば、100Vの電圧が200V程度の電圧に昇圧される。
DC/DCコンバータ230は、バッテリ150と、コンバータ200との間において、コンバータ200と並列に接続される。DC/DCコンバータ230は、直流電圧を降圧する。DC/DCコンバータ230から出力される電力は、補機バッテリ240に充電される。補機バッテリ240に充電された電力は、電動オイルポンプ等の補機242およびECU170に供給される。
SMR(System Main Relay)250は、バッテリ150とDC/DCコンバータ230との間に設けられる。SMR250は、バッテリ150と電気システムとを接続した状態および遮断した状態を切換えるリレーである。SMR250が開いた状態であると、バッテリ150が電気システムから遮断される。SMR250が閉じた状態であると、バッテリ150が電気システムに接続される。SMR250の状態は、ECU170により制御される。たとえば、ECU170が起動すると、SMR250が閉じられる。ECU170が休止する際、SMR250が開かれる。
DFR(Dead Front Relay)260は、第1MG110の中性点112および第2MG120の中性点122に接続される。DFR260は、プラグインハイブリッド車の電気システムと外部の電源とを接続した状態および遮断した状態を切換えるリレーである。DFR250が開いた状態であると、プラグインハイブリッド車の電気システムが外部の電源から遮断される。DFR250が閉じた状態であると、プラグインハイブリッド車の電気システムが外部の電源に接続される。
コネクタ270は、たとえばプラグインハイブリッド車の側部に設けられる。後述するように、コネクタ270には、プラグインハイブリッド車と外部の電源とを連結する充電ケーブルのコネクタが接続される。LCフィルタ280は、DFR260とコネクタ270との間に設けられる。
図4を参照して、プラグインハイブリッド車と外部の電源とを連結する充電ケーブル300は、コネクタ310と、プラグ320と、CCID(Charging Circuit Interrupt Device)330とを含む。充電ケーブル300は、EVSEに相当する。
充電ケーブル300のコネクタ310は、プラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ270に接続される。コネクタ310には、スイッチ312が設けられる。充電ケーブル300のコネクタ310が、プラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ270に接続された状態でスイッチ312が閉じると、充電ケーブル300のコネクタ310が、プラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ270に接続された状態であることを表わすコネクタ信号CNCTがECU170に入力される。
スイッチ312は、充電ケーブル300のコネクタ310をプラグインハイブリッド車のコネクタ270に係止する係止金具に連動して開閉する。係止金具は、コネクタ310に設けられたボタンを操作者が押すことにより揺動する。
たとえば、充電ケーブル300のコネクタ310がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ270に接続した状態で、操作者が、図5に示すコネクタ310のボタン314から指を離した場合、係止金具316がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ270に係合するとともに、スイッチ312が閉じる。操作者がボタン314を押すと、係止金具316とコネクタ270との係合が解除されるとともに、スイッチ312が開く。なお、スイッチ312を開閉する方法はこれに限らない。
図4に戻って、充電ケーブル300のプラグ320は、家屋に設けられたコンセント400に接続される。コンセント400には、プラグインハイブリッド車の外部の電源402から交流電力が供給される。
CCID330は、リレー332およびコントロールパイロット回路334を有する。リレー332が開いた状態では、プラグインハイブリッド車の外部の電源402からプラグインハイブリッド車へ電力を供給する経路が遮断される。リレー332が閉じた状態では、プラグインハイブリッド車の外部の電源402からプラグインハイブリッド車へ電力を供給可能になる。リレー332の状態は、充電ケーブル300のコネクタ310がプラグインハイブリッド車のコネクタ270に接続された状態でECU170により制御される。
コントロールパイロット回路334は、充電ケーブル300のプラグ320がコンセント400、すなわち外部の電源402に接続され、かつコネクタ310がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ270に接続された状態において、コントロールパイロット線にパイロット信号(方形波信号)CPLTを送る。
パイロット信号は、コントロールパイロット回路334内に設けられた発振器から発振される。パイロット信号は、発振器の動作が遅れる分だけ遅れて出力されたり停止されたりする。
コントロールパイロット回路334は、充電ケーブル300のプラグ320がコンセント400に接続されると、コネクタ310がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ270から外されていても、一定のパイロット信号CPLTを出力し得る。ただし、コネクタ310がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ270から外された状態で出力されたパイロット信号CPLTを、ECU170は検出できない。
充電ケーブル300のプラグ320がコンセント400に接続され、かつコネクタ310がプラグインハイブリッド車のコネクタ270に接続されると、コントロールパイロット回路334は、予め定められたパルス幅(デューティサイクル)のパイロット信号CPLTを発振する。
パイロット信号CPLTのパルス幅により、供給可能な電流容量がプラグインハイブリッド車に通知される。たとえば、充電ケーブル300の電流容量がプラグインハイブリッド車に通知される。パイロット信号CPLTのパルス幅は、外部の電源402の電圧および電流に依存せずに一定である。
一方、用いられる充電ケーブルの種類が異なれば、パイロット信号CPLTのパルス幅は異なり得る。すなわち、パイロット信号CPLTのパルス幅は、充電ケーブルの種類毎に定められ得る。
本実施の形態においては、充電ケーブル300によりプラグインハイブリッド車と外部の電源402とが連結された状態において、外部の電源402から供給された電力がバッテリ150に充電される。外部の電源402の交流電圧VACは、プラグインハイブリッド車の内部に設けられた電圧計172により検出される。
以下、外部の電源402によりバッテリ150を充電する際におけるコンバータ200、第1インバータ210および第2インバータ220の動作について説明する。図6に、図3および図4に示す回路図のうちの充電に関する部分を示す。
図6では、図1の第1インバータ210および第2インバータ220のうちのU相アーム212,222が代表として示されている。第1MG110および第2MG120のコイルのうちのU相コイル114,124が代表として示されている。他の2相の回路は、U相の回路と同様に作動する。そのため、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
前述したように、第1MG110のU相コイル114と第1インバータ210のU相アーム212との組、および第2MG120のU相コイル124と第2インバータ220のU相アーム222との組は、それぞれコンバータ200と同様の構成を有する。
外部の電源402の電圧VAC>0である場合、すなわちライン410の電圧VXがライン420の電圧VYよりも高い場合、コンバータ200のトランジスタ501はON状態にされ、トランジスタ502はOFF状態にされる。第1インバータ210のトランジスタ512が外部の電源402の電圧VACに応じた周期およびデューティー比でスイッチングされる。トランジスタ511がOFF状態またはダイオード611の導通に同期して導通されるスイッチング状態に制御される。第2インバータ220のトランジスタ521はOFF状態にされ、トランジスタ522はON状態にされる。
第1インバータ210のトランジスタ512がON状態であると、電流がU相コイル114、トランジスタ512、ダイオード622、U相コイル124の順で流れる。U相コイル114およびU相コイル124に蓄積されたエネルギは、第1インバータ210のトランジスタ512がOFF状態になると放出される。放出されたエネルギ、すなわち電力は、第1インバータ210のダイオード611およびコンバータ200のトランジスタ501を経由してバッテリ150に供給される。
なお、第1インバータ210のダイオード611による損失を低減させるために、ダイオード611の導通期間に同期させてトランジスタ511を導通させても良い。外部の電源の電圧VACおよびシステム電圧(コンバータ200とインバータとの間における電圧)VHの値に基づいて、第1インバータ210のトランジスタ512のスイッチングの周期およびデューティー比が定められる。
外部の電源402の電圧VAC<0である場合、すなわちライン410の電圧VXがライン420の電圧VYよりも低い場合、コンバータ200のトランジスタ501はON状態にされ、トランジスタ502はOFF状態にされる。第2インバータ220ではトランジスタ522が電圧VACに応じた周期およびデューティー比でスイッチングされ、トランジスタ521がOFF状態またはダイオード621の導通に同期して導通されるスイッチング状態にされる。第1インバータ210のトランジスタ511はOFF状態にされ、トランジスタ512はON状態にされる。
第2インバータ220のトランジスタ522がON状態であると、電流がU相コイル124、トランジスタ522、ダイオード612、U相コイル114の順で流れる。U相コイル114およびU相コイル124に蓄積されたエネルギは、第2インバータ220のトランジスタ522がOFF状態になると放出される。放出されたエネルギ、すなわち電力は、第2インバータ220のダイオード621およびコンバータ200のトランジスタ501を経由してバッテリ150に供給される。
なお、第2インバータ220のダイオード621による損失を低減させるために、ダイオード621の導通期間に同期させてトランジスタ521を導通させても良い。外部の電源の電圧VACおよびシステム電圧VHの値に基づいて、トランジスタ522のスイッチングの周期およびデューティー比が定められる。
図7を参照して、ECU170の機能ついて説明する。なお、以下に説明する機能はソフトウエアにより実現するようにしてもよく、ハードウェアにより実現するようにしてもよい。
ECU170は、充電部700と、中断部702と、設定部704と、遮断部706と、再開部708とを備える。
充電部700は、バッテリ150と外部の電源402とを接続するようにSMR250、DFR260およびCCID330内のリレー332を閉じ、かつバッテリ150を充電するようにコンバータ200、第1インバータ210および第2インバータ220を制御する。
たとえば、コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTの両方が検出され、かつ電圧計172により検出される電圧VACがしきい値以上であると、バッテリ150の充電が開始される。
中断部702は、バッテリ150の充電中に、コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTのうちの少なくともいずれか一方が検出されない場合、バッテリ150の充電を中断する。充電を中断する際、コンバータ200、第1インバータ210および第2インバータ220が停止されるとともに、DFR260およびCCID330内のリレー332が開かれる。SMR250は、閉じた状態に維持される。
設定部704は、充電を中断した状態で待機する待機時間を設定する。待機時間は、図8に示すように、コネクタ信号CNCTとパイロット信号CPLTの出力状態の組合せに応じて設定される。
コネクタ信号CNCTが出力され(ONであり)、かつパイロット信号CPLTが停止されている(OFFである)場合、待機時間はαに設定される。αは、たとえば30分から1時間程度の時間である。αは、停電が回復するまで充電を中断することを目的として定められる。すなわち、αは、停電が解消されるのに要する時間に設定される。
コネクタ信号CNCTが停止され、かつパイロット信号CPLTが出力されている場合、待機時間はβに設定される。βはαよりも短い時間である。βは、たとえば3分から5分程度の時間である。βは、操作者のコネクタ310に対する操作と、コネクタ信号CNCTを伝達する経路における断線とを識別するために必要な時間を想定して定められる。すなわち、βは、操作者がボタン314を押し続け得る時間よりも長い時間に設定される。
コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTの両方が停止している場合、待機時間はγに設定される。γは、αおよびβよりも短い時間である。γは、たとえば3秒から10秒程度の時間である。ノイズによる誤判定を避け、かつコネクタ310の一時的な緩みをユーザが直すことができる時間を想定して定められる。
なお、本実施の形態においては、コネクタ信号CNCTもしくはパイロット信号CPLTが検出されない場合、コネクタ信号CNCTもしくはパイロット信号CPLTが停止している(出力されていない)と判断される。
遮断部706は、充電の中断後、コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTのうちの少なくともいずれか一方が発生しない状態で待機時間が経過すると、SMR250を開く。なお、SMR250を開くための条件はこれに限らない。バッテリ150の充電を中断した後の経過時間は、ECU170に設けられたカウンタにより計測される。
再開部708は、充電の中断後、SMR250が開く前に、少なくともコネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTの両方が出力されているという条件を含む再開条件が満たされた場合、バッテリ150の充電を再開する。
たとえば、充電の中断後、待機時間が経過する前に、コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTが出力されると、DFR260およびCCID330内のリレー332が閉じられる。DFR260およびCCID330内のリレー332を閉じた後に、電圧計172を用いて検出される電圧VACがしきい値以上である場合、バッテリ150の充電を再開するようにコンバータ200、第1インバータ210および第2インバータ220が制御される。なお、充電を再開するための条件はこれに限らない。
その他、充電の中断後、待機時間が経過した時点で、コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTが出力されているか否かを判断するようにしてもよい。コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTが出力されていると充電を再開するための上記の処理を行ない、そうでなければSMR250を開くようにしてもよい。
図9および図10を参照して、ECU170が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、ECU170により実行されるプログラムをCD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)などの記録媒体に記録して市場に流通させてもよい。また、以下に説明するプログラムは、たとえば、外部の電源402を用いたバッテリ150の充電中に実行される。
ステップ(以下、ステップをSと略す)100にて、ECU170は、充電を中断中であるか否かを判断する。充電を中断中であると(S100にてYES)、処理はS112に移される。もしそうでないと(S100にてNO)、処理はS102に移される。
S102にて、ECU170は、ECU170は、充電を中断するか否か、すなわち、コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTのうちの少なくともいずれか一方が停止しているか否かを判断する。コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTのうちの少なくともいずれか一方が停止していると(S102にてYES)、処理はS110に移される。もしそうでないと(S102にてNO)、処理はS104に移される。
S104にて、ECU170は、充電を継続する。S106にて、ECU170は、充電を中断した後の経過時間を計測するカウンタをクリアする。その後、処理はS100に戻される。
S110にて、ECU170は、充電を中断する。S112にて、ECU170は、充電を中断した後の経過時間を計測するカウンタのカウント値をインクリメントする。
S120にて、ECU170は、コネクタ信号CNCTが出力され、かつパイロット信号CPLTが停止しているか否かを判断する。コネクタ信号CNCTが出力され、かつパイロット信号CPLTが停止していると(S120にてYES)、処理はS122に移される。もしそうでないと(S120にてNO)、処理はS130に移される。
S122にて、ECU170は、充電を中断した後の経過時間がα以上であるか否かを判断する。充電を中断した後の経過時間がα以上であると(S122にてYES)、処理はS150に移される。もしそうでないと(S122にてNO)、処理はS100に戻される。
S130にて、ECU170は、コネクタ信号CNCTが停止され、かつパイロット信号CPLTが出力されているか否かを判断する。コネクタ信号CNCTが停止され、かつパイロット信号CPLTが出力されていると(S130にてYES)、処理はS132に移される。もしそうでないと(S130にてNO)、処理はS140に移される。
S132にて、ECU170は、充電を中断した後の経過時間がβ以上であるか否かを判断する。充電を中断した後の経過時間がβ以上であると(S132にてYES)、処理はS134に移される。もしそうでないと(S132にてNO)、処理はS100に戻される。
S134にて、ECU170は、コネクタ信号CNCTを伝達する経路が断線したと判定する。すなわち、異常が発生したと判断される。
S140にて、ECU170は、コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTの両方が停止しているか否かを判断する。コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTの両方が停止していると(S140にてYES)、処理はS142に移される。もしそうでないと(S140にてNO)、すなわち、コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTの両方が出力されていると、処理はS160に移される。
S142にて、ECU170は、充電を中断した後の経過時間がγ以上であるか否かを判断する。充電を中断した後の経過時間がγ以上であると(S142にてYES)、処理はS150に移される。もしそうでないと(S142にてNO)、処理はS100に戻される。
S150にて、ECU170は、SMR250を開く。すなわち、バッテリ150が電気システムから遮断される。その後、この処理は終了する。
S160にて、ECU170は、DFR260およびCCID330内のリレー332を閉じる。S162にて、ECU170は、電圧計172を用いて検出される外部の電源402の電圧VACがしきい値以上であるか否かを判断する。
電圧計172を用いて検出される外部の電源402の電圧VACがしきい値以上であると(S162にてYES)、処理はS164に移される。もしそうでないと(S162にてNO)、処理はS166に移される。S164にて、ECU170は、充電を再開する。S166にて、ECU170は、外部の電源402からバッテリ150に電力を供給する経路が断線していると判断する。すなわち、断線が検出される。S168にて、ECU170は、SMR250、DFR260およびCCID330内のリレー332を開く。その後、この処理は終了する。
以上のような構造およびフローチャートに基づくECU170の動作について説明する。
充電を中断中でないと(S100にてNO)、すなわち、充電中であると、充電を中断するか否か、すなわち、コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTのうちの少なくともいずれか一方が停止しているか否かが判断される(S102)。
コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTの両方を出力されていると(S102にてNO)、充電が継続される(S104)。充電を中断した後の経過時間を計測するカウンタは、クリアされる(S106)。
一方、コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTのうちの少なくともいずれか一方が停止している場合、充電ケーブル300のコネクタ310が車両のコネクタ270から外されたか、プラグ320がコンセント400から外されたか、停電が発生した可能性がある。
いずれの場合においても、充電を継続できない。したがって、コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTのうちの少なくともいずれか一方が停止していると(S102にてYES)、充電が中断される(S110)。充電を中断するために、コンバータ200、第1インバータ210および第2インバータ220が停止されるとともに、DFR260およびCCID330内のリレー332が開かれる。SMR250は、閉じた状態に維持される。
充電が中断されると、充電を中断した後の経過時間を計測するカウンタのカウント値がインクリメントされる(S112)。その後、停電を中断する要因を識別するため、コネクタ信号CNCTの出力状態と、パイロット信号CPLTの出力状態との組合せが判別される。
コネクタ信号CNCTが出力され、かつパイロット信号CPLTが停止していると(S120にてYES)、停電が発生した可能性がある。充電ケーブル300のコネクタ310は車両のコネクタ270に接続された状態で、電流の容量を表わす信号が停止しているからである。
この場合、充電を中断した後の経過時間が、停電が解消されるのに要する時間に設定されたα以上であるか否かが判断される(S122)。充電を中断した後の経過時間がαより短いと(S122にてNO)、充電を中断した後の経過時間を計測するカウンタのカウント値がインクリメントされる(S100にてYES,S112)。充電を中断した後の経過時間がα以上であると(S122にてYES)、SMR250が開かれる(S150)。これにより、バッテリ150が電気システムから遮断される。
コネクタ信号CNCTが停止され、かつパイロット信号CPLTが出力されていると(S130にてYES)、充電ケーブル300のコネクタ310が車両のコネクタ270に接続された状態で、操作者が充電ケーブル300のコネクタ310に設けられたボタン314を押している可能性がある。充電ケーブル300のコネクタ310が車両のコネクタ270から外されたのであれば、コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTの両方が検出されないからである。
この場合、充電を中断した後の経過時間が、操作者がボタン314を押し続け得る時間よりも長い時間に設定されたβ以上であるか否かが判断される(S132)。充電を中断した後の経過時間がβより短いと(S132にてNO)、充電を中断した後の経過時間を計測するカウンタのカウント値がインクリメントされる(S100にてYES,S112)。
操作者が長時間充電ケーブル300のコネクタ310に設けられたボタン314を押し続けることは考え難い。したがって、充電を中断した後の経過時間がβ以上であると(S132にてYES)、コネクタ信号CNCTを伝達する経路が断線したと判定される(S134)。その後、SMR250が開かれる(S150)。
コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTの両方が停止していると(S140にてYES)、充電ケーブル300のコネクタ310と車両のコネクタ270との接続が一時的に緩んだか、充電ケーブル300のコネクタ310が車両のコネクタ270から外された可能性がある。
この場合、充電を中断した後の経過時間が、コネクタ間の接続の一時的な緩みを操作者が解消するのに要する時間に設定されたγ以上であるか否かが判断される(S142)。充電を中断した後の経過時間がγより短いと(S142にてNO)、充電を中断した後の経過時間を計測するカウンタのカウント値がインクリメントされる(S100にてYES,S112)。充電を中断した後の経過時間がγ以上であると(S142にてYES)、SMR250が開かれる(S150)。
コネクタ信号CNCTおよびパイロット信号CPLTの両方が出力されていると(S120にてNO,S130にてNO,S140にてNO)、充電を中断する要因が解消された可能性がある。すなわち、充電を再開できる可能性がある。
この場合、DFR260およびCCID330内のリレー332が閉じられる(S160)。DFR260およびCCID330内のリレー332が閉じた後において、電圧計172を用いて検出される外部の電源402の電圧VACがしきい値以上であると(S162にてYES)、外部の電源402からバッテリ150に電力を供給できる状態であるといえる。したがって、充電が再開される(S164)。
電圧VACがしきい値より小さいと(S162にてNO)、充電ケーブル300が正しく車両および電源402に接続されているにもかかわらず、電源402からバッテリ150に電力を供給できない状態であるといえる。
この場合、外部の電源402からバッテリ150に電力を供給する経路が断線していると判断される(S166)。その後、DFR260およびCCID330内のリレー332が開かれる(S168)。
以上のように、本実施の形態に係る充電装置によれば、バッテリの充電を中断した後、コネクタ信号CNCTの出力状態およびパイロット信号CPLTの出力状態の組合せに応じた待機時間だけSMRが閉じた状態に維持される。これにより、充電を中断する要因を解消するために要する時間に対応した時間だけ、電気システムとバッテリとを接続した状態を維持することができる。そのため、必要な時間だけ充電を中断することができる。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
プラグインハイブリッド車を示す概略構成図である。 動力分割機構の共線図を示す図である。 プラグインハイブリッド車の電気システムを示す図(その1)である。 プラグインハイブリッド車の電気システムを示す図(その2)である。 充電ケーブルのコネクタを示す図である。 プラグインハイブリッド車の電気システムを示す図(その3)である。 ECUの機能ブロック図である。 コネクタ信号CNCTの出力状態およびパイロット信号CPLT出力状態の組合せに応じて定められる待機時間を示す図である。 ECUが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャート(その1)である。 ECUが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャート(その2)である。
符号の説明
100 エンジン、110 第1MG、120 第2MG、130 動力分割機構、140 減速機、150 バッテリ、160 前輪、170 ECU、172 電圧計、200 コンバータ、210 第1インバータ、220 第2インバータ、230 DC/DCコンバータ、240 補機バッテリ、242 補機、250 SMR、DFR 260、270 コネクタ、280 LCフィルタ、300 充電ケーブル、310 コネクタ、312 スイッチ、314 ボタン、316 係止金具、320 プラグ、330 CCID、332 リレー、334 コントロールパイロット回路、400 コンセント、402 電源、700 充電部、702 中断部、704 設定部、706 遮断部、708 再開部。

Claims (8)

  1. 車両に接続された場合に第1の信号を出力する機構と、前記車両および前記車両の外部の電源に接続された場合に第2の信号を出力する機構とを有する連結器により前記車両および前記電源が連結された状態において充電されるように前記車両に搭載された蓄電機構の充電装置であって、
    前記連結器を介して前記電源から電力を供給して前記蓄電機構を充電する充電システムと、
    前記充電システムおよび前記蓄電機構を接続した状態および遮断した状態を切換える切換機構と、
    前記充電システムおよび前記蓄電機構を接続するように前記切換機構を制御するとともに、前記蓄電機構を充電するように前記充電システムを制御するための手段と、
    前記蓄電機構の充電を中断するための中断手段と、
    前記第1の信号の出力状態および前記第2の信号の出力状態に応じて待機時間を設定するための設定手段と、
    充電の中断後、前記待機時間が経過すると、前記充電システムおよび前記蓄電機構を遮断するように前記切換機構を制御するための制御手段とを備える、蓄電機構の充電装置。
  2. 前記中断手段は、前記第1の信号および前記第2の信号のうちの少なくともいずれか一方が出力されない場合、前記蓄電機構の充電を中断するための手段を含み、
    前記制御手段は、充電の中断後、前記第1の信号および前記第2の信号のうちの少なくともいずれか一方が出力されない状態で前記待機時間が経過すると、前記充電システムおよび前記蓄電機構を遮断するように前記切換機構を制御するための手段を含み、
    充電の中断後、前記充電システムおよび前記蓄電機構を遮断する前に、少なくとも前記第1の信号および前記第2の信号の両方が出力されるという条件を含む条件が満たされた場合、前記蓄電機構の充電を再開するための手段をさらに備える、請求項1に記載の蓄電機構の充電装置。
  3. 前記設定手段は、前記第1の信号および前記第2の信号のうちのいずれかが出力される場合、前記第1の信号および前記第2の信号の両方が出力されない場合に比べて、長い時間を前記待機時間として設定するための手段を含む、請求項1または2に記載の蓄電機構の充電装置。
  4. 前記設定手段は、前記第1の信号が出力され、かつ前記第2の信号が出力されない場合、前記第1の信号が出力されず、かつ前記第2の信号が出力される場合に比べて、長い時間を前記待機時間として設定するための手段を含む、請求項1または2に記載の蓄電機構の充電装置。
  5. 車両に接続された場合に第1の信号を出力する機構と、前記車両および前記車両の外部の電源に接続された場合に第2の信号を出力する機構とを有する連結器により前記車両および前記電源が連結された状態において充電されるように前記車両に搭載された蓄電機構の充電方法であって、
    前記連結器を介して前記電源から電力を供給して前記蓄電機構を充電する充電システムおよび前記蓄電機構を接続した状態および遮断した状態を切換える切換機構を、前記充電システムおよび前記蓄電機構を接続するように制御するとともに、前記蓄電機構を充電するように前記充電システムを制御するステップと、
    前記蓄電機構の充電を中断するステップと、
    前記第1の信号の出力状態および前記第2の信号の出力状態に応じて待機時間を設定するステップと、
    充電の中断後、前記待機時間が経過すると、前記充電システムおよび前記蓄電機構を遮断するように前記切換機構を制御するステップとを備える、蓄電機構の充電方法。
  6. 前記蓄電機構の充電を中断するステップは、前記第1の信号および前記第2の信号のうちの少なくともいずれか一方が出力されない場合、前記蓄電機構の充電を中断するステップを含み、
    前記充電システムおよび前記蓄電機構を遮断するように前記切換機構を制御するステップは、充電の中断後、前記第1の信号および前記第2の信号のうちの少なくともいずれか一方が出力されない状態で前記待機時間が経過すると、前記充電システムおよび前記蓄電機構を遮断するように前記切換機構を制御するステップを含み、
    充電の中断後、前記充電システムおよび前記蓄電機構を遮断する前に、少なくとも前記第1の信号および前記第2の信号の両方が出力されるという条件を含む条件が満たされた場合、前記蓄電機構の充電を再開するステップをさらに備える、請求項5に記載の蓄電機構の充電方法。
  7. 前記待機時間を設定するステップは、前記第1の信号および前記第2の信号のうちのいずれかが出力される場合、前記第1の信号および前記第2の信号の両方が出力されない場合に比べて、長い時間を前記待機時間として設定するステップを含む、請求項5または6に記載の蓄電機構の充電方法。
  8. 前記待機時間を設定するステップは、前記第1の信号が出力され、かつ前記第2の信号が出力されない場合、前記第1の信号が出力されず、かつ前記第2の信号が出力される場合に比べて、長い時間を前記待機時間として設定するステップを含む、請求項5または6に記載の蓄電機構の充電方法。
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