JP6928477B2

JP6928477B2 - 充電システムまたは充電器

Info

Publication number: JP6928477B2
Application number: JP2017088107A
Authority: JP
Inventors: 忠大吉田; 宏樹西; 裕樹浦野
Original assignee: Envision AESC Japan Ltd
Current assignee: Envision AESC Japan Ltd
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2037-04-27
Also published as: JP2018186670A

Description

本発明は、充電システムまたは充電器に関するものである。

従来の充電システムとしては、特許文献１に記載されている構成が知られている。この充電システムは、車両システムを起動する際に必要な鍵による認証を、車両停止時かつ充電プラグ挿入時には無効にして、鍵がなくても充電ができるようにしたものである。

特開２００８−１６７６１８号公報

しかしながら、従来の充電システムにおいては、車両側に、鍵がなくても車両システムを起動させる機能が必要であり、廉価型の車両においてはそのような機能を搭載することは難しい。
本発明は、廉価型の移動体であっても鍵の有無にかかわらず充電ができる充電システムまたは充電器を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態である充電システムは、移動体と充電器とを有し、前記移動体は、鍵によって起動する移動体制御手段と、移動体搭載電池と、前記移動体制御手段の指示に基づいて前記移動体搭載電池を制御する電池制御手段と、前記移動体制御手段及び前記電池制御手段を結ぶ移動体側通信線と、当該移動体側通信線に設けられ、充電器と接続して電気を移動体搭載電池に供給する移動体側接続手段とを有し、前記充電器は、前記移動体側接続手段に接続可能な充電器側接続手段を含み、さらに、前記充電器側接続手段を介して前記移動体側通信線に接続される充電器側通信線と、両接続手段を接続した状態で充電器側通信線を監視し、前記移動体制御手段が起動しているか否かを判定する判定手段と、起動していないと判定された場合、前記電池制御手段に対し、充電動作を指示する指示手段を有し、前記判定手段で前記移動体制御手段が起動していないと判定した場合、前記充電器は、送信する際の通信ＩＤを前記移動体制御手段が前記電池制御手段へ送信する際の通信ＩＤに変更すると共に、前記充電器は、受信する際、前記電池制御手段が前記移動体制御手段へ送信する際の通信ＩＤを監視することを特徴とする。

また、本充電器は、前記充電システムに設けられる充電器であって、前記充電器側接続手段に前記移動体側接続手段が接続された状態で、前記移動体制御手段及び前記電池制御手段を結ぶ移動体側通信線に結合される前記充電器側通信線を有し、接続手段同士が接続された状態で前記充電器側通信線を監視し、前記移動体制御手段が起動しているか否かを判定する前記判定手段と、前記移動体制御手段が起動していないと判定された場合は、前記電池制御手段に対し、充電動作を指示する前記指示手段とを有することを特徴とする。

廉価型の移動体であっても鍵の有無にかかわらず充電ができる。

本発明の実施形態にかかる充電システムのブロック図である。本実施形態にかかる充電器のブロック図である。プラグのコネクタ構造を示す図である車両の走行モードにおけるフローチャートである。充電システムの充電モードにおけるフローチャートである。充電システムの充電モードにおけるフローチャートである。実施形態２にかかる充電システムのブロック図である。

図を使用して、実施形態１にかかる充電システムを説明する。まず、図１のブロック図を使用して構成部品及び接続関係について説明する。
１は負荷・回生機器であり、移動体の一例である車両１０００に搭載された、例えばインバータ及びモータである。インバータを制御することによりモータに電気を供給しモータの回転により車輪を回転させて車両を走行させる。また、モータの回生により発生した電気を電源装置に供給する。

４はリレーであり、一端が負荷・回生機器１に接続され、リレー４の他端は電池パック１０の負極端及び車両側プラグ１２０のコネクタ１２１に接続されている。
電池パック１０は、電池モジュール１３とスイッチ１４とＢＭＳ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）１６を有している。電池モジュール１３は、移動体搭載電池の一例であり、本実施形態では複数の単電池が直列に接続された電池群である。ＢＭＳ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）１６は、電池制御手段の一例である。

電池モジュール１３の正極端はスイッチ１４の一端に接続されている。スイッチ１４の他端は負荷・回生機器１に接続されると共に車側プラグ１２０のコネクタ１２３に接続されている。ＢＭＳ１６は、電池モジュール１３の電圧を計測する電圧計１５、電池モジュール１３の温度を計測する温度計１７、電池モジュール１３に流れる電流を計測する電流計１８に接続されており、かつスイッチ１４のオンオフを制御する。

車両１０００には、負荷・回生機器１や電池パック１０の他に、ＶＣＵ（ＶｅｈｉｃｌｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）２００が搭載されており、ＶＣＵ２００は移動体制御手段の一例である。ＶＣＵ２００は、負荷・回生機器１、リレー４、及び図示しないイグニッションスイッチや車両の状態（車速センサ等）を検出するセンサユニット３００に接続されている。さらにＶＣＵ２００はエアコンＣ／Ｕ４００やドアＣ／Ｕ５００にも接続されそれぞれの状態を示す信号を入力したり、それぞれのアクチュエータを制御する信号を送信する。

車両の鍵により機械的または電気的に認証され適正な鍵であると判定された場合、イグニッションスイッチはオンとなり、ＶＣＵ２００自身の起動処理及びＢＭＳ１６の起動を可能とし、ＢＭＳ１６はスイッチ１４をオンした後、ＶＣＵ２００はリレー４をオンし、充放電の準備を整ったら、負荷・回生機器１の目標値を演算し制御信号を出力する。
またＶＣＵ２００は、電池パック１０の充電状態をモニタし充放電の制御をする指令をＢＭＳ１６に出力する。電池パック１０の故障診断を行うこともできる。

ＶＣＵ２００は通信線９００を介してＢＭＳ１６、センサユニット３００、エアコンＣ／Ｕ（ＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）４００、ドアＣ／Ｕ５００、及び車側プラグ１２５のコネクタ１２４に接続されている。この通信線９００によってＶＣＵ２００とＢＭＳ１６との間、エアコンＣ／Ｕ４００やドアＣ／Ｕ５００とＶＣＵ２００との間でシリアル通信（バス通信）が可能である。
車両１０００には、さらに、車両側プラグ１２０の勘合検知用コネクタ１２２が設けられており、コネクタ１２２はコネクタ１２２の２つの端子の間に短絡回路を有している。
車側プラグ１２０，１２５のコネクタ１２１，１２２，１２３，１２４は、充電器１１００の充電器側プラグ１３０，１３５のコネクタと勘合し電気的に接続するよう構成されている。

充電器１１００側には、充電器側プラグ１３０，１３５を有する。充電器側プラグ１３０にはコネクタ１３１，１３２，１３３を有し、車側プラグ１２０のそれぞれコネクタ１２１，１２２，１２３と電気的に接続される。充電器側プラグ１３５にはコネクタ１３４を有し、車側プラグ１２５のコネクタ１２４と電気的に接続される。そして充電器１１００はコネクタ１２１と１３１の電気的な接続及びコネクタ１２３と１３３の電気的な接続によって外部電源からの電力を、コンセント１１０１を介して電池パック１０に供給することができる。なお、コネクタ１３４は通信線１９００を介して充電器１１００と接続されている。

図２は、充電器１１００及び充電器側プラグ１３０，１３５の構成である。１２００はリレーであり、一端がプラグ１３０のコネクタ１３１に電気的に接続されている。リレー１２００の他端はＡＤ変換機１３００に接続され、ＡＤ変換機１３００の出力側は、コンセント１１０１の一端に接続されている。コンセント１１０１の他端（高電圧側）はＡＤ変換機１３００を介してコネクタ１３３に接続されている。

１４００は通信部であり、一端は通信線１９００を介してプラグ１３５のコネクタ１３４に接続され、他端は充電器側制御手段の一例である充電器Ｃ／Ｕ（ＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１５００に接続される。充電器Ｃ／Ｕ１５００は、プラグの勘合状態（電気的接続状態）及び通信部１４００からの情報をもとに、リレー１２００の断続を制御すると共にＡＤ変換機１３００を制御して電力出力を制御する。

図３を使用して、充電器側の２つのプラグ１３０と１３５の構成について説明する。プラグ１３０にはコネクタ１３３（高電圧側）とコネクタ１３１（低電圧側）があり、さらに勘合検知用コネクタ１３２はプラス端子１３２ａとのマイナス１３２ｂを有し、車側コネクタ１２２のプラス側端子とマイナス端子と接続されることで、車側コネクタ１２２の短絡回路と接続されることになり、充電器１１００で勘合状態を検知することができる。プラグ１３５のコネクタ１３４がプラグ１２５のコネクタ１２４と電気的に接続されることにより、通信線９００と通信線１９００が連結され、充電器１１００もＶＣＵ２００やＢＭＳ１６等と通信が可能となる。

図４のフローチャートを使用して、車両の走行モードにおける処理手順を説明する。
ステップ（以下、Ｓで表す）１では、ＶＣＵ２００が鍵の認証を行う。具体的には、車両操作者がイグニッションスイッチのオン操作をすると、車両操作者が使用する鍵によって機械的または電気的に認証が判定され、適正であると判定された場合にはＳ２に進む。
Ｓ１で適正と判定されると、Ｓ２では、ＶＣＵ２００が、ＶＣＵ２００自身を起動すると共にＢＭＳ１６に起動指令を送信する。

Ｓ３では、ＢＭＳ１６が非スリープ状態に移行し、その旨の通知をＶＣＵ２００に送信する。
Ｓ４では、ＶＣＵ２００が走行モード指令をＢＭＳ１６に送信し、Ｓ５ではＢＭＳ１６がスイッチ１４をオンにしオンフラグをＶＣＵ２００に送信する。
Ｓ６では、ＶＣＵ２００がスイッチ４をオンにすると共に充放電制御を開始する指令をＢＭＳ１６に送信する。

Ｓ７では、ＢＭＳ１６が、電圧計１５、温度計１７、電流計１８から電圧値、温度値、電流値を計測し、ＶＣＵ２００に送信する。
Ｓ８では、ＢＭＳ１６からの信号に基づき電欠状態と判定した場合またはイグニッションスイッチのオフ状態を検知した場合は、ＢＭＳ１６に停止指令を送信すると共にＢＭＳ１６にスリープ指令を送信する。そして、リレー４をオフする。ここで電欠状態とは、電池装置１３の電圧が放電閾値電圧より下回った場合である。

Ｓ９では、ＢＭＳ１６がスイッチ１４をオフすると共にスリープモードに移行する。
次に、図５及び図６のフローチャートを使用して、充電システムの充電モードにおける処理手順を説明する。
Ｓ５１で、充電器１１００のコンセント１１０１がＡＣ電源に接続された場合に充電器Ｃ／Ｕ１５００は起動し、充電器Ｃ／Ｕ１５００はプラグが勘合しているか否かを勘合検知用コネクタ１３２の端子間の電圧を見て判断する。

Ｓ５２では、充電器Ｃ／Ｕ１５００は、ＶＣＵ２００が起動しているか否かを判定する。具体的には、充電器Ｃ／Ｕ１５００は、通信線１９００を監視し、ＶＣＵ２００からＢＭＳ１６への信号が送信されているか否かを検知する。送信の有無は、例えば、ＶＣＵ２００からＢＭＳ１６に送信する場合に使用される通信ＩＤ（識別情報）が通信線上に存在しているか否かを検知する。ＶＣＵ２００からＢＭＳ１６へ信号が送信されていると判定された場合は、充電器Ｃ／Ｕ１５００はＶＣＵ２００に充電準備指令を送信する。このとき、充電器Ｃ／Ｕ１５００は通信に利用するＩＤとして予め送信者に割り当てられた通信ＩＤを使用する。Ｓ６０までの送信では送信者自身に割り当てられた通信ＩＤを使用する点は同様であるため説明を省略する。また、ＶＣＵ２００からＢＭＳ１６へ信号が送信されていないと判定された場合は図６のＳ６１に進む。

Ｓ５３では、ＶＣＵ２００は充電モードに切り替え、リレー４をオフすると共に走行モードを禁止とする指令をＢＭＳ１６に送信する。
Ｓ５４で、ＢＭＳ１６はスイッチ１４をオンし、充電ＯＫである旨を示すスイッチオンフラグをＶＣＵ２００を経由して充電器１１００に送信する。
Ｓ５５で充電器Ｃ／Ｕ１５００は、リレー１２００をオンし、充電開始指令をＶＣＵ２００を経由してＢＭＳ１６に送信すると共に充電を開始する。

Ｓ１０１では、充電器１１００が充電器１１００の状態をＶＣＵ２００に送信する。ここで充電器１１００の状態とは、充電器１１００の異常の有無や出力可能電力値等である。
Ｓ１０２で、ＶＣＵ２００は、充電器１１００の状態をＢＭＳ１６に送信する。
Ｓ１０３では、ＢＭＳ１６は、充電器１１００の異常の有無を確認すると共に、正常であれば、電圧計１５、温度計１７、電流計１８からの電池情報を入力し入力可能電力値を算出する。そして、入力可能電力値をＶＣＵ２００に送信する。ＶＣＵ２００は予め充電器１１００が受信するために取り決められた通信ＩＤに変換して充電器１１００に送信する。Ｓ１０１からＳ１０３によりＢＭＳ１６からの入力可能電力値を参照して充電器１１００から供給する電力を充電器１１００は制御している。

一方、Ｓ５６で、ＢＭＳ１６は、満充電判断を所定時間ごと、例えば、１０秒毎に行っている。ここで満充電判断とは、電池モジュール１３の電圧が満充電閾値電圧値より大となったとき満充電と判断する。満充電と判断した場合は、ＢＭＳ１６は満充電フラグをＶＣＵ２００に送信する。
Ｓ５７では、ＶＣＵ２００は充電停止指令を充電器１１００に送信する。

Ｓ５８では、リレー１２００をオフすると共に、充電停止指令をＶＣＵ２００に送信する。
Ｓ５９では、ＶＣＵ２００は、ＢＭＳ１６に停止指令とスリープ指令を送信する。
Ｓ６０では、ＢＭＳ１６はスイッチ１４をオフすると共に、スリープ状態に移行する。
このように、ＶＣＵ２００が起動している場合、例えば、ＶＣＵ２００がＢＭＳ１６に送信している場合であって、かつ、充電ポートが装着されている場合には、充電器１１００は、ＶＣＵ２００を介してＢＭＳ１６に充電開始指令を送信することで、ＶＣＵ２００やＢＭＳ１６の設計を変更することなく、充電を行うことができる。

Ｓ５２に戻り、Ｓ５２でＶＣＵ２００が起動中ではないと判断された場合、Ｓ６１で、充電器Ｃ／Ｕ１５００は、ＢＭＳ１６に対し、直接、起動指令を送信する。このとき、充電器Ｃ／Ｕ１５００は通信に利用するＩＤとしてＶＣＵ２００がＢＭＳ１６に送信する際に使用する通信ＩＤを使用することでＣ／Ｕ１５００からＢＭＳ１６への通信が可能となる。
Ｓ６２では、ＢＭＳ１６がスリープから非スリープ状態に移行し、スイッチ１４をオンにし、スイッチオンフラグをＶＣＵ２００に向けて送信する。ここでＢＭＳ１６はＶＣＵ２００に送信する際に使用する通信ＩＤを使用して送信しているが、ＶＣＵ２００は起動しておらず、充電器Ｃ／Ｕ１５００はＢＭＳ１６がＶＣＵ２００に送信する際に使用する通信ＩＤを監視することで充電器Ｃ／Ｕ１５００は受信することができる。

Ｓ６３では、充電器Ｃ／Ｕ１５００がＢＭＳ１６に対し充電モードを通知する。この時もＳ６１と同様に、充電器Ｃ／Ｕ１５００は通信ＩＤとしてＶＣＵ２００がＢＭＳ１６に送信する際に使用する通信ＩＤを使用することで、充電器Ｃ／Ｕ１５００からＢＭＳ１６への通信が可能となる。
Ｓ６４では、充電モードを受信すると、リレー１４をオンすると共に、オンフラグをＶＣＵ２００向けて送信する。

Ｓ６５では、充電器Ｃ／Ｕ１５００は、ＢＭＳ１６がＶＣＵ２００に送信する際に使用する通信ＩＤを監視することでＢＭＳ１６からの情報を充電器Ｃ／Ｕ１５００で受信することができる。そして、充電器Ｃ／Ｕ１５００は、リレー１２００をオンし、充電開始指令をＢＭＳ１６に送信すると共に充電を開始する。
Ｓ６６で、充電器１１００が充電器１１００の状態をＢＭＳ１６に通知する。ここで充電器１１００の状態とは、充電器１１００の異常の有無や出力可能電力値等である。ここでもＳ６１，Ｓ６３と同様に、通信ＩＤを変更して送信する。

Ｓ６７では、ＢＭＳ１６は、充電器１１００の異常の有無を確認すると共に、正常であれば、電圧計１５、温度計１７、電流計１８からの電池情報を入力し入力可能電力値を算出する。そして、入力可能電力値をＶＣＵ２００に向けて送信する。Ｓ６６とＳ６７によりＢＭＳ１６からの入力可能電力値を参照して充電器１１００から供給する電力を充電器１１００は制御している。
そして、Ｓ６９では、Ｓ５６と同様に、満充電判断を所定時間ごと、例えば、１０秒毎に行う。満充電と判断した場合は、ＢＭＳ１６は満充電フラグをＶＣＵ２００に向けて送信する。

Ｓ７０では、満充電フラグを受信した充電器１１００は、リレー１２００をオフすると共に、ＶＣＵ２００がＢＭＳ１６に送信する際の通信ＩＤを使用して充電停止指令とスリープ指令をＢＭＳ１６に向けて送信する。
Ｓ７１では、ＢＭＳ１６は充電停止指令によりスイッチ１４をオフすると共に、スリープ指令に従いスリープ状態に移行する。

なお、Ｓ６８では、所定時間ごとに、充電器Ｃ／Ｕ１５００はコネクタ１３５の電圧を監視してプラグ非勘合状態を検知しており、プラグ非勘合状態を検知した場合には、Ｓ７０，Ｓ７１の処理を行うようにしている。
このように、実施形態１では、ＶＣＵ２００が起動していない、例えばＶＣＵ２００がＢＭＳ１６に情報を送信していない場合であって、かつ、充電ポートが装着されている場合には、充電器１１００は、通信線１９００及び通信線９００を介して、ＢＭＳ１６に充電開始指令を送信することができる。すなわち、ＶＣＵ２００が起動していない場合に鍵がないにもかかわらずあえてＶＣＵを起動させる機能を持たせなくても充電器から電池モジュール１３に充電ができる。そのため、鍵がない場合でもＶＣＵ２００を起動させる機能を付加させる必要のある特許文献１と比べてその機能は不要である。よって、少なくとも鍵がない場合でもＶＣＵ２００を起動させる機能を付加できないような廉価型の車両であっても鍵の有無にかかわらず充電することができる。

また、鍵がない場合にはＶＣＵ２００を起動させずに充電するため、車両は走行できずセキュリティ性は維持される。
また、ＶＣＵ２００が起動しているか否かを装着したプラグによって結合された通信線を上の信号により判定できるので、新たな機能を車側に負荷する必要がない。
また、ＶＣＵ２００が起動していないと判断した場合には、充電器１１００が通信ＩＤを変更するため、ＢＭＳ１６の通信機能を変更する必要がなく新たな設計変更が不要である。

また、ＶＣＵ２００が起動しているときには、充電器１１００はＶＵＣ２００に充電要求を行ってＶＣＵ２００からＢＭＳ１６を制御するようにしているため、ＶＣＵ２００やＢＭＳ１６の設計を変えずに充電ができる。
また、ＶＣＵ２００が起動しているときには、充電器１１００はＶＵＣ２００に走行モードを禁止する指示を行っているため、ＶＣＵ２００は車両を走行させることができない。そのため、充電中に車両を走行した場合に生じる恐れがあるプラグ外れや車両１０００と充電器１１００の間のコードの切断という事象を防止することができる。

次に、図７を使用して実施形態２について説明する。図１との違いは、複数の電池パック１０，２０，３０が負荷・回生機器１に対して並列接続されている点と、複数の電池パックを制御するためのマスタＢＭＳ１７がある点である。電池パック２０，３０の内部構成は、電池パック１０の内部構成と同じであるが、便宜上、図７中の電圧計１５、温度計１７及び電流計１８は省略している。図４から図６のフローチャートのＢＭＳ１６の工程が、各ＢＭＳを取りまとめるマスタＢＭＳ１７の工程と各ＢＭＳ１６，２６，３６の工程に分担される。実施形態２では各ＢＭＳとマスタＢＭＳ１７が電池制御手段の一例となる。

実施形態２では、実施形態１と同様の効果に加えて、電池パック１０，２０，３０を並列に接続した高容量型の電源装置に対しても適用できるという効果がある。
以上、２つの実施形態について説明したが、これに限るものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。例えば、リレー４は低電圧側に一つを設けているが、高電圧側でもよく、両電圧側にあってもよい。電池モジュール１３は単電池を直列接続した例で説明したが、直並列接続や並列接続であっても使用できる。図１や図７に示した接続関係はこれに限るものではなくヒューズを追加するなど適宜必要な電気回路部品を途中に接続させてもよい。図７ではマスタＢＭＳを別体としたが、電源装置１０のＢＭＳ１６と同一のＣＰＵで構成してもよい。マスタＢＭＳ１７はＶＣＵ２００で兼用してもよい。

１・・・負荷・回生機器
４・・・リレー
１０・・・電池パック
１３・・・電池モジュール（移動体搭載電池）
１４，２４，３４・・・スイッチ
１６，２６，３６・・・ＢＭＳ（電池制御手段）
１７・・・マスタＢＭＳ（電池制御手段）
１２０，１２５・・・車側プラグ(移動体側接続手段)
１３０，１３５・・・充電プラグ(充電器側接続手段)
２００・・・ＶＣＵ（移動体制御手段）
１０００・・・車両（移動体）
１１００・・・充電器
９００・・・移動体側通信線
１９００・・・充電器側通信線
１２００・・・リレー
１４００・・・通信部
１５００・・・充電器Ｃ／Ｕ（充電器側制御手段）

Claims

移動体と充電器とを有し、前記移動体は、鍵によって起動する移動体制御手段と、移動体搭載電池と、前記移動体制御手段の指示に基づいて前記移動体搭載電池を制御する電池制御手段と、前記移動体制御手段及び前記電池制御手段を結ぶ移動体側通信線と、当該移動体側通信線に設けられ、充電器と接続して電気を移動体搭載電池に供給する移動体側接続手段とを有し、
前記充電器は、前記移動体側接続手段に接続可能な充電器側接続手段を含み、さらに、前記充電器側接続手段を介して前記移動体側通信線に接続される充電器側通信線と、両接続手段を接続した状態で充電器側通信線を監視し、前記移動体制御手段が起動しているか否かを判定する判定手段と、起動していないと判定された場合、前記電池制御手段に対し、充電動作を指示する指示手段を有し、
前記判定手段で前記移動体制御手段が起動していないと判定した場合、前記充電器は、送信する際の通信ＩＤを前記移動体制御手段が前記電池制御手段へ送信する際の通信ＩＤに変更すると共に、前記充電器は、受信する際、前記電池制御手段が前記移動体制御手段へ送信する際の通信ＩＤを監視することを特徴とする充電システム。
前記判定手段は、前記移動体制御手段が前記電池制御手段に信号を送信しているか否かで判定することを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
前記判定手段で前記移動体制御手段が起動していると判定した場合は、前記充電器は前記移動体制御手段を介して前記電池制御手段に充電動作を指示することを特徴とする請求項１または２に記載の充電システム。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の充電システムに設けられる充電器であって、
前記充電器側接続手段に前記移動体側接続手段が接続された状態で、前記移動体制御手段及び前記電池制御手段を結ぶ移動体側通信線に結合される前記充電器側通信線を有し、
接続手段同士が接続された状態で前記充電器側通信線を監視し、前記移動体制御手段が起動しているか否かを判定する前記判定手段と、前記移動体制御手段が起動していないと判定された場合は、前記電池制御手段に対し、充電動作を指示する前記指示手段とを有することを特徴とする充電器。