WO2013031320A1

WO2013031320A1 - 車両用充電システム

Info

Publication number: WO2013031320A1
Application number: PCT/JP2012/063977
Authority: WO
Inventors: 雅之堀場
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2014-02-28
Also published as: JP2013048523A

Abstract

　充電制御回路１０４は、充電器１０３において、走行用バッテリ１０２の充電終了後であってプラグ４０１がコネクタ１０６に接続されている状態を検出する。次に、充電制御回路１０４は、プラグ４０１の接続状態において、所定の監視時間が経過する毎に、充電ステーション２００に、通信回路１０５、２０２を介して、補機バッテリ１０１に対する所定の充電時間の充電指示を行う。これにより、充電ステーション２００から充電器１０３に、所定の充電時間の給電を行って充電器１０３に補機バッテリ１０１への継ぎ足し充電を行わせる。

Description

車両用充電システム

　本発明は、車両用充電システムにおけるバッテリあがりの防止技術に関する。

　近年、プラグインハイブリット車、ＥＶ車（エレクトリックビークル：電気自動車）が急速に発展しており（以下「ＥＶ車等」または単に「車両」と呼ぶ）、車の充電を行う充電スタンドや家庭用充電器等の充電ステーションの普及が見込まれる。充電ステーションからの充電を制御するための車両用充電システムにおいては、充電ステーションから車両内のバッテリへの充電を制御するための充電器が車載充電器として車両に搭載されたシステムが一般的である。

　車両内のバッテリとしては、走行用モータを駆動するための走行用バッテリと、車両内の電子・電気回路を駆動するための補機バッテリがある。このため、充電ステーションから電力を供給された車載充電器は、走行用バッテリと補機バッテリの両方に対する充電を制御する必要がある。

　車載充電器は車両が停車している間に機能するものであり、外部から充電用のプラグが挿入されると起動できるようになっている。このため、車載充電器は停車中も常にスタンバイ（車載充電器を制御するプロセッサユニットとしてはスリープしている状態）となっている必要があり、停車中の消費電流を抑えることが課題となっている。

　こうした問題は車載充電器に限らず、ＥＶ車等においては、消費電流を抑制するため数々の工夫がなされてきている。特に車載充電器においては、充電用のプラグが挿入されていない状態（通常の停車状態）に比べ充電終了後にプラグが抜き取られていない状態のときに消費電流が大きくなってしまうことが判明した。これは、プラグ挿入状態では充電系統側からコントロールパイロット信号（ＣＰＬＴ信号）と呼ばれる充電用の信号が常に送出されるため、車載充電器はプラグが抜かれるまでは完全なスリープ状態になれないのが理由である。車載充電器が完全なスリープ状態になれないと、補機バッテリから車載充電器に電力が供給されてしまう。

　このため、ＥＶ車等においては、ユーザが充電ステーションから充電を実行したにも関わらず、車両をしばらくの時間プラグ挿入状態のままにしておくだけで、補機バッテリがあがってしまうという状況が発生し得る。なお、走行用バッテリは車両が走行しない限り使用されることはないため、プラグ挿入状態での車両放置により走行用バッテリがあがることはない。

　補機バッテリがあがらないようにするための従来技術として、イグニッションスイッチがオフになってから、一定時間ごとに走行用バッテリから補機バッテリを充電する技術が知られている（例えば特許文献１）。充電ステーションからのプラグ挿入状態においてこの従来技術を適用することは考えられる。しかし、この従来技術では、充電ステーションからの満充電後のプラグの挿入状態というようなケースにおいて、充電ステーションが接続されているにもかかわらず充電がストップしていてその電力を有効に利用することができず、走行用バッテリの電力が消費されてしまうという問題点を有していた。

　補機バッテリがあがらないようにするための他の従来技術として、次のような技術が知られている。ユーザにより設定される充電開始タイミングが所定時間経過後である場合、充電ステーションから電動車両への電力供給が開始されるまで内部電源回路からＣＰＵなどへの電力供給を停止させ、電力供給が開始されると電力供給を再開させる技術である（例えば特許文献２）。ここで、充電ステーションから車両内の走行用バッテリへの充電が完了して充電がストップした後であっても充電ステーションから車両側には常に充電ステーションの接続を通知するためのコントロールパイロット信号が送出され続ける。従って、車載充電器またはそれを制御する制御回路は、そのコントロールパイロット信号を受信し続けなければならないため、完全なスリープ状態になることができず、この従来技術を適用しても、補機バッテリの電力は消費されてしまうという問題点を有していた。

　補機バッテリがあがらないようにするための他の従来技術として、次のような技術が知られている。副蓄電装置の充電中においても主蓄電装置のシステムメインリレーをオン状態に保つとともに、ＡＣ／ＤＣコンバータによる電圧変換動作を継続させる。これによって、副蓄電装置の充電期間に補機（ＥＣＵも含む）の動作を継続するとともに、補機バッテリが上がることを回避する技術である。しかし、この技術では、主蓄電装置と副蓄電装置との電力供給接続を制御するための回路構成が複雑になりコストアップを招く可能性がある。また、充電ステーションからの満充電後のプラグの挿入状態というようなケースにおいて、充電ステーションが接続されているにもかかわらず充電がストップしていてその電力を有効に利用することができず、主蓄電装置（走行用バッテリ）の電力が消費されてしまうという問題点を有していた。

特開２００６－１７４６１９号公報特開２０１０－２８８３１７号公報特開２０１０－１２４５３５号公報

　本発明は、充電ステーションからの満充電後のプラグの挿入状態において、補機バッテリがあがってしまう状況を防止することを目的とする。

　本発明は、充電ステーションに接続した電源ケーブルのプラグを車両のコネクタに接続することにより電源ケーブルから車両内の走行用バッテリおよび補機バッテリの充電を行う充電器に給電を行うと共に、充電スタンドと車両との間で充電動作に関する充電制御情報を通信する車両充電システムにおいて、走行用バッテリの充電終了後であってプラグがコネクタに接続されている状態を検出するプラグ接続状態検出部と、プラグの接続状態において、所定の監視時間が経過する毎に、充電ステーションに補機バッテリに対する所定の充電時間の充電指示を行うことにより、充電ステーションから充電器に所定の充電時間の給電を行って充電器に補機バッテリへの充電を行わせる継ぎ足し充電部とを備える。

　本発明によれば、走行用バッテリの充電終了後に電源ケーブルのプラグがコネクタに挿入されている間、一定期間が経過する毎に、充電ステーションから車両内の補機バッテリに所定時間ずつの継ぎ足し充電を行うことを、簡単な構成で実現することが可能となる。これにより、コストアップせずにプラグ挿入状態における補機バッテリのバッテリあがりという事態を防止することが可能となる。

　また、補機バッテリに継ぎ足し充電を行う間の監視時間を、前回の継ぎ足し充電時の補機バッテリの充電状態に応じて変更可能とすることにより、補機バッテリの充電の最適化を図ることが可能となる。

実施形態のシステム構成図である。コントロールパイロット信号の説明図である。第１の実施形態のフローチャートである。第２の実施形態のフローチャートである。第２の実施形態の動作説明図である。

　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　本実施形態は、充電ステーションからＥＶ車等への充電を行う車両充電システムにおいて、補機バッテリの消費を防止するものである。

　図１は、本実施形態のシステム構成図である。
　ＥＶ車等である車両１００は、補機バッテリ１０１、走行用バッテリ１０２、充電器１０３、充電制御回路１０４、通信回路１０５、コネクタ１０６、他ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１０７を備える。補機バッテリ１０１は、車両１００内のヘッドライトや時計等の各種補機の電子・電気回路を駆動するための小容量電池である。走行用バッテリ１０２は、車両１００の走行用モータを駆動するための大容量電池である。充電器１０３は、充電ステーション２００から外部電源ケーブル４００、プラグ４０１、コネクタ１０６、および内部電源ケーブル１０８を介して供給される電力を、補機バッテリ１０１および走行用バッテリ１０２に充電する。充電制御回路１０４は、充電器１０３における充電状態を監視する。通信回路１０５は、充電制御回路１０４に接続され、充電監視結果情報等の充電制御情報を、内部電源ケーブル１０８および外部電源ケーブル４００を介した電力線通信方式等に基づいて、充電ステーション２００との間で送受信する。他ＥＣＵ１０７は、エンジン等の走行系を制御するためのコンピュータユニットである。充電器１０３、充電制御回路１０４、通信回路１０５、および他ＥＣＵ１０７は、デジタル通信ケーブルであるＣＡＮ（カーエリアネットワーク）１０９によって相互に接続されている。

　充電ステーション２００は、充電回路２０１と通信回路２０２を備える。充電ステーション２００と車両１００が、外部電源ケーブル４００、プラグ４０１、およびコネクタ１０６により接続されたときに、次のように動作する。通信回路２０２は、車両１００内の通信回路１０５と、内部電源ケーブル１０８および外部電源ケーブル４００を介した電力線通信方式等に基づいて、充電制御情報を送受信する。充電回路２０１は、通信回路２０２が車両１００内の通信回路１０５から充電開始を指示する充電制御情報を受信したときに、家庭用電源等の商用電源３００からの電力を車両１００に供給する。すなわち、充電回路２０１は、外部電源ケーブル４００、プラグ４０１、車両１００内のコネクタ１０６および内部電源ケーブル１０８を介して、電力を車両１００内の充電器１０３に供給する。充電回路２０１は、通信回路２０２が車両１００内の通信回路１０５から満充電による充電終了を指示する充電制御情報を受信したときに、車両１００への電力の供給を停止する。ただし、プラグ４０１が車両のコネクタ１０６に接続されている間、充電回路２０１はコントロールパイロット信号を車両１００内の充電器１０３に供給し続ける。

　図２は、充電ステーション２００内の充電回路２０１から車両１００内の充電器１０３に供給されるコントロールパイロット信号（以下、「ＣＰＬＴ信号」と称する）の説明図である。ＣＰＬＴ信号は、外部電源ケーブル４００のプラグ４０１がコネクタ１０６に接続された後そのプラグ４０１がコネクタ１０６から抜き取られるまで、充電回路２０１から充電器１０３に供給され続ける。

　このＣＰＬＴ信号は、走行用バッテリ１０２および補機バッテリ１０１の充電中の期間（図２（ａ））では、＋６Ｖ（ボルト）から－１２Ｖの間で変化するパルス信号である。また、ＣＰＬＴ信号のパルス幅は、充電回路２０１が供給可能な電力容量に応じて変化する。

　車両１００内の通信回路１０５から充電ステーション２００内の通信回路２０２に走行用バッテリ１０２の満充電による充電終了の充電制御信号が通知されると、ＣＰＬＴ信号は、図２（ｂ）に示されるように、＋９Ｖから－１２Ｖの間で変化するパルス信号に変化する。

　その後、プラグ４０１がコネクタ１０６から抜き取られると、図２（ｃ）に示されるように、車両１００内の充電器１０３が受信するＣＰＬＴ信号は０Ｖとなる。

　プラグ４０１がコネクタ１０６から抜き取られたか否かを判別するために、充電器１０３は図２（ｂ）の状態のＣＰＬＴ信号を受信しなければならない。このため、図２（ｂ）の満充電後であってもプラグが挿入されている期間では、充電器１０３は完全なスリープ状態になることはできず、補機バッテリ１０１から充電器１０３、充電制御回路１０４、および通信回路１０５に対して電力を供給する必要がある。プラグ４０１がコネクタ１０６から抜き取られてＣＰＬＴ信号が０Ｖになれば、充電器１０３は完全なスリープ状態になることができる。この段階で初めて、補機バッテリ１０１から上記各回路への電力の供給を停止することができる。

　スリープ状態になった後は、ＣＰＬＴ信号の割込みでウェイクアップし補機バッテリ１０１から充電器１０３、充電制御回路１０４、および通信回路１０５に対して電力を供給する。これにより、図２（ｄ）に示されるように、充電器１０３が充電ステーション２００からＣＰＬＴ信号を受信するようになり、充電回路２０１から走行用バッテリ１０２および補機バッテリ１０１への充電が可能となる。

　本実施形態では、図２（ｂ）の走行用バッテリ１０２の満充電後のプラグ４０１の挿入状態で、間歇的に充電ステーション２００から補機バッテリ１０１への充電を可能とする技術である。図３は、この動作を実現するための制御動作を示す第１の実施形態のフローチャートである。このフローチャートが示す制御動作は、図１の充電制御回路１０４を構成する特には図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）が特には図示しないメモリに格納された制御プログラムを実行する動作として実現される。

　図３のフローチャートの制御動作は、充電器１０３がＣＰＬＴ信号の受信を開始してウェイクアップして図２（ａ）の状態になることにより、充電制御回路１０４により実行開始される。

　充電制御回路１０４は、充電器１０３の充電状態が満充電になるまで待機状態となる（ステップＳ３０１のＮＯ判定の繰返し）。

　充電状態が満充電になって充電が終了しステップＳ３０１の判定がＹＥＳになると、充電制御回路１０４は、充電終了（満充電）後の一定期間を監視するための間歇動作機能（タイマ）を起動する（ステップＳ３０２）。

　次に、充電制御回路１０４は、プラグ４０１がコネクタ１０６から抜かれたか否かを判定する（ステップＳ３０３）。この判定動作は、充電回路２０１が受信するＣＰＬＴ信号が０Ｖになったか否か（図２（ｃ）の期間に入ったか否か）を判定する動作である。この処理を実行する充電制御回路１０４は、プラグ接続状態検出部として動作する。

　プラグ４０１が抜かれておらずステップＳ３０３の判定がＮＯならば、充電制御回路１０４は、ステップＳ３０２で起動された間歇動作機能（タイマ）を監視することにより、充電終了後一定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３０４）。

　充電終了後一定期間が経過しておらずステップＳ３０４の判定がＮＯならば、充電制御回路１０４は、ステップＳ３０３のプラグ４０１の抜き挿し判定の動作に戻る。

　プラグ４０１がコネクタ１０６から抜かれない状態で充電（継ぎ足し充電を含む）の終了後一定期間が経過しステップＳ３０４の判定がＹＥＳになると、充電制御回路１０４は、低電流による充電開始を指示する充電制御情報を、通信回路１０５を介して充電ステーション２００内の通信回路２０２に通知する。そして、充電制御回路１０４は、この通知の後固定の所定時間が経過したら充電終了を指示する充電制御情報を、通信回路１０５を介して充電ステーション２００内の通信回路２０２に通知する。またこの間、充電制御回路１０４は、充電器１０３に対して、補機バッテリ１０１のみへの充電を指示する。この結果、充電ステーション２００内の充電回路２０１から車両１００内の充電器１０３に対して、固定の所定期間だけ低電流による電力が供給される。そして、充電器１０３は、この低電流電力に基づいて、固定の所定期間だけ補機バッテリ１０１への継ぎ足し充電を行う。この固定の所定期間は、ステップＳ３０４で判定される一定期間内に補機バッテリ１０１が消費するのに見合う電力を、充電ステーション２００から補機バッテリ１０１に充電するのに必要十分な期間とする。この処理を実行する充電制御回路１０４は、継ぎ足し充電部として動作する。

　上記所定期間の継ぎ足し充電の終了後、充電制御回路１０４は、ステップＳ３０２の間歇動作機能の起動に戻る。

　一定期間の監視期間中にプラグ４０１がコネクタ１０６から抜かれてステップＳ３０３の判定がＹＥＳになると、充電制御回路１０４は、ステップＳ３０２で起動した間歇動作機能（タイマ）をクリアする（ステップＳ３０６）。

　そして、充電制御回路１０４は、消費電力を最小限に抑えてＣＰＬＴ信号の割込みのみを監視するスリープ状態に移行し、充電制御動作を終了する（ステップＳ３０７）。この結果、補機バッテリ１０１での電力消費がほぼゼロになり、バッテリあがりが防止される。

　以上のようにして、充電制御回路１０４による制御動作の第１の実施形態により、走行用バッテリ１０２の充電終了後にプラグ４０１がコネクタ１０６に挿入されている間、一定期間が経過する毎に、充電ステーション２００から車両１００内の補機バッテリ１０１に所定時間ずつの継ぎ足し充電を行うことが可能となる。第１の実施形態では、充電器１０３内に補機バッテリ１０１のみへの充電を行う簡単なリレースイッチを設けるだけで、補機バッテリ１０１への継ぎ足し充電を実現することができ、コストアップせずにプラグ挿入状態における補機バッテリ１０１のバッテリあがりという事態を防止することが可能となる。

　図４は、走行用バッテリ１０２の満充電後のプラグ４０１の挿入状態で補機バッテリ１０１への充電を可能とする制御動作を示す第２の実施形態のフローチャートである。このフローチャートが示す制御動作も、図１の充電制御回路１０４を構成する特には図示しないＣＰＵが特には図示しないメモリに格納された制御プログラムを実行する動作として実現される。図４のフローチャートにおいて、図３の場合と同じ処理には同じステップ番号を付してある。

　図４の制御動作が図３と異なる点は、補機バッテリ１０１に継ぎ足し充電を行う間の監視時間を、前回の継ぎ足し充電時の補機バッテリ１０１の充電状態に応じて変更可能とすることにより、補機バッテリ１０１の充電の最適化を図った点である。

　具体的には、走行用バッテリ１０２の満充電終了後でステップＳ３０１の判定がＹＥＳとなった場合、またはステップＳ３０５での前回の継ぎ足し充電終了後の後述するステップＳ４０２の処理の後に、充電制御回路１０４は、次のようにして今回の継ぎ足し充電までの監視時間を算出する（ステップＳ４０１）。すなわち、充電制御回路１０４は、図５の説明図として示されるように、後述するステップＳ４０２の処理で前回の継ぎ足し充電時に記録されている継ぎ足し充電電圧に基づいて、今回の継ぎ足し充電までの監視時間（待機時間）を算出する。より具体的には、充電制御回路１０４は、監視時間を、前回の継ぎ足し充電電圧が高いときには長く、低いときには短くするように制御する。この制御は、予め用意した充電電圧と監視時間の関係を示す関数テーブルに基づいて決定してもよいし、充電電圧の閾値に基づいて監視時間を分類して決定してもよい。また、充電制御回路１０４は、走行用バッテリ１０２の満充電後最初に継ぎ足し充電を行うときには、監視時間を予め決められた所定の時間に設定する。

　そして、図３のステップＳ３０２に対応するＳ３０２′では、充電制御回路１０４は、ステップＳ４０１で算出した監視時間で間歇動作機能（タイマ）を起動する。

　第２の実施形態では、補機バッテリ１０１の充電容量が多く継ぎ足し充電時の充電電圧が高いときには次の継ぎ足し充電までの監視時間を長くし、充電容量が少なく充電電圧が低いときには次の継ぎ足し充電までの監視時間を短く制御することが可能となる。このようにして、補機バッテリ１０１の充電の最適化が実現される。

　以上説明した第２の実施形態では、前回の継ぎ足し充電時の補機バッテリ１０１の充電状態に応じて、補機バッテリ１０１に継ぎ足し充電を行う間の監視時間を変更制御した。これに対して、監視時間は一定として、継ぎ足し充電時の充電時間を変更制御してもよい。或いは、監視時間と充電時間の両方を制御してもよい。

Claims

　充電ステーションに接続した電源ケーブルのプラグを車両のコネクタに接続することにより前記電源ケーブルから前記車両内の走行用バッテリおよび補機バッテリの充電を行う充電器に給電を行うと共に、前記充電スタンドと前記車両との間で充電動作に関する充電制御情報を通信する車両充電システムにおいて、
　前記走行用バッテリの充電終了後であって前記プラグが前記コネクタに接続されている状態を検出するプラグ接続状態検出部と、
　前記プラグの接続状態において、所定の監視時間が経過する毎に、前記充電ステーションに前記補機バッテリに対する所定の充電時間の充電指示を行うことにより、前記充電ステーションから前記充電器に前記所定の充電時間の給電を行って前記充電器に前記補機バッテリへの充電を行わせる継ぎ足し充電部と、
　を備えることを特徴とする車両用充電システム。
　前記プラグ接続状態検出部は、前記充電器において前記走行用バッテリへの充電が終了した状態を検出した後、前記充電ステーションから前記充電器にコントロールパイロット信号が供給されている状態を検出することにより前記プラグが前記コネクタに接続されている状態を検出する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の車両用充電システム。
　前記継ぎ足し充電部は、
　前記充電器における前記補機バッテリへの充電電圧を記録し、
　前回の前記充電電圧に基づいて今回の前記所定の監視時間を算出する、
　ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用充電システム。
　前記充電スタンドと前記車両との間の前記充電制御情報の通信は、前記電源ケーブルを使って行うＰＬＣ通信である、
　ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両充電システム。
　充電ステーションに接続した電源ケーブルのプラグを車両のコネクタに接続することにより前記電源ケーブルから前記車両内の走行用バッテリおよび補機バッテリの充電を行う充電器に給電を行うと共に、前記充電スタンドと前記車両との間で充電動作に関する充電制御情報を通信する車両充電方法において、
　前記走行用バッテリの充電終了後であって前記プラグが前記コネクタに接続されている状態を検出し、
　前記プラグの接続状態において、所定の監視時間が経過する毎に、前記充電ステーションに前記補機バッテリに対する所定の充電時間の充電指示を行うことにより、前記充電ステーションから前記充電器に前記所定の充電時間の給電を行って前記充電器に前記補機バッテリへの充電を行わせる、
　ことを特徴とする車両用充電方法。