JP5289302B2

JP5289302B2 - 電源システム

Info

Publication number: JP5289302B2
Application number: JP2009295194A
Authority: JP
Inventors: 三昭平川; 実野口; 健藤野; 映祐駒澤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-12-25
Also published as: US20110156642A1; JP2011135739A

Description

本発明は、車両に搭載される電源システムに関する。

従来、蓄電手段を備える車両において、該蓄電手段を外部充電するシステムとしては、下記特許文献１の充電システムが知られている。かかる充電システムでは、車載コントローラにより蓄電手段の充電状態を監視し、コネクタの抜けなどの異常がある場合に、これを車外の充電装置に出力する（下記特許文献段落［００１１］）。
特開平９−２３３７２０号公報

しかしながら、従来の充電システムでは、充電開始後の充電状態を監視して、これを報知することは可能であっても、充電の開始前に生じている不具合を予め検知したり、かかる不具合を未然に防ぐ措置を講ずることは不可能である。

特に、蓄電手段の規格や充電装置が多種多様な現在においては、蓄電手段の規格と充電装置の規格を対応付けて、コンセントやプラグが整合しないと充電を実行できないようになっているにも拘わらず不適切な方法で充電が実行され、充電時に不具合を生じることがある。

以上の事情に鑑みて、本発明は、外部電源の適切な接続をアシストし、不適切な充電が実行されることを未然に防止することができる電源システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明の電源システムは、車両に搭載される電源システムであって、
蓄電手段と、
前記蓄電手段に接続され、前記車両を駆動するための電動機と、
前記蓄電手段に外部電源から電力を供給する複数種類の給電コネクタがそれぞれ接続されるプラグ型の前記給電コネクタが挿入される挿入口を有する複数の外部電源接続手段と、
前記給電コネクタの前記外部電源接続手段への接続を検知する接続検知手段と、
前記挿入口の背面に位置して前記挿入口を閉鎖可能な可動式の絶縁プレートと、
前記絶縁プレートを変位させるアクチュエータとを備え、
前記接続検知手段により、いずれか１つの前記給電コネクタの、これに対応した前記外部電源接続手段への接続が検知された場合に、前記アクチュエータを介して前記絶縁プレートを変位させ、残りの外部電源接続手段への給電コネクタへの接続を阻止する接続阻止手段と
を備えることを特徴とする。

第１発明の電源システムによれば、いずれか１つの外部電源接続手段に、これに対応した給電コネクタが接続された場合に、残りの外部電源接続手段への給電コネクタの接続が阻止される。そのため、複数の給電コネクタをこれらに対応する外部電源接続手段に接続してしまうことを防止することができ、不適切な充電が実行されて充電時に不具合を生じることを回避することができる。
また、外部電源接続手段の挿入口を絶縁プレートにより閉鎖することで、いずれか１つの外部電源接続手段に、これに対応した給電コネクタが接続された場合に、残りの外部電源接続手段への給電コネクタの接続を確実に阻止することができ、外部電源の適切な接続をアシストし、不適切な充電が実行されることを未然に防止することができる。

このように、第１発明の電源システムによれば、外部電源の適切な接続をアシストし、不適切な充電が実行されることを未然に防止することができる。

第２発明の電源システムは、第１発明において、
前記接続検知手段は、前記給電コネクタの前記外部電源接続手段への接続を電力線搬送通信装置を介して検知することを特徴とする。

第２発明の電源システムによれば、例えば、給電コネクタと外部電源接続手段との間は電力線搬送通信装置により通信可能に構成されるため、かかる電力線通信装置によりこれらの間の接続を簡易に検知することができ、接続阻止手段により残りの外部電源接続手段への給電コネクタの接続を阻止することで、外部電源の適切な接続をアシストし、不適切な充電が実行されることを未然に防止することができる。

第３発明の電源システムは、第１または第２発明において、
前記外部電源接続手段と前記蓄電手段との間に設けられて、前記外部電源の電圧を昇降圧して、該昇降圧した電圧による電力を該蓄電手段に供給する昇降圧手段と、
前記外部電源から前記蓄電手段への充電を実行する充電制御手段を備え、
前記充電制御手段は、前記給電コネクタが接続された前記外部電源接続手段に応じて、前記蓄電手段に印加される電圧が目標電圧となるように、前記前記昇降圧手段の昇降圧比を制御して充電を実行することを特徴とする。

第３発明の電源システムによれば、いずれか１つの外部電源接続手段に、これに対応した給電コネクタが接続された場合に、残りの外部電源接続手段への給電コネクタの接続を阻止すると共に、接続された給電コネクタの外部電源の電圧を昇降圧手段を介して目標電圧とすることで、充電時に不具合を生じることなく、蓄電手段を目標電圧で適切に充電することができる。

第４発明の電源システムは、第１〜第３発明のいずれかにおいて、
前記外部電源から前記蓄電手段への充電の状態を示す表示手段を備えることを特徴とする。

第４発明の電源システムによれば、外部電源から蓄電手段への充電の状態として、例えば、充電前は、外部電源接続手段と給電コネクタとの接続状態や、充電中は、外部電源による蓄電手段の充電状態（充電の進捗状況）や、充電完了後は、充電完了（通電停止）の状態が、表示手段に表示される。これにより、充電の前後を含めて、ユーザに適切な充電や充電のための操作が行われていることを報知することができ、外部電源の適切な接続をアシストし、不適切な充電が実行されることを未然に防止することができる。

本実施形態の電源システムが搭載された車両の全体構成図。本実施形態における電源システムの全体構成図。本実施形態における接続阻止手段の構成を示す説明図。二次電池の充電処理を示すフローチャート。

図１および図２に示すように、本発明の一実施形態としての電源システムは、車両１に搭載されるものであって、電子制御ユニット１００と、蓄電手段としての二次電池１１０と、電動機１２０と、複数の種類の外部電源接続手段１３１，１３２，１３３と、表示手段１５０とを備え、コンビニエンスストアやショッピングセンター等に設けられた外部電源としての充電ステーション２から外部電源接続手段１３１，１３２，１３３を介して二次電池１１０の充電が実行される。なお、電子制御ユニットの詳細は後述する。

まず、二次電池１１０は、例えば、リチウムイオンバッテリであって、出力電圧は約３００Ｖ〜５００Ｖの範囲で変動する。二次電池１１０は、ＰＤＵ１２１（Power Drive Unit）を介して電動機１２０に接続されている。

また、二次電池１１０は、昇降圧手段１４０（Voltage Boost Unit）を介して、第１〜第３外部電源接続手段１３１，１３２，１３３に接続されている。

第１外部電源接続手段１３１は、１００Ｖ（単相）の外部電源が接続される。より具体的には、１００Ｖの交流電源に対応したプラグ型の給電コネクタ２１０が挿入される挿入口となっている。第２外部電源接続手段１３２は、２００Ｖ（単相）の外部電源が接続される。より具体的には、２００Ｖ（単相）の交流電源に対応したプラグ型の給電コネクタが挿入される挿入口となっている。第３外部電源接続手段１３３は、２００Ｖ（３相）の外部電源が接続される。より具体的には、２００Ｖ（３相）の交流電源に対応したプラグ型の給電コネクタが挿入される挿入口となっている。

昇降圧手段１４０は、所定の昇圧比（例えば、昇圧比１．２〜３．０）のＡＣ／ＤＣコンバータであって、少なくとも昇圧機能を有し、降圧機能は必要に応じて付加される。また、昇降圧手段１４０は、電流フィードバック制御を行い昇圧後の電流値を設定した電流値以下に制限する。

昇降圧手段１４０と、第１外部電源接続手段１３１との間には、これらの間の接続をＯＮ／ＯＦＦする第１コンタクタ１３１Ａ，１３１Ｂが設けられ、これらの間のグランドラインには、電力線搬送通信装置であるＰＬＣ（Power Line Communications）モデム１０１から出力されたＰＬＣ信号をグランドラインに送信すると共に、グランドラインに重畳されているＰＬＣ信号を受信する送受信部１０１Ａが設けられている。

また、昇降圧手段１４０と、第２外部電源接続手段１３２との間には、これらの間の接続をＯＮ／ＯＦＦする第２コンタクタ１３２Ａ，１３２Ｂが設けられ、これらの間のグランドラインには、ＰＬＣモデム１０２から出力されたＰＬＣ信号をグランドラインに送信すると共に、グランドラインに重畳されているＰＬＣ信号を受信する送受信部１０２Ａが設けられている。

同様に、昇降圧手段１４０と、第３外部電源接続手段１３３との間には、これらの間の接続をＯＮ／ＯＦＦする第３コンタクタ１３３Ａ，１３３Ｂ，１３３Ｃが設けられ、これらの間の１つのラインには、ＰＬＣモデム１０３から出力されたＰＬＣ信号を送信すると共に、このラインに重畳されているＰＬＣ信号を受信する送受信部１０３Ａが設けられている。

電子制御ユニット１００（本発明の充電制御手段としての機能を兼ね備える）は、二次電池１１０に設けられた図示しない電圧センサ及び電流センサの検出信号を取得し、二次電池１１０の出力電圧、出力電流及び出力電力等を検知する。

また、電子制御ユニット１００は、二次電池１１０の出力電圧と出力電流とから該二次電池１１０の開路電圧を推定し、推定した二次電池１１０の開路電圧と残容量（以下、ＳＯＣという）との関係を規定したマップやデータテーブル（以下、マップ等という）から二次電池１１０のＳＯＣを推定する。

さらに、電子制御ユニット１００は、各ＰＬＣモデム１０１〜１０３を介して（より正確には、ＰＬＣモデムの送受信部１０１Ａ〜１０３Ａで検出される電気的な変化から）、第１〜第３外部電源接続手段１３１，１３２，１３３のいずれかに外部電源が接続されたことを検知すると共に、接続された外部電源の種別を判定する。そして、判定された外部電源の種別に応じて、後述するように、アクチュエータ１６１，１６２，１６３により絶縁プレート１７１，１７２，１７３を変位させて、他の外部電源接続手段への更なる給電コネクタの接続を阻止する。

併せて、電子制御ユニット１００は、第１〜第３コンタクタ１３１Ａ，１３１Ｂ〜１３３Ａ，１３３Ｂ，１３３ＣのＯＮ／ＯＦＦを制御すると共に、外部電源の電圧に応じて、昇降圧手段１４０作動制御を実行し、目標電圧での二次電池１１０の充電を実行する。このとき、電子制御ユニット１００は、二次電池１１０のＳＯＣ、外部電源からの充電電圧・充電電流に鑑みた充電終了時間や充電に要する電気料金等を算出する。

なお、充電ステーション２は、外部電源制御装置２００と、複数の給電コネクタ（２１０のみ図示する）を備え、各給電コネクタ２１０へは、外部電源制御手段によりＯＮ／ＯＦＦするコンタクタ２０１Ａ，２０１Ｂを介して、そのコネクタの形状に対応した電圧の電力が供給可能となっている。また、給電コネクタ側のグランドラインまたは電力供給ラインには、ＰＬＣモデム２０１に接続された送受信部２０１Ｃが設けられている。

これにより、電子制御ユニット１００は、外部電源接続手段１３１〜１３３に給電コネクタ２１０が接続されると、ＰＬＣモデム１０１〜１０３と２０１とを介して、外部電源制御装置との間でＰＬＣ通信可能に構成される。

表示手段１５０は、例えば、液晶表示装置からなる表示装置であって、外部電源接続手段１３１〜１３３の近傍に設けられ、当該電源システムの状態が表示される。より具体的には、外部電源接続手段１３１〜１３３と給電コネクタ２１０との接続状態や、二次電池１１０のＳＯＣ、外部電源による二次電池１１０の充電状態およびその充電完了時間・電気料金等が表示される。

次に、図３を参照して、電子制御ユニット１００により制御される絶縁プレート１７１，１７２，１７３（本発明の接続阻止手段に相当する）について説明する。

第１〜第３外部電源接続手段１３１，１３２，１３３の挿入口の背面には、これらの挿入口への給電コネクタ２１０の挿入の可否を変更可能な絶縁プレート１７１，１７２，１７３が設けられている。

絶縁プレート１７１，１７２，１７３には、それぞれ開口部１７１Ａ，１７２Ａ，１７３Ａが形成されている。開口部１７１Ａ，１７２Ａ，１７３Ａが、第１〜第３外部電源接続手段１３１，１３２，１３３の挿入口の背面に位置する場合には、挿入口への給電コネクタ２１０の挿入が可能であり、開口部１７１Ａ，１７２Ａ，１７３Ａ以外の部分１７１Ｂ，１７２Ｂ，１７３Ｂが挿入口の背面に位置する場合には、挿入口が閉鎖されて給電コネクタ２１０の挿入が不可能な状態となる。

なお、絶縁プレート１７１，１７２，１７３は、それぞれ図示しないガイド部材により、特定の方向（本実施形態では、上下方向）に可動自在となっている。

絶縁プレート１７１，１７２，１７３の可動方向の端部には、アクチュエータ１６１，１６２，１６３（本実施形態では、リニアアクチュエータ）の可動部１６１Ａ，１６２Ａ，１６３Ａが連結けられている。アクチュエータ１６１，１６２，１６３は、電子制御ユニット１００の動作指令に応じて、可動部１６１Ａ，１６２Ａ，１６３Ａがアクチュエータ本体１６１Ｂ，１６２Ｂ，１６３Ｂに対して往復直線運動する。これにより、絶縁プレート１７１，１７２，１７３が変位して、第１〜第３外部電源接続手段１３１，１３２，１３３の挿入口への給電コネクタ２１０の挿入の可否が変更可能となっている。

次に、図４に示すフローチャートを参照して、二次電池１１０の充電処理について説明する。

まず、電子制御ユニット１００は、車両が停止している状態で、ユーザにより図示しない操作部により充電モードが選択されたか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ１１）。

そして、充電モードが選択されると（図４／ＳＴＥＰ１１でＹＥＳ）、電子制御ユニット１００は、第１〜第３外部電源接続手段１３１，１３２，１３３の挿入口への給電コネクタ２１０の挿入の有無を判定する（図４／ＳＴＥＰ１２）。

そして、電子制御ユニット１００は、ユーザによる充電モードの選択や給電コネクタの挿入がない場合には（図４／ＳＴＥＰ１１，１２でＮＯ）、それぞれＳＴＥＰ１１へリターンする。

一方、電子制御ユニット１００は、いずれか１つの外部電源接続手段１３１，１３２，１３３に給電コネクタが挿入されたことを検知した場合には、給電コネクタ２１０の挿入があったものと判定し（図４／ＳＴＥＰ１２でＹＥＳ）、残る外部電源接続手段の挿入口を閉鎖する挿入口閉鎖処理を実行する（図４／ＳＴＥＰ１３）。

ＳＴＥＰ1３の挿入口閉鎖処理で、電子制御ユニット１００は、例えば、給電コネクタ２１０が第１外部電源接続手段１３１の挿入口に挿入された場合に、挿入があった第１外部電源接続手段１３１以外の第２，第３外部電源接続手段１３２，１３２の挿入口を閉鎖するように、アクチュエータ１６２，１６３を介して絶縁プレート１７２，１７３を変位させる。

これにより、残りの外部電源接続手段１３２，１３３への給電コネクタの接続を確実に阻止することができ、外部電源の適切な接続をアシストし、不適切な充電が実行されることを未然に防止することができる。

次いで、電子制御ユニット１００は、ＰＬＣモデム１０１，１０２，１０３によるＰＬＣ通信が可能か否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ１４）。

そして、接続された外部電源側のＰＬＣモデム２０１との間で通信可能となっている場合には、電子制御ユニット１００は、ＰＬＣ通信可能と判定して（図４／ＳＴＥＰ１４でＹＥＳ）、かかるＰＬＣ通信を利用して充電ステーション２との間でユーザ認証を行う（図４／ＳＴＥＰ１５）。

一方、例えば、家庭用の商用電源を利用して充電する場合のように、ＰＬＣ通信が不可能な場合には（図４／ＳＴＥＰ１４でＮＯ）、電子制御ユニット１００は、ユーザによる手動充電が（図示しない操作部等により）選択されたか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ１６）。

そして、ユーザにより手動での充電が選択された場合には（図４／ＳＴＥＰ１６でＹＥＳ）、ＳＴＥＰ１５のユーザ認証をスキップして、充電可能か否かの判定を行う（図４／ＳＴＥＰ１７）。

ＳＴＥＰ１７で、電子制御ユニット１００は、二次電池１１０の端子電圧、電池温度やＳＯＣなどが所定の充電条件を充足している場合には、充電可能と判定する（図４／ＳＴＥＰ１７でＹＥＳ）。

一方、ＳＴＥＰ１７で二次電池１１０が所定の充電条件を充足していない場合（図４／ＳＴＥＰ１７でＮＯ）や、ＳＴＥＰ１６で手動充電が選択されない場合（図４／ＳＴＥＰ１６でＮＯ）には、表示手段１５０に、充電不可の表示を行い一連の処理を終了する。

ＳＴＥＰ１７に続くＳＴＥＰ２１の処理で、電子制御ユニット１００は、給電コネクタ２１０が接続された外部電源接続手段１３１〜１３３から、接続された外部電源の種別を確認する（図４／ＳＴＥＰ２１）。

次いで、電子制御ユニット１００は、二次電池１１０の種別（定格）と、二次電池１１０の端子電圧、電池温度やＳＯＣなどの条件を確認して、充電時の目標電圧・電流を決定する（図４／ＳＴＥＰ２２）。そして、かかる目標電圧・電流となるように、昇降圧手段１４０の昇圧比を制御して外部電源による充電を実行する。

充電の実行の際に、電子制御ユニット１００は、１３３Ａ，１３３Ｂ，１３３ＣをＯＮすることにより（ＰＬＣ通信可能な場合には、同時にＰＬＣモデム２０１を介して外部電源制御手段２００との間で通信を行い、給電コネクタ２１０側のコンタクタ２０１Ａ，２０１ＢもＯＮすることにより）、充電を開始する。

併せて、電子制御ユニット１００は、二次電池１１０のＳＯＣおよび充電時の目標電圧・電流から、充電終了時間や充電に要する電気料金等を算出して、例えば、図１に示すように表示手段１５０に表示する（図４／ＳＴＥＰ２４）。

以上が、本実施形態における二次電池１１０の充電処理の詳細である。かかる充電処理によれば、外部電源の適切な接続を絶縁プレート１７１〜１７３等によりアシストし、不適切な充電が実行されることを未然に防止することができる。

尚、本実施形態において、電動機１２０を車両が減速する際に発電機として機能させ、車両の減速時に電動機１２０で生じる回生電力を回収して、該回生電力により二次電池１２０を充電するように構成してもよい。このとき、電子制御ユニット１００は、ＰＤＵ１２１に備えられた電圧センサ及び電流センサ（図示しない）により、電動機１２０の回生電力を検知して、図示しない減速機や電圧制御手段の作動制御を実行し、電動機１２０から二次電池１１０への充電を行う。

また、本実施形態において、絶縁プレート１７１〜１７３は、開放状態から給電コネクタが挿入により閉鎖するように構成したが（図４／ＳＴＥＰ１３）、これに加えて、絶縁プレート１７１〜１７３の状態を、車両の状態に合わせて適宜変更するようにしてもよい。例えば、車両の走行中は、すべての絶縁プレート１７１〜１７３を閉鎖状態として、車両の停止や充電モードの選択により、すべての絶縁プレート１７１〜１７３を閉鎖状態から開放するようにしてもよい。また、充電終了後にすべての絶縁プレート１７１〜１７３を閉鎖状態として、さらなる充電が実行されることを防止するようにしてもよい。

さらに、本実施形態において、接続阻止手段は、絶縁プレート１７１〜１７３により、給電コネクタ２１０の挿入を阻止したが、これに限定されるものではなく、第１コンタクタ〜第３コンタクタや、充電ステーション２側のコンタクタ２０１Ａ，２０１Ｂを、接続阻止手段として用いてもよい。

１…車両、２…充電ステーション（外部電源）、１００…電子制御ユニット（充電制御手段）、１０１，１０２，１０３，２０１…ＰＬＣモデム（電力線搬送通信装置）、１１０…二次電池（蓄電手段）、１２０…電動機、１３１，１３２，１３３…外部電源接続手段（挿入口）、１４０…昇降圧手段、１６１，１６２，１６３…アクチュエータ、１７１，１７２，１７３…絶縁プレート，２００…外部電源制御手段、２１０…給電コネクタ。

Claims

車両に搭載される電源システムであって、
蓄電手段と、
前記蓄電手段に接続され、前記車両を駆動するための電動機と、
前記蓄電手段に外部電源から電力を供給する複数種類の給電コネクタがそれぞれ接続さ
れるプラグ型の前記給電コネクタが挿入される挿入口を有する複数の外部電源接続手段と、
前記給電コネクタの前記外部電源接続手段への接続を検知する接続検知手段と、
前記挿入口の背面に位置して前記挿入口を閉鎖可能な可動式の絶縁プレートと、
前記絶縁プレートを変位させるアクチュエータとを備え、
前記接続検知手段により、いずれか１つの前記給電コネクタの、これに対応した前記外
部電源接続手段への接続が検知された場合に、前記アクチュエータを介して前記絶縁プ
レートを変位させ、残りの外部電源接続手段への給電コネクタへの接続を阻止する接続阻止手段とを備えることを特徴とする電源システム。
請求項１に記載の電源システムにおいて、
前記接続検知手段は、前記給電コネクタの前記外部電源接続手段への接続を電力線搬送
通信装置を介して検知することを特徴とする電源システム。
請求項１または２記載の電源システムにおいて、
前記外部電源接続手段と前記蓄電手段との間に設けられて、前記外部電源の電圧を昇降
圧して、該昇降圧した電圧による電力を該蓄電手段に供給する昇降圧手段と、
前記外部電源から前記蓄電手段への充電を実行する充電制御手段を備え、
前記充電制御手段は、前記給電コネクタが接続された前記外部電源接続手段に応じて、前記蓄電手段に印加される電圧が目標電圧となるように、前記前記昇降圧手段の昇降圧
比を制御して充電を実行することを特徴とする電源システム。
請求項１〜３のいずれか１項記載の電源システムにおいて、
前記外部電源から前記蓄電手段への充電の状態を示す表示手段を備えることを特徴とす
る電源システム。