JP7779191B2 - 充電システム - Google Patents

充電システム

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Description

本発明は、充電システムに関する。
特許文献1には、充電装置の充電コネクタに加熱機構を追加して、低温下で車両の充電インレットに接続された充電コネクタが凍結して抜けなくなる場合に、加熱機構に電力を供給することによって充電コネクタの凍結を抑制する技術が開示されている。
特開2011-167003号公報
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、別途で充電コネクタを加熱するための加熱機構が必要となり、コストアップにつながってしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、コストアップを抑えつつ、凍結して充電インレットから充電コネクタが離脱できなくなることを抑制することができる充電システムを提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る充電システムは、車両の充電インレットに充電装置の充電コネクタを嵌合させて、前記車両に搭載されている電池を充電する充電システムであって、前記充電インレットの温度を検出する温度検出手段と、ユーザーが前記車両の利用を開始する利用開始時刻を取得する利用開始時刻取得手段と、前記充電インレットと前記充電コネクタとを嵌合させて前記電池の充電を行う際に、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記充電インレットの温度が予め設定された閾値温度よりも低いときには、前記利用開始時刻の直前にそれまでよりも大きな電流を流して充電を行う制御を実行する制御手段と、を備えることを特徴とするものである。
これにより、低温下に充電インレット及び充電コネクタでの通電抵抗による発熱量を増加させて、充電インレットと充電コネクタとの嵌合部の凍結を回避することができ、充電コネクタに別途で加熱機構を追加することによるコストアップを抑えつつ、凍結して充電インレットから充電コネクタが離脱できなくなることを抑制することができる。
また、上記において、前記制御手段は、記充電インレットの温度が予め設定された閾値温度よりも低いときに、充電開始から前記利用開始時刻に近づくにつれて充電の電流を大きくするようにしてもよい。
これにより、利用開始時刻までに充電インレットと充電コネクタとの凍結を回避することができる。
また、本発明に係る充電システムは、車両の充電インレットに充電装置の充電コネクタを嵌合させて、前記車両に搭載されている電池を充電する充電システムであって、前記充電インレットと前記充電コネクタとを嵌合させて前記電池の充電を行い、前記電池の充電が完了した後、前前記充電インレットからの前記充電コネクタの離脱を開始し、前記充電インレットから前記充電コネクタを離脱させることができない場合には、前記充電インレット側から前記充電コネクタ側に電流を流す放電と、前記充電コネクタ側から前記充電インレット側に電流を流す充電とを、交互に繰り返し行う制御を実行する制御手段と、を備えることを特徴とするものである。
これにより、充放電を交互に繰り返し行って、充電インレット及び充電コネクタでの通電抵抗による発熱量を増加させて、充電インレットと充電コネクタとの嵌合部の凍結を回避することができ、充電コネクタに別途で加熱機構を追加することによるコストアップを抑えつつ、凍結して充電インレットから充電コネクタが離脱できなくなることを抑制することができる。
また、上記の発明において、前記充電コネクタの一部は、高熱伝導性材料で構成されていてもよい。
これにより、通電抵抗によって発生した多くの熱を充電インレットと充電コネクタとの嵌合部に伝えやすくすることができる。
また、上記の発明において、前記充電コネクタを保持して、前記充電インレットに対する前記充電コネクタの抜き差しを自動的に行うアーム機構を前記充電装置に設けてもよい。
これにより、低温下でも充電インレットと充電コネクタとの嵌合部の凍結を回避して、充電インレットから充電コネクタを自動で離脱させることができる。
本発明に係る充電システムは、低温下に充電インレット及び充電コネクタでの通電抵抗による発熱量を増加させて、充電インレットと充電コネクタとの嵌合部の凍結を回避することができ、充電コネクタに別途で加熱機構を追加することによるコストアップを抑えつつ、凍結して充電インレットから充電コネクタが離脱できなくなることを抑制することができるという効果を奏する。
図1は、実施形態に係る充電システムの構成を示すブロック図である。 図2は、充電制御部が実施する充電制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図3は、低温充電プロファイルの一例を示した図である。 図4は、常温充電プロファイルの一例を示した図である。 図5は、充電制御部が実施する充電制御処理の流れの他例を示すフローチャートである。 図6は、凍結回避充放電についての説明図である。
以下に、本発明に係る充電システムの実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
図1は、実施形態に係る充電システム1の構成を示すブロック図である。図1に示すように、実施形態に係る充電システム1は、電気自動車などの車両2の外部に設置された充電装置3の充電コネクタ33を、車両2の充電インレット25に接続して、車両2に搭載されているバッテリ21を充電するためのシステムである。
この充電システム1では、車両2側には、バッテリ21、充電制御部22、温度検出部23、利用開始時刻取得部24、及び、充電インレット25が設けられている。ただし、車両2の車種によっては温度検出部23及び利用開始時刻取得部24が設けられていない場合もある。
バッテリ21は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池によって構成され、車両2を駆動するための高電圧の直流電力を蓄える電池である。
充電制御部22は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及び入出力インタフェイス等を含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路によって構成されている。充電制御部22は、充電装置3側に設けられている充電制御部31と協調して、充電装置3を利用してバッテリ21を充電する充電処理を制御する。また、充電制御部22は、CAN(Controller Area Network)等の車載ネットワークを通じて、バッテリ21のSOC(State Of Charge)に関する情報を取得する。
温度検出部23は、充電インレット25に搭載された温度センサによって構成されている。温度検出部23は、充電インレット25の温度Tを検出し、検出された充電インレット25の温度Tを示す電気信号を充電制御部22に出力する。
利用開始時刻取得部24は、ユーザーが車両2を利用し始める利用開始時刻を取得する。例えば、利用開始時刻取得部24は、ユーザーが所有する通信端末や車両2に搭載された入力装置などを用いてユーザーが入力した利用開始時刻を、通信端末や入力装置などとの間で通信を行うことにより取得する。
充電インレット25は、充電装置3の充電コネクタ33が挿入される穴が形成された筐体内に通電端子が設けられて構成されている。
一方、充電装置3側には、充電制御部31、記憶部32、及び、充電コネクタ33が設けられている。
充電制御部31は、充電制御部22と同様のマイクロコンピュータを主体とする電子回路により構成されている。充電制御部31は、車両2側の充電制御部22と協調して、充電コネクタ33及び充電インレット25を介してバッテリ21を充電する充電処理を制御する。また、充電制御部31は、充電制御部22と通信することによって、例えば、温度検出部23が検出した充電インレット25の温度T、利用開始時刻取得部24が取得した利用開始時刻、及び、バッテリ21のSOCに関する情報などの各種情報を取得する。
また、充電制御部31は、充電コネクタ33と充電インレット25とが嵌合し電気的に接続されると、嵌合された状態を示す嵌合信号を、車両2の充電制御部22から充電インレット25及び充電コネクタ33を介して取得し、充電コネクタ33と充電インレット25とが嵌合された状態であると判定する。この際、充電制御部31は、例えば、前記嵌合信号を最初に取得した時点で充電コネクタ33と充電インレット25との嵌合が開始されたことを検知し、その後、一定時間、前記嵌合信号の取得が継続して行われた場合に、充電コネクタ33と充電インレット25との嵌合が完了したことを検知する。一方、充電制御部31は、前記嵌合信号を取得しなくなった場合に、充電インレット25から充電コネクタ33が離脱して、充電コネクタ33と充電インレット25との嵌合が解除された状態(離脱状態)であると判定する。この際、充電制御部31は、例えば、前記嵌合信号を最初に取得しなくなった時点で充電インレット25からの充電コネクタ33の離脱が開始されたことを検知し、その後、一定時間、前記嵌合信号の取得が継続して行われなかった場合に、充電インレット25からの充電コネクタ33の離脱が完了したことを検知する。なお、充電コネクタ33と充電インレット25とが嵌合された状態であるか否かの判定の方法や、嵌合が開始されたこと、嵌合が完了したこと、離脱が開始されたこと、及び、離脱が完了したことのそれぞれの検知の方法などは、特に限定されるものではなく、公知の技術を採用することができる。
記憶部32は、充電制御部31による充電制御を実施する際に用いる情報が記憶されており、例えば、常温充電プロファイルと低温充電プロファイルなどが記憶されている。
充電コネクタ33は、車両2の充電インレット25に挿入された際、充電インレット25の通電端子と電気的に接続される通電端子と、この通電端子を保持する保持部とによって構成されている。充電コネクタ33の前記保持部は、比較的熱伝導性の高い樹脂材料などの高熱伝導性材料によって構成されている。
このような構成を有する充電システム1では、充電装置3側の充電制御部31が、以下に示す充電制御処理を実行することにより、充電コネクタ33の凍結を回避しつつバッテリ21を充電する。以下、充電制御処理を実行する際の充電制御部31の動作について説明する。
図2は、充電制御部31が実施する充電制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、充電制御部31は、充電装置3の充電コネクタ33と車両2の充電インレット25との嵌合が開始されたことを検知する(ステップS1)。次に、充電制御部31は、充電装置3の充電コネクタ33と車両2の充電インレット25との嵌合が完了したことを検知する(ステップS2)。次に、充電制御部31は、充電を開始する(ステップS3)。次に、充電制御部31は、温度検出部23が検出した充電インレット25の温度Tが、予め設定された閾値温度T0未満であるか否かを判断する(ステップS4)。なお、閾値温度T0としては、閾値温度T0を下回ると充電コネクタ33と充電インレット25とが凍結するおそれのある低温としている。
充電制御部31は、充電インレット25の温度Tが閾値温度T0未満であると判断した場合(ステップS4にてYes)、利用開始時刻取得部24からユーザーが車両2を利用し始める利用開始時刻を取得する(ステップS5)。なお、ここでは、ユーザーが車両2を利用し始める利用開始時刻として、ユーザーが車両2に乗って出発する出発時刻とする。次に、充電制御部31は、記憶部32に記憶された低温充電プロファイルを用いて充電を実行する(ステップS6)。
図3は、低温充電プロファイルの一例を示した図である。低温充電プロファイルを用いた充電では、取得した出発時刻(利用開始時刻)までにバッテリ21が満充電となるように電流を流してバッテリ21を充電する。この際、充電制御部31は、図3に示すように、充電開始から出発時刻(利用開始時刻)に近づくにつれて電流を徐々に大きくしていき、充電後半で出発時刻(利用開始時刻)の直前になると、それまでよりも大きな電流として、低温充電プロファイルで設定された最も大きな電流(高電流)を流して充電を行う。そして、充電制御部31は、低温充電プロファイルを用いて充電を実行した後、ステップS8の処理に移行する。
一方、ステップS4の処理において、充電制御部31は、充電インレット25の温度Tが閾値温度T0以上であると判断した場合(ステップS4にてNo)、常温充電プロファイルを用いて充電を実行する(ステップS7)。
図4は、常温充電プロファイルの一例を示した図である。常温充電プロファイルを用いた充電では、充電開始から可能な限り早い時間でバッテリ21が満充電となるように電流を流してバッテリ21を充電する。この際、充電制御部31は、図4に示すように、充電開始から常温充電プロファイルで設定された最も大きな電流(高電流)を流し、バッテリ21が満充電に近づくにつれて電流を徐々に小さくしていき充電後半では低電流を流して充電を行う。そして、充電制御部31は、常温充電プロファイルを用いて充電を実行した後、ステップS8の処理に移行する。
充電制御部31は、低温充電プロファイルまたは常温充電プロファイルを用いて充電を実行し、バッテリ21のSOCに関する情報に基づいて、バッテリ21が満充電されたと判定する(ステップS8)。次に、充電制御部31は、車両2の充電インレット25からの充電装置3の充電コネクタ33の離脱が開始されたことを検知する(ステップS9)。次に、充電制御部31は、車両2の充電インレット25からの充電装置3の充電コネクタ33の離脱が完了したことを検知する(ステップS10)。そして、充電制御部31は、一例の充電制御処理を終了する。
実施形態に係る充電システム1においては、充電開始時に、車両2に搭載された温度検出部23によって充電インレット25の温度Tを検出し、その検出した温度Tを閾値温度T0と比較して、充電インレット25と充電コネクタ33との嵌合部が凍結する可能性があるか否かを判断し、温度Tが閾値温度T0未満の場合には、出発時刻などのユーザーの車両2の利用開始時刻を取得し、その後、低温プロファイルを用いた充電を実行する。この低温充電プロファイルを用いた充電では、利用開始時刻(出発時刻)の直前に高電流を通電するため、常温充電プロファイルを用いた充電のように充電後半に低電流を通電する場合よりも、充電インレット25及び充電コネクタ33での通電抵抗による発熱量を多くすることができる。特に、実施形態に係る充電システム1においては、充電コネクタ33の一部(保持部)が高熱伝導性材料によって構成されているため、通電抵抗によって発生した多くの熱を充電インレット25と充電コネクタ33との嵌合部に伝えやすくすることができる。
これにより、実施形態に係る充電システム1においては、充電コネクタ33に加熱機構を追加することなく、充電インレット25及び充電コネクタ33での通電抵抗による発熱量を増加させて、低温下でも利用開始時刻(出発時刻)までに充電インレット25と充電コネクタ33との嵌合部を加熱して凍結を回避することができる。よって、実施形態に係る充電システム1では、コストアップを抑えつつ、凍結して充電インレット25から充電コネクタ33が離脱できなくなることを抑制することができる。
図5は、充電制御部31が実施する充電制御処理の流れの他例を示すフローチャートである。まず、充電制御部31は、充電装置3の充電コネクタ33と車両2の充電インレット25との嵌合が開始されたことを検知する(ステップS11)。次に、充電制御部31は、充電装置3の充電コネクタ33と車両2の充電インレット25との嵌合が完了したことを検知する(ステップS12)。次に、充電制御部31は、充電を開始する(ステップS13)。充電制御部31は、バッテリ21のSOCに関する情報に基づいて、バッテリ21が満充電されたと判定する(ステップS14)。次に、充電制御部31は、車両2の充電インレット25からの充電装置3の充電コネクタ33の離脱が開始されたことを検知する(ステップS15)。次に、充電制御部31は、車両2の充電インレット25からの充電装置3の充電コネクタ33の離脱が完了したか否かを判断する(ステップS16)。充電制御部31は、充電インレット25からの充電コネクタ33の離脱が完了したと判断した場合(ステップS16にてYes)、一連の充電制御処理を終了する。一方、充電制御部31は、充電インレット25からの充電コネクタ33の離脱が完了していないと判断した場合(ステップS16にてNo)、充電コネクタ33と充電インレット25とが凍結しているとして、凍結回避充放電を実行する(ステップS17)。
この凍結回避充放電は、充電制御部31によって充電インレット25からの充電コネクタ33の離脱が完了していない(離脱NG)と判断された後、図6に示すように、充電インレット25側から充電コネクタ33側(車両2のバッテリ21側から充電装置3側)に電流を流す放電と、充電コネクタ33側から充電インレット25側(充電装置3側から車両2のバッテリ21側)に電流を流す充電とを、電力収支が合うように交互に繰り返し行うことによって、バッテリ21のSOCを所定の範囲内で保ちつつ、充電インレット25及び充電コネクタ33での通電抵抗による発熱で充電インレット25と充電コネクタ33との嵌合部の凍結を回避するためのものである。
その後、一定時間にわたって凍結回避充放電を実行した後、ステップS16の処理に移行し、充電インレット25からの充電コネクタ33の離脱が完了したと判断されるまで、凍結回避充放電を繰り返し実行する。そして、充電制御部31は、充電インレット25からの充電コネクタ33の離脱が完了した判断したら(ステップS16にてYes)、一連の充放電制御処理を終了する。
実施形態に係る充電システム1においては、充電終了時に充電インレット25からの充電コネクタ33の離脱が不可だった場合に、充電コネクタ33と充電インレット25とが凍結していると判断して、電力収支が合うように充放電を実施し、充電インレット25と充電コネクタ33との間で通電を行う。これにより、実施形態に係る充電システム1においては、充電コネクタ33に別途で加熱機構を追加することなく、低温下でも充電インレット25及び充電コネクタ33での通電抵抗による発熱量を増加させて、充電インレット25と充電コネクタ33との嵌合部の凍結を回避し、充電インレット25から充電コネクタ33を離脱させることができる。
なお、実施形態に係る充電システム1は、車両2の充電インレット25に対する充電装置3の充電コネクタ33の抜き差し(嵌合及び離脱)を、ユーザーの手作業によって行うものに限定されず、例えば、充電コネクタ33を保持して、充電インレット25に対する充電コネクタ33の抜き差し(嵌合及び離脱)を自動的に行うアーム機構を充電装置3に設けて、自動で充電を実施可能な自動充電装置を採用してもよい。これにより、自動充電装置によって車両2のバッテリ21の充電を行った際に、充電インレット25及び充電コネクタ33での通電抵抗による発熱量を増加させて、低温下でも充電インレット25と充電コネクタ33との嵌合部の凍結を回避し、充電インレット25から充電コネクタ33を自動で離脱させることができる。
なお、自動充電装置を用いた場合に、充電コネクタ33と充電インレット25とが嵌合された状態であるか否かの判定や、嵌合が開始されたこと、嵌合が完了したこと、離脱が開始されたこと、及び、離脱が完了したことのそれぞれの検知などは、上述した方法に加えて、例えば、アーム機構の動作状態に基づいて行うことも可能である。例えば、アーム機構が、充電コネクタ33を保持して充電インレット25に充電コネクタ33を差し込む動作を開始した時点を、充電コネクタ33と充電インレット25との嵌合が開始された時点として検知することができる。
1 充電システム
2 車両
3 充電装置
21 バッテリ
22 充電制御部
23 温度検出部
24 利用開始時刻取得部
25 充電インレット
31 充電制御部
32 記憶部
33 充電コネクタ

Claims (4)

  1. 車両の充電インレットに充電装置の充電コネクタを嵌合させて、前記車両に搭載されている電池を充電する充電システムであって、
    前記充電インレットの温度を検出する温度検出手段と、
    ユーザーが前記車両の利用を開始する利用開始時刻を取得する利用開始時刻取得手段と、
    前記充電インレットと前記充電コネクタとを嵌合させて前記電池の充電を行う際に、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記充電インレットの温度が予め設定された閾値温度よりも低いときには、前記利用開始時刻の直前にそれまでよりも大きな電流を流して充電を行う制御を実行する制御手段と、
    を備えており、
    前記制御手段は、前記充電インレットと前記充電コネクタとを嵌合させて前記電池の充電を行い、前記電池の充電が完了した後、前前記充電インレットからの前記充電コネクタの離脱を開始し、前記充電インレットから前記充電コネクタを離脱させることができない場合には、前記充電インレット側から前記充電コネクタ側に電流を流す放電と、前記充電コネクタ側から前記充電インレット側に電流を流す充電とを、電力収支が合うように交互に繰り返し行う制御を実行可能である、
    ことを特徴とする充電システム。
  2. 前記制御手段は、記充電インレットの温度が予め設定された閾値温度よりも低いときに、充電開始から前記利用開始時刻に近づくにつれて充電の電流を大きくすることを特徴とする請求項1に記載の充電システム。
  3. 前記充電コネクタの一部は、高熱伝導性材料で構成されてい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。
  4. 前記充電コネクタを保持して、前記充電インレットに対する前記充電コネクタの抜き差しを自動的に行うアーム機構を前記充電装置に設けた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。
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