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JP2012196120A - 電気推進車両用充電ケーブル - Google Patents

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Abstract

【課題】充電時間を極力低減できるとともに、充電ケーブルとコンセント間、および充電ケーブルと充電カプラ間の耐久性を向上することができる電気推進車両用充電ケーブルを提供すること。
【解決手段】電気推進車両のバッテリに充電するために使用される充電ケーブルＡを、商用電源の電源コンセント１２に着脱自在に接続される電源プラグ１４と、電気推進車両Ｃに着脱自在に接続される充電カプラ１６と、電源プラグ１４と充電カプラ１６の間の電路の温度を検出する温度センサ１４ａと、電源プラグ１４から充電カプラ１６に流れる電流値を制御する制御手段２０ａを有する充電装置２０と、で構成した。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば電気自動車やハイブリッド車のような電気推進車両のバッテリに充電するために使用される電気推進車両用充電ケーブルに関する。
近年、環境に優しい自動車として電気推進車両の開発が急ピッチで進められており、電気推進車両の充電インフラは、電力網の末端である家庭用電源を利用する家庭用充電設備と、市街地や路面下等に設けられる不特定多数の利用を前提とする公共用充電設備の２種類に大きく分類される。
また、利便性を考慮すると、電気推進車両の普及には家庭用充電設備が必要であることから、一般家庭や事業所等に１００Ｖや２００Ｖの商用電源による緩速充電設備が導入し始められている。
家庭用充電設備の場合、電気推進車両のバッテリの充電には、商用電源の電源コンセントと電気推進車両側のコネクタとを接続するために電気推進車両用充電ケーブルが用いられる。
この充電ケーブルは、商用電源の電源コンセントに接続される電源プラグと、電気推進車両側のコネクタに接続される充電カプラとを備え、バッテリへの充電時、住宅の外壁等に配設された電源コンセントに電源プラグを差し込んで使用される。
しかしながら、電源コンセントと電源プラグの不完全な接続やトラッキング現象による異常発熱を惹起する可能性があることから、電源プラグの温度を検出する温度センサを設け、電源プラグの温度が所定の温度を超えたことを温度センサが検出すると、電源プラグと充電カプラ間の電路を開閉する開閉回路に制御信号を送信して、電源プラグから電気推進車両側のコネクタへの電力供給を停止するようにした充電ケーブルも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この充電ケーブルの場合、電源プラグの温度を検出する温度センサに加えて、漏電を検出する漏電検出部も設けられており、漏電検出部が漏電を検出すると、電源プラグから電気推進車両側のコネクタへの電力供給を停止するようにしている。
特開２０１０−１１００５５号公報
しかしながら、特許文献１に記載の充電ケーブルは、電源プラグ、あるいは充電カプラの温度が所定の温度を超えたことを温度センサが検出するか、あるいは、漏電検出部が漏電を検出した場合に、電源プラグから電気推進車両側のコネクタへの電力供給を停止する構成のため、電気推進車両のように長時間の通電を必要とする場合、充電時間が長くなるという問題や、ＯＮ／ＯＦＦ制御に起因するリレー等の耐久性に問題があった。
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、充電時間を極力低減できるとともに、リレー等の耐久性を向上することができる電気推進車両用充
電ケーブルを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は、電気推進車両のバッテリに充電するために使用される電気推進車両用充電ケーブルであって、商用電源の電源コンセントに着脱自在に接続される電源プラグと、電気推進車両に着脱自在に接続される充電カプラと、電源コンセントから電気推進車両のバッテリに充電するに際し、電源プラグと充電カプラの間の電路の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段で検出された温度に基づいて、バッテリへの充電電流を示すパイロット信号を生成し、電気推進車両に送信する制御手段と、を備えている。
電気推進車両では、制御手段から送信されてくるパイロット信号に基づき、内蔵のバッテリへの充電電流が制御される。本発明によれば、充電ケーブルの電源プラグ、制御手段あるいは充電カプラの温度に応じて、電気推進車両の充電電流が可変設定されるので、例えば、電源プラグ、制御手段あるいは充電カプラの温度が高くなると、充電電流を小さくした状態でバッテリへの充電を継続することができる。これにより、従来のＯＮ／ＯＦＦ制御に比べて、充電時間を短縮できるばかりでなく、リレー等の耐久性を向上することができる。
また、電源プラグ及び／または充電カプラに第一の温度検出手段を配設するとともに、制御手段に第二の温度検出手段を配設しているので、制御手段が２つの温度検出手段からの出力を比較することによって、電源プラグ、または充電カプラに設けられた温度検出手段の断線等の不具合を容易に判定できるようになり、機器の信頼性を向上することができる。
本発明の実施の形態１に係る電気推進車両用充電ケーブルを使用して、一般家庭の商用電源から電気推進車両のバッテリに充電する場合の概略図 図１に示される充電ケーブルの概略ブロック図 図２に示される充電装置から出力されるパイロット信号を示しており、電源プラグの温度に応じて変更されるパイロット信号の波形図 充電制御を示すフローチャート 本発明の実施の形態２に係る電気推進車両用充電ケーブルを使用して、一般家庭の商用電源から電気推進車両のバッテリに充電する場合の概略図 図５に示される充電ケーブルの概略ブロック図 本発明の実施の形態３に係る充電ケーブルの概略ブロック図 本発明の実施の形態４に係る充電ケーブルの概略ブロック図
本発明は、電気推進車両のバッテリに充電するために使用される電気推進車両用充電ケーブルであって、商用電源の電源コンセントに着脱自在に接続される電源プラグと、電気推進車両に着脱自在に接続される充電カプラと、電源コンセントから電気推進車両のバッテリに充電するに際し、電源プラグと充電カプラの間の電路の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段で検出された温度に基づいて、バッテリへの充電電流を示すパイロット信号を生成し、電気推進車両に送信する制御手段と、を備えるようにしている。
異常発熱は、電源コンセントと電源プラグとの接続部分、充電カプラと電気推進車両のコネクタとの接続部分、制御手段における給電線と端子等との接続部分などにおいて不完全な接触やトラッキング現象により発生する。従って、温度検出手段は、異常発熱が発生
する電路における上記各接続部分近傍に配設している。
周知の通り、電気推進車両では、制御手段から送信されてくるパイロット信号に基づき、内蔵のバッテリへの充電電流が制御される。上記構成によれば、温度検出手段が異常発熱を検出すると、温度検出手段の検出温度に応じて、電気推進車両側で充電電流が可変設定することが可能となる。従って、例えば、電源プラグの温度が高くなった場合には、充電電流を小さくし、電源プラグの温度上昇を抑制した状態で、バッテリへの充電を継続することができる。これにより、充電時間を短縮できるばかりでなく、リレー等の耐久性を向上することができる。
また、電源プラグ及び／または充電カプラに第一の温度検出手段を配置するとともに、制御手段に第二の温度検出手段を配置することにより、制御手段が２つの温度検出手段の出力に基づいて電源プラグ、あるいは充電カプラに設けられた温度検出手段の不具合を判別することができ、機器の信頼性の向上につながる。
さらに具体的には、制御手段は、温度検出手段で検出された温度が予め設定されている閾値に到達すると、波形を変更したパイロット信号を電気推進車両に送信して、充電電流を下げるよう該電気推進車両に通知することにより、電源プラグの過熱を防止することができ、安全性が向上する。
また、制御手段は、温度検出手段で検出した温度が閾値に到達すると、パルス幅を変更したパイロット信号を電気推進車両に送信して、充電電流を下げるよう該電気推進車両に通知することによっても、同様の効果を奏することができる。
また、制御手段は、前記パイロット信号を用いて、充電電流を段階的に下げるよう電気推進車両に通知してもかまわない。
また、制御手段は、温度検出手段で検出された温度が閾値に到達すると、振幅を変更したパイロット信号を電気推進車両に送信して、充電電流を下げるよう該電気推進車両に通知するようにしてもかまわない。
また、制御手段は、温度検出手段で検出された温度を演算することにより、閾値に到達しないように、事前に振幅を徐々に変更したパイロット信号を電気推進車両に送信して、充電電流を下げるよう該電気推進車両に通知するようにしてもかまわない。
さらに、前述の各制御方法に加えて最終的に電路を遮断する方式としてもかまわない。
以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る電気推進車両用充電ケーブルＡを使用して、一般家庭Ｂの商用電源から電気推進車両Ｃのバッテリに充電するときの状態を示している。
図１に示されるように、電気推進車両Ｃは、電気的に互いに接続された走行用モータ２と、インバータ４と、バッテリ６と、充電制御装置８とを備えており、充電制御装置８に接続されたコネクタ１０を介して本発明に係る電気推進車両用充電ケーブル（以下、単に「充電ケーブル」という。）Ａと接続される。充電ケーブルＡは、住宅の外壁等に設けられた電源コンセント１２と、電気推進車両側コネクタ１０を接続して、電気推進車両Ｃに搭載されたバッテリ６を充電するために用いられる。
電源コンセント１２は、雨水などによる電極の短絡を防止する防水構造を有するコンセ
ントであり、単相２線式の交流１００Ｖを供給する商用電源（図示せず）に接続されている。
一方、充電ケーブルＡは、電源コンセント１２に着脱自在に接続可能な電源プラグ１４と、電気推進車両Ｃのコネクタ１０に接続され電力の供給を行う充電カプラ１６と、電源プラグ１４と充電カプラ１６を接続する接続ケーブル１８と、接続ケーブル１８の途中に設けられ制御手段（例えば、マイコン）２０ａを有する充電装置２０とを備えている。
また、電源プラグ１４は、その内部に、電源プラグ１４の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ（例えば、測温抵抗体）１４ａが埋設されており、温度センサ１４ａから出力された温度信号は充電装置２０の制御手段２０ａに入力される。
充電装置２０はさらに、電源プラグ１４と充電カプラ１６の間の電路を開閉する開閉回路（例えばリレー、図示せず）と、電路を流れる電流を監視して漏電を検出する漏電検出部（図示せず）を備えており、漏電検出部が漏電を検出すると、制御手段２０ａは開閉回路を介して電路を遮断し、商用電源から電気推進車両Ｃへの電力供給を中止する。
上記構成の電気推進車両の充電システムにおいて、電源プラグ１４が電源コンセント１２に接続されると、商用電源からの電力が充電ケーブルＡの充電装置２０に供給される。また、初期状態では開閉回路はオン状態となっているので、商用電源からの電力は充電カプラ１６に供給され、充電カプラ１６が電気推進車両Ｃのコネクタ１０に接続されることで、充電制御装置８を介してバッテリ６の充電が行われる。
次に、本発明の主要部である充電制御について図２及び図３を参照しながら説明する。
図２は充電ケーブルＡの概略ブロック図であり、図３は充電装置２０から充電カプラ１６に出力されるパイロット信号を示す波形図である。
図２に示されるように、電源プラグ１４に埋設された温度センサ１４ａは、電源プラグ１４の温度を検出し、電源プラグ１４の温度を示す温度信号を充電装置２０に設けられた制御手段２０ａに出力する。制御手段２０ａは、温度信号を受けて温度信号に応じたパイロット信号を、充電カプラ１６を介して電気推進車両Ｃの充電制御装置８に出力する。
後述するように、制御手段２０ａから出力されるパイロット信号は、充電電流と密接な関係にあり、充電電流を示すパイロット信号を電気推進車両Ｃの充電制御装置８が受信することで、充電制御装置８は、電源コンセント１２から充電ケーブルＡを介して供給可能な充電電流を認識することができ、パイロット信号に応じてバッテリ６への供給電流を制御しながら充電を行う。バッテリ６に充電された電力は、インバータ４を介して走行用モータ２に供給され、電気推進車両Ｃの走行が可能となる。
図３は制御手段２０ａが電気推進車両Ｃに出力するパイロット信号を示しており、（ａ）は基準波形を、（ｂ）は電源プラグ１４の温度が高い場合の波形を、（ｃ）は電源プラグ１４の温度が低い場合の波形をそれぞれ示している。
このパイロット信号について、１００Ｖの商用電源を使用し、電源プラグ１４の定格電流が１５Ａの場合を例にとりさらに詳述すると、商用電源が１００Ｖで、電源プラグの定格電流が１５Ａの場合、充電電流（通電電流）は、例えば１２Ａに設定される。この充電電流を示すパイロット信号は、図３（ａ）に示される基準波形を持ち、そのデューティ比（Ｄ）は２０％（パルス幅：２０％、パルス間幅：８０％）に設定されている。
すなわち、パイロット信号のデューティ比は、充電電流そのものを示しており、デューティ比が２０％より大きくなると、充電電流は１２Ａより大きくなり、デューティ比が２０％より小さくなると、充電電流は１２Ａより小さくなる。
ここで、電源プラグ１４は、通常プラスチック製で、その耐熱温度を６５℃とすると、本発明に係る充電ケーブルＡにおいては、耐熱温度より低い閾値（例えば、５０℃）を設定し、電源プラグ１４の温度が閾値より小さい場合には、図３（ｂ）に示されるように、デューティ比を大きくして（Ｄ＞２０％）充電電流を増加する一方、電源プラグ１４の温度が閾値を超えると、図３（ｃ）に示されるように、デューティ比を小さくして（Ｄ＜２０％）充電電流を減少させている。
パイロット信号のデューティ比と充電電流は、ＳＡＥ Ｊ１７７２（ＳＡＥ：米国自動車技術者協会）に準拠しており、例えば次のような関係にある。
デューティ比Ｄ＝２０％：１２Ａ
デューティ比Ｄ＝３０％：１８Ａ
図４の充電制御を示すフローチャートを参照しながら、さらに説明すると、充電ケーブルＡを電気推進車両Ｃに接続する前のステップＳ１においては、パイロット信号のデューティ比はＤ＝２０％に設定されており、ステップＳ２において、充電ケーブルＡの電源プラグ１４が電源コンセント１２に接続されるとともに、充電ケーブルＡの充電カプラ１６が電気推進車両Ｃのコネクタ１０に接続されると、ステップＳ３において、電源プラグ１４に内蔵された温度センサ１４ａにより電源プラグ１４の温度を検出し、温度センサ１４ａからの温度信号が充電装置２０の制御手段２０ａに入力される。
ステップＳ４において、制御手段２０ａは、温度センサ１４ａから入力された温度と上述した閾値を比較する。
電源コンセント１２から充電ケーブルＡを介して電気推進車両Ｃのバッテリ６に充電する前は、電源プラグ１４の温度は外気温度に略等しいが、充電が開始すると、電源プラグ１４の温度は徐々に上昇し、ステップＳ４において、温度センサ１４ａが検出した温度が閾値以下の場合は、ステップＳ５に移行し、パイロット信号のデューティ比を無段階に上げる制御を行って充電電流を無段階に増加させる。
一方、ステップＳ４において、温度センサ１４ａが検出した温度が閾値を超えると、ステップＳ６に移行し、パイロット信号のデューティ比を無段階に下げる制御を行って充電電流を無段階に減少させる。
上述したように、パイロット信号のデューティ比は充電電流と密接な関係にあり、電源プラグ１４の温度が低い場合は、充電電流を大きくする一方、電源プラグ１４の温度が高い場合には、充電電流を小さくすることで、従来のように充電電流をＯＮ／ＯＦＦ制御することがなく、充電時間の短縮と、充電ケーブルＡの安全性を両立させることができる。
ステップ５あるいはステップＳ６において充電電流の制御を行った後、ステップＳ７において、電気推進車両Ｃの充電制御装置８が、電気推進車両Ｃのバッテリ６への充電はまだ完了していないと判定すると、ステップＳ３に戻り、電気推進車両Ｃのバッテリ６への充電は完了したと判定すると、電気推進車両Ｃの充電制御装置８から充電完了を示す信号が充電ケーブルＡの制御手段２０ａに入力され、バッテリ６への充電は終了する。
なお、制御手段２０ａは、電気推進車両Ｃに出力するパイロット信号のデューティ比（パルス幅）に応じて充電電流（通電電流）の最大値を設定するもので、電気推進車両Ｃの
バッテリ６に供給される充電電流は、電気推進車両Ｃの充電制御装置８により最終決定される。
また、上記実施の形態においては、制御手段２０ａが出力するパイロット信号のパルス幅を変更することにより充電電流を変更するようにしたが、パルス幅以外のパルス波形（例えば、パルスの振幅（レベル））を変更することで、充電電流を変更してもよい。
さらに、上記実施の形態においては、パイロット信号のデューティ比を無段階に増減して充電電流を無段階に増減するようにしたが、パイロット信号のデューティ比を段階的に増減して充電電流を段階的に増減するようにしてもよい。
また、上記実施の形態においては、パイロット信号のデューティ比を無段階に増減して充電電流を無段階に増減するようにしたが、パイロット信号のデューティ比を段階的に小さくして充電電流を段階的に下げるのみの構成としてもよい。
また、上記実施に形態においては、商用電源を交流１００Ｖとしたが、他の交流電圧（例えば、交流２００Ｖ）も使用できることは言うまでもない。
図５及び図６は、本発明の実施の形態２を示し、図５は本発明の実施の形態２の充電ケーブルを使用して電気推進車両のバッテリに充電する場合の概略図、図６は図５に示される充電ケーブルの概略ブロック図である。本発明の実施の形態２は、充電カプラ１６に温度センサ１６ａを配置している。この構成であれば、充電カプラ１６と電気推進車両Ｃのコネクタ１０との不完全な接続やトラッキング現象による異常発熱が生じた際に、上述した実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
図７は、本発明の実施の形態３の充電ケーブルの概略ブロック図を示し、温度センサ２０ｂを充電装置２０の制御手段２０ａに配置している。電気推進車両Ｃへの充電は、様々な状況で行われることが想定され、例えば、充電装置２０が炎天下に放置されて、制御手段２０ａが異常発熱することが考えられる。また、制御手段２０ａの接続ケーブル１８と端子等との接続部分などの不完全な接続やトラッキング現象による異常発熱が生じることが考えられる。実施の形態３の構成とすることにより、温度センサ２０ｂを制御手段２０ａに配置することにより、制御手段２０ａの異常発熱を防止でき、上述した実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
また、図８は、本発明の実施の形態４の充電ケーブルの概略ブロック図を示し、電源プラグ１４に第一の温度センサ１４ａを配置し、制御手段２０ａに第二の温度センサ２０ｂを配置した構成を示している。電源プラグ１４および充電カプラ１６は使用者が操作するため、その扱いが乱雑であることが想定され、電源プラグ１４や充電カプラ１６の内部に温度センサ１４ａが設けられた場合は、耐久性が劣ることが想定される。実施の形態４の構成とすることにより、制御手段２０ａは電源プラグ１４と充電装置２０に設けられた第一の温度センサ１４ａと第二の温度センサ２０ｂの値を比較することにより容易に電源プラグ１４に設けられた温度センサ１４ａの断線を検出することができる。
第二の温度センサを充電カプラ１６に配置した場合も同様の効果を奏する。また、電源プラグ１４と充電カプラ１６と充電装置２０にそれぞれ温度センサを配置してもよい。
本発明に係る充電ケーブルＡは、充電時間を低減でき、リレー等の耐久性、および機器の信頼性を向上することができるので、少なくとも走行用バッテリを搭載して走行する車両のバッテリ充電用ケーブルとして有用である。
Ａ 電気推進車両用充電ケーブル
Ｂ 一般家庭
Ｃ 電気推進車両
２ 走行用モータ
４ インバータ
６ バッテリ
８ 充電制御装置
１０ コネクタ
１２ 電源コンセント
１４ 電源プラグ
１４ａ 温度センサ
１６ 充電カプラ
１６ａ 温度センサ
１８ 接続ケーブル
２０ 充電装置
２０ａ 制御手段
２０ｂ 温度センサ

Claims (11)

  1. 電気推進車両のバッテリに充電するために使用される充電ケーブルであって、
    商用電源の電源コンセントに着脱自在に接続される電源プラグと、
    前記電気推進車両に着脱自在に接続される充電カプラと、
    電気推進車両のバッテリに充電するに際し、前記電源コンセントと前記充電カプラの間の電路の温度を検出する温度検出手段と、
    前記温度検出手段で検出された温度に基づいて、前記バッテリへの充電電流を示すパイロット信号を生成し、前記電気推進車両に送信する制御手段と、
    を備えることを特徴とする電気推進車両用充電ケーブル。
  2. 前記温度検出手段を前記電源プラグに配置したことを特徴とする請求項１記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  3. 前記温度検出手段を前記充電カプラに配置したことを特徴とする請求項１記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  4. 前記温度検出手段を前記制御手段に配置したことを特徴とする請求項１記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  5. 前記電源プラグ及び／または前記充電カプラに第一の温度検出手段を配置するとともに、前記制御手段に第二の温度検出手段を配置することを特徴とする請求項１記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  6. 前記制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度が予め設定されている閾値に到達すると、波形を変更したパイロット信号を前記電気推進車両に送信して、前記充電電流を下げるよう該電気推進車両に通知することを特徴とする請求項１に記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  7. 前記制御手段は、前記温度検出手段で検出された温度が前記閾値に到達すると、パルス幅を変更したパイロット信号を前記電気推進車両に送信して、前記充電電流を下げるよう該電気推進車両に通知することを特徴とする請求項６に記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  8. 前記制御手段は、前記パイロット信号を用いて、前記充電電流を段階的に下げるよう前記電気推進車両に通知することを特徴とする請求項７に記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  9. 前記温度検出手段で検出された温度が前記閾値に到達すると、前記制御手段は、振幅を変更したパイロット信号を前記電気推進車両に送信して、前記充電電流を下げるよう該電気推進車両に通知することを特徴とする請求項６に記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  10. 前記制御手段は、前記閾値よりも高い第二の閾値を持ち、それよりも高い温度を検出した場合に電路を遮断することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  11. 前記充電ケーブルは、前記電源プラグと前記充電カプラの間の電路を開閉する開閉回路と、前記電路を流れる電流を監視して漏電を検出する漏電検出部をさらに備え、該漏電検出部が漏電を検出すると、前記制御手段は前記開閉回路を介して電路を遮断することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電気推進車両用充電ケーブル。
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