(57)【要約】【課題】プリチャージ抵抗およびプリチャージリレーを用いることなく、充電器と蓄電装置とを電気的に接続する際に突入電流が流れることを防止する。【解決手段】充電システムは、外部電源から供給される交流を直流に変換するように構成された充電器と、充電器と蓄電装置とを接続する正極電力線および負極電力線と、正極電力線および負極電力線の間に接続されるコンデンサと、正極電力線に設けられる正極充電リレーと、負極電力線に設けられる負極充電リレーと、制御装置とを備える。制御装置は、外部充電の開始時に、負極充電リレーが開いた状態で充電器を作動してコンデンサのプリチャージ（充電）を行ない、コンデンサの両端電圧と蓄電装置の電圧の差の大きさが所定電圧以下となった場合に正極充電リレーおよび負極充電リレーの双方を閉じて蓄電装置と充電器とを電気的に接続する。【選択図】図３
2020120552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源から供給される電力で車載の蓄電装置を充電可能な車両の充電システムであって、
前記外部電源から供給される電力を前記蓄電装置を充電可能な電力に変換するように構成された充電器と、
前記充電器と前記蓄電装置とを接続する直流電力線対と、
前記直流電力線対の間に接続されるコンデンサと、
前記直流電力線対の一方における前記コンデンサとの接続部よりも前記蓄電装置に近い側の部分に設けられる第１充電リレーと、
前記直流電力線対の他方における前記コンデンサとの接続部よりも前記蓄電装置に近い側の部分に設けられる第２充電リレーと、
前記充電器、前記第１充電リレーおよび前記第２充電リレーを制御するように構成された制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記第１充電リレーおよび前記第２充電リレーの少なくとも一方が開いた状態で前記充電器を作動して前記コンデンサを充電し、
前記コンデンサの両端電圧と前記蓄電装置の電圧との差の大きさが所定電圧以下となった場合に前記第１充電リレーおよび前記第２充電リレーの双方を閉じた状態にする、車両の充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、外部電源から供給される電力で車載の蓄電装置を充電する外部充電を実行可能な車両の充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１８−１５３０１４号公報（特許文献１）には、外部充電を実行可能な車両が開示されている。この車両には、走行用モータに供給するための電力を蓄える蓄電装置と、外部電源から供給される電力を変換して蓄電装置に出力する充電器と、充電器と蓄電装置との間の直流電力線対の間に設けられた電圧平滑用のコンデンサと、充電器と蓄電装置との間の直流電力線対に設けられた充電リレーとが備えられる。なお、充電リレーには、蓄電装置の正極および負極のそれぞれに接続される正極充電リレーおよび負極充電リレーとが含まれる。
【０００３】
外部充電の開始時には、充電リレーを閉じて充電器と蓄電装置とが電気的に接続されるが、この際に蓄電装置からコンデンサに大電流（突入電流）が流れると各充電リレーの接点が損傷するなどの問題が生じ得る。
【０００４】
この点に鑑み、特許文献１に開示された車両には、負極充電リレーに並列接続されるプリチャージ回路が設けられる。プリチャージ回路には、プリチャージ抵抗と、プリチャージ抵抗に直列接続されるプリチャージリレーとが含まれる。そして、この車両は、外部充電の開始時に、先ずプリチャージリレーを閉じてプリチャージ抵抗で電流を制限しながらコンデンサのプリチャージを行ない、プリチャージが終了した後に充電リレーを閉じるように構成される。これにより、外部充電の開始時に生じる突入電流が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−１５３０１４号公報
【特許文献２】特開２０１８−６７４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された車両においては、充電器と蓄電装置とを電気的に接続する際に突入電流が流れることを防止するために、プリチャージ抵抗およびプリチャージリレーを含むプリチャージ回路を設けているため、コストおよび体格が増加するという問題があり改善の余地があった。
【０００７】
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、プリチャージ抵抗およびプリチャージリレーを用いることなく、充電器と蓄電装置とを電気的に接続する際に突入電流が流れることを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示による充電システムは、外部電源から供給される電力で車載の蓄電装置を充電可能な車両の充電システムである。この充電システムは、外部電源から供給される電力を蓄電装置を充電可能な電力に変換するように構成された充電器と、充電器と蓄電装置とを接続する直流電力線対と、直流電力線対の間に接続されるコンデンサと、直流電力線対の一方におけるコンデンサとの接続部よりも蓄電装置に近い側の部分に設けられる第１充電リレーと、直流電力線対の他方におけるコンデンサとの接続部よりも蓄電装置に近い側の部分に設けられる第２充電リレーと、充電器、第１充電リレーおよび第２充電リレーを制御するように構成された制御装置とを備える。制御装置は、第１充電リレーおよび第２充電リレーの少なくとも一方が開いた状態で充電器を作動してコンデンサを充電し、コンデンサの両端電圧と蓄電装置の電圧との差の大きさが所定電圧以下となった場合に第１充電リレーおよび第２充電リレーの双方を閉じた状態にする。
【０００９】
上記システムによれば、制御装置は、第１充電リレーおよび第２充電リレーの少なくとも一方が開いた状態（充電器と蓄電装置とが電気的に接続されていない状態）で充電器を作動することによって、充電器と蓄電装置とを接続する直流電力線対の間に接続されるコンデンサを充電（プリチャージ）する。そして、制御装置は、コンデンサの充電（プリチャージ）によってコンデンサの両端電圧と蓄電装置の電圧との差が所定電圧以下となった場合に第１充電リレーおよび第２充電リレーの双方を閉じた状態（充電器と蓄電装置とが電気的に接続された状態）にする。これにより、プリチャージ抵抗およびプリチャージリレーを用いることなく、充電器と蓄電装置とを電気的に接続する際に突入電流が流れることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、プリチャージ抵抗およびプリチャージリレーを用いることなく、充電器と蓄電装置とを電気的に接続する際に突入電流が流れることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】充電システムの全体構成の一例を示す図である。
【図２】制御装置２５０が外部充電の開始時に充電器を用いたプリチャージを行なう場合の処理の概要の一例を示すフローチャートである。
【図３】充電器を用いたプリチャージが行なわれる場合のコンデンサの両端電圧Ｖｃの変化態様の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１３】
図１は、本実施の形態による充電システムの全体構成の一例を示す図である。この充電システムは、車両１０と、外部電源５００とを備える。
【００１４】
外部電源５００は、たとえば交流の商用系統電源によって構成される。外部電源５００は、車両１０に接続可能なコネクタ５１０を備える。外部電源５００は、コネクタ５１０が車両１０に接続された状態において、車両１０に交流電力を供給するように構成される。
【００１５】
車両１０は、蓄電装置１２と、直流の電力線対ＰＬ，ＮＬ（正極電力線ＰＬ、負極電力線ＮＬ）と、コンデンサＣ１と、充電リレー１５と、インレット４０と、充電器２００と、制御装置２５０とを含む。車両１０は、蓄電装置１２に蓄えられた電力を用いて走行可能に構成される電動車両（電気自動車、ハイブリッド自動車など）である。
【００１６】
蓄電装置１２は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素あるいはリチウムイオン等の二次電池によって構成される。なお、蓄電装置１２として、大容量のキャパシタも採用可能である。
【００１７】
インレット４０は、外部電源５００のコネクタ５１０に接続可能に構成される。
電力線対ＰＬ，ＮＬは、充電器２００と蓄電装置１２とを接続する。正極電力線ＰＬは、蓄電装置１２の正極に接続される。負極電力線ＮＬは、蓄電装置１２の負極に接続される。
【００１８】
コンデンサＣ１は、電力線対ＰＬ，ＮＬの間に接続され、充電器２００から蓄電装置１２に供給される電圧を平滑化する。
【００１９】
充電リレー１５は、充電器２００と蓄電装置１２との電気的な接続／切離を行なうためのリレーである。充電リレー１５は、正極充電リレー（第１充電リレー）Ｒ１と、負極充電リレー（第２充電リレー）Ｒ２とを含む。正極充電リレーＲ１は、正極電力線ＰＬにおけるコンデンサＣ１との接続ノードＰ１よりも蓄電装置１２に近い側の部分に設けられる。負極充電リレーＲ２は、負極電力線ＮＬにおけるコンデンサＣ１との接続ノードＮ１よりも蓄電装置１２に近い側の部分に設けられる。
【００２０】
充電器２００は、インレット４０と蓄電装置１２との間に接続される。外部電源５００のコネクタ５１０が車両１０のインレット４０に接続された状態において外部充電を行なう際、充電器２００は、外部電源５００から供給される交流電力を直流電力に変換して電力線対ＰＬ，ＮＬに出力する。電力線対ＰＬ，ＮＬに出力された直流電力は、充電リレー１５を介して蓄電装置１２に供給される。これにより、蓄電装置１２の外部充電が行なわれる。
【００２１】
詳しくは、充電器２００は、フィルタ回路２０５と、ＰＦＣ回路２１０と、インバータ２１５と、絶縁トランス２２０と、整流回路２２５とを含む。フィルタ回路２０５、ＰＦＣ回路２１０、インバータ２１５、絶縁トランス２２０、および整流回路２２５は、インレット４０から電力線対ＰＬ，ＮＬまでの電路に、この順に直列的に接続される。
【００２２】
フィルタ回路２０５は、外部電源５００から入力される交流電力に含まれるノイズを除去し、ノイズが除去された交流電力をＰＦＣ回路２１０へ出力する。
【００２３】
ＰＦＣ回路２１０は、制御装置２５０からの制御信号に基づいて、フィルタ回路２０５から供給される交流電力を直流電力に変換してインバータ２１５へ出力する。
【００２４】
インバータ２１５は、制御装置２５０からの制御信号に基づいて、ＰＦＣ回路２１０から受ける直流電力を交流電力に変換して絶縁トランス２２０へ出力する。インバータ２１５は、たとえば単相ブリッジ回路によって構成される。
【００２５】
絶縁トランス２２０は、磁性材から成るコアと、コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルを含む。一次コイルおよび二次コイルは、電気的に絶縁されており、それぞれインバータ２１５および整流回路２２５に接続される。そして、絶縁トランス２２０は、インバータ２１５からの交流電力を一次コイルおよび二次コイルの巻数比に応じた電圧に変換して整流回路２２５へ出力する。
【００２６】
整流回路２２５は、絶縁トランス２２０から受ける交流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力を電力線対ＰＬ，ＮＬに出力する。整流回路２２５から電力線対ＰＬ，ＮＬに出力された直流電力は充電リレー１５を介して蓄電装置１２に供給される。
【００２７】
車両１０は、さらに、電圧センサ１３，４４を備える。電圧センサ１３は、蓄電装置１２の電圧Ｖｂを検出する。電圧センサ４４は、コンデンサＣ１の両端電圧（電力線対ＰＬ，ＮＬ間の電圧）Ｖｃを検出する。各センサは、検出結果を示す信号を制御装置２５０に出力する。
【００２８】
制御装置２５０は、図示しないＣＰＵ（Central  Processing  Unit）およびメモリを内蔵する。制御装置２５０は、各センサからの情報およびメモリに記憶された情報に基づいて所定の演算処理を実行し、演算結果に基づいて充電リレー１５（正極充電リレーＲ１、負極充電リレーＲ２）および充電器２００（ＰＦＣ回路２１０、インバータ２１５）を制御する。なお、図１には制御装置２５０が１つのユニットとして配置される例が示されているが、制御装置２５０は複数に分割されて配置されてもよい。
【００２９】
＜充電器を用いたプリチャージ＞
上述のように、充電器２００と蓄電装置１２との間の電力線対ＰＬ，ＮＬの間には、コンデンサＣ１が設けられる。外部充電の開始時には、正極充電リレーＲ１および負極充電リレーＲ２の双方を閉じることで充電器２００と蓄電装置１２とを電気的に接続するが、この際に蓄電装置１２からコンデンサＣ１に大電流（突入電流）が流れると各充電リレーＲ１，Ｒ２の接点が損傷するなどの問題が生じ得る。この点に鑑み、制御装置２５０は、充電器２００と蓄電装置１２とを接続する際には、まず、コンデンサＣ１を事前に充電するプリチャージを行なう。
【００３０】
既に述べたように、従来の充電リレーには、正極充電リレーおよび負極充電リレーの他に、プリチャージを行なうための専用のプリチャージ回路（代表的にはプリチャージ抵抗およびプリチャージリレー）が設けられるものが一般的であった。
【００３１】
しかしながら、本実施の形態による充電リレー１５には、プリチャージ回路を設けることによるコストおよび体格の増加を抑制するために、正極充電リレーＲ１および負極充電リレーＲ２のみが設けられ、プリチャージ回路は設けられていない。すなわち、本実施の形態においては、プリチャージ回路を用いたプリチャージを行なうことはできない。そこで、本実施の形態による制御装置２５０は、充電器２００を用いたプリチャージを行なう。
【００３２】
図２は、制御装置２５０が外部充電の開始時に充電器２００を用いたプリチャージを行なう場合の処理の概要の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、外部電源５００のコネクタ５１０が車両１０のインレット４０に接続された状態で、かつ正極充電リレーＲ１および負極充電リレーＲ２の双方が開いた状態で開始される。
【００３３】
制御装置２５０は、まず、正極充電リレーＲ１を閉じた状態にする（ステップＳ１０）。なお、負極充電リレーＲ２は開いた状態に維持されるため、この時点では充電器２００と蓄電装置１２とは電気的に遮断されている。
【００３４】
次いで、制御装置２５０は、充電器２００を用いたプリチャージを行なう（ステップＳ１２）。具体的には、制御装置２５０は、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ（電圧センサ４４の出力値）が蓄電装置１２の電圧Ｖｂ（電圧センサ１３の出力値）に近づくように、充電器２００のＰＦＣ回路２１０およびインバータ２１５をフィードバック制御する。この際、制御装置２５０は、充電器２０からコンデンサＣ１に大電流（突入電流）が流れないように充電器２００の出力を調整する。
【００３５】
次いで、制御装置２５０は、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃと蓄電装置１２の電圧Ｖｂとの差の大きさ（絶対値）が所定電圧以下となったか否かを判定する（ステップＳ１４）。この判定は、充電器２００を用いたプリチャージによって、蓄電装置１２からコンデンサＣ１への突入電流の流れ込みを防止可能なレベルまでコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃが蓄電装置１２の電圧Ｖｂに近づいたか否かを判定するための処理である。
【００３６】
コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃと蓄電装置１２の電圧Ｖｂとの差の大きさが所定電圧以下となっていない場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、制御装置２５０は、処理をステップＳ１２に戻し、充電器２００を用いたプリチャージを継続する。
【００３７】
コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃと蓄電装置１２の電圧Ｖｂとの差の大きさが所定電圧以下となった場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、制御装置２５０は、残りの負極充電リレーＲ２を閉じた状態にする（ステップＳ１６）。これにより、正極充電リレーＲ１および負極充電リレーＲ２の双方が閉じた状態となり充電器２００と蓄電装置１２とが電気的に接続される。この際、充電器２００を用いたプリチャージによってコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃと蓄電装置１２の電圧Ｖｂとの差の大きさ（絶対値）が所定電圧以下となっているため、蓄電装置１２からコンデンサＣ１に向けて突入電流が流れることが防止される。
【００３８】
図３は、充電器２００を用いたプリチャージが行なわれる場合のコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃの変化態様の一例を示す図である。
【００３９】
図３に示す例では、時刻ｔ１に正極充電リレーＲ１が閉じられた後、時刻ｔ２にて充電器２００を用いたプリチャージが開始される。これにより、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃが蓄電装置１２の電圧Ｖｂに向けて増加し始める。
【００４０】
その後の時刻ｔ３においてコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃと蓄電装置１２の電圧Ｖｂとの差の大きさ（絶対値）が所定電圧以下となると、残りの負極充電リレーＲ２が閉じられて充電器２００と蓄電装置１２とが電気的に接続される。この際、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃがほぼ蓄電装置１２の電圧ＶｂとなるまでコンデンサＣ１がプリチャージされているため、蓄電装置１２からコンデンサＣ１に向けて突入電流が流れることが防止される。
【００４１】
以上のように、本実施の形態による制御装置２５０は、外部充電の開始時に、蓄電装置１２と充電器２００とが電気的に接続されていない状態（負極充電リレーＲ２が開いた状態）で充電器２００を作動してコンデンサＣ１のプリチャージ（充電）を行ない、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃと蓄電装置１２の電圧Ｖｂとの差の大きさが所定電圧以下となった場合に正極充電リレーＲ１および負極充電リレーＲ２の双方を閉じた状態にして蓄電装置１２と充電器２００とを電気的に接続する。これにより、プリチャージ回路（プリチャージ抵抗およびプリチャージリレーなど）を用いることなく、突入電流を防止しながらコンデンサＣ１のプリチャージを行なうことができる。
【００４２】
＜変形例１＞
上述の実施の形態においては、正極充電リレーＲ１を閉じた後に充電器２００を作動してコンデンサＣ１のプリチャージを行ない、プリチャージ後に負極充電リレーＲ２を閉じる例について説明した。
【００４３】
しかしながら、正極充電リレーＲ１および負極充電リレーＲ２の少なくとも一方が開いた状態で充電器２００を作動してコンデンサＣ１のプリチャージを行ない、プリチャージ後に正極充電リレーＲ１および負極充電リレーＲ２の双方を閉じるものであれば、正極充電リレーＲ１および負極充電リレーＲ２を閉じる動作は、上記の態様に限定されない。
【００４４】
たとえば、負極充電リレーＲ２を閉じた後に充電器２００を作動してコンデンサＣ１のプリチャージを行ない、プリチャージ後に正極充電リレーＲ１を閉じるようにしてもよい。また、正極充電リレーＲ１および負極充電リレーＲ２の双方が開いた状態で充電器２００を作動してプリチャージを行ない、プリチャージ後に正極充電リレーＲ１および負極充電リレーＲ２の双方を閉じるようにしてもよい。
【００４５】
＜変形例２＞
上述の実施の形態においては、外部電源５００が交流電源であり、充電器２００が外部電源５００から供給される交流を直流に変換して蓄電装置１２に出力する例について説明した。
【００４６】
しかしながら、外部電源５００は、必ずしも交流電源に限定されるものではなく、直流電源であってもよい。この場合、充電器２００は、車外の直流電源から供給される直流の電圧を、蓄電装置１２を充電可能な電圧に変換して前記蓄電装置１２に出力するようにすればよい。
【００４７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４８】
１０  車両、１２  蓄電装置、１３，４４  電圧センサ、１５  充電リレー、４０  インレット、２００  充電器、２０５  フィルタ回路、２１０  ＰＦＣ回路、２１５  インバータ、２２０  絶縁トランス、２２５  整流回路、２５０  制御装置、５００  外部電源、５１０  コネクタ、Ｃ１  コンデンサ、Ｎ１，Ｐ１  接続ノード、ＮＬ  負極電力線、ＰＬ  正極電力線、Ｒ１  正極充電リレー、Ｒ２  負極充電リレー。
【図１】
2020120552.tif 000003
【図２】
2020120552.tif 000004
【図３】
2020120552.tif 000005