(57)【要約】【課題】充電制御ユニットの追従性を高め、安全にバッテリーの急速充電を行うことができる車載充電ユニットを提供する。【解決手段】本発明に係る車載充電ユニット１Ａは、バッテリー３の状態に関するバッテリー状態データを送信するバッテリー制御ユニット７と、バッテリー状態データに基づいて生成した充電指令データを送信する充電制御ユニット８と、少なくともバッテリー制御ユニット７および充電制御ユニット８をノードとし、両ユニット７、８間のデータの送受信を可能にする第１ＣＡＮ通信ライン１０と、充電制御ユニット８と車両外部に設置された設置型充電器２との間のデータの送受信を可能にする、第２ＣＡＮ通信ライン１１とを備え、設置型充電器２から充電状況データが送信されると、該充電状況データに基づいて充電制御ユニット８が充電指令データを変化させ得るよう構成されている。【選択図】図１
2012050156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両外部に設置された設置型充電器から供給される電力を用いて、前記車両に搭載されたバッテリーを充電する車載充電ユニットであって、
前記バッテリーを監視して、該バッテリーの状態に関するバッテリー状態データを送信するバッテリー制御ユニットと、
前記バッテリー状態データを受信し、該バッテリー状態データに基づいて生成した充電指令データを送信する充電制御ユニットと、
少なくとも前記バッテリー制御ユニットおよび前記充電制御ユニットをノードとし、前記バッテリー制御ユニットと前記充電制御ユニットとの間でのデータの送受信を可能にする第１ＣＡＮ通信ラインと、
前記充電制御ユニットと前記設置型充電器とを接続し、前記充電制御ユニットと前記設置型充電器との間でのデータの送受信を可能にする、前記第１ＣＡＮ通信ライン以上のデータ転送レートを有する高速通信ラインと、を備え、
前記設置型充電器から、前記充電指令データにしたがって行われている充電の実行状況に関する充電状況データが送信されると、前記充電制御ユニットが、前記高速通信ラインを介して前記充電状況データを受信するとともに、該充電状況データに基づいて前記充電指令データを変化させ得るようにしたことを特徴とする車載充電ユニット。
【請求項２】
前記高速通信ラインが、第２ＣＡＮ通信ラインであることを特徴とする請求項１に記載の車載充電ユニット。
【請求項３】
前記充電制御ユニットは、前記充電状況データとして、前記設置型充電器の故障情報および接続情報と、前記設置型充電器から出力されている充電電圧および充電電流の値とを含む情報を前記設置型充電器から受信することを特徴とする請求項１または２に記載の車載充電ユニット。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の車載充電ユニットと、
前記充電制御ユニットに対し前記高速通信ラインを介して前記充電状況データを送信する設置型充電器と、
を備えたことを特徴とする充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両外部に設置された設置型充電器から供給される電力を用いて、前記車両に搭載されたバッテリーを充電する車載充電ユニットおよび該車載充電ユニットを備えた充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車には、走行用モーターのみを用いて走行するタイプと、走行用モーターとエンジンとを併用して走行するタイプとがある。
いずれのタイプの電気自動車においても、走行用モーターに供給するための電力を蓄えるバッテリーが備えられ、バッテリーの残存容量（ＳＯＣ）が低下した場合には、車両外部から供給される電力や、走行用モーターを回生制御することにより得た電力等を用いてバッテリーを充電する必要がある。
【０００３】
車両外部から供給される電力を用いてバッテリーを充電する手法は、車両に搭載された車載充電器を用いる手法と、充電ステーション等にある設置型充電器（発電機能を有するもの、運搬可能なものを含む）を用いる手法とに大別される。
このうち前者の手法においては、車載充電器と家庭用コンセントとを接続し、車載充電器によりＡＣ１００Ｖを例えばＤＣ２００Ｖに変換し、ＤＣ２００Ｖの電力で比較的ゆっくりとバッテリーを充電する。
一方、後者の手法においては、設置型充電器により例えばＡＣ２００ＶをＤＣ４００Ｖに変換し、ＤＣ４００Ｖの電力でバッテリーを急速充電する。
【０００４】
後者の手法により充電を行う充電システムとしては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。
図２に示すように、この充電システム１００は、走行用モーター５を駆動するインバーター４に電源ライン１２、１３を介して直流電力を供給するバッテリー３と、バッテリー３を制御するとともに、バッテリー３の状態（電圧、ＳＯＣ、温度等）に関するバッテリー状態データを送信するバッテリー制御ユニット７と、受信したバッテリー状態データに基づいて生成した充電指令データ（例えば、充電電流指令値）を送信する充電制御ユニット８と、バッテリー制御ユニット７、充電制御ユニット８、充電器２、インバーター４および車両制御ユニット６等をノードとするＣＡＮ（Controller Area Network）通信ライン１０とを備える。
【０００５】
ＣＡＮ通信ライン１０および電源ライン１２、１３は、車両外部に現れたコネクタ部９を介して車両内部から引き出され、設置型充電器２に接続されている。
設置型充電器２は、充電制御ユニット８が送信した充電指令データを受信し、受信した充電指令データに基づいてバッテリー３を充電するほか、自己診断機能により取得した自己の故障情報や、設置型充電器２からバッテリー３に向けて出力されている充電電流の値等に関するデータ（以下、「充電状況データ」という）を送信する。
充電制御ユニット８は、ＣＡＮ通信ライン１０（１０’）を介して受信した充電状況データやバッテリー状態データに基づいて、充電を停止させたり、充電指令データを変化させたりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−７７５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電気自動車の分野では充電時間の更なる短縮が課題であり、これを解決すべく設置型充電器２の高出力化が進められている。
しかしながら、設置型充電器２を高出力化すると、バッテリー３の状態（電圧、ＳＯＣ、温度等）や設置型充電器２の状態（故障の有無）が急激に変化し、充電制御ユニット８がこの変化に追従できないためにバッテリー３の劣化、場合によっては破損、コネクタ部９の溶断、火災等が発生するおそれがあるという別の問題が発生してしまう。
【０００８】
そこで、近年では、バッテリー３や設置型充電器２の状態を検知する頻度、すなわちバッテリー状態データや充電状況データの送受信頻度を高めることにより充電制御ユニット８の追従性を高め、より早期に充電を停止させたり、充電指令データを変化させたりすることが検討されている。
【０００９】
しかしながら、前記の通り、ＣＡＮ通信ライン１０（１０’）は多数のノードを含んでおり、ＣＡＮ通信ライン１０（１０’）を介して送受信されるデータの量は膨大であるため、バッテリー状態データや充電状況データの送受信頻度を高くすると、その分だけ他のデータの送受信頻度が低下して、他の制御に支障をきたすおそれがある。
また、ＣＡＮ通信ライン１０（１０’）のデータ転送レートを上げると、エラーによるデータの再送信が頻発して、データ転送レートがかえって低下するおそれがある。すなわち、従来の充電システム１００において、充電制御ユニット８の追従性を高めるのは非常に困難であった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、充電制御ユニットの追従性を高め、バッテリーの劣化を防止しながら安全にバッテリーの充電を行うことができる車載充電ユニットおよび該車載充電ユニットを備えた充電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る車載充電ユニットは、車両外部に設置された設置型充電器から供給される電力を用いて、車両に搭載されたバッテリーを充電する車載充電ユニットであって、
バッテリーを監視して、該バッテリーの状態に関するバッテリー状態データを送信するバッテリー制御ユニットと、バッテリー状態データを受信し、該バッテリー状態データに基づいて生成した充電指令データを送信する充電制御ユニットと、少なくともバッテリー制御ユニットおよび充電制御ユニットをノードとし、バッテリー制御ユニットと充電制御ユニットとの間でのデータの送受信を可能にする第１ＣＡＮ通信ラインと、
充電制御ユニットと設置型充電器とを接続し、充電制御ユニットと設置型充電器との間でのデータの送受信を可能にする、第１ＣＡＮ通信ライン以上のデータ転送レートを有する高速通信ラインとを備え、
設置型充電器から、充電指令データにしたがって行われている充電の実行状況に関する充電状況データが送信されると、充電制御ユニットが、高速通信ラインを介して充電状況データを受信するとともに、該充電状況データに基づいて充電指令データを変化させ得るようにしたことを特徴とする。
【００１２】
この構成では、第１ＣＡＮ通信ラインではなく、高速通信ラインによって充電制御ユニットと設置型充電器とが接続されており、この高速通信ラインを介して充電制御ユニットと設置型充電器との間でデータの送受信が行われる。
したがって、この構成によれば、第１ＣＡＮ通信ラインを介して行われる他の制御に支障をきたすことなく、充電状況データおよび充電指令データの送受信頻度を高めることができる。すなわち、充電制御ユニットの追従性を高めて、バッテリーの劣化を防止しながら安全にバッテリーの急速充電を行うことができる。
【００１３】
上記高速通信ラインは、第２ＣＡＮ通信ラインであることが好ましい。
【００１４】
通常、設置型充電器は、ＣＡＮの規格の下でデータを送受信するためのコントローラーと、第１ＣＡＮ通信ラインに接続するための接続用通信ラインとを有している。
したがって、この構成によれば、既存のコントローラーと接続用通信ラインを活用して設置型充電器と充電制御ユニットとの間のデータの送受信が実現されるので、設置型充電器自体の変更を最小限に抑えることができ、本発明に係る車載充電ユニットの導入が容易となる。
また、第２ＣＡＮ通信ラインのノードを充電制御ユニットおよび設置型充電器のみとすれば、充電指令データおよび充電状況データの送受信頻度を高めても、他のデータの送受信が妨げられることはない。
【００１５】
また、上記充電制御ユニットは、充電状況データとして、設置型充電器の故障情報および接続情報と、設置型充電器から出力されている充電電圧および充電電流の値とを含む情報を設置型充電器から受信することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、設置型充電器の故障情報および接続情報のほかに、設置型充電器からバッテリーに向けて出力されている充電電圧および充電電流の値が充電状況データに含まれているので、充電制御ユニットは、高速通信ラインを介して受信可能なこれらの値に基づいて、バッテリーに異常が発生しているか否かの兆候を早期につかむことができる。
すなわち、この構成によれば、バッテリー状態データの代替として利用可能な情報が充電状況データに含まれているので、バッテリー状態データの送受信頻度が従来のままでも、バッテリーの異常の兆候を早期につかんで、充電を停止する等の措置をとることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、充電制御ユニットの追従性を高め、バッテリーの劣化を防止しながら安全にバッテリーの充電を行うことができる車載充電ユニットおよび該車載充電ユニットを備えた充電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る充電システムのブロック図である。
【図２】従来の充電システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る車載充電ユニットおよび充電システムの好ましい実施形態について説明する。
【００２０】
［構成］
図１は、本発明に係る車載充電ユニットおよび充電システムのブロック図である。
同図に示すように、充電システム１は、車両に搭載された車載充電ユニット１Ａと、設置型充電器２とを有する。
車載充電ユニット１Ａは、走行用モーター５を駆動するインバーター４に電源ライン１２、１３を介して直流電力を供給するバッテリー３と、バッテリー３の近傍に配置されたバッテリー制御ユニット７と、充電制御ユニット８と、バッテリー制御ユニット７、充電制御ユニット８、インバーター４および車両制御ユニット６等をノードとする第１ＣＡＮ通信ライン１０と、充電制御ユニット８および設置型充電器２を接続する高速通信ライン１１とを備える。
【００２１】
高速通信ライン１１および電源ライン１２、１３は、車両外部に現れたコネクタ部９を介して車両内部から引き出され、設置型充電器２に接続されている。
より詳しくは、高速通信ライン１１は、設置型充電器２に一端が接続された高速通信ライン１１’の他端にコネクタ９ａを介して接続され、電源ライン１２、１３は、設置型充電器２に一端が接続された電源ライン１２’、１３’の他端にコネクタ９ｂ、９ｃを介して接続されている。
【００２２】
バッテリー制御ユニット７は、一般に「ＢＣＵ」と呼ばれているもので、バッテリー３の状態（電圧、ＳＯＣ、温度等）を制御・監視し、該状態に関するバッテリー状態データを所定フォーマットのデータフレームとして第１ＣＡＮ通信ライン１０に送信する。
【００２３】
充電制御ユニット８は、一般に「ＯＢＣ＿ＣＵ（または、ＯＢＣ）」と呼ばれているもので、第１ＣＡＮ通信ライン１０のバッテリー状態データを受信するとともに、該バッテリー状態データに基づいて充電指令データを生成し、生成した充電指令データを所定フォーマットのデータフレームとして高速通信ライン１１に送信する。充電指令データには、例えば、充電電流の指令値が含まれている。
【００２４】
また、充電制御ユニット８は、高速通信ライン１１を介して充電状況データを受信するとともに、該充電状況データに基づいて充電指令データを変化させる。
後述するが、充電状況データには設置型充電器２の故障情報や、設置型充電器２からバッテリー３に向けて出力されている充電電流の値に関する情報等の充電の実行状況に関する各種情報が含まれている。
充電制御ユニット８は、バッテリー３が故障・劣化したり、火災等の事故が起こったりすることがないように、これらの情報に基づいて充電指令データを変化させる。
例えば、設置型充電器２の充電電流が予想値よりも高い場合は、バッテリー３の内部で何らかの異常が発生している可能性があることから、充電電流の指令値を下げるか、または０（充電停止）にする。
【００２５】
第１ＣＡＮ通信ライン１０は、ノード（インバーター４、車両制御ユニット６、バッテリー制御ユニット７、充電制御ユニット８等）間におけるデータの送受信を可能にする。図１と図２（従来技術）の比較から明らかなように、本発明に係る車載充電ユニット１Ａでは、設置型充電器２が第１ＣＡＮ通信ライン１０のノードとなっていない。この理由については、後で説明する。
【００２６】
高速通信ライン１１は、充電制御ユニット８および設置型充電器２の間のデータの送受信を可能にするもので、その通信方式は、データ転送レートを第１ＣＡＮ通信ライン１０のデータ転送レート以上とすることができる種々の通信方式から適宜選択することができる。
選択可能な通信方式としては、例えば、ＣＡＮ、ＦｌｅｘＲａｙがあるが、従来の設置型充電器２をそのまま活用するという観点から、本発明ではＣＡＮを選択することが好ましい。
【００２７】
通常、設置型充電器２は、ＣＡＮの規格の下でデータを送受信するためのコントローラーと、第１ＣＡＮ通信ライン１０のコネクタ９ａに接続可能な通信ライン１０’とを有している（図２参照）。
したがって、高速通信ライン１１の通信方式としてＣＡＮを選択すれば、従来の通信ライン１０’を第２ＣＡＮ通信ライン１１’として活用することができ、かつコネクタ９ａを第２ＣＡＮ通信ライン１１と１１’を接続するコネクタとして活用することができ、設置型充電器２自体の変更を最小限に抑えることができる。
また、設置型充電器２のコントローラーもそのまま活用することができ、無駄がない。
なお、コネクタ９ａを用いて車両側の第２ＣＡＮ通信ライン１１と設置型充電器２側の第２ＣＡＮ通信ライン１１’を接続する場合は、第１ＣＡＮ通信ライン１０を車両外部に引き出すことはできない。したがって、この場合は、設置型充電器２を第１ＣＡＮ通信ライン１０のノードとすることはできない。
【００２８】
設置型充電器２は、充電制御ユニット８が送信した充電指令データを受信し、受信した充電指令データに基づいてバッテリー３を充電する。
また、設置型充電器２は、バッテリー３に向けて出力している充電電流や充電電圧の値を検出するための検出手段を有し、検出した値を含む充電状況データを生成し、所定フォーマットのデータフレームとして第２ＣＡＮ通信ライン１１’（１１）に送信する。
充電状況データには、自己診断機能により取得した自己の故障情報や、車両側の電源ライン１２、１３と設置型充電器２側の電源ライン１２’、１３’との接続状態に関する情報（以下、「接続情報」という）も含まれている。
【００２９】
本発明の一実施形態では、充電状況データに、設置型充電器２の充電電圧、充電電流、および設置型充電器２の故障情報、接続情報が含まれているが、全部が含まれている必要はない。
また、バッテリー制御ユニット７、充電制御ユニット８および設置型充電器２は、上記以外のデータを送受信してもよい。
【００３０】
［充電フロー］
続いて、本発明に係る車載充電ユニット１Ａと、設置型充電器２とを用いて、バッテリー３を急速充電するフローについて説明する。
【００３１】
まず、設置型充電器２側の各ライン１１’、１２’、１３’と車両側の各ライン１１、１２、１３をコネクタ部９において接続すると、設置型充電器２は、接続が完了した旨のデータと、設置型充電器２の特性に関するデータとを第２ＣＡＮ通信ライン１１’（１１）に送信する。設置型充電器２の特性には、例えば、出力可能な最大電流、最大電圧の値が含まれる。
【００３２】
上記のデータを受信した充電制御ユニット８は、所定時間（例えば、１００ｍｓ）おきに送信されるバッテリー状態データを受信し、バッテリー３の状態（電圧、ＳＯＣ、温度等）と設置型充電器２の特性に基づいて、充電指令データを生成する。
充電制御ユニット８は、車両制御ユニット６からの充電開始指令を受けると、生成した充電指令データを第２ＣＡＮ通信ライン１１（１１’）に送信する。そして、設置型充電器２は、充電指令データに基づいて充電を開始する。
【００３３】
充電制御ユニット８は、上記所定時間おきに送信されるバッテリー状態データを受信し、充電が行われている間、最新のバッテリー状態データに基づいて充電指令データを更新し続ける。
【００３４】
充電中、設置型充電器２は、充電電圧、充電電流、故障情報および接続情報を含む充電状況データを生成し、所定時間（例えば、１ｍｓ）おきに最新の充電状況データを第２ＣＡＮ通信ライン１１’（１１）に送信する。
そして、最新の充電状況データを受信した充電制御ユニット８は、バッテリー３が故障・劣化したり、火災等の事故が起こったりすることがないように、充電指令データを変化させる。
例えば、設置型充電器２の充電電流が予想値よりも高い場合は、バッテリー３の内部で何らかの異常が発生している可能性があることから、充電電流の指令値を下げるか、または０（充電停止）にする。設置型充電器２の出力電圧が高過ぎたり、設置型充電器２が故障したり、コネクタ部９の接続が外れかかっていたりする場合も、充電制御ユニット８は、充電電流の指令値を下げる等する。
【００３５】
ここで、充電を停止するか否かを決定する権限は、本来、車両制御ユニット６が有しており、充電制御ユニット８はかかる権限を有していない。
しかしながら、充電制御ユニット８が異常発生を車両制御ユニット６に報告（送信）し、車両制御ユニット６からの指令を待って充電を停止させるのでは、汎用の第１ＣＡＮ通信ライン１０とは別に高速な第２ＣＡＮ通信ライン１１（１１’）を設けたメリットが損なわれてしまう。
そこで、本発明に係る車載充電ユニット１Ａでは、車両制御ユニット６の権限を充電制御ユニット８に一部委譲しておき、緊急性の高い異常が発生したり、その兆候をつかんだりした場合は、充電制御ユニット８が速やかに充電を停止させ得るようにしておくことが好ましい。
【００３６】
バッテリー３のＳＯＣまたは電圧値が所定値を超えると、車両制御ユニット６から充電制御ユニット８に充電停止指令がなされ、充電は停止する。
【００３７】
結局、本発明に係る車載充電ユニット１Ａによれば、充電制御ユニット８と設置型充電器２との間のデータの送受信が密になるので、バッテリー状態データを受信してから次のバッテリー状態データを受信するまでの間も、充電状況データを通じてバッテリー３等に関する最新の情報を頻繁に取得し、充電指令データを変化させることができる。
すなわち、本発明に係る車載充電ユニット１Ａおよび該車載充電ユニット１Ａを備えた充電システム１によれば、充電制御ユニット８の追従性を高めることができ、バッテリー３の劣化を防止しながら安全にバッテリー３を急速充電することができる。
【００３８】
以上、本発明に係る車載充電ユニットおよび充電システムの好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
例えば、本発明に係る充電システムは、車載充電器により比較的ゆっくりとバッテリーを充電する機能を有していてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１    充電システム
１Ａ    車載充電ユニット
２    設置型充電器
３    バッテリー
４    インバーター
５    モーター
６    車両制御ユニット
７    バッテリー制御ユニット
８    充電制御ユニット
９    コネクタ部
１０    第１ＣＡＮ通信ライン
１１    高速通信ライン（第２ＣＡＮ通信ライン）
１２、１３    電源ライン
【図１】
2012050156.tif 000003
【図２】
2012050156.tif 000004