JP6069646B2

JP6069646B2 - 充電装置

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Publication number: JP6069646B2
Application number: JP2012088977A
Authority: JP
Inventors: 佳則相川; 正悟稲森
Original assignee: Nitto Kogyo Corp
Current assignee: Nitto Kogyo Corp
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-04-10
Also published as: JP2013219939A

Description

本発明は、充電制御信号（ＣＰＬＴ信号）で制御される負荷機器の充電に用いる充電装置に関するものである。

ＣＰＬＴ信号（定格電流の大きさに応じて設定されるデューティーを有するパイロット信号）で充電制御が行われる負荷機器には、車載電池を備えた車両のうちモード２型の車両（例えば、特許文献１）の他、車椅子、電動自転車、電力貯蔵用の大型蓄電池等がある。これらの負荷機器１への充電には、図１に示すように、ＣＰＬＴ信号に基づいてリレー５を開閉制御する制御部３を内蔵した充電装置２が使用される。

該充電装置２の制御部３は、図２に示すように、ＣＰＬＴ信号を生成するＣＰＬＴ回路４の他、ＣＰＬＴ信号に基づいてリレー５に対し充電電路の開閉信号を送信する判定手段６、リレー５を挟んで電源側と負荷側の各々に配置された電圧検出部７からの信号に基づいてリレー５の開閉状態を検出する接点検出手段８を備えている。また、制御部３は、ＡＣ／ＤＣコンバータを有する電源部９を、内蔵または隣接して備えており、制御部３に対しては、外部交流電源を整流した直流電流が供給されている。

判定手段６は、前記のようにＣＰＬＴ信号に基づいてリレー５に対し充電電路の開閉信号を送信する他、接点検出手段８からリレー５の開閉状態を示す信号を受け取って前記開閉信号との整合性を判断し、溶着判定や不動作判定等のリレー５の状態判定を行い、制御部３の制御に対しリレー５が実際に動作しているかを監視している。動作が行われていない時には表示部１３にエラー表示を行う。

ところで、充電装置２に電力を供給する系統電源で、落雷事故や急激な電力需要量の増加等に起因する瞬時電圧低下（数十〜数百ｍｓ程度の電圧変動）が生じた場合において、所定値以上の瞬時電圧低下が１０〜２０ｍｓ以上継続すると、リレー５は、閉路状態が維持できなくなり開路する場合がある。これに対し、制御部３は、前記のように、ＡＣ／ＤＣコンバータを有する電源部９を内蔵または隣接して備えており、該ＡＣ／ＤＣコンバータはコンデンサ成分を含有するため、瞬時電圧低下の継続時間が２００〜３００ｍｓ程度までは、瞬時電圧低下の影響を受けない。したがって、所定値以上の瞬時電圧低下が１０〜２０ｍｓ以上継続してリレー５が開路した状態で、制御部３からは、リレー５に対し充電電路の閉路信号が送信され続けるケースが想定され、このような場合、判定手段６は、閉路信号に対してリレー５が動作しないという「不動作判定」を行う。

充電装置２では、安全確保の観点から、判定手段６が、「不動作判定」等のエラー判定を行った場合には、手動によってエラー判定解除の操作を行った後に、初めて、再度リレー５の閉路が可能なように設計されている。このため、従来、瞬時電圧低下に起因した「不動作判定」がなされた場合には、瞬時電圧低下から通常の電圧状態に回復後にも、手動によってエラー判定解除の操作を行うまでは、充電が再開されず不都合であるという問題があった。

図３は、負荷機器１が充電装置２に接続されたときの図１のＡ点のＣＰＬＴ信号の電位の変化を示すグラフを示している。図１に示す充電装置２では、充電ケーブルを負荷機器１に接続していない状態では、充電装置２のＡ点のＣＰＬＴ信号の電位が１２Ｖとなるよう設計されている。充電ケーブルを負荷機器１に接続すると、負荷機器側の充電制御回路１０の抵抗Ｒ２が抵抗Ｒ１と直列に接続されることとなるから分圧され、Ａ点の電位は９Ｖとなる。制御部３は、９Ｖの電位検出によって、負荷機器１が充電ケーブルに接続されたことを検知し、その後、制御部３が発振器１１を発振させて、ＣＰＬＴ信号は９Ｖ発振の状態となる。これによってパルス状の９Ｖが負荷機器側に入り、負荷機器側の充電制御回路１０が受電許可スイッチ１２をオンとする。ここで、受電許可スイッチ１２がオンになると同時に、抵抗Ｒ３の抵抗分圧によってＡ点の電位は６Ｖ発振に変化し、負荷機器側の受電準備が完了となる。制御部３はこの状態において、リレー５に対し充電電路の閉路信号を出力して負荷機器１に充電電圧を印加し、負荷機器側に搭載された電池への充電が可能となる。

ここで、瞬時電圧低下の継続時間が所定時間（例えば２００〜３００ｍｓ）以上継続した場合には、制御部３も瞬時電圧低下の影響を受け始め、ＣＰＬＴ信号の電位が低下し、充電装置２が誤ったエラー判定を行ったり、負荷機器１の充電制御に影響を与える恐れがある。例えば、９Ｖ発振の状態から負荷機器側の充電制御回路１０が受電許可スイッチ１２がオンになる前に６Ｖ発振となって、リレー５にオン信号を出力してしまったり、６Ｖ発振の状態において、ＣＰＬＴ信号が低下して充電装置２が不適格な負荷機器１と判定してしまう等、誤動作の危険性があるという問題があった。

特開２０１１-７２１０４号公報

本発明の目的は前記の問題を解決し、ＣＰＬＴ信号で制御される負荷機器の充電に用いる充電装置において、瞬時電圧低下の影響による予期せぬ誤動作を回避し、安定した充電制御を実現する技術を提供するものである。

上記課題を解決するためになされた本発明の充電装置は、ＣＰＬＴ信号を生成するＣＰＬＴ回路とＣＰＬＴ信号に基づいてリレーに対し開閉信号を送信する機能を持つ判定手段とを有する制御部と、判定手段の開閉信号により負荷機器への充電電路を開閉するリレーと、を備えた充電装置であって、該制御部は、更に、該充電装置に対して外部から供給される外部電源の電圧変動を検出する電圧変動検出手段と、該電圧変動検出手段が検出した電圧変動が閾値を超えた際に、前記リレーの状態判定を停止する誤動作回避手段と、ＣＰＬＴ信号の生成を停止する誤動作回避手段とを有し、かつ前記電圧変動検出手段により検出された電圧変動の継続時間に応じて、前記２つの誤動作回避手段の一方または双方を動作させることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、リレーを挟んで充電電路の電源側と負荷側の各々には、各々電圧検出部が配置され、
該判定手段は、更に、該電圧検出部からリレーの開閉状態を示す信号を受け取って、前記開閉信号との整合性に基づいてリレーの状態判定を行う機能を持ち、
誤動作回避手段が、判定手段におけるリレーの状態判定を停止することを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、該制御部は、更に、該電圧変動検出手段が検出した電圧変動が閾値内へ回復した際に、誤動作回避手段の機能を停止する回避機能停止手段を備えることを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、回避機能停止手段が、判定手段におけるリレーの状態判定を再開することを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、回避機能停止手段が、ＣＰＬＴ信号の生成を再開することを特徴とするものである。

本発明に係る充電装置は、制御部に、該充電装置に対して外部から供給される外部電源の電圧変動を検出する電圧変動検出手段と、該電圧変動検出手段が検出した電圧変動が閾値を超えた際に、リレーの状態判定を停止する誤動作回避手段と、ＣＰＬＴ信号の生成を停止する誤動作回避手段とを有し、かつ前記電圧変動検出手段により検出された電圧変動の継続時間に応じて、前記２つの誤動作回避手段の一方または双方を動作させる構成により、瞬時電圧低下の影響による予期せぬ誤動作を回避し、安定した充電制御を実現している。また、請求項２の発明によれば、瞬時電圧低下時には、判定手段におけるリレーの状態判定を停止することができ、請求項３の発明によれば、瞬時電圧低下から通常の電圧状態に回復後に充電を続行することができる。また、請求項４の発明によれば、瞬時電圧低下から通常の電圧状態に回復後には、別途エラー判定解除の操作によることなく、充電を再開することができる。請求項５の発明によれば、瞬時電圧低下から通常の電圧状態に回復後には、ＣＰＬＴ信号の生成再開により、充電を再開することができる。

従来のＣＰＬＴ信号で制御される負荷機器の充電に用いる充電装置のブロック図である。従来の充電装置中の制御部のブロック図である。充電状況ごとに図１のＡ点のＣＰＬＴ信号の電位の変化を示すグラフである。本発明のＣＰＬＴ信号で制御される負荷機器の充電に用いる充電装置のブロック図である。実施形態１の充電装置中の制御部のブロック図である。実施形態１において、通常時における充電開始制御を説明するフロー図である。実施形態１において、通常時における充電終了制御を説明するフロー図である。実施形態１において、電圧変動の閾値超過時における充電制御を説明するフロー図である。実施形態２の充電装置中の制御部のブロック図である。実施形態２において、電圧変動の閾値超過時における充電制御を説明するフロー図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。本発明は、ＣＰＬＴ信号（定格電流の大きさに応じて設定されるデューティーを有するパイロット信号）で制御される負荷機器の充電に用いる充電装置に関するものであり、負荷機器の種類は特段限定されないが、以下の実施形態では、ＣＰＬＴ信号で制御される車両（いわゆる、モード２型の車両）の例で説明を行う。

モード２型の車両の充電には、図４に示すように、ＣＰＬＴ信号に基づいてリレー５を開閉制御する制御部を内蔵した充電装置２が使用される。

（実施形態１）
図５に示す第１の実施形態の制御部３０は、図２に示す従来技術と同様に、ＣＰＬＴ信号を生成するＣＰＬＴ回路４の他、ＣＰＬＴ信号に基づいてリレー５に対し充電電路の開閉信号を送信する判定手段６と、リレー５を挟んで電源側と負荷側の各々に配置された電圧検出部７と、電圧検出部７の計測結果（有電圧／無電圧）に基づいてリレー５の開閉状態を検出する接点検出手段８とを備えている。また、制御部３０に隣接して外部交流電源を整流した直流電流を制御部３０に供給する電源部９と、充電状態の表示、エラー表示等を行う表示部１３を備えている。なお、接点検出手段８は、判定手段６にて電圧検出部７の計測結果に基づいてリレー５の開閉状態を判定するものであってもよい。

本発明の充電装置２に係る制御部３０は、図５に示すように、充電装置２に対して外部から供給される外部電源の電圧変動を検出する電圧変動検出手段１４と、該電圧変動検出手段１４が検出した電圧変動が閾値を超えた際に、充電装置の誤動作を回避する誤動作回避手段１５、１６を備えている。本実施形態の誤動作回避手段は、判定手段６におけるリレー５の状態判定を停止する機能を有する誤動作回避手段１５と、ＣＰＬＴ回路４におけるＣＰＬＴ信号の生成を停止する誤動作回避手段１６とから構成されている。すなわち、誤動作回避手段１５により、電圧変動の影響で実際には発生していない接点溶着判定や不動作判定を回避する。誤動作回避手段１６は、電圧変動の影響でＣＰＬＴ信号の電位が低下し、充電装置２が誤ったエラー判定を行ったり、車両の充電制御に影響を与えること回避する。また、判定手段６には誤動作回避手段１５、１６によって停止されていた機能を再開させる回避機能停止手段１７を備えている。

電圧変動検出手段１４における外部電源の電圧検出は、本実施形態では、制御部３０へ電源を供給する電源部９の電圧値を用いて行っているが、電圧検出部７の電源側の電圧値を用いることも可能である。本実施形態では、電圧変動が閾値（例えば定格の±３０％）を超えた場合には変動信号が、電圧変動が閾値を下回った場合には回復信号が、各々、判定手段６に出力される。当該電圧変動の検出は、７０〜２００ｍｓ秒程の瞬時電圧低下に対応するものである。

ＣＰＬＴ回路４は従来同様に、車両の接続状態に応じたＣＰＬＴ信号を生成して、常時、判定手段６に出力を行っている。ＣＰＬＴ信号は車両が非接続の状態では、内部抵抗Ｒ１によりＡ点のＣＰＬＴ信号の電位が１２Ｖ定電圧となり、車両が接続されると車両内部抵抗Ｒ２により分圧して９Ｖ定電圧となるように調整されている。車両用充電装置側が充電可能な状態（タイマ制御なし・契約電流の問題なし等の条件を満たす場合）であれば、ＣＰＬＴ信号を発振させて９Ｖ発振となる。続いて、車両側の充電許可スイッチ１２が投入されるとＲ３との分圧により６Ｖ発振に移行する。判定手段６はこの状態において、リレー５に対し充電電路の閉路信号を出力し、充電電路に電圧が印加され、車両に搭載された車載電池への充電が可能な状態となる（以下、モード２制御という）。

判定手段６は、前記のようにＣＰＬＴ信号に基づいてリレー５に対し充電電路の開閉信号を送信する他、接点検出手段８からリレー５の開閉状態を示す信号を受け取って前記開閉信号との整合性を判断し、常に表１に示すようなリレー５の状態判定を行っている。

図６に示すように、本実施形態では、モード２制御の開始後、リレー５の閉路前に状態判定を行い、ここで表１の状態ａに示すように、リレー５を挟んで電源側と負荷側の各々に配置された電圧検出部７の測定結果が、判定手段６からリレー５に対し充電電路の閉路信号が送信されている状態下において、電源側で有電圧かつ負荷側で無電圧となっている場合、リレー５が溶着しておらず、正常状態にあると判定される。なお、電源側で有電圧かつ負荷側で有電圧の状態ｂのリレー５が溶着と判定がなされた場合には、ＣＰＬＴ信号は発振されず、モード２制御が中止されるとともに、表示部１３にエラー表示がなされる。

リレー５の閉路前の状態判定で、リレー５が正常状態にあると判定された場合には、続いて、モード２制御を経てリレー５が閉路される。すなわち、ＣＰＬＴ信号が６Ｖに移行すると、判定手段６はリレー５に対し充電電路の閉路信号を送信する。その後リレー５を挟んで電源側と負荷側の各々に配置された電圧検出部７の測定結果が、接点検出手段８を介して判定手段６に送信されて、リレー５の状態判定が行われる。この時、表１の状態ｃに示すように、電圧検出部７の測定結果が、電源側および負荷側の双方で有電圧となっている場合、リレー５が閉路信号によって動作しており、正常状態にあると判定される。なお、閉路信号を送信した後に状態ｄのように電源側が有電圧、負荷側が無電圧となっている場合には、閉路信号によってリレー５が動作しない不動作判定がなされ、表示部１３にエラー表示がなされる。この場合には、充電装置２はＣＰＬＴ信号の発振を停止してモード２制御を中止する。

図７に示すように、充電中止又は満了時には、車両側の充電制御回路１０が受電許可スイッチ１２を開放する。これに伴いＣＰＬＴ信号が９Ｖ発振となり、判定手段６からリレー５に対して開路信号が出力されて、リレー５が開路する。ここで、リレー５の状態判定において、表１の状態ａに示すように、リレー５を挟んで電源側と負荷側の各々に配置された電圧検出部７の測定結果が、判定手段６からリレー５に対し充電電路の開路信号が送信されている状態下において、電源側で有電圧かつ負荷側で無電圧となっている場合、リレー５が溶着しておらず、正常状態にあると判定される。なお、状態ｂの判定がなされた場合には、接点が溶着しており表示部１３にエラー表示がなされる。

一方、図８に示すように本実施形態において閾値（例えば定格の±３０％）を超える電圧変動を電圧変動検出手段１４で検出した場合には（ＳＴ１）、電圧変動検出手段１４から変動信号が出力される（ＳＴ２）。該変動信号は、判定手段６の誤動作回避手段１５に伝達されて、上記したリレー５の状態判定機能を停止する（ＳＴ３）。これにより、瞬時電圧低下によりリレー５が開路したとしても電圧検出部７の測定結果と判定手段６のリレー５に対する開閉信号との間に不一致による不動作判定（エラー判定）を回避することができる。

リレー５の状態判定機能を停止した後、電圧変動が所定時間内に回復した場合には（ＳＴ４）、電圧変動検出手段１４から回復信号が出力される（ＳＴ５）。この時判定手段６は閉路信号を出力し続けているため、リレー５は閉路状態となる（ＳＴ６）。続いて、判定手段６は回避機能停止手段１７は誤動作回避手段１５によって停止されていたリレー５の状態判定機能を再開させる（ＳＴ７）。これにより、再度モード２制御を行うことなく充電を続行することができる。なお、前記所定時間は、制御部３０が瞬時電圧低下の影響により停止する時間（例えば２００〜３００ｍｓ）より短いものとする。

一方、閾値を超える電圧変動が前記所定時間以上継続した場合には、制御部３０に供給される電圧も低下する。これによりＣＰＬＴ回路で生成されるＣＰＬＴ信号の電位が影響を受ける場合がある。電圧変動の影響を受けたＣＰＬＴ信号により、充電装置２が誤ったエラー判定を行ったり、車両の充電制御に影響を与える恐れがあるため、誤動作回避手段１６は電圧変動を検出した所定時間後にＣＰＬＴ信号を一時的に０Ｖにする制御を行う（ＳＴ８）。

その後、電圧変動が閾値内に回復したことを電圧変動検出手段１４が検出すると（ＳＴ９）、電圧変動検出手段１４から回復信号が判定手段６に出力される（ＳＴ１０）。該回復信号が伝達されると、回避機能停止手段１７はＣＰＬＴ回路４を制御して電位が１２Ｖ定電圧のＣＰＬＴ信号を生成させる（ＳＴ１１）。
ここで、充電装置２には車両が接続されたままの状態となっているため、１２ＶのＣＰＬＴ信号は、車両内部抵抗Ｒ２により分圧して９Ｖとなる。以下、通常のモード２制御のプロセスを経て、車載電池への充電が再開される（ＳＴ１２）。なお、長時間の停電や電圧変動が継続した場合に電圧変動検出手段１４が電源復帰を検出を可能とするために、制御部３内にコンデンサや電池等の蓄電手段を設けておくことが好ましい。

（実施形態２）
図９は第２の実施形態の制御部４０のブロック図を示している。該制御部４０に、ＣＰＬＴ信号を生成するＣＰＬＴ回路４の他、ＣＰＬＴ信号に基づいてリレー５に対し充電電路の開閉信号を送信する判定手段６、充電装置２に対して外部から供給される外部電源の電圧変動を検出する電圧変動検出手段１４と、該電圧変動検出手段が検出した電圧変動が閾値を超えた際に、ＣＰＬＴ回路４におけるＣＰＬＴ信号の生成を停止する誤動作回避手段１６を備える点、誤動作回避手段１６によって停止されていたＣＰＬＴ信号の生成を再開させる回避機能停止手段１７を備える点、および、制御部４０に隣接して、外部交流電源を整流した直流電流を制御部４０に供給する電源部９と、充電状態の表示、エラー表示等を行う表示部１３を備える点は、図５に示す実施形態１と同様である。一方、電圧検出部７の計測結果（有電圧／無電圧）に基づいてリレー５の開閉状態を検出する接点検出手段８を備えていない点、リレー５の状態判定を停止する機能を有する誤動作回避手段１５を備えていない点で異なっている。

本実施形態においてもＣＰＬＴ回路４は実施形態１と同様に、電圧変動のない通常時は、通常のモード２制御が行われる。

一方、電圧変動が生じると制御部３０に供給される電圧が低下し、ＣＰＬＴ回路４で生成されるＣＰＬＴ信号の電位が電圧変動の影響を受ける場合がある。電圧変動の影響を受けたＣＰＬＴ信号が車両側の充電制御回路１０に入力されると、電圧変動が収束するまで一端充電を中止する。誤動作回避手段１６は、判定手段６によりＣＰＬＴ回路を制御してＣＰＬＴ信号の生成を一時的に停止する機能として構成されていて、電圧変動の影響でＣＰＬＴ信号の電位が低下し、充電装置２が誤ったエラー判定を行ったり、車両の充電制御に影響を与えること回避する。

本実施形態において、図１０に示すように、閾値を超える電圧変動を電圧変動検出手段１４で検出すると（ＳＴ１０１）、電圧変動検出手段１４から変動信号を判定手段６の誤動作回避手段１６に出力される（ＳＴ１０２）。判定手段６の誤動作回避手段１６は、外部電源の電圧降下に起因してＣＰＬＴ信号の電位に影響が出る危険性を回避するために、電圧変動を検出した所定時間後にＣＰＬＴ信号を一時的に０Ｖにする制御を行う（ＳＴ１０３）。ＣＰＬＴ信号が０Ｖとなると、判定手段６はリレー５に対する開路信号を生成して送信し、リレー５が開いて車載電池への充電が停止する（ＳＴ１０４）。なお、前記所定時間は、制御部３０が瞬時電圧低下の影響により停止する時間（例えば２００〜３００ｍｓ）より短いものとする。

その後、電圧変動が閾値内に回復したことを電圧変動検出手段１４で検出すると（ＳＴ１０５）、電圧変動検出手段１４から回復信号が出力される（ＳＴ１０６）。該回復信号が判定手段６に伝達されると、判定手段６の回避機能停止手段１７はＣＰＬＴ回路４を制御して１２Ｖの定電位を有するＣＰＬＴ信号の生成を再開する（ＳＴ１０７）。

ここで、充電装置２には車両が接続されたままの状態となっているため、１２ＶのＣＰＬＴ信号は、車両内部抵抗Ｒ２により分圧して９Ｖとなる。以下、通常のモード２制御と同様のプロセスを経て、車載電池への充電が再開される（ＳＴ１０８）。なお、長時間の停電や電圧変動が継続した場合に電圧変動検出手段１４が電源復帰を検出を可能とするために、制御部３内にコンデンサや電池等の蓄電手段を設けておくことが好ましい。

１負荷機器
２充電装置
３制御部
４ＣＰＬＴ回路
５リレー
６判定手段
７電圧検出部
８接点検出手段
９電源部
１０充電制御回路
１１発振器
１２受電許可スイッチ
１３表示部
１４電圧変動検出手段
１５誤動作回避手段
１６誤動作回避手段
３０制御部
４０制御部

Claims

ＣＰＬＴ信号を生成するＣＰＬＴ回路とＣＰＬＴ信号に基づいてリレーに対し開閉信号を送信する機能を持つ判定手段とを有する制御部と、
判定手段の開閉信号により負荷機器への充電電路を開閉するリレーと、を備えた充電装置であって、
該制御部は、更に、該充電装置に対して外部から供給される外部電源の電圧変動を検出する電圧変動検出手段と、
該電圧変動検出手段が検出した電圧変動が閾値を超えた際に、前記リレーの状態判定を停止する誤動作回避手段と、ＣＰＬＴ信号の生成を停止する誤動作回避手段とを有し、
かつ前記電圧変動検出手段により検出された電圧変動の継続時間に応じて、前記２つの誤動作回避手段の一方または双方を動作させることを特徴とする充電装置。
リレーを挟んで充電電路の電源側と負荷側の各々には、各々電圧検出部が配置され、
該判定手段は、更に、該電圧検出部からリレーの開閉状態を示す信号を受け取って、前記開閉信号との整合性に基づいてリレーの状態判定を行う機能を持ち、
誤動作回避手段が、判定手段におけるリレーの状態判定を停止することを特徴とする請求項１記載の充電装置。
該制御部は、更に、該電圧変動検出手段が検出した電圧変動が閾値内へ回復した際に、誤動作回避手段の機能を停止する回避機能停止手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の充電装置。
回避機能停止手段が、判定手段におけるリレーの状態判定を再開することを特徴とする請求項３記載の充電装置。
回避機能停止手段が、ＣＰＬＴ信号の生成を再開することを特徴とする請求項３記載の充電装置。