JP6801332B2

JP6801332B2 - 充電器

Info

Publication number: JP6801332B2
Application number: JP2016186775A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　智之; 智之伊藤; 悟士山本; 慎司広瀬; 宏昌吉澤; 和寛新村
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2036-09-26
Also published as: JP2018057068A

Description

本発明は、充電器の正極電源線と負極電源線が短絡しているか否かを判定する技術に関する。

例えば、ユーザなどが充電器の外観を確認したり充電器の正極電源線と負極電源線との間の抵抗値を測定したりすることにより、正極電源線と負極電源線が短絡しているか否かを判定している。

関連する技術として、例えば、特許文献１、２がある。

特許第０５４０１３３３号特開２０１０−０１９６０３号公報

しかしながら、上述のように、ユーザなどが充電器の正極電源線と負極電源線の短絡の有無を判定する場合では、その判定結果の信頼性が人為的ミスなどによって低くなるおそれがある。

本発明の一側面に係る目的は、充電器の正極電源線と負極電源線が短絡しているか否かの判定結果の信頼性を向上させることである。

本発明に係る一つの形態である充電器は、電池パック側正極電源線と接続される充電器側正極電源線と、電池パック側負極電源線と接続される充電器側負極電源線と、電池パック側接続検知線と接続される充電器側接続検知線と、スイッチと、電源部と、接続検知部とを備える。

スイッチは、充電器側接続検知線と充電器側正極電源線を切断または接続する。
電源部は、スイッチにより充電器側接続検知線と充電器側正極電源線が切断されているときに、電池パック側負極電源線と充電器側負極電源線が接続されるとともに、電池パック側接続検知線と充電器側接続検知線が接続されると、充電器側接続検知線から電池パック側接続検知線及び電池パック側負極電源線を介して充電器側負極電源線に電流を流す。

接続検知部は、スイッチにより充電器側接続検知線と充電器側正極電源線を切断させているときに、充電器側接続検知線に電流が流れると、電池パック側負極電源線と充電器側負極電源線が接続されたことを検知する。

また、接続検知部は、スイッチにより充電器側接続検知線と充電器側正極電源線を接続させたときに、充電器側接続検知線に電流が流れると、充電器側正極電源線と充電器側負極電源線が短絡していると判定する。

本発明によれば、充電器の正極電源線と負極電源線が短絡しているか否かの判定結果の信頼性を向上させることができる。

実施形態の充電器の一例を示す図である。接続検知時の電流の流れを示す図である。短絡判定時の電流の流れを示す図である。制御部の動作の一例を示すフローチャートである。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の充電器の一例を示す図である。
図１に示す充電器１は、充電プラグＰｇと、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと、充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃと、充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃと、逆流防止ダイオードＤｉ１と、逆流防止ダイオードＤｉ２と、スイッチＳＷと、電力変換部１１と、電源部１２と、接続検知部１３と、表示部１４とを備える。

充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃは、充電プラグＰｇが電池パック２に接続されると、電池パック２に備えられる電池パック側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｂに接続される。電池パック側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｂは、電池パック２に備えられる電池Ｂの正極端子と接続されている。なお、電池Ｂは、例えば、１つ以上のリチウムイオン電池、１つ以上のニッケル水素電池、または、１つ以上の電気二重層コンデンサにより構成される。

充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃは、充電プラグＰｇが電池パック２に接続されると、電池パック２に備えられる電池パック側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｂに接続される。電池パック側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｂは、リレーＲｅ＿Ｂを介して電池Ｂの負極端子と接続されている。なお、リレーＲｅ＿Ｂは、図１に示すように電池Ｂの負極端子に直列接続されていてもよいし、電池Ｂの正極端子に直列接続されていてもよい。

充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃは、充電プラグＰｇが電池パック２に接続されると、電池パック２に備えられる電池パック側接続検知線ＤＥＴ＿Ｂに接続される。電池パック側接続検知線ＤＥＴ＿Ｂは、抵抗Ｒ＿Ｂを介して電池パック側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｂに接続されている。

なお、充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃのみが設けられる充電プラグＰｇが、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃ及び充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが設けられる充電プラグＰｇとは別に構成されてもよい。

逆流防止ダイオードＤｉ１、Ｄｉ２のそれぞれのカソードは充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃに接続され、逆流防止ダイオードＤｉ１のアノードは電力変換部１１の正極出力端子に接続され、逆流防止ダイオードＤｉ２のアノードはスイッチＳＷの一方の端子に接続されている。また、スイッチＳＷの他方の端子は充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃに接続されている。なお、逆流防止ダイオードＤｉ２のカソードをスイッチＳＷの他方の端子に接続し、逆流防止ダイオードＤｉ２のアノードを充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃに接続してもよい。このように逆流防止ダイオードＤｉ２を充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿ＣとスイッチＳＷの間、または、スイッチＳＷと充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃとの間に設けることにより、電池パック２の電池Ｂから電池パック側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｂ及び充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃを介して接続検知部１３へ電流が流れることや電池Ｂから電池パック側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｂ、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃ、充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃ、及び電池パック側接続検知線ＤＥＴ＿Ｂを介して電池パック２へ電流が流れることを防止することができる。

スイッチＳＷは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体スイッチや電磁式リレーなどにより構成され、充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃを切断または接続する。

電力変換部１１は、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータなどにより構成され、商用電源Ｐｗから出力される交流電力を直流電力に変換する。
電源部１２は、例えば、商用電源Ｐｗから出力される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータまたは直流電力を出力する電池などにより構成される。例えば、スイッチＳＷがオフされていることで充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃが切断されているときに、電池パック側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｂと充電器側負極電源線ＣＨＧ−Ｃが接続されるとともに、電池パック側接続検知線ＤＥＴ＿Ｂと充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃが接続されると、電源部１２は、図２に示す矢印Ａのように、充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃから電池パック側接続検知線ＤＥＴ＿Ｂ、抵抗Ｒ＿Ｂ、及び電池パック側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｂを介して充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃに電流を流す。

接続検知部１３は、フォトカプラＰＣと、抵抗Ｒ＿Ｃと、制御部１５とを備える。
制御部１５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルディバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）により構成される。

また、制御部１５は、充電プラグＰｇが電池パック２に接続され、リレーＲｅ＿Ｂがオンしているとき、電力変換部１１の動作を制御することにより電力変換部１１から電池Ｂに電力を供給させることで電池Ｂを充電させる。

また、制御部１５は、スイッチＳＷをオフさせることにより充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃを切断させているときに、充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃに電流が流れ、フォトカプラＰＣの発光ダイオードがオンし、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタがオンすることで、抵抗Ｒ＿Ｃを介して制御部１５に入力されていた電圧（接続検知信号）がハイレベルからローレベルになると、充電プラグＰｇが電池パック２に接続されたと判断する。より詳しくは、制御部１５は、制御部１５に入力されていた電圧（接続検知信号）がハイレベルからローレベルになると、電池パック側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｂと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが接続されたものと判断する。

すなわち、接続検知部１３は、スイッチＳＷにより充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃを切断させているときに、充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃに電流が流れると、電池パック側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｂと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが接続されたことを検知する。なお、制御部１５（接続検知部１３）は、電池パック側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｂと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが接続されたとともに、電池パック側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｂと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃが接続されたと判断してもよい。

また、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡しているときに、スイッチＳＷがオンされることで充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃが接続されると、電源部１２は、図３に示す矢印Ｂのように、充電器側接続検知線ＤＥＴ＿ＣからスイッチＳＷ、逆流防止ダイオードＤｉ２、及び充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃを介して充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃに電流を流す。

そこで、制御部１５は、スイッチＳＷをオンさせたとき、充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃに電流が流れ、フォトカプラＰＣの発光ダイオードがオンし、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタがオンし、抵抗Ｒ＿Ｃを介して制御部１５に入力されていた電圧（接続検知信号）がハイレベルからローレベルになると、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡していると判定する。

すなわち、接続検知部１３は、スイッチＳＷにより充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃを接続させたときに、充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃに電流が流れると、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡していると判定する。

なお、電源部１２の出力電圧を電力変換部１１の出力電圧よりも十分に小さくすることが望ましい。これにより、電力変換部１１から電力を出力することで充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡しているか否かを判定する場合に比べて、短絡判定時に充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃの間にかかる電圧を十分に小さくすることができる。

また、制御部１５（接続検知部１３）は、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡していると判定すると、リレーＲｅ＿Ｂがオンすることで電池Ｂと電池パック側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｂ（または電池パック側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｂ）が接続される前に、リレーＲｅ＿Ｂのオン禁止指示をＣＡＮ（Controller Area Network）通信などにより電池パック２の制御部１６に送信する。制御部１６は、リレーＲｅ＿Ｂのオン禁止指示を受信すると、充電プラグＰｇが電池パック２に接続されても、リレーＲｅ＿Ｂがオンすることを禁止する。これにより、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡している状態において、電池パック側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｂと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃが接続され、電池パック側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｂと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが接続されても、電池Ｂの正極端子と負極端子を短絡させないようにすることができる。

また、制御部１５（接続検知部１３）は、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡していると判定すると、その旨をディスプレイなどの表示部１４に表示させる。これにより、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡している旨をユーザなどに知らせることができる。

図４は、制御部１５の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、制御部１５は、待機中になる前に、スイッチＳＷをオンさせることにより充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃを接続させる（Ｓ１）。

次に、制御部１５は、入力される接続検知信号がハイレベルからローレベルになると（Ｓ２：Ｙｅｓ）、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡していると判定し（Ｓ３）、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡している旨を表示部１４に表示させ（Ｓ４）、スイッチＳＷをオフさせることにより充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃを切断させる（Ｓ５）。スイッチＳＷをオフさせることにより、制御部１５に入力される接続検知信号はハイレベルになる。

次に、制御部１５は、入力される接続検知信号がハイレベルのままであるとき（Ｓ６：Ｎｏ）、待機し、入力される接続検知信号がハイレベルからローレベルになると（Ｓ６：Ｙｅｓ）、電池パック側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｂと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが接続されたことを検知し（Ｓ７）、リレーＲｅ＿Ｂのオン禁止指示を電池パック２の制御部１６に送信する（Ｓ８）。

また、制御部１５は、充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃを接続させたときに（Ｓ１）、入力される接続検知信号がハイレベルからローレベルにならないと（Ｓ２：Ｎｏ）、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡していないと判定し（Ｓ９）、スイッチＳＷをオフさせることにより充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃを切断させる（Ｓ１０）。スイッチＳＷをオフさせることにより、制御部１５に入力される接続検知信号はハイレベルになる。

次に、制御部１５は、入力される接続検知信号がハイレベルのままであるとき（Ｓ１１：Ｎｏ）、待機し、入力される接続検知信号がハイレベルからローレベルになると（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、電池パック側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｂと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが接続されたことを検知する（Ｓ１２）。

そして、制御部１５は、リレーＲｅ＿Ｂのオン許可信号を電池パック２の制御部１６に送信し（Ｓ１３）、制御部１６との間で認証処理や電流指令値の設定処理などを行い、充電準備が完了すると（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、電力変換部１１の動作を制御することにより電力変換部１１から電池Ｂに電力を供給させる（Ｓ１５）。なお、電池パック２の制御部１６は、充電準備が完了すると、リレーＲｅ＿Ｂをオンさせる。

このように、実施形態の充電器１は、スイッチＳＷにより充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃと充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃを接続させているときに、充電器側接続検知線ＤＥＴ＿Ｃに電流が流れている場合、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡していると判定する。このように、実施形態の充電器１は、充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃが短絡しているか否かを自己判定することができるため、ユーザなどが充電器側正極電源線ＣＨＧ＋＿Ｃと充電器側負極電源線ＣＨＧ−＿Ｃの短絡の有無を判定する場合に比べて人為的ミスを無くすことができ、判定結果の信頼性を向上させることができる。

また、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１充電器
２電池パック
１１電力変換部
１２電源部
１３接続検知部
１４表示部
１５、１６制御部

Claims

電池パックに備えられる電池パック側正極電源線と接続される充電器側正極電源線と、
前記電池パックに備えられる電池パック側負極電源線と接続される充電器側負極電源線と、
前記電池パックに備えられる電池パック側接続検知線と接続される充電器側接続検知線と、
前記充電器側接続検知線と前記充電器側正極電源線を切断または接続するスイッチと、
前記スイッチにより前記充電器側接続検知線と前記充電器側正極電源線が切断されているときに、前記電池パック側負極電源線と前記充電器側負極電源線が接続されるとともに、前記電池パック側接続検知線と前記充電器側接続検知線が接続されると、前記充電器側接続検知線から前記電池パック側接続検知線及び前記電池パック側負極電源線を介して前記充電器側負極電源線に電流を流す電源部と、
前記スイッチにより前記充電器側接続検知線と前記充電器側正極電源線を切断させているときに、前記充電器側接続検知線に電流が流れると、前記電池パック側負極電源線と前記充電器側負極電源線が接続されたことを検知する接続検知部と、
を備え、
前記接続検知部は、前記スイッチにより前記充電器側接続検知線と前記充電器側正極電源線を接続させたときに、前記充電器側接続検知線に電流が流れると、前記充電器側正極電源線と前記充電器側負極電源線が短絡していると判定する
ことを特徴とする充電器。
請求項１に記載の充電器であって、
前記電池パックは、電池と、前記電池に直列接続されるリレーを備え、
前記接続検知部は、前記充電器側正極電源線と前記充電器側負極電源線が短絡していると判定すると、前記リレーがオンすることで前記電池と前記電池パック側正極電源線または前記電池パック側負極電源線が接続される前に、前記リレーのオン禁止指示を前記電池パックに送信する
ことを特徴とする充電器。
請求項１または請求項２に記載の充電器であって、
前記スイッチに直列接続される逆流防止ダイオードを備える
ことを特徴とする充電器。